JP5726705B2 - 組電池の昇温制御装置 - Google Patents
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Description
以下、本発明にかかる組電池の昇温制御装置を車載2次電池の昇温制御装置に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
<第2の実施形態>
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第3の実施形態>
以下、第3の実施形態について、先の第2の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第4の実施形態>
以下、第4の実施形態について、先の第2の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第5の実施形態>
以下、第5の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<その他の実施形態>
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
「マトリックスコンバータのスイッチング素子について」
モジュール間マトリックスコンバータMMCのスイッチング素子QMpi,QMniや、モジュール内マトリックスコンバータMCCのスイッチング素子QCpj,QCnjとしては、一対のNチャネルMOS電界効果トランジスタの直列接続体に限らない。たとえば一対のPチャネルMOS電界効果トランジスタの直列接続体であってもよい。この場合であっても、ソース同士をショートさせるようにして直列接続することが望ましい。もっとも、スイッチング素子のオン・オフに際しての開閉制御端子(ゲート)の電位の基準を定める端子(ソース)同士をショートさせるものに限らず、ドレイン同士をショートさせるものであってもよい。この場合、一対のスイッチング素子を駆動する駆動回路を共通とすることが困難となるものの、ボディーダイオードを介して貫通電流が流れることを回避することはできる。
「モジュール内及びモジュール間のマトリックスコンバータについて」
モジュール間マトリックスコンバータMMCのスイッチング素子QMpi,QMniの耐圧を、モジュール内マトリックスコンバータMCCのスイッチング素子QCpj,QCnjの耐圧よりも高くする設定に限らない。これらの耐圧が同一であったとしても、モジュール毎の管理とモジュール内の管理とを行なうことによるメリットを享受できる。このメリットとしては、たとえば昇温速度を上昇させたい場合、対象とする電池セルに流れる電流を増やすべく、モジュール間マトリックスコンバータMMCを操作することでモジュール間での電気エネルギの授受を行ない、均等化等のためにモジュール内マトリックスコンバータMCCを用いることがある。
「マトリックスコンバータのスイッチング素子の駆動手段について」
1次側と2次側との絶縁を確保しつつ1次側の電圧信号を2次側に電圧信号として出力する絶縁通信手段(電圧を出力するタイプの絶縁通信手段)としては、特定のフォトカプラに限らない。たとえばトランスであってもよい。この場合であっても、スイッチング素子のオン状態またはオフ状態のうちトランスの2次側電圧が要求される方の時間が長くならない制御設計をするなら、駆動手段の回路規模が上記実施形態と比較して過度に大きくなることはない。
モジュール間マトリックスコンバータMMCとモジュール内マトリックスコンバータMCCとの双方を備えない構成としては、上記第4の実施形態(図11)に限らない。たとえば、高電圧バッテリ10を構成する電池セルC11〜Cmnのそれぞれとコンデンサとの間を開閉する単一のマトリックスコンバータを備えてもよい。
上記第1、第2の実施形態では、モジュール内コンデンサCcの充電に用いる使用数ncを放電に用いる使用数ndよりも大きくし、モジュール間コンデンサCmの充電に用いる使用数Ncを放電に用いる使用数Ndよりも大きくしたがこれに限らない。たとえば、端子電圧の高い電池セルを放電に用いて且つ端子電圧の低い電池セルを充電に用いるなら、モジュール内コンデンサCcやモジュール間コンデンサCmを介して電気エネルギの授受を行なうことができる。
周期的な一群の充放電処理を構成する各充放電処理において、充電される電池セルが放電する電池セル群に含まれないパターンであってもよい。
上記第2の実施形態(図7)における処理をモジュール内で行ってもよい。なお、このように、パターンに従った充放電を行なう場合であっても、開始に際して選択するパターン番号を変更するものに限らない。たとえば、モジュール内コンデンサCcに放電させる電池セルとモジュール内コンデンサCcの蓄電エネルギが充電される電池セルとの双方に最低温度セルが含まれているパターンを選択した後、上記いずれか一方にのみ最低温度セルが含まれるパターンを選択してもよい。これを図3の例で説明すると、電池セルCi1が最低温度の電池セルである場合、第1番目および第13番目のパターンの次に、第5、第6、第9、第17、第19、第21番目のパターンを順次実行し、その後、24個のパターンのうちの残りを実行することを意味する。
パターンに従ったものに限らず、たとえば温度の低い電池セルが充電に用いられる電池セルと放電に用いられる電池セルとの少なくとも一方に含まれる場合に、放電に用いられる電池セル数と充電に用いられる電池セル数との差を増大させてもよい。
コンデンサCcに単一の電池セルの電圧を印加し、コンデンサCcの電圧を検出することでその電池セルの電圧を検出する手段や、コンデンサCmに単一のモジュールの電圧を印加し、コンデンサCmの電圧を検出することでそのモジュールの電圧を検出する手段であってもよい。
たとえば、上記第2の実施形態(図7)の処理を行っている期間に、上記第1の実施形態(図4)の処理を併せ行ってもよい。
充電する電池セルや放電する電池セルを指定可能な構成としては、選択接続手段を備えるものに限らない。たとえば、図12に示すものであってもよい。これは、電池セルCij毎にリアクトルLij(i=1〜m,j=1〜n)を備え、電池セルCijとリアクトルLijとを備えるループ経路を開閉するスイッチング素子S11,S12a,S13a,…を備えている。また、端部の電池セルC11,Cmn以外の電池セルについて、隣接するセルのリアクトルとで構成するループ経路を構成するスイッチング素子S12b,S13b,…とを備えている。これにより、1つの電池セルの電気エネルギをリアクトルを介して隣接する電池セルに出力することができる。
上記実施形態で例示したものに限らない。たとえば、モジュールMiとモジュール内コンデンサCcとを接続することでモジュールMiの電気エネルギをモジュール内コンデンサCcに放電する場合に放電電流が過度に大きくなるおそれがあるなら、モジュール内コンデンサCcに接続する電池セル数を制限してもよい。また、これに代えて、スイッチング素子QCp1,QCnnを継続してオン状態とする代わりに、PWM処理することで放電電流が過度に大きくなることを回避してもよい。さらに、スイッチング素子QCp1,QCnnを流れることのできる電流と放電電流とが一致する領域でスイッチング素子QCp1,QCnnをオン操作すべく、開閉制御端子(ゲート)の電位を調整することで、放電電流を制限してもよい。
組電池としては、電力変換回路を介して車載主機に接続されるものに限らない。
Claims (6)
- 複数の電池セルの直列接続体としての組電池について、該組電池を構成する電池セル間で流れる電流の収支に相違するものが存在するようにすることで、前記電池セル間で電気エネルギを移動させるエネルギ授受手段と、
前記組電池の温度が低い場合、前記エネルギ授受手段の操作によって前記組電池を構成する電池セル間で電気エネルギを授受させることで、前記組電池の昇温制御を行なう昇温手段と、
を備え、
前記エネルギ授受手段は、前記電池セルのうち電気エネルギを放電する1または複数個の電池セルと、前記電池セルのうち前記放電された電気エネルギが充電される1または複数個の電池セルとを指定可能とするものであるとともに、蓄電手段と、前記組電池を構成する第1の規定数個の電池セルおよび前記蓄電手段間を電気的に開閉する機能、ならびに第2の規定数個の電池セルおよび前記蓄電手段間を電気的に開閉する機能を有する選択接続手段とを備えて構成され、
前記昇温手段は、前記選択接続手段の操作によって前記第1の規定数個の電池セルおよび前記蓄電手段間を閉状態とすることで、前記蓄電手段を充電すべく前記第1の規定数個の電池セルを放電させる放電処理と、前記選択接続手段の操作によって前記第2の規定数個の電池セルおよび前記蓄電手段間を電気的に閉状態とすることで、前記蓄電手段の電気エネルギを前記第2の規定数個の電池セルに充電する充電処理とを行なうものであり、
前記第1の規定数個の電池セルは、単一の電池セルまたは隣接する複数個の電池セルであり、
前記第2の規定数個の電池セルは、単一の電池セルまたは隣接する複数個の電池セルであり、
前記選択接続手段は、前記組電池を構成する一部且つ複数個の電池セルであるモジュールの第3の規定数個としての前記第1の規定数個の電池セルおよび前記蓄電手段間を電気的に開閉する機能、ならびに第4の規定数個のモジュールとしての前記第2の規定数個の電池セルおよび前記蓄電手段間を電気的に開閉する機能を有し、
前記昇温手段は、前記選択接続手段の操作によって前記第3の規定数個のモジュールおよび前記蓄電手段間を閉状態とすることで、前記蓄電手段を充電すべく前記第3の規定数個のモジュールを放電させる放電処理と、前記選択接続手段の操作によって前記第4の規定数個のモジュールおよび前記蓄電手段間を電気的に閉状態とすることで、前記蓄電手段の電気エネルギを前記第4の規定数個のモジュールに充電する充電処理とを行なうことを特徴とする組電池の昇温制御装置。 - 前記第1の規定数が前記第2の規定数よりも大きいことを特徴とする請求項1記載の組電池の昇温制御装置。
- 前記第1の規定数個の電池セルは、前記第2の規定数個の電池セルを含むことを特徴とする請求項2記載の組電池の昇温制御装置。
- 前記昇温手段は、前記第1の規定数個の電池セルと前記第2の規定数個の電池セルとをパターンに従って切り替えるパターン切替手段を備え、
前記パターンは、その1周期の期間で、前記組電池を構成する電池セルのうち所定数個の電池セルのそれぞれが前記第1の規定数個の電池セルに含まれる回数が互いに等しく、前記所定数個の電池セルのそれぞれが前記第2の規定数個の電池セルに含まれる回数が互いに等しくなるものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の組電池の昇温制御装置。 - 前記昇温手段は、前記第1の規定数個の電池セルおよび前記第2の規定数個の電池セルの少なくとも一方の選択に際し、温度の低い1または複数の電池セルを優先する優先手段を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の組電池の昇温制御装置。
- 前記選択接続手段は、前記第1の規定数と前記第2の規定数との差を可変とする可変機能を備え、
前記昇温手段は、前記組電池を構成する単一の電池セルまたは隣接する複数の電池セルの端子電圧、充電率、および充電量、ならびに前記組電池の温度の少なくとも1つに応じて前記選択接続手段を操作することで、前記充電処理によって前記蓄電手段に接続される電池セルの数と前記放電処理によって前記蓄電手段に接続される電池セルの数との差を変更する変更手段を備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の組電池の昇温制御装置。
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