CN107615561B - 蓄电装置以及连接控制方法 - Google Patents

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Abstract

蓄电装置(1)具备：电池组(20)，其是将蓄电器(2)和开关装置(3)连接成串联电路(C1)且将n个(n为2以上的整数)串联电路(C1)并联连接而成的；以及电池控制器(4)，其根据蓄电器(2)的充放电容许电力来控制开关装置(3)，其中，电池控制器(4)控制开关装置(3)使得电池组(20)的充放电容许电力为最大。

Description

蓄电装置以及连接控制方法
技术领域
本发明涉及一种蓄电装置以及连接控制方法。
背景技术
已知有如下技术：在具备多个并联连接的蓄电装置的蓄电系统中，在各个蓄电装置的充放电容许电力不同的情况下独立地控制各蓄电装置来使多个蓄电装置的充放电控制高效化(例如参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2010-28886号公报
发明内容
发明要解决的问题
在上述技术中，将对蓄电系统所具备的蓄电装置中的最小的充放电容许电力的值乘以蓄电器数量所得到的值设为蓄电系统整体的充放电容许电力。因此，存在无法高效地利用蓄电系统所具备的蓄电装置的充放电电力这样的问题。
本发明要解决的课题在于提供一种能够高效地利用蓄电器的充放电电力的蓄电装置。
用于解决问题的方案
本发明通过如下方法来解决上述课题：控制与蓄电器连接成串联电路的开关单元的电池控制器控制开关单元，使得将n个(n为2以上的整数)该串联电路并联连接而构成的电池组的充放电容许电力为最大。
发明的效果
根据本发明，电池控制器控制开关单元使得电池组的充放电容许电力为最大，因此能够高效地利用蓄电装置所具备的蓄电器的充放电电力。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式中的蓄电装置的整体结构图。
图2是表示本发明的实施方式中的电池控制器所进行的控制的流程图。
具体实施方式
以下，基于附图来说明本发明的实施方式。
图1是表示本实施方式中的蓄电装置的整体结构图。
如图1所示，本实施方式中的蓄电装置1具备n个(n为2以上的整数。在本例中为四个。)蓄电器2、开关装置3、电池控制器4以及充放电器5。
蓄电器2具有串联连接的多个单体蓄电池21、单体电池电压检测器22、蓄电器温度检测器23、电流检测器24以及蓄电器控制器25。本实施方式中的蓄电装置1具备有合计四个蓄电器2，但是只要蓄电装置1所具备的蓄电器2的数量是两个以上即可，不作特别限定。此外，在以下的说明中还将四个蓄电器2从图1中的左侧起按顺序分别称为蓄电器2A、蓄电器2B、蓄电器2C以及蓄电器2D。
作为单体蓄电池21的具体的结构，例如能够例示锂离子二次电池、镍氢二次电池等。此外，构成蓄电器2的单体蓄电池21的数量不作特别限定。例如，也可以由一个单体蓄电池21来构成蓄电器2。另外，在本实施方式中，单体蓄电池21全部被串联连接，但是构成蓄电器2的单体蓄电池21的连接方法也不作特别限定。例如，也可以是蓄电器2所包含的单体蓄电池21的一部分被并联连接。
单体电池电压检测器22具有检测单体蓄电池21的电压的功能。此外，安装于蓄电器2的单体电池电压检测器22的数量不作特别限定。例如，也可以对蓄电器2所包含的各单体蓄电池21分别安装单体电池电压检测器22。单体电池电压检测器22的检测结果被送出到蓄电器控制器25。
蓄电器温度检测器23具有检测蓄电器2的温度的功能。安装于蓄电器2的蓄电器温度检测器23的数量不作特别限定。蓄电器温度检测器23的检测结果被送出到蓄电器控制器25。
电流检测器24具有检测流经蓄电器2的端子的电流的功能，电流检测器24的检测结果被送出到蓄电器控制器25。
蓄电器控制器25具有以下功能：将由单体电池电压检测器22检测出的单体蓄电池21的电压和蓄电器2的总电压、由蓄电器温度检测器23检测出的蓄电器2的温度以及由电流检测器检测出的电流送出到电池控制器4。
如图1所示，开关装置3与蓄电器2连接成串联电路C1，开关装置3具有根据来自电池控制器4的指令来切换该连接的接通/断开的功能。在本实施方式中，通过分别对一个蓄电器2串联连接一个开关装置3来形成n个(在本例中为四个)串联电路C1。将这些串联电路C1并联连接来构成作为并联电路C2的电池组20，并且该并联电路C2与充放电器5连接。此外，本实施方式中的开关装置3相当于本发明的开关单元的一例。
此外，在以下的说明中还将四个开关装置3分别如下那样称呼：将与蓄电器2A串联连接的开关装置3称为开关装置3A，将与蓄电器2B串联连接的开关装置3称为开关装置3B，将与蓄电器2C串联连接的开关装置3称为开关装置3C，将与蓄电器2D串联连接的开关装置3称为开关装置3D。
电池控制器4由具备CPU、ROM以及RAM的计算机等构成。该电池控制器4根据从蓄电器控制器25送出的信息(单体蓄电池21的电压和蓄电器2的总电压、单体蓄电池21的温度以及流经蓄电器2的端子的电流)来计算蓄电器2的SOC(State of Charge：充电状态)，检测该蓄电器2的充电容许电力和放电容许电力。关于SOC的计算方法，能够使用各种公知的方法，例如能够应用根据蓄电器2的开路电压来检测SOC、或者根据向蓄电器2的端子输入或者从蓄电器2的端子输出的电流的累计值来检测SOC等公知的方法。另外，电池控制器4具有根据蓄电器2的充电容许电力和放电容许电力来控制开关装置3的功能。
此外，蓄电器2的充电容许电力表示能够对蓄电器2充入的电力的上限值，能够设定为用于防止蓄电器2的SOC变高时可能发生的过充电、蓄电器2的劣化的电力值。另外，蓄电器2的放电容许电力表示蓄电器2能够放电的上限值，能够设定为用于防止蓄电器2的SOC变低时可能发生的过放电、蓄电器2的劣化的电力值。上述充电容许电力一般也被叫作可输入电力或者最大充电电力，但是在本实施方式中称为充电容许电力。另外，上述放电容许电力一般也被叫作可输出电力或者最大放电电力，但是在本实施方式中称为放电容许电力。此外，充电容许电力和放电容许电力的设定方法不特别限定于上述。以下，也将充电容许电力和放电容许电力一并称为充放电容许电力。后文叙述由电池控制器4进行的控制。
充放电器5具有将交流电力变换为直流电力、或者将直流电力变换为交流电力的功能，充放电器5经由线缆51与开关装置3连接，并且经由线缆52与蓄电器2的负极侧连接。另外，充放电器5经由线缆53与系统6连接，并且经由线缆54与负载7连接。由此，将蓄电器2的直流电力变换为交流电力后向负载7提供该电力。另外，将从系统6提供的交流电力变换为直流电力后提供给蓄电器2。
系统6例如包括提供交流电力的外部电源等电气设备。该系统6所能提供的电力被送出到电池控制器4。此外，系统6也可以是提供直流电力的装置，在这种情况下能够省略充放电器5对电力的交流/直流变换。
负载7例如由空调、照明装置等消耗交流电力的家用电器等构成。该负载7要求的电力及电流值以及能够对该负载7施加的电力被送出到电池控制器4。此外，负载7也可以是消耗直流电力的设备等，在这种情况下能够省略充放电器5对电力的交流/直流变换。
接着，说明本实施方式的电池控制器4中的控制流程。图2是表示本实施方式中的电池控制器4始终或者每隔固定时间地进行的控制的流程图。
首先，在步骤S1中，电池控制器4根据从蓄电器控制器25送出的信息(单体蓄电池21的电压和蓄电器2的总电压、单体蓄电池21的温度以及流经蓄电器2的端子的电流)来分别计算蓄电器2A～2D的SOC，并且分别检测蓄电器2A～2D的充放电容许电力。
接着，在步骤S2中，判定在步骤S1中检测出的蓄电器2A～2D的充放电容许电力是否存在不同。关于这种判定，例如能够通过蓄电器2A～2D的充放电电力的最高值与最低值之差是否超过预先设定的规定阈值来进行判定。在蓄电器2A～2D的充放电容许电力存在不同的情况下(步骤S2：“是”)进入步骤S3。
在步骤S3中，电池控制器4检测使电池组20整体的充放电容许电力为最大的蓄电器2的组合。在将从系统6提供的电力充入蓄电器2的情况下，电池控制器4检测使电池组20整体的充电容许电力为最大的蓄电器2的组合。在从蓄电器2向负载7提供电力的情况下，电池控制器4检测使电池组20整体的放电容许电力为最大的蓄电器2的组合。
此外，在以下的说明中，说明检测将从系统6提供的电力充入蓄电器2时的电池组20的充电容许电力的情况，而在检测从蓄电器2向负载7提供电力时的电池组20的放电容许电力的情况下也使用相同的检测方法。即，在检测从蓄电器2向负载7提供电力时的电池组20的放电电力的情况下，将以下的说明中的“充电容许电力”换成“放电容许电力”这一措词来应用。
在将从系统6提供的电力充入蓄电器2时，首先检测蓄电器2A～2D各自的充电容许电力。为了说明，将蓄电器2A～2D的充电容许电力的值分别设为W1～W4。
接着，按照下述式(1)来进行F值的计算。
F＝M×Wmin(k)···(1)
其中，在上述式(1)中，k是1以上且n以下的整数，Wmin(k)是n个(在本例中为四个)蓄电器2的充电容许电力中的第k小的充电容许电力，M是具有Wmin(k)以上的充电容许电力的蓄电器2的数量。
即，首先检测蓄电器2A～2D的充电容许电力W1～W4中的最小值Wmin(1)。而且，在本例中具有该最小值Wmin(1)以上的充电容许电力的蓄电器2是四个，因此(M＝4)，计算4×Wmin(1)来作为F值。接着，计算具有第二小的充电容许电力Wmin(2)以上的充电容许电力的蓄电器2的数量M乘以充电容许电力Wmin(2)所得到的值来作为F值。这样，针对第三小的充电容许电力Wmin(3)和第四小的充电容许电力Wmin(4)也同样地计算F值。
具体地说，例如，在蓄电器2A～2D的充电容许电力W1～W4分别为W1＝20kW(第一小的值(Wmin(1)))、W2＝30kW(第二小的值(Wmin(2)))、W3＝40kW(第三小的值(Wmin(3)))、W4＝50kW(第四小的值(Wmin(4)))的情况下(以下也称为例1。)，得到80(＝4×Wmin(1)＝4×20)kW、90(＝3×Wmin(2)＝3×30)kW、80(＝2×Wmin(3)＝2×40)kW、50(＝1×Wmin(4)＝1×50)kW这四个值来作为F值。
另外，例如，在蓄电器2A～2D的充电容许电力W1～W4分别为W1＝20kW(第一小的值(Wmin(1)))、W2＝30kW(第二小的值(Wmin(2)))、W3＝30kW(第二小的值(Wmin(2)))、W4＝90kW(第三小的值(Wmin(3)))的情况下(以下也称为例2。)，得到80(＝4×Wmin(1)＝4×20)kW、90(＝3×Wmin(2)＝3×30)kW、90(＝1×Wmin(3)＝1×90)kW这三个值来作为F值。
接着，求出所得到的F值中的最大值Fmax。在上述的例1中F值的最大值Fmax是90(＝3×Wmin(2))kW，在上述的例2中F值的最大值Fmax也是90(＝3×Wmin(2)、＝1×Wmin(3))kW。
然后，将四个蓄电器2中的具有Wmin(k′)以上的充电容许电力的蓄电器2的组合设定为使电池组20整体的充电电力为最大的蓄电器2的组合。此外，这种情况下的k′是提供F值的最大值Fmax的k值。
在例1的情况下，提供F值的最大值Fmax、即90(＝3×Wmin(2))kW的k值(＝k′)是2，将具有Wmin(k′)(＝Wmin(2)＝30kW)以上的充电容许电力的蓄电器2B～2D设定为使电池组20整体的充电电力为最大的蓄电器2的组合。
在例2的情况下，提供F值的最大值Fmax、即90kW的k值(＝k′)是2和3，Wmin(k′)＝Wmin(2)＝30kW，Wmin(k′)＝Wmin(3)＝90kW，得到两个Wmin(k′)。这样，在存在多个Wmin(k′)的情况下，采用具有在最小的Wmin(k′)以上的充电容许电力的蓄电器2的组合。在本例中，Wmin(2)小于Wmin(3)(Wmin(2)<Wmin(3))。因此，将具有在最小的Wmin(k′)、即Wmin(2)(＝30kW)以上的充电容许电力的蓄电器2B～2D设定为使电池组20整体的充电电力为最大的蓄电器2的组合。
接着，在步骤S4中，将连接于与在步骤S3中设定的组合对应的蓄电器2的开关装置3设为接通，并且将连接于不与该组合对应的蓄电器2的开关装置3设为断开。
在例1的情况下，将与蓄电器2B～2D连接的开关装置3B～3D设为接通，并且将与蓄电器2A连接的开关装置3A设为断开。在例2的情况下，也是将与蓄电器2B～2D连接的开关装置3B～3D设为接通，并且将与蓄电器2A连接的开关装置3A设为断开。
接着，在步骤S5中，从系统6向蓄电器2提供与F值的最大值Fmax相等的电力。在上述的例1的情况下，从系统6向三个蓄电器2B～2D提供90kW的电力。在例2的情况下，也是从系统6向三个蓄电器2B～2D提供90kW的电力。如果对蓄电器2的电力供给结束，则结束电池控制器4的控制。
在步骤S2中，在蓄电器2A～2D的充放电容许电力不存在不同的情况下(步骤S2：“否”)进入步骤S6。在步骤S6中，电池控制器4计算所有蓄电器2A～2D的充电容许电力的总和，并且将全部的开关装置3A～3D设为接通。然后，从系统6向所有蓄电器2A～2D提供与该总和的量相等的电力(步骤S5)。如果对蓄电器2的电力供给结束，则结束电池控制器4的控制。
接着，说明本实施方式中的蓄电器的作用。
在本实施方式中，当进行蓄电器2的充电时，电池控制器4检测使电池组20整体的充电容许电力为最大的蓄电器2的组合，来控制开关装置3。因此，能够高效地利用蓄电装置1所具备的蓄电器2的充电电力。
另外，此时，电池控制器4进行以下控制：将与n个(在本例中为四个)蓄电器2中的具有Wmin(k′)以上的充电容许电力的蓄电器2连接的开关装置3设为接通，使得电池组20整体的充电容许电力为以上述式(1)表示的值F的最大值Fmax(参照步骤S3)。由此，能够以各蓄电器2的充电容许电力以下的电力来进行充电，并且使每单位时间的电池组20整体的充电量最大化。因此，能够更高效地利用蓄电器2的充电电力。
另外，在存在多个提供上述式(1)中的F值的最大值的k值(＝k′)的情况下，电池控制器4将与具有在最小的Wmin(k′)以上的充电容许电力的蓄电器2对应的开关装置3设为接通(参照上述的例2)。在这种情况下，能够使充电时使用的蓄电器2的数量为最大限度，因此能够将由各蓄电器2的充电引起的负担抑制到最小限度。
另外，在本实施方式中，只要针对n个(在本例中为四个)蓄电器2设置一个充放电器5即可，无需针对一个蓄电器2设置一个充放电器。因此，能够抑制蓄电装置1整体大型化。
在从蓄电器2对负载7提供电力时检测电池组20的放电电力的情况下，也能够同样地起到以上说明的效果。即当进行蓄电器2的放电时，电池控制器4检测使电池组20整体的放电容许电力为最大的蓄电器2的组合来控制开关装置3，因此能够高效地利用蓄电装置1所具备的蓄电器2的放电电力。
另外，此时，电池控制器4进行以下控制：将与n个(在本例中为四个)蓄电器2中的具有Wmin(k′)以上的放电容许电力的蓄电器2连接的开关装置3设为接通，使得电池组20整体的放电容许电力为上述式(1)表示的值F的最大值Fmax。由此，能够以各蓄电器2的放电容许电力以下的电力进行放电，并且使每单位时间的电池组20整体的放电量最大化。因此，能够更高效地利用蓄电器2的放电电力。
并且，在存在多个提供上述式(1)中的F值的最大值的k值(＝k′)的情况下，电池控制器4将与具有在最小的Wmin(k′)以上的放电容许电力的蓄电器2对应的开关装置3设为接通。在这种情况下，能够将放电时使用的蓄电器2的数量设为最大限度，因此能够将由各蓄电器2的放电引起的负担抑制到最小限度。
此外，以上说明的实施方式是为了容易理解本发明而记载的，并非是为了限定本发明而记载。因而，上述的实施方式所公开的各要素旨在还包含属于本发明的保护范围的全部的设计变更、等同物。
例如，在上述的步骤3中，在n个蓄电器2中包含充放电容许电力小于规定值(例如0kW)的蓄电器2的情况下，也可以设为只对除充放电容许电力小于该规定值的蓄电器2以外的蓄电器2进行上述式(1)的计算。在这种情况下，能够减轻由电池控制器4进行的处理负担。
附图标记说明
1：蓄电装置；2、2A～2D：蓄电器；20：电池组；21：单体蓄电池；22：单体电池电压检测器；23：蓄电器温度检测器；24：电流检测器；25：蓄电器控制器；3、3A～3D：开关装置；4：电池控制器；5：充放电器；6：系统；7：负载；C1：串联电路；C2：并联电路。

Claims (5)

1.一种蓄电装置，其特征在于，具备：
电池组，其是将蓄电器和开关单元连接成串联电路且将n个所述串联电路并联连接而成的，其中，n为2以上的整数；以及
电池控制器，其根据所述蓄电器的充放电容许电力来控制所述开关单元，
其中，所述电池控制器检测使所述电池组整体的充放电容许电力为最大的所述蓄电器的组合，将与所述组合对应的所述开关单元设为接通，将不与所述组合对应的所述开关单元设为断开，
所述电池控制器进行使所述电池组的充放电容许电力为以下述(1)表示的值F的最大值Fmax的开关控制，
所述开关控制是以下控制：将与所述n个所述蓄电器中的具有Wmin(k′)以上的充放电容许电力的所述蓄电器连接的所述开关单元设为接通，
F＝M×Wmin(k)···(1)
其中，在上述式(1)中，k是1以上且n以下的整数，k′是提供所述最大值Fmax的所述k，Wmin(k)是所述n个所述蓄电器的充放电容许电力中的第k小的充放电容许电力，M是具有Wmin(k)以上的充放电容许电力的所述蓄电器的数量。
2.根据权利要求1所述的蓄电装置，其特征在于，
所述开关控制是以下控制：在存在多个所述k′的情况下，将与具有在最小的所述Wmin(k′)以上的充放电容许电力的所述蓄电器对应的所述开关单元设为接通。
3.根据权利要求1或2所述的蓄电装置，其特征在于，
所述蓄电器的充放电容许电力表示能够防止过充电和过放电的充放电电力的上限值。
4.一种连接控制方法，用于在具有n个蓄电器的电池组中，使所述电池组所具有的至少两个所述蓄电器并联地电导通，其中，n为2以上的整数，该连接控制方法的特征在于，
使所述n个所述蓄电器中的具有Wmin(k′)以上的充放电容许电力的所述蓄电器电导通，使得所述电池组的充放电容许电力为以下述(2)表示的值F的最大值Fmax，
F＝M×Wmin(k)···(2)
其中，在上述式(2)中，k是1以上且n以下的整数，k′是提供所述最大值Fmax的所述k，Wmin(k)是所述n个所述蓄电器的充放电容许电力中的第k小的充放电容许电力，M是具有Wmin(k)以上的充放电容许电力的所述蓄电器的数量。
5.一种连接控制方法，用于在将蓄电器和开关单元连接成串联电路且将n个所述串联电路并联连接而成的电池组中，使所述电池组所具有的至少两个所述蓄电器并联地电导通，其中，n为2以上的整数，该连接控制方法的特征在于，
根据所述蓄电器的充放电容许电力来检测使所述电池组整体的充放电容许电力为最大的所述蓄电器的组合，
将与所述组合对应的所述开关单元设为接通，
将不与所述组合对应的所述开关单元设为断开，
进行使所述电池组的充放电容许电力为以下述(1)表示的值F的最大值Fmax的开关控制，
所述开关控制是以下控制：将与所述n个所述蓄电器中的具有Wmin(k′)以上的充放电容许电力的所述蓄电器连接的所述开关单元设为接通，
F＝M×Wmin(k)···(1)
在上述式(1)中，k是1以上且n以下的整数，k′是提供所述最大值Fmax的所述k，Wmin(k)是所述n个所述蓄电器的充放电容许电力中的第k小的充放电容许电力，M是具有Wmin(k)以上的充放电容许电力的所述蓄电器的数量。
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