(57)【要約】【課題】蓄電池の保護を図るに際し、突然の電力供給遮断に起因する影響を低減する。【解決手段】実施形態の蓄電池システムは、蓄電池セルを有し電力を供給する電池モジュールと、電池モジュールに直列に接続され、電池モジュールの出力電流を段階的に低下させることが可能な出力電流調整部と、電池モジュールに直列に接続され、電池モジュールの出力電流を遮断する遮断部と、遮断に先立って、電池モジュールの電圧に基づいて、出力電流調整部の制御を行う制御部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池セルを有し電力を供給する電池モジュールと、
前記電池モジュールに直列に接続され、前記電池モジュールの出力電流を段階的に低下させることが可能な出力電流調整部と、
前記電池モジュールに直列に接続され、前記電池モジュールの出力電流を遮断する遮断部と、
前記遮断に先立って、前記電池モジュールの電圧に基づいて、前記出力電流調整部の制御を行う制御部と、
を備えた蓄電池システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記出力電流調整部を介して前記電池モジュールの出力電流を段階的に低下させ、前記出力電流調整部において調整可能な採集出力電流値に到った後に、前記遮断部を制御して前記電池モジュールの出力電流を遮断する、
請求項１記載の蓄電池システム。
【請求項３】
前記出力電流調整部は、抵抗素子とバイパス電流路を形成するスイッチとが並列に接続された電流低減部が複数直列に接続されて構成されている、
請求項１又は請求項２記載の蓄電池システム。
【請求項４】
前記電池モジュールは、複数の直列接続された電池セルを備え、
前記制御部は、前記出力電流調整部の制御を行う際の前記電池モジュールの電圧は、前記電池セルの平均電圧に基づいて設定されている、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の蓄電池システム。
【請求項５】
前記電池モジュール、前記出力電流調整部及び前記制御部は、移動体上に載置されている、
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の蓄電池システム。
【請求項６】
蓄電池を有し電力を供給する電池モジュールを備えた蓄電池システムで実行される方法であって、
前記電池モジュールの電圧を測定する過程と、
前記電池モジュールの電圧に基づいて、前記電池モジュールの出力電流を段階的に低下させる過程と、
前記電池モジュールの出力電流を段階的に低下させた後に前記モジュールの電圧が所定の遮断電圧に到った場合に前記電池モジュールの出力電流を遮断する過程と、
を備えた方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、蓄電池システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の蓄電池セルにより構成された電池モジュールを備えた据置型の大型の蓄電池システムにおいては、蓄電池システム内に設置した電流遮断器（コンタクタ、ＦＥＴ等）の接点を開くことで、過放電状態を防止し、ひいては、電池の破損や劣化を防ぐようにされていた。
一方、同様な電池モジュールを含む小型／中型の蓄電池システムの運用先としては、例えば、ＡＧＶ（Automated Guided Vehicle）、構内搬送車等の移動体（車両）走行システムが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０４０７２３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＡＧＶや構内搬送車等の移動体走行システムにおいて、据置型の蓄電池システム内に設置した電流遮断器の接点を開く構成をそのまま適用した場合、瞬時に出力が遮断されることとなり、走行中の移動体（車両）が急停止することとなり、荷物の落下や運転者の転落の虞が生じることとなる。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、蓄電池の保護を図るに際し、突然の電力供給遮断に起因する影響を低減することが可能な蓄電池システム及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の蓄電池システムは、蓄電池セルを有し電力を供給する電池モジュールと、電池モジュールに直列に接続され、電池モジュールの出力電流を段階的に低下させることが可能な出力電流調整部と、電池モジュールに直列に接続され、電池モジュールの出力電流を遮断する遮断部と、遮断に先立って、電池モジュールの電圧に基づいて、出力電流調整部の制御を行う制御部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、ＡＧＶの充電システムの概要構成ブロック図である。
【図２】図２は、蓄電池システムの概要構成ブロック図である。
【図３】図３は、実施形態の処理フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
次に実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
以下においては、実施形態の蓄電池装置をＡＧＶ（Automated Guided Vehicle）の充電システムに用いる場合を例として説明する。
図１は、ＡＧＶの充電システムの概要構成ブロック図である。
充電システム１０は、商用電源１１に接続された充電装置１２と、充電装置１２に接続可能なＡＧＶ１３と、を備えている。
【０００９】
ＡＧＶ１３は、ＡＧＶ１３の駆動制御を行うＡＧＶ駆動制御システム２１と、ＡＧＶ１３の駆動電力を蓄えるとともに蓄えた駆動電力を供給する蓄電池システム２２と、蓄電池システム２２からの駆動電力の供給を受けてＡＧＶ１３の駆動、操舵を行うＡＧＶ駆動部２３と、を備えている。
【００１０】
この場合において、蓄電池システム２２には、ＡＧＶ駆動部２３あるいは充電装置１２が排他的に接続されるものとする。
【００１１】
このため、蓄電池システム２２には、高電位側電源端子ＴＰ１、低電位側電源端子ＴＮ１、充電装置１２が接続された場合に過充電警告信号及び過温度警告信号を充電装置１２に対して出力する警告信号出力端子ＴＳ１が設けられている。
【００１２】
さらに蓄電池システム２２にＡＧＶ駆動部２３が接続される場合には、蓄電池システム２２の高電位側電源端子ＴＰ１にはＡＧＶ駆動部２３の高電位側電源端子ＴＰ３が接続され、蓄電池システム２２の低電位側電源端子ＴＮ１にはＡＧＶ駆動部２３の低電位側電源端子ＴＮ３が接続される。
【００１３】
さらにまた、蓄電池システム２２に充電装置１２が接続される場合には、蓄電池システム２２の高電位側電源端子ＴＰ１には充電装置１２の高電位側電源端子ＴＰ２が接続され、蓄電池システム２２の低電位側電源端子ＴＮ１には充電装置１２の低電位側電源端子ＴＮ２が接続され、蓄電池システム２２の警告信号出力端子ＴＳ１には、過充電警告信号及び過温度警告信号が入力される充電装置１２の警告信号入力端子ＴＳ２が接続される。
【００１４】
図２は、蓄電池システムの概要構成ブロック図である。
蓄電池システム２２は、ＡＧＶ駆動部２３に直列に接続されたヒューズ３１と、ヒューズ３１に直列に接続された複数の電池セル３２を有する電池モジュール３３と、電池モジュール３３の出力電流を測定するためのシャント抵抗３４と、シャント抵抗３４に直列に接続され、電池モジュール３３の出力電流を遮断するスイッチングユニット３５と、電池モジュール３３の電圧に基づいて、電池モジュール３３の出力電流を段階的に低下させる出力電流調整ユニット３６と、電池モジュール３３の管理を行うＢＭＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｕｎｉｔ）３７と、ＢＭＵ３７と共働して、駆動制御信号ＣＳＤによりスイッチングユニット３５を制御を行うとともにスイッチ制御信号ＣＳ１〜ＣＳ３により出力電流調整ユニット３６の制御を行う制御部３８と、を備えている。
【００１５】
スイッチングユニット３５は、遮断部として機能しており、高電位側に寄生ダイオードのカソード端子が接続されるようにされたスイッチング素子としての第１ＦＥＴ４１と、高電位側に寄生ダイオードのカソード端子が接続されるように第１ＦＥＴ４１のソース端子にドレイン端子が接続された第２ＦＥＴ４２と、低電位側に寄生ダイオードのカソード端子が接続されるように第２ＦＥＴ４２のソース端子がバックツーバック接続された第３ＦＥＴ４３と、を備えている。
【００１６】
出力電流調整ユニットは、出力電流調整部として機能しており、電池モジュール３３からの電力供給を行う電力供給路に直列に接続された第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２及び第３抵抗Ｒ３と、第１抵抗Ｒ１に並列に接続され電池モジュール３３からの電流をバイパスするための第１スイッチＳＷ１と、第２抵抗Ｒ２に並列に接続され電池モジュール３３からの電流をバイパスするための第２スイッチＳＷ２と、第３抵抗Ｒ３に並列に接続され電池モジュール３３からの電流をバイパスするための第３スイッチＳＷ３と、を備えている。
【００１７】
次に実施形態の動作について説明する。
ここで、第１抵抗Ｒ１＝０．３Ω、第２抵抗Ｒ２＝０．３Ω、第３抵抗Ｒ３＝０．４Ωであるものとし、初期状態においては、全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷ３がオン状態であり、このときの電流供給量が１２５Ａであるものとする。
また、電池モジュール３３を構成している電池セル３２が１１個であり、各電池セル３２の電圧が１．７Ｖ超（電池モジュール３３全体で１８．７Ｖ超）であれば、通常状態であるとして電流制限は行わないものとする。
【００１８】
図３は、実施形態の処理フローチャートである。
まず、モジュール電圧が第１基準電圧Ｖｒｅｆ１＝１８．７Ｖ超であるか否かを判別する（ステップＳ１１）。
【００１９】
ここで、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１は、電池モジュールの残容量が不足しつつあり、電流供給量を制限する必要があるとされる状態に相当する最大電圧である。
【００２０】
ステップＳ１１の判別において、モジュール電圧が第１基準電圧Ｖｒｅｆ１＝１８．７Ｖ超である場合には（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、電流供給量の制限を行う必要はないので処理を終了する。
【００２１】
ステップＳ１１の判別において、モジュール電圧が第１基準電圧Ｖｒｅｆ１＝１８．７Ｖ以下である場合には（ステップＳ１１；Ｎｏ）、第１スイッチＳＷ１をオフ状態とする（ステップＳ１２）。
これにより、電流経路には、第１抵抗Ｒ１が挿入され、電流供給量が抑制されることとなる。
【００２２】
上述の例の場合、電流供給量は、１２５Ａから４１Ａ程度に低下する。したがって、初期状態と比較して駆動力は３３％以下となるが、同じ残電力量で電力供給可能期間（電流供給可能期間）は、３倍程度となる。
【００２３】
次にモジュール電圧が第２基準電圧Ｖｒｅｆ２＝１７．６Ｖ以下であるか否かを判別する（ステップＳ１３）。
ここで、第２基準電圧Ｖｒｅｆ２は、電池モジュールの残容量が不足しており、より一層の電流供給量の制限が必要とされる状態に相当する電圧である。
【００２４】
ステップＳ１３の判別において、モジュール電圧が第２基準電圧Ｖｒｅｆ２＝１７．６Ｖ超である場合には（ステップＳ１３；Ｎｏ）、第１スイッチＳＷ１をオフ状態としたまま待機状態となる。したがって、電流供給量は最大４１Ａのままとなる。
【００２５】
ステップＳ１３の判別において、モジュール電圧が第２基準電圧Ｖｒｅｆ２＝１７．６Ｖ以下である場合には（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、第１スイッチＳＷ１に加えて、第２スイッチＳＷ２をオフ状態とする（ステップＳ１４）。
【００２６】
これにより、電流経路には、第１抵抗Ｒ１及び第２抵抗Ｒ２が挿入され、電流供給量が制限されることとなる。
【００２７】
上述の例の場合、電流供給量は、４１Ａから２３Ａ程度に低下する。したがって、駆動力はさらに低下し、初期状態と比較して駆動力は１８％以下となるが、同じ残電力量で電力供給可能期間は、５．４倍程度となる。
【００２８】
続いてモジュール電圧が第３基準電圧Ｖｒｅｆ３＝１６．５Ｖ以下であるか否かを判別する（ステップＳ１５）。
ここで、第３基準電圧Ｖｒｅｆ３は、電池モジュールの残容量が大幅に不足しており、さらなる電流供給量（電力使用量）の低減（制限）が必要とされる状態に相当する電圧である。
【００２９】
ステップＳ１５の判別において、モジュール電圧が第３基準電圧Ｖｒｅｆ３＝１６．５Ｖ超である場合には（ステップＳ１５；Ｎｏ）、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をオフ状態としたまま待機状態となる。したがって、電流供給量は最大２３Ａのままとなる。
【００３０】
ステップＳ１５の判別において、モジュール電圧が第３基準電圧Ｖｒｅｆ３＝１６．５Ｖ以下である場合には（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２に加えて、第３スイッチＳＷ３をオフ状態とする（ステップＳ１６）。
【００３１】
これにより、電流経路には、第１抵抗Ｒ１〜第３抵抗Ｒ３が挿入され、さらに電流供給量が制限されることとなる。
【００３２】
上述の例の場合、電流供給量は、２３Ａから１４Ａ程度に低下する。したがって、駆動力はさらに低下し、初期状態と比較して駆動力は１１％以下となるが、同じ残電力量で電力供給可能期間は、９倍程度となる。
【００３３】
続いてモジュール電圧が第４基準電圧Ｖｒｅｆ４＝１５．１Ｖ以下であるか否かを判別する（ステップＳ１７）。
【００３４】
ここで、第４基準電圧Ｖｒｅｆ４は、これ以上の電池モジュールの使用は、電池モジュールの性能低下などの悪影響を及ぼすため、電池モジュールの放電を停止させる必要があるか否かを判別するための電圧である。
【００３５】
ステップＳ１７の判別において、モジュール電圧が第４基準電圧Ｖｒｅｆ４＝１５．１Ｖ超である場合には（ステップＳ１７；Ｎｏ）、第１スイッチＳＷ１〜第３スイッチＳＷ３をオフ状態としたままの状態で待機状態となる。したがって、電流供給量は最大１４Ａのままとなる。
【００３６】
ステップＳ１７の判別において、モジュール電圧が第４基準電圧Ｖｒｅｆ４＝１５．１Ｖ以下である場合には（ステップＳ１７；Ｙｅｓ）、第１ＦＥＴ４１〜第３ＦＥＴ４３を全てオフ状態として、電池モジュールを構成している電池セルを保護するため、電池モジュールからの電力供給を遮断する（ステップＳ１８）。
【００３７】
これによりＡＧＶは、走行を停止することとなるが、第１スイッチＳＷ１〜第３スイッチＳＷ３をオフ状態とした段階で、走行速度は充分に低くなっているため、停車時に荷物の落下や運転者の転落の虞は全くない。
【００３８】
上記各動作と並行して、常時ＡＧＶに充電装置１２が電気的に接続されたか否かを判別しており、ＡＧＶが充電装置１２に電気的に接続された時点で、充電モードに移行し、上記処理から抜けることとなる。
【００３９】
したがって、ＡＧＶが動作中（非充電時）において、電池モジュールの電圧が第１基準電圧Ｖｒｅｆ１以下となった場合には、電流を徐々に低減して、電池モジュールを構成している電池セルの保護のために電力供給が突然遮断された場合の影響を低減すると共に、より確実に充電装置１２に接続可能となる位置までＡＧＶを移動させることが可能となる。
【００４０】
この結果、移動途中の経路上でＡＧＶが立ち往生して他のＡＧＶの進行を妨げてしまう可能性も低減でき、システム全体の運用をよりスムーズに行うことができる。
【００４１】
以上の説明における第１抵抗Ｒ１〜第３抵抗Ｒ３の値の設定は一例であり、適宜他の設定が可能である。
【００４２】
例えば、上記説明においては、第１抵抗Ｒ１＝０．３Ω、第２抵抗Ｒ２＝０．３Ω、第３抵抗Ｒ３＝０．４Ωとしていたが、第１抵抗Ｒ１＝０．１Ω、第２抵抗Ｒ２＝０．３Ω、第３抵抗Ｒ３＝０．８Ωとした場合には、初期電流供給量＝１２５Ａであるとすると、第１スイッチＳＷ１がオフ状態となり、電流経路に第１抵抗Ｒ１が挿入された場合の電流供給量は、１２５Ａから最大７２Ａ程度に低下し、駆動力は５８％以下となるが、電力供給可能期間は、１．７倍程度となる。
【００４３】
さらに第２スイッチＳＷ２がオフ状態となり、電流経路に第１抵抗Ｒ１及び第２抵抗Ｒ２が挿入された場合の電流供給量は最大３２Ａ程度に低下し、初期状態と比較して駆動力は２５％以下となるが、同じ残電力量で電力供給可能期間は、４倍程度となる。
【００４４】
さらに第３スイッチＳＷ３がオフ状態となり、電流経路に第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２及び第３抵抗Ｒ３が挿入された場合の電流供給量は最大１２Ａ程度に低下し、初期状態と比較して駆動力は１０％以下となるが、同じ残電力量で電力供給可能期間は、１０倍程度となる。
【００４５】
したがって、本例によれば、上述した場合と比較して、電池モジュールの電圧が第１基準電圧Ｖｒｅｆ１以下となった場合には、より大電力で駆動して、充電装置１２の近傍まで早期に移動させることができる。
【００４６】
以上の説明のように、本実施形態によれば、ＡＧＶ等の移動体に載置された電池システムにおいて、電池モジュールを構成している電池セルの保護のために出力が突然遮断されルことなく、徐々に速度を低下させてから移動体を停止させるので、急停止時の荷物の落下等をなくすことができる。
【００４７】
さらに移動速度は低下するものの、一気に電力を消費することなく、駆動時間（移動時間）を確保することにより、充電装置がある場所まで出来る限り移動体を移動させることが可能となる。
したがって、システム全体の運用をよりスムーズにすることができる。
【００４８】
なお、本実施形態の電池システムの制御装置で実行されるプログラムは、ＲＯＭ等に予め組み込まれて提供される。
本実施形態の電池システムの制御装置で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、ＵＳＢメモリ等の半導体メモリ装置、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。
【００４９】
さらに、本実施形態の電池システムの制御装置で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施形態の電池システムの制御装置で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。
【００５０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５１】
１０    充電システム
１１    商用電源
１２    充電装置
１３    ＡＧＶ
２１    ＡＧＶ駆動制御システム
２２    蓄電池システム
２３    ＡＧＶ駆動部
３１    ヒューズ
３２    電池セル
３３    電池モジュール
３４    シャント抵抗
３５    スイッチングユニット
３６    出力電流調整ユニット
３７    ＢＭＵ
３８    制御部
Ｒ１    第１抵抗
Ｒ２    第２抵抗
Ｒ３    第３抵抗
ＳＷ１  第１スイッチ
ＳＷ２  第２スイッチ
ＳＷ３  第３スイッチ
Ｖｒｅｆ１  第１基準電圧
Ｖｒｅｆ２  第２基準電圧
Ｖｒｅｆ３  第３基準電圧
Ｖｒｅｆ４  第４基準電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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