JP5618609B2 - 組電池の制御装置 - Google Patents
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Description
(2) 請求項2の発明は、請求項1に記載の組電池の制御装置において、セルの過充電状態の進行を制限するための最大SOCに対応する自己放電電流は、セルの定格容量とセルのSOCの低下速度とに基づいて設定される。
(3) 請求項3の発明は、請求項1または請求項2に記載の組電池の制御装置において、セルの過充電状態の進行を制限するための最大SOCに対応する自己放電電流は、セルのガス排出弁が動作するSOCよりも低いSOCに基づいて設定される。
(4) 請求項4の発明は、請求項3に記載の組電池の制御装置において、セルの過充電状態の進行を制限するための最大SOCに対応する自己放電電流は、セルのガス排出弁が動作するSOCから組電池のSOC制御幅を減じたSOCに基づいて設定される。
(5) 請求項5の発明は、請求項1〜4のいずれか一項に記載の組電池の制御装置において、制御回路は、スイッチング素子をデューティー制御してバイパス回路にセルをバイパスする電流を間欠的に流し、バイパス回路に間欠的に流れる電流の平均電流を、セルの過充電状態の進行を制限するための最大SOCに対応する自己放電電流以下の電流とした。
(6) 請求項6の発明は、請求項5に記載の組電池の制御装置において、組電池の温度を検出する検出器を備え、制御回路は、検出器により検出された温度に応じてバイパス回路に間欠的に流れる電流の平均電流を可変にする。
バイパス放電量=定格容量×(各セルのSOC−最小SOC) ・・・(1)
次に、算出されたバイパス放電量に基づいてバイパス放電時間、すなわちスイッチング素子101〜104を閉路する時間を算出する。
バイパス放電時間=バイパス放電量/(定格セル電圧/バイパス回路の抵抗)・・・(2)
ここで、リチウムイオン電池の特性について説明する。電池のSOCがばらつく原因としては、電池の自己放電速度のばらつき、充放電効率のばらつき、制御回路の動作時消費電流および停止時暗電流のばらつきなどのいろいろな要素があるが、乗用車に搭載される電池は比較的、放置期間が長いため、自己放電(自然放電)のばらつきが主となる。リチウムイオン電池の場合は、システム起動時にセルの無負荷電圧を測定し、この無負荷電圧が高いセルにバイパス電流を流してSOCを低減する。
次に、リチウムイオン電池の過充電状態における挙動例を説明する。一般的に過充電時にも充電にともなって電池電圧は上昇し、あるリチウムイオン電池ではSOCが280%程度で内圧が上昇してガス排出弁が動作した。このリチウムイオン電池では、SOCが230%以上でガス排出弁が動作する可能性があるため、SOC230%以上をガス排出弁差動領域とする。ガス排出弁差動領域の下限のSOCは、リチウムイオン電池の特性に大きく依存し、正極活物質、負極活物質、電解液組成などのいろいろな条件により異なる。SOC230%以上というガス排出弁差動領域は一例を示したものである。
リチウムイオン電池の自己放電とSOCの関係について説明する。一般的に、電池はSOCが高いほど自己放電が多くなる。自己放電が多くなるということは、放置時の電圧低下速度が大きくなることである。図5にリチウムイオン電池のSOCと電圧低下速度の特性例を示す。これは、温度25℃のリチウムイオン電池のSOCを変えた場合の電圧低下速度(mV/day)をプロットした特性である。図から明らかなように、SOCが高いほど電圧低下速度が高くなる。このことは、ある電流で充電した場合、充電が進んでSOCが高くなるほど自己放電によるSOC低下が大きくなるので、有効に充電される電流が少なくなることを意味する。
自己放電の電流換算値(mA)=定格容量(mAh)×SOC低下速度(%/hr)/100 ・・・(3)
図6の特性例の近似曲線から、この自己放電の電流換算値とSOCの関係をプロットすると、図7に示すようなリチウムイオン電池のSOCに対する自己放電の電流換算値の関係が求められる。図7に示すように、SOCが高いほど自己放電の電流換算値は大きくなる。この明細書では、セルの自己放電にともなうSOCの低下をセルの放電電流に換算した物理量を“自己放電電流”と呼ぶ。
以上説明したリチウムイオン電池におけるSOCと自己放電電流の関係から、一定の電流でリチウムイオン電池を過充電した場合、SOCが高くなると自己放電電流が増加するために充電電流が自己放電電流と相殺されることになり、充電電流から自己放電電流を差し引いた電流分しか電池に充電されないことになる。さらにSOCが高くなると、自己放電電流が増加して充電電流と等しくなり、この時点において充電電流が流れてもこれ以上は電池の充電が行われないことになる。このような特性は、リチウムイオン電池に限らず、同様な特性を有するすべての電池に共通の特性である。
バイパス回路の抵抗(Ω)=セル電圧/バイパス電流 ・・・(4)
上述した一実施の形態では、単一の電圧検出回路を用いた組電池の制御装置を例に挙げて説明したが、二系統の電圧検出回路を備えた組電池の制御装置に対して本発明を適用してももちろん構わない。図8は、図2に示すセルコントローラー100に過充電検出回路を加えたセルコントローラー100Aの構成を示す。なお、図1および図2に示す一実施の形態の組電池の制御装置と同様な機器に対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。
Claims (6)
- 複数のセルから成る組電池のそれぞれの前記セルに並列に接続されるバイパス回路であって、スイッチング素子と抵抗とを直列に接続したバイパス回路と、
前記スイッチング素子を開閉して前記バイパス回路に前記セルをバイパスする電流を流す制御回路とを備えた組電池の制御装置であって、
前記セルの自己放電にともなうSOC(State Of Charge)の低下を前記セルの放電電流に換算した電流を前記セルの自己放電電流としたとき、前記バイパス回路に流れる電流を、前記セルの過充電状態の進行を制限するための最大SOCに対応する前記自己放電電流以下の電流としたことを特徴とする組電池の制御装置。 - 請求項1に記載の組電池の制御装置において、
前記セルの過充電状態の進行を制限するための最大SOCに対応する前記自己放電電流は、前記セルの定格容量と前記セルのSOCの低下速度とに基づいて設定されることを特徴とする組電池の制御装置。 - 請求項1または請求項2に記載の組電池の制御装置において、
前記セルの過充電状態の進行を制限するための最大SOCに対応する前記自己放電電流は、前記セルのガス排出弁が動作するSOCよりも低いSOCに基づいて設定されることを特徴とする組電池の制御装置。 - 請求項3に記載の組電池の制御装置において、
前記セルの過充電状態の進行を制限するための最大SOCに対応する前記自己放電電流は、前記セルのガス排出弁が動作するSOCから前記組電池のSOC制御幅を減じたSOCに基づいて設定されることを特徴とする組電池の制御装置。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の組電池の制御装置において、
前記制御回路は、前記スイッチング素子をデューティー制御して前記バイパス回路に前記セルをバイパスする電流を間欠的に流し、
前記バイパス回路に間欠的に流れる電流の平均電流を、前記セルの過充電状態の進行を制限するための最大SOCに対応する前記自己放電電流以下の電流としたことを特徴とする組電池の制御装置。 - 請求項5に記載の組電池の制御装置において、
前記組電池の温度を検出する検出器を備え、
前記制御回路は、前記検出器により検出された温度に応じて前記バイパス回路に間欠的に流れる電流の平均電流を可変にすることを特徴とする組電池の制御装置。
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