JP2013005678A - Apparatus and method for controlling cell balance - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の電池セル間のバランスを図るセルバランス制御装置およびセルバランス制御方法に関する。 The present invention relates to a cell balance control device and a cell balance control method for balancing a plurality of battery cells.
複数の充電可能な電池セルを直列に接続して高電圧の電池を実現する技術が実用化されてきている。この種の電池は、近年では、例えば、電気自動車またはエンジンとモータを併用するハイブリッド車への実装において注目されている。 A technique for realizing a high voltage battery by connecting a plurality of rechargeable battery cells in series has been put into practical use. In recent years, this type of battery has attracted attention in mounting on, for example, an electric vehicle or a hybrid vehicle using an engine and a motor together.
ところが、多数の電池セルを直列に接続した状態で充電を行うと、各電池セルの出力電圧が不均等になることがある。すなわち、複数の電池セル間でアンバランスが生じることがある。そして、電池セル間のアンバランスは、一部の電池セルの劣化を促進させるおそれがあり、また、電池全体として効率の低下を引き起こすことがある。なお、電池セル間のアンバランスは、各セルの製造ばらつきや、経年劣化等により生じ得る。 However, when charging is performed in a state where a large number of battery cells are connected in series, the output voltage of each battery cell may become uneven. That is, imbalance may occur between the plurality of battery cells. And the unbalance between battery cells may accelerate the deterioration of some battery cells, and may cause a decrease in efficiency of the entire battery. Note that the imbalance between the battery cells may be caused by manufacturing variation of each cell, aging deterioration, or the like.
電池セル間のアンバランスを抑制する技術の1つとして、バランス回路を備える電池モジュールがある(例えば、特許文献1参照)。すなわち、特許文献1に記載の電池モジュールは、充電回路、電池保護回路、セルバランス回路を備える。充電回路は、セル群を直列に充電する。電池保護回路は、各セルの電圧を検出して過充電及び過放電を防止する機能を備える。そして、バランス回路は、所定電圧以上のセルを放電させる。
As one of techniques for suppressing unbalance between battery cells, there is a battery module including a balance circuit (see, for example, Patent Document 1). That is, the battery module described in
ところで、電池を使用(充電、放電を含む)する際には、一般に、温度の上昇が抑制されることが好ましい。このため、電池の温度の上昇を抑制するための技術が提案されている。 By the way, when using a battery (including charging and discharging), it is generally preferable to suppress an increase in temperature. For this reason, a technique for suppressing an increase in battery temperature has been proposed.
例えば、二次電池の温度が予め設定された温度値以上になったときに、その二次電池から負荷への放電回路を遮断する機能を有する電池電源装置がある(例えば、特許文献2参照)。また、関連する技術として、電池パックの電池温度が充電可能温度範囲となるように制御すると共に、電池パックの電池温度がその充電可能温度範囲にある場合、その充電可能温度範囲の温度に従って段階的に充電電流を供給する機能を有する充電装置がある(例えば、特許文献3参照)。
For example, there is a battery power supply device having a function of shutting off a discharge circuit from the secondary battery to the load when the temperature of the secondary battery becomes equal to or higher than a preset temperature value (see, for example, Patent Document 2). . In addition, as a related technique, the battery temperature of the battery pack is controlled so as to be in the chargeable temperature range, and when the battery temperature of the battery pack is in the chargeable temperature range, stepwise according to the temperature of the chargeable temperature range. There is a charging device having a function of supplying a charging current to the battery (see
上述のように、電池セル間のアンバランスを抑制するセルバランス回路は提案されている。また、電池の温度上昇を抑制する技術も提案されている。
しかしながら、従来技術のセルバランス回路は、電池の温度を制御するシステムと連携して動作するものではなかった。このため、セルバランス回路が動作することによって、かえって電池の温度が上昇してしまうおそれがあった。
As described above, a cell balance circuit that suppresses unbalance between battery cells has been proposed. In addition, a technique for suppressing the temperature rise of the battery has been proposed.
However, the cell balance circuit of the prior art does not operate in cooperation with a system that controls the temperature of the battery. For this reason, there is a possibility that the temperature of the battery will rise due to the operation of the cell balance circuit.
本発明の課題は、電池の温度を考慮しながら複数の電池セルの電圧のバランスを図ることができる装置および方法を提供することである。 The subject of this invention is providing the apparatus and method which can aim at the balance of the voltage of several battery cells, considering the temperature of a battery.
本発明に係るセルバランス制御装置は、電池内で直列に接続された充電可能な複数の電池セルを制御するために、各電池セルの電圧を検出する電圧検出手段と、前記電池の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段により検出される電池温度に基づいて閾値電圧を決定する閾値決定手段と、前記複数の電池セルの中の前記閾値電圧よりも高い電圧を有する電池セルから、前記複数の電池セルの中の前記閾値電圧よりも低い電圧を有する電池セルへ、電流を流すセルバランス回路とを備える。 A cell balance control device according to the present invention detects a voltage of each battery cell, and detects a temperature of the battery in order to control a plurality of rechargeable battery cells connected in series within the battery. A temperature detecting means, a threshold determining means for determining a threshold voltage based on a battery temperature detected by the temperature detecting means, and a battery cell having a voltage higher than the threshold voltage among the plurality of battery cells, A cell balance circuit for passing a current to a battery cell having a voltage lower than the threshold voltage among the plurality of battery cells.
これにより、電池の温度に応じて、電池セルの電圧をバランスさせるための電流を制御することができる。従って、例えば、電池の温度が高いときに電池セル間を流れる電流量を少なくする制御を行えば、電池の温度上昇を抑制することができる。 Thereby, according to the temperature of a battery, the electric current for balancing the voltage of a battery cell is controllable. Therefore, for example, if control is performed to reduce the amount of current flowing between battery cells when the temperature of the battery is high, an increase in battery temperature can be suppressed.
前記閾値決定手段は、前記電池温度が第1の温度範囲内であるときは、前記閾値電圧として第1の電圧値を出力し、前記電池温度が第1の温度範囲よりも高い第2の温度範囲内であるときは、前記閾値電圧として前記第1の電圧値よりも低い第2の電圧値を出力してもよい。 The threshold value determination means outputs a first voltage value as the threshold voltage when the battery temperature is within a first temperature range, and a second temperature at which the battery temperature is higher than the first temperature range. When it is within the range, a second voltage value lower than the first voltage value may be output as the threshold voltage.
これにより、簡単な構成または処理で閾値電圧を決定することができる。
また、前記閾値決定手段は、前記電池温度が高くなるほど前記閾値電圧として低い電圧値を出力してもよい。
Thus, the threshold voltage can be determined with a simple configuration or process.
Further, the threshold value determining means may output a lower voltage value as the threshold voltage as the battery temperature becomes higher.
これにより、電池温度に応じて柔軟に閾値電圧を決定することができる。 Thereby, the threshold voltage can be determined flexibly according to the battery temperature.
本発明によれば、電池の温度を考慮しながら複数の電池セルの電圧のバランスを図るので、温度上昇が抑制される。 According to the present invention, the voltage of the plurality of battery cells is balanced while taking into consideration the temperature of the battery, so that the temperature rise is suppressed.
図1は、本発明の1つの実施形態のセルバランス制御装置の機能ブロック図である。実施形態のセルバランス制御装置1は、電池10内の電池セル11−1〜11−nの電圧を制御することにより、電池セル11−1〜11−n間の電圧のアンバランスを抑制する。
FIG. 1 is a functional block diagram of a cell balance control apparatus according to one embodiment of the present invention. The cell
電池10は、複数の充電可能な電池セル11−1〜11−nを有する。電池セル11−1〜11−nは、互いに電気的に直列に接続されている。直列に接続される電池セルの個数nは、例えば数10〜数100であり、電池10は、大きな直流電圧を出力することができる。なお、電池10は、特に限定されるものではないが、例えば、電気自動車またはエンジンとモータを併用するハイブリッド車やフォークリフトなどに実装される。
The
セルバランス制御装置1は、電池監視部2と、セルバランス部5と、電池温度調整部6と、電池ECU7とを備える。電池監視部2は、電池10または電池セル11−1〜11−nの状態を監視する。ここで、電池監視部2は、温度検出手段としての温度センサ3および電圧検出手段としての電圧センサ4を備える。温度センサ3は、電池10または各電池セル11−1〜11−nの温度を検出する。電圧センサ4は、各電池セル11−1〜11−nの電圧を検出する。
The cell
セルバランス部5は、電池ECU7からセルバランス制御を実行する旨の指示を受け取ると、電池セル11−1〜11−n間で電流を流すことにより、電池セル11−1〜11−n間の電圧のアンバランスを抑制する。このとき、セルバランス部5は、電池監視部2による検出結果に応じてセルバランス制御を行う。具体的には、セルバランス部5は、温度センサ3により検出される電池10または各電池セル11−1〜11−nの温度、および電圧センサ4により検出される各電池セル11−1〜11−nの電圧に基づいて、電池セル11−1〜11−n間の電圧のアンバランスを抑制する。
When the cell balance unit 5 receives an instruction to execute cell balance control from the battery ECU 7, the cell balance unit 5 causes a current to flow between the battery cells 11-1 to 11-n, thereby causing the battery cells 11-1 to 11-n to pass. Suppresses voltage imbalance. At this time, the cell balance unit 5 performs cell balance control according to the detection result by the
電池温度調整部6は、電池ECU7からの制御に従って、電池10または各電池セル11−1〜11−nの温度を、所定の温度範囲内に調整する。このとき、電池温度調整部6は、温度センサ3の出力を利用する。
The battery
電池ECU7は、電池監視部2、セルバランス部5、電池温度調整部6の動作を制御する。例えば、電池ECU7は、定期的に、セルバランス部5に対してセルバランス制御の実行を指示する。また、電池ECU7は、電池温度調整部6に対して保持すべき温度範囲を指定する。なお、電池ECU7は、例えば、プロセッサおよびメモリを含む構成により実現される。
The battery ECU 7 controls operations of the
セルバランス部5は、コントローラ5aおよびセルバランス回路5bを備える。コントローラ5aは、温度センサ3および電圧センサ4の出力を取得すると共に、取得したセンサ情報を利用してセルバランス回路5bを制御する。コントローラ5aは、例えば、プロセッサおよびメモリを含むようにしてもよい。この場合、メモリに格納されているセルバランス制御プログラムをプロセッサが実行することで、セルバランス制御が実現される。或いは、コントローラ5aは、ハードウェア回路(ASIC、FPGAなど)で実現してもよい。そして、セルバランス回路5bは、コントローラ5aの制御に従って、電池セル11−1〜11−nの電圧を制御する。
The cell balance unit 5 includes a controller 5a and a cell balance circuit 5b. The controller 5a acquires the outputs of the
図2は、電池監視部2およびセルバランス回路5bの実施例を示す図である。なお、図2に示す電池セル11−1〜11−nは、図1を参照しながら説明したように、電池10の中に設けられている。
FIG. 2 is a diagram illustrating an embodiment of the
電池監視部2は、上述のように、温度センサ3および電圧センサ4を備える。そして、この実施例では、温度センサ3は、温度センサ3−1〜3−nを有する。また、電圧センサ4は、電圧センサ4−1〜4−nを有する。
The
温度センサ3−1〜3−nは、それぞれ電池セル11−1〜11−nの近傍に設けられている。そして、温度センサ3−1〜3−nは、それぞれ電池セル11−1〜11−nの温度Tdet(1)〜Tdet(n)を検出する。 The temperature sensors 3-1 to 3-n are provided in the vicinity of the battery cells 11-1 to 11-n, respectively. The temperature sensors 3-1 to 3-n detect the temperatures Tdet (1) to Tdet (n) of the battery cells 11-1 to 11-n, respectively.
電圧センサ4−1〜4−nは、それぞれ電池セル11−1〜11−nの正極端子および負極端子に接続されている。そして、電圧センサ4−1〜4−nは、それぞれ電池セル11−1〜11−nの出力電圧det(1)〜Vdet(n)を検出する。 The voltage sensors 4-1 to 4-n are connected to the positive terminal and the negative terminal of the battery cells 11-1 to 11-n, respectively. The voltage sensors 4-1 to 4-n detect the output voltages det (1) to Vdet (n) of the battery cells 11-1 to 11-n, respectively.
セルバランス回路5bは、各電池セル11−1〜11−nに対して、それぞれ、1つのトランスTおよび4つのスイッチSWを備える。例えば、電池セル11−1に対しては、トランスT1およびスイッチSW−1a、SW−1b、SW−1c、SW−1dが設けられている。電池セル11−2に対しては、トランスT2およびスイッチSW−2a、SW−2b、SW−2c、SW−2dが設けられている。他の電池セル11−3〜11−nについても同様である。 The cell balance circuit 5b includes one transformer T and four switches SW for each of the battery cells 11-1 to 11-n. For example, a transformer T1 and switches SW-1a, SW-1b, SW-1c, and SW-1d are provided for the battery cell 11-1. A transformer T2 and switches SW-2a, SW-2b, SW-2c, and SW-2d are provided for the battery cell 11-2. The same applies to the other battery cells 11-3 to 11-n.
トランスT1の第1コイルの第1端子は、スイッチSW−1aを介して電池セル11−1の正極端子に電気的に接続されている。トランスT1の第1コイルの第2端子は、スイッチSW−1bを介して電池セル11−1の負極端子に電気的に接続されている。トランスT1の第2コイルの第1の端子にはスイッチSW−1cが電気的に接続され、トランスT1の第2コイルの第2の端子にはスイッチSW−1dが電気的に接続されている。他のトランスT2〜Tnについても同様の構成が設けられている。なお、第1コイルは、1次コイルまたは2次コイルの一方であり、第2コイルは、1次コイルまたは2次コイルの他方である。 The first terminal of the first coil of the transformer T1 is electrically connected to the positive terminal of the battery cell 11-1 via the switch SW-1a. The second terminal of the first coil of the transformer T1 is electrically connected to the negative terminal of the battery cell 11-1 via the switch SW-1b. The switch SW-1c is electrically connected to the first terminal of the second coil of the transformer T1, and the switch SW-1d is electrically connected to the second terminal of the second coil of the transformer T1. The same configuration is provided for the other transformers T2 to Tn. The first coil is one of a primary coil and a secondary coil, and the second coil is the other of the primary coil and the secondary coil.
各スイッチSW−1c、SW−2c、SW−3c、...、SW−ncは、互いに電気的に接続されている。また、各スイッチSW−1d、SW−2d、SW−3d、...、SW−ndは、互いに電気的に接続されている。各スイッチSWは、それぞれ、コントローラ5aが生成するスイッチ制御信号により制御される。 Each switch SW-1c, SW-2c, SW-3c,. . . , SW-nc are electrically connected to each other. Each switch SW-1d, SW-2d, SW-3d,. . . , SW-nd are electrically connected to each other. Each switch SW is controlled by a switch control signal generated by the controller 5a.
上記構成において、セルバランス部5は、コントローラ5aがセルバランス回路5b内の対応するスイッチSWを制御することにより、任意の電池セルから他の任意の電池セルへ電流を流すことが出来る。例えば、電池セル11−1から電池セル11−2へ電流を流す場合には、コントローラ5aは、スイッチSW−1a〜SW−1d、SW−2a〜SW−2dを適切に制御する。このとき、スイッチSW−1a、SW−1bを制御することにより、電池セル11−1が放電し、その放電電流に対応するエネルギーがトランスT1に蓄積される。また、スイッチSW−1c、SW−1d、SW−2c、SW−2dを制御することにより、トランスT1に蓄積されているエネルギーがトランスT2に伝達される。さらに、スイッチSW−2a、SW−2bを制御することにより、上記エネルギーが電池セル11−2に伝達され、電池セル11−2は充電される。 In the above configuration, the cell balance unit 5 can cause a current to flow from any battery cell to any other battery cell by the controller 5a controlling the corresponding switch SW in the cell balance circuit 5b. For example, when a current is passed from the battery cell 11-1 to the battery cell 11-2, the controller 5a appropriately controls the switches SW-1a to SW-1d and SW-2a to SW-2d. At this time, by controlling the switches SW-1a and SW-1b, the battery cell 11-1 is discharged, and energy corresponding to the discharge current is accumulated in the transformer T1. Further, by controlling the switches SW-1c, SW-1d, SW-2c, and SW-2d, the energy accumulated in the transformer T1 is transmitted to the transformer T2. Further, by controlling the switches SW-2a and SW-2b, the energy is transmitted to the battery cell 11-2, and the battery cell 11-2 is charged.
このように、図2に示す実施例では、スイッチSWを制御することにより、指定された電池セルが放電し、他の指定された電池セルが充電される。この放電/充電は、指定された電池セルから他の指定された電池セルへの電荷の移動と等価である。すなわち、スイッチSWを制御することにより、実質的に、指定された電池セルから他の指定された電池セルへ電流を流すことができる。この結果、指定された電池セルの電圧は低下し、他の指定された電池セルの電圧は上昇する。 As described above, in the embodiment shown in FIG. 2, by controlling the switch SW, the designated battery cell is discharged, and the other designated battery cell is charged. This discharge / charge is equivalent to the transfer of charge from a designated battery cell to another designated battery cell. That is, by controlling the switch SW, it is possible to cause a current to flow substantially from a designated battery cell to another designated battery cell. As a result, the voltage of the designated battery cell is lowered, and the voltages of the other designated battery cells are raised.
図3は、セルバランス制御について説明する図である。なお、図3では、説明を簡単にするために、3つの電池セル11−1〜11−3間でセルバランス制御が行われるものとする。また、この例では、損失は発生しないものとする。 FIG. 3 is a diagram for explaining cell balance control. In FIG. 3, it is assumed that cell balance control is performed between the three battery cells 11-1 to 11-3 in order to simplify the description. In this example, it is assumed that no loss occurs.
図3(a)は、セルバランス制御を行う前の状態を示している。各電池セル11−1、11−2、11−3に対して付されている数値「1.8」「1.2」「1.5」は、電池セルの出力電圧を表す。ただし、これらの電圧値は、単に説明を簡単にするためのものであって、物理量(すなわち、ボルト)を表すものではない。 FIG. 3A shows a state before cell balance control is performed. Numerical values “1.8”, “1.2”, and “1.5” attached to the respective battery cells 11-1, 11-2, and 11-3 represent output voltages of the battery cells. However, these voltage values are merely for ease of explanation, and do not represent physical quantities (ie, volts).
セルバランス部5は、電圧センサ4(4−1〜4−3)の出力を参照し、各電池セル11−1〜11−3の電圧を認識する。そして、セルバランス部5は、各電池セル11−1〜11−3の電圧を均等にするように、電池セル間で電荷移動を行う。このとき、セルバランス部5のコントローラ5aは、閾値電圧として、例えば、電池セル11−1〜11−3の電圧の平均を算出する。この場合、図3(a)に示す例では、閾値電圧=1.5が得られる。 The cell balance unit 5 refers to the output of the voltage sensor 4 (4-1 to 4-3) and recognizes the voltage of each battery cell 11-1 to 11-3. And the cell balance part 5 performs an electric charge transfer between battery cells so that the voltage of each battery cell 11-1 to 11-3 may be equalized. At this time, the controller 5a of the cell balance unit 5 calculates, for example, the average voltage of the battery cells 11-1 to 11-3 as the threshold voltage. In this case, the threshold voltage = 1.5 is obtained in the example shown in FIG.
そうすると、セルバランス回路5bは、コントローラ5aの制御に応じて、閾値電圧よりも高い電圧を有する電池セルから、閾値電圧よりも低い電圧を有する電池セルへ電流を流す。すなわち、セルバランス回路5bは、電池セル11−1から電池セル11−2へ電流を流す。この結果、図3(b)に示すように、電池セル11−1の電圧は「1.8」から「1.5」に低下し、また、電池セル11−2の電圧は「1.2」から「1.5」に上昇する。このとき、電池セル11−1から電池セル11−2へ、「0.3」に対応する電荷(すなわち、電流)が流れる。なお、電池セル11−3の電圧は変化しない。 Then, the cell balance circuit 5b causes a current to flow from the battery cell having a voltage higher than the threshold voltage to the battery cell having a voltage lower than the threshold voltage in accordance with the control of the controller 5a. That is, the cell balance circuit 5b allows current to flow from the battery cell 11-1 to the battery cell 11-2. As a result, as shown in FIG. 3B, the voltage of the battery cell 11-1 is decreased from “1.8” to “1.5”, and the voltage of the battery cell 11-2 is “1.2”. To "1.5". At this time, a charge (that is, current) corresponding to “0.3” flows from the battery cell 11-1 to the battery cell 11-2. Note that the voltage of the battery cell 11-3 does not change.
ところが、上述のようなセルバランス制御において発生する電池セル間の電流も、発熱要因である。このため、電池10の温度が高いときには、そのような電池セル間の電流も小さいことが好ましい。
However, the current between battery cells generated in the cell balance control as described above is also a heat generation factor. For this reason, when the temperature of the
そこで、実施形態のセルバランス制御方法は、電池10の温度が高いときは、電池セル間の電流を抑制しながら、セルバランス制御を行う。一例としては、電池10の温度が高いときの閾値電圧は、電池10の温度が低いときと比較して、低く設定される。
Therefore, when the temperature of the
図3(a)に示す例では、上述したように、電池セル11−1〜11−3の電圧の平均は「1.5」である。しかし、電池10の温度が高いときは、閾値電圧は、この平均電圧よりも低い値に設定される。
In the example shown in FIG. 3A, as described above, the average voltage of the battery cells 11-1 to 11-3 is “1.5”. However, when the temperature of the
図3(c)は、閾値電圧=1.4が与えられたときのセルバランス制御の結果を示している。この場合、電池セル11−1から電池セル11−2へ電流を流すことにより、電池セル11−2の電圧が上昇してゆく。そして、電池セル11−2の電圧が閾値電圧に達すると、セルバランス部5は、電池セル11−1から電池セル11−2へ電流を停止する。この結果、電池セル11−1の電圧は「1.8」から「1.6」に低下し、電池セル11−2の電圧は「1.2」から「1.4」に上昇する。このとき、電池セル11−1から電池セル11−2へ「0.2」に対応する電荷(すなわち、電流)が流れる。なお、電池セル11−3の電圧は変化しない。 FIG. 3C shows the result of cell balance control when threshold voltage = 1.4 is given. In this case, the voltage of the battery cell 11-2 rises by passing a current from the battery cell 11-1 to the battery cell 11-2. Then, when the voltage of the battery cell 11-2 reaches the threshold voltage, the cell balance unit 5 stops the current from the battery cell 11-1 to the battery cell 11-2. As a result, the voltage of the battery cell 11-1 decreases from “1.8” to “1.6”, and the voltage of the battery cell 11-2 increases from “1.2” to “1.4”. At this time, a charge (ie, current) corresponding to “0.2” flows from the battery cell 11-1 to the battery cell 11-2. Note that the voltage of the battery cell 11-3 does not change.
このように、電池10の温度が高いときは、閾値電圧を低くすることによって、セルバランス制御において発生する電池セル間の電流が小さくなる。従って、セルバランス制御に伴う温度の上昇を抑えることができる。
Thus, when the temperature of the
ただし、閾値電圧を各電池セルの電圧の平均からシフトさせると、複数の電池セルの電圧のバランスは劣化する。図3(c)に示す例では、セルバランス制御後の電池セル11−1、11−2、11−3の電圧は、それぞれ「1.6」「1.4」「1.5」である。すなわち、閾値電圧のシフトを大きくすれば、電池セル間の電流は抑制されるが、複数の電池セルの電圧のバランスは劣化する。逆に、閾値電圧のシフトを小さくすれば、複数の電池セルの電圧のバランスは改善されるが、電池セル間の電流は大きいままである。従って、電池10の温度が上昇したときの閾値電圧のシフト量は、上記トレードオフを考慮して適切に決定することが好ましい。
However, when the threshold voltage is shifted from the average of the voltages of the battery cells, the voltage balance of the plurality of battery cells deteriorates. In the example shown in FIG. 3C, the voltages of the battery cells 11-1, 11-2, and 11-3 after the cell balance control are “1.6”, “1.4”, and “1.5”, respectively. . That is, if the shift of the threshold voltage is increased, the current between the battery cells is suppressed, but the voltage balance of the plurality of battery cells deteriorates. Conversely, if the threshold voltage shift is reduced, the voltage balance of the plurality of battery cells is improved, but the current between the battery cells remains large. Therefore, it is preferable that the shift amount of the threshold voltage when the temperature of the
また、上述のように、電池10の温度が高いときは、複数の電池セルの電圧のバランスが劣化し得る。しかしながら、この問題は、セルバランス部5が、例えば定期的に、セルバランス制御を繰り返し実行することで解決可能である。すなわち、電池10の温度が高いときに行われたセルバランス制御により複数の電池セルの電圧のバランスが良好な状態に制御されなかったとしても、その後に電池10の温度が低下すれば、セルバランス部5は、複数の電池セルの電圧の平均を閾値電圧としてセルバランス制御を実行する。この結果、各電池セルの電圧は、ほぼ閾値電圧に収束する。
Further, as described above, when the temperature of the
例えば、電池10を充電した直後は、電池10の温度は比較的高くなっていると考えられる。ここでは、電池温度調整部6が温度調整を行ったとしても、電池10を十分には冷却できないものとする。この場合、閾値電圧をシフトさせた状態でセルバランス制御を行うことによって、各電池セルの電圧は粗くバランスされる。その後、例えば電池温度調整部6の温度調整により、電池10の温度が低下すると、平均電圧を閾値電圧とするセルバランス制御により、各電池セルの電圧は精度よくバランスされる。
For example, immediately after the
図4(a)は、セルバランス制御方法の一例を示すフローチャートである。なお、この実施例では、ステップS1において、電池温度調整部6により温度調整が実施されているものとする。ただし、上述したように、例えば、電池10を充電した直後等においては、電池10の温度は、必ずしも電池温度調整部6が保持しようとする温度に調整されていない。
FIG. 4A is a flowchart showing an example of the cell balance control method. In this embodiment, it is assumed that temperature adjustment is performed by the battery
ステップS2において、コントローラ5aは、電池10の温度Tbを観測する。電池10の温度Tbは、例えば、図2に示す温度センサ3−1〜3−nにより検出される温度Tdet(1)〜Tdet(n)の平均を算出することにより得られる。
In step S2, the controller 5a observes the temperature Tb of the
ステップS3において、コントローラ5aは、電池10の温度Tbと予め決められた閾値温度Tsとを比較する。閾値温度Tsは、特に限定されるものではないが、例えば20度である。
In step S3, the controller 5a compares the temperature Tb of the
電池10の温度Tbが閾値温度Tsよりも高ければ、コントローラ5aは、ステップS4において、閾値電圧Vtとして電圧Vaを選択する。一方、電池10の温度Tbが閾値温度Ts以下であれば、コントローラ5aは、ステップS5において、閾値電圧Vtとして、電圧Vaよりも低い電圧Vbを選択する。このように、コントローラ5aは、閾値電圧Vtを決定する閾値決定手段の一例である。
If the temperature Tb of the
図4(b)は、ステップS3〜S5で得られる閾値電圧Vtを説明する図である。閾値電圧Vtは、図4(b)に示すように、0〜20度の温度範囲(第1の温度範囲)においては「Va(第1の電圧値)」であり、20〜40度の温度範囲(第2の温度範囲)においては「Vb(第2の電圧値)」である。電圧Va、Vbは、例えば、予め決められている。或いは、電圧Vaは、図2に示す電圧センサ4−1〜4−nにより検出される電池セル11−1〜11−nの出力電圧Vdet(1)〜Vdet(n)の平均を算出することで取得してもよい。この場合、電圧Vbは、電圧Vaを所定量だけシフトすることで得られる。 FIG. 4B is a diagram for explaining the threshold voltage Vt obtained in steps S3 to S5. As shown in FIG. 4B, the threshold voltage Vt is “Va (first voltage value)” in a temperature range of 0 to 20 degrees (first temperature range), and a temperature of 20 to 40 degrees. In the range (second temperature range), it is “Vb (second voltage value)”. The voltages Va and Vb are determined in advance, for example. Alternatively, the voltage Va is calculated as an average of the output voltages Vdet (1) to Vdet (n) of the battery cells 11-1 to 11-n detected by the voltage sensors 4-1 to 4-n shown in FIG. You may get it at In this case, the voltage Vb is obtained by shifting the voltage Va by a predetermined amount.
ステップS6において、セルバランス部5は、ステップS3〜S5で取得した閾値電圧Vtを利用して、電池セル11−1〜11−nの電圧をバランスさせる。この結果、電池セル11−1〜11−nの電圧は均等化または略均等化される。 In step S6, the cell balance unit 5 balances the voltages of the battery cells 11-1 to 11-n using the threshold voltage Vt acquired in steps S3 to S5. As a result, the voltages of the battery cells 11-1 to 11-n are equalized or substantially equalized.
図5は、閾値電圧を利用するセルバランス制御の一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、図4(a)に示すステップS6に相当する。
ステップS11において、コントローラ5aは、各電池セル11−1〜11−nの出力電圧Vdet(1)〜Vdet(n)を取得する。なお、出力電圧Vdet(1)〜Vdet(n)は、電圧センサ4−1〜4−nにより検出される。
FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of cell balance control using a threshold voltage. The process of this flowchart corresponds to step S6 shown in FIG.
In step S11, the controller 5a acquires the output voltages Vdet (1) to Vdet (n) of the battery cells 11-1 to 11-n. The output voltages Vdet (1) to Vdet (n) are detected by the voltage sensors 4-1 to 4-n.
ステップS12において、コントローラ5aは、電圧Vdet(1)〜Vdet(n)の中で、最も高い電圧(以下、Vmax)および最も低い電圧(以下、Vmin)を特定する。
ステップS13〜S14において、コントローラ5aは、電圧Vmaxを有する電池セル(以下、最高電圧セル)から電圧Vminを有する電池セル(以下、最低電圧セル)へ電流を流すように、対応するスイッチSWを制御する。また、コントローラ5aは、電圧センサ4を利用して最低電圧セルの出力電圧をモニタする。そして、コントローラ5aは、最低電圧セルの出力電圧が閾値電圧Vtに達するまで、最高電圧セルから最低電圧セルへの電流の供給を継続する。すなわち、最低電圧セルの出力電圧が閾値電圧Vtに達すると、最高電圧セルから最低電圧セルへの電流の供給を停止する。
In step S12, the controller 5a identifies the highest voltage (hereinafter referred to as Vmax) and the lowest voltage (hereinafter referred to as Vmin) among the voltages Vdet (1) to Vdet (n).
In steps S13 to S14, the controller 5a controls the corresponding switch SW so that a current flows from the battery cell having the voltage Vmax (hereinafter, the highest voltage cell) to the battery cell having the voltage Vmin (hereinafter, the lowest voltage cell). To do. The controller 5a monitors the output voltage of the lowest voltage cell using the
例えば、図2に示す電池セル11−1〜11−nの中で、電池セル11−1の出力電圧Vdet(1)が最も高く、電池セル11−2の出力電圧Vdet(2)が最も低いものとする。この場合、コントローラ5aは、図2に示すスイッチSW−1a〜SW−1d、SW−2a〜SW−2dを制御することにより、電池セル11−1から電池セル11−2へ電流を流す。そして、電池セル11−2の出力電圧Vdet(2)が閾値電圧Vtに達すると、電池セル11−1から電池セル11−2への電流を停止する。 For example, among the battery cells 11-1 to 11-n shown in FIG. 2, the output voltage Vdet (1) of the battery cell 11-1 is the highest and the output voltage Vdet (2) of the battery cell 11-2 is the lowest. Shall. In this case, the controller 5a allows the current to flow from the battery cell 11-1 to the battery cell 11-2 by controlling the switches SW-1a to SW-1d and SW-2a to SW-2d shown in FIG. When the output voltage Vdet (2) of the battery cell 11-2 reaches the threshold voltage Vt, the current from the battery cell 11-1 to the battery cell 11-2 is stopped.
最低電圧セルの出力電圧が閾値電圧Vtに達すると(ステップS14:Yes)、コントローラ5aは、ステップS15において、あらためて各電池セル11−1〜11−nの出力電圧Vdet(1)〜Vdet(n)を取得する。 When the output voltage of the lowest voltage cell reaches the threshold voltage Vt (step S14: Yes), the controller 5a again outputs the output voltages Vdet (1) to Vdet (n) of the battery cells 11-1 to 11-n in step S15. ).
ステップS16において、コントローラ5aは、ステップS15で新たに取得した電圧Vdet(1)〜Vdet(n)の中で、閾値電圧Vtよりも低い電圧を有する電池セルが残っているか否かを判定する。そして、閾値電圧Vtよりも低い電圧を有する電池セルが残っていれば、再度、ステップS12〜S15の処理を実行する。一方、閾値電圧Vtよりも低い電圧を有する電池セルが残っていなければ、コントローラ5aはセルバランス制御を終了する。 In step S16, the controller 5a determines whether or not a battery cell having a voltage lower than the threshold voltage Vt remains among the voltages Vdet (1) to Vdet (n) newly acquired in step S15. And if the battery cell which has a voltage lower than threshold voltage Vt remains, the process of step S12-S15 will be performed again. On the other hand, if no battery cell having a voltage lower than the threshold voltage Vt remains, the controller 5a ends the cell balance control.
このように、コントローラ5aは、閾値電圧Vtよりも低い電圧を有する電池セルが無くなるまで、ステップS12〜S15の処理を繰り返し実行する。このとき、最も高い出力電圧を有する電池セルから順番に放電が行われる。従って、各電池セルの出力電圧は均等化される方向に制御される。 As described above, the controller 5a repeatedly executes the processes of steps S12 to S15 until there is no battery cell having a voltage lower than the threshold voltage Vt. At this time, discharge is performed in order from the battery cell having the highest output voltage. Therefore, the output voltage of each battery cell is controlled to be equalized.
図6(a)は、セルバランス制御方法の他の例を示すフローチャートである。このフローチャートの手順は、図4(a)に示すステップS3〜S5を、ステップS21に置き換えることにより実現される。 FIG. 6A is a flowchart showing another example of the cell balance control method. The procedure of this flowchart is realized by replacing steps S3 to S5 shown in FIG. 4A with step S21.
ステップS21において、コントローラ5aは、電池10の温度Tbに基づいて、閾値電圧Vtを算出する。一例としては、閾値電圧Vtは、下式で算出される。
Vt=−A×Tb+B
Aは、正の値である。Bは、特に限定されるものではないが、例えば、図4(a)に示す実施例の「Va」に相当する。
In step S21, the controller 5a calculates the threshold voltage Vt based on the temperature Tb of the
Vt = −A × Tb + B
A is a positive value. Although B is not particularly limited, for example, it corresponds to “Va” in the embodiment shown in FIG.
図6(b)は、ステップS21において算出される閾値電圧Vtを説明する図である。図6(b)に示す実施例では、閾値電圧Vtは、電池10の温度Tbに比例して変化する。この方法によれば、図4に示す方法と比較すると、電池10の温度に応じてより柔軟に閾値電圧Vtを決定することができるので、電池10の温度上昇と各電池セル11−1〜11−nの出力電圧の均等化の関係を改善することができる。
FIG. 6B is a diagram illustrating the threshold voltage Vt calculated in step S21. In the embodiment shown in FIG. 6B, the threshold voltage Vt changes in proportion to the temperature Tb of the
なお、上述の実施形態では、各電池セル11−1〜11−nに対してそれぞれ電圧センサ(4−1〜4−n)が設けられているが、複数の電池セルに対して1つの電圧センサを設けるようにしてもよい。この場合、電圧センサは、例えば、時間分割方式で、複数の電池セルの出力電圧を順番に検出する。 In the above-described embodiment, the voltage sensors (4-1 to 4-n) are provided for the battery cells 11-1 to 11-n, respectively, but one voltage is applied to the plurality of battery cells. A sensor may be provided. In this case, a voltage sensor detects the output voltage of a some battery cell in order, for example with a time division system.
また、上述の実施形態では、各電池セル11−1〜11−nに対してそれぞれ温度センサ(3−1〜3−n)が設けられているが、電池10に対して1つの温度センサを備えるようにしてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the temperature sensors (3-1 to 3-n) are provided for the battery cells 11-1 to 11-n, respectively. You may make it prepare.
さらに、上述の実施形態では、コントローラ5aがセルバランス部5の中に設けられているが、本発明はこの構成に限定されるものではない。すなわち、コントローラ5aは、例えば、電池ECU7に中に設けられてもよい。 Furthermore, in the above-described embodiment, the controller 5a is provided in the cell balance unit 5, but the present invention is not limited to this configuration. That is, the controller 5a may be provided in the battery ECU 7, for example.
1 セルバランス制御装置
2 電池監視部
3(3−1〜3−n) 温度センサ
4(4−1〜4−n) 電圧センサ
5 セルバランス部
5a コントローラ
5b セルバランス回路
6 電池温度調整部
7 電池ECU
10 電池
11−1〜11−n 電池セル
DESCRIPTION OF
10 batteries 11-1 to 11-n battery cells
Claims (4)
各電池セルの電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電池の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段により検出される電池温度に基づいて閾値電圧を決定する閾値決定手段と、
前記複数の電池セルの中の前記閾値電圧よりも高い電圧を有する電池セルから、前記複数の電池セルの中の前記閾値電圧よりも低い電圧を有する電池セルへ、電流を流すセルバランス回路と、
を備えるセルバランス制御装置。 A cell balance control device for controlling a plurality of rechargeable battery cells connected in series in a battery,
Voltage detection means for detecting the voltage of each battery cell;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the battery;
Threshold determination means for determining a threshold voltage based on the battery temperature detected by the temperature detection means;
A cell balance circuit for passing current from a battery cell having a voltage higher than the threshold voltage in the plurality of battery cells to a battery cell having a voltage lower than the threshold voltage in the plurality of battery cells;
A cell balance control device comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載のセルバランス制御装置。 The threshold value determination means outputs a first voltage value as the threshold voltage when the battery temperature is within a first temperature range, and a second temperature at which the battery temperature is higher than the first temperature range. 2. The cell balance control device according to claim 1, wherein when it is within a range, a second voltage value lower than the first voltage value is output as the threshold voltage.
ことを特徴とする請求項1に記載のセルバランス制御装置。 The cell balance control device according to claim 1, wherein the threshold value determination unit outputs a lower voltage value as the threshold voltage as the battery temperature becomes higher.
各電池セルの電圧を検出するステップと、
前記電池の温度を検出するステップと、
検出された電池温度に基づいて閾値電圧を決定するステップと、
前記複数の電池セルの中の前記閾値電圧よりも高い電圧を有する電池セルから、前記複数の電池セルの中の前記閾値電圧よりも低い電圧を有する電池セルへ、電流を流すステップと、
を有するセルバランス制御方法。
A cell balance control method for controlling a plurality of rechargeable battery cells connected in series in a battery,
Detecting the voltage of each battery cell;
Detecting the temperature of the battery;
Determining a threshold voltage based on the detected battery temperature;
Flowing a current from a battery cell having a voltage higher than the threshold voltage in the plurality of battery cells to a battery cell having a voltage lower than the threshold voltage in the plurality of battery cells;
A cell balance control method comprising:
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