JP5721650B2 - 電池管理装置、電池管理方法およびプログラム - Google Patents

電池管理装置、電池管理方法およびプログラム Download PDF

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Description

本発明は、組電池を管理する電池管理装置、電池管理方法およびプログラムに関する。
組電池を備える電池システムでは、組電池の残容量や異常の有無など、組電池についての所定の状態を監視することが行われる。例えば、電池パックにおいて、制御ICは、予め設定された設定残量と組電池の端子電圧とを対応付けたデータテーブルと、組電池における充放電電荷量の加減算を累積的に行って得た積算値とを利用して組電池における残量を算出する。また、制御ICは、端子電圧がデータテーブルに記憶された端子電圧に達したとき、データテーブルによってその端子電圧と対応付けられている設定残量を組電池に充電されている残量とするように残量の算出値を補正する。さらに、制御ICは、組電池の内部抵抗の増加に応じてデータテーブルに記憶される端子電圧を低下させるように補正する(例えば、特許文献1参照)。
特開2009−52975号公報
特許文献1において、組電池の監視は、制御ICなどの監視回路が実行している。この監視回路は、監視対象の組電池から電力供給を受けて動作する。このために、監視回路は、動作中において継続的に組電池の電力を消費していることになる。そのうえで、充放電が行われていない待機状態であっても異常が発生し得ることなどを考慮して、監視回路は、充放電が行われない待機状態においても組電池の監視を実行するようにされている。
このように、監視回路は組電池の電力を定常的に消費しており、これによる組電池の蓄電量の低下も相当なものとなる。このために、例えば組電池における蓄電量が待機状態において相当に速いペースで減少してしまい、待機状態から復帰したときに、必要とされる電力を組電池から供給することができなくなるなどの不具合を生じる可能性がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、組電池の状態を監視する監視回路による組電池の電力消費が抑制されるようにすることを目的とする。
上述した課題を解決するために、本発明の一態様としての電源管理装置は、組電池の状態を監視する電池監視部と、前記電池監視部の監視動作を制御する電池管理部と、補助電源とを備え、前記電池管理部は、前記組電池の状態として、前記組電池による充放電が停止している状態であるか否か、及び前記組電池の充電率が一定未満の状態であるか否かを判定する状態判定部と、前記組電池による充放電が停止している状態であると判定されているときに、前記電池監視部が起動して前記組電池の状態を監視する監視期間と、前記電池監視部が停止する停止期間とを繰り返す間欠監視動作が実行されるように制御し、前記組電池の充電率が一定未満の状態であると判定されているときに、前記組電池に代えて、前記補助電源から前記電池監視部に電力が供給されるように制御する監視動作制御部とを備える。
また、本発明において、前記状態判定部は、前記組電池と負荷または他の電源との間に設けられるスイッチがオフの状態を、前記組電池による充放電が停止している状態と判定することが好ましい。
また、本発明において、前記状態判定部は、前記組電池に流れる電流量が一定時間以上にわたり一定範囲内となる状態を、前記組電池による充放電が停止している状態と判定することが好ましい。
また、本発明において、補助電源をさらに備え、前記状態判定部は、前記組電池の状態として、さらに、前記組電池の充電率が一定未満の状態であるか否かについて判定し、前記監視動作制御部は、前記組電池の充電率が一定未満の状態であると判定されているときに、前記組電池に代えて、前記補助電源から前記電池監視部に電力が供給されるように制御することが好ましい。
また、本発明の一態様としての電池管理方法は、組電池による充放電が停止している状態であるか否か、及び前記組電池の充電率が一定未満の状態であるか否かを判定する状態判定ステップと、前記組電池による充放電が停止している状態であると判定されているときに、電池監視部が起動して前記組電池の状態を監視する監視期間と、前記電池監視部が停止する停止期間とを繰り返す間欠監視動作が実行されるように制御し、前記組電池の充電率が一定未満の状態であると判定されているときに、前記組電池に代えて、補助電源から前記電池監視部に電力が供給されるように制御する監視動作制御ステップとを備える。
また、本発明の一態様としてのプログラムは、コンピュータに、組電池による充放電が停止している状態であるか否か、及び前記組電池の充電率が一定未満の状態であるか否かを判定する状態判定ステップと、前記組電池による充放電が停止している状態であると判定されているときに、電池監視部が起動して前記組電池の状態を監視する監視期間と、前記電池監視部が停止する停止期間とを繰り返す間欠監視動作が実行されるように制御し、前記組電池の充電率が一定未満の状態であると判定されているときに、前記組電池に代えて、補助電源から前記電池監視部に電力が供給されるように制御する監視動作制御ステップとを実行させるものである。
以上説明したように、本発明によれば、組電池の状態を監視する監視回路による組電池の電力消費が抑制されるという効果が得られる。
本発明の実施形態の電池システムの構成例を示す図である。 本実施形態における電池ユニットの構成例を示す図である。 本実施形態における電池管理部の構成例を示す図である。 本実施形態における監視動作制御部が実行する処理手順例を示す図である。 本実施形態の監視動作制御による監視動作の状態遷移を示す図である。 本実施形態における監視動作制御部が間欠監視動作設定のために実行する処理手順例を示す図である。 本実施形態における監視動作制御部が実行する補助電池使用間欠監視動作設定のための処理手順例を示す図である。 本実施形態における監視動作制御部が実行する補助電池使用間定常視動作設定のための処理手順例を示す図である。 本実施形態における監視動作制御部が実行する補助電池充電定常監視動作設定のための処理手順例を示す図である。 本実施形態における電池監視部が実行する処理手順例を示す図である。 本実施形態の監視動作制御を行った場合における組電池充電率の時間経過における変化を、監視動作制御を行わない場合と比較して示す図である。
以下、本発明の一実施形態による電池管理装置である電池システムについて、図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態における電池システムの構成例を示している。この図に示す電池システムは、電池ユニット100−1〜100−n、電力変換装置200、電池管理部300、システム電源400、組電池対応スイッチ500−1〜500−n、および、電流検出部600−1〜600−nを備える。
なお、以降の説明において、電池ユニット100−1〜100−nについて特に区別しない場合には、電池ユニット100と記載し、組電池対応スイッチ500−1〜500−nについて特に区別しない場合には、組電池対応スイッチ500と記載する。また、電流検出部600−1〜600−nについて特に区別しない場合に、電流検出部600と記載する。
電池ユニット100−1〜100−nは、組電池ごとに対応するユニットであり、それぞれが同じ構成を有する。具体的に、電池ユニット100−1は、組電池110−1と電池監視部120−1を備える。以降同様に、電池ユニット100−2〜100nは、それぞれ組電池110−2〜110−nと電池監視部120−2〜120−nを備える。
なお、以降の説明において、組電池110−1〜110−nについて特に区別しない場合には組電池110と記載する。また、電池監視部120−1〜120−nについて特に区別しない場合には電池監視部120と記載する。
組電池110は、単体の二次電池である電池セルを複数備え、これら複数の電池セルを直列に接続して形成される。組電池110−1〜110−nは、それぞれ、電流検出部600−1〜600−nを介し、さら組電池対応スイッチ500−1〜500−nを介して電力変換装置200と接続される。
電池監視部120は、電池ユニット100における組電池110の状態を監視する。具体的に、電池監視部120は、組電池110の状態として、組電池110における電池セルごとの電圧と温度を監視する。そして、電池監視部120は、監視した電圧と温度に基づいて生成した監視情報を電池管理部300に対して周期的に送信する。
電力変換装置200は、組電池110−1〜110−nから供給される直流による電力を交流に変換し、商用系統800に接続される負荷(図示せず)に供給する。また、電力変換装置200は、商用系統800から供給される交流による電力を直流に変換して、例えば充電のために組電池110−1〜110−nに供給する。つまり、組電池110−1〜110−nは互いに並列に接続されたうえで、電力変換装置200を介して負荷や他の電源と接続される。
電池管理部300は、電池システム全体の動作を制御する。このために、電池管理部300は、電池ユニット100−1〜100−nにおける電池監視部120を通信バス700経由で制御する。また、電池管理部300は、組電池対応スイッチ500−1〜500−nのオンオフ制御を個別に行う。また、本実施形態の電池管理部300は、組電池の状態に応じて電池管理部300の監視動作が切り替わるように制御する。
システム電源400は、電池システムにおいて電力変換装置200と電池管理部300に対して電力を供給する電源回路である。なお、電池ユニット100における電池監視部120は、システム電源400からの電力供給を受けない。電池監視部120は、同じ電池ユニット100における組電池110または補助電池から供給される電力により動作する。
組電池対応スイッチ500−1〜500−nは、それぞれ、組電池110−1〜110−nごとに設けられ、電池管理部300によりそれぞれが個別にオンオフされる。
組電池対応スイッチ500がオンのとき、この組電池対応スイッチ500と接続された組電池110は電力変換装置200と接続される。組電池対応スイッチ500がオフのとき、この組電池対応スイッチ500と接続された組電池110は電力変換装置200と切断される。
なお、組電池対応スイッチ500には、例えばMCB(Miniature Circuit Breaker:電流遮断器)が使用される。
電流検出部600−1〜600−nは、それぞれ、組電池110−1〜110−nに流れる電流量を検出する。電流検出部600−1〜600−nの各々により検出された電流量は、電池管理部300が入力する。つまり、電池管理部300は、電池ユニット100ごとの組電池110の充放電動作に応じた電流量を監視している。
図2は、電池ユニット100の構成例を示している。
この図に示すように、電池ユニット100は、図1に示した組電池110と電池監視部120の他に、電源回路130、補助電池140と電源系スイッチ151〜156を備える。
電源回路130は、組電池110に蓄積されている電力または補助電池140に蓄積されている電力のいずれかを入力し、例えば所定の電圧値で安定化した電源電圧Vccを生成する。電池監視部120は、このように生成された電源電圧Vccを入力して動作する。つまり、電池監視部120は、同じ電池ユニット100における組電池110または補助電池140の電力を使用して動作する。
補助電池(補助電源)140は、電池監視部120を動作させるための電力を補助的に供給するための単体の電池である。この補助電池140には、例えば単三形程度のリチウムイオン電池などとしての二次電池が使用される。この補助電池140は、同じ電池ユニット100における組電池110から電力を供給することによって充電することができる。
なお、この図では、補助電池140は電池ユニット100内に備えられているが、組電池対応スイッチ500や電流検出部600のように電池ユニット100外に備えられてよい。
電源系スイッチ151〜156は、電源回路130に対して組電池110の電力を入力させる電力経路と、補助電池140の電力を入力させる電力経路と、組電池110の電力により補助電池140を充電する電力経路とで切り替えを行うために設けられる。これらの電源系スイッチ151〜156は、電池監視部120の制御部126によって個別にオンオフが行われる。
電源系スイッチ151は、一方の端部が組電池110の正極端子と接続され、他方の端部が電源系スイッチ153と155の各一方の端部と接続される。
電源系スイッチ152は、一方の端部が組電池110の負極端子と接続され、他方の端部が電源系スイッチ154と156の各一方の端部と接続される。
電源系スイッチ153と154の他方の端部は、それぞれ、電源回路130の正極入力と負極入力にそれぞれ接続される。
電源系スイッチ155と156他方の端部は、それぞれ、補助電池140の正極端子と負極端子にそれぞれ接続される。
また、図2においては、組電池110と電池監視部120の構成例が示されている。
図2における組電池110は、4つの電池セル111−1〜111−4を直列に接続して形成される。電池セル111−1〜111−4の各々は、単体の二次電池であり、例えばリチウムイオン電池が使用される。
なお、ここでは、組電池110が4つの電池セル111−1〜111−4により形成されているが、あくまでも一例であり、組電池110を形成する電池セルの数は特に限定されるものではない。
また、この図の組電池110は、電池セル111−1〜111−4の各々に対応する温度センサ112−1〜112−4を備える。温度センサ112−1〜112−4は、それぞれ、電池セル111−1〜111−4の温度を検出する。
なお、以降の説明において、同図における電池セル111−1〜111−4について特に区別しない場合には電池セル111と記載し、温度センサ112−1〜112−4について特に区別しない場合には温度センサ112と記載する。
電池監視部120は、図示するように、セレクタ121、アンプ122、セレクタ123、アンプ124、A/D変換器125、制御部126および通信インターフェース127を備える。
セレクタ121は、電池セル111−1〜111−4ごとの電圧を入力し、これらの電圧のうちから1つを選択する。つまり、セレクタ121の入力側は、電池セル111−1〜111−4ごとの両端に接続された一対のラインと接続されることで、電池セル111−1〜111−4ごとの電圧を入力する。
そして、セレクタ121は、制御部126の制御にしたがって、電池セル111−1〜111−4の各電圧のうち、1つの電池セル111の電圧を選択するようにライン切り替えを行う。
セレクタ121により選択された電池セル111の電圧は、アンプ122により増幅された後、A/D変換器125によりデジタル信号に変換される。制御部126は、セレクタ121におけるライン切り替えを制御しながら、A/D変換器125から出力される電圧を入力することにより、電池セル111−1〜111−4ごとの電圧を監視する。
セレクタ123は、温度センサ112−1〜112−4の各々により検出された電池セル111−1〜111−4の温度を示す温度検出信号を入力し、これらの温度検出信号のうちから1つを選択する。
セレクタ123により選択された温度検出信号は、アンプ124により増幅され、A/D変換器125によりデジタル信号に変換される。制御部126は、セレクタ123におけるライン切り替えを制御しながら、A/D変換器125から温度検出信号を入力することで、電池セル111−1〜111−4ごとの温度を監視する。
制御部126は、例えばCPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)およびROM(Read Only Memory)などを備えて構成され、電池監視部120としての機能を実現するための各種制御を実行する。
例えば、制御部126は、電池セル111−1〜111−4の各電圧と補助電池140の電圧と、電池セル111−1〜111−4の各温度を監視するために、上記のようにセレクタ121とセレクタ123の切り替えを制御する。
また、制御部126は、これらの監視結果を利用して一定時間ごとに監視情報を生成し、この生成した監視情報を通信インターフェース127から通信バス700経由で電池管理部300に対して送信させる。
前述のように、電池監視部120は電源回路130から供給される電源電圧Vccを入力して動作する。そして、制御部126は、電源系スイッチ151〜156のオンオフを以下のように制御することで、電源回路130が入力する電力を組電池110と補助電池140とで切り替える。また、組電池110の電力により補助電池140を充電させる。
まず、電源回路130に対して組電池110の電力を入力させる場合、制御部126は、電源系スイッチ151、152、153および154をそれぞれオンとし、残る電源系スイッチ155と156をオフとするように制御する。これにより、組電池110の電力により電源回路130に入力される電源経路が形成される。つまり、電池監視部120は、組電池110の電力を使用して動作する。
また、電源回路130に対して補助電池140の電力を入力させる場合、制御部126は、電源系スイッチ153、154、155および156をそれぞれオンとし、電源系スイッチ151と152をオフとするように制御する。これにより、組電池110の電力に代えて補助電池140の電力が電源回路130に入力される電源経路が形成され、電池監視部120は、補助電池140の電力を使用して動作する。
また、組電池110の電力により補助電池140を充電する場合、制御部126は、電源系スイッチ151、152、155および156をオンとする。これにより、組電池110の電力が補助電池140に供給され、補助電池140への充電が行われる電源経路が形成される。また、この際に、電源系スイッチ153と154も同時にオンとすれば組電池110の電力は、補助電池140と電源回路130の両者に供給され、組電池110の電力による補助電池140への充電と同時に、組電池110の電力を使用して電池監視部120が動作する。
通信インターフェース127は、通信バス700経由で電池管理部300と相互通信するための部位である。
図3は、電池監視部120に対する監視動作の制御に対応する電池管理部300の構成例を示している。
電池管理部300は、電池監視部120に対する監視動作制御に対応して、監視情報受信処理部301、スイッチ制御部302、状態判定部303、監視動作制御部304および通信インターフェース305を備える。
監視情報受信処理部301は、電池監視部120から送信された監視情報を、通信インターフェース305経由で受信し、監視情報の受信に応じた所定の処理を実行する。
本実施形態において、電池監視部120が送信する監視情報は、送信元の電池監視部120を一意に識別する電池監視部識別子と、組電池110の充電率(組電池充電率)と、補助電池140の充電率(補助電池充電率)の情報が含まれる。
監視情報受信処理部301は、電池監視部120の監視動作制御にあたり、受信した監視情報から電池監視部識別子と組電池充電率と補助電池充電率とを抽出し、状態判定部303に受け渡す。
スイッチ制御部302は、各組電池対応スイッチ500のオンオフ制御を個別に実行する。また、スイッチ制御部302は、自己の制御結果である各組電池対応スイッチ500のオンオフ状態を保持する。
状態判定部303は、組電池110の状態として、充放電が停止している状態であるか否かを判定する。また、状態判定部303は、組電池110の状態として、さらに、組電池110の充電率(組電池充電率)が一定未満の状態であるか否かについて判定する。さらに、状態判定部303は、補助電池140の充電率(補助電池充電率)が一定未満の状態であるか否かについても判定する。
なお、状態判定部303は、上記の状態判定を行うにあたり、監視情報から抽出された組電池充電率と補助電池充電率と、スイッチ制御部302が保持する各組電池対応スイッチ500のオンオフ状態の情報と、各電流検出部600が検出した電流量とを利用する。
監視動作制御部304は、状態判定部303により判定された組電池110の状態と、補助電池140の充電率の状態とに基づいて、監視情報の送信元の電池監視部120の監視動作を制御する。
監視動作制御部304は、状態判定部303により判定される組電池110の状態に応じて、5つの監視動作のいずれかを電池監視部120が実行するように制御する。これら5つの監視動作は、定常監視動作、間欠監視動作、補助電池使用定常監視動作、補助電池使用間欠監視動作および補助電池充電定常監視動作である。
通信インターフェース305は、通信バス700を介して各電池ユニット100における電池監視部120と相互通信を実行する部位である。
続いて、監視動作制御部304が電池監視部120に実行させる定常監視動作、間欠監視動作、補助電池使用定常監視動作、補助電池使用間欠監視動作および補助電池充電定常監視動作について、それぞれ説明する。
定常監視動作は、組電池110が充電または放電を行っており、かつ、組電池充電率と補助電池充電率がいずれも予め設定された閾値以上の状態であると状態判定部303により判定されたときに設定される。
この定常監視動作は、組電池110の電力を入力して電源回路130が生成した電源電圧Vccの供給を受けて電池監視部120が定常的に監視動作を実行する動作となる。ここでの監視動作とは、電池監視部120が組電池110の電圧および温度と、補助電池140の電圧などの監視対象を監視し、一定期間(例えば100msec程度)ごとに、その監視結果を示す監視情報を送信する動作である。
監視動作制御部304は、上記の定常監視動作を実行させるにあたり、例えば制御対象の電池監視部120に対して通信インターフェース305から通信バス700経由で起動指令を送信する。電池監視部120は、起動後の初期状態としてこの定常監視動作を行うようにされている。
また、他の監視動作から定常監視動作に移行させる場合、監視動作制御部304は、電池監視部120に対して電源回路130への組電池110の電力の入力を指示する電源指令を送信する。
電池監視部120は、この電源指令に応答して電源回路130に組電池110の電力が入力されるように電源系スイッチ151〜156のオンオフ制御を行う。そして、監視動作制御部304は、例えば停止指令や他の電源指令を送信することなく、この状態を維持させる。これにより、電池監視部120は起動後において組電池110の電力による電源電圧Vccの供給を受けながら定常的に監視動作を実行する。
なお、この定常監視動作において、電池監視部120は、組電池110から定常的に電力が供給される。したがって、定常監視動作は、監視動作のうちで電池監視部120による消費電力量が最も高い監視動作である。
間欠監視動作は、組電池110が充放電を行っていない状態であると状態判定部303により判定されたときに設定される。つまり、監視動作制御部304は、組電池による充放電が停止している状態であると状態判定部303により判定されているときに間欠監視動作が実行されるように制御する。
この間欠監視動作は、上記のように電池監視部120が組電池110の状態を監視する監視期間と、電池監視部120が停止する停止期間とが繰り返される監視動作である。
監視期間においては、組電池110の電力を入力して電源回路130が生成した電源電圧Vccの供給を受けて電池監視部120が監視動作を実行する。これに対して、停止期間においては電池監視部120そのものが停止状態となり監視動作は行わない。そして、この停止期間において、電池監視部120は電力を消費しない。なお、間欠監視動作における監視期間は、一例として10分程度の間隔ごとにおける10秒程度であり、これ以外の期間が停止期間である。
監視動作制御部304は、この間欠監視動作に実行させるにあたり、監視期間の開始に応じた所定タイミングにより、制御対象の電池監視部120に対して起動指令を送信するとともに、電源回路130への組電池110の電力の入力を指示する電源指令を送信する。次に、監視動作制御部304は、監視期間の終了に応じた所定タイミングで制御対象の電池監視部120に対して停止指令を送信する。そして、監視動作制御部304は、この制御を繰り返し実行する。
電池監視部120は、停止状態であれば起動指令に応答して起動し、すでに起動していれば、起動後の状態を維持する。また、電池監視部120は、電源指令に応答して電源回路130に組電池110の電力が入力されるように電源系スイッチ151〜156のオンオフ制御を行う。これにより、電池監視部120は、監視期間の開始タイミングにおいて起動して、組電池110の電力による電源電圧Vccの供給を受け監視動作を開始する。また、監視期間の終了タイミングで自己の動作を停止させる。この動作は、監視動作制御部304が上記の制御を繰り返すのに応じて繰り返される。このように、電池監視部120は、間欠監視動作を実行する。
組電池110が充放電を行っていない状態では、監視の必要はあるものの、組電池の状態が大きく変化する可能性は低いことから、監視の頻度を高くする必要はない。そこで、組電池110の充放電が行われていないときに、この間欠監視動作とすることで、監視は低頻度の一定間隔で行われるとともに、電池監視部120による組電池110の消費電力量は、定常監視動作のときと比較して大幅に低減することができる。
また、補助電池使用定常監視動作は、組電池110が充放電を行っており、かつ、組電池充電率が一定未満の状態であると状態判定部303により判定されたときに設定される。
この補助電池使用定常監視動作では、組電池110に代えて補助電池140の電力が電源回路130に入力され、電源電圧Vccが生成される。電池監視部120は、この電源電圧Vccを入力して定常的に監視動作を実行する。
監視動作制御部304は、この補助電池使用定常監視動作を実行させるにあたり、制御対象の電池監視部120に対して起動指令を送信する。そのうえで、監視動作制御部304は、電池監視部120に対して、電源回路130への補助電池140の電力の入力を指示する電源指令を送信する。
電池監視部120は、起動指令に対する応答として、停止中の状態であれば起動し、すでに起動していれば起動後の状態を維持する。また、電池監視部120は、電源指令に応答して電源回路130に補助電池140の電力が入力されるように電源系スイッチ151〜156のオンオフ制御を行う。そして、監視動作制御部304は、例えば停止指令や他の電源指令を送信することなく、この状態を維持させる。これにより、電池監視部120は起動後において補助電池140の電力により生成された電源電圧Vccを入力して定常的に監視動作を実行する。
このように、補助電池使用定常監視動作において、電池監視部120は、組電池110が充放電を行っているのに応じて定常監視を行う。これとともに、電池監視部120は、組電池110の残容量が一定未満と少ないことに応じて、これ以上の組電池110の電力を消費せず、代わりに補助電池の電力を使用する。
また、補助電池使用間欠監視動作は、組電池110が充放電を行っておらず、かつ、組電池充電率が一定未満の状態であると状態判定部303により判定されたときに設定される。
この補助電池使用間欠監視動作では、組電池110に代えて補助電池140の電力を電源回路130に入力して電源電圧Vccを生成させる。そして、電池監視部120は、この電源電圧Vccを入力して監視動作を実行する監視期間と、電源電圧Vccを入力せずに動作を停止する停止期間とを交互に繰り返す。なお、監視期間と停止期間の各時間は、例えば先に説明した間欠監視動作と同様でよい。
監視動作制御部304は、補助電池使用間欠監視動作を実行させるにあたり、監視期間の開始に応じた所定タイミングにより、制御対象の電池監視部120に対して起動指令を送信するとともに、電源回路130への補助電池140の電力の入力を指示する電源指令を送信する。次に、監視動作制御部304は、監視期間の終了に応じた所定タイミングで制御対象の電池監視部120に対して停止指令を送信する。
電池監視部120は、起動指令に対する応答として、停止中であれば起動し、すでに起動していれば起動後の状態を維持する。これとともに、電池監視部120は、電源指令に応答して電源回路130に補助電池140の電力が入力されるように電源系スイッチ151〜156のオンオフ制御を行う。これにより、電池監視部120は、監視期間の開始タイミングにおいて起動して、組電池110の電力による電源電圧Vccの供給を受け監視動作を開始する。また、監視期間の終了タイミングで自己の動作を停止させる。そして、この動作を繰り返すことにより、電池監視部120は間欠監視動作を実行する。
このように、補助電池使用定常監視動作において、電池監視部120は、組電池110が充放電を行っていない状態であることに応じて間欠的に監視を行う。そのうえで、電池監視部120は、組電池110の残容量が一定未満と少ないことに応じて、補助電池の電力を使用することで、これ以上の組電池110の電力が消費されないようにしている。
また、補助電池充電定常監視動作は、補助電池140の充電率が一定未満の状態であるときに設定される。
この補助電池充電定常監視動作では、電池ユニット100において組電池110の電力により補助電池140への充電が行われるようにするとともに、組電池110の電力が電源回路130に入力されるように電源経路が形成される。そして、電池監視部120は、この電源電圧Vccの供給を受けて定常的に監視動作を実行する。
監視動作制御部304は、この補助電池充電定常監視動作を実行させるにあたり、電池監視部120が停止中の状態であれば、制御対象の電池監視部120に対して起動指令を送信する。そのうえで、監視動作制御部304は、電池監視部120に対して、補助電池140への組電池110の電力供給と、電源回路130への組電池110の電力の入力とを指示する電源指令を送信する。
電池監視部120は、起動指令に応答して、停止中の状態であれば起動し、すでに起動していれば起動後の状態を維持する。また、電池監視部120は、電源指令に応答して、組電池110の電力が補助電池140と電源回路130の両者に供給されるように電源系スイッチ151〜156のオンオフ制御を行う。そして、監視動作制御部304は、例えば停止指令や他の電源指令を送信することなく、この状態を維持させる。これにより、電池監視部120は起動後において組電池110の電力による電源電圧Vccの供給を受けながら定常的に監視動作を実行する。また、これと並行して、組電池110の電力により補助電池140への充電が行われる。
図4のフローチャートは、電池管理部300が電池監視部120に対する監視動作制御のために実行する処理手順例を示している。なお、この図に示す処理は、1つの電池監視部120を対象とする監視動作制御である。
まず、監視動作制御部304は、停止状態の電池監視部120に対して最初の起動指令を送信して起動させる(ステップS101)。
次に、監視動作制御部304は、電池監視部120に定常監視動作を設定する(ステップS102)。つまり、監視動作制御部304は、電池監視部120に定常監視動作を実行させるための起動指令および電源指令の送信を行う。ただし、起動直後の電池監視部120は、初期状態として自己に定常監視動作を設定するので、ステップS101の直後においては、監視動作制御部304は、特に定常監視動作を設定する処理を実行する必要はない。
次に、状態判定部303は、スイッチ制御部302が保持する組電池対応スイッチ500ごとのオンオフ状態を示す情報のうちから、制御対象の電池監視部120と同じ電池ユニット100内の組電池110に接続されている組電池対応スイッチ500についての情報を参照する。そして、状態判定部303は、この組電池対応スイッチ500がオフの状態であるか否かを判定する(ステップS103)。
組電池対応スイッチ500がオフの状態である場合(ステップS103−YES)、組電池110は、電力変換装置200と切り離されている。したがって、組電池110に対する充放電は行われていない状態である。そこで、この場合、監視動作制御部304は、電池監視部120に対して間欠監視動作を設定する(ステップS105)。
これに対して、組電池対応スイッチ500がオンの状態である場合(ステップS103−NO)、状態判定部303は、さらに以下の判定を行う。つまり、状態判定部303は、監視動作制御部304は、制御対象の電池監視部120と同じ電池ユニット100内の組電池110に接続される電流検出部600が検出した電流量を参照する。そして、状態判定部303は、この参照した電流量が一定時間継続して0Aを中心に一定範囲内となる状態であるか否かについて判定する(ステップS104)。
電流量が一定時間継続して0Aを中心に一定範囲内となる状態は、組電池110に対して充放電が行われていない状態に相当する。そこで、電流量が一定時間以上にわたって0Aを中心に一定範囲内となる状態であると判定された場合(ステップS104−YES)、監視動作制御部304は、電池監視部120に間欠監視動作を設定する(ステップS105)。
このように、本実施形態においては、組電池対応スイッチ500がオフの状態、または、組電池110に充放電電流が流れていない状態のとき、つまり、組電池110に対して充放電が行われていない状態のときに間欠監視動作が設定される。
また、上記のようにステップS105において間欠監視動作が設定された状態のもとで、状態判定部303は、監視情報から抽出された組電池充電率について予め設定した閾値th1未満であるか否かについて判定する(ステップS106)。
ここで、組電池充電率が閾値th1以上である場合には(ステップS106−NO)、ステップS102に戻る。このとき、一例として、組電池対応スイッチ500がオフであれば、再びステップS105に至る。つまり、組電池対応スイッチ500がオフで、組電池充電率が閾値th1以上の状態が継続する限り、ステップS105による間欠監視動作が設定されることになる。
一方、組電池充電率が閾値th1未満である場合(ステップS106−YES)、監視動作制御部304は、補助電池使用間欠監視動作を設定する(ステップS107)。
また、補助電池使用間欠監視動作が設定された状態のもとで、状態判定部303は、監視情報から抽出された補助電池充電率が予め設定した閾値th2未満であるか否かについて判定する(ステップS108)。
補助電池充電率が閾値th2以上である場合には(ステップS108−NO)、ステップS102に戻る。これに対して、補助電池充電率が閾値th2未満である場合は(ステップS108−YES)、ステップS105に戻る。このときにも、ステップS105に戻ることで一時的に間欠監視動作が設定されるものの、例えば組電池充電率が閾値th1未満である限りは、ステップS107に至ることとなり、結果として、補助電池使用間欠監視動作が継続して設定された状態となる。
また、電流量が0Aを中心とする一定範囲内を越えている場合(ステップS104−NO)、状態判定部303は、さらに、組電池充電率が閾値th1未満の状態であるか否かについて判定する(ステップS109)。
組電池充電率が閾値th1未満である場合(ステップS109−YES)には、組電池110の充放電が行われ、かつ、組電池110の残容量が少ない状態であることになる。そこで、この場合、監視動作制御部304は、補助電池使用定常監視動作を設定する(ステップS110)。
状態判定部303は、補助電池使用定常監視動作が設定された状態のもとで、補助電池充電率が閾値th2未満の状態であるか否かについて判定する(ステップS111)。そして、補助電池充電率が閾値th2以上の場合には(ステップS111−NO)、ステップS102に戻る。これに対して、補助電池充電率が閾値th2未満である場合(ステップS111−YES)、監視動作制御部304は、間欠監視動作に遷移させる(ステップS105)。つまり、残容量の少なくなった補助電池140の電力の使用に代えて、組電池110の電力の使用による電池監視部120の監視動作に切り替える。
また、組電池充電率が閾値th1以上である場合(ステップS109−NO)、状態判定部303は、さらに、補助電池充電率が閾値th2未満であるか否かについて判定する(ステップS112)。
補助電池充電率が閾値th2未満であると判定される場合(ステップS112−YES)、組電池110は充電率が一定以上で余裕があり、かつ、充放電が行われている状態にある。そこで、この場合の監視動作制御部304は、補助電池充電定常監視動作を設定する(ステップS113)。
一方、補助電池充電率が閾値th2以上である場合には(ステップS112−NO)、ステップS102に戻る。つまり、組電池110が充放電を行っており、かつ、組電池充電率と補助電池充電率が一定以上の状態においては定常監視動作が設定される。
図5の状態遷移図は、図4に示した電池管理部300の処理にしたがった電池監視部120の状態遷移を示している。
例えば停止状態(状態6)において、起動指令が受信されると、電池監視部120は、起動状態(状態0)に遷移する。そして、電池監視部120は、起動直後において、定常監視動作(状態1)を初期状態として自動で設定する。
また、起動状態(状態0)において停止指令が受信されると、電池監視部120は停止状態(状態6)に遷移する。
定常監視動作(状態1)において、組電池対応スイッチ500がオフ(ステップS103−YES)、または、電流検出部600により検出される電流量が一定時間以上にわたって一定範囲内となった場合(ステップS104−YES)、電池監視部120は間欠監視動作(状態2)に遷移する(ステップS105)。
また、定常監視動作(状態1)において、組電池充電率が閾値th1未満となった場合(ステップS109−YES)、電池監視部120は補助電池使用定常監視動作(状態3)に遷移する(ステップS110)。
また、定常監視動作(状態1)において、補助電池充電率が閾値th2未満となった場合(ステップS112−YES)、電池監視部120は補助電池充電定常監視動作(状態5)に遷移する(ステップS113)。
また、定常監視動作(状態1)において、停止指令が受信されると、電池監視部120は停止状態(状態6)に遷移する。
また、間欠監視動作(状態2)において、組電池対応スイッチ500がオン(ステップS103−NO)で、かつ、電流検出部600により検出される電流量が一定範囲を超える状態(ステップS104−NO)となった場合、電池監視部120は定常監視動作(状態1)に遷移する(ステップS102)。
また、間欠監視動作(状態2)において、組電池充電率が閾値th1未満となった場合(ステップS106−YES)、電池監視部120は補助電池使用間欠監視動作(状態4)に遷移する(ステップS107)。
また、間欠監視動作(状態2)において、停止指令が受信されると、電池監視部120は停止状態(状態6)に遷移する。
また、補助電池使用定常監視動作(状態3)において、組電池対応スイッチ500がオン(ステップS103−NO)で、かつ、電流検出部600により検出される電流量が一定範囲を超える状態(ステップS104−NO)となった場合、電池監視部120は定常監視動作(状態1)に遷移する(ステップS102)。
また、補助電池使用定常監視動作(状態3)において、補助電池充電率が閾値th2未満となった場合(ステップS111−YES)、電池監視部120は、間欠監視動作(状態2)に遷移する(ステップS105)。
また、補助電池使用定常監視動作(状態3)において、停止指令が受信されると、電池監視部120は停止状態(状態6)に遷移する。
また、補助電池使用間欠監視動作(状態4)において、組電池対応スイッチ500がオン(ステップS103−NO)で、かつ、電流検出部600により検出される電流量が一定範囲を超える状態(ステップS104−NO)となった場合、電池監視部120は定常監視動作(状態1)に遷移する(ステップS102)。
また、補助電池使用間欠監視動作(状態4)において、補助電池充電率が閾値th2未満となった場合(ステップS108−YES)、電池監視部120は、間欠監視動作(状態2)に遷移する(ステップS105)。
また、補助電池使用間欠監視動作(状態4)において、停止指令が受信されると、電池監視部120は停止状態(状態6)に遷移する。
また、補助電池充電定常監視動作(状態5)において、補助電池充電率が閾値th2以上となった場合(ステップS112−NO)、電池監視部120は定常監視動作(状態1)に移行する(ステップS102)。
また、補助電池充電定常監視動作(状態5)において、停止指令が受信されると、電池監視部120は停止状態(状態6)に遷移する。
図6のフローチャートは、図4のステップS105として監視動作制御部304は実行する間欠監視動作設定のための処理手順例を示している。
まず、監視動作制御部304は、制御対象の電池監視部120に対して起動指令を送信し(ステップS201)、次に、組電池110の電力使用による電池監視部120の動作を指示する電力指令を電池監視部120に対して送信する(ステップS202)。
次に、監視動作制御部304は、例えば起動指令の送信タイミングから監視期間としての一定時間を経過したか否かについて判定する(ステップS203)。監視期間を経過するまでの間(ステップS203−NO)、監視情報受信処理部301は、電池監視部120から送信されてくる監視情報が受信されるのに応じて所定の処理を実行する(ステップS204)。
そして、計時時間が監視期間を経過したことを判定すると(ステップS203−YES)、監視動作制御部304は、電池監視部120に対して停止指令を送信する(ステップS205)。次に、監視動作制御部304は、この停止指令の送信タイミングから停止期間が経過するのを待機する(ステップS206−NO)。そして、停止期間が経過すると(ステップS206−YES)、ステップS201に戻る。
図7のフローチャートは、図4のステップS107として監視動作制御部304が実行する補助電池使用間欠監視動作設定のための処理手順例を示している。
この図において、ステップS301と、ステップS303〜S306の処理は、それぞれ、図6のステップS201と、ステップS203〜S206の処理と同様となる。補助電池使用間欠監視動作を設定する場合、監視動作制御部304は、電源回路130に対して補助電池140の電力使用による電池監視部120の動作を指示する電力指令を送信する(ステップS302)。
図8は、図4のステップS110として監視動作制御部304が実行する補助電池使用定常監視動作設定のための処理手順例を示している。
まず、監視動作制御部304は、制御対象の電池監視部120に対して起動指令を送信し(ステップS401)、次に、補助電池140の電力使用による電池監視部120の動作を指示する電力指令を電池監視部120に対して送信する(ステップS402)。この後、監視情報受信処理部301は、電池監視部120から送信される監視情報の受信に応じた所定の処理を実行する(ステップS403)。
図9は、図4のステップS113としての補助電池充電定常監視動作設定のための処理手順例を示している。
まず、監視動作制御部304は、制御対象の電池監視部120に対して起動指令を送信する(ステップS501)。また、これに続いて、監視動作制御部304は、組電池110の電力使用による電池監視部120の動作とともに、組電池110の電力による補助電池140への充電を指示する電力指令を電池監視部120に対して送信する(ステップS502)。この後、監視情報受信処理部301は、電池監視部120から送信される監視情報の受信に応じた所定の処理を実行する(ステップS503)。
図10は、図6〜図9に示した監視動作制御部304の各監視動作設定の処理により電池管理部300から送信される指令に応答して電池監視部120が実行する処理手順例を示している。なお、この図に示す処理は、電池監視部120における制御部126が実行する。
制御部126は、電池管理部300から送信された起動指令の受信に応答して起動する(ステップS601)。つまり、制御部126は、自己を含む電池監視部120における回路部に電源回路130が出力する電源電圧Vccを入力して動作させる。前述のように、この起動直後の初期状態において、制御部126は、組電池110の電力が電源回路130に入力されるように電源系スイッチ151〜156のオンオフ状態を制御する。具体的には、電源系スイッチ151、152、153および154がオンで、電源系スイッチ155および156がオフとなるように制御する。
また、制御部126は、電池管理部300から送信された電源指令が受信されたか否かについて判定する(ステップS602)。
電源指令が受信された場合(ステップS602−YES)、制御部126は、受信した電源指令の内容にしたがって電源系スイッチ151〜156のオンオフ状態を制御する(ステップS603)。
具体的に、電源指令の内容が組電池110の電力の使用を指令するものである場合、制御部126は、初期状態と同様に、電源系スイッチ151、152、153および154がオンで、電源系スイッチ155および156がオフとなるように制御する。
また、電源指令の内容が補助電池の電力使用による電池監視部120の動作を指示するものである場合、制御部126は、電源系スイッチ153、154、155および156をそれぞれオンとし、電源系スイッチ151と152をオフとするように制御する。
また、電源指令の内容が補助電池140への充電と組電池110の電力使用による電池監視部120の動作を指示するものである場合、制御部126は、電源系スイッチ151〜156をすべてオンとするように制御する。
上記のステップS602による電源系スイッチ151〜156の制御を実行した後、または、電源指令が受信されないと判定した場合(ステップS602−NO)、制御部126は、電池管理部300から送信された停止指令が受信されたか否かについて判定する(ステップS604)。
停止指令が受信されない場合(ステップS604−NO)、制御部126は、監視情報を送信すべき送信時間間隔(例えば、100msec程度)を経過したか否かについて判定する(ステップS605)。送信時間間隔を経過していない場合(ステップS605−NO)、制御部126は、ステップS602に戻る。
これに対して、送信時間間隔を経過した場合(ステップS605−YES)、制御部126は、現在において検出される電池セル111ごとの電圧や温度などに基づいて監視情報を生成し、この生成した監視情報を通信インターフェース127により電池管理部300に対して送信させる)(ステップS606)。
また、停止指令が受信された場合(ステップS604−YES)、制御部126は、例えば電源回路130から電池監視部120への電源供給を停止させるなどして、自己を含む電池監視部120における回路の動作を停止させるための制御を実行する(ステップS607)。
図11は、本実施形態の監視動作制御により監視動作を継続させた場合における時間経過に応じた組電池110の充電率(残容量)の変化を、監視動作制御を実行せずに組電池110の電力のみを使用して監視動作を継続させた場合と比較して示している。また、この図は、補助電池使用定常監視動作または補助電池使用間欠監視動作に移行するための条件である組電池充電率に対する閾値th1が50%である場合に対応する。
まず、監視動作制御を実行せずに組電池110の電力のみを使用して監視動作を継続させた場合、組電池110の充電率は、実線M2として示すように、時間経過に応じてほぼ一定の傾きにより減少していく。
一方、本実施形態の監視動作制御により監視動作を継続させた場合、組電池充電率が50%(閾値th1)以上の状態では、組電池110が充放電動作をしていれば定常監視動作が設定され、充放電動作をしていなければ間欠監視動作が設定される。つまり、定常監視動作または間欠監視動作のいずれかが適宜設定された状態で監視動作が継続する。
前述のように間欠監視動作においては、電池監視部120が電源電圧Vccの供給を受けて動作するのは、例えば10分間ごとに10秒程度である。これにより、本実施形態の監視動作制御により監視動作を継続させた場合には、実線M1として示すように、組電池充電率が50%(閾値th1)となる時刻t2までの期間の傾きは、実線M1よりも小さくなる。つまり、組電池充電率が50%となるまでの時間は、監視動作制御を実行しない場合が時刻t1であるのに対して、監視動作制御を行っている場合には、時刻t2にまで遅延される。
さらに、監視動作制御を行う場合、組電池充電率が50%未満となるのに応じて、電池監視部120への電源電圧Vccの供給は、補助電池140の電力を使用して行われる。そして、この状態のもとで、組電池110の充放電動作の有無に応じて、使用定常監視動作または補助電池使用間欠監視動作のいずれかが実行される。つまり、組電池110の電力が使用されない状態となる。これにより、例えば時刻t2以降の実線M2として示すように、組電池充電率は、ほぼ50%(閾値th1)で一定となるように維持される。
そして、例えば時刻t3に至って補助電池140の充電率が閾値th2未満となるのに応じて、補助電池充電定常監視動作または間欠監視動作が設定され、再度、組電池110の電力が使用される状態に遷移する。これにより、時刻t3以降において組電池充電率が低下していく。
そして、実線M1と実線M2を比較して分かるように、同じ時刻における組電池充電率は、本実施形態の監視動作制御を実行した場合ほうが、監視動作制御を実行しない場合と比較して常に高い。つまり、監視動作制御を行うことにより、電池監視部120による組電池110の消費電力量は抑制される。
なお、これまでの説明においては、監視動作制御における監視動作の設定をすべて電池管理部300側の監視動作制御部304が実行している。しかし、例えば組電池充電率や補助電池充電率は、電池監視部120によっても認識している。
そこで、組電池充電率が閾値th1未満か否かの判定(ステップS106、S109)と、この判定結果に応じた定常監視動作と補助電池使用定常監視動作と補助電池使用間欠監視動作の間での監視動作の移行については、電池監視部120自体が実行してよい。同様に、補助電池充電率が閾値th2未満か否かの判定(ステップS108、S111、S112)と、この判定結果に応じた定常監視動作と補助電池充電定常監視動作と補助電池使用間欠監視動作の間での監視動作の移行についても、電池監視部120自体が実行してよい。
また、図2における電池監視部120の制御部126などの機能や図3における電池管理部300の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより本実施形態の監視動作制御を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
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が送信された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(RAM)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。
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
100 電池ユニット
110 組電池
111 電池セル
112 温度センサ
120 電池監視部
121、123 セレクタ
122、124 アンプ
125 A/D変換器
126 制御部
127 通信インターフェース
130 電源回路
140 補助電池
151〜156 電源系スイッチ
200 電力変換装置
300 電池管理部
301 監視情報受信処理部
302 スイッチ制御部
303 状態判定部
304 監視動作制御部
305 通信インターフェース
400 システム電源
500 組電池対応スイッチ
600 電流検出部

Claims (5)

  1. 組電池の状態を監視する電池監視部と、前記電池監視部の監視動作を制御する電池管理部と、補助電源とを備え、
    前記電池管理部は、
    前記組電池の状態として、前記組電池による充放電が停止している状態であるか否か、及び前記組電池の充電率が一定未満の状態であるか否かを判定する状態判定部と、
    前記組電池による充放電が停止している状態であると判定されているときに、前記電池監視部が起動して前記組電池の状態を監視する監視期間と、前記電池監視部が停止する停止期間とを繰り返す間欠監視動作が実行されるように制御し、前記組電池の充電率が一定未満の状態であると判定されているときに、前記組電池に代えて、前記補助電源から前記電池監視部に電力が供給されるように制御する監視動作制御部とを備える、
    ことを特徴とする電池管理装置。
  2. 前記状態判定部は、
    前記組電池と負荷または他の電源との間に設けられるスイッチがオフの状態を、前記組電池による充放電が停止している状態と判定する
    ことを特徴とする請求項1に記載の電池管理装置。
  3. 前記状態判定部は、
    前記組電池に流れる電流量が一定時間以上にわたり一定範囲内となる状態を、前記組電池による充放電が停止している状態と判定する
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の電池管理装置。
  4. 組電池による充放電が停止している状態であるか否か、及び前記組電池の充電率が一定未満の状態であるか否かを判定する状態判定ステップと、
    前記組電池による充放電が停止している状態であると判定されているときに、電池監視部が起動して前記組電池の状態を監視する監視期間と、前記電池監視部が停止する停止期間とを繰り返す間欠監視動作が実行されるように制御し、前記組電池の充電率が一定未満の状態であると判定されているときに、前記組電池に代えて、補助電源から前記電池監視部に電力が供給されるように制御する監視動作制御ステップと、
    を備えることを特徴とする電池管理方法。
  5. コンピュータに、
    組電池による充放電が停止している状態であるか否か、及び前記組電池の充電率が一定未満の状態であるか否かを判定する状態判定ステップと、
    前記組電池による充放電が停止している状態であると判定されているときに、電池監視部が起動して前記組電池の状態を監視する監視期間と、前記電池監視部が停止する停止期間とを繰り返す間欠監視動作が実行されるように制御し、前記組電池の充電率が一定未満の状態であると判定されているときに、前記組電池に代えて、補助電源から前記電池監視部に電力が供給されるように制御する監視動作制御ステップと、
    を実行させるためのプログラム。
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