JP2017112736A - Power supply system - Google Patents

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Hiroki Tashiro
広規 田代
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power supply system where further deterioration is suppressed even when some of a plurality of battery cells are overcharged.SOLUTION: A power supply system 10 includes: a plurality of power converters 32 provided for each of a plurality of battery cells 20 that are aligned in a row in a thickness direction; and a control device 60 for individually controlling operation of the plurality of power converters 32 and changing an SOC for each of the cells 20. The control device 60 estimates the SOC for each of the battery cells 20. When the plurality of battery cells 20 include an overcharged cell that is a battery cell 20 having an estimated SOC equal to or higher than a predetermined overcharge value and a normal cell that is a battery cell 20 having an estimated SOC less than the predetermined value, and a number of the overcharged cells is equal to or less than half a number of the plurality of battery cells, the control device controls operation of the power converter 32 corresponding to the overcharged cell to reduce the SOC of the overcharged cell, and controls operation of the power converter 32 corresponding to the normal cell to increase the SOC of the normal cell.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、複数の電池セルを有する電池ブロックを含む電源システムに関する。   The present invention relates to a power supply system including a battery block having a plurality of battery cells.

車両に搭載される電気機器に必要な高電圧、大電流を出力可能とした電池ブロックは、電池セルと呼ばれる単電池の複数個を、直列及び並列に接続して構成される。電池ブロックは、過充電や過放電になると劣化するので、劣化防止や劣化回復等の対応が必要になる。   A battery block capable of outputting a high voltage and a large current required for an electric device mounted on a vehicle is configured by connecting a plurality of unit cells called battery cells in series and in parallel. Since the battery block deteriorates when it is overcharged or overdischarged, measures such as prevention of deterioration and recovery from deterioration are required.

特許文献1には、複数の電池セルを有する電池ブロックにおいて、過充電となった電池セルの数、過充電の回数に応じて電池ブロックの充電電圧及び充電電流を3段階として、さらなる劣化を抑制することが開示されている。また、複数の電池セルの中で1つでも過放電になると、電池ブロックの過放電とされる閾値を上げて無理のない放電として、さらなる劣化を抑制することも述べている。   In Patent Document 1, in a battery block having a plurality of battery cells, the charging voltage and charging current of the battery block are set in three stages according to the number of overcharged battery cells and the number of overcharges, and further deterioration is suppressed. Is disclosed. It also states that if even one of the plurality of battery cells is overdischarged, the threshold value for overdischarge of the battery block is raised to make it an unreasonable discharge and further deterioration is suppressed.

特許文献2には、複数の電池セルを有する電池ブロックについて、劣化が少なく内部抵抗が平均値以下である電池セルの充電状態を示すSOC(State Of Charge)の許容範囲を広げて、各電池セルの劣化を均等に進ませることが開示されている。また、上記電池ブロックについて、電池セル毎にバイパス回路を設け、過充電となった電池セルをバイパスし他の電池セルに充電を行い、あるいは、過放電となった電池セルをバイパスし他の電池セルで放電を行うことも述べられている。   In Patent Document 2, for battery blocks having a plurality of battery cells, each battery cell is expanded by increasing the allowable range of SOC (State Of Charge) indicating the state of charge of the battery cell with little deterioration and internal resistance being less than the average value. It is disclosed that the deterioration of the resin is uniformly promoted. In addition, for the battery block, a bypass circuit is provided for each battery cell, and the overcharged battery cell is bypassed to charge another battery cell, or the overcharged battery cell is bypassed and another battery is bypassed. It is also mentioned that the cell is discharged.

特開2015−29388号公報JP 2015-29388 A 特開2013−85315号公報JP 2013-85315 A

電池ブロックが過充電となったときに、以後の充電電流や放電電流の設定を変更する等でさらなる劣化を抑制することができる。この方法は、電池ブロックの全体を単位として充放電を制御するので、電池ブロックを構成する複数の電池セルの全部が過充電になるときに有効である。しかし、例えば、1つの電池セルのみが過充電状態の過充電セルとなった場合には、その1つの過充電セルについて劣化がさらに進行することを抑制することが困難である。そこで、複数の電池セルの一部が過充電セルとなったときでも、さらなる劣化を抑制できる電源システムが要望される。   When the battery block is overcharged, further deterioration can be suppressed by changing the setting of the charging current and discharging current thereafter. Since this method controls charging / discharging in units of the entire battery block, it is effective when all of a plurality of battery cells constituting the battery block are overcharged. However, for example, when only one battery cell becomes an overcharged overcharged cell, it is difficult to suppress further deterioration of the one overcharged cell. Therefore, there is a demand for a power supply system that can suppress further deterioration even when some of the plurality of battery cells become overcharged cells.

本発明の1つの形態に係る電源システムは、充電状態を示すSOCが大きいほど厚さ方向の寸法が大きくなる特性を有する電池セルの複数が厚さ方向に1列に整列して配置され、1列に整列した両端部の間隔が拘束部材で拘束された電池ブロックと、電池セル毎に該電池セルの両端子に接続された電力変換器の複数が互いに直列に電気的に接続され、複数の電力変換器が直列に接続された両端部に、外部の充放電装置と接続される端子を有する電力変換器ブロックと、複数の電力変換器の動作を個別に制御し、電池セルのそれぞれのSOCを個別に変更する制御装置と、を備え、制御装置は、電池セル毎についてそれぞれのSOCを推定し、複数の電池セルにおいて、推定されたSOCが予め定めた過充電用の所定値以上の電池セルである過充電セルと、推定されたSOCが所定値未満の電池セルである通常セルとを含んでおり、過充電セルの個数が複数の半数以下であるときに、電池ブロックが単セル過充電型であるとし、単セル過充電型とされたときに、過充電セルに対応する電力変換器の動作を制御して過充電セルの前記SOCを減少させ、通常セルに対応する電力変換器を制御して通常セルの前記SOCを増大させることを特徴とする。   In a power supply system according to one aspect of the present invention, a plurality of battery cells having the characteristic that the dimension in the thickness direction increases as the SOC indicating the state of charge increases, are arranged in a row in the thickness direction. A battery block in which the distance between both ends aligned in a row is restrained by a restraining member, and a plurality of power converters connected to both terminals of the battery cell for each battery cell are electrically connected in series with each other, Power converter blocks having terminals connected to an external charging / discharging device at both ends where the power converters are connected in series, and the operations of the plurality of power converters are individually controlled, and each SOC of the battery cell And a control device that estimates each SOC for each battery cell, and in the plurality of battery cells, the estimated SOC is a battery having a predetermined overcharge predetermined value or more. Cell is over The battery block is a single-cell overcharge type when the number of overcharged cells is less than half of a plurality of normal cells that are battery cells whose estimated SOC is less than a predetermined value. When the single cell overcharge type is selected, the operation of the power converter corresponding to the overcharge cell is controlled to reduce the SOC of the overcharge cell, and the power converter corresponding to the normal cell is controlled. The SOC of the normal cell is increased.

過充電セルは、膨張が大きいほど劣化が進行することが知られている。上記構成によれば、電池セルの特性として、SOCが大きいほど厚さ方向の寸法が大きくなるので、過充電セルのSOCを減少させて通常セルのSOCを増大させると、通常セルの厚さ方向の寸法が大きくなり、過充電セルを押し付ける。このように、通常セルからの押付力によって、過充電セルの膨張を抑制するので、過充電セルのさらなる劣化を抑制できる。   It is known that deterioration of an overcharged cell progresses as the expansion increases. According to the above configuration, as the characteristic of the battery cell, the dimension in the thickness direction increases as the SOC increases. Therefore, when the SOC of the overcharged cell is decreased to increase the SOC of the normal cell, the thickness direction of the normal cell is increased. The dimension of the overcharged cell is increased and the overcharged cell is pressed. Thus, since the expansion of the overcharged cell is suppressed by the pressing force from the normal cell, further deterioration of the overcharged cell can be suppressed.

本発明に係る電源システムによれば、複数の電池セルの一部が過充電セルとなったときでも、さらなる劣化を抑制できる。   According to the power supply system of the present invention, even when some of the plurality of battery cells become overcharged cells, further deterioration can be suppressed.

本発明に係る実施の形態の電源システムの構成図である。It is a block diagram of the power supply system of embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態の電源システムに用いられる電池セルにおける厚さ方向の寸法とSOCとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the dimension of the thickness direction in a battery cell used for the power supply system of embodiment which concerns on this invention, and SOC. 本発明に係る実施の形態の電源システムに用いられる電力変換器の内部構成図である。It is an internal block diagram of the power converter used for the power supply system of embodiment which concerns on this invention. 電池ブロックにおいて電池セルが過充電となるときの厚さ方向の寸法の状態を示す図である。図4(a)は、全部の電池セルが過充電セルである状態を示す図であり、(b)は、1つの電池セルのみが過充電セルである単セル過充電の状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the dimension of the thickness direction when a battery cell is overcharged in a battery block. FIG. 4A is a diagram illustrating a state in which all battery cells are overcharged cells, and FIG. 4B is a diagram illustrating a state of single cell overcharge in which only one battery cell is an overcharged cell. is there. 本発明に係る実施の形態の電源システムにおいて、電池ブロックが単セル過充電型のときの過充電劣化を抑制する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which suppresses overcharge degradation when the battery block is a single cell overcharge type in the power supply system of embodiment which concerns on this invention. 図5の手順の内容の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the content of the procedure of FIG. 図5におけるSOCの減少処理及びSOCの増大処理に関する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure regarding the reduction process of SOC in FIG. 5, and the increase process of SOC. 図5に示す単セル過充電型のときの過充電劣化の抑制方法の作用効果を示す図である。図8(a)は、単セル過充電型への対応処理を行う前の過充電セルの厚さ方向の寸法を示す図で、(b)は、単セル過充電型への対応処理を行った後の過充電セルの厚さ方向の寸法を示す図である。It is a figure which shows the effect of the suppression method of the overcharge degradation at the time of the single cell overcharge type shown in FIG. FIG. 8A is a diagram showing dimensions in the thickness direction of the overcharged cell before performing the processing for the single cell overcharge type, and FIG. 8B shows the processing for the single cell overcharge type. It is a figure which shows the dimension of the thickness direction of the overcharged cell after.

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、車両に搭載される電源システムを述べるが、これは説明のための例示である。複数の電池セルを有する電池ブロックを含む電源システムであれば、車両に搭載される以外の用途であってもよい。例えば、据置型の電源システムでもよい。   Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Below, the power supply system mounted in a vehicle is described, but this is an example for explanation. If it is a power supply system including a battery block having a plurality of battery cells, it may be used for purposes other than being mounted on a vehicle. For example, a stationary power supply system may be used.

以下で述べる形状、寸法、個数、配置関係等は、説明のための例示であって、電源システムの仕様等に合わせ、適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   The shape, dimensions, number, arrangement relationship, and the like described below are examples for explanation, and can be appropriately changed according to the specifications of the power supply system. Below, the same code | symbol is attached | subjected to the same element in all the drawings, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

図1は、車両に搭載される電源システム10の構成図である。電源システム10は、電池ブロック12と、電力変換器ブロック14と、制御装置60とを含む。図1には、電源システム10の構成要素ではないが、電力変換器ブロック14に接続される充放電装置16を示す。   FIG. 1 is a configuration diagram of a power supply system 10 mounted on a vehicle. The power supply system 10 includes a battery block 12, a power converter block 14, and a control device 60. FIG. 1 shows a charge / discharge device 16 that is not a component of the power supply system 10 but is connected to the power converter block 14.

電池ブロック12は、複数の電池セル20を1列に整列して配置し、電力変換器ブロック14を介して電気的に直列に接続された組電池である。電池ブロック12は、複数の電池セル20を直列に接続することで、車両に搭載される電気機器に必要な高電圧、大電流を出力可能とした高圧電池である。図1の例では、8個の電池セル20のみを図示したが、全体では、例えば10個以上の電池セル20が1列に整列して配置されて電池ブロック12を構成する。以下では、電池ブロック12は40個の電池セル20を有するものとする。電池セル20の個数は例示であって、40個以外でもよい。特別な例としては、2個の電池セル20であってもよい。   The battery block 12 is an assembled battery in which a plurality of battery cells 20 are arranged in a line and are electrically connected in series via the power converter block 14. The battery block 12 is a high-voltage battery that can output a high voltage and a large current necessary for an electric device mounted on the vehicle by connecting a plurality of battery cells 20 in series. In the example of FIG. 1, only eight battery cells 20 are illustrated, but as a whole, for example, ten or more battery cells 20 are arranged in a line to constitute the battery block 12. Hereinafter, it is assumed that the battery block 12 includes 40 battery cells 20. The number of the battery cells 20 is an example, and may be other than 40. As a special example, two battery cells 20 may be used.

電池セル20は、略矩形の側壁を有する薄板状の単電池である。複数の電池セル20は、薄板状の厚さ方向に沿って1列に整列して配置され、電池ブロック12となる。図1に、電池ブロック12について厚さ方向を示す。厚さ方向は、電池セル20の薄板状の厚さの方向であるが、電池ブロック12における複数の電池セル20の整列方向でもある。   The battery cell 20 is a thin plate unit cell having a substantially rectangular side wall. The plurality of battery cells 20 are arranged in a line along the thickness direction of the thin plate to form the battery block 12. FIG. 1 shows the thickness direction of the battery block 12. The thickness direction is the direction of the thin plate-like thickness of the battery cell 20, but is also the alignment direction of the plurality of battery cells 20 in the battery block 12.

それぞれの電池セル20は、正極端子22と負極端子24とを有する。正極端子22と負極端子24との間の両端電圧は、単電池の種類によって異なるが、約1V〜4V程度である。単電池の種類としては、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等を用いることができる。   Each battery cell 20 has a positive electrode terminal 22 and a negative electrode terminal 24. The voltage between both ends of the positive electrode terminal 22 and the negative electrode terminal 24 is about 1V to 4V, although it varies depending on the type of the unit cell. As the type of the single battery, a lithium ion battery, a nickel metal hydride battery, or the like can be used.

電池ブロック12を構成する40個の電池セル20の両端電圧、充放電電流、温度等は、SOC情報18として、適当な信号線を用いて制御装置60に伝送される。   Both-end voltage, charge / discharge current, temperature, and the like of the 40 battery cells 20 constituting the battery block 12 are transmitted to the control device 60 as SOC information 18 using an appropriate signal line.

略矩形の側壁を有する薄板状の電池セル20は、内部における電気化学反応によって、SOCが大きいほど厚さ方向の寸法が大きくなる特性を有する。図2に、電池セル20の厚さ方向の寸法とSOCとの関係を示す。図2の横軸はSOC、縦軸は電池セル20の厚さ方向の寸法である。電池セル20の厚さ方向の寸法は、SOCが増大するにつれて大きくなるが、SOCが増大するほど厚さ方向の寸法の増加量が次第に小さくなる非線形の特性を有する。   The thin plate-like battery cell 20 having a substantially rectangular side wall has a characteristic that the dimension in the thickness direction increases as the SOC increases due to an electrochemical reaction inside. In FIG. 2, the relationship between the dimension of the thickness direction of the battery cell 20 and SOC is shown. The horizontal axis of FIG. 2 is the SOC, and the vertical axis is the dimension of the battery cell 20 in the thickness direction. The dimension in the thickness direction of the battery cell 20 increases as the SOC increases, but has a non-linear characteristic in which the increase in the dimension in the thickness direction gradually decreases as the SOC increases.

拘束板26,27は、40個の電池セル20を1列に整列した両端部にそれぞれ配置される平板である。拘束部材28,29は、40個の電池セル20の端子側において、拘束板26,27の間を結合する細長い部材である。同様に、拘束部材30,31は、40個の電池セル20の端子側とは反対側の底面側において、拘束板26,27の間を結合する細長い部材である。拘束板26,27が拘束部材28,29,30,31によって結合されることで、複数の電池セル20の1列に整列した両端部の間隔が所定値L0(図4参照)に拘束される。   The restraint plates 26 and 27 are flat plates respectively disposed at both end portions in which 40 battery cells 20 are aligned in a row. The restraining members 28 and 29 are elongated members that join between the restraining plates 26 and 27 on the terminal side of the 40 battery cells 20. Similarly, the restraining members 30 and 31 are elongate members that join between the restraining plates 26 and 27 on the bottom surface side opposite to the terminal side of the 40 battery cells 20. Since the restraining plates 26 and 27 are coupled by the restraining members 28, 29, 30, and 31, the distance between both ends of the plurality of battery cells 20 aligned in one row is restrained to a predetermined value L0 (see FIG. 4). .

この拘束作用によって、複数の電池セル20のそれぞれのSOCが充放電によって変動しても、電池ブロック12の厚さ方向に沿った全体寸法は一定の値に維持される。換言すると、複数の電池セル20は、充放電によってSOCが変動することで図2に示す特性に従って厚さ方向の寸法が変化するが、上記の拘束作用によって厚さ方向の寸法の変化が抑制される。例えば、全部の電池セル20のSOCが増大するときは、上記拘束作用によって、全部の電池セル20が厚さ方向の押付力を受ける。   Due to this restraining action, even if the SOC of each of the plurality of battery cells 20 varies due to charging and discharging, the overall dimension along the thickness direction of the battery block 12 is maintained at a constant value. In other words, the plurality of battery cells 20 change in the thickness direction according to the characteristics shown in FIG. 2 as the SOC changes due to charging / discharging, but the change in the thickness direction is suppressed by the constraint action. The For example, when the SOC of all the battery cells 20 increases, all the battery cells 20 receive a pressing force in the thickness direction due to the restraining action.

電力変換器ブロック14は、複数の電池セル20の個数と同数の電力変換器32を含む。図1の例では、電池セル20の個数が40個であるので、電力変換器ブロック14は、40個の電力変換器32を含む。40個の電力変換器32は同じ構成を有する。   The power converter block 14 includes the same number of power converters 32 as the number of battery cells 20. In the example of FIG. 1, since the number of battery cells 20 is 40, the power converter block 14 includes 40 power converters 32. The 40 power converters 32 have the same configuration.

図3に、1つの電力変換器32の内部構成を示す。電力変換器32は、小型のDCDCコンバータである。電力変換器32は4つの端子34,36,38,40を有する。1つの電力変換器32は、1つの電池セル20に対応して配置され、電力変換器32の端子34は、電池セル20の正極端子22に接続され、端子36は、電池セル20の負極端子24に接続される。   FIG. 3 shows the internal configuration of one power converter 32. The power converter 32 is a small DCDC converter. The power converter 32 has four terminals 34, 36, 38 and 40. One power converter 32 is arranged corresponding to one battery cell 20, the terminal 34 of the power converter 32 is connected to the positive terminal 22 of the battery cell 20, and the terminal 36 is the negative terminal of the battery cell 20. 24.

40個の電力変換器32は、各電力変換器32の端子38,40を用いて互いに電気的に直列接続される。図1の例では、直列に接続された40個の電力変換器32のうち、両端の電力変換器32a,32bを除き、隣接する2つの電力変換器32は、一方側の電力変換器32の端子40と他方側の電力変換器32の端子38が互いに電気的に接続される。電力変換器32aの端子38及び電力変換器32bの端子40は、それぞれ引き出されて、電力変換器ブロック14の一方側端子50及び他方側端子52とされる。一方側端子50は、充放電装置16の正極側端子に接続され、他方側端子52は充放電装置16の負極側端子に接続される。   The 40 power converters 32 are electrically connected in series with each other using the terminals 38 and 40 of each power converter 32. In the example of FIG. 1, of the 40 power converters 32 connected in series, the two adjacent power converters 32 of the power converter 32 on one side are excluded except for the power converters 32 a and 32 b at both ends. The terminal 40 and the terminal 38 of the power converter 32 on the other side are electrically connected to each other. The terminal 38 of the power converter 32a and the terminal 40 of the power converter 32b are drawn out to be the one side terminal 50 and the other side terminal 52 of the power converter block 14, respectively. The one side terminal 50 is connected to the positive electrode side terminal of the charging / discharging device 16, and the other side terminal 52 is connected to the negative electrode side terminal of the charging / discharging device 16.

電力変換器32は、内部にコイル42、2つのスイッチング素子44,46、コンデンサ48を含む。コイル42とスイッチング素子44は互いに直列に接続されて、端子36と端子38との間に配置される。スイッチング素子46は、コイル42とスイッチング素子44の接続点と、端子36との間に配置される。コンデンサ48は、端子38と端子40との間に設けられる。   The power converter 32 includes a coil 42, two switching elements 44 and 46, and a capacitor 48 inside. The coil 42 and the switching element 44 are connected in series with each other and are disposed between the terminal 36 and the terminal 38. The switching element 46 is disposed between a connection point between the coil 42 and the switching element 44 and the terminal 36. The capacitor 48 is provided between the terminal 38 and the terminal 40.

スイッチング素子44,46は、それぞれ制御装置60の制御の下で動作する半導体トランジスタと、半導体トランジスタに逆接続されたダイオードとを含む。半導体トランジスタに逆接続されたダイオードとは、半導体トランジスタがオンのときに流れる電流の方向の逆方向に電流が流れるようにダイオードが接続されることを示す。図3では、半導体トランジスタにNチャネル型のMOSトランジスタを用いるので、Nチャネル型のMOSトランジスタのドレインにダイオードのカソードが接続され、Nチャネル型のMOSトランジスタのソースにダイオードのアノードが接続される。電力変換器32の動作と作用の詳細については、後述する。   Switching elements 44 and 46 each include a semiconductor transistor that operates under the control of control device 60 and a diode that is reversely connected to the semiconductor transistor. The diode reversely connected to the semiconductor transistor indicates that the diode is connected so that current flows in a direction opposite to the direction of current that flows when the semiconductor transistor is on. In FIG. 3, since an N-channel MOS transistor is used as the semiconductor transistor, the cathode of the diode is connected to the drain of the N-channel MOS transistor, and the anode of the diode is connected to the source of the N-channel MOS transistor. Details of the operation and action of the power converter 32 will be described later.

充放電装置16は、電力変換器ブロック14の一方側端子50と他方側端子52との間に並列に接続される。充放電装置16は、電力変換器ブロック14を介して電池ブロック12に充電電流を供給する充電電源と、電力変換器ブロック14を介して電池ブロック12からの放電電流を受け取る放電負荷とを含む装置である。充放電装置16は、回転電機54とインバータ56とを含む。回転電機54は、車両の駆動源となるモータ・ジェネレータ(MG)である。モータ・ジェネレータは、電池ブロック12から電力が供給されるときはモータとして機能し、車両の制動時には発電機として機能する三相同期型の回転電機である。インバータ56は、電池ブロック12の直流電力と回転電機54の三相交流電力との間で交直変換を行う回路である。交直変換は、電池ブロック12の直流電力を回転電機54の三相交流電力への変換、または、回転電機54の三相交流電力を電池ブロック12の直流電力への変換を含む。インバータ56は、複数のスイッチング素子と複数のダイオードとを含む。   The charging / discharging device 16 is connected in parallel between the one side terminal 50 and the other side terminal 52 of the power converter block 14. The charging / discharging device 16 includes a charging power source that supplies a charging current to the battery block 12 via the power converter block 14 and a discharging load that receives the discharging current from the battery block 12 via the power converter block 14. It is. Charging / discharging device 16 includes a rotating electrical machine 54 and an inverter 56. The rotating electrical machine 54 is a motor / generator (MG) serving as a drive source for the vehicle. The motor / generator is a three-phase synchronous rotating electric machine that functions as a motor when electric power is supplied from the battery block 12 and functions as a generator during braking of the vehicle. The inverter 56 is a circuit that performs AC / DC conversion between the DC power of the battery block 12 and the three-phase AC power of the rotating electrical machine 54. The AC / DC conversion includes conversion of DC power of the battery block 12 into three-phase AC power of the rotating electric machine 54 or conversion of three-phase AC power of the rotating electric machine 54 into DC power of the battery block 12. Inverter 56 includes a plurality of switching elements and a plurality of diodes.

充放電装置16として、回転電機54とインバータ56の組合せに代えて、あるいはこれに加えて、蓄電装置等の直流電源、商用電源等の交流電源、電気機器等の負荷装置等を用いることができる。例えば、車両が、充電ステーション等から電力供給を受けるプラグイン型のハイブリッド車両の場合は、充放電装置16として、充電ステーション等における電源装置が用いられる。また、外部の負荷に電力を供給することができる電力出力ポートを有する車両では、外部の負荷が充放電装置16における放電負荷となる。   As the charging / discharging device 16, a DC power source such as a power storage device, an AC power source such as a commercial power source, a load device such as an electric device, or the like can be used instead of or in addition to the combination of the rotating electrical machine 54 and the inverter 56. . For example, when the vehicle is a plug-in hybrid vehicle that receives power supply from a charging station or the like, a power supply device in the charging station or the like is used as the charging / discharging device 16. In addition, in a vehicle having a power output port that can supply power to an external load, the external load becomes a discharge load in the charge / discharge device 16.

制御装置60は、電池ブロック12からSOC情報18を取得し、電力変換器ブロック14と交信して、電源システム10の動作を全体として制御する。かかる制御装置60は、車両の搭載に適したコンピュータが用いられる。   The control device 60 acquires the SOC information 18 from the battery block 12 and communicates with the power converter block 14 to control the operation of the power supply system 10 as a whole. As the control device 60, a computer suitable for mounting on a vehicle is used.

制御装置60は、電力変換器ブロック14を構成する40個の電力変換器32を個別に制御する電力変換器制御部62を含む。さらに、電池セル20が過充電となったときにさらなる劣化を抑制するために、SOC推定部64と、単セル過充電型判定部66と、単セル過充電型のときの過充電劣化の抑制処理部68とを含む。以下では、単セル過充電型のときの過充電セルのさらなる劣化の抑制を、特に断らない限り、過充電劣化の抑制と呼ぶ。これらの機能は、コンピュータである制御装置60に、ソフトウェアを実行させることで実現される。具体的には、過充電劣化の抑制プログラムを制御装置60に実行させることで実現される。   The control device 60 includes a power converter control unit 62 that individually controls the 40 power converters 32 constituting the power converter block 14. Furthermore, in order to suppress further deterioration when the battery cell 20 is overcharged, the SOC estimation unit 64, the single cell overcharge type determination unit 66, and suppression of overcharge deterioration when the single cell overcharge type is used. And a processing unit 68. Hereinafter, suppression of further deterioration of the overcharge cell in the single cell overcharge type is referred to as suppression of overcharge deterioration unless otherwise specified. These functions are realized by causing the control device 60, which is a computer, to execute software. Specifically, it is realized by causing the control device 60 to execute an overcharge deterioration suppression program.

電力変換器制御部62は、電力変換器32におけるスイッチング素子44,46のオンオフを制御し、電力変換器32に接続される電池セル20のSOCの増大または減少を制御する。図3を用いて、電力変換器制御部62の制御の下での電力変換器32の動作と作用を述べる。   The power converter control unit 62 controls on / off of the switching elements 44 and 46 in the power converter 32 and controls increase or decrease of the SOC of the battery cell 20 connected to the power converter 32. The operation and action of the power converter 32 under the control of the power converter control unit 62 will be described with reference to FIG.

図3に示すように、コンデンサ48の両端電圧をVOUT、コンデンサ48を流れる充放電電流をIOUTとし、電池セル20の両端電圧をVB、電池セル20の充放電電流をIBとする。隣接する2つの電力変換器32は、一方側の電力変換器32の端子40と他方側の電力変換器32の端子38が互いに電気的に接続されるので、電力変換器ブロック14においては、40個のコンデンサ48が直列に接続される。これによって、40個の電力変換器32は、交流的に直列に接続される。40個のコンデンサ48において、IOUTは同じ値で、充放電装置16からの充電電流または充放電装置16への放電電流と同じ値である。 As shown in FIG. 3, the voltage across the capacitor 48 is V OUT , the charge / discharge current flowing through the capacitor 48 is I OUT , the voltage across the battery cell 20 is V B , and the charge / discharge current of the battery cell 20 is I B. . In the two adjacent power converters 32, the terminal 40 of the power converter 32 on one side and the terminal 38 of the power converter 32 on the other side are electrically connected to each other. Capacitors 48 are connected in series. Thus, the 40 power converters 32 are connected in series in an alternating manner. In the 40 capacitors 48, I OUT has the same value and the same value as the charging current from the charging / discharging device 16 or the discharging current to the charging / discharging device 16.

電力変換器32において内部損失がないとして、(VOUT×IOUT)=(VB×IB)である。これを書き直すと、IB={(VOUT×IOUT)/VB}となるので、VOUTを制御することで、電池セル20の充放電電流IBを制御できる。40個の電力変換器32について、それぞれのコンデンサ48の両端電圧VOUTを個別に制御することで、40個の電池セル20の充放電電流IBを制御でき、これにより、40個の電池セル20のSOCを個別に増減することができる。電力変換器32におけるコンデンサ48の両端電圧VOUTは、コイル42と2つのスイッチング素子44,46を有する一般的な昇圧コンバータと同じ制御方法で制御できる。 Assuming that there is no internal loss in the power converter 32, (V OUT × I OUT ) = (V B × I B ). When this is rewritten, I B = {(V OUT × I OUT ) / V B }, so that the charge / discharge current I B of the battery cell 20 can be controlled by controlling V OUT . About 40 of the power converter 32, the voltage across V OUT of each of the capacitors 48 by controlling individually, can control the charge and discharge current I B of 40 battery cells 20, thereby, 40 battery cells The 20 SOCs can be increased or decreased individually. The voltage V OUT across the capacitor 48 in the power converter 32 can be controlled by the same control method as a general boost converter having the coil 42 and the two switching elements 44 and 46.

図3の電力変換器32において、スイッチング素子46をオンし、スイッチング素子44をオフすると、電池セル20からの放電電流IBがコイル42に流れ込み、コイル42に電磁エネルギとして蓄積される。これにより、(コイル42とスイッチング素子44との接続点の電位)が次第に上昇し、{(スイッチング素子44と端子38との接続点の電位)+(スイッチング素子44に逆接続されたダイオードの順方向の立上り電圧)}よりも大きくなる。その状態でスイッチング素子46をオフすると、コイル42に蓄積された電磁エネルギがコンデンサ48に流れる。これを繰り返すことで、コンデンサ48の両端電圧VOUTは次第に上昇する。このように、VOUTを上昇させる昇圧制御によって電池セル20は放電して、電池セル20のSOCが減少する。 In the power converter 32 of FIG. 3, when the switching element 46 is turned on and the switching element 44 is turned off, the discharge current I B from the battery cell 20 flows into the coil 42 and is stored in the coil 42 as electromagnetic energy. As a result, (potential at the connection point between the coil 42 and the switching element 44) gradually increases, {(potential at the connection point between the switching element 44 and the terminal 38) + (order of the diode reversely connected to the switching element 44). Direction rising voltage)}. When the switching element 46 is turned off in this state, the electromagnetic energy accumulated in the coil 42 flows to the capacitor 48. By repeating this, the voltage V OUT across the capacitor 48 gradually increases. As described above, the battery cell 20 is discharged by the boost control for increasing V OUT, and the SOC of the battery cell 20 decreases.

これに対し、スイッチング素子46をオフしてスイッチング素子44をオンすると、コンデンサ48からコイル42を介して電池セル20に充電電流が流れる。このように、コンデンサ48から電流を流出させてVOUTを降下させる降圧制御によって電池セル20は充電され、電池セル20のSOCが増大する。 On the other hand, when the switching element 46 is turned off and the switching element 44 is turned on, a charging current flows from the capacitor 48 to the battery cell 20 via the coil 42. In this way, the battery cell 20 is charged by the step-down control that causes the current to flow out of the capacitor 48 and drop V OUT, and the SOC of the battery cell 20 increases.

これをまとめると、スイッチング素子44がオンする時間である充電時間に応じて電池セル20のSOCが増大し、スイッチング素子46がオンする時間である放電時間に応じて電池セル20のSOCが減少する。1つの電池セル20について充電と放電とは同時に生じないので、スイッチング素子44がオンするときはスイッチング素子46がオフされ、スイッチング素子46がオンするときはスイッチング素子44がオフされる。したがって、充放電制御のサイクル時間において、充電時間比率を増大させ放電時間比率を減少させると、電池セル20のSOCが増大し、逆に充電時間比率を減少させ放電時間比率を増大させると、電池セル20のSOCが減少する。なお、スイッチング素子44,46が同時にオンする期間があると、端子38,40の間が短絡して過大な貫通電流が流れるので、スイッチング素子44,46のオンオフの切替において、スイッチング素子44,46が共にオフするデッドタイム期間を設ける。この場合、(充電時間比率+放電時間比率)<1である。   In summary, the SOC of the battery cell 20 increases according to the charging time that is the time for which the switching element 44 is turned on, and the SOC of the battery cell 20 decreases according to the discharge time that is the time for which the switching element 46 is turned on. . Since charging and discharging of one battery cell 20 do not occur simultaneously, the switching element 46 is turned off when the switching element 44 is turned on, and the switching element 44 is turned off when the switching element 46 is turned on. Therefore, when the charge time ratio is increased and the discharge time ratio is decreased in the cycle time of charge / discharge control, the SOC of the battery cell 20 is increased. Conversely, when the charge time ratio is decreased and the discharge time ratio is increased, the battery The SOC of the cell 20 is reduced. If there is a period in which the switching elements 44 and 46 are simultaneously turned on, the terminals 38 and 40 are short-circuited and an excessive through current flows. Therefore, in switching the switching elements 44 and 46 on and off, the switching elements 44 and 46 are switched. Are provided with a dead time period during which both are turned off. In this case, (charge time ratio + discharge time ratio) <1.

このように、スイッチング素子44,46について、充電時間比率及び放電時間比率を設定することで、電池セル20のSOCの増減を制御することができる。電力変換器32は、電池セル20毎に設けられるので、40個の電力変換器32のそれぞれについて、充電時間比率及び放電時間比率を制御することで、40個の電池セル20のそれぞれのSOCの増減を制御することができる。なお、スイッチング素子44もスイッチング素子46もオフになると、電池セル20はコンデンサ48と遮断状態となり、端子38,40と電池セル20との間も遮断状態となる。このときでも、端子38と端子40との間はコンデンサ48で接続されているので、隣接する電力変換器32の間では、交流的な接続状態が維持される。   In this manner, by setting the charging time ratio and the discharging time ratio for the switching elements 44 and 46, the increase / decrease in the SOC of the battery cell 20 can be controlled. Since the power converter 32 is provided for each battery cell 20, by controlling the charging time ratio and the discharging time ratio for each of the 40 power converters 32, the SOC of each of the 40 battery cells 20 is controlled. Increase / decrease can be controlled. When both the switching element 44 and the switching element 46 are turned off, the battery cell 20 is disconnected from the capacitor 48, and the terminals 38, 40 and the battery cell 20 are also disconnected. Even at this time, since the terminal 38 and the terminal 40 are connected by the capacitor 48, an AC connection state is maintained between the adjacent power converters 32.

次に、電池セル20が単セル過充電型となったときにさらなる劣化を抑制するためのSOC推定部64、単セル過充電型判定部66、過充電劣化の抑制処理部68について、図4から図8を用いて説明する。   Next, the SOC estimation unit 64, the single cell overcharge type determination unit 66, and the overcharge deterioration suppression processing unit 68 for suppressing further deterioration when the battery cell 20 becomes the single cell overcharge type will be described with reference to FIG. Will be described with reference to FIG.

最初に、単セル過充電型の意味を説明する。図4に、一般的な過充電と単セル過充電型との相違を模式図で示す。図4は、電池ブロック12において電池セル20が過充電となるときの厚さ方向の寸法の状態を示す図である。以下では、過充電となった電池セル20を過充電セル20Aと呼び、過充電となっていない電池セル20を通常セル20Sと呼ぶ。   First, the meaning of the single cell overcharge type will be described. FIG. 4 is a schematic diagram showing the difference between a general overcharge and a single cell overcharge type. FIG. 4 is a diagram showing a state of the dimension in the thickness direction when the battery cell 20 is overcharged in the battery block 12. Hereinafter, the battery cell 20 that is overcharged is referred to as an overcharge cell 20A, and the battery cell 20 that is not overcharged is referred to as a normal cell 20S.

図4(a)は、全部の電池セル20が過充電セル20Aとなるときを示す図であり、これを、一般的な過充電と呼ぶ。(b)は、1つの電池セル20のみが過充電セル20Aとなるが、残りの各電池セル20は通常セル20Sのままであるときを示す図で、これは「単セル過充電」と呼ばれる。これらの図において、拘束板26,27の向かい合う間隔は、拘束部材28〜31によって所定値のL0に固定される。   FIG. 4A is a diagram illustrating a case where all the battery cells 20 are overcharged cells 20A, and this is called general overcharge. (B) is a diagram showing a case where only one battery cell 20 becomes the overcharge cell 20A, but each remaining battery cell 20 remains a normal cell 20S, which is called "single cell overcharge". . In these drawings, the interval between the constraining plates 26, 27 is fixed to a predetermined value L0 by the constraining members 28-31.

図4(a)においては、全ての電池セル20が過充電セル20Aであるので、図2で述べたように、全ての過充電セル20Aは、厚さ方向に膨張しようとする。しかし、拘束板26,27の向かい合う間隔は所定値のL0であるので、全ての過充電セル20Aは互いに厚さ方向に押し付けられる。これにより、各過充電セル20Aのそれぞれの厚さ方向の膨張が抑制され、全ての過充電セル20Aの厚さ方向の寸法は少し増大するだけである。   In FIG. 4A, since all the battery cells 20 are overcharge cells 20A, as described in FIG. 2, all the overcharge cells 20A try to expand in the thickness direction. However, since the interval between the constraining plates 26 and 27 is a predetermined value L0, all the overcharged cells 20A are pressed against each other in the thickness direction. Thereby, the expansion in the thickness direction of each overcharge cell 20A is suppressed, and the dimension in the thickness direction of all the overcharge cells 20A is only slightly increased.

これに対し、図4(b)においては、1つの電池セル20のみが過充電セル20Aであるので、その1つの過充電セル20Aは、厚さ方向に膨張しようとする。他の電池セル20は通常セル20Sであり、厚さ方向の寸法はそのままである。このときも拘束板26,27の向かい合う間隔は所定値のL0であるので、1つの過充電セル20Aは、他の通常セル20Sからの押付力をほとんど受けない。これにより、1つの過充電セル20Aのみが厚さ方向に膨張し、1つの過充電セル20Aの厚さ方向の寸法は、図4(a)の場合に比べ、かなり増大する。   On the other hand, in FIG. 4B, since only one battery cell 20 is the overcharge cell 20A, the one overcharge cell 20A tends to expand in the thickness direction. The other battery cell 20 is the normal cell 20S, and the dimension in the thickness direction remains the same. Also at this time, since the interval between the constraining plates 26 and 27 facing each other is a predetermined value L0, one overcharged cell 20A receives almost no pressing force from the other normal cells 20S. Thereby, only one overcharge cell 20A expands in the thickness direction, and the dimension in the thickness direction of one overcharge cell 20A increases considerably compared to the case of FIG.

電池セル20は、過充電状態ではその電池特性が劣化する過充電劣化の状態になる。電池セル20は、過充電状態において膨張すると、膨張しないときに比べ過充電劣化がさらに進行することが知られており、過充電状態では膨張を抑制するように押付力を与えることが好ましい。図4(a)のように、電池ブロック12を構成する40個の電池セル20が全て過充電セル20Aであるときは、拘束板26,27の拘束作用によって各過充電セル20Aの膨張が抑制され、さらなる劣化の進行が抑制される。これに対し、図4(b)のように、電池ブロック12を構成する40個の電池セル20の内の1つが過充電セル20Aとなるときは、拘束板26,27の拘束作用があっても過充電セル20Aの膨張が抑制されず、さらなる劣化が進行する。   The battery cell 20 is in an overcharge deterioration state in which the battery characteristics deteriorate in the overcharge state. It is known that when the battery cell 20 expands in the overcharged state, the overcharge deterioration further progresses compared to when it does not expand, and it is preferable to apply a pressing force so as to suppress the expansion in the overcharged state. As shown in FIG. 4A, when all 40 battery cells 20 constituting the battery block 12 are overcharge cells 20A, the restraint action of the restraint plates 26 and 27 suppresses the expansion of each overcharge cell 20A. Further progress of deterioration is suppressed. On the other hand, as shown in FIG. 4B, when one of the 40 battery cells 20 constituting the battery block 12 becomes the overcharge cell 20A, there is a restraining action of the restraining plates 26 and 27. However, the expansion of the overcharged cell 20A is not suppressed, and further deterioration proceeds.

上記では、電池ブロック12を構成する40個の電池セル20の内の1つのみが過充電セル20Aとなる例を述べた。過充電セル20Aが1個でなくて数個であっても、1つのみが過充電セル20Aである場合に比べると、拘束作用によって過充電セル20Aの膨張がいくらかは抑制されるが、やはり過充電セル20Aは厚さ方向に膨張し、さらなる劣化が進行する。そこで、電池ブロック12において、過充電セル20Aの数に関わらず、過充電セルが膨張してさらなる劣化が進行するものを単セル過充電型とする。一般的に、単セル過充電型とは、40個の電池セル20において、過充電セル20Aと通常セル20Sとが混在するときである。通常セル20Sの個数に比べて過充電セル20Aの個数が多いときは、過充電セル20Aが互いに押し付け合う効果が大きい。以下では、電池ブロック12の複数の電池セル20のうち、半数以下が過充電セル20Aであるときに、電池ブロック12が単セル過充電型であるとする。複数が40個のとき、過充電セル20Aが20個以下で通常セル20Sが20個以上のときを単セル過充電型とする。複数が2個のときは、1個が過充電セル20Aで、1個が通常セル20Sである。   In the above, the example in which only one of the 40 battery cells 20 constituting the battery block 12 is the overcharge cell 20A has been described. Even if the number of overcharge cells 20A is not one but several, compared with the case where only one is the overcharge cell 20A, the expansion of the overcharge cell 20A is suppressed by the restraining action. The overcharge cell 20A expands in the thickness direction, and further deterioration proceeds. Thus, in the battery block 12, regardless of the number of the overcharged cells 20A, a single cell overcharged type in which the overcharged cells expand and further deterioration proceeds. In general, the single cell overcharge type is a case where overcharged cells 20A and normal cells 20S are mixed in 40 battery cells 20. When the number of overcharge cells 20A is larger than the number of normal cells 20S, the effect of the overcharge cells 20A pressing against each other is great. Hereinafter, it is assumed that the battery block 12 is of a single cell overcharge type when half or less of the plurality of battery cells 20 of the battery block 12 are overcharge cells 20A. When the number is 40, the number of overcharge cells 20A is 20 or less and the number of normal cells 20S is 20 or more is defined as a single cell overcharge type. When the number is two, one is the overcharge cell 20A and one is the normal cell 20S.

図5は、単セル過充電型のときのさらなる劣化を抑制する手順を示すフローチャートである。各手順は、制御装置60によって実行される過充電劣化の抑制プログラムの各処理手順に対応する。制御装置60において過充電劣化の抑制プログラムが立ち上がると、電源システム10の各要素の状態の初期化が実行される。その後、各電池セル20のSOCの推定が行われる(S10)。この処理手順は、制御装置60のSOC推定部64の機能によって実行される。   FIG. 5 is a flowchart showing a procedure for suppressing further deterioration in the single cell overcharge type. Each procedure corresponds to each processing procedure of the overcharge deterioration suppression program executed by the control device 60. When the overcharge deterioration suppression program is started in the control device 60, the state of each element of the power supply system 10 is initialized. Thereafter, the SOC of each battery cell 20 is estimated (S10). This processing procedure is executed by the function of the SOC estimation unit 64 of the control device 60.

各電池セル20のSOCの推定は、電池ブロック12から伝送されるSOC情報18に基づいて行われる。SOC情報18には、各電池セル20の時々刻々における充電電流または放電電流のデータが含まれるので、(充電電流×充電時間)の積算値から(放電電流×放電時間)の積算値を差し引いて各電池セル20のSOCを推定する。推定されたSOCをSOC1とする。この方法に代えて、各電池セル20が無負荷のときの電圧である開放回路電圧(Open Circuit Voltage:OCV)が含まれるときは、OCVに基づいて各電池セル20のSOCを推定してもよい。これら以外の適当なSOC推定法を用いることもできる。 The estimation of the SOC of each battery cell 20 is performed based on the SOC information 18 transmitted from the battery block 12. Since the SOC information 18 includes charging current or discharging current data of each battery cell 20 every moment, the integrated value of (discharge current × discharge time) is subtracted from the integrated value of (charge current × charge time). The SOC of each battery cell 20 is estimated. The estimated SOC and SOC 1. Instead of this method, when an open circuit voltage (OCV), which is a voltage when each battery cell 20 is unloaded, is included, the SOC of each battery cell 20 is estimated based on the OCV. Good. Other suitable SOC estimation methods can also be used.

次に、各電池セル20の推定されたSOC1のデータに基づいて、電池ブロック12が単セル過充電型であるか否かの判定が行われる(S12)。この処理手順は、制御装置60の単セル過充電型判定部66の機能によって実行される。具体的には、電池ブロック12を構成する複数の電池セル20の内で、過充電セル20Aが半数以下のときを単セル過充電型であると判定する。電池セル20が過充電セル20Aか通常セル20Sかの判定には、電池セル20のSOC1に対して予め定めた過充電用の所定値であるSOCthを用いる。SOC1がSOCth以上のときに過充電セル20Aとし、SOC1がSOCth未満のときに通常セル20Sとする。例えば、直列に整列された順番で最初の電池セル20のSOC1をSOCthと比較し、それが通常セル20Sであれば、過充電セル20Aが出るまで、2番目以降の電池セル20のSOC1をSOCthと順次に比較する。1つの過充電セル20Aが出れば、そこで電池ブロック12が単セル過充電型であると判定し、次の手順に進む。40個の電池セル20の全てが通常セル20Sであるときは、過充電劣化を抑制する手順を終了する。 Next, based on the estimated SOC 1 data of each battery cell 20, it is determined whether or not the battery block 12 is a single cell overcharge type (S12). This processing procedure is executed by the function of the single cell overcharge type determination unit 66 of the control device 60. Specifically, when the overcharged cell 20A is less than half of the plurality of battery cells 20 constituting the battery block 12, it is determined as the single cell overcharge type. Battery cell 20 in the determination Kano overcharged cell 20A or normal cell 20S, using SOC th is a predetermined value for overcharge determined in advance with respect to SOC 1 of battery cells 20. When the SOC 1 is equal to or higher than the SOC th , the overcharge cell 20A is set, and when the SOC 1 is lower than the SOC th , the normal cell 20S is set. For example, the SOC 1 of the first battery cell 20 is compared with the SOC th in the order arranged in series, and if it is the normal cell 20S, the SOC of the second and subsequent battery cells 20 is output until the overcharge cell 20A comes out. 1 is sequentially compared with SOC th . If one overcharge cell 20A comes out, it is determined that the battery block 12 is a single cell overcharge type, and the process proceeds to the next procedure. When all of the 40 battery cells 20 are normal cells 20S, the procedure for suppressing overcharge deterioration is terminated.

S12において単セル過充電型であると判定されると、次に、各電池セル20を過充電セル20Aか通常セル20Sかに分類する(S14)。この手順は、40個の電池セル20について、それぞれのSOC1がSOCth以上か否かを判定する(S16)ことで行われる。S16の判定が肯定されるときは、その電池セル20は過充電セル20Aとされ(S18)、S16の判定が否定されるときは、その電池セル20は通常セル20Sとされる(S22)。 If it is determined in S12 that it is a single cell overcharge type, then each battery cell 20 is classified into an overcharge cell 20A or a normal cell 20S (S14). This procedure is performed by determining whether or not each SOC 1 is greater than or equal to SOC th for 40 battery cells 20 (S16). When the determination in S16 is affirmative, the battery cell 20 is set as an overcharged cell 20A (S18), and when the determination in S16 is negative, the battery cell 20 is set as a normal cell 20S (S22).

図6に、S12,S14,S16,S18,S20,S22の処理の一例を示す。この例では、40個の電池セル20について、直列に整列された順番に電池セル番号をC1〜C40と付す。そして、過充電用の所定値SOCthを70%として、40個の電池セル20についてC1から順番に、各電池セル20のSOC1をSOCthと比較してゆく。電池セル番号C1からC6までは、SOC1がSOCth未満であるが、電池セル番号C7でSOC1=75%となり、SOCth以上の過充電セル20Aが現わる。このことでS12の判定が肯定され、電池ブロック12が単セル過充電型であると判定される。そこで、電池セル番号C1〜C40についてそれぞれSOC1を求める。図6では、過充電セル20Aの近傍の電池セル番号C5〜C9についてのSOC1を示す。この結果に基づいて、S14,S16の電池セル20の分類を行う。図2では、電池セル番号C5,C6,C8,C9が通常セル20Sとされ、電池セル番号C7が過充電セル20Aとされる。 FIG. 6 shows an example of the processing of S12, S14, S16, S18, S20, and S22. In this example, about 40 battery cells 20, a battery cell number is attached | subjected with C1-C40 in the order arranged in series. Then, assuming that the predetermined value SOC th for overcharging is 70%, the SOC 1 of each battery cell 20 is compared with the SOC th in order from C1 for 40 battery cells 20. From the battery cell number C1 to C6 is SOC 1 is smaller than SOC th, next SOC 1 = 75% in cell number C7, SOC th or more overcharge cell 20A is currently Waru. Thus, the determination in S12 is affirmed, and it is determined that the battery block 12 is a single cell overcharge type. Therefore, SOC 1 is obtained for each of the battery cell numbers C1 to C40. FIG. 6 shows SOC 1 for battery cell numbers C5 to C9 in the vicinity of the overcharge cell 20A. Based on this result, the battery cells 20 in S14 and S16 are classified. In FIG. 2, the battery cell numbers C5, C6, C8, and C9 are normal cells 20S, and the battery cell number C7 is an overcharged cell 20A.

再び図5に戻り、S18の過充電セル20Aについては、SOCの減少処理が行われ(S22)、S20の通常セル20Sについては、SOCの増大処理が行われる(S24)。この処理手順は、制御装置60の過充電劣化の抑制処理部68の機能によって実行される。ここでは、通常セル20SのSOCの増大により生じる通常セル20Sの厚さ方向の寸法の増大によって過充電セル20Aの厚さ方向に押付力を与え、過充電セル20Aの過充電による厚さ方向の寸法の増大を抑制し、電池特性のさらなる劣化を抑制する。   Returning to FIG. 5 again, the SOC reduction process is performed for the overcharged cell 20A in S18 (S22), and the SOC increase process is performed for the normal cell 20S in S20 (S24). This processing procedure is executed by the function of the overcharge deterioration suppression processing unit 68 of the control device 60. Here, a pressing force is applied in the thickness direction of the overcharged cell 20A by increasing the dimension in the thickness direction of the normal cell 20S caused by the increase in the SOC of the normal cell 20S, and the thickness direction due to the overcharge of the overcharged cell 20A is increased. The increase in size is suppressed, and further deterioration of battery characteristics is suppressed.

図7は、SOCの減少または増大処理が行われる手順を示すフローチャートである。S30では、単セル過充電型への対応が必要か否かの判定を行う。ここでは、図5におけるS12の判定が肯定されるときに単セル過充電型への対応が必要とされ、S12の判定が否定されるときに単セル過充電型への対応が不要とされる。図6の例では、S12の判定が肯定されるので、S30の判定も肯定される。   FIG. 7 is a flowchart illustrating a procedure in which SOC reduction or increase processing is performed. In S30, it is determined whether it is necessary to cope with the single cell overcharge type. Here, when the determination of S12 in FIG. 5 is affirmed, the response to the single cell overcharge type is required, and when the determination of S12 is negative, the response to the single cell overcharge type is not required. . In the example of FIG. 6, since the determination of S12 is affirmed, the determination of S30 is also affirmed.

次に、過充電セル20Aについて、充電時間比率を0に近づけ、同時に放電時間比率を増大させる処理を行う(S32)。この処理は、図5のS22に対応し、過充電セル20AのSOCを減少させる。   Next, the overcharge cell 20A is subjected to a process of bringing the charge time ratio closer to 0 and simultaneously increasing the discharge time ratio (S32). This process corresponds to S22 in FIG. 5 and decreases the SOC of the overcharged cell 20A.

一方、通常セル20Sについては、単セル過充電型への対応処理におけるSOCの増大処理の目標とする所定値であるSOC0を用いて、通常セル20SのSOC1がSOC0未満であるか否かが判定される(S34)。S34の判定が否定されると、SOCの増大処理を行う手順を終了させる。S34の判定が肯定されると、通常セル20Sについて、充電時間比率を増大させ、同時に放電時間比率を減少させる処理を行う(S36)。この処理は、図5のS24に対応し、通常セル20SのSOCを増大させる。この処理は、増大させたSOCがSOC0以上とならない範囲で行う。 On the other hand, with respect to the normal cell 20S, whether or not SOC 1 of the normal cell 20S is less than SOC 0 using SOC 0 that is a predetermined value that is a target of the SOC increase processing in the processing corresponding to the single cell overcharge type. Is determined (S34). If the determination in S34 is negative, the procedure for performing the SOC increasing process is terminated. If the determination in S34 is affirmative, a process for increasing the charging time ratio and simultaneously decreasing the discharging time ratio for the normal cell 20S is performed (S36). This process corresponds to S24 in FIG. 5 and increases the SOC of the normal cell 20S. This process is performed in a range where the increased SOC does not become SOC 0 or more.

S32,S34で、各電池セル20について、充電時間比率と放電時間比率の設定が行われると、これらに基づいて、各電池セル20に対応する電力変換器32におけるスイッチング素子44,46のデューティ制御が実行される(S38)。デューティとは、充放電制御のサイクル時間に対するスイッチング素子44,46のオン時間の比率である。スイッチング素子44についてのデューティは、充電時間比率に対応し、スイッチング素子46についてのデューティは、放電時間比率に対応する。S38の実行によって、過充電セル20AのSOCは、当初のSOC1より減少し、通常セル20SのSOCは、当初のSOC1より増大する。 When the charging time ratio and the discharging time ratio are set for each battery cell 20 in S32 and S34, the duty control of the switching elements 44 and 46 in the power converter 32 corresponding to each battery cell 20 is performed based on these. Is executed (S38). The duty is the ratio of the ON time of the switching elements 44 and 46 to the cycle time of charge / discharge control. The duty for the switching element 44 corresponds to the charge time ratio, and the duty for the switching element 46 corresponds to the discharge time ratio. By executing S38, the SOC of the overcharged cell 20A decreases from the initial SOC 1 , and the SOC of the normal cell 20S increases from the initial SOC 1 .

単セル過充電型への対応処理後のSOCを図6に示す。ここでは、過充電セル20Aである電池セル番号C7の電池セル20のSOCは、当初のSOC1=75%から、単セル過充電型への対応処理後では、45%に減少する。また、通常セル20Sである電池セル番号C5,C6,C8,C9の電池セル20のSOCは、それぞれ当初のSOC1=60%から、単セル過充電型への対応処理後では、65%に増大する。この値は、過充電時のSOCの増大処理の目標とする所定値であるSOC0を65%として、その限度一杯に増大させている。 FIG. 6 shows the SOC after the processing corresponding to the single cell overcharge type. Here, the SOC of the battery cell 20 with the battery cell number C7, which is the overcharge cell 20A, decreases from the initial SOC 1 = 75% to 45% after the processing corresponding to the single cell overcharge type. In addition, the SOC of the battery cells 20 with the battery cell numbers C5, C6, C8, and C9, which are the normal cells 20S, is changed from the initial SOC 1 = 60% to 65% after the processing corresponding to the single cell overcharge type. Increase. This value is increased to the full limit with SOC 0 being a predetermined value as a target of the SOC increase processing at the time of overcharge being 65%.

図8は、図5に示す単セル過充電型のときの過充電劣化の抑制方法の作用効果を示す図である。図8(a)は、単セル過充電型への対応処理を行う前の過充電セル20Aの厚さ方向の寸法を示す図で、(b)は、単セル過充電型への対応処理を行った後の過充電セル20Aの厚さ方向の寸法を示す図である。これらの図は、図4に対応する図であるが、図6の例の電池セル番号C5〜C9の部分を示す。C7が過充電セル20Aであり、C5,C6,C8,C9が通常セル20Sである。単セル過充電型への対応処理を行う前は、過充電セル20Aが厚さ方向にかなり膨張しているのに対し、単セル過充電型への対応処理を行うと、他の通常セル20Sからの押付力を受けて、過充電セル20Aの膨張が抑制される。これによって、過充電セル20Aのさらなる劣化が抑制される。   FIG. 8 is a diagram showing the operational effect of the method for suppressing overcharge degradation in the single cell overcharge type shown in FIG. FIG. 8A is a diagram showing the dimension in the thickness direction of the overcharged cell 20A before performing the processing corresponding to the single cell overcharge type, and FIG. 8B shows the processing corresponding to the single cell overcharge type. It is a figure which shows the dimension of the thickness direction of 20 A of overcharge cells after performing. These figures correspond to FIG. 4 and show battery cell numbers C5 to C9 in the example of FIG. C7 is an overcharge cell 20A, and C5, C6, C8, and C9 are normal cells 20S. Before the processing for the single cell overcharge type is performed, the overcharged cell 20A is considerably expanded in the thickness direction. On the other hand, when the processing for the single cell overcharge type is performed, another normal cell 20S is processed. The expansion of the overcharge cell 20A is suppressed in response to the pressing force from. Thereby, further deterioration of the overcharge cell 20A is suppressed.

10 電源システム、12 電池ブロック、14 電力変換器ブロック、16 充放電装置、18 SOC情報、20 電池セル、20A 過充電セル、20S 通常セル、22 正極端子、24 負極端子、26,27 拘束板、28,29,30,31 拘束部材、32,32a,32a,32b 電力変換器、34,36,38,40 端子、42 コイル、44,46 スイッチング素子、48 コンデンサ、50 一方側端子、52 他方側端子、54 回転電機、56 インバータ、60 制御装置、62 電力変換器制御部、64 SOC推定部、66 単セル過充電型判定部、68 過充電劣化の抑制処理部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Power supply system, 12 Battery block, 14 Power converter block, 16 Charging / discharging apparatus, 18 SOC information, 20 Battery cell, 20A Overcharge cell, 20S Normal cell, 22 Positive terminal, 24 Negative terminal, 26, 27 Restraint plate, 28, 29, 30, 31 Restraining member, 32, 32a, 32a, 32b Power converter, 34, 36, 38, 40 terminal, 42 Coil, 44, 46 Switching element, 48 Capacitor, 50 One side terminal, 52 The other side Terminal, 54 Rotating electric machine, 56 Inverter, 60 Control device, 62 Power converter control unit, 64 SOC estimation unit, 66 Single cell overcharge type determination unit, 68 Overcharge deterioration suppression processing unit.

Claims (1)

充電状態を示すSOCが大きいほど厚さ方向の寸法が大きくなる特性を有する電池セルの複数が前記厚さ方向に1列に整列して配置され、前記1列に整列した両端部の間隔が拘束部材で拘束された電池ブロックと、
前記電池セル毎に該電池セルの両端子に接続された電力変換器の複数が互いに直列に電気的に接続され、複数の前記電力変換器が前記直列に接続された両端部に、外部の充放電装置と接続される端子を有する電力変換器ブロックと、
複数の前記電力変換器の動作を個別に制御し、前記電池セルのそれぞれの前記SOCを個別に変更する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記電池セル毎についてそれぞれの前記SOCを推定し、
複数の前記電池セルにおいて、推定された前記SOCが予め定めた過充電用の所定値以上の前記電池セルである過充電セルと、推定された前記SOCが前記所定値未満の前記電池セルである通常セルとを含んでおり、前記過充電セルの個数が前記複数の半数以下であるときに、前記電池ブロックが単セル過充電型であるとし、
前記単セル過充電型とされたときに、前記過充電セルに対応する前記電力変換器の動作を制御して前記過充電セルの前記SOCを減少させ、前記通常セルに対応する前記電力変換器を制御して前記通常セルの前記SOCを増大させることを特徴とする電源システム。
A plurality of battery cells having a characteristic that the dimension in the thickness direction increases as the SOC indicating the state of charge increases, and are arranged in a row in the thickness direction, and the interval between both ends aligned in the row is constrained. A battery block restrained by a member;
For each battery cell, a plurality of power converters connected to both terminals of the battery cell are electrically connected in series with each other, and a plurality of the power converters are connected to the external charging terminals at both ends connected in series. A power converter block having terminals connected to the discharge device;
A control device for individually controlling the operation of the plurality of power converters and individually changing the SOC of each of the battery cells;
With
The controller is
Estimating the respective SOC for each battery cell;
In the plurality of battery cells, the estimated SOC is an overcharged cell that is equal to or greater than a predetermined value for overcharging, and the estimated SOC is the battery cell that is less than the predetermined value. When the number of the overcharge cells is less than half of the plurality of cells, the battery block is a single cell overcharge type,
When the single cell overcharge type is selected, the operation of the power converter corresponding to the overcharge cell is controlled to reduce the SOC of the overcharge cell, and the power converter corresponding to the normal cell To increase the SOC of the normal cell.
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