JP2019165557A - 電池装置および電池システム - Google Patents
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Abstract
Description
このような不具合が発生すると、電池装置の本来の性能を発揮することができなくなり、システム全体に異常が発生する虞もあった。
本発明の一態様は、電池装置において、前記抵抗成分は、抵抗値が一定である固定抵抗である、構成が用いられてもよい。
本発明の一態様は、電池装置において、2以上の前記電池セルについて、前記固定抵抗と、前記固定抵抗が前記電池セルに電気的に付加された状態と前記固定抵抗が前記電池セルに電気的に付加されない状態とを切り替えるスイッチと、を備え、前記抵抗制御部は、前記計測部により計測された前記内部抵抗に基づいて、前記固定抵抗が前記電池セルに付加された状態とする前記電池セルを選択し、選択された前記電池セルに前記固定抵抗が付加された状態となるように前記スイッチを制御する、構成が用いられてもよい。
本発明の一態様は、電池装置において、前記抵抗成分は、抵抗値が可変である可変抵抗である、構成が用いられてもよい。
本発明の一態様は、1以上の前記電池セルについて、前記可変抵抗を備え、前記抵抗制御部は、前記計測部により計測された前記内部抵抗に基づいて、前記可変抵抗の抵抗値を変化させる、構成が用いられてもよい。
本実施形態では、説明の便宜上、最小単位となる電池を「電池セル」と呼ぶ。なお、「電池セル」の代わりに、「単電池」あるいは「セル」などと呼ばれてもよい。
同様に、本実施形態では、複数の電池セルを直列あるいは並列(直列と並列の組み合わせでもよい。)で有するまとまりを「電池部」と呼ぶ。本実施形態では、「電池部」は、複数の電池セル以外の回路素子を含んでもよい。なお、「電池部」の代わりに、単に「電池」(複数の電池セルのまとまりの電池)と呼ばれてもよい。
同様に、本実施形態では、電池部を備える装置を「電池装置」と呼ぶ。なお、「電池装置」の代わりに、「電池パック」、あるいは、「電池モジュール」などと呼ばれてもよい。
同様に、本実施形態では、複数の電池装置を備えるまとまりを「電池システム」と呼ぶ。なお、「電池システム」の代わりに、「組電池」などと呼ばれてもよい。
ここで、これらの呼び方は説明の便宜上のものであり、呼び方が異なっても実質的に同じものは含まれ得る。
なお、本実施形態では、電気信号が流れる配線について、一部の配線に符号(図示の符号)を付し、他の配線については符号を省略するが、通常、有線で電気信号が流れるところには配線が備えられる。当該配線は、当該配線によって接続される2個以上の構成部どうしを電気的に接続する。
電池装置1は、電池部C1と、プラス(+)の出力端である接続端11と、マイナス(−)の出力端である接続端12と、温度センサ31と、電流検出抵抗32と、遮断部33と、ヒューズ34と、共振器35と、通信部36と、制御部37と、シールド38を備える。
本実施形態では、電池部C1は、ラミネート型のリチウムイオン二次電池である。電池部C1は、7個の電池セルB1〜B7と、7個の抵抗成分付加部D1〜D7を備える。本実施形態では、これら7個の電池セルB1〜B7と7個の抵抗成分付加部D1〜D7は交互に電気的に直列に接続されている。つまり、これらが、電池セルB1、抵抗成分付加部D1、電池セルB2、抵抗成分付加部D2、・・・、電池セルB6、抵抗成分付加部D6、電池セルB7、抵抗成分付加部D7といった順序で電気的に直列に接続されている。
遮断部33は、放電用の遮断部(放電遮断部51)と、充電用の遮断部(充電遮断部52)を備える。
制御部37は、記憶部71と、計測部72と、抵抗制御部73を備える。
本実施形態では、電池セルB1〜B7が放電するとき、電池装置1の内部において接続端12から接続端11への方向で電流が流れ、電池装置1の外部において接続端11から接続端12への方向で電流が流れる。
本実施形態では、電池セルB1〜B7が充電するとき、電池装置1の内部において接続端11から接続端12への方向で電流が流れる。
ここで、本実施形態では、すべての電池セルB1〜B7は同一の規格のものである。
ここで、抵抗値を変化することが可能な回路構成としては、一例として、スイッチと抵抗を備え、当該スイッチがオン状態(導通した状態)とオフ状態(開放した状態)とで切り替えられることで、当該抵抗に電流が流れる状態と、当該抵抗に電流が流れずに他の経路に電流が流れる状態とが切り替えられ、これにより、抵抗値が変化する回路構成が用いられてもよい。当該他の経路は、例えば、当該抵抗と比べて、抵抗値がゼロ(または、ほぼゼロ)とみなされるような線路であってもよい。
また、抵抗値を変化することが可能な回路構成としては、他の例として、抵抗値が変化させられることが可能な可変抵抗を備え、当該可変抵抗の抵抗値が変化させられる回路構成が用いられてもよい。
それぞれの抵抗成分付加部D1〜D7は、それぞれの配線s41〜s47を介して、制御部37と接続されている。
電流検出抵抗32の他端と放電遮断部51の一端とが接続されている。
放電遮断部51の他端と充電遮断部52の一端とが接続されている。
充電遮断部52の他端と接続端12とが接続されている。
電池セルB7のプラス側とヒューズ34の一端とが接続されている。
ヒューズ34の他端と接続端11とが接続されている。
制御部37には、電池装置1の外部へ所定の信号を送信するための配線s11が接続されている。
温度センサ31は、配線s21を介して、制御部37と接続されている。
温度センサ31は、温度を検出し、検出された温度を表す信号を、配線s21を介して、制御部37に出力する。
ここで、本実施形態では、温度センサ31は、電池セルB1〜B7の温度を直接または間接に検出する目的で備えられている。温度センサ31としては、本実施形態の配置に限られず、他の任意のところに備えられてもよい。
電流検出抵抗32は、当該電流検出抵抗32に流れる電流の量を表す信号を、配線s31を介して、制御部37に出力する。
本実施形態では、電池部C1の電池セルB1〜B7に流れる電流と同じ電流が電流検出抵抗32に流れる。
放電遮断部51は、制御部37から入力される制御信号によって、電流検出抵抗32と充電遮断部52との間の信号経路に電池セルB1〜B7の放電電流を流す状態(本実施形態では、オン状態と呼ぶ。)と、当該放電電流を遮断する(つまり、流さない)状態(本実施形態では、オフ状態と呼ぶ。)とが切り替えられる。
ここで、本実施形態では、当該放電電流は、電池装置1の内部において、接続端12から接続端11への方向の電流である。
なお、本実施形態では、放電遮断部51は、放電を遮断する状態から、放電を遮断しない状態へ復帰することが可能である。
充電遮断部52は、制御部37から入力される制御信号によって、放電遮断部51と接続端12との間の信号経路に電池セルB1〜B7の充電電流を流す状態(本実施形態では、オン状態と呼ぶ。)と、当該充電電流を遮断する(つまり、流さない)状態(本実施形態では、オフ状態と呼ぶ。)とが切り替えられる。
ここで、本実施形態では、当該充電電流は、電池装置1の内部において、接続端11から接続端12への方向の電流である。
なお、本実施形態では、充電遮断部52は、充電を遮断する状態から、充電を遮断しない状態へ復帰することが可能である。
同様に、本実施形態に係る電池装置1では、すべての電池セルB1〜B7に対して共通に充電遮断部52が備えられたが、他の構成例として、1個以上の任意の数の電池セルに対して充電遮断部が備えられてもよい。
また、放電遮断部51と充電遮断部52のうちの任意の一方が備えられてもよい。
このように、電池装置1では、例えば、少なくとも1個の電池セルB1〜B7に対して、放電遮断と充電遮断とのうちの少なくとも一方の機能を備えてもよい。このような放電遮断あるいは充電遮断の機能は、例えば、多数の電池セルが直列あるいは並列(直列と並列との組み合わせでもよい。)に接続されて配置される場合に特に有用である。
本実施形態では、ヒューズ34は、制御部37から入力される制御信号によっても、切断される構成となっている。
ヒューズ34は、例えば、過充電の保護用および過電流の保護用に用いられる。
共振器35は、受電された電力を制御部37に伝送する。
本実施形態では、通信部36は、外部の通信装置から電池装置1に送信されてきた信号を受信し、受信された信号を制御部37に出力する。また、通信部36は、制御部37から入力された信号を外部の通信装置に送信する。
ここで、通信部36により行われる通信は、例えば、無線通信であってもよく、あるいは、有線通信であってもよい。
具体例として、無線通信として、送電コイルと受電コイルとの間の電磁誘導を使用する通信が用いられてもよく、あるいは、Wi−Fi(登録商標)またはBluetooth(登録商標)等の通信が用いられてもよい。
一例として、リモートコントローラが人により操作されることで、当該リモートコントローラから送電側の装置に送電開始の指示が送信される。これにより、送電側の装置は、受電側の装置(本実施形態では、電池装置1)に対してワイヤレス電力伝送を開始する。受電側の装置(本実施形態では、電池装置1)は、必要に応じて、所定の信号を当該リモートコントローラに送信する。
記憶部71は、各種の情報を記憶する。記憶部71は、例えば、各種の判定あるいは各種の制御などにおいて使用される情報を記憶する。
なお、制御部37は、各種の情報を取得する。
制御部37は、例えば、配線s1〜s7のそれぞれから入力される信号に基づいて、7個の電池セルB1〜B7のうちで、任意の1個以上の電池セルの部分にかかる電圧を表す情報を取得する。本実施形態では、ここでいう1個以上の電池セルの部分には、それぞれの電池セルに接続された抵抗成分付加部も含まれる。
また、制御部37は、例えば、温度センサ31から配線s21を介して入力される信号に基づいて、温度センサ31により検出された温度を表す情報を取得する。
また、制御部37は、例えば、電流検出抵抗32から配線s31を介して入力される信号に基づいて、電流検出抵抗32に流れる電流を表す情報を取得する。
一例として、初期的には、制御部37の最低限の動作に必要な電力が電池B1〜B7から制御部37に供給されており、その後、外部から送電された電力が共振器35により受電されると、当該電力が(自動的に)制御部37に供給される構成としてもよい。なお、制御部37に電力を供給する構成としては、他の任意の構成が用いられてもよい。
本実施形態では、計測部72は、配線s1〜s7のうちの任意の2個の配線の間にかかる電圧に基づいて、それぞれの電池セルB1〜B7について、当該電池セルB1〜B7とそれに接続された抵抗成分付加部との組み合わせの部分(以下、説明の便宜上、「電池セル抵抗組み合わせ部分」ともいう。)にかかる電圧を計測し、その計測結果に基づいてそれぞれの電池セル抵抗組み合わせ部分の抵抗値を計測する。この場合、計測部72は、例えば、さらに電流検出抵抗32を流れる電流を参照すること、あるいは、当該電流を変化させることの少なくとも一方を実行して、当該電圧を計測してもよい。また、この場合、計測部72は、例えば、それぞれの電池セル抵抗組み合わせ部分にかかる電圧として、開放電圧(OCV:Open Circuit Voltage)、当該電池セル抵抗組み合わせ部分に含まれる抵抗成分付加部の抵抗値が第1の抵抗値であるときの電圧、当該電池セル抵抗組み合わせ部分に含まれる抵抗成分付加部の抵抗値が第2の抵抗値(第2の抵抗値は、第1の抵抗値とは異なる抵抗値)であるときの電圧、といった3種類の電圧を計測して、これらの電圧に基づいてそれぞれの電池セル抵抗組み合わせ部分の抵抗値を判定してもよい。なお、第1の抵抗値よりも第2の抵抗値の方が大きいとすると、第1の抵抗値はゼロ(または、ほぼゼロ)であってもよく、あるいは、ゼロ以外の値であってもよい。
電池セルの内部抵抗に抵抗成分付加部の抵抗値が付加される場合、当該抵抗成分付加部の抵抗値は、当該電池セルの内部抵抗に対して、外部抵抗であると捉えることができる。
また、本実施形態では、それぞれの抵抗成分付加部D1〜D7によってそれぞれの電池セルB1〜B7に付加される抵抗値は、抵抗制御部73によって制御される。計測部72は、計測を行うに際して、必要に応じて、抵抗制御部73によってそれぞれの抵抗成分付加部D1〜D7の抵抗値を制御して、当該抵抗値を変更してもよい。
抵抗制御部73は、例えば、計測部72による計測結果に基づいて、それぞれの抵抗成分付加部D1〜D7を制御する。この場合、抵抗制御部73は、計測部72による計測結果に基づいて、それぞれの抵抗成分付加部D1〜D7の制御態様を決定(判定)し、決定された制御態様でそれぞれの抵抗成分付加部D1〜D7を制御する。
ここで、抵抗制御部73は、例えば、所定の情報に基づいて、抵抗成分付加部D1〜D7の制御態様を決定する。当該所定の情報は、例えば、制御部37により外部から取得される情報と、記憶部71に記憶された情報との少なくとも一方である。なお、当該制御態様には、例えば、現状から変更する制御態様ばかりでなく、現状のままとする制御態様が含まれてもよい。
本実施形態では、抵抗制御部73は、それぞれの抵抗成分付加部D1〜D7の抵抗値を制御することが可能である。一例として、抵抗制御部73は、外部(本実施形態では、電池セルB1〜B7)に抵抗を接続するか否かを切り替えるスイッチを備える抵抗成分付加部が用いられる場合、当該スイッチを制御することで、外部に接続される抵抗の有無(つまり、抵抗値の大きさ)を制御する。他の例として、抵抗制御部73は、可変抵抗を備える抵抗成分付加部が用いられる場合、当該可変抵抗の抵抗値(当該抵抗値の大きさ)を制御する。
制御部37は、電池セルB1〜B7の状態を監視する。
図1の例では、制御部37は、電池セルB1〜B7について、充電の制御を行い、また、放電の制御を行う。また、制御部37は、放電遮断部51の状態をオン状態とするかあるいはオフ状態とするかを制御し、また、充電遮断部52の状態をオン状態とするかあるいはオフ状態とするかを制御する。また、制御部37は、ヒューズ34を切断する制御を行う。また、制御部37は、通信部36により外部の装置との間で通信を行うことを制御する。
なお、制御部37は、例えば、それぞれの電池セルB1〜B7の状態、それぞれの抵抗成分付加部D1〜D7の状態、それぞれの電池セルB1〜B7とそれに接続された抵抗成分付加部D1〜D7との組み合わせの状態(1個の電池セルとそれに接続された1個の抵抗成分付加部との組み合わせの状態)、2個以上の電池セルB1〜B7とそれに接続された抵抗成分付加部D1〜D7との組み合わせの状態(2個以上の電池セルとそれに接続された抵抗成分付加部との組み合わせの状態)などに関する制御を行ってもよい。
シールド38は、例えば、金属を用いて構成されている。
なお、図1の例では、シールド38をイメージ的に示してあるが、シールド38の形状あるいは配置などは、電池セルB1〜B7と共振器35との間における電界などを遮蔽するという目的が達せられるように、様々な態様が用いられてもよい。
電池装置1では、このようなシールド38が備えられることで、例えば、ワイヤレス電力伝送時に漏れ磁束に起因した誘導加熱によって電池セルB1〜B7の温度が上昇して電池セルB1〜B7が劣化することを抑制(好ましくは、防止)することができる。
図2を参照して、抵抗成分付加部D1〜D7の構成および制御の一例を示す。
図2は、本発明の一実施形態に係る抵抗成分付加部D6、D7の一例を示す図である。
ここで、図2の例では、説明を簡易化するために、図1に示される7個の抵抗成分付加部D1〜D7のうち、2個の抵抗成分付加部D6、D7および配線s46、s47のみを図示して説明するが、他の抵抗成分付加部D1〜D5および他の配線s41〜s45についても同様である。
また、図2の例では、図示を簡易化するために、2個の電池セルB6〜B7、2個の抵抗成分付加部D1〜D7、2個の配線s46〜s47、3個の配線s5〜s7、制御部37のみを図示してあるが、他の構成は図1に示される構成と同様である。
抵抗成分付加部D6は、1個の抵抗R1と、1個のスイッチSW1を備える。抵抗R1は、抵抗値が固定的に一定である固定抵抗である。
抵抗成分付加部D6の内部において、抵抗成分付加部D6の一端(電池セルB6のプラス側)には、抵抗R1と、経路F1とが並列に接続されている。また、抵抗成分付加部D6の内部において、抵抗成分付加部D6の他端(電池セルB7のマイナス側)には、スイッチSW1が接続されている。
スイッチSW1は、電池セルB6のプラス側と抵抗R1と電池セルB7のマイナス側とを接続する状態と、電池セルB6のプラス側と経路F1と電池セルB7のマイナス側とを接続する状態とが切り替えられることが可能である。
抵抗制御部73は、スイッチSW1を制御するための信号を、配線s46を介して、スイッチSW1に出力することで、スイッチSW1の状態を切り替える制御を行う。
複数の電池セルB1〜B7のうちで抵抗成分付加部D1〜D7が接続されない電池セルについては、当該電池セルと後段の電池セルとが直列に接続される。つまり、2個の電池セルが隣り合う部分では、前段の電池セルのプラス側と、後段の電池セルのマイナス側とが、接続される。
また、複数の電池セルB1〜B7のうちで抵抗成分付加部D1〜D7が接続されない電池セルについては、電池セル抵抗組み合わせ部分は当該電池セルを含むが抵抗成分付加部を含まない部分であると捉えられる。
図3を参照して、抵抗成分付加部の構成および制御の他の例を示す。
図3は、本発明の一実施形態に係る抵抗成分付加部D11の一例を示す図である。
図3の例では、複数の電池セルB1〜B7のうち、1個の電池セルB7のみに抵抗成分付加部D11が設けられており、他の電池セルB1〜B6には抵抗成分付加部は設けられていない。ここで、抵抗成分付加部D11は、図1の例における抵抗成分付加部D7の一例である。
図3の例では、図示を簡易化するために、1個の電池セルB7、1個の抵抗成分付加部D11、1個の配線s51、2個の配線s6〜s7、制御部37のみを図示してあるが、他の構成は、図1に示される抵抗成分付加部D1〜D6が設けられていない点を除いて、図1に示される構成と同様である。ここで、配線s51は、図1の例における配線s47の一例である。
抵抗成分付加部D7は、1個の可変抵抗R11を備え、本例では、当該可変抵抗R11自体である。つまり、電池セルB7のプラス側と可変抵抗R11の一端とが接続されており、可変抵抗R11の他端とヒューズ34(図3の例では、図示を省略)の一端とが接続されている。可変抵抗R11は、抵抗値が可変である。
抵抗制御部73は、可変抵抗R11の抵抗値を制御するための信号を、配線s51を介して、可変抵抗R11に出力することで、可変抵抗R11の抵抗値を切り替える(変化させる)制御を行う。
また、図3の例では、1個の電池セルB7に、可変抵抗R11からなる抵抗成分付加部D11が接続される場合を示したが、このような抵抗成分付加部が任意の2個以上の電池セルに接続される構成が用いられてもよく、この場合、抵抗制御部73はそれぞれの抵抗成分付加部の可変抵抗の抵抗値を制御することが可能である。
図4は、本発明の一実施形態に係る電池セルの充電時に上限電圧に到達することを抑制する制御の概略を示す図である。
図4の例では、説明を簡易化するために、3個の電池セルB5〜B7について制御を行う場合を示すが、2個の電池セルについて制御を行う場合、あるいは、4個以上の電池セルについて制御を行う場合についても、同様である。
3個の電池セルB5〜B7のうちの1個以上には抵抗成分付加部が設けられており、これらが直列に接続されており、3個の電池セルB5〜B7がまとめて充電される。図4の例では、少なくとも電池セルB7には抵抗成分付加部が設けられているとする。
図4(b)には、電池セルB6について、容量と電圧との関係の特性112を示してある。
図4(c)には、電池セルB7について、容量と電圧との関係の特性113を示してある。
図4(a)、図4(b)、図4(c)のそれぞれにおけるグラフでは、横軸は電池セルの容量を表しており、縦軸は電池セルの電圧を表している。
3個の電池セルB5〜B7の容量は同じであるが、それぞれの電池セルB5〜B7の品質の差などによって、充電時には、内部抵抗が異なり得て、電圧が異なり得る。
図4の例では、3個の電池セルB5〜B7について、電池セルB5の内部抵抗が1番目に大きく(つまり、最も大きく)、電池セルB7の内部抵抗が2番目に大きく、電池セルB6の内部抵抗が3番目に大きい(つまり、最も小さい)。この場合、抵抗成分付加部の抵抗値がゼロであると想定すると、図4(a)、図4(b)、図4(c)に示されるように、電池セルB5の電圧が1番目に早く上限電圧に到達し、電池セルB5の品質が劣化する。
ここで、電池セルの上限電圧は、それぞれの電池B5〜B7の品質を劣化させずに、それぞれの電池B5〜B7を充電することが可能な電圧(電池セルの電圧)の上限値である。
図4(d)には、電池セルB5について、容量と電圧との関係の特性121、および図4(a)の場合に対する変化分(特性変化分122)を示してある。
図4(e)には、電池セルB6について、容量と電圧との関係の特性123、および図4(b)の場合に対する変化分(特性変化分124)を示してある。
図4(f)には、電池セルB7について、容量と電圧との関係の特性125、および図4(c)の場合に対する変化分(特性変化分126)を示してあり、さらに、特性変化分126に対応する電圧オフセットL1を示してある。
図4(d)、図4(e)、図4(f)のそれぞれにおけるグラフでは、横軸は電池セルの容量を表しており、縦軸は電池セルの電圧を示してある。
図4(d)、図4(e)、図4(f)に示されるように、抵抗付加成分を考慮すると、電池セルB7の電圧(電池セル抵抗組み合わせ部分の電圧)が1番目に早く上限電圧に到達する。
このため、抵抗制御部73は、3個の電池セルB5〜B7のうちで、最も内部抵抗が大きい単電池B5以外の1個の単電池B7について、電池セル抵抗組み合わせ部分の抵抗値が最大となるように抵抗成分を制御し、つまり、最も内部抵抗が大きい単電池B5の電池セル抵抗組み合わせ部分の抵抗値に対して、単電池B7の電池セル抵抗組み合わせ部分の抵抗値が超えるように制御する。
これにより、電池セルB7の電池セル抵抗組み合わせ部分の電圧が1番目に早く上限電圧に到達するため、他の電池セルB5〜B6のそれぞれの電圧は上限電圧に到達せず、品質の劣化を防止することができる。
図5は、本発明の一実施形態に係る電池セルの放電時に下限電圧に到達することを抑制する制御の概略を示す図である。
図5の例では、説明を簡易化するために、3個の電池セルB5〜B7について制御を行う場合を示すが、2個の電池セルについて制御を行う場合、あるいは、4個以上の電池セルについて制御を行う場合についても、同様である。
3個の電池セルB5〜B7のうちの1個以上には抵抗成分付加部が設けられており、これらが直列に接続されており、3個の電池セルB5〜B7がまとめて充電される。図5の例では、少なくとも電池セルB7には抵抗成分付加部が設けられているとする。
図5(b)には、電池セルB6について、容量と電圧との関係の特性212を示してある。
図5(c)には、電池セルB7について、容量と電圧との関係の特性213を示してある。
図5(a)、図5(b)、図5(c)のそれぞれにおけるグラフでは、横軸は電池セルの容量を表しており、縦軸は電池セルの電圧を表している。
3個の電池セルB5〜B7の容量は同じであるが、それぞれの電池セルB5〜B7の品質の差などによって、放電時には、内部抵抗が異なり得て、電圧が異なり得る。
図5の例では、3個の電池セルB5〜B7について、電池セルB5の内部抵抗が1番目に大きく(つまり、最も大きく)、電池セルB7の内部抵抗が2番目に大きく、電池セルB6の内部抵抗が3番目に大きい(つまり、最も小さい)。この場合、抵抗成分付加部の抵抗値がゼロであると想定すると、図5(a)、図5(b)、図5(c)に示されるように、電池セルB5の電圧が1番目に早く下限電圧に到達し、電池セルB5の品質が劣化する。
ここで、電池セルの下限電圧は、それぞれの電池B5〜B7の品質を劣化させずに、それぞれの電池B5〜B7を放電することが可能な電圧(電池セルの電圧)の下限値である。
図5(d)には、電池セルB5について、容量と電圧との関係の特性221、および図5(a)の場合に対する変化分(特性変化分222)を示してある。
図5(e)には、電池セルB6について、容量と電圧との関係の特性223、および図5(b)の場合に対する変化分(特性変化分224)を示してある。
図5(f)には、電池セルB7について、容量と電圧との関係の特性225、および図5(c)の場合に対する変化分(特性変化分226)を示してあり、さらに、特性変化分226に対応する電圧オフセットL11を示してある。
図5(d)、図5(e)、図5(f)のそれぞれにおけるグラフでは、横軸は電池セルの容量を表しており、縦軸は電池セルの電圧を示してある。
図5(d)、図5(e)、図5(f)に示されるように、抵抗付加成分を考慮すると、電池セルB7の電圧(電池セル抵抗組み合わせ部分の電圧)が1番目に早く下限電圧に到達する。
このため、抵抗制御部73は、3個の電池セルB5〜B7のうちで、最も内部抵抗が大きい単電池B5以外の1個の単電池B7について、電池セル抵抗組み合わせ部分の抵抗値が最大となるように抵抗成分を制御し、つまり、最も内部抵抗が大きい単電池B5の電池セル抵抗組み合わせ部分の抵抗値に対して、単電池B7の電池セル抵抗組み合わせ部分の抵抗値が超えるように制御する。
これにより、電池セルB7の電池セル抵抗組み合わせ部分の電圧が1番目に早く下限電圧に到達するため、他の電池セルB5〜B6のそれぞれの電圧は下限電圧に到達せず、品質の劣化を防止することができる。
また、抵抗制御部73は、例えば、複数の電池セルB1〜B7のうちの1以上の電池セルについて抵抗成分付加部の抵抗値を制御する処理を、放電途中の末期(放電末期)のタイミングで行ってもよい。放電末期としては、例えば、あらかじめ、放電末期とする電池セルの容量あるいは電圧などが設定される。
また、抵抗制御部73は、例えば、複数の電池セルB1〜B7のうちの1以上の電池セルについて抵抗成分付加部の抵抗値を制御する処理を、充電途中の末期と放電途中の末期との両方で行ってもよい。
以下)のときであると設定されてもよい。
また、好ましい例として、放電末期の指標を、電池セルB1〜B7の放電中の電圧が20%〜0%(20%以下で0%以上)のときであると設定されてもよい。
ここで、NCAはLia(Ni1-b-cCobAlc)O2(ただし、0.9≦a≦1.3、0<b≦0.5、0<c≦0.7)である。
この場合、電池セルの電圧とSOCとの関係は、概略的には、電圧が3.0VであるときSOCは0%であり、電圧が3.3VであるときSOCは20%であり、電圧が4.15VであるときSOCは80%であり、電圧が4.2VであるときSOCは100%である。このように電池セルの電圧とSOCとの関係が把握される場合には、電圧の指標とSOCの指標のうちの任意の一方が用いられてもよい。
なお、他の例として、抵抗制御部73は、複数の電池セルB1〜B7のうち、内部抵抗の値が1番目に大きい電池セルに、抵抗成分付加部の抵抗を接続するように制御してもよい。
なお、他の例として、複数の電池セルB1〜B7のうちの一部について、それぞれの電池セルにそれぞれの抵抗成分付加部を設け、それぞれの抵抗成分付加部を固定抵抗を用いて構成してもよい。この場合、抵抗制御部73は、例えば、これら複数の電池セルB1〜B7の内部抵抗に基づいて、抵抗成分付加部が設けられた1個以上の電池セルを選択し、選択された電池セルに抵抗成分付加部の抵抗を接続するように制御してもよい。
なお、他の例として、複数の電池セルB1〜B7のうちの2個以上の電池セルについて、抵抗成分付加部を設け、当該抵抗成分付加部を可変抵抗を用いて構成してもよい。この場合、抵抗制御部73は、例えば、これら複数の電池セルB1〜B7の内部抵抗に基づいて、抵抗成分付加部が設けられた1個以上の電池セルを選択し、選択された電池セルの抵抗成分付加部の抵抗値を制御してもよい。
また、好ましい例として、複数の電池セルB1〜B7のうち、開放電圧(開回路電圧)が最も大きい電池セルと開放電圧が最も小さい電池セルとで、開放電圧の差が、開放電圧が最も小さい電池セルの開放電圧に対して10%以内となるように設定してもよい。このような設定は、電池部C1を構成する電池セル間の開放電圧の差について、実用的な値の一例である。
好ましい例として、抵抗成分付加部D1〜D7が可変抵抗を用いて構成される場合、当該可変抵抗として、抵抗値が0.1mΩ〜5mΩ(0.1mΩ以上で5mΩ以下)の範囲で設定されることが可能な可変抵抗が用いられてもよい。このような設定は、実用的な値の一例である。
好ましい例として、複数の電池セルB1〜B7は、満充電容量が互いに近く、開放電圧が揃っている電池セルである。
このように、本実施形態に係る電池装置1では、複数の電池セルB1〜B7が接続される場合に、電池セルB1〜B7同士の間の電圧差を調整することができる。
したがって、電池装置では、抵抗成分が付加された電池セルの電圧が当該抵抗成分によってオフセットされるため、内部抵抗が最も大きい電池セルが上限電圧あるいは下限電圧に到達することを抑制することができる。
したがって、電池装置では、特定の電池セルに抵抗成分を付加するタイミングが充電末期あるいは放電末期に限定されることで、抵抗成分付加部の抵抗への通電時間を短縮することができ、電力ロスを抑制することができる。
一構成例として、電池装置において、2以上の電池セルについて、固定抵抗と、固定抵抗が電池セルに電気的に付加された状態と固定抵抗が電池セルに電気的に付加されない状態とを切り替えるスイッチと、を備える。そして、電池装置において、抵抗制御部は、計測部により計測された内部抵抗に基づいて、固定抵抗が電池セルに付加された状態とする電池セルを選択し、選択された電池セルに固定抵抗が付加された状態となるようにスイッチを制御する。
一構成例として、電池装置では、抵抗成分付加部の抵抗成分は、抵抗値が可変である可変抵抗である。
一構成例として、電池装置において、1以上の電池セルについて、可変抵抗を備える。そして、電池装置において、抵抗制御部は、計測部により計測された内部抵抗に基づいて、可変抵抗の抵抗値を変化させる。
一構成例として、電池システムでは、複数の電池装置を備える。そして、少なくとも1個の電池装置は、以上に示されるような電池装置(図1の例では、電池装置1)である。
したがって、電池システムでは、多くの電池装置を並列あるいは直列に接続することができ、蓄電システムの高電圧化、高容量化が可能になる。
なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、オペレーティング・システム(OS:Operating System)或いは周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、DVD(Digital Versatile Disc)等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。また、記録媒体としては、例えば、一時的にデータを記録する記録媒体であってもよい。
また、上記のプログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、或いは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)或いは電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記のプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上記のプログラムは、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。
Claims (7)
- 複数の電池セルが電気的に直列に接続された電池部と、
それぞれの前記電池セルの内部抵抗を計測する計測部と、
少なくとも1個の前記電池セルに抵抗成分を付加する抵抗成分付加部と、
前記計測部により計測された前記内部抵抗に基づいて前記抵抗成分付加部を制御する抵抗制御部と、を備え、
前記抵抗成分が付加された前記電池セルの前記内部抵抗と前記抵抗成分との合計値が、他のすべての前記電池セルの前記内部抵抗の値よりも大きい、
電池装置。 - 複数の前記電池セルの充電末期と放電末期の少なくとも一方において、前記抵抗成分付加部により少なくとも1個の前記電池セルに前記抵抗成分を付加する、
請求項1に記載の電池装置。 - 前記抵抗成分は、抵抗値が一定である固定抵抗である、
請求項1または請求項2に記載の電池装置。 - 2以上の前記電池セルについて、前記固定抵抗と、前記固定抵抗が前記電池セルに電気的に付加された状態と前記固定抵抗が前記電池セルに電気的に付加されない状態とを切り替えるスイッチと、を備え、
前記抵抗制御部は、前記計測部により計測された前記内部抵抗に基づいて、前記固定抵抗が前記電池セルに付加された状態とする前記電池セルを選択し、選択された前記電池セルに前記固定抵抗が付加された状態となるように前記スイッチを制御する、
請求項3に記載の電池装置。 - 前記抵抗成分は、抵抗値が可変である可変抵抗である、
請求項1または請求項2に記載の電池装置。 - 1以上の前記電池セルについて、前記可変抵抗を備え、
前記抵抗制御部は、前記計測部により計測された前記内部抵抗に基づいて、前記可変抵抗の抵抗値を変化させる、
請求項5に記載の電池装置。 - 複数の電池装置を備え、
少なくとも1個の前記電池装置は、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の電池装置である、
電池システム。
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