DE102021206200A1

DE102021206200A1 - Batteriesteuereinheit und Batteriesystem

Info

Publication number: DE102021206200A1
Application number: DE102021206200.8A
Authority: DE
Inventors: Chihiro Ono; Takahiro SYOUDA
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2020-06-19
Filing date: 2021-06-17
Publication date: 2021-12-23
Also published as: US20210399558A1; JP2022001006A; JP7160862B2; CN113824173A

Abstract

Eine Batteriesteuereinheit umfasst eine Schalteinheit und eine Steuereinheit. Die Schalteinheit ist für jede von mehreren in Reihe geschalteten Batterien vorgesehen und schaltet einen Verbindungszustand, in dem die entsprechende Batterie entladen ist, und einen Nichtverbindungszustand, in dem die entsprechende Batterie nicht entladen ist. Die Steuereinheit schaltet die Batterie in der Reihenfolge in den Nicht-Verbindungszustand, beginnend mit der Batterie, deren verbleibende entladbare Kapazität einen vorgegebenen Wert erreicht. Ferner schaltet die Steuereinheit alle Batterien in den Verbindungszustand, nachdem die verbleibende entladbare Kapazität aller Batterien den vorbestimmten Wert erreicht hat, und schaltet dann die Batterie in den Nicht-Verbindungszustand in der Reihenfolge von der Batterie, für die festgestellt wurde, dass diese einen Entladungsabschlusszustand erreicht hat

Description

GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriesteuereinheit und ein Batteriesystem.
STAND DER TECHNIK
Es gibt ein Batteriesystem, bei dem mehrere Batterien in Reihe geschaltet sind. Die Verschlechterung der mehreren Batterien variiert, beispielsweise aufgrund von Schwankungen bei der Herstellung oder von Schwankungen in der Betriebsumgebung. Zum Beispiel verschlechtert sich eine Batterie, die sich in der Nähe einer Wärmequelle befindet, schnell, während sich eine Batterie, die von der Wärmequelle entfernt ist, langsam verschlechtert.
Aus diesem Grund erreicht eine Batterie, die sich während des Ladens und Entladens verschlechtert hat, zuerst einen Lade- und Entladeabbruchzustand. In diesem Fall muss der Lade- und Entladevorgang gestoppt werden, auch wenn noch Restkapazität in anderen Batterien vorhanden ist, und eine Batteriekapazität kann nicht aufgebraucht werden. Daher wurde ein System vorgeschlagen, bei dem eine Batterie, die einen Ladeabbruchzustand erreicht hat, überbrückt und von einem Ladestromkreis getrennt wird, und das Laden einer Batterie, die den Ladeabbruchzustand nicht erreicht hat, fortgesetzt wird (Patentliteratur 1). In ähnlicher Weise kann während des Entladens ein Batteriesystem in Betracht gezogen werden, bei dem eine Batterie, die einen Entladeabbruchzustand erreicht hat, überbrückt und von der Entladung getrennt wird, und die Entladung der Batterie, die den Entladeabbruchzustand nicht erreicht hat, fortgesetzt wird.
Um eine Verschlechterung der Batterie zu verhindern, wird übrigens eine Entladestrombegrenzung in Betracht gezogen, um den Entladestrom zu begrenzen, wenn der Ladezustand der Batterie niedrig wird. Bei der Begrenzung des Entladestroms, beispielsweise bei einem Elektrofahrzeug, erfolgt die Begrenzung so, dass die Beschleunigung abgeschwächt wird, auch wenn ein Gaspedal betätigt wird.
Wenn eine solche Entladestrombegrenzung im Batteriesystem angenommen wird, tritt das folgende Problem auf. Es wird zum Beispiel ein Batteriesystem betrachtet, in dem zwei Batterien in Reihe geschaltet sind. Wenn der Ladezustand einer der beiden Batterien niedrig wird und die Entladestrombegrenzung erforderlich ist, wird die Entladestrombegrenzung an den beiden Batterien durchgeführt. Danach, wenn die Batterie in einem niedrigen Ladezustand den Zustand der Entladungsbeendigung erreicht, wird die Batterie überbrückt und die Entladungsstrombegrenzung wird aufgehoben. Wenn dann der Ladezustand einer verbleibenden Batterie niedrig wird und die Entladestrombegrenzung erforderlich ist, wird die Entladestrombegrenzung für die verbleibende Batterie durchgeführt. Danach, wenn die verbleibende Batterie den Zustand der Entladebeendigung erreicht, wird die Batterie überbrückt. Da der Entladestrom jedes Mal begrenzt wird, wenn die Batterie überbrückt wird, besteht das Problem, dass die Zeit, in der die gewünschte Leistung erzielt wird, verkürzt wird, ohne dass der Entladestrom begrenzt wird.
LITERATURLISTE
PATENTLITERATUR
Patentschrift 1: JP-A-2013-31249
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen Umstände gemacht, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Batteriesteuereinheit und ein Batteriesystem bereitzustellen, die in der Lage sind, eine Zeitdauer zu verlängern, für die die gewünschte Leistung erhalten wird.
Eine Batteriesteuereinheit und ein Batteriesystem gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen: eine Schalteinheit, die so konfiguriert ist, dass diese für jede einer Vielzahl von in Reihe miteinander verbundenen Batterien vorgesehen ist und zwischen einem Verbindungszustand, in dem die entsprechende Batterie entladen ist, und einem Nicht-Verbindungszustand, in dem die entsprechende Batterie nicht entladen ist, umschaltet; eine erste Steuereinheit, die so konfiguriert ist, dass diese die Batterie in den Nicht-Verbindungszustand schaltet, und zwar in der Reihenfolge von der Batterie, deren verbleibende entladbare Kapazität einen vorbestimmten Wert erreicht und eine zweite Steuereinheit, die so konfiguriert ist, dass diese alle Batterien in den Verbindungszustand schaltet, nachdem die verbleibenden entladbaren Kapazitäten aller Batterien den vorbestimmten Wert erreicht haben, und dann die Batterie in den Nicht-Verbindungszustand schaltet, und zwar in der Reihenfolge von der Batterie, von der festgestellt wurde, dass diese einen Entladungsbeendigungszustand erreicht.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das ein Batteriesystem gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Schaltplan, der Details eines in 1 gezeigten Batteriepacks und einer Batteriesteuereinheit zeigt.
3 ist ein Flussdiagramm, das einen Entladungsschaltverarbeitungsvorgang einer Steuereinheit zeigt, die die in 1 gezeigte Batteriesteuereinheit bildet.
4 ist ein Zeitdiagramm einer Entladespannung, eines Entladestroms und einer Entladeleistung einer Batterie, wenn eine maximale Entladeleistung kontinuierlich an eine Last in dem in 1 dargestellten Batteriesystem geliefert wird.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine bestimmte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Ein in 1 gezeigte Batteriesystem 1 ist beispielsweise ein Gerät, das Energie liefert, die durch Wiederverwendung einer verbrauchten Batterie gewonnen wird.
Wie in 1 gezeigt, umfasst das Batteriesystem 1 ein Batteriepack 2, eine Batteriesteuereinheit 3, einen Leistungswandler 4, eine Strommesseinheit 8, eine Systemsteuereinheit 5 (Entladestrombegrenzungseinheit), ein Ladegerät 6 und eine Last 7. Das Batteriesystem 1 wandelt eine Spannung und eine Frequenz der Leistung aus dem Batteriepack 2 über den Leistungswandler 4 um und liefert (entlädt) dann die Leistung an die Last 7. Das Batteriesystem 1 wandelt eine Spannung und eine Frequenz der Leistung vom Ladegerät 6 über den Leistungswandler 4 um und liefert dann die Leistung an den Batteriepack 2, um den Batteriepack 2 zu laden.
Wie in 2 gezeigt, umfasst das Batteriepack 2 eine Mehrzahl von Batterien 21 bis 23. Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform zur Vereinfachung der Beschreibung ein Beispiel beschrieben wird, bei dem die drei Batterien 21 bis 23 in Reihe geschaltet sind, ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Die Anzahl der Batterien 21 bis 23 kann zwei, oder vier oder mehr sein, solange die Anzahl mehrfach ist. Jede der Vielzahl von Batterien 21 bis 23 ist eine aufladbare und entladbare Speicherbatterie, und kann durch eine Zelle konfiguriert werden oder kann durch eine Vielzahl von Zellen konfiguriert werden.
Die Batteriesteuereinheit 3 ist eine Einheit, die Verbindungszustände der mehreren Batterien 21 bis 23 schaltet. Die Batteriesteuereinheit 3 umfasst eine Mehrzahl von Schalteinheiten 31 bis 33 und eine Steuereinheit 34 (eine erste Steuereinheit und eine zweite Steuereinheit). Die mehreren Schalteinheiten 31 bis 33 sind jeweils entsprechend den mehreren Batterien 21 bis 23 vorgesehen. Die Mehrzahl der Schalteinheiten 31 bis 33 haben die gleiche Konfiguration.
Die Schalteinheiten 31 bis 33 schalten zwischen einem Verbindungszustand, in dem die entsprechenden Batterien 21 bis 23 mit dem Ladegerät 6 oder der Last 7 verbunden werden können (entladen werden können), und einem Nicht-Verbindungszustand, in dem die entsprechenden Batterien 21 bis 23 nicht mit dem Ladegerät 6 oder der Last 7 verbunden werden können (nicht entladen werden können). Das heißt, dass die Batterien 21 bis 23 im Verbindungszustand elektrisch zwischen einem Paar von Anschlüssen T1 und T2 verbunden sind, die im Batteriepack 2 vorgesehen sind, und dass die Batterien 21 bis 23 im Nicht-Verbindungszustand von dem Paar von Anschlüssen T1 und T2 getrennt sind. Wenn die Anschlüssen T1 und T2 des Batteriepacks 2 mit dem Stromrichter 4 verbunden sind, können daher die Batterien 21 bis 23 im Verbindungszustand durch das Ladegerät 6 geladen oder an die Last 7 entladen werden, und die Batterien 21 bis 23 im Nicht-Verbindungszustand können nicht durch das Ladegerät 6 geladen oder an die Last 7 entladen werden.
Die Schalteinheit 31 umfasst einen ersten Schalter SW11, der in Reihe mit der Batterie 21 verbunden ist, und einen zweiten Schalter SW21, der parallel zur Batterie 21 und zum ersten Schalter SW11 geschaltet ist. Ein Ende T11 des ersten Schalters SW11 ist mit einer Elektrode (beispielsweise einer positiven Elektrode) der Batterie 21 verbunden. Ein Ende T21 des zweiten Schalters SW21 ist mit der anderen Elektrode (beispielsweise einer negativen Elektrode) der Batterie 21 verbunden, und das andere Ende T22 ist mit dem anderen Ende T12 des ersten Schalters SW11 verbunden. Die Schalteinheiten 32 und 33 können durch Ersetzen von „31“, „SW11“ und „SW21“ in der Beschreibung der Schalteinheit 31 durch „32“ und „33“, „SW12“ und „SW13“ und jeweils „SW22“ und „SW23“ beschrieben werden, und eine detaillierte Beschreibung derselben entfällt.
Das andere Ende T12 des ersten Schalters SW12 ist mit der negativen Elektrode der Batterie 21 verbunden, und das andere Ende T12 des ersten Schalters SW13 ist mit der negativen Elektrode der Batterie 22 verbunden. Das heißt, die ersten Schalter SW12 und SW13 sind zwischen den Batterien 21 und 22 und jeweils zwischen den Batterien 22 und 23 benachbart zueinander angeschlossen.
Gemäß der obigen Konfiguration befinden sich die entsprechenden Batterien 21 bis 23 im Verbindungszustand, wenn die zweiten Schalter SW21 bis SW23 ausgeschaltet sind und die ersten Schalter SW11 bis SW13 eingeschaltet sind. Wenn die ersten Schalter SW11 bis SW13 ausgeschaltet sind, befinden sich die entsprechenden Batterien 21 bis 23 im Nicht-Verbindungszustand. Wenn zu diesem Zeitpunkt die zweiten Schalter SW21 bis SW23 eingeschaltet sind, wird ein Bypass-Pfad gebildet, und nur die Batterien 21 bis 23 im Verbindungszustand sind zwischen den Anschlüssen T1 und T2 angeschlossen.
Die Steuereinheit 34 umfasst eine bekannte CPU, ROM und RAM und steuert die gesamte Batteriesteuereinheit 3. Die Steuereinheit 34 detektiert einen Batteriezustand jeder der Batterien 21 bis 23 anhand von Sensoren, die an den jeweiligen Einheiten der Batterien 21 bis 23 angebracht sind. Als Sensor kommt beispielsweise ein Spannungssensor, der eine Zellenspannung (End-to-End-Spannung) jeder der Batterien 21 bis 23 erfasst, ein Stromsensor, der einen durch jede der Batterien 21 bis 23 fließenden Strom erfasst, ein Temperatursensor, der eine Temperatur jeder der Batterien 21 bis 23 erfasst, oder Ähnliches in Frage. Beispiele für den Batteriezustand sind eine Zellenspannung, ein Strom und eine Temperatur, die von dem Sensor erfasst werden, und ein SOC (Ladezustand) und ein SOH (Verschlechterungszustand), die auf der Grundlage der Zellenspannung, des Stroms und der Temperatur ermittelt werden. Die Steuereinheit 34 fungiert als Einstelleinheit und stellt einen minimalen Entladestrombegrenzungswert basierend auf dem Batteriezustand jeder der Batterien 21 bis 23 ein. Die Steuereinheit 34 überträgt den erfassten Batteriezustand der Batterien 21 bis 23 und den berechneten minimalen Entladestrombegrenzungswert an die Systemsteuereinheit 5, die später beschrieben wird.
Als nächstes wird die Berechnung des minimalen Entladestrombegrenzungswertes beschrieben. Untere Grenzspannungswerte der Batterien 21 bis 23 werden leistungsmäßig festgelegt. Wenn die Zellenspannung der Batterien 21 bis 23 unter den unteren Grenzspannungswert fällt, wird eine elektrolytische Lösung zersetzt und eine Schicht eines aktiven Materials kollabiert, so dass die Batterien 21 bis 23 stark beschädigt werden. Die Spannung im geschlossenen Stromkreis (CCV), d. h. die Zellenspannung der Batterien 21 bis 23 zum Zeitpunkt des Entladens, ist durch einen Spannungsabfall aufgrund des Innenwiderstands niedriger als die Leerlaufspannung (OCV). Daher kann die CCV zum Zeitpunkt des Entladens den unteren Spannungsgrenzwert erreichen, auch wenn die OCV nicht den unteren Spannungsgrenzwert erreicht.
Es werden beispielsweise die folgenden Beispiele 1) und 2) betrachtet.

1) Wenn OCV = 3,5V, CCV = 3,0V (wenn I = 1A), und CCV = 2,6V (wenn I = 3A)
2) Wenn OCV = 3,0V, CCV = 2,6V (wenn I = 1A), und CCV = 2,0V (wenn I = 3A)

Unter der Annahme, dass der untere Grenzspannungswert der Zellenspannung 2,6V beträgt, kann bei Einstellung von 3A als Entladestrombegrenzungswert im Fall von 1) und 1A als Entladestrombegrenzungswert im Fall von 2) verhindert werden, dass CCV unter den unteren Grenzspannungswert von 2,6V fällt.
Das heißt, ein Entladestrom, bei dem CCV jeder der Batterien 21 bis 23 den unteren Spannungsgrenzwert erreicht, ist der Entladestrombegrenzungswert jeder der Batterien 21 bis 23. Der kleinste der Entladestrombegrenzungswerte der Batterien 21 bis 23 im Verbindungszustand unter den Batterien 21 bis 23 ist der minimale Entladestrombegrenzungswert. Das heißt, die Steuereinheit 34 schätzt für jede der Batterien 21 bis 23 den Entladestrom, bei dem CCV den unteren Grenzspannungswert unter den Batterien 21 bis 23 im Verbindungszustand erreicht, und setzt den kleinsten der geschätzten Entladeströme als den minimalen Entladestrombegrenzungswert.
Als nächstes wird ein Beispiel für die Einstellung des minimalen Entladestrom-Grenzwerts beschrieben. Eine Beziehung zwischen CCV, OCV, einem Entladestrom I und einem Innenwiderstand R wird durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt. $OCV - R \cdot I = CCV$
Die Steuereinheit 34 kann OCV und den Innenwiderstand R basierend auf dem Batteriezustand (Zellenspannung, Strom, Temperatur, SOC, SOH und dergleichen) der Batterien 21 bis 23 durch ein bekanntes Schätzverfahren schätzen und kann den Entladestrom schätzen, bei dem CCV den unteren Spannungsgrenzwert erreicht, indem sie den geschätzten OCV und den Innenwiderstand R in Gleichung (1) einsetzt. Der geschätzte Entladestrom jeder der Batterien 21 bis 23 wird als Entladestrombegrenzungswert festgelegt, und der kleinste Wert unter den Entladestrombegrenzungswerten der Batterien 21 bis 23 im Verbindungszustand wird als der minimale Entladestromwert festgelegt. Die Steuereinheit 34 kann eine Tabelle zum Extrahieren des Entladestrombegrenzungswerts aus dem Batteriezustand im Voraus speichern und kann den Entladestrombegrenzungswert, der dem Batteriezustand der Batterien 21 bis 23 entspricht, aus der Tabelle lesen.
Der Entladestrombegrenzungswert jeder der Batterien 21 bis 23 wird so eingestellt, dass dieser sich erhöht, wenn der OCV (SOC) jeder der Batterien 21 bis 23 erhöht wird. Außerdem wird der minimale Entladestrombegrenzungswert so eingestellt, dass dieser sich verringert, wenn der Innenwiderstand erhöht wird. Die Steuereinheit 34 detektiert periodisch den sich kurzzeitig ändernden Batteriezustand der Batterien 21 bis 23 und stellt den minimalen Entladestrombegrenzungswert entsprechend dem erkannten Batteriezustand jedes Mal ein, wenn der Batteriezustand erkannt wird. Die Steuereinheit 34 steuert die Schalteinheiten 31 bis 33.
Der Leistungswandler 4 ist zwischen dem Batteriepack 2 und dem Ladegerät 6 oder der Last 7 vorgesehen. Der Stromrichter 4 ist beispielsweise ein DC/DC-Wandler. Das Ladegerät 6 und die Last 7 sind über den Stromrichter 4 mit dem Batteriepack 2 verbunden.
Die Strommesseinheit 8 misst einen Strom, der vom Batteriepack 2 zum Stromrichter 4 fließt, und gibt den gemessenen Strom an die Systemsteuereinheit 5 aus.
Die Systemsteuereinheit 5 umfasst eine bekannte CPU, ROM und RAM, bestimmt eine Entladeleistung der Last 7 auf der Grundlage eines Betriebsbefehls der Last 7, des von der Batteriesteuereinheit 3 empfangenen Batteriezustands der Batterien 21 bis 23 und des minimalen Entladestrombegrenzungswerts und führt eine Ausgangssteuerung des Stromrichters 4 durch. Die Systemsteuereinheit 5 erhält einen von der Last 7 verbrauchten Entladestrom in Übereinstimmung mit einem Betrieb der Last 7 oder ähnlichem. Wenn der minimale Entladestrombegrenzungswert unter den von der Last 7 verbrauchten Entladestrom fällt, gibt die Systemsteuereinheit 5 einen Steuerwert des minimalen Entladestrombegrenzungswertes an den Stromrichter 4 aus. Der Stromrichter 4 reduziert einen Ausgangsstrom und eine Spannung zur Last 7 auf der Grundlage des Steuerwerts des minimalen Entladestrombegrenzungswerts von der Systemsteuereinheit 5, wodurch es möglich ist, den Stromausgang des Batteriepacks 2 innerhalb des minimalen Strombegrenzungswerts zu halten. Wenn der minimale Entladestrombegrenzungswert unter den ermittelten Entladestrom fällt, der von der Last 7 verbraucht wird, oder erwartet wird, dass dieser unter den ermittelten Entladestrom fällt, der von der Last 7 verbraucht wird, sendet der Systemcontroller 5 ein Grenzsignal, das diese Tatsache anzeigt, an die Batteriesteuereinheit 3, bevor der Entladestrom begrenzt wird.
Als nächstes wird ein Betrieb des Batteriesystems 1 mit Bezug auf die 3 und 4 beschrieben. 3 ist ein Flussdiagramm, das einen Entladungsschaltvorgang der Steuereinheit 34 zeigt, die die in 1 gezeigte Batteriesteuereinheit 3 bildet. 4 ist ein Zeitdiagramm der Entladespannung, des Entladestroms und der Entladeleistung der Batterien 21 bis 23, wenn die maximale Entladeleistung kontinuierlich an die Last 7 in dem in 1 dargestellten Batteriesystem 1 geliefert wird.
Die Steuereinheit 34 überträgt periodisch den Batteriezustand der Batterien 21 bis 23 und den minimalen Entladestrombegrenzungswert an die Systemsteuereinheit 5, wenn sie einen Entladungsmodusbefehl erhält. Parallel dazu führt die Steuereinheit 34 beim Empfang des Entladungsmodus-Befehls die in 3 gezeigte Entladungsschaltverarbeitung aus.
Zuerst schaltet die Steuereinheit 34 alle ersten Schalter SW11 bis SW13 und alle zweiten Schalter SW21 bis SW23 aus (Schritt S1). Danach schaltet die Steuereinheit 34 alle ersten Schalter SW11 bis SW13 ein (Schritt S2). Dadurch befinden sich die Batterien 21 bis 23 im Verbindungszustand, und die Batterien 21 bis 23 befinden sich im entladbaren Zustand. Der Einfachheit halber wird angenommen, dass die Zellspannung und die verbleibende entladbare Kapazität in der Reihenfolge Batterie 21 < Batterie 22 < Batterie 23 abnehmen.
Zu diesem Zeitpunkt wird der minimale Entladestrombegrenzungswert beispielsweise auf einen Wert eingestellt, der der Batterie 21 mit der niedrigsten Zellenspannung entspricht. Wenn die Zellenspannung der Batterie 21 mit fortschreitender Entladung abnimmt, wird auch der minimale Entladestrombegrenzungswert verringert. Als nächstes ermittelt die Steuereinheit 34 die verbleibende entladbare Kapazität jeder der Batterien 21 bis 23 im Verbindungszustand. Die verbleibende entladbare Kapazität kann basierend auf einer anfänglichen Vollladekapazität, SOC (verbleibende Kapazität (Ah)/Vollladekapazität (Ah) × 100), und SOH (Vollladekapazität (Ah) zum Zeitpunkt der Verschlechterung/anfängliche Vollladekapazität), wie in der folgenden Gleichung (2) gezeigt, ermittelt werden. $\begin{array}{l} Verbleibende entladbare Kapazität = anfängliche volle \\ Ladekapazität \times SOH \times SOC \end{array}$
Die anfängliche Vollladekapazität ist ein bekannter Wert für jede der Batterien 21 bis 23 und wird im ROM oder RAM in der Steuereinheit 34 gespeichert. SOC und SOH können durch eine bekannte Methode auf der Grundlage des Batteriezustands der Batterien 21 bis 23 wie oben beschrieben geschätzt werden. Die Steuereinheit 34 erhält die verbleibende entladbare Kapazität jeder der Batterien 21 bis 23 basierend auf der im ROM oder RAM gespeicherten anfänglichen Vollladekapazität und dem geschätzten SOC und SOH. Wenn es eine Batterie 21 bis 23 gibt, deren verbleibende entladbare Kapazität einen vorgegebenen Wert erreicht hat (Y in Schritt S3), bestimmt die Steuereinheit 34, ob es eine Batterie 21 bis 23 im Verbindungszustand gibt (Schritt S4). Wenn alle Batterien 21 bis 23 im Verbindungszustand sind, stellt die Steuereinheit 34 fest, dass die Anzahl der Batterien 21 bis 23 in einem vollständig verbundenen Zustand nicht eins ist (N in Schritt S4), schaltet die Batterie 21, die die niedrigste verbleibende entladbare Kapazität hat und den vorbestimmten Wert erreicht hat, in den Nicht-Verbindungszustand und umgeht die Batterie 21 (Schritt S5) und kehrt dann zu Schritt S3 zurück.
Der vorbestimmte Wert wird so eingestellt, dass dieser größer ist als die verbleibende entladbare Kapazität, wenn die Entladestrombegrenzung durchgeführt wird. Zum Beispiel kann OCV (SOC), wenn die verbleibende entladbare Kapazität den vorgegebenen Wert erreicht, höher eingestellt werden als OCV (SOC), wenn in die Entladestrombegrenzung eingetreten wird.
Folglich befinden sich die Batterien 22 und 23 im Verbindungszustand und die Batterie 21 im Nicht-Verbindungszustand. Daher wird der minimale Entladestrombegrenzungswert auf einen Wert gesetzt, der beispielsweise der Batterie 22 mit der niedrigsten Zellenspannung unter den Batterien 22 und 23 im Verbindungszustand entspricht. Da die Zellenspannung der Batterie 22 höher ist als die der Batterie 21, wird der minimale Entladestrombegrenzungswert auf einen großen Wert zurückgesetzt, indem die Batterie 21 überbrückt wird.
Danach, wenn die verbleibende entladbare Kapazität der Batterie 22 mit fortschreitender Entladung abnimmt und die Steuereinheit 34 feststellt, dass die verbleibende entladbare Kapazität der Batterie 22 den vorbestimmten Wert erreicht (Y in Schritt S3), erreicht die verbleibende entladbare Kapazität aller Batterien 21 bis 23 den vorbestimmten Wert, und die Steuereinheit 34 stellt fest, ob sich eine Batterie 21 bis 23 im Verbindungszustand befindet (Schritt S4). Wenn sich die Batterien 22 und 23 im Verbindungszustand befinden, stellt die Steuereinheit 34 fest, dass die Anzahl der Batterien 21 bis 23 im Verbindungszustand nicht eins ist (N in Schritt S4), schaltet die Batterie 22 mit der geringsten verbleibenden entladbaren Kapazität in den Nicht-Verbindungszustand und umgeht die Batterie 22 (Schritt S5) und kehrt dann zu Schritt S3 zurück.
Folglich befindet sich die Batterie 23 im Verbindungszustand und die Batterien 21 und 22 im Nicht-Verbindungszustand. Daher wird der minimale Entladestrombegrenzungswert auf einen Wert gesetzt, der der Batterie 23 im Verbindungszustand entspricht. Danach, wenn die verbleibende entladbare Kapazität der Batterie 23 mit fortschreitender Entladung abnimmt und die Steuereinheit 34 feststellt, dass die verbleibende entladbare Kapazität der Batterie 23 den vorbestimmten Wert (Y in Schritt S3) erreicht, bestimmt die Steuereinheit 34, ob sich eine der Batterien 21 bis 23 im Verbindungszustand befindet (Schritt S4). Wenn sich nur die Batterie 23 im Verbindungszustand befindet, bestimmt die Steuereinheit 34, dass die Anzahl der Batterien 21 bis 23 im Verbindungszustand eins ist (Y in Schritt S4), und schaltet alle ersten Schalter SW11 bis SW13 ein (Schritt S6).
Danach überbrückt die Steuereinheit 34 der Reihe nach die Batterie 21 bis 23, deren Zellenspannung eine Entladeschlussspannung (unterer Spannungsgrenzwert) erreicht (Y in Schritt S7, S8). Wenn dann alle Batterien 21 bis 23 die Entladeschlussspannung erreichen und überbrückt sind (Y in Schritt S9), schaltet die Steuereinheit 34 alle ersten Schalter SW11 bis SW13 und die zweiten Schalter SW21 bis SW23 aus (Schritt S10) und beendet den Prozess.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform schaltet die Steuereinheit 34 die Batterie in den Nicht-Verbindungszustand in der Reihenfolge von der Batterie 21 bis 23, deren restliche entladbare Kapazitäten den vorbestimmten Wert erreicht haben (erste Bypass-Verarbeitung: Schritte S1 bis S5 in 3), schaltet dann alle Batterien 21 bis 23 in den Verbindungszustand, nachdem die verbleibenden entladbaren Kapazitäten aller Batterien 21 bis 23 den vorbestimmten Wert erreicht haben, und schaltet dann die Batterie in den Nichtverbindungszustand in der Reihenfolge von der Batterie 21 bis 23, für die festgestellt wurde, dass diese die Entladebeendigungsspannung erreicht hat (zweite Bypass-Verarbeitung: Schritte S6 bis S10 in 3). Bevor die zweite Bypass-Verarbeitung durchgeführt wird, sind also die verbleibenden entladbaren Kapazitäten aller Batterien 21 bis 23 gleich dem vorgegebenen Wert. Daher sollten während der zweiten Bypass-Verarbeitung theoretisch alle Batterien 21 bis 23 die Entladeschlussspannung zum gleichen Zeitpunkt erreichen. Daher ist es möglich, während der zweiten Bypass-Verarbeitung, bei der die verbleibende Kapazität der Batterien 21 bis 23 klein ist, eine Zeit zu verlängern, während der sich alle Batterien 21 bis 23 im Verbindungszustand befinden, und es ist möglich, eine Zeitdauer zu verlängern, für die eine gewünschte Batterie genommen werden kann.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform wird der vorgegebene Wert so eingestellt, dass die verbleibende entladbare Kapazität den vorgegebenen Wert erreicht, bevor die Systemsteuereinheit 5 den Entladestrom begrenzt. Infolgedessen wird, wie in 4 gezeigt, der Entladestrom nicht jedes Mal begrenzt, wenn die Batterien 21 bis 23 während der ersten Bypass-Verarbeitung in den Nicht-Verbindungszustand geschaltet werden. Darüber hinaus erreichen, wie oben beschrieben, während der zweiten Bypass-Verarbeitung alle Batterien 21 bis 23 die Entladeschlussspannung zum gleichen Zeitpunkt, so dass die Entladestrombegrenzung in eine Zeit integriert werden kann. Daher ist es möglich, die Zeitdauer, für die die gewünschte Leistung ohne Begrenzung des Entladestroms erhalten werden kann, weiter zu verlängern, und es ist für die Steuereinheit 34 möglich, die verbleibenden entladbaren Kapazitäten der Batterien 21 bis 23 durch Ausführen der zweiten Bypass-Verarbeitung vollständig zu nutzen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, und Modifikationen, Verbesserungen und dergleichen können je nach Bedarf vorgenommen werden. Darüber hinaus sind Materialien, Formen, Abmessungen, Anzahl, Anordnungspositionen oder Ähnliches von Elementen in der oben beschriebenen Ausführungsform optional und nicht beschränkt, solange die vorliegende Erfindung erreicht werden kann.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform begrenzt der von der Batteriesteuereinheit 3 getrennte Systemsteuereinheit 5 den Entladestrom, aber die Erfindung ist darauf nicht beschränkt. Die Batteriesteuereinheit 3 kann die Last 7 steuern und den Entladestrom begrenzen.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform schätzt die Steuereinheit 34 die verbleibenden entladbaren Kapazitäten der Batterien 21 bis 23, vergleicht die geschätzten verbleibenden entladbaren Kapazitäten mit dem vorbestimmten Wert und bestimmt, ob die verbleibenden entladbaren Kapazitäten den vorbestimmten Wert erreicht haben, aber die Erfindung ist darauf nicht beschränkt. Beispielsweise kann die Steuereinheit 34 den SOC, die Zellspannung oder den SOH (Grad der Verschlechterung) der Batterien 21 bis 23 ermitteln und basierend darauf, ob der ermittelte SOC oder die Zellspannung einen gemäß SOH festgelegten Schwellenwert erreicht hat, feststellen, ob die verbleibende entladbare Kapazität den vorbestimmten Wert erreicht hat.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform wird auch der SOC als Ladezustand verwendet, aber die vorliegende Erfindung ist darauf nicht beschränkt. Der Ladezustand ist einer der Parameter, die die Kapazitäten der Batterien 21 bis 23 angeben, und OCV oder ähnliches kann zusätzlich zum SOC verwendet werden.
Im Folgenden werden Merkmale der oben beschriebenen Ausführungsform der Batteriesteuereinheit und des Batteriesystems gemäß der vorliegenden Erfindung kurz zusammengefasst [1] bis [4].
[1] Ein Batteriesteuereinheit (3), einschließlich:

eine Schalteinheit (31 bis 33), die so konfiguriert ist, dass diese für jede einer Vielzahl von Batterien (21 bis 23), die in Reihe miteinander verbunden sind, vorgesehen ist und zwischen einem Verbindungszustand, in dem die entsprechende Batterie (21 bis 23) entladen ist, und einem Nicht-Verbindungszustand, in dem die entsprechende Batterie (21 bis 23) nicht entladen ist, umschaltet;
eine erste Steuereinheit (34), die so konfiguriert ist, dass diese die Batterie in den Nicht-Verbindungszustand schaltet, und zwar in der Reihenfolge der Batterie (21 bis 23), deren verbleibende entladbare Kapazität einen vorbestimmten Wert erreicht; und
eine zweite Steuereinheit (34), die konfiguriert ist, um alle Batterien (21 bis 23) in den Verbindungszustand zu schalten, nachdem die verbleibenden entladbaren Kapazitäten aller Batterien (21 bis 23) den vorbestimmten Wert erreicht haben, und dann die Batterie in den Nicht-Verbindungszustand zu schalten, um von der Batterie, die bestimmt wurde, einen Entladungsbeendigungszustand zu erreichen.

[2] Die Batteriesteuereinheit (3) gemäß [1], die ferner Folgendes umfasst:

eine Entladestrombegrenzungseinheit (5), die so konfiguriert ist, dass diese einen Entladestrom, der durch die Batterien (21 bis 23) in dem Verbindungszustand fließt, so begrenzt, dass dieser einen minimalen Entladestrombegrenzungswert nicht überschreitet, der der kleinste unter den Entladestrombegrenzungswerten ist, die gemäß jedem Batteriezustand der Batterien (21 bis 23) in dem Verbindungszustand bestimmt werden, in dem
der vorgegebene Wert auf einen solchen Wert eingestellt wird, dass die verbleibende entladbare Kapazität den vorgegebenen Wert erreicht, bevor die Entladestrombegrenzungseinheit (5) den Entladestrom begrenzt.

[3] Die Batteriesteuereinheit (3) gemäß [2], die ferner Folgendes umfasst:

eine Einstelleinheit (34), die so konfiguriert ist, dass diese einen Batteriezustand und einen Innenwiderstand jeder der mehreren Batterien (21 bis 23) in dem Verbindungszustand schätzt, einen Entladestrombegrenzungswert für jede der mehreren Batterien (21 bis 23) auf der Grundlage des geschätzten Batteriezustands und des Innenwiderstands jeder der mehreren Batterien (21 bis 23) und eines vorbestimmten unteren Grenzspannungswerts erhält und einen Minimalwert unter den erhaltenen Entladestrombegrenzungswerten als einen minimalen Entladestrombegrenzungswert einstellt.

[4] Ein Batteriesystem (1), umfassend:

eine Vielzahl von Batterien (21 bis 23), die in Reihe zueinander geschaltet sind;
eine Schalteinheit (31 bis 33), die so konfiguriert ist, dass diese für jede der mehreren Batterien (21 bis 23) vorgesehen ist und zwischen einem Verbindungszustand, in dem die entsprechende Batterie (21 bis 23) entladen ist, und einem Nichtverbindungszustand, in dem die entsprechende Batterie (21 bis 23) nicht entladen ist, schaltet;
eine erste Steuereinheit (34), die so konfiguriert ist, dass diese die Batterie in den Nicht-Verbindungszustand schaltet, und zwar in der Reihenfolge der Batterie (21 bis 23), deren verbleibende entladbare Kapazität einen vorbestimmten Wert erreicht; und
eine zweite Steuereinheit (34), die so konfiguriert ist, dass diese alle Batterien (21 bis 23) in den Verbindungszustand schaltet, nachdem die verbleibenden entladbaren Kapazitäten aller Batterien (21 bis 23) den vorbestimmten Wert erreicht haben, und dann die Batterie in den Nicht-Verbindungszustand schaltet, und zwar in der Reihenfolge von der Batterie (21 bis 23), für die festgestellt wurde, dass diese einen Entladungs-Endzustand erreicht.

Gemäß der Batteriesteuereinheit und dem Batteriesystem mit den Konfigurationen der obigen [1] und [4] sind zu einem Zeitpunkt, zu dem die zweite Steuereinheit alle Batterien in den Verbindungszustand schaltet, die verbleibenden entladbaren Kapazitäten aller Batterien gleich dem vorgegebenen Wert. Daher ist es möglich, eine Zeit, während der sich alle Batterien im Verbindungszustand befinden, während einer Steuerperiode durch die zweite Steuereinheit zu verlängern, während der die verbleibende Kapazität der Batterie klein ist, und es ist möglich, eine Zeitdauer zu verlängern, während der die gewünschte Leistung erhalten werden kann.
Gemäß der Batteriesteuereinheit mit der Konfiguration [2] von oben verhängt die erste Steuereinheit nicht jedes Mal die Entladestrombegrenzung, wenn die Batterie in den Nicht-Verbindungszustand geschaltet wird, und es ist möglich, die Zeitdauer, während der die gewünschte Leistung erhalten wird, weiter zu verlängern, ohne die Entladestrombegrenzung zu verhängen.
Mit der Batteriesteuereinheit, die die oben beschriebene Konfiguration [3] aufweist, ist es möglich, den minimalen Entladestrombegrenzungswert einfach einzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Batteriesteuereinheit und ein Batteriesystem bereitzustellen, die in der Lage sind, eine Zeitdauer zu verlängern, während der die gewünschte Leistung erhalten werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2013031249 A [0006]

Claims

Eine Batteriesteuereinheit, umfassend: eine Schalteinheit, die so konfiguriert ist, dass diese für jede einer Mehrzahl von in Reihe miteinander verbundenen Batterien vorgesehen ist und zwischen einem Verbindungszustand, in dem die entsprechende Batterie entladen ist, und einem Nichtverbindungszustand, in dem die entsprechende Batterie nicht entladen ist, umschaltet; eine erste Steuereinheit, die so konfiguriert ist, dass diese die Batterie in den Nicht-Verbindungszustand schaltet, und zwar in der Reihenfolge von der Batterie, deren verbleibende entladbare Kapazität einen vorbestimmten Wert erreicht; und eine zweite Steuereinheit, die so konfiguriert ist, dass diese alle Batterien in den Verbindungszustand schaltet, nachdem die verbleibende entladbare Kapazität aller Batterien den vorbestimmten Wert erreicht hat, und dann die Batterie in den Nicht-Verbindungszustand schaltet, und zwar in der Reihenfolge, in der die Batterie einen Entladungsbeendigungszustand erreicht.
Batteriesteuereinheit gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: eine Entladestrombegrenzungseinheit, die so konfiguriert ist, dass diese einen durch die Batterie in dem Verbindungszustand fließenden Entladestrom so begrenzt, dass dieser einen minimalen Entladestrombegrenzungswert nicht überschreitet, der der kleinste unter den Entladestrombegrenzungswerten ist, die gemäß jedem Batteriezustand der Batterien in dem Verbindungszustand bestimmt werden, wobei der vorbestimmte Wert auf einen Wert eingestellt ist, so dass die verbleibende entladbare Kapazität den vorbestimmten Wert erreicht, bevor die Entladestrombegrenzungseinheit den Entladestrom begrenzt.
Batteriesteuereinheit gemäß Anspruch 2, ferner umfassend: eine Einstelleinheit, die so konfiguriert ist, dass diese einen Batteriezustand und einen Innenwiderstand jeder der mehreren Batterien im Verbindungszustand schätzt, den Entladestrombegrenzungswert für jede der mehreren Batterien basierend auf dem geschätzten Batteriezustand und dem Innenwiderstand jeder der mehreren Batterien und einem vorbestimmten unteren Grenzspannungswert erhält und einen Minimalwert unter den erhaltenen Entladestrombegrenzungswerten als einen minimalen Entladestrombegrenzungswert einstellt.
Ein Batteriesystem, umfassend: eine Vielzahl von Batterien, die in Reihe miteinander verbunden sind; eine Schalteinheit, die so konfiguriert ist, dass diese für jede der mehreren Batterien vorgesehen ist und zwischen einem Verbindungszustand, in dem die entsprechende Batterie entladen ist, und einem Nichtverbindungszustand, in dem die entsprechende Batterie nicht entladen ist, umschaltet; eine erste Steuereinheit, die so konfiguriert ist, dass diese die Batterie in den Nicht-Verbindungszustand schaltet, und zwar in der Reihenfolge von der Batterie, deren verbleibende entladbare Kapazität einen vorbestimmten Wert erreicht; und eine zweite Steuereinheit, die so konfiguriert ist, dass diese alle Batterien in den Verbindungszustand schaltet, nachdem die verbleibende entladbare Kapazität aller Batterien den vorbestimmten Wert erreicht hat, und dann die Batterie in den Nicht-Verbindungszustand schaltet, und zwar in der Reihenfolge, in der die Batterie einen Entladungsbeendigungszustand erreicht.