JP2013179739A - 電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】直列に接続された複数の電池セルを備え、互いに並列に接続される複数の組電池と、組電池の各々と負荷との間に設けられる複数の組電池対応スイッチと、組電池ごとに対応して設けられ、この組電池を形成する複数の電池セルの電圧を均一化するセルバランス回路と、負荷との間の組電池対応スイッチがオフの状態において組電池における電池セルの電圧が一定の条件を満たす場合に、複数の組電池の電圧を均一にするための組電池に対する電圧調整をセルバランス回路に実行させる電池管理部とを備えて電池システムを構成する。
【選択図】図2
Description
また、ユニット容量均等化回路は、電池ユニットごとに対して並列に接続したユニット放電回路を備える。ユニット放電回路は、スイッチとユニット放電抵抗を直列に接続して形成される。そして、ユニット容量均等化回路は、電圧が高い電池ユニットに並列接続されたユニット放電回路のスイッチをオンにしてユニット放電抵抗で放電させることで電池ユニット間の電圧のアンバランスを解消するというものである(例えば、特許文献1参照)。
このように電池ユニット間の電圧のアンバランスが解消されることで、接続時における還流の発生が抑止される。
なお、抵抗に代えて、組電池ごとに対して直列にチョッパ回路を接続し、このチョッパ回路を動作させることによって組電池間の電圧を均一化させるという構成も知られている。しかし、この構成においても、チョッパ回路の追加によるコストアップが生じるものであり、問題は解決されない。
図1は、本発明の一実施形態による電池システムの構成例を示している。この図に示す電池システムは、電池ユニット100−1〜100−3、電力変換装置200、上位制御装置300、組電池対応スイッチ410−1〜410−3および受電端スイッチ420を備える。
そのうえで、このセルバランス回路120は、電池ユニット100−1〜100−3における組電池110間の電圧を均一化する組電池間バランス制御を行うにあたり、この組電池間バランス制御としての組電池110に対する電圧調整(組電池電圧調整)も行う。
また、電池管理部130は、組電池対応スイッチ410がオフの状態において組電池110における電池セル111の電圧が一定の条件を満たす場合に、複数の組電池110の電圧を均一にするための組電池110に対する電圧調整(組電池電圧調整)をセルバランス回路120に実行させる。
また、電池管理部130は、通信バス500を経由して上位制御装置300との相互通信を行う。例えば、電池管理部130は、上記通信バス500を経由して上位制御装置300から送信される組電池間バランス制御指令に応答して、組電池電圧調整をセルバランス回路120に実行させる。
受電端スイッチ420がオンのとき、組電池対応スイッチ410がオンとなっている組電池110と電力変換装置200とが接続される。これに対して、受電端スイッチ420がオフのときには、組電池対応スイッチ410がオンであっても、すべての組電池110−1〜110−3は電力変換装置200と切断される。
また、図1において電池システムにおける電池ユニット100の数は3つであるが、これは一例であって特に限定されるものではない。
なお、以降の説明において、同図における電池セル111−1〜111−4について特に区別しない場合には電池セル111と記載し、温度センサ112−1〜112−4について特に区別しない場合には温度センサ112と記載する。また、放電抵抗121−1〜121−4について特に区別しない場合には放電抵抗121と記載し、放電スイッチ122−1〜122−4について特に区別しない場合には放電スイッチ122と記載する。
また、この図の組電池110は、電池セル111−1〜111−4ごとに対応して、温度センサ112−1〜112−4を備える。温度センサ112−1〜112−4は、それぞれ、電池セル111−1〜111−4の温度を検出する。
放電抵抗121−1と放電スイッチ122−1は、電池セル111−1を放電させるための放電回路を形成する。
このために、放電抵抗121−1と放電スイッチ122−1は直列に接続されたうえで電池セル111−1に対して並列に接続される。これにより、放電抵抗121−1がオンのとき電池セル111−1と放電抵抗121−1が並列に接続されるために電池セル111−1は放電抵抗を負荷として放電を行う。この放電による充電容量の低下に応じて電池セル111−1の電圧は低下することになる。これに対して、放電抵抗121−1がオフのとき、放電抵抗121−1と電池セル111−1とが切断されるので、電池セル111−1からの放電抵抗121−1に対する放電は行われない。
放電スイッチ122−1〜122−4は、電池管理部130内の制御部136によって個別にオンオフの切り替えが行われる。
そして、セレクタ131は、制御部136の制御にしたがって、電池セル111−1〜111−4の各電圧のうち、1つの電池セル111の電圧を選択するようにライン切り替えを行う。
セレクタ131により選択された電池セル111の電圧は、アンプ132により増幅され、A/D変換器135によりデジタル信号に変換され、制御部136に出力される。制御部136は、上記のように電圧を入力することにより、電池セル111−1〜111−4ごとの電圧を監視する。
セレクタ133により選択された温度検出信号は、アンプ134により増幅され、A/D変換器135によりデジタル信号に変換される。制御部136は、セレクタ133におけるライン切り替えを制御しながら、A/D変換器135から温度検出信号を入力することで、電池セル111−1〜111−4ごとの温度を監視する。
制御部136は、電池セル111−1〜111−4ごとの電圧を監視し、例えばこれらのうちの2つの電圧の差が予め設定した許容値以上であるときにセルバランス制御を実行すべきと判定する。そして、制御部136は、セルバランス制御として、電圧が高いほうの電池セル111に対応する放電スイッチ122をオンにする。これにより、電圧が高いほうの電池セル111に対して放電抵抗121が並列に接続され、この電池セル111は放電抵抗121を負荷として放電を行う。これにより、電池セル111の電圧が低下していく。そして、この電圧が許容範囲にまで低下したことを判定すると、制御部136は、放電スイッチ122をオフとしてセルバランス制御を終了させる。
上位制御装置300は、電池ユニット100−1〜110−3から受信した電池ユニット状態情報が示す電圧の情報に基づいて、例えば電池ユニット100−1〜110−3の組電池110の電圧を監視する。そして、これらにおける2つの電圧の差が許容値以上となったときに、組電池間バランス制御を実行すべきと判定する。この場合、上位制御装置300は、電圧が高いほうの組電池110に対して接続される組電池対応スイッチ410をオフにする。また、この電圧が高いほうの組電池110を備える電池ユニット100に対して、組電池間バランス制御の実行を指示する内容を含む制御情報を送信する。
運転状態702は、電池システムの運転状態について、例えば、正常、軽度の故障、重度の故障のいずれであるのかを所定ビット数により示す情報である。
充放電状態703は、電力変換装置200の動作状態について、例えば、停止中、待機中、充電中、放電中のいずれであるのかを所定ビット数により示す情報である。
受電端スイッチ状態704は、受電端スイッチ420がオンとオフのいずれの状態であるのかを所定ビット数により示す情報である。
組電池対応スイッチ状態705は、この制御情報700の送信先の電池ユニット100の組電池110に対応して設けられた組電池対応スイッチ410がオンとオフのいずれの状態であるのかを所定ビット数により示す情報である。
組電池間バランス指令706は、この制御情報700の送信先の電池ユニット100に対して、組電池間バランス制御を指示するか否かを所定ビット数により示す情報である。
組電池間バランス目標電圧707は、組電池電圧調整により組電池110に設定すべき電圧である目標電圧を所定ビット数により示す。
また、上位制御装置300は、組電池間バランス目標電圧707について今回の組電池間バランス制御に応じて求めた値を設定する。なお、組電池間バランス目標電圧707の値は、例えば組電池110の電圧のうちで最低の値に基づいて求めることができる。そして、上記のように生成した制御情報700を、上位制御装置300は、組電池間バランス制御を実行させようとする電池ユニット100に送信する。
制御情報700を受信した電池ユニット100の制御部136は、以下のように、組電池間バランス制御の指示に応答した動作を実行する。
組電池間バランス指令706が指令有りを示している場合、上位制御装置300により組電池間バランス制御における組電池電圧調整の実行が指示されていることになる。しかし、本実施形態では、この組電池電圧調整を、本来はセルバランス制御のために設けられたセルバランス回路120を流用して行う。これに伴い、制御部136は、組電池間バランス指令706が指令有りを示している場合(ステップS102−YES)、以下の条件判定を行い、その条件が満たされている場合に組電池電圧調整を実行する。
つまり、制御部136は、この条件判定にあたり、まず、組電池110における電池セル111−1〜111−4の各電圧についての平均値である平均セル電圧Vavを算出する(ステップS105)。
また、制御部136は、組電池間バランス目標セル電圧Vtgcを算出する(ステップS106)。
そして、制御部136は、例えば受信した制御情報700の組電池間バランス目標電圧707をVval、組電池110を形成する組電池110の数をbnumとして、下記の式により組電池間バランス目標セル電圧Vtgcを求める。
Vtgc=Vval/bnum
例えば、組電池110を形成する電池セル111の数が組電池110の間で異なる場合がある。上記ステップS106の処理により、組電池110を形成する電池セル111の数に係わらず、常に正しい組電池間バランス目標セル電圧Vtgcを算出できる。
このため、制御部136は、平均セル電圧Vavが組電池間バランス目標セル電圧Vtgcよりも大きい(Vav>Vtgc)か否かについて判定する(ステップS107)。ここで、(Vav>Vtgc)であると判定した場合(ステップS107−YES)、制御部136は、さらに、以下のように条件判定を行う。
次に、制御部136は、例えば自己が備えるROMなどに記憶されている組電池間バランス最低セル電圧Vmncを読み出す(ステップS109)。この組電池間バランス最低セル電圧Vmncは、組電池電圧調整を開始させるのに必要最低限な電池セル111の電圧として予め設定された値(許容下限値)である。
このため、制御部136は、最低セル電圧Vminが組電池間バランス最低セル電圧Vmncよりも大きい(Vmin>Vmnc)か否かについて判定する(ステップS110)。そして、(Vmin>Vmnc)である場合(ステップS110−YES)、制御部136は、組電池間バランス制御における組電池電圧調整をセルバランス回路120に実行させるように制御する(ステップS111)。
そこで、これらの場合には、これまで組電池電圧調整を実行させていたのであればこれを停止させ、これまでも組電池電圧調整が停止状態であれば、その停止状態を継続する(ステップS112)。
また、電池ユニット100について組電池間バランス制御が可能な状態でない場合(ステップS104−NO)には組電池電圧調整は行うべきでない。そこで、この場合にも、制御部136は、組電池電圧調整を停止状態とする(ステップS112)。
さらに、平均セル電圧Vavが組電池間バランス目標セル電圧Vtgc以下の場合(ステップS107−NO)、また、最低セル電圧Vminが組電池間バランス最低セル電圧Vmnc以下の場合(ステップS110−NO)にも、組電池電圧調整は行うべきでない。そこで、これらの場合、制御部136は、組電池電圧調整を停止状態とする(ステップS112)。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(RAM)のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
110 組電池
111 電池セル
120 セルバランス回路
121 放電抵抗
122 放電スイッチ
130 電池管理部
136 制御部
200 電力変換装置
300 上位制御装置
410 組電池対応スイッチ
420 受電端スイッチ
700 制御情報
Claims (3)
- 直列に接続された複数の電池セルを備え、互いに並列に接続される複数の組電池と、
前記組電池の各々と負荷との間に設けられる複数の組電池対応スイッチと、
前記組電池ごとに対応して設けられ、前記組電池を形成する前記複数の電池セルの電圧を均一化するセルバランス回路と、
前記負荷との間の前記組電池対応スイッチがオフの状態において前記組電池における電池セルの電圧が一定の条件を満たす場合に、前記複数の組電池の電圧を均一にするための前記組電池に対する電圧調整を前記セルバランス回路に実行させる電池管理部と、
を備えることを特徴とする電池システム。 - 前記電池管理部は、
前記複数の電池セルの電圧の平均値が、前記電圧調整により前記組電池に設定すべき目標電圧を前記複数の電池セルの数で除算した値よりも大きいという前記条件を満たす場合に、前記組電池に対する電圧調整を前記セルバランス回路に実行させる、
ことを特徴とする請求項1に記載の電池システム。 - 前記電池管理部は、
前記複数の電池セルの電圧のうちの最低値が予め設定された許容下限値よりも大きいという前記条件を満たす場合に、前記組電池に対する電圧調整を前記セルバランス回路に実行させる、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の電池システム。
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