JP2016092996A - Storage battery control device and storage battery control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄電池制御装置及び蓄電池制御方法に関する。 The present invention relates to a storage battery control device and a storage battery control method.
二次電池が劣化する原因の一つに、過放電による正極又は負極の劣化がある。
この劣化を防止するために、二次電池では放電終止電圧を設定しており、二次電池の電圧が放電終止電圧未満になると、放電を停止するように制御する蓄電池制御装置が知られている。
One cause of deterioration of the secondary battery is deterioration of the positive electrode or the negative electrode due to overdischarge.
In order to prevent this deterioration, a secondary battery has a discharge end voltage, and a storage battery control device is known that controls discharge to stop when the voltage of the secondary battery becomes less than the discharge end voltage. .
このような蓄電池制御装置の一例として、過放電による劣化が生じる電圧(即ち、放電終止電圧)が環境温度に影響されることを考慮し、放電終止電圧を調整する蓄電池制御装置がある(特許文献1)。
この蓄電池制御装置は、放電終止電圧を調整することでエネルギーの利用効率を向上させることを目的とし、高容量で、稼働時間の長い高負荷機器に実装することを予定したものである。
As an example of such a storage battery control device, there is a storage battery control device that adjusts the discharge end voltage in consideration of the influence of the environmental temperature on the voltage at which deterioration due to overdischarge occurs (that is, the discharge end voltage) (Patent Literature). 1).
This storage battery control device is intended to improve the energy utilization efficiency by adjusting the discharge end voltage, and is planned to be mounted on a high-load device having a high capacity and a long operation time.
但し、この蓄電池制御装置では、二次電池を搭載する上で、二次電池のセル数を低減(調整)することに関しては考慮されていない。そのため、最大消費電力が大きいが、短時間稼働すれば済む機器に二次電池を搭載する場合、その機器の最大消費電力に対応させるため、最大消費電力と二次電池の最大放電電力から算出されるセル数の二次電池を搭載する必要がある。
この場合、機器の動作を保証することはできるものの、蓄電容量を必要以上に搭載することとなり、二次電池のセル数が過剰になる(即ち、二次電池のコスト、サイズ、重量等が大きくなる)という問題がある。
However, in this storage battery control device, when a secondary battery is mounted, no consideration is given to reducing (adjusting) the number of cells of the secondary battery. Therefore, when a secondary battery is installed in a device that has a large maximum power consumption but only needs to operate for a short time, it is calculated from the maximum power consumption and the maximum discharge power of the secondary battery in order to correspond to the maximum power consumption of the device. It is necessary to install secondary batteries with the same number of cells.
In this case, although the operation of the device can be guaranteed, the storage capacity is mounted more than necessary, and the number of cells of the secondary battery becomes excessive (that is, the cost, size, weight, etc. of the secondary battery are large). There is a problem that.
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、蓄電池制御装置において、消費電力が大きく、短時間の稼働を予定する機器において、その動作を保証しつつ、搭載する二次電池のセル数を低減することである。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and its purpose is to mount a battery controller while ensuring its operation in a device that consumes a large amount of power and is scheduled to operate for a short time. It is to reduce the number of cells of the secondary battery.
本発明は、単数又は複数のセルで構成される二次電池と、前記二次電池の端子電圧を測定する電圧測定手段を有する二次電池の放電を制御する蓄電池制御装置であって、前記二次電池に予め設定される第1の放電終止電圧よりも高い放電終止電圧を記憶する記憶手段と、前記電圧測定手段により測定された前記二次電池の端子電圧が、前記記憶手段に記憶された前記第1の放電終止電圧よりも高い放電終止電圧以上である場合に、前記二次電池からの放電を許可するように制御する放電制御手段と、を有する蓄電池制御装置に関する。 The present invention is a storage battery control device for controlling discharge of a secondary battery having a secondary battery composed of a single cell or a plurality of cells and a voltage measuring means for measuring a terminal voltage of the secondary battery. A storage means for storing a discharge end voltage higher than a first discharge end voltage preset in a secondary battery, and a terminal voltage of the secondary battery measured by the voltage measuring means are stored in the storage means. It is related with the storage battery control apparatus which has a discharge control means which controls so that discharge from the said secondary battery is permitted when it is more than the discharge end voltage higher than a said 1st discharge end voltage.
本発明によれば、蓄電池制御装置において、消費電力が大きく、短時間の稼働を予定する機器において、その動作を保証しつつ、搭載する二次電池のセル数を低減することができる。 According to the present invention, in a storage battery control device, the number of cells of a secondary battery to be mounted can be reduced while guaranteeing the operation of a device that consumes a large amount of power and is scheduled to operate for a short time.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、それに先立って、本発明の基本原理、つまり、二次電池を搭載する機器の最大消費電力に応じて放電終止電圧を調整(変更)することで、二次電池の必要なセル数を減らすことができることを、図1から図4を用いて説明する。
なお、放電終止電圧とは、二次電池を劣化させることなく、蓄電エネルギーを放電するために設定される閾値電圧のことであり、例えば、二次電池の製造メーカ等により二次電池の設計時等に設定される。また、セル数とは、二次電池の数のことである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but prior to that, the discharge end voltage is adjusted (changed) in accordance with the basic principle of the present invention, that is, the maximum power consumption of a device equipped with a secondary battery. ), The fact that the required number of cells of the secondary battery can be reduced will be described with reference to FIGS.
The end-of-discharge voltage is a threshold voltage that is set for discharging stored energy without degrading the secondary battery. For example, when the secondary battery is designed by the manufacturer of the secondary battery, etc. Etc. The number of cells is the number of secondary batteries.
図1は、二次電池の放電特性を示す図である。
図1において、横軸は放電容量(Ah;アンペアアワー)、縦軸は電圧(V;ボルト)を示している。
なお、図1は、リチウムイオン二次電池の単位セルの放電特性を、その一例として示している。また、図1のリチウムイオン二次電池では、放電終止電圧を2.5Vに設定している。
FIG. 1 is a diagram illustrating discharge characteristics of the secondary battery.
In FIG. 1, the horizontal axis represents discharge capacity (Ah; ampere hour), and the vertical axis represents voltage (V; volt).
In addition, FIG. 1 has shown the discharge characteristic of the unit cell of a lithium ion secondary battery as the example. Moreover, in the lithium ion secondary battery of FIG. 1, the discharge end voltage is set to 2.5V.
リチウムイオン二次電池の単位セルあたりの蓄電容量は、満充電から放電終止電圧まで放電できる電力量であり、図1において放電特性の積分値で示される。
理論的には、次式で示すことができる。
∫VdAh=Wh・・・(式1)
しかし、放電特性を表す関数は特定できないため、蓄電容量の正確な値を求めることはできない。そこで、実際には、放電特性を複数の小区間で区切り、各々を近似して、その小区間における放電容量(Ah)と電圧(V)の積を求め、それらを加算して、その近似値を求める。ここでは、近似値の算出を便宜上(式1)の計算という。
The storage capacity per unit cell of a lithium ion secondary battery is the amount of power that can be discharged from full charge to the end-of-discharge voltage, and is indicated by the integrated value of the discharge characteristics in FIG.
Theoretically, it can be shown by the following equation.
∫VdAh = Wh (Formula 1)
However, since the function representing the discharge characteristics cannot be specified, an accurate value of the storage capacity cannot be obtained. Therefore, in practice, the discharge characteristics are divided into a plurality of subsections, each is approximated, the product of the discharge capacity (Ah) and voltage (V) in the subsection is obtained, and these are added together to obtain an approximate value. Ask for. Here, the calculation of the approximate value is referred to as the calculation of (Equation 1) for convenience.
図1に示す放電特性に関して、(式1)を計算すると、蓄電容量は約9Whとなる。
また、二次電池には最大放電電流が規定されており、単位セルの最大放電電流を5Aとすると、放電終止電圧2.5Vでの出力電力は12.5(=2.5×5)Wとなる。
以下、図2から図4に関する説明では、図1の放電特性を有する二次電池(即ち、単位セルあたりの蓄電容量9Wh、出力電力12.5Wの二次電池)を搭載することを前提に説明する。
When (Equation 1) is calculated for the discharge characteristics shown in FIG. 1, the storage capacity is about 9 Wh.
In addition, the maximum discharge current is defined for the secondary battery. When the maximum discharge current of the unit cell is 5 A, the output power at the discharge end voltage of 2.5 V is 12.5 (= 2.5 × 5) W. It becomes.
Hereinafter, the description regarding FIGS. 2 to 4 is based on the assumption that a secondary battery having the discharge characteristics of FIG. 1 (that is, a secondary battery having a storage capacity of 9 Wh and a power output of 12.5 W per unit cell) is mounted. To do.
図2は、機器における二次電池の搭載セル数を示す図である。
図2では、機器としてノートパソコン(Laptop Computer)と電子写真画像形成装置における、その最大消費電力、平均消費電力、稼働時間、二次電池の搭載セル数を示している。
なお、図2に示す例では、ノートパソコン、電子写真画像形成装置のいずれに関しても、停電時等、商用電源を供給することができない場合を想定している。
FIG. 2 is a diagram showing the number of cells mounted with secondary batteries in the device.
FIG. 2 shows the maximum power consumption, the average power consumption, the operating time, and the number of cells mounted on the secondary battery in a notebook computer (Laptop Computer) and an electrophotographic image forming apparatus as devices.
In the example shown in FIG. 2, it is assumed that commercial power cannot be supplied, such as during a power failure, for both the notebook personal computer and the electrophotographic image forming apparatus.
一般に、機器に搭載する二次電池のセル数は、機器の平均消費電力(機器の稼働時に消費される電力の時間当たりの平均値)と稼働時間から決定される。
即ち、機器に搭載する二次電池のセル数は、機器の平均消費電力、稼働時間、また蓄電容量を用いて、以下のように示すことができる。
二次電池のセル数 ≧ (平均消費電力×稼働時間)/単位セルの蓄電容量・・・(式2)
In general, the number of cells of a secondary battery mounted on a device is determined from the average power consumption of the device (average value of power consumed during operation of the device) and the operation time.
That is, the number of cells of the secondary battery mounted on the device can be expressed as follows using the average power consumption, operating time, and storage capacity of the device.
Number of secondary battery cells ≧ (average power consumption × operation time) / unit cell storage capacity (Equation 2)
図2において、ノートパソコンは消費電力が小さく稼働時間の長い機器の一例として示すものである。ノートパソコンの場合、平均消費電力が10W、稼働時間が7時間であり、また蓄電容量を前述のように9Whとすると、二次電池の搭載セル数として8個の二次電池が必要となる。 In FIG. 2, a notebook personal computer is shown as an example of a device with low power consumption and long operating time. In the case of a notebook personal computer, if the average power consumption is 10 W, the operation time is 7 hours, and the storage capacity is 9 Wh as described above, eight secondary batteries are required as the number of secondary battery mounted cells.
一方、図2に示す電子写真画像形成装置は、消費電力が大きく稼働時間の短い機器の一例である。
電子写真画像形成装置の稼働時間は、導入先の利用状況により異なるが、例えば必要なプリント数が500枚であって、電子写真画像形成装置が1分間に50枚の印刷が可能であるとすると、10分となる。
この場合、電子写真画像形成装置に搭載すべき、二次電池のセル数は、(式2)より14個となる。
On the other hand, the electrophotographic image forming apparatus shown in FIG. 2 is an example of a device that consumes a large amount of power and has a short operation time.
The operating time of the electrophotographic image forming apparatus varies depending on the usage situation of the introduction destination. For example, if the required number of prints is 500 sheets and the electrophotographic image forming apparatus can print 50 sheets per minute. 10 minutes.
In this case, the number of cells of the secondary battery to be mounted on the electrophotographic image forming apparatus is 14 from (Equation 2).
しかし、電子写真画像形成装置の最大消費電力は、ノートパソコンの最大消費電力の80Wに比べて、1500Wと大きく、その最大消費電力に対応させる必要がある。即ち、電子写真画像形成装置を正常に稼働させるためには、二次電池のセルの数を、以下のように設定する必要がある。
二次電池のセル数 ≧ 最大消費電力 / (最大出力電流×放電終止電圧)・・・(式3)
なお、ここで、放電終止電圧とは前述のように例えば、二次電池の設計時等に設定されるものであり、また、最大出力電流と放電終止電圧の積は単位セルの出力電力となる。
However, the maximum power consumption of the electrophotographic image forming apparatus is 1500 W, which is larger than the maximum power consumption of 80 W of the notebook personal computer, and it is necessary to correspond to the maximum power consumption. That is, in order to operate the electrophotographic image forming apparatus normally, it is necessary to set the number of cells of the secondary battery as follows.
Number of cells of secondary battery ≥ maximum power consumption / (maximum output current x discharge end voltage) (Equation 3)
Here, the discharge end voltage is set, for example, at the time of designing a secondary battery as described above, and the product of the maximum output current and the discharge end voltage is the output power of the unit cell. .
電子写真画像形成装置の動作を保証するために必要とされる二次電池のセルの数は、(式3)より、120(=1500(W)÷12.5(W))個となる。
このように、機器によっては、搭載セル数を決定する上で、平均消費電力、稼働時間以外に、最大消費電力を考慮しなければならない場合がある。
The number of secondary battery cells required to guarantee the operation of the electrophotographic image forming apparatus is 120 (= 1500 (W) ÷ 12.5 (W)) from (Equation 3).
As described above, depending on the device, the maximum power consumption may need to be considered in addition to the average power consumption and the operation time in determining the number of mounted cells.
但し、この場合、図2の電子写真画像形成装置には、最大消費電力に対応させるために120個の二次電池を搭載することから、電子写真画像形成装置の動作は保証されるものの、蓄電容量が過剰となる。
即ち、図2の電子写真画像形成装置においては、約134Wh(=800W(平均消費電力)×1/6h(稼働時間))の蓄電容量があれば蓄電容量としては充足するが、120個の二次電池を搭載した場合、蓄電容量は合計で1200Wh(=10Wh×120)となり、蓄電容量としては過剰となる。
However, in this case, since the electrophotographic image forming apparatus of FIG. 2 is equipped with 120 secondary batteries to cope with the maximum power consumption, the operation of the electrophotographic image forming apparatus is guaranteed, but the power storage The capacity becomes excessive.
That is, in the electrophotographic image forming apparatus of FIG. 2, a storage capacity of about 134 Wh (= 800 W (average power consumption) × 1/6 h (operation time)) is sufficient as the storage capacity, but 120 two When the secondary battery is mounted, the total storage capacity is 1200 Wh (= 10 Wh × 120), which is excessive as the storage capacity.
図3は、放電終止電圧と単位セルの蓄電容量、出力電力について説明する図である。
図3の上段は、放電終止電圧を2.5Vとして2.5Vまで放電する場合を示しており、その場合、単位セルの蓄電容量は、図1の二次電池の放電特性より、前述のように(式1)を用いて約9Whと算出することができる。
また、出力電力についても、図1において説明したように、単位セルの最大放電電流を5Aとして、12.5(=2.5(V)×5(A))Wと算出することができる。
FIG. 3 is a diagram for explaining the discharge end voltage, the storage capacity of the unit cell, and the output power.
The upper part of FIG. 3 shows a case where the discharge end voltage is set to 2.5 V and discharges to 2.5 V. In this case, the storage capacity of the unit cell is as described above from the discharge characteristics of the secondary battery of FIG. (Equation 1) can be used to calculate approximately 9 Wh.
The output power can also be calculated as 12.5 (= 2.5 (V) × 5 (A)) W, assuming that the maximum discharge current of the unit cell is 5 A, as described in FIG.
図3の下段は、放電終止電圧を3.0Vとして3.0Vまで放電する場合を示しており、その場合、単位セルの蓄電容量は、図1の二次電池の放電特性より、(式1)を用いて約7.5Whと算出することができる。また、この場合、単位セルの最大放電電流を5Aとすると、出力電力は15(=3(V)×5(A))Wとなる。
このように、放電終止電圧を変更することで、単位セルにおける出力電力を調整することができる。
The lower part of FIG. 3 shows a case where the discharge end voltage is set to 3.0V and the discharge is performed to 3.0V. In this case, the storage capacity of the unit cell is expressed by (Equation 1 ) To calculate approximately 7.5 Wh. In this case, if the maximum discharge current of the unit cell is 5 A, the output power is 15 (= 3 (V) × 5 (A)) W.
Thus, the output power in the unit cell can be adjusted by changing the discharge end voltage.
図4は、放電終止電圧と出力電力、搭載セル数、蓄電容量について説明する図である。
なお、図4では、搭載セル数、蓄電容量を、最大消費電力である1500Wに対応させて示している(即ち、出力電力を1500Wとした場合の、搭載セル数、蓄電容量を示している)。また、蓄電容量は、セル全体の蓄電容量(即ち、単位セルの蓄電容量×セル数)を示している。
FIG. 4 is a diagram for explaining the discharge end voltage and output power, the number of mounted cells, and the storage capacity.
In FIG. 4, the number of mounted cells and the storage capacity are shown corresponding to the maximum power consumption of 1500 W (ie, the number of mounted cells and the storage capacity when the output power is 1500 W). . The storage capacity indicates the storage capacity of the entire cell (that is, the storage capacity of the unit cell × the number of cells).
図4の上段は、放電終止電圧を2.5Vに設定していることから、単位セルの最大放電電流を5Aとすると、搭載セル数は120(=1500÷(2.5×5))個となり、また蓄電容量は、単位セルの蓄電容量が9Whであることから(図3)、1080(=120×9)Whとなる。
図4の下段は、放電終止電圧を3.0Vに設定していることから、単位セルの最大放電電流を5Aとすると、搭載セル数は100(=1500÷(3×5))個となり、また蓄電容量は、単位セルの蓄電容量が7.5Whであることから(図3)、750(=100×7.5)Whとなる。
In the upper part of FIG. 4, the discharge end voltage is set to 2.5 V. Therefore, if the maximum discharge current of the unit cell is 5 A, the number of mounted cells is 120 (= 1500 ÷ (2.5 × 5)). The storage capacity is 1080 (= 120 × 9) Wh because the storage capacity of the unit cell is 9 Wh (FIG. 3).
In the lower part of FIG. 4, since the discharge end voltage is set to 3.0 V, when the maximum discharge current of the unit cell is 5 A, the number of mounted cells is 100 (= 1500 ÷ (3 × 5)), The storage capacity is 750 (= 100 × 7.5) Wh because the storage capacity of the unit cell is 7.5 Wh (FIG. 3).
以上、図1から図4において示したように、最大消費電力に対応させることを前提に、放電終止電圧を高く設定することで、二次電池に搭載するセルの数を少なくすることができる。
また、逆に、搭載するセルの数と動作保証に必要な出力電力から、放電終止電圧を選択することもできる(即ち、機器に必要な電力を出力することもできる)。
As described above, as shown in FIGS. 1 to 4, the number of cells mounted in the secondary battery can be reduced by setting the discharge end voltage high on the premise that the maximum power consumption is supported.
Conversely, the discharge end voltage can be selected from the number of cells to be mounted and the output power necessary for guaranteeing the operation (that is, the power necessary for the device can be output).
以上で、本発明の基本原理を説明したので、次に、この基本原理に基づく本発明の実施形態について説明する。
図5は、本発明の実施形態に係る蓄電池制御装置の機能ブロック図である。
蓄電池制御装置10は、電池部11、電圧測定部12、放電制御部13、負荷14、メモリ15より構成される。
The basic principle of the present invention has been described above. Next, an embodiment of the present invention based on this basic principle will be described.
FIG. 5 is a functional block diagram of the storage battery control device according to the embodiment of the present invention.
The storage
電池部11は、複数の単位セル(即ち、二次電池)11aを直並列に接続して構成される。この場合、複数の単位セル11aを直列接続のみ、また並列接続のみで構成させてもよい。
電池部11の出力は、負荷14に供給される。
なお、電池部11を構成する単位セル(即ち、二次電池)11aには、前述の図1の2.5Vに相当する放電終止電圧が例えば、設計時等において設定されており、ここでは、その放電終止電圧を第1の放電終止電圧という。
The
The output of the
In addition, in the unit cell (that is, secondary battery) 11a constituting the
電圧測定部12は、電池部11を構成する各単位セル11aの端子電圧(即ち、二次電池の一方の端部から他方の端部までの電位差)を測定し、測定した電圧を放電制御部13に送信する。
電圧測定部12における電圧の測定は、電圧測定部12内部に実装されるADコンバータ(ADC;Analog to Digital Converter)により実行される。
The
The voltage measurement in the
放電制御部13は、搭載する二次電池のセル数と負荷14の最大消費電力から算出される放電終止電圧(ここでは、第2の放電終止電圧という)を記憶するメモリ15を有する。
放電制御部13は、各単位セル11aの電圧が、第2の放電終止電圧以上にある場合に放電を許可し、第2の放電終止電圧未満にある場合に放電を停止するように制御する。
The
The
ここで、第2の放電終止電圧は、負荷14の最大消費電力、単位セル11aの最大出力電流、蓄電池制御装置10に搭載する二次電池のセル数を(式3)に代入し、さらに数式を変更することで、以下のように示すことができる。
第2の放電終止電圧 = 最大消費電力/(最大出力電流×二次電池のセル数)・・・(式4)
Here, the second discharge end voltage is obtained by substituting the maximum power consumption of the
Second discharge end voltage = maximum power consumption / (maximum output current × number of secondary battery cells) (Equation 4)
なお、本発明では、蓄電池制御装置10に搭載する二次電池のセル数を低減することを目的としており、蓄電池制御装置10に搭載する二次電池のセル数を少なく設定すると、第2の放電終止電圧は高くなる。
但し、第2の放電終止電圧は、
「 単位セルの最大電圧 > 第2の放電終止電圧 ≧ 第1の放電終止電圧 」
を充足するように設定する必要がある。また、この場合、機器の動作が保障される蓄電容量を確保する必要もある。
In the present invention, the purpose is to reduce the number of cells of the secondary battery mounted on the storage
However, the second discharge end voltage is
"Maximum voltage of unit cell> second discharge end voltage> first discharge end voltage"
Must be set to satisfy In this case, it is also necessary to secure a storage capacity that ensures the operation of the device.
放電制御部13における放電の許可又は停止は、放電制御部13に放電経路を開閉するスィッチ(例えば、トランジスタやリレー)を実装することにより制御することができる。
また、放電制御部13は、負荷14の動作を停止する信号を備え、負荷14の動作を停止することで放電を停止することもできる。
Allowing or stopping discharge in the
In addition, the
負荷14は、図2で例示した電子写真画像形成装置等の、消費電力が大きく、短時間の稼働を予定する機器(即ち、稼働対象とする機器)である。
メモリ15は、不揮発性のメモリである。
蓄電池制御装置10の設計者は、(式3)を用いて、負荷14の最大消費電力、最大出力電流及び第1の放電終止電圧から二次電池のセル数を算出し、算出した二次電池のセル数よりも少ないセル数を設定する。さらに、蓄電池制御装置10の設計者は、(式4)を用いてその設定したセル数から算出される第2の放電終止電圧を、メモリ15に記憶する。
The
The
The designer of the storage
以上のように、第2の放電終止電圧を、前記条件(単位セルの最大電圧 > 第2の放電終止電圧 ≧ 第1の放電終止電圧)を充足するように選定することで、機器に搭載する二次電池のセル数を、例えば設計時等に設定される放電終止電圧(即ち、第1の放電終止電圧)及び負荷14の最大消費電力から算出されるセル数(式3)よりも少ないセル数に設定して、その機器を動作させることができる。
As described above, the second discharge end voltage is mounted on the equipment by selecting so as to satisfy the above condition (maximum voltage of unit cell> second discharge end voltage ≧ first discharge end voltage). For example, the number of cells of the secondary battery is smaller than the number of cells (formula 3) calculated from the discharge end voltage (that is, the first discharge end voltage) set at the time of design or the like and the maximum power consumption of the
なお、電池部11において構成される複数の単位セル(即ち、二次電池)11aを直列、又は直並列(この場合、所定数の二次電池11aを直列に接続し、さらに、それらを並列に接続したものを云う)で構成する場合、電圧測定部12は、直列接続単位の電圧(即ち、所定数の二次電池11aを直列に接続した場合における、直列接続の一方の端部から他方の端部までの電位差)、及び各単位セル11aの電圧を測定し、測定した各々の電圧を放電制御部13に送信することもできる。
A plurality of unit cells (that is, secondary batteries) 11a configured in the
この場合、放電制御部13は、以下の数式(式5)から算出される第3の放電終止電圧を設定し、電圧測定部12により測定される直列接続単位の電圧が第3の放電終止電圧以上にある場合に放電を許可し、第3の放電終止電圧未満にある場合に放電を停止するように制御することもできる。
第3の放電終止電圧= 最大消費電力/(最大出力電流×直列接続単位の数)・・・(式5)
なお、(式5)は(式3)を変形することで示される数式である。
In this case, the
Third discharge end voltage = maximum power consumption / (maximum output current × number of series connection units) (Equation 5)
In addition, (Formula 5) is a numerical formula shown by modifying (Formula 3).
この第3の放電終止電圧は、二次電池の製造上、又は劣化上のばらつきを考慮したものであり、電池部11を構成する単位セル(即ち、二次電池)11aのうち、最も電圧の低い単位セル11aが(式4)を用いて算出される第2の放電終止電圧未満となった場合であっても、その単位セル11aを構成の一つとする直列接続単位の電圧が第3の放電終止電圧以上の場合は、放電を停止しないように制御するために設定されるものである。
このため、第1の放電終止電圧に基づき設定される二次電池のセル数よりセル数を低減した上で、各単位セル11aの蓄電容量を有効に活用することができる。
This third discharge end voltage is taken into consideration in the manufacturing or deterioration of the secondary battery, and is the highest voltage among the unit cells (that is, the secondary battery) 11a constituting the
For this reason, it is possible to effectively utilize the storage capacity of each
実際、放電時のセル電圧のばらつきを補正し、蓄電容量を有効に利用する技術として、電圧の高いセルから電圧の低いセルに充電するアクティブバランス技術が知られているが、第3の放電終止電圧を設定し、放電を制御することで、アクティブバランスの複雑な回路構成を設けなくても、蓄電容量を有効に利用することができる。 Actually, as a technique for correcting variation in cell voltage during discharge and effectively using the storage capacity, an active balance technique for charging a cell having a high voltage to a cell having a low voltage is known. By setting the voltage and controlling the discharge, it is possible to effectively use the storage capacity without providing a complicated circuit configuration of active balance.
なお、放電制御部13は、直列接続単位の電圧が第3の放電終止電圧以上にある場合であっても、各単位セル11aのうち、いずれか1つの単位セル11aの電圧が第1の放電終止電圧未満になると、二次電池の劣化を防止するために、放電を停止するように制御する。
Note that the
図6は、本発明の実施形態に係る蓄電池制御装置10の放電制御の処理手順を示すフロー図である。
放電制御を開始する前に、蓄電池制御装置10の設計者は、負荷14の最大消費電力、最大出力電流及び第1の放電終止電圧から二次電池のセル数を算出し、機器の動作が保証されることを前提に、その算出したセル数よりも少ないセル数を設定する。
そして、その設定したセル数の二次電池を蓄電池制御装置10に搭載し、また、その設定したセル数から、前述の(式4)を用いて算出した第2の放電終止電圧を、蓄電池制御装置10のメモリ15に記憶する(S101)。
なお、このステップS101における処理は、設計工程(製造工程)において実行される処理である。
FIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure of discharge control of the storage
Before starting the discharge control, the designer of the storage
And the secondary battery of the set cell number is mounted in the storage
The process in step S101 is a process executed in the design process (manufacturing process).
放電制御部13は、放電制御の開始命令を受けると、放電制御を開始する(S102)。
なお、この時点で、機器(即ち、負荷14)に電力が放電(供給)されることから、機器が動作状態となる。
When receiving the discharge control start command, the
At this time, since the electric power is discharged (supplied) to the device (that is, the load 14), the device is in an operating state.
電圧測定部12は、放電制御が開始されると(S102)、各セルの電圧を測定する(S103)。
なお、電圧測定部12により測定された各セルの電圧は、放電制御部13に送信される。
When the discharge control is started (S102), the
The voltage of each cell measured by the
放電制御部13は、電圧測定部12より送信された各セルの電圧が、ステップS101においてメモリ15に記憶した第2の放電終止電圧以上であるか否かを判定する(S104)。
そして、各セルの電圧が第2の放電終止電圧以上であると判定した場合(S104 Yes)、放電制御部13は、放電を継続(即ち、許可)するように制御する(S105)。
なお、放電制御部13により放電が継続されると(S105)、蓄電池制御装置10は、再度、ステップS103の処理から、放電制御に関する処理を実行する。
The
And when it determines with the voltage of each cell being more than 2nd discharge end voltage (S104 Yes), the
In addition, if discharge is continued by the discharge control part 13 (S105), the storage
また、放電制御部13は、電池部11を構成するセル(即ち、二次電池)のうち、1つのセルでも、第2の放電終止電圧未満であると判定すると(S104 No)、放電を停止するように制御する(S106)。
この場合、蓄電池制御装置10は放電制御を終了する。
Moreover, if the
In this case, the storage
図7は、本発明の実施形態2に係る蓄電池制御装置20の機能ブロック図である。
蓄電池制御装置20は、電池部21、セル制御部22、放電制御部23、負荷24、メモリ25、操作部26より構成される。
実施形態2では、実施形態1と異なり、電池部21を構成する二次電池のセル数を変更(調整)することができる。
FIG. 7 is a functional block diagram of the storage
The storage
In the second embodiment, unlike the first embodiment, the number of cells of the secondary battery constituting the
電池部21は、実施形態1と同様に、複数の単位セル(即ち、二次電池)21aを直並列に接続して構成される。この場合、複数の単位セルを直列接続のみ、また並列接続のみで構成させてもよい。
電池部21の出力は、負荷24に供給される。
As in the first embodiment, the
The output of the
セル制御部22は、電池部21を構成する各単位セル21aの電圧を測定し、測定した電圧を放電制御部23に送信する以外に、電池部21を構成するセルの数も放電制御部23に送信する。
即ち、セル制御部22は、各単位セル21aの電圧を測定する電圧測定手段、電池部21を構成するセルの数を計測するセル数計測手段として機能する。
なお、電池部21を構成するセルの数は、例えば、蓄電池制御装置20の設計者又はメンテナンス担当者等が操作部26より放電制御部26に対して、直接入力することもできる。
The
That is, the
Note that the number of cells constituting the
放電制御部23は、セル制御部22から送信される、電池部21を構成するセルの数、及び負荷24の最大消費電力に基づき、前述の(式4)より第2の放電終止電圧を算出する。
放電制御部23は、算出した第2の放電終止電圧を、メモリ25に記憶する。
なお、放電制御部23は、電池部21を構成するセルの数が縮小又は拡張されると(即ち、セル制御部22より送信されるセル数に変化があると)、第2の放電終止電圧を算出し、算出した第2の放電終止電圧をメモリ25に記憶する。
The
The
In addition, when the number of cells constituting the
放電制御部23は、各単位セル21aの電圧が、第2の放電終止電圧以上にある場合に放電を許可し、第2の放電終止電圧未満にある場合に放電を停止するように制御する。
放電制御部23に関する放電の許可又は停止は、実施形態1と同様に、放電制御部23に放電経路を開閉するスィッチを実装することにより制御することができる。
The
The permission or stop of the discharge related to the
また、負荷24は、実施形態1と同様である。
メモリ25は、放電制御部23により算出される第2の放電終止電圧を記憶する。
操作部26は、前述のように、蓄電池制御装置20に対して直接、操作するためのインタフェースである。
The
The
The
実施形態2では、以上のように、蓄電池制御装置20に搭載する二次電池のセル数を変更(調整)することができる。
このことを、前述の図4の数値を用いて、簡単に例示する。
蓄電池制御装置20の設計者又はメンテナンス担当者が蓄電池制御装置20に搭載するセルの数を120個から100個に低減すると、放電制御部23は、第2の放電終止電圧を(式4)より再度、算出し、算出した第2の放電終止電圧3.0Vをメモリ25に記憶する。
In the second embodiment, as described above, the number of cells of the secondary battery mounted on the storage
This is simply illustrated using the numerical values shown in FIG.
When the designer or maintenance staff of the storage
そして、放電制御部23は、各単位セルの電圧が、3.0V以上にある場合に放電を許可し、3.0V未満にある場合に放電を停止するように制御する。
これにより、蓄電容量が1080Whから750Whに減少するものの、機器の稼働に使用するセルの数を、120個から100個に低減することができる。
なお、この場合、機器の稼働に必要な蓄電容量は、前述のように約134Whであることから、機器を正常に動作させることができる。
And the
Thereby, although the storage capacity is reduced from 1080 Wh to 750 Wh, the number of cells used for operating the device can be reduced from 120 to 100.
In this case, since the storage capacity necessary for the operation of the device is about 134 Wh as described above, the device can be operated normally.
また、逆に、蓄電池制御装置20に搭載した二次電池のセル数に関して、蓄電池制御装置20の設計者又はメンテナンス担当者が拡張する必要があると判断すると、電池部21を構成する二次電池の数を増設することができる。
この場合、前述の図4の数値を用いて、セル数を100個から120個に拡張すると、蓄電容量を750Whから1080Whに増加させることができる。即ち、セル数を20%増加することで蓄電容量を44%増加させることができ、セルの数の増加率以上に蓄電容量を増加させることができる。
このように、容量の増加を低コストで実現することができる。
On the contrary, if the designer or the maintenance person in charge of the storage
In this case, the storage capacity can be increased from 750 Wh to 1080 Wh by expanding the number of cells from 100 to 120 using the numerical values shown in FIG. That is, by increasing the number of cells by 20%, the storage capacity can be increased by 44%, and the storage capacity can be increased more than the increase rate of the number of cells.
In this way, an increase in capacity can be realized at a low cost.
なお、実施形態1と同様に、電池部21において構成される複数の単位セル21aを直列、又は直並列で接続する場合、放電制御部23は、第3の放電終止電圧(式5)を設定し、セル制御部22により測定される直列接続単位の電圧が第3の放電終止電圧以上にある場合に放電を許可し、第3の放電終止電圧未満にある場合に放電を停止するように制御することもできる。
また、この場合、セル制御部22は、直列接続単位の数も計測する。
As in the first embodiment, when the plurality of
In this case, the
図8は、本発明の実施形態2に係る蓄電池制御装置20の放電制御の処理手順を示すフロー図である。
セル制御部22は、放電制御の開始命令を受けると、電池部21を構成するセルの数を計測する(S201)。
なお、計測したセルの数は、セル制御部22から放電制御部23に送信される。
FIG. 8 is a flowchart showing a processing procedure of discharge control of the storage
When receiving the discharge control start command, the
The measured number of cells is transmitted from the
放電制御部23は、セル制御部22から送信されたセルの数、及び負荷24の最大消費電力から、第2の放電終止電圧を計算する(S202)。
放電制御部23は、計算した第2の放電終止電圧を、メモリ25に記憶する(S203)。
The
The
放電制御部23は、第2の放電終止電圧がメモリ25に記憶されると、放電制御を開始する(S204)。
なお、この時点で、機器(即ち、負荷24)に電力が放電(供給)されることから、機器が動作状態となる。
When the second discharge end voltage is stored in the
At this point, since the electric power is discharged (supplied) to the device (that is, the load 24), the device is in an operating state.
セル制御部22は、放電制御が開始されると(S204)、各セルの電圧を測定する(S205)。
なお、セル制御部22により測定された各セルの電圧は、放電制御部23に送信される。
When the discharge control is started (S204), the
The voltage of each cell measured by the
放電制御部13は、セル制御部22により送信された各セルの電圧が、ステップS203においてメモリ25に記憶した第2の放電終止電圧以上であるか否かを判定する(S206)。
そして、各セルの電圧が第2の放電終止電圧以上であると判定した場合(S206 Yes)、放電制御部23は、放電を継続(即ち、許可)するように制御する(S207)。
なお、放電制御部23により放電が継続されると(S207)、蓄電池制御装置20は、再度、ステップS205の処理から、放電制御に関する処理を実行する。
The
And when it determines with the voltage of each cell being more than a 2nd discharge end voltage (S206 Yes), the
In addition, if discharge is continued by the discharge control part 23 (S207), the storage
また、放電制御部23は、電池部21を構成するセル(即ち、二次電池)のうち、1つのセルでも、第2の放電終止電圧未満であると判定すると(S206 No)、放電を停止するように制御する(S208)。
この場合、蓄電池制御装置20は放電制御を終了する。
Moreover, if the
In this case, the storage
以上、本発明の実施形態について説明したが、その蓄電池制御装置によれば、消費電力が大きく、短時間の稼働を予定する機器に関して、当該機器の動作を保証しつつ、搭載する二次電池のセル数を低減することができる。
また、蓄電池制御装置に搭載する二次電池のセル数を調整することで、蓄電容量を容易に変更することができる。
さらに、放電終止電圧を変更することで出力電力を調整することができるため、同じ蓄電池制御装置の出力電力を調整して異なる機器に接続することができ、蓄電池制御装置の共通化を図ることもできる(即ち、汎用性を高めることもできる)。
As described above, the embodiment of the present invention has been described. According to the storage battery control device, for a device that consumes a large amount of power and is scheduled to operate for a short time, the operation of the device is ensured while the operation of the device is guaranteed. The number of cells can be reduced.
In addition, the storage capacity can be easily changed by adjusting the number of cells of the secondary battery mounted on the storage battery control device.
Furthermore, since the output power can be adjusted by changing the discharge end voltage, the output power of the same storage battery control device can be adjusted and connected to different devices, and the storage battery control device can be shared. (That is, versatility can be improved).
10…蓄電池制御装置、11…電池部、12…電圧測定部、13…放電制御部、14…負荷、15…メモリ。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記二次電池に予め設定される第1の放電終止電圧よりも高い放電終止電圧を記憶する記憶手段と、
前記電圧測定手段により測定された前記二次電池の端子電圧が、前記記憶手段に記憶された前記第1の放電終止電圧よりも高い放電終止電圧以上である場合に、前記二次電池からの放電を許可するように制御する放電制御手段と、
を有する蓄電池制御装置。 A storage battery control device for controlling discharge of a secondary battery having a secondary battery composed of one or a plurality of cells and a voltage measuring means for measuring a terminal voltage of the secondary battery,
Storage means for storing a discharge end voltage higher than a first discharge end voltage preset in the secondary battery;
When the terminal voltage of the secondary battery measured by the voltage measuring unit is equal to or higher than the discharge end voltage higher than the first discharge end voltage stored in the storage unit, the discharge from the secondary battery Discharge control means for controlling to allow
A storage battery control device.
前記第1の放電終止電圧よりも高い放電終止電圧が、前記第1の放電終止電圧及び稼働対象とする機器の最大消費電力から算出される前記二次電池のセル数よりも少なく設定したセル数に基づき算出される、第2の放電終止電圧である蓄電池制御装置。 In the storage battery control device according to claim 1,
The number of cells set that the discharge end voltage higher than the first discharge end voltage is set lower than the number of cells of the secondary battery calculated from the first discharge end voltage and the maximum power consumption of the device to be operated. The storage battery control device which is the second discharge end voltage calculated based on the above.
前記第2の放電終止電圧を算出する第2の放電終止電圧算出手段を有し、
前記記憶手段が、前記第2の放電終止電圧算出手段により算出された前記第2の放電終止電圧を記憶する蓄電池制御装置。 In the storage battery control device according to claim 2,
A second discharge end voltage calculating means for calculating the second discharge end voltage;
The storage battery control device in which the storage means stores the second discharge end voltage calculated by the second discharge end voltage calculation means.
前記二次電池のセル数はセル数計測手段で計測されたセル数である蓄電池制御装置。 In the storage battery control device according to claim 3,
The storage battery control device, wherein the number of cells of the secondary battery is the number of cells measured by a cell number measuring means.
前記第1の放電終止電圧及び稼働対象とする機器の最大消費電力から算出されるセル数よりも少なく設定したセル数の二次電池を直列又は直並列で構成する場合に、前記第1の放電終止電圧よりも高い放電終止電圧が、前記二次電池の直列接続単位の数に基づき算出される第3の放電終止電圧である蓄電池制御装置。 In the storage battery control device according to claim 1,
When the secondary battery having the number of cells set smaller than the number of cells calculated from the first discharge final voltage and the maximum power consumption of the device to be operated is configured in series or series-parallel, the first discharge A storage battery control device, wherein a discharge end voltage higher than the end voltage is a third discharge end voltage calculated based on the number of units connected in series of the secondary batteries.
前記第3の放電終止電圧を算出する第3の放電終止電圧算出手段を有し、
前記記憶手段が、前記第3の放電終止電圧算出手段により算出された前記第3の放電終止電圧を記憶する蓄電池制御装置。 In the storage battery control device according to claim 5,
A third discharge end voltage calculating means for calculating the third discharge end voltage;
The storage battery control device in which the storage means stores the third discharge end voltage calculated by the third discharge end voltage calculation means.
前記直列接続単位の数はセル数計測手段で計測された直列接続単位の数である蓄電池制御装置。 In the storage battery control device according to claim 6,
The number of the series connection units is a storage battery control device which is the number of series connection units measured by the cell number measuring means.
記憶手段に、前記二次電池に予め設定される第1の放電終止電圧よりも高い放電終止電圧を記憶する、放電終止電圧記憶工程と、
電圧測定手段による、前記二次電池の端子電圧を測定する電圧測定工程と、
放電制御手段による、前記電圧測定工程において測定された前記二次電池の端子電圧が、前記放電終止電圧記憶工程において記憶された前記第1の放電終止電圧よりも高い放電終止電圧以上である場合に、前記二次電池からの放電を許可するように制御する放電制御工程と、
を有する蓄電池制御装置における蓄電池制御方法。
A storage battery control method in a storage battery control device for controlling discharge of a secondary battery composed of one or a plurality of cells,
A storage end voltage storage step of storing a discharge end voltage higher than a first discharge end voltage preset in the secondary battery in the storage means;
A voltage measuring step of measuring a terminal voltage of the secondary battery by a voltage measuring means;
When the terminal voltage of the secondary battery measured in the voltage measurement step by the discharge control means is equal to or higher than the discharge end voltage higher than the first discharge end voltage stored in the discharge end voltage storage step. A discharge control step for controlling discharge from the secondary battery; and
The storage battery control method in the storage battery control apparatus which has this.
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JP2019046155A (en) * | 2017-09-01 | 2019-03-22 | 東京電力ホールディングス株式会社 | Power trade mediation system and power trade mediation method |
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CN116053618B (en) * | 2022-12-30 | 2023-12-05 | 蜂巢能源科技(无锡)有限公司 | Energy storage management system, control method and battery energy storage device |
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