JP5279261B2 - 充電状態均等化装置及びこれを具えた組電池システム - Google Patents
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Description
そこで、組電池を構成する複数のセルのSOCのばらつきを一定範囲内に収めるための均等化処理が必要となる(特許文献1及び2参照)。
該充電状態均等化装置においては、各電圧測定回路(52)によって各セル(4)の開放電圧が測定され、測定されたセル電圧に基づいて均等化目標電圧が算出される。例えば、測定されたセル電圧の最低値或いは平均値に所定値を加算することによって均等化目標電圧が算出される。そして、開放電圧が該均等化目標電圧を超えるセルについてそれぞれ、放電回路(51)による放電が開始され、その後、電圧測定回路(52)によって測定された電圧が均等化目標電圧に達した時点で放電が停止される。これによって、組電池を構成する複数のセルのSOCが均等化される。
図10に示す如くセルB1の電圧をV、セルB1及び放電回路(51)を含む放電ループを流れる放電電流をI1、セルB1の内部抵抗をRbat1、端子の抵抗成分、端子間接触抵抗及び電圧検出線の抵抗成分をRL1とすると、セルB1に接続されている電圧測定回路(52)によって測定される電圧VB1は、下記数1によって表わされる。
VB1=V−I1(Rbat1+RL1)
一方、セルの内部抵抗による電圧降下量を演算により求めて該電圧降下量に基づき均等化目標電圧を補正する従来の方法においても、十分に高い精度で均等化処理を行なうことが出来ない問題がある。これは、実際のセル電圧と電圧測定回路による測定電圧との誤差の原因となる電圧降下には、上述の如く、セルの内部抵抗によるものだけでなく、端子の抵抗成分、端子間接触抵抗及び電圧検出線の抵抗成分によるものも含まれるため、セルの内部抵抗による電圧降下量に基づいて均等化目標電圧を補正したとしても、その補正は不十分であるからである。
前記複数の充放電回路による放電或いは充電が開始される前に前記複数の電圧測定回路によって測定された電圧に基づいて均等化目標電圧を算出する均等化目標電圧算出手段と、
両端電圧が前記均等化目標電圧算出手段によって算出された均等化目標電圧と異なるセルについて夫々、充放電回路による放電或いは充電を開始する充放電開始手段と、
前記セルについて夫々、充放電回路による放電或いは充電が開始される前に電圧測定回路によって測定された電圧と充放電回路による放電或いは充電が開始されてから一定時間経過後に電圧測定回路によって測定された電圧との電圧差に基づいて前記均等化目標電圧に補正を施すことにより補正後均等化目標電圧を算出する補正処理手段と、
前記セルについて夫々、電圧測定回路によって測定された電圧が前記補正処理手段によって算出された補正後均等化目標電圧に達したときに充放電回路による放電或いは充電を終了する充放電終了手段
とを具えている。
本発明の充電状態均等化装置においては、上述の如く均等化目標電圧をセルの内部抵抗、端子の抵抗成分、端子間接触抵抗及び電圧検出線の抵抗成分による電圧降下量が加味された均等化目標電圧に補正することによって、セルの両端に電圧測定回路を接続する構成、及びセルの内部抵抗のみによる電圧降下量に基づき均等化目標電圧を補正する構成に比べて、均等化処理について高い精度を得ることが出来る。
上記例においては、セルB2、セルB1、セルB3の順に放電が開始されることとなり、セルB2について放電が開始されて補正後均等化目標電圧が算出される時点ではセルB1及びセルB3は放電停止状態である。又、セルB2の測定電圧が補正後の均等化目標電圧に達して放電が終了する時点においても、セルB1及びセルB3の放電は既に終了しており、セルB1及びセルB3は放電停止状態となる。従って、セルB2の測定電圧が補正後の均等化目標電圧に達する時点でのセルB2の内部抵抗等による電圧降下量は、セルB2の放電が開始された時点でのセルB2の内部抵抗等による電圧降下量と等しくなり、セルB2の測定電圧が補正後の均等化目標電圧に達した時点でセルB2の放電を終了すれば、該セルB2の実際の電圧は補正前の均等化目標電圧に一致することになる。
上記具体的構成によれば、各セルの実際の電圧は補正前の均等化目標電圧に一致することになるので、セルの放電を同時或いは略同時に開始する構成に比べて、均等化処理について高い精度を得ることが出来る。
第1実施例
図1に示す如く、本発明に係るバッテリシステムは、リチウムイオン二次電池からなる複数(図示する例では3つ)のセル(1)を直列に接続してなる組電池と、該組電池の充電状態を均等化する充電状態均等化装置(2)とから構成され、該組電池から負荷(3)へ電力の供給が可能となっている。
組電池から負荷(3)への電力供給経路には開閉スイッチ(31)が介在し、図示省略する電源スイッチをユーザがオン操作することによって、開閉スイッチ(31)が閉じて、組電池から負荷(3)への電力供給が開始され、或いは該電源スイッチをユーザがオフ操作することによって、開閉スイッチ(31)が開いて、組電池から負荷(3)への電力供給が停止される。
各電圧測定回路(22)による測定結果は、制御回路(20)に供給され、該制御回路(20)は、それらの測定結果に基づいて後述の如く均等化目標電圧を算出し、算出された均等化目標電圧と電圧測定回路(22)による測定結果とに基づいて、各放電回路(21)のスイッチSWのスイッチング動作を制御する。
その後、組電池を構成する全てのセルについて開放電圧V1[i]が前記均等化目標電圧Vdを上回るか否かが判断されて、開放電圧V1[i]が前記均等化目標電圧Vdを上回る全てのセルの放電が開始されると、ステップS17にてイエスと判断されてステップS18に移行し、一定時間だけ待機する。ここで、該一定時間は、セルの両端電圧が安定し、且つ放電によってセルの両端電圧が低下し始めるまでの時間、例えば100msecに設定される。
補正後の均等化目標電圧Vd´[i]=Vd−(V1[i]−V2[i])
上記手続きによって、開放電圧が補正前の均等化目標電圧Vdを越える全てのセルの放電が開始された後、それらのセルについて夫々、補正後の均等化目標電圧Vd´が算出されることになる。その後、各電圧測定回路によって測定された電圧が補正後の均等化目標電圧に達したときに、各セルに対する放電が停止される。
セルの測定電圧は上述の如く急激に低下した後、放電によって徐々に低下することになり、その後、該測定電圧が補正後の均等化目標電圧Vd´まで低下して放電回路のスイッチがオフに設定されると、放電ループに放電電流が流れなくなるので、該測定電圧は上記電圧降下量だけ上昇して補正前の均等化目標電圧Vdに略一致することになる。従って、組電池を構成する複数のセルの電圧は、補正前の均等化目標電圧Vdで略揃うことになる。
第1実施例の充電状態均等化装置は、放電の必要なセルに接続されている全ての放電回路のスイッチをオンに設定した後、均等化目標電圧に補正を施すものであるのに対し、本実施例の充電状態均等化装置は、放電の必要なセルに接続されている放電回路のスイッチをセルの開放電圧が高い順にオンに設定し、1つの放電回路のスイッチがオンに設定される度に均等化目標電圧に補正を施すものである。
尚、本実施例の充電状態均等化装置の構成は、制御回路を除いて図1に示す第1実施例の充電状態均等化装置と同じであるので説明を省略する。又、本実施例の制御回路によって実行される均等化処理の全体の手続きは、図2に示す第1実施例の手続きと同じであるので説明を省略する。
該均等化処理においては、先ずセルB1〜B3に接続されている放電回路のスイッチがオフの状態で各セルの開放電圧が測定され(図5に示すa時点)、その後、それらの放電回路のスイッチが略同時にオンに設定されて、セルB1〜B3の放電が開始される(図5に示すb時点)。これによって、各セルを含む各放電ループに放電電流が流れてセルの内部抵抗等により大きな電圧降下が生じ、各セルの測定電圧VB1、VB2、VB3は急激に低下する。このときの電圧降下量△VB1、△VB2、△VB3がそれぞれ各セルについての均等化目標電圧Vdの補正量として算出される。尚、図6に示す如く、セルB1の負極とセルB2の正極との間に接続されている電圧検出端子からセルB1に接続されている放電回路(21)のスイッチSWとセルB2に接続されている放電回路(21)の抵抗器Rとの連結点への第1電流線路(23)では放電電流I1と放電電流I2とが互いに相殺されて該電流線路(23)を流れる電流の大きさが略ゼロとなると共に、セルB2の負極とセルB3の正極との間に接続されている電圧検出端子からセルB2に接続されている放電回路(21)のスイッチSWとセルB3に接続されている放電回路(21)の抵抗器Rとの連結点への第2電流線路(24)では放電電流I2と放電電流I3とが互いに相殺されて該電流線路(24)を流れる電流の大きさが略ゼロとなるので、セルB2の測定電圧VB2は、セルB2の内部抵抗による電圧降下量(△VB2=I2・Rbat2)だけ低下することになる。
即ち、セルB3に接続されている放電回路のスイッチがオンの状態では、図6に示す第2電流線路(24)において放電電流I2と放電電流I3とが互いに相殺されて該電流線路(24)を流れる電流の大きさは略ゼロであるのに対して、セルB3に接続されている放電回路(21)のスイッチSWがオフに設定されると、該電流線路(24)に放電電流I2のみが流れることになる。このため、セルB3の測定電圧VB3は、放電回路(21)のスイッチSWがオンに設定されたときに生じた電圧降下量△VB3だけでなく、該電圧降下量△VB3と前記電流線路(24)に放電電流I2が流れることによって生じる電圧降下量△VB3c(=I2・RL3)との和だけ上昇して、補正前の均等化目標電圧Vdを該電圧降下量△VB3cだけ上回ることになるのである。
そこで、本実施例の均等化処理においては、セルの両端電圧の高い順に放電回路のスイッチがオンに設定され、1つの放電回路のスイッチがオンに設定される度に均等化目標電圧に補正が施される。
図7に示す手続きによって、開放電圧が均等化目標電圧Vdを超えるセルの放電が開放電圧の高い順に開始され、1つのセルの放電が開始される度に該セルについて補正後の均等化目標電圧Vd´が算出されることになる。
該均等化処理においては、先ずセルB1〜B3に接続されている放電回路のスイッチがオフの状態で各セルの開放電圧が測定され(図8に示すa時点)、その後、開放電圧の最も高いセルB2に接続されている放電回路のスイッチがオンに設定されて該セルB2の放電が開始される(図8に示すb時点)。これによって、セルB2を含む放電ループに放電電流が流れて該セルB2の内部抵抗等により大きな電圧降下が生じ、該セルB2の測定電圧VB2は急激に低下する。該電圧降下量△VB2が該セルB2についての均等化目標電圧Vdの補正量として算出される。又、このとき、図6に示す第1電流線路(23)に放電電流I2が流れることになるため、セルB1の測定電圧VB1が該電流線路(23)に放電電流I2が流れることによって生じる電圧降下量(=I2・RL2)だけ上昇することになる。セルB3の測定電圧VB3についても、セルB1と同様に、第2電流線路(24)に放電電流I2が流れることによって生じる電圧降下量(=I2・RL3)だけ上昇することになる。
例えば、上記実施の形態においては、均等化目標電圧を算出する方法として、組電池を構成する複数のセルのセル電圧の内、最も低いセル電圧に基づいて均等化目標電圧を算出する方法を採用しているが、これに限らず、それらのセル電圧の平均値に基づいて均等化目標電圧を算出する方法等、種々の公知の方法を採用することが可能である。
(2) 充電状態均等化装置
(21) 放電回路
(22) 電圧測定回路
(3) 負荷
(31) 開閉スイッチ
Claims (2)
- 複数のセルを直列に接続してなる組電池を対象として各セルの充電状態を均等化する装置であって、各セルに対して並列に接続されて各セルの放電及び/又は充電を行なう複数の充放電回路と、各充放電回路に接続されて各セルの両端電圧を測定する複数の電圧測定回路と、各電圧測定回路の測定結果に基づいて各充放電回路の動作を制御する制御回路とを具えた充電状態均等化装置において、該制御回路は、
前記複数の充放電回路による放電或いは充電が開始される前に前記複数の電圧測定回路によって測定された電圧に基づいて均等化目標電圧を算出する均等化目標電圧算出手段と、
両端電圧が前記均等化目標電圧算出手段によって算出された均等化目標電圧と異なるセルについて夫々、充放電回路による放電或いは充電を開始する充放電開始手段と、
前記セルについて夫々、充放電回路による放電或いは充電が開始される前に電圧測定回路によって測定された電圧と充放電回路による放電或いは充電が開始されてから一定時間経過後に電圧測定回路によって測定された電圧との電圧差に基づいて前記均等化目標電圧に補正を施すことにより補正後均等化目標電圧を算出する補正処理手段と、
前記セルについて夫々、電圧測定回路によって測定された電圧が前記補正処理手段によって算出された補正後均等化目標電圧に達したときに充放電回路による放電或いは充電を終了する充放電終了手段
とを具え、
前記一定時間は、セルの両端電圧が安定し、且つ充放電回路による放電或いは充電によってセルの両端電圧が変化し始めるまでの時間に設定され、
各充放電回路は各セルの放電を行なうものであって、前記補正処理手段は、前記均等化目標電圧算出手段によって算出された均等化目標電圧から前記電圧差を減算することにより補正後均等化目標電圧を算出し、
前記充放電開始手段は、充放電回路による放電が開始される前に前記複数の電圧測定回路によって測定された電圧が高いセルから順番に充放電回路による放電を開始し、前記補正処理手段は、セルの放電が開始される度に該セルについての補正後均等化目標電圧を算出する充電状態均等化装置。 - 複数のセルを直列に接続してなる組電池と、請求項1に記載の充電状態均等化装置とを具えている組電池システム。
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