JP5573818B2 - 電池均等化装置および方法 - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態の基本構成図である。
組電池101は、複数の電池セル102を例えば直列に接続して構成される。セルバランス部103は、組電池101に対して複数の電池セル102の電圧を均等化させる。このセルバランス部103は例えば、複数の電池セルのうちの1つ以上の電池セル102から放電される電力を複数の電池セル102のうちの1つ以上の他の電池セルに充電させることによって複数の電池セルの電圧を均等化させる、いわゆるアクティブ方式のバランス回路である。あるいは、このセルバランス部103は例えば、複数の電池セル102から選択した1つ以上の電池セル102の電力を放電消費させることによって複数の電池セル102の電圧を均等化させる、いわゆるパッシブ方式のバランス回路である。
補正電圧算出部105は、電圧を均等化する電池セル102について、電池セル監視部104が監視するその電池セル102の電圧および電流に基づいて、その電池セル102の内部抵抗に対応する補正電圧を算出する。
目標電圧G=(OCV1+OCV2)/2 ・・・(1)
である。しかしながら、図1の電池セル監視部104で実際に観測される電池セル102(#1)の観測電圧は、図2(b)の観測電圧1の実線で示されるように、均等化制御開始から所定時間(数秒程度)が経過した後から、理想電圧OCV1よりも電位差ΔV1だけ低い電圧値として観測される。一方、図1の電池セル監視部104で実際に観測される電池セル102(#2)の観測電圧は、図2(b)の観測電圧2の実線で示されるように、均等化制御開始から所定時間(数秒程度)が経過した後から、理想電圧OCV2よりも電位差ΔV2だけ高い電圧値として観測される。これらの電位差ΔV1およびΔV2はそれぞれ、電池セル102(#1)および102(#2)の分極抵抗を含む内部抵抗により生ずる電位である。
終了電圧1=目標電圧G−補正電圧ΔV1 ・・・(2)
になったときに均等化制御を終了するように、目標電圧Gを終了電圧1に補正する。一方、セルバランス制御部106は、充電側の電池セル102(#2)に対しては、図1の電池監視部104による観測電圧2が、
終了電圧2=目標電圧G+補正電圧ΔV2 ・・・(3)
になったときに均等化制御を終了するように、目標電圧Gを終了電圧2に補正する。
図4において、組電池101、電池セル102(#1〜#4)、セルバランス回路103、および電池セル監視部104はそれぞれ、図1の組電池101、電池セル102、セルバランス部103、および電池セル監視部104に対応する。電池セル監視部104は、各電池セル(#1〜#4)の各両端の電圧を監視検出してDSP401に通知する。また、電池セル監視部104は、電圧測定部403が検出する組電池101の電池セル102全体に流れる電流を監視してDSP401に通知する。さらに、電池セル監視部104は、各電池セル102の近傍の温度を特には図示しない温度センサから取得してDSP401に通知する。なお、温度情報は、図8に示されるフローチャートの処理において使用される。図4のDSP(デジタルシグナルプロセッサ)401は、図1の補正電圧算出部105による補正電圧算出の機能とセルバランス制御部106による終了電圧の補正算出の機能を実現する。また、DSP401とスイッチ制御部402は、図1のセルバランス制御部106による均等化制御の機能を実現する。
ステップS501で電池セル102に電流が流れていると判定され、組電池101が電力供給状態にあるときに、DSP401は、電圧を均等化する電池セル102について、電池セル監視部104が監視するその電池セル102の電圧および電流を取得する。そして、DSP401は、これらの取得した電圧および電流の組を用いて、電圧と電流から内部抵抗を決定するマップデータを参照し、内部抵抗を推定する(以上、ステップS502)。図6は、DSP401がその内部に保持する、電圧と電流から内部抵抗を算出するマップデータの例を示す図である。電池セル102から検出された電圧CCV(V:ボルト)と電流(A:アンペア)を用いてこのマップデータが参照されると、それらの組合せの交点に相当する記憶位置に記憶されている内部抵抗(mΩ:ミリオーム)のデータが読み出される。例えば、CCV=3.04(ボルト)、電流=80(アンペア)であれば、内部抵抗は66(ミリオーム)である。このように、内部抵抗は、電池セル102の電圧と電流の組に対応するデータとして、あらかじめマップデータとして持たせておくことができ、本実施形態はこのマップデータを利用して、組電池101が電源供給状態にあるときの電池セル102の内部抵抗を推定することができる。
その後、DSP401は、ステップS502で推定した内部抵抗の値に、図4の電流測定部403および電池セル監視部104を介して検出される電流の値を乗算することにより、補正電圧値を算出する。そして、DSP401は、前述した(2)式(放電の場合)または(3)式(充電の場合)に基づいて、均等化制御を行う電池セル102に対する終了電圧値を補正し、均等化制御の開始処理を終了する(ステップS505)。
次に、DSP401は、ステップS507による均等化制御の開始時の該当する電池セル102の電圧の値(図2のOCVに対応する)を電池セル監視部104から取得しておく。続いて、DSP401は、上記開始指示後所定時間経過時の該当する電池セル102の電圧の値を電池セル監視部104から取得する。そして、DSP401は、取得した上記2つの電圧の値の差の絶対値を計算して、OCVから所定時間経過後までの変化電圧の値を、補正電圧として算出する。そして、DSP401は、前述した(2)式(放電の場合)または(3)式(充電の場合)に基づいて、均等化制御を行う電池セル102に対する終了電圧値を補正し、均等化制御の開始処理を終了する(以上、ステップS508)。
102 電池セル
103 セルバランス部、セルバランス回路
104 電池セル監視部
105 補正電圧算出部
106 セルバランス制御部
401 DSP(デジタルシグナルプロセッサ)
402 スイッチ制御部
403 電流測定部
Claims (13)
- 複数の電池セルを接続して構成される組電池に対して前記複数の電池セルの電圧を均等化させるセルバランス部を備える電池均等化装置であって、
前記各電池セルの電圧を監視する電池セル監視部と、
電圧を均等化する電池セルについて、前記電池セル監視部が監視する該電池セルの電圧に基づいて、補正電圧を算出する補正電圧算出部と、
前記複数の電池セルのうち前記電圧を均等化する電池セルを決定し、前記補正電圧算出部が算出する該決定した電池セルに対応する補正電圧によって該決定した電池セルに対応する均等化制御の目標電圧を補正し、終了電圧を求め、前記電池セル監視部を介して該決定した電池セルの電圧を監視しながら前記求めた終了電圧を制御終了の目標値として、該決定した電池セルに対して前記セルバランス部による電圧の均等化制御を実行させるセルバランス制御部とを備え、
前記セルバランス部は、前記複数の電池セルのうち1つ以上の電池セルから放電される電力を前記複数の電池セルのうち1つ以上の他の電池セルに充電させることによって、前記複数の電池セルの電圧を均等化し、
前記セルバランス制御部は、前記均等化によって放電させる電池セルに対して、前記補正電圧算出部が算出する該電池セルに対応する補正電圧を、該電池セルに対応する均等化制御の目標電圧から減算し、前記終了電圧を求め、前記均等化によって充電させる電池セルに対して、前記補正電圧算出部が算出する該電池セルに対応する補正電圧を、該電池セルに対応する均等化制御の目標電圧に加算し、前記終了電圧を求める、
ことを特徴とする電池均等化装置。 - 前記補正電圧算出部は、前記組電池が電力供給状態にあるときに、前記電圧を均等化する電池セルについて、前記電池セル監視部が監視する該電池セルの電圧および電流に基づいて、電圧と電流から内部抵抗を決定するマップデータを参照することにより、該電池セルに対応する内部抵抗を算出し、該内部抵抗と前記電池セル監視部が監視する該電池セルの電流に基づいて前記補正電圧を算出する、
ことを特徴とする請求項1に記載の電池均等化装置。 - 前記補正電圧算出部は、前記組電池が電力供給状態にないときに、前記電圧を均等化する電池セルについて、前記セルバランス制御部が前記セルバランス部に対して電圧の均等化制御を開始させたときから該開始後所定時間経過した時点までの前記電池セル監視部が監視する該電池セルの電圧降下に対応する電圧を前記補正電圧として算出する、
ことを特徴とする請求項1に記載の電池均等化装置。 - 前記補正電圧算出部は、前記組電池が電力供給状態にないときに、前記電圧を均等化する電池セルについて、前記セルバランス制御部が前記セルバランス部に対して電圧の均等化制御を開始させたときから該開始後所定時間経過した時点までの前記電池セル監視部が監視する該電池セルの電圧降下と前記セルバランス部に流れる充放電電流に基づいて前記補正電圧を算出する、
ことを特徴とする請求項1に記載の電池均等化装置。 - 前記電池セル監視部はさらに前記各電池セルの温度を監視し、
前記補正電圧算出部は、前記組電池が電力供給状態にあるときに、前記電圧を均等化する電池セルについて、前記電池セル監視部が監視する該電池セルの電圧、電流および温度に基づいて、電圧と電流と温度から内部抵抗を決定するマップデータを参照することにより、該電池セルに対応する内部抵抗を算出し、該内部抵抗と前記電池セル監視部が監視する該電池セルの電流に基づいて前記補正電圧を算出する、
ことを特徴とする請求項1に記載の電池均等化装置。 - 前記電池セル監視部はさらに前記各電池セルの温度を監視し、
前記補正電圧算出部は、前記組電池が電力供給状態にないときに、前記電圧を均等化する電池セルについて、前記電池セル監視部が監視する該電池セルの電圧および温度に基づいて、電圧と温度から内部抵抗を決定するマップデータを参照することにより、該電池セルに対応する内部抵抗を算出し、該内部抵抗と前記セルバランス制御部が前記セルバランス部に対して電圧の均等化制御を開始させた後に前記電池セル監視部が監視する該電池セルの電流に基づいて前記補正電圧を算出する、
ことを特徴とする請求項1に記載の電池均等化装置。 - 前記セルバランス制御部は、前記均等化によって放電させる電池セルに対して、前記補正電圧算出部が算出する該電池セルに対応する補正電圧を、前記決定された各電池の電圧の平均である前記目標電圧から減算し、前記終了電圧を求め、前記均等化によって充電させる電池セルに対して、前記補正電圧算出部が算出する該電池セルに対応する補正電圧を、前記決定された各電池の電圧の平均である前記目標電圧に加算し、前記終了電圧を求める、
ことを特徴とする請求項1に記載の電池均等化装置。 - 複数の電池セルを接続して構成される組電池に対して前記複数の電池セルのうちの1つ以上の電池セルから放電される電力を前記複数の電池セルのうちの1つ以上の他の電池セルに充電させることによって前記複数の電池セルの電圧を均等化させるセルバランス部を制御する電池均等化方法であって、
前記各電池セルの電圧を監視し、
電圧を均等化する電池セルについて、前記監視される該電池セルの電圧に基づいて、補正電圧を算出し、
前記複数の電池セルのうち前記電圧を均等化する電池セルを決定し、
該決定した電池セルのうち前記均等化によって放電させる電池セルに対して、前記補正電圧を、該電池セルに対応する均等化制御の目標電圧から減算し、終了電圧を求め、
該決定した電池セルのうち前記均等化によって充電させる電池セルに対して、前記補正電圧を、該電池セルに対応する均等化制御の目標電圧に加算し、終了電圧を求め、
該決定した電池セルの電圧を監視しながら前記求めた終了電圧を制御終了の目標値として、該決定した電池セルに対して前記セルバランス部による電圧の均等化制御を実行させる、
ことを特徴とする電池均等化方法。 - 前記組電池が電力供給状態にあるときに、
前記電圧を均等化する電池セルについて、前記監視される該電池セルの電圧および電流に基づいて、電圧と電流から内部抵抗を決定するマップデータを参照することにより、該電池セルに対応する内部抵抗を算出し、
該内部抵抗と前記監視される該電池セルの電流に基づいて前記補正電圧を算出する、
ことを特徴とする請求項8に記載の電池均等化方法。 - 前記組電池が電力供給状態にないときに、
前記電圧を均等化する電池セルについて、前記セルバランス部に対して電圧の均等化制御を開始させたときから該開始後所定時間経過した時点までの前記監視される該電池セルの電圧降下に対応する電圧を前記補正電圧として算出する、
ことを特徴とする請求項8に記載の電池均等化方法。 - 前記組電池が電力供給状態にあるときに、
さらに前記各電池セルの温度を監視し、
前記電圧を均等化する電池セルについて、前記監視される該電池セルの電圧、電流および温度に基づいて、電圧と電流と温度から内部抵抗を決定するマップデータを参照することにより、該電池セルに対応する内部抵抗を算出し、
該内部抵抗と前記監視される該電池セルの電流に基づいて前記補正電圧を算出する、
ことを特徴とする請求項8に記載の電池均等化方法。 - 前記組電池が電力供給状態にないときに、
さらに前記各電池セルの温度を監視し、
前記電圧を均等化する電池セルについて、前記監視される該電池セルの電圧および温度に基づいて、電圧と温度から内部抵抗を決定するマップデータを参照することにより、該電池セルに対応する内部抵抗を算出し、
該内部抵抗と前記セルバランス部に対して電圧の均等化制御を開始させた後に前記監視される該電池セルの電流に基づいて前記補正電圧を算出する、
ことを特徴とする請求項8に記載の電池均等化方法。 - 前記均等化によって放電させる電池セルに対して、前記補正電圧を、前記決定された各電池の電圧の平均である前記目標電圧から減算し、前記終了電圧を求め、
前記均等化によって充電させる電池セルに対して、前記補正電圧を、前記決定された各電池の電圧の平均である前記目標電圧に加算し、前記終了電圧を求める、
ことを特徴とする請求項8に記載の電池均等化方法。
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