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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Energiespeichersystem.
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2. Beschreibung des verwandten Standes der Technik
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Die ungeprüfte japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr.
2014-103804 (
JP 2014-103804 A ) offenbart ein Batteriesystem, bei dem eine Vielzahl von zusammengesetzten Batterien parallel geschaltet ist. Das Batteriesystem von
JP 2014-103804 A umfasst eine übergeordnete Steuereinrichtung, die eine Anweisung zum Ausgleichen der Spannungen der Vielzahl zusammengesetzter Batterien auf der Grundlage der Spannungen der zusammengesetzten Batterien überträgt, und eine Batterieverwaltungsvorrichtung, die die Spannungen der zusammengesetzten Batterien auf der Grundlage der von der übergeordneten Steuereinrichtung übertragenen Anweisung ausgleicht. Die Vorrichtung zur Batterieverwaltung umfasst eine zusammengesetzte Batterie zum Anpassen, die jede Zelle der zusammengesetzten Batterie lädt. In dem Batteriesystem wird, nachdem eine Vielzahl von Zellen in der zusammengesetzten Batterie unter Verwendung der zusammengesetzten Batterie zum Anpassen ausgeglichen ist, ein Ausgleich zwischen der Vielzahl von zusammengesetzten Batterien durchgeführt.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Um die Genauigkeit der Schätzung des Ladezustands (SOC) der Batterie zu verbessern, muss die zusammengesetzte Batterie vollständig geladen sein. In einem Energiespeichersystem (Batterie), in dem eine Vielzahl von zusammengesetzten Batterien parallel geschaltet ist, kann es jedoch vorkommen, dass eine der zusammengesetzten Batterien nicht vollständig geladen ist. In einem solchen Energiespeichersystem ist es unter dem Gesichtspunkt der Kostenreduzierung und dergleichen erwünscht, die zusammengesetzte Batterie vollständig zu laden, ohne die zusammengesetzte Batterie zum Anpassen zu verwenden, wie in
JP 2014-103804 A angegeben.
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Die vorliegende Offenbarung wurde gemacht, um das vorstehende Problem zu lösen, und ein Ziel davon ist, ein Energiespeichersystem bereitzustellen, das in der Lage ist, eine zusammengesetzte Batterie vollständig zu laden, ohne eine Batterie zum Anpassen zu verwenden.
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Ein Energiespeichersystem gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung ist ein Energiespeichersystem, das das Laden und Entladen mit einem externen System durchführt. Das Energiespeichersystem umfasst: einen Stromrichter, der mit dem externen System verbunden ist; eine Vielzahl zusammengesetzter Batterien, die für das Laden und Entladen verwendet werden und parallel zueinander mit dem Stromrichter verbunden sind; und eine Steuereinrichtung, die einen Betrieb des Stromrichters so steuert, dass eine Summe einer Energiespeichermenge nach dem Laden jeder der zusammengesetzten Batterien eine vorbestimmte Menge wird, wenn jede der zusammengesetzten Batterien geladen wird. Wenn jede der zusammengesetzten Batterien geladen wird und es eine erste zusammengesetzte Batterie gibt, bei der eine vorbestimmte Zeit seit einem vorherigen vollständigen Laden unter der Vielzahl der zusammengesetzten Batterien verstreichen musste, lädt die Steuereinrichtung die erste zusammengesetzte Batterie, bis die erste zusammengesetzte Batterie vollständig geladen ist. Wenn jede der zusammengesetzten Batterien geladen wird und es die erste zusammengesetzte Batterie gibt, bei der die vorbestimmte Zeit seit dem vorherigen vollständigen Laden aus der Vielzahl der zusammengesetzten Batterien verstreichen würde, passt die Steuereinrichtung eine Energiespeichermenge einer zweiten zusammengesetzten Batterie aus der Vielzahl der zusammengesetzten Batterien an, die nicht die erste zusammengesetzte Batterie ist, so dass die Summe der Energiespeichermenge nach dem Laden jeder der zusammengesetzten Batterien die vorbestimmte Menge wird.
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Gemäß der vorstehenden Konfiguration ist es möglich, die erste zusammengesetzte Batterie der Vielzahl zusammengesetzter Batterien vollständig zu laden, indem die Vielzahl zusammengesetzter Batterien verwendet wird, die das Laden und Entladen mit dem externen System durchführt. Daher ist es möglich, die erste zusammengesetzte Batterie vollständig zu laden, ohne eine zusammengesetzte Batterie zur Anpassung zu verwenden, die sich von der Vielzahl der zusammengesetzten Batterien unterscheidet, die das Laden und Entladen mit dem externen System durchführt.
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Vorzugsweise wird für jede der zusammengesetzten Batterien vor einem tatsächlichen Betrieb des Energiespeichersystems ein Fehler zwischen einem integrierten Wert eines Stroms, wenn die zusammengesetzte Batterie für eine vorgegebene Zeit geladen oder entladen wird, und einem theoretischen Wert eines Stroms, der in der vorgegebenen Zeit fließt, berechnet. Eine Länge der vorbestimmten Zeit wird für jede der zusammengesetzten Batterien vor dem tatsächlichen Betrieb auf der Grundlage des Fehlers festgelegt. Die Länge der vorbestimmten Zeit wird kürzer eingestellt, wenn der Fehler größer wird.
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Wenn der vorstehende Fehler groß ist, ist die Genauigkeit der Schätzung des Ladezustands (der Laderate) gering. Durch frühzeitiges vollständiges Laden der ersten zusammengesetzten Batterie ist es möglich, die Schätzgenauigkeit des Ladezustands der ersten zusammengesetzten Batterie zu verbessern. Daher kann, wie vorstehend beschrieben, die Schätzgenauigkeit des Ladezustands der ersten zusammengesetzten Batterie schnell erhöht werden, je größer der Fehler ist und je kürzer die vorbestimmte Zeit für die Bestimmung ist, ob das vollständige Laden durchgeführt werden soll.
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Jede der zusammengesetzten Batterien umfasst vorzugsweise eine Vielzahl von Zellen. Für jede der zusammengesetzten Batterien wird vor dem tatsächlichen Betrieb des Energiespeichersystems eine Veränderung der Selbstentladungsmenge jeder Zelle berechnet. Eine Länge der vorbestimmten Zeit wird für jede der zusammengesetzten Batterien vor dem tatsächlichen Betrieb auf der Grundlage der Größe der Abweichung festgelegt. Die Länge der vorbestimmten Zeit wird kürzer eingestellt, wenn die Abweichung größer wird.
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Da die Schwankung der Selbstentladungsmenge zunimmt, ist es vorteilhaft, die Steuerung des Ausgleichs jeder Zelle der Vielzahl von Zellen in der ersten zusammengesetzten Batterie in einem frühen Stadium durchzuführen. Wenn die erste zusammengesetzte Batterie vollständig geladen ist, ist jede Zelle in der ersten zusammengesetzten Batterie ebenfalls vollständig geladen, so dass der Ausgleich der Zellen in der ersten zusammengesetzten Batterie durchgeführt werden kann. Daher ist, wie vorstehend beschrieben, die vorbestimmte Zeit für die Bestimmung, ob ein vollständiges Laden durchgeführt werden soll, umso kürzer, je größer die Abweichung in der Selbstentladungsmenge ist, so dass der Ausgleich der Zellen für die zusammengesetzten Batterien, die einen Ausgleich der Zellen erfordern, schneller durchgeführt werden kann.
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Jede der zusammengesetzten Batterien umfasst vorzugsweise eine Vielzahl von Zellen. Das Energiespeichersystem umfasst ferner eine Vielzahl von Spannungserfassungsschaltungen, die in Verbindung mit jeder der Vielzahl der Zellen vorgesehen sind und jeweils eine Spannung der Zelle erfassen. Eine Impedanzänderung jeder der Spannungserfassungsschaltungen wird für jede der zusammengesetzten Batterien vor einem tatsächlichen Betrieb des Energiespeichersystems berechnet. Die Länge der vorbestimmten Zeit wird für jede der zusammengesetzten Batterien vor dem tatsächlichen Betrieb auf der Grundlage der Größe der Änderung festgelegt. Die Länge der vorbestimmten Zeit wird kürzer eingestellt, wenn die Abweichung größer wird.
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Je größer die Variation der Impedanz, desto größer die Variation der Selbstentladungsmenge. Da die Schwankung der Selbstentladungsmenge, wie vorstehend beschrieben, zunimmt, ist es vorteilhaft, die Ausgleichssteuerung jeder Zelle der Vielzahl von Zellen in der ersten zusammengesetzten Batterie in einem frühen Stadium durchzuführen. Wenn die erste zusammengesetzte Batterie vollständig geladen ist, ist jede Zelle in der ersten zusammengesetzten Batterie ebenfalls vollständig geladen, so dass der Ausgleich der Zellen in der ersten zusammengesetzten Batterie durchgeführt werden kann. Daher wird, wie vorstehend beschrieben, die vorbestimmte Zeit für die Bestimmung, ob ein vollständiges Laden durchgeführt werden soll, umso kürzer eingestellt, je größer die Impedanzschwankung ist, so dass der Ausgleich der Zellen bei den zusammengesetzten Batterien, die einen Ausgleich der Zellen erfordern, schneller durchgeführt werden kann.
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Wenn die Stromspeichermengen der Vielzahl der zweiten zusammengesetzten Batterien angepasst werden und wenn die Vielzahl der zweiten zusammengesetzten Batterien eine Drei-Wege-Lithium-Ionen-Batterie und eine Eisenphosphat-Lithium-Ionen-Batterie umfasst, steuert die Steuereinrichtung vorzugsweise einen Betrieb des Stromrichters so, dass eine Stromspeichermenge der Drei-Wege-Lithium-Ionen-Batterie größer ist als eine Stromspeichermenge der Eisenphosphat-Lithium-Ionen-Batterie.
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Der Innenwiderstand der Eisenphosphat-Lithium-Ionen-Batterie ist höher als der Innenwiderstand der Drei-Wege-Lithium-Ionen-Batterie. Daher ist es möglich, durch die Erhöhung der Stromspeichermenge der Drei-Wege-Lithium-Ionen-Batterie mit dem geringeren Widerstand zum Zeitpunkt der Anpassung als die Stromspeichermenge der Eisenphosphat-Lithium-Ionen-Batterie (durch vorrangiges Laden der Drei-Wege-Lithium-Ionen-Batterie) den Stromverbrauch im Vergleich zu dem Fall der Erhöhung der Stromspeichermenge der Eisenphosphat-Lithium-Ionen-Batterie als die Stromspeichermenge der Drei-Wege-Lithium-Ionen-Batterie zu reduzieren.
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Gemäß der vorstehenden Offenbarung kann eine zusammengesetzte Batterie vollständig geladen werden, ohne eine Batterie zum Anpassen zu verwenden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Merkmale, Vorteile und technische und industrielle Bedeutung von Ausführungsbeispielen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Zeichen gleiche Elemente bezeichnen, und wobei:
- 1 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Konfiguration eines Energiespeichersystems und eines externen Systems;
- 2 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Teils der Schaltungskonfiguration einer zusammengesetzten Batterie;
- 3A ist ein Diagramm zur Erläuterung des Ablaufs eines Prozesses in einem Energiespeichersystem;
- 3B ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Prozesses in einem Energiespeichersystem; und
- 4 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Ablaufs eines Prozesses zum Laden von drei zusammengesetzten Batterien.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden die gleichen Elemente mit den gleichen Referenznummern bezeichnet. Ihre Namen und Funktionen sind ebenfalls identisch. Daher wird die detaillierte Beschreibung der gleichen Teile nicht wiederholt.
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A. Gesamte Konfiguration
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1 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Konfiguration eines Energiespeichersystems und eines externen Systems. Wie in 1 dargestellt, ist das Energiespeichersystem 1 über eine Stromleitung mit einem externen System 900 verbunden. Das Energiespeichersystem 1 kann von dem externen System 900 mit Strom versorgt und an das externe System 900 entladen werden.
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Das Energiespeichersystem 1 umfasst eine Vielzahl von Batterieeinheiten 10A, 10B, ... und eine Host-Steuereinrichtung 20. In der folgenden Beschreibung wird jede der Vielzahl von Batterieeinheiten 10A, 10B, ... auch als „Batterieeinheit 10“ bezeichnet.
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Die Batterieeinheit 10A umfasst eine Leistungssteuereinheit (PCU) 11, eine zusammengesetzte Batterie 12A und eine zusammengesetzte Batterie 12B, eine zusammengesetzte Batterie 12C und eine elektronische Steuereinheit (ECU) 13.
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PCU 11 ist ein Stromrichter mit Wechselrichtern, DC/DC-Wandlern und dergleichen. In der Batterieeinheit 10A sind drei zusammengesetzte Batterien 12A, 12B, 12C parallel an die PCU 11 angeschlossen. Insbesondere hat die Batterieeinheit 10A drei Anschlüsse 111, 112, 113 für den externen Anschluss der PCU 11. Die zusammengesetzte Batterie 12A wird an den Anschluss 111 der drei Klemmen angeschlossen. Die zusammengesetzte Batterie 12B ist mit dem Anschluss 112 verbunden. Die zusammengesetzte Batterie 12C ist mit dem Anschluss 113 verbunden.
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Die zusammengesetzte Batterie 12A, 12B, 12C wird durch Packen einer Vielzahl von Batterieeinheiten desselben Typs (auch als „Batteriezellen“ bezeichnet) erhalten. Die zusammengesetzte Batterie 12A, 12B, 12C wird auch als „zusammengesetzte Batterie“ bezeichnet. Jede der zusammengesetzten Batterien 12A, 12B, 12C ist zum Beispiel eine ternäre Lithium-Ionen-Batterie (im Folgenden als „ternäre Batterie“ bezeichnet) oder eine Eisenphosphat-Lithium-Ionen-Batterie (im Folgenden als „LFP-Batterie“ bezeichnet). Der Innenwiderstand der LPF-Zelle ist höher als der Innenwiderstand der ternären Zelle. Insbesondere im Tieftemperaturbereich steigt der Innenwiderstand der LPF-Zelle an.
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Die Batterieeinheit 10B umfasst eine PCU 11, eine zusammengesetzte Batterie 12A, 12B, 12C und eine ECU 13, ähnlich wie die Batterieeinheit 10A. In der Batterieeinheit 10B kann sich der Typ der zusammengesetzten Batterie, die mit der PCU 11 verbunden ist, von dem der Batterieeinheit 10A unterscheiden. Zum Beispiel kann die Batterieeinheit 10A als zusammengesetzte Batterie 12A, 12B, 12C zwei ternäre Batterien und eine LFP-Zelle enthalten, und die Batterieeinheit 10B kann als zusammengesetzte Batterie 12A, 12B, 12C eine ternäre Batterie und zwei LFP-Zellen enthalten. Die Kombination der zusammengesetzten Batterien, die in jeder Batterieeinheit 10 enthalten sind, ist nicht besonders begrenzt.
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In der folgenden Beschreibung wird eine der Vielzahl von zusammengesetzten Batterien 12A, 12B, 12C auch als „zusammengesetzte Batterie 12“ bezeichnet.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die in den Fahrzeugen montierte PCU und ECU als PCU 11 bzw. ECU 13 umgelenkt. In ähnlicher Weise werden zusammengesetzte Batterien, die an Fahrzeugen montiert sind, als zusammengesetzte Batterie 12A, 12B, 12C bezeichnet. Wie vorstehend beschrieben, wird das Energiespeichersystem 1 unter Verwendung der überflüssig gewordenen Komponenten des Fahrzeugs aufgebaut. Insbesondere wird der an die PCU der Fahrzeuge angeschlossene Drehstrommotor entfernt und drei zusammengesetzte Batterien (je eine für die U-Schicht, die V-Schicht und die W-Schicht) werden angeschlossen. Die Anschlüsse 111, 112, 113 sind Anschlüsse für die U-Schicht, Anschlüsse für die V-Schicht bzw. Anschlüsse für die W-Schicht.
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Das externe System 900 umfasst ein Energiekonditionierungssystem (PCS) 910, eine photovoltaische Vorrichtung 920, Verbraucher 930 und ein Stromnetz 940. Die jeweiligen Batterieeinheiten 10 (insbesondere die jeweilige PCU 11) sind in Bezug auf das PCS 910 parallel zueinander geschaltet.
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Ein PCS 910 ist ein Stromrichter, der sowohl zur AC/DC-Wandlung (AC-zu-DC-Wandlung) als auch zur DC/AC-Wandlung (DC-zu-AC-Wandlung) in der Lage ist. PCS 910 empfängt Gleichstrom, z. B. von der photovoltaischen Vorrichtung 920. PCS 910 liefert Wechselstrom an die Verbraucher 930. Es ist zu beachten, dass die Last 930 ein elektrisches Produkt (z. B. eine Klimaanlage, eine Beleuchtungsvorrichtung usw.) ist, das in einem Haushalt verwendet wird. PCS 910 tauscht Wechselstrom mit dem Energiesystem 940 aus.
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ECU 13 enthält einen Prozessor und einen Speicher (siehe 2) und steuert die Batterieeinheit 10. ECU 13 ist kommunikativ mit den Host-Steuereinrichtungen 20 verbunden. Beim Laden jeder zusammengesetzten Batterie 12A, 12B, 12C steuert jede ECU 13 den Betrieb der PCU 11 so, dass die Summe der geladenen Mengen jeder zusammengesetzten Batterie 12A, 12B, 12C eine vorbestimmte Menge Qs ergibt.
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Die übergeordneten Steuereinrichtungen 20 enthalten einen Prozessor und einen Speicher (beide nicht dargestellt) und senden Befehle an das jeweilige Steuergerät 13. Die übergeordneten Steuereinrichtungen 20 sind kommunikativ mit Servern (nicht dargestellt) über ein NW-Netzwerk verbunden.
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Im Energiespeichersystem 1 wird jede Batterieeinheit 10 zumindest während des Mitternachtszeitraums vom externen System 900 geladen und zumindest während des Tageszeitraums zum externen System 900 entladen. Insbesondere entlädt jede Batterieeinheit 10 jede der drei zusammengesetzten Batterien 12 zumindest während des Mitternachtszeitraums vom externen System 900 und zumindest während des Tageszeitraums zum externen System 900.
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B. Einrichtung der zusammengesetzten Batterien
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2 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Teils der Schaltungskonfiguration der zusammengesetzten Batterie 12. Wie in 2 dargestellt, umfasst die zusammengesetzte Batterie 12 eine Vielzahl von Einheiten 120. Jede Einheit 120 umfasst eine Zelle 121, eine Spannungserfassungsschaltung 122, ein Amperemeter 123 und eine Lade- und Entladeschaltung 124. Die Lade- und Entladeschaltung 124 enthält einen Schalter 1241.
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Das Amperemeter 123 und der Schalter 1241 sind in Reihe mit der Zelle 121 geschaltet. Die Spannungserfassungsschaltung 122 ist parallel zu der Zelle 121 geschaltet.
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Die Spannungserfassungsschaltung 122 detektiert die Spannung der Zelle 121. Insbesondere umfasst die Spannungserfassungsschaltung 122 zwei Verbindungsanschlüsse 1221 und 1222 zur Verbindung mit der positiven Elektrode und der negativen Elektrode der Zelle 121 sowie ein Voltmeter 1223, das zwischen dem Verbindungsanschluss 1221 und dem Verbindungsanschluss 1222 vorgesehen ist. Die Spannungserfassungsschaltung 122 erfasst die Spannung zwischen den beiden Verbindungsanschlüssen 1221 und 1222 (d.h. die Spannung zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode der Zelle 121) mit Hilfe des Voltmeters 1223.
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Das Amperemeter 123 misst den Stromwert des Stroms, der aus der Zelle 121 fließt, wenn der Strom aus der Zelle 121 entladen wird, und den Stromwert des Stroms, der in die Zelle 121 fließt, wenn die Zelle 121 geladen wird. Das heißt, das Amperemeter 123 misst den Stromwert des Stroms, der durch den Lade- und Entladestromkreis 124 fließt, wenn die Zelle 121 geladen oder entladen wird. Darüber hinaus misst das Amperemeter 123 auch die Menge der Selbstentladung der Zelle 121.
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Durch Einschalten des Schalters 1241 kann die Zelle 121 geladen und entladen werden. Der Ein/Aus-Betrieb des Schalters 1241 wird von der ECU 13 gesteuert.
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Der vom Voltmeter 1223 gemessene Wert (Spannungswert) und der vom Amperemeter 123 gemessene Wert (Stromwert) werden an die ECU 13 gesendet. ECU 13 enthält einen Prozessor 131 und Speicher 132.
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C. Skizze des Prozesses
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3A und 3B sind Diagramme zur Erläuterung des Ablaufs eines Prozesses im Energiespeichersystem 1. 3A ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Zustands unmittelbar vor Beginn des N-ten Ladevorgangs. 3B ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Zustands unmittelbar vor dem Beginn der N + ersten Ladung. Hier ist N eine natürliche Zahl.
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(1) N-te Ladung
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass die verstreichende Zeit Ta_1 seit dem letzten vollständigen Laden der zusammengesetzten Batterie 12A der Batterieeinheit 10 unmittelbar vor dem Beginn des N-ten Ladens kleiner ist als der Schwellenwert Ta_th für die zusammengesetzte Batterie 12A. In ähnlicher Weise wird angenommen, dass die verstreichende Zeit Tb_1 seit dem letzten vollständigen Laden der zusammengesetzten Batterie 12B kleiner ist als der Schwellenwert Tb_th für die zusammengesetzte Batterie 12B. Ferner wird davon ausgegangen, dass die verstreichende Zeit Tc_1, nachdem die zusammengesetzte Batterie 12C das letzte Mal vollständig geladen wurde, geringer ist als der Schwellenwert Tc_th für die zusammengesetzte Batterie 12C. Die jeweiligen Schwellenwerte Ta_th, Tb_th, Tc_th werden im Voraus in der ECU 13 gespeichert.
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Wie vorstehend beschrieben, steuert die ECU 13 beim Laden jeder zusammengesetzten Batterie 12A, 12B, 12C in der Batterieeinheit 10 den Betrieb der PCU 11 so, dass die Summe der geladenen Mengen jeder zusammengesetzten Batterie 12A, 12B, 12C eine vorbestimmte Menge Qs ergibt.
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ECU 13 weist für jede zusammengesetzte Batterie 12A, 12B, 12C eine elektrische Speichermenge (Zielwert) nach dem Laden zu. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel steuert die ECU 13 den Betrieb der PCU 11 so, dass die Stromspeichermenge nach dem Laden der zusammengesetzten Batterie 12A zu Qa_1 wird. In ähnlicher Weise steuert ECU 13 den Betrieb von PCU 11, so dass die Stromspeichermenge nach dem Laden der zusammengesetzten Batterie 12B zu Qb_1 wird. ECU 13 steuert den Betrieb von PCU 11 so, dass die Aufladung der zusammengesetzten Batterie 12C zu Qc_1 wird.
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Qa_1 ist kleiner als die volle Ladekapazität der zusammengesetzten Batterie 12A. Qb_1 ist geringer als die volle Ladekapazität der zusammengesetzten Batterie 12B. Qc_1 ist kleiner als die volle Ladekapazität der zusammengesetzten Batterie 12C. Die Summe von Qa_1, Qb_1 und Qc_1 ist Qs.
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Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung 13 die Steuerungen Qa_1, Qb_1 und Qc_1 auf denselben Wert einstellen. Außerdem können Ta_th, Tb_th und Tc_th auf denselben Wert eingestellt werden.
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(2) N+lste Ladung
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Als nächstes wird nach Abschluss des N-ten Ladens, wie in 3B gezeigt, angenommen, dass unmittelbar vor Beginn des N+1-ten Ladens die verstreichende Zeit Ta_2 ab dem Zeitpunkt, zu dem die zusammengesetzte Batterie 12A das letzte Mal vollständig geladen wurde, gleich oder größer als der Schwellenwert Ta_th für die zusammengesetzte Batterie 12A ist. Es wird angenommen, dass die verstreichende Zeit Tb_2, nachdem die zusammengesetzte Batterie 12B das letzte Mal vollständig geladen wurde, kleiner als der Schwellenwert Tb_th ist, und die verstreichende Zeit Tc_2, nachdem die zusammengesetzte Batterie 12C das letzte Mal vollständig geladen wurde, kleiner als der Schwellenwert Tc_th ist.
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Die ECU 13 führt die folgende Steuerung durch. ECU 13 steuert den Betrieb der PCU 11 so, dass die Aufladung der zusammengesetzten Batterie 12A Qa_max wird. Das heißt, die ECU 13 lädt die zusammengesetzte Batterie 12A vollständig auf.
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Weiterhin steuert ECU 13 den Betrieb von PCU 11, so dass die Menge an gespeicherter Elektrizität nach dem Laden der zusammengesetzten Batterie 12B zu Qb_2 wird. ECU 13 steuert den Betrieb von PCU 11 so, dass die Menge an gespeicherter Elektrizität nach dem Laden der zusammengesetzten Batterie 12C zu Qc_2 wird. Qb_2 ist kleiner als die volle Ladekapazität der zusammengesetzten Batterie 12B. Qc_2 ist geringer als die volle Ladekapazität der zusammengesetzten Batterie 12C.
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Konkret bestimmt ECU 13 die Werte von Qb_2 und Qc_2 so, dass der durch Addition von Qb_2 und Qc_2 zu Qa_max (d.h. der Summe der Kapazitäten der drei zusammengesetzten Batterien 12A, 12B, 12C) erhaltene Wert Qs ist. Die ECU 13 weist beispielsweise Qb_2 und Qc_2 die Werte (Qd/2) zu, die sich aus der Division des Differenzwertes (Qd=Qs-Qa_max) ergeben, der sich aus der Subtraktion von Qa_max von Qs durch 2 ergibt. Diese Aufteilung ist jedoch nur ein Beispiel, und die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt.
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Durch die Steuerung einer solchen Steuereinrichtung 13 kann die zusammengesetzte Batterie 12A, bei der die seit der letzten Vollladung verstreichende Zeit gleich oder größer als der Schwellenwert Ta_th ist, vollständig geladen werden.
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D. Struktur der Steuerung
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4 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Ablaufs eines Prozesses zum Laden von drei zusammengesetzten Batterien 12A, 12B, 12C. Nachstehend wird der Prozess des Ladens der zusammengesetzten Batterie 12A, 12B, 12C beschrieben.
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Wie in 4 gezeigt, stellt die ECU 13 in S1 fest, ob es eine zusammengesetzte Batterie 12 (im Folgenden der Einfachheit halber auch als „zusammengesetzte Batterie α“ bezeichnet) gibt, bei der die Zeit (insbesondere der vorstehend beschriebene Schwellenwert Ta_th, Tb_th, Tc_th), die für jede zusammengesetzte Batterie festgelegt wurde, verstreichen konnte, seit die zusammengesetzte Batterie 12A, 12B, 12C das letzte Mal vollständig geladen wurde, oder nicht.
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Wenn festgestellt wird, dass die zusammengesetzte Batterie α nicht vorhanden ist (NO in S1), beginnt ECU 13 in S6 mit dem Laden der zusammengesetzten Batterie 12A, 12B, 12C. Wie in 3A gezeigt, steuert ECU 13 den Betrieb von PCU 11 so, dass die Menge an gespeicherter Elektrizität nach dem Laden jeder der zusammengesetzten Batterien 12A, 12B, 12C Qa_1, Qb_1, Qc_1 wird. Danach schreitet ECU 13 mit dem Prozess zu S5 fort. In S6 kann die ECU 13 die drei zusammengesetzten Batterien 12A, 12B, 12C gleichzeitig oder nacheinander laden.
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Wenn festgestellt wird, dass die zusammengesetzte Batterie α vorhanden ist (JA in S1), beginnt die ECU 13 in S2 mit dem Laden der zusammengesetzten Batterie α. In S3 bestimmt die ECU 13, ob die zusammengesetzte Batterie α vollständig geladen ist oder nicht. ECU 13 bestimmt typischerweise anhand der Spannung der zusammengesetzten Batterie 12a, ob diese vollständig geladen ist oder nicht (Ladezustand (SOC) = 100 %).
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Wenn festgestellt wird, dass die zusammengesetzte Batterie α vollständig geladen ist (JA in S3), beginnt ECU 13 mit dem Laden der verbleibenden zwei zusammengesetzten Batterien (auch als „zusammengesetzte Batterie β“ und „zusammengesetzte Batterie γ“ bezeichnet) mit Ausnahme der zusammengesetzten Batterie α unter den drei zusammengesetzten Batterien 12A, 12B, 12C. Wenn festgestellt wird, dass die zusammengesetzte Batterie α nicht vollständig geladen ist (NO in S3), lädt ECU 13 die zusammengesetzte Batterie α weiter, bis die zusammengesetzte Batterie α vollständig geladen ist.
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In S5 bestimmt ECU 13, ob die Summe der Speichermengen der drei zusammengesetzten Batterien 12A, 12B, 12C (d.h. der zusammengesetzten Batterie α, β, γ) Qs ist. Wenn festgestellt wird, dass die Summe der Speichermengen der drei zusammengesetzten Batterien 12A, 12B, 12C nicht Qs ist (NEIN in S5), setzt die ECU 13 das Laden in S4 oder das Laden in S5 fort. Wenn festgestellt wird, dass die Summe der Speichermengen der drei zusammengesetzten Batterien 12A, 12B, 12C Qs ist (JA in S5), beendet ECU 13 die Reihe der Ladeprozesse.
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In der vorstehenden Beschreibung wurde die Konfiguration als ein Beispiel beschrieben, bei dem das Laden der zusammengesetzten Batterie β und der zusammengesetzten Batterie γ begonnen wird, nachdem die zusammengesetzte Batterie α in einem vollständig geladenen Zustand ist, aber die vorliegende Erfindung ist darauf nicht beschränkt. Die ECU 13 kann das Laden der drei zusammengesetzten Batterien α, β, γ gleichzeitig einleiten. Alternativ kann die ECU 13 das Laden der zusammengesetzten Batterien β und γ ab der Mitte des Ladens der zusammengesetzten Batterie α einleiten.
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E. Vorläufige Schlussfolgerungen
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Wie vorstehend beschrieben, führt das Energiespeichersystem 1 das Laden und Entladen in Bezug auf das externe System 900 durch. Das Energiespeichersystem 1 umfasst eine PCU 11, die mit dem externen System 900 verbunden ist, eine Vielzahl zusammengesetzter Batterien 12 (12A bis 12C) zum Entladen und Aufladen, die in der PCU 11 parallel zueinander geschaltet sind, und eine ECU 13 zur Steuerung des Betriebs der PCU 11. Wenn jede zusammengesetzte Batterie 12 geladen wird, steuert die ECU 13 den Betrieb der PCU 11 so, dass die Summe der geladenen Mengen jeder zusammengesetzten Batterie 12 eine vorbestimmte Menge Qs ergibt.
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ECU 13, wenn jede der zusammengesetzten Batterien 12 geladen wird, wenn die zusammengesetzte Batterie α, in der eine vorbestimmte Zeit seit der vorherigen vollen Ladung in einer Vielzahl von zusammengesetzten Batterien 12 verstrichen ist, vorhanden ist, um die zusammengesetzte Batterie α bis zu einer vollen Ladung zu laden. Wenn eine zusammengesetzte Batterie α vorhanden ist, bei der eine vorbestimmte Zeit seit der vorherigen vollen Ladung in der Vielzahl der zusammengesetzten Batterien 12 verstreichen würde, wenn jede zusammengesetzte Batterie 12 geladen wird, passt die ECU 13 außerdem die Speichermengen der zusammengesetzten Batterie β und γ, die nicht die zusammengesetzte Batterie α sind, in der Vielzahl der zusammengesetzten Batterien 12 an, so dass die Summe der Speichermengen nach dem Laden jeder zusammengesetzten Batterie 12 eine vorbestimmte Menge Qs wird.
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Gemäß einer solchen Konfiguration kann die zusammengesetzte Batterie α der drei zusammengesetzten Batterien 12 vollständig geladen werden, indem die drei zusammengesetzten Batterien 12 verwendet werden, die das Laden und Entladen mit dem externen System 900 durchführen. Daher ist es möglich, die zusammengesetzte Batterie α vollständig zu laden, ohne eine andere Anpassungsbatterie als die drei zusammengesetzten Batterien 12 zu verwenden, die das Laden und Entladen mit dem externen System 900 durchführen.
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Wenn es eine Vielzahl zusammengesetzter Batterien gibt, bei denen eine vorbestimmte Zeit seit der letzten vollständigen Ladung der Vielzahl zusammengesetzter Batterien 12 verstreichen musste, kann ECU 13 vorzugsweise die Batterie mit der langen verstrichenen Zeit vollständig laden. Alternativ kann die ECU 13 die Vielzahl zusammengesetzter Batterien 12 zusammen vollständig laden.
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F. Wie man Schwellenwerte festlegt
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Im Folgenden werden anhand einer Vielzahl von Ausführungsbeispielen Methoden zur Einstellung der Schwellenwerte Ta_th, Tb_th, Tc_th beschrieben. Wenn der Schwellenwert Ta_th, Tb_th, Tc_th nicht unterschieden wird, wird er in der folgenden Beschreibung als „Schwellenwert T_th“ bezeichnet. Der Schwellenwert T_th wird vor dem tatsächlichen Betrieb des Energiespeichersystems 1 eingestellt.
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(1) Erste Methode
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Eine ECU 13 oder eine andere Vorrichtung (nicht gezeigt) wird verwendet, um für jede zusammengesetzte Batterie 12 einen Fehler zwischen einem integrierten Wert eines Stroms, wenn die zusammengesetzte Batterie 12 für eine vorbestimmte Zeit geladen oder entladen wird, und einem theoretischen Wert eines Stroms, der in der vorbestimmten Zeit fließt, vor dem tatsächlichen Betrieb des Energiespeichersystems 1 zu berechnen.
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Der Schwellenwert T_th (eine vorbestimmte Zeitdauer) wird für jede zusammengesetzte Batterie 12 vor dem tatsächlichen Betrieb auf der Grundlage des Fehlers festgelegt. Zum Beispiel wird der Schwellenwert Ta_th vor dem tatsächlichen Betrieb auf der Grundlage eines Fehlers zwischen dem integrierten Wert des Stroms, wenn die zusammengesetzte Batterie 12A für eine vorbestimmte Zeit geladen oder entladen wird, und dem theoretischen Wert des in der vorbestimmten Zeit fließenden Stroms festgelegt. Je größer der Fehler ist, desto kürzer wird der Schwellenwert T_th eingestellt. Die Bestimmung der Schwellenwerte T_th kann durch eine andere Vorrichtung oder durch ein Steuergerät 13 vorgenommen werden. Die ermittelten Schwellwerte T_th können schließlich in der ECU 13 gespeichert werden.
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Wenn der vorstehende Fehler groß ist, ist die Genauigkeit der SOC-Schätzung gering. Durch frühzeitiges vollständiges Laden der zusammengesetzten Batterie 12 (zusammengesetzte Batterie α) kann die Genauigkeit der SOC-Schätzung verbessert werden. Je größer der Fehler ist, desto kürzer wird daher, wie vorstehend beschrieben, der Schwellenwert T_th, der eine Referenzperiode zur Bestimmung ist, ob eine Vollladung erforderlich ist oder nicht, eingestellt, so dass die Schätzgenauigkeit des SOC schnell erhöht werden kann.
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(2) Zweite Methode
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Eine ECU 13 oder eine andere Vorrichtung (nicht gezeigt) wird verwendet, um Schwankungen der Selbstentladungsmengen der Zellen 121 (siehe 2) für jede zusammengesetzte Batterie 12 vor dem tatsächlichen Betrieb des Energiespeichersystems 1 zu berechnen. Der Schwellenwert T_th (die Länge der vorbestimmten Zeit) wird für jede zusammengesetzte Batterie 12 vor dem tatsächlichen Betrieb auf der Grundlage des Ausmaßes der Schwankungen der Selbstentladungsmenge festgelegt. Insbesondere wird der Schwellenwert T_th umso kürzer eingestellt, je größer die Schwankungen der Selbstentladungsmenge sind. Die Bestimmung der Schwellenwerte T_th kann durch eine andere Vorrichtung oder durch eine ECU 13 erfolgen. Die ermittelten Schwellenwerte T_th können schließlich in der ECU 13 gespeichert werden.
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Da die Schwankungen in der Selbstentladungsmenge zunehmen, ist es vorteilhaft, die Steuerung des Ausgleichs jeder Zelle 121 der Vielzahl von Zellen 121 in der zusammengesetzten Batterie 12 in einem frühen Stadium durchzuführen. Wenn die zusammengesetzte Batterie 12 vollständig geladen ist, ist jede Zelle 121 in der zusammengesetzten Batterie 12 ebenfalls vollständig geladen, so dass die Zellen 121 in der zusammengesetzten Batterie 12 ausgeglichen werden können. Daher kann, wie vorstehend beschrieben, die Zelle 121 so schnell ausgeglichen werden, wie die zusammengesetzte Batterie 12, für die ein Ausgleich der Zelle 121 erforderlich ist, ausgeglichen werden kann, indem der Schwellenwert T_th, der eine Referenzzeit für die Bestimmung ist, ob ein vollständiges Laden erforderlich ist oder nicht, kürzer eingestellt wird, wenn die Variation der Selbstentladungsmenge zunimmt.
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(3) Dritte Methode
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Wie in 2 dargestellt, ist das Energiespeichersystem 1 (insbesondere die Batterieeinheit 10) in Verbindung mit jeder der Vielzahl von Zellen 121 vorgesehen und umfasst eine Vielzahl von Spannungserfassungsschaltungen 122, von denen jede eine Spannung der Zelle 121 erfasst.
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Eine (nicht dargestellte) Vorrichtung wird zur Berechnung der Impedanzänderung jeder Spannungserfassungsschaltung 122 für jede zusammengesetzte Batterie 12 vor dem tatsächlichen Betrieb des Energiespeichersystems verwendet. Der Schwellenwert T_th (die Länge der vorbestimmten Zeit) wird für jede zusammengesetzte Batterie 12 vor dem tatsächlichen Betrieb auf der Grundlage der Größe der Veränderung festgelegt. Genauer gesagt, wird der Schwellenwert T_th umso kürzer eingestellt, je größer die Impedanzschwankung ist. Die Bestimmung der Schwellenwerte T_th kann von einer anderen Vorrichtung oder von einem Steuergerät 13 vorgenommen werden. Die ermittelten Schwellenwerte T_th können schließlich im Steuergerät 13 gespeichert werden.
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Je größer die Variation der Impedanz, desto größer die Variation der Selbstentladungsmenge. Da die Schwankung der Selbstentladungsmenge zunimmt, ist es vorzuziehen, die Ausgleichssteuerung jeder Zelle 121 aus der Vielzahl von Zellen 121 in der zusammengesetzten Batterie 12 so bald wie möglich durchzuführen, wie vorstehend beschrieben. Wenn die zusammengesetzte Batterie 12 vollständig geladen ist, ist auch jede Zelle 121 in der zusammengesetzten Batterie 12 vollständig geladen, so dass die Zellen 121 in der zusammengesetzten Batterie 12 ausgeglichen werden können. Daher wird, wie vorstehend beschrieben, der Schwellenwert T_th, der eine Referenzzeit ist, um zu bestimmen, ob ein vollständiges Laden erforderlich ist oder nicht, so eingestellt, dass er kürzer ist, je größer die Impedanzschwankung ist, so dass die Zelle 121 so schnell ausgeglichen werden kann, wie die zusammengesetzte Batterie 12 einen Ausgleich der Zelle 121 erfordert.
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G. Modifiziertes Beispiel
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(1) Wenn die Speichermengen der Vielzahl zusammengesetzter Batterien β und γ angepasst werden und die zusammengesetzte Batterie β eine ternäre Batterie und die zusammengesetzte Batterie γ eine LPF-Batterie ist, kann die ECU 13 dazu eingerichtet sein, die PCU 11 so zu steuern, dass die Speichermenge der ternären Batterie (zusammengesetzte Batterie β) größer ist als die Speichermenge der LPF-Batterie (zusammengesetzte Batterie γ).
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Der Innenwiderstand der LPF-Zelle ist höher als der Innenwiderstand der ternären Zelle. Daher kann die in der LPF-Batterie gespeicherte Stromspeichermenge im Vergleich zu dem Fall, in dem die in der ternären Batterie gespeicherte Strommenge größer ist als die in der ternären Batterie gespeicherte Stromspeichermenge, reduziert werden, indem die Stromspeichermenge in der ternären Batterie mit geringerem Widerstand zum Zeitpunkt der Anpassung erhöht wird (durch bevorzugtes Laden der ternären Batterie).
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(2) In der vorstehenden Beschreibung wurde die Konfiguration, in der die drei zusammengesetzten Batterien 12 mit der PCU 11 verbunden werden können, beispielhaft beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Die PCU und das Energiespeichersystem 1 können dazu eingerichtet sein, dass zwei oder vier oder mehr zusammengesetzte Batterien mit der PCU verbunden sind.
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H. Nachtrag
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- (1) Ein Steuerungsverfahren einer Steuereinrichtung, die in einem Energiespeichersystem enthalten ist, das das Laden und Entladen mit einem externen System durchführt, wobei das Steuerungsverfahren aufweist: einen Schritt des Steuerns eines Betriebs des Stromrichters durch die Steuereinrichtung beim Laden einer Vielzahl zusammengesetzter Batterien, die parallel zueinander mit dem Stromrichter verbunden sind, der mit dem externen System verbunden ist, so dass eine Summe einer Energiespeichermenge nach dem Laden jeder der zusammengesetzten Batterien eine vorbestimmte Menge wird; einen Schritt des Bestimmens durch die Steuereinrichtung beim Laden jeder der zusammengesetzten Batterien, ob es eine erste zusammengesetzte Batterie gibt, bei der eine vorbestimmte Zeit seit einem vorherigen vollständigen Laden unter der Vielzahl der zusammengesetzten Batterien verstreichen ist; und einen Schritt des Anpassens, in dem Schritt des Steuerns des Betriebs des Stromrichters, wenn es die erste zusammengesetzte Batterie gibt, einer Stromspeichermenge einer zweiten zusammengesetzten Batterie, die von der ersten zusammengesetzten Batterie verschieden ist, unter der Vielzahl der zusammengesetzten Batterien, so dass die erste zusammengesetzte Batterie vollständig geladen wird und die Summe der Stromspeichermenge nach dem Laden jeder der zusammengesetzten Batterien die vorbestimmte Menge wird.
- (2) Ein Programm, das einen oder mehrere Prozessoren (z.B. den Prozessor 131 der ECU 13) veranlasst, die Schritte des Steuerungsverfahrens auszuführen.
- (3) Ein nicht-transitorisches computerlesbares Speichermedium, das das Programm speichert. Es sollte berücksichtigt werden, dass die vorstehend offenbarten Ausführungsbeispiele nur der Veranschaulichung dienen und die Erfindung in keinem Gesichtspunkt einschränken. Der Umfang der vorliegenden Offenbarung wird durch die Begriffe der Ansprüche definiert und soll alle Modifikationen innerhalb des Umfangs und der Bedeutung umfassen, die den Begriffen der Ansprüche entsprechen.
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Das Energiespeichersystem umfasst einen Stromrichter, eine Vielzahl zusammengesetzter Batterien und eine Steuereinrichtung. Wenn es eine erste zusammengesetzte Batterie gibt, bei der eine vorbestimmte Zeit seit der vorherigen vollen Ladung der Vielzahl zusammengesetzter Batterien verstreichen muss, wenn jede der zusammengesetzten Batterien geladen wird, lädt die Steuereinrichtung die erste zusammengesetzte Batterie bis zur vollen Ladung und passt die Speichermenge der zweiten zusammengesetzten Batterie, die von der ersten zusammengesetzten Batterie verschieden ist, in der Vielzahl zusammengesetzter Batterien so an, dass die Summe der Speichermengen nach dem Laden jeder der zusammengesetzten Batterien eine vorbestimmte Menge wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2014103804 [0002]
- JP 2014103804 A [0002, 0003]
