JP2010088194A - Device and method for adjusting capacity of battery pack - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、組電池の容量調整装置及び方法に関する。 The present invention relates to a battery pack capacity adjustment apparatus and method.
複数のセルを直列に接続した組電池に対して充放電を繰り返したり、あるいはこうした組電池を長期間放置したりすると、組電池を構成する各セルの自己放電や劣化等の差に基づいて各セルに容量(SOC)のばらつきが生ずる。各セルに容量のばらつきが生じていると、組電池の使用可能な電力が制限される。このため、各セルに生じた容量のばらつきを可能な限り調整する必要がある。 If charging / discharging is repeated for an assembled battery in which a plurality of cells are connected in series, or if such an assembled battery is left for a long period of time, each of the cells constituting the assembled battery will be subject to a difference in self-discharge or deterioration. The cell has a variation in capacity (SOC). When the capacity varies among the cells, the usable power of the assembled battery is limited. For this reason, it is necessary to adjust the variation in the capacity generated in each cell as much as possible.
従来、組電池を構成する各セルの開放電圧を検出し、この開放電圧に基づいて各セルに生じた容量のばらつきを推定し、これを調整する容量調整方法が知られている(特許文献1)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a capacity adjustment method is known in which an open circuit voltage of each cell constituting an assembled battery is detected, a variation in capacity generated in each cell is estimated based on the open circuit voltage, and this is adjusted (Patent Document 1). ).
ところで、組電池を構成するセルとして、容量に対する開放電圧の変化率が小さい領域を含む電圧−容量特性を有するセルが知られている。このようなセルを充電した場合、例えば充電開始時(容量(SOC:State Of Charge)が0%)付近では、セル電圧が大きな変化率で増加していくが、SOCが例えば20%前後程度にまで充電された時点以降はセル電圧の増加率(変化率)が鈍る。この傾向は満充電略手前のSOCが例えば95%前後程度まで継続する。その後、SOCが100%に到達する手前の短い領域で、セル電圧は比較的大きな変化率で増加し、満充電を迎える。この傾向は、セルを放電させた場合にも当てはまる。すなわち、この種のセルを充放電した場合、満充電の時点から放電完了の時点まで、あるいは充電開始の時点から充電完了の時点までのうち、SOCが所定区間(例えば20%前後〜95%前後の領域)の広い領域でセル電圧の変化プロファイルが略フラットになる。 By the way, a cell having a voltage-capacitance characteristic including a region where a change rate of an open-circuit voltage with respect to a capacity is small is known as a cell constituting an assembled battery. When such a cell is charged, for example, in the vicinity of the start of charging (SOC: State of Charge (0%)), the cell voltage increases at a large rate of change, but the SOC decreases to, for example, about 20%. The cell voltage increase rate (rate of change) becomes dull after the point of time until the battery is charged. This tendency continues until the SOC before the full charge is about 95%, for example. Thereafter, in a short region before the SOC reaches 100%, the cell voltage increases at a relatively large rate of change and reaches full charge. This tendency is also true when the cell is discharged. That is, when this type of cell is charged / discharged, the SOC is within a predetermined interval (for example, about 20% to about 95%) from the time of full charge to the time of completion of discharge or from the time of charge start to the time of completion of charge. The change profile of the cell voltage becomes substantially flat in a wide area.
また、上述した従来手法で開放電圧検出時に使用される電圧センサは分解性能の限界から、検出される電圧値に誤差を生じることがある。 Moreover, the voltage sensor used at the time of open circuit voltage detection by the conventional method mentioned above may produce an error in the detected voltage value from the limit of decomposition performance.
従って、上述した特性を有するセルを複数直列に接続した組電池に対して、特許文献1の技術を適用し、検出されたセルの開放電圧が上述した略フラットな領域に属する場合、開放電圧に基づいて推定される容量の精度が問題となる。
Therefore, when the technique of
発明が解決しようとする課題は、所定の電圧−容量特性を有するセルで構成される組電池に生じた容量のばらつきを精度良く調整することができる組電池の容量調整装置及び方法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide an assembled battery capacity adjusting apparatus and method capable of accurately adjusting a variation in capacity generated in an assembled battery composed of cells having predetermined voltage-capacitance characteristics. It is.
この発明は、所定の電圧−容量特性を有するセルで構成される組電池の容量を調整するに際し、容量に対する開放電圧の変化率が大きい領域に組電池の総電圧が属するときに各セルの端子電圧を取得し、当該セルの端子電圧に基づいて各セル毎に設けられたセル容量調整手段を作動させる時間を算出し、当該時間だけセル容量調整手段を作動させることによって、上記課題を解決する。 When adjusting the capacity of an assembled battery composed of cells having a predetermined voltage-capacitance characteristic, the present invention provides a terminal for each cell when the total voltage of the assembled battery belongs to a region where the change rate of the open-circuit voltage with respect to the capacity is large. The above-described problem is solved by obtaining a voltage, calculating a time for operating the cell capacity adjusting means provided for each cell based on the terminal voltage of the cell, and operating the cell capacity adjusting means for the time. .
上記発明によれば、容量に対する開放電圧の変化率が大きい領域に組電池の総電圧が属するときに、各セルの端子電圧に基づいて算出した時間だけセル容量調整手段を作動させるので、所定の電圧−容量特性を有するセルで構成される組電池に生じた容量のばらつきを精度良く調整することができる。 According to the above invention, when the total voltage of the assembled battery belongs to a region where the change rate of the open circuit voltage with respect to the capacity is large, the cell capacity adjusting means is operated for a time calculated based on the terminal voltage of each cell. It is possible to accurately adjust the variation in capacity generated in the assembled battery including cells having voltage-capacity characteristics.
以下、図面を参照しつつ、発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
なお、以下の説明では、リチウムイオン電池により組電池が構成されているものとして説明するが、これに限定されない。また、この組電池は車両に搭載されているものとして説明する。 In addition, although the following description demonstrates as what the assembled battery is comprised with the lithium ion battery, it is not limited to this. In addition, this assembled battery will be described as being mounted on a vehicle.
図1に示すように、本実施形態に係る容量調整システム100は、組電池1と、電流センサ2と、メインリレー3と、インバータ4と、モータ5と、容量調整装置10とを含む。
As shown in FIG. 1, the
組電池1は、電流センサ2及びメインリレー3を介してインバータ4に接続され、インバータ4へ直流電力を供給する。電流センサ2は、組電池1からインバータ4へ流れる放電電流と、インバータ4から組電池1へ流れる充電電流とを検出し、容量調整装置10のバッテリコントローラ104(CPU106)へ出力する。メインリレー3は、容量調整装置10のCPU106からの指令により開閉され、組電池1とモータ5との間の接続と開放を行う。インバータ4は、組電池1の直流電力を交流電力に変換してモータ5に印加し、該モータ5を駆動して車両を走行させる。インバータ4はまた、車両の制動時にモータ5で発生する交流回生電力を直流電力に変換し、組電池1を充電する。モータ5は、走行駆動用交流モータで構成されている。
The assembled
本例の組電池1は、二次電池であるセル(単位電池)11を96個直列に接続した一組の直列セルブロックで構成されている。ただし、組電池1の直列接続数は96個に限定されない。また組電池1は、上述した直列セルブロックを任意の数で並列に接続した直並列セルブロックで構成してもよい。
The assembled
本例の各セル111〜1196(以下、代表して「11n」ともいう。「n」はn番目のセル11を意味する。)は、同一設計のリチウムイオン電池で構成されている。以下、各セル11nの構造の一例を説明する。
Each of the
図2に示すように、本例のセル11nは、電池要素250、外装ケース260、正極リード(正極端子)270及び負極リード(負極端子)280を有する。
As shown in FIG. 2, the
電池要素250は、正極活物質層251を集電体252上に有する正極板と、負極活物質層253を集電体252上に有する負極板とを、電解質を保持するセパレータ(電解質層)254を介して積層することで構成されている。
The
正極活物質層251は、正極活物質、導電助剤、バインダ等を含む。正極活物質としては、例えばLiMn2 O4 等のリチウム−遷移金属複合酸化物などが挙げられる。導電助剤としては、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維、カーボンナノチューブなどが挙げられる。バインダとしては、例えばポリフッ化ビニリデン(PVDF)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリイミドなどが挙げられる。
The positive electrode
負極活物質層253は、負極活物質、導電助剤、バインダ等を含む。負極活物質は、黒鉛系炭素材料(グラファイト系)を含む。本例のセル11nは、黒鉛系炭素材料を含む負極活物質層253を有する電池要素250を備えているので、図3に示す電圧−SOC特性を持つ。この点は後述する。
The negative electrode
集電体252は、例えばアルミニウム箔、銅箔、ステンレススチール箔、チタン箔、ニッケルとアルミニウムのクラッド材、銅とアルミニウムのクラッド材、ステンレススチールとアルミニウムのクラッド材あるいはこれらの金属の組み合わせのめっき材などで構成される。なお、上記材質のうち、正極の集電体252は正極電位で、負極の集電体252では負極の電位で安定な材質が選択され、一般的には、正極の集電体252にはアルミニウム箔が、負極の集電体252には銅箔が用いられる。
The
セパレータ254は、電解質を保持する役割を果たし、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミドなどで構成される。
The
セパレータ254に保持される電解質(電解液)は、液体系あるいは流動性を有するゲルポリマー系であり、例えば有機溶媒、支持塩及び少量の界面活性剤等を含む。有機溶媒としては、例えばプロピレンカーボネート(PC)やエチレンカーボネート(EC)等の環状カーボネート類、ジメチルカーボネート等の鎖状カーボネート類、テトラヒドロフラン等のエーテル類などが挙げられる。支持塩としては、例えばリチウム塩(LiPF6 )等の無機酸陰イオン塩、LiCF3 SO3 等の有機酸陰イオン塩などが挙げられる。ゲルポリマー電解質は、電解液、ホストポリマー等を含む。ホストポリマーとしては、ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体(PVDF−HFP)、PAN(ポリアクリロニトリル(PAN)、PMMA(ポリメチルメタクリレート(PMMA)等のリチウムイオン伝導性を持たない高分子、PEO(ポリエチレンオキシド)やPPO(ポリプロピレンオキシド)等のイオン伝導性を有する高分子(固体高分子電解質)などが挙げられる。
The electrolyte (electrolytic solution) held in the
外装ケース260は、シート状の外装材262の周縁を、熱溶着によって接合することで袋状に形成されており、電池要素250を収容するために使用される。外装材262は、例えば三層構造を有する高分子−金属複合ラミネートフィルムであり、金属層264と、この金属層264の両面に配置される高分子樹脂層266とで構成されている。金属層264としては、例えばアルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅などの金属箔などで構成することができる。高分子樹脂層266としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン、アイオノマー、エチレンビニルアセテート等の熱溶着性樹脂フィルムなどで構成することができる。なお、外装材262の接合は、熱溶着を適用することに限定されない。
The
正極リード270及び負極リード280は、電池要素250の集電体252に接続され、電池要素250から電流を引き出すために、外装ケース260の内部から外部に延長している。
The
《容量調整装置》
図1に戻り、本例の容量調整装置10は、上述した電流センサ2、メインリレー3及びインバータ4を介してモータ5に接続された組電池1の容量を調整する装置であり、容量調整部101と、セル電圧センサ102と、組電池電圧センサ103と、バッテリコントローラ104とを含む。
<Capacity adjustment device>
Returning to FIG. 1, the
バッテリコントローラ104は、CPU106と、ROM107と、RAM108とを含む。CPU106(制御手段)は、後述する処理(容量調整処理)を実行する。ROM107は、CPU106で実行されるプログラムを記憶する。RAM108(記憶手段)は、所定のデータを一時的に記憶する。RAM108には、少なくとも、組電池1及びセル11nの電圧−SOCの相関図(図3参照)に関する情報と、セル11nの閾電圧値C1及びこのC1にセル数を乗じた、組電池1全体の閾電圧値96C1に関する情報と、容量調整時間初期値t0(秒)に関する情報とが、予め格納してある。
The
組電池電圧センサ103(総電圧検出手段)は、組電池1の総電圧Vt、つまり組電池1全体の端子電圧を検出し、CPU106へ出力する。
The assembled battery voltage sensor 103 (total voltage detection means) detects the total voltage Vt of the assembled
セル電圧センサ102(セル電圧検出手段)は、CPU106からの指令を受けた後に、各セル11nの端子電圧Vc1〜Vc96(以下、代表してVcnともいう。Vcnはn番目のセル11の電圧を意味する。)を検出し、CPU106へ出力する。本例では、組電池1の総電圧Vtが後述するA領域(図3参照)に属するときには、セル電圧センサ102による各セル11nの端子電圧Vcnの検出を行わず、B領域(図3参照)に属するときに電圧Vcnの検出を行う。
After receiving a command from the
容量調整部101(容量調整手段)は、何れかのセル11nが過充電状態または過放電状態になって組電池1の容量が十分に利用できなくなることを防止するために、組電池1を構成する各セル11n単位で、各セル11nに生じた容量(SOC)のばらつきを調整する。一般に、各セル11nに生じたSOCのばらつきを調整するには、所定のSOCを持つセル11nよりも、SOCの大きなセル11nを放電させて平準化する場合と、SOCの小さなセル11nを充電して平準化する場合とがある。本例では、SOCの大きなセル11nを放電させる場合を例示する。
The capacity adjusting unit 101 (capacity adjusting means) configures the assembled
本例の容量調整部101は、各セル11nのSOCを放電するための回路であり、抵抗器101aとトランジスタ101bの直列回路で構成されている。この直列回路は、各セル11nに対してそれぞれ並列に接続されている。抵抗器101aは放電抵抗であり、トランジスタ101bは放電と停止を行うためのスイッチング素子である。スイッチング素子として、トランジスタ101bに代えてFETなどの半導体スイッチング素子や、リレーなどを用いることもできる。
The
なお、容量調整装置10は、温度センサ109などをさらに備えていてもよい。この場合、温度センサ109は、組電池1の温度を検出し、CPU106へ出力する。
The
負極活物質層253(図2参照)に黒鉛系炭素材料を含む場合のセル11nは、例えば図3に示すような電圧−SOC特性を備えている。図3において、横軸はセルの容量(SOC)を示し、縦軸はセルの開放電圧を示している。なお、図3の特性を取得するには、例えば、まず満充電時でのセル電圧を検出する。次にこのセルを所定電流で放電させる。このとき、セルのSOCが、計算上で、例えば所定%減少することとなる時点毎に放電をストップし、そのときのセル電圧を検出する。これを繰り返すことにより図3の特性を取得することができる。
The
一般に、セルのSOCが開放電圧と一定の比例関係にある組電池は、開放電圧のばらつき自体が各セルに生じた容量のばらつきとなる。ところが、図3に示すように、本実施形態のセル11nは、負極に黒鉛系炭素材料を用いているので、SOCの基準変化幅に対する開放電圧の変化量、つまりSOCに対する開放電圧の変化率(傾き)が、B領域(第2の領域。SOCが20%前後以下の狭い領域)及びC領域(第2の領域。SOCが95%前後以上の狭い領域)の場合と比較して、相対的に、A領域(第1の領域。SOCが20%前後から95%前後までの広い領域)の場合で小さくなる。
In general, in an assembled battery in which the SOC of a cell is in a fixed proportional relationship with the open circuit voltage, the open circuit voltage variation itself is a variation in capacity generated in each cell. However, as shown in FIG. 3, since the
図3の例では、A領域においてSOCが約75%変動しても、開放電圧の変化量ΔVcnaは極めて小さい。このように、セル電圧が殆ど変化しないフラットな電圧波形を広い範囲のSOC領域(A領域)で持つセル11nに対し、検出された開放電圧がA領域内にある場合、セル電圧センサ102(組電池電圧検出センサ103も含む)の分解能の限界から、その時点でのセル11n(組電池1)の容量(SOC)を正確に算出することは困難である。
In the example of FIG. 3, even if the SOC fluctuates by about 75% in the A region, the change amount ΔVcna of the open circuit voltage is extremely small. As described above, when the detected open voltage is within the A region with respect to the
ところで図3の例では、B領域において、SOCが約20%しか変動しなくても、開放電圧の変化量ΔVcnbが大きいことが理解される(ΔVcnb>>ΔVcna)。本実施形態では、図3の電圧波形において傾きが大きい、換言すると、SOCに対する開放電圧の変化率が大きい領域(B領域またはC領域。好ましくはB領域)に属する総電圧Vtを検出した場合に限って、各セル11nの端子電圧Vcnを検出し、このVcnに基づいてセル11n毎の容量調整時間tcn(第1の時間)を算出し、このtcnを容量調整時間初期値t0(第2の時間)に対して書き換える(更新)。
In the example of FIG. 3, it is understood that the change amount ΔVcnb of the open circuit voltage is large (ΔVcnb >> ΔVcna) even if the SOC fluctuates by only about 20% in the B region. In the present embodiment, when the total voltage Vt belonging to a region (B region or C region, preferably B region) in which the slope of the voltage waveform in FIG. 3 is large, in other words, the change rate of the open-circuit voltage with respect to the SOC is large is detected. For example, the terminal voltage Vcn of each
《容量調整処理》
以下、本実施形態に係る容量調整処理の一例を説明する。
<Capacity adjustment process>
Hereinafter, an example of the capacity adjustment process according to the present embodiment will be described.
図4に示すように、まずステップ(以下、ステップをSと略す。)1にて、組電池電圧センサ103は、組電池1の総電圧Vtを検出し、CPU106へ出力する。総電圧Vtの検出タイミングは、特に限定されない。例えば図示省略のイグニッションキースイッチ(IGN)がオンされた時点(車両の起動時)でもよく、あるいはIGNがオフされた時点(車両停止時)でもよいし、さらにはIGNがオンされてからオフされるまでの間(車両走行時)であってもよい。
As shown in FIG. 4, first, in step (hereinafter, step is abbreviated as S) 1, the assembled
次にS2にて、CPU106は、RAM108に格納されている組電池1の閾電圧値96C1を取得する。ここで取得する閾電圧値96C1は、図3のB領域、すなわちSOCに対する開放電圧の変化率が大きい領域に属する電圧値である。
Next, in S <b> 2, the
次にS3にて、CPU106は、S1で検出した組電池1の総電圧Vtと、S2で取得した閾電圧値96C1とを比較する。その結果、Vt>96C1の場合(S3にてNo)にはS10へ進み、Vt≦96C1の場合(S3にてYes)にはS4へ進む。
Next, in S3, the
S3にてNoの場合に後述のS5〜S9を実行しても、検出された組電池1の総電圧Vtが図3のA領域内にある場合、上述したように、組電池電圧センサ103の分解能の限界から、組電池1全体の容量を正確に算出することは困難である。通常、セル電圧センサ102にて各セル11nの端子電圧Vcnをすべて検出するには比較的長い時間(例えばセル96個で1分ほど)がかかり、上述した理由で組電池1全体の容量を正確に算出することが困難であるにもかかわらず、各セル11nの端子電圧Vcnを検出するのは無駄である。そこでS3にてNoの場合には、S10へ進む。
If the total voltage Vt of the detected assembled
次にS4にて、セル電圧センサ102は、各セル11nの端子電圧Vcnを検出し、CPU106へ出力する。セル電圧Vcnの取得順序は特に限定されず、取得順序を決めて1つずつ取得してもよいし、あるいは全てのセル11nの電圧を同時に取得することもできる。
Next, in S <b> 4, the
次にS5にて、CPU106は、S4で取得したセル11n毎のセル電圧Vcnの中からセル電圧最小値Vcminを抽出し、これを容量調整目標値Vgとして設定する。その後、設定した容量調整目標値Vgと各セル11nの電圧Vcnとの偏差に対応した容量調整時間tcn(秒)を算出し、容量調整部101を上記調整放電時間tcnだけオンさせて、容量調整目標値Vgより大きい電圧Vcnを持つセル11nを放電させる。その一例(S6以降)は以下の通りである。
Next, in S5, the
S6にて、CPU106は、S4で取得したセル電圧Vcnと、S5で設定した容量調整目標値Vgとの差ΔVcn(=Vcn−Vg)を算出する。
In S6,
例えば図5に示す例では、Vcminを示しているのはVc4のセル(4番目のセル114)、次に電圧が高いのはVc1のセル(1番目のセル111)、以降、Vc2のセル(2番目のセル112)、Vc3のセル(3番目のセル113)の順序である。そして、セル111のΔVc1は(Vc1−Vc4)、セル112のΔVc2は(Vc2−Vc4)、セル113のΔVc3は(Vc3−Vc4)となる。
For example, in the example shown in FIG. 5, Vcmin is indicated by the Vc4 cell (fourth cell 114), the next highest voltage is the Vc1 cell (first cell 111), and thereafter the Vc2 cell ( The second cell 112) and the Vc3 cell (third cell 113) are in this order. Then, ΔVc1 of the
次に図4に戻り、S7にて、CPU106は、S6で算出したΔVcnに基づいて、S5で抽出されたセル電圧最小値Vcminを示すセル以外の各セル11n(図5の例ではセル114以外の各セル111〜113,115〜1196)の容量調整量ΔSOCnを算出する。各セル11nのΔSOCnの算出は、RAM108に格納されているセルの電圧−SOC相関図(図3参照)に基づいて行うことができる。
Next, returning to FIG. 4, in S7, the
次にS8にて、CPU106は、S7で算出したΔSOCnに基づいて、特定セル以外の各セルについて、セル毎の容量調整時間tcnを算出する。容量調整量ΔSOCnは、セル11n毎の電気量ΔQn(単位はC)と同様に考えることができるので、式1に基づいて、セル毎のtcnを算出する。
Next, in S8,
[数1] ΔQn=Ic×tcn …(1)
ここで、「Ic」は抵抗器101aを介して放電する電流(単位はA)を示している。例えば図5の例では、セル111に対してはΔQ1だけ電気量を放出(放電)するような容量調整時間tc1を算出し、セル112に対してはΔQ2を放電するtc2を算出し、セル113に対してはΔQ3を放電するtc3を算出する。その結果、セル111のtc1は(ΔQ1/Ic)、セル112のtc2は(ΔQ2/Ic)、セル113のtc3は(ΔQ3/Ic)とそれぞれ算出される。
[Formula 1] ΔQn = Ic × tcn (1)
Here, “Ic” indicates a current (unit: A) discharged through the resistor 101a. For example, in the example of FIG. 5, a capacity adjustment time tc1 that discharges (discharges) electricity by ΔQ1 is calculated for the
次に図4に戻り、S9にて、CPU106は、RAM108に格納されている容量調整時間初期値t0を、S8で算出された容量調整時間tcnに書き換える。
Next, returning to FIG. 4, in S9, the
次にS10にて、CPU106は、RAM108に格納されている容量調整時間(例えばS3にてNoの場合には初期値t0、S3にてYesの場合にはS9にて書き換えられた書換値tcn)を取得する。
Next, in S10, the
このS10にて取得あるいは格納(初期値もしくは前回の値)に基づいて、各セルの容量調整を実行するが、容量調整の実際の実行タイミングは所定の周期毎に行われる(更新後即時実行に限られない)。 Based on the acquisition or storage (initial value or previous value) in S10, the capacity adjustment of each cell is executed, but the actual execution timing of the capacity adjustment is performed at predetermined intervals (for immediate execution after update). Not limited).
所定の周期としては、所定時間毎、所定の充放電量積算値(充電も放電も積算としてカウントする)毎に実行する。これは推定したバラツキが内部抵抗に起因しており、所定周期ごとに再現されるためである。 The predetermined cycle is executed every predetermined time and every predetermined charge / discharge amount integrated value (charging and discharging are counted as integration). This is because the estimated variation is caused by the internal resistance and is reproduced every predetermined period.
これにより、S3でNOの判定の場合であっても、初期値もしくは近しい推定値(前回値)にて容量調整が可能となる。 次に、CPU106は、S3にてNoであった場合には各セル11nの容量調整部101に対し、S3にてYesであった場合には特定セル以外のセルの容量調整部101に対し、トランジスタ101bのベースへ指令信号を送り、取得した容量調整時間(t0又はtcn)だけトランジスタ101bをオン(導通)させるとともに、所定時間が経過するとオフ(非導通)にする。
Thereby, even if it is a case of NO determination in S3, the capacity can be adjusted with the initial value or a close estimated value (previous value). Next, when it is No at S3, the
容量調整部101は、CPU106からの指令を受けて、トランジスタ101bを所定時間だけオンさせる。これにより、指定されたセル11nの充電電力が抵抗器101aを介して放電し、放電分だけ指定されたセル11nのSOCが減少する。この場合、CPU106は、トランジスタ101bのオンとオフを繰り返してデューティー制御を行う。このデューティー比は、指定されたセル11nの放電容量と放電時間(容量調整時間)とに基づいて決定される。
In response to a command from the
また、トランジスタ101bのコレクターとエミッター間には、電圧センサ(図示省略)が接続されている。トランジスタ101bがオンするとコレクター〜エミッター間電圧がほぼ0Vになり、オフするとコレクター〜エミッター間電圧が各セル11nのセル電圧Vcnになる。CPU106は、不図示の電圧センサによりトランジスタ101bのコレクター〜エミッター間電圧をモニターし、トランジスタ101bの動作状況、つまり各セル11nの容量調整状況を確認しながら各セル11n間に生じたSOCのばらつきを調整する。
A voltage sensor (not shown) is connected between the collector and emitter of the
図6から、セル111に対してtc1の間だけ、セル112に対してtc2の間だけ、セル113に対してtc3の間だけ、それぞれ放電させることにより、セル111〜113のSOCが、それぞれΔQ1、ΔQ2、ΔQ3の電気量だけ減少することが理解される。そしてセル111〜113の電圧Vc1,Vc2,Vc3は、最終的に、セル114と同じ電圧Vc4(Vcmin)付近に調整される。
From FIG. 6, by discharging only during tc1 with respect to the
以上説明したように、本実施形態によれば、CPU106は、SOCに対する電圧の変化率が小さいA領域(図3参照)よりも相対的に大きいB領域(図3参照)に組電圧1の総電圧Vtが属するときに各セル11nの端子電圧Vcnを取得した後に、この端子電圧Vcnの中から最小電圧値Vc4を取得し、その後、最小電圧値Vc4とこの最小電圧値Vc4を示すセル114以外の各セル111〜113,115〜1196の端子電圧Vc1〜Vc3,Vc5〜Vc96に基づいて算出した時間tc1〜tc3,tc5〜tc96だけ容量調整部101を作動させるので、このようなA領域(図3参照)を含む電圧−容量特性を有するセル11nで構成された組電池1に生じた容量のばらつきを精度良く調整することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
100…容量調整システム
1…組電池
111〜1196(11n)…セル
2…電流センサ
3…メインリレー
4…インバータ
5…モータ
10…容量調整装置
101…容量調整部(容量調整手段)
101a…抵抗器
101b…トランジスタ
102…セル電圧センサ(セル電圧検出手段)
103…組電池電圧センサ(組電池電圧検出手段)
104…バッテリコントローラ
106…CPU(制御手段)
107…ROM
108…RAM(記憶手段)
109…温度センサ
DESCRIPTION OF
101a ...
103 ... Battery voltage sensor (battery voltage detection means)
104 ...
107 ... ROM
108 ... RAM (storage means)
109 ... temperature sensor
Claims (6)
前記組電池全体の端子電圧である総電圧を検出する総電圧検出手段と、
前記セルの端子電圧を検出するセル電圧検出手段と、
前記セル毎の容量を調整するセル容量調整手段と、
前記セル容量調整手段の作動を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記変化率が前記第1の領域よりも相対的に大きい第2の領域に前記総電圧が属するときに前記セルの端子電圧を取得し、当該セルの端子電圧に基づいて前記セル容量調整手段を作動させる時間を算出し、当該時間だけ前記セル容量調整手段を作動させることを特徴とする組電池の容量調整装置。 An apparatus for adjusting the capacity of an assembled battery in which a plurality of cells having voltage-capacitance characteristics including a first region in which a change rate of an open-circuit voltage with respect to a capacity is small is connected,
A total voltage detecting means for detecting a total voltage which is a terminal voltage of the whole assembled battery;
Cell voltage detecting means for detecting a terminal voltage of the cell;
Cell capacity adjusting means for adjusting the capacity of each cell;
Control means for controlling the operation of the cell capacity adjusting means,
The control means obtains a terminal voltage of the cell when the total voltage belongs to a second region where the rate of change is relatively larger than the first region, and based on the terminal voltage of the cell A battery pack capacity adjustment device characterized in that a time for operating the cell capacity adjustment means is calculated and the cell capacity adjustment means is operated for the time.
前記制御手段は、取得した前記セルの端子電圧の中から最小電圧値を取得し、当該最小電圧値と前記セルの端子電圧に基づいて前記時間を算出することを特徴とする組電池の容量調整装置。 The capacity adjustment device for an assembled battery according to claim 1,
The control means acquires a minimum voltage value from the acquired terminal voltage of the cell, and calculates the time based on the minimum voltage value and the terminal voltage of the cell. apparatus.
前記セルは、黒鉛系炭素材料を含む負極活物質層を有する電池要素を備えたリチウムイオン電池であることを特徴とする組電池の容量調整装置。 The capacity adjustment device for an assembled battery according to claim 1 or 2,
The battery is a lithium-ion battery including a battery element having a negative electrode active material layer containing a graphite-based carbon material.
前記変化率が前記第1の領域よりも相対的に大きい第2の領域に前記組電池全体の端子電圧である総電圧が属するときに、前記セルの端子電圧を取得する工程と、
前記セルの端子電圧に基づいて、前記セル毎の容量を調整するセル容量調整手段を作動させる第1の時間を算出する工程と、
前記第1の時間だけ前記セル容量調整手段を作動させる工程と、を有する組電池の容量調整方法。 A method of adjusting the capacity of an assembled battery in which a plurality of cells having voltage-capacitance characteristics including a first region in which a change rate of an open circuit voltage with respect to a capacity is small is connected,
Obtaining a terminal voltage of the cell when a total voltage which is a terminal voltage of the entire assembled battery belongs to a second region where the rate of change is relatively larger than the first region;
Calculating a first time for operating a cell capacity adjusting means for adjusting the capacity of each cell based on the terminal voltage of the cell;
And a step of operating the cell capacity adjusting means only for the first time.
前記第1の時間を算出した後、予め記憶手段に記憶されている第2の時間を前記第1の時間に書き換えることを特徴とする組電池の容量調整方法。 A method for adjusting the capacity of an assembled battery according to claim 4,
After calculating said 1st time, the capacity | capacitance adjustment method of the assembled battery characterized by rewriting the 2nd time previously memorize | stored in the memory | storage means to the said 1st time.
前記第1の領域に前記総電圧が属するときには、前記第2の時間だけ前記セル容量調整手段を作動させることを特徴とする組電池の容量調整方法。 The battery pack capacity adjustment method according to claim 5,
The assembled battery capacity adjusting method, wherein when the total voltage belongs to the first area, the cell capacity adjusting means is operated only for the second time.
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