JP2019009909A - 蓄電装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】並列接続された電池モジュール2に、電池モジュール2が劣化に至る大きな還流電流が流れないようにする蓄電装置1を提供する。【解決手段】電池B1と接続部SW1が直列接続された電池モジュール2が三つ以上並列接続される蓄電装置1であって、制御部は、接続部SW1がすべて遮断状態の場合、すべての電池モジュール2を接続したと仮定し、電池モジュール2に流れる第一の還流電流を推定し、閾値以上の第一の還流電流が流れると推定される電池モジュール2がある場合、すべての電池モジュール2の中から一つの電池モジュール2を除いた電池モジュール2の組み合わせを設定し、組み合わせた電池モジュール2に流れる第二の還流電流を推定し、閾値より小さい第二の還流電流が流れると推定される電池モジュール2を含む組み合わせが複数ある場合、組み合わせの中から電池モジュール2の合計電圧が最も大きい組み合わせを選択する。【選択図】図1

Description

本発明は、並列接続された電池モジュールを有する蓄電装置に関する。
直列接続された電池とスイッチ(接続部)とを有する電池モジュールが並列接続された蓄電装置において、電池モジュールに過電流が流れないように制御する技術が知られている。関連する技術として、例えば、特許文献1、特許文献2などがある。
特許文献1には、一つ以上の二次電池セルを備えた複数の組電池をそれぞれ並列接続させる制御装置が開示されている。その制御装置は、各組電池の電圧値を算出するアーム電圧算出部と、各組電池の推定された内部抵抗値を推定する内部抵抗値推定部と、組電池の電圧値と、組電池の推定された内部抵抗値とに基づいて、並列接続される複数の組電池間に流れる還流電流値を推定する還流電流値推定部と、並列接続された複数の組電池間の還流電流値が、所定の閾値より小さいか否かに基づいて、並列接続させるか否かを判定する判定部とを備えている。
特許文献2には、複数の組電池群と、組電池群のそれぞれに対応し、対応する組電池群を出力電源線に電気的に接続する複数の電磁接触器と、組電池群の電圧と出力電源線の電圧との電圧差が所定電圧以下である場合に、当該組電池群を接続対象と判断し、対応する電磁接触器を介して出力電源線に接続する接続制御手段と、を備える蓄電池装置が開示されている。
特開2014−180080号公報 特開2013−078241号公報
しかしながら、電池モジュールが三つ以上並列接続された蓄電装置において、すべてが遮断状態(全遮断)である電池モジュールのスイッチを、すべて接続状態(全接続)にしたと仮定した場合、いずれかの電池モジュールに、電池モジュールが劣化に至る大きな還流電流が流れると推定されるとき、電池モジュールが有する電池と直列接続されたスイッチを接続制御して、電池モジュールに大きな還流電流が流れないようにすることは、特許文献1、2には開示されていない。
本発明の一側面に係る目的は、並列接続された電池モジュールに、電池モジュールが劣化に至る大きな還流電流が流れないようにする蓄電装置を提供することである。
本発明に係る一つの形態である蓄電装置は、電池と接続部が直列接続された電池モジュールが三つ以上並列接続され、接続部の接続と遮断とを制御する制御部を有する。
制御部は、電池モジュールの接続部がすべて遮断状態である場合、すべての電池モジュールを接続したと仮定し、すべての電池モジュールそれぞれに流れる第一の還流電流を推定する。続いて、制御部は、閾値以上の第一の還流電流が流れると推定される電池モジュールがある場合、すべての電池モジュールの中から一つの電池モジュールを除いた電池モジュールの組み合わせを設定し、設定した組み合わせごとに、組み合わせた電池モジュールそれぞれに流れる第二の還流電流を推定する。また、制御部は、組み合わせた電池モジュールそれぞれに、閾値より小さい第二の還流電流が流れると推定される組み合わせが複数ある場合、複数の組み合わせの中から組み合わせた電池モジュールの合計電圧が最も大きい組み合わせを選択する。なお、制御部は、異常が発生した電池モジュールを、還流電流を推定する対象から外す。
更に、制御部は、組み合わせた電池モジュールそれぞれに、閾値より小さい第二の還流電流が流れると推定される組み合わせが一つである場合、一つの組み合わせを選択する。
また、電池モジュールが四つ以上並列接続されている場合、制御部は、閾値より小さい第二の還流電流が流れる組み合わせがないと推定した場合、組み合わせた電池モジュールの中から一つの電池モジュールを除いた電池モジュールの組み合わせを設定し、設定した電池モジュールの組み合わせごとに、組み合わせた電池モジュールそれぞれに流れる第三の還流電流を推定する。
本発明に係る他の形態である蓄電装置は、電池と接続部が直列接続された電池モジュールが三つ以上並列接続され、接続部の接続と遮断とを制御する制御部を有する。
制御部は、電池モジュールの接続部がすべて遮断状態の場合、すべての電池モジュールを接続したと仮定し、すべての電池モジュールそれぞれに流れる第一の還流電流を推定する。続いて、制御部は、閾値以上の第一の還流電流が流れると推定される電池モジュールがある場合、すべての電池モジュールの中から一つの電池モジュールを除いた電池モジュールの組み合わせを設定し、設定した組み合わせにおいて電池モジュールの合計電圧が最も大きい順に、組み合わせた電池モジュールそれぞれに流れる第二の還流電流を推定する。また、制御部は、組み合わせた電池モジュールそれぞれに、閾値より小さい第二の還流電流が流れると推定される組み合わせを選択する。
また、電池モジュールが四つ以上並列接続されている場合、制御部は、閾値より小さい第二の還流電流が流れる組み合わせがないと推定した場合、組み合わせた電池モジュールの中から一つの電池モジュールを除いた電池モジュールの組み合わせを設定し、設定した組み合わせにおいて電池モジュールの合計電圧が最も大きい順に、組み合わせた電池モジュールそれぞれに流れる第三の還流電流を推定する。
並列接続された電池モジュールに、電池モジュールが劣化に至る大きな還流電流が流れないようにできる。
蓄電装置の一実施例を示す図である。 蓄電装置の動作の一実施例を示す図である。 還流電流の推定と組み合わせの設定を説明するための図である。 蓄電装置の動作の一実施例を示す図である。 蓄電装置の動作の一実施例を示す図である。
以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図1は、蓄電装置1の一実施例を示す図である。蓄電装置1は、並列接続された三つ以上の電池モジュール2(電池B1、ヒューズF1、スイッチSW1(接続部)、監視回路3(制御部)、電流計4)、制御回路5(制御部)、スイッチSW2、コネクタ6を有する。蓄電装置1は、例えば、車両(例えば、PHV:Plug-in Hybrid Vehicle、EV:Electric Vehicle、電動フォークリフトなど)に搭載される電池パックなどが考えられる。
電池モジュール2(電池モジュール2a、電池モジュール2b、電池モジュール2c、電池モジュール2d、電池モジュール2e)それぞれは、互いに並列接続される。電池モジュール2aは、図1に示す電池B1a、スイッチSW1a、ヒューズF1a、監視回路3a、電流計4aを有する。電池モジュール2bは、電池B1b、スイッチSW1b、ヒューズF1b、監視回路3b、電流計4bを有する。電池モジュール2cは、不図示の電池B1c、スイッチSW1c、ヒューズF1c、監視回路3c、電流計4cを有する。電池モジュール2dは、不図示の電池B1d、スイッチSW1d、ヒューズF1d、監視回路3d、電流計4dを有する。電池モジュール2eは、電池B1e、スイッチSW1e、ヒューズF1e、監視回路3e、電流計4eを有する。なお、上記電池モジュール2は五つに限定されるものではない。
また、電池モジュール2には、電池B1の温度又は周辺温度を計測する温度計を設けてもよい。その場合、監視回路3と温度計とを接続し、温度計から送信された温度を示す信号又は情報を監視回路3が受信できる構成とする。
また、電池モジュール2は、電池B1の状態(例えば、電圧値、電流値、充電率、温度など)を監視し、監視した電池モジュール2の状態を示す状態情報を、制御回路5に送信する。また、電池モジュール2は、電池モジュール2の各部の状態又は制御回路5から送信された電池モジュール2の各部を制御するための制御情報に基づいて、電池モジュール2の各部を制御する。
電池B1は、図1に示す電池B1a、B1b、B1c(不図示)、B1d(不図示)、B1eを示す。電池B1は、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池又は蓄電素子などである。なお、電池B1は一つ又は複数の電池を接続した組電池を用いてもよい。
スイッチSW1は、図1に示すスイッチSW1a、SW1b、SW1c(不図示)、SW1d(不図示)、SW1eを示す。スイッチSW1は、図1に示すように電池B1と直列接続される。スイッチSW1は、電池モジュール2が正常である場合、接続状態となり、電池モジュール2が異常である場合、遮断状態となる。スイッチSW1は、例えば、リレーや半導体素子が考えられる。
ここで、電池モジュール2が異常であるとは、例えば、電池B1が過充電状態又は過放電状態、電池B1に過電流が流れたことを検出した過電流停止状態、電池B1の温度が上昇した高温状態、監視回路3と制御回路5が通信できない通信異常状態、スイッチSW1又はヒューズF1又は監視回路3又は電流計4が使用できない状態又は配線が断線している状態などが考えられる。
なお、スイッチSW1aからSW1eは、異常の種類に応じて、スイッチSW1aからSW1eそれぞれを個別に遮断状態にする場合、又は、すべてを遮断状態(全遮断)にする場合がある。
ヒューズF1は、図1に示すヒューズF1a、F1b、F1c(不図示)、F1d(不図示)、F1eを示す。ヒューズF1は、電池B1と直列接続されている。ヒューズF1は、電池B1に過電流が流れた場合に溶断する。
監視回路3は、監視回路3a、3b、3c(不図示)、3d(不図示)、3eを示す。監視回路3は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、マルチコアCPU、プログラマブルなデバイス(FPGA(Fie Programmable Gate Array)やPLD(Programmable Logic Device)など)を用いて構成された回路が考えられる。また、監視回路3は、内部又は外部に記憶部を備え、記憶部に記憶されている電池モジュール2の各部を制御するプログラムを読み出して実行する。
監視回路3は、電池モジュール2の各部を制御する回路と、制御回路5と通信をする回路と、電池B1の電圧を計測する回路(電圧計)とを有する。電圧計は、監視回路3の外部に設けてもよい。
監視回路3は、例えば、監視回路3が有する電圧計又は監視回路3の外部に設けた電圧計が計測した電池B1の電圧値を示す信号又は情報、電流計4が計測した電池B1に流れる電流値を示す信号又は情報、不図示の温度計が計測した電池B1の温度又は周辺温度を示す信号又は情報を取得し、それら取得した信号又は情報に基づいて電池モジュール2の上述した状態情報を生成し、生成した状態情報を通信線を介して制御回路5に送信する。また、監視回路3は、制御回路5から送信された制御情報を通信線を介して受信し、スイッチSW1の接続と遮断を制御する。
監視回路3は、電池モジュール2に異常が発生した場合に異常が発生した電池モジュール2のスイッチSW1を遮断状態にし、電池モジュール2が異常から正常復帰した場合にスイッチSW1を接続状態にする。
電流計4は、図1に示す電流計4a、4b、4c(不図示)、4d(不図示)、4eを示す。電流計4は、電池B1に流れる電流を計測する。電流計4は、例えば、シャント抵抗やホール素子などが考えられる。
制御回路5は、例えば、CPU、マルチコアCPU、プログラマブルなデバイスを用いて構成された回路が考えられる。また、制御回路5は、内部又は外部に記憶部を備え、記憶部に記憶されている蓄電装置1の各部を制御するプログラムを読み出して実行する。
制御回路5は、監視回路3との通信と、電池モジュール2及びスイッチSW2の制御とを行う。なお、制御回路5は、監視回路3と通信をし、電池モジュール2に異常が発生した場合に異常が発生した電池モジュール2のスイッチSW1を遮断状態にし、電池モジュール2が異常から正常に復帰した場合にスイッチSW1を接続状態にする制御をしてもよい。
コネクタ6は、充電をする場合、不図示の充電装置に電力線を介して接続される充電コネクタと接続し、充電装置から蓄電装置1の電池B1に電力供給をする。また、コネクタ6は、放電をする場合、負荷に電力線を介して接続される放電コネクタと接続し、蓄電装置1から負荷へ電池B1に電力供給をする。
スイッチSW2は、制御回路5に制御され、蓄電装置1と充電装置とが接続され(コネクタ6に充電装置の充電コネクタが接続され)、充電装置から蓄電装置1へ電力供給を開始する前(充電開始前)に接続状態になり、充電装置から蓄電装置1へ電力供給を終了した後(充電終了後)に遮断状態になる。また、スイッチSW2は、制御回路5に制御され、蓄電装置1と負荷とが接続され(コネクタ6に負荷の放電コネクタとが接続され)、蓄電装置1から負荷への電力供給を開始する前(放電開始前)に接続状態になり、蓄電装置1から負荷へ電力供給を終了した後(放電終了後)に遮断状態になる。スイッチSW2は、例えば、リレーや半導体素子が考えられる。また、コネクタ6は、充電装置用と負荷用とで別々に設けてもよい。
蓄電装置1の回路構成について説明する。
電池モジュール2aの監視回路3aの端子PIは、電流計4aの出力端子に接続される。監視回路3aの端子PV1、PV2、PV3・・・・・・PVnは、電池B1aを構成する電池それぞれの正極端子又は負極端子に接続される。監視回路3aの端子cntは、制御回路5の端子Paに接続される。電池B1aの正極端子(+)は、電流計4aの一方の端子に接続され、電池B1aの負極端子(−)は、スイッチSW1aの一方の端子に接続される。スイッチSW1aの他方の端子は、ヒューズF1aの一方の端子に接続される。
電池モジュール2bの監視回路3bの端子PIは、電流計4bの出力端子に接続される。監視回路3bの端子PV1、PV2、PV3・・・・・・PVnは、電池B1bを構成する電池それぞれの正極端子又は負極端子に接続される。監視回路3bの端子cntは、制御回路5の端子Pbに接続される。電池B1bの正極端子(+)は、電流計4bの一方の端子に接続され、電池B1bの負極端子(−)は、スイッチSW1bの一方の端子に接続される。スイッチSW1bの他方の端子は、ヒューズF1bの一方の端子に接続される。
電池モジュール2eの監視回路3eの端子PIは、電流計4eの出力端子に接続される。監視回路3eの端子PV1、PV2、PV3・・・・・・PVnは、電池B1eを構成する電池それぞれの正極端子又は負極端子に接続される。監視回路3eの端子cntは、制御回路5の端子Peに接続される。電池B1eの正極端子(+)は、電流計4eの一方の端子に接続され、電池B1eの負極端子(−)は、スイッチSW1eの一方の端子に接続される。スイッチSW1eの他方の端子は、ヒューズF1eの一方の端子に接続される。
なお、電池モジュール2c、2dの不図示の回路構成は、上記電池モジュール2a、2b、2eと同じ回路構成である。
電流計4aの他方の端子、電流計4bの他方の端子、不図示の電流計4cの他方の端子、不図示の電流計4dの他方の端子、電流計4eの他方の端子は、コネクタ6の端子6P1に接続され、コネクタ6の端子6P2は、スイッチSW2の一方の端子に接続される。スイッチSW2の他方の端子は、ヒューズF1aの他方の端子、ヒューズF1bの他方の端子、不図示のヒューズF1cの他方の端子、不図示のヒューズF1dの他方の端子、ヒューズF1eの他方の端子と接続される。
制御回路5の端子Ps2は、スイッチSW2の制御端子に接続される。
なお、電流計4を設ける位置は図1に限定されず、電池B1の負極端子側に設けてもよい。また、スイッチSW1、SW2、ヒューズF1を設ける位置は図1に限定されず、電池B1の正極端子側に設けてもよい。
制御部について説明する。
制御部は、例えば、監視回路3又は制御回路5又は監視回路3及び制御回路5を用いた回路構成などが考えられる。
電池B1とスイッチSW1が直列接続された電池モジュール2が三つ以上並列接続された蓄電装置1に設けられる、スイッチSW1の接続と遮断とを制御する制御部は、電池モジュール2のスイッチSW1がすべて遮断状態(全遮断)の場合、すべての電池モジュール2を接続したと仮定し、すべての電池モジュール2それぞれに流れる第一の還流電流I1を推定する。
なお、異常が発生した電池モジュール2がある場合、制御部は、第一の還流電流I1を推定する対象から外し、異常が発生した電池モジュール2以外のすべての電池モジュール2それぞれに流れる第一の還流電流I1を推定する。
また、スイッチSW1が全遮断である場合とは、蓄電装置1を長期間使用していない場合(例えば、車両に蓄電装置1が搭載されている場合であれば車両が長期停止している場合)、又は、人為的にスイッチSW1をすべて遮断状態にした場合(例えば、工場出荷時や搬送中など)、又は、一つ以上の電池モジュールに重大な異常が発生した場合などが考えられる。
還流電流とは、並列接続された電池モジュール2と負荷とが接続されていない場合、又は、並列接続された電池モジュール2から負荷へ電流が流れていない無負荷の状態である場合、電池モジュール2が有する電池B1間の電圧差及び電池B1の内部抵抗により、電池モジュール2間に発生する電流である。
続いて、制御部は、推定した第一の還流電流I1それぞれが閾値Ith以上であるか否かを判定し、すべての電池モジュール2に、閾値Ith以上の第一の還流電流I1(Ith≦I1)が流れないと推定された場合(閾値Ithより小さい第一の還流電流I1が流れると推定された場合)、すべての電池モジュール2のスイッチSW1を接続状態(全接続)にする。
また、閾値Ith以上の第一の還流電流I1が流れると推定される電池モジュール2がある場合、制御部は、すべての電池モジュール2の中から一つの電池モジュール2を除いた電池モジュール2の組み合わせを設定する。例えば、図1に示す電池モジュール2a、2b、2c、2d、2eが全遮断で、異常が発生した電池モジュール2がなく、いずれかの電池モジュール2に閾値Ith以上の第一の還流電流I1が流れると推定された場合、(1)から(5)の組み合わせが設定される()。
(1)組み合わせ:電池モジュール2a、2b、2c、2d
(2)組み合わせ:電池モジュール2a、2b、2c、2e
(3)組み合わせ:電池モジュール2a、2b、2d、2e
(4)組み合わせ:電池モジュール2a、2c、2d、2e
(5)組み合わせ:電池モジュール2b、2c、2d、2e
なお、閾値Ithは、電池モジュール2が劣化に至る大きさの還流電流であるか否かを判定するための閾値で、実験やシミュレーションにより求められ、記憶部に記憶されている。また、電池モジュール2が劣化に至る大きさの還流電流とは、例えば、電池B1、スイッチSW1、ヒューズF1、電池モジュール2内の配線、電池モジュール2それぞれを互いに接続する配線などが劣化に至るような大きさの還流電流である。
続いて、制御部は、設定した電池モジュール2の組み合わせごとに、組み合わせた電池モジュール2それぞれに流れる第二の還流電流I2を推定する。例えば、設定した組み合わせが上記(1)から(5)である場合、(1)から(5)の組み合わせごとに、組み合わせた電池モジュール2それぞれに対して第二の還流電流I2を推定する。なお、異常が発生した電池モジュール2は、上記設定した組み合わせから外されている。
続いて、制御部は、組み合わせた電池モジュール2それぞれに、閾値Ithより小さい第二の還流電流I2(Ith>I2)が流れるか否かを判定し、閾値Ithより小さい第二の還流電流I2が流れると推定される組み合わせが一つである場合、その一つの組み合わせを選択する。例えば、上記(1)から(5)のいずれか一つの組み合わせにおいて、すべての電池モジュール2に閾値Ithより小さい第二の還流電流I2が流れると推定された場合、この一つの組み合わせを選択する。 また、組み合わせた電池モジュール2それぞれに、閾値Ithより小さい第二の還流電流I2が流れると推定される組み合わせが複数ある場合、制御部は、複数の組み合わせの中から組み合わせた電池モジュール2の計測した電圧の合計(合計電圧)が最も大きい組み合わせを選択する。例えば、上記(1)から(5)の組み合わせのうち二つ以上の組み合わせにおいて、すべての電池モジュール2に閾値Ithより小さい第二の還流電流I2が流れると推定された場合、その二つ以上の組み合わせを選択する。その後、選択した二つ以上の組み合わせのうち電池モジュール2の合計電圧が最も大きい組み合わせを選択する。例えば、(1)と(5)が選択されている場合、(1)の電池モジュール2a、2b、2c、2dの合計電圧と、(5)の電池モジュール2b、2c、2d、2eの合計電圧とを算出し、合計電圧の大きい組み合わせを選択する。
最も大きい合計電圧の同じ組み合わせが複数ある場合には、例えば、第二の還流電流I2の合計電流が最も小さい組み合わせを選択することが考えられる。
選択した後、制御部は、選択した組み合わせに含まれる電池モジュール2それぞれのスイッチSW1を接続状態にする。
このようにすることで、並列接続された電池モジュール2に、電池モジュール2が劣化に至る大きな還流電流が流れないようにできる。
また、スイッチSW1が全遮断状態において、電池モジュール2のいずれかに閾値Ith以上の第一の還流電流I1が流れると推定される場合、すべての電池モジュール2の中から一つの電池モジュール2を除いた電池モジュール2の組み合わせを設定し、その設定した組み合わせ(並列接続する電池モジュール2の接続数が多い(容量が大きい)組み合わせ)から順に第二の還流電流I2を推定するため、従来のようにすべての電池モジュール2の組み合わせに対して第二の還流電流I2を推定しないので、第二の還流電流I2を推定する際の演算を少なくできる。また、演算が少なくなるので、制御部の消費電力も低減できる。
また、従来のように電池モジュール2間の電圧差を、電池モジュール2の放電により小さくしなくても、並列接続された電池モジュール2に、電池モジュール2が劣化に至る大きな還流電流が流れないようにできる。また、放電をしないため放電時間を必要としない。
また、閾値Ith以上の第一の還流電流I1が流れると推定される電池モジュール2がある場合、すべての電池モジュール2の中から一つの電池モジュール2を除いた電池モジュール2の組み合わせを設定し、設定した組み合わせにおいて電池モジュール2の合計電圧が最も大きい順に、組み合わせた電池モジュール2それぞれに流れる第二の還流電流I2を推定し、組み合わせた電池モジュールそれぞれに、閾値Ithより小さい第二の還流電流I2が流れると推定される組み合わせを選択してもよい。理由は、第二の還流電流I2を推定した後、合計電圧が最も大きい組み合わせを選択するよりも、合計電圧が大きい順に、組み合わせを選択し、第二の還流電流I2を推定した方が、演算を少なくできるからである。
なお、三つの電池モジュール2しか並列接続されていない場合、閾値Ithより小さい第二の還流電流I2が流れる組み合わせがないと推定されたときは、例えば、全遮断のままとする。
また、電池モジュール2が四つ以上並列接続されている場合、制御部は、閾値Ithより小さい第二の還流電流I2が流れる組み合わせがないと推定した場合、組み合わせた電池モジュール2の中から更に一つの電池モジュール2を除いた電池モジュール2の組み合わせを設定する。例えば、(1)から(5)すべての組み合わせにおいて電池モジュール2に閾値Ith以上の第二の還流電流I2が流れると推定された場合、(1′)から(10′)の組み合わせが設定される()。
(1′)組み合わせ:電池モジュール2a、2b、2c
(2′)組み合わせ:電池モジュール2a、2b、2d
(3′)組み合わせ:電池モジュール2a、2b、2e
(4′)組み合わせ:電池モジュール2a、2c、2d
(5′)組み合わせ:電池モジュール2a、2c、2e
(6′)組み合わせ:電池モジュール2a、2d、2e
(7′)組み合わせ:電池モジュール2b、2c、2d
(8′)組み合わせ:電池モジュール2b、2c、2e
(9′)組み合わせ:電池モジュール2b、2d、2e
(10′)組み合わせ:電池モジュール2c、2d、2e
設定した電池モジュール2の組み合わせごとに、組み合わせた電池モジュール2それぞれに流れる第三の還流電流I3を推定する。例えば、設定した組み合わせが上記(1′)から(10′)である場合、(1′)から(10′)の組み合わせごとに、組み合わせた電池モジュール2それぞれに対する第三の還流電流I3を推定する。
続いて、制御部は、閾値Ithより小さい第三の還流電流I3(Ith>I3)が流れるか否かを判定し、組み合わせた電池モジュール2それぞれに、閾値Ithより小さい第三の還流電流I3が流れると推定される組み合わせが一つである場合、その一つの組み合わせを選択する。また、組み合わせた電池モジュール2それぞれに、閾値Ithより小さい第三の還流電流I3が流れると推定される組み合わせが複数ある場合、制御部は、複数の組み合わせの中から組み合わせた電池モジュール2の合計電圧が最も大きい組み合わせを選択する。
最も大きい合計電圧の同じ組み合わせが複数ある場合には、例えば、第三の還流電流I3の合計電流が最も小さい組み合わせを選択することが考えられる。
選択した後、制御部は、選択した組み合わせに含まれる電池モジュール2それぞれのスイッチSW1を接続状態にする。
このようにすることで、並列接続された電池モジュール2に、電池モジュール2が劣化に至る大きな還流電流が流れないようにできる。
また、組み合わせた電池モジュール2のいずれかに閾値Ith以上の第二の還流電流I2が流れると推定される場合、組み合わせた電池モジュール2の中から一つの電池モジュール2を除いた電池モジュール2の組み合わせを設定し、その設定した組み合わせ(並列接続する電池モジュール2の接続数が多い(容量が大きい)組み合わせ)から順に第三の還流電流I3を推定するため、従来のようにすべての電池モジュール2の組み合わせに対して第三の還流電流I3を推定しないので、第三の還流電流I3を推定する際の演算を少なくできる。また、演算が少なくなるので、制御部の消費電力も低減できる。
また、従来のように電池モジュール2間の電圧差を、電池モジュール2の放電により小さくしなくても、並列接続された電池モジュール2に、電池モジュール2が劣化に至る大きな還流電流が流れないようにできる。また、放電をしないため放電時間を必要としない。
また、閾値Ithより小さい第二の還流電流I2が流れる組み合わせがないと推定した場合、組み合わせた電池モジュール2の中から一つの電池モジュール2を除いた電池モジュール2の組み合わせを設定し、設定した組み合わせにおいて電池モジュール2の合計電圧が最も大きい順に、組み合わせた電池モジュール2それぞれに流れる第三の還流電流I3を推定してもよい。理由は、第三の還流電流I3を推定した後、合計電圧が最も大きい組み合わせを選択するよりも、合計電圧が大きい順に、組み合わせを選択し、第三の還流電流I3を推定した方が、演算を少なくできるからである。
なお、四つの電池モジュール2しか並列接続されていない場合に、閾値Ithより小さい第三の還流電流I3が流れる組み合わせがないと推定されたときは、例えば、全遮断のままとする。
制御部の動作について説明する。
図2、図4、図5は、蓄電装置1の動作の一実施例を示す図である。また、図3は、還流電流の推定と組み合わせの設定を説明するための図である。
図2のステップS1において、制御部は、すべてのスイッチSW1が遮断状態(全遮断)であるか否かを判定する。スイッチSW1が全遮断である場合(S1:Yes)にはステップS2に移行し、スイッチSW1が全遮断でない場合(S1:No)にはステップS1で待機する。
ステップS2において、制御部は、異常がある電池モジュール2以外のすべての電池モジュール2に流れる第一の還流電流I1を推定する。例えば、制御部は、電池モジュール2のスイッチSW1がすべて遮断状態の場合、異常がある電池モジュール2以外のすべての電池モジュール2を接続したと仮定し、電池モジュール2それぞれに流れる第一の還流電流I1(I1a、I1b、I1c、I1d、I1e)を推定する。
すなわち、電池B1a、B1b、B1c、B1d、B1eそれぞれの計測した電圧VB1a、VB1b、VB1c、VB1d、VB1eと、電池B1a、B1b、B1c、B1d、B1eそれぞれの推定した内部抵抗RB1a、RB1b、RB1c、RB1d、RB1eとを用いて、第一の還流電流I1a、I1b、I1c、I1d、I1eを推定する。
図3のAは、すべての電池モジュール2に異常がなく(図3のAの「異常 あり/なし」の行を参照)、計測した電圧がVB1a=3.0[V]、VB1b=3.2[V]、VB1c=3.4[V]、VB1d=3.6[V]、VB1e=3.9[V](図3のAの「計測電圧」の行を参照)で、推定した内部抵抗RB1a、RB1b、RB1c、RB1d、RB1eがすべて0.01[Ω]の場合における、電池モジュール2ごとに推定した第一の還流電流I1a=−42[A]、I1b=−22[A]、I1c=−2[A]、I1d=18[A]、I1e=48[A](図3のAの「第一の還流電流」の行を参照)を示す表である。
一例として、第一の還流電流I1eを求める場合について式1を用いて説明する。
I1e=(Ve−(VBa_d))/(RBe+(RBa_d)) 式1
=(3.9−3.3)/(0.01+0.0025)
=0.6/0.0125
=48.0
VBa_d:VB1a、VB1b、VB1c、VB1dの平均電圧
RBa_d:RB1a、RB1b、RB1c、RB1dの合成抵抗
また、制御部は、異常が発生した電池モジュール2がある場合、異常が発生した電池モジュール2を第一の還流電流I1を推定する対象から外し、残りの他のすべての電池モジュール2に流れる第一の還流電流I1を算出する。
図3のBは、電池モジュール2dに異常があり(図3のBの「異常 あり/なし」の行を参照)、計測した電圧がVB1a=3.0[V]、VB1b=3.2[V]、VB1c=3.4[V]、VB1d=3.6[V]、VB1e=3.9[V](図3のBの「計測電圧[V]」の行を参照)で、推定した内部抵抗RB1a、RB1b、RB1c、RB1d、RB1eがすべて0.01[Ω]の場合における、電池モジュール2ごとの推定した第一の還流電流がI1a=−37.5[A]、I1b=−17.5[A]、I1c=2.5[A]、I1e=52.5[A](図3のBの「第一の還流電流」の行を参照)を示す表である。なお、第一の還流電流I1dは、電池モジュール2dに異常があるので算出していない。
一例として、第一の還流電流I1eを求める場合について式2を用いて説明する。
I1e=(Ve−(VBa_c))/(RBe+(RBa_c)) 式2
=(3.9−3.2)/(0.01+0.0033)
=0.7/0.0133
=52.5
VBa_c:VB1a、VB1b、VB1cの平均電圧
RBa_c:RB1a、RB1b、RB1cの合成抵抗
図3のCは、すべての電池モジュール2に異常がなく(図3のCの「異常 あり/なし」の行を参照)、計測した電圧がVB1a=3.0[V]、VB1b=3.0[V]、VB1c=3.0[V]、VB1d=3.0[V]、VB1e=3.65[V](図3のCの「計測電圧」の行を参照)で、推定した内部抵抗RB1a、RB1b、RB1c、RB1d、RB1eがすべて0.01[Ω]の場合における、電池モジュール2ごとの推定した第一の還流電流I1a=−13.0[A]、I1b=−13.0[A]、I1c=−13.0[A]、I1e=52.0[A](図3のCの「第一の還流電流」の行を参照)を示す表である。
一例として、第一の還流電流I1eを求める場合について式3を用いて説明する。
I1e=(Ve−(VBa_d))/(RBe+(RBa_d)) 式3
=(3.65−3.0)/(0.01+0.0025)
=0.65/0.0125
=52.0
VBa_d:VB1a、VB1b、VB1c、VB1dの平均電圧
RBa_d:RB1a、RB1b、RB1c、RB1dの合成抵抗
ステップS3において、制御部は、いずれかの電池モジュール2に閾値Ith以上の第一の還流電流I1が流れるか否かを判定し、閾値Ith以上の第一の還流電流I1が流れる場合(S3:Yes)にはステップS5に移行する。また、すべての電池モジュール2に閾値Ithより小さい第一の還流電流I1が流れる場合(S3:No)にはステップS4に移行する。
ステップS4において、制御部は、すべての電池モジュール2に閾値Ithより小さい第一の還流電流I1が流れるので、すべての電池モジュール2のスイッチSW1を全接続にする。
上記説明した図3のAでは、閾値Ith=|50|[A]である場合、電池モジュール2それぞれに流れる推定した第一の還流電流I1がI1a=−42[A]、I1b=−22[A]、I1c=−2[A]、I1d=18[A]、I1e=48[A](図3のAの「第一の還流電流」の行を参照)であるので、すべての第一の還流電流I1が閾値Ith=|50|[A]より小さいので、すべての電池モジュール2が劣化する虞がないため、すべての電池モジュール2のスイッチSW1を全接続にする。
ステップS5において、制御部は、いずれかの電池モジュール2に閾値Ith以上の第一の還流電流I1が流れると推定される電池モジュール2がある場合、すべての電池モジュール2の中から一つの電池モジュール2を除いた電池モジュール2の組み合わせを設定する。
上記説明した図3のBでは、閾値Ith=|50|[A]である場合、電池モジュール2eに流れる推定した第一の還流電流I1がI1e=52.5[A]なので、閾値Ith以上の第一の還流電流I1eが電池モジュール2eに流れるため、すべての電池モジュール2a、2b、2c、2eの中から一つの電池モジュール2を除いた(1″)から(4″)の組み合わせを設定する()。なお、図3のBでは、電池モジュール2dに異常があるので、(1″)から(4″)の組み合わせから外す。
(1″)組み合わせ:電池モジュール2a、2b、2c
(2″)組み合わせ:電池モジュール2a、2b、2e
(3″)組み合わせ:電池モジュール2a、2c、2e
(4″)組み合わせ:電池モジュール2b、2c、2e
また、上記説明した図3のCでは、閾値Ith=|50|[A]である場合、電池モジュール2eに流れる推定した第一の還流電流I1がI1e=52.0[A]なので、閾値Ith以上の第一の還流電流I1eが電池モジュール2eに流れるため、すべての電池モジュール2a、2b、2c、2d、2eの中から一つの電池モジュール2を除いた(1′″)から(5′″)の組み合わせを設定する()。
(1′″)組み合わせ:電池モジュール2a、2b、2c、2d
(2′″)組み合わせ:電池モジュール2a、2b、2c、2e
(3′″)組み合わせ:電池モジュール2a、2b、2d、2e
(4′″)組み合わせ:電池モジュール2a、2c、2d、2e
(5′″)組み合わせ:電池モジュール2b、2c、2d、2e
ステップS6において、制御部は、ステップS5で設定した電池モジュール2の組み合わせごとに、組み合わせた電池モジュール2それぞれに流れる第二の還流電流I2を推定する。
ステップS7において、制御部は、ステップS5で設定したすべての組み合わせにおいて、電池モジュール2それぞれに流れる第二の還流電流I2の推定を完了した場合(S7:Yes)にはステップS9に移行し、電池モジュール2それぞれに流れる第二の還流電流I2の推定を完了していない場合(S7:No)にはステップS8に移行する。
ステップS8において、制御部は、次の組み合わせを選択し、ステップS6に移行する。
例えば、ステップS6からS8では、制御部は(1′″)から(5′″)の組み合わせごとに、電池モジュール2それぞれに流れる第二の還流電流I2を推定する。
図3のDは、電池モジュール2が上記説明した図3のCと同じ状態で、電池モジュール2aを除いた場合に、第二の還流電流I2を推定した表である。すなわち、(5′″)の組み合わせの場合に第二の還流電流I2を推定した表である。推定した第二の還流電流I2はI2b=−16.25[A]、I1c=−16.25[A]、I1d=−16.25[A]、I1e=48.75[A](図3のDの「第二の還流電流」の行を参照)となる。
一例として、第二の還流電流I2eを求める場合について式4を用いて説明する。
I2e=(Ve−(VBb_d))/(RBe+(RBb_d)) 式4
=(3.65−3.0)/(0.01+0.0033)
=0.65/0.0133
=48.75
VBb_d:VB1b、VB1c、VB1dの平均電圧
RBb_d:RB1b、RB1c、RB1dの合成抵抗
なお、(1′″)の組み合わせの場合には、電池モジュール2aから2dの計測電圧がすべて3.0[V]なので、電池モジュール2間に第二の還流電流I2は流れない。また、(2′″)から(4′″)の組み合わせの場合には、電池モジュール2aから2dの計測電圧がすべて3.0[V]で、電池モジュール2eが3.65[V]なので、(5′″)と同じように、(2′″)から(4′″)の組み合わせにおいても電池モジュール2aから2dに流れる第二の還流電流I2aからI2dはすべて−16.25[A]と推定され、電池モジュール2eに流れる第二の還流電流I2eは48.75[A]と推定される。
ステップS9では、制御部は、組み合わせごとに、組み合わせた電池モジュール2に流れる第二の還流電流I2が、閾値Ithより小さい組み合わせがあるか否かを判定する。閾値Ithより小さい第二の還流電流I2が流れる組み合わせがある場合(S9:Yes)には図4のステップS10に移行する。なお、三つの電池モジュール2しか並列接続されていない場合には、閾値Ithより小さい第二の還流電流I2が流れる組み合わせがないと推定されたときは、例えば、全遮断のままとする。
また、閾値Ithより小さい第二の還流電流I2が流れる組み合わせがない場合(S9:No)には図5のステップS13に移行する。例えば、上記説明した(1′″)から(5′″)の組み合わせでは、閾値Ith=|50|[A]である場合、すべての組み合わせにおいて、電池モジュール2に流れる第二の還流電流I2は閾値Ithより小さいので、ステップS10に移行する。
また、電池モジュール2が四つ以上並列接続されている場合、図5のステップS13に移行してもよい。
図4のステップS10において、制御部は、ステップS9で判定した、組み合わせた電池モジュール2それぞれに流れる第二の還流電流I2が、閾値Ithより小さい組み合わせが、複数あるか否かを判定する。組み合わせが複数ある場合(S10:Yes)にはステップS11に移行する。例えば、上記説明したように図3のDの(1′″)から(5′″)の組み合わせでは、五つの組み合わせすべてにおいて、電池モジュール2に流れる第二の還流電流I2が閾値Ithより小さいため、複数の組み合わせを有しているので、ステップS11に移行する。また、組み合わせが複数ない場合(S10:No)、すなわち組み合わせが一つである場合にはステップS12に移行する。
ステップS11において、制御部は、複数の組み合わせの中から電池モジュール2の合計電圧が最も大きい組み合わせを選択する。例えば、上記(1′″)から(5′″)の組み合わせにおいて、合計電圧が最も大きい組み合わせは、上記(2′″)から(5′″)の組み合わせであるので、上記(2′″)から(5′″)の組み合わせのいずれか一つを選択する。
ステップS12において、制御部は、ステップS9、S10において選択した一つの組み合わせに含まれる電池モジュール2、又は、ステップS9、S11において選択した組み合わせに含まれる電池モジュール2のスイッチSW1を接続状態にする。
ステップS1からS12の処理を実行することで、並列接続された電池モジュール2に、電池モジュール2が劣化に至る大きな還流電流が流れないようにできる。
また、従来のように最初にすべての電池モジュール2に対してすべての組み合わせを算出してから第二の還流電流I2を推定しないので、第二の還流電流I2を推定する際の演算を少なくできる。また、演算が少なくなるので、制御部の消費電力も低減できる。
また、従来のように電池モジュール2間の電圧差を、電池モジュール2の放電により小さくしなくても、並列接続された電池モジュール2に、電池モジュール2が劣化に至る大きな還流電流が流れないようにできる。また、放電をしないため放電時間を必要としない。
図5のステップS13において、制御部は、ステップS9において、組み合わせたすべての電池モジュール2に閾値Ith以上の第二の還流電流I2が流れると推定される場合、組み合わせた電池モジュール2の中から一つの電池モジュール2を除いた電池モジュール2の組み合わせを設定する。
ステップS14において、制御部は、ステップS13で設定した電池モジュール2の組み合わせごとに、組み合わせた電池モジュール2それぞれに流れる第三の還流電流I3を推定する。
ステップS15において、制御部は、ステップS13で設定したすべての組み合わせにおいて、電池モジュール2それぞれに流れる第三の還流電流I3の推定を完了した場合(S15:Yes)にはステップS17に移行し、電池モジュール2それぞれに流れる第二の還流電流I2の推定を完了していない場合(S15:No)にはステップS16に移行する。
ステップS16において、制御部は、次の組み合わせを選択し、ステップS14に移行する。
ステップS14からS16では、制御部はステップS13で設定した組み合わせごとに、電池モジュール2それぞれに流れる第三の還流電流I3を推定する。
ステップS17では、制御部は、組み合わせごとに、組み合わせた電池モジュール2に流れる第三の還流電流I3が、閾値Ithより小さい組み合わせがあるか否かを判定する。閾値Ithより小さい第三の還流電流I3が流れる組み合わせがある場合(S17:Yes)にはステップS18に移行する。また、閾値Ithより小さい第三の還流電流I3が流れる組み合わせがない場合(S17:No)にはステップS21に移行する。
ステップS18において、制御部は、ステップS17で判定した、組み合わせた電池モジュール2それぞれに流れる第三の還流電流I3が、閾値Ithより小さい組み合わせが、複数あるか否かを判定する。組み合わせが複数ある場合(S18:Yes)にはステップS19に移行する。また、組み合わせが複数ない場合(S18:No)、すなわち組み合わせが一つである場合にはステップS20に移行する。
ステップS19において、制御部は、複数の組み合わせの中から電池モジュール2の合計電圧が最も大きい組み合わせを選択する。
ステップS20において、制御部は、ステップS17、S18において選択した一つの組み合わせに含まれる電池モジュール2、又は、ステップS17、S19において選択した組み合わせに含まれる電池モジュール2のスイッチSW1を接続状態にする。
ステップS21において、制御部は、ステップS17において、閾値Ithより小さい第三の還流電流I3が流れる組み合わせがないと推定された場合、例えば、全遮断のままとする。又は、閾値Ith以上となる第三の還流電流I3が最も小さい組み合わせを選択し、選択した組み合わせに含まれる電池モジュール2それぞれのスイッチSW1を接続状態にすることが考えられる。
ステップS13からS21の処理を実行することで、並列接続された電池モジュール2に、電池モジュール2が劣化に至る大きな還流電流が流れないようにできる。
また、最初にすべての電池モジュール2に対してすべての組み合わせを算出してから第三の還流電流I3を推定しないので、第三の還流電流I3を推定する際の演算を少なくできる。また、演算が少なくなるので、制御部の消費電力も低減できる。
また、従来のように電池モジュール2間の電圧差を、電池モジュール2の放電により小さくしなくても、並列接続された電池モジュール2に、電池モジュール2が劣化に至る大きな還流電流が流れないようにできる。また、放電をしないため放電時間を必要としない。
また、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
1 蓄電装置
2 電池モジュール
2a、2b、2c、2d、2e 電池モジュール
3 監視回路
3a、3b、3c、3d、3e 監視回路
4 電流計
4a、4b、4c、4d、4e 電流計
5 制御回路
6 コネクタ
B1 電池
B1a、B1b、B1c、B1d、B1e 電池
F1 ヒューズ
F1a、F1b、F1c、F1d、F1e ヒューズ
SW1 スイッチ
SW1a、SW1b、SW1c、SW1d、SW1e スイッチ
SW2 スイッチ

Claims (6)

  1. 電池と接続部が直列接続された電池モジュールが三つ以上並列接続され、前記接続部の接続と遮断とを制御する制御部を有する蓄電装置であって、
    前記制御部は、
    前記電池モジュールの前記接続部がすべて遮断状態である場合、すべての前記電池モジュールを接続したと仮定し、すべての前記電池モジュールそれぞれに流れる第一の還流電流を推定し、
    閾値以上の前記第一の還流電流が流れると推定される電池モジュールがある場合、すべての前記電池モジュールの中から一つの電池モジュールを除いた電池モジュールの組み合わせを設定し、設定した組み合わせごとに、組み合わせた前記電池モジュールそれぞれに流れる第二の還流電流を推定し、
    組み合わせた前記電池モジュールそれぞれに、前記閾値より小さい前記第二の還流電流が流れると推定される組み合わせが複数ある場合、複数の組み合わせの中から組み合わせた前記電池モジュールの合計電圧が最も大きい組み合わせを選択する、
    ことを特徴とする蓄電装置。
  2. 請求項1に記載の蓄電装置であって、
    前記制御部は、
    異常が発生した電池モジュールを、還流電流を推定する対象から外す、
    ことを特徴とする蓄電装置。
  3. 請求項1又は2に記載の蓄電装置であって、
    前記制御部は、
    組み合わせた前記電池モジュールそれぞれに、前記閾値より小さい前記第二の還流電流が流れると推定される組み合わせが一つである場合、一つの組み合わせを選択する、
    ことを特徴とする蓄電装置。
  4. 請求項1から3のいずれか一つに記載の蓄電装置であって、
    前記電池モジュールが四つ以上並列接続されている場合、
    前記制御部は、
    前記閾値より小さい前記第二の還流電流が流れる組み合わせがないと推定した場合、組み合わせた前記電池モジュールの中から一つの電池モジュールを除いた電池モジュールの組み合わせを設定し、設定した組み合わせごとに、組み合わせた前記電池モジュールそれぞれに流れる第三の還流電流を推定する、
    ことを特徴とする蓄電装置。
  5. 電池と接続部が直列接続された電池モジュールが三つ以上並列接続され、前記接続部の接続と遮断とを制御する制御部を有する蓄電装置であって、
    前記制御部は、
    前記電池モジュールの前記接続部がすべて遮断状態の場合、すべての前記電池モジュールを接続したと仮定し、すべての前記電池モジュールそれぞれに流れる第一の還流電流を推定し、
    閾値以上の前記第一の還流電流が流れると推定される電池モジュールがある場合、すべての前記電池モジュールの中から一つの電池モジュールを除いた電池モジュールの組み合わせを設定し、設定した組み合わせにおいて前記電池モジュールの合計電圧が最も大きい順に、組み合わせた前記電池モジュールそれぞれに流れる第二の還流電流を推定し、
    組み合わせた前記電池モジュールそれぞれに、前記閾値より小さい前記第二の還流電流が流れると推定される組み合わせを選択する、
    ことを特徴とする蓄電装置。
  6. 請求項5に記載の蓄電装置であって、
    前記電池モジュールが四つ以上並列接続されている場合、
    前記制御部は、
    前記閾値より小さい前記第二の還流電流が流れる組み合わせがないと推定した場合、組み合わせた前記電池モジュールの中から一つの電池モジュールを除いた電池モジュールの組み合わせを設定し、設定した組み合わせにおいて前記電池モジュールの合計電圧が最も大きい順に、組み合わせた前記電池モジュールそれぞれに流れる第三の還流電流を推定する、
    ことを特徴とする蓄電装置。
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