(57)【要約】【課題】使用する二次電池の種類に関係なく負荷装置が稼動できる蓄電装置、負荷装置、及び二次電池利用システムを提供する。【解決手段】二次電池２１と、二次電池２１に電力線ＬＥＰを通じて接続する電力線コネクタ２６と、プリチャージコネクタ２８と、電力線コネクタ２６を介して接続する負荷装置３側の電力線ＬＥＰに設けられたプリチャージスイッチＳＰＣの一端にプリチャージコネクタ２８を介して一端が接続し、プリチャージスイッチＳＰＣの他端にプリチャージコネクタ２８を介して他端が接続するプリチャージ抵抗ＲＰＣとを備えて蓄電装置２を構成する。【選択図】図１
2017225285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池と、
前記二次電池に電力線を通じて接続する電力線コネクタと、
プリチャージコネクタと、
前記電力線コネクタを介して接続する負荷装置側の電力線に設けられたプリチャージスイッチの一端に前記プリチャージコネクタを介して一端が接続し、前記プリチャージスイッチの他端に前記プリチャージコネクタを介して他端が接続するプリチャージ抵抗と
を含む、蓄電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の蓄電装置であって、
前記負荷装置側の第２の通信回路と通信する第１の通信回路と、
前記第１の通信回路と通信線を通じて接続する通信線コネクタと
を更に含み、
前記プリチャージコネクタ及び前記通信線コネクタは一体的に形成される
蓄電装置。
【請求項３】
請求項１に記載の蓄電装置であって、
前記プリチャージコネクタ及び前記電力線コネクタは一体的に形成される
蓄電装置。
【請求項４】
負荷と、
前記負荷に電力線を通じて接続する電力線コネクタと、
プリチャージコネクタと、
前記電力線に設けられたプリチャージスイッチであって、蓄電装置側のプリチャージ線に設けられたプリチャージ抵抗の一端に前記プリチャージコネクタを介して一端が接続し、前記プリチャージ抵抗の他端に前記プリチャージコネクタを介して他端が接続する前記プリチャージスイッチと
を含む、負荷装置。
【請求項５】
請求項４に記載の負荷装置であって、
前記蓄電装置側の第１の通信回路と通信する第２の通信回路と、
前記第１の通信回路との通信を通じて、前記蓄電装置の二次電池から前記負荷への突入電流を抑制するためのプリチャージを行うことを決定すると、前記プリチャージスイッチを開き、前記プリチャージ抵抗を介して前記二次電池から前記負荷に入力された電圧が所定値以上になる又は前記プリチャージ抵抗を介して前記二次電池から前記負荷に入力された電流が所定値以下になると、前記プリチャージスイッチを閉じるように制御する制御部と
を更に含む、負荷装置。
【請求項６】
蓄電装置と負荷装置とを含む二次電池利用システムであって、
前記蓄電装置は、
二次電池と、
前記二次電池に前記蓄電装置側の電力線を通じて接続する第１の電力線コネクタと、
第１のプリチャージコネクタと、
前記第１の電力線コネクタを介して接続する前記負荷装置側の電力線に設けられたプリチャージスイッチの一端に前記第１のプリチャージコネクタを介して一端が接続し、前記プリチャージスイッチの他端に前記第１のプリチャージコネクタを介して他端が接続するプリチャージ抵抗と
を含み、
前記負荷装置は、
負荷と、
前記負荷に前記負荷装置側の電力線を通じて接続する第２の電力線コネクタと、
第２のプリチャージコネクタと、
前記負荷装置側の電力線に設けられたプリチャージスイッチであって、前記プリチャージ抵抗の一端に前記第２のプリチャージコネクタを介して一端が接続し、前記プリチャージ抵抗の他端に前記第２のプリチャージコネクタを介して他端が接続する前記プリチャージスイッチと
を含む、二次電池利用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置、負荷装置、及び二次電池利用システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車、ハイブリッド車、及び電動フォークリフトといった車両等、動力源として二次電池が用いられる負荷装置は、使用する二次電池に対応するように設計される。
例えば、鉛電池は相対的に内部抵抗が高い。このため、二次電池に鉛電池を使用する場合には、二次電池を負荷装置に接続した際に発生する負荷装置への突入電流が抑制されるように、負荷装置は設計されなくてもよい。一方、リチウムイオン電池は相対的に内部抵抗が低い。このため、二次電池にリチウムイオン電池を使用する場合には、二次電池を負荷装置に接続した際に発生する負荷装置への突入電流が抑制されるように、負荷装置は設計される。具体的には、リチウムイオン電池を含む蓄電装置や負荷装置を構成する回路（例えば、スイッチ及びヒューズ等）を突入電流から保護するために、負荷装置には、プリチャージ回路が設けられる。なお、関連する技術として特許文献１及び２に記載の技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５７６８７８０号明細書
【特許文献２】特開平７−２８４２２３号公報
【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、鉛電池或いはリチウムイオン電池といった、使用する二次電池の種類に関係なく稼動できるように、負荷装置が設計されることが望まれる。
本発明の一側面に係る目的は、使用する二次電池の種類に関係なく負荷装置が稼動できる蓄電装置、負荷装置、及び二次電池利用システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る一つの形態である蓄電装置は、二次電池と、二次電池に電力線を通じて接続する電力線コネクタと、プリチャージコネクタと、プリチャージ抵抗とを含む。プリチャージ抵抗の一端は、電力線コネクタを介して接続する負荷装置側の電力線に設けられたプリチャージスイッチの一端にプリチャージコネクタを介して接続する。プリチャージ抵抗の他端は、プリチャージスイッチの他端にプリチャージコネクタを介して接続する。
【０００６】
本発明に係る一つの形態である負荷装置は、負荷と、負荷に電力線を通じて接続する電力線コネクタと、プリチャージコネクタと、プリチャージスイッチとを含む。プリチャージスイッチは、電力線に設けられ、プリチャージスイッチの一端は、蓄電装置側のプリチャージ線に設けられたプリチャージ抵抗の一端にプリチャージコネクタを介して接続する。プリチャージスイッチの他端は、プリチャージ抵抗の他端にプリチャージコネクタを介して接続する。
【０００７】
本発明に係る一つの形態である二次電池利用システムは、蓄電装置と負荷装置とを含む。蓄電装置は、二次電池と、二次電池に蓄電装置側の電力線を通じて接続する第１の電力線コネクタと、第１のプリチャージコネクタと、プリチャージ抵抗とを含む。プリチャージ抵抗の一端は、第１の電力線コネクタを介して接続する負荷装置側の電力線に設けられたプリチャージスイッチの一端に第１のプリチャージコネクタを介して接続する。プリチャージ抵抗の他端は、プリチャージスイッチの他端に第１のプリチャージコネクタを介して接続する。負荷装置は、負荷と、負荷に負荷装置側の電力線を通じて接続する第２の電力線コネクタと、第２のプリチャージコネクタと、プリチャージスイッチとを含む。プリチャージスイッチは、負荷装置側の電力線に設けられ、プリチャージスイッチの一端は、プリチャージ抵抗の一端に第２のプリチャージコネクタを介して接続する。プリチャージスイッチの他端は、プリチャージ抵抗の他端に第２のプリチャージコネクタを介して接続する。
【発明の効果】
【０００８】
実施形態に従った蓄電装置、負荷装置、及び二次電池利用システムによれば、使用する二次電池の種類に関係なく負荷装置は稼動できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に従った蓄電装置、負荷装置、及び二次電池利用システムの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図１は、実施形態に従った蓄電装置、負荷装置、及び二次電池利用システムの構成例を示す図である。図１に示すように、二次電池利用システム１は、蓄電装置２及び負荷装置３を含む。負荷装置３は、例えば、電気自動車、ハイブリッド車、及び電動フォークリフトといった車両であり、蓄電装置２は負荷装置３に搭載されてもよい。
【００１１】
まず、蓄電装置２は、二次電池２１、制御部２２、通信回路２３（第１の通信回路）、電源２４、モジュールスイッチ２５、電力線コネクタ２６（第１の電力線コネクタ）、及び通信線コネクタ２７（第１の通信線コネクタ）を含む。
【００１２】
二次電池２１は、相対的に内部抵抗が低い二次電池であり、例えば、リチウムイオン電池である。
制御部２２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）といったプロセッサ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、又はＰＬＤ（Programmable Logic Device）である。制御部２２は、蓄電装置２全体の動作を制御する。例えば、制御部２２は、電力線コネクタ２６及び通信線コネクタ２７を介して蓄電装置２が負荷装置３に接続されたことを検出すると、モジュールスイッチ２５を閉じることで、二次電池２１からの電力が電力線ＬＥＰを通じて負荷装置３に供給されるように制御する。電力線コネクタ２６は、二次電池２１に電力線ＬＥＰを通じて接続し、蓄電装置２側の電力線ＬＥＰを負荷装置３側の電力線ＬＥＰに接続するためのコネクタである。通信線コネクタ２７は、通信回路２３に通信線ＬＣを通じて接続し、蓄電装置２側の通信線ＬＣを負荷装置３側の通信線ＬＣに接続するためのコネクタである。モジュールスイッチ２５は、二次電池２１と電力線コネクタ２６との間の電力線ＬＥＰに設けられたスイッチであり、例えば、機械式リレーであってもよく、半導体リレーであってもよい。
【００１３】
通信回路２３は、蓄電装置２が通信線コネクタ２７を介して負荷装置３に接続されると、制御部２２と連携して、二次電池２１の状態情報等を通信線ＬＣを通じて負荷装置３と通信する。
【００１４】
電源２４は、制御部２２及び通信回路２３の電源であり、二次電池２１からの出力電力を基に所望の電力を生成する。なお、図１に示す構成とは異なり、通信回路２３の電源は、制御部２２の電源とは別個に設けられてもよく、別個に設けられた該電源は絶縁電源であってもよい。別個に絶縁電源が設けられると、モジュールスイッチ２５が開いた時に、二次電池２１からの出力電流が通信回路２３を介して二次電池２１に戻ることを防止できる。
【００１５】
次に、負荷装置３は、負荷３１、制御部３２、通信回路３３（第２の通信回路）、メインスイッチ３４、電力線コネクタ３５（第２の電力線コネクタ）、及び通信線コネクタ３６（第２の通信線コネクタ）を含む。
【００１６】
負荷３１は、二次電池２１から供給された電力を動力源として稼動する回路及び／又は装置であり、例えば、電動モータと、電動モータを駆動するためのインバータ回路である。インバータ回路には、該インバータ回路に並列接続されたコンデンサが含まれ得、例えば、放電状態のコンデンサに、相対的に内部抵抗が低い二次電池２１が接続されると、二次電池２１から突入電流がコンデンサに流れることがある。突入電流は、蓄電装置２及び負荷装置３内の回路（例えば、スイッチやヒューズ）を故障させ得るため、突入電流の発生は抑制されることが望ましい。
【００１７】
制御部３２は、ＣＰＵといったプロセッサ、ＦＰＧＡ、又はＰＬＤである。制御部３２は、負荷装置３全体の動作を制御する。例えば、負荷装置３が車両である場合、運転者によりイグニッションキーがオンにされたことを検出すると、制御部３２は、メインスイッチ３４を閉じることで、二次電池２１からの電力が電力線ＬＥＰを通じて負荷３１に供給されるように制御する。メインスイッチ３４は、負荷３１と電力線コネクタ３５との間の電力線ＬＥＰに設けられたスイッチであり、例えば、機械式リレーであってもよく、半導体リレーであってもよい。
【００１８】
通信回路３３は、負荷装置３が通信線コネクタ３６を介して蓄電装置２に接続されると、制御部３２と連携して、二次電池２１から供給された電力の情報等を通信線ＬＣを通じて蓄電装置２と通信する。
【００１９】
電力線コネクタ３５は、負荷３１に電力線ＬＥＰを通じて接続し、負荷装置３側の電力線ＬＥＰを蓄電装置２側の電力線ＬＥＰに接続するためのコネクタである。通信線コネクタ３６は、通信回路３３に通信線ＬＣを通じて接続し、負荷装置３側の通信線ＬＣを蓄電装置２側の通信線ＬＣに接続するためのコネクタである。
【００２０】
実施形態に従った二次電池利用システムでは、使用する二次電池の種類に関係なく負荷装置が動作するように二次電池及び負荷装置が構成される。前述したように、例えば、リチウムイオン電池といった内部抵抗が相対的に低い二次電池では、突入電流を抑制するためのプリチャージ回路が設けられることが望ましい。そこで、実施形態に従った二次電池利用システムには、内部抵抗が相対的に低い二次電池が使用された場合に突入電流が抑制されるようにプリチャージ回路が設けられる。しかしながら、例えば、鉛電池といった内部抵抗が相対的に高い二次電池が使用された場合にプリチャージ回路が動作すると、二次電池から負荷に供給される電力に損失が生じる。そこで、実施形態に従った二次電池利用システムは、使用する二次電池の内部抵抗が高い場合にはプリチャージ回路が動作しないように構成される。
【００２１】
図１に示した構成例では、二次電池利用システム１には、プリチャージ抵抗ＲＰＣ及びプリチャージスイッチＳＰＣを含むプリチャージ回路が含まれる。プリチャージ抵抗ＲＰＣは蓄電装置２に含まれ、プリチャージスイッチＳＰＣは負荷装置３に含まれる。
【００２２】
プリチャージ抵抗ＲＰＣの抵抗値は、二次電池２１の出力電圧及び内部抵抗の各値に応じて設定されてもよい。蓄電装置２側から見ると、プリチャージ抵抗ＲＰＣの一端は、電力線コネクタ２６を介して蓄電装置２に接続する負荷装置３側の電力線ＬＥＰに設けられたプリチャージスイッチＳＰＣの一端にプリチャージコネクタ２８を介して接続する。また、プリチャージ抵抗ＲＰＣの他端は、プリチャージスイッチＳＰＣの他端にプリチャージコネクタ２８を介して接続する。
【００２３】
プリチャージコネクタ２８（第１のプリチャージコネクタ）は蓄電装置２に含まれる。プリチャージコネクタ２８は、プリチャージ抵抗ＲＰＣにプリチャージ線ＬＰＣを通じて接続し、負荷装置３側のプリチャージ線ＬＰＣを蓄電装置２側のプリチャージ線ＬＰＣに接続するためのコネクタである。
【００２４】
プリチャージスイッチＳＰＣは、例えば、機械式リレーであってもよく、半導体リレーであってもよい。負荷装置３側から見ると、プリチャージスイッチＳＰＣは、電力線ＬＥＰに設けられる。そして、プリチャージスイッチＳＰＣの一端は、蓄電装置２側のプリチャージ線ＬＰＣに設けられたプリチャージ抵抗ＲＰＣの一端にプリチャージコネクタ３７を介して接続する。また、プリチャージスイッチＳＰＣの他端は、プリチャージ抵抗ＲＰＣの他端にプリチャージコネクタ３７を介して接続する。
【００２５】
プリチャージコネクタ３７（第２のプリチャージコネクタ）は負荷装置３に含まれる。プリチャージコネクタ３７は、プリチャージスイッチＳＰＣにプリチャージ線ＬＰＣを通じて接続し、蓄電装置２側のプリチャージ線ＬＰＣを負荷装置３側のプリチャージ線ＬＰＣに接続するためのコネクタである。
【００２６】
プリチャージ抵抗ＲＰＣ及びプリチャージスイッチＳＰＣを含むプリチャージ回路の動作は、負荷装置３側の制御部３２によって制御される。
例えば、負荷装置３に蓄電装置２が接続された場合、すなわち、電力線コネクタ２６、３５同士、通信線コネクタ２７、３６同士、及びプリチャージコネクタ２８、３７同士が接続された場合、制御部３２は、以下のような制御を行う。
【００２７】
電力線コネクタ２６、３５同士（及び通信線コネクタ２７、３６同士）が接続されると、制御部３２は、二次電池２１からの入力電圧或いは入力電流を検出する。また、通信線コネクタ２７、３６同士が接続されると、通信回路２３、３３間の通信によって、制御部３２は、負荷装置３に接続された二次電池２１の種類を特定する。二次電池２１の種類を特定することを通じて、制御部３２は、蓄電装置の二次電池から負荷３１への突入電流を抑制するためのプリチャージを行うか否かを決定し得る。
【００２８】
プリチャージを行うと決定した場合、制御部３２は、メインスイッチ３４を閉じるタイミングでプリチャージスイッチＳＰＣを開く（或いはプリチャージスイッチＳＰＣを開いた状態を維持する）。この結果、プリチャージが開始され、二次電池２１からの出力電流は、プリチャージ回路に含まれるプリチャージ抵抗ＲＰＣを通って負荷３１に入力する。
【００２９】
制御部３２は、電圧センサ３８により計測された電圧を検出する。或いは、制御部３２は、電流センサ３９により計測された電流を検出する。電圧センサ３８は、負荷３１に入力する電圧を計測するセンサである。電流センサ３９は、負荷３１に入力する電流を計測するセンサである。
【００３０】
検出された電圧が所定値以上になる、或いは検出された電流が所定値以下になると、制御部３２はプリチャージスイッチＳＰＣを閉じることで、プリチャージを終了させる。
プリチャージの実行は、二次電池２１からの出力電圧をプリチャージ抵抗ＲＰＣに消費させるため、プリチャージを実行する必要がなくなった場合には、プリチャージを即座に終了させることが望ましい。しかしながら、プリチャージスイッチＳＰＣが蓄電装置２に含まれる構成では、プリチャージを即座に終了できない。こうした構成では、検出された電圧が所定値以上になる或いは検出された電流が所定値以下になった場合に、制御部３２は、通信回路３３、２３間の通信を通じてプリチャージスイッチＳＰＣを閉じるように制御部２２に命じなければ、プリチャージを終了できないからである。これに対して、プリチャージスイッチＳＰＣが負荷装置３に含まれる構成（図１）では、制御部３２はプリチャージスイッチＳＰＣを直接閉じることができ、プリチャージスイッチＳＰＣの反応速度は速い。したがって、実施形態に従った二次電池利用システムの構成によれば、プリチャージを実行する必要がなくなった場合にプリチャージを即座に終了させることができる。
【００３１】
なお、例えば、鉛電池を含む蓄電装置は、通信回路２３や通信線コネクタ２７を含まないため、通信回路３３は蓄電装置と通信を行わない。通信回路３３が蓄電装置と通信を行わない場合には、制御部３２は、プリチャージを行わないと決定してもよい。
【００３２】
プリチャージを行わないと決定した場合、制御部３２は、メインスイッチ３４を閉じるタイミングでプリチャージスイッチＳＰＣを閉じる（或いはプリチャージスイッチＳＰＣを閉じた状態を維持する）。この結果、二次電池２１からの出力電流は、プリチャージ抵抗ＲＰＣを通らずに負荷３１に入力する。
【００３３】
このように、プリチャージ回路は、負荷装置３に接続された蓄電装置が、例えばリチウムイオン電池といった内部抵抗が相対的に低い二次電池を含む場合にのみ動作させれば足りる。それ故、プリチャージ回路を構成する全ての素子を負荷装置３に含める必要はない。そこで、二次電池利用システム１では、プリチャージスイッチＳＰＣは負荷装置３に含まれ、プリチャージ抵抗ＲＰＣは、プリチャージの実行を要する二次電池２１を含む蓄電装置２に含まれるように構成される。こうした構成によれば、負荷装置３の回路規模を削減できる。また、プリチャージの実行を要しない二次電池を含む蓄電装置にはプリチャージ抵抗ＲＰＣが含まれないため、そうした蓄電装置が負荷装置３に接続された場合に、不要なプリチャージが誤って実行されることを防止できる。
【００３４】
以上の説明のように、実施形態に従った二次電池利用システムでは、負荷に接続された二次電池がプリチャージの実行が望ましい二次電池であるか否かに係わらず、負荷装置は稼動できる。それ故、実施形態に従った蓄電装置、負荷装置、及び二次電池利用システムによれば、使用する二次電池の種類に関係なく負荷装置は稼動できる。
【００３５】
本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
例えば、プリチャージコネクタ２８は、通信線コネクタ２７と物理的に一体的に形成されてもよく（図１）、電力線コネクタ２６と物理的に一体的に形成されてもよく、又は、電力線コネクタ２６及び通信線コネクタ２７から物理的に独立して形成されてもよい。同様に、プリチャージコネクタ３７は、通信線コネクタ３６と物理的に一体的に形成されてもよく（図１）、電力線コネクタ３５と物理的に一体的に形成されてもよく、又は、電力線コネクタ３５及び通信線コネクタ３６から物理的に独立して形成されてもよい。
【００３６】
プリチャージコネクタ２８を通信線コネクタ２７又は電力線コネクタ２６と一体的に形成し、プリチャージコネクタ３７を通信線コネクタ３６又は電力線コネクタ３５と一体的に形成すれば、コネクタ同士を接続するための作業時間を短縮できる。
また、負荷装置３側のプリチャージ線ＬＰＣにスイッチを設けてもよい。制御部３２がプリチャージスイッチＳＰＣを閉じてプリチャージを終了させた後に該スイッチを開くことで、プリチャージ抵抗による損失をより抑えることができる。
【００３７】
ただし、電力線コネクタ３５は、負荷装置３に接続される蓄電装置がプリチャージコネクタ２８を備えるか否かに係わらず、蓄電装置側の電力線コネクタに接続される。このため、電力線コネクタ３５は、プリチャージコネクタを備える蓄電装置のみならず、プリチャージコネクタを備えない蓄電装置にも対応するように汎用化、共用化されることが望ましい。そこで、プリチャージコネクタ３７は、通信線コネクタ３６と物理的に一体的に形成されることがより望ましく、プリチャージコネクタ２８は通信線コネクタ２７と物理的に一体的に形成されることがより望ましい。
【符号の説明】
【００３８】
１    二次電池利用システム
２    蓄電装置
２１    二次電池
２２    制御部
２３    通信回路（第１の通信回路）
２４    電源
２５    モジュールスイッチ
２６    電力線コネクタ（第１の電力線コネクタ）
２７    通信線コネクタ（第１の通信線コネクタ）
２８    プリチャージコネクタ（第１のプリチャージコネクタ）
３  負荷装置
３１    負荷
３２    制御部
３３    通信回路（第２の通信回路）
３４    メインスイッチ
３５    電力線コネクタ（第２の電力線コネクタ）
３６  通信線コネクタ（第２の通信線コネクタ）
３７    プリチャージコネクタ（第２のプリチャージコネクタ）
３８    電圧センサ
３９    電流センサ
ＬＥＰ    電力線
ＬＣ    通信線
ＬＰＣ    プリチャージ線
ＲＰＣ    プリチャージ抵抗
ＳＰＣ    プリチャージスイッチ
【図１】
2017225285.tif 000003