JP2013070599A - 状態管理装置、蓄電素子の均等化方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】BMS20は、直列に接続された複数の2次電池50の状態を管理する装置であって、2次電池50の電圧値Vを個別に測定する電圧計24と、いずれか一つの2次電池50の電圧値Vの時間変化率が基準値Kに到達してから、他の2次電池50の電圧値Vの時間変化率が基準値Kに到達するまでの時間差を計時する計時部42と、2次電池50を個別に放電する放電回路26と、当該時間差を用いて放電回路26を制御する均等化制御部44と、を備えている。このBMS20によれば、蓄電素子の電圧値により蓄電素子に充電されるSOCを均等化することができない場合でも、蓄電素子の電圧の時間変化率に基づいて蓄電素子に充電されるSOCを均等化することができる。
【選択図】図1
Description
以下、本発明の実施形態1について、図1ないし図6を用いて説明する。
1.状態判定装置の構成
図1は、本実施形態の充電システム(放電システム)10の構成を示す図である。充電システム(放電システム)10は、電池群12と状態管理装置(以下、BMS)20と充電器(負荷)18とによって構成される。電池群12は、電気自動車に搭載されており、
内部に直列に接続された複数の2次電池50(蓄電素子の一例)を含む。電池群12は、電気自動車等の内部または外部に設けられた充電器18に接続されることで定電流充電され、電気自動車等の内部に設けられた動力源等の負荷18に接続されることで定電流放電される。BMS20は、充電中の電池群12の各2次電池50の電圧値Vや電流値I等を監視して2次電池50の充放電状態を示す残存容量(SOC)を管理し、SOCを均等化する。
CPU30は、ROMやRAMなどのメモリ(記憶部の一例)32を内在しており、メモリ32には、BMS20の各構成の動作を制御するための各種のプログラムが記憶されている。CPU30は、メモリ32から読み出したプログラムに従って、計時部42、均等化制御部44、劣化判断部46等として機能し、放電回路26を含むBMS20内の各部の制御を行う。
図3または図6を用いて、電池群12を充電する際に、BMS20で行われる均等化処理を説明する。本実施形態において、電池群12は0.5C充電の低速充電で定電流充電される。そして、均等化処理は、電池群12への充電制御処理に付随して実行される。図3は、CPU30で実行される電池群12への充電制御処理のフローチャートを示す。
(1)本実施形態のBMS20では、BMS20が充電中の2次電池50の電圧値Vを測定し、その電圧値Vから算出される時間変化率DVが基準値Kに到達した時間差である経過時間ΔT1を用いて2次電池50の均等化を制御する。このBMS20によれば、電圧値Vに基づいて2次電池50を均等化制御することが難しいプラトー領域においても、充電中の複数の2次電池50のSOCを均等化して充電することができる。
本発明の実施形態2を、図7を用いて説明する。本実施形態では、実施形態1において充電システム10を用いて説明した内容について、放電システム10を用いて説明を行う。つまり、放電システム10を用いた放電制御処理に付随して実行される均等化処理について説明する。
図7は、CPU30で実行される本実施形態の均等化処理のフローチャートを示す。
計時部42として機能するCPU30は、第2の2次電池50の時間変化率DV2が基準値Kに到達するのを監視するとともに、2次電池50の電圧値Vの総和である総電圧が減少して放電終止電圧に到達するのを監視する(S8、S22)。均等化制御部44として機能するCPU30は、総電圧が放電終止電圧に到達する前に時間変化率DV2が基準値Kに到達し、経過時間ΔT1が計時された場合(S8:YES、S22:NO)、第1の2次電池50と第2の2次電池50は、不均等に放電されていると判断する。CPU30は、第1の2次電池50と第2の2次電池50のSOCを均等化するために、第2の2次電池50を放電する放電時間HTを設定し(S12)、当該放電時間HTに亘って第2の2次電池50を放電する(S24、S16、S26)。
(1)本実施形態のBMS20では、BMS20が放電中の2次電池50の時間変化率DVを検出し、その時間変化率DVから算出される経過時間ΔT1を用いて2次電池50の均等化を制御する。このBMS20によれば、プラトー領域においても、放電中の複数の2次電池50のSOCを均等化して放電することができる。
本発明の実施形態3を、図8を用いて説明する。本実施形態の充電システム10では、メモリ32に予め記憶された放電時間HTに基づいて放電時間HTを設定する点で、均等化処理中に放電時間HTを設定する実施形態1の充電システム10と異なる。以下の説明では、実施形態1と同一の内容については重複した記載を省略する。
図8は、CPU30で実行される本実施形態の均等化処理のフローチャートを示す。
計時部42として機能するCPU30は、第1の2次電池50の時間変化率DV1が基準値Kに到達したのを検出すると(S2:YES)、当該到達してからの時間の計測を開始する(S4)とともに、第1の2次電池50の放電を開始する(S14)。また、CPU30は、第1、第2の2次電池50を含めた全ての2次電池50に対して、時間変化率DVが基準値Kに到達した2次電池50の順位を検出し、メモリ32に一時的に記憶する。
(1)本実施形態のBMS20では、充電中に第1の2次電池50の時間変化率DVが基準値Kに到達すると、第1の2次電池50の放電を開始する。そのため、他の2次電池50の時間変化率DVが基準値Kに到達する前から第1の2次電池50の放電を開始させることができ、電池群12を充電する際の均等化処理において、第1の2次電池50の放電開始時期を早めることができる。
本発明の実施形態4を、図9を用いて説明する。本実施形態では、実施形態3において充電システム10を用いて説明した内容について、放電システム10を用いて説明を行う。つまり、放電システム10を用いた放電制御処理に付随して実行される均等化処理について説明する。
図9は、CPU30で実行される本実施形態の均等化処理のフローチャートを示す。
計時部42として機能するCPU30は、第2の2次電池50の時間変化率DV1が基準値Kに到達したのを検出すると(S42:YES)、当該到達してからの時間の計測を開始する(S4)とともに、第2の2次電池50の放電を開始する(S24)。次に、均等化制御部44として機能するCPU30は、メモリ32において各2次電池50の順位に対応して記憶された放電時間HTを、各2次電池50の放電時間HTとして設定し(S32)、設定された放電時間HTに亘って第2の2次電池50を放電し(S34、S26)、均等化処理を終了する。放電時間HTは、CPU30のメモリ32に時間変化率DVが基準値Kに到達した2次電池50の順位に対応付けられて記憶されており、2次電池50の順位が低くなるに従って、放電時間HTが長くなるように設定されている。
本実施形態のBMS20では、放電中に各2次電池50の放電開始時期を早めることができ、電池群12を放電する際の均等化処理において、第2の2次電池50の放電開始時期を早めることができる。
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も本発明の技術的範囲に含まれる。
(1)上記実施形態では、充電システム(放電システム)10が1つのBMS20を有し、計時部42、均等化制御部44、劣化判断部46等の機能をBMS20が有する1つのCPU30によって実行する例を用いて示したが、本発明はこれに限られない。例えば、お互いに異なるCPU、BMSなどによって各部が構成されても良ければ、これら各部が独立した機器等を用いて構成されていても良い。
CPU30は、第1の2次電池50の時間変化率DV1が基準値Kに到達したのを検出すると(S2:YES)、当該到達してからの時間の計測を開始する(S4)とともに、第1の2次電池50の放電を開始する(S14)。
放電時間HT=容量差ΔY/均等化制御電流HI
Claims (19)
- 直列に接続された複数の蓄電素子の状態を管理する状態管理装置であって、
各蓄電素子の電圧を個別に測定する電圧測定部と、
いずれか一つの蓄電素子の電圧の時間変化率が基準値に到達してから、他の蓄電素子の電圧の時間変化率が基準値に到達するまでの時間差を計時する計時部と、
前記各蓄電素子を個別に放電する放電部と、
前記時間差を用いて前記放電部を制御する均等化制御部と、
を備える、状態管理装置。 - 請求項1に記載の状態管理装置であって、
前記複数の蓄電素子は、第1の蓄電素子と第2の蓄電素子を含み、
前記均等化制御部は、前記第1の蓄電素子の時間変化率が基準値に到達してから、前記第2の蓄電素子の時間変化率が基準値に到達するまでの第1時間差を取得するとともに基準時間を有し、前記複数の蓄電素子が充電中であって、前記第1時間差が前記基準時間以上である場合、前記第1時間差を用いて前記第1の蓄電素子を放電させ、前記第1時間差が前記基準時間未満である場合、前記第1の蓄電素子及び前記第2の蓄電素子を放電させない、状態管理装置。 - 請求項2に記載の状態管理装置であって、
前記蓄電素子の劣化を判断する劣化判断部をさらに備え、
前記劣化判断部は、前記複数の蓄電素子が充電中であって、前記第2の蓄電素子の電圧の時間変化率が前記基準値に到達する前に前記複数の蓄電素子の充電が完了して前記第2の蓄電素子の充電が終了した場合、前記第2の蓄電素子が劣化していると判断する、状態管理装置。 - 請求項2に記載の状態管理装置であって、
前記蓄電素子の劣化を判断する劣化判断部をさらに備え、
前記劣化判断部は、前記複数の蓄電素子が充電中であって、前記第2の蓄電素子の電圧の時間変化率が前記基準値に到達する前に前記第1の蓄電素子の電圧の時間変化率が前記基準値に到達してからの経過時間が規定時間に到達した場合、前記第2の蓄電素子が劣化していると判断する、状態管理装置。 - 請求項1に記載の状態管理装置であって、
前記複数の蓄電素子は、第1の蓄電素子と第2の蓄電素子を含み、
前記均等化制御部は、前記第1の蓄電素子の時間変化率が基準値に到達してから、前記第2の蓄電素子の時間変化率が基準値に到達するまでの第1時間差を取得するとともに基準時間を有し、前記複数の蓄電素子が放電中であって、前記第1時間差が前記基準時間以上である場合、前記第1時間差を用いて前記第2の蓄電素子を放電させ、前記第1時間差が前記基準時間未満である場合、前記第1の蓄電素子及び前記第2の蓄電素子を放電させない、状態管理装置。 - 請求項5に記載の状態管理装置であって、
前記蓄電素子の劣化を判断する劣化判断部をさらに備え、
前記劣化判断部は、前記複数の蓄電素子が放電中であって、前記第2の蓄電素子の電圧の時間変化率が前記基準値に到達する前に前記複数の蓄電素子の放電が完了して前記第2の蓄電素子の放電が終了した場合、前記第1の蓄電素子が劣化していると判断する、状態管理装置。 - 請求項5に記載の状態管理装置であって、
前記蓄電素子の劣化を判断する劣化判断部をさらに備え、
前記劣化判断部は、前記複数の蓄電素子が放電中であって、前記第2の蓄電素子の電圧の時間変化率が前記基準値に到達する前に前記第1の蓄電素子の電圧の時間変化率が前記基準値に到達してからの経過時間が規定時間に到達した場合、前記第1の蓄電素子が劣化していると判断する、状態管理装置。 - 請求項2ないし請求項7に記載の状態管理装置であって、
前記均等化制御部は、前記第1時間差を用いて前記第1の蓄電素子又は第2の蓄電素子を放電させる放電時間を設定する、状態管理装置。 - 請求項1ないし請求項8のいずれか一項に記載の状態管理装置であって、
前記計時部は、前記蓄電素子の電圧が基準電圧に到達しており、かつ前記蓄電素子の電圧の時間変化率が基準値に到達した場合に、前記蓄電素子の電圧の時間変化率が基準値に到達したと判断する、状態管理装置。 - 請求項1ないし請求項9のいずれか一項に記載の状態管理装置であって、
前記蓄電素子は、定電流充電又は定電流放電される、状態管理装置。 - 請求項10に記載の状態管理装置であって、
前記蓄電素子の充放電レートは、1C以下に設定されている、状態管理装置。 - 請求項11に記載の状態管理装置であって、
前記蓄電素子の充放電レートは、0.9C未満に設定されている、状態管理装置。 - 請求項1ないし請求項12のいずれか一項に記載の状態管理装置であって、
前記蓄電素子の負極は、グラファイト系材料で形成される、状態管理装置。 - 請求項1ないし請求項13のいずれか一項に記載の状態管理装置であって、
前記蓄電素子は、オリビン鉄系リチウムイオン二次電池である、状態管理装置。 - 直列に接続された複数の蓄電素子の状態を管理する状態管理装置であって、
各蓄電素子の電圧を個別に測定する電圧測定部と、
前記各蓄電素子を個別に放電する放電部と、
前記各蓄電素子の電圧の時間変化率が基準値に到達する順位に対応付けて放電時間が記憶された記憶部と、
前記放電部を制御する均等化制御部と、
を備え、
前記均等化制御部は、前記各蓄電素子の電圧の時間変化率が前記基準値に到達する順位に対応付けて記憶された前記放電時間に亘って当該蓄電素子を放電させる、状態管理装置。 - 直列に接続された複数の蓄電素子の状態を管理する状態管理装置であって、
各蓄電素子の電圧を個別に測定する電圧測定部と、
前記各蓄電素子を個別に放電する放電部と、
前記放電部を制御する均等化制御部と、
を備え、
前記均等化制御部は、前記各蓄電素子の電圧の時間変化率が基準値に到達すると、当該蓄電素子の放電を開始させる、状態管理装置。 - 直列に接続された複数の蓄電素子の状態を均等化する蓄電素子の均等化方法であって、
充放電中の各蓄電素子の電圧を個別に測定する電圧測定工程と、
いずれか一つの蓄電素子の電圧の時間変化率が基準値に到達してから、他の蓄電素子の電圧の時間変化率が基準値に到達するまでの時間差を計時する計時工程と、
前記時間差を用いて前記各蓄電素子を個別に放電する放電工程と、
を備える、蓄電素子の均等化方法。 - 直列に接続された複数の蓄電素子の状態を均等化する蓄電素子の均等化方法であって、
充放電中の各蓄電素子の電圧を個別に測定する電圧測定工程と、
前記各蓄電素子を個別に放電する放電工程と、
を備え、
前記放電工程では、前記各蓄電素子の電圧の時間変化率が前記基準値に到達する順位に対応付けて予め設定された放電時間に亘って当該蓄電素子を放電させる、蓄電素子の均等化方法。 - 直列に接続された複数の蓄電素子の状態を均等化する蓄電素子の均等化方法であって、
充放電中の各蓄電素子の電圧を個別に測定する電圧測定工程と、
前記各蓄電素子を個別に放電する放電工程と、
を備え、
前記放電工程では、前記各蓄電素子の電圧の時間変化率が前記基準値に到達すると、当該蓄電素子の放電を開始させる、蓄電素子の均等化方法。
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