DE112011100550T5

DE112011100550T5 - Zellkapazitätsjustiervorrichtung

Info

Publication number: DE112011100550T5
Application number: DE112011100550T
Authority: DE
Inventors: Toru Morita; Toshinori Matsui; Koji Shimamura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-02-16
Filing date: 2011-02-04
Publication date: 2012-11-22
Anticipated expiration: 2031-02-05
Also published as: DE112011100550B4; US20120293003A1; WO2011102241A1; JP5484557B2; KR101397901B1; KR20120101517A; US9413037B2; JPWO2011102241A1

Abstract

Es wird eine Zellkapazitätsjustiervorrichtung zum Reduzieren von Fluktuationen in einem Ladungszustand (SOC) zwischen Zellen eines Batteriepaketes (101) bereitgestellt, das durch Verbinden einer Mehrzahl von Zellen (111 bis 116) in Reihe ausgebildet wird, während des Aussetzens des Betriebs von elektrisch betriebener Ausrüstung, deren Hauptstromquelle das Batteriepaket (101) ist. Aus der Mehrzahl von Zellen (111 bis 116) werden eine oder eine Mehrzahl von Zellen mit einem Spannungswert gleich oder größer einer Zellkapazitätsjustierzielspannung ausgewählt. Durch die ausgewählten Zellen wird eine Intermittentbetriebseinheit (105), die selbst während des Aussetzens des Betriebs der elektrisch betriebenen Ausrüstung arbeitet, veranlasst, einen intermittenten Betrieb durchzuführen. Durch die Wiederholung des intermittenten Betriebs werden die Spannungswerte der ausgewählten Zellen gesenkt. Somit werden Fluktuationen im Ladungszustand (SOC) zwischen Zellen reduziert, ohne unnötigerweise batteriegespeicherte Energie des Batteriepaketes (101) zu entladen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zellkapazitätsjustiervorrichtung und genauer gesagt auf eine Vorrichtung zum Durchführen einer Kapazitätsjustierung zwischen Zellen eines eine Mehrzahl von Zellen beinhaltenden Batteriepakets.
HINTERGRUND
Für ein, eine Mehrzahl von Zellen enthaltendes Batteriepaket ist, um eine Überentladung und Überladung zu verhindern, welche durch Fluktuationen im Ladungszustand (SOC, state of charge) zwischen den Zellen verursacht werden, konventionellerweise eine Technologie zum Durchführen einer Kapazitätsjustierung abhängig von der Fluktuation zwischen den Zellen zum Ausgleichen der Kapazitäten bekannt (siehe beispielsweise Patentliteratur 1).
Bei dieser Technologie wird eine Entladungsschaltung für jede einer Mehrzahl von, ein Batteriepaket bildenden Zellen vorgesehen und es wird eine Zelle mit einem höheren Ladungszustand (SOC) entladen, so dass der Ladungszustand (SOC) der Zelle mit dem Ladungszustand (SOC) von Zellen mit niedrigerem Ladungszustand (SOC) koinzidiert, um dadurch die Ladungszustande (SOC) zu justieren, zueinander gleich zu sein.
REFERENZLISTE
Patentliteratur

Patentliteratur 1: JP 3709766 B

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Jedoch wird in der oben erwähnten Technologie die Zelle, die einen relativ hohen Ladungszustand (SOC) aufweist, unter Verwendung eines Entladungswiderstandes so entladen, dass Energie der Zelle in wärme umgewandelt werden kann, um somit den Ladungszustand (SOC) der Zelle zu einem Wert von Zellen mit einem niedrigeren Ladungszustand (SOC) zu konvergieren. Daher gibt es ein Problem, dass batteriegespeicherte Energie der Zelle nutzlos verloren geht.
Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um das oben beschriebene Problem zu lösen und es ist eine Aufgabe derselben, eine Zellkapazitätsjustiervorrichtung bereitzustellen, die zum Reduzieren von Fluktuationen im Ladungszustand (SOC) zwischen Zellen in der Lage ist, während eine effektive Verwendung der batteriegespeicherten Energie gemacht wird.
Problemlösung
Die vorliegende Erfindung stellt eine Zellkapazitätsjustiervorrichtung zum Reduzieren von Fluktuationen im Ladungszustand (SOC) zwischen Zellen eines Batteriepakets bereit, das durch Verbinden einer Mehrzahl von Zellen in Reihe gebildet ist, während des Aussetzens des Betriebs von elektrisch betriebener Ausrüstung, deren Hauptstromquelle das Batteriepaket ist, wobei die Zellkapazitätsjustiervorrichtung beinhaltet: ein Zellkapazitätszielwerteinstellmittel zum Einstellen einer Zellkapazitätsjustierzielspannung; ein Zellauswahlmittel zum Detektieren einer Offenschaltungsspannung von jeder der Zellen des Batteriepakets, und Auswählen einer vorgegebenen Anzahl von Zellen aus Zellen, die einen Spannungswert gleich oder höher der Zellkapazitätsjustierzielspannung aufweisen; ein Zellverbindungsschaltmittel zum Verbinden der vorgegebenen Anzahl von Zellen, die durch das Zellauswahlmittel selektiert sind, mit einer Einheit, die selbst während des Aussetzens des Betriebs der elektrisch betriebenen Ausrüstung arbeitet, wodurch Strom aus der ausgewählten vorgegebenen Anzahl von Zellen der Einheit zugeführt wird; und ein Intermittent-Betriebssteuermittel zum wiederholten Ein- und Ausschalten des Zellverbindungsschaltmittels in jedem vorgegebenen Zeitraum, wodurch die Einheit veranlasst wird, einen intermittenten Betrieb durchzuführen, wobei der intermittente Betrieb der Einheit wiederholt wird, bis Spannungswerte aller Zellen gleich oder niedriger als die Zellkapazitätsjustierzielspannung während des Aussetzens des Betriebs der elektrisch betriebenen Ausrüstung wird.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt eine Zellkapazitätsjustiervorrichtung zum Reduzieren von Fluktuationen im Ladungszustand (SOC) zwischen Zellen eines Batteriepakets bereit, das durch Verbinden einer Mehrzahl von Zellen in Reihe ausgebildet wird, während des Aussetzenes des Betriebs von elektrisch betriebener Ausrüstung, deren Hauptstromquelle das Batteriepaket ist, wobei die Zellkapazitätsjustiervorrichtung beinhaltet: ein Zellkapazitätszielwerteinstellmittel zum Einstellen einer Zellkapazitätsjustierzielspannung; ein Zellauswahlmittel zum Detektieren einer Offenschaltungsspannung von jeder der Zellen des Batteriepakets, und Auswählen einer vorgegebenen Anzahl von Zellen aus Zellen, die einen Spannungswert gleich oder höher der Zellkapazitätsjustierzielspannung aufweisen; ein Zellverbindungsschaltmittel zum Verbinden der vorgegebenen Anzahl von Zellen, die durch das Zellauswahlmittel selektiert sind, mit einer Einheit, die selbst während des Aussetzens des Betriebs der elektrisch betriebenen Ausrüstung arbeitet, wodurch Strom aus der ausgewählten vorgegebenen Anzahl von Zellen der Einheit zugeführt wird; und ein Intermittent-Betriebssteuermittel zum wiederholten Ein- und Ausschalten des Zellverbindungsschaltmittels in jedem vorgegebenen Zeitraum, wodurch die Einheit veranlasst wird, einen intermittenten Betrieb durchzuführen, wobei der intermittente Betrieb der Einheit wiederholt wird, bis Spannungswerte aller Zellen gleich oder niedriger als die Zellkapazitätsjustierzielspannung während des Aussetzens des Betriebs der elektrisch betriebenen Ausrüstung wird. Anhand dem intermittenten Betrieb werden Fluktuationen im Ladungszustand (SOC) zwischen Zellen reduziert, während eine effektive Verwendung von batteriegespeicherter Energie durchgeführt wird.
KURZE BESCHREIBUNG VON ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Zellkapazitätsjustiervorrichtung gemäß ersten und zweiten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung illustriert.
2 ist ein Flussdiagramm, das einen Fluss einer Kapazitätsjustiersteuerung in der Zellkapazitätsjustiervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
3 sind erläuternde Graphen, die einen Übergang jeder Zellspannung während der Kapazitätsjustiersteuerung durch die Zellkapazitätsjustiervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
4 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf der Kapazitätsjustiersteuerung in der Zellkapazitätsjustiervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
5 sind erläuternde Graphen, welche einen Übergang jeder Zellspannung während der Kapazitätsjustiersteuerung durch die Zellkapazitätsjustiervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Zellkapazitätsjustiervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Man beachte, dass nachfolgend gleiche Bezugszeichen in den 1 bis 5 gleiche oder äquivalente Teile bezeichnen.
Die Zellkapazitätsjustiervorrichtung der vorliegenden Erfindung ist in elektrisch betriebener Ausrüstung wie etwa einem Elektrofahrzeug montiert. Elektrisch betriebene Ausrüstung verwendet ein Batteriepaket, welches durch Verbinden einer Mehrzahl von Zellen in Reihe ausgebildet ist, als eine Hauptstromquelle. Die Zellkapazitätsjustiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung reduziert Fluktuationen im Ladungszustand (SOC) zwischen den Zellen des Batteriepakets während des Aussetzens des Betriebs der elektrisch betriebenen Ausrüstung.
In dieser Ausführungsform, wie in 1 illustriert, ist ein Batteriepaket 101 eine Batterie, die durch eine Lithiumionenbatterie typifiziert ist, in welcher es eine gewisse proportionale Beziehung zwischen einem Ladungszustand (SOC) und einer Offenschaltungsspannung gibt. Das Paket 101 beinhaltet eine Mehrzahl von reihenverbundenen Zellen 111, 112, 113, 114, 115 und 116. Jede der Zellen 111 bis 116 ist wiederaufladbar. Das Batteriepaket 101 ist mit einer Last 103 wie etwa einem Antriebsmotor über einen Hauptschalter 102 verbunden. Das Batteriepaket 101 liefert Gleichstrom an die Last 103.
Beide Anschlüsse jeder der Zellen 101 bis 116 sind mit einer Zellsteuervorrichtung 104 verbunden. Die Zellsteuervorrichtung 104 entdeckt eine Offenschaltungsspannung jeder der Zellen 111 bis 116 durch die Zellspannungsdetektionsschaltung.
Die Zellen 111 bis 116 sind in Reihe jeweils mit Schaltern 201 bis 205 verbunden. Die Zellen 111 bis 116 sind weiterhin parallel jeweils mit Schaltern 211 bis 216 verbunden. Öffnungs-/Schließvorgänge der Schalter 201 bis 206 und der Schalter 211 bis 216 werden durch die Zellsteuervorrichtung 104 gesteuert.
Eine Intermittentbetriebseinheit 105 arbeitet selbst während des Aussetzens des Betriebs der elektrisch betriebenen Ausrüstung. Die Intermittentbetriebseinheit 105 weist einen niedrigen Stromverbrauch auf. Ein Beispiel der Intermittentbetriebseinheit 105 beinhaltet eine Einheit, die durch eine Fahrzeugsicherheitseinheit und eine Schlüssellos-Zugangseinheit typifiziert sind, die selbst während des Fahrzeugparkens arbeiten (d. h. während des Aussetzens des Betriebs der elektrisch betriebenen Ausrüstung). Die Intermittentbetriebseinheit 105 ist mit einem Schalter 200 verbunden. Wenn der Schalter 200 geschaltet wird, wird ausgewählt, ob die Intermittentbetriebseinheit 105 mit Strom aus dem Batteriepaket 101 oder Strom aus einer Hilfsbatterie. 106 versorgt wird. Der Schaltvorgang des Schalters 200 wird durch die Zellsteuervorrichtung 104 gesteuert. Die Hilfsbatterie 106 ist beispielsweise eine Bleisäurebatterie. Die Hilfsbatterie 106 liefert Strom auch an die Zellsteuervorrichtung 104.
Man beachte, dass die Zellsteuervorrichtung 104 eine interne Schaltung zur Steuerung zusätzlich zur oben erwähnten Zellspannungsdetektionsschaltung enthält, jene Schaltungen aber in 1 weggelassen sind.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Reduzieren von Fluktuationen im Ladungszustand (SOC) zwischen Zellen in der Zellkapazitätsjustiervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die Zellkapazitätsjustiervorrichtung verursacht während des Fahrzeugparkens, dass die Intermittentbetriebseinheit 105 mit einer oder einer Mehrzahl von im Batteriepaket 101 enthaltenen Zellen arbeitet und einen intermittenten Betrieb der Zellen wiederholt, wodurch die Fluktuationen im Ladungszustand (SOC) zwischen den Zellen reduziert werden.
2 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel des Betriebs zum Reduzieren der Fluktuationen im Ladungszustand (SOC) zwischen den Zellen in der Zellkapazitätsjustiervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Der in 2 illustrierte Fluss wird während des Fahrzeugparkens ausgeführt, während dem der Hauptschalter 102 ausgeschaltet wird und der Last 103 kein Strom zugeführt wird.
Zuerst detektiert in Schritt S110 die Zellsteuervorrichtung 104 Offenschaltungsspannungen aller Zellen 111 bis 116 des Batteriepakets 101 durch die Zellspannungsdetektionsschaltung. Als Nächstes stellt die Zellsteuervorrichtung 104 einen Minimalspannungswert der detektierten Offenschaltungsspannungen als eine Zellkapazitätsjustierzielspannung ein. Man beachte, dass die Zellkapazitätsjustierzielspannung wie hier verwendet, ein Minimalspannungswert ist, aber die Zellkapazitätsjustierzielspannung nicht darauf begrenzt ist und irgendein Spannungswert sein kann, der einen maximalen Spannungswert ausschließt.
Als Nächstes bestimmt in Schritt S120 die Zellsteuervorrichtung 104, ob die Offenschaltungsspannungswerte aller Zellen 111 bis 116 gleich oder niedriger einem vorgegebenen Zellkapazitätsjustierspannungs-Untergrenzwert sind. Der Zellkapazitätsjustierspannungs-Untergrenzwert wird vorab basierend auf einem vorgegebenen Spannungsuntergrenzwert jeder der Zellen 111 bis 116 des Batteriepakets 101 berechnet. Beispielsweise wird der Zellkapazitätsjustierspannungs-Untergrenzwert als ein Spannungswert berechnet, der sich einstellt, wenn eine für jede der Zellen 111 bis 116 notwendige Kapazität, um die Intermittentbetriebseinheit 105 zu betreiben, einmal darin verbleibt. Als Ergebnis der Bestimmung von Schritt S120, wenn festgestellt wird, dass die Spannungswerte aller der Zellen 111 bis 116 gleich oder niedriger dem Zellkapazitätsjustierspannungs-Untergrenzwert sind (nämlich ”JA”), wird die Zellkapazitätsjustiersteuerung beendet, weil das Batteriepaket 101 überentladen wird, falls das Batteriepaket 101 weiter entladen wird. Wenn andererseits festgestellt wird, dass die Spannungswerte aller Zellen 111 bis 116 nicht gleich oder niedriger dem Zellkapazitätsjustierspannungs-Untergrenzwert sind (nämlich ”NEIN”), rückt der Prozess zu Schritt S130 vor. Man beachte, dass der Zellkapazitätsjustierspannungs-Untergrenzwert in diesem Fall als eine Spannung eingestellt wird, die sich einstellt, wenn eine Kapazität, die für den Betrieb der Intermittentbetriebseinheit 105 notwendig ist, einmal in den Zellen verbleibt, aber der Zellkapazitätsjustierspannungs-Untergrenzwert nicht darauf beschränkt ist und irgendein Untergrenzwert sein kann, der so bestimmt wird, dass er verhindert, dass das Batteriepaket 101 überentladen wird.
Als Nächstes bestimmt in Schritt S130 die Zellsteuervorrichtung 104, ob die Minimalanzahl von Zellen, die notwendig sind, um die Intermittentbetriebseinheit 105 zu veranlassen, zu arbeiten, größer als die Anzahl von Zellen ist, die einen Spannungswert gleich oder größer der Zellkapazitätsjustierzielspannung aufweisen, oder nicht. Als Ergebnis, wenn festgestellt wird, dass die Minimalanzahl von Zellen, welche notwendig sind, um die Intermittentbetriebseinheit 105 zu veranlassen, zu arbeiten, größer als die Anzahl von Zellen ist, die einen Spannungswert gleich oder größer der Zellkapazitätsjustierzielspannung aufweisen (nämlich ”JA”), kehrt der Prozess zu Schritt S110 zurück und die Zellsteuervorrichtung 104 setzt die Zellkapazitätsjustierzielspannung zurück. Wenn andererseits festgestellt wird, dass die Minimalanzahl von Zellen, die notwendig sind, um die Intermittentbetriebseinheit 105 zu veranlassen, zu arbeiten, kleiner als die Anzahl von Zellen ist, die einen Spannungswert gleich oder größer der Zellkapazitätsjustierzielspannung aufweisen (nämlich ”NEIN”), schreitet der Prozess zu Schritt S140 fort.
Als Nächstes selektiert in Schritt S140 die Zellsteuervorrichtung 104 eine vorgegebene Anzahl von Zellen mit einem Spannungswert gleich oder größer der Zellkapazitätsjustierzielspannung aus den Zellen 111 bis 116, wobei die vorgegebene Anzahl Eins oder mehr ist. Hier wird ein Beispiel erläutert, bei dem die vorgegebene Anzahl von auszuwählenden Zellen Drei ist. Man beachte, dass das Beispiel erläutert wird, bei dem die vorgegebene Anzahl von auszuwählenden Zellen Drei ist, die Anzahl aber nicht darauf beschränkt ist und irgendeine Anzahl von Eins oder mehr sein kann, solange wie Strom zugeführt werden kann, der die Intermittentbetriebseinheit 105 veranlasst, zu arbeiten.
Im nächsten Schritt S150 verbindet die Zellsteuervorrichtung 104 die drei im vorhergehenden Schritt S140 ausgewählten Zellen mit der Intermittentbetriebseinheit 105. Wenn beispielsweise die Zellen 111, 113 und 114 ausgewählt sind, schaltet die Zellsteuervorrichtung 104 die Schalter 201, 203, 204, 212, 215 und 216 ein. Das heißt, dass die Zellsteuervorrichtung 104 die Schalter einschaltet, die in Reihe mit den ausgewählten Zellen verbunden sind, die Schalter einschaltet, die parallel mit den unausgewählten Zellen verbunden sind, und die anderen Schalter auf Aus lässt. gleichzeitig verbindet die Zellsteuervorrichtung 104 den Schalter 200 mit der Seite des Batteriepaketes 101, so dass Strom aus dem Batteriepaket 101 an die Intermittentbetriebseinheit 105 geliefert werden kann.
Als Nächstes bestimmt in Schritt S160 die Zellsteuervorrichtung 104, ob ein vorgegebener Energetisierungszeitraum verstrichen ist oder nicht. Wenn der vorgegebene Energetisierungszeitraum nicht verstrichen ist (mämlich ”NEIN”), setzt die Zellsteuervorrichtung 104 die Zufuhr von Strom an die Intermittentbetriebseinheit 105 durch die selektierten Zellen fort, bis der vorgegebene Energetisierungszeitraum verstrichen ist. Wenn andererseits festgestellt wird, dass der vorgegebene Energetisierungszeitraum verstrichen ist (nämlich ”JA”), schreitet der Prozess zu Schritt S170 fort. Im Schritt S170 trennt die Zellsteuervorrichtung 104 die Zellen, die mit der Intermittentbetriebseinheit 105 im vorherigen Schritt S150 verbunden worden sind (im obigen Beispiel die Zellen 111, 113 und 114), um damit die Stromversorgung an die Intermittentbetriebseinheit 105 zu suspendieren.
Als Nächstes bestimmt in Schritt S180 die Zellsteuervorrichtung 104, ob der vorgegebene Aussetzungszeitraum verstrichen ist oder nicht. Wenn der vorgegebene Aussetzungszeitraum nicht verstrichen ist (nämlich ”NEIN”), wartet die Zellsteuervorrichtung 104, bis der vorgegebene Aussetzungszeitraum verstrichen ist. Wenn andererseits festgestellt wird, dass der vorgegebene Aussetzungszeitraum verstrichen ist (nämlich ”JA”), schreitet der Prozess zu Schritt S190 fort.
Als Nächstes bestimmt in Schritt S190 die Zellsteuervorrichtung 104, ob die Spannungswerte aller Zellen 101 bis 116 gleich oder niedriger als die Zellkapazitätsjustierzielspannung sind oder nicht. Als Ergebnis der Bestimmung, wenn festgestellt wird, dass die Spannungswerte aller Zellen 111 bis 116 nicht gleich oder niedriger als die Zellkapazitätsjustierzielspannung sind (nämlich ”NEIN”), schreitet der Prozess zu Schritt S120 fort. Wenn andererseits festgestellt wird, dass die Spannungswerte aller Zellen 111 bis 116 gleich oder niedriger als die Zellkapazitätsjustierzielspannung sind (nämlich ”JA”), kehrt der Prozess zu Schritt S110 zurück und setzt die Zellsteuervorrichtung 104 die Zellkapazitätsjustierzielspannung zurück.
Der Übergabe jeder Zellspannung während der oben beschriebenen Zellkapazitätsjustiersteuerung ist in den 3(a) bis 3(f) als Beispiel gezeigt. In den 3 repräsentieren Symbole 111 bis 116 auf der horizontalen Achse die entsprechenden Zellen 111 bis 116 von 1 und repräsentiert die vertikale Achse einen Spannungswert.
Zuerst wird der Fall erwogen, bei dem die Zellspannungen wie in 3(a) gezeigt, beim Start der Steuerung verteilt sind. In diesem Fall wird der Spannungswert der Zelle 115, welche die minimale Spannung ist, als die Zellkapazitätsjustierzielspannung eingestellt. Nachfolgend werden Zellen mit einem Spannungswert gleich oder höher der Zellkapazitätsjustierzielspannung aus den Zellen 111 bis 114 und 116 ausgewählt. Man beachte, dass es bei dieser Gelegenheit wünschenswert ist, eine vorgegebene Anzahl von Zellen in absteigender Reihenfolge des Spannungswertes auszuwählen. Unter der Annahme, dass die Zellen 111, 113 und 114 ausgewählt werden, werden die Schalter 201, 203, 204, 212, 215 und 216 eingeschaltet, um dadurch die Zellen 111, 113 und 114 mit der Intermittentbetriebseinheit 105 zu verbinden, um die Intermittentbetriebseinheit 105 zu veranlassen, zu arbeiten.
Wenn ein vorgegebener Energetisierungszeitraum seit dem Start des Betriebs der Intermittentbetriebseinheit 105 verstrichen ist, sind die Offenschaltungsspannungen der Zellen 111, 113 und 114 um durch die Intermittentbetriebseinheit 105 verbrauchte Stromkapazitäten reduziert. Daher sind die Zellspannung wie in 3(b) gezeigt verteilt. Selbst zu dieser Zeit sind die Spannungswerte nicht aller Zellen 111 bis 116 gleich oder niedriger als die Zellkapazitätsjustierzielspannung. Daher werden, nachdem ein vorgegebener Aussetzungszeitraum verstrichen ist, um die Zellkapazitätsjustiersteuerung fortzusetzen, wieder Zellen mit einem Spannungswert gleich oder höher als die Zellkapazitätsjustierzielspannung ausgewählt. Auch in diesem Fall wird es erwünscht, eine vorgegebene Anzahl von Zellen in absteigender Reihenfolge von Spannungswerten auszuwählen. Daher werden in diesem Fall die Zellen 111, 113 und 116 ausgewählt und werden jene Zellen mit der Intermittentbetriebseinheit 105 verbunden, um die Intermittentbetriebseinheit 105 zu veranlassen, zu arbeiten, was zum Zustand von 3(c) führt. Man beachte, dass die Schalter, die zu dieser Zeit eingeschaltet werden, die Schalter 201, 203, 206, 212, 214 und 215 sind.
Durch dieselbe Prozedur werden in 3(c) die Zellen 111, 112 und 114 ausgewählt. Nachfolgend werden in 3(d) die Zellen 111, 113 und 116 ausgewählt. Weiterhin werden in 3(e) die Zellen 112, 113 und 114 ausgewählt. Auf diese Weise wird die Intermittentbetriebseinheit 105 veranlasst, unter Verwendung der ausgewählten Zellen zu arbeiten und sind dann die Zellspannungen wie in 3(f) gezeigt verteilt. In 3(f) sind die Spannungswerte aller Zellen 111 bis 116 gleich oder niedriger als die Zellkapazitätsjustierzielspannung. Man beachte, dass, wie in 3(f) gezeigt, Fluktuationen in Spannungswerten zwischen Zellen um einen Betrag verbleiben, der einem Betrieb der Intermittentbetriebseinheit 105 entspricht, die Intermittentbetriebseinheit 105 aber tatsächlich eine Einheit mit einem niedrigen Stromverbrauch ist und ein Betrieb eine Offenschaltungsspannung wenig reduziert und daher die Fluktuationen in einem solchen Ausmaß reduziert sind, dass das Auftreten von Überentladung und Überladung verhindert werden kann.
Wie oben beschrieben, werden gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine oder eine Mehrzahl von Zellen aus Zellen ausgewählt, die einen Spannungswert gleich oder höher der Zellkapazitätsjustierzielspannung aufweisen, und wird Strom aus den ausgewählten Zellen der Intermittentbetriebseinheit 105 zugeführt, um einen intermittenten Betrieb zu wiederholen, und daher können die Fluktuationen beim Ladungszustand (SOC) zwischen Zellen reduziert werden, ohne unnötigerweise Energie des Batteriepaketes 101 zu entladen, und während eine effektive Verwendung der batteriegespeicherten Energie des Batteriepakets gemacht wird. Zusätzlich wird die Kapazitätsjustiersteuerung beendet, wenn die Spannungswerte aller Zellen gleich oder niedriger als der Zellkapazitätsjustierspannungs-Untergrenzwert werden, und daher kann Überentladen des Batteriepaketes 101 verhindert werden.
Man beachte, dass, wenn im vorhergehenden Schritt S190 festgestellt wird, dass die Spannungswerte aller Zellen gleich oder niedriger als die Zellkapazitätsjustierzielspannung sind (nämlich ”JA”), die Zellkapazitätsjustiersteuerung beendet werden kann, weil die Fluktuationen im Ladungszustand (SOC) zwischen Zellen zu dieser Zeit reduziert worden sind. In diesem Fall, falls die Zellsteuervorrichtung 104 den Schalter 200 so schaltet, dass für die Intermittentbetriebseinheit 105 notwendiger Strom aus der Hilfsbatterie 106 zugeführt werden kann, kann die Intermittentbetriebseinheit 105 weiterhin eingesetzt werden.
Zweite Ausführungsform
Eine Zellkapazitätsjustiervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf ein in 4 illustriertes Flussdiagramm beschrieben. Man beacht, dass die Zellkapazitätsjustiervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dieselbe Konfiguration wie jene der ersten, in 1 illustrierten, oben beschriebenen Ausführungsform aufweist. Daher wird die Konfiguration der Zellkapazitätsjustiervorrichtung unter Bezugnahme auf 1 verstanden und wird ihre Beschreibung hier weggelassen.
In Schritt S510 stellt die Zellsteuervorrichtung 104 einen Zellkapazitätsjustierspannungs-Untergrenzwert, der basierend auf einem vorbestimmten Spannungsuntergrenzwert jeder der Zellen 111 bis 116 des Batteriepaketes 101 berechnet wird, als eine Zellkapazitätsjustierzielspannung ein. Das heißt, ähnlich zur ersten Ausführungsform wird beispielsweise der Zellkapazitätsjustierspannungs-Untergrenzwert als eine Spannung eingestellt, die sich einstellt, wenn eine für jede der Zellen 111 bis 116 zum Betrieb der Intermittent-Betriebseinheit notwendige Kapazität einmal darin verbleibt.
Als Nächstes bestimmt im Schritt S520 die Zellsteuervorrichtung 104, ob die Spannungswerte aller Zellen 111 bis 116 gleich oder niedriger der Zellkapazitätsjustierzielspannung sind oder nicht. Als Ergebnis der Bestimmung, wenn festgestellt wird, dass die Spannungswerte aller Zellen nicht gleich oder niedriger der Zellkapazitätsjustierzielspannung sind (nämlich ”NEIN”), schreitet der Prozess zu Schritt S530 fort. Wenn andererseits festgestellt wird, dass die Spannungswerte aller Zellen gleich oder niedriger der Zellkapazitätsjustierzielspannung sind (nämlich ”JA”), wird die Zellkapazitätsjustiersteuerung beendet, weil die Zellkapazitätsjustierzielspannung in dieser Ausführungsform der Zellkapazitätsjustierspannungs-Untergrenzwert ist, wie oben beschrieben, und daher das Batteriepaket 101 überentladen wird, falls das Batteriepaket 101 weiter entladen wird.
Als Nächstes bestimmt in Schritt S530 die Zellsteuervorrichtung 104, ob die Minimalanzahl von Zellen, die notwendig sind, um die Intermittentbetriebseinheit 105 zu veranlassen, zu arbeiten, größer als die Anzahl von Zellen ist, die eine Spannung gleich oder höher der Zellkapazitätsjustierzielspannung aufweisen. Als Ergebnis der Bestimmung, wenn festgestellt wird, dass die Minimalanzahl von Zellen, die notwendig sind, um die Intermittentbetriebseinheit 105 zu veranlassen, zu arbeiten, kleiner als die Anzahl von Zellen ist, die eine Spannung gleich oder höher der Zellkapazitätsjustierzielspannung aufweisen (nämlich ”NEIN”), schreitet der Prozess zu Schritt S540 fort. Wenn andererseits festgestellt wird, dass die Minimalanzahl von Zellen, die notwendig sind, um die Intermittentbetriebseinheit 105 zu veranlassen, zu arbeiten, größer als die Anzahl von Zellen ist, die eine Spannung gleich oder höher als die Zellkapazitätsjustierzielspannung aufweisen (nämlich ”JA”), wird die Zellkapazitätsjustiersteuerung beendet, weil zumindest eine der ausgewählten Zellen überentladen werden wird, falls die ausgewählten Zellen weiter entladen werden.
Als Nächstes wählt in Schritt S540 die Zellsteuervorrichtung 104 eine aus einer Mehrzahl von Zellen aus den Zellen mit einem Spannungswert gleich oder größer der Zellkapazitätsjustierzielspannung in absteigender Reihenfolge des Spannungswertes aus. Hier wird ein Beispiel, bei dem die Anzahl von auszuwählenden Zellen Drei ist, erläutert. Man beachte, dass das Beispiel, bei dem die Anzahl von auszuwählenden Zellen Drei ist, erläutert wird, aber die Anzahl nicht darauf beschränkt ist und irgendeine Anzahl von Eins oder mehr sein kann, solange Strom, der die Intermittentbetriebseinheit 105 veranlasst, zu arbeiten, zugeführt werden kann.
Die Verarbeitung des nächsten Schrittes S550 ist die gleiche wie die Verarbeitung von Schritt S150 des in 2 illustrierten Flussdiagramms. Das heißt, dass die Zellsteuervorrichtung 104 die im vorhergehenden Schritt S540 ausgewählten drei Zellen mit der Intermittentbetriebseinheit 105 verbindet. Wenn beispielsweise die Zellen 111, 113 und 114 ausgewählt werden, schaltet die Zellsteuervorrichtung 104 die Schalter 201, 203, 204, 212, 215 und 216 ein und verbindet den Schalter 200 mit der Seite des Batteriepakets 101, so dass Strom aus dem Batteriepaket 101 der Intermittentbetriebseinheit 105 zugeführt werden kann.
Die Verarbeitung des nächsten Schrittes S560 ist die gleiche wie die Verarbeitung von Schritt S160 des in 2 illustrierten Flussdiagramms. Das heißt, dass die Zellsteuervorrichtung 104 feststellt, ob ein vorgegebener Energetisierungszeitraum verstrichen ist oder nicht. Wenn der vorgegebene Energetisierungszeitraum nicht verstrichen ist (nämlich ”NEIN”), setzt die Zellsteuervorrichtung 104 die Stromversorgung all die Intermittentbetriebseinheit 105 fort, bis der vorgegebene Energetisierungszeitraum verstrichen ist. Wenn andererseits festgestellt wird, dass der vorgegebene Energetisierungszeitraum verstrichen ist (nämlich ”JA”), schreitet der Prozess zu Schritt S570 fort.
Die Verarbeitung von Schritt S570 ist die gleiche wie die Verarbeitung von Schritt S170 des in 2 illustrierten Flussdiagramms. Das heißt, dass die Zellsteuervorrichtung 104 die Zellen, die mit der Intermittentbetriebseinheit 105 im vorhergehenden Schritt S550 verbunden worden sind, trennt, um dadurch die Stromzufuhr an die Intermittentbetriebseinheit 105 auszusetzen.
Die Verarbeitung des nächsten Schrittes S580 ist die gleiche wie die Verarbeitung von Schritt S180 des in 2 illustrierten Flussdiagramms. Das heißt, dass die Zellsteuervorrichtung 104 feststellt, ob ein vorgegebener Aussetzzeitraum verstrichen ist oder nicht. Wenn der vorgegebene Aussetzzeitraum nicht verstrichen ist (nämlich ”NEIN”), wartet die Zellsteuervorrichtung 104, bis der vorgegebene Aussetzungszeitraum verstrichen ist. Wenn andererseits festgestellt wird, dass der vorgegebene Aussetzungszeitraum verstrichen ist (nämlich ”JA”), schreitet der Prozess zu Schritt S520 fort.
Der Übergabe jeder Zellspannung während der oben beschriebenen Zellkapazitätsjustiersteuerung ist als Beispiel in den 5(p) bis 5(s) beschrieben. In den 5 repräsentieren die Symbole 111 bis 116 auf der horizontalen Achse die entsprechenden Zellen 111 bis 116 von 1 und repräsentiert die vertikale Achse einen Spannungswert.
Zuerst wird der Zellkapazitätsjustierspannungs-Untergrenzwert als die Zellkapazitätsjustierzielspannung eingestellt. Es wird der Fall, bei dem die Zellspannungen verteilt werden, wie in 5(p) beim Start der Steuerung gezeigt, erwogen. Aus Zellen mit einem Spannungswert gleich oder höher als der Zellkapazitätsjustierzielspannung werden drei Zellen in absteigender Reihenfolge des Spannungswertes, nämlich die Zellen 111, 113 und 114 ausgewählt. Das heißt, dass die Schalter 201, 203, 204, 212, 215 und 216 eingeschaltet werden, um damit die Zellen 111, 113 und 114 mit der Intermittentbetriebseinheit 105 zu verbinden, um die Intermittentbetriebseinheit 105 zu veranlassen, zu arbeiten. Wenn ein vorgegebener Energetisierungszeitraum seit dem Start des Betriebs der Intermittentbetriebseinheit 105 verstrichen ist, werden die Offenschaltungsspannungen der Zellen 111, 113 und 114 um durch die Intermittentbetriebseinheit 105 verbrauchte Stromkapazitäten reduziert. Somit werden die Zellenspannungen wie in 5(q) gezeigt, verteilt. Jedoch sind die Spannungswerte aller Zellen noch nicht gleich oder niedriger als die Zellkapazitätsjustierzielspannung und daher wird, nachdem der vorgegebene Aussetzungszeitraum verstrichen ist, die Zellkapazitätsjustiersteuerung fortgesetzt. Das heißt, dass aus Zellen mit einem Spannungswert gleich oder höher der Zellkapazitätsjustierzielspannung drei Zellen 111, 113 und 116 in absteigender Reihenfolge des Spannungswertes ausgewählt werden und mit der Intermittentbetriebseinheit 105 verbunden werden, um die Intermittentbetriebseinheit 105 zu veranlassen, zu arbeiten. Dies führt zu 5(r). Man beachte, dass die Schalter, die zu dieser Zeit eingeschaltet werden, die Schalter 201, 203, 206, 212, 214 und 215 sind. Durch dieselbe Prozedur werden in 5(r) die Zellen 111, 112 und 114 ausgewählt, um die Intermittentbetriebseinheit 105 zu veranlassen, zu arbeiten, und werden dann die Zellspannung wie in 5(s) gezeigt verteilt. Auf diese Weise können die Fluktuationen im Ladungszustand (SOC) zwischen Zellen reduziert werden.
Wie oben beschrieben, kann gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dieselbe Wirkung wie die oben erwähnte Wirkung der ersten Ausführungsform erhalten werden und weiterhin wird die Zellkapazitätsjustierzielspannung als der Zellkapazitätsjustierspannungs-Untergrenzwert so eingestellt, dass die Zellkapazitätsjustierzielspannung nicht wiederholt rückgesetzt wird, und daher gibt es eine weitere Wirkung, dass die Fluktuationen im Ladungszustand (SOC) zwischen Zellen reduziert werden können, während das Steuerverfahren vereinfacht wird. Zusätzlich wird die Zellkapazitätsjustiersteuerung beendet, wenn die Minimalanzahl von Zellen, die notwendig sind, um die Intermittentbetriebseinheit 105 zu veranlassen, zu arbeiten, größer als die Anzahl von Zellen mit einem Spannungswert gleich oder höher dem Zellkapazitätsjustierspannungs-Untergrenzwert wird und daher einer Überentladung des Batteriepakets 101 verhindert werden kann.
Man beachte, dass, obwohl in den Flussdiagrammen der ersten und zweiten oben beschriebenen Ausführungsformen nicht illustriert, wenn der Hauptschalter 102 eingeschaltet wird, der Schalter 200 von der Seite des Batteriepaketes 101 getrennt wird, und die Zellkapazitätsjustiersteuerung beendet wird.
Weiterhin haben die ersten und zweiten oben beschriebenen Ausführungsformen die Konfiguration des Batteriepaketes 101 exemplifiziert, in welchem sechs Zellen in Reihe geschaltet sind, aber die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung ähnlich auf eine Zellkapazitätsjustiersteuerung für eine Sekundärbatterie anwendbar, in der jegliche zwei oder Mehrzahl von Zellen in Reihe oder in Reihe und parallel geschaltet sind. Man beachte, dass das oben beschriebene Batteriepaket 101 beispielhaft als eine Lithiumionenbatterie benannt worden ist, aber jegliche Batterie in der es eine gewisse proportionale Beziehung zwischen einem Ladungszustand (SOC) und einer Offenschaltungsspannung gibt, eingesetzt werden kann.
Weiterhin sind die ersten und zweiten Ausführungsformen für den Fall beschrieben worden, bei dem die vorliegende Erfindung auf ein Elektrofahrzeug angewendet wird. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung nicht nur auf ein Elektrofahrzeug anwendbar ist, sondern auch auf ein System, dessen Hauptstromversorgung eine Sekundärbatterie ist, welche durch Verbinden jeglicher zwei oder mehr von Zellen in Reihe oder in Reihe und parallel ausgebildet ist.
BEZUGSZEICHENLISTE

101 Batteriepaket, 102 Hauptschalter, 103 Last, 104 Zellsteuervorrichtung, 105 Intermittentbetriebseinheit, 106 Hilfsbatterie, 111, 112, 113, 114, 115, 116 Zelle, 200, 201, 202, 203, 204, 205, 206, 211, 212, 213, 214, 215, 216 Schalter

Claims

Zellkapazitätsjustiervorrichtung zum Reduzieren von Fluktuationen im Ladungszustand (SOC) zwischen Zellen (111–116) eines Batteriepakets (101), das durch Verbinden einer Mehrzahl von Zellen (111–116) in Reihe gebildet ist, während des Aussetzens des Betriebs von elektrisch betriebener Ausrüstung, deren Hauptstromquelle das Batteriepaket (101) ist, wobei die Zellkapazitätsjustiervorrichtung umfasst: ein Zellkapazitätszielwerteinstellmittel (S110) zum Einstellen einer Zellkapazitätsjustierzielspannung; ein Zellauswahlmittel (S120–S140) zum Detektieren einer Offenschaltungsspannung von jeder der Zellen (111–116) des Batteriepakets (101), und Auswählen einer vorgegebenen Anzahl von Zellen aus Zellen, die einen Spannungswert gleich oder höher der Zellkapazitätsjustierzielspannung aufweisen; ein Zellverbindungsschaltmittel (S150) zum Verbinden der vorgegebenen Anzahl von Zellen, die durch das Zellauswahlmittel (S120–S140) selektiert sind, mit einer Einheit (105), die selbst während des Aussetzens des Betriebs der elektrisch betriebenen Ausrüstung arbeitet, wodurch Strom aus der ausgewählten vorgegebenen Anzahl von Zellen der Einheit (105) zugeführt wird; und ein Intermittent-Betriebssteuermittel (S160–S170) zum wiederholten Ein- und Ausschalten des Zellverbindungsschaltmittels (S150) in jedem vorgegebenen Zeitraum, wodurch die Einheit (105) veranlasst wird, einen intermittenten Betrieb durchzuführen, wobei der intermittente Betrieb der Einheit (105) wiederholt wird, bis Spannungswerte aller Zellen (111–116) gleich oder niedriger als die Zellkapazitätsjustierzielspannung während des Aussetzens des Betriebs der elektrisch betriebenen Ausrüstung wird.
Zellkapazitätsjustiervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Zellkapazitätszielwerteinstellmittel (S110) irgendeinen Spannungswert, der einen Maximalspannungswert der Offenschaltungsspannungen der Zellen ausschließt, als die Zellkapazitätsjustierzielspannung einstellt.
Zellkapazitätsjustiervorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei, wenn die Spannungswerte aller Zellen (111–116) gleich oder niedriger als die Zellkapazitätsjustierzielspannung werden, das Zellkapazitätszielwerteinstellmittel S110) einen Spannungswert, der einen Minimalspannungswert der Offenschaltungsspannungen der Zellen ausschließt, wieder als die Zellkapazitätsjustierzielspannung einstellt.
Zellkapazitätsjustiervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei: das Zellkapazitätszielwerteinstellmittel (S110) einen Zellkapazitätsjustierspannungs-Untergrenzwert, der basierend auf einem vorgegebenen Spannungsuntergrenzwert jeder der Zellen (111–116) des Batteriepaketes (101) berechnet wird, als die Zellkapazitätsjustierzielspannung einstellt, und das Zellauswahlmittel die Offenschaltungsspannung jeder der Zellen detektiert und eine vorgegebene Anzahl von Zellen aus den Zellen (111–116), die einen Spannungswert gleich oder größer der Zellkapazitätsjustierzielspannung aufweisen, in absteigender Reihenfolge des Spannungswertes auswählt.
Zellkapazitätsjustiervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Intermittentbetriebssteuermittel (S160–S170); S560–S570) den intermittenten Betrieb der Einheit (105) aussetzt, wenn eine Anzahl von Zellen mit einem Spannungswert gleich oder niedriger dem Spannungsuntergrenzwert, der für jede der Zellen (111–116) bestimmt wird, einen vorgegebenen Wert übersteigt.