JP2012029417A - Battery control system and battery control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウム二次電池やニッケル水素電池、鉛電池、電気二重層キャパシタなどの蓄電手段を用いた電源装置の電池制御システムに関する。 The present invention relates to a battery control system for a power supply device using power storage means such as a lithium secondary battery, a nickel metal hydride battery, a lead battery, and an electric double layer capacitor.
電池等の蓄電手段を用いた電源装置、電力貯蔵装置等では、蓄電手段を最適に管理するための各種電池制御コントローラが搭載されている。電池制御コントローラが管理する蓄電手段の状態としては、どの程度まで充電されているか、あるいはどの程度放電可能な電荷量が残っているのかを示す充電状態(State of Charge:SOC)又は残存容量や、どの程度まで劣化や弱っているのかを示す健康状態(State of Health)又は劣化度などが代表的な例である。 In a power supply device, a power storage device, and the like using a power storage unit such as a battery, various battery control controllers for optimally managing the power storage unit are mounted. As the state of the power storage means managed by the battery controller, the state of charge (SOC) or remaining capacity indicating how much is charged or how much charge can be discharged remains, A typical example is the state of health indicating the degree of deterioration or weakness or the degree of deterioration.
蓄電手段を直列接続も含めて構成した場合、蓄電手段には自己放電が存在し、且つ自己放電には個体差が存在するため、蓄電手段間のSOCばらつき発生を考慮する必要がある。このSOCばらつきが発生すると、充電時はSOCが高い電池で充電が停止し、放電時はSOCが低い電池で放電を制限することになり、蓄電手段の性能を最大限に発揮できなくなる恐れがある。更に、SOCによって劣化の進行に大きな違いが出る状況下では、SOCがばらついた状態を維持すると、蓄電手段間のSOHばらつき発生の原因にもなる。即ち、直列接続を含んだ蓄電手段を最適に管理するためには、各蓄電手段のSOCをある一定の範囲に分布させるSOCの均等化が必要になる。蓄電手段のSOCを均等化する場合、蓄電手段毎にSOCを検出し、どの程度SOCがばらついているかを把握する必要がある。そして、SOCが高い蓄電手段については蓄電手段に並列に接続された抵抗とスイッチとで構成される均等化回路を用いて放電を行い、平均SOC、若しくはSOCが低い蓄電手段の状態に合わせる。 When the power storage means is configured to include serial connection, self-discharge exists in the power storage means, and individual differences exist in the self-discharge. Therefore, it is necessary to consider the occurrence of SOC variation between the power storage means. When this SOC variation occurs, charging is stopped with a battery having a high SOC during charging, and discharging is limited with a battery having a low SOC during discharging, and the performance of the power storage means may not be maximized. . Furthermore, under a situation where the progress of deterioration varies greatly depending on the SOC, maintaining the state in which the SOC varies causes the occurrence of SOH variations between the power storage means. That is, in order to optimally manage the power storage means including the series connection, it is necessary to equalize the SOC to distribute the SOC of each power storage means in a certain range. When equalizing the SOC of the power storage means, it is necessary to detect the SOC for each power storage means and grasp how much the SOC varies. And about the electrical storage means with high SOC, it discharges using the equalization circuit comprised by the resistance and switch connected in parallel with the electrical storage means, and it matches with the state of the electrical storage means with low average SOC or SOC.
多直列電池のSOCを均等化する方法としては、例えば特許文献1に開示されているように、起動時に全単電池の電圧を検出してSOCに変換してSOCの平均値を算出し、変換したSOCと算出したSOCの平均値との差が設定値を超える単電池について、SOCとSOCの平均値との差分の電気量に相当するバイパス時間、対応するバイパス制御スイッチをオン状態に制御する方式が提案されている。
As a method of equalizing the SOC of a multi-series battery, for example, as disclosed in
しかしながら、蓄電手段のSOCの均等化は、蓄電手段の使われ方に応じて処理が異なってくる。同じ用途の蓄電手段でも、設置場所やユーザによって使われ方が様々に異なるため、実際の蓄電手段の使われ方に応じたSOC均等化を実現することは困難であった。 However, the process of equalizing the SOC of the power storage means varies depending on how the power storage means is used. Even in the case of power storage means of the same application, the usage varies depending on the installation location and the user, so it has been difficult to realize SOC equalization according to the actual usage of the power storage means.
すなわち、上記特許文献1のような全単電池のSOCを検出してSOCばらつきを改善する方法を採用しても、最大の利用範囲においてSOCの均等化が不十分であったり、均等化制御の繰返しによる損失の増大を生じるなど、蓄電手段の使われ方に応じた適切なSOCの均等化を実現することは困難であった。
That is, even if the method of detecting the SOC of all the single cells and improving the SOC variation as in the above-mentioned
本発明の目的は、多直列電池の使われ方に応じたSOC均等化を実現し、最大の利用範囲においてSOCの均等化を図り、均等化制御の繰返しによる損失の増大を生じさせることが少ない電池制御システムおよびその制御方法を提供することにある。 An object of the present invention is to achieve SOC equalization according to how a multi-series battery is used, to achieve uniform SOC in the maximum usage range, and to reduce loss due to repeated equalization control. A battery control system and a control method thereof are provided.
本発明の望ましい実施態様においては、多直列電池を構成する単電池のSOCを均等化する均等化回路と、前記多直列電池を管理するためのコントローラとを備えた電池制御システムにおいて、多直列電池のSOCの推移から、多直列電池のSOCの滞在時間を検出し、このSOCを所定の刻み幅で離散化し、滞在確率が高いSOC範囲を検出し、単電池のSOCが前記高滞在確率のSOC範囲内にあるときに多直列電池のSOCを均等化するように、均等化制御を実行する。 In a preferred embodiment of the present invention, in a battery control system comprising an equalization circuit for equalizing the SOC of single cells constituting a multi-series battery and a controller for managing the multi-series battery, the multi-series battery The SOC stay time of the multi-series battery is detected from the transition of the SOC of the multi-series battery, the SOC is discretized at a predetermined step size, the SOC range having a high stay probability is detected, and the SOC of the single battery is the SOC having the high stay probability. Equalization control is executed so as to equalize the SOC of the multi-series battery when it is within the range.
ここで、「高滞在確率SOC範囲内における多直列電池のSOCを均等化するように均等化制御を実行する」と述べたが、これは、電池制御コントローラが逐次求めたSOCが高滞在確率SOC範囲内に在るときのみに均等化制御を実行するという意味ではない。すなわち、求めたSOCが高滞在確率SOC範囲内において蓄電手段間のSOCばらつきを検知してこれを改善できる均等化の実行値を求め、高滞在確率SOC範囲内、若しくは高滞在確率SOC範囲外において前記均等化の実行値に基づき均等化制御を実行する。高滞在確率SOC範囲外においては多直列電池のSOCが均等とはならないものの、その後の運転によって前記高滞在確率SOC範囲内に入った場合には、多直列電池のSOCが均等化されるように均等化制御することを意味する。 Here, it is described that “equalization control is performed so as to equalize the SOC of the multi-series batteries within the high stay probability SOC range”. This is because the SOC sequentially obtained by the battery controller is the high stay probability SOC. It does not mean that the equalization control is executed only when it is within the range. That is, the obtained SOC detects an SOC variation between the power storage means within the high stay probability SOC range, and obtains an equalization execution value that can be improved, and within the high stay probability SOC range or outside the high stay probability SOC range Equalization control is executed based on the equalization execution value. The SOC of the multi-series battery is not equal outside the high stay probability SOC range, but the SOC of the multi-series battery is equalized when entering the high stay probability SOC range by subsequent operation. Means equalization control.
本発明の望ましい実施態様においては、求めたSOCが高滞在確率SOC範囲内に在り、しかも、多直列電池に出入りする電流が所定値以下になった場合に均等化の実行値を求め、高滞在確率SOC範囲内、若しくは高滞在確率SOC範囲外において前記均等化の実行値に基づいて均等化制御を実行する。もちろん、SOCが高滞在確率SOC範囲内に長く留まる用途では、SOCが高滞在確率SOC範囲内に在るときに前記均等化の実行値を求めと共に、前記高滞在確率SOC範囲内において均等化制御を実行することも可能である。 In a preferred embodiment of the present invention, when the obtained SOC is within the high stay probability SOC range, and the current flowing into and out of the multi-series battery becomes equal to or less than a predetermined value, an equalization execution value is obtained and the high stay is obtained. Equalization control is executed based on the equalization execution value within the probability SOC range or outside the high stay probability SOC range. Of course, in applications where the SOC stays in the high stay probability SOC range for a long time, when the SOC is within the high stay probability SOC range, the execution value of the equalization is obtained and equalization control is performed within the high stay probability SOC range. It is also possible to execute.
本発明の具体的な実施形態においては、単電池若しくは多直列電池のSOCを計算し、そのSOC推移から多直列電池のSOCの滞在時間を検出する。単電池若しくは多直列電池のSOC滞在時間として最も確率が高いSOC範囲(高滞在確率SOC範囲)において、多直列電池に出入りする電流が所定値以下になったとき、各単電池のSOCばらつき度合いを検出し、これを改善できるSOC均等化制御を実行する。 In a specific embodiment of the present invention, the SOC of a single battery or a multi-series battery is calculated, and the residence time of the SOC of the multi-series battery is detected from the SOC transition. In the SOC range (high residence probability SOC range) with the highest probability as the SOC stay time of a single battery or multi-series battery, when the current flowing into and out of the multi-series battery becomes a predetermined value or less, the SOC variation degree of each single battery is determined. SOC equalization control that can detect and improve this is executed.
本発明の望ましい実施態様によれば、多直列電池の使われ方に応じて、損失少なく、最も使用されるSOC範囲において、適切にSOC均等化制御を実現できる電池制御システムまたはその制御方法を提供できる。 According to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a battery control system or a control method thereof capable of appropriately realizing SOC equalization control within the most used SOC range with less loss depending on how a multi-series battery is used. it can.
図1に、本発明における電池システムの全体構成を示す。複数の単電池で構成されるバッテリモジュール101と、バッテリモジュール101に出入りする電流を検出する電流検出手段102と、1つ以上のバッテリモジュール101の両端子間の電圧を検出する電圧検出手段103と、少なくともバッテリモジュール101からの情報と電流検出手段102が検出した電流値と電圧検出手段103が検出した電圧値とに基づいて処理を行うバッテリコントローラ104と、1つ以上のバッテリモジュール101を接続若しくは切り離し可能なスイッチ手段105と、スイッチ手段105を介して1つ以上のバッテリモジュール101を並列接続したシステム全体を管理するバッテリシステムコントローラ106とで構成されている。バッテリシステムコントローラ106はバッテリコントローラ104を介して全てのバッテリモジュール101の情報を収集し、電池システムの外部へ情報を発信する。又、電池システム外部からの情報に基づくか、若しくはバッテリシステムコントローラ106自身が判断して、各バッテリコントローラ104に指令を発信することも可能である。
In FIG. 1, the whole structure of the battery system in this invention is shown. A battery module 101 composed of a plurality of single cells; a current detection means 102 for detecting a current flowing into and out of the battery module 101; and a voltage detection means 103 for detecting a voltage between both terminals of one or more battery modules 101; A
図2に、本発明におけるバッテリモジュール101の詳細構成と、バッテリコントローラ104との通信形態を示す。バッテリモジュール101は1つ以上の単電池201とモジュール制御回路202とで構成されている。尚、ここでは単電池201を2つ直列接続し、これに1つのモジュール制御回路202を設置することでバッテリモジュール101を構成している。前記バッテリモジュール101は更に直列接続して高電圧化し、この1つ以上のバッテリモジュール101全体をバッテリコントローラ104が管理する。
FIG. 2 shows a detailed configuration of the battery module 101 according to the present invention and a communication form with the
バッテリモジュール101に内蔵される単電池201は、電気を蓄え放電可能な蓄電デバイスである。鉛蓄電池、電気二重層キャパシタ、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などが代表的な例である。本実施例では単電池201を2つ直列接続しているが、更に直列数を増やして高電圧化しても良い。又、バッテリモジュール101単位の直列数も1つ以上であれば良く、高電圧化したい場合は所望の電圧が得られるまでバッテリモジュール101を直列接続することができる。 The unit cell 201 built in the battery module 101 is an electricity storage device that can store and discharge electricity. Lead-acid batteries, electric double layer capacitors, nickel metal hydride batteries, lithium ion batteries, etc. are representative examples. In this embodiment, two unit cells 201 are connected in series, but the number of series cells may be increased to increase the voltage. Also, the number of series of battery modules 101 may be one or more, and when it is desired to increase the voltage, the battery modules 101 can be connected in series until a desired voltage is obtained.
本実施例におけるバッテリコントローラ104と、モジュール制御回路202a及び202bとの通信形態について説明する。バッテリコントローラ104とモジュール制御回路202a及び202bとは、信号通信線によりループ状に接続されている。ここでは、モジュール制御回路202の受信信号通信線を203a、送信信号通信線を203bとして説明する。このループ接続は、デイジーチェーン接続あるいは数珠繋ぎ接続もしくは芋づる式接続と呼ぶ場合もある。本実施例では上記接続及び信号の送受信形態を採っているが、バッテリコントローラ104と1つ以上のモジュール制御回路202とを接続して信号の送受信を実現できれば、他の接続形態を採用することも可能である。
A communication mode between the
バッテリコントローラ104が送信した信号はモジュール制御回路202aに入力され、モジュール制御回路202aの出力はモジュール制御回路202bに入力され、最下位のモジュール制御回路202bの出力はバッテリコントローラ104へと伝送される。尚、バッテリコントローラ104とモジュール制御回路202との間は絶縁素子204を介して信号の送受信が行われており、モジュール制御回路202間においても絶縁素子204を介することで信号の送受信が行われる。尚、システムの構成に応じては前記絶縁素子204を削除することも可能である。更に、本実施例ではモジュール制御回路202に絶縁素子204を実装しているが、モジュール制御回路202とは異なる別の基板を設けることで絶縁素子204を設置しても良いものである。
The signal transmitted from the
図3を用いて、モジュール制御回路202の詳細を説明する。モジュール制御回路202は、1つの単電池201に対して並列接続される抵抗301と、集積回路302とを備える(絶縁素子204は省略)。集積回路302は、スイッチ303と単電池201の電圧を検出するための電圧検出回路304と集積回路302の全体を制御するための制御回路305と外部と信号の送受信を行う信号入出力回路306とで構成されている。
Details of the module control circuit 202 will be described with reference to FIG. The module control circuit 202 includes a
抵抗301とスイッチ303は、多直列接続された単電池201間のSOC若しくは電圧ばらつきを均等化するために使用される。単電池201の電圧を電圧検出回路304が検出し、この結果からSOC若しくは電圧が高いと判断された単電池201に該当するスイッチ303をオンにすることで、SOC若しくは電圧が高い単電池201が蓄えたエネルギーが抵抗301で消費される。結果として、複数単電池201間のSOC若しくは電圧を均等化することができる。複数単電池201間のSOC若しくは電圧均等化のための詳細な処理内容については後述する。
The
集積回路302にはそれぞれ固有のアドレスが設定されており、バッテリコントローラ104は、指令を出したい集積回路302のアドレスを含めた指令信号を発信することで、集積回路302毎に処理を行わせることができる。例えば、ある集積回路302が管理する単電池201のみ電圧を取得したい場合、バッテリコントローラ104が電圧取得対象となる単電池201を管理する集積回路302のアドレスを含めて電圧取得指令を発信する。こうすれば、前記アドレスを持つ集積回路302の単電池201の電圧取得結果が集積回路302間の通信線307を経由し、最終的には、モジュール制御回路202間を経由することで、バッテリコントローラ104に送信される。前述したスイッチ303の操作による単電池201の抵抗301を用いたエネルギー消費に関しても、同様の処理を行うことが可能である。バッテリコントローラ104は、SOC若しくは電圧が高いと判断した単電池201を管理する集積回路302のアドレスを含めた均等化指令信号を発信する。これにより、均等化対象となる単電池201を管理する集積回路302に内蔵されるスイッチ303のみをオン状態にすることができる。
A unique address is set for each integrated circuit 302, and the
本実施例では、1つの単電池201に対して1つの集積回路302を備える構成とし、これを基本単位として2つ設けることで、2つの単電池201を管理するモジュール制御回路202を構築する場合について述べた。本発明はこれに限定されず、複数の単電池201に対して一つの集積回路302を設けることも可能である。例えば、2つの単電池201に対して集積回路302を1つ備える構成とした場合、2つの単電池201を管理するモジュール制御回路202は集積回路302を1つ搭載することになる。複数の単電池201を1つの集積回路302で管理する場合は、集積回路302には管理する単電池201の数だけスイッチ303を内蔵させ、電圧検出回路304も管理する単電池201の数だけ内蔵させる。あるいは、電圧の検出対象とする単電池201を順次切り替えることで、1つの電圧検出回路304で全ての単電池201の電圧を検出する。モジュール制御回路202によって管理対象とする全ての単電池201の電圧を検出でき、単電池201の電圧若しくはSOCを個別に調整することで、SOC若しくは電圧を均等化できれば、集積回路302やモジュール制御回路202は如何なる構成であっても構わない。 In the present embodiment, a single integrated circuit 302 is provided for one unit cell 201, and two module units are provided as basic units to construct a module control circuit 202 that manages the two unit cells 201. Said. The present invention is not limited to this, and one integrated circuit 302 can be provided for a plurality of unit cells 201. For example, in the case of a configuration in which one integrated circuit 302 is provided for two unit cells 201, the module control circuit 202 that manages the two unit cells 201 is equipped with one integrated circuit 302. When a plurality of unit cells 201 are managed by a single integrated circuit 302, the integrated circuit 302 includes switches 303 as many as the number of unit cells 201 to be managed, and includes only the number of unit cells 201 that also manage the voltage detection circuit 304. Let Alternatively, the voltage of all the single cells 201 is detected by one voltage detection circuit 304 by sequentially switching the single cells 201 to be detected. If the voltage of all the cells 201 to be managed can be detected by the module control circuit 202 and the SOC or voltage can be equalized by individually adjusting the voltage or SOC of the cells 201, the integrated circuit 302 and the module control circuit 202 may have any configuration.
バッテリコントローラ104は、前記集積回路302をメインに構成されるモジュール制御回路202からの情報や、電流検出手段102が取得したバッテリモジュール101に出入りする電流値、電圧検出手段103が取得した1つ以上のバッテリモジュール101の電圧値に基づいて、単電池201若しくはバッテリモジュール101の状態検知を行う。単電池201若しくはバッテリモジュール101の状態とは、SOCやSOH、入出力可能な電流や電力、単電池201若しくはバッテリモジュール101の異常状態などである。以下に、バッテリコントローラ104が行うSOCの検出方法の詳細を説明する。
The
図4は、単電池201の等価回路を示す回路図である。図4において、401は起電力(OCV)、402は内部抵抗(R)、403はインピーダンス(Z)、404はキャパシタンス成分(C)である。インピーダンス403とキャパシタンス成分404の並列接続対と内部抵抗402、起電力401の直列接続で表されている。単電池201に電流Iを印加すると、単電池201の端子間電圧(CCV)は(式1)で表される。
FIG. 4 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the unit cell 201. In FIG. 4, 401 is an electromotive force (OCV), 402 is an internal resistance (R), 403 is an impedance (Z), and 404 is a capacitance component (C). This is represented by a series connection of a parallel connection pair of an
CCV=OCV+IR+Vp………………………………………(式1)
ここで、Vpは分極電圧であり、ZとCの並列接続対の電圧に相当する。
CCV = OCV + IR + Vp …………………………………… (Formula 1)
Here, Vp is a polarization voltage and corresponds to the voltage of a parallel connection pair of Z and C.
OCVはSOC(充電状態)の演算に用いられるが、単電池201が充放電されている状況では、OCVを直接測定することが不可能である。このため、(式2)の様にCCVからIRドロップとVpを差し引いてOCVが算出される。 The OCV is used for the calculation of the SOC (charged state), but it is impossible to directly measure the OCV when the unit cell 201 is charged / discharged. Therefore, the OCV is calculated by subtracting the IR drop and Vp from the CCV as shown in (Equation 2).
OCV=CCV−IR−Vp………………………………………(式2)
RとVpはバッテリコントローラに予め格納しておくか、リアルタイムに求める単電池201の特性情報である。単電池201のSOCや温度、SOHなどに応じて異なる値を持つため、SOCや温度、SOHなどに応じて前記特性情報をテーブル若しくは関数として実装すれば、精度の良いOCVを得ることができる。前記特性情報を温度に応じて使い分ける場合、単電池201の温度を検出するための温度検出手段が必要である(図示せず)。
OCV = CCV-IR-Vp …………………………………… (Formula 2)
R and Vp are characteristic information of the cell 201 stored in advance in the battery controller or obtained in real time. Since it has different values depending on the SOC, temperature, SOH, etc. of the unit cell 201, a highly accurate OCV can be obtained by mounting the characteristic information as a table or function according to the SOC, temperature, SOH, etc. When the characteristic information is properly used according to the temperature, a temperature detecting means for detecting the temperature of the unit cell 201 is required (not shown).
電流値Iは電流検出手段102、CCVは集積回路302内の電圧検出回路304で取得できる。CCVとIとRとVpを用いて(式2)でOCVが算出されると、図5に示すように、バッテリコントローラ104内に予め記憶しておいたOCVとSOCの関係を用いることによって、単電池201のSOC(SOCv)を検出することができる。
The current value I can be obtained by the current detection means 102, and the CCV can be obtained by the voltage detection circuit 304 in the integrated circuit 302. When the OCV is calculated by (Equation 2) using CCV, I, R, and Vp, as shown in FIG. 5, by using the relationship between the OCV and the SOC stored in advance in the
前述の等価回路を用いたSOC検出は単電池201について述べたが、バッテリモジュール101を対象とすることも可能である。この場合、集積回路302内の電圧検出回路304による単電池201毎の電圧取得結果の合計値、若しくは電圧検出手段103による電圧取得結果をCCVとして用いることになる。RやVp、OCVとSOCの関係などの特性情報は、バッテリモジュール101単位の値を用いる。又、前述した演算で用いるパラメータは、バッテリモジュール101を構成する単電池201の数で除算して平均化し、平均的な単電池201のSOCとして管理しても良いものである。 Although the SOC detection using the above-described equivalent circuit has been described for the single cell 201, the battery module 101 can also be targeted. In this case, the total value of the voltage acquisition results for each cell 201 by the voltage detection circuit 304 in the integrated circuit 302 or the voltage acquisition result by the voltage detection means 103 is used as the CCV. The characteristic information such as the relationship between R, Vp, OCV, and SOC uses values in units of battery modules 101. Further, the parameters used in the above-described calculation may be averaged by dividing by the number of unit cells 201 constituting the battery module 101 and managed as the average SOC of the unit cells 201.
前述した等価回路に基づくSOC(SOCv)に代えて、(式3)のSOCiを用いることもできる。ここで、SOC0は演算開始時のSOC、Iは電流検出手段102が検出した電流値、Qmaxは単電池201若しくはバッテリモジュール101の満充電時の容量である。 In place of the SOC (SOCv) based on the above-described equivalent circuit, the SOCi of (Equation 3) can also be used. Here, SOC0 is the SOC at the start of calculation, I is the current value detected by the current detection means 102, and Qmax is the capacity when the unit cell 201 or the battery module 101 is fully charged.
SOCi=SOC0+100×∫Idt/Qmax………………(式3)
更に、(式4)に示すように、(式2)を用いた等価回路に基づくSOCvと、(式3)を用いた電流積分に基づくSOCiとを以下の式で組合わせた結果をSOC最終値としても良い(Wは重み係数)。(式4)を用いる場合、(式3)のSOCiを求めるために使用するSOC0は、(式4)のSOCcの前回の演算結果を用いても良いものである。
SOCi = SOC0 + 100 × ∫Idt / Qmax (Equation 3)
Furthermore, as shown in (Equation 4), the SOC final result based on the equivalent circuit using (Equation 2) and the SOCi based on current integration using (Equation 3) are combined into the SOC final It is good also as a value (W is a weighting coefficient). When using (Equation 4), SOC0 used for obtaining SOCi in (Equation 3) may be the previous calculation result of SOCc in (Equation 4).
SOCc=W×SOCv+(1−W)×SOCi………………………(式4)
以上、バッテリコントローラ104が行う単電池201若しくはバッテリモジュール101のSOC検出方法について述べたが、単電池201若しくはバッテリモジュール101のSOCが検出できるのであれば、前述したSOC検出方法以外の方法を採用することもできる。更には、単電池201若しくはバッテリモジュール101を充放電していない状況下では、単純に単電池201若しくはバッテリモジュール101の電圧を検出した結果をOCVとして、図5のOCVとSOCとの関係から容易にSOCを得ることが可能である。
SOCc = W × SOCv + (1-W) × SOCi (Equation 4)
In the above, the SOC detection method of the unit cell 201 or the battery module 101 performed by the
図6の動作フローを用いて、バッテリコントローラ104が行うSOC均等化処理について説明する。バッテリコントローラ104は、各モジュール制御回路202に指令を発信し、モジュール制御回路202は取得した各単電池201の電圧をバッテリコントローラ104に送信する。バッテリコントローラ104は、図5の関係を用いて、取得した各単電池201の電圧をSOCに変換する(処理601)。前述したように、単電池201若しくはバッテリモジュール101を充放電していない状況下では、単純に単電池201若しくはバッテリモジュール101の電圧を検出した結果をOCVとできるため、ここでは電流が所定以下の条件で取得した単電池201の電圧を扱っている。
The SOC equalization processing performed by the
電流が所定以下となる条件は、バッテリモジュール101の使用前や使用後、若しくはスイッチ手段105がオープン状態の場合があげられる。スイッチ手段105を一部オープンにする場合は、オープン状態となっているバッテリコントローラ104のみが、管理対象とするバッテリモジュール101を構成する各単電池201の電圧をOCVとして扱いSOCに変換する。各バッテリモジュール101に出入りする電流が微弱であり、各電流検出手段102で検出した電流値が予め定めた閾値より小さい場合にバッテリモジュール101を構成する各単電池201の電圧をOCVとして扱いSOCに変換しても良い。
The condition for the current to be equal to or lower than the predetermined value is before or after using the battery module 101 or when the switch means 105 is in an open state. When the switch means 105 is partially opened, only the
続いて、バッテリコントローラ104は、取得した各単電池201のSOCから最低SOCを検出し、この最低SOCをSOC均等化の目標SOCとして決定する(処理602)。そして、バッテリコントローラ104は前記最低SOCを基準とした場合の、各単電池201の最低SOCとの外れ度合いを計算する。例えば、図2の単電池201bが最低SOCの場合、以下の式でその他の単電池201の最低SOCからの外れ度合い(ΔSOC)を計算する。単電池201bについては、同じものを引き算することになるため、最低SOCからの外れ度合いΔSOCは当然ながら、0になる。
Subsequently, the
単電池201aのΔSOC=単電池201aのSOC−単電池201bのSOC
単電池201cのΔSOC=単電池201cのSOC−単電池201bのSOC
単電池201dのΔSOC=単電池201dのSOC−単電池201bのSOC
バッテリコントローラ104は、モジュール制御回路202に実装される抵抗301によって各単電池201のΔSOCを消費させ、最低SOC(例では単電池201bのSOC)に合わせる制御を行う。言い換えると、バッテリコントローラ104は、単電池201と抵抗301とを並列に接続するためのスイッチ303を、ΔSOCを消費できる時間だけオン状態とする。
ΔSOC of
ΔSOC of
ΔSOC of
The
バッテリコントローラ104は、上記計算式により各単電池201のΔSOCを求め、ΔSOCを抵抗301におけるエネルギー消費で解消可能なスイッチ303のオン時間を求め、これを各単電池201におけるSOC均等化の実行値とする(処理603)。バッテリコントローラ104は、求めた各単電池201に対応するスイッチ303の必要オン時間が求まると、モジュール制御回路202に均等化指令を発信して各単電池201のSOCを単電池201bに合わせるSOC均等化の実行を開始する(処理604)。
The
図7に、バッテリコントローラ104が行うSOC均等化前と均等化後の各単電池201のSOCを示す。最低SOCである単電池201bのSOCに、他の単電池201のSOCを低下させることで均等化を実施している。これにより、単電池201間の自己放電の個体差、モジュール制御回路202の消費電流、暗電流の個体差などにより発生するSOCばらつきを改善し、複数の単電池201により構成されるバッテリモジュール101を最適に使用できる。前記スイッチ手段105をオープン若しくはバッテリモジュール101に出入りする電流が微弱であった最低SOCを中心に、単電池201のSOCは略均等となる。電圧検出回路304で単電池201の電圧を検出した結果には測定誤差が含まれるため、前述した単電池201の各SOCにもその分、SOC誤差として影響が現れる。結果として、前記スイッチ手段105をオープン若しくはバッテリモジュール101に出入りする電流が微弱であった際の最低SOCを中心に他の単電池201のSOCを完全に合わせると、電圧検出回路304の測定誤差分のSOC誤差内で単電池201の均等化を実現することができる。言い換えると、最低SOCを中心に真の単電池201のSOCは電圧検出回路304の測定誤差から生じるSOC誤差内に分布させることができる。若しくは単電池201間に発生させても寿命に個体差が生じさせない範囲のマージンを採用し、これを超える分だけSOCの均等化を実施することもできる。
FIG. 7 shows the SOC of each unit cell 201 before and after the SOC equalization performed by the
図8は、従来のSOC均等化制御の課題を説明するための図である。 FIG. 8 is a diagram for explaining a problem of conventional SOC equalization control.
先に述べた、SOCばらつき(ΔSOC)を検出してこれを改善するための均等化の実行値(スイッチ303のオン時間)を求めたSOCを、ここでは、「均等化判断SOC」と称する。この均等化判断SOCで求めた均等化の実行値に基づいた均等化制御の、比較結果を示している。 The SOC obtained by detecting the SOC variation (ΔSOC) and obtaining the equalization execution value (ON time of the switch 303) for improving the SOC variation is referred to herein as “equalization determination SOC”. The comparison result of equalization control based on the equalization execution value obtained by the equalization determination SOC is shown.
説明を簡単にするために、単電池201a(満充電容量小)と単電池201b(満充電容量大)を2直列接続した構成を用いた。又、均等化判断SOCが(a)高い、(b)中間、(c)低い場合の、定電流放電時における時間に応じたSOC変化を例に示した。
In order to simplify the explanation, a configuration in which two
図8(a)は、均等化判断SOCが80%の場合を例としている。即ち、SOCが80%のときに均等化実行値を求め、これに基づき均等化制御を実行している(SOC80%で図6の処理を実行)。均等化制御の結果、SOC80%で最もSOCが均等化されるものの、2つの単電池201間で存在する満充電容量の個体差のために、定電流放電でSOC80%から離れると、SOCばらつきが生じてしまう(満充電容量小はSOC変化が大、満充電容量大はSOC変化が小)。図8(b)や(c)においても同様に、均等化判断SOCでは両SOCが一致し、満充電容量の個体差のために、均等化判断SOCから離れるとSOCばらつきが生じる(両SOCが一致すると述べているが、実際は、前述した電圧検出回路304の測定誤差分のSOC誤差内で単電池201のSOCが分布するようになる)。
FIG. 8A shows an example in which the equalization determination SOC is 80%. That is, the equalization execution value is obtained when the SOC is 80%, and the equalization control is executed based on this value (the process of FIG. 6 is executed when the SOC is 80%). As a result of the equalization control, the SOC is equalized most at
例えば、図8(a)の時点T1のSOC付近で図6の処理を適用すると、単電池201bのSOC(点b)を単電池201aのSOC(点a)に一致させるための、均等化実行値が求められる。これに基づき均等化制御を行うと、単電池201bのSOCが低下して時点T1のSOC付近で単電池201aのSOCと一致し、これと共に、過去の均等化判断SOCであるSOC80%まで充電された場合は、両単電池201間でSOCばらつきが生じる(図8(c)と同様の結果)。更にSOC80%で均等化実行値を求めて均等化制御を行うと、再びSOC80%で両SOCが一致して時点T1のSOC付近においてSOCばらつきが生じる。均等化制御はSOCが高い単電池201のエネルギーを抵抗301で消費することで実現しているため、上記の均等化判断SOCの変更に伴う均等化制御が繰り返し行われると、エネルギーの損失が増大してしまう。
For example, when the processing of FIG. 6 is applied in the vicinity of the SOC at time T1 in FIG. 8A, equalization is performed to match the SOC (point b) of the
SOCの均等化制御を最適に実施するためには、SOC0〜100%の間において、如何なるSOC範囲で均等化判断を行い、SOC均等化を実行するかが重要となる。 In order to optimally perform the SOC equalization control, it is important to perform the SOC equalization in which SOC range between SOC0 to 100% and perform the SOC equalization.
そこで、本実施例におけるバッテリコントローラ104は、単電池201若しくはバッテリモジュール101のSOC推移を監視する機能を備える。単電池201若しくはバッテリモジュール101の使われ方に応じて均等化判断SOCを決定し、単電池201若しくはバッテリモジュール101の使われ方に応じて最適にSOC均等化を実行する。
Therefore, the
図9に、一例として、本発明におけるバッテリコントローラ104のSOC推移の監視方法の説明図を示す。バッテリコントローラ104は、バッテリモジュール101のSOC推移(図9の(a))を監視し、バッテリモジュール101の使われ方の特徴をSOC滞在時間として抽出する(図9(b))。具体的には、バッテリモジュール101のSOCを1%、5%、10%などと分解能を落として表現し、例えば、10%刻みとした場合はSOC40−50%の間や、SOC50−60%の間など、それぞれの範囲においてカウンタを設け、SOCがSOC40−50%の間に入って所定の時間が経過した場合はSOC40−50%用のカウンタをインクリメントする。又、充電に伴いSOCが増加し、SOC50−60%の範囲に入って所定の時間が経過した場合はSOC50−60%用のカウンタをインクリメントする。逆に、放電することでSOCが低下し、SOC30−40%の範囲にSOCが入った場合はSOC30−40%用のカウンタをインクリメントし、前述した時間に応じたSOC推移からのSOC滞在時間の抽出処理を繰り返し行う。10%刻み毎に設けたカウンタの値を用いることで、図9(b)に示すような、横軸SOCと縦軸SOC滞在時間としたヒストグラムを作成することができる。尚、SOC推移の監視で用いる刻みを前述では10%としたが、これは予め初期値として設定した均等化判断SOCの範囲幅と一致させておいても良いものである。例えば、バッテリコントローラ104に予め初期値として設定される均等化判断SOCが、40−60%や50−70%など、SOCの幅として20%の場合は前記SOC滞在時間の監視幅も自動的に20%とすることができる。若しくは、前記SOC推移の監視で用いる刻み幅は、SOC均等化を行った後に前記刻み幅分だけSOCが変化した場合に発生する単電池201の満充電容量の個体差分のSOCばらつき度合いから決定することができる。更には、前記刻み幅分だけSOCがばらついた場合の、単電池201の寿命への影響なども考慮して決定すると良い。電池システムとして許容される単電池201のSOCばらつき度合いに基づいて決定することも可能である。その他、電圧検出回路304の電圧測定精度、これに基づくSOC検出精度なども、前記刻み幅を決定する際に考慮に入れると良い。前述ではヒストグラムの作成を例にしたが、確率分布を計算する方法を採用することもできる。
As an example, FIG. 9 shows an explanatory diagram of a method for monitoring the SOC transition of the
前述ではバッテリモジュール101のSOC推移の監視方法について述べたが、単電池201毎に逐次SOCを演算して更新している場合は、前述した処理を単電池201毎に実行し、単電池201毎に図9の使われ方の特徴を抽出しても良い。最終的には、単電池201毎に作成したSOC範囲に応じた滞在時間を、全単電池201分で合計することで最終的な使われ方の特徴とする。 In the above description, the method for monitoring the SOC transition of the battery module 101 has been described. However, when the SOC is sequentially calculated and updated for each unit cell 201, the above-described processing is performed for each unit cell 201, and each unit cell 201 is processed. 9 may be used to extract the features of how it is used. Eventually, it is a feature of the final usage by totaling the stay time corresponding to the SOC range created for each unit cell 201 for all unit cells 201 minutes.
バッテリコントローラ104は、前述した方法によって作成した各SOC範囲におけるSOC滞在時間のヒストグラムを確認し、単電池201若しくはバッテリモジュール101の最も滞在したSOC(長期滞在SOC)を、均等化判断SOCとして決定する。図9(b)では、均等化判断SOCは、70−80%にある。
The
尚、前述したSOC滞在時間を現すヒストグラムに対して、単電池201の特性によって決定されるSOCに応じた劣化の影響を反映することも可能である。例えば、SOCが高いと劣化が加速する場合では、各SOC範囲に応じて劣化の影響を示す重みパラメータを用意し、前記重みパラメータはSOCが高くなるに従って大きな値を持つ。前述した各SOC範囲毎の時間と、各SOC範囲毎に用意した劣化の影響を示す重み値とを乗算した結果から、最も大きくなった値を均等化判断SOCとすることもできる。図9(c)では、この重みによって、均等化判断SOCが80−90%に移動している。 In addition, it is also possible to reflect the influence of deterioration according to the SOC determined by the characteristics of the unit cell 201 on the above-described histogram showing the SOC stay time. For example, when the deterioration is accelerated when the SOC is high, a weight parameter indicating the influence of the deterioration is prepared according to each SOC range, and the weight parameter has a larger value as the SOC becomes higher. From the result obtained by multiplying the time for each SOC range described above by the weight value indicating the influence of deterioration prepared for each SOC range, the largest value can be used as the equalization determination SOC. In FIG. 9C, the equalization determination SOC is moved to 80-90% by this weight.
前述したSOC範囲毎の劣化を考慮した重み係数は、単電池201若しくはバッテリモジュール101の保存試験やサイクル試験結果などを参照して決定すれば良い。 The weighting factor considering the deterioration for each SOC range described above may be determined with reference to a storage test or a cycle test result of the unit cell 201 or the battery module 101.
尚、図10に示すように、SOC滞在時間を現すヒストグラムにピークが2つ存在する場合は、劣化に影響する方のSOCを採用する。例えば、SOCが高いと劣化が加速する場合は単純にSOCが高い方を均等化判断SOCとする。若しくは、前述した劣化を考慮したSOCに応じた重み係数を乗算した結果から均等化判断SOCを決定しても良い。 In addition, as shown in FIG. 10, when two peaks exist in the histogram showing the SOC stay time, the SOC that affects the deterioration is adopted. For example, when deterioration is accelerated when SOC is high, the higher SOC is simply set as the equalization determination SOC. Alternatively, the equalization determination SOC may be determined from the result obtained by multiplying the weight coefficient corresponding to the SOC in consideration of the above-described deterioration.
以上のバッテリコントローラ104の処理によって、単電池201若しくはバッテリモジュール101の最長滞在SOC、更には劣化の影響を考慮したパラメータを反映したSOCを均等化判断SOCとし、この均等化判断SOCの状態にあるときに、各単電池201のSOCが一致するように、SOC均等化の実行値を求めて均等化制御を実行する。
Through the above-described processing of the
前述した均等化判断SOCを決定する前のバッテリコントローラ104には、均等化判断SOCの初期値が予め設定されておいても良いものである。前述した処理によって均等化判断SOCの決定が行われると、均等化判断SOCの初期値を上書きし、新たな均等化判断SOCが採用され、SOC均等化制御に用いられる。例えば、均等化判断SOCがある低い値に初期設定され、前述した処理によってそれよりも高い均等化判断SOCが求められた場合は、前記高い均等化判断SOCが上書きされ、以降、前記高い値の均等化判断SOCが用いられる。同様に、初期設定される高い均等化判断SOCも、前述した処理によって低い均等化判断SOCが得られた場合は、低い均等化判断SOCで上書きされて、それ以降、上書きされた低い均等化判断SOCが用いられる。
The initial value of the equalization determination SOC may be set in advance in the
本実施例によれば、バッテリモジュール101を構成する複数単電池201を、図9(b)に例示する70−80%の最長滞在SOC、更には、劣化の影響を考慮したパラメータを反映して修正を加えた図9(c)に例示する80−90%の均等化制御SOCにおいて、最もSOCばらつきを低減させるSOC均等化制御を実現できる。このため、バッテリモジュール101使用中における複数単電池201間の劣化のばらつきをも低減させることができる。 According to the present embodiment, the plurality of single cells 201 constituting the battery module 101 are reflected by the 70-80% longest stay SOC illustrated in FIG. In the 80-90% equalization control SOC illustrated in FIG. 9C with correction, it is possible to realize the SOC equalization control that most reduces the SOC variation. For this reason, variation in deterioration among the plurality of single cells 201 during use of the battery module 101 can also be reduced.
結果として、バッテリモジュール101の使い方に応じて最適に均等化判断SOCを決定し、バッテリモジュール101の使い方に応じたSOC均等化制御を実現することができる。 As a result, it is possible to determine the equalization determination SOC optimally according to the usage of the battery module 101 and to realize the SOC equalization control according to the usage of the battery module 101.
図11は、本発明の望ましい実施例1によるSOC均等化制御の処理フローである。 FIG. 11 is a processing flow of SOC equalization control according to the first preferred embodiment of the present invention.
前述したように、単電池201若しくはバッテリモジュール101のSOCが均等化判断SOCに入った場合にSOC均等化の実行値を求め、これに基づきSOC均等化制御を実行する。この実施例1によるSOC均等化制御の処理をまとめたバッテリコントローラ104のSOC均等化の処理内容を、図11を用いて説明する。
As described above, when the SOC of the unit cell 201 or the battery module 101 enters the equalization determination SOC, an execution value of the SOC equalization is obtained, and the SOC equalization control is executed based on this. The contents of the SOC equalization processing of the
バッテリコントローラ104は、前述した処理により、単電池201若しくはバッテリモジュール101のSOC推移を監視し、最長期滞在SOC、若しくは、最長期滞在SOCに劣化パラメータを反映して修正した結果を「均等化判断SOC」として決定する。そして、それ以降の単電池201若しくはバッテリモジュール101のSOCを監視し、単電池201若しくはバッテリモジュール101のSOCが均等化判断SOCになった場合は次のステップに進む(処理1101)。
The
ここで、均等化判断SOCになったか否かの判定方法としては、例えば、SOC40−50%の範囲で最長のSOC滞在時間がカウントされ、均等化判断SOCが40−50%SOCとなった場合は、バッテリモジュール101のSOCが、40―50%の範囲内にあるときに、均等化判断SOCの状態にあると判定する。均等化判断SOCになったと判定する方法は前記には限定されず、例えば、SOC40−50%の範囲で最長SOC滞在時間がカウントされた場合は、バッテリモジュール101のSOC範囲の外側に5%マージンを加えて、35−55%の範囲内を「均等化判断SOC」と決定するなどの調整をしても良く、逆に、判定できる範囲内で40−50%よりも内側に判定閾値を設けても良い。 Here, as a determination method of whether or not the equalization determination SOC is reached, for example, when the longest SOC stay time is counted in the range of SOC 40-50%, and the equalization determination SOC becomes 40-50% SOC Determines that the battery module 101 is in the state of equalization determination SOC when the SOC of the battery module 101 is in the range of 40-50%. The method of determining that the equalization determination SOC has been reached is not limited to the above. For example, when the longest SOC stay time is counted in the range of SOC 40-50%, a 5% margin outside the SOC range of the battery module 101 In addition, an adjustment such as determining the “equalization determination SOC” within the 35-55% range may be made, and conversely, a determination threshold value is provided inside 40-50% within the determinable range. May be.
また、各単電池201のSOCにバラツキがあるので、そのうちの最低SOCが均等化判断SOCになったときや、平均SOCが均等化判断SOCになったときに均等化判断SOCの状態にあると判定しても良い。均等化判断SOCとなっている単電池201の数が、所定の閾値以上の場合のときを、均等化判断SOCの状態にあると判定する方法も採用できる。 Further, since the SOC of each unit cell 201 varies, it is assumed that the state of the equalization determination SOC is in the state when the minimum SOC of them becomes the equalization determination SOC or when the average SOC becomes the equalization determination SOC. You may judge. A method of determining that the state of the equalization determination SOC is in a state where the number of the unit cells 201 having the equalization determination SOC is equal to or greater than a predetermined threshold can also be adopted.
バッテリコントローラ104は、単電池201若しくはバッテリモジュール101のSOCが均等化判断SOCとなっており、バッテリモジュール101に出入りする電流が所定値以下の場合、バッテリモジュール101を構成する各単電池201の電圧はOCVとみなせると判断し、SOC均等化を行う処理を開始するために次のステップに進む(処理1102)。
In the
バッテリコントローラ104は各単電池201の電圧を取得し、前述したように各電圧をSOCへと変換する(処理1103)。その後に、最低SOCを検出して目標SOCとし、各単電池201のSOCを最低SOCまで低減できるだけの均等化実行値(スイッチ303のオンによる放電時間)を算出し(処理1104)、算出した均等化実行値に基づき、SOC均等化制御を実行する。
The
尚、前述した均等化判断SOCを決めるためのSOC滞在時間のカウントは、所定の時間までと上限時間を設定して行い、定められた時間が経過した場合は全てクリアして再度カウントを開始して均等化判断SOCを決定し直しても良い。若しくは、古いカウント情報を削除しながら新しいカウント情報を順次追加していく方法で均等化判断SOCを更新する方法でも実施可能である。又、バッテリコントローラ104の動作中に均等化判断SOCを求めて更新しても良い。さらに、バッテリコントローラ104の動作中に均等化判断SOCを求め、バッテリコントローラ104の電源が切られた場合に前記均等化判断SOCをバッテリコントローラ104に実装しているメモリか、若しくは外部のメモリに記録し、次回バッテリコントローラ104起動時に、前記記録した均等化判断SOCをメモリから読み出して均等化判断SOCを更新する方法も採用可能である。
In addition, the count of the SOC stay time for determining the equalization judgment SOC described above is performed by setting up to a predetermined time and an upper limit time, and when the predetermined time has passed, it is cleared and starts counting again. The equalization determination SOC may be determined again. Alternatively, a method of updating the equalization determination SOC by sequentially adding new count information while deleting old count information is also possible. Further, the equalization determination SOC may be obtained and updated during the operation of the
バッテリコントローラ104は、均等化判断SOCにおいて、単電池201のΔSOCを検出して均等化実行値(スイッチ303のオン時間)を求め、これに基づくSOC均等化を実行する。しかし、バッテリコントローラ104が動作してからの時間、SOC均等化を実行してから所定時間が経過した場合、若しくは均等化が終了してから所定時間が経過した場合は、再度、均等化判断SOCにおいて各単電池201のΔSOCを検出し、均等化の実行値を求め直して均等化を実行しても良い。若しくは、定期的に均等化判断SOCで各単電池201のSOCを監視し、均等化実行値を求め直す方法も採用することができる。又、均等化判断SOCの状態となり、バッテリモジュール101に出入りする電流が所定値以下となった場合は、毎回、各単電池201のΔSOCを検出して均等化の実行値を求め直すことも可能である。均等化判断SOCでのΔSOCを複数蓄えて平均化することで、均等化判断SOCにおける統計的なΔSOCの特徴を抽出する方法を採用しても良い。このようにすることで、バッテリモジュール101を長期的に使用する場合に、時間と共に新たに発生するSOCばらつきに逐次対応でき、常に、均等化判断SOCにおいて、各単電池201のSOCを一致させるSOC均等化制御を実現できる。
In the equalization determination SOC, the
図12は、本実施例におけるバッテリコントローラ104を用いた場合の時間の経過に応じたSOC変化の様子を示す。ここでは説明を簡略化するために、単電池201a(満充電容量小)と単電池201b(満充電容量大)の2つを直列接続した場合を示した。図12では、まず、2つの単電池201は低SOCの状態で所定の時間(T0−T1)滞在している。2つの単電池201のSOCは、低SOCを均等化判断SOCとして均等化済みとする。その後、T1−T2間において、直列接続された2つの単電池201が充電されて高SOC状態となり、容量の個体差により単電池201bと比較して単電池201aの方がより大きいSOC値まで到達する場合を例に挙げた。
FIG. 12 shows how the SOC changes over time when the
バッテリコントローラ104は、SOC推移を監視し、前述した処理で高SOCでの滞在が長いことを時点T3で検知し、すなわち、最長滞在SOCがそれまでよりも高いSOC範囲になったとすると、均等化判断SOCを高SOCへと変更する。そして、高SOCにて複数の単電池201中の最低SOCを検出し、これを目標として前述の通り均等化実行値を求め、高SOCでのSOC均等化制御を開始する。
The
このように、SOC推移の特徴を、SOCの滞在時間として抽出することで、バッテリモジュール101の使われ方に応じたSOC均等化を実施できる。 Thus, by extracting the characteristics of the SOC transition as the stay time of the SOC, it is possible to perform the SOC equalization according to how the battery module 101 is used.
以上より、本実施例では、バッテリコントローラ104が行うバッテリモジュール101のSOC推移の監視結果に基づいた均等化判断SOCの決定、並びにSOC均等化制御により、バッテリモジュール101の使用方法に応じたSOC均等化制御を、バッテリモジュール101の使用中に決定することができる。最長滞在SOCまたは、最長滞在SOCに劣化の影響が大きい条件を考慮した修正を加えて均等化判断SOCを決定し、この均等化判断SOC付近で各単電池201のSOCを均等化させることができる。このため、複数の単電池201で構成されるバッテリモジュール101を最適に使用できるようになり、バッテリモジュール101使用中における各単電池201の劣化のばらつき発生をも軽減することができる。結果として、単電池201の特性とバッテリモジュール101の使われ方に柔軟に対応できるバッテリコントローラ104を備えた電池制御システムを提供することができる。
As described above, in this embodiment, the SOC equalization according to the usage method of the battery module 101 is determined by the determination of the equalization determination SOC based on the monitoring result of the SOC transition of the battery module 101 performed by the
本実施例では、実施例1に記載のバッテリコントローラ104の処理に変更を加える。本実施例では、単電池201の特性としてSOCが高いと劣化の速度が進む、若しくはバッテリモジュール101の使い方として満充電まで充電される機会があるなど、高SOCでのSOC均等化が最も望ましい場合について述べる。
In the present embodiment, the process of the
図13は、本発明の実施例2におけるバッテリコントローラの動作フローチャートである。本実施例におけるバッテリコントローラ104は、まず、バッテリモジュール101に出入りする電流を監視し、所定以下の電流の場合は次のステップに進む(処理1301)。電流が所定以下の場合は、バッテリモジュール101を構成する各単電池201の電圧はOCVとみなすことができ、図5の関係により容易に電圧からSOCを得ることができる。続いて、バッテリコントローラ104は、以前にSOC均等化を実行した際の均等化判断SOCと、今回の所定値以下の電流における単電池201若しくはバッテリモジュール101のSOCとを比較する(処理1302)。その結果、前回の均等化判断SOCよりも今回の所定値以下の電流時の単電池201若しくはバッテリモジュール101のSOCの方が高い場合は、優先度が高いと判断して、各単電池201の電圧をSOCに変換する(処理1303)。そして、バッテリモジュール101を構成する複数の単電池201中の最低SOCを検出する。次に、前述した最低SOCを基準とした各単電池201におけるSOC均等化の実行値を求め、過去の低い値の均等化判断SOCで決定した均等化実行値を上書きする処理を行い(処理1304)、新たな均等化実行値に基づいてSOC均等化を開始する。
FIG. 13 is an operation flowchart of the battery controller according to the second embodiment of the present invention. First, the
なお、前回の均等化判断SOCよりも今回の所定値以下の電流時の単電池201若しくはバッテリモジュール101のSOCの方が高い場合に、過去の低い値の均等化判断SOCで決定した均等化実行値を上書きする、つまり、逆に言うと、前回の均等化判断SOCよりも今回の所定値以下の電流時の単電池201若しくはバッテリモジュール101のSOCの方が低い場合には、過去の高い値の均等化判断SOCで決定した均等化実行値を残すということである。この理由は、図14の説明の最後尾で明らかとなる。 If the SOC of the unit cell 201 or the battery module 101 at the current equal to or lower than the current predetermined value is higher than the previous equalization determination SOC, the equalization execution determined by the previous low value equalization determination SOC is performed. Overwrite the value, that is, conversely, if the SOC of the unit cell 201 or the battery module 101 at the time of the current equal to or less than the current predetermined value is lower than the previous equalization determination SOC, the past high value This means that the equalization execution value determined by the equalization determination SOC is left. This reason becomes clear at the end of the description of FIG.
図14は、本実施例におけるバッテリコントローラ104の処理に基づいた、時間に応じたSOCの変化を示す。ここでは説明を簡略化するために、単電池201a(満充電容量小)と単電池201b(満充電容量大)の2つを直列接続した場合を示した。図14では、まず、時刻T0−T1の間、2つの単電池201は低SOCの状態で滞在している。2つの単電池201のSOCは、低SOCを均等化判断SOCとして均等化済みと仮定する。その後、時刻T1−T2の間に、直列接続された2つの単電池201が充電されて中SOC状態となり、容量の個体差により単電池201bと比較して単電池201aの方がより大きいSOC値まで上昇する場合を例に挙げた。バッテリコントローラ104は、電流が所定以下であり、且つ、以前の均等化判断SOCよりも現在のSOCが高いことを検知する。すると、今回は優先度が高いと判断して、各単電池201の電圧をSOCに変換し、前述したSOCの均等化実行値を算出し、前回の均等化判断SOCにおいて求めた均等化実行値を上書きする。即ち、図14中では均等化判断SOCを中SOCとして、SOC均等化を行う(時刻T2−T3)。
FIG. 14 shows a change in SOC according to time based on the processing of the
図14では、時刻T3−T4間において再び充電が行われ、更に中SOCから高SOCへと充電状態が変化する。バッテリコントローラ104は、同様に、電流が所定値以下であり、且つ、以前の均等化判断SOCよりも現在のSOCが高いことを検知すると優先度が高いと判断して各単電池201の電圧をSOCに変換し、前述したSOCの均等化実行値を算出し、前回(中SOC)の均等化判断SOCにおいて求めた均等化実行値を上書きする。即ち、今度は均等化判断SOCを高SOCとして、SOC均等化を実行する(時刻T4−T5)。
In FIG. 14, charging is performed again between times T3 and T4, and the state of charge changes from medium SOC to high SOC. Similarly, when the
図14では、時刻T5−T6において、今度は放電が行われ、SOCが高SOCから中SOCへと低下する。本実施例におけるバッテリコントローラ104は、電流が所定値以下ではあるが、以前の均等化判断SOCよりも現在のSOCは低いことを確認するので、前述したように、均等化実行値を求めて前回(高SOC)の均等化実行値を上書きする処理は実行しない。中SOCの滞在期間(時刻T6−T7)においても、高SOCで検知した各単電池201のΔSOCを解消する前回の均等化実行値に基づいて、SOC均等化の処理を継続する。このために、図13の説明中に述べた、前回の均等化判断SOCよりも今回の所定値以下の電流時の単電池201若しくはバッテリモジュール101のSOCの方が低い場合には、過去の高い値の均等化判断SOCで決定した均等化実行値を残しているのである。
In FIG. 14, at time T5-T6, discharging is performed this time, and the SOC decreases from the high SOC to the middle SOC. The
すなわち、均等化判断SOCである高SOC範囲となったときに均等化できるように、中SOCの期間(時刻T6−T7)では各単電池201のΔSOCの増大を容認するような均等化制御を実行する。 That is, equalization control is performed so as to allow an increase in ΔSOC of each unit cell 201 during the middle SOC period (time T6-T7) so that equalization can be performed when the high SOC range that is the equalization determination SOC is reached. Execute.
図14では、時刻T7−T8の期間において再び充電が行われ、SOCが中SOCから高SOCへと再びSOCが上昇している。このとき、中SOCの滞在期間においても高SOCになったときに均等化させる実行値でSOC均等化を継続したため、今回の再度の充電で高SOC範囲へと上昇したときには、2つの単電池201のSOCを一致させることができる。 In FIG. 14, charging is performed again in the period of time T7 to T8, and the SOC is increased again from the middle SOC to the high SOC. At this time, since the SOC equalization is continued with the execution value that is equalized when the high SOC is reached even during the stay period of the middle SOC, the two unit cells 201 when the battery is increased to the high SOC range by the current recharging. The SOCs can be matched.
本実施例では、極力、高SOCにおけるSOC均等化が望ましい用途において、バッテリモジュール101の使われ方を監視し、使われ方に応じた高SOCでのSOC均等化を実行できる。 In the present embodiment, in an application where SOC equalization at high SOC is desired, it is possible to monitor how the battery module 101 is used and perform SOC equalization at high SOC according to the usage.
尚、前述では均等化判断SOCをバッテリコントローラ104の動作中に更新しながら均等化実行値を求め直している。しかし、バッテリコントローラ104の動作中は、SOC推移を監視して、より高いSOCへの到達を検知した場合は、これを均等化判断SOCとし、バッテリコントローラ104の電源が切られると、前記均等化判断SOCをメモリに格納するようにしてもよい。そして、次回に、バッテリコントローラ104の電源が入った場合に、前記均等化判断SOCをメモリより読み出し使用する方法も採用できる。いずれの場合においても、バッテリモジュール101の使われ方に柔軟に対応できるバッテリコントローラ104を備えた電池制御システムを提供することができる。
In the above description, the equalization execution value is recalculated while updating the equalization determination SOC while the
次に、本発明による実施例3について説明する。 Next, a third embodiment according to the present invention will be described.
本実施例では、実施例1又は実施例2に記載したバッテリコントローラ104の動作に変更を加えている。本実施例では、単電池201の特性として、SOCが高いと劣化の速度が進む、若しくはバッテリモジュール101の使い方として、満充電まで充電される機会があるなど、高SOCでのSOC均等化が最も望ましい場合について述べる。
In the present embodiment, the operation of the
本実施例におけるバッテリコントローラ104は、予め、高SOC範囲に、均等化判断SOCを設定するものとする。例えば、SOC70−80%、SOC80−90%の範囲などである。そして、バッテリコントローラ104は、単電池201若しくはバッテリモジュール101のSOCが、上記均等化判断SOCの範囲に入り、且つ、バッテリモジュール101に出入りする電流が所定値以下を検知した場合は、図5の関係を用いることで、複数の単電池201の電圧をSOCへと変換する。そして、前述した通り、複数の単電池201のSOCの中で最低SOCを検出し、各単電池201毎にΔSOCを検出し、各単電池201毎に均等化実行値を求める。前記均等化実行値を用いたSOC均等化制御により、高SOCでバッテリモジュール101を構成する各単電池201のSOCを一致させることができる。
It is assumed that the
本実施例におけるバッテリコントローラ104は、前述した高SOCでの均等化判断を前提としているため、単電池201若しくはバッテリモジュール101のSOCが予め設定した前記均等化判断SOCに到達しないと、いつまでもSOC均等化の実行値を求めることができない。結果として、バッテリモジュール101を構成する各単電池201のSOC均等化が実施できない可能性がある。若しくは、前記均等化判断SOCまで到達しても、バッテリモジュール101に出入りする電流が所定値以下にならない場合でも、いつまでもSOC均等化を実施できない恐れがある。
Since the
そこで、本実施例におけるバッテリコントローラ104は、予め設定された均等化判断SOCを変更する機能を有する。
Therefore, the
図15に、本実施例におけるバッテリコントローラ104の、一部の機能である均等化判断SOCの変更についての動作内容を説明するためのフローチャートを示す。本実施例では、まず、前述したように、予め均等化判断SOCが高SOC範囲に設定されている(処理1501)。そして、単電池201若しくはバッテリモジュール101のSOCが予め設定された高SOC範囲の均等化判断SOCにあり、且つ、バッテリモジュール101に出入りする電流が所定以下の場合は、前述したように、均等化実行値を求めてこれに基づき高SOCを基準としたSOC均等化を実施する。これは、図11と同様の処理フローによって実行される。
FIG. 15 is a flowchart for explaining the operation content of the
しかし、単電池201若しくはバッテリモジュール101のSOCが前記均等化判断SOCに入らない場合、若しくは前記均等化判断SOCに入ってもバッテリモジュール101に出入りする電流が所定以下にならない(処理1502)場合など、均等化実行値を求めることができない状態が所定時間以上経過した場合は(処理1503)、バッテリコントローラ104は、前記予め設定した均等化判断SOC範囲を低い値に変更する(処理1504)。
However, when the SOC of the unit cell 201 or the battery module 101 does not enter the equalization determination SOC, or when the current flowing into and out of the battery module 101 does not fall below a predetermined value even after entering the equalization determination SOC (processing 1502), etc. If the equalization execution value cannot be obtained for a predetermined time or longer (process 1503), the
均等化判断SOC範囲を低い値に変更する方法としては、均等化判断SOC範囲の上下限SOCを10%低くし、図15の処理1502から処理を行い、均等化できない状態から所定時間以上経過するかを再度監視する方法が挙げられる。再び所定時間以上、SOC均等化の実行値を求めることができない状態が生じた場合は、再び均等化判断SOC範囲を10%低くする。
As a method of changing the equalization determination SOC range to a low value, the upper and lower limit SOCs of the equalization determination SOC range are lowered by 10%, the processing is performed from the
前述では、均等化判断SOC範囲を10%ずつ低下させたが、1%や5%など、均等化判断SOC範囲を変更する際のSOC低下量は任意に設定することができる。若しくは、実施例1に記載したように、SOCの滞在時間をカウントし、これに基づき均等化判断SOC範囲を決定することも可能である。更には、図16で示すように、均等化判断SOC範囲のうち、下限SOCだけを前述した方法で任意に低下させる方法でもバッテリモジュール101のSOC均等化を実現することが可能である。 In the above description, the equalization determination SOC range is decreased by 10%. However, the SOC decrease amount when changing the equalization determination SOC range, such as 1% or 5%, can be arbitrarily set. Alternatively, as described in the first embodiment, it is also possible to count the staying time of the SOC and determine the equalization determination SOC range based on this. Further, as shown in FIG. 16, it is possible to realize the SOC equalization of the battery module 101 by a method of arbitrarily lowering only the lower limit SOC in the equalization determination SOC range by the method described above.
また、図15において、電流は所定値以下である(処理1502)が、均等化判断SOCよりも高いSOCである場合(処理1505)には、バッテリコントローラ104は、前記予め設定した均等化判断SOC範囲を、例えば10%高い値に変更する(処理1506)。その後、同一ルートでの判断により、再び、均等化判断SOCよりも高いSOCである場合(処理1505)には、均等化判断SOC範囲を、再び、10%高い値に変更する(処理1506)。均等化判断SOCを高い値に変更する方法は、前述した低く変更する方法に倣って実行可能である。若しくは、前述した高いSOCとなる機会は再び来得ると判断し、前述した高いSOCが含まれるまで均等化判断SOC範囲を一気に高くする方法でも良い。更には、図13のように、以前の均等化判断時よりもSOCが高いと判断し、均等化実行値を上書きする方法を採用することもできる。
In FIG. 15, when the current is equal to or lower than the predetermined value (process 1502) but higher than the equalization determination SOC (process 1505), the
図17を用いて、本実施例におけるバッテリコントローラ104の処理に基づいた、SOC均等化の効果を説明する。ここでは説明を簡略化するために、単電池201a(満充電容量小)と単電池201b(満充電容量大)の2つを直列接続した場合を示した。本実施例のバッテリコントローラ104は、予め高い範囲に均等化判断SOC範囲が設定されており、2つの単電池201のSOCは高SOC範囲で均等化済みとし、2つの単電池201は、時点T0−T1の間、高SOCの状態で滞在している。
The effect of the SOC equalization based on the process of the
時点T1−T2の間において、バッテリモジュール101が放電されてSOCが低下し、時点T2以降の低SOCへの滞在が、時点T3において所定時間以上が経過、即ち、SOC均等化の実行値を求めることができない状態が所定時間以上経過したことを検知した場合は、バッテリコントローラ104は、均等化判断SOCの上限SOCと下限SOC、若しくは下限SOCのみを前述した任意の幅で低く変更する。若しくは、実施例1記載のように、SOC滞在時間のカウント値を活用して、均等化判断SOCを再設定する。これにより、バッテリモジュール101の使われ方が想定外となった場合でも、SOC均等化を実施することが可能となる。
Between time points T1 and T2, the battery module 101 is discharged and the SOC decreases, and the stay in the low SOC after time point T2 has passed a predetermined time or more at time point T3, that is, an execution value of SOC equalization is obtained. When it is detected that a predetermined time or more has passed, the
図17では、単電池201若しくはバッテリモジュール101のSOCが予め設定した均等化判断SOC範囲に入らない場合を例に述べたが、前述した通り、単電池201若しくはバッテリモジュール101のSOCが均等化判断SOC範囲に入ったものの、バッテリモジュール101に出入りする電流が所定値以下にならずにSOC均等化を実施できない場合でも、前述した均等化判断SOC範囲の変更を行うことで、バッテリモジュール101を構成する各単電池201のSOC均等化を実施する。 In FIG. 17, the case where the SOC of the unit cell 201 or the battery module 101 does not fall within the preset equalization determination SOC range is described as an example. However, as described above, the SOC of the unit cell 201 or the battery module 101 is equalization determination. Even if the SOC is in the SOC range but the current flowing into and out of the battery module 101 does not fall below the predetermined value and the SOC equalization cannot be performed, the battery module 101 is configured by changing the above-described equalization determination SOC range. SOC equalization of each unit cell 201 to be performed is performed.
本実施例では、予め設定された均等化判断SOC範囲ではSOC均等化の機会が得られない場合でも、柔軟に均等化判断SOC範囲を変更できる。 In the present embodiment, the equalization determination SOC range can be flexibly changed even when the equalization determination SOC range set in advance does not provide an opportunity for SOC equalization.
尚、前述では予め均等化判断SOC範囲を高く設定し、均等化が実施できない場合は均等化判断SOC範囲を低く変更したが、これと全く逆の動作を採用することも可能である。即ち、予め均等化判断SOC範囲を低く設定し、均等化が実施できない場合は均等化判断SOC範囲を高く変更する。 In the above description, the equalization determination SOC range is set high in advance, and when equalization cannot be performed, the equalization determination SOC range is changed to a low value. However, an operation opposite to this can be adopted. That is, the equalization determination SOC range is set low in advance, and if equalization cannot be performed, the equalization determination SOC range is changed to a higher value.
本実施例におけるバッテリコントローラ104を用いることによって、予め設定された均等化判断SOC範囲を、バッテリモジュール101の使われ方に応じて変更することができる。尚、前述では、均等化判断SOCをバッテリコントローラ104の動作中に更新しているが、前記求めた均等化判断SOCは、バッテリコントローラ104の電源が切られた場合にメモリに格納し、バッテリコントローラ104の電源が入った場合は、前記求めた均等化判断SOCをメモリより読み出して使用する方法も採用できる。
By using the
本実施例のバッテリコントローラ104を適用することで、バッテリモジュール101の使われ方に応じて柔軟にSOC均等化を実施可能な電池制御システムを実現することができる。
By applying the
本実施例では、本発明の図1の電池システムを、風力発電若しくは太陽光発電の安定化用電源として用いた場合を説明する。風力発電若しくは太陽光発電において、足りない電力は電池システムが蓄えたエネルギーでまかない、余剰分は電池システムに蓄えるなど行い、電池システムは、風力発電若しくは太陽光発電からの電力を安定化させる。 In this embodiment, the case where the battery system of FIG. 1 of the present invention is used as a power source for stabilizing wind power generation or solar power generation will be described. In wind power generation or solar power generation, insufficient power is covered by energy stored in the battery system, and surplus power is stored in the battery system, and the battery system stabilizes power from wind power generation or solar power generation.
図18は、本実施例における処理内容のイメージを示す。 FIG. 18 shows an image of processing contents in the present embodiment.
本実施例のバッテリコントローラ104は、例えば、1ヶ月単位で実施例1に記載した長期滞在SOCを検出する。
The
図18(a)は、バッテリモジュール101の一年間のSOC推移のイメージである。風は、時期によって強い季節と弱い季節がある。又、外気温や日照なども天候や季節によって変動する。このため、風力発電や太陽光発電における安定化用電源として電池システムを用いると、電池システムのSOC推移も季節などによって変化する可能性がある。 FIG. 18A is an image of the SOC transition of the battery module 101 for one year. There are strong and weak winds depending on the season. In addition, the outside temperature and sunshine vary depending on the weather and season. For this reason, when a battery system is used as a stabilizing power source in wind power generation or solar power generation, the SOC transition of the battery system may change depending on the season.
バッテリコントローラ104には、電池システムの運用開始がX年とすると、初期値として月単位に初期均等化判断SOCがX1〜X12として設定されている。初期値とするX1〜X12は、例えば、SOC50%を中心に±5%など、あらゆる用途に対してSOCを均等化しても、ほぼ支障がないSOC範囲が選ばれる。若しくは、風力発電や太陽光発電を設置する場所における過去のデータが存在する場合は、前記過去のデータに基づきX1〜X12を設定する方法も採用できる。安定化電源として電池システムの運用が開始されると、月単位で実施例1の図9のように長期滞在SOCを検出する。若しくは、所定の刻み幅で分割したSOC範囲毎のSOC滞在時間に劣化パラメータを乗算して最も大きくなったSOC範囲を求める。バッテリコントローラ104が各月で長期滞在SOC若しくはSOC滞在時間に劣化パラメータを乗算して得られたSOC範囲を求めると、その月の終わりに随時、若しくはその年の終わりに全ての月のデータを一括に上書きする。
In the
翌年のY年におけるバッテリコントローラ104の処理内容を説明する。バッテリコントローラ104は、Y年においては昨年のX年における月毎の長期滞在SOC若しくはSOC範囲毎のSOC滞在時間に劣化パラメータを乗算して最も大きくなったSOC範囲によって、月毎にSOC均等化制御を行う。これにより、月毎に最適にSOC均等化が実施できる。更に、X年と同様に、Y年においても長期滞在SOC若しくはSOC範囲毎のSOC滞在時間に劣化パラメータを乗算して最も大きくなったSOC範囲を月毎に検出し、これらをY1〜Y12として保存する。翌年のZ年では、昨年であるY年の長期滞在SOC若しくはSOC範囲毎のSOC滞在時間に劣化パラメータを乗算して最も大きくなったSOC範囲を月毎の均等化判断SOCとして用いる。若しくは、月毎にX年とY年の長期滞在SOC若しくはSOC範囲毎のSOC滞在時間に劣化パラメータを乗算して最も大きくなったSOC範囲の平均値を求め、これを月毎の均等化判断SOCとする。X年とY年の平均値を用いた方が、年単位の個体差を吸収し、安定したSOC均等化が実現できる。更に、年を重ねるにつれて長期滞在SOC若しくはSOC範囲毎のSOC滞在時間に劣化パラメータを乗算して最も大きくなったSOC範囲のサンプル数が増えるため、より安定したSOC均等化が実現できるようになる。
The processing contents of the
以上のように、風力発電若しくは太陽光発電の安定化用として電池システムを用いた場合に、季節などによってSOC推移が変化する用途に対しても、その時期に応じた最適なSOC均等化を実現することができる。 As described above, when using a battery system for stabilizing wind power generation or solar power generation, the optimal SOC equalization according to the time is realized even for applications where the SOC transition changes depending on the season can do.
本実施例のバッテリコントローラ104は、電池システム停止中でも定期的に自身を起動する起動回路(図示せず)を備える。これまでの実施例では電池システム運用中のSOC推移を監視したが、本実施例では、電池システムの運用中よりも停止中の方が期間が長い場合に焦点を当てる。
The
本実施例では、電池システムの停止中に、バッテリコントローラ104が定期的に起動し、単電池201若しくはバッテリモジュール101のSOCを検知する。そして、実施例1の図9のように、電池システム停止中におけるSOC範囲毎のSOC滞在時間を計測し、最長期滞在SOC若しくはSOC範囲毎のSOC滞在時間に劣化パラメータを乗算して最も大きくなったSOC範囲を検出する。そして、バッテリコントローラ104は、電池システムの停止中若しくは電池システムの稼動中に、前記検出した電池システム停止中の最長期滞在SOC若しくはSOC範囲毎のSOC滞在時間に劣化パラメータを乗算して最も大きくなったSOC範囲において、バッテリモジュール101を構成する単電池201のSOCばらつきを検出する。そして、前記検出したSOCばらつきに基づいて前述したSOCの均等化を実行する。電池システム停止期間が長い用途に対して、電池システム停止中における最長期滞在SOC若しくはSOC範囲毎のSOC滞在時間に劣化パラメータを乗算して最も大きくなったSOC範囲でSOC均等化を実現すれば、バッテリモジュール101を構成する単電池201の保存劣化の影響による個体差発生を軽減できる。
In this embodiment, the
尚、実施例1から5では、バッテリモジュール101を構成する各単電池201のうち、最低SOCに合わせるSOC均等化を例に挙げたが、本発明はこれに限定されることはない。各単電池201のSOCのうち、平均SOCや、最高SOCと最低SOCとの中間SOCに合わせる、若しくはSOCに換算せずに電圧値に基づいて均等化の処理を行うことも可能である。 In the first to fifth embodiments, the SOC equalization that matches the lowest SOC among the single cells 201 constituting the battery module 101 is taken as an example. However, the present invention is not limited to this. It is also possible to perform equalization processing based on the voltage value without matching to the average SOC or the intermediate SOC between the highest SOC and the lowest SOC among the SOCs of the individual cells 201.
又、実施例1から5では抵抗301とスイッチ303とを用いて、高いSOCを持つ単電池201のエネルギーを消費することによってSOCを低下させ、SOC均等化を実現した。本発明はこれに限定されることはなく、高いSOCを持つ単電池201のエネルギーを、低いSOCを持つ単電池201に移すことでSOC均等化を実現しても良い。
Further, in the first to fifth embodiments, the
本発明のSOC均等化方法は、バッテリモジュール101の使われ方に柔軟に対応することができる。電気を蓄え放電可能な蓄電デバイスで構成される蓄電システムに、幅広く適用可能である。長期的にバッテリモジュール101を使用する場合は、前述した実施形態のSOC均等化方法を、1つ以上組合せて所定の時間が経過するたびに定期的に行うことで、バッテリモジュール101を構成する各単電池201のSOCを所定の範囲に分布させ続けることができる。 The SOC equalization method of the present invention can flexibly cope with how the battery module 101 is used. The present invention can be widely applied to power storage systems including power storage devices that can store and discharge electricity. When the battery module 101 is used for a long time, each of the components constituting the battery module 101 is performed by performing one or more of the SOC equalization methods of the above-described embodiments and periodically performing a predetermined time each time. The SOC of the unit cells 201 can be continuously distributed in a predetermined range.
なお、以上説明した各実施形態と変形例の一つ、もしくは複数を組み合わせることも可能である。変形例をどのように組み合わせることも可能である。 In addition, it is also possible to combine each embodiment described above and one or a plurality of modifications. Any combination of the modified examples is possible.
以上の説明はあくまで一例であり、本発明は上記実施例の構成に何ら限定されるものではない。 The above description is merely an example, and the present invention is not limited to the configuration of the above embodiment.
101…バッテリモジュール、102…電流検出手段、103…電圧検出手段、104…バッテリコントローラ、105…スイッチ手段、106…バッテリシステムコントローラ、201…単電池、202…モジュール制御回路、301…抵抗、302…集積回路、303…スイッチ、304…電圧検出回路、305…制御回路、306…信号入出力回路、401…起電力、402…内部抵抗、403…インピーダンス、404…キャパシタンス成分。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Battery module, 102 ... Current detection means, 103 ... Voltage detection means, 104 ... Battery controller, 105 ... Switch means, 106 ... Battery system controller, 201 ... Single cell, 202 ... Module control circuit, 301 ... Resistance, 302 ... Integrated circuit 303 ... Switch 304 ... Voltage detection circuit 305 ... Control circuit 306 ... Signal input /
Claims (15)
単電池の各々の残存容量(SOC)を均等化する方向に、単電池毎のSOCを調整するSOC調整回路と、
前記電圧検出回路が検出した単電池の各々の電圧に基づきSOCばらつきを検出して、前記SOC調整回路に調整指令を発信する制御回路を備える電池制御システムにおいて、
前記制御回路は、
前記SOCを所定の刻み幅で離散化し、
前記離散化したSOC範囲の中から、単電池若しくは多直列電池のSOCの滞在確率が高いSOC範囲を検出し、
前記単電池若しくは多直列電池のSOCが前記滞在確率が高いSOC範囲内にあるときに単電池の各々のSOCを均等化させる調整指令を、前記滞在確率が高いSOC範囲内若しくは範囲外において、前記SOC調整回路へ発信する
ことを特徴とする電池制御システム。 A voltage detection circuit for detecting the voltage of each of the cells connected in series;
An SOC adjustment circuit for adjusting the SOC of each unit cell in a direction to equalize the remaining capacity (SOC) of each unit cell;
In a battery control system comprising a control circuit that detects an SOC variation based on each voltage of the single cells detected by the voltage detection circuit and transmits an adjustment command to the SOC adjustment circuit.
The control circuit includes:
Discretizing the SOC at a predetermined step size;
From the discretized SOC range, an SOC range having a high probability of staying in the SOC of the single battery or the multi-series battery is detected,
When the SOC of the single battery or the multi-series battery is within the SOC range where the stay probability is high, the adjustment command for equalizing each SOC of the single battery is within the SOC range where the stay probability is high or outside the range. A battery control system for transmitting to an SOC adjustment circuit.
単電池の各々のSOCが略均等になるように、単電池毎にSOCを調整可能なSOC調整回路と、
前記電圧検出回路が検出した単電池の各々の電圧に基づきSOCばらつき度合いを検出して、前記SOCばらつき度合いから前記SOC調整回路に調整指令を発信する制御回路を備える電池制御システムにおいて、
前記制御回路は、
前記SOCを所定の刻み幅で離散化し、
前記離散化したSOC範囲毎に、SOCが滞在する確率分布を計算し、
前記確率分布から、単電池若しくは多直列電池のSOCの滞在確率が高いSOC範囲を検出し、
前記単電池若しくは多直列電池のSOCが前記滞在確率が高いSOCの範囲内にあるときに単電池の各々のSOCを均等化させる調整指令を、前記滞在確率が高いSOC範囲内若しくは範囲外において、前記SOC調整回路へ発信する
ことを特徴とする電池制御システム。 A voltage detection circuit for detecting the voltage of each of the cells connected in series;
An SOC adjustment circuit capable of adjusting the SOC for each unit cell so that the SOC of each unit cell is substantially equal;
In a battery control system comprising a control circuit that detects the SOC variation degree based on each voltage of the single cells detected by the voltage detection circuit and transmits an adjustment command to the SOC adjustment circuit from the SOC variation degree.
The control circuit includes:
Discretizing the SOC at a predetermined step size;
For each of the discretized SOC ranges, calculate a probability distribution that the SOC stays,
From the probability distribution, an SOC range where the stay probability of the SOC of the single battery or the multi-series battery is high is detected,
When the SOC of the unit cell or the multi-series cell is within the SOC range where the stay probability is high, an adjustment command for equalizing each SOC of the unit cell is within the SOC range where the stay probability is high or outside the range. A battery control system for transmitting to the SOC adjustment circuit.
前記制御回路は、単電池若しくは多直列電池のSOCが現在のSOC調整範囲外にあり、単電池若しくは多直列電池のSOCが、前記現在のSOC調整範囲に滞在した時間(図12のT0−T1)を越えて、他のSOC範囲に滞在した(T2−T3)とき、前記SOC調整範囲を、前記現在のSOC調整範囲(図12の低SOC)から前記他のSOC範囲(図12の高SOC)に変更することを特徴とする電池制御システム。 In any one of Claims 1-7,
In the control circuit, the SOC of the single battery or the multi-series battery is outside the current SOC adjustment range, and the time when the SOC of the single battery or the multi-series battery stays in the current SOC adjustment range (T0-T1 in FIG. 12). ) And stays in another SOC range (T2-T3), the SOC adjustment range is changed from the current SOC adjustment range (low SOC in FIG. 12) to the other SOC range (high SOC in FIG. 12). The battery control system is characterized by being changed to
前記制御回路は、単電池若しくは多直列電池の現在のSOCがSOC調整範囲外では、各単電池間のSOCに差(ばらつき)を持たせ、後に前記高滞在確率SOCに入ったとき、各単電池間のSOCを均等化するように均等化制御することを特徴とする電池制御システム。 In any one of Claims 1-8,
When the current SOC of the single cell or the multi-series battery is outside the SOC adjustment range, the control circuit gives a difference (variation) in the SOC between the single cells, and when the high residence probability SOC is subsequently entered, A battery control system that performs equalization control so as to equalize SOC between batteries.
前記制御回路は、現在のSOC調整範囲が高く設定されており、単電池若しくは多直列電池のSOCが現在のSOC調整範囲外に所定の時間を越えて滞在した場合に(図17のT2−T3)、前記SOC調整範囲を低い値に変更することを特徴とする電池制御システム。 In any one of Claims 1-9,
The control circuit is set so that the current SOC adjustment range is set high, and the SOC of the single battery or the multi-series battery stays outside the current SOC adjustment range for a predetermined time (T2-T3 in FIG. 17). ), And changing the SOC adjustment range to a low value.
前記制御回路は、多直列電池に出入りする電流が所定値以下であり、かつ、単電池若しくは多直列電池のSOCが前記SOC調整範囲より高い場合に、前記SOC調整範囲を高い値に変更することを特徴とする電池制御システム。 In claim 10,
The control circuit changes the SOC adjustment range to a high value when the current flowing into and out of the multi-series battery is below a predetermined value and the SOC of the single battery or the multi-series battery is higher than the SOC adjustment range. A battery control system characterized by.
前記制御回路は、単電池の各々の電圧からSOCばらつき度合いを検出して前記SOC調整回路に調整指令を発信するためのSOC調整範囲を決定し、前記決定されたSOC調整範囲は制御回路の電源が切られた場合に記憶手段に記録し、制御回路が再起動された場合に、前記記録したSOC調整範囲を読出し、前記読出したSOC調整範囲に基づいて単電池の各々のSOCを均等化させる調整指令を前記SOC調整回路へ発信することを特徴とする電池制御システム。 In claim 1,
The control circuit detects an SOC variation degree from each voltage of the unit cell to determine an SOC adjustment range for transmitting an adjustment command to the SOC adjustment circuit, and the determined SOC adjustment range is a power supply of the control circuit Is recorded in the storage means, and when the control circuit is restarted, the recorded SOC adjustment range is read, and each SOC of the unit cells is equalized based on the read SOC adjustment range A battery control system for transmitting an adjustment command to the SOC adjustment circuit.
単電池の各々の残存容量(SOC)を均等化する方向に、単電池毎のSOCを調整するSOC調整ステップと、
前記電圧検出ステップにて検出した単電池の各々の電圧に基づきSOCばらつきを検出して、前記SOC調整ステップの起動指令を発信する制御ステップを備える電池制御システムの制御方法において、
前記SOCを所定の刻み幅で離散化する離散化ステップと、
前記離散化したSOC範囲の中から、単電池若しくは多直列電池のSOCの滞在確率が高いSOC範囲を検出する高滞在確率SOC範囲検出ステップと、
前記単電池若しくは多直列電池のSOCが前記高滞在確率SOC範囲内にあるときに単電池の各々のSOCを均等化させる調整指令を、前記高滞在確率SOC範囲内若しくは範囲外において、前記SOC調整ステップの起動指令を発信するステップ
を備えたことを特徴とする電池制御システムの制御方法。 A voltage detection step of detecting the voltage of each of the cells connected in series;
An SOC adjustment step of adjusting the SOC of each unit cell in a direction to equalize the remaining capacity (SOC) of each unit cell;
In a control method of a battery control system comprising a control step of detecting an SOC variation based on each voltage of the single cells detected in the voltage detection step and transmitting an activation command for the SOC adjustment step.
A discretization step for discretizing the SOC at a predetermined step size;
A high stay probability SOC range detecting step for detecting an SOC range having a high SOC stay probability of a single battery or a multi-series battery from the discretized SOC range;
When the SOC of the single battery or the multi-series battery is within the high stay probability SOC range, an adjustment command for equalizing each SOC of the single battery is performed within the high stay probability SOC range or out of the range. A control method for a battery control system, comprising a step of transmitting a step start command.
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