JP5558391B2 - 二次電池交換方法および交換用二次電池取得装置 - Google Patents
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Description
例えば、セル電圧のばらつきによる過充電や過放電を防止するために、セル毎の電圧を測定する必要がある。このセル毎の電圧の測定に関し、特許文献1に記載のセル電圧検出装置は、第1ステップとしてフライングキャパシタ回路の作用により、多セルを直列した組電池の対地電位の異なる任意のセルについてコンデンサをセル電圧に充電し、第2ステップとしてフライングキャパシタ回路のコンデンサと放電回路と電圧比較器の作用により、セル電圧に充電されたコンデンサの電圧が減衰してしきい電圧に到達する時間に対応するパルス幅のパルスを得、第3ステップとして該パルス幅の時間計測手段と演算手段の作用により、セル電圧のディジタル値を得る。これにより、計測単位とするセルの直列個数を自由に設定でき、高精度のA/D変換器を必要とせず、かつ、高精度でセル電圧を検出できるとされている。
図1は、本発明の一実施形態における組電池システム1の概略構成を示す構成図である。同図において、組電池システム1は、組電池10と、電池処理装置20と、在庫電池管理サーバ装置30と、在庫電池群40とを具備する。組電池10は、電池モジュール110−1〜110−mと、BMU(Battery Management Unit)120とを具備する。電池処理装置20は、サーバ通信部210と、電池通信部220と、充放電実行部230と、電池特性取得部240と、制御部250とを具備する。在庫電池管理サーバ装置30は、通信部310と、制御部350と、在庫電池管理データベース(DB)360とを具備する。在庫電池群40は、電池モジュール110−(m+1)〜110−(m+n)を具備する。また、電池モジュール110−1〜110−(m+n)の各々は、セル111と、CMU(Cell Management Unit)112とを具備する。
電池モジュール110−1〜110−(m+n)の各々は、パッケージ(ひと纏まり)化されている二次電池である。組電池10の具備する二次電池の交換が行われる際は、電池モジュール単位で交換が行われる。
なお、電池モジュール110−1〜110−(m+n)が、それぞれ1つのセル111を具備するようにしてもよいし、複数のセル111を具備するようにしてもよい。電池モジュール110−1〜110−(m+n)が、複数のセル111を具備する場合、当該複数のセル111が直列に接続されていてもよいし、並列に接続されていてもよいし、直列接続と並列接続とを組み合わせて接続されていてもよい。
BMU120は、組電池10の具備する各電池モジュールのCMU112との間でデータをやりとりして各電池モジュールを制御する。
電池通信部220は、電池モジュールのCMU112からの情報の読出や、CMU112への情報の書込を行う。特に電池通信部220は、電池モジュールのCMU112から後述する照合用コードを読み出し、また、CMU112に照合用コードを書き込む。
情報の読み書きは、例えば、電池処理装置20が所定の位置に有する信号用接続端子を通じて行われる。当該所定の位置に電池モジュールが積載されて、電池処理装置20側の信号用接続端子と電池モジュール側の信号用接続端子とが接続されることにより、電池通信部220は、CMU112に対する情報の読み書きを行えるようになる。
電池モジュールの充放電は、例えば、電池処理装置20が所定の位置に有する電力用接続端子を通じて行われる。当該所定の位置に電池モジュールが積載されて、電池処理装置20側の電力用接続端子と電池モジュール側の電力用接続端子とが接続されることにより、充放電実行部230は、電池モジュールへの電力供給(電池モジュールへの充電)や、電池モジュールからの電力取得(電池モジュールの放電)を行えるようになる。
在庫電池管理データベース360は、在庫電池群40の具備する電池モジュール110−(m+1)〜110−(m+n)の各々について、電池電圧や容量や内部抵抗などの特性情報を予め記憶する。当該特性情報は、例えば、電池モジュールが在庫電池群40に収納される際に、組電池システム1の管理者によって在庫電池管理データベース360に書き込まれる。
制御部350は、在庫電池管理サーバ装置30の各部を制御する。特に、制御部350は、組電池10の電池モジュールが交換される際に、交換用に用いられる電池モジュールの有するべき特性を、電池通信部220を介して電池処理装置20から取得し、取得した特性に基づいて在庫電池管理データベース360を検索して、組電池10の電池モジュールとの交換用に用いられる電池モジュール(交換用電池モジュール)を決定する。
なお、電池モジュール110−(m+1)〜110−(m+n)は、複数の場所に分けて収納されていてもよい。例えば、在庫電池群40が複数の収納庫から構成され、各収納庫に電池モジュールが収納されていてもよい。
すなわち、まず、制御部250が、特性取得部を構成する。具体的には、制御部250は、電池通信部220を介して電池モジュールのCMU112から交換用電池モジュールの有するべき特性を読み出す。これにより、制御部250(特性取得部)は、交換用電池モジュール(交換用二次電池)が有するべき特性を取得する。
ここで、同様の使用履歴を有する電池モジュールは同様の特性を有することを期待できる。例えば、フォークリフトの駆動用電源として用いられた二次電池と、太陽光発電設備の発電出力平滑化装置に用いられた二次電池とでは、使用環境の気温や充放電パターン等の違いから、特性に違いが生じることが考えられる。
図2は、放電プロファイルの例を示すグラフである。同図の横軸は、放電積算量(放電電流の時間方向における積算量)を、満充電の状態における値を0%とし、完全に放電した状態における値を100%とした相対値にて示す。また、同図の縦軸は、電池電圧(起電力)を、完全に放電した状態における値を0%とし、満充電の状態における値を100%とした相対値にて示す。放電積算量は、充電状態を示す情報の一例であり、電池電圧は、特性を示す情報の一例である。
また、同図の線L11は、新しい(製造直後の)電池モジュールの放電プロファイルの例を示し、線L12は、ある程度劣化の進んだ電池モジュールの放電プロファイルの例を示し、線L13は、寿命末期の電池モジュールの放電プロファイルの例を示す。
ここで、交換用電池モジュールの有するべき特性は、残りの電池モジュールの特性に基づく所定の範囲(例えば、残りの電池モジュールの内部抵抗の最頻値を中心とする一定値以内の範囲)として設定される。当該交換用電池モジュールの有するべき特性は、例えば制御部350が、残りの電池モジュールの特性に基づいて算出する。
この場合、制御部350は、電池モジュールの容量と内部抵抗との相関関係を予め記憶しておき、当該相関関係に基づいて、エージング処理後の電池モジュールの特性を予測する。そして、制御部350は、交換用電池モジュールの有するべき特性を得られると予測される電池モジュールを、候補の中から選択する。
また、同図の線L21、L22は、それぞれ、内部抵抗と容量との相関関係(エージング処理による劣化パターン)を示す。制御部350は、線L21およびL22以外にも、容量と内部抵抗との様々な組み合わせについて、同様の相関関係を予め記憶しておく。これらの相関関係は、例えば、電池モジュールに対して実際にエージング処理を行い、容量および内部抵抗を測定することにより得られる。
例えば、リチウムイオン電池等の二次電池において、一般に、内部抵抗と容量とでは、内部抵抗のほうが変化(劣化)し難い傾向にある。そこで、制御部350は、まず、内部抵抗(比較的劣化し難い特性)が、交換用電池モジュールの有するべき内部抵抗以下の(すなわち、劣化の度合いが小さい)電池モジュールに対して、内部抵抗の大きい順(すなわち、交換用電池モジュールの有するべき特性に近い順)の順序付けを行う。このように、制御部350は、エージング処理を行った場合に変化し難い特性ほど優先的に、交換用電池モジュールの選択に反映させる。
その後、電池処理装置20(サーバ通信部210の制御に従う充放電実行部230)が、制御部350の選択した電池モジュールに対してエージング処理を行って、当該電池モジュールの内部抵抗および容量を、交換用電池モジュールの有するべき内部抵抗および容量に変化させる。
ここで、変化し難い特性が交換用電池モジュールの有するべき特性に近い電池モジュールほど、この変化し難い特性を、交換用電池モジュールの有するべき特性に変化させ得ることを期待できる。従って、制御部350が、適切な電池モジュールをより速く選択できることを期待できる。
図4は、組電池システム1における電池交換の処理手順を示すフローチャートである。組電池システム1は、例えば定期的に同図の処理を開始する。
まず、電池モジュール110−1〜110−mの具備する各CMU112が、CMU112自らの電池モジュールの具備するセル111の各々の、電池電圧や容量等の特性を取得する。そして、自らの電池モジュールの交換要否を判定し、判定結果をBMU120に出力する。各CMU112からの判定結果の出力を受けたBMU120は、当該判定結果に従って、交換が必要な電池モジュールを検出する(ステップS101)。
一方、交換が必要な電池モジュール有りと判定した場合(ステップS102:Yes)、BMU120は、ステップS101で検出した交換が必要な電池モジュール(以下、「要交換電池モジュール」と称する)のCMU112に照合用コードを書き込む(ステップS111)。
その際、BMU120が、これらの情報を含む照合用コードを生成してCMU112に書き込む。あるいは、BMU120が、照合用コードとは別にこれらの情報をCMU112に書き込むようにしてもよい。
また、BMU120がCMU112に書き込むこれらの情報は、各電池モジュールにおける測定値の最頻値であってもよいし、平均値または中央値であってもよい。あるいは、BMU120が、測定値そのものをCMU112に書き込み、制御部250または制御部350が、最頻値、平均値または中央値を算出するようにしてもよい。
また、電池処理装置20は、上記所定の位置に、電池モジュールとの、通信用接続端子および電力用接続端子を有する。この通信用接続端子を通じて、電池処理装置20は、当該所定の位置に積載された電池モジュールのCMU112に対して情報の書込や読出を行うことができる。また、この電力用接続端子を通じて、電池処理装置20は、当該所定の位置に積載された電池モジュールに対して充放電を行わせることができる。
なお、要交換電池モジュールの交換要因(交換が必要と判定される原因となった、異常値を示す項目)が明らかな場合、制御部250が、要交換電池モジュールの特性のうち、正常値を示すもの(交換要因となっていない項目)の測定値を、交換用電池モジュールが有するべき特性として用いるようにしてもよい。例えば、要交換電池モジュールの容量が異常値となっているが電池電圧や内部抵抗は正常値である場合、制御部250が、これら電池電圧や内部抵抗の測定を、CMU112の記憶する、交換用電池モジュールが有するべき特性のうちの電池電圧や内部抵抗の情報に代えて、交換用電池モジュールが有するべき特性として用いるようにしてもよい。
一方、照合用コードが不適合であると判定した場合(ステップS203:No)、BMU120は、組電池10による充放電を再開できない旨の表示を行う(ステップS221)。当該表示は、例えば、組電池10が、液晶ディスプレイ等による表示画面を具備し、BMU120が、運転再開不可を示すメッセージを当該表示画面に表示させることによって行う。
その後、同図の処理を終了し、例えば、組電池10に新たな交換用電池が組み込まれると、組電池10が、ステップS203以降の処理を再び行う。
当該処理は、例えば保守作業員が、在庫電池管理サーバ装置30の表示する電池モジュールの識別情報に基づいて手作業で行う。あるいは、組電池10または在庫電池群40または電池処理装置20が、ロボットアーム等の運搬手段を具備して自動で行うようにしてもよい。
その後、ステップS201へ進む。
そして、制御部350は、この順序付けに従って、エージング処理によって、交換用電池モジュールの有するべき内部抵抗および容量の範囲内とすることが可能か否かを判定し、可能と判定した電池モジュールを交換用電池モジュールとして選択する。
なお、制御部350が、ステップS142における順序付けを行う前に、交換用電池モジュールの候補から、交換用電池モジュールの有するべき容量よりも容量の小さいものを予め除外しておくようにしてもよい。これにより、エージング処理後の特性を予測する対象を削減でき、計算量を低減させ得る。
当該処理は、例えば保守作業員が、在庫電池管理サーバ装置30の表示する電池モジュールの識別情報に基づいて手作業で行う。あるいは、組電池10または在庫電池群40または電池処理装置20が、ロボットアーム等の運搬手段を具備して自動で行うようにしてもよい。
その後、ステップS151へ進む。
これにより、CMU112が各種情報を記憶する必要が無くなり、CMU112が有するべき記憶容量を小さくすることができる。
また、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。
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、CD−ROM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。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすで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であってもよい。
10 組電池
110−1〜110−(m+n) 電池モジュール
111 セル
112 CMU
120 BMU
20 電池処理装置
210 サーバ通信部
220 電池通信部
230 充放電実行部
240 電池特性取得部
250、350 制御部
30 在庫電池管理サーバ装置
310 通信部
360 在庫電池管理データベース
40 在庫電池群
Claims (5)
- 組電池を構成する二次電池の特性を取得する第1の特性取得ステップと、
前記第1の特性取得ステップで取得した特性に基づいて前記二次電池の交換の要否を判定する交換要否判定ステップと、
前記交換要否判定ステップで要交換と判定された二次電池に対する交換用二次電池が有するべき特性を取得する第2の特性取得ステップと、
前記第2の特性取得ステップで取得した特性に基づいて交換用二次電池を取得する交換用二次電池取得ステップと、
前記交換用二次電池取得ステップで取得した二次電池を、前記交換要否判定ステップで要交換と判定された二次電池と交換する交換ステップと、
を具備し、
前記交換用二次電池取得ステップは、前記第2の特性取得ステップで取得した特性に基づいて交換用二次電池を選択する交換用二次電池選択ステップを具備し、
前記交換用二次電池選択ステップにて、複数の特性のうち、エージング処理を行った場合に変化し難い特性ほど優先的に、前記交換用二次電池の選択に反映させることを特徴とする二次電池交換方法。 - 前記交換用二次電池取得ステップは、前記第2の特性取得ステップで取得した特性に基づいて二次電池に対してエージング処理を行って、交換用二次電池を生成するエージング処理ステップを具備することを特徴とする請求項1に記載の二次電池交換方法。
- 前記第2の特性取得ステップにて、優先順位を有する複数の特性を取得することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の二次電池交換方法。
- 前記交換用二次電池選択ステップは、
前記組電池に含まれる二次電池の使用履歴と、前記交換用二次電池の候補の二次電池の使用履歴とを取得する使用履歴取得ステップと、
前記交換用二次電池の候補の二次電池のうち、前記使用履歴取得ステップにて取得した使用履歴が、前記組電池に含まれる二次電池の使用履歴と一致する二次電池を選択する使用履歴一致二次電池選択ステップと、
を具備することを特徴とする請求項1に記載の二次電池交換方法。 - 交換用二次電池が有するべき特性を取得する特性取得部と、
前記特性取得部の取得した特性に基づいて交換用二次電池を取得する交換用二次電池取得部と、
を具備し、
前記交換用二次電池取得部は、前記交換用二次電池が有するべき複数の特性のうち、エージング処理を行った場合に変化し難い特性ほど優先的に、前記交換用二次電池の選択に反映させることを特徴とする交換用二次電池取得装置。
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