JP2014096918A - Control device for battery pack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、組電池の制御装置に関するものである。 The present invention relates to a control device for an assembled battery.
複数のセルを直列に接続し、所定数ごとにモジュール化されてなる組電池の容量調整を行なう方法として、組電池を構成する各セル間や各モジュール間で、電荷移動を行なうアクティブバランシングが知られている(たとえば、特許文献1参照)。 As a method of connecting a plurality of cells in series and adjusting the capacity of an assembled battery that is modularized every predetermined number, active balancing is known in which charge transfer is performed between cells constituting each assembled battery or between modules. (For example, refer to Patent Document 1).
しかしながら、上述した特許文献1に開示されたアクティブバランシングにおいては、以下の課題がある。
However, the active balancing disclosed in
すなわち、特許文献1に開示されたアクティブバランシングにおいては、容量ばらつきの計測を行い、計測された容量ばらつきに基づいて、容量調整を行なうものであるため、容量ばらつきを精度良く算出する必要があることから、容量調整のための電荷移動、および各セル間の容量ばらつきの計測を繰り返し行なう必要がある。そのため、電荷移動を行なう際の電荷移動量を小さくした場合には、各セル間の容量ばらつきの計測の頻度が高くなってしまい、結果として、容量調整に要する時間が長くなってしまうという問題がある。特に、各セル間の容量ばらつきの計測を行なう際には、各セルの電圧やSOCを精度良く測定する必要があることから、電荷移動を停止した後、残留電荷による電圧誤差や分極の解消を待ってから、電圧やSOCを測定する必要があり、そのため、容量ばらつきの計測の頻度が高くなると、容量調整のための電荷移動を停止している時間が長くなってしまい、結果として、容量調整に要する時間が長くなってしまうこととなる。
That is, in the active balancing disclosed in
一方で、容量調整のための電荷移動量を大きくした場合には、目標電圧あるいは目標SOC付近で、充電と放電を繰り返すチャタリング現象が発生してしまい、チャタリング現象により、容量調整に要する時間が長くなってしまうという問題がある。特に、このようなチャタリング現象は、各セル間および各モジュール間において同時に、アクティブバランシングによる電荷移動を行なった場合により顕著となる。さらには、各セル間または各モジュール間における電荷移動の効率は100%でないため、チャタリング現象により、容量調整に要する時間が長くなってしまうと、不要に電荷移動を行なうこととなってしまい、これにより電荷移動効率が低下してしまうという問題も生じてしまう。 On the other hand, when the amount of charge transfer for capacity adjustment is increased, a chattering phenomenon that repeats charging and discharging occurs near the target voltage or the target SOC, and the time required for capacity adjustment becomes longer due to the chattering phenomenon. There is a problem of becoming. In particular, such a chattering phenomenon becomes more prominent when charge transfer is performed by active balancing at the same time between cells and between modules. Furthermore, since the efficiency of charge transfer between cells or between modules is not 100%, if the time required for capacity adjustment becomes longer due to chattering, charge transfer is unnecessarily performed. This also causes a problem that the charge transfer efficiency is lowered.
本発明が解決しようとする課題は、アクティブバランシングによる容量調整を、短い時間で、かつ、高効率で行なうことができる組電池の制御装置を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide an assembled battery control device capable of performing capacity adjustment by active balancing in a short time and with high efficiency.
本発明は、複数のセルを直列に接続してなる組電池において、電荷移動を行なう各セルおよび/または各モジュールごとに、現在の充電状態と電荷を入出力した際の電荷移動損失とを考慮した電荷移動量、および電荷の入出力方向を算出し、算出した電荷移動量および電荷の入出力方向に基づいて、電荷移動を行なうセルおよび/またはモジュールを設定し、設定されたセルおよび/またはモジュールについて、電荷移動処理を実行するとともに、電荷移動処理を実行する前に、電荷移動処理を実行した場合に電荷移動回路に流れる電流値を予測し、予測した電流値が所定の閾値以上である場合に、電流値が閾値未満となるように制限することにより、上記課題を解決する。 The present invention considers the current charge state and charge transfer loss when charge is input / output for each cell and / or each module that performs charge transfer in an assembled battery formed by connecting a plurality of cells in series. The charge transfer amount and the charge input / output direction are calculated, and the cell and / or module for performing charge transfer is set based on the calculated charge transfer amount and the charge input / output direction, and the set cell and / or For the module, the charge transfer process is executed, and before the charge transfer process is executed, the current value flowing through the charge transfer circuit when the charge transfer process is executed is predicted, and the predicted current value is equal to or greater than a predetermined threshold value. In such a case, the problem is solved by limiting the current value to be less than the threshold value.
本発明によれば、電荷移動を行なう各セルおよび/または各モジュールごとに、現在の容量および電荷移動損失を考慮して、電荷移動量および電荷の入出力方向を算出し、これに基づいて、電荷移動を行なうセルおよび/またはモジュールを設定するため、アクティブバランシングによる容量調整を、短い時間で、かつ、高効率で行なうことが可能となる。 According to the present invention, the charge transfer amount and the charge input / output direction are calculated in consideration of the current capacity and charge transfer loss for each cell and / or each module that performs charge transfer. Since cells and / or modules that perform charge transfer are set, capacity adjustment by active balancing can be performed in a short time and with high efficiency.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<組電池システムの構成>
図1は、本実施形態に係る組電池システムを示す構成図である。図1に示すように、本実施形態に係る組電池システムは、6個のモジュールM1〜M6を備えている。これらモジュールM1〜M6のうち、モジュールM1は、16個のセルC1〜C16から構成されており、これらセルC1〜C16は直列に接続されている。同様に、モジュールM2〜M6も、それぞれ、直列に接続された16個のセルC17〜C32、C33〜C48、C49〜C64、C65〜C80、C81〜C96から構成されている。そして、図1に示すように、各モジュールM1〜M6は、互いに直列に接続され、これにより、96個のセルが直列接続され、組電池を構成している。なお、本実施形態においては、図1に示すように、6個のモジュールM1〜M6によりモジュール化された96個のセルからなる組電池を例示したが、このような構成に特に限定されるものではない。
<Configuration of assembled battery system>
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an assembled battery system according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the assembled battery system according to this embodiment includes six modules M1 to M6. Among these modules M1 to M6, the module M1 is composed of 16 cells C1 to C16, and these cells C1 to C16 are connected in series. Similarly, each of the modules M2 to M6 includes 16 cells C17 to C32, C33 to C48, C49 to C64, C65 to C80, and C81 to C96 connected in series. As shown in FIG. 1, the modules M1 to M6 are connected in series with each other, whereby 96 cells are connected in series to form an assembled battery. In addition, in this embodiment, as shown in FIG. 1, the assembled battery which consists of 96 cells modularized by the six modules M1-M6 was illustrated, However, It is specifically limited to such a structure. is not.
また、本実施形態に係る組電池システムは、制御装置10を備えており、制御装置10は、各モジュールM1〜M6のセルバランシングを行うためのセルバランシング回路ACB1〜ACB6、各モジュールM1〜M6間のモジュールバランシングを行うためのモジュールバランシング回路MMB12,MMB23,MMB25,MMB45,MMB56を制御することにより、組電池を構成するセルおよびモジュール間において、アクティブバランシングによる容量調整を行なう。なお、具体的な容量調整方法は後述する。
In addition, the assembled battery system according to the present embodiment includes a
さらに、本実施形態に係る組電池システムは、96個のセルC1〜C96に流れる電流値を検出するための電流センサ20を備えており、電流センサ20により検出された電流値は、制御装置10に所定の間隔で送信される。また、各モジュールM1〜M6の近傍には、各モジュールM1〜M6の温度を測定するための温度センサ30が備えられており、各温度センサ30により測定された各モジュールM1〜M6の温度は、制御装置10に所定の間隔で送信される。
Furthermore, the assembled battery system according to the present embodiment includes a
図2に、セルバランシング回路およびモジュールバランシング回路の具体的な構成を示す。なお、図2は、組電池を構成するモジュールM1〜M6のうち、モジュールM1〜M3、ならびに、モジュールM1〜M3に関連するセルバランシング回路およびモジュールバランシング回路のみを示している。また、図2中においては、各モジュールM1〜M3を構成するセルのうち一部のセル、およびこれに対応する回路構成については省略して示している。 FIG. 2 shows specific configurations of the cell balancing circuit and the module balancing circuit. FIG. 2 shows only the modules M1 to M3 and the cell balancing circuit and the module balancing circuit related to the modules M1 to M3 among the modules M1 to M6 constituting the assembled battery. In FIG. 2, some of the cells constituting each of the modules M1 to M3 and the corresponding circuit configuration are omitted.
ここで、セルバランシング回路ACB1を例示すると、セルバランシング回路ACB1は、モジュールM1を構成する各セルC1〜C16と、モジュールM1との間で容量調整、すなわち、セルバランシング(セルとモジュールとの間での容量調整)を行なうための回路である。セルバランシング回路ACB1は、図2に示すように、スイッチS1〜S20、ダイオードD1、およびトランスT11を備えている。 Here, exemplifying the cell balancing circuit ACB1, the cell balancing circuit ACB1 adjusts the capacity between the cells C1 to C16 constituting the module M1 and the module M1, that is, cell balancing (between the cell and the module). Is a circuit for performing the capacitance adjustment. As shown in FIG. 2, the cell balancing circuit ACB1 includes switches S1 to S20, a diode D1, and a transformer T11.
以下、セルバランシング回路ACB1により実行されるセルバランシングについて説明する。なお、セルバランシングは、制御装置10(図1参照)により、セルバランシング回路ACB1を構成する各スイッチS1〜S20を開閉制御されることにより実行される。たとえば、モジュールM1を構成するセルC2から、モジュールM1へと放電する場合には、図3に示すように、スイッチS2,S3,S18,S19が閉とされ、スイッチS20を開閉制御することにより、セルC2が放電し、セルC2の放電により出力された電荷が、トランスT11を介して、モジュールM1を充電するための電荷に変換され、これにより、モジュールM1(モジュールM1を構成する全てのセルC1〜C16)が充電されることとなる。ここで、セルC2の電圧をVcell_2とし、セルC2からの放電電流をIcell_2とし、モジュールM1全体の電圧をVmodule_1とし、モジュールM1の充電電流をImodule_1とし、充電方向に電流が流れる場合をプラスとし、逆に、放電方向に電流が流れる場合をマイナスとした場合に、下記式(1)の関係が成り立つこととなる。
η×Vcell_2×Icell_2=−Vmodule_1×Imodule_1 (1)
なお、ηは、トランスT11の電荷移動効率を示す。
Hereinafter, cell balancing executed by the cell balancing circuit ACB1 will be described. Note that the cell balancing is executed by controlling the switches S1 to S20 constituting the cell balancing circuit ACB1 by the control device 10 (see FIG. 1). For example, when discharging from the cell C2 constituting the module M1 to the module M1, as shown in FIG. 3, the switches S2, S3, S18, and S19 are closed, and the switch S20 is controlled to be opened and closed. The cell C2 is discharged, and the electric charge output by the discharge of the cell C2 is converted into electric charge for charging the module M1 through the transformer T11, whereby the module M1 (all cells C1 constituting the module M1) is converted. To C16) will be charged. Here, the voltage of the cell C2 is V cell_2 , the discharge current from the cell C2 is I cell_2 , the voltage of the entire module M1 is V module_1 , the charging current of the module M1 is I module_1, and the current flows in the charging direction. Is positive, and conversely, when the current flows in the discharge direction is negative, the relationship of the following formula (1) is established.
η × V cell — 2 × I cell — 2 = −V module — 1 × I module — 1 (1)
Note that η represents the charge transfer efficiency of the transformer T11.
あるいは、これとは逆に、モジュールM1を構成するセルC2に、モジュールM1から充電する場合には、図4に示すように、スイッチS2,S3,S18,S19を閉とし(スイッチS18,S19の閉方向を逆方向とし)、スイッチS20を開閉制御することにより、モジュールM1から出力された電荷が、トランスT11を介して、セルC2に充電されることとなる。そして、この場合には、下記式(2)の関係が成り立つこととなる。
Vcell_2×Icell_2=−η×Vmodule_1×Imodule_1 (2)
Alternatively, on the contrary, when the cell C2 constituting the module M1 is charged from the module M1, the switches S2, S3, S18, and S19 are closed (as shown in FIG. 4). By controlling the opening and closing of the switch S20 with the closing direction as the reverse direction, the charge output from the module M1 is charged into the cell C2 via the transformer T11. In this case, the relationship of the following formula (2) is established.
V cell — 2 × I cell — 2 = −η × V module — 1 × I module — 1 (2)
このように、本実施形態では、制御装置10(図1参照)により、セルバランシング回路ACB1において、スイッチS2,S3,S18,S19を閉とし、スイッチS20を開閉制御させることにより、モジュールM1を構成するセルC2からモジュールM1へ、あるいは、モジュールM1からセルC2へ電荷を移動させることができる。本実施形態では、このようにしてセルバランシングを実行する。 Thus, in the present embodiment, the control device 10 (see FIG. 1) configures the module M1 by closing the switches S2, S3, S18, and S19 and controlling the switch S20 to open and close in the cell balancing circuit ACB1. The charge can be transferred from the cell C2 to the module M1 or from the module M1 to the cell C2. In this embodiment, cell balancing is performed in this way.
なお、セルバランシング回路ACB1を構成する各スイッチのうち、スイッチS1〜S17は、セルバランシングを実行するためのスイッチに該当する。そのため、図2、図3に示すように、セルC2とモジュールM1との間でセルバランシングを実行する場合には、スイッチS2,S3を閉としたが、たとえば、セルC1とモジュールM1との間でセルバランシングを実行する場合には、スイッチS1,S2を閉とすればよい。同様に、セルC3の場合には、スイッチS3,S4を閉とし、また、セルC4の場合には、スイッチS4,S5を閉とすればよく、さらに、セルC5〜C16についても、対応するスイッチ(スイッチS5〜S17)を閉とすればよい。また、スイッチS18,S19は電荷移動方向を制御するためのスイッチであり、図3、図4に示すように、所望の電荷方向に応じてスイッチS18,S19を制御することにより、各セルC1〜C16からモジュールM1へと放電したり、逆に、モジュールM1から各セルC1〜C16に充電することができるようになっている。さらに、スイッチS20は、開閉制御することにより、トランスT11を介して、電荷移動を行なう際に用いられるスイッチである。 Of the switches constituting the cell balancing circuit ACB1, the switches S1 to S17 correspond to switches for performing cell balancing. Therefore, as shown in FIGS. 2 and 3, when cell balancing is performed between the cell C2 and the module M1, the switches S2 and S3 are closed, but for example, between the cell C1 and the module M1. When cell balancing is executed, the switches S1 and S2 may be closed. Similarly, in the case of the cell C3, the switches S3 and S4 are closed, and in the case of the cell C4, the switches S4 and S5 may be closed, and the corresponding switches are also applied to the cells C5 to C16. (Switches S5 to S17) may be closed. The switches S18 and S19 are switches for controlling the direction of charge transfer. As shown in FIGS. 3 and 4, each of the cells C1 to C19 is controlled by controlling the switches S18 and S19 according to the desired charge direction. The C16 can be discharged to the module M1, or conversely, the cells C1 to C16 can be charged from the module M1. Furthermore, the switch S20 is a switch used when performing charge transfer through the transformer T11 by opening / closing control.
図2に戻り、上述したモジュールM1と同様に、モジュールM2も、モジュールM2を構成する各セルC17〜C32と、モジュールM2との間でセルバランシングを行なうための回路である、セルバランシング回路ACB2を備えており、セルバランシング回路ACB2は、図2に示すように、上述したモジュールM1に対応するセルバランシング回路ACB1と同様に、スイッチS21〜S40、ダイオードD2、およびトランスT22を備えている。そして、上記と同様にして、制御装置10(図1参照)により、セルバランシング回路ACB2を構成するスイッチS21〜S40を制御することにより、モジュールM2を構成する各セルC17〜C32と、モジュールM2との間で電荷を移動させるセルバランシングが実行されるようになっている。 Returning to FIG. 2, similarly to the module M1 described above, the module M2 also includes a cell balancing circuit ACB2, which is a circuit for performing cell balancing between the cells M17 to C32 constituting the module M2 and the module M2. As shown in FIG. 2, the cell balancing circuit ACB2 includes switches S21 to S40, a diode D2, and a transformer T22, similar to the cell balancing circuit ACB1 corresponding to the module M1 described above. In the same manner as described above, the control device 10 (see FIG. 1) controls the switches S21 to S40 constituting the cell balancing circuit ACB2, thereby causing the cells C17 to C32 constituting the module M2 and the module M2 to Cell balancing for transferring charges between the two is performed.
さらに、上述したモジュールM1,M2と同様に、モジュールM3も、モジュールM3を構成する各セルC33〜C48と、モジュールM3との間でセルバランシングを行なうための回路である、セルバランシング回路ACB3を備えており、セルバランシング回路ACB3は、図2に示すように、上述したモジュールM1に対応するセルバランシング回路ACB1,ACB2と同様に、スイッチS41〜S60、ダイオードD3、およびトランスT33を備えている。そして、上記と同様にして、制御装置10(図1参照)により、セルバランシング回路ACB3を構成するスイッチS41〜S60を制御することにより、モジュールM3を構成する各セルC33〜C48と、モジュールM3との間で電荷を移動させるセルバランシングが実行されるようになっている。 Further, similarly to the modules M1 and M2 described above, the module M3 also includes a cell balancing circuit ACB3 that is a circuit for performing cell balancing between the cells C33 to C48 constituting the module M3 and the module M3. As shown in FIG. 2, the cell balancing circuit ACB3 includes switches S41 to S60, a diode D3, and a transformer T33, similarly to the cell balancing circuits ACB1 and ACB2 corresponding to the module M1 described above. In the same manner as described above, the control device 10 (see FIG. 1) controls the switches S41 to S60 that constitute the cell balancing circuit ACB3, whereby the cells C33 to C48 that constitute the module M3, the module M3, Cell balancing for transferring charges between the two is performed.
また、図1に示すように、モジュールM4〜M6も、上述したモジュールM1〜M3と同様に、各モジュールを構成する各セルと、各モジュールとの間でセルバランシングを行なうための回路である、セルバランシング回路ACB4〜ACB6を備えており、セルバランシング回路ACB4〜ACB6も、上述したセルバランシング回路ACB1〜ACB3と同様の構成を有しており、同様に作用する。 Further, as shown in FIG. 1, the modules M4 to M6 are also circuits for performing cell balancing between each module constituting each module and each module, similarly to the modules M1 to M3 described above. The cell balancing circuits ACB4 to ACB6 are provided, and the cell balancing circuits ACB4 to ACB6 have the same configuration as the cell balancing circuits ACB1 to ACB3 described above, and operate in the same manner.
また、本実施形態の組電池システムは、図1、図2に示すように、上述したセルバランシング回路ACB1〜ACB6に加えて、各モジュールM1〜M6間のモジュールバランシングを行うためのモジュールバランシング回路MMB12,MMB23,MMB25,MMB45,MMB56を備えている。たとえば、モジュールバランシング回路MMB12を例示すると、モジュールバランシング回路MMB12は、モジュールM1と、モジュールM2と間で容量調整、すなわち、モジュールバランシング(モジュール間での容量調整)を行なうための回路である。モジュールバランシング回路MMB12は、図2に示すように、スイッチS121,S122、トランスT12を備えている。 In addition to the cell balancing circuits ACB1 to ACB6 described above, the assembled battery system of this embodiment includes a module balancing circuit MMB12 for performing module balancing between the modules M1 to M6, as shown in FIGS. , MMB23, MMB25, MMB45, and MMB56. For example, the module balancing circuit MMB12 is exemplified. The module balancing circuit MMB12 is a circuit for performing capacity adjustment between the module M1 and the module M2, that is, module balancing (capacitance adjustment between modules). As shown in FIG. 2, the module balancing circuit MMB12 includes switches S121 and S122 and a transformer T12.
モジュールバランシング回路MMB12による、モジュールM1と、モジュールM2との間における容量調整方法、すなわち、モジュールバランシングの方法としては、上述したセルバランシングと同様であり、その具体的な容量調整方法としては以下の通りである。なお、モジュールバランシングは、制御装置10(図1参照)により、モジュールバランシング回路MMB12を構成する各スイッチS121,S122を開閉制御されることにより実行される。 The capacity adjustment method between the module M1 and the module M2 by the module balancing circuit MMB12, that is, the module balancing method is the same as the cell balancing described above, and the specific capacity adjustment method is as follows. It is. The module balancing is executed by the control device 10 (see FIG. 1) being controlled to open and close the switches S121 and S122 that constitute the module balancing circuit MMB12.
すなわち、モジュールM1(すなわち、モジュールM1を構成する全てのセルC1〜C16)から、モジュールM2(すなわち、モジュールM2を構成する全てのセルC17〜C32)へと放電し、モジュールM1からモジュールM2へと電荷を移動させる場合には、たとえば、スイッチS122を閉とし、ジュールM1に対応するスイッチS121を開閉制御することにより、モジュールM1からモジュールM2へと電荷の移動が行なわれる。あるいは、これとは逆に、モジュールM2からモジュールM1へと放電し、モジュールM2からモジュールM1へと電荷を移動させる場合には、たとえば、スイッチS121を閉とし、モジュールM2に対応するスイッチS122を開閉制御することにより、モジュールM2からモジュールM1へと電荷の移動が行なわれる。 That is, the module M1 (that is, all the cells C1 to C16 constituting the module M1) is discharged to the module M2 (that is, all the cells C17 to C32 constituting the module M2), and the module M1 is changed to the module M2. When the charge is moved, for example, the switch S122 is closed and the switch S121 corresponding to the module M1 is controlled to be opened and closed, so that the charge is transferred from the module M1 to the module M2. Or, conversely, when discharging from the module M2 to the module M1 and transferring the charge from the module M2 to the module M1, for example, the switch S121 is closed and the switch S122 corresponding to the module M2 is opened and closed. By controlling, charge is transferred from the module M2 to the module M1.
同様に、図1、図2に示すように、モジュールバランシング回路MMB23は、モジュールM2と、モジュールM3と間でモジュールバランシングを行なうための回路であり、上述したモジュールバランシング回路MMB12と同様に、スイッチS231,S232、トランスT23を備えている。そして、上記と同様にして、制御装置10(図1参照)により、モジュールバランシング回路MMB23を構成するスイッチS231,S232を制御することにより、モジュールM2(すなわち、モジュールM2を構成する全てのセルC17〜C32)と、モジュールM3(すなわち、モジュールM3を構成する全てのセルC33〜C48)との間で電荷移動させるモジュールバランシングが実行されるようになっている。 Similarly, as shown in FIGS. 1 and 2, the module balancing circuit MMB23 is a circuit for performing module balancing between the module M2 and the module M3. Similarly to the module balancing circuit MMB12 described above, the switch S231 is used. , S232, and a transformer T23. In the same manner as described above, the control device 10 (see FIG. 1) controls the switches S231 and S232 that constitute the module balancing circuit MMB23, whereby the module M2 (that is, all the cells C17 to C17 that constitute the module M2). C32) and module balancing for charge transfer between the module M3 (that is, all the cells C33 to C48 constituting the module M3) are performed.
また、上述したモジュールバランシング回路MMB12,MMB23と同様に、図1に示すように、モジュールバランシング回路MMB45,MMB56も、それぞれ、モジュールM4とM5との間、および、モジュールM5とM6との間で、モジュールバランシングを行うための回路であり、モジュールバランシング回路MMB45,MMB56も、上述したモジュールバランシング回路MMB12,MMB23と同様の構成を有しており、同様に作用する。 Similarly to the module balancing circuits MMB12 and MMB23 described above, as shown in FIG. 1, the module balancing circuits MMB45 and MMB56 are also between the modules M4 and M5 and between the modules M5 and M6, respectively. This is a circuit for performing module balancing, and the module balancing circuits MMB45 and MMB56 have the same configuration as the module balancing circuits MMB12 and MMB23 described above, and operate in the same manner.
さらに、図1に示すように、モジュールM2と、モジュールM5との間には、これらモジュールM2とM5と間で、モジュールバランシングを行うための回路である、モジュールバランシング回路MMB25が備えられている。図2に示すように、モジュールバランシング回路MMB25は、スイッチS251,S252、トランスT25を備えており、トランスT25を介して、一方は、モジュールM2に接続されており、他方が、不図示のモジュールM5に接続されており、これにより、上述したモジュールバランシング回路MMB12,MMB23と同様にして、モジュールM2とM5と間で、モジュールバランシングが行われるようになっている。 Further, as shown in FIG. 1, a module balancing circuit MMB25, which is a circuit for performing module balancing between the modules M2 and M5, is provided between the module M2 and the module M5. As shown in FIG. 2, the module balancing circuit MMB25 includes switches S251 and S252 and a transformer T25, one of which is connected to the module M2 via the transformer T25, and the other is a module M5 (not shown). Accordingly, module balancing is performed between the modules M2 and M5 in the same manner as the module balancing circuits MMB12 and MMB23 described above.
このように本実施形態の組電池システムにおいては、図1に示すように、モジュールM1〜M3は、モジュールバランシング回路MMB12,MMB23により、モジュールバランシングが行われるようになっており、一方、モジュールM4〜M6は、モジュールバランシング回路MMB45,MMB56により、モジュールバランシングが行われるようになっている。加えて、本実施形態の組電池システムは、モジュールM2とM5との間でモジュールバランシングを行うためのモジュールバランシング回路MMB25をさらに備えており、これにより、本実施形態の組電池システムを構成する全てのモジュールM1〜M6は、互いに、アクティブバランシングによる容量調整が行われるようになっている。 Thus, in the assembled battery system of the present embodiment, as shown in FIG. 1, the modules M1 to M3 are module balanced by the module balancing circuits MMB12 and MMB23, while the modules M4 to M3 In M6, module balancing is performed by module balancing circuits MMB45 and MMB56. In addition, the assembled battery system according to the present embodiment further includes a module balancing circuit MMB25 for performing module balancing between the modules M2 and M5, whereby all the components of the assembled battery system according to the present embodiment are configured. The modules M1 to M6 are configured to perform capacity adjustment by active balancing.
以上のように、本実施形態の組電池システムは、図1に示すように、セルバランシング回路ACB1〜ACB6、モジュールバランシング回路MMB12,MMB23,MMB45,MMB56,MMB25を備え、これらの回路を、制御装置10により制御することで、各モジュールM1〜M6を構成するセルC1〜C96と、各モジュールM1〜M6間の容量調整を行なうセルバランシングと、各モジュールM1〜M6間の容量調整を行なうモジュールバランシングとを実行できるものである。 As described above, the battery pack system according to the present embodiment includes the cell balancing circuits ACB1 to ACB6 and the module balancing circuits MMB12, MMB23, MMB45, MMB56, and MMB25 as shown in FIG. 10 to control the cells C1 to C96 constituting the modules M1 to M6, cell balancing for adjusting capacity between the modules M1 to M6, and module balancing for adjusting capacity between the modules M1 to M6. Can be executed.
なお、本実施形態においては、このようなセルバランシングおよびモジュールバランシングは、図1に示す制御装置10により、セルバランシング回路ACB1〜ACB6、モジュールバランシング回路MMB12,MMB23,MMB45,MMB56,MMB25を制御することにより実行される。ここで、図5は、制御装置10の構成を示すブロック図である。
In this embodiment, such cell balancing and module balancing are performed by controlling the cell balancing circuits ACB1 to ACB6 and the module balancing circuits MMB12, MMB23, MMB45, MMB56, and MMB25 by the
図5に示すように、制御装置10は、電荷移動条件設定部11と、電流予測制御部12と、SOC算出部13とを備えている。
As shown in FIG. 5, the
SOC算出部13は、組電池を構成する各セルC1〜C96のSOC(State of Charge)、および各モジュールM1〜M6のSOCを算出する。具体的には、SOC算出部13は、各セルC1〜C96の端子電圧、図1に示す電流センサ20により検出された組電池の電流値、図1に示す各温度センサ30により測定された各モジュールM1〜M6の温度、および、後述する電流予測制御部12により予測された各セルC1〜C96に流れる電流値に基づいて、各セルC1〜C96のSOC、および各モジュールM1〜M6のSOCを算出する。また、本実施形態においては、各モジュールM1〜M6のSOCは、たとえば、各モジュールM1〜M6を構成する各セルのSOCの平均値を、各モジュールM1〜M6のSOCとすることができる。
The
電荷移動条件設定部11は、SOC算出部13により算出された各セルC1〜C96のSOC、および各モジュールM1〜M6のSOCに基づいて、セルバランシングおよびモジュールバランシングによる電荷移動を実行する際の条件を設定する。なお、電荷移動を実行する際の条件の設定方法については後述する。
The charge transfer
電流予測制御部12は、電荷移動条件設定部11により設定された電荷移動を実行する際の条件から、各セルC1〜C96に流れる電流値、ならびに、セルバランシング回路ACB1〜ACB6、および、モジュールバランシング回路MMB12,MMB23,MMB45,MMB56,MMB25に流れる電流値を予測する。そして、電流値を予測した結果、各回路を構成する配線に流れる電流値が、所定の閾値ILIM未満である場合には、電荷移動条件設定部11により設定された電荷移動条件に基づいて、セルバランシング回路ACB1〜ACB6、および、モジュールバランシング回路MMB12,MMB23,MMB45,MMB56,MMB25を制御し、上述したセルラバンシングおよび/またはモジュールバランシングを実行させる。あるいは、電流値を予測した結果、各回路を構成する配線のうち、特定の配線に流れる電流値が、所定の閾値ILIM以上である場合には、セルバランシングおよび/またはモジュールバランシングを実行する際の電流値を制限する処理を実行する。なお、電流値を制限する処理における具体的な処理方法については、後述する。
The current
なお、本実施形態においては、SOC算出部13による各セルのSOCの算出処理、電荷移動条件設定部11による電荷移動を実行する際の条件を設定する処理、ならびに、電流予測制御部12によるセルラバンシングおよび/またはモジュールバランシングを実行させる処理および電流値を制限する処理は、所定の間隔で繰り返し実行される。
In the present embodiment, the SOC calculation processing of each cell by the
次いで、本実施形態におけるアクティブバランシングによる容量調整を行なう方法について詳細に説明する。本実施形態の組電池システムにおいて、アクティブバランシングによる容量調整を行なう方法としては、次の3つの態様が挙げられる。すなわち、(A)セルバランシングのみを行なう方法、(B)モジュールバランシングのみを行なう方法、(C)セルバランシングおよびモジュールバランシングを同時に行なう方法、の3つの態様が挙げられる。 Next, a method for performing capacity adjustment by active balancing in the present embodiment will be described in detail. In the assembled battery system of the present embodiment, the following three modes can be cited as a method for performing capacity adjustment by active balancing. That is, there are three modes: (A) a method that performs only cell balancing, (B) a method that performs only module balancing, and (C) a method that performs cell balancing and module balancing simultaneously.
そして、たとえば、図6(A)〜図6(C)に示すように、複数のセルからなる2つのモジュールを例示した場面において、容量調整前の状態において、各モジュールを構成する各セル間のSOCがばらついており、さらには、各モジュール間のSOC(モジュールを構成する全てのセルの最大容量の合計に対する、モジュールを構成する全てのセルの現在の容量の合計の割合)もばらついている場合を考えると、まず、図6(A)に示すように、(A)セルバランシングのみを行なう方法においては、各モジュールを構成する、セル間のSOCは均等となるものの、各モジュール間のSOCは、ばらついたままとなってしまう。 And, for example, as shown in FIGS. 6A to 6C, in a situation where two modules composed of a plurality of cells are illustrated, between the cells constituting each module in a state before capacity adjustment. The SOC varies, and furthermore, the SOC between modules (the ratio of the total current capacity of all cells constituting the module to the sum of the maximum capacities of all cells constituting the module) also varies. First, as shown in FIG. 6 (A), in the method of performing only (A) cell balancing, although the SOC between cells constituting each module is equal, the SOC between each module is , Will remain scattered.
また、図6(B)に示すように、(B)モジュールバランシングのみを行なう方法においては、各モジュール間のSOCは均等となるものの、各セル間のSOCは、ばらついたままとなってしまう。 In addition, as shown in FIG. 6B, in the method of performing only (B) module balancing, the SOC between the modules is equal, but the SOC between the cells remains varied.
これに対し、図6(C)に示すように、(C)セルバランシングおよびモジュールバランシングを同時に行なう方法においては、セル間のSOCおよび各モジュール間のSOCのいずれも均等なものとすることができる。 On the other hand, as shown in FIG. 6C, in the method of performing (C) cell balancing and module balancing at the same time, both the SOC between cells and the SOC between modules can be made equal. .
なお、本実施形態においては、上記(A)の方法を実行した後、上記(B)の方法を実行することにより、あるいはその逆の順番でこれらの方法を実行することにより、上記(C)の方法と同様に、セル間のSOCおよび各モジュール間のSOCのいずれも均等なものとすることが可能となる。しかしその一方で、上記(C)の方法によれば、上記(A)の方法を実行した後、上記(B)の方法を実行した場合と比較して、容量調整時間を短縮化することが可能となるため、望ましい。 In the present embodiment, after the method (A) is performed, the method (B) is performed, or the methods are performed in the reverse order, so that the method (C) is performed. Similar to the method, the SOC between cells and the SOC between modules can be equalized. However, according to the method (C), after the method (A) is executed, the capacity adjustment time can be shortened as compared with the case where the method (B) is executed. This is desirable because it is possible.
以下においては、(A)セルバランシングのみを行なう方法、(B)モジュールバランシングのみを行なう方法、(C)セルバランシングおよびモジュールバランシングを同時に行なう方法について、それぞれ説明する。 In the following, (A) a method of performing only cell balancing, (B) a method of performing only module balancing, and (C) a method of performing cell balancing and module balancing simultaneously will be described.
<(A)セルバランシングのみを行なう方法>
まず、(A)セルバランシングのみを行なう方法における、具体的な容量調整条件の設定方法について説明する。本実施形態に係るセルバランシングは、上述したように、セルバランシングの対象となるモジュールを構成する各セルと、モジュールとの間において電荷移動を行ない、これにより、モジュール内にて容量調整を行なう方法である。
<(A) Method of performing only cell balancing>
First, a specific capacity adjustment condition setting method in the method of (A) performing only cell balancing will be described. In the cell balancing according to the present embodiment, as described above, charge transfer is performed between each module constituting the module to be subjected to cell balancing and the module, thereby performing capacity adjustment in the module. It is.
ここで、図7に、本実施形態に係るセルバランシングを示す模式図を示す。なお、図7中においては、組電池を構成する各モジュールM1〜M6のうち、1番目のモジュールM1を、モジュール#1とし、同様に、2〜6番目のモジュールM2〜M6を、モジュール#2〜#6とした場合に、j番目のモジュールであるモジュール#jにおいて行なわれるセルバランシングを模式的に示している。そして、図7に示すように、以下においては、モジュール#jを構成する1番目のセル#1に、モジュール#jから移動する電荷量をy1とし、i番目(i=1〜nMj、ただし、nMjは、j番目のモジュールのセル数)のセル#iに、モジュール#jから移動する電荷量をyiとし、nMj番目のセル#nMjに、モジュール#jから移動する電荷量をynMjとする。
Here, in FIG. 7, the schematic diagram which shows the cell balancing which concerns on this embodiment is shown. In FIG. 7, among the modules M1 to M6 constituting the assembled battery, the first module M1 is designated as
ここで、モジュール#jを構成するセル#iと、モジュール#jとの間における電荷移動を行なう場合について考える。なお、以下においては、図8に示すように、モジュール#jからセル#iに移動する電荷量をyiとし、電荷移動効率をηi(ηi<1)とし、電荷移動前のモジュール#jの容量をQMjとし、電荷移動前のセル#iの容量をQiとする。そして、電荷量yiの符号を、モジュール#jからセル#iに放電が行なわれる場合にプラスと定義し、逆に、セル#iからモジュール#jに放電が行なわれる場合にマイナスと定義した場合に、以下の関係が成り立つこととなる。 Here, consider a case where charge transfer is performed between the cell #i constituting the module #j and the module #j. In the following, as shown in FIG. 8, the amount of charge moving from module #j to cell #i is y i , the charge transfer efficiency is η i (η i <1), and module # before charge transfer is Assume that the capacity of j is Q Mj and the capacity of the cell #i before charge transfer is Q i . The sign of the charge amount y i is defined as positive when the discharge is performed from the module #j to the cell #i, and conversely, is defined as negative when the discharge is performed from the cell #i to the module #j. In this case, the following relationship is established.
すなわち、yi>0である場合には、モジュール#jからセル#iに電荷の移動が行なわれ、この場合には、モジュール#jから出力される電荷の電荷量はyiとなり、これに対し、セル#iが受け取る電荷の電荷量はηi×yiとなる。一方、yi<0である場合には、セル#iからモジュール#jに電荷の移動が行なわれ、この場合には、セル#iから出力される電荷の電荷量は、1/ηi×|yi|となり、これに対し、モジュール#jが受け取る電荷の電荷量は|yi|となる。そのため、この場合には、下記式(3)の関係が成り立つこととなる。
そのため、セル#i、およびモジュール#jにおける、セルバランシングにより入出力される電荷量と、セルバランシング後の充電量(SOC)x(x=0〜1)との関係は、下記式(4)により示すことができる。
iは、1〜nMj(ただし、nMjは、j番目のモジュールのセル数)の整数を表し、
SOCiは、j番目のモジュールのi番目のセルの電荷移動を行なった後のSOCを表し、
Qiは、j番目のモジュールのi番目のセルの電荷移動を行なう前の容量を表し、
Qmax,iは、j番目のモジュールのi番目のセルの最大容量を表し、
ki・yiは、j番目のモジュールのi番目のセルに出入りする電荷量を表し、
SOCMjは、j番目のモジュールの電荷移動を行なった後のSOCを表し、
ηiは、j番目のモジュールのi番目のセルに電荷が入出力する場合における電荷移動効率を表す。)
Therefore, in the cell #i and the module #j, the relationship between the charge amount input / output by cell balancing and the charge amount (SOC) x (x = 0 to 1) after cell balancing is expressed by the following formula (4). Can be shown.
i represents an integer from 1 to n Mj (where n Mj is the number of cells in the j-th module);
SOC i represents the SOC after charge transfer of the i-th cell of the j-th module,
Q i represents the capacity before charge transfer of the i-th cell of the j-th module,
Q max, i represents the maximum capacity of the i th cell of the j th module,
k i · y i represents the amount of charge flowing into and out of the i th cell of the j th module,
SOC Mj represents the SOC after the charge transfer of the j-th module is performed,
η i represents the charge transfer efficiency when charge is input / output to / from the i-th cell of the j-th module. )
なお、上記式(4)において、Qi、Qi,max、kiは既知のパラメータ(あるいは、既知のパラメータより導出可能なパラメータ)となり、一方、x、yiは未知のパラメータとなる。すなわち、セルバランシングを行なうモジュールのセル数nMjに対して、nMj+1個の未知パラメータ(y1,y2,・・・,ynMj−1,ynMj,x)が存在することとなる。 In the above equation (4), Q i , Q i, max , and k i are known parameters (or parameters that can be derived from the known parameters), while x and y i are unknown parameters. That is, there are n Mj +1 unknown parameters (y 1 , y 2 ,..., Y nMj−1 , y nMj , x) for the number n Mj of modules performing cell balancing. .
そのため、本実施形態では、下記式(5)に示すように、セルバランシングを行うnMj個の各セルのそれぞれ、およびセルバランシングを行なうモジュールについて、上記式(4)に対応する式をたてることができ、この下記式(5)をマトリックス化して示すと下記式(6)となる。なお、本実施形態においては、セルバランシングを行なうことにより、セルバランシング後の全てのセルは充電量(SOC)が等しくなると考えることができるため、下記式(5)において、セルバランシング後の充電量(SOC)を示すx(x=0〜1)の値は、セルバランシングを行うnMj個の全てのセル、およびこれらのセルから構成されるモジュールにおいて、等しい値とすることができる。
そして、本実施形態では、上記式(6)に示すマトリックスにおいて、xの値およびyi(y1,y2,・・・,ynMj−1,ynMj)の値を演算することにより、セルバランシング時の目標充電量(xの値)、および各セルとモジュールとの間の電荷移動量(yiの値)を算出することができる。しかしその一方で、上記式(6)に示すマトリックスにおいて、kiの値については、yiの値がプラスであるのか、あるいはマイナスの値であるのかでその値が変化するため、上記式(6)に示すマトリックスから、直接xの値およびyiの値を演算することはできない。すなわち、yiの値がプラスの場合には、kiの値はηiとなり、yiの値がマイナスの場合には、kiの値は1/ηiとなるため(上記式(4)参照)、上記式(6)に示すマトリックスから、直接xの値およびyiの値を演算することはできない。 And in this embodiment, by calculating the value of x and the value of y i (y 1 , y 2 ,..., Y nMj−1 , y nMj ) in the matrix shown in the above equation (6), The target charge amount (value of x) at the time of cell balancing and the charge transfer amount (value of y i ) between each cell and the module can be calculated. However, on the other hand, in the matrix shown in the above equation (6), the value of k i changes depending on whether the value of y i is a positive value or a negative value. The value of x and the value of y i cannot be calculated directly from the matrix shown in 6). That is, when the value of y i is positive, the value of k i is η i , and when the value of y i is negative, the value of k i is 1 / η i (the above equation (4) )), The value of x and the value of y i cannot be directly calculated from the matrix shown in the above equation (6).
そのため、本実施形態では、以下に説明する仮設演算処理を行なうことで、上記式(6)に示すマトリックスから、xの値およびyiの値を演算し、これにより、セルバランシング時の目標充電量(xの値)、および各セルとモジュールとの間の電荷移動量(yiの値)に加えて、電荷移動方向(yiの値がプラスであるかマイナスであるか、およびkiの値がηiであるか1/ηiであるか)を演算する。ここで、図9は、セルバランシング時における仮設演算処理を示すフローチャートである。 Therefore, in the present embodiment, by performing the temporary calculation process described below, the value of x and the value of y i are calculated from the matrix shown in the above equation (6), and thereby the target charging at the time of cell balancing is calculated. In addition to the quantity (value of x) and the amount of charge transfer between each cell and module (value of y i ), the charge transfer direction (value of y i is positive or negative, and k i Is the value η i or 1 / η i ). Here, FIG. 9 is a flowchart showing temporary calculation processing at the time of cell balancing.
なお、以下に説明する仮設演算処理は、図5に示す電荷移動条件設定部11により、各モジュールM1〜M6ごとに、実行される。
The temporary calculation process described below is executed for each module M1 to M6 by the charge transfer
まず、ステップS101では、電荷移動条件設定部11は、SOC算出部13により算出された各セルの現在のSOCを取得し、取得した各セルの現在のSOC、および各セルの最大容量(充電可能容量)Qi,maxに基づいて、下記式(7)にしたがって、各モジュールを構成する各セルの現在の容量Qiを算出する。
まず、ステップS102では、電荷移動条件設定部11は、上記式(6)に示すマトリックスにおいて、全てのkiの値(すなわち、k1,k2,・・・,knMj−1,knMjの全ての値)をki=ηiに設定する。すなわち、ステップS102では、1つのモジュールを構成する全てのセルの電荷移動方向を、モジュールからセルに移動する方向となるように、kiの値をki=ηiに仮に設定する。
First, in step S102, the charge transfer
次いで、ステップS103では、電荷移動条件設定部11は、ステップS102または後述するステップS106において仮に設定されたkiの値に基づいて、上記式(6)に示すΓCのマトリックスの構築を行なう。
Next, in step S103, the charge transfer
次いで、ステップS104では、電荷移動条件設定部11は、ステップS102で構築したΓCのマトリックスに基づいて、上記式(6)から導出される下記式(8)に基づいて、ΘCの値、すなわち、xの値およびyi(y1,y2,・・・,ynMj−1,ynMj)の値を演算し、得られたxの値およびyiの値を、容量調整後のSOCおよび各セル間の電荷移動量として、仮に設定する。
次いで、ステップS105では、電荷移動条件設定部11は、ステップS104において仮に設定されたyiの値、さらに、ステップS102または後述するステップS106において仮に設定されたkiの値に基づき、全てのki(i=1〜nMj)およびこれに対応するyi(i=1〜nMj)について、「ki<1、かつ、yi<0」または「ki≧1、かつ、yi≧0」の関係を満足しているか否かの判定が行なわれる。
Next, in step S105, the charge transfer
判定の結果、全てのkiおよびこれに対応するyiのうち、少なくとも一部が「ki<1、かつ、yi<0」または「ki≧1、かつ、yi≧0」の関係を満足しない場合には、ステップS106に進み、ステップS106において、全てのki(i=1〜n)のうち、「ki<1、かつ、yi<0」または「ki≧1、かつ、yi≧0」の関係を満足しなかったkiを、ki=1/kiとし、ステップS103に戻る。すなわち、ki=ηiに設定されていた場合にはki=1/ηiに仮に設定し、ki=1/ηiに設定されていた場合にはki=ηiに仮に設定する。そして、再度、仮に設定したkiに基づいて、Γcのマトリックスの構築を実行し(ステップS103)、上記式(8)に基づいて、Θcの値の演算を行い(ステップS104)、「ki<1、かつ、yi<0」または「ki≧1、かつ、yi≧0」の関係を満足したか否かの判定を行なう(ステップS105)。 As a result of the determination, at least a part of all k i and y i corresponding thereto is “k i <1 and y i <0” or “k i ≧ 1 and y i ≧ 0”. If the relationship is not satisfied, the process proceeds to step S106. In step S106, “k i <1 and y i <0” or “k i ≧ 1” among all k i (i = 1 to n). and a k i which did not satisfy the relation of y i ≧ 0 ", and k i = 1 / k i, the flow returns to step S103. That is, when k i = η i is set, k i = 1 / η i is temporarily set, and when k i = 1 / η i is set, k i = η i is set temporarily. To do. Then, again, the matrix of Γ c is constructed based on the temporarily set k i (step S103), and the value of Θ c is calculated based on the above equation (8) (step S104). It is determined whether or not the relationship of k i <1 and y i <0 ”or“ k i ≧ 1 and y i ≧ 0 ”is satisfied (step S105).
そして、本実施形態では、最終的に、全てのkiおよびこれに対応するyiが「ki<1、かつ、yi<0」または「ki≧1、かつ、yi≧0」の関係を満足するまで、ステップS103〜S106の動作を、kiの値を、ki=1/kiに従って変化させながら、繰り返し実行する。そして、全てのkiおよびこれに対応するyiが「ki<1、かつ、yi<0」または「ki≧1、かつ、yi≧0」の関係を満足した場合には、セルバランシング時の目標充電量(xの値)、各セル間の電荷移動量(yiの値)、および電荷移動方向(yiの値がプラスであるかマイナスであるか、およびkiの値がηiであるか1/ηiであるか)を決定できたと判断し、ステップS107に進む。次いで、ステップS107では、得られたyiの値より、下記式(9)に従って、各セルの容量調整時間の算出を行なう。
以上のようにして、制御装置10の電荷移動条件設定部11により、セルバランシングを行なう際における、電荷移動方向(yiの値がプラスであるかマイナスであるか)、および各セルの電荷移動量yi、ならびに容量調整時間tiが決定される。
As described above, the charge transfer direction (whether the value of y i is positive or negative) and the charge transfer of each cell when cell balancing is performed by the charge transfer
次いで、制御装置10の電荷移動条件設定部11は、上記方法により決定した電荷移動方向(yiの値がプラスであるかマイナスであるか)、および各セルの電荷移動量yiに基づいて、セルバランシングを行なう際における、セルバランシングを行なうセルの順序を決定する処理を行なう。具体的には、制御装置10は、セルバランシングの効率化という点より、電荷移動量yiの絶対値が最も大きなセルから順に容量調整を行なうように決定することができる。この場合において、各モジュールM1〜M6のうち、セルバランシングを行なうモジュールが複数存在する場合には、各モジュールごとに独立して、セルバランシングを行なうセルの順序を決定し、各モジュールごとに独立して、同時にセルバランシングを行なうことができる。また、本実施形態においては、セルバランシングの効率をより高めるために、次の方法により、セルバランシングを行なうセルの順序を決定してもよい。
Next, the charge transfer
すなわち、まず、組電池が放電中である場合には、最もSOCが低く、そのため、最も多くの電荷量を充電する必要があるセルから容量調整を行なうような構成とすることができる。たとえば、図10に示すように、モジュールを構成するセル数が6であり、6つのセル#1〜#6の電荷移動方向および電荷移動量が同図の関係にある場合には、図11に示すように、最も多くの電荷量を充電する必要があるセルであるセル#2から順に、セル#5、セル#6、セル#4、セル#1、セル#3の順番で容量調整を行なうような構成とすることができる。特に、組電池が放電中である場合に、最もSOCが低く、そのため、最も多くの電荷量を充電する必要があるセルから容量調整を行なうことで、組電池を構成するモジュールの放電電流の一部を、充電が必要となる電池の供給することができるため、セルバランシングおよび組電池の放電をより効率的に行なうことができる。
That is, first, when the assembled battery is being discharged, the SOC is the lowest, and therefore the capacity can be adjusted from the cell that needs to be charged with the largest amount of charge. For example, as shown in FIG. 10, when the number of cells constituting the module is 6, and the charge transfer directions and charge transfer amounts of the six
あるいは、これとは逆に、組電池が充電中である場合には、最もSOCが高く、そのため、最も多くの電荷量を放電する必要があるセルから容量調整を行なうような構成とすることができる。たとえば、図10に示すように、モジュールを構成するセル数が6であり、6つのセル#1〜#6の電荷移動方向および電荷移動量が同図の関係にある場合には、図12に示すように、最も多くの電荷量を放電する必要があるセルであるセル#1から順に、セル#3、セル#2、セル#5、セル#6、セル#4の順番で容量調整を行なうような構成とすることができる。特に、組電池が充電中である場合に、最もSOCが高く、そのため、最も多くの電荷量を放電する必要があるセルから容量調整を行なうことで、放電が必要となるセルからの充電電流を、組電池を構成するモジュールの充電電流の一部として用いることができるため、セルバランシングおよび組電池の充電をより効率的に行なうことができる。
Or, conversely, when the assembled battery is being charged, the SOC is the highest, and therefore the capacity adjustment may be performed from the cell that needs to discharge the largest amount of charge. it can. For example, as shown in FIG. 10, when the number of cells constituting the module is 6, and the charge transfer directions and charge transfer amounts of the six
また、本実施形態では、セルバランシングを行なうセルの順序を決定する際に、電荷移動量yiに代えて、容量調整時間tiを用いるような構成としてもよい。 In the present embodiment, the capacity adjustment time t i may be used instead of the charge transfer amount y i when determining the order of cells for cell balancing.
次いで、制御装置10の電荷移動条件設定部11は、上記方法にしたがって設定されたセルバランシングを行なうセルの順序の情報に基づき、最初にセルバランシングを行うセルを決定し、決定したセルをセルバランシングを行う容量調整対象セルとして設定する。そして、電荷移動条件設定部11は、上記方法にしたがって算出された電荷移動方向(yiの値がプラスであるかマイナスであるか)、および各セルの電荷移動量yi(あるいは、容量調整時間ti)の情報とともに、セルバランシングを行う容量調整対象セルの情報を、セルバランシング条件として、電流予測制御部12に送信する。
Next, the charge transfer
<(B)モジュールバランシングのみを行なう方法>
次いで、(B)モジュールバランシングのみを行なう方法における、具体的な容量調整条件の設定方法について説明する。本実施形態に係るモジュールバランシングは、上述したように、モジュールバランシングの対象となるモジュール間において電荷移動を行ない、これにより、モジュール間にて容量調整を行なう方法である。
<(B) Method of performing only module balancing>
Next, a specific capacity adjustment condition setting method in the method of (B) performing only module balancing will be described. As described above, module balancing according to the present embodiment is a method in which charge transfer is performed between modules to be subjected to module balancing, thereby adjusting capacity between modules.
ここで、図13に、本実施形態に係るモジュールバランシングを示す模式図を示す。図13に示す例においては、互いに隣り合う3つのモジュール#(j−1)、モジュール#j、モジュール#(j+1)を有する構成を有しており、図13に示すように、これらの3つのモジュールの現在の容量を、それぞれ、QMj−1,QMj,QMj+1とし、モジュール#(j−1)とモジュール#jとの間で移動させる電荷量をzj−1、モジュール#jとモジュール#(j+1)との間で移動させる電荷量をzjとする。以下においては、まず、このような図13に示す構成を例示して、説明を行う。 Here, FIG. 13 is a schematic diagram showing module balancing according to the present embodiment. The example shown in FIG. 13 has a configuration having three modules # (j−1), module #j, and module # (j + 1) adjacent to each other. As shown in FIG. The current capacities of the modules are Q Mj−1 , Q Mj , and Q Mj + 1 , respectively, and the amount of charge to be moved between the module # (j−1) and the module #j is z j−1 and the module #j. Let z j be the amount of charge transferred to and from module # (j + 1). In the following, first, the configuration shown in FIG. 13 will be described as an example.
まず、図13中において、モジュール#(j−1)とモジュール#jとの間で移動させる電荷量zj−1について考えると、zj−1がプラスの場合には、モジュール#(j−1)からモジュール#jに電荷が移動することとなる。すなわち、この場合には、モジュール#(j−1)から電荷量zj−1の電荷が出力され、モジュール#jが電荷量ηMj−1×zj−1の電荷を受け取るものと定義することができる。ここで、ηMj−1は、モジュール#(j−1)とモジュール#jとの間で電荷を移動させる際の電荷移動効率である。 First, in FIG. 13, considering the charge amount z j−1 to be moved between the module # (j−1) and the module #j, when z j−1 is positive, the module # (j− The charge moves from 1) to module #j. That is, in this case, it is defined that the charge of the charge amount z j−1 is output from the module # (j−1), and the module #j receives the charge of the charge amount η Mj−1 × z j−1. be able to. Here, η Mj−1 is the charge transfer efficiency when transferring charges between the module # (j−1) and the module #j.
一方、zj−1がマイナスの場合には、モジュール#jからモジュール#(j−1)に電荷が移動することとなり、この場合には、モジュール#jから電荷量1/ηMj−1×|zj−1|の電荷が出力され、モジュール#(j−1)が電荷量|zj−1|の電荷を受け取るものと定義することができる。
On the other hand, when z j−1 is negative, the charge moves from the module #j to the module # (j−1). In this case, the
同様に、モジュール#jとモジュール#(j+1)との間で移動させる電荷量zjについて考えると、zjがプラスの場合には、モジュール#jからモジュール#(j+1)に電荷が移動することとなる。すなわち、この場合には、モジュール#jから電荷量zjの電荷が出力され、モジュール#(j+1)が電荷量ηMj×zjの電荷を受け取るものと定義することができる。ここで、ηMjは、モジュール#jとモジュール#(j+1)との間で電荷を移動させる際の電荷移動効率である。 Similarly, considering the amount of charge z j to be moved between module #j and module # (j + 1), if z j is positive, the charge moves from module #j to module # (j + 1). It becomes. That is, in this case, it can be defined that the charge of the charge amount z j is output from the module #j, and the module # (j + 1) receives the charge of the charge amount η Mj × z j . Here, η Mj is the charge transfer efficiency when transferring charge between the module #j and the module # (j + 1).
一方、zjがマイナスの場合には、モジュール#(j+1)からモジュール#jに電荷が移動することとなり、この場合には、モジュール#(j+1)から電荷量1/ηMj×|zj|の電荷が出力され、モジュール#jが電荷量|zj|の電荷を受け取るものと定義することができる。
On the other hand, when z j is negative, the charge moves from module # (j + 1) to module #j. In this case, the
そのため、たとえば、モジュールバランシングによりモジュール#jに入出力する電荷量と、セルバランシング後のモジュール#jの充電量(SOC)x(x=0〜1)との関係は、下記式(10)により示すことができる。
jは、1〜mまでの整数を表し、
xは、電荷移動を行なった後の各モジュールのSOCを表し、
QMjは、j番目のモジュールの電荷移動を行なう前の容量を表し、
QMj,maxは、j番目のモジュールの最大容量を表し、
zj−1は、j−1番目のモジュールから、j番目のモジュールに対して移動させる電荷量を表し、
pj−1・zj−1は、j−1番目のモジュールから、j番目のモジュールに移動する電荷量を表し、
zjは、j番目のモジュールから、j+1番目のモジュールに対して移動させる電荷量を表し、
ηMjは、j番目のモジュールから、j+1番目のモジュールに対して電荷を移動させる際の電荷移動効率を表す。)
Therefore, for example, the relationship between the charge amount input / output to / from module #j by module balancing and the charge amount (SOC) x (x = 0 to 1) of module #j after cell balancing is expressed by the following equation (10). Can show.
j represents an integer from 1 to m;
x represents the SOC of each module after charge transfer,
Q Mj represents the capacitance before charge transfer of the j-th module,
Q Mj, max represents the maximum capacity of the jth module;
z j-1 represents the amount of charge to be moved from the j-1 module to the j module,
p j−1 · z j−1 represents the amount of charge moving from the j−1th module to the jth module,
z j represents the amount of charge to be moved from the j-th module to the j + 1-th module,
η Mj represents the charge transfer efficiency when the charge is transferred from the j-th module to the j + 1-th module. )
なお、モジュールの現在の容量QMjは、下記式(11)にしたがって、モジュールの最大容量(充電可能容量)QMj,maxは、下記式(12)にしたがって、さらに、モジュールの充電状態SOCMjは、下記式(13)にしたがって、各モジュールを構成する各セルの現在の容量Qiおよび各セルの最大容量Qi,maxに基づいて、それぞれ算出することができる。
そして、上記式(10)においても、上記式(4)と同様に、QMj、QMj,max、pj−1は既知のパラメータ(あるいは、既知のパラメータより導出可能なパラメータ)となり、一方、x、zj−1、zjは未知のパラメータとなる。すなわち、モジュールバランシングを行うモジュールの数をmとした場合には、m個の未知パラメータ(z1,z2,・・・,zm−1,x)が存在することとなる。 Also in the above equation (10), as in the above equation (4), Q Mj , Q Mj, max , and p j−1 are known parameters (or parameters that can be derived from the known parameters), while , X, z j−1 , z j are unknown parameters. That is, if m is the number of modules to be subjected to module balancing, m unknown parameters (z 1 , z 2 ,..., Z m−1 , x) exist.
そのため、セルバランシングの場合と同様に、上記式(10)を、モジュールバランシングを行なうm個の各モジュールについて、マトリックス化して示すと下記式(14)が得られることとなる。なお、モジュールバランシングにおいても、上述したセルバランシングと同様に、モジュールバランシング後の全てのモジュールは充電量(SOC)が等しくなると考えることができるため、上記式(10)において、モジュールバランシング後の充電量(SOC)を示すx(x=0〜1)の値は、モジュールバランシングを行うm個のセル全てにおいて等しい値とすることができる。
そして、モジュールバランシングにおいても、上述したセルバランシングと同様に、以下に説明する仮設演算処理を行なうことで、上記式(14)に示すマトリックスから、xの値およびzjの値を演算し、これにより、モジュールバランシング時の目標充電量(xの値)、および各モジュール間の電荷移動量(zjの値)に加えて、電荷移動方向(zjの値がプラスであるかマイナスであるか、およびpjの値がηMjであるか1/ηMjであるか)を演算する。ここで、図14は、モジュールバランシング時における仮設演算処理を示すフローチャートである。 Also in module balancing, similarly to the cell balancing described above, the temporary calculation process described below is performed to calculate the value of x and the value of z j from the matrix shown in the equation (14). Therefore, in addition to the target charge amount (value of x) at the time of module balancing and the charge transfer amount between modules (value of z j ), whether the charge transfer direction (value of z j is positive or negative) , And the value of p j is η Mj or 1 / η Mj ). Here, FIG. 14 is a flowchart showing temporary calculation processing at the time of module balancing.
なお、以下に説明する仮設演算処理は、上述したセルバランシングと同様に、図5に示す電荷移動条件設定部11により実行される。
The temporary calculation process described below is executed by the charge transfer
まず、ステップS201では、電荷移動条件設定部11は、SOC算出部13により算出された各セルの現在のSOCを取得し、取得した各セルの現在のSOC、および各セルの最大容量(充電可能容量)Qi,maxに基づいて、上記式(7)、(11)、(12)、(13)にしたがって、各モジュールの現在の容量QMjを算出する。
First, in step S201, the charge transfer
次いで、ステップS202では、電荷移動条件設定部11は、上述したセルバランシングと同様に、上記式(14)に示すマトリックスにおいて、全てのpjの値(すなわち、p1,p2,・・・,pm−1の全ての値)をpj=ηMjに仮に設定する。そして、ステップS203では、電荷移動条件設定部11は、ステップS202または後述するステップS206において仮に設定されたpjの値に基づいて、上記式(14)に示すマトリックスにおける、ΓMのマトリックスの構築を行なう。
Next, in step S202, the charge transfer
次いで、ステップS204では、電荷移動条件設定部11は、ステップS203で構築したΓMのマトリックスに基づいて、上記式(14)から導出される下記式(15)に基づいて、ΘMの値を演算し、得られたxの値およびpj・zjの値を、容量調整後のSOCおよび各モジュール間の電荷移動量として、仮に設定する。
次いで、ステップS205では、電荷移動条件設定部11は、ステップS204において仮に設定されたpjの値、さらに、ステップS202または後述するステップS206において仮に設定されたpjの値に基づき、全てのpj(j=1〜m)およびこれに対応するzj(j=1〜m)について、「pj<1、かつ、zj<0」または「pj≧1、かつ、zj≧0」の関係を満足しているか否かの判定が行なわれる。
Next, in step S205, the charge transfer
判定の結果、全てのpjおよびこれに対応するzjのうち、少なくとも一部が「pj<1、かつ、zj<0」または「pj≧1、かつ、zj≧0」の関係を満足しない場合には、ステップS206に進み、ステップS206において、全てのpj(j=1〜m)のうち、「pj<1、かつ、zj<0」または「pj≧1、かつ、zj≧0」の関係を満足しなかったpjを、pj=1/pjに仮に設定し、ステップS203に戻る。そして、再度、仮に設定したpjに基づいて、ΓMのマトリックスの構築を実行し(ステップS203)、上記式(15)に基づいて、ΘMの値の演算を行い(ステップS204)、このような処理を、全てのpjおよびこれに対応するzjが、「pj<1、かつ、zj<0」または「pj≧1、かつ、zj≧0」の関係を満足するまで(ステップS205=Yes)、繰り返し実行する。 As a result of the determination, at least a part of all p j and z j corresponding thereto is “p j <1 and z j <0” or “p j ≧ 1 and z j ≧ 0”. If the relationship is not satisfied, the process proceeds to step S206. In step S206, “p j <1 and z j <0” or “p j ≧ 1” among all p j (j = 1 to m ). and a p j which did not satisfy the relationship z j ≧ 0 ", if set to p j = 1 / p j, the flow returns to step S203. Then, again, a Γ M matrix is constructed based on the temporarily set p j (step S203), and the value of Θ M is calculated based on the above equation (15) (step S204). In such a process, all p j and the corresponding z j satisfy the relationship of “p j <1 and z j <0” or “p j ≧ 1 and z j ≧ 0”. Until (step S205 = Yes), the process is repeatedly executed.
そして、全てのpjおよびこれに対応するzjが「pj<1、かつ、zj<0」または「pj≧1、かつ、zj≧0」の関係を満足した場合には、モジュールバランシング時の目標充電量(xの値)、各モジュール間の電荷移動量(zjの値)、および電荷移動方向(zjの値がプラスであるかマイナスであるか、およびpjの値がηMjであるか1/ηMjであるか)を決定できたと判断し、ステップS207に進み、電荷移動条件設定部11は、得られたzjの値より、下記式(16)に従って、各モジュールの容量調整時間の算出を行なう。
以上のようにして、制御装置10の電荷移動条件設定部11により、モジュールバランシングを行なう際における、電荷移動方向(zjの値がプラスであるかマイナスであるか)、および各セルの電荷移動量zj、ならびに容量調整時間tjが決定される。
As described above, the charge transfer direction (whether the value of z j is positive or negative) and the charge transfer of each cell when module balancing is performed by the charge transfer
次いで、制御装置10の電荷移動条件設定部11は、上記方法により決定した電荷移動方向(zjの値がプラスであるかマイナスであるか)、および各モジュール間の電荷移動量zjの情報を、モジュールバランシング条件として、電流予測制御部12に送信する。なお、本実施形態において、モジュールバランシングは、図1に示すモジュールバランシング回路MMB12,MMB23,MMB45,MMB56,MMB25の構成上、これらを同時に駆動させ、同時にモジュールバランシングを行うことができる。そのため、上述したセルバランシングと異なり、モジュールバランシングを行う順序を決定する動作は特に要しない。
Next, the charge transfer
ここで、図1に示すように、本実施形態の組電池システムを構成する各モジュールM1〜M6は、モジュールバランシング回路MMB12,MMB23,MMB45,MMB56,MMB25によりモジュールバランシングが行われるものである。そのため、各モジュールM1〜M6のモジュールバランシングは、図15に示す模式図で表すことができる。なお、図15に示すように、組電池を構成する各モジュールM1〜M6のうち、モジュールM1の現在の容量をQM1、最大容量QM1,maxとし、以下、同様に、モジュールM2〜M6の現在の容量を、それぞれ、QM2、QM3、QM4、QM5、QM6とし、最大容量を、それぞれ、QM2,max、QM3,max、QM4,max、QM5,max、QM6,maxとする。また、図15に示すように、モジュールM1からモジュールM2に移動する電荷量をz1、モジュールM2からモジュールM3に移動する電荷量をz2、モジュールM4からモジュールM5に移動する電荷量をz3、モジュールM5からモジュールM6に移動する電荷量をz4、モジュールM2からモジュールM5に移動する電荷量をz5とする。 Here, as shown in FIG. 1, the modules M1 to M6 constituting the assembled battery system of this embodiment are subjected to module balancing by module balancing circuits MMB12, MMB23, MMB45, MMB56, and MMB25. Therefore, module balancing of the modules M1 to M6 can be represented by the schematic diagram shown in FIG. As shown in FIG. 15, among the modules M1 to M6 constituting the assembled battery, the current capacity of the module M1 is Q M1 and the maximum capacity Q M1 and max . The current capacities are Q M2 , Q M3 , Q M4 , Q M5 , and Q M6 , respectively, and the maximum capacities are Q M2, max , Q M3, max , Q M4, max , Q M5, max , Q, respectively. Let M6, max . Further, as shown in FIG. 15, z 1 the amount of charge moves from the module M1 to the module M2, a charge amount z 2 to move from the module M2 to the module M3, z 3 the amount of charge transferred from module M4 to the module M5 The amount of charge moving from the module M5 to the module M6 is z 4 , and the amount of charge moving from the module M2 to the module M5 is z 5 .
そして、図1に示すように、各モジュールM1〜M6が、モジュールバランシング回路MMB12,MMB23,MMB45,MMB56,MMB25によりモジュールバランシングを行うものである場合を具体的に例示すると、モジュールバランシングにより各モジュールM1〜M6に入出力する電荷量と、モジュールバランシング後の各モジュールM1〜M6の充電量(SOCM1〜SOCM6)x(x=0〜1)との関係は、下記式(17)に示すものとなる。また、これをマトリックス化して示すと下記式(18)が得られることとなる。
そして、この場合においても、上述した上記式(15)を用いた方法と同様にして、上記と同様にして仮設演算処理を行なうことで、上記式(15)から、xの値およびzjの値を演算し、これにより、モジュールバランシング時の目標充電量(xの値)、各モジュール間の電荷移動量(zjの値)に加えて、電荷移動方向(zjの値がプラスであるかマイナスであるか、pjの値がηMjであるか1/ηMjであるか)を演算することができる。そして、得られた結果に基づいて、上記式(16)にしたがって、各モジュールの電荷移動量zj、および容量調整時間tMjが決定される。 Even in this case, the temporary calculation process is performed in the same manner as described above in the same manner as in the method using the above expression (15), so that the value of x and the value of z j can be calculated from the above expression (15). In addition to the target charge amount (value of x) at the time of module balancing and the charge transfer amount between the modules (value of z j ), the charge transfer direction (value of z j is positive) Or whether the value of p j is η Mj or 1 / η Mj ). Based on the obtained result, the charge transfer amount z j and the capacity adjustment time t Mj of each module are determined according to the above equation (16).
<(C)セルバランシングおよびモジュールバランシングを同時に行なう方法>
次いで、(C)セルバランシングおよびモジュールバランシングを同時に行なう方法における、具体的な容量調整条件の設定方法について説明する。本実施形態に係るセルバランシングおよびモジュールバランシングを同時に行なう方法は、上述したように、セルバランシングの対象となるモジュールについて、該モジュールを構成するセルとモジュールとの間において電荷移動を行ない、これによりモジュールを構成する各セルの容量調整を行なうセルバランシングを実行し、かつ、これと同時に、モジュールバランシングの対象となるモジュール間において電荷移動を行ない、これにより、モジュール間にて容量調整を行なう方法である。なお、以下においては、セルバランシングおよびモジュールバランシングを同時に行なう方法を、セル−モジュールバランシングとする。
<(C) Method of performing cell balancing and module balancing simultaneously>
Next, a specific capacity adjustment condition setting method in (C) the method of performing cell balancing and module balancing simultaneously will be described. As described above, the method for performing cell balancing and module balancing at the same time according to the present embodiment performs charge transfer between the cells constituting the module and the modules as described above. The cell balancing is performed to adjust the capacity of each of the cells constituting the cell, and at the same time, the charge is transferred between the modules to be module balanced, thereby adjusting the capacity between the modules. . In the following, the method of performing cell balancing and module balancing at the same time is referred to as cell-module balancing.
セル−モジュールバランシングにおいても、上述したセルバランシングのみを行なう場合およびモジュールバランシングのみを行う場合と同様に、各セル#iおよびモジュール#jにおける、セルバランシングにより入出力される電荷量と、セルバランシング後の充電量(SOC)x(x=0〜1)との関係、およびモジュール#j、および組電池全体における、モジュールバランシングにより入出力される電荷量と、セルバランシング後の充電量(SOC)x(x=0〜1)との関係は、下記式(19)により示すことができる。
iは、1〜n(ただし、nは、組電池を構成するセルの総数)の整数を表し、
SOCiは、i番目のセルの電荷移動を行なった後のSOCを表し、
Qiは、i番目のセルの電荷移動を行なう前の容量を表し、
Qmax,iは、i番目のセルの最大容量を表し、
ki・yiは、i番目のセルが属するj番目のモジュールとの電荷移動により、i番目のセルに出入りする電荷量を表し、
pj−1・zj−1は、i番目のセルが属するj−1番目のモジュールから、j番目のモジュールに移動する電荷量を表し、
zjは、i番目のセルが属するj番目のモジュールから、j+1番目のモジュールに対して移動させる電荷量を表し、
SOCMjは、j番目のモジュールの電荷移動を行なった後のSOCを表し、
QMjは、j番目のモジュールの電荷移動を行なう前の容量を表し、
QMj,maxは、j番目のモジュールの最大容量を表し、
nMjは、j番目のモジュールを構成するセルの数を表し、
mは、組電池を構成するモジュールの総数を表し、
ηiは、i番目のセルに電荷が入出力する場合における電荷移動効率を表し、
ηMjは、j番目のモジュールに電荷が入出力する場合における電荷移動効率を表す。)
Also in the cell-module balancing, as in the case of performing only the cell balancing and the case of performing only the module balancing described above, the charge amount input / output by the cell balancing in each cell #i and the module #j, and after the cell balancing Charge amount (SOC) x (x = 0 to 1), and the amount of charge input / output by module balancing and the amount of charge after cell balancing (SOC) x in module #j and the entire assembled battery The relationship with (x = 0 to 1) can be shown by the following formula (19).
i represents an integer of 1 to n (where n is the total number of cells constituting the assembled battery);
SOC i represents the SOC after charge transfer of the i-th cell,
Q i represents the capacitance before charge transfer of the i-th cell,
Q max, i represents the maximum capacity of the i th cell,
k i · y i represents the amount of charge that enters and exits the i th cell due to charge transfer with the j th module to which the i th cell belongs,
p j−1 · z j−1 represents the amount of charge moving from the j−1th module to which the ith cell belongs to the jth module,
z j represents the amount of charge to be moved from the j-th module to which the i-th cell belongs to the j + 1-th module,
SOC Mj represents the SOC after the charge transfer of the j-th module is performed,
Q Mj represents the capacitance before charge transfer of the j-th module,
Q Mj, max represents the maximum capacity of the jth module;
n Mj represents the number of cells constituting the jth module,
m represents the total number of modules constituting the assembled battery,
η i represents the charge transfer efficiency when charge is input to and output from the i-th cell,
η Mj represents the charge transfer efficiency when charge is input to and output from the jth module. )
そして、上記式(19)においても、上記式(4)、(13)と同様に、Qi、Qi,max、ki、pjは既知のパラメータ(あるいは、既知のパラメータより導出可能なパラメータ)となり、一方、x、yi、zjは未知のパラメータとなる。すなわち、モジュールバランシングを行うセルの数をnとし、モジュールの数をmとした場合には、n+m個の未知パラメータ(y1,y2,・・・,yn−1,yn,z1,z2,・・・,zm−2,zm−1,x)が存在することとなる。 Also in the above equation (19), Q i , Q i, max , k i , and p j can be derived from known parameters (or known parameters, as in the above equations (4) and (13)). On the other hand, x, y i , and z j are unknown parameters. That is, when n is the number of cells for module balancing and m is the number of modules, n + m unknown parameters (y 1 , y 2 ,..., Y n−1 , y n , z 1 , Z 2 ,..., Z m−2 , z m−1 , x).
そのため、セルバランシングのみを行う場合、およびモジュールバランシングのみを行う場合と同様に、上記式(19)を、セルバランシングを行なうn個の各セル、モジュールバランシングを行なうm個の各モジュールについて、マトリックス化することすることで得られる式を下記式(20)とし、また、セル−モジュールバランシングを行なった後の全てのセルおよびモジュールは充電量(SOC)が等しくなると考えることができることから、上記と同様にして仮設演算処理を行なうことで、下記式(20)から、xの値、yiの値、およびzjの値を演算することができる。そして、これにより、セル−モジュールバランシング時の目標充電量(xの値)、セルバランシングにおけるセルとモジュール間の電荷移動量(yiの値)、モジュールバランシングにおける各モジュール間の電荷移動量(zjの値)に加えて、電荷移動方向(yi、zjの値がプラスであるかマイナスであるか、kiの値がηiであるか1/ηiであるか、さらには、pjの値がηMjであるか1/ηMjであるか)を演算することができる。
ここで、図19は、セル−モジュールバランシング時における仮設演算処理を示すフローチャートである。図19に示すフローチャートにおいては、組電池を構成する全てのモジュールについてセル−モジュールバランシングを行なう場合における処理を示している。 Here, FIG. 19 is a flowchart showing temporary calculation processing at the time of cell-module balancing. In the flowchart shown in FIG. 19, the process in the case of performing cell-module balancing for all the modules constituting the assembled battery is shown.
なお、以下に説明する仮設演算処理は、図5に示す電荷移動条件設定部11により実行される。
The temporary calculation process described below is executed by the charge transfer
まず、ステップS301では、電荷移動条件設定部11は、SOC算出部13により算出された各セルの現在のSOCを取得し、取得した各セルの現在のSOC、および各セルの最大容量(充電可能容量)Qi,maxに基づいて、上記式(7)にしたがって、各モジュールを構成する各セルの現在の容量Qiを、また、上記式(7)、(11)、(12)、(13)にしたがって、各モジュールの現在の容量QMjを算出する。
First, in step S301, the charge transfer
次いで、ステップS302では、電荷移動条件設定部11は、上述したセルバランシングのみを行なう場合、モジュールバランシングのみを行なう場合と同様に、マトリックス中において、全てのkiの値(すなわち、k1,k2,・・・,knの全ての値)をki=ηiに仮に設定するとともに、全てのpjの値(すなわち、p1,p2,・・・,pmの全ての値)の値をpj=ηMjに仮に設定する。そして、ステップS303では、電荷移動条件設定部11は、ステップS302または後述するステップS306、S307において仮に設定されたki、pjの値に基づいて、ΓCMのマトリックスの構築を行なう。
Next, in step S302, the charge transfer
次いで、ステップS304では、電荷移動条件設定部11は、ステップS303で構築したΓCMのマトリックスに基づいて、上記式(20)から導出される下記式(21)に基づいて、ΘCMの値を演算し、得られたxの値およびki、pjの値を、容量調整後のSOC、ならびに、各セルとモジュール間、および各モジュール間の電荷移動量として、仮に設定する。
次いで、ステップS305では、電荷移動条件設定部11は、全てのki(i=1〜n)およびこれに対応するyi(i=1〜n)について、「ki<1、かつ、yi<0」または「ki≧1、かつ、yi≧0」の関係を満足しており、かつ、全てのpj(j=1〜m)およびこれに対応するzj(j=1〜m)について、「pj<1、かつ、zj<0」または「pj≧1、かつ、zj≧0」の関係を満足しているか否かの判定が行なわれる。
Next, in step S305, the charge transfer
判定の結果、全てのkiおよびこれに対応するyiのうち、少なくとも一部が「ki<1、かつ、yi<0」または「ki≧1、かつ、yi≧0」の関係を満足しない場合、ならびに、全てのpjおよびこれに対応するzjのうち、少なくとも一部が「pj<1、かつ、zj<0」または「pj≧1、かつ、zj≧0」の関係を満足しない場合には、ステップS306に進む。そして、ステップS306では、全てのki(i=1〜n)のうち、「ki<1、かつ、yi<0」または「ki≧1、かつ、yi≧0」の関係を満足しなかったkiを、ki=1/kiに仮に設定し、次いで、ステップS307に進み、ステップS307では、全てのpj(j=1〜m)のうち、「pj<1、かつ、zj<0」または「pj≧1、かつ、zj≧0」の関係を満足しなかったpjを、pj=1/pjに仮に設定し、ステップS303に戻る。 As a result of the determination, at least a part of all k i and y i corresponding thereto is “k i <1 and y i <0” or “k i ≧ 1 and y i ≧ 0”. If the relationship is not satisfied, and at least a part of all p j and the corresponding z j is “p j <1 and z j <0” or “p j ≧ 1 and z j If the relationship “≧ 0” is not satisfied, the process proceeds to step S306. In step S306, among all k i (i = 1 to n), the relationship of “k i <1 and y i <0” or “k i ≧ 1 and y i ≧ 0” is established. K i that is not satisfied is temporarily set to k i = 1 / k i , and then the process proceeds to step S307. In step S307, among all p j (j = 1 to m ), “p j <1 P j that does not satisfy the relationship of z j <0 ”or“ p j ≧ 1 and z j ≧ 0 ”is temporarily set to p j = 1 / p j and the process returns to step S303.
そして、再度、仮に設定したki、pjに基づいて、ΓCMのマトリックスの構築を実行し(ステップS303)、上記式(21)に基づいて、ΘCMの値の演算を行い(ステップS304)、このような処理を、全てのkiおよびこれに対応するyiが「ki<1、かつ、yi<0」または「ki≧1、かつ、yi≧0」の関係を満足し、かつ、全てのpjおよびこれに対応するzjが「pj<1、かつ、zj<0」または「pj≧1、かつ、zj≧0」の関係を満足(ステップS305=Yes)するまで、繰り返し実行する。 Then again, if based on the set k i, p j, executes the construction of the matrix of gamma CM (step S303), based on the equation (21), performs calculation of the values of theta CM (step S304 ), Such a process is performed so that all k i and y i corresponding thereto have a relationship of “k i <1, and y i <0” or “k i ≧ 1 and y i ≧ 0”. And all p j and the corresponding z j satisfy the relationship of “p j <1, and z j <0” or “p j ≧ 1 and z j ≧ 0” (step The process is repeated until S305 = Yes.
そして、全てのkiおよびこれに対応するyiが「ki<1、かつ、yi<0」または「ki≧1、かつ、yi≧0」の関係を満足し、かつ、全てのpjおよびこれに対応するzjが「pj<1、かつ、zj<0」または「pj≧1、かつ、zj≧0」の関係を満足した場合には、セル−モジュールバランシング時の目標充電量(xの値)、各セルとモジュールとの間の電荷移動量(yiの値)、各モジュール間の電荷移動量(zjの値)、および電荷移動方向(yi、zjの値がプラスであるかマイナスであるか、kiの値がηiであるか1/ηiであるか、さらには、pjの値がηMjであるか1/ηMjであるか)を決定できたと判断し、ステップS308に進み、得られたyiの値、zjの値より、上記式(9)、上記式(16)に従って、各セルおよび各モジュールの容量調整時間の算出を行なう。 And all k i and y i corresponding thereto satisfy the relationship of “k i <1 and y i <0” or “k i ≧ 1 and y i ≧ 0”, and all P j and the corresponding z j satisfy the relationship of “p j <1 and z j <0” or “p j ≧ 1 and z j ≧ 0”. Target charge amount (value of x) at the time of balancing, charge transfer amount between each cell and module (value of y i ), charge transfer amount between each module (value of z j ), and charge transfer direction (y whether the values of i and z j are positive or negative, the value of k i is η i or 1 / η i , and the value of p j is η Mj or 1 / η determines that can determine Mj is either), the process proceeds to step S308, the obtained value of y i, from the value of z j, the equation (9 According to the above formula (16), to calculate the capacity adjustment time of each cell and each module.
以上のようにして、制御装置10の電荷移動条件設定部11により、セル−モジュールバランシングを行なう際における、電荷移動方向(yi、zjの値がプラスであるかマイナスであるか)、各セルとモジュールとの間の電荷移動量(yiの値)、および各モジュール間の電荷移動量(zjの値)、ならびに容量調整時間ti、tMjが決定される。
As described above, the charge transfer direction (whether the values of y i and z j are positive or negative) when performing cell-module balancing by the charge transfer
次いで、制御装置10の電荷移動条件設定部11は、上記方法により決定した電荷移動方向(yiの値がプラスであるかマイナスであるか)、各セルとモジュールとの間の電荷移動量yiに基づいて、セル−モジュールバランシングを行なう際における、セルバランシングを行なうセルの順序を決定する処理を行なう。なお、セルバランシングを行なうモジュールの順序は、たとえば、上述した(A)セルバランシングのみを行なう方法と同様の方法にて決定することができる。この場合において、セルバランシングを行なうモジュールが複数存在する場合には、各モジュールごとに独立して、セルバランシングを行なうセルの順序を決定し、各モジュールごとに独立して、同時にセルバランシングを行なうことができる。
Next, the charge transfer
次いで、制御装置10の電荷移動条件設定部11は、上記方法にしたがって設定されたセルバランシングを行なうセルの順序の情報に基づき、最初にセルバランシングを行うセルを決定し、決定したセルをセルバランシングを行うセルとして設定する。そして、電荷移動条件設定部11は、上記方法にしたがって算出された電荷移動方向(yi、zjの値がプラスであるかマイナスであるか)、および各セルの電荷移動量yi(あるいは、容量調整時間ti)および各モジュール間の電荷移動量(zjの値)、ならびに容量調整時間ti、tMjの情報とともに、セルバランシングを行う容量調整対象セルの情報を、セル−モジュールバランシング条件として、電流予測制御部12に送信する。
Next, the charge transfer
以上のようにして、本実施形態においては、制御装置10の電荷移動条件設定部11により、(A)セルバランシングのみを行なう方法、(B)モジュールバランシングのみを行なう方法、および(C)セルバランシングおよびモジュールバランシングを同時に行なう方法のそれぞれにおいて、容量調整条件が設定される。
As described above, in the present embodiment, the charge transfer
<電荷移動処理および電流値制限処理>
次いで、図5に示す制御装置10の電流予測制御部12により実行される処理について説明する。なお、以下においては、(C)セルバランシングおよびモジュールバランシングを同時に行なう方法によりセル−モジュールバランシングを行う場面を例示して説明する。
<Charge transfer process and current value limiting process>
Next, processing executed by the current
すなわち、まず、制御装置10の電流予測制御部12は、電荷移動条件設定部11により設定された電荷移動方向(yi、zjの値がプラスであるかマイナスであるか)、および各セルの電荷移動量yi(あるいは、容量調整時間ti)および各モジュール間の電荷移動量(zjの値)、ならびに容量調整時間ti、tMjの情報と、セルバランシングを行う容量調整対象セルの情報とを取得する。すなわち、セル−モジュールバランシング条件を取得する。そして、電流予測制御部12は、これらの情報に基づいて、図1に示すセルバランシング回路ACB1〜ACB6(以下、適宜、「セルバランシング回路ACB」と略記する。)、モジュールバランシング回路MMB12,MMB23,MMB45,MMB56,MMB25(以下、適宜、「モジュールバランシング回路MMB」と略記する。)を構成する各配線に流れる電流値を予測する。すなわち、電流予測制御部12は、セルバランシングを行う容量調整対象セルについてセルバランシングを行うとともに、各モジュールM1〜M6間でモジュールバランシングを実行した際に、セルバランシング回路ACB、モジュールバランシング回路MMBを構成する各配線に流れる電流値を予測する。
That is, first, the current
そして、セルバランシング回路ACB、モジュールバランシング回路MMBを構成する各配線に流れる電流値を予測した結果、いずれの配線においても、所定の閾値ILIM未満である場合には、電荷移動条件設定部11により設定された電荷移動条件に基づいて、セルバランシング回路ACB、モジュールバランシング回路MMBを制御し、セル−モジュールバランシングを実行させる。あるいは、予測した電流値が、所定の閾値ILIM以上となる配線が存在する場合には、電流値を制限する処理を実行する。なお、本実施形態においては、閾値ILIMは、各配線に流すことができる電流値に基づいて設定することができる。
Then, as a result of predicting the current value flowing in each wiring configuring the cell balancing circuit ACB and the module balancing circuit MMB, if any wiring is less than the predetermined threshold value I LIM , the charge transfer
たとえば、図2に示すセルバランシング回路ACB、モジュールバランシング回路MMBにおいて、各セルおよび各モジュールの充電状態のばらつきかたによっては、図17に示すような場面が考えられる。すなわち、図17では、以下の場面を示しており、図17中、点Pには、以下の電流が流れることとなる。
・セルC32とモジュールM2との間でセルバランシングを行うことにより流れる電流I1,I2
・セルC33とモジュールM3との間でセルバランシングを行うことにより流れる電流I3,I4
・モジュールM1とモジュールM2との間でモジュールバランシングを行うことにより流れる電流I5
・モジュールM2とモジュールM3との間でモジュールバランシングを行うことにより流れる電流I6,I7
・モジュールM2とモジュールM5との間でモジュールバランシングを行うことにより流れる電流I8
For example, in the cell balancing circuit ACB and the module balancing circuit MMB shown in FIG. 2, a situation as shown in FIG. 17 can be considered depending on how the state of charge of each cell and each module varies. That is, FIG. 17 shows the following scene, and the following current flows through the point P in FIG.
Currents I1 and I2 that flow due to cell balancing between the cell C32 and the module M2
Currents I3 and I4 flowing by performing cell balancing between the cell C33 and the module M3
A current I5 that flows by performing module balancing between the module M1 and the module M2
Currents I6 and I7 that flow due to module balancing between modules M2 and M3
A current I8 flowing by performing module balancing between the module M2 and the module M5
すなわち、図17に示す場面例においては、セル−モジュールバランシングを行うことにより、点Pに同一方向に流れる電流I1,I3,I5,I6,I7,I8が集中することとなる。そして、このような場合には、点Pおよびその近傍において流すことのできる電流値を超えてしまい、配線が破損してしまうおそれがある。 That is, in the scene example shown in FIG. 17, by performing cell-module balancing, currents I1, I3, I5, I6, I7, and I8 that flow in the same direction at the point P are concentrated. In such a case, the current value that can be passed at the point P and its vicinity is exceeded, and the wiring may be damaged.
たとえば、図17に示す場面例において、各セルの電圧を3.6V、モジュールの電圧を57.6V(=3.6V×16)、セルバランシングの電流値を5A、セルバランシングの電荷移動効率を70%、モジュールバランシングの電流値を2A、モジュールバランシングの電荷移動効率を85%とした場合に、電流I1〜I8の電流値は、以下のようになる。なお、以下においては、図面右側(トランスT25側)から、点Pに向かう方向をプラスとした。
・I1=5A
・I2=−0.234A(=−5A×0.75×(3.6V/57.6V))
・I3=5A
・I4=−0.417A(=−5A×(1/0.75)×(3.6V/57.6V))
・I5=2A
・I6=2A
・I7=1.7A(=2A×0.85)
・I8=2A
すなわち、点Pに、セルバランシングにより9.349A(=I1+I2+I3+I4)が流れ、モジュールバランシングにより7.7A(=I5+I6+I7+I8)が流れ、合計で17.05Aの電流が集中することとなる。
For example, in the scene example shown in FIG. 17, the voltage of each cell is 3.6 V, the voltage of the module is 57.6 V (= 3.6 V × 16), the current value of cell balancing is 5 A, and the charge transfer efficiency of cell balancing is When the module balancing current value is 2A and the module balancing charge transfer efficiency is 85%, the current values of the currents I1 to I8 are as follows. In the following, the direction from the right side of the drawing (the transformer T25 side) toward the point P is positive.
・ I1 = 5A
・ I2 = −0.234A (= −5A × 0.75 × (3.6V / 57.6V))
・ I3 = 5A
・ I4 = −0.417A (= −5A × (1 / 0.75) × (3.6V / 57.6V))
・ I5 = 2A
・ I6 = 2A
・ I7 = 1.7A (= 2A × 0.85)
・ I8 = 2A
That is, 9.349A (= I1 + I2 + I3 + I4) flows due to cell balancing and 7.7A (= I5 + I6 + I7 + I8) flows due to cell balancing, and a total current of 17.05A is concentrated at point P.
そのため、本実施形態においては、このように特定の配線に電流が集中してしまうことを防止するために、制御装置10の電流予測制御部12により、電流値が、所定の閾値ILIM以上となる配線が存在する場合には、該配線に流れる電流値が、所定の閾値ILIM未満となるように、電流値を制限する処理を実行する。
Therefore, in this embodiment, in order to prevent the current from concentrating on the specific wiring in this way, the current value is more than a predetermined threshold value I LIM by the current
本実施形態において、電流値を制限する方法としては、種々の方法が挙げられるが、たとえば、セルバランシングおよびモジュールバランシングを行う際の電流指令値を低下させる方法が挙げられる。具体的には、セルバランシングおよびモジュールバランシングを行う際における、電流のオン/オフのデューティ比を制御し、オン時間の割合を短くすることで、配線に流れる電流値を低減することができる。あるいは、オン/オフのデューティ比を変更せずに、たとえば、セルバランシングと、モジュールバランシングとで、電流オンとするタイミングをずらす方法により、配線に流れる電流値を低減することも可能である。特に、電流指令値を低下させる方法によれば、セルバランシングとモジュールバランシングを同時に実行させながら、電流集中による配線の破損を有効に防止することができる。なお、この場合においては、電流値が所定の閾値ILIM以上となる配線を使用して、セルバランシングあるいはモジュールバランシングが実行されるセルあるいはモジュールのみ電流指令値を低下させるような態様としてもよい。 In this embodiment, there are various methods for limiting the current value. For example, there is a method for reducing the current command value when performing cell balancing and module balancing. Specifically, the current value flowing through the wiring can be reduced by controlling the on / off duty ratio of the current when performing cell balancing and module balancing and shortening the on-time ratio. Alternatively, it is also possible to reduce the value of the current flowing through the wiring by changing the timing of turning on the current by, for example, cell balancing and module balancing without changing the on / off duty ratio. In particular, according to the method of reducing the current command value, it is possible to effectively prevent damage to wiring due to current concentration while simultaneously performing cell balancing and module balancing. In this case, a mode in which the current command value is reduced only for the cell or module in which cell balancing or module balancing is performed by using a wiring whose current value is equal to or greater than a predetermined threshold value I LIM may be adopted.
あるいは、電流値を制限する別の方法として、セルバランシングおよびモジュールバランシングのうち一方を行わない方法を採用することもできる。たとえば、上記例においては、セルバランシングを中止することで、点Pに流れる電流を、17.05Aから7.7Aに低減することできる。あるいは、モジュールバランシングを中止することで、点Pに流れる電流を、17.05Aから9.349Aに低減することできる。なお、この場合において、セルバランシングとモジュールバランシングのうち、いずれを中止してもよいが、モジュールバランシングを中止し、セルバランシングのみを実行する方法の方がより好ましい。モジュールバランシングに優先して、セルバランシングを実行することにより、たとえば、図17に示す例において、C32,C33のセルバランシングを早期に完了させ、これらのセルバランシングが完了した後は、別のセルのセルバランシングを実行することができ、これにより、電流集中による配線の破損を有効に防止しながら、組電池全体の容量調整を早期に完了することが可能となる。 Alternatively, as another method for limiting the current value, a method in which one of cell balancing and module balancing is not performed may be employed. For example, in the above example, by stopping the cell balancing, the current flowing through the point P can be reduced from 17.05 A to 7.7 A. Alternatively, by stopping the module balancing, the current flowing through the point P can be reduced from 17.05A to 9.349A. In this case, either cell balancing or module balancing may be stopped, but a method of stopping module balancing and performing only cell balancing is more preferable. By executing cell balancing in preference to module balancing, for example, in the example shown in FIG. 17, cell balancing of C32 and C33 is completed early, and after these cell balancing is completed, Cell balancing can be performed, which makes it possible to complete capacity adjustment of the entire assembled battery at an early stage while effectively preventing damage to wiring due to current concentration.
なお、この場合において、セルバランシングおよびモジュールバランシングを行っているセルおよびモジュールのうち、一部について、セルバランシングやモジュールバランシングを中止するような態様としてもよい。たとえば、上記例において、閾値ILIMが15Aである場合には、モジュールM2とモジュールM3との間でモジュールバランシングを中止することにより、点Pに流れる電流を3.7A(=I6+I7)減らすことができ、点Pに集中する電流を13.35Aとすることができる。 In this case, a mode may be adopted in which cell balancing and module balancing are canceled for some of the cells and modules that are performing cell balancing and module balancing. For example, in the above example, when the threshold value I LIM is 15 A, the current flowing to the point P is reduced by 3.7 A (= I6 + I7) by stopping the module balancing between the module M2 and the module M3. The current concentrated at the point P can be 13.35A.
あるいは、電流値を制限するさらに別の方法として、ばらつきの大きいセルおよび/またはモジュールについて優先してセルバランシングやモジュールバランシングを行い、他のセルおよび/またはモジュールについてはセルバランシングやモジュールバランシングを中止するような態様としてもよい。ばらつきの大きいセルやモジュールは容量調整に要する時間も長くなるため、このようなセルやモジュールについて優先してセルバランシングやモジュールバランシングを行ことで、電流集中による配線の破損を有効に防止しながら、組電池全体の容量調整を早期に完了することが可能となる。 Alternatively, as another method of limiting the current value, cell balancing and module balancing are given priority to cells and / or modules having large variations, and cell balancing and module balancing are stopped for other cells and / or modules. It is good also as such an aspect. Since cells and modules with large variations take longer to adjust the capacity, cell balancing and module balancing are given priority for such cells and modules, effectively preventing damage to wiring due to current concentration. It becomes possible to complete the capacity adjustment of the entire assembled battery at an early stage.
そして、制御装置10の電流予測制御部12は、予測した電流値が、所定の閾値ILIM以上となる配線が存在する場合には、上記いずれかの方法により、電流値を制限したセル−モジュールバランシング条件を設定し、電流値を制限したセル−モジュールバランシング条件にて、セルバランシング回路ACB、モジュールバランシング回路MMBを制御し、セル−モジュールバランシングを実行させる。
Then, the current
また、電流予測制御部12は、いずれの配線においても、所定の閾値ILIM未満であった場合には、電荷移動条件設定部11により設定されたセル−モジュールバランシング条件を、そのままSOC算出部13に送信し、一方、予測した電流値が、所定の閾値ILIM以上となる配線が存在した場合には、電流値を制限したセル−モジュールバランシング条件を、SOC算出部13に送信する。電流値を制限する処理を実行する場合、このように、SOC算出部13に、電流値を制限したセル−モジュールバランシング条件を送信することにより、SOC算出部13による、各セルのSOCの算出を、精度良く行わせることでき、ひいては、SOC算出部13による、SOCの算出結果を用いて、セル−モジュールバランシング条件を設定する電荷移動条件設定部11による、セル−モジュールバランシング条件の精度を高めることが可能となる。
In addition, the current
また、本実施形態においては、電流予測制御部12により行うセルバランシング回路ACBおよびモジュールバランシング回路MMBを構成する各配線に流れる電流値を予測する処理は、全ての配線についても行ってもよいが、複数のモジュール間で共用されている配線(図17に示す例においては、点Pや点Qを含む配線)のみについて、流れる電流値を予測するような態様としてもよい。特に、本実施形態においては、電流集中は、複数のモジュール間で共用されている配線で発生することとなるため、このように電流集中が発生する可能性のある配線のみを、電流値の予測の対象とすることで、演算負荷の低減が可能となる。また、電流集中が発生する可能性のある配線のみを、電流値の予測の対象とする際においては、さらに、図17に示す点Pや点Qなどの電流集中が発生する所定のポイントに流れる電流値のみを予測の対象とするような構成としてもよい。
In the present embodiment, the process of predicting the current value flowing through each wiring configuring the cell balancing circuit ACB and the module balancing circuit MMB performed by the current
さらに、上記においては、セル−モジュールバランシングを行う際における、電荷移動処理および電流値制限処理について説明したが、セルバランシングのみを行う際、さらには、モジュールバランシングのみを行う際においても同様とすることももちろん可能である。 Further, in the above description, the charge transfer process and the current value limiting process when performing cell-module balancing have been described. However, the same applies when performing only cell balancing, and also when performing only module balancing. Of course it is possible.
本実施形態によれば、アクティブバランシングによる容量調整を行なう際に、目標の充電量、各セルとモジュールとの間および/または各モジュール間で移動させる電荷量、電荷の移動方向、および容量調整時間を適切に算出することができるため、アクティブバランシングによる容量調整を短時間で、高効率で行なうことができる。特に、本実施形態によれば、目標の充電量、ならびに、各セルとモジュールとの間および/または各モジュール間で移動させる電荷量に基づいて、容量調整を行なうことができるため、容量調整の終期に、充電および放電を繰り返すチャタリング現象の発生を有効に防止することができる。 According to this embodiment, when performing capacity adjustment by active balancing, a target charge amount, a charge amount to be moved between each cell and module and / or between modules, a charge movement direction, and a capacity adjustment time Therefore, capacity adjustment by active balancing can be performed in a short time and with high efficiency. In particular, according to the present embodiment, capacity adjustment can be performed based on the target charge amount and the amount of charge moved between each cell and module and / or between each module. At the end, it is possible to effectively prevent the occurrence of chattering that repeats charging and discharging.
加えて、本実施形態によれば、アクティブバランシングによる容量調整を行なう際に、セルバランシング回路ACBおよびモジュールバランシング回路MMBを構成する配線に流れる電流値を予測し、予測した電流値が、所定の閾値ILIM以上となる配線が存在する場合には、電流値を制限する処理を実行する。そのため、アクティブバランシングによる容量調整を行なう際に、電流集中により配線が破損してしまうことを有効に防止することができる。特に、本実施形態のように、セルバランシング回路ACBおよびモジュールバランシング回路MMBを備える構成とし、セルバランシングとモジュールバランシングとを同時に行う場合には、上述した図17に示す例のように、特定の配線に電流集中が発生し易いという問題があるが、本実施形態によれば、予測した電流値が、所定の閾値ILIM以上となる配線が存在する場合には、電流値を制限する処理を行うことで、このような電流集中を有効に防止することができる。 In addition, according to the present embodiment, when capacity adjustment is performed by active balancing, the current value flowing in the wiring configuring the cell balancing circuit ACB and the module balancing circuit MMB is predicted, and the predicted current value is a predetermined threshold value. When there is a wiring that is equal to or greater than I LIM, a process for limiting the current value is executed. Therefore, it is possible to effectively prevent the wiring from being damaged due to current concentration when performing capacity adjustment by active balancing. In particular, when the cell balancing circuit ACB and the module balancing circuit MMB are configured as in the present embodiment and the cell balancing and the module balancing are performed at the same time, as shown in the above-described example shown in FIG. However, according to the present embodiment, when there is a wiring whose predicted current value is equal to or greater than a predetermined threshold value I LIM, a process for limiting the current value is performed. Thus, such current concentration can be effectively prevented.
また、本実施形態においては、図17に示すように、複数のモジュールが配線を共用するような構成とし、組電池を構成する回路構成を簡略化した場合でも、このような複数のモジュールが共用する配線における電流集中を防止することができ、そのため、本実施形態によれば、製造コストを適切に低減することができる。 Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 17, even when the configuration is such that a plurality of modules share wiring, and the circuit configuration constituting the assembled battery is simplified, such a plurality of modules are shared. Current concentration in the wiring to be performed can be prevented. Therefore, according to the present embodiment, the manufacturing cost can be appropriately reduced.
なお、上述の実施形態において、セルバランシング回路ACB1〜ACB6、モジュールバランシング回路MMB12,MMB23,MMB45,MMB56,MMB25は本発明の電荷移動回路に、制御装置10のSOC算出部13は本発明の検出手段に、制御装置10の電荷移動条件設定部11は本発明の電荷移動量算出手段に、制御装置10の電流予測制御部12は本発明の制御手段に、それぞれ相当する。
In the above-described embodiment, the cell balancing circuits ACB1 to ACB6 and the module balancing circuits MMB12, MMB23, MMB45, MMB56, and MMB25 are the charge transfer circuit of the present invention, and the
以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, these embodiment was described in order to make an understanding of this invention easy, and was not described in order to limit this invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
10…制御装置
C1〜C96…セル
M1〜M6…モジュール
ACB1〜ACB6…セルバランシング回路
MMB12,MMB23,MMB45,MMB56,MMB25…モジュールバランシング回路
DESCRIPTION OF
Claims (10)
特定のセルと該特定セルを含む複数のセルから構成されるモジュールとの間における電荷の移動を行なうセルバランシング、および/または複数のセルから構成されるモジュール間で電荷の移動を行なうモジュールバランシングが可能な複数の電荷移動回路と、
前記組電池を構成する各セルおよび/または各モジュールの現在の充電状態を検出する検出手段と、
電荷移動を行なう各セルおよび/または各モジュールごとに、現在の充電状態と電荷を入出力した際の電荷移動損失とを考慮した電荷移動量、および電荷の入出力方向を算出する電荷移動量算出手段と、
算出した電荷移動量および電荷の入出力方向に基づいて、電荷移動を行なうセルおよび/またはモジュールを設定し、前記複数の電荷移動回路を制御することで、設定されたセルおよび/またはモジュールについて、前記セルバランシングおよび/または前記モジュールバランシングを行わせる電荷移動処理を実行する制御手段と、を備え、
前記複数の電荷移動回路のうち、少なくとも一部の電荷移動回路は、他の電荷移動回路と共用する配線を有しており、
前記制御手段は、前記電荷移動処理を実行する前に、前記電荷移動処理を実行した場合に前記複数の電荷移動回路に流れる電流値を予測し、予測した前記電流値が所定の閾値以上である場合には、前記複数の電荷移動回路に流れる電流値が前記閾値未満となるように制限することを特徴とする組電池の制御装置。 A battery pack control device comprising a plurality of cells connected in series,
Cell balancing for transferring charge between a specific cell and a module composed of a plurality of cells including the specific cell, and / or module balancing for transferring charge between modules composed of a plurality of cells Multiple charge transfer circuits possible;
Detecting means for detecting a current state of charge of each cell and / or each module constituting the assembled battery;
Charge transfer amount calculation that calculates the charge transfer amount and charge input / output direction for each cell and / or module that performs charge transfer, taking into account the current charge state and charge transfer loss when charge is input / output Means,
Based on the calculated charge transfer amount and charge input / output direction, a cell and / or module that performs charge transfer is set, and the plurality of charge transfer circuits are controlled. Control means for performing a charge transfer process for performing the cell balancing and / or the module balancing,
Among the plurality of charge transfer circuits, at least some of the charge transfer circuits have wiring shared with other charge transfer circuits,
The control means predicts a current value that flows through the plurality of charge transfer circuits when the charge transfer process is executed before executing the charge transfer process, and the predicted current value is equal to or greater than a predetermined threshold value. In this case, the battery pack control apparatus is characterized in that a current value flowing through the plurality of charge transfer circuits is limited to be less than the threshold value.
前記制御手段は、前記セルバランシングと、前記モジュールバランシングとを同時に行わせることを特徴とする組電池の制御装置。 The battery pack control device according to claim 1,
The control unit controls the assembled battery, wherein the cell balancing and the module balancing are performed simultaneously.
前記制御手段は、前記複数の電荷移動回路に流れる電流値を予測する際に、前記複数の電荷移動回路を構成する配線のうち、複数のモジュール間で共用されている配線に流れる電流値を予測し、該配線に流れる電流値が前記閾値以上である場合に、前記配線に流れる電流値が前記閾値未満となるように制限することを特徴とする組電池の制御装置。 The battery pack control device according to claim 1 or 2,
When the control means predicts the current value flowing through the plurality of charge transfer circuits, the control unit predicts a current value flowing through a wiring shared among the plurality of modules among the wirings constituting the plurality of charge transfer circuits. And when the value of the current flowing through the wiring is equal to or greater than the threshold value, the control device for the assembled battery is limited so that the value of the current flowing through the wiring is less than the threshold value.
前記検出手段は、前記組電池を構成するセルおよび/またはモジュールの電圧、および、前記制御手段により設定された電荷移動処理の条件に基づいて、各セルおよび/または各モジュールの現在の充電状態を検出し、
前記検出手段は、前記制御手段により、前記複数の電荷移動回路に流れる電流値が前記閾値未満となるように制限する処理が行われた場合には、前記電荷移動処理の条件として、前記閾値未満に制限された電流値を用いることを特徴とする組電池の制御装置。 The battery pack control device according to any one of claims 1 to 3,
The detection means determines the current charge state of each cell and / or each module based on the voltage of the cells and / or modules constituting the assembled battery and the charge transfer processing conditions set by the control means. Detect
When the control means performs a process of limiting the value of the current flowing through the plurality of charge transfer circuits to be less than the threshold value, the detection means is less than the threshold value as a condition for the charge transfer process. A battery pack control device using a current value limited to the above.
前記制御手段は、前記複数の電荷移動回路に流れる電流値を予測した結果、予測した前記電流値が所定の閾値以上である場合には、前記複数の電荷移動回路に流れる電流値が前記閾値未満となるように、電荷移動処理を実行する際の電流指令値を低下させることを特徴とする組電池の制御装置。 The battery pack control device according to any one of claims 1 to 4,
When the predicted current value is equal to or greater than a predetermined threshold as a result of predicting the current value flowing through the plurality of charge transfer circuits, the control unit determines that the current value flowing through the plurality of charge transfer circuits is less than the threshold value. The battery pack control apparatus is characterized by reducing a current command value when executing the charge transfer process.
前記制御手段は、電荷移動を行なうセルおよび/またはモジュールのうち、予測した前記電流値が所定の閾値以上となる配線を利用して電荷移動が行われるセルおよび/またはモジュールについてのみ、電荷移動処理を実行する際の電流指令値を低下させることを特徴とする組電池の制御装置。 The battery pack control device according to claim 5,
The control means performs charge transfer processing only for cells and / or modules in which charge transfer is performed using a wiring in which the predicted current value is equal to or greater than a predetermined threshold among cells and / or modules that perform charge transfer. The battery pack control apparatus is characterized in that the current command value when executing is reduced.
前記制御手段は、前記複数の電荷移動回路に流れる電流値を予測した結果、予測した前記電流値が所定の閾値以上である場合には、前記複数の電荷移動回路に流れる電流値が前記閾値未満となるように、電荷移動を行なうセルおよび/またはモジュールを再度、設定し直すことを特徴とする組電池の制御装置。 The battery pack control device according to any one of claims 1 to 4,
When the predicted current value is equal to or greater than a predetermined threshold as a result of predicting the current value flowing through the plurality of charge transfer circuits, the control unit determines that the current value flowing through the plurality of charge transfer circuits is less than the threshold value. An assembled battery control device characterized in that the cell and / or module for charge transfer is set again so that
前記制御手段は、前記セルバランシングおよび前記モジュールバランシングのうち、一方のみが実行されるように、電荷移動を行なうセルおよび/またはモジュールを再度、設定し直すことを特徴とする組電池の制御装置。 The battery pack control device according to claim 7,
The control unit for an assembled battery, wherein the control unit resets a cell and / or a module that performs charge transfer so that only one of the cell balancing and the module balancing is executed.
前記制御手段は、前記セルバランシングのみが実行されるように、電荷移動を行なうセルおよび/またはモジュールを再度、設定し直すことを特徴とする組電池の制御装置。 The battery pack control device according to claim 8,
The assembled battery control device, wherein the control means resets a cell and / or a module that performs charge transfer so that only the cell balancing is performed.
前記制御手段は、バラツキの大きいセルおよび/またはモジュールについて優先的に電荷移動が行われるように、電荷移動を行なうセルおよび/またはモジュールを再度、設定し直すことを特徴とする組電池の制御装置。 The battery pack control device according to claim 7,
The control unit is configured to control a cell and / or module for performing charge transfer again so that charge transfer is preferentially performed for cells and / or modules having large variations. .
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- 2012-11-09 JP JP2012247051A patent/JP2014096918A/en active Pending
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