JP2019017215A - Power storage device and equalization method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の電池ユニットからなる組電池を有する蓄電装置及びその蓄電装置の均等化方法に関する。 The present invention relates to a power storage device having an assembled battery composed of a plurality of battery units and a method for equalizing the power storage devices.
従来より、蓄電装置を構成する電池セルの電圧または貯蔵されている電力量を均等化させる技術が知られている。 Conventionally, a technique for equalizing the voltage of a battery cell constituting a power storage device or the amount of stored electric power is known.
例えば、特許文献1の電池均等化装置では、スタック単位又はスタック内の電池単位で、電圧の高いものを放電させ、その放電電力を電圧の低いもの充電させることで、組電池内の各電池セルの電圧を揃えるようにしている。
For example, in the battery equalization apparatus of
また、特許文献2の電池均等化装置では、1つ以上の電池セルから放電された電力を他の電池セルに充電させる第1均等化制御と、選択した電池セルの電力を放電消費させる第2均等化制御とを選択動作させる技術が開示されている。 Moreover, in the battery equalization apparatus of patent document 2, the 1st equalization control which charges the electric power discharged from one or more battery cells to the other battery cell, and the 2nd which discharges and consumes the electric power of the selected battery cell. A technique for selectively operating equalization control is disclosed.
しかしながら、特許文献1及び2のような従来技術では、電池セル間で電荷を移す過程において、電力損失が発生するという問題がある。具体的に、電池セルの放電過程において放電用の回路等による電力損失が発生するとともに、電池セルの充電過程においても充電用の回路等による電力損失が発生する。電池セル間の均等化の精度を高める方法として、電池セル間で電荷を移動させる頻度を高めることが考えられるが、そうすると、その分電力損失が増加するという問題がある。
However, the conventional techniques such as
また、従来技術のように、電池セル間で電荷を移す場合において、電力損失の増加を抑制する観点に基づくと、電池セル及びスタック間の電荷移動に係る充放電電流をできるだけ小さくすることが望ましいが、そうすると電池の均等化に時間がかかるという問題がある。 In addition, when transferring charges between battery cells as in the prior art, it is desirable to reduce the charge / discharge current related to charge transfer between the battery cells and the stack as much as possible based on the viewpoint of suppressing an increase in power loss. However, there is a problem that it takes time to equalize the batteries.
また、特許文献2のように、電圧の高い電池セルの電力を放電消費させることも考えられるが、消費させる分の電力損失が発生するとともに、電力消費に伴って発生する熱を冷却するのが大変だという問題がある。 In addition, as in Patent Document 2, it is conceivable to discharge and consume the power of a battery cell having a high voltage. However, power loss is caused by consumption, and heat generated with power consumption is cooled. There is a problem that it is serious.
上記問題に鑑み、本発明は、蓄電装置の均等化を効率よく実現することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to efficiently realize equalization of power storage devices.
本発明の第1態様に係る蓄電装置は、2つの端子間に直列接続された複数の電池ユニットからなる組電池と、前記各電池ユニットの電圧を測定する電圧測定手段と、前記各電池ユニットに並列接続された追加放電手段と、前記組電池の放電時に、前記複数の電池ユニットのうちの少なくとも1つの電池ユニットが所定の基準電圧まで放電したときに、前記追加放電手段を制御して当該基準電圧よりも電圧の高い電池ユニットを追加放電させる制御手段と、前記追加放電手段と前記端子との間に設けられ、前記追加放電された追加放電電力を前記端子に供給する回生手段とを備えている、ことを特徴とする。 The power storage device according to the first aspect of the present invention includes an assembled battery including a plurality of battery units connected in series between two terminals, voltage measuring means for measuring the voltage of each battery unit, and each battery unit. When the additional discharge means connected in parallel and at least one battery unit among the plurality of battery units is discharged to a predetermined reference voltage when discharging the assembled battery, the additional discharge means is controlled to control the reference Control means for additionally discharging a battery unit having a voltage higher than the voltage, and regenerative means provided between the additional discharge means and the terminal and supplying the additional discharged additional discharge power to the terminal. It is characterized by that.
ここで、「電池ユニット」には、単一の電池セルと、複数の電池セルを直列、並列または直並列に接続して構成されたスタックとが含まれる。 Here, the “battery unit” includes a single battery cell and a stack configured by connecting a plurality of battery cells in series, parallel, or series-parallel.
本態様によると、基準電圧よりも電圧の高い電池ユニットを追加放電させ、端子を介してその追加放電電力を外部に供給するようにしている。すなわち、組電池からの放電電力に追加する(サポートする)ように追加放電電力を出力させるようにしている。これにより、電池ユニット間で電荷を移動させて蓄電装置を均等化させる場合より、効率のよい均等化動作を実現することができる。 According to this aspect, the battery unit having a voltage higher than the reference voltage is additionally discharged, and the additional discharge power is supplied to the outside through the terminal. That is, the additional discharge power is output so as to be added (supported) to the discharge power from the assembled battery. Thereby, an efficient equalization operation can be realized as compared with the case where the power storage devices are equalized by moving the charge between the battery units.
また、追加放電電力は、例えば、蓄電装置の端子に外部負荷が接続された場合には、その外部負荷に供給される供給電流に付加されるものである。そうすると、電池ユニット間で電荷を移動させる場合と比較して、大きな電流を流すようにすることができる。したがって、均等化動作(均等化処理)の収束速度を速めることができる。また、追加放電電力が端子から外部に出力されるため、追加放電電力を放電消費させる場合のような放熱対策も不要である。 Further, for example, when an external load is connected to the terminal of the power storage device, the additional discharge power is added to the supply current supplied to the external load. As a result, it is possible to cause a larger current to flow as compared with the case of moving the charge between the battery units. Therefore, the convergence speed of the equalization operation (equalization process) can be increased. Further, since the additional discharge power is output from the terminal to the outside, it is not necessary to take a heat dissipation measure as in the case of discharging the additional discharge power.
さらに、本態様では、追加放電手段で放電させた電力を他の電池ユニットに充電させるような回路が不要なので、特許文献1,2のような技術と比較して簡単な回路構成で実現することができるメリットがある。
Furthermore, in this aspect, since a circuit for charging the electric power discharged by the additional discharging means to other battery units is unnecessary, it is realized with a simple circuit configuration as compared with the techniques such as
前記制御手段は、前記基準電圧よりも電圧の高い電池ユニットについて、当該基準電圧との差に応じた電力量で放電させるようにしてもよい。具体的には、例えば、基準電圧との差が大きい電池ユニットの放電量を、基準電圧との差が小さい電池ユニットよりも大きくなるように設定する。 The control means may discharge a battery unit having a voltage higher than the reference voltage with an electric energy corresponding to a difference from the reference voltage. Specifically, for example, the discharge amount of the battery unit having a large difference from the reference voltage is set to be larger than that of the battery unit having a small difference from the reference voltage.
これにより、蓄電装置の均等化の速度を速めることができる。 Thereby, the speed of equalization of the power storage devices can be increased.
本発明に係る蓄電装置は、電池ユニット間で電荷を移動させるような蓄電装置の均等化手段と比較して、簡単な回路でかつ効率のよい均等化動作を実現することができる。 The power storage device according to the present invention can realize an efficient equalization operation with a simple circuit, as compared with a power storage device equalization unit that moves charges between battery units.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following description of the preferred embodiments is merely exemplary in nature and is in no way intended to limit the invention, its application, or its application.
<蓄電装置の構成>
本実施形態に係る蓄電装置1は、2つの端子Pの間に接続された組電池2を備えている。組電池2は、直列に接続された複数の電池ユニットEによって構成されている。組電池2には、家庭用、産業用、各種機器の駆動用等、種々の外部負荷8が接続され得る。なお、電池ユニットEは、単一の電池セルであってもよいし、複数の電池セルからなるスタックであってもよい。スタックは、例えば、直列接続された複数の電池セルによって構成される。電池セルは、例えば、リチウムイオン電池であり、満充電状態における電池電圧が所定の値に設定されている。なお、電池セルの種別、電池電圧は、上記の例に限定されず、蓄電装置1に求められるスペック等に応じて、任意に選択及び設定することができる。
<Configuration of power storage device>
The
蓄電装置1は、各電池ユニットEの電圧を測定する電圧測定手段3と、組電池2の放電時に所定の条件を満たす電池ユニットEを追加放電させる追加放電手段4と、追加放電手段4で追加放電された追加放電電力を回生させる回生手段6と、制御手段としてのコントローラ5とをさらに備えている。
The
電圧測定手段3は、電池ユニットEの電圧を測定し、電圧測定信号MVとしてコントローラ5に出力する。電圧測定手段3は、例えば、電池ユニットEの両端子間に接続された電圧計31であり、その電圧計31からパルス状の電圧測定信号MVが出力される。なお、このパルス信号の位相は、図1の回路例では互いに同じになるように設定する必要はないが、図2の回路例では互いに同じになるように設定されている。
The voltage measuring means 3 measures the voltage of the battery unit E and outputs it to the
追加放電手段4は、電池ユニットEに対して並列に設けられており、コントローラ5からの追加放電制御信号CSに基づいて、電池ユニットEを追加放電させる機能を有する。より具体的には、組電池2から外部負荷8に電力が供給される場合、各電池ユニットEは放電されるが、追加放電手段4は、組電池2としての放電に加えて、電池ユニットEに追加の放電をさせるための機能を有する。
The additional discharge means 4 is provided in parallel with the battery unit E, and has a function of additionally discharging the battery unit E based on the additional discharge control signal CS from the
回生手段6は、追加放電手段4から出力された追加放電電力を受け、その追加放電電力を組電池2の放電経路に配置された端子Pに追加供給する機能を有する。例えば、回生手段6は、組電池2の2つの端子Pの間に、組電池2と並列に接続される。また、回生手段6に、昇圧機能が追加されてもよい。追加放電電力の電圧が組電池の電圧よりも低い場合に有用である。
The
コントローラ5は、蓄電装置1の動作を制御する機能を有し、本実施形態に係る蓄電装置1の均等化方法を使用するように構成されている。コントローラ5は、例えば、マイクロコンピュータで構成されている。具体的に、コントローラ5は、電圧測定手段3から出力された電圧測定信号MVに基づいて各電池ユニットEの電圧状態を把握する。そして、組電池2の放電時に、追加放電制御信号CSを介して追加放電手段4を制御し、所定の条件を満たす電池ユニットEを追加放電させる。
The
図1及び図2には、本実施形態に係る蓄電装置1の概略構成を示すブロック図を例示している。図1には、追加放電手段4にトランスTを用いた回路を採用した例を示している。図2には、追加放電手段4をトランスレスの回路で実現した例を示している。なお、図1及び図2は、発明の理解を容易にするために例示しているものであり、図1及び図2の構成に限定されるものではない。
1 and 2 illustrate block diagrams illustrating a schematic configuration of the
また、以下の説明では、電池ユニットEが複数の電池セルが直列接続されたスタックからなるものとして説明する。すなわち、N個のスタックが直列接続されて組電池2が構成されている例について説明する。なお、説明の便宜上、図1、図2及び後述する図5において、電池ユニットEは、図面上側から下側に向って順番にE1,E2,…,ENと記載し、その記号を用いて説明するものとする。ただし、特定の電池ユニットを指すものでない場合に、単に電池ユニットEと記載する場合がある。 Moreover, in the following description, the battery unit E is demonstrated as what consists of a stack in which the some battery cell was connected in series. That is, an example in which the assembled battery 2 is configured by connecting N stacks in series will be described. For convenience of explanation, in FIGS. 1 and 2 and FIG. 5 to be described later, the battery unit E is described as E1, E2,..., EN sequentially from the upper side to the lower side of the drawing, and is described using the symbols. It shall be. However, when it does not indicate a specific battery unit, it may be simply referred to as battery unit E.
図1、図2では、電池ユニットEと同じ数の電圧測定手段3及び追加放電手段4を設けており、それぞれ、各電池ユニットEに並列に接続されている例を示している。本構成は、コントローラ5による処理を簡略化する観点に基づいている。なお、回路面積やコスト削減の観点から、図1、図2よりも電圧測定手段3や追加放電手段4の数を減らして、これらを複数の電池ユニットEで共用化するようにしてもよい。具体的には、例えば、複数の電池ユニットEをグループ化し、そのグループ毎に複数の電池ユニットEの中から選択された電池ユニットEの電圧を出力するセレクタ(図示省略)を設ける。そして、そのセレクタから出力された電圧を電圧測定手段3で測定するようにするとよい。追加放電手段4においても、同様であり、上記グループの中から選択された電池ユニットEと追加放電手段4とを接続するセレクタ(図示省略)を設け、追加放電手段4がセレクタで選択された電池ユニットEを追加放電させるようにするとよい。
In FIG. 1 and FIG. 2, the same number of voltage measuring means 3 and additional discharging
図1において、追加放電手段4は、電池ユニットEの両端子間に、トランスTの一次巻線とスイッチング素子Trが直列に接続されている。スイッチング素子Trは、例えば、MOSFET(Metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)であり、そのゲートには、コントローラ5から出力された追加放電制御信号CSが与えられる。本構成において、追加放電制御信号CSは、例えば、「High」、「Low」及び「フローティング」のスリーステートの制御信号である。コントローラ5は、追加放電させない追加放電手段4に供給される追加放電制御信号CSをフローティング状態にする一方、追加放電させる追加放電手段4にパルス状の追加放電制御信号CSを与える。そして、トランスTの二次巻線は、回生手段6に接続されている。なお、図1の構成では、追加放電手段4のトランスTの巻線比を変えることにより、追加放電手段4に対して、電池ユニットEの電圧を組電池2の電圧まで昇圧させる昇圧手段としての機能を含めることができる。また、図1では、回生手段6が、複数のダイオードD11,D12と複数のコンデンサC11,C12との組み合わせ回路により実現されている例を示している。
In FIG. 1, the additional discharge means 4 has a primary winding of a transformer T and a switching element Tr connected in series between both terminals of the battery unit E. The switching element Tr is, for example, a MOSFET (Metal-oxide-semiconductor field-effect transistor), and an additional discharge control signal CS output from the
図2において、追加放電手段4は、電池ユニットEの両端子間に、NPNトランジスタTr21とPNPトランジスタTr22とが直列に接続されている。また、両トランジスタTr21,Tr22のベースに対して、入力コンデンサC21を介して追加放電制御信号CSが与えられるようにしている。本構成においても、追加放電制御信号CSは、例えば、「High」、「Low」及び「フローティング」のスリーステートの制御信号である。コントローラ5は、追加放電させない追加放電手段4に供給される追加放電制御信号CSをフローティング状態にする一方、追加放電させる追加放電手段4にパルス状の追加放電制御信号CSを与える。さらに、両トランジスタTr21,Tr22のベース同士が互いに接続され、その接続ノードが抵抗R21を介して両トランジスタTr21,Tr22のエミッタ間を接続するノードに接続されている。さらに、両トランジスタTr21,Tr22のエミッタ間を接続する中間ノードが出力トランジスタC22を介して回生手段6に接続されている。
In FIG. 2, in the additional discharge means 4, an NPN transistor Tr 21 and a PNP transistor Tr 22 are connected in series between both terminals of the battery unit E. Further, an additional discharge control signal CS is supplied to the bases of the transistors Tr 21 and Tr 22 via the input capacitor C 21 . Also in this configuration, the additional discharge control signal CS is a three-state control signal of, for example, “High”, “Low”, and “Floating”. The
図2において、回生手段6は、コッククロフト・ウォルトン回路またはそれと同様の多段整流回路によって構成するとよい。図2では、回生手段6を、コッククロフト・ウォルトン回路で実現した例を示しており、その段数は、上記追加放電電力の電圧と、組電池2の両端間の電圧との差分に基づいて決定するとよい。すなわち、図2の回生手段6には、追加放電手段4から出力された追加放電電力の電圧を組電池2の電圧まで昇圧させる昇圧手段としての機能が含まれている。 In FIG. 2, the regeneration means 6 may be constituted by a Cockcroft-Walton circuit or a multistage rectifier circuit similar thereto. FIG. 2 shows an example in which the regeneration means 6 is realized by a Cockcroft-Walton circuit, and the number of stages is determined based on the difference between the voltage of the additional discharge power and the voltage between both ends of the assembled battery 2. Good. That is, the regeneration means 6 of FIG. 2 includes a function as a boosting means for boosting the voltage of the additional discharge power output from the additional discharge means 4 to the voltage of the assembled battery 2.
<蓄電装置の均等化制御>
以下において、本実施形態に係る均等化方法を用いた蓄電装置1の均等化制御について詳細に説明する。なお、以下において、特に明記しない場合における制御主体はコントローラ5であるものとする。また、説明の便宜上、図5(a)に示すように、組電池2を構成するN個の電池ユニットE1,E2,…,ENが、ほぼ均等化された充電状態(例えば、60%程度)から動作がスタートするものとして説明する。ここで、図5及び以下の説明等において、発明の理解を容易にするために、各電池ユニットE間の充電状態の差や、充電状態の変化等に関し、実際よりも誇張して記載している場合がある。
<Equalization control of power storage device>
Hereinafter, the equalization control of the
まず、ステップS1において、電圧測定信号MVに基づいて、満充電状態にある電池ユニットの有無が判定され、満充電状態の電池ユニットがない場合(S1でNO)、図示しない外部電源(例えば、太陽電池等の分散型電源や商用電源系統)から組電池2に対して充電を開始する(S2)。そうすると、すべての電池ユニットEが同時に充電され、絶対蓄電可能量の小さい電池ユニットEから満充電状態になる。図5(b)の例では、電池ユニットE1が最初に満充電状態になっている。このとき、絶対蓄電可能量の小さい電池ユニットE(例えば、図5(b)におけるE1)も、絶対蓄電可能量の大きい電池ユニットE(例えば、図5(b)におけるE2)も絶対蓄電量はほぼ同じであるとみなすことができる。ここで、絶対蓄電量とは、各時点において電池ユニットから取り出せる電荷の最大量または最大の電気エネルギー量を指すものとする。また、絶対蓄電可能量とは、電池ユニットに蓄電可能な電荷の最大量を指すものとする。 First, in step S1, the presence or absence of a fully charged battery unit is determined based on the voltage measurement signal MV. If there is no fully charged battery unit (NO in S1), an external power source (not shown) (for example, solar Charging the assembled battery 2 is started from a distributed power source such as a battery or a commercial power source system (S2). If it does so, all the battery units E will be charged simultaneously, and it will be in a full charge state from the battery unit E with a small absolute accumulative amount. In the example of FIG. 5B, the battery unit E1 is first fully charged. At this time, both the battery unit E (for example, E1 in FIG. 5 (b)) having a small absolute chargeable amount and the battery unit E (for example, E2 in FIG. 5 (b)) having a large absolute chargeable amount have the absolute charged amount. It can be regarded as almost the same. Here, the absolute power storage amount indicates the maximum amount of electric charge or the maximum amount of electric energy that can be taken out from the battery unit at each time point. The absolute chargeable amount refers to the maximum amount of charge that can be stored in the battery unit.
そして、満充電になった電池ユニットE1が検知されると(S3でYES)、その検知結果に基づいて組電池2の充電、すなわち、すべての電池ユニットE1の充電が停止され,待機状態となる(S4)。なお、図5(b)では、電池ユニットE1のみが満充電になっている例を示しているが、N個の電池ユニットEのうちの複数の電池ユニットEがほぼ同時に満充電状態になる場合があり、その場合においてもその満充電状態が検知されたことに基づいて、組電池2の充電が停止され、待機状態となる。満充電状態は、例えば、コントローラ5が電圧測定手段3からの電圧測定信号MVに基づいて判断する。
When the fully charged battery unit E1 is detected (YES in S3), charging of the assembled battery 2, that is, charging of all the battery units E1 is stopped based on the detection result, and a standby state is entered. (S4). 5B shows an example in which only the battery unit E1 is fully charged, but a plurality of battery units E out of the N battery units E are fully charged almost simultaneously. Even in such a case, charging of the assembled battery 2 is stopped based on the detection of the fully charged state, and the standby state is entered. The fully charged state is determined by the
ステップS5では、組電池2から外部負荷8に対して通常放電が行われる。通常放電とは、組電池2の放電電力のみが外部負荷8に供給されている状態を指すものとする。換言すると、通常放電では、追加放電手段4による追加放電がされておらず、外部負荷8には、回生手段6からの追加放電電力が供給されていない。すなわち、ステップS1からステップS5までの間、追加放電制御信号CSは、フローティング状態に設定されている。
In step S <b> 5, normal discharge is performed from the assembled battery 2 to the
ステップS6において、所定の基準電圧Vt1まで低下した電池ユニットEが検知されると(S6でYES)、フローはS7(図4のステップS71)の均等化処理に進む。図5(c)の例では、電池ユニットE2が所定の基準電圧Vt1まで低下している。 In step S6, when battery unit E that has decreased to a predetermined reference voltage Vt1 is detected (YES in S6), the flow proceeds to equalization processing in S7 (step S71 in FIG. 4). In the example of FIG. 5C, the battery unit E2 is lowered to a predetermined reference voltage Vt1.
−均等化処理−
均等化処理(均等化ステップ)では、コントローラ5は、絶対蓄電量が大きい電池ユニットEに対して追加放電をさせ、その追加放電電力を外部負荷8に回生させる。これにより、外部負荷8に対して、組電池2からの放電電力に加えて、絶対蓄電量が大きい電池ユニットEからの回生電力が供給されることになる。ここで、所定の基準電圧Vt1は、電池ユニットEや組電池2の特性等に基づいて任意に設定することができ、例えば、コントローラ5に付設または内蔵された記憶部(図示省略)にあらかじめ格納されている。また、記憶部に記憶された所定の基準電圧Vt1は、外部から記録、書き換えができるようになっていてもよい。より具体的には、所定の基準電圧Vt1は、例えば、電池ユニットEの放電終止電圧Vfに対して、均等化動作に必要な電圧マージンVm(以下、単に電圧マージンVmという)を加えた電圧である。電圧マージンVmは、例えば、組電池2の放電速度に対する各電池ユニットEの追加放電速度に基づいて設定されるのが望ましい。例えば、電圧マージンVmは、最初に所定の基準電圧Vt1に到達した電池ユニットEが放電終止電圧Vfに至るまでの間に、電池ユニットE間の均等化処理が終わるような電圧に設定されるのが望ましい。
-Equalization processing-
In the equalization process (equalization step), the
以下において、図4及び図5を参照しつつ、均等化処理についてより具体的に説明する。 Hereinafter, the equalization process will be described more specifically with reference to FIGS. 4 and 5.
図4のステップS71において、コントローラ5は、電圧測定信号VMに基づいて、絶対蓄電量が大きい電池ユニットE(以下、放電対象ユニットEという)を特定する。例えば、図5(c)では、電池ユニットE2の電圧が所定の基準電圧Vt1まで低下している状態を示しており、この場合、電池ユニットE1,E3,…,及びENを放電対象ユニットEとして特定する。
In step S71 of FIG. 4, the
そして、コントローラ5は、放電対象ユニットEに並設された追加放電手段4に追加放電を指示する追加放電制御信号CS(例えば、パルス信号)を出力し、放電対象ユニットEを追加放電させる。放電対象ユニットEの追加放電電力は、回生手段6及び端子Pを介して、外部負荷8に追加供給される。このとき、組電池2からの通常放電電力は、回生手段6から追加供給された追加放電電力分だけ減少する。
And the
なお、放電対象ユニットEが複数ある場合における各放電対象ユニットEの追加放電方法は特に限定されない。例えば、処理を単純化する観点から、すべての放電対象ユニットEに対して、同時にかつ同じ放電量の追加放電をさせるようにし、所定の基準電圧Vt1になった電池ユニットE(図5(c)の例ではE2)と同じ電圧になった放電対象ユニットEから順次追加放電をやめさせるようにしてもよい。また、例えば、放電対象ユニットE間の絶対蓄電量の差に着目し、これをできる限り早期に縮小させる観点から、放電対象ユニットEの絶対蓄電量の大きさに応じた放電量やタイミングで各放電対象ユニットEを放電させるようにしてもよい。また、例えば、図5(c)に示すように、上記所定の電圧と異なる別の基準電圧Vt2(Vt2>Vt1)を設定し、その基準電圧Vt2を超えている放電対象ユニットE(図5(c)の例ではE1)を先に放電させ、基準電圧Vt2を超えている放電対象ユニットEの放電がある程度進んでから、他の放電対象ユニットE(図5(c)の例ではE3,EN)を放電させるというように、多段階の放電を行うようにしてもよい。 In addition, the additional discharge method of each discharge target unit E when there are a plurality of discharge target units E is not particularly limited. For example, from the viewpoint of simplifying the processing, all the discharge target units E are subjected to additional discharge of the same discharge amount at the same time, and the battery unit E having a predetermined reference voltage Vt1 (FIG. 5C) In this example, the additional discharge may be stopped sequentially from the discharge target unit E having the same voltage as E2). Further, for example, paying attention to the difference in the absolute power storage amount between the discharge target units E, and from the viewpoint of reducing this as early as possible, each discharge amount and timing according to the magnitude of the absolute power storage amount of the discharge target unit E The discharge target unit E may be discharged. For example, as shown in FIG. 5 (c), another reference voltage Vt2 (Vt2> Vt1) different from the predetermined voltage is set, and the discharge target unit E (FIG. In the example of c), E1) is discharged first, and after the discharge of the discharge target unit E exceeding the reference voltage Vt2 has progressed to some extent, the other discharge target units E (E3, EN in the example of FIG. 5C) ) May be discharged in a multistage manner.
その後、電池ユニットE1,E2,…,EN間の電池容量が均等化された状態で(S72でYES)、放電終止電圧に到達した電池ユニットEがない場合(S74でNO)、放電対象ユニットEの追加放電が停止され、いずれかの電池ユニットEが放電終止電圧Vfに到達するまで、通常放電が実施される(S73)。そして、ステップS73の通常放電において、いずれかの電池ユニットEが放電終止電圧Vfに到達すると、コントローラ5は、組電池2の放電を停止させ、処理は終了する。
Thereafter, when the battery capacities between the battery units E1, E2,..., EN are equalized (YES in S72) and no battery unit E has reached the discharge end voltage (NO in S74), the discharge target unit E The additional discharge is stopped, and normal discharge is performed until any one of the battery units E reaches the discharge end voltage Vf (S73). In the normal discharge in step S73, when any one of the battery units E reaches the discharge end voltage Vf, the
ステップS71に戻り、追加放電を開始した後に、いずれかの電池ユニットEが放電終止電圧Vfに到達した場合には(S76でYES)、コントローラ5は、放電対象ユニットEの追加放電及び組電池2の放電を停止させ、処理は終了する。
After returning to step S71 and starting additional discharge, if any battery unit E reaches the discharge end voltage Vf (YES in S76), the
以上のように、本実施形態によると、組電池2が通常放電している際に、組電池2内の電池ユニットEの少なくとも1つが所定の基準電圧Vt1まで放電した場合に、コントローラ5が追加放電手段4を制御して、電池の絶対蓄電量が大きい電池ユニットEを追加放電させるようにしている。さらに、回生手段6が、追加放電手段4から放電された追加放電電力を端子Pに供給するようにしている。すなわち、蓄電装置1の端子Pからは、組電池2からの放電電力及び回生手段6からの追加放電電力が出力される。これにより、電池ユニット間で電荷を移動させる場合や電池の絶対蓄電量が大きい電池ユニットを放電消費させる場合と比較して、電力損失を低減することができ、効率のよい均等化動作を実現することができる。また、電池ユニットE間で電荷を移動させる場合と比較して、回路構成を簡素化、単純化することができる。さらに、上記追加放電電力は、端子Pから出力されて、外部負荷8に供給されるので、従来技術のように、電池の絶対蓄電量が大きい電池ユニットを放電消費させる場合に必要とされる放熱構造を設ける必要がない。
As described above, according to this embodiment, when the assembled battery 2 is normally discharged, the
<比較例>
本実施形態のように、放電に主眼を置いた均等化制御に対し、電池の絶対蓄電量が比較的高い位置で各電池ユニットの充電状態を揃えることに主眼を置いた技術が知られている。このような技術では、電池間で電荷を移動させたり、組電池への充電時に充電するセルを選択したりといった、電池ユニットの充電方法を工夫することを主眼に置き、必要に応じて放電消費等を組み合わせている。このような方法を採用する背景として、例えば、電池セルがリチウムイオン電池の場合、電池セルの電圧が1つでも放電終止電圧またはその近傍まで放電した場合に、全体の電源供給を止めたり、抑制したりする必要が生じ、電力効率が低下する点が挙げられる。しかしながら、電池の絶対蓄電量が比較的高い位置で各電池セル(電池ユニット)の充電状態を揃えようとすると、電池の絶対蓄電量が低い場合と比較して、充電に時間がかかるとともに、電力損失も増えるという問題がある。さらに、電池の絶対蓄電量が高い状態(例えば、満充電に近い状態)から、さらに追加して充電されると電池セルの劣化の原因となる場合がある。
<Comparative example>
As in the present embodiment, for equalization control with a focus on discharge, a technology that focuses on the state of charge of each battery unit at a position where the absolute power storage amount of the battery is relatively high is known. . In such technologies, the main focus is to devise battery unit charging methods, such as transferring charge between batteries or selecting a cell to be charged when charging an assembled battery. Etc. are combined. As a background of adopting such a method, for example, when the battery cell is a lithium ion battery, even if the voltage of one battery cell is discharged to the discharge end voltage or the vicinity thereof, the entire power supply is stopped or suppressed. There is a need to reduce the power efficiency. However, if it is attempted to align the charging state of each battery cell (battery unit) at a position where the absolute charged amount of the battery is relatively high, it takes longer to charge and the electric power than when the absolute charged amount of the battery is low. There is a problem that the loss also increases. Furthermore, when the battery is additionally charged from a state where the absolute charged amount of the battery is high (for example, a state close to full charge), the battery cell may be deteriorated.
一方で、本実施形態に係る蓄電装置1は、電池の絶対蓄電量の比較的低い位置、すなわち、放電終止電圧Vf近くの電圧で均等化制御を実施するようにしている。したがって、上記比較例のような電池ユニットEの劣化の問題は生じない。また、回生手段6から外部負荷8に対して追加放電電力を供給するようにしているので、比較的大きな電流を流すことができる。これにより、均等化動作(均等化制御)の収束時間を大幅に短縮することができる。さらに、所定の基準電圧Vt1を、前述のとおり、例えば、放電終止電圧Vfに電圧マージンVmを加えた電圧に設定することにより、すべての電池セルの電圧が放電終止電圧に到達しないうちに、均等化動作を完了することができる。したがって、全体の電源供給を止めたり、抑制したりする必要がなく、電力効率が低下することもない。
On the other hand, the
なお、所定の基準電圧Vt1は、放電終止電圧Vfに電圧マージンVmを加えた電圧よりも高い電圧に設定されていてもかまわない。ただし、所定の基準電圧Vt1が放電終止電圧Vfに近い方が、電池容量の残量をより適確に把握することができるというメリットがある。 The predetermined reference voltage Vt1 may be set to a voltage higher than the voltage obtained by adding the voltage margin Vm to the discharge end voltage Vf. However, when the predetermined reference voltage Vt1 is closer to the discharge end voltage Vf, there is an advantage that the remaining capacity of the battery capacity can be grasped more accurately.
また、上記の実施形態では、電池の絶対蓄電量が所定の絶対蓄電量よりも大きい電池ユニットを放電対象ユニットとして特定する例を示したが、例えば、電池の蓄電率(絶対蓄電量/絶対蓄電可能容量)が所定の蓄電率よりも大きい電池ユニットを放電対象ユニットとして特定するものであってもよい。具体的に、コントローラ5は、電圧測定信号VMに基づいて、絶対蓄電量の大きさを推定することができるので、その情報に基づいて「電池の蓄電率」が大きい電池ユニットEを特定することができる。それ以外の動作は、上記実施形態と同様であり、ここではその詳細な説明を省略する。これにより、「電池の蓄電率」に基づく制御においても、上記実施形態と同様の効果が得られる。
In the above embodiment, an example in which a battery unit in which the absolute power storage amount of the battery is larger than the predetermined absolute power storage amount is specified as the discharge target unit has been described. A battery unit whose possible capacity is larger than a predetermined power storage rate may be specified as a unit to be discharged. Specifically, since the
本発明は、蓄電装置の均等化を効率よく実現することができるので、極めて有用である。 The present invention is extremely useful because equalization of power storage devices can be efficiently realized.
1 蓄電装置
2 組電池
3 電圧測定手段
4 追加放電手段
5 コントローラ(制御手段)
6 回生手段
E 電池ユニット
P 端子
DESCRIPTION OF
6 Regenerative means E Battery unit P terminal
Claims (5)
前記各電池ユニットの電圧を測定する電圧測定手段と、
前記各電池ユニットに並列接続された追加放電手段と、
前記組電池の放電時に、前記複数の電池ユニットのうちの少なくとも1つの電池ユニットが所定の基準電圧まで放電した場合に、前記追加放電手段を制御して当該基準電圧よりも電圧の高い電池ユニットを追加放電させる制御手段と、
前記追加放電手段と前記端子との間に設けられ、前記追加放電された追加放電電力を前記端子に供給する回生手段とを備えている
ことを特徴とする蓄電装置。 An assembled battery comprising a plurality of battery units connected in series between two terminals;
Voltage measuring means for measuring the voltage of each battery unit;
Additional discharge means connected in parallel to each of the battery units;
When at least one battery unit of the plurality of battery units is discharged to a predetermined reference voltage when the assembled battery is discharged, a battery unit having a voltage higher than the reference voltage is controlled by controlling the additional discharge means. Control means for additional discharge;
A power storage device comprising: regenerative means that is provided between the additional discharge means and the terminal and supplies the additional discharge power that has been additionally discharged to the terminal.
前記追加放電手段及び前記回生手段の少なくとも一方は、前記電池ユニットの放電電圧を前記組電池の出力電圧まで昇圧する昇圧回路を備えている
ことを特徴とする蓄電装置。 The power storage device according to claim 1,
At least one of the additional discharge unit and the regeneration unit includes a booster circuit that boosts the discharge voltage of the battery unit to the output voltage of the assembled battery.
前記制御手段は、前記基準電圧よりも電圧の高い電池ユニットについて、当該基準電圧との差に応じた電力量で放電させる
ことを特徴とする蓄電装置。 The power storage device according to claim 1,
The control unit discharges a battery unit having a voltage higher than the reference voltage with an electric energy corresponding to a difference from the reference voltage.
前記制御手段は、前記電池ユニット間の電圧差が所定の閾値未満になった場合に、追加放電を停止する
ことを特徴とする蓄電装置。 The power storage device according to claim 1,
The power storage device, wherein the control unit stops additional discharge when a voltage difference between the battery units becomes less than a predetermined threshold.
前記組電池を放電させ、該放電電力を出力線路に供給する通常放電ステップと、
前記各電池ユニットの電圧を測定する電圧測定ステップと、
前記通常放電ステップにおいて、少なくとも1つの電池ユニットの電圧が所定の基準電圧まで低下した場合に、当該基準電圧よりも電圧の高い電池ユニットを前記組電池の放電に加えて追加放電させる追加放電ステップと、
前記追加放電された電力を前記出力線路に供給することにより前記複数の電池ユニットの充電状態を均等化させる回生ステップとを備えている
ことを特徴とする蓄電装置の均等化方法。 A method for equalizing a power storage device having an assembled battery in which a plurality of battery units are connected in series,
A normal discharging step of discharging the assembled battery and supplying the discharged power to an output line;
A voltage measuring step for measuring a voltage of each battery unit;
In the normal discharge step, when the voltage of at least one battery unit is lowered to a predetermined reference voltage, an additional discharge step of additionally discharging a battery unit having a voltage higher than the reference voltage in addition to the discharge of the assembled battery; ,
And a regeneration step for equalizing the state of charge of the plurality of battery units by supplying the additional discharged power to the output line.
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2017
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