JP2009159672A - Control system of charge/discharge circuit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control system of a charge/discharge circuit for deciding a target charge amount with which a leveling loss amount in the whole battery pack serves as minimum and controlling charging/discharging so that respective battery modules are appropriately charged or discharged with the target charge amount as reference. <P>SOLUTION: When the battery pack 3 is leveled with an average charging state of eight battery modules 2 as a target charging state if loss efficiency of a partial charging processing is smaller than that of a partial discharging processing, the leveling loss amount as the whole battery pack 3 does not become minimum. Thus, an optimum target charging state is decided so that the number of the battery modules 2 performing the partial discharging processing is reduced, and the number of the battery modules 2 performing the partial discharging processing is increased. The partial charging processing is performed on the battery module 2 whose charging state is smaller than the optimum target charging state and the partial discharging processing is performed on the battery module 2 whose state is larger than the optimum target charging state. Thus, the leveling loss amount is made minimum and leveling is performed. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、組電池を構成する電池モジュールの充電状態(SOC)を平準化(均一化)するための充放電回路の制御システムに関する。   The present invention relates to a control system for a charge / discharge circuit for leveling (uniformizing) the state of charge (SOC) of a battery module constituting an assembled battery.

電気自動車、ハイブリッド車、燃料電池車など、電気モータを駆動して走行する車両には、例えば、複数の単電池からなる電池モジュールを直列に複数接続し、所要の電圧を得られるようにした組電池が積載されている。組電池を構成する多数の単電池は、同一の規格で製造されたものではあるが、充放電特性などの電気的特性に若干のばらつきがあることが避けられない。また、温度など、使用時の環境によっても、ばらつきが生じうる。そこで、組電池全体の容量を有効に活用するために、電池モジュール相互の充電量のばらつきを減少させる「平準化(均一化)」を行うことが考えられた。   For vehicles that drive an electric motor, such as an electric vehicle, a hybrid vehicle, and a fuel cell vehicle, for example, a set in which a plurality of battery modules composed of a plurality of single cells are connected in series to obtain a required voltage. Batteries are loaded. Many single cells constituting the assembled battery are manufactured according to the same standard, but it is inevitable that there is some variation in electrical characteristics such as charge / discharge characteristics. Also, variations may occur depending on the environment during use, such as temperature. Therefore, in order to effectively utilize the capacity of the entire assembled battery, it has been considered to perform “leveling (equalization)” that reduces variations in the amount of charge between battery modules.

従来、組電池を構成する電池の充電量のばらつきを平準化する方法として、平準化する電池の単位(例えば、電池モジュールを分割したセル)ごとに放電用のバイパス回路を並列に接続して、充電量が他よりも多いセルを選択して放電させる方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、セルごとに定電圧電源を接続して充電量の少ないセルにより多く充電を行う方法が知られている(例えば、特許文献2参照)。
さらに、部分放電と部分充電を併用する方式として、充電量の多いセルを選択的に放電し、充電量の少ないセルを選択的に充電してセル電圧の平準化を行う方法が知られている(例えば、特許文献3参照)。
また、部分充電と部分放電を併用して、充電量の多いセルの電力をDC−DC変換回路に入力して放電し、そこで得られた電力を充電量の少ないセルに供給して充電を行うことによってセル電圧の平準化を行う方法が知られている(例えば、特許文献4参照)。
Conventionally, as a method of leveling the variation in the amount of charge of the batteries constituting the assembled battery, a discharge bypass circuit is connected in parallel for each unit of the battery to be leveled (for example, a cell obtained by dividing the battery module), There is known a method of selecting and discharging a cell having a larger amount of charge than others (see, for example, Patent Document 1).
In addition, a method is known in which a constant voltage power source is connected to each cell to perform charging more in a cell with a small amount of charge (see, for example, Patent Document 2).
Furthermore, as a method of using both partial discharge and partial charge, there is known a method of selectively discharging a cell with a large charge amount and selectively charging a cell with a small charge amount to level the cell voltage. (For example, refer to Patent Document 3).
In addition, using both partial charge and partial discharge, the power of a cell with a large amount of charge is input to a DC-DC converter circuit to discharge, and the obtained power is supplied to a cell with a small amount of charge to perform charging. Thus, a method of leveling the cell voltage is known (see, for example, Patent Document 4).

特開平10−322925号公報(段落[0011]〜[0012]、図2)Japanese Patent Laid-Open No. 10-322925 (paragraphs [0011] to [0012], FIG. 2) 特開平4−322131号公報(段落[0004]〜[0005]、図2)JP-A-4-322131 (paragraphs [0004] to [0005], FIG. 2) 特開2001−339865号公報(段落[0010]、図1)JP 2001-339865 A (paragraph [0010], FIG. 1) 特開平10−32936号公報(段落[0022]〜[0031]、図1)Japanese Patent Laid-Open No. 10-32936 (paragraphs [0022] to [0031], FIG. 1)

部分充電と部分放電を併用して充電状態を平準化する場合には、平準化操作に伴ってエネルギー損失が発生する。
例えば、部分放電手段として抵抗によるバイパス回路を用いた場合には、充電状態の変化量が全て抵抗でのジュール熱に転換される。
また、部分充電手段としてDC/DC変換器を用いた場合には、DC/DC変換器での変換損失が発生するが、充電状態の変化量全てが損失となることはない。
充電量が任意にばらついた複数の電池モジュールを平準化するにあたっては、部分放電による損失と部分充電による損失との和が最小となるように目標とする充電量を設定することが望ましい。
しかしながら、損失を最小にする目標充電量を求めることは、目標充電量と各モジュールの充電量を変数とする多変数関数の最小値を求めることであり、演算内容は複雑なものとなる。
例えば、目標充電量を微小に変化させて全体の損失量の変化を算出し、損失量を小さくする方向にさらに目標充電量を変化させるといった手法は容易に着想されるものの、最適目標値を決定するまでに多数の繰り返し演算を実施する必要があり、高価な演算処理装置が必要となる。
When leveling the state of charge using both partial charge and partial discharge, energy loss occurs with the leveling operation.
For example, when a resistance bypass circuit is used as the partial discharge means, the amount of change in the state of charge is all converted to Joule heat at the resistance.
Further, when a DC / DC converter is used as the partial charging means, a conversion loss occurs in the DC / DC converter, but not all the amount of change in the charge state is lost.
When leveling a plurality of battery modules with arbitrarily varying charge amounts, it is desirable to set a target charge amount so that the sum of the loss due to partial discharge and the loss due to partial charge is minimized.
However, obtaining the target charge amount that minimizes the loss means obtaining the minimum value of the multivariable function having the target charge amount and the charge amount of each module as variables, and the calculation contents are complicated.
For example, although the method of calculating the change in the overall loss amount by slightly changing the target charge amount and further changing the target charge amount in the direction of reducing the loss amount is easily conceived, the optimum target value is determined. Until then, it is necessary to perform a large number of repetitive operations, and an expensive arithmetic processing unit is required.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高価な演算処理装置を用いることなく簡易な探索手法によって、組電池全体での平準化損失量が最小となるような目標充電量を決定し、その目標充電量を基準にしてそれぞれの電池モジュールに対して適正に充電または放電を行うように充放電制御を行う充放電回路の制御システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and a target charge amount that minimizes the leveling loss amount of the entire assembled battery by a simple search method without using an expensive arithmetic processing unit. It is an object of the present invention to provide a control system for a charge / discharge circuit that performs charge / discharge control so as to appropriately charge or discharge each battery module with reference to the target charge amount.

前記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、1個以上のセルからなる電池モジュールを複数直列に接続してなる組電池に対し、電池モジュールごとの充電状態に応じて充放電を行う充放電回路の制御システムであって、電池モジュールごとに充電状態を検出するモジュール電圧検出回路と、複数の電池モジュールのうちの任意の電池モジュールの充電状態を仮目標充電状態とし、その他の電池モジュールを充放電してこの充電状態を仮目標充電状態に平準化するときの平準化損失量を、電池モジュールごとに算出する損失量算出手段と、損失量算出手段が算出した電池モジュールごとの平準化損失量が最小となる仮目標充電状態を探索し、探索した仮目標充電状態に基づき、電池モジュールごとにこの電池モジュールの充電状態を仮目標充電状態にするための充放電量を算出する目標充電状態探索手段と電池モジュールごとに、目標充電状態探索手段によって算出された充電量を部分充電する部分充電回路と、電池モジュールごとに、目標充電状態探索手段によって算出された放電量を部分放電させる部分放電回路と、を有することを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 charges and discharges an assembled battery formed by connecting a plurality of battery modules including one or more cells in series according to the charge state of each battery module. A control system for a charging / discharging circuit, a module voltage detecting circuit for detecting a charging state for each battery module, a charging state of an arbitrary battery module among a plurality of battery modules as a temporary target charging state, and other battery modules A loss amount calculating means for calculating a leveling loss amount for each battery module when leveling the charged state to a temporary target charged state, and leveling for each battery module calculated by the loss amount calculating means A temporary target charging state that minimizes the amount of loss is searched, and based on the searched temporary target charging state, the charging state of the battery module is temporarily determined for each battery module. For each battery module, the target charge state search means for calculating the charge / discharge amount for setting the charge state, the partial charge circuit for partially charging the charge amount calculated by the target charge state search means, and the target charge for each battery module And a partial discharge circuit that partially discharges the discharge amount calculated by the state search means.

この構成によれば、任意の電池モジュールの充電状態を仮目標充電状態としたとき、損失量算出手段が、その他の電池モジュールの充電状態が仮目標充電状態になるように充電または放電させたときの充放電損失量を算出している。そして、目標充電量探索手段が、損失量算出手段の算出した充放電損失量をすべての電池モジュールにて比較し、最小の充放電損失量となる電池モジュールを探索してその電池モジュールの充電状態を最適目標充電状態と決定している。これによって、組電池の電圧モジュールを平準化するための充放電時の平準化損失量を最小にすることができる。   According to this configuration, when the charge state of an arbitrary battery module is set to the temporary target charge state, the loss amount calculation unit is charged or discharged so that the charge state of the other battery module becomes the temporary target charge state. The amount of charge / discharge loss is calculated. Then, the target charge amount search means compares the charge / discharge loss amount calculated by the loss amount calculation means in all the battery modules, searches for the battery module having the minimum charge / discharge loss amount, and the charge state of the battery module Is determined as the optimum target charging state. Thereby, the leveling loss amount at the time of charge / discharge for leveling the voltage module of the assembled battery can be minimized.

また、請求項2にかかる発明は、請求項1に記載の発明において、損失量算出手段は、仮目標充電状態を超える充電状態の電池モジュールについては部分放電回路によって放電されるときの損失量を放電損失量として加算し、仮目標充電状態未満の充電状態の電池モジュールについては部分充電回路によって充電されるときの損失量を充電損失量として加算し、放電損失量と充電損失量とに基づいて平準化損失量を算出することを特徴とする。   The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the loss amount calculation means calculates the loss amount when the battery module in the charged state exceeding the temporary target charged state is discharged by the partial discharge circuit. Add as the amount of discharge loss, and add the amount of loss when charging by the partial charge circuit for the battery module in the charge state less than the temporary target charge state, based on the amount of discharge loss and the amount of charge loss The leveling loss amount is calculated.

この構成によれば、損失量算出手段が、仮目標充電状態を超える充電量の電池モジュールに対して放電を行ったときの合計放電損失量と、仮の目標充電状態未満の充電量の電池モジュールに対して充電を行ったときの合計充電損失量とを加算してトータルの充放電損失量を算出している。したがって、トータルの充放電損失量を電池モジュールごとに比較することにより、平準化損失量が最小となる損失量の電池モジュールを一義的に見出すことができる。   According to this configuration, the loss amount calculating means discharges the battery module having a charge amount exceeding the temporary target charge state, and the battery module having a charge amount less than the temporary target charge state. The total charge / discharge loss amount is calculated by adding the total charge loss amount when the battery is charged. Therefore, by comparing the total charge / discharge loss amount for each battery module, it is possible to uniquely find a battery module having a loss amount that minimizes the leveling loss amount.

また、請求項3に係る発明は、請求項1に記載の発明において、損失量算出手段は、モジュール電圧検出回路によって検出した複数の電池モジュールの充電状態を基にこの複数の電池モジュール全体としての平均充電状態を算出し、充電状態が平均充電状態よりも大きな値の電池モジュールを任意の電池モジュールの候補として平準化損失量を算出する、ことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the loss amount calculating means is configured as a whole of the plurality of battery modules based on the charge states of the plurality of battery modules detected by the module voltage detection circuit. An average charge state is calculated, and a leveling loss amount is calculated using a battery module whose charge state is larger than the average charge state as a candidate for any battery module.

この構成によれば、充電状態が平均充電状態よりも大きな値の電池モジュールを任意の電池モジュールの候補として平準化損失量を算出しているので、より小さい演算負荷で平準化損失量を算出できる。   According to this configuration, since the leveling loss amount is calculated using a battery module whose charging state is larger than the average charging state as a candidate for any battery module, the leveling loss amount can be calculated with a smaller calculation load. .

また、請求項4に係る発明は、請求項1に記載の発明において、損失量算出手段は、モジュール電圧検出回路によって検出した複数の電池モジュールの充電状態を基にこの複数の電池モジュール全体としての平均充電状態を算出し、充電状態が平均充電状態を超え当該平均充電状態から所定範囲以下の電池モジュールを任意の電池モジュールの候補として平準化損失量を算出する、ことを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the loss amount calculating means is configured as a whole of the plurality of battery modules based on the charge states of the plurality of battery modules detected by the module voltage detection circuit. An average charge state is calculated, and a leveling loss amount is calculated by setting a battery module whose charge state exceeds the average charge state and is not more than a predetermined range from the average charge state as a candidate for any battery module.

この構成によれば、充電状態が平均充電状態を超え当該平均充電状態から所定範囲以下の電池モジュールを任意の電池モジュールの候補として平準化損失量を算出しているので、より小さい演算負荷で平準化損失量を算出できる。   According to this configuration, the leveling loss amount is calculated using any battery module whose charge state exceeds the average charge state and is less than or equal to the predetermined range from the average charge state as a candidate for any battery module. The amount of conversion loss can be calculated.

請求項1の発明によれば、組電池を構成するすべての電池モジュールで充放電損失量を比較して最小の充放電損失量となる電池モジュールを探索し、その電池モジュールの充電量を最適目標充電量と決定しているので、組電池の電圧を平準化するための充放電の平準化損失量を最小にすることができる。   According to the first aspect of the present invention, the charge / discharge loss amount is compared among all the battery modules constituting the assembled battery, the battery module having the minimum charge / discharge loss amount is searched, and the charge amount of the battery module is set to the optimum target. Since the charge amount is determined, the leveling loss amount of charge / discharge for leveling the voltage of the assembled battery can be minimized.

請求項2の発明によれば、複数の電池モジュールの合計充電損失量と合計放電損失量を加算してトータルの充放電損失量としているので、平準化損失量が最小となる損失量の電池モジュールを簡単に見出すことができる。   According to the invention of claim 2, since the total charge loss amount and the total discharge loss amount of the plurality of battery modules are added to obtain the total charge / discharge loss amount, the battery module having the loss amount that minimizes the leveling loss amount Can be easily found.

次に、添付した各図を参照し、本発明を実施するための最良の形態(実施形態という)について詳細に説明する。
図1は、本発明による一実施形態の充放電回路の制御システム100を示す全体構成図である。
この充放電回路の制御システム100は、組電池3に接続されている。組電池3は、複数の電池モジュール2を直列に接続したものであり、1個の電池モジュール2は、1個以上のセル1を直列に接続したものである。つまり、セル1が1個または複数個(例えば、3個)直列に接続されて電池モジュール2が構成され、複数個(例えば、4個)の電池モジュール2が直列に接続されて組電池3が構成されている。セル1は、1個の単電池、または、直列または並列に接続された複数の単電池からなる(いずれも図示せず)。
Next, the best mode (referred to as an embodiment) for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a charge / discharge circuit control system 100 according to an embodiment of the present invention.
The charge / discharge circuit control system 100 is connected to the assembled battery 3. The assembled battery 3 is obtained by connecting a plurality of battery modules 2 in series, and one battery module 2 is obtained by connecting one or more cells 1 in series. That is, one or a plurality of (for example, three) cells 1 are connected in series to form a battery module 2, and a plurality of (for example, four) battery modules 2 are connected in series to form an assembled battery 3. It is configured. The cell 1 is composed of one unit cell or a plurality of unit cells connected in series or in parallel (none is shown).

電池モジュール2を直列に4段接続した例を図示するが、電池モジュール2は、これより少ない段数または多い段数を直列接続し、組電池3を構成してもよい。これによって、組電池3の両端の端子電圧を所望の値に設定できる。なお、本実施形態において、単に「組電池3の端子」という場合、組電池3の両端の端子、すなわち、組電池3において最も大きい電位差が得られる端子を指す。   Although an example in which the battery modules 2 are connected in four stages in series is illustrated, the battery module 2 may constitute the assembled battery 3 by connecting fewer or more stages in series. Thereby, the terminal voltage at both ends of the assembled battery 3 can be set to a desired value. In the present embodiment, the term “terminal of the assembled battery 3” simply refers to terminals at both ends of the assembled battery 3, that is, terminals where the largest potential difference is obtained in the assembled battery 3.

組電池3は、典型的には、電気自動車、ハイブリッド車、燃料電池車などに搭載され、電動モータの駆動回路、各種の車載電装機器などの負荷(いずれも図示せず)が接続されている。さらに、組電池3には、充電スタンド、オルタネータ(整流器を含む)などからなる充電機構(いずれも図示せず)が、一時的に、または、常時接続される。このように、組電池3を使用する場合、組電池3の両端の端子を通じて充放電を行うため、組電池3を構成する電池モジュール2相互間で、充電状態が均一にならず、ばらつきを生じることがある。   The assembled battery 3 is typically mounted on an electric vehicle, a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, and the like, and is connected to a load (not shown) of an electric motor drive circuit and various in-vehicle electrical devices. . Furthermore, a charging mechanism (none of which is shown) including a charging stand, an alternator (including a rectifier) and the like is temporarily or always connected to the assembled battery 3. As described above, when the assembled battery 3 is used, charging and discharging are performed through the terminals at both ends of the assembled battery 3, so that the charge state is not uniform between the battery modules 2 constituting the assembled battery 3, and variation occurs. Sometimes.

この充放電回路の制御システム100は、各電池モジュール2にそれぞれ並列に接続された部分放電回路CDと、同様に各電池モジュール2にそれぞれ並列に接続された部分充電回路CCと、これらの各要素および組電池3の両端子に接続された電圧監視装置DDとを備え、電圧監視装置DDは組電池3の両端子からの電力を基にDC/DC変換回路により部分充電回路CCに充電のための電力を供給する。   The charge / discharge circuit control system 100 includes a partial discharge circuit CD connected in parallel to each battery module 2, a partial charge circuit CC connected in parallel to each battery module 2, and each of these elements. And a voltage monitoring device DD connected to both terminals of the assembled battery 3, and the voltage monitoring device DD is used to charge the partial charging circuit CC by the DC / DC conversion circuit based on the power from both terminals of the assembled battery 3. Supply power.

部分放電回路CDは、電圧監視装置DDの制御に従い、接続先の電池モジュール2を放電させる機能を有する。このとき、放電電流のエネルギーは、部分放電回路CDに含まれる抵抗器、パワーFETなどの負荷によってジュール熱に変換され、負荷に付設されたヒートシンクを介して大気中に放出され、損失となる(いずれも図示せず)。   The partial discharge circuit CD has a function of discharging the connected battery module 2 in accordance with the control of the voltage monitoring device DD. At this time, the energy of the discharge current is converted into Joule heat by a load such as a resistor and a power FET included in the partial discharge circuit CD, and is released into the atmosphere via a heat sink attached to the load, resulting in a loss ( Neither is shown).

部分充電回路CCは、電圧監視装置DDの制御に従い、接続先の電池モジュール2を充電する機能を有する。このとき、部分充電回路CCに供給する充電電力を生成するためにDC/DC変換回路において変換損失が発生し変換回路部品にてジュール熱として消費される。有効に充電されるエネルギーに対する損失となるエネルギーの割合を損失効率と称し、パーセンテージで表す。   The partial charging circuit CC has a function of charging the connected battery module 2 in accordance with the control of the voltage monitoring device DD. At this time, in order to generate charging power to be supplied to the partial charging circuit CC, a conversion loss occurs in the DC / DC conversion circuit and is consumed as Joule heat in the conversion circuit component. The ratio of energy that is lost to the energy that is effectively charged is called loss efficiency and is expressed as a percentage.

モジュール電圧検出回路MVは、接続先の電池モジュール2の端子電圧を検出し、この端子電圧を表す電圧検出信号を電圧監視装置DDへ送出する。
電圧監視装置DDは、典型的には、制御プログラムをロードされ、制御のためのデータを記憶したマイクロコンピュータ(図示せず)を含んで構成され、モジュール電圧検出回路MVからの電圧検出信号に基づいて、対応する部分放電回路CDおよび部分充電回路CCを制御する機能を有する。つまり、組電池3において、電池モジュール2は、充放電に関する最小制御単位である。
The module voltage detection circuit MV detects the terminal voltage of the battery module 2 to be connected, and sends a voltage detection signal representing this terminal voltage to the voltage monitoring device DD.
The voltage monitoring device DD is typically configured to include a microcomputer (not shown) loaded with a control program and storing data for control, and based on a voltage detection signal from the module voltage detection circuit MV. And has a function of controlling the corresponding partial discharge circuit CD and partial charge circuit CC. That is, in the assembled battery 3, the battery module 2 is a minimum control unit related to charging / discharging.

図2は、充放電回路の制御システム100によって、組電池3の各電池モジュール2を最適目標充電状態pに向けて充電しまたは放電する概念を示すグラフである。このグラフでは、横軸方向に時刻を示し、縦軸方向に電池モジュール2の充電状態(%)を示す。   FIG. 2 is a graph showing a concept of charging or discharging each battery module 2 of the assembled battery 3 toward the optimum target charging state p by the control system 100 of the charging / discharging circuit. In this graph, time is shown in the horizontal axis direction, and the state of charge (%) of the battery module 2 is shown in the vertical axis direction.

なお、充電状態とは、電池モジュール2の電気容量に対して、充電している(電池モジュール2内に化学エネルギーとして保持され、通常取り出せる)電気量を比率で表したものである。また、本説明において、充電量とは、1個の電池モジュール2の標準容量を1として正規化した電気量を意味する。   The charged state is a ratio of the amount of electricity that is charged (stored as chemical energy in the battery module 2 and can be normally taken out) with respect to the electric capacity of the battery module 2. Further, in this description, the charge amount means an amount of electricity normalized with the standard capacity of one battery module 2 as 1.

この例では、組電池3は、8個の電池モジュール2で構成され、これらの電池モジュール2の充電状態は、それぞれ、30%,40%,43%,45%,45%,47%,50%,60%である。この例では、各電池モジュール2の充電状態の平均値(以下、平均充電状態という)を算出すると、45%となる。   In this example, the assembled battery 3 is composed of eight battery modules 2, and the charging states of these battery modules 2 are 30%, 40%, 43%, 45%, 45%, 47%, 50, respectively. %, 60%. In this example, when the average value of the state of charge of each battery module 2 (hereinafter referred to as the average state of charge) is calculated, it is 45%.

組電池3の各電池モジュール2を平均充電状態(45%)に平準化する例について説明する。
この例では、平均充電状態(45%)より少ない充電状態の電池モジュール2(つまり、充電状態が30%,40%,43%の電池モジュール2)に対して部分充電を行い、また、平均充電状態45%より多い充電状態の電池モジュール2(つまり、充電状態が47%,50%,60%の電池モジュール2)に対して部分放電を行い、組電池3の各電池モジュール2の充電状態が平均充電状態(45%)となるように平準化を行う。
An example in which the battery modules 2 of the assembled battery 3 are leveled to the average charge state (45%) will be described.
In this example, partial charging is performed on the battery module 2 having a charge state lower than the average charge state (45%) (that is, the battery module 2 having a charge state of 30%, 40%, 43%), and the average charge is performed. A partial discharge is performed on the battery module 2 in a charged state greater than 45% (that is, the battery module 2 in which the charged state is 47%, 50%, 60%), and the charged state of each battery module 2 of the assembled battery 3 Leveling is performed so that the average charge state (45%) is obtained.

この場合、部分充電処理において有効に電池モジュール2に充電されずジュール熱などの形態で充電損失となった電気エネルギーと、部分放電処理においてジュール熱として損失となった電気エネルギーとは同量である。つまり、部分充電では、電気エネルギーの一部が電池モジュール2に蓄えられ(つまり、損失とならない)、その残余がジュール熱として損失となるのに対し、部分放電では、電気エネルギーの実質的にすべてがジュール熱に変換され損失となる。   In this case, the electric energy which is not effectively charged in the battery module 2 in the partial charging process and becomes a charging loss in the form of Joule heat, and the electric energy which is lost as Joule heat in the partial discharging process are the same amount. . That is, in the partial charge, a part of the electric energy is stored in the battery module 2 (that is, it is not lost), and the remainder is lost as Joule heat, whereas in the partial discharge, substantially all of the electric energy is lost. Is converted into Joule heat and lost.

具体的には、充電状態が平均充電状態pv(45%)より少ない3個の電池モジュール2に対して、それぞれ、平均充電状態pvから充電量を減算した分を充電する部分充電処理を行う。部分充電処理によって増加する充電量は、それぞれ、0.45−0.3=0.15、0.45−0.4=0.05、0.45−0.43=0.02である。部分充電処理における損失効率は、30%であるとする。すなわち、電気エネルギーの電気量のうち1が電池モジュール2に充電されたとすると、0.3がジュール熱に変換され損失となる。したがって、電池モジュール2の容量は1であるから、それぞれ、0.15×0.3=0.045、0.05×0.3=0.015、0.02×0.3=0.006が損失となる。つまり、部分充電処理における合計損失は、1個の電池モジュール2の容量を1とすると、0.045+0.015+0.006=0.066である。   Specifically, partial charge processing is performed for charging the three battery modules 2 whose charge states are less than the average charge state pv (45%) by subtracting the charge amount from the average charge state pv. The amount of charge increased by the partial charging process is 0.45-0.3 = 0.15, 0.45-0.4 = 0.05, and 0.45-0.43 = 0.02, respectively. It is assumed that the loss efficiency in the partial charging process is 30%. That is, if 1 of the amount of electric energy is charged in the battery module 2, 0.3 is converted into Joule heat and becomes a loss. Therefore, since the capacity of the battery module 2 is 1, 0.15 × 0.3 = 0.045, 0.05 × 0.3 = 0.015, 0.02 × 0.3 = 0.006, respectively. Is a loss. That is, the total loss in the partial charging process is 0.045 + 0.015 + 0.006 = 0.066, where the capacity of one battery module 2 is 1.

他方、充電状態が平均充電状態(45%)より多い電池モジュール2は3個あり、これらの3個の電池モジュール2に対して、それぞれ、0.47−0.45=0.02、0.5−0.45=0.05、0.6−0.45=0.15の放電を行う場合、部分放電処理における損失効率は100%であるから、それぞれ、0.02×1=0.02、0.05×1=0.05、0.15×1=0.15の損失となる。つまり、部分放電処理における合計損失は0.02+0.05+0.15=0.22である。   On the other hand, there are three battery modules 2 that have more charged states than the average charged state (45%). For these three battery modules 2, 0.47−0.45 = 0.02,. When the discharge of 5-0.45 = 0.05 and 0.6-0.45 = 0.15 is performed, the loss efficiency in the partial discharge treatment is 100%, so that 0.02 × 1 = 0. 02, 0.05 × 1 = 0.05 and 0.15 × 1 = 0.15. That is, the total loss in the partial discharge process is 0.02 + 0.05 + 0.15 = 0.22.

すなわち、各電池モジュール2の充電状態が平均充電状態pv(45%)となるように、各電池モジュール2に部分充電処理または部分放電処理を行った場合、部分充電処理による合計損失は0.066であり、部分放電処理による合計損失は0.22である。したがって、部分充電処理および部分放電処理による合計損失を算出すると、0.286となる。このように、すべての電池モジュール2の充電状態の平均値(つまり、平均充電状態pv)を仮目標充電状態pxとした場合は、部分放電処理における合計損失と部分充電処理における合計損失との差が最小とはならず、部分充電処理における合計損失と部分放電処理における合計損失の総和が大きくなって組電池3全体での平準化損失量sが大きくなってしまう。言い換えると、平均充電状態pvを仮目標充電状態pxとすると、組電池3全体での平準化損失量sを最小にすることができない。   That is, when the partial charging process or the partial discharging process is performed on each battery module 2 so that the charging state of each battery module 2 becomes the average charging state pv (45%), the total loss due to the partial charging process is 0.066. And the total loss due to the partial discharge treatment is 0.22. Therefore, the total loss due to the partial charge process and the partial discharge process is calculated to be 0.286. As described above, when the average value of the charge states of all the battery modules 2 (that is, the average charge state pv) is the temporary target charge state px, the difference between the total loss in the partial discharge process and the total loss in the partial charge process. However, the sum of the total loss in the partial charge process and the total loss in the partial discharge process becomes large, and the leveling loss amount s in the entire assembled battery 3 becomes large. In other words, if the average charge state pv is the temporary target charge state px, the leveling loss amount s in the entire assembled battery 3 cannot be minimized.

つまり、部分充電処理における損失効率(70%)が部分放電処理における損失効率(100%)より小さい場合、組電池3全体での平準化損失量sを最小にするためには、部分放電処理を施す電池モジュール2の個数を減らし、部分放電処理を行う電池モジュール2の個数を増やすように、仮目標充電状態pxを決定し、この仮目標充電状態pxである電池モジュール2の充電状態を最適目標充電状態pに設定し、この最適目標充電状態pより低い充電状態の電池モジュール2に対して部分充電処理を行い、この最適目標充電状態pより高い充電状態の電池モジュール2に対して部分放電処理を行えばよいことが分かる。   That is, when the loss efficiency (70%) in the partial charge process is smaller than the loss efficiency (100%) in the partial discharge process, the partial discharge process is performed in order to minimize the leveling loss amount s in the entire assembled battery 3. The temporary target charge state px is determined so as to reduce the number of battery modules 2 to be applied and increase the number of battery modules 2 that perform the partial discharge process, and the charge state of the battery module 2 that is the temporary target charge state px is the optimum target. The charging state p is set, the partial charging process is performed on the battery module 2 in the charging state lower than the optimum target charging state p, and the partial discharging process is performed on the battery module 2 in the charging state higher than the optimum target charging state p. You can see that

図3は、目標充電状態pxに対する平準化損失量(正規化値)snの関係例を示すグラフである。このグラフでは、横軸方向に目標充電状態px(%)の大きさを示し、縦軸方向に目標充電状態pxが50(%)であるときを“1”として正規化した平準化損失量snの大きさを示している。この例では、同一量のエネルギーを電池モジュール2に対して有効に充放電したとき、(部分充電処理における損失):(部分放電処理における損失)=0.3:1の関係があるものとする。つまり、部分充電処理において、損失効率が30%である。   FIG. 3 is a graph showing a relationship example of the leveling loss amount (normalized value) sn with respect to the target charge state px. In this graph, the level of the target charge state px (%) is shown in the horizontal axis direction, and the leveling loss sn normalized by assuming that the target charge state px is 50 (%) in the vertical axis direction is “1”. The size of is shown. In this example, when the same amount of energy is effectively charged and discharged with respect to the battery module 2, it is assumed that there is a relationship of (loss in partial charge processing) :( loss in partial discharge processing) = 0.3: 1. . That is, the loss efficiency is 30% in the partial charging process.

このグラフを参照すると、少なくとも目標充電状態pxが45(%)から55(%)の範囲内で、目標充電状態pxが50%のとき、平準化損失量(正規化値)snは1.00で最小であり、目標充電状態pxをこの値より高くした場合および低くした場合のいずれも、平準化損失量snが大きくなることが分かる。例えば、目標充電状態pxを平均充電状態pv(45%)とした場合の平準化損失量snは1.14であり、また例えば、目標充電状態pxを55%とした場合の平準化損失量snは1.22であり、いずれも目標充電状態pxを50%とした場合より平準化損失量snは大きくなることが分かる。したがって、この条件の下で平準化損失量snを最小にして電池モジュール2相互の平準化を行うには、目標充電状態pxを50%に設定すればよい。   Referring to this graph, when the target charge state px is at least in the range of 45 (%) to 55 (%) and the target charge state px is 50%, the leveling loss amount (normalized value) sn is 1.00. It can be seen that the leveling loss amount sn increases both when the target charge state px is higher and lower than this value. For example, the leveling loss amount sn when the target charging state px is the average charging state pv (45%) is 1.14, and for example, the leveling loss amount sn when the target charging state px is 55% Is 1.22, and it can be seen that the leveling loss amount sn is larger than that when the target charge state px is 50%. Therefore, in order to perform leveling between the battery modules 2 while minimizing the leveling loss amount sn under these conditions, the target charge state px may be set to 50%.

図2に戻り、前記したとおり最適目標充電状態pを50%に設定した場合、次の(1)〜(3)のとおり、平準化を行う。
(1)充電状態が最適目標充電状態pに等しい電池モジュール2(つまり、充電状態が50%の電池モジュール2)に対しては、平準化のための充放電を行わない。
(2)最適目標充電状態p(50%)より充電状態が低い電池モジュール2(つまり、充電状態が30%,40%,43%,45%,45%,47%の電池モジュール2)に対しては、充電状態が50%になるまで部分充電を行う。
(3)最適目標充電状態p(50%)より充電状態が高い電池モジュール2(つまり、充電状態が60%の電池モジュール2)に対しては、充電状態が50%になるまで部分放電を行う。
Returning to FIG. 2, when the optimum target charging state p is set to 50% as described above, leveling is performed as in the following (1) to (3).
(1) For the battery module 2 whose charging state is equal to the optimum target charging state p (that is, the battery module 2 whose charging state is 50%), charging / discharging for leveling is not performed.
(2) For the battery module 2 whose charge state is lower than the optimum target charge state p (50%) (that is, the battery module 2 whose charge state is 30%, 40%, 43%, 45%, 45%, 47%) Then, partial charging is performed until the state of charge reaches 50%.
(3) For the battery module 2 having a higher charge state than the optimum target charge state p (50%) (that is, the battery module 2 having a charge state of 60%), partial discharge is performed until the charge state reaches 50%. .

前記したとおり、電池モジュール2の1個あたりの電気容量を1として、電池モジュール2にかかる電気量を正規化して表記する。
この場合、最適目標充電状態p(50%)の電池モジュール2の充電量は、0.5である。最適目標充電状態p(50%)より低い充電状態の電池モジュール2は6個あり、これらの充電量は、それぞれ、0.3、0.4、0.43、0.45、0.45、0.47、である。
As described above, the electric capacity per battery module 2 is assumed to be 1, and the amount of electricity applied to the battery module 2 is normalized and described.
In this case, the charge amount of the battery module 2 in the optimum target charge state p (50%) is 0.5. There are six battery modules 2 in the charged state lower than the optimal target charged state p (50%), and the charged amounts thereof are 0.3, 0.4, 0.43, 0.45, 0.45, 0.47.

これらの6個の電池モジュール2に対して、それぞれ、0.5−0.3=0.2、0.5−0.4=0.1、0.5−0.43=0.07、0.5−0.45=0.05、0.5−0.45=0.05、0.5−0.47=0.03の電気量の充電を行う。この場合、部分充電処理における損失が部分放電処理の損失の30%であるとする。すると、それぞれ、0.2×0.3=0.06、0.1×0.3=0.03、0.07×0.3=0.021、0.05×0.3=0.015、0.05×0.3=0.015、0.03×0.3=0.009、の損失となる。つまり、部分充電処理における平準化損失量sは0.06+0.03+0.021+0.015+0.015+0.009=0.15である。   For these six battery modules 2, 0.5-0.3 = 0.2, 0.5-0.4 = 0.1, 0.5-0.43 = 0.07, Charging is performed with an amount of electricity of 0.5−0.45 = 0.05, 0.5−0.45 = 0.05, and 0.5−0.47 = 0.03. In this case, it is assumed that the loss in the partial charge process is 30% of the loss in the partial discharge process. Then, 0.2 × 0.3 = 0.06, 0.1 × 0.3 = 0.03, 0.07 × 0.3 = 0.021, 0.05 × 0.3 = 0. 015, 0.05 × 0.3 = 0.015, 0.03 × 0.3 = 0.09. That is, the leveling loss amount s in the partial charging process is 0.06 + 0.03 + 0.021 + 0.015 + 0.015 + 0.009 = 0.15.

一方、最適目標充電状態p(50%)より多い充電状態の電池モジュール2は1個あり、この1個の電池モジュール2の充電状態(60%)を50%にするため、10%分の放電を行う場合、部分放電処理における損失効率は100%であるので、部分放電処理における損失量は0.1である。つまり、部分充電処理による損失量と、部分放電処理における損失量との合計は、0.15+0.10=0.25である。したがって、前記した平均充電状態pvを目標充電状態pxとした場合の平準化損失量sが0.286であるのに対して、本例のように最適目標充電状態p(50%)を目標充電状態pxとした場合の平準化損失量sは0.25となるので、最適目標充電状態p(50%)に対して各電池モジュール2の充電または放電を行えば、平準化損失量sをより小さくして組電池3の電圧の平準化を行うことができる。   On the other hand, there is one battery module 2 in a charged state greater than the optimum target charged state p (50%). In order to make the charged state (60%) of this one battery module 2 50%, 10% of discharge is performed. Is performed, the loss efficiency in the partial discharge treatment is 100%, so the loss amount in the partial discharge treatment is 0.1. That is, the sum of the loss amount due to the partial charge process and the loss amount due to the partial discharge process is 0.15 + 0.10 = 0.25. Therefore, the leveling loss amount s when the above average charge state pv is the target charge state px is 0.286, whereas the optimum target charge state p (50%) is set to the target charge as in this example. Since the leveling loss amount s in the state px is 0.25, if the battery modules 2 are charged or discharged with respect to the optimum target charging state p (50%), the leveling loss amount s is further increased. The voltage of the assembled battery 3 can be leveled by reducing the voltage.

したがって、このように部分充電処理における損失量が部分放電処理における損失量より小さい場合は、組電池3全体での平準化損失量sを最小にするためには、部分放電処理を行う電池モジュール2の個数を少なくして、部分放電処理を行う電池モジュール2の個数を多くするように目標充電状態pxとして基準となる電池モジュール2の充電状態を決定し、その電池モジュール2の充電状態を最適目標充電状態pに設定して、その最適目標充電状態pより少ない電池モジュール2に対して部分充電処理を行い、最適目標充電状態pより多い電池モジュール2に対して部分放電処理を行う。   Therefore, when the loss amount in the partial charge process is smaller than the loss amount in the partial discharge process, the battery module 2 that performs the partial discharge process is used to minimize the leveling loss amount s in the entire assembled battery 3. The charging state of the battery module 2 serving as a reference is determined as the target charging state px so as to increase the number of battery modules 2 that perform partial discharge processing, and the charging state of the battery module 2 is the optimum target. The charge state p is set, the partial charge process is performed on the battery modules 2 smaller than the optimum target charge state p, and the partial discharge process is performed on the battery modules 2 larger than the optimum target charge state p.

すなわち、n個の電池モジュール2で構成される(つまり、電池モジュールの個数nの)組電池3において、最適目標充電状態をp、最適目標充電状態pよりも充電状態が多い電池モジュール2の個数をm、その中で最適目標充電状態pに最も近い電池モジュール2の充電状態をqとする。また、最適目標充電状態pよりも充電状態が少ない電池モジュール2の個数はn−m個であり、その中で最適目標充電状態pに最も近い電池モジュール2の充電状態をrとする。つまり、r<p<qである。また、放電損失と充電損失の比率を1:zとする。充電損失効率比zが1より小さい場合について説明するが、zは1より大きくても小さくてもよい。なお、z=1のときは、充放電可能な範囲で、最適目標充電状態を任意に選ぶことができる。   That is, in the assembled battery 3 composed of n battery modules 2 (that is, the number n of battery modules), the optimum target charge state is p, and the number of battery modules 2 having more charge states than the optimum target charge state p. M, and the state of charge of the battery module 2 closest to the optimum target state of charge p is q. In addition, the number of battery modules 2 having a smaller charge state than the optimum target charge state p is nm, and the charge state of the battery module 2 closest to the optimum target charge state p is r. That is, r <p <q. Further, the ratio between the discharge loss and the charge loss is set to 1: z. Although the case where the charge loss efficiency ratio z is smaller than 1 will be described, z may be larger or smaller than 1. When z = 1, the optimum target charging state can be arbitrarily selected within a chargeable / dischargeable range.

ここで、最適目標充電状態pをΔpだけ変化させたとき、平準化損失量sの変化量である平準化損失変化量Δsは、次の式(1)で示される。   Here, when the optimum target charging state p is changed by Δp, the leveling loss change amount Δs, which is the change amount of the leveling loss amount s, is expressed by the following equation (1).

Δs=Δp×(n−m)×z−Δp×m
=Δp×(nz−m(1−z)) …(1)
Δs = Δp × (n−m) × z−Δp × m
= Δp × (nz−m (1−z)) (1)

式(1)から分かるように、平準化損失変化量Δsの傾きは、組電池3をなす電池モジュール2の個数nと、最適目標充電状態pより充電状態が高い電池モジュール2の個数mと、充電損失効率比zと、によって決定される。   As can be seen from the equation (1), the slope of the leveling loss change amount Δs includes the number n of battery modules 2 constituting the assembled battery 3, the number m of battery modules 2 having a higher charge state than the optimum target charge state p, And charging loss efficiency ratio z.

ここで、個数nは電池モジュール2の数であって定数とみなせる。また、充電損失効率比zの値は、組電池3の状態によらず、ほぼ一定である。したがって、r<p<qとなる範囲で、最適目標充電状態pよりも充電状態が高い電池モジュール2の個数mは変化しないので(つまり、n、z、mは一定であるので)、式(1)が1次式であることから分かるように、平準化損失変化量Δsの傾きは一様である。よって、最適目標充電状態pの値は、直ぐ下の充電状態rと直ぐ上の充電状態qとの中間値とはならず、最適目標充電状態pは直ぐ下の充電状態rまたは直ぐ上の充電状態qのどちらかと等しくなる。つまり、最適目標充電状態pはn個の電池モジュール2の充電状態のうちいずれかの電池の充電状態と等しくなる。   Here, the number n is the number of the battery modules 2 and can be regarded as a constant. Further, the value of the charge loss efficiency ratio z is substantially constant regardless of the state of the assembled battery 3. Therefore, since the number m of the battery modules 2 having a higher charged state than the optimum target charged state p does not change within the range of r <p <q (that is, n, z, m are constant), the equation ( As can be seen from the fact that 1) is a linear expression, the slope of the leveling loss variation Δs is uniform. Therefore, the value of the optimal target charging state p is not an intermediate value between the charging state r immediately below and the charging state q immediately above, and the optimal target charging state p is the charging state r immediately below or the charging immediately above. Equal to either state q. In other words, the optimum target charging state p is equal to the charging state of any one of the n battery modules 2.

このことから、最適目標充電状態pの値は、任意の数値を解析的に求める必要はない。つまり、n個の電池モジュール2の各充電状態の中のいずれかの電池モジュール2の充電状態の中に、最適目標充電状態pの候補が必ず存在するため、組電池3を構成するすべての電池モジュール2の充電状態を順次当てはめて平準化損失量sを演算し、平準化損失量sが最小となる充電状態の値を選び、最適目標充電状態pに設定すればよい。   Therefore, it is not necessary to analytically obtain an arbitrary numerical value for the optimum target state of charge p. That is, since the candidate of the optimal target charging state p always exists in the charging state of any one of the charging states of the n battery modules 2, all the batteries constituting the assembled battery 3 are present. The leveling loss amount s is calculated by sequentially applying the state of charge of the module 2, and the value of the state of charge that minimizes the leveling loss amount s may be selected and set to the optimum target state of charge p.

なお、このように、最適目標充電状態pは、平均充電状態pvより高いので、平均充電状態pvより充電状態が高い電池モジュール2の充電状態を基に、最適目標充電状態pを演算してもよい。さらに、平均充電状態pvより大きく平均充電状態pvから所定範囲以下の充電状態の電池モジュール2の充電状態を基に、最適目標充電状態pを演算してもよい。   In this way, since the optimum target charging state p is higher than the average charging state pv, even if the optimum target charging state p is calculated based on the charging state of the battery module 2 having a higher charging state than the average charging state pv. Good. Furthermore, the optimum target charging state p may be calculated based on the charging state of the battery module 2 in a charging state that is larger than the average charging state pv and within a predetermined range from the average charging state pv.

図4は、本発明に係る充放電回路の制御システム100における最適目標充電状態探索処理の手順を示すフローチャートである。
この手順では、最適目標充電状態pを探索するために、n個の電池モジュール2の充電状態に対し、まず、1番目の電池モジュール2の充電状態(例えば、図2における充電状態が30%の電池モジュール2)を仮目標充電状態pxとしたときの平準化損失量s(以下、単に損失量という)を算出し、この損失量をXminとする(ステップS1)。
また、インデックスjを1とする(j=1)とし、2番目の電池モジュール2(i=2)の充電状態(例えば、図2に示す充電状態が40%の電池モジュール2)を目標としたときの損失量を算出し、それがXminよりも小さい場合はその値をXminに代入する(ステップS2)。なお、損失量Xminを算出する手順については、図5を参照し、後で詳細に説明する。
FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of the optimum target charge state search process in the control system 100 for the charge / discharge circuit according to the present invention.
In this procedure, in order to search for the optimum target charging state p, the charging state of the first battery module 2 (for example, the charging state in FIG. A leveling loss amount s (hereinafter simply referred to as a loss amount) when the battery module 2) is set to the temporary target charging state px is calculated, and this loss amount is set to Xmin (step S1).
Further, the index j is set to 1 (j = 1), and the charging state of the second battery module 2 (i = 2) (for example, the battery module 2 having a charging state of 40% shown in FIG. 2) is targeted. Loss amount is calculated, and if it is smaller than Xmin, the value is substituted into Xmin (step S2). The procedure for calculating the loss amount Xmin will be described later in detail with reference to FIG.

このように、順次、各電池モジュール2について損失量を求めてゆき、i番目の電池モジュール2の充電状態(例えば、図2に示す充電状態がおける50%の電池モジュール2)を目標としたときの損失量Xiを算出する(ステップS3)。   In this way, when the loss amount is sequentially obtained for each battery module 2 and the target is the state of charge of the i-th battery module 2 (for example, 50% of the battery modules 2 in the state of charge shown in FIG. 2). Loss amount Xi is calculated (step S3).

そして、その損失量XiがXminより小さいか否か(Xi<Xmin?)を判定する(ステップS4)。
損失量XiがXminより小さい場合(ステップS4でYes)、その損失量XiをXminに代入し、インデックスjをiとする(ステップS5)。
損失量XiがXminより小さくない場合、つまり損失量XiがXmin以上である場合(ステップS4でNo)、ステップS6へ移る。
Then, it is determined whether or not the loss amount Xi is smaller than Xmin (Xi <Xmin?) (Step S4).
When the loss amount Xi is smaller than Xmin (Yes in step S4), the loss amount Xi is substituted into Xmin, and the index j is set to i (step S5).
If the loss amount Xi is not smaller than Xmin, that is, if the loss amount Xi is equal to or greater than Xmin (No in step S4), the process proceeds to step S6.

このような探索操作を繰り返し、n個の電池モジュール2の充電状態についてすべての探索操作が終了したか否か(i=n?)を判断する(ステップS6)。
n個の電池モジュール2の充電状態についてすべての探索操作が終了していなければ(ステップS6でNo)、iに1をインクリメントし(i=i+1)(ステップS7)、前記したステップS3に戻って以降の処理を繰り返す。
Such a search operation is repeated, and it is determined whether or not all search operations for the state of charge of n battery modules 2 have been completed (i = n?) (Step S6).
If all search operations for the state of charge of the n battery modules 2 have not been completed (No in step S6), i is incremented by 1 (i = i + 1) (step S7), and the process returns to step S3 described above. The subsequent processing is repeated.

このようにして、n個の電池モジュール2の充電状態についてすべての探索操作が終了したら、すなわち、i=nになったら(ステップS6でYes)、インデックスjが示すj番目の電池モジュール2の損失量XjがXminとなるので、j番目の電池モジュール2の充電状態を、最適目標充電状態pとする(ステップS8)。
そして、充電状態の変動などに応じて、適宜、ステップS1に戻り、前記した処理を繰り返す。
In this way, when all the search operations for the charging states of the n battery modules 2 are completed, that is, when i = n (Yes in step S6), the loss of the j-th battery module 2 indicated by the index j. Since the amount Xj is Xmin, the state of charge of the jth battery module 2 is set to the optimum target state of charge p (step S8).
Then, the process returns to step S1 as appropriate according to the change in the state of charge, etc., and the above processing is repeated.

次に、図5を参照して前記した損失量算出を求める手順について詳細に説明する。
図5は、図4に示す手順において、充放電による平準化損失量sを求める手順を示すフローチャートである。
この手順は、具体的には、ステップS1(図4参照)において損失量Xminを求めるサブルーチン、および、ステップS3(図4参照)において損失量Xiを求めるサブルーチンとして実行される。
Next, the procedure for obtaining the above-described loss amount calculation will be described in detail with reference to FIG.
FIG. 5 is a flowchart showing a procedure for obtaining the leveling loss amount s due to charging / discharging in the procedure shown in FIG.
Specifically, this procedure is executed as a subroutine for obtaining the loss amount Xmin in step S1 (see FIG. 4) and a subroutine for obtaining the loss amount Xi in step S3 (see FIG. 4).

なお、図5に示すフローチャートにおける各符号は、次の通りである。pxは仮目標充電状態、Yiはi番目の電池モジュール2の充電状態(したがって、Y1は1番目の電池モジュール2の充電状態、Y2は2番目の電池モジュール2の充電状態、…Ynはn番目の電池モジュール2の充電状態である。)、Xpは放電側損失量、Xnは充電側損失量、zは充電損失比率(但し、z<1)、Xは合計損失量である。   In addition, each code | symbol in the flowchart shown in FIG. 5 is as follows. px is the temporary target charging state, Yi is the charging state of the i-th battery module 2 (therefore, Y1 is the charging state of the first battery module 2, Y2 is the charging state of the second battery module 2,... Yn is the nth. Xp is a discharge side loss amount, Xn is a charge side loss amount, z is a charge loss ratio (where z <1), and X is a total loss amount.

まず、1番目の電池モジュール2(例えば、図2で最も充電状態の少ない充電状態が30%の電池モジュール2を1番目の電池モジュール2とする)をi=1として、この電池モジュール2の放電側損失量Xpをゼロ(Xp=0)、充電側損失量Xnをゼロ(Xn=0)にリセットする(ステップS11)。   First, the first battery module 2 (for example, the battery module 2 with the least charged state of 30% in FIG. 2 is defined as the first battery module 2) is set to i = 1, and the battery module 2 is discharged. The side loss amount Xp is reset to zero (Xp = 0) and the charge side loss amount Xn is reset to zero (Xn = 0) (step S11).

次に、i番目の電池モジュール2の充電状態Yiが仮目標充電状態pxより大きいか否か(px<Yi?)を判定する(ステップS12)。
ここで、i番目の電池モジュール2の充電状態Yiが仮目標充電状態pxより大きい場合(px<Yi)(ステップS12でYes)、i番目の電池モジュール2の充電状態Yiを仮目標充電状態pxに対して位置づけるために、1番目の電池モジュール2を放電処理すべき側に区分する。そして、これまでの放電側損失量Xp(1番目の電池モジュール2の放電側損失量XpはXp=0である。)に対して、i番目の電池モジュール2の充電状態Yiと仮目標充電状態pxとの差分(Yi−px)を加算して、新たな放電側損失量Xpとする。つまり、Xp=Xp+(Yi−px)の計算を行う(ステップS13)。
Next, it is determined whether or not the charging state Yi of the i-th battery module 2 is larger than the temporary target charging state px (px <Yi?) (Step S12).
Here, when the charging state Yi of the i-th battery module 2 is larger than the temporary target charging state px (px <Yi) (Yes in step S12), the charging state Yi of the i-th battery module 2 is set to the temporary target charging state px. Therefore, the first battery module 2 is divided into the side to be discharged. Then, with respect to the previous discharge side loss amount Xp (the discharge side loss amount Xp of the first battery module 2 is Xp = 0), the charging state Yi of the i-th battery module 2 and the temporary target charging state A difference (Yi−px) from px is added to obtain a new discharge side loss amount Xp. That is, Xp = Xp + (Yi−px) is calculated (step S13).

一方、i番目の電池モジュール2の充電状態Yiが仮目標充電状態pxより大きくない場合(px≧Yi)(ステップS12でNo)、1番目の電池モジュール2の充電状態Yiが仮目標充電状態pxより小さい(px>Yi?)か否かを判定する(ステップS14)。   On the other hand, when the charging state Yi of the i-th battery module 2 is not greater than the temporary target charging state px (px ≧ Yi) (No in step S12), the charging state Yi of the first battery module 2 is the temporary target charging state px It is determined whether it is smaller (px> Yi?) (Step S14).

ここで、i番目の電池モジュール2の充電状態Yiが仮目標充電状態pxより小さい場合(px>Yi)(ステップS14でYes)、i番目の電池モジュール2の充電状態Yiを仮目標充電状態pxに対して位置づけるために、i番目の電池モジュール2を充電処理すべき側に区分する。そして、これまでの充電側損失量Xn(1番目の電池モジュール2の充電側損失量XnはXn=0である。)に対して、仮目標充電状態pxとi番目の電池モジュール2の充電状態Yiとの差分(px − Yi)を加算して新たな充電側損失量Xnとする。つまり、Xn=Xn+(px − Yi)の計算を行う(ステップS15)。   Here, when the charging state Yi of the i-th battery module 2 is smaller than the temporary target charging state px (px> Yi) (Yes in step S14), the charging state Yi of the i-th battery module 2 is set to the temporary target charging state px. Therefore, the i-th battery module 2 is classified into the side to be charged. And the temporary target charge state px and the charge state of the i-th battery module 2 with respect to the charge-side loss amount Xn so far (the charge-side loss amount Xn of the first battery module 2 is Xn = 0). The difference (px−Yi) from Yi is added to obtain a new charge side loss amount Xn. That is, Xn = Xn + (px−Yi) is calculated (step S15).

ステップS14でpx>Yiでない場合(ステップS14でNo)、i番目の電池モジュール2の充電状態Yiは仮目標充電状態px(つまり、px=Yi)であり、放電操作および充電操作を行う必要がないので、1番目の電池モジュール2(i=1)の損失量算出の処理を終了する。   If px> Yi is not satisfied in step S14 (No in step S14), the charging state Yi of the i-th battery module 2 is the temporary target charging state px (that is, px = Yi), and it is necessary to perform the discharging operation and the charging operation. Therefore, the process of calculating the loss amount of the first battery module 2 (i = 1) is terminated.

このようにしてi番目の電池モジュール2について、ステップS13で放電側損失量Xpの計算が終了し、または、ステップS15で充電側損失量Xnの計算が終了したときは、iに1をインクリメントし(i=i+1)(ステップS16)、iがnに達したか否かの判定を行う(ステップS17)。
例えば、図2に示す例では(適宜、図5参照)、電池モジュール2の数がn=8であるので、8個の電池モジュール2についての計算が終了したか否かの判定を行う(ステップS17)。
i=nでない場合、つまり、例えば8個の電池モジュール2についての計算が未だ終了していない場合(ステップS17でNo)、ステップS16に戻ってi+1番目の電池モジュール2について前記したとおり計算を行う。
Thus, for the i-th battery module 2, when the calculation of the discharge side loss amount Xp is completed in step S13, or when the calculation of the charge side loss amount Xn is completed in step S15, 1 is incremented to i. (I = i + 1) (step S16), it is determined whether i has reached n (step S17).
For example, in the example shown in FIG. 2 (see FIG. 5 as appropriate), since the number of battery modules 2 is n = 8, it is determined whether or not the calculation for eight battery modules 2 has been completed (step) S17).
When i = n is not true, that is, for example, when the calculation for the eight battery modules 2 has not been completed yet (No in step S17), the process returns to step S16 to perform the calculation for the i + 1-th battery module 2 as described above. .

図5に戻り、n番目まで処理を行ったか否かを判断する(i=n?)(ステップS17)。
n番目の電池モジュール2について計算が終了した場合(ステップS17でYes)、ステップS13で計算したi=nまでの電池モジュール2の放電側損失量Xp、つまり、8個の電池モジュール2の合計の放電側損失量Xpと、ステップS15で計算したi=nまでの電池モジュール2の充電側損失量Xn、つまり、8個の電池モジュール2の合計の充電側損失量Xnに充電損失効率比zを掛けた値とを加算し、平準化処理のための合計損失量Xを求める。すなわち、X=Xp+Xn×zの計算を行う(ステップS18)。
Returning to FIG. 5, it is determined whether or not processing has been performed up to the nth (i = n?) (Step S17).
When the calculation for the n-th battery module 2 is completed (Yes in step S17), the discharge-side loss amount Xp of the battery module 2 up to i = n calculated in step S13, that is, the total of the eight battery modules 2 is calculated. The charge loss efficiency ratio z is set to the discharge side loss amount Xp and the charge side loss amount Xn of the battery module 2 up to i = n calculated in step S15, that is, the total charge side loss amount Xn of the eight battery modules 2. The multiplied value is added to obtain a total loss amount X for leveling processing. That is, X = Xp + Xn × z is calculated (step S18).

すなわち、i番目の電池モジュール2の充電状態Yiと目標充電状態pxとの大小関係を調べ(ステップS12およびステップS14)、i番目の電池モジュール2の充電状態Yiの方が大きければ(ステップS12でYes)、(Yi−px)を放電側損失量Xpに加算し(ステップS13)、目標充電状態pxの方が大きければ(ステップS14でYes)、(px − Yi)を充電側損失量Xnに加算する。このような計算をn番目の電池モジュール2(図2では8番目の電池モジュール2)まで行う処理を繰り返す。そして、合計の充電側損失量Xnに充電損失効率比zを乗じた値と、合計の放電側損失量Xpとを加算した値が、各電池モジュール2について仮目標充電状態pxまで充電または放電を行って電池モジュール2電圧の平準化を図ったときの最小の損失量X(最小の平準化損失量s)となる。   That is, the magnitude relationship between the charging state Yi of the i-th battery module 2 and the target charging state px is examined (step S12 and step S14). If the charging state Yi of the i-th battery module 2 is larger (in step S12). (Yes), (Yi−px) is added to the discharge side loss amount Xp (step S13). If the target charge state px is larger (Yes in step S14), (px−Yi) is added to the charge side loss amount Xn. to add. The process of performing such calculation up to the nth battery module 2 (the eighth battery module 2 in FIG. 2) is repeated. The value obtained by multiplying the total charge side loss amount Xn by the charge loss efficiency ratio z and the total discharge side loss amount Xp is charged or discharged to the temporary target charge state px for each battery module 2. This is the minimum loss amount X (minimum leveling loss amount s) when the battery module 2 voltage is leveled.

以上の処理が終了したら、図4に示す最適目標充電状態探索処理(ステップS1またはステップS3)へ値を返し、次の値が入力されたら、ステップS11以下の処理を繰り返す。   When the above processing is completed, a value is returned to the optimum target charging state search processing (step S1 or step S3) shown in FIG. 4, and when the next value is input, the processing after step S11 is repeated.

なお、本実施形態では、すべての電池モジュール2について損失量を計算して最小の損失量となる電池モジュール2の充電状態を最適目標充電状態pに決定した。しかし、実際には、すべての電池モジュール2について損失量を計算しなくても、平均充電状態pvより多い充電状態の電池モジュール2のみについて損失量を計算すれば最適目標充電状態pを求めることができる。その理由は、放電処理に比べて充電処理の方が損失効率が少ない場合、必ず、すべての電池モジュール2の充電状態の平均値より高い充電状態の電池モジュール2の充電状態が最適目標充電状態pとして最小の平準化損失量sを与えるので、平均充電状態pvより高い充電状態の電池モジュール2から最適目標充電状態pを探索すればよいからである。   In the present embodiment, the loss amount is calculated for all the battery modules 2, and the state of charge of the battery module 2 that minimizes the loss amount is determined as the optimum target charge state p. However, in practice, even if the loss amount is not calculated for all the battery modules 2, the optimum target charge state p can be obtained by calculating the loss amount only for the battery modules 2 in the charge state higher than the average charge state pv. it can. The reason is that, when the loss efficiency is lower in the charging process than in the discharging process, the charged state of the battery module 2 in the charged state that is higher than the average value of the charged state of all the battery modules 2 is always the optimum target charged state p. Because the minimum leveling loss amount s is given as follows, the optimum target charging state p may be searched for from the battery module 2 in the charging state higher than the average charging state pv.

本実施形態の充放電回路の制御システム100によれば、各電池モジュール2の充電状態と目標充電状態pxとの各差分と、各電池モジュール2の部分充電処理および部分放電処理における損失とを乗算して、その総和が最小となるように最適目標充電状態pを設定している。これによって、電池モジュール2で構成される組電池3全体における平準化損失量sを最小にすることができる。   According to the control system 100 for the charge / discharge circuit of this embodiment, the difference between the charge state of each battery module 2 and the target charge state px is multiplied by the loss in the partial charge process and partial discharge process of each battery module 2. Thus, the optimum target charging state p is set so that the sum is minimized. Thereby, the leveling loss amount s in the entire assembled battery 3 constituted by the battery modules 2 can be minimized.

つまり、本実施形態の充放電回路の制御システム100によれば、電池モジュール2を部分放電させるときは、電池モジュール2から放電される電気エネルギーがジュール熱に変換され、実質的にその電気エネルギーのすべてが損失となるが、電池モジュール2を部分充電するときは、充電に用いられる電気エネルギーの一部が電池モジュール2に有効に充電されるので、この分は損失とはならず、その残りがジュール熱に変換され損失となる。そこで、各電池モジュール2の充電状態のみならず、部分充電時の充電損失効率比zを勘案して目標充電状態pxを探索し、この目標充電状態pxになるように各電池モジュール2を部分充放電することによって、平準化損失量sを少なくして、組電池3の平準化を行える。   That is, according to the control system 100 for the charge / discharge circuit of the present embodiment, when the battery module 2 is partially discharged, the electric energy discharged from the battery module 2 is converted into Joule heat, and the electric energy is substantially reduced. All are lost, but when the battery module 2 is partially charged, part of the electrical energy used for charging is effectively charged to the battery module 2, so this amount is not lost and the rest is It is converted into Joule heat and lost. Therefore, not only the charging state of each battery module 2 but also the charging loss efficiency ratio z at the time of partial charging is taken into account to search for the target charging state px, and each battery module 2 is partially charged so as to reach this target charging state px. By discharging, the leveling loss amount s can be reduced, and the assembled battery 3 can be leveled.

本発明による一実施形態の充放電回路の制御システムを示す全体構成図である。It is a whole lineblock diagram showing the control system of the charge and discharge circuit of one embodiment by the present invention. 充放電回路の制御システムによって、組電池3の各電池モジュールを最適目標充電状態に向けて充電しまたは放電する概念を示すグラフである。It is a graph which shows the concept which charges or discharges each battery module of the assembled battery 3 toward the optimal target charge state by the control system of a charging / discharging circuit. 目標充電状態に対する平準化損失量(正規化値)snの関係例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of a relationship of the leveling loss amount (normalization value) sn with respect to a target charge state. 本発明に係る充放電回路の制御システムにおける最適目標充電状態探索処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the optimal target charge condition search process in the control system of the charging / discharging circuit which concerns on this invention. 図4に示す手順において、充放電による平準化損失量を求める手順を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing a procedure for obtaining a leveling loss amount due to charging / discharging in the procedure shown in FIG. 4.

符号の説明Explanation of symbols

1 セル
2 電池モジュール
3 組電池
CD 部分放電回路
CC 部分充電回路
DD 電圧監視装置
MV モジュール電圧検出回路
100 充放電回路の制御システム
CC 部分充電回路
CD 部分放電回路
DD 電圧監視装置
MV モジュール電圧検出回路
1 cell 2 battery module 3 assembled battery CD partial discharge circuit CC partial charge circuit DD voltage monitoring device MV module voltage detection circuit 100 charge / discharge circuit control system CC partial charge circuit CD partial discharge circuit DD voltage monitoring device MV module voltage detection circuit

Claims (4)

1個以上のセルからなる電池モジュールを複数直列に接続してなる組電池に対し、前記電池モジュールごとの充電状態に応じて充放電を行う充放電回路の制御システムであって、
前記電池モジュールごとに前記充電状態を検出するモジュール電圧検出回路と、
複数の前記電池モジュールのうちの任意の電池モジュールの充電状態を仮目標充電状態とし、前記任意の電池モジュールを除く前記電池モジュールを充放電して当該充電状態を前記仮目標充電状態に平準化するときの平準化損失量を、前記任意の電池モジュールごとに算出する損失量算出手段と、
前記損失量算出手段が算出した前記電池モジュールごとの前記平準化損失量が最小となる前記仮目標充電状態を探索し、探索した前記仮目標充電状態に基づき、前記電池モジュールごとに当該電池モジュールの前記充電状態を前記仮目標充電状態にするための充放電量を算出する目標充電状態探索手段と
前記電池モジュールごとに、前記目標充電状態探索手段によって算出された充電量を部分充電する部分充電回路と、
前記電池モジュールごとに、前記目標充電状態探索手段によって算出された放電量を部分放電させる部分放電回路と、
を有することを特徴とする充放電回路の制御システム。
A control system for a charge / discharge circuit that performs charge / discharge according to the state of charge of each battery module, with respect to an assembled battery formed by connecting a plurality of battery modules composed of one or more cells in series,
A module voltage detection circuit for detecting the state of charge for each battery module;
The charging state of an arbitrary battery module among the plurality of battery modules is set as a temporary target charging state, and the battery modules other than the arbitrary battery module are charged and discharged to level the charging state to the temporary target charging state. Loss amount calculating means for calculating the leveling loss amount for each of the arbitrary battery modules;
The temporary target charge state that minimizes the leveling loss amount for each of the battery modules calculated by the loss amount calculating means is searched, and the battery module of each battery module is searched for based on the searched temporary target charge state. A target charge state search means for calculating a charge / discharge amount for changing the charge state to the temporary target charge state; and a partial charge circuit for partially charging the charge amount calculated by the target charge state search means for each of the battery modules. When,
For each battery module, a partial discharge circuit that partially discharges the discharge amount calculated by the target charge state search means;
A control system for a charge / discharge circuit, comprising:
前記損失量算出手段は、
前記仮目標充電状態を超える充電状態の前記電池モジュールについては前記部分放電回路によって放電されるときの損失量を放電損失量として加算し、
前記仮目標充電状態量未満の充電状態の前記電池モジュールについては前記部分充電回路によって充電されるときの損失量を充電損失量として加算し、
前記放電損失量と前記充電損失量とに基づいて前記平準化損失量を算出することを特徴とする請求項1に記載の充放電回路の制御システム。
The loss amount calculating means includes
For the battery module in a charged state exceeding the temporary target charged state, add a loss amount when discharged by the partial discharge circuit as a discharge loss amount,
For the battery module in a charged state less than the temporary target charged state amount, add a loss amount when charged by the partial charging circuit as a charge loss amount,
The charge / discharge circuit control system according to claim 1, wherein the leveling loss amount is calculated based on the discharge loss amount and the charge loss amount.
前記損失量算出手段は、
前記モジュール電圧検出回路によって検出した複数の前記電池モジュールの充電状態を基に当該複数の電池モジュール全体としての平均充電状態を算出し、
前記充電状態が前記平均充電状態よりも大きな値の電池モジュールを前記任意の電池モジュールの候補として前記平準化損失量を算出する、
ことを特徴とする請求項1に記載の充放電回路の制御システム。
The loss amount calculating means includes
Based on the state of charge of the plurality of battery modules detected by the module voltage detection circuit, the average state of charge as a whole of the plurality of battery modules is calculated,
The leveling loss amount is calculated by setting a battery module whose charge state is larger than the average charge state as a candidate for the arbitrary battery module,
The charge / discharge circuit control system according to claim 1.
前記損失量算出手段は、
前記モジュール電圧検出回路によって検出した複数の前記電池モジュールの充電状態を基に当該複数の電池モジュール全体としての平均充電状態を算出し、
前記充電状態が前記平均充電状態を超え当該平均充電状態から所定範囲以下の前記電池モジュールを前記任意の電池モジュールの候補として前記平準化損失量を算出する、
ことを特徴とする請求項1に記載の充放電回路の制御システム。
The loss amount calculating means includes
Based on the state of charge of the plurality of battery modules detected by the module voltage detection circuit, the average state of charge as a whole of the plurality of battery modules is calculated,
The leveling loss amount is calculated with the battery module exceeding the average charge state and the battery module having a predetermined range or less from the average charge state as a candidate for the arbitrary battery module,
The charge / discharge circuit control system according to claim 1.
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