JP2003142167A - 組電池システムの冷却制御・異常検出方法及び装置 - Google Patents

組電池システムの冷却制御・異常検出方法及び装置

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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の単電池を直列接続した組電池ブロック
を、複数個直列に又は並列に又は直列と並列を組み合わ
せて接続した組電池システムにおいて、各組電池ブロッ
ク間のＳＯＣのばらつきや温度差を少なくし、充電効率
を向上し、劣化速度を均等にして全体の寿命を向上す
る。 【解決手段】 組電池ブロック１ａ〜１ｄ間のＳＯＣの
差が闘値を越えたときや、組電池ブロック１ａ〜１ｄ間
の温度差が闘値を越えたときに、制御部４において各組
電池ブロック１ａ〜１ｄの冷却ファン２ａ〜２ｄによる
冷却モードや冷却制御マップを変更するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の単電池を直
列接続した組電池ブロックを、複数個直列に又は並列に
又は直列と並列を組み合わせて接続した組電池システム
における冷却制御方法及び装置並びに異常検出方法及び
装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の組電池システムにおいては、図６
（ａ）に示すように、複数の単電池を直列接続した組電
池ブロック１１と、この組電池ブロック１１を冷却する
冷却ファン２と、組電池ブロック１１に装着した各種セ
ンサ（図示せず）からの出力信号にて組電池ブロック１
１の温度や電圧や電流を検出する温度・電圧・電流検出
部１３と、その検出結果に応じて冷却ファン２の作動制
御を含めて各種制御や警告などを行う制御部１４を備え
ている。１５ａ、１５ｂは組電池ブロック１１の出力端
子である。
【０００３】そして、組電池ブロック１１の温度制御に
関しては、図６（ｂ）に示すように、組電池ブロック１
１の温度が高くなると、略比例的に冷却ファン２の風量
を増加させて冷却能力を高くし、組電池ブロック１１の
温度が所定温度以上に上昇するのを抑制するように構成
されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記組電池
ブロック１１の具体構成例としては、例えば６個の単電
池を直列接続して単一のモジュールとし、この電池モジ
ュールを２０〜３０個並列して配設して直列に接続する
ことにより、百数十Ｖ〜数百Ｖの出力電圧を得るように
したものが知られているが、さらに大容量・大出力の組
電池システムの要請に対して、このような組電池ブロッ
クを複数個直列に又は並列に又は直列と並列を組み合わ
せて接続した組電池システムが構想されている。
【０００５】ところが、そのような組電池システムでは
複数の組電池ブロックの各冷却ファン２を同じ冷却モー
ドで動作制御することになるため、組電池ブロック１１
間で温度のばらつきが発生するのを避けることができ
ず、そのため組電池ブロック１１のＳＯＣがばらつい
て、組電池ブロック１１毎に劣化速度のばらつきが発生
し、また一部の組電池ブロック１１の交換によりＳＯＣ
のばらつきが発生した場合においても劣化速度のばらつ
きが生じる。
【０００６】また、組電池ブロック１１間の温度ばらつ
きのために一部の組電池ブロック１１の劣化が著しく進
み、それが他の組電池ブロック１１に悪影響を与えて組
電池システムの寿命が低下するという問題がある。
【０００７】また、各組電池ブロック１１の異常をその
温度によって検出する方法としては、電流・電圧から求
めた充放電量から演算した発熱量と冷却ファン２による
冷却能力から推定した電池温度と、センサにて検出した
実温度との差を求め、それが闘値以上になったときにそ
の組電池ブロック１１の異常を検出することが考えられ
るが、推定温度を計算するために計算用メモリの確保が
必要となるため、コスト高になるとともに推定値にも誤
差が生じ易く、異常検出の精度にも問題がある。
【０００８】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、各組
電池ブロック間のＳＯＣのばらつきを抑制して充電効率
を向上でき、また各組電池ブロック間の温度のばらつき
を小さくし、劣化速度を均等にして全体の寿命を向上で
き、また各組電池ブロックの異常を安価に精度良く検出
することができる組電池システムの冷却制御・異常検出
方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の第１発明は、複
数の単電池を直列接続した組電池ブロックを、複数個直
列に又は並列に又は直列と並列を組み合わせて接続した
組電池システムにおける冷却制御方法において、各組電
池ブロック毎に複数の冷却モードから選択された任意の
冷却モードで当該組電池ブロックを冷却するとともに、
任意の組電池ブロックと他の組電池ブロックとの間のＳ
ＯＣの差が闘値を越えたときにその組電池ブロックの冷
却モードを切り換え、各組電池ブロックのＳＯＣの差を
闘値以下に制御するものである。
【００１０】また、複数の単電池を直列接続した組電池
ブロックを、複数個直列に又は並列に又は直列と並列を
組み合わせて接続した組電池システムにおいて、各組電
池ブロック毎にＳＯＣ検出手段と冷却手段を設け、各冷
却手段を複数の冷却モードの何れかを選択して制御し、
かつ任意の組電池ブロックと他の組電池ブロックとの間
のＳＯＣの差が闘値を越えたときに、その組電池ブロッ
クの冷却手段の冷却モードを切り換えて制御する制御手
段を設けたものである。
【００１１】この第１発明によれば、各組電池ブロック
間のＳＯＣのばらつきを抑制して組電池システムの寿命
を向上できる。
【００１２】また、ＳＯＣの高い方の組電池ブロックの
冷却モードを、電池温度が所定温度を越えていない条件
の下で冷却能力の低い冷却モードに切り換えると、組電
池システム全体のＳＯＣが高い時電池温度が高めに推移
して充電効率を低下させるのでＳＯＣのばらつきを抑制
するのに効果的である。
【００１３】また、第２発明は、複数の単電池を直列接
続した組電池ブロックを、複数個直列に又は並列に又は
直列と並列を組み合わせて接続した組電池システムにお
ける冷却制御方法において、各組電池ブロック毎に複数
の制御マップから選択された任意の制御マップに基づい
て当該組電池ブロックを冷却するとともに、任意の組電
池ブロックと他の組電池ブロックとの間の温度差が闘値
を越えたときにその組電池ブロックを冷却する制御マッ
プを変更し、各組電池ブロックの温度差を闘値以下に制
御するものである。
【００１４】また、複数の単電池を直列接続した組電池
ブロックを、複数個直列に又は並列に又は直列と並列を
組み合わせて接続した組電池システムにおいて、各組電
池ブロック毎に温度検出手段と冷却手段を設け、各冷却
手段を複数の制御マップの何れかを選択して制御し、か
つ任意の組電池ブロックと他の組電池ブロックとの間の
温度差が闘値を越えたときにその組電池ブロックの冷却
手段の制御マップを変更して制御する制御手段を設けた
ものである。
【００１５】この第２発明によれば、各組電池ブロック
間の温度のばらつきを小さくし、劣化速度を均等にして
全体の寿命を向上できる。また、温度の高い方の組電池
ブロックの冷却手段の制御マップを、冷却能力の高い制
御マップに変更するのが効果的である。
【００１６】また、上記制御手段を、最高の冷却能力の
制御マップに基づいて冷却しても温度差が闘値を越えた
ときに異常として検出するように構成すると、各組電池
ブロックの温度ばらつきを小さくして劣化速度を均等に
しながら、それが出来ないような異常を適切に検出する
ことができる。
【００１７】また、上記第１発明の組電池システムの冷
却制御方法で各組電池ブロックのＳＯＣの差を闘値以下
に制御した上で、上記第２発明の組電池システムの冷却
制御方法で各組電池ブロックの温度差を闘値以下に制御
するのが好適である。
【００１８】また、第３発明は、複数の単電池を直列接
続した組電池ブロックを、複数個直列に又は並列に又は
直列と並列を組み合わせて接続した組電池システムにお
ける異常検出方法において、任意の組電池ブロックと他
の組電池ブロックとの間の温度差が闘値を越えたときに
異常として検出するものである。
【００１９】また、複数の単電池を直列接続した組電池
ブロックを、複数個直列に又は並列に又は直列と並列を
組み合わせて接続した組電池システムにおいて、各組電
池ブロック毎に温度検出手段と冷却手段を設け、任意の
組電池ブロックと他の組電池ブロックとの間の温度差が
闘値を越えたときに異常を検出する異常検出手段を設け
たものである。
【００２０】この第３発明によれば、組電池ブロック間
の温度差のみを検出するため、計算用メモリ及び推定値
を計算するプログラムが不要でかつ誤差の生じやすい推
定値を用いないので、安価に精度よく異常を検出するこ
とができる。
【００２１】また、任意の組電池ブロックと他の組電池
ブロックとの間の温度差が闘値を越えたときにその組電
池ブロックを冷却する制御マップを変更して冷却し、最
高の冷却能力の制御マップに基づいて冷却しても温度差
が闘値を越えたときに異常として検出すると、各組電池
ブロックの温度ばらつきを小さくして劣化速度を均等に
しながら、それが出来ないような異常を適切に検出する
ことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の組電池システムに
おける冷却制御と異常検出の方法及び装置の一実施形態
について、図１〜図４を参照して説明する。
【００２３】図１において、１０は組電池システムで、
複数の単電池を直列接続した４つの組電池ブロック１ａ
〜１ｄを備えており、組電池ブロック１ａと１ｃ、及び
１ｂと１ｄをそれぞれ直列接続したものを並列に接続し
て構成されている。各組電池ブロック１ａ〜１ｄは、例
えば６個の単電池を直列接続した電池モジュールを２０
〜３０個並列配置して直列接続して構成されている。そ
して、各組電池ブロック１ａ〜１ｄには、それぞれを冷
却する冷却手段としての冷却ファン２ａ〜２ｄが配設さ
れている。
【００２４】各組電池ブロック１ａ〜１ｄに対応して、
それぞれに装着した各種センサ（図示せず）からの出力
信号にて組電池ブロック１ａ〜１ｄの温度や電圧や電流
を検出する温度・電圧・電流検出部３ａ〜３ｄが設けら
れている。各温度・電圧・電流検出部３ａ〜３ｄの検出
結果は制御部４に入力され、その検出結果に応じて各々
の組電池ブロック１ａ〜１ｄの各種制御や警告などを行
うとともに、冷却ファン２ａ〜２ｄの作動制御を行うよ
うに構成されている。５ａ、５ｂは組電池システム１０
の出力端子である。
【００２５】次に、以上の構成における制御部４による
冷却制御及び異常検出動作について、図２〜図４を参照
して説明する。
【００２６】制御部４は、入力された電圧と電流値など
から各組電池ブロック１ａ〜１ｄのＳＯＣ（State Of C
harge:充電容量）を演算してその容量差を算出してい
る。また入力された各組電池ブロック１ａ〜１ｄの温度
を読みだし、それらの温度差を算出している。
【００２７】また、制御部４には、図３に示すように、
冷却モードとして、通常時におけるモード１と容量ばら
つきがある場合のモード２が設定されており、モード１
では温度の高低に応じて流量を大と小の間で大きく変化
させるのに対して、モード２では温度の高低に対して流
量を中〜小の範囲で小さく変化させるように設定されて
いる。
【００２８】また、制御部４には、図４に示すように、
温度に対する風量の変化を規定する複数段階のマップ１
〜マップ４が別に設定されている。最初は最も風量の少
ない、即ち冷却能力の小さい第１段階のマップ１が選択
されており、順次風量の大きい第２〜第４段階のマップ
２〜４に変更される。また、制御部４から冷却ファン２
ａ〜２ｄに出力される実際の風量データは、上記冷却モ
ード１、２とこのマップ１〜４の両者の積によって規定
されたものとなる。
【００２９】そして、図２のフロー図に基づいて各冷却
ファン２ａ〜２ｄの作動及び異常報知の制御を所定時間
間隔毎に繰り返し行っており、以下順次説明する。
【００３０】まず、ステップ＃１で、各組電池ブロック
１ａ〜１ｄ間の容量（ＳＯＣ）差が所定の闘値Ａ以上で
あるかを判定し、闘値Ａより小さい場合はステップ＃３
に移行して冷却モードをモード１に設定する。一方、闘
値Ａ以上の場合はステップ＃２で電池温度が、それ以上
の高温になるのは好ましくない温度として設定したＴ℃
（例えば、５０℃）より低いか否かを判定し、Ｔ℃以上
の場合はステップ＃３に移行して冷却モードをモード１
に設定し、Ｔ℃より低い場合はステップ＃４に移行して
冷却モードをモード２に設定する。
【００３１】次に、ステップ＃５で、各組電池ブロック
１ａ〜１ｄについて、最も温度が低い基準となる組電池
ブロックとの間の温度差が所定の闘値ｔ℃以上であるか
を判定し、闘値ｔ℃より低い場合ステップ＃６に移行し
てマップの変更は行わず、冷却ファン２ａ〜２ｄの作動
制御を継続する。一方、闘値ｔ℃以上になっていると、
現在採用しているマップの番号をチェックし、既に最大
風量の最終のマップ４になっている場合はステップ＃９
に移行して当該組電池ブロックの温度が冷却制御不可能
な高温になる恐れがあるとして異常報知を行う。逆に、
最終のマップ４になっていない場合は、ステップ＃８に
移行して当該組電池ブロックの冷却ファンの制御マップ
を流量が１段階上のマップに変更し、冷却ファン２ａ〜
２ｄの作動制御を継続する。
【００３２】以上の制御動作を繰り返すことによって、
各組電池ブロック１ａ〜１ｄ間のＳＯＣのばらつきを抑
制して充電効率を向上でき、また各組電池ブロック１ａ
〜１ｄ間の温度のばらつきを小さくし、劣化速度を均等
にして組電池システム１０の全体の寿命を向上できる。
【００３３】また、任意の組電池ブロックと他の組電池
ブロックとの間の温度差が闘値を越えたときに異常報知
するので、組電池ブロック１ａ〜１ｄ間の温度差のみを
検出すればよいため、従来のように推定温度を計算する
ための計算用メモリやプログラムが不要となり、かつ誤
差の生じやすい推定値を用いないので、安価に精度よく
異常を検出することができる。
【００３４】上記実施形態では、ステップ＃１〜＃４
で、ＳＯＣの差が所定の闘値を越えると冷却モードを変
更するとともに、ステップ＃５〜＃８で、組電池ブロッ
ク間の温度差が所定の闘値を越えると冷却制御マップを
変更するという制御動作を所定時間間隔ごとに繰り返す
例を示したが、組電池ブロックの温度差を小さくし、劣
化速度の均一化と全体の寿命の向上を優先する場合に
は、図５に示すように、温度差が所定の闘値を越えなく
なるまでステップ＃５〜＃８を繰り返すような制御を行
うようにすればよい。
【００３５】また、上記実施形態では組電池ブロック間
のＳＯＣのばらつきを少なくする制御と、組電池ブロッ
ク間の温度差が小さくなる制御を統括して行う例を示し
たが、ＳＯＣのばらつきを少なくする制御と温度差を小
さくする制御をそれぞれ単独で行っても良いことは言う
までもない。また、組電池システムの使用条件、使用状
態、その他の各種条件によって選択的に何れかの制御を
行うようにすることもできる。
【００３６】また、上記実施形態の説明では４つの組電
池ブロック１ａ〜１ｄを２つづつ直列接続したものを並
列に接続した例を示したが、組電池ブロックの数は複数
であれば任意で良く、接続方式も直列、並列、又は並列
と直列の任意の組み合わせを採用することができる。
【００３７】
【発明の効果】本発明の組電池システムにおける冷却制
御方法及び装置によれば、各組電池ブロック毎に複数の
冷却モードから選択された任意の冷却モードで当該組電
池ブロックを冷却するとともに、任意の組電池ブロック
と他の組電池ブロックとの間のＳＯＣの差が闘値を越え
たときにその組電池ブロックの冷却モードを切り換え、
各組電池ブロックのＳＯＣの差を闘値以下に制御するよ
うにしたので、各組電池ブロック間のＳＯＣのばらつき
を抑制して充電効率を向上できる。
【００３８】また、各組電池ブロック毎に複数の制御マ
ップから選択された任意の制御マップに基づいて当該組
電池ブロックを冷却するとともに、任意の組電池ブロッ
クと他の組電池ブロックとの間の温度差が闘値を越えた
ときにその組電池ブロックを冷却する制御マップを変更
し、各組電池ブロックの温度差を闘値以下に制御するよ
うにしたので、各組電池ブロック間の温度のばらつきを
小さくし、劣化速度を均等にして全体の寿命を向上でき
る。
【００３９】また、本発明の組電池システムにおける異
常検出方法及び装置によれば、任意の組電池ブロックと
他の組電池ブロックとの間の温度差が闘値を越えたとき
に異常として検出するようにしたので、組電池ブロック
間の温度差のみを検出するため、計算用メモリ及び推定
値を計算するプログラムが不要でかつ誤差の生じやすい
推定値を用いないので、安価に精度よく異常を検出する
ことができる。
【００４０】また、任意の組電池ブロックと他の組電池
ブロックとの間の温度差が闘値を越えたときにその組電
池ブロックを冷却する制御マップを変更して冷却し、最
高の冷却能力の制御マップに基づいて冷却しても温度差
が闘値を越えたときに異常として検出するようにする
と、各組電池ブロックの温度ばらつきを小さくして劣化
速度を均等にしながら、それが出来ないような異常を適
切に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の組電池システムの概略構
成を示すブロック図である。
【図２】同実施形態の制御部における制御フロー図であ
る。
【図３】同実施形態における容量ばらつきによる冷却モ
ードの説明図である。
【図４】同実施形態における温度差に応じて選択される
温度と風量の制御マップの説明図である。
【図５】同実施形態の制御部における他の制御フロー図
である。
【図６】従来例の組電池システムを示し、（ａ）は概略
構成を示すブロック図、（ｂ）は冷却制御における温度
と風量の制御マップの説明図である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｄ 組電池ブロック ２ａ〜２ｄ 冷却ファン（冷却手段） ３ａ〜３ｄ 温度・電圧・電流検出部（温度検出手段及
びＳＯＣ検出手段） ４ 制御部（制御手段） １０ 組電池システム

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の単電池を直列接続した組電池ブロ
    ックを、複数個直列に又は並列に又は直列と並列を組み
    合わせて接続した組電池システムにおける冷却制御方法
    であって、各組電池ブロック毎に複数の冷却モードから
    選択された任意の冷却モードで当該組電池ブロックを冷
    却するとともに、任意の組電池ブロックと他の組電池ブ
    ロックとの間のＳＯＣの差が闘値を越えたときにその組
    電池ブロックの冷却モードを切り換え、各組電池ブロッ
    クのＳＯＣの差を闘値以下に制御することを特徴とする
    組電池システムの冷却制御方法。
  2. 【請求項２】 ＳＯＣの高い方の組電池ブロックの冷却
    モードを、電池温度が所定温度を越えていない条件の下
    で冷却能力の低い冷却モードに切り換えることを特徴と
    する請求項１記載の組電池システムの冷却制御方法。
  3. 【請求項３】 複数の単電池を直列接続した組電池ブロ
    ックを、複数個直列に又は並列に又は直列と並列を組み
    合わせて接続した組電池システムにおける冷却制御方法
    であって、各組電池ブロック毎に複数の制御マップから
    選択された任意の制御マップに基づいて当該組電池ブロ
    ックを冷却するとともに、任意の組電池ブロックと他の
    組電池ブロックとの間の温度差が闘値を越えたときにそ
    の組電池ブロックを冷却する制御マップを変更し、各組
    電池ブロックの温度差を闘値以下に制御することを特徴
    とする組電池システムの冷却制御方法。
  4. 【請求項４】 温度の高い方の組電池ブロックの冷却手
    段の制御マップを、冷却能力の高い制御マップに変更す
    ることを特徴とする請求項３記載の組電池システムの冷
    却制御方法。
  5. 【請求項５】 請求項１又は２に記載の組電池システム
    の冷却制御方法で各組電池ブロックのＳＯＣの差を闘値
    以下に制御した上で、請求項３又は４に記載の組電池シ
    ステムの冷却制御方法で各組電池ブロックの温度差を闘
    値以下に制御することを特徴とする組電池システムの冷
    却制御方法。
  6. 【請求項６】 複数の単電池を直列接続した組電池ブロ
    ックを、複数個直列に又は並列に又は直列と並列を組み
    合わせて接続した組電池システムにおける異常検出方法
    であって、任意の組電池ブロックと他の組電池ブロック
    との間の温度差が闘値を越えたときに異常として検出す
    ることを特徴とする組電池システムの異常検出方法。
  7. 【請求項７】 任意の組電池ブロックと他の組電池ブロ
    ックとの間の温度差が闘値を越えたときにその組電池ブ
    ロックを冷却する制御マップを変更して冷却し、最高の
    冷却能力の制御マップに基づいて冷却しても温度差が闘
    値を越えたときに異常として検出することを特徴とする
    請求項６記載の組電池システムの異常検出方法。
  8. 【請求項８】 複数の単電池を直列接続した組電池ブロ
    ックを、複数個直列に又は並列に又は直列と並列を組み
    合わせて接続した組電池システムにおいて、各組電池ブ
    ロック毎にＳＯＣ検出手段と冷却手段を設け、各冷却手
    段を複数の冷却モードの何れかを選択して制御し、かつ
    任意の組電池ブロックと他の組電池ブロックとの間のＳ
    ＯＣの差が闘値を越えたときに、その組電池ブロックの
    冷却手段の冷却モードを切り換えて制御する制御手段を
    設けたことを特徴とする組電池システムの冷却制御装
    置。
  9. 【請求項９】 複数の単電池を直列接続した組電池ブロ
    ックを、複数個直列に又は並列に又は直列と並列を組み
    合わせて接続した組電池システムにおいて、各組電池ブ
    ロック毎に温度検出手段と冷却手段を設け、各冷却手段
    を複数の制御マップの何れかを選択して制御し、かつ任
    意の組電池ブロックと他の組電池ブロックとの間の温度
    差が闘値を越えたときにその組電池ブロックの冷却手段
    の制御マップを変更して制御する制御手段を設けたこと
    を特徴とする組電池システムの冷却制御装置。
  10. 【請求項１０】 制御手段を、最高の冷却能力の制御マ
    ップに基づいて冷却しても温度差が闘値を越えたときに
    異常として検出するように構成したことを特徴とする請
    求項９記載の組電池システムの冷却制御装置。
  11. 【請求項１１】 複数の単電池を直列接続した組電池ブ
    ロックを、複数個直列に又は並列に又は直列と並列を組
    み合わせて接続した組電池システムにおいて、各組電池
    ブロック毎に温度検出手段と冷却手段を設け、任意の組
    電池ブロックと他の組電池ブロックとの間の温度差が闘
    値を越えたときに異常を検出する異常検出手段を設けた
    ことを特徴とする組電池システムの異常検出装置。
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