JP5916429B2 - Battery pack control system and battery pack control method - Google Patents
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Description
この発明は、二次電池を複数直列に接続した組電池の充放電を制御する、組電池制御システムおよび組電池制御方法に関する。 The present invention relates to an assembled battery control system and an assembled battery control method for controlling charging / discharging of an assembled battery in which a plurality of secondary batteries are connected in series.
例えば、リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高い、自己放電量が少ない、などという利点を有し、これまで、携帯電話やラップトップパソコン等の小型電子機器用の電源として使用されてきた。さらに、近年では、電気自動車用電池として有力視されており、産業用のバックアップ電池としての用途も広がりつつある。使用に当たっては、使用目的に応じた電圧や容量を得るために、単電池であるリチウムイオンセルを複数直列に接続して組電池を構成したり、さらに、それらの組電池を並列に接続して使用したりする場合がある。 For example, lithium ion secondary batteries have advantages such as high energy density and low self-discharge, and have been used as power sources for small electronic devices such as mobile phones and laptop computers. Furthermore, in recent years, it has been regarded as a promising battery for electric vehicles, and its use as an industrial backup battery is expanding. In use, in order to obtain a voltage and capacity according to the purpose of use, a plurality of lithium ion cells, which are single cells, are connected in series to form an assembled battery, and further, these assembled batteries are connected in parallel. It may be used.
このような組電池を充電する場合、各リチウムイオンセルの電圧にバラツキが生じる場合がある。すなわち、一部のリチウムイオンセルの充電電圧が高く過充電状態となり、他の一部のリチウムイオンセルでは充電電圧が低い充電不足状態(満充電に至らない状態)となる場合がある。このため、バラツキをなくして各リチウムイオンセルを適正に充電するために、バイパス回路(抵抗)を設ける技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。この技術では、直列に接続された各リチウムイオンセルにバイパス回路が設けられ、充電時に、あるリチウムイオンセルの電圧が適正な充電電圧範囲(許容充電電圧範囲)の上限を超えた場合に、このセルに対応するバイパス回路によって、このセルへの充電電流をバイパスし、かつこのセルを放電(バイパス放電)させる。これにより、充電電圧が高いリチウムイオンセルの電圧を下げ、電圧が低いリチウムイオンセルの充電を促進する、というものである。 When charging such an assembled battery, the voltage of each lithium ion cell may vary. That is, the charge voltage of some lithium ion cells is high and the battery is overcharged, and in some other lithium ion cells, the charge voltage is low and the battery is undercharged (not fully charged). For this reason, a technique of providing a bypass circuit (resistance) in order to properly charge each lithium ion cell without variation is known (see, for example, Patent Document 1). In this technology, each lithium ion cell connected in series is provided with a bypass circuit, and when the voltage of a certain lithium ion cell exceeds the upper limit of an appropriate charging voltage range (allowable charging voltage range) during charging, By the bypass circuit corresponding to the cell, the charging current to the cell is bypassed, and the cell is discharged (bypass discharge). Thereby, the voltage of the lithium ion cell having a high charging voltage is lowered, and the charging of the lithium ion cell having a low voltage is promoted.
ところで、上記のようなバイパス放電を行ったとしても、組電池のなかには、短絡や異常低電圧などの異常事象を有するセルが存在する場合があり、このような異常セルが存在すると、組電池全体の放電容量が低下してしまう場合がある。すなわち、放電中にいずれかのセルの電圧が放電終止電圧(放電を終了すべき電圧)に達した場合、その後も放電を継続すると過放電状態となり、異常加熱などが生じるおそれがある。このため、放電中に異常セルの電圧が早期に放電終止電圧に達した場合、他の健全なセルの電圧が放電終止電圧に達していないにもかかわらず、組電池全体の放電を終了しなければならず、放電容量が低下してしまう場合がある。 By the way, even if the bypass discharge as described above is performed, there may be a cell having an abnormal event such as a short circuit or an abnormal low voltage in the assembled battery. If such an abnormal cell exists, the entire assembled battery The discharge capacity may be reduced. That is, when the voltage of any cell reaches the end-of-discharge voltage (voltage at which discharge is to be terminated) during discharge, if the discharge is continued thereafter, an overdischarge state may occur and abnormal heating or the like may occur. For this reason, if the voltage of an abnormal cell reaches the discharge end voltage early during discharge, the discharge of the entire assembled battery must be terminated even though the voltage of other healthy cells has not reached the discharge end voltage. In other words, the discharge capacity may be reduced.
例えば、バックアップ用の組電池の場合、異常セルの電圧が放電終止電圧に達した時点で、組電池を系統から切り離さなければならず、バックアップ時間が著しく短縮されてしまう。殊に、1組の組電池しか設置されていない場合には、単なる1個のセルの異常によって、バックアップ機能が失われ、設備の運用に大きな支障をきたすことになる。 For example, in the case of an assembled battery for backup, the assembled battery must be disconnected from the system when the voltage of the abnormal cell reaches the end-of-discharge voltage, and the backup time is significantly shortened. In particular, when only one set of assembled batteries is installed, the backup function is lost due to a mere failure of one cell, which greatly impedes the operation of the facility.
そこでこの発明は、異常な二次電池が存在する場合であっても、組電池全体の放電容量が低下するのを抑制することが可能な組電池制御システムおよび組電池制御方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides an assembled battery control system and an assembled battery control method capable of suppressing a reduction in the discharge capacity of the entire assembled battery even when an abnormal secondary battery is present. Objective.
上記目的を達成するために請求項1に記載の発明は、二次電池が複数直列に接続された組電池を制御する組電池制御システムであって、前記組電池を充電する充電手段と、前記二次電池を前記組電池から切り離す切離手段と、前記各二次電池に設けられ、該当する二次電池の充電電圧が所定の電圧に達した場合に、該二次電池をバイパス放電させるバイパス回路と、前記各二次電池の電圧または温度の少なくとも一方を含む電池状態を監視し、前記各二次電池の電池状態に基づいて前記充電手段および前記各切離手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記二次電池の電池状態が所定の異常状態に達した場合に、該二次電池を前記切離手段によって切り離すとともに、充電中の場合には前記切り離した二次電池の数に応じて前記充電手段の出力電圧を調整する、ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
この発明によれば、二次電池の電池状態が所定の異常状態になると、この二次電池が切離手段によって組電池から切り離されるとともに、充電中の場合には、切り離された二次電池の数に応じて充電手段の出力電圧が調整される。 According to the present invention, when the battery state of the secondary battery becomes a predetermined abnormal state, the secondary battery is disconnected from the assembled battery by the disconnecting means, and when being charged, the secondary battery is disconnected. The output voltage of the charging means is adjusted according to the number.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の組電池制御システムにおいて、前記組電池が複数並列に接続されている場合、前記制御手段は、一部の組電池の二次電池の電池状態が所定の異常状態に達した場合に、該二次電池を前記切離手段によって切り離すとともに、切り離した二次電池の数と同じ数の二次電池を他の組電池から前記切離手段によって切り離す、ことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the assembled battery control system according to the first aspect, when a plurality of the assembled batteries are connected in parallel, the control means is a battery of a secondary battery of a part of the assembled batteries. When the state reaches a predetermined abnormal state, the secondary battery is disconnected by the disconnecting means, and the same number of secondary batteries as the disconnected secondary batteries are disconnected from other assembled batteries by the disconnecting means. It is characterized by separating.
この発明によれば、ある組電池の二次電池の電池状態が所定の異常状態になると、この二次電池がこの組電池から切り離されるとともに、切り離された二次電池の数と同じ数の二次電池が他の組電池から切り離される。すなわち、並列に接続されているすべての組電池において、接続されている二次電池の数が同数となる。 According to this invention, when the battery state of a secondary battery of a certain assembled battery becomes a predetermined abnormal state, the secondary battery is disconnected from the assembled battery, and the same number of secondary batteries as the number of disconnected secondary batteries are obtained. The secondary battery is disconnected from the other assembled batteries. That is, in all the assembled batteries connected in parallel, the number of connected secondary batteries is the same.
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の組電池制御システムにおいて、前記切離手段は、複数の前記二次電池ごとに設けられている、ことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the assembled battery control system according to the first or second aspect, the disconnecting means is provided for each of the plurality of secondary batteries.
請求項4に記載の発明は、二次電池が複数直列に接続された組電池を制御する組電池制御方法であって、前記二次電池を前記組電池から切り離し可能に接続し、前記各二次電池の電圧または温度の少なくとも一方を含む電池状態を監視し、前記二次電池の充電電圧が所定の電圧に達した場合に、該二次電池をバイパス放電させ、前記二次電池の電池状態が所定の異常状態に達した場合に、該二次電池を前記組電池から切り離すとともに、充電中の場合には前記切り離した二次電池の数に応じて、前記組電池を充電する充電手段の出力電圧を調整する、ことを特徴とする。
The invention according to
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の組電池制御方法において、前記組電池が複数並列に接続されている場合、一部の組電池の二次電池の電池状態が所定の異常状態に達した場合に、該二次電池を該組電池から切り離すとともに、切り離した二次電池の数と同じ数の二次電池を他の組電池から切り離す、ことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the assembled battery control method according to the fourth aspect, when a plurality of the assembled batteries are connected in parallel, the battery state of the secondary batteries of some assembled batteries is a predetermined abnormality. When the state is reached, the secondary battery is separated from the assembled battery, and the same number of secondary batteries as the number of separated secondary batteries are separated from other assembled batteries.
請求項1、4に記載の発明によれば、二次電池の電池状態が所定の異常状態になると、この二次電池が組電池から切り離されるため、異常な二次電池が早期に放電終止電圧に達するために組電池全体の放電を終了しなければならない、という事態を回避することができる。つまり、異常な二次電池が存在する場合であっても、組電池全体の放電容量の極端な低下を抑制することが可能となる。しかも、充電中の場合には、切り離された二次電池の数に応じて充電手段の出力電圧が調整されるため、接続されている二次電池の数に応じた適正な充電電圧で組電池全体を継続して使用することが可能となる。 According to the first and fourth aspects of the invention, when the battery state of the secondary battery becomes a predetermined abnormal state, the secondary battery is disconnected from the assembled battery. Therefore, it is possible to avoid a situation in which the discharge of the entire assembled battery must be terminated to reach That is, even when an abnormal secondary battery is present, it is possible to suppress an extreme decrease in the discharge capacity of the entire assembled battery. In addition, when charging is in progress, the output voltage of the charging means is adjusted according to the number of disconnected secondary batteries, and therefore the assembled battery with an appropriate charging voltage according to the number of connected secondary batteries. The whole can be used continuously.
請求項2、5に記載の発明によれば、組電池が複数並列に接続されている場合には、すべての組電池において接続されている二次電池の数が同数となるように、二次電池が切り離されるため、組電池間における電圧バランスが保たれる。この結果、組電池間で電流の流れ込みが生じることがなく、複数の組電池を適正に充放電することが可能となる。 According to the second and fifth aspects of the present invention, when a plurality of assembled batteries are connected in parallel, the number of secondary batteries connected in all the assembled batteries is the same. Since the battery is disconnected, the voltage balance between the assembled batteries is maintained. As a result, no current flows between the assembled batteries, and a plurality of assembled batteries can be charged and discharged appropriately.
請求項3に記載の発明によれば、複数の二次電池ごとに切離手段が設けられているため、各二次電池に切離手段を設ける場合に比べて切離手段の配設数が少なく、信頼性が向上するとともに、システムの簡素化・簡易化および低コスト化が可能となる。 According to the third aspect of the present invention, since the separation means is provided for each of the plurality of secondary batteries, the number of separation means provided is smaller than when each secondary battery is provided with a separation means. The reliability is improved, and the system can be simplified and simplified and the cost can be reduced.
以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。 The present invention will be described below based on the illustrated embodiments.
(実施の形態1)
図1は、この実施の形態に係る組電池制御システム1を、1組のリチウムイオン組電池20を備えた直流電源システムに適用した状態を示す概略構成図である。この組電池制御システム1は、単電池であるリチウムイオンセル(リチウムイオン二次電池)2が複数直列に接続されたリチウムイオン組電池20を制御するシステムであり、主として、整流器(充電手段)3と、各リチウムイオンセル2に設けられたバイパス回路4および切離スイッチ(切離手段)5と、セルコントローラ(制御手段)6と、システムコントローラ(制御手段)7とを備えている。また、バイパス回路4および切離スイッチ5とセルコントローラ6、セルコントローラ6とシステムコントローラ7、およびシステムコントローラ7と整流器3とは、それぞれ通信(信号伝送)可能に接続されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a state in which the assembled
整流器3は、商用電源100からの電力を直流に変換して組電池20に供給することで、組電池20を充電する装置であり、システムコントローラ7によって出力電圧・充電電圧が調整されるようになっている。また、整流器3には直流負荷装置101が接続され、商用電源100からの電力が整流器3で直流に変換されて直流負荷装置101に供給される。さらに、組電池20は、組電池20からの電流の流れのみを許容する機能を有する逆流防止装置(図示せず)を介して接続され、これにより、組電池20からの放電が常時可能で、逆流防止装置を介して組電池20から直流負荷装置101に電力が供給されるようになっている。
The
バイパス回路4は、抵抗(負荷)とスイッチとを備えたセル電圧調整器であり、該当するリチウムイオンセル2の充電電圧が所定の電圧に達した場合に、セルコントローラ6によってスイッチがオンされ、このセル2への充電電流がバイパスされるとともに、このセル2が抵抗によって放電(バイパス放電)される。これにより、このセル2の充電電圧を下げて、電圧が低いンセル2の充電を促進するものである。
The
切離スイッチ5は、該当するリチウムイオンセル2を組電池20から切り離すスイッチであり、第1の端子51と第2の端子52とを備えている。そして、第1の端子51がオンされている状態では、このセル2が組電池20に接続され、第2の端子52がオンされている状態では、このセル2が組電池20から切り離される(バイパスされる。)。このような切離スイッチ5は、通常時は第1の端子51がオンされ、セルコントローラ6によって後述するように制御されるようになっている。
The
セルコントローラ6は、各セル2の充電電圧に基づいて上記のようにバイパス回路4を制御するとともに、各リチウムイオンセル2の電圧や温度を含む電池状態を常時測定、監視し、各セル2の電池状態に基づいて、各切離スイッチ5を制御するとともに、整流器3の制御に必要な情報をシステムコントローラ7に送信する装置である。すなわち、電圧や温度などを計測する計測器を備え、充電中において、いずれかのセル2の電池状態が所定の異常状態に達した場合に、このセル2の切離スイッチ5の第2の端子52をオン(第1の端子51をオフ)して、このセル2を組電池20から切り離す。これと同時に、組電池20からセル2を切り離した旨およびそのセル数を含む切離情報をシステムコントローラ7に伝送する。これを受けて、システムコントローラ7によって、後述するように整流器3の出力電圧が調整される。
The
このように、異常状態のセル2を組電池20から切り離すとともに、整流器3の出力電圧を調整することで、組電池20に接続されているセル数に適合した出力電圧で、残りのセル2を充電するものである。ここで、所定の異常状態には、短絡、開放、異常な電圧上昇・下降、異常な温度上昇、異常な圧力(内圧)上昇などが含まれる。
In this manner, the
同様に、放電中において、いずれかのセル2の電池状態が所定の異常状態に達した場合に、このセル2を組電池20から切り離す。ここで、所定の異常状態には、上記のような短絡や開放などに加えて、放電途中における電圧が極端に(異常に)低い(急降下する)状態や、セル2の電圧が放電終止電圧や異常電圧(過放電電圧)に達した状態も含まれる。なお、整流器3の出力電圧調整を行わない理由は、放電中に元来整流器3からの電力供給がないため、出力電圧を調整する必要がないからである。
Similarly, when the battery state of any
システムコントローラ7は、セルコントローラ6からの切離情報などに基づいて、整流器3の出力電圧を調整する装置である。例えば、1セル当たりの充電電圧の最適正値(満充電電圧)が4.1Vで、12セルで組電池20が構成されている場合において、1セルを組電池20から切り離した場合、次のように整流器3の出力電圧を下げるように、整流器3に指令する。
切り離し前の出力電圧VT0=4.1×12=49.2V
切り離し後の出力電圧VT1=4.1×11=45.1V
このようにして、切り離されたセル2の数に応じて、整流器3の出力電圧を下げるものである。従って、整流器3の出力電圧が低下された後も、各セル2では充電電圧の最適正値による充電が継続される。
The
Output voltage before separation V T0 = 4.1 × 12 = 49.2V
Output voltage after separation V T1 = 4.1 × 11 = 45.1V
In this way, the output voltage of the
次に、このような構成の組電池制御システム1の作用や、この組電池制御システム1による組電池制御方法などについて説明する。
Next, an operation of the assembled
まず、充電時においては、すべての切離スイッチ5の第1の端子51がオンされ、全セル2が組電池20に接続された状態で、図2に示すような初期総電圧VT0および初期充電電流I0で、整流器3によって充電される。ここで、初期総電圧VT0は、12個のセル2の充電電圧の最適正値に対応した値(12×4.1=49.2V)である。このような充電状態では、セルコントローラ6によって各セル2の電池状態がリアルタイムに監視され、いずれかのセル2の電池状態が上記のような異常状態に達すると、上記のようにして、このセル2が組電池20から切り離されるとともに、整流器3の出力電圧が調整される。これにより、図2に示すように、整流器3の出力電圧が切離後総電圧VT1に調整され、充電電流が切離後充電電流I1となる。ここで、切離後総電圧VT1は、11個のセル2の充電電圧の最適正値に対応した値(11×4.1=45.1V)である。従って、整流器3の出力電圧と組電池20の総電圧とが同電圧VT1になるため、切離後充電電流I1は、初期充電電流I0とほぼ同値に収束され、切り離し前と同等の充電電流で残りのセル2に対する充電が継続されるものである。
First, at the time of charging, with the
このように、充電中にセル2が組電池20から切り離された場合には、切り離されたセル2の数に応じて整流器3の出力電圧が調整されるため、接続されているセル2の数に応じて組電池20全体を適正に充電することが可能となる。
Thus, when the
一方、放電時においては、すべての切離スイッチ5の第1の端子51がオンされ、全セル2が組電池20に接続された状態で、全セル2が放電される。このような放電状態では、セルコントローラ6によって各セル2の電池状態がリアルタイムに監視され、いずれかのセル2の電池状態が上記のような異常状態に達すると、上記のようにして、このセル2が組電池20から切り離される。例えば、いずれかのセル2の電圧が他のセル2に比較して極端に短時間で放電終止電圧に達すると、このセル2が組電池20から切り離されて、残りのセル2による放電が継続されるものである。
On the other hand, at the time of discharging, all the
以上のように、この組電池制御システム1および組電池制御方法によれば、いずれかのセル2の電池状態が所定の異常状態になると、このセル2が組電池20から切り離されるため、異常なセル2が早期に放電終止電圧に達するために組電池20全体の放電を終了しなければならない、という事態を回避することができる。つまり、異常なセル2が存在する場合であっても、組電池20全体の放電容量・放電時間が極端に低下することを抑制することが可能となる。
As described above, according to the assembled
具体的には、放電時に異常なセル2が発見された場合に、事前にこのセル2を組電池20から切り離すことで、放電時において異常なセル2が早期に放電終止電圧に達することによる、組電池20全体の放電終了を回避することができる。このような効果を図3に示す。すべてのセル2が健全・正常な場合、放電時における組電池20の総電圧は、適正総放電カーブTD1のように変化し、各セル2の電圧は、適正セル放電カーブCD1〜CD3のように変化して、総電圧が放電終止電圧43Vに達するまでの放電時間は、t3となる。ここで、適正セル放電カーブCD1〜CD3はそれぞれ、最大値、平均値、最小値を示す。
Specifically, when an
一方、異常なセル2が存在し、組電池20の総電圧が異常総放電カーブTD2のように変化し、異常なセル2の電圧が異常セル放電カーブCD4のように変化して、時間t1で異常電圧VEに達すると、従来では、この時点で組電池20全体の放電を終了していた。これに対してこの組電池制御システム1および組電池制御方法では、時間t1においてこのセル2が組電池20から切り離され、残りのセル20による放電が継続される。すなわち、組電池20の総電圧が切離後総放電カーブTD3のように変化し、時間t2で放電終止電圧43Vに達するまで放電が継続される。このように、異常なセル2が存在する場合であっても、従来の放電時間t1に比べて、放電時間を時間t2に延ばすことができる。
On the other hand, there is an
ここで、例えば、組電池20全体の放電終止電圧(直流負荷装置101によって規定される電圧)が43Vで、1つの異常なセル2を切り離した場合、残り11セルの1セル当たりの放電終止電圧は、次のようになる。
放電終止電圧=43V÷11セル=3.9V
一方、セル2を切り離す前の12セルの状態における1セル当たりの放電終止電圧は、次のようになる。
放電終止電圧=43V÷12セル=3.6V
Here, for example, when the discharge end voltage of the entire assembled battery 20 (voltage defined by the DC load device 101) is 43 V and one
End-of-discharge voltage = 43V ÷ 11 cells = 3.9V
On the other hand, the discharge end voltage per cell in the state of 12 cells before separating the
End-of-discharge voltage = 43V ÷ 12 cells = 3.6V
そして、1つの異常なセル2を切り離して、放電終止電圧が3.6Vから3.9Vに変化することで、セル2・組電池20の放電容量は、図4に示すように、例えば、100%から60%に変化する。このように異常なセル2を組電池20から切り離すことで、残りの組電池20の容量が減少するが、異常なセル2が存在することで組電池20全体の放電を早期に終了させる場合に比べて、組電池20全体の放電容量・放電時間を大きく維持することが可能となる。
Then, by disconnecting one
(実施の形態2)
図5は、この実施の形態に係る組電池制御システム1を、3組のリチウムイオン組電池20を備えた直流電源システムに適用した状態を示す概略構成図である。ここで、実施の形態1と同等の構成については、同一の符号を付することで、その説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a state in which the assembled
この実施の形態では、3組の組電池20が並列に接続され、それぞれの組電池20に対して、バイパス回路4、切離スイッチ5およびセルコントローラ6が設けられ、システムコントローラ7は各セルコントローラ6と通信可能に接続されている。そして、システムコントローラ7では、実施の形態1の制御(整流器3の出力調整制御)に加えて、いずれかのセルコントローラ6から切離情報を受信した場合に、切り離されたセル2の数と同じ数のセル2を他の組電池20から切り離すように、他のセルコントローラ6に指令送信する。
In this embodiment, three sets of assembled
例えば、第Cの組電池20から1つのセル2(図中符号C1)が切り離された旨の切離情報を受信した場合、第Aおよび第Bの組電池20のセルコントローラ6に対して、1つのセル2を切り離すように指令を送信する。ここで、第Aおよび第Bの組電池20において、どのセル2を切り離すかは、各セル2の電池状態に基づいて判定される。例えば、電圧が最も低い、あるいは最も高いセル2を選定する。この指令を受けて、他のセルコントローラ6によって、他の組電池20からセル2(図中符号C2、C3)が切り離され、すべての組電池20においてセル数が同数に維持される。
For example, when receiving disconnection information indicating that one cell 2 (reference numeral C1 in the figure) has been disconnected from the C-th assembled
このように、この実施の形態によれば、例えば、第Cの組電池20のあるセル2の電池状態が異常状態になると、このセル2が第Cの組電池20から切り離されるとともに、1つのセル2が第Aおよび第Bの組電池20から切り離されて、すべての組電池20におけるセル数が同数に維持される。このため、組電池20間における電圧バランスが保たれ、組電池20同士で電流の流れ込みが生じることがなく、複数の組電池20を適正に充放電することが可能となる。
Thus, according to this embodiment, for example, when the battery state of a
以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の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の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、組電池充電システム1を直流電源システムに適用した場合について説明したが、無停電電源装置(UPS:Uninterruptible Power Supply)や電気自動車などにも適用することができる。無停電電源装置に適用する場合、図6に示すように、整流器3で直流に変換された電力が、交直変換器103で交流に変換されて交流負荷装置102に供給され、交直変換器103に対して放電スイッチ9を介して組電池20が接続されている。また、充電手段としての充電器8が組電池20に接続され、セル2の切り離しに応じて、システムコントローラ7によって充電器8の出力電圧を調整するものである。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the specific configuration is not limited to the above embodiment, and even if there is a design change or the like without departing from the gist of the present invention, Included in the invention. For example, in the above embodiment, the case where the assembled
ここで、図6では、簡略化のために5セルしか図示していないが、実際には、数十から百以上のセル2が接続されているため、数セルを組電池20から切り離したとしても、組電池20全体の容量低下は少ない。例えば、100セルで組電池20が構成され、組電池20全体の放電終止電圧が350V(1セル当たりの放電終止電圧が3.5V)の場合、1セルを組電池20から切り離したとしても、残り99セルの1セル当たりの放電終止電圧は約3.53Vで、放電容量は100%近く維持される(図4参照)。同様に、5セルを組電池20から切り離したとしても、残り95セルの1セル当たりの放電終止電圧は約3.68Vで、放電容量は約95%維持され、さらに、10セルを組電池20から切り離したとしても、残り90セルの放電容量は約60%維持されるものである(1セル当たりの放電終止電圧は約3.9V)。
Here, in FIG. 6, only five cells are shown for simplification, but in reality, several cells are separated from the assembled
また、上記の実施の形態では、各リチウムイオンセル2に切離スイッチ5を設けているが、複数のセル2ごとに切離スイッチ5を設けてもよい。例えば、図7に示すように、上記のように無停電電源装置に適用した場合に、3セルごとに切離スイッチ5を設けてグループ化する。そして、同一グループ内のいずれかのセル2の電池状態が異常状態に達した場合に、切離スイッチ5の第2の端子52をオンして、このグループ内の3セルすべてを組電池20から切り離してもよい。
In the above embodiment, the
このように複数のセル2ごとに切離スイッチ5を設けることで、切離スイッチ5の配設数を少なくして、システム1の信頼性を向上させることができるとともに、システム1の簡素化・簡易化および低コスト化が可能となる。特に、多数のセル2を備える無停電電源装置では、その効果が大きい。
Thus, by providing the
さらに、上記の実施の形態では、セルコントローラ6とシステムコントローラ7とを分けているが、1つのコントローラで上記のような制御を行うようにしてもよい。また、リチウムイオンセル2に限らず、鉛蓄電池など、広く二次電池一般に適用することができる。
Furthermore, in the above embodiment, the
1 組電池制御システム
2 リチウムイオンセル(リチウムイオン二次電池)
20 リチウムイオン組電池
3 整流器(充電手段)
4 バイパス回路
5 切離スイッチ(切離手段)
6 セルコントローラ(制御手段)
7 システムコントローラ(制御手段)
1
20
4
6 Cell controller (control means)
7 System controller (control means)
Claims (5)
前記組電池を充電する充電手段と、
前記二次電池を前記組電池から切り離す切離手段と、
前記各二次電池に設けられ、該当する二次電池の充電電圧が所定の電圧に達した場合に、該二次電池をバイパス放電させるバイパス回路と、
前記各二次電池の電圧または温度の少なくとも一方を含む電池状態を監視し、前記各二次電池の電池状態に基づいて前記充電手段および前記各切離手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記二次電池の電池状態が所定の異常状態に達した場合に、該二次電池を前記切離手段によって切り離すとともに、充電中の場合には前記切り離した二次電池の数に応じて前記充電手段の出力電圧を調整する、
ことを特徴とする組電池制御システム。 An assembled battery control system for controlling an assembled battery in which a plurality of secondary batteries are connected in series,
Charging means for charging the assembled battery;
Separating means for separating the secondary battery from the assembled battery;
A bypass circuit that is provided in each of the secondary batteries, and bypasses the secondary battery when the charging voltage of the corresponding secondary battery reaches a predetermined voltage;
Control means for monitoring a battery state including at least one of a voltage or a temperature of each secondary battery, and controlling the charging means and each disconnecting means based on the battery state of each secondary battery;
With
The control means disconnects the secondary battery by the disconnecting means when the battery state of the secondary battery reaches a predetermined abnormal state, and counts the number of the secondary batteries disconnected when charging. Adjusting the output voltage of the charging means according to
A battery pack control system.
前記制御手段は、一部の組電池の二次電池の電池状態が所定の異常状態に達した場合に、該二次電池を前記切離手段によって切り離すとともに、切り離した二次電池の数と同じ数の二次電池を他の組電池から前記切離手段によって切り離す、
ことを特徴とする請求項1に記載の組電池制御システム。 When the assembled battery is connected in parallel,
When the battery state of the secondary batteries of some of the assembled batteries has reached a predetermined abnormal state, the control means disconnects the secondary batteries by the disconnecting means and has the same number as the detached secondary batteries. A number of secondary batteries are separated from other assembled batteries by the separating means,
The assembled battery control system according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1または2のいずれか1項に記載の組電池制御システム。 The separation means is provided for each of the plurality of secondary batteries.
The assembled battery control system according to any one of claims 1 and 2.
前記二次電池を前記組電池から切り離し可能に接続し、
前記各二次電池の電圧または温度の少なくとも一方を含む電池状態を監視し、
前記二次電池の充電電圧が所定の電圧に達した場合に、該二次電池をバイパス放電させ、
前記二次電池の電池状態が所定の異常状態に達した場合に、該二次電池を前記組電池から切り離すとともに、充電中の場合には前記切り離した二次電池の数に応じて、前記組電池を充電する充電手段の出力電圧を調整する、
ことを特徴とする組電池制御方法。 An assembled battery control method for controlling an assembled battery in which a plurality of secondary batteries are connected in series,
The secondary battery is detachably connected from the assembled battery,
Monitoring battery status including at least one of voltage or temperature of each secondary battery;
When the charging voltage of the secondary battery reaches a predetermined voltage, the secondary battery is bypass-discharged,
When the battery state of the secondary battery reaches a predetermined abnormal state, the secondary battery is disconnected from the assembled battery, and when being charged, depending on the number of the separated secondary batteries, Adjust the output voltage of the charging means to charge the battery,
And a battery pack control method.
一部の組電池の二次電池の電池状態が所定の異常状態に達した場合に、該二次電池を該組電池から切り離すとともに、切り離した二次電池の数と同じ数の二次電池を他の組電池から切り離す、
ことを特徴とする請求項4に記載の組電池制御方法。 When the assembled battery is connected in parallel,
When the battery state of the secondary battery of some of the assembled batteries reaches a predetermined abnormal state, the secondary battery is disconnected from the assembled battery, and the same number of secondary batteries as the disconnected secondary batteries are removed. Disconnect from other batteries
The assembled battery control method according to claim 4.
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