JP5742779B2

JP5742779B2 - 組電池の制御方法

Info

Publication number: JP5742779B2
Application number: JP2012111194A
Authority: JP
Inventors: 啓二宿谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-05-15
Filing date: 2012-05-15
Publication date: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2032-05-15
Also published as: JP2013240188A

Description

本発明は、組電池の放電制御方法の技術に関する。

リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等の二次電池は、携帯機器の電源、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両の電源として注目されている。そして、現在、複数の二次電池を有する組電池として、様々なものが提案されている。

例えば、特許文献１には、複数のリチウムイオン二次電池を有する組電池をＳＯＣ０％の状態にするリチウムイオン二次電池の内部抵抗低減方法が開示されている。これにより、休止状態（充放電が行われない状態）に伴って上昇したリチウムイオン二次電池の内部抵抗を、適切に低減することができる。

また、例えば、特許文献２には、複数のリチウムイオン二次電池間で電荷を移動させて、複数のリチウムイオン二次電池のそれぞれについて、ＳＯＣ０％の状態にする二次電池システムが開示されている。これにより、休止状態（充放電が行われない状態）に伴って上昇したリチウムイオン二次電池の内部抵抗を、適切に低減することができる。

特開２０１０−１１８２６６号公報特開２０１０−１１８２６５号公報

ところで、組電池は、廃車、電池の寿命、不具合等の際に、車両から取り外され後、組電池の中から、良品の二次電池等を見つけ出すために、二次電池の容量測定、すなわち二次電池の放電が行われる。なお、近年、良品の二次電池は、中古電池としてリユース或いはリビルドされ、住宅等の定置型電源等に再利用される動きがある。

本発明は、組電池を構成する二次電池を所定のＳＯＣまで確実に放電することができ、更に、従来の方法より二次電池の放電（容量測定）に要する時間を短縮することができる組電池の制御方法を提供することを目的とする。

本発明は、複数の二次電池を有する組電池の制御方法であって、前記組電池に接続された第１の放電手段を用いて前記組電池を放電させ、且つそれぞれの二次電池に接続された第２の放電手段を用いて前記二次電池を個別に放電させるステップと、前記第１の放電手段によって、前記組電池のＳＯＣが所定値まで低下した際に、前記組電池の放電を停止するステップと、前記第２の放電手段によって、前記二次電池のＳＯＣが所定値まで低下した際に、ＳＯＣが所定値まで低下した二次電池の放電を停止させ、且つ該停止制御をそれぞれの二次電池において行うステップと、を備える。

本発明によれば、組電池を構成する二次電池を所定のＳＯＣまで確実に放電することができ、更に、従来の方法より二次電池の放電（容量測定）に要する時間を短縮することができる。

本実施形態に係る放電装置を用いた組電池の制御方法を説明するための図である。本実施形態に係る放電装置を用いた組電池の制御方法を説明するための図である。本実施形態に係る放電装置を用いた組電池の制御方法を説明するための図である。本実施形態に係る放電装置を用いた組電池の制御方法を説明するための図である。二次電池電圧値と放電時間、並びに組電池の放電電流（ｉ１）及び二次電池の放電電流（ｉ３）と放電時間との関係を示す図である。（Ａ）は、従来の組電池の制御方法における二次電池電圧と放電時間との関係を示す図であり、（Ｂ）は、本実施形態の組電池の制御方法における二次電池電圧と放電時間との関係を示す図である。

以下、組電池の制御方法の一例を図面に基づいて説明する。

図１は、本実施形態に係る放電装置を用いた組電池の制御方法を説明するための図である。図１に示す組電池１０は、２個の電池セルを１ブロックとして（以下、１ブロックを二次電池と称する場合がある）、１４ブロックの二次電池１２Ａ〜１２Ｎが直列接続されている。本実施形態では、２個の電池セルを１ブロックとしているが、１個の電池セルを１ブロックとして構成してもよいし、３個以上の電池セルを１ブロックとして構成してもよい。二次電池１２は、ニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池等が挙げられるが、これに制限されるものではなく、全ての二次電池に適用される。一般的に、ニッケル水素二次電池を用いる場合には、２個の電池セルを１ブロックとして構成し、リチウムイオン二次電池を用いる場合には、１個の電池セルを１ブロックとして構成する。

図１に示す放電装置１４は、組電池１０を放電させる一括電子負荷１６（第１の放電手段）と、二次電池１２Ａ〜１２Ｎを放電させる個別電子負荷１８Ａ〜１８Ｎ（第２の放電手段）と、を備えている。個別電子負荷１８Ａ〜１８Ｎは、二次電池の数と同数である。

組電池１０と一括電子負荷１６とは、メインケーブル２０により電気的に接続されている。メインケーブル２０には、システムメインリレー２２と、セーフティプラグ２４が設けられている。システムメインリレー２２が閉状態であると、組電池１０と一括電子負荷１６とが電気的に接続され、システムメインリレー２２が開状態であると、組電池１０と一括電子負荷１６とは電気的に遮断される。セーフティプラグ２４は、機械的に回路を切断するためのものである。

各二次電池１２Ａ〜１２Ｎと各個別電子負荷１８Ａ〜１８Ｎとは、電子負荷ケーブル２６及び電圧監視ケーブル２８から構成される個別ケーブル３０により電気的に接続されている。具体的には、各二次電池１２Ａ〜１２Ｎの端子（Ａ１，Ａ２・・・Ａ１５）には電圧監視ケーブル２８が接続され、個別電子負荷１８Ａ〜１８Ｎの端子（Ｃ１，Ｃ２・・・Ｃ１５）には電子負荷ケーブル２６が接続されている。そして、それぞれのケーブルは接続点（Ｂ１，Ｂ２・・・）で電気的に接続されている。電圧監視ケーブル２８には、不図示の電圧センサが取り付けられており、各二次電池１２Ａ〜１２Ｎの電圧が検出される。また、検出された各二次電池１２Ａ〜１２Ｎの電圧値或いは電圧値等から算出される各二次電池１２Ａ〜１２ＮのＳＯＣの値は、不図示の送信ケーブルによって、一括電子負荷１６及び個別電子負荷１８Ａ〜１８Ｎに送信される。

一括電子負荷１６は、組電池１０を放電させ、且つ組電池１０のＳＯＣが所定値まで低下した際に、組電池１０の放電を停止する放電機である。組電池１０のＳＯＣの所定値は、適宜設定されればよく、特に制限されるものではない。組電池１０のＳＯＣは、例えば、各二次電池１２Ａ〜１２ＮのＳＯＣの平均値としてもよいし、各二次電池１２Ａ〜１２Ｎの中で最も低いＳＯＣとしてもよい。なお、組電池１０の放電制御の容易さ等の点から、各二次電池１２Ａ〜１２Ｎの中で最も低いＳＯＣを組電池１０のＳＯＣとして採用することが望ましい。各二次電池１２Ａ〜１２ＮのＳＯＣは、放電時における各二次電池１２Ａ〜１２Ｎの電流の積算値や各二次電池１２Ａ〜１２Ｎの電圧値等から求められる。また、二次電池の電圧値からＳＯＣを求めることが可能であるため、組電池１０のＳＯＣを二次電池の電圧に置き換えてもよい。例えば、各二次電池１２Ａ〜１２Ｎの中で最も低い電圧値を組電池１０の電圧値として、その電圧値が所定値まで低下した際に、組電池１０の放電を停止するように放電制御を行ってもよいし、各二次電池１２Ａ〜１２Ｎの電圧の平均値を組電池１０の電圧値として、その電圧値が所定値まで低下した際に、組電池１０の放電を停止するように放電制御を行ってもよい。

個別電子負荷１８Ａ〜１８Ｎは、個別ケーブル３０に接続されている二次電池（１２Ａ〜１２Ｎ）を放電させる放電機である。また、二次電池（１２Ａ〜１２Ｎ）のＳＯＣが所定値まで低下した際には、ＳＯＣが所定値まで低下した二次電池に接続されている個別電子負荷（１８Ａ〜１８Ｎ）は、その二次電池の放電を停止させることもできる。各二次電池１２Ａ〜１２ＮのＳＯＣの所定値は、適宜設定されればよいが、ニッケル水素二次電池等の場合には、放電メモリ除去という点から、組電池１０のＳＯＣの所定値より低く設定されることが好ましい。各二次電池１２Ａ〜１２Ｎの放電方法における具体例については後述するが、例えば、二次電池１２ＡのＳＯＣが所定値まで低下した際には、二次電池１２Ａに接続された個別電子負荷１８Ａによって、二次電池１２Ａの放電が停止されるが、その他の二次電池１２Ｂ〜１２Ｎは、それぞれのＳＯＣが所定値に達するまで、各個別電子負荷１８Ｂ〜１８Ｎによって、放電が継続されることとなる。

また、上記同様に、二次電池１２Ａ〜１２ＮのＳＯＣを二次電池１２Ａ〜１２Ｎの電圧に置き換えて、二次電池（１２Ａ〜１２Ｎ）の電圧値が所定値まで低下した際には、その低下した二次電池の放電を随時停止するような放電制御を行ってもよい。

次に、図１〜５を用いて、本実施形態に係る放電装置１４の動作を説明する。図１〜４は、本実施形態に係る放電装置を用いた組電池の制御方法を説明するための図である。図５は、二次電池電圧値と放電時間、並びに組電池の放電電流（ｉ１）及び二次電池の放電電流（ｉ３）と放電時間との関係を示す図である。

まず、図１に示すように、一括電子負荷１６及び個別電子負荷１８Ａ〜１８Ｎによって、組電池１０及び各二次電池１２Ａ〜１２Ｎの放電が行われる。組電池１０の放電が行われると、メインケーブル２０には電流ｉ１及び電流ｉ２が流れ、各二次電池１２Ａ〜１２Ｎの放電が行われると、個別ケーブル３０には電流ｉ３が流れる。一括電子負荷１６及び個別電子負荷１８Ａ〜１８Ｎの起動タイミングとしては、一括電子負荷１６を起動させて組電池１０の放電を開始させた後、個別電子負荷１８Ａ〜１８Ｎを起動させて各二次電池１２Ａ〜１２Ｎの放電を開始させてもよいし、個別電子負荷１８Ａ〜１８Ｎを起動させて各二次電池１２Ａ〜１２Ｎの放電を開始させた後、一括電子負荷１６を起動させて組電池１０の放電を開始させてもよいし、一括電子負荷１６及び個別電子負荷１８Ａ〜１８Ｎを同時に起動させて、組電池１０及び各二次電池１２Ａ〜１２Ｎの放電を同時に開始させてもよい。また、本実施形態では、図５に示すように、一括電子負荷１６による組電池１０の放電電流（ｉ１）は、個別電子負荷１８Ａ〜１８Ｎによる二次電池１２Ａ〜１２Ｎの放電電流（ｉ３）より高く設定している。これにより、その後の処理で、一括電子負荷１６により組電池１０の放電が停止された時に、二次電池１２Ａ〜１２Ｎの電圧を復帰させることができる。

図２に示すように、例えば、組電池１０のＳＯＣが所定値まで低下した際には、一括電子負荷１６によって、組電池１０の放電は停止される。図５に示すように、組電池１０の放電が停止されると、二次電池１２Ａ〜１２Ｎの電圧は上昇し、二次電池１２Ａ〜１２Ｎの放電は継続される（図２に示すように、個別ケーブル３０には電流ｉ３が流れる）。

次に、図３に示すように、例えば、二次電池１２ＣのＳＯＣが所定値まで低下した際には、二次電池１２Ｃに接続された個別電子負荷１８Ｃによって、二次電池１２Ｃの放電は停止される。その他の二次電池（１２Ａ〜１２Ｂ及び１２Ｄ〜１２Ｎ）のＳＯＣが所定値まで低下していなければ、それらの二次電池の放電は継続される（図３に示すように、二次電池１２Ａ〜１２Ｂと個別電子負荷１８Ａ〜１８Ｂとの間の個別ケーブル３０には電流ｉ４が流れ、二次電池１２Ｄ〜１２Ｎと個別電子負荷１８Ｄ〜１８Ｎとの間の個別ケーブル３０には電流ｉ５が流れる）。

また、図４に示すように、例えば、二次電池１２Ｃに続き二次電池１２ＭのＳＯＣが所定値まで低下した際には、二次電池１２Ｍに接続された個別電子負荷１８Ｍによって、二次電池１２Ｍの放電は停止される。上記同様に、その他の二次電池（１２Ａ〜１２Ｂ、１２Ｄ〜１２Ｌ及び１２Ｎ）の放電は継続される（図４に示すように、二次電池１２Ａ〜１２Ｂと個別電子負荷１８Ａ〜１８Ｂとの間の個別ケーブル３０には電流ｉ４が流れ、二次電池１２Ｄ〜１２Ｌと個別電子負荷１８Ｄ〜１８Ｌとの間の個別ケーブル３０には電流ｉ６が流れ、二次電池１２Ｎと個別電子負荷１８Ｎとの間の個別ケーブル３０には電流ｉ７が流れる）。以下同様にして、その他の二次電池のＳＯＣが所定値に達するまで各二次電池の放電が行われ、二次電池の放電容量が測定される。

図６（Ａ）は、従来の組電池の制御方法における二次電池電圧と放電時間との関係を示す図であり、図６（Ｂ）は、本実施形態の組電池の制御方法における二次電池電圧と放電時間との関係を示す図である。図６（Ａ）に示すように、従来の組電池の制御方法では、まず、組電池１０に一括電子負荷１６を接続して、組電池１０を放電させ、組電池１０のＳＯＣが所定値まで低下した時に、組電池１０の放電を停止する。次に、二次電池の第１群（例えば、１２Ａ，１２Ｃ，１２Ｅ・・・のような一つ置きで選ばれる二次電池の群）に、個別電子負荷（１８Ａ，１８Ｃ，１８Ｅ・・・）を接続し、第１群の各二次電池（１２Ａ，１２Ｃ，１２Ｅ・・・）を放電させる。そして、第１群のいずれかの二次電池（１２Ａ，１２Ｃ，１２Ｅ・・・）のＳＯＣが所定値まで低下した時に、その低下した二次電池の放電を停止する。第１群のその他の二次電池（１８Ａ，１８Ｃ，１８Ｅ・・・）も同様に行われ、第１群の全ての二次電池の放電が終了した後に、残りの第２群の二次電池（例えば、１２Ｂ，１２Ｄ，１２Ｆ・・・のような一つ置きで選ばれる二次電池の群）に、個別電子負荷（１８Ｂ，１８Ｄ，１８Ｆ・・・）を接続し、第２群の二次電池（１２Ｂ，１２Ｄ，１２Ｆ・・・）を放電させる。同様に、第２群のいずれかの二次電池（１２Ｂ，１２Ｄ，１２Ｆ・・・）のＳＯＣが所定値まで低下した時に、その低下した二次電池の放電を停止する。そして、第２群のその他の二次電池（１２Ｂ，１２Ｄ，１２Ｆ・・・）も同様に行われ、第２群の全ての二次電池の放電が行われる。

一方、本実施形態の組電池１０の制御方法は、組電池１０の放電と共に、組電池１０を構成する二次電池１２Ａ〜１２Ｎの放電を行い、また、組電池１０のＳＯＣが所定値まで低下した際には組電池１０の放電を停止し、また、二次電池１２Ａ〜１２ＮのＳＯＣが所定値まで低下した際には、その低下した二次電池の放電を随時停止する制御方法であるため、前述した従来の組電池１０の制御方法よりも、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、放電時間を短縮することができる。その結果、二次電池１２Ａ〜１２Ｎの良否判定等のサイクルタイムを短縮させることができる。また、本実施形態の組電池１０の制御方法は、組電池１０の放電と共に二次電池１２Ａ〜１２Ｎの放電も行っているため、二次電池１２のＳＯＣを所定値まで確実に放電することができ、二次電池１２Ａ〜１２Ｎの容量をより正確に測定することが可能となる。

１０組電池、１２Ａ〜１２Ｎ二次電池、１４放電装置、１６一括電子負荷、１８Ａ〜１８Ｎ個別電子負荷、２０メインケーブル、２２システムメインリレー、２４セーフティプラグ、２６電子負荷ケーブル、２８電圧監視ケーブル、３０個別ケーブル。

Claims

複数の二次電池を有する組電池の制御方法であって、
前記組電池に接続された第１の放電手段を用いて前記組電池を放電させ、且つそれぞれの二次電池に接続された第２の放電手段を用いて前記二次電池を個別に放電させるステップと、
前記第１の放電手段によって、前記組電池のＳＯＣが所定値まで低下した際に、前記組電池の放電を停止するステップと、
前記第２の放電手段によって、前記二次電池のＳＯＣが所定値まで低下した際に、ＳＯＣが所定値まで低下した二次電池の放電を停止させ、且つ該停止制御を前記それぞれの二次電池において行うステップと、を備えることを特徴とする組電池の制御方法。