JP2018191406A - Equalization device and power storage system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄電セルの充電状態(SOC:State of Charge)を調整する均等化装置および蓄電システムに関する。 The present invention relates to an equalizing device and a power storage system that adjust a state of charge (SOC) of a power storage cell.
特許文献1に記載の均等化装置は、蓄電セルの放電を行う放電回路と制御回路とを備える。制御回路は、放電対象の蓄電セルについて、放電開始前の充電状態評価値、放電時の該評価値の変化速度、および非放電時の該評価値の変化速度に基づいて、放電時間または放電終了値を導出する手段を有する。制御回路は、放電対象セルに対して放電回路による放電を開始した後、放電時間が経過したときに、または、充電状態評価値が放電終了値に達したときに、放電を終了する手段を有する。
The equalization apparatus described in
特許文献1に記載の均等化装置は、蓄電セルが充電中または放電中でない場合に蓄電セルの均等化を行う。この場合、車両に搭載される蓄電セルごとのばらつきを抑制する均等化処理の実行は、車両が駐車されて電源オフの状態となり、充電装置から蓄電セルへの充電がされていない場合に制限されてしまうという問題点があった。
The equalization apparatus described in
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、充電状態または放電状態である場合にも蓄電セルの充電状態を調整することができる均等化装置および蓄電システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an equalization device and a power storage system that can adjust the charge state of a power storage cell even in a charged state or a discharged state. Is to provide.
本発明のある態様の均等化装置は、蓄電部に含まれる複数の蓄電セルの電圧を検出する電圧検出回路と、蓄電セルを放電させる放電回路と、電圧検出回路により検出された電圧に基づいて、放電回路の作動状態を制御する均等化制御部と、を備える均等化装置において、均等化制御部は、蓄電セルにおける放電が必要な容量を、放電回路において基準電圧および基準デューティー比で放電する場合の放電時間を算出し、電圧検出回路により検出された電圧に基づいてデューティー比を設定する。 An equalization device according to an aspect of the present invention is based on a voltage detection circuit that detects voltages of a plurality of power storage cells included in a power storage unit, a discharge circuit that discharges the power storage cells, and a voltage detected by the voltage detection circuit. And an equalization control unit that controls an operating state of the discharge circuit. The equalization control unit discharges a capacity that needs to be discharged in the storage cell at a reference voltage and a reference duty ratio in the discharge circuit. In this case, the discharge time is calculated, and the duty ratio is set based on the voltage detected by the voltage detection circuit.
本発明によれば、充電状態または放電状態である場合にも蓄電セルの充電状態を調整することができる。 According to the present invention, it is possible to adjust the state of charge of the storage cell even when it is in a charged state or a discharged state.
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図1から図4を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。 Hereinafter, the present invention will be described based on preferred embodiments with reference to FIGS. The same or equivalent components and members shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are appropriately omitted. In addition, the dimensions of the members in each drawing are appropriately enlarged or reduced for easy understanding. Also, in the drawings, some of the members that are not important for describing the embodiment are omitted.
(実施形態)
図1は、実施形態に係る蓄電システム100の構成を示すブロック図である。蓄電システム100は、蓄電部6および均等化装置1を備え、蓄電部6に含まれる複数の蓄電セル61の電圧を均等化し、蓄電部6から車両に搭載される各種の負荷7に電力を供給する。負荷7は、例えば走行用のモータ、ヘッドライト、パワーウィンドウ等の車載機器および電子制御装置等であり、スイッチ71のオンオフによって蓄電部6に接続される。
(Embodiment)
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a
蓄電システム100は、蓄電部6が負荷7に接続されて放電し、外部に設けられる充電装置等から電力の供給を受けて蓄電部6が充電される。蓄電部6に含まれる蓄電セル61は、充電および放電を繰り返すことによって蓄電セル61毎に充電状態にばらつきが生じてくる。ここでいう充電状態(SOC:State of Charge)とは、満充電容量に対する充電量の割合を意味する。直列に接続される複数の蓄電部6の充電状態にばらつきが生じると、過充電や過放電になるおそれがあるため、均等化装置1を用いて充電状態のばらつきを解消する必要がある。具体的には、蓄電部6の充電状態と電圧との間には相関があるため、均等化装置1は、蓄電部6の電圧ばらつきを放電によって解消する。なお、本実施形態では、蓄電部6の電圧を対象として蓄電部6の充電状態を調整する構成を例に説明するが、必ずしも電圧を対象としなければならないわけではない。蓄電部6の充電状態を調整する方法としては、電池の充電量や充電状態を揃えるように対象の蓄電部6を放電させるように構成することもできる。
In the
蓄電部6は、複数の蓄電セル61、例えばリチウムイオン電池セルが直列接続されて形成される。尚、蓄電セル61は、リチウムイオン電池セルのほか、ニッケル水素電池セル、鉛電池セル、電気二重層キャパシタセル、リチウムイオンキャパシタセル等であってもよい。
The power storage unit 6 is formed by connecting a plurality of
均等化装置1は、複数の放電回路10、電圧検出回路20および均等化制御部30を備える。放電回路10は、抵抗器11およびスイッチ12を備え、蓄電セル61毎に設けられているが、隣接する複数の蓄電セル61をブロックとし、ブロック毎に設けられていてもよい。抵抗器11は、蓄電セル61の両端子間に接続されており、蓄電セル61からの電流が流れることで、蓄電セル61の電荷を消費させ、蓄電セル61の電圧を下げる。
The
図2は、蓄電セル61の電圧のばらつきを説明するための模式図である。蓄電セル61の電圧のばらつきは、放電回路10による放電によって抑制される。均等化装置1は、蓄電セル61のばらつきを、各蓄電セル61の電圧のうち最小電圧に合わせるように機能する。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining variations in the voltage of the
スイッチ12は、抵抗器11に直列に接続されており、均等化制御部30からのオンオフ信号によって開閉する。スイッチ12は、閉状態となることで抵抗器11に電流が流れるが、この閉状態のデューティー比を設定および可変することで、放電量を調整することができる。尚、スイッチ12は、均等化制御部30からの信号によって周期的に開閉状態を切り替えられる。デューティー比は、スイッチ12における開状態および閉状態の1周期に対する閉状態の時間の比である。
The
電圧検出回路20は、蓄電セル61毎に両端子に接続線で接続されており、端子間の電圧を計測する。電圧検出回路20は、例えばASIC(Application Specific Integrated Circuit)で構成されており、検出した蓄電セル61の電圧を均等化制御部30へ出力する。
The
均等化制御部30は、マイコンで構成されており、内蔵する記憶回路に記憶したプログラムを実行することによって機能し、算出した数値を記憶回路に記憶しつつ、ソフトウェアによる処理を行う。均等化制御部30は、電圧検出回路20から各蓄電セル61の電圧を取得し、蓄電セル61のSOC−OCV曲線に基づいて、電圧ばらつきを抑制するために放電が必要な容量を算出する。
The
均等化制御部30は、蓄電セル61の放電が必要な容量を基準電圧および基準デューティー比で放電する場合における放電時間を算出する。均等化制御部30は、基準電圧に対する、電圧検出回路20により検出された電圧の比に基づいて、初期のデューティー比を設定する。この際、蓄電セル61が充電中および負荷接続による放電中ではなく、電圧検出回路20は、蓄電セル61に電流が流れていない状態、即ち蓄電セル61の開放時の電圧を検出するものとする。均等化制御部30は、設定した初期のデューティー比によって放電回路10のスイッチ12を閉状態とするように制御する。
The
均等化制御部30は、蓄電セル61が充電状態となり電圧が上昇していく際に、電圧検出回路20により検出された電圧に基づいて、蓄電セル61の開放時の電圧を推定する。均等化制御部30は、基準電圧に対する推定された電圧の比に基づいて、デューティー比を可変する。この場合、均等化制御部30は、蓄電セル61の電圧が充電により上昇するので、デューティー比を下げるように制御する。電圧検出回路20は、例えば、電流積算して得た容量変化量に対する電圧変化量をSOC−OCV曲線から算出し、算出した電圧変化量を電圧検出回路20で検出された蓄電セル61の電圧に加算することによって、蓄電セル61の開放時の電圧を推定する。
The
また、均等化制御部30は、蓄電セル61が負荷接続されて放電状態となり電圧が下降していく際に、電圧検出回路20により検出された電圧に基づいて、蓄電セル61の開放時の電圧を推定する。均等化制御部30は、基準電圧に対する推定された電圧の比に基づいて、デューティー比を可変する。この場合、均等化制御部30は、蓄電セル61の電圧が放電により下降するので、デューティー比を上げるように制御する。
In addition, the
次に均等化装置1による均等化処理における動作をフローチャート等に基づいて説明する。図3は均等化制御部30による均等化処理の手順を示すフローチャート、図4は充電時における蓄電セル61の電圧を示すグラフである。上述のように均等化制御部30は、放電回路10におけるスイッチ12を閉状態とするデューティー比を設定し、蓄電セル61が充電状態または放電状態(負荷接続時)である場合にも、蓄電セル61の電圧を推定し、デューティー比を可変する制御処理を実行する。以下、車両が駐車されて電源オフ状態となり、その後に蓄電セル61が充電状態となる場合について図4を参照しつつ、均等化処理の手順を図3に基づいて説明する。
Next, the operation | movement in the equalization process by the
充電開始前の時刻T1(図4参照)において、均等化制御部30は、電圧検出回路20から各蓄電セル61の電圧を取得し(S1)、各蓄電セル61のうち電圧最小値を求める(S2)。均等化制御部30は、S2で求めた電圧最小値に各蓄電セル61の電圧を揃えるために放電が必要な容量を蓄電セル61のSOC−OCV曲線に基づいて算出する。均等化制御部30は、蓄電セル61の放電が必要な容量を基準電圧および基準デューティー比で放電する場合における放電時間を算出する(S3)。均等化制御部30は、放電が必要な容量をQ、基準電圧をVs、基準デューティー比をDs(%)、抵抗器11の抵抗値をRとして、次式により放電時間Tdを算出する。
Td=Q×(R/Vs)×(Ds/100)
At time T1 (see FIG. 4) before the start of charging, the
Td = Q × (R / Vs) × (Ds / 100)
均等化制御部30は、基準電圧に対する、電圧検出回路20により検出された電圧の比に基づいて、初期のデューティー比を設定する(S4)。この際、蓄電セル61が充電中および負荷接続による放電中ではなく、電圧検出回路20は、蓄電セル61に電流が流れていない状態、即ち蓄電セル61の開放時の電圧を検出しているものとする。均等化制御部30は、例えば、基準電圧Vsを3.5Vとし、基準デューティー比Dsを50%とし、蓄電セル61の電圧が3.6Vであるとすると、初期のデューティー比Dを3.5/3.6×50=48.6(%)に設定する。均等化制御部30は、設定した初期のデューティー比によって放電回路10のスイッチ12の開閉状態を制御し、蓄電セル61の放電を開始する(S5)。
The
均等化制御部30は、実際の蓄電セル61の電圧が基準電圧よりも高い場合には、放電回路10において流れる電流が増すので、デューティー比を下げる。また、均等化制御部30は、実際の蓄電セル61の電圧が基準電圧よりも低い場合には、放電回路10において流れる電流が減るので、デューティー比を上げる。均等化制御部30は、蓄電セル61の電圧が基準電圧よりも高い場合でも低い場合でも、デューティー比を用いて放電回路10の開閉を制御することで均等化処理を行えるので、放電回路を簡易で安価に構成することができる。
When the actual voltage of the
均等化制御部30は、電圧検出回路20により検出された電圧に基づいて、蓄電セル61の開放時の電圧を推定する(S6)。均等化制御部30は、上述のように電流積算等の方法によって、蓄電セル61の開放時の電圧を推定することができる。充電開始前においては、蓄電セル61に負荷7が接続されていないか、または接続されていても微小な電流を流す程度であり、蓄電セル61の電圧はほぼ一定と考えられる。蓄電セル61は、時刻T2(図4参照)において充電状態になると電圧が上昇していく。
The
均等化制御部30は、基準電圧に対する推定された電圧の比に基づいて、デューティー比を可変する(S7)。均等化制御部30は、蓄電セル61が充電状態になると、蓄電セル61の電圧が充電により上昇するので、デューティー比を下げるように制御する。均等化制御部30は、初期のデューティー比の算出と同様に推定した電圧により、デューティー比を算出して可変する。均等化制御部30は、例えば推定した電圧が3.8Vであった場合、3.5/3.8×50=46.1(%)にデューティー比を変更する。また、均等化制御部30は、充電が終了した時刻T3(図4参照)における推定した電圧が例えば4.2Vであった場合、3.5/4.2×50=41.7(%)にデューティー比を変更する。
The
均等化制御部30は、放電時間Tdを経過したか否かを判定し(S8)、否であると判定した場合(S8:NO)、S6に戻って蓄電セル61の電圧を推定し、蓄電セル61の放電回路10による放電を継続する。均等化制御部30は、時刻T1からTd時間経過した時刻T4(図4参照)において放電時間Tdを経過したと判定した場合(S8:YES)、放電回路10のスイッチ12を開状態に制御して放電を停止させ、均等化処理を終了する(S9)。
The
均等化制御部30は、蓄電セル61の均等化処理中に充電状態が生じて蓄電セル61の電圧が変化する場合にも、放電回路10によるデューティー比を可変することで、放電する容量を可変し、放電時間Tdで均等化処理を実行することができる。均等化制御部30は、蓄電セル61の均等化処理中に充電状態が生じる場合には、デューティー比を下げる制御を実行する。
The
また、均等化制御部30は、蓄電セル61が負荷接続されて放電状態となり電圧が下降していく際に、同様にデューティー比を可変とし、放電時間Tdで均等化処理を実行することができる。均等化制御部30は、電圧検出回路20により検出された電圧に基づいて、蓄電セル61の開放時の電圧を推定する。均等化制御部30は、基準電圧に対する推定された電圧の比に基づいて、デューティー比を可変する。この場合、均等化制御部30は、蓄電セル61の電圧が放電により下降するので、デューティー比を上げるように制御する。
In addition, the
均等化制御部30は、基準電圧Vsを、蓄電セル61が車両における蓄電部6の使用により典型的に取り得る値に設定することで、初期のデューティー比に近い値で均等化処理における放電回路10のスイッチ12の開閉を制御することができる。また、基準デューティー比は、蓄電セル61の充電状態および放電状態を考慮して中位である50%と程度と定めるとよいが、これに限られるものではない。例えば、放電時間Tdを短縮して比較的に早く均等化処理を終えるためには、基準デューティー比Dsを高くしてもよい。また、均等化制御部30は、蓄電部6の温度によって基準デューティー比Dsを可変とするようにしてもよく、この場合、蓄電部6の温度が低い場合には基準デューティー比Dsを高く、蓄電部6の温度が高い場合には基準デューティー比Dsを低く設定する。
The
以上、本発明の実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。 In the above, it demonstrated based on embodiment of this invention. Those skilled in the art will understand that these embodiments are examples, and that various modifications and changes are possible within the scope of the claims of the present invention, and that such modifications and changes are also within the scope of the claims of the present invention. It is where it is done. Accordingly, the description and drawings herein are to be regarded as illustrative rather than restrictive.
尚、実施形態および変形例は以下の項目によって特定されてもよい。
[項目1]
蓄電部(6)に含まれる複数の蓄電セル(61)の電圧を検出する電圧検出回路(20)と、前記蓄電セル(61)を放電させる放電回路(10)と、前記電圧検出回路(20)により検出された電圧に基づいて、前記放電回路(10)の作動状態を制御する均等化制御部(30)と、を備える均等化装置(1)において、
前記均等化制御部(30)は、前記蓄電セル(61)における放電が必要な容量を、前記放電回路(10)において基準電圧および基準デューティー比で放電する場合の放電時間を算出し、前記電圧検出回路(20)により検出された電圧に基づいてデューティー比を設定することを特徴とする均等化装置(1)。これにより、均等化装置(1)は、蓄電セル(61)が充電状態または放電状態である場合にも蓄電セル(61)の電圧を均等化し、充電状態を調整することができる。
[項目2]
前記均等化制御部(30)は、前記蓄電セル(61)が充電状態または放電状態である場合に、前記蓄電セル(61)の電圧を推定し、推定した電圧をもとに前記デューティー比を可変することを特徴とする項目1に記載の均等化装置(1)。これにより、均等化装置(1)は、デューティー比を用いた制御によって、算出した放電時間で蓄電セル(61)の電圧を均等化し、充電状態を調整することができる。
[項目3]
前記均等化制御部(30)は、前記蓄電セル(61)が充電状態にある場合に、前記デューティー比を下げることを特徴とする項目2に記載の均等化装置(1)。これにより、均等化装置(1)は、デューティー比を下げることで、蓄電セル(61)が充電状態にある場合にも蓄電セル(61)の電圧を均等化し、充電状態を調整することができる。
[項目4]
前記均等化制御部(30)は、前記蓄電セル(61)が放電状態にある場合に、前記デューティー比を上げることを特徴とする項目2に記載の均等化装置(1)。これにより、均等化装置(1)は、デューティー比を上げることで、蓄電セル(61)が放電状態にある場合にも蓄電セル(61)の電圧を均等化し、充電状態を調整することができる。
[項目5]
蓄電部(6)と、
項目1から4のいずれか1項に記載の均等化装置(1)と、
を備えることを特徴とする蓄電システム(100)。これにより、蓄電システム(100)は、蓄電セル(61)が充電状態または放電状態である場合にも蓄電セル(61)の電圧を均等化し、充電状態を調整することができる。
In addition, embodiment and the modification may be specified by the following items.
[Item 1]
A voltage detection circuit (20) for detecting voltages of a plurality of power storage cells (61) included in the power storage unit (6), a discharge circuit (10) for discharging the power storage cells (61), and the voltage detection circuit (20 In an equalization apparatus (1), comprising an equalization control unit (30) for controlling the operating state of the discharge circuit (10) based on the voltage detected by
The equalization control unit (30) calculates a discharge time in the case where a discharge capacity in the storage cell (61) is discharged at a reference voltage and a reference duty ratio in the discharge circuit (10), and the voltage An equalizing device (1) characterized in that a duty ratio is set based on a voltage detected by a detection circuit (20). Thereby, the equalization apparatus (1) can equalize the voltage of the electrical storage cell (61) and adjust the state of charge even when the electrical storage cell (61) is in a charged state or a discharged state.
[Item 2]
The equalization control unit (30) estimates the voltage of the power storage cell (61) when the power storage cell (61) is in a charged state or a discharged state, and determines the duty ratio based on the estimated voltage. 2. The equalizing device (1) according to
[Item 3]
The equalization apparatus (1) according to
[Item 4]
The equalization apparatus (1) according to
[Item 5]
A power storage unit (6);
The equalization apparatus (1) according to any one of
A power storage system (100) comprising: Thereby, the electrical storage system (100) can equalize the voltage of the electrical storage cell (61) and adjust the electrical charge state even when the electrical storage cell (61) is in a charged state or a discharged state.
1 均等化装置、 10 放電回路、 20 電圧検出回路、
30 均等化制御部、 6 蓄電部、 61 蓄電セル、
100 蓄電システム。
1 equalization device, 10 discharge circuit, 20 voltage detection circuit,
30 equalization control unit, 6 power storage unit, 61 power storage cell,
100 Power storage system.
Claims (5)
前記均等化制御部は、前記蓄電セルにおける放電が必要な容量を、前記放電回路において基準電圧および基準デューティー比で放電する場合の放電時間を算出し、前記電圧検出回路により検出された電圧に基づいてデューティー比を設定することを特徴とする均等化装置。 A voltage detection circuit that detects voltages of a plurality of power storage cells included in the power storage unit, a discharge circuit that discharges the power storage cells, and an operation state of the discharge circuit is controlled based on the voltage detected by the voltage detection circuit An equalization control unit comprising:
The equalization control unit calculates a discharge time when discharging a capacity that needs to be discharged in the storage cell at a reference voltage and a reference duty ratio in the discharge circuit, and based on the voltage detected by the voltage detection circuit An equalizing device characterized by setting a duty ratio.
請求項1から4のいずれか1項に記載の均等化装置と、
を備えることを特徴とする蓄電システム。 A power storage unit;
The equalizing device according to any one of claims 1 to 4,
A power storage system comprising:
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