JP2016077115A - Battery control device, battery system and battery control method - Google Patents

Battery control device, battery system and battery control method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To shorten the time required for balance processing by increasing an electric current running through a resistor.SOLUTION: The battery control device is configured to keep charging rates of battery cells constant by connecting a switching element and a resistor in series and turning on the switching element of discharge circuits provided at each of a plurality of battery cells to discharge each of the battery cells, and changes a variable duty ratio which is a duty ratio of the switching element on the basis of a total of calorific values by the resistors and the discharge circuits and the allowable total of calorific values.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電池制御装置、電池システム及び電池制御方法に関する。   The present invention relates to a battery control device, a battery system, and a battery control method.

電池システム(例えば、下記特許文献1参照)は、電池から外部の負荷に電力を供給するための放電処理を行うと共に、電池を充電する充電処理を行うものである。該電池システムは、例えば、直列接続された電池セルから構成される電池を有し、該電池の充電時、抵抗器及びスイッチング素子が直列接続されてなる放電回路によって電圧の高い電池セルを放電することで、該電池セルを電圧の低い電池セルに揃えるバランス処理を行う。また、上記電池システムでは、n個の電池セルに対してn個の放電回路が設けられる場合、最大(n−1)個の放電回路の抵抗器によって同時に放電するため、(n−1)個の放電回路の抵抗器で放電した際の発熱量が許容可能な総発熱量を超えないように、例えば、1つの放電回路の抵抗器に流す電流の上限値が許容可能な総発熱量を(n−1)で除算した値に基づいて設定されている。   A battery system (for example, refer to Patent Document 1 below) performs a discharging process for supplying electric power from a battery to an external load, and also performs a charging process for charging the battery. The battery system has, for example, a battery composed of battery cells connected in series, and when the battery is charged, the battery cell having a high voltage is discharged by a discharge circuit in which a resistor and a switching element are connected in series. Thereby, the balance process which arranges this battery cell to a battery cell with a low voltage is performed. Further, in the above battery system, when n discharge circuits are provided for n battery cells, discharge is simultaneously performed by resistors of a maximum of (n-1) discharge circuits, so (n-1) pieces. For example, the upper limit value of the current flowing through the resistor of one discharge circuit is an allowable total calorific value so that the calorific value when discharged by the resistor of the discharge circuit does not exceed the allowable total calorific value ( It is set based on the value divided by n-1).

特開2010−142039号公報JP 2010-142039 A

ここで、n個の電池セルに対してn個の放電回路が設けられる場合において、最大(n−1)個の放電回路が放電を行うが、必ずしも全ての放電回路が放電を行うとは限らない。電池セルの電圧の分布のばらつきによっては、n-1個よりも少ない、少数の放電回路のみが放電を行う場合も考えられる。このような場合、従来技術では、放電を必要とする電池セルの数が少ないにも関わらず、すなわち電流を流して放電を行う必要がある放電回路の抵抗器の数が少ないにも関わらず、それぞれの放電回路に対して許容可能な総発熱量を(n−1)で除算した値に基づく電流の上限値が設定されている。そのため、実際には許容可能な発熱量に余力があるにも関わらず、抵抗器に流す電流が必要以上に小さく抑えられているため、各電池セルの電圧を揃えるバランス処理に要する時間を短縮することができなかった。   Here, when n discharge circuits are provided for n battery cells, a maximum of (n-1) discharge circuits discharge, but not all discharge circuits necessarily discharge. Absent. Depending on variations in the voltage distribution of the battery cells, it may be possible that only a small number of discharge circuits, fewer than n-1, discharge. In such a case, in the prior art, despite the small number of battery cells that need to be discharged, that is, despite the small number of resistors in the discharge circuit that need to be discharged by passing a current, An upper limit value of current is set based on a value obtained by dividing the total calorific value allowable for each discharge circuit by (n−1). For this reason, the current flowing through the resistor is suppressed to an unnecessarily small amount despite the fact that there is a surplus in the amount of heat that can be tolerated, so the time required for the balancing process to align the voltages of the battery cells is reduced. I couldn't.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、抵抗器に流す電流を増加して、バランス処理に要する時間を短縮する、ことを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to reduce the time required for the balance process by increasing the current flowing through the resistor.

上記目的を達成するために、本発明では、電池制御装置に係る第1の解決手段として、スイッチング素子及び抵抗器が直列接続してなると共に複数の電池セルそれぞれに設けられる放電回路の前記スイッチング素子をオン状態にすることで前記電池セルそれぞれの放電を実行させて、前記電池セルの充電率を揃える電池制御装置であって、前記放電回路の前記抵抗器による発熱量の総和と、許容される総発熱量とに基づいて前記スイッチング素子のデューティ比である可変デューティ比を変化させる、という手段を採用する。   In order to achieve the above object, according to the present invention, as a first solution means for a battery control device, the switching element of a discharge circuit formed by connecting a switching element and a resistor in series and provided in each of a plurality of battery cells. Is a battery control device that causes each of the battery cells to be discharged by turning on the battery cell to make the charging rate of the battery cells uniform, and the total amount of heat generated by the resistors of the discharge circuit is allowed. A means is employed in which the variable duty ratio, which is the duty ratio of the switching element, is changed based on the total heat generation amount.

本発明では、電池制御装置に係る第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、電圧が上限値である1個の電池セルを前記放電回路に前記スイッチング素子のデューティ比を100%として放電させた場合の発熱量と前記総発熱量とが等しく設定され、前記可変デューティ比は、前記電池セルの電圧の上限値の2乗を、前記放電回路に放電させる各電池セルの電圧検出値の2乗の総和で、除算した値である、という手段を採用する。   In the present invention, as a second solving means related to the battery control device, in the first solving means, one battery cell whose voltage is an upper limit value is added to the discharge circuit, and the duty ratio of the switching element is set to 100%. The calorific value when discharged is set equal to the total calorific value, and the variable duty ratio is a voltage detection value of each battery cell that causes the discharge circuit to discharge the square of the upper limit value of the voltage of the battery cell. A method is adopted in which the sum is the sum of the squares of 2 and divided.

本発明では、電池制御装置に係る第3の解決手段として、上記第1または第2の解決手段において、複数の前記電池セルそれぞれにおける電圧検出値の最大値と最小値との中間値を算出し、前記中間値を超える電池セルに設けられる前記放電回路に放電させ、また前記中間値を下回る電池セルに設けられる放電回路に放電させない、という手段を採用する。   In the present invention, as a third solving means relating to the battery control device, an intermediate value between the maximum value and the minimum value of the voltage detection values in each of the plurality of battery cells is calculated in the first or second solving means. The discharge circuit provided in the battery cell exceeding the intermediate value is discharged, and the discharge circuit provided in the battery cell lower than the intermediate value is not discharged.

本発明では、電池システムに係る解決手段として、スイッチング素子をそれぞれ含む複数の放電回路と、前記複数の放電回路がそれぞれ含む前記スイッチング素子のそれぞれと接続され、前記スイッチング素子がオン状態である場合に放電を行う複数の電池セルからなる電池モジュールと、放電を行う前記電池セルの数が増加すれば前記スイッチング素子のオン状態とオフ状態のデューティ比の大きさを減少させ、放電を行う前記電池セルの数が減少すれば前記デューティ比の大きさを増加させるように、前記スイッチング素子のオン状態とオフ状態を制御する、という手段を採用する。   In the present invention, as a solving means related to the battery system, a plurality of discharge circuits each including a switching element, and each of the switching elements included in each of the plurality of discharge circuits are connected, and the switching element is in an ON state. A battery module comprising a plurality of battery cells for discharging and a battery cell for discharging by decreasing the duty ratio of the on-state and off-state of the switching element if the number of battery cells for discharging increases In this case, a means of controlling the on state and the off state of the switching element so as to increase the magnitude of the duty ratio is adopted.

本発明では、電池制御方法に係る解決手段として、スイッチング素子及び抵抗器が直列接続してなると共に複数の電池セルそれぞれに設けられる放電回路の前記スイッチング素子をオン状態にすることで前記電池セルそれぞれの放電を実行させて、前記電池セルの充電率を揃え、前記放電回路の前記抵抗器による発熱量の総和と、許容される総発熱量とに基づいて前記スイッチング素子のデューティ比である可変デューティ比を変化する、という手段を採用する。   In the present invention, as a means for solving the battery control method, the switching element and the resistor are connected in series, and each of the battery cells is turned on by turning on the switching element of the discharge circuit provided in each of the plurality of battery cells. The discharge rate of the battery cells is equalized, the charging rate of the battery cells is made uniform, and the variable duty which is the duty ratio of the switching element based on the total amount of heat generated by the resistors of the discharge circuit and the allowable total heat generation amount Use a means to change the ratio.

本発明によれば、スイッチング素子及び抵抗器が直列接続してなると共に複数の電池セルそれぞれに設けられる放電回路のスイッチング素子をオン状態にすることで電池セルそれぞれの放電を実行させて、電池セルの充電率を揃える電池制御装置であって、放電回路の抵抗器による発熱量の総和と、許容される総発熱量とに基づいてスイッチング素子のデューティ比である可変デューティ比を変化させることによって、あるいは、別の表現をすれば、放電を行う前記電池セルの数が増加すれば前記スイッチング素子のオン状態とオフ状態のデューティ比の大きさを減少させ、放電を行う前記電池セルの数が減少すれば前記デューティ比の大きさを増加させるように、前記スイッチング素子のオン状態とオフ状態を制御することで、抵抗器に流す電流を増加して、バランス処理に要する時間を短縮することができる。   According to the present invention, the switching element and the resistor are connected in series, and the switching element of the discharge circuit provided in each of the plurality of battery cells is turned on so that each battery cell is discharged. A battery control device that equalizes the charging rate of the discharge circuit, by changing the variable duty ratio, which is the duty ratio of the switching element, based on the total amount of heat generated by the resistors of the discharge circuit and the allowable total heat generation amount, Or, in other words, if the number of battery cells to be discharged increases, the duty ratio between the on state and the off state of the switching element is decreased, and the number of battery cells to be discharged is decreased. Then, the on-state and off-state of the switching element are controlled so as to increase the magnitude of the duty ratio, so that the resistor flows. Current increased, it is possible to shorten the time required for the balancing process.

本発明の一実施形態に係る電池システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the battery system which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る電池システムの動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the battery system which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における放電回路によって放電される電池セルが多い場合の可変デューティ比(a)と、放電回路によって放電される電池セルが少ない場合の可変デューティ比(b)とを示すタイミングチャートである。The timing chart which shows the variable duty ratio (a) when there are many battery cells discharged by the discharge circuit in one Embodiment of this invention, and the variable duty ratio (b) when there are few battery cells discharged by a discharge circuit. It is.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態に係る電池システムAは、フォークリフト等の各種電動装置に搭載され、充電器Jに接続されて充電される際の電池モジュールL1〜Lnの充電処理や、電力消費時の電池モジュールL1〜Lnの放電処理を行うものである。なお、上記充電器Jは、電池システムAに対して着脱可能である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The battery system A according to the present embodiment is mounted on various electric devices such as forklifts, and is charged with the battery modules L1 to Ln when connected to the charger J and charged, and the battery modules L1 to L1 when power is consumed. A discharge treatment of Ln is performed. The charger J is detachable from the battery system A.

電池システムAは、図1に示すように、接続端子T、電池モジュールL1〜Ln、制御基板K1〜Kn及び上位制御装置Ucを備える。   As shown in FIG. 1, the battery system A includes a connection terminal T, battery modules L1 to Ln, control boards K1 to Kn, and a host control device Uc.

接続端子Tは、電池システムAに充電器Jが装着された際に、該充電器Jに電気的に接続される端子である。
電池モジュールL1〜Lnは、n個の電池モジュールであり、直列に接続される。また、直列に接続される電池モジュールL1〜Lnのうち、一方の端に配置される電池モジュールL1の正極は、接続端子Tに接続されている。なお、各電池モジュールL1〜Lnは同じ構成であるので、電池モジュールL1についてのみ説明し、電池モジュールL2〜Lnについては説明を省略する。
The connection terminal T is a terminal that is electrically connected to the charger J when the charger J is attached to the battery system A.
The battery modules L1 to Ln are n battery modules and are connected in series. Moreover, the positive electrode of the battery module L1 disposed at one end among the battery modules L1 to Ln connected in series is connected to the connection terminal T. In addition, since each battery module L1-Ln is the same structure, only battery module L1 is demonstrated and description is abbreviate | omitted about battery module L2-Ln.

電池モジュールL1は、電池セルC1〜Cmから構成されている。電池セルC1〜Cmは、m個のリチウムイオン電池等の蓄電池(二次電池)であり、直列に接続されて電池モジュールL1を構成する。   The battery module L1 is composed of battery cells C1 to Cm. Battery cells C1 to Cm are storage batteries (secondary batteries) such as m lithium ion batteries, and are connected in series to constitute a battery module L1.

制御基板K1〜Knは、各電池モジュールL1〜Lnに設けられ、図1に示すように、放電回路H1〜Hm、電圧センサD1〜Dm及びマイコンM(電池制御装置)を備える。なお、各制御基板K1〜Knは同じ構成であるので、制御基板K1についてのみ説明し、制御基板K2〜Knについては説明を省略する。   The control boards K1 to Kn are provided in the battery modules L1 to Ln, and include discharge circuits H1 to Hm, voltage sensors D1 to Dm, and a microcomputer M (battery control device) as shown in FIG. Since the control boards K1 to Kn have the same configuration, only the control board K1 will be described, and the description of the control boards K2 to Kn will be omitted.

放電回路H1〜Hmは、各電池セルC1〜Cmに設けられ、マイコンMから入力される制御信号に基づいて電池セルC1〜Cmを放電させるものである。このような放電回路H1〜Hmは、図1に示すように、放電用スイッチング素子AS1〜ASm及び抵抗器R1〜Rmから構成されている。なお、各放電回路H1〜Hmは同じ構成であるので、放電回路H1の放電用スイッチング素子AS1及び抵抗器R1についてのみ説明し、放電回路H2〜Hmについては説明を省略する。   The discharge circuits H1 to Hm are provided in the battery cells C1 to Cm, and discharge the battery cells C1 to Cm based on a control signal input from the microcomputer M. As shown in FIG. 1, such discharge circuits H <b> 1 to Hm include discharge switching elements AS <b> 1 to ASm and resistors R <b> 1 to Rm. Since each of the discharge circuits H1 to Hm has the same configuration, only the discharge switching element AS1 and the resistor R1 of the discharge circuit H1 will be described, and the description of the discharge circuits H2 to Hm will be omitted.

放電用スイッチング素子AS1は、例えば、バイポーラトランジスタであり、ベース端子がマイコンMに接続され、エミッタ端子が電池セルC1の正極に接続され、コレクタ端子が抵抗器R1の一端に接続されている。   The discharging switching element AS1 is, for example, a bipolar transistor, and has a base terminal connected to the microcomputer M, an emitter terminal connected to the positive electrode of the battery cell C1, and a collector terminal connected to one end of the resistor R1.

このような放電用スイッチング素子AS1は、マイコンMから電圧値がハイレベルである制御信号がベース端子に入力されるとオン状態となって、電池セルC1の電力を抵抗器R1に放電する。一方、放電用スイッチング素子AS1は、電圧値がハイレベルである制御信号がベース端子に入力されないと、オフ状態となって、電池セルC1から抵抗器R1への放電を停止する。   The discharge switching element AS1 is turned on when a control signal having a high voltage value is input from the microcomputer M to the base terminal, and discharges the power of the battery cell C1 to the resistor R1. On the other hand, when a control signal having a high voltage value is not input to the base terminal, the discharging switching element AS1 is turned off and stops discharging from the battery cell C1 to the resistor R1.

また、放電用スイッチング素子AS1は、バイポーラトランジスタ以外にも、例えばFETトランジスタ(Field Effect Transistor:電界効果トランジスタ)やIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)であってもよい。   In addition to the bipolar transistor, the discharge switching element AS1 may be, for example, an FET transistor (Field Effect Transistor) or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).

抵抗器R1は、一端が放電用スイッチング素子AS1のコレクタ端子に接続され、他端が電池セルC1の負極に接続されている。このような抵抗器R1は、放電用スイッチング素子AS1がオン状態となると、電池セルC1から電力が入力され、該電力を熱エネルギーに変換する、つまり発熱する。   One end of the resistor R1 is connected to the collector terminal of the discharging switching element AS1, and the other end is connected to the negative electrode of the battery cell C1. When the discharge switching element AS1 is turned on, the resistor R1 receives electric power from the battery cell C1 and converts the electric power into heat energy, that is, generates heat.

電圧センサD1〜Dnは、各電池セルC1〜Cnに設けられ、各電池セルC1〜Cnの電圧を検出し、検出した電圧検出値を示す検出信号をマイコンMに出力する。   The voltage sensors D1 to Dn are provided in the battery cells C1 to Cn, detect the voltages of the battery cells C1 to Cn, and output a detection signal indicating the detected voltage detection value to the microcomputer M.

マイコンMは、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)及び電気的に相互接続された各部と各種信号の送受信を行うインターフェイス回路等から構成されたICチップである。このマイコンMは、上記ROMに記憶された各種演算制御プログラムに基づいて各種の演算処理を行うと共に各部と通信を行うことにより制御基板K1の全体動作を制御する。詳細については後述するが、マイコンMは、充電時、電池セルC1〜Cmの充電率を揃えるためのバランス処理に要する時間を、抵抗器R1〜Rmに流す電流を増加して、短縮する。本発明では、マイコンM(制御装置)が、放電を行う前記電池セルの数が増加すれば前記スイッチング素子のオン状態とオフ状態のデューティ比の大きさを減少させ、放電を行う前記電池セルの数が減少すれば前記デューティ比の大きさを増加させるように、前記スイッチング素子のオン状態とオフ状態を制御する。   The microcomputer M is an IC chip composed of a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and an interface circuit that transmits and receives various signals to / from each electrically connected part. is there. The microcomputer M controls the entire operation of the control board K1 by performing various arithmetic processes based on various arithmetic control programs stored in the ROM and communicating with each unit. Although details will be described later, the microcomputer M shortens the time required for the balancing process for equalizing the charging rates of the battery cells C1 to Cm by increasing the current flowing through the resistors R1 to Rm during charging. In the present invention, if the number of the battery cells to be discharged increases, the microcomputer M (control device) decreases the duty ratio of the on-state and the off-state of the switching element, and the battery cells to be discharged are discharged. If the number decreases, the ON state and the OFF state of the switching element are controlled so that the magnitude of the duty ratio is increased.

上位制御装置Ucは、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)等から構成され、上記ROMに記憶された各種演算制御プログラムに基づいて各種の演算処理を行うと共に演算処理結果に基づいて電池システムAの全体動作を制御する。例えば、上位制御装置Ucは、電池モジュールL1〜Lnの充電時、バランス処理の実行指示をマイコンMに出力する。   The host controller Uc includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like, and performs various arithmetic processes based on various arithmetic control programs stored in the ROM. At the same time, the overall operation of the battery system A is controlled based on the calculation processing result. For example, the host control device Uc outputs a balance processing execution instruction to the microcomputer M when the battery modules L1 to Ln are charged.

次に、このように構成された電池システムAの動作について図2を参照して説明する。
電池システムAは、例えば、フォークリフトに搭載されている場合、各電池モジュールL1〜Lnの充電率が低減した状態となると、担当作業者によって、充電器Jが装着される。ここで、電池システムAは、電池モジュールL1〜Lnの充電時、バランス処理に要する時間を短縮するために、以下の特徴的な動作を実行する。
Next, the operation of the battery system A configured as described above will be described with reference to FIG.
For example, when the battery system A is mounted on a forklift, when the charging rate of each of the battery modules L1 to Ln is reduced, the charger J is attached by the worker in charge. Here, the battery system A performs the following characteristic operations in order to shorten the time required for the balance process when the battery modules L1 to Ln are charged.

まず、電池システムAにおいて、上位制御装置Ucは、接続端子Tに充電器Jが接続されて、電池モジュールL1〜Lnが充電状態となった後に、各制御基板K1〜KnのマイコンMに、バランス処理の実行指示をマイコンMに出力する。そして、例えば、制御基板K1において、マイコンMは、上位制御装置Ucからバランス処理の実行指示が入力されると、バランス処理を実行する。   First, in the battery system A, the host controller Uc balances the microcomputers M of the control boards K1 to Kn after the charger J is connected to the connection terminal T and the battery modules L1 to Ln are charged. A process execution instruction is output to the microcomputer M. For example, in the control board K1, the microcomputer M executes the balance process when the execution instruction of the balance process is input from the host control device Uc.

つまり、マイコンMは、電池セルC1〜Cmのうち、電圧の高いものを低いものに揃えるために、電圧の高いものに設けられる放電回路H1〜Hmの放電用スイッチング素子AS1〜ASmをオン状態にすることで、電圧の高いものを放電させる。   That is, the microcomputer M turns on the discharge switching elements AS1 to ASm of the discharge circuits H1 to Hm provided in the high voltage ones of the battery cells C1 to Cm in order to align the high voltage ones with the low ones. As a result, a high voltage is discharged.

ここで、マイコンMは、放電回路H1〜Hmの抵抗器R1〜Rmによる発熱量の総和と、許容される総発熱量とに基づいて放電用スイッチング素子AS1〜ASmのデューティ比である可変デューティ比を変化するように、バランス処理を実行する。具体的に、マイコンMは、電圧センサD1〜Dnから検出信号が入力されると、該検出信号によって示される電池セルC1〜Cm各々における電圧検出値から電圧検出値の最大値Vmaxと最小値Vminとを抽出し、最大値Vmaxと最小値Vminとの中間値Vmidを算出する(ステップS1)。つまり、マイコンMは、以下の式(1)に従って中間値Vmidを算出する。
Vmid=(Vmax+Vmin)÷2・・・(1)
Here, the microcomputer M has a variable duty ratio that is a duty ratio of the discharge switching elements AS1 to ASm based on the total amount of heat generated by the resistors R1 to Rm of the discharge circuits H1 to Hm and the allowable total heat generation. The balance process is executed so as to change. Specifically, when the detection signal is input from the voltage sensors D1 to Dn, the microcomputer M determines the maximum value Vmax and the minimum value Vmin of the voltage detection value from the voltage detection value in each of the battery cells C1 to Cm indicated by the detection signal. And an intermediate value Vmid between the maximum value Vmax and the minimum value Vmin is calculated (step S1). That is, the microcomputer M calculates the intermediate value Vmid according to the following equation (1).
Vmid = (Vmax + Vmin) ÷ 2 (1)

そして、マイコンMは、中間値Vmidを超える電池セルC1〜Cmに設けられる放電回路H1〜Hmに放電させ、また中間値Vmidを下回る電池セルC1〜Cmに設けられる放電回路H1〜Hmに放電させないと決定する(ステップS2)。つまり、マイコンMは、中間値Vmidと各電池セルC1〜Cmの電圧検出値V1〜Vmそれぞれとを比較し、中間値Vmidを超える(つまり電圧検出値≧Vmidである)場合には、中間値を超える電池セルC1〜Cmに設けられる放電回路H1〜Hmに放電させ、一方中間値を下回る(つまり電圧検出値<Vmidである)場合には、中間値を下回る電池セルC1〜Cmに設けられる放電回路H1〜Hmに放電させないと決定する。このようにして、マイコンMは、放電回路H1〜Hmに放電させる電池セルC1〜Cmを決定する。   The microcomputer M causes the discharge circuits H1 to Hm provided in the battery cells C1 to Cm exceeding the intermediate value Vmid to discharge, and does not cause the discharge circuits H1 to Hm provided to the battery cells C1 to Cm below the intermediate value Vmid to discharge. Is determined (step S2). That is, the microcomputer M compares the intermediate value Vmid with the voltage detection values V1 to Vm of the battery cells C1 to Cm, and if the intermediate value Vmid is exceeded (that is, the voltage detection value ≧ Vmid), the intermediate value In the case where the discharge circuits H1 to Hm provided in the battery cells C1 to Cm exceeding 1 are discharged and below the intermediate value (that is, the voltage detection value <Vmid), the battery cells C1 to Cm below the intermediate value are provided. It is determined that the discharge circuits H1 to Hm are not discharged. In this way, the microcomputer M determines the battery cells C1 to Cm to be discharged by the discharge circuits H1 to Hm.

続いて、マイコンMは、バランス処理に要する時間を最も短縮できる可変デューティ比dを算出する(ステップS3)。なお、可変デューティ比dを算出するにあたり、制御基板K1において許容される総発熱量Pmaxは、例えば、電圧が上限値VLimである1個の電池セルC1を放電回路H1に放電用スイッチング素子AS1のデューティ比を100%として放電させた場合の発熱量と等しく設定されているとする。   Subsequently, the microcomputer M calculates a variable duty ratio d that can shorten the time required for the balance process most (step S3). In calculating the variable duty ratio d, the total heat generation amount Pmax allowed in the control board K1 is, for example, that one battery cell C1 whose voltage is the upper limit value VLim is connected to the discharge circuit H1 of the discharge switching element AS1. Assume that the heat generation amount is set equal to the amount of heat generated when discharging with a duty ratio of 100%.

つまり、許容される総発熱量Pmaxは、以下の式(2)によって求まる値となる。
Pmax=(VLim^2)÷R×1・・・(2)
なお、式(2)におけるRとは放電回路H1の抵抗器R1の抵抗値を示している。また、抵抗器R1以外の抵抗器R2〜Rmについても、抵抗器R1と同じ抵抗値Rを有するものである。さらに、式(2)における「1」は100%であるデューティ比を示している。
That is, the allowable total heat generation amount Pmax is a value obtained by the following equation (2).
Pmax = (VLim ^ 2) / R × 1 (2)
In the equation (2), R represents the resistance value of the resistor R1 of the discharge circuit H1. Also, the resistors R2 to Rm other than the resistor R1 have the same resistance value R as that of the resistor R1. Furthermore, “1” in equation (2) indicates a duty ratio of 100%.

マイコンMは、上記ステップS3の処理において、バランス処理に要する時間を最も短縮するために、制御基板K1において許容される総発熱量Pmaxと各抵抗器R1〜Rmの発熱量P1〜Pmとが等しくなる可変デューティ比dを算出する。つまり、マイコンMは、以下の式(3)に上記式(2)を代入し、続いて式(4)及び式(5)を演算することによって、バランス処理に要する時間を最も短縮できる可変デューティ比dを算出することができる。   In the process of step S3, the microcomputer M equalizes the total heat generation amount Pmax allowed in the control board K1 and the heat generation amounts P1 to Pm of the resistors R1 to Rm in order to shorten the time required for the balance processing. A variable duty ratio d is calculated. That is, the microcomputer M substitutes the above equation (2) into the following equation (3), and then calculates the equation (4) and equation (5), thereby making it possible to reduce the time required for the balance process to the shortest. The ratio d can be calculated.

なお、抵抗器R1の発熱量P1については、電池セルCの電圧検出値V1の2乗に、可変デューティ比dを乗算し、さらに抵抗器R1の抵抗値Rで除算した値(P1=(V1^2)×d÷R)とする。また、各抵抗器R2〜Rmの発熱量P2〜Pmについても、発熱量P1と同様の方法によって算出する。   Note that the heat generation amount P1 of the resistor R1 is obtained by multiplying the square of the voltage detection value V1 of the battery cell C by the variable duty ratio d and further dividing by the resistance value R of the resistor R1 (P1 = (V1 ^ 2) × d ÷ R). Moreover, it calculates with the method similar to the emitted-heat amount P1 also about the emitted-heat amount P2-Pm of each resistor R2-Rm.

Pmax=P1+P2+P3+…+Pm・・・(3)
(VLim^2)÷R=(V1^2+V2^2+V3^2+…+Vm^2)×d÷R・・・(4)
d=(VLim^2)÷(V1^2+V2^2+V3^2+…+Vm^2)・・・(5)
Pmax = P1 + P2 + P3 + ... + Pm (3)
(VLim ^ 2) / R = (V1 ^ 2 + V2 ^ 2 + V3 ^ 2 + ... + Vm ^ 2) * d ÷ R (4)
d = (VLim ^ 2) / (V1 ^ 2 + V2 ^ 2 + V3 ^ 2 + ... + Vm ^ 2) (5)

そして、マイコンMは、算出した可変デューティ比dに基づいて放電回路H1〜Hmの放電用スイッチング素子AS1〜ASmを制御する(ステップS4)。つまり、マイコンMは、中間値Vmidを超える電池セルC1〜Cmに設けられる放電回路H1〜Hmの放電用スイッチング素子AS1〜ASmをオン状態にしつつ、放電用スイッチング素子AS1〜ASmのデューティ比を可変デューティ比にする。なお、この際、充電器Jからの充電については、停止する。   Then, the microcomputer M controls the discharge switching elements AS1 to ASm of the discharge circuits H1 to Hm based on the calculated variable duty ratio d (step S4). That is, the microcomputer M changes the duty ratio of the discharge switching elements AS1 to ASm while turning on the discharge switching elements AS1 to ASm of the discharge circuits H1 to Hm provided in the battery cells C1 to Cm exceeding the intermediate value Vmid. Set the duty ratio. At this time, charging from the charger J is stopped.

上記可変デューティ比については、図3(a)に示すように、放電する電池セルが多い場合には小さくなり、図3(b)に示すように、放電する電池セルが少ない場合には大きくなる。すなわち、本発明では、マイコンM(制御装置)が、放電を行う電池セルの数が増加すればスイッチング素子のオン状態とオフ状態のデューティ比の大きさを減少させ、放電を行う電池セルの数が減少すれば前記デューティ比の大きさを増加させるように、スイッチング素子のオン状態とオフ状態を制御する。この結果、放電する電池セルが少ない場合には、放電する電流が増加して、短時間で放電可能であるため、バランス処理に要する時間を短縮できる。一方、マイコンMは、中間値Vmidを下回る電池セルC1〜Cmに設けられる放電回路H1〜Hmの放電用スイッチング素子AS1〜ASmをオフ状態にする。   As shown in FIG. 3 (a), the variable duty ratio is small when there are many battery cells to be discharged, and is large when there are few battery cells to be discharged as shown in FIG. 3 (b). . That is, in the present invention, if the number of battery cells to be discharged increases by the microcomputer M (control device), the size of the duty ratio between the ON state and the OFF state of the switching element is decreased, and the number of battery cells to be discharged. The ON state and the OFF state of the switching element are controlled so as to increase the magnitude of the duty ratio if the value decreases. As a result, when the number of battery cells to be discharged is small, the current to be discharged is increased and can be discharged in a short time, so that the time required for the balance process can be reduced. On the other hand, the microcomputer M turns off the discharge switching elements AS1 to ASm of the discharge circuits H1 to Hm provided in the battery cells C1 to Cm below the intermediate value Vmid.

このような本実施形態によれば、放電用スイッチング素子AS1〜ASm及び抵抗器R1〜Rmが直列接続してなると共に複数の電池セルC1〜Cm各々に設けられる放電回路H1〜Hmの放電用スイッチング素子AS1〜ASmをオン状態にすることで電池セルC1〜Cmそれぞれの放電を実行させて、電池セルC1〜Cmの充電率を揃え、放電回路H1〜Hmの抵抗器R1〜Rmによる発熱量の総和と、許容される総発熱量とに基づいて放電用スイッチング素子AS1〜ASmのデューティ比である可変デューティ比を変化することによって、抵抗器R1〜Rmに流す電流を増加して、バランス処理に要する時間を短縮する。   According to the present embodiment as described above, the discharge switching elements AS1 to ASm and the resistors R1 to Rm are connected in series and the discharge switching of the discharge circuits H1 to Hm provided in each of the plurality of battery cells C1 to Cm. The elements AS1 to ASm are turned on so that the battery cells C1 to Cm are discharged, the charge rates of the battery cells C1 to Cm are aligned, and the amount of heat generated by the resistors R1 to Rm of the discharge circuits H1 to Hm. By changing the variable duty ratio, which is the duty ratio of the discharge switching elements AS1 to ASm, based on the total sum and the allowable total heat generation amount, the current flowing through the resistors R1 to Rm is increased, and the balance process is performed. Reduce the time required.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、例えば以下のような変形が考えられる。
(1)本実施形態は、フォークリフト以外の電動装置に搭載されてもよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, For example, the following modifications can be considered.
(1) The present embodiment may be mounted on an electric device other than a forklift.

(2)本実施形態では、最大値Vmaxと最小値Vminとの中間値Vmidより高い電池セルC1〜Cmに設けられる放電回路H1〜Hmに放電させたが、本発明はこれに限定されない。例えば、予め設定されるしきい値よりも高い電池セルC1〜Cmに設けられる放電回路H1〜Hmに放電させるようにしてもよい。 (2) In the present embodiment, the discharge circuits H1 to Hm provided in the battery cells C1 to Cm higher than the intermediate value Vmid between the maximum value Vmax and the minimum value Vmin are discharged, but the present invention is not limited to this. For example, the discharge circuits H1 to Hm provided in the battery cells C1 to Cm higher than a preset threshold value may be discharged.

(3)本実施形態では、充電器Jからの充電を停止し、その状態で、電池セルC1〜Cmに設けられる放電回路H1〜Hmに放電させたが、本発明はこれに限定されない。充電器Jからの充電を継続した状態で、電池セルC1〜Cmに設けられる放電回路H1〜Hmに放電させるようにしてもよい。この結果、放電回路H1〜Hmによって放電される電池セルC1〜Cmについては電圧の上昇が止まり、放電回路H1〜Hmによって放電されない電池セルC1〜Cmについては電圧が上昇することによって、電池セルC1〜Cmの電圧を揃えることができる。 (3) In the present embodiment, charging from the charger J is stopped, and in this state, the discharge circuits H1 to Hm provided in the battery cells C1 to Cm are discharged, but the present invention is not limited to this. You may make it discharge to discharge circuit H1-Hm provided in battery cell C1-Cm in the state which continued charging from the charger J. FIG. As a result, the battery cells C1 to Cm discharged by the discharge circuits H1 to Hm stop increasing in voltage, and the battery cells C1 to Cm that are not discharged by the discharge circuits H1 to Hm increase in voltage. The voltage of ~ Cm can be made uniform.

A 電池システム
J 充電器
L1〜Ln 電池モジュール
K1〜Kn 制御基板
Uc 上位制御装置
C1〜Cm 電池セル
H1〜Hm 放電回路
D1〜Dm 電圧センサ
M マイコン
AS1〜ASm 放電用スイッチング素子
R1〜Rm 抵抗器
A battery system J charger L1 to Ln battery module K1 to Kn control board Uc host controller C1 to Cm battery cell H1 to Hm discharge circuit D1 to Dm voltage sensor M microcomputer AS1 to ASm discharge switching element R1 to Rm resistor

Claims (5)

スイッチング素子及び抵抗器が直列接続してなると共に複数の電池セルそれぞれに設けられる放電回路の前記スイッチング素子をオン状態にすることで前記電池セルそれぞれの放電を実行させて、前記電池セルの充電率を揃える電池制御装置であって、
前記放電回路の前記抵抗器による発熱量の総和と、許容される総発熱量とに基づいて前記スイッチング素子のデューティ比である可変デューティ比を変化させることを特徴とする電池制御装置。
A switching element and a resistor are connected in series, and each of the battery cells is discharged by turning on the switching element of a discharge circuit provided in each of the plurality of battery cells. A battery control device for aligning
A battery control device that changes a variable duty ratio, which is a duty ratio of the switching element, based on a total amount of heat generated by the resistors of the discharge circuit and an allowable total amount of heat generated.
電圧が上限値である1個の電池セルを前記放電回路に前記スイッチング素子のデューティ比を100%として放電させた場合の発熱量と前記総発熱量とが等しく設定され、
前記可変デューティ比は、前記電池セルの電圧の上限値の2乗を、前記放電回路に放電させる各電池セルの電圧検出値の2乗の総和で、除算した値であることを特徴とする請求項1に記載の電池制御装置。
The calorific value and the total calorific value are set to be equal when one battery cell whose voltage is the upper limit value is discharged to the discharge circuit with the duty ratio of the switching element being 100%,
The variable duty ratio is a value obtained by dividing the square of the upper limit value of the voltage of the battery cell by the sum of the square of the detected voltage value of each battery cell to be discharged by the discharge circuit. Item 2. The battery control device according to Item 1.
複数の前記電池セルそれぞれにおける電圧検出値の最大値と最小値との中間値を算出し、前記中間値を超える電池セルに設けられる前記放電回路に放電させ、また前記中間値を下回る電池セルに設けられる放電回路に放電させないことを特徴とする請求項1または2に記載の電池制御装置。   An intermediate value between a maximum value and a minimum value of a voltage detection value in each of the plurality of battery cells is calculated, discharged to the discharge circuit provided in the battery cell exceeding the intermediate value, and to a battery cell below the intermediate value The battery control device according to claim 1, wherein the discharge circuit is not discharged. スイッチング素子をそれぞれ含む複数の放電回路と、
前記複数の放電回路がそれぞれ含む前記スイッチング素子のそれぞれと接続され、前記スイッチング素子がオン状態である場合に放電を行う複数の電池セルからなる電池モジュールと、
放電を行う前記電池セルの数が増加すれば前記スイッチング素子のオン状態とオフ状態のデューティ比の大きさを減少させ、放電を行う前記電池セルの数が減少すれば前記デューティ比の大きさを増加させるように、前記スイッチング素子のオン状態とオフ状態を制御する制御装置と、
を有する電池システム。
A plurality of discharge circuits each including a switching element;
A battery module comprising a plurality of battery cells connected to each of the switching elements included in each of the plurality of discharge circuits, and discharging when the switching elements are in an on state;
If the number of battery cells to be discharged is increased, the duty ratio of the on-state and the off-state of the switching element is decreased, and if the number of battery cells to be discharged is decreased, the duty ratio is decreased. A control device for controlling an on state and an off state of the switching element so as to increase;
A battery system.
スイッチング素子及び抵抗器が直列接続してなると共に複数の電池セルそれぞれに設けられる放電回路の前記スイッチング素子をオン状態にすることで前記電池セルそれぞれの放電を実行させて、前記電池セルの充電率を揃え、前記放電回路の前記抵抗器による発熱量の総和と、許容される総発熱量とに基づいて前記スイッチング素子のデューティ比である可変デューティ比を変化することを特徴とする電池制御方法。   A switching element and a resistor are connected in series, and each of the battery cells is discharged by turning on the switching element of a discharge circuit provided in each of the plurality of battery cells. And a variable duty ratio, which is a duty ratio of the switching element, is changed based on a total amount of heat generated by the resistors of the discharge circuit and an allowable total amount of heat generated.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI608684B (en) * 2017-01-24 2017-12-11 碩天科技股份有限公司 Battery apparatus having capability for voltage equilibrium control and control method thereof
CN109274140A (en) * 2017-07-18 2019-01-25 矢崎总业株式会社 Battery monitoring apparatus
US11101668B2 (en) 2018-03-06 2021-08-24 Samsung Sdi Co., Ltd. Cell-balancing method and battery management system performing the same
WO2022016871A1 (en) * 2020-07-20 2022-01-27 广州汽车集团股份有限公司 Battery heating system, battery device and electric vehicle

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07336905A (en) * 1994-06-08 1995-12-22 Nissan Motor Co Ltd Charger for battery set
JP2003284253A (en) * 2002-03-22 2003-10-03 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd Method of adjusting capacity of secondary battery
JP2009011022A (en) * 2007-06-26 2009-01-15 Nissan Motor Co Ltd Capacity adjusting device and capacity adjusting method of battery pack
JP2009017630A (en) * 2007-07-02 2009-01-22 Calsonic Kansei Corp Control method for battery capacity
JP2012115100A (en) * 2010-11-26 2012-06-14 Keihin Corp Cell balance controller

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07336905A (en) * 1994-06-08 1995-12-22 Nissan Motor Co Ltd Charger for battery set
JP2003284253A (en) * 2002-03-22 2003-10-03 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd Method of adjusting capacity of secondary battery
JP2009011022A (en) * 2007-06-26 2009-01-15 Nissan Motor Co Ltd Capacity adjusting device and capacity adjusting method of battery pack
JP2009017630A (en) * 2007-07-02 2009-01-22 Calsonic Kansei Corp Control method for battery capacity
JP2012115100A (en) * 2010-11-26 2012-06-14 Keihin Corp Cell balance controller

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI608684B (en) * 2017-01-24 2017-12-11 碩天科技股份有限公司 Battery apparatus having capability for voltage equilibrium control and control method thereof
CN109274140A (en) * 2017-07-18 2019-01-25 矢崎总业株式会社 Battery monitoring apparatus
JP2019022328A (en) * 2017-07-18 2019-02-07 矢崎総業株式会社 Battery monitoring device
US11101668B2 (en) 2018-03-06 2021-08-24 Samsung Sdi Co., Ltd. Cell-balancing method and battery management system performing the same
US11894701B2 (en) 2018-03-06 2024-02-06 Samsung Sdi Co., Ltd. Cell-balancing method and battery management system performing the same
WO2022016871A1 (en) * 2020-07-20 2022-01-27 广州汽车集团股份有限公司 Battery heating system, battery device and electric vehicle

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