JP2019009909A - 蓄電装置 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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(5C4)。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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