CN103872724B - 充电控制装置、电池系统以及充电控制方法 - Google Patents

充电控制装置、电池系统以及充电控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种充电控制装置、电池系统以及充电控制方法，即使流过并联连接的多个电池模块的电流值不同，也能够效率良好地进行充电。对向并联连接的多个电池模块(12)提供的充电电流进行控制的充电控制装置(20)将从由多个电池模块(12)的每一个电池模块所具备的电流传感器(18)检测到的电流值中选择出的最大电流值与作为向二次电池(16)提供的最大的电流值而预先决定的基准电流值进行比较，基于比较结果来控制向多个电池模块(12)提供的充电电流。

Description

充电控制装置、电池系统以及充电控制方法
技术领域
本发明涉及充电控制装置、电池系统以及充电控制方法。
背景技术
已知将能够进行充放电的多个电池模块并联连接的电池系统。该电池系统例如经由逆变器和转换器等电力转换器将来自利用了风力发电装置和太阳光发电装置等的自然能量的电源的电力或来自商用电源的电力充电至电池模块。
作为对并联连接的多个电池模块进行充电的方法，例如专利文献1中公开了以下方法，即，从电源输出规定的恒定电流并开始恒定电流控制，通过恒定电流充电来进行充电，在流入电池模块的电流变少时，向恒定电压充电转移。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2008—220104号公报
这里，由于各个内部电阻值不同的主要原因，有时会在流过各电池模块的充电电流值中产生偏差。
由此，在专利文献1公开的现有的充电方法中，在不考虑充电电流值的偏差的充电方法中，存在利用超过电池或模块能够允许的最大充电电流值的过大电流进行充电的可能性。此外，在考虑了充电电流值的偏差的充电方法中，由于相对于最大充电电流值利用具有充分的余裕(margin)的充电电流进行充电，所以不能进行有效的充电。
发明内容
本发明鉴于这样的事项而形成，其目的在于，提供一种充电控制装置、电池系统以及充电控制方法，即使流过并联连接的多个电池模块的电流值不同，也能够高效地进行充电。
为了解决上述课题，本发明的充电控制装置、电池系统、以及充电控制方法采用以下的手段。
本发明的第一方式是一种充电控制装置，对向并联连接并能充放电的多个电池模块提供的充电电流进行控制，在该充电控制装置中，将从由多个上述电池模块的每一个电池模块所具备的电流检测机构(手段)检测到的电流值中选择出的最大电流值与作为向上述电池模块提供的最大的电流值而预先决定的基准电流值进行比较，基于比较结果来控制向多个上述电池模块提供的充电电流。
本构成涉及的充电控制装置对向并联连接并能充放电的多个电池模块提供的充电电流进行控制。另外，电池模块可以是多个二次电池串联连接，也可以是一个二次电池。
并联连接的多个电池模块由于内部电阻值等各不相同，从而可能在充电时流过的电流值中产生各个偏差。
因此，通过充电控制装置，将从由多个电池模块的每一个电池模块所具备的电流检测机构检测到的电流值中选择出的最大电流值与作为向电池模块提供的最大的电流值而预先决定的基准电流值进行比较。多个电池模块之中，电流值最大的电池模块是与其他的电池模块相比，能够较快充电，并且如果增大充电电流则以过大的电流被充电的可能性高的电池模块。由此，需要基于最大电流值和基准电流值来决定充电电流值。
并且，基于最大电流值和基准电流值的比较结果，来控制向多个电池模块提供的充电电流。例如，在最大电流值小于基准电流值的情况下，充电控制装置使充电电流增加。另一方面，在最大电流值超过基准电流值的情况下，充电控制装置使充电电流减少。另外，所谓充电控制装置的充电电流的控制实际上是指通过增减充电电流指令值来控制从电源提供的充电电流的控制。
因此，本构成能够考虑在各电池模块中流过的电流值，来决定最佳的充电电流，所以即使并联连接的多个电池模块中流过的电流值不同，也能够效率良好地进行充电。
在上述第一方式中，优选，在上述最大电流值小于上述基准电流值的情况下，使上述充电电流增加，在上述最大电流值超过基准电流值的情况下，使上述充电电流减少。
根据本构成，由于阶段性地使充电电流增减，所以能够对应于起因于充电时的单元电压值和内部电阻等的电流值的变化。
在上述第一方式中，优选，在由按构成上述电池模块的每个二次电池来检测电压的电压检测机构检测到的至少1个电压值达到预先决定的第一上限值的情况下，控制向上述电池模块提供的充电电流以使由上述电压检测机构检测到的最大电压值不超过预先决定的第二上限值。
根据本构成，由于按照构成电池模块的二次电池的最大电压值来进行恒定电压充电，所以能够将二次电池充电至更接近满充电。
在上述第一方式中，优选基于由上述电流检测机构检测到的电流值来结束上述电池模块的充电。
例如，在最小电流值成为预先决定的下限值以下的情况下，如果结束电池模块的充电则进一步防止过充电或SOC(State of Charge)变高为必要以上，在最大电流值成为规定的下限值以下的情况下，如果结束电池模块的充电则抑制回流电流(从高电压的电池模块向低电压的电池模块流过的电流)的产生，在最大电流值和最小电流值之差成为规定值以下的情况下，如果结束电池模块的充电则进一步抑制回流电流的产生。
这样，根据本构成，通过基于流过电池模块的电流值来使充电结束，能够更安全地使用电池模块。
在上述第一方式中，优选，上述电流检测机构在相对于各上述电池模块不同的位置处具备多个，基于每个上述电池模块所具备的多个上述电流检测机构所得到的检测结果之差，来判定有无异常。
根据本构成，能够简易地判定电池模块以及电池模块所具备的电流检测机构等有无异常。
在上述第一方式中，优选，基于上述电流检测机构的每个上述电池模块的检测结果之差来判定有无异常。
根据本构成，能够简单地判定电池模块以及电池模块所具备的电流检测机构等有无异常。
本发明的第二方式的电池系统具备：并联连接并能充放电的多个电池模块；向多个上述电池模块提供充电电流的电源；按多个上述电池模块的每一个电池模块来检测电流的多个电流检测机构；以及上述记载的充电控制装置。
本发明的第三方式是一种充电控制方法，对向并联连接并能充放电的多个电池模块提供的充电电流进行控制，该充电控制方法包括：将从按多个上述电池模块的每一个电池模块由电流检测机构检测到的电流值中选择出的最大电流值与作为向上述电池模块提供的最大的电流值而预先决定的基准电流值进行比较的第一步骤；以及基于上述第一步骤的比较结果来控制向多个上述电池模块提供的充电电流的第二步骤。
发明效果
根据本发明，具有即使在并联连接的多个电池模块中流过的电流值不同，也能够效率良好地进行充电这样的优异效果。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式涉及的电池系统的构成图。
图2是表示本发明的第一实施方式涉及的充电控制处理的流程的流程图。
图3是表示本发明的第二实施方式涉及的充电控制处理的流程的流程图。
图4是本发明的第三实施方式涉及的电池系统的构成图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明相关的充电控制装置、电池系统以及充电控制方法的一实施方式。
(第一实施方式)
以下，说明本发明的第一实施方式。
图1是本第一实施方式涉及的电池系统10的构成图。另外，在图1中，省略与电池系统10连接的负载。
电池系统10将能够进行充放电的多个电池模块12并联地与电源14连接。电池模块12是将多个二次电池16串联连接而作为一个臂(arm)构成的组电池。
本第一实施方式的二次电池16作为一例是锂离子二次电池，但是不限定于此。此外，电池模块12可以是一个二次电池16。
电源14向各电池模块12提供充电电流。电源14具备例如AC／DC转换器，将从商用电源提供的交流电力转换为直流电流，向各电池模块12提供。
进一步地，电池系统10具备：检测在各电池模块12中流过的电流的电流传感器18A～18C；和控制向各电池模块12提供的充电电流的充电控制装置20。
电流传感器(电流检测机构)18A～18C按每固定时间检测流过各个对应的电池模块12的电流值，将检测到的电流值向充电控制装置20输出。在以下的说明中，在区别电流传感器18A～18C的情况下，在符号的末尾附加A～C的任一个，在不区别各电流传感器18A～18C的情况下，省略A～C。
充电控制装置20将从按多个电池模块12的每一个电池模块检测到的电流值中选择出的最大电流值与作为向电池模块12提供的最大的电流值而预先决定的基准电流值进行比较，基于比较结果来控制成为向多个电池模块12提供的充电电流的基础的充电电流指令值。基于该充电电流指令值，电源14进行电流控制。另外，基准电流值是例如相对于针对二次电池16的充电电流的最大值具有裕度的值。
另外，充电控制装置20例如由CPU(Central Processing Unit)、RAM(RandomAccess Memory)、以及计算机能读取的记录介质等构成。并且，用于实现充电控制装置20的各种功能的一系列的处理，作为一例，按照程序的形式记录在记录介质等中，通过CPU对该程序执行运算处理来实现各种功能。
此外，电池系统10在每个二次电池16中具备用于检测各二次电池16的电压的电压传感器(电压检测机构)22。由电压传感器22检测到的电压值(以下，称为“单元(cell)电压值”)被输出至充电控制装置20。另外，在图1中，仅仅图示一个二次电池16的电压传感器22，省略其他的二次电池16所具备的电压传感器22的图示。
图2是表示本第一实施方式涉及的充电控制装置20执行的充电控制处理(充电控制程序)的流程的流程图，充电控制处理与电池模块12的充电开始一起开始。另外，充电控制程序预先存储在充电控制装置20所具备的存储机构(RAM等)的规定区域中。
首先，在步骤100中，判定构成电池模块12的各二次电池16的单元电压值是否为规定值以下。由此，在步骤100中，判定单元电压值是否正常，在肯定判定的情况下转移至步骤102，在否定判定的情况下结束本充电控制处理。步骤100的判定，换言之，是二次电池16的过充电的判定，在单元电压值比规定值大的情况下判定为过充电、即不需要这以上的充电。另一方面，在单元电压值为规定值以下的情况下，判定为能够进行充电。
在下一个步骤102中，从电流传感器18获取按多个电池模块12的每一个检测到的电流值。
在下一个步骤104中，从按多个电池模块12的每一个电池模块检测到的电流值IA、IB、IC中选择最大电流值。
并联连接的多个电池模块12由于内部电阻值各不相同，所以存在在充电时流过的电流值中产生各个偏差的可能性。
例如，电源14对于并联连接的多个电池模块12提供充电电流Ip=240A，在作为电流值IA检测到90A，作为电流值IB检测到70A，作为电流值IC检测到80A的情况下，在步骤104中，将由电流传感器18A检测到的90A选择为最大电流值。
多个电池模块12之中，流过的电流值为最大的电池模块12是与其他电池模块12相比，能够进行较快的充电，并且如果增大充电电流Ip则以过大的电流被充电的可能性高的电池模块12。由此，需要基于最大电流值和基准电流值来决定充电电流值。
在下一个步骤106中，判定最大电流值Imax是否为与基准电流值Iref(例如100A)相同的值，在肯定判定的情况下，转移至步骤100，在否定判定的情况下，转移至步骤108。
在下一个步骤108中，判定最大电流值Imax是否比基准电流值Iref大，在肯定判定的情况下转移至步骤110，在否定判定的情况下转移至步骤112。
在步骤110中，通过输出充电电流指令值来使充电电流Ip减少第一规定值，来控制电源14，并返回步骤100。
在步骤112中，通过输出充电电流指令值来使充电电流Ip增加第二规定值，来控制电源14，返回步骤100。
在步骤106～112中，如上所述，例如，如果将充电电流Ip设为240A，将最大电流值Imax设为由电流传感器18A检测到的90A、以及将基准电流值Iref设为100A，则由于该最大电流值Imax比基准电流值Iref低，所以充电控制处理从步骤108转移至步骤112。并且，在步骤112中，使充电电流Ip增加第一规定值(例如，10A)设为250A，转移至步骤100的处理。重复这些处理，最终，能够使最大电流值Imax接近基准电流值Iref。由此，以往以来，虽然以相对于能够流过各电池模块12的上限值(最大充电电流值)具有充分的余裕的充电电流来对并联连接的各电池模块12进行充电，但是根据本第一实施方式，考虑当前使用中的电池模块12中流过的充电电流，能够进行更佳的效率良好的充电。
如步骤110以及步骤112所示，使充电电流Ip阶梯性增减。这样，通过使充电电流Ip阶段性地增减，能够对应于起因于充电时的单元电压值或内部电阻等的最大电流值的变化。此外，充电控制处理通过缩短周期，减小第一规定值以及第二规定值的值，进一步容易地使最大电流值Imax和基准电流值Iref一致。另外，在本第一实施方式涉及的充电控制处理中，不限于通过以预先决定的第一规定值以及第二规定值等固定值来使充电电流Ip增减从而使充电电流指令值增减的情况，可以按照基准电流值和最大电流值之间的差分，使用PID(Proportional Integral Derivative)控制和PI(Proportional Integral)控制等反馈控制来使充电电流指令值的增减幅度发生变化。
另外，在本第一实施方式涉及的充电控制处理中，虽然将第一规定值和第二规定值设为相同值，但是不限于此，也可以将第一规定值和第二规定值设为不同的值。
如以上说明，本第一实施方式涉及的充电控制装置20将从由多个电池模块12的每一个电池模块所具备的电流传感器18检测到的电流值中选择出的最大电流值与作为向二次电池16提供的最大电流值而预先决定的基准电流值进行比较，基于比较结果来控制向多个电池模块12提供的充电电流。
这样，充电控制装置20由于考虑流过各电池模块12的电流值来决定最佳的充电电流，所以即使并联连接的多个电池模块12中流过的电流值不同，也能够效率良好地进行充电。
(第二实施方式)
以下，说明本发明的第二实施方式。
另外，本第二实施方式涉及的电池系统10的构成，由于与图1所示的第一实施方式涉及的电池系统10的构成相同，所以省略说明。另外，本第二实施方式涉及的二次电池16成为锂离子电池这样的能够进行恒定电流充电以及恒定电压充电的二次电池。
本第二实施方式涉及的电池系统10在由电压传感器22检测到的至少一个单元电压值达到预先决定的第一上限值(以下，简称为“上限值”)的情况下，对向电池模块12提供的充电电流进行控制，以便最大单元电压值不超过预先决定的第二上限值(以下，称为“上限电压值”)。
图3是表示本第二实施方式涉及的充电控制处理(充电控制程序)的流程的流程图。另外，对于图3中与图2相同的步骤赋予与图2相同的符号，省略其一部分说明或全部说明。
首先，在步骤100中判定为单元电压为正常的情况下，转移至步骤101。
在步骤101中，判定是否具有达到上限值的单元电压值，在肯定判定的情况下转移至步骤114，在否定判定的情况下转移至步骤102。上限值是用来判定二次电池16接近满充电的值，在单元电压值没有达到上限值的情况下，转移至步骤102进行恒定电流充电，在单元电压值达到上限值的情况下，转移至步骤114进行恒定电压充电。
在步骤114中，从检测到的多个单元电压值中选择最大单元电压值Vmax。充电控制处理以该最大单元电压值Vmax为基准来进行恒定电压充电。
在下一个步骤116中，判定最大单元电压值Vmax是否为上限电压值Vhigh以下，在肯定判定的情况下转移至步骤118，在否定判定的情况下，即在最大单元电压值Vmax超过上限电压值Vhigh的情况下转移至步骤120。
在步骤118中，再次获取获取了最大单元电压值Vmax的电压传感器22的检测结果并更新最大单元电压值Vmax，基于该更新结果来继续恒定电压充电，并返回步骤116。
在步骤120中，控制电源14，以使充电电流Ip减少规定值。
在下一个步骤122中，判定由电流传感器18检测到的电流值之中，最小电流值Imin是否为预先决定的下限电流值Ilow以下，在否定判定的情况下返回步骤118，再次获取最大单元电压值Vmax并继续恒定电压充电，在肯定判定的情况下结束电池模块12的充电。
在最小电流值Imin成为预先决定的下限值以下的情况下，充电控制处理通过结束电池模块12的充电，能够进行更安全的充电。所谓安全的充电是防止过充电和进一步防止SOC(State of Charge)变高为必要以上的充电。
这样，本第二实施方式涉及的电池系统10由于按照构成电池模块12的二次电池16的最大电压来进行恒定电压充电，所以能够对二次电池16充电至更深的充电即接近满充电。
另外，在本第二实施方式涉及的充电控制处理中，虽然说明了在最小电流值Imin成为预先决定的下限值以下的情况下结束电池模块12的充电的方式，但是不限于此。本第二实施方式涉及的充电控制处理例如可以在最大电流值Imax成为规定的下限电流值Ilow以下的情况下、和最大电流值Imax和最小电流值Imin之差成为规定值以下的情况下，结束电池模块12的充电。
在最大电流值Imax成为下限电流值Ilow以下的情况下，充电控制处理通过结束电池模块12的充电，来抑制回流电流的产生。回流电流在充电结束后由于二次电池16间的电位差(电动势之差)而产生。通过以最大电流值Imax为基准，在二次电池16中不流过最大电流值Imax以上的大电流，所以能够抑制电流差的增大，能够抑制回流电流的产生。
在最大电流值Imax和最小电流值Imin之差成为规定值以下的情况下，充电控制处理通过结束电池模块12的充电，使二次电池16间的电流差变小，所以进一步抑制回流电流的产生。
这样，本第二实施方式涉及的充电控制处理通过基于在电流模块12中流过的电流值来结束充电，能够更安全地使用电池模块12。
此外，在本第二实施方式涉及的充电控制处理中，说明了在步骤116中为肯定判定的情况下以及在步骤122中为否定判定的情况下转移至步骤118的方式，但是不限定于此，可以作为在步骤116中为肯定判定的情况以及在步骤122中为否定判定的情况下转移至步骤114的方式。在该方式的情况下，由于始终选择最大单元电压值，进行恒定电压充电，从而能够更可靠且安全地进行深度的充电。
(第三实施方式)
以下，说明本发明的第三实施方式。
在本第三实施方式中，说明电池系统10中产生的异常的检测(以下，称为“燃料安全”)。
图4表示本第三实施方式涉及的电池系统10的构成。另外，对图4中与图1相同的构成部分附加与图1相同的符号，省略其说明。此外，本第三实施方式涉及的充电控制处理与第一实施方式以及第二实施方式涉及的充电控制处理相同，所以省略说明。
本第三实施方式涉及的电池系统10在相对于各电池模块12不同的位置具备多个电流传感器18。例如，在电池模块12A中具备电流传感器18A1、18A2，在电池模块12B中具备电流传感器18B1、18B2，在电池模块12C中具备电流传感器18C1、18C2。
充电控制装置20基于每个电池模块12所具备的多个电流传感器18的检测结果之差，来判定在电池系统10中有无产生异常。由此，充电控制装置20能够简易地判定在电池系统10中有无产生异常。
具体来说，充电控制装置20如以下(1)式所示，例如在电流传感器18A1检测到的电流值IA1和电流传感器18A2检测到的电流值IA2之差为规定值α以上的情况下，判定为在电池模块12A等中产生异常。另外，规定值α考虑电流传感器18的误差来设定。
电池模块12的异常例如是将二次电池16的内部电阻的过剩的上升等作为起因的异常。
(式1)
|Ix1-Ix2|≥α (x＝A，B，C)…(1)
在电池模块12的电流差为规定值α以上的情况下，除了电池模块12的异常以外，存在产生电流传感器18的故障、总线的异常等的可能性。这样，所谓这里所说的电池系统10中产生的异常是电池模块12以及电池模块12具备的电流传感器18等的异常。
作为燃料安全的其他方式，充电控制装置20基于电流传感器18的每个电池模块12的检测结果之差，判定在电池系统10中有无产生异常。由此，充电控制装置20能够简单地判定在电池系统10中有无产生异常。在该方式的情况下，电池模块12中可以具备一个电流传感器18。
具体来说，充电控制装置20例如将电流传感器18A1检测到的电流值IA1、电流传感器18B1检测到电流值IB1、和电流传感器18C1检测到的电流值IC1之中最大的电流值设为Imax，将第二大的电流值设为Imid，将第三大的电流值设为Imin。并且，充电控制装置20如下式(2)所示，在电流值Imax和电流值Imid之差为规定值β以上的情况下、或电流值Imid和电流值Imin之差为规定值γ以上的情况下，判定为在电池系统10中产生异常。
例如，在电流差为规定值β以上的情况下，判定为在电池模块12A以及电池模块12B的至少一个中产生异常，在电流差为规定值γ以上的情况下，判定为在电池模块12B以及电池模块12C的至少一个中产生异常。另外，规定值β、γ考虑电流传感器18的误差来设定。
(式2)
Imax-Imid≥β…(2)
(式3)
Imid-Imin≥γ…(3)
另外，在电流差为规定值β、γ以上的情况下，除了二次电池16的内部电阻的过剩的上升导致的电池模块12的异常以外，有可能发生电池传感器18的故障、总线的异常等的异常。
以上，使用上述各实施方式说明了本发明，但是本发明的技术范围不限定为上述实施方式中记载的范围。在不脱离发明的要旨的范围中能够向上述各实施方式添加多样的变更或改良，添加了该变更或改良的方式也包含在本发明的技术范围中。
例如，在上述各实施方式中，虽然说明了电池系统10具备3列并联连接的电池模块12的方式，但是本发明不限定为这些，电池模块12可以并联连接2列以上。
此外，在上述各实施方式中说明的充电控制处理的流程也是一例，在不脱离本发明的主旨的范围内，可以删除不需要的步骤，或者追加新的步骤，或者替换处理顺序。
符号说明：
10 电池系统
14 电源
18 电流传感器
20 充电控制装置
22 电压传感器

Claims (7)

1.一种充电控制装置，对向并联连接并能充放电的多个电池模块提供的充电电流进行控制，其中，
判定由按构成上述电池模块的每个二次电池来检测电压的电压检测机构检测到的至少1个电压值是否达到预先决定的第一上限值，其中，上述第一上限值是用来判定二次电池接近满充电的值，
在由上述电压检测机构检测到的至少1个电压值未达到上述第一上限值的情况下，将从由对多个上述电池模块的每一个电池模块所配备的电流检测机构检测到的电流值中选择出的最大电流值与作为向上述电池模块提供的最大的电流值而预先决定的基准电流值进行比较，基于比较结果来控制向多个上述电池模块提供的充电电流，
在由上述电压检测机构检测到的至少1个电压值达到上述第一上限值的情况下，控制向上述电池模块提供的充电电流以使由上述电压检测机构检测到的最大电压值不超过预先决定的第二上限值。
2.根据权利要求1所述的充电控制装置，其中，
在上述最大电流值小于上述基准电流值的情况下，使上述充电电流增加，在上述最大电流值超过基准电流值的情况下，使上述充电电流减少。
3.根据权利要求1所述的充电控制装置，其中，
基于由上述电流检测机构检测到的电流值来结束上述电池模块的充电。
4.根据权利要求1所述的充电控制装置，其中，
对各上述电池模块而在不同的位置配备多个上述电流检测机构，
基于对每个上述电池模块所配备的多个上述电流检测机构的检测结果之差，来判定有无异常。
5.根据权利要求1所述的充电控制装置，其中，
基于上述电流检测机构的每个上述电池模块的检测结果之差来判定有无异常。
6.一种电池系统，具备：
多个电池模块，并联连接并能充放电；
电源，向多个上述电池模块提供充电电流；
多个电流检测机构，按多个上述电池模块的每一个电池模块来检测电流；以及
权利要求1～5中任一项所述的充电控制装置。
7.一种充电控制方法，对向并联连接并能充放电的多个电池模块提供的充电电流进行控制，其中，
该充电控制方法包括：判定步骤，判定由按构成上述电池模块的每个二次电池来检测电压的电压检测机构检测到的至少1个电压值是否达到预先决定的第一上限值，其中，上述第一上限值是用来判定二次电池接近满充电的值，
在通过上述判定步骤判定为由上述电压检测机构检测到的至少1个电压值未达到上述第一上限值的情况下，执行：
第一步骤，将从按多个上述电池模块的每一个电池模块由电流检测机构检测到的电流值中选择出的最大电流值与作为向上述电池模块提供的最大的电流值而预先决定的基准电流值进行比较；和
第二步骤，基于上述第一步骤的比较结果来控制向多个上述电池模块提供的充电电流，
在通过上述判定步骤判定为由上述电压检测机构检测到的至少1个电压值达到上述第一上限值的情况下，控制向上述电池模块提供的充电电流以使由上述电压检测机构检测到的最大电压值不超过预先决定的第二上限值。
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