JP6036521B2 - Power storage device - Google Patents
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Description
蓄電素子の電圧状態を監視するための技術に関する。 The present invention relates to a technique for monitoring a voltage state of a storage element.
従来から、電池が過充電状態とならないよう当該電池への充電電流を調整する充電電流調整機能を有する充電装置がある(特許文献1参照)。具体的には、上記電池は、充電電圧情報生成部と共に電池パック内に収容されており、この充電電圧情報生成部は、電池の電圧が所定値以上であるか否かを示す状態信号を出力する。一方、上記充電装置は、充電電流を出力する電源と、充電電流を検出する電流検出器と、制御部とを備える。制御部は、充電電流が目標電流に近づくように電源を制御し、電池パックから送られた状態信号に基づいて、電池の電圧が所定値(満充電電圧)以上になった場合、目標電流を現在の値より小さな値に変更する。 Conventionally, there is a charging device having a charging current adjusting function for adjusting a charging current to the battery so that the battery is not overcharged (see Patent Document 1). Specifically, the battery is housed in a battery pack together with a charging voltage information generation unit, and the charging voltage information generation unit outputs a status signal indicating whether the voltage of the battery is equal to or higher than a predetermined value. To do. On the other hand, the charging device includes a power source that outputs a charging current, a current detector that detects the charging current, and a control unit. The control unit controls the power supply so that the charging current approaches the target current. Based on the state signal sent from the battery pack, the control unit sets the target current when the battery voltage exceeds a predetermined value (full charge voltage). Change to a value smaller than the current value.
しかしながら、充電装置には、充電電流調整機能を有していないものがあり、このような充電装置で電池を充電する場合には、電池が過充電状態になることを抑制することができない。また、仮に、充電装置が充電電流調整機能を有していても、例えば、その充電電流調整機能の調整精度が低かったり、故障したりすることにより、電池が過充電状態になることを抑制することができないおそれがある。なお、一般には、電池から放電電流が供給される負荷には、電池からの放電電流を調整する放電電流調整機能を有しないため、上述した電池を充電する場合と同様の問題が生じ得る。 However, some charging devices do not have a charging current adjustment function. When charging a battery with such a charging device, it is not possible to prevent the battery from being overcharged. Further, even if the charging device has a charging current adjustment function, for example, the adjustment accuracy of the charging current adjustment function is low, or the battery is prevented from being overcharged due to failure. There is a risk that it will not be possible. In general, a load to which a discharge current is supplied from a battery does not have a discharge current adjustment function for adjusting the discharge current from the battery. Therefore, the same problem as in the case of charging the battery described above may occur.
本明細書では、負荷や充電装置などの電気機器が電流調整機能を有する否かにかかわらず、電池等の蓄電素子が、過充電状態または過放電状態などの電圧異常状態になることを抑制することが可能な技術を開示する。 In this specification, regardless of whether or not an electric device such as a load or a charging device has a current adjustment function, a storage element such as a battery is prevented from being in a voltage abnormal state such as an overcharge state or an overdischarge state. Disclosure of possible technologies.
本明細書によって開示される蓄電装置は、電気機器と蓄電素子との間に設けられ、オープン状態とクローズ状態とに切り替わる第1スイッチと、前記電気機器と前記蓄電素子との間で前記第1スイッチに並列接続され、オープン状態とクローズ状態とに切り替わる第2スイッチと、前記第1スイッチと前記第2スイッチとの一対の接続点同士の間で前記第2スイッチに直列に接続された電圧源と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記蓄電素子が、前記電圧源の高電位側に流れ込む電流と同じ方向に流れる電流によって当該蓄電素子の電圧が基準範囲外になる同方向電圧状態であるか、を判断する電圧判断処理と、前記電圧判断処理で前記蓄電素子が前記同方向電圧状態でないと判断した場合、少なくとも前記第1スイッチをクローズ状態とする通常時処理と、前記電圧判断処理で前記蓄電素子が前記同方向電圧状態であると判断した場合、前記第1スイッチをオープン状態とし、前記第2スイッチをクローズ状態とする同方向電圧時処理と、を実行する構成を有する。 The power storage device disclosed in the present specification is provided between an electric device and a power storage element, and the first switch that switches between an open state and a closed state, and the first switch between the electric device and the power storage element. A voltage source connected in series to the second switch between a pair of connection points of a second switch connected in parallel to the switch and switching between an open state and a closed state, and the first switch and the second switch And a control unit, wherein the control unit has a unidirectional voltage that causes the voltage of the power storage element to be out of a reference range due to a current that flows in the same direction as a current that flows into the high potential side of the voltage source. A voltage determination process for determining whether the battery is in a state; and when the voltage determination process determines that the power storage element is not in the same-direction voltage state, at least the first switch is closed Normal time processing, and when the voltage determination processing determines that the power storage element is in the same direction voltage state, the first switch is opened and the second switch is closed. And a configuration for executing
本明細書によって開示される発明によれば、電気機器が電流調整機能を有する否かにかかわらず、蓄電素子が、過充電状態または過放電状態などの電圧異常状態になることを抑制することができる。 According to the invention disclosed in this specification, it is possible to suppress the storage element from being in an abnormal voltage state such as an overcharged state or an overdischarged state, regardless of whether or not the electric device has a current adjustment function. it can.
(実施形態の概要)
本明細書によって開示される蓄電素子保護装置は、電気機器と蓄電素子との間に設けられ、オープン状態とクローズ状態とに切り替わる第1スイッチと、前記電気機器と前記蓄電素子との間で前記第1スイッチに並列接続され、オープン状態とクローズ状態とに切り替わる第2スイッチと、前記第1スイッチと前記第2スイッチとの一対の接続点同士の間で前記第2スイッチに直列に接続された電圧源と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記蓄電素子が、前記電圧源の高電位側に流れ込む電流と同じ方向に流れる電流によって当該蓄電素子の電圧が基準範囲外になる同方向電圧状態であるか、を判断する電圧判断処理と、前記電圧判断処理で前記蓄電素子が前記同方向電圧状態でないと判断した場合、少なくとも前記第1スイッチをクローズ状態とする通常時処理と、前記電圧判断処理で前記蓄電素子が前記同方向電圧状態であると判断した場合、前記第1スイッチをオープン状態とし、前記第2スイッチをクローズ状態とする同方向電圧時処理と、を実行する構成を有する。
(Outline of the embodiment)
A power storage element protection device disclosed in the present specification is provided between an electric device and a power storage element, and the first switch that switches between an open state and a closed state; and A second switch connected in parallel to the first switch and switched between an open state and a closed state, and connected in series to the second switch between a pair of connection points of the first switch and the second switch A voltage source and a control unit, wherein the control unit is configured to cause the voltage of the power storage element to be out of a reference range by a current flowing in the same direction as the current flowing into the high potential side of the voltage source. A voltage determination process for determining whether or not the voltage is in a directional voltage state; and when the voltage determination process determines that the power storage element is not in the same direction voltage state, at least the first switch is closed. The normal direction process for setting the first switch to the open state and the voltage determination process to determine that the power storage element is in the same direction voltage state, the first switch is set to the open state and the second switch is set to the closed state. And a voltage-time process.
この蓄電素子保護装置は、蓄電素子が同方向電圧状態である場合、第1スイッチをオープン状態とし、第2スイッチをクローズ状態とする。これにより、電圧源の電位差分だけ、電圧源の高電位側に流れ込む電流と同じ方向に流れる電流の量が制限されるため、電圧源を設けない構成に比べて、電気機器が電流調整機能を有する否かにかかわらず、電池等の蓄電素子が上記同じ方向に流れる電流による電圧異常状態になることを抑制することができる。 In this storage element protection device, when the storage element is in the same-direction voltage state, the first switch is opened and the second switch is closed. As a result, the amount of current flowing in the same direction as the current flowing into the high potential side of the voltage source is limited by the potential difference of the voltage source, so that the electrical device has a current adjustment function compared to a configuration without a voltage source. Regardless of whether or not the battery is included, it is possible to suppress a voltage abnormality state caused by a current flowing in the same direction in the storage element such as a battery.
上記蓄電素子保護装置では、前記電気機器は充電装置および負荷を含み、前記充電装置と前記蓄電素子との間で、且つ、前記負荷と前記蓄電素子との間の共通電流経路に、前記第1スイッチ、前記第2スイッチおよび前記電圧源が接続される構成でもよい。 In the power storage device protection apparatus, the electrical device includes a charging device and a load, and the first electric current path is provided between the charging device and the power storage element and in a common current path between the load and the power storage element. The switch, the second switch, and the voltage source may be connected.
この蓄電素子保護装置によれば、同方向電圧時処理の実行により、第1スイッチがオープン状態になり、第2スイッチがクローズ状態になっても、電圧源の高電位側に流れ込む電流とは逆方向に流れる電流の経路が遮断されることを抑制することができる。 According to this storage element protection device, even when the first switch is in an open state and the second switch is in a closed state due to execution of the process in the same direction voltage, it is opposite to the current flowing into the high potential side of the voltage source. It is possible to prevent the current path flowing in the direction from being interrupted.
上記蓄電素子保護装置では、前記制御部は、前記同方向電圧時処理では、前記蓄電素子が前記同方向電圧状態であると判断した場合、先に前記第2スイッチを前記クローズ状態とし、その後、前記第1スイッチをオープン状態とする構成を有してもよい。 In the storage element protection device, when the control unit determines that the storage element is in the same direction voltage state in the process in the same direction voltage, the control unit first sets the second switch to the closed state, and then The first switch may be configured to be in an open state.
この蓄電素子保護装置によれば、同方向電圧時処理の実行過程で、第1スイッチおよび第2スイッチの両方が同時にオープン状態になることがないため、電圧源の高電位側に流れ込む電流と逆方向に流れる電流が瞬間的に遮断されることを抑制することができる。 According to this storage element protection device, both the first switch and the second switch are not simultaneously opened during the process of processing in the same direction voltage, which is opposite to the current flowing into the high potential side of the voltage source. It is possible to suppress the current flowing in the direction from being interrupted instantaneously.
上記蓄電素子保護装置では、前記電圧源を充電するための充電回路を有する構成であってもよい。 The power storage element protection device may have a charging circuit for charging the voltage source.
この蓄電素子保護装置によれば、電圧源を充電することができるため、蓄電素子が同方向電圧状態となることを、繰り返し抑制することができる。 According to this storage element protection device, the voltage source can be charged, and therefore it is possible to repeatedly suppress the storage element from being in the same direction voltage state.
上記蓄電素子保護装置では、前記充電回路は、前記蓄電素子と前記第2スイッチとの両方に並列に接続され、前記電圧源と直列に接続されたオープン状態とクローズ状態とに切り替わる接続スイッチを備え前記電圧源は、前記電気機器または前記蓄電素子によって充電される構成であってもよい。 In the above-described storage element protection device, the charging circuit includes a connection switch that is connected in parallel to both the storage element and the second switch and that switches between an open state and a closed state that are connected in series with the voltage source. The voltage source may be charged by the electric device or the power storage element.
この蓄電素子保護装置によれば、外部電源等によって充電する構成に比べて、新たに充電回路を設けることなく電圧源を充電することができる。 According to this storage element protection device, the voltage source can be charged without newly providing a charging circuit, compared to a configuration in which charging is performed by an external power source or the like.
上記蓄電素子保護装置では、前記制御部は、前記電圧源の充電が必要であるかを判断する、充電判断処理と、前記充電判断処理で前記電圧源の充電が必要であると判断した場合、前記接続スイッチを前記クローズ状態とする充電開始処理と、前記充電判断処理で前記電圧源の充電が必要でないと判断した場合、前記接続スイッチを前記オープン状態とする充電終了処理と、を実行する構成を有する構成であってもよい。 In the power storage device protection device, the control unit determines whether the voltage source needs to be charged.If the control unit determines that the voltage source needs to be charged in the charge determination process and the charge determination process, A charge start process for setting the connection switch in the closed state, and a charge end process for setting the connection switch in the open state when it is determined in the charge determination process that charging of the voltage source is not necessary The structure which has this may be sufficient.
この蓄電素子保護装置によれば、充電開始処理と、充電終了処理がない構成に比べて、必要時に必要なだけ電圧源を充電をすることができる。 According to this electricity storage element protection device, the voltage source can be charged as much as necessary when necessary as compared with the configuration without the charge start process and the charge end process.
上記蓄電素子保護装置では、前記制御部は、前記電圧判断処理では、更に、前記蓄電素子が、前記電圧源の高電位側に流れ込む電流と逆方向によって、当該蓄電素子の電圧が前記基準範囲外になる逆方向電圧状態であるか、を判断し、前記電圧判断処理で前記蓄電素子が前記逆方向電圧状態であると判断した場合、前記第1スイッチおよび前記第2スイッチをオープン状態とする逆方向電圧時処理を実行する構成を有してもよい。 In the storage element protection device, in the voltage determination process, the control unit further causes the voltage of the storage element to be out of the reference range by a direction opposite to a current flowing into the high potential side of the voltage source. When the voltage determination process determines that the power storage element is in the reverse voltage state, the reverse is set to open the first switch and the second switch. You may have the structure which performs the process at the time of direction voltage.
この蓄電素子保護装置によれば、蓄電素子が逆方向電圧状態である場合、第1スイッチおよび第2スイッチをオープン状態とする。これにより、蓄電素子が、逆方向に流れる電流による電圧異常状態になることを抑制することができる。 According to this storage element protection device, when the storage element is in the reverse voltage state, the first switch and the second switch are opened. Thereby, it can suppress that an electrical storage element will be in the voltage abnormal state by the electric current which flows into a reverse direction.
上記蓄電素子保護装置では、前記電圧源は、前記蓄電素子に直列に接続された場合、前記蓄電素子との電圧の総和が増加する方向に接続され、更に、前記蓄電素子に並列に接続され、当該蓄電素子を放電させる放電状態と、放電を停止させる停止状態とに切り替わる放電部を備え、前記制御部は、前記電圧判断処理で前記蓄電素子が前記同方向電圧状態でないと判断した場合、前記放電部を前記停止状態とする停止処理と、前記電圧判断処理で前記蓄電素子が前記同方向電圧状態であると判断した場合、前記放電部を前記放電状態とする放電処理と、を実行する構成でもよい。 In the above-described storage element protection device, when the voltage source is connected in series to the storage element, the voltage source is connected in a direction in which the sum of voltages with the storage element increases, and is further connected in parallel to the storage element, A discharge unit that switches between a discharge state that discharges the storage element and a stop state that stops discharge, and when the control unit determines that the storage element is not in the same-direction voltage state in the voltage determination process, A configuration for performing a stop process for setting the discharge unit in the stop state, and a discharge process for setting the discharge unit in the discharge state when the voltage determination process determines that the power storage element is in the same-direction voltage state. But you can.
この蓄電素子保護装置によれば、蓄電素子が逆方向電圧状態である場合、放電部が放電状態になることによって、蓄電素子を放電させる。したがって、放電部を備えない構成に比べて、蓄電素子が、電圧源の高電位側に流れ込む電流と同じ方向に流れる電流による電圧異常状態になることを、より効果的に抑制することができる。 According to the storage element protection device, when the storage element is in the reverse voltage state, the storage unit is discharged by the discharge unit being in the discharge state. Therefore, it is possible to more effectively suppress the storage element from being in a voltage abnormal state due to the current flowing in the same direction as the current flowing into the high potential side of the voltage source, as compared with the configuration without the discharge unit.
上記蓄電素子保護装置では、前記制御部は、前記通常時処理では、更に、前記第2スイッチをオープン状態としてもよい。 In the above-described storage element protection device, the control unit may further open the second switch in the normal processing.
この蓄電素子保護装置によれば、電圧源の放電を防止することができる。 According to this storage element protection device, the voltage source can be prevented from discharging.
上記蓄電素子保護装置では、前記蓄電素子は、鉄成分を含むリチウム化合物と、単位充電状態当たりの開放電圧の変化率が小さい平坦領域の示す前記開放電圧が、前記鉄成分を含むリチウム化合物を正極活物質とした場合よりも高い電圧となる、特定のリチウム化合物と、を有する正極活物質を正極材料としてもよい。 In the above-described storage element protection device, the storage element includes a lithium compound containing an iron component, and the open circuit voltage indicated by a flat region where the change rate of the open circuit voltage per unit charge state is small. A positive electrode active material having a specific lithium compound that has a higher voltage than that of the active material may be used as the positive electrode material.
この蓄電素子保護装置によれば、正極に高電圧適合材料を加えない構成に比べて、単位充電状態当たりの開放電圧の変化率が大きい領域での当該変化率を小さくすることができるため、充電状態が満充電に近い領域での急峻なOCVの変化を抑制することができ、蓄電素子に過電圧が掛かった状態での充電を抑制することができる。 According to this storage element protection device, the rate of change in a region where the rate of change of the open-circuit voltage per unit charge state is large can be reduced compared to a configuration in which a high-voltage compatible material is not added to the positive electrode. A steep OCV change in a region where the state is close to full charge can be suppressed, and charging in a state where an overvoltage is applied to the storage element can be suppressed.
また、蓄電素子と、蓄電素子保護装置と、を備える蓄電装置でもよい。 Further, the power storage device may include a power storage element and a power storage element protection device.
なお、本明細書によって開示される発明は、制御装置、制御方法、これらの方法または装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の種々の態様で実現することができる。 The invention disclosed in this specification can be realized in various modes such as a control device, a control method, a computer program for realizing the functions of these methods or devices, and a recording medium on which the computer program is recorded. Can do.
<一実施形態>
一実施形態について図1〜図9を参照しつつ説明する。
図1に示すように、本実施形態のバッテリ1は、例えばエンジン自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載され、エンジン2を始動させるためにスタータ3に電力を供給するスタータバッテリである。また、バッテリ1は、ヘッドライト、オーディオシステムやセキュリティシステム等の車載機器4にも電力を供給する。一方、バッテリ1は、エンジン2が回転することによりオルタネータ5が発電した電力により充電される。なお、バッテリ1は蓄電装置の一例であり、スタータ3および車載機器4はバッテリ1から電力が供給される負荷の一例であり、オルタネータ5はバッテリ1を充電する充電装置または発電機の一例であり、負荷および充電装置等は、電気機器の一例である。
<One Embodiment>
An embodiment will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, a
(バッテリの構成)
バッテリ1は、組電池11、回路切替え部12、及び、電池管理装置(Battery Management System 以下、BMSという)13を備える。組電池11は、蓄電素子の一例であり、複数のセルCNが直列接続された構成である。各セルCNは、繰り返し充電可能な二次電池であり、具体的には、負極活物質がグラファイト系材料で形成された負極と、正極活物質がリン酸鉄系材料で形成された正極とを有するリチウムイオン電池である。なお、図1および以下の説明では、組電池11は、4つのセルC1〜C4を有するものとする。なお、回路切替え部12とBMS13とを合わせたものが、蓄電素子保護装置の一例である。
(Battery configuration)
The
組電池11は、回路切替え部12を介して、スタータ3、車載機器4およびオルタネータ5に接続されている。換言すれば、回路切替え部12は、オルタネータ5と組電池11との間で、且つ、車載機器4等と組電池11との間に接続されている。即ち、回路切替え部12は、組電池11からスタータ3等への放電電流、および、オルタネータ5から組電池11への充電電流の両方が流れる共通電流経路上に設けられている。
The assembled
回路切替え部12は、第1リレー12A、第2リレー12B、電圧源SD、および充電リレーRCを有する。第1リレー12Aと第2リレー12Bとが互いに並列に接続されている。第1リレー12Aは、例えば接点および磁気コイルを有する有接点リレー(機械式スイッチ)であり、後述する制御部22からオープン指令信号を受けると、電磁作用により機械的に接点をオープン(開・オフ)状態にし、後述する制御部22からクローズ指令信号を受けると、電磁作用により機械的に接点をクローズ(閉・オン)状態にする。第2第2リレー12Bは、第1リレー12Aと同じである。
The
電圧源SDは、第1リレー12Aと第2リレー12Bとの一対の共通接続点K1、K2の間で、第2リレー12Bに直列に接続されている。具体的には、電圧源SDは、負極側(低電位側)に第2リレー12Bがあり、正極側(高電位側)に共通接続点K2があるように第2リレー12Bに直列に接続されている。電圧源SDは、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの繰り返し充電可能な二次電池である。また、電圧源SDは、少ない充電量で電圧が高くなる、低容量のものだとより好ましい。なお、電圧源SDは、キャパシタでもよい。
The voltage source SD is connected in series to the
充電リレーRCは、電圧源SDの負極側を一端の接続点とし、組電池11の負極側を他端の接続点として、第2リレー12Bと組電池11との両方に並列となるように接続されている。そして、充電リレーRCは、例えば接点および磁気コイルを有する有接点リレー(機械式スイッチ)であり、後述する制御部22からオープン指令信号を受けると、電磁作用により機械的に接点をオープン(開・オフ)状態にし、後述する制御部22からクローズ指令信号を受けると、電磁作用により機械的に接点をクローズ(閉・オン)状態にする。
The charging relay RC is connected in parallel to both the
なお、電圧源SDの負極側と充電リレーRCとの間には、オルタネータ5からの充電電流を制限するための抵抗Rが充電リレーRCに直列に接続されている。充電リレーRCは、接続スイッチの一例であり、充電リレーRCが、電圧源SDの負極側を一端の接続点とし、組電池11の負極側を他端の接続点として、第2リレー12Bと組電池11との両方に並列となるように接続されている回路構成は、充電回路の一例である。
A resistor R for limiting the charging current from the
第1リレー12Aまたは第2リレー12Bがクローズ状態になると、組電池11と、スタータ3、車載機器4およびオルタネータ5との間に電流経路が形成される。具体的には、組電池11とスタータ3、および車載機器4との間に電流経路(以下、放電経路という)が形成され、組電池11からスタータ3、および車載機器4へ電力供給が可能になる。また、組電池11とオルタネータ5との間に電流経路(以下、充電経路という)が形成され、オルタネータ5から組電池11へ電力供給が可能になる。
When the
なお、第1リレー12Aと第2リレー12Bとは、バッテリ1の外部に設けられていてもよい。また、第1リレー12Aは、第1スイッチの一例であり、第2リレー12Bは、第2スイッチの一例である。
Note that the
第2リレー12Bがオープン状態で、充電リレーRCがクローズ状態になると、電圧源SDは、オルタネータ5によって充電可能になる。なお、充電リレーRCは、バッテリ1の外部に設けられていてもよい。
When the
BMS13は、電圧検出回路21、制御部22、電流検出回路23、および、4つの均等化回路(放電回路)25を有する。電圧検出回路21は、電圧検出部の一例であり、各セルC1〜C4の電圧を個別に検出し、その検出結果を制御部22に送信する。なお、電圧検出回路21は、組電池11全体の電圧を検出する構成でもよい。電流検出回路23は、組電池11に流れる充電電流および放電電流(以下、充放電電流という)を検出し、その検出結果を制御部22に送信する。
The
なお、BMS13は、電圧検出回路21や電流検出回路23以外に、組電池11の温度を検出する温度センサ等の各種の検出部(図示せず)を備え、それらの検出結果に基づき、組電池11の内部抵抗や充電状態(State Of Charge 以下、単にSOCという)等、組電池11の各種の状態を監視する構成でもよい。
In addition to the
制御部22は、中央処理装置(以下、CPU)22A、メモリ22Bを有する。メモリ22Bには、制御部22の動作を制御するための各種のプログラム(後述する二次電池保護処理を実行するためのプログラムを含む)が記憶されており、CPU22Aは、メモリ22Bから読み出したプログラムに従って、制御部22の各部を制御する。メモリ22Bは、RAMやROMを有する。なお、上記各種のプログラムが記憶される媒体は、RAM等以外に、CD−ROM、ハードディスク装置、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリでもよい。制御部22は、組電池11から電源供給されて駆動する。
The
第1リレー12Aは、制御部22からオープン指令信号を受けると、電磁作用により機械的に接点をオープン(開・オフ)状態にし、制御部22からクローズ指令信号を受けると、電磁作用により機械的に接点をクローズ(閉・オン)状態にする。第2第2リレー12Bは、第1リレー12Aと同じである。
When the
均等化回路25は、4つのセルCNの電圧を略均一にするための回路である。具体的には、均等化回路25は、各セルC1〜C4にそれぞれ並列接続された4つの放電回路HD1〜HD4を備え、各放電回路HDは、例えばスイッチ素子25Aおよび放電抵抗25Bが直列に接続された構成を有する。なお、各放電回路HDは、放電部の一例である。
The
制御部22は、各放電回路HDのスイッチ素子25Aに、クローズ指令信号を与えてクローズ状態とすることにより、当該均等化回路25に並列接続されているセルC1〜C4の電力を放電抵抗25Bにより放電させ、セルC1〜C4の電圧値を下げることができる。制御部22は、セルC1〜C4の電圧値を下げる必要がないと判断した場合は、各放電回路HDのスイッチ素子25Aに、オープン指令信号を与えてオープン状態とする。
The
(リン酸鉄系リチウムイオン電池)
図2、図3を用いて、リン酸鉄系リチウムイオン電池の充電時の問題点について説明する。図2には、セルCの開放電圧(以下、OCVという)とSOCとの変化特性(相関関係)を示す、OCV−SOCカーブPが実線で示されている。このOCVとは、安定状態のときのセルCの端子電圧であり、例えば、セルCの単位時間当たりの電圧変化量が規定量以下であるときのセルCの端子電圧である。なお、当該規定量は、セルCの仕様や所定の実験等により予め定めることができる。このOCV−SOCカーブPに関するデータは、メモリ22Bに記憶されている。
(Iron phosphate lithium ion battery)
Problems during charging of the iron phosphate lithium ion battery will be described with reference to FIGS. In FIG. 2, an OCV-SOC curve P showing a change characteristic (correlation) between the open circuit voltage (hereinafter referred to as OCV) and the SOC of the cell C is shown by a solid line. The OCV is a terminal voltage of the cell C in a stable state, for example, a terminal voltage of the cell C when a voltage change amount per unit time of the cell C is equal to or less than a specified amount. The prescribed amount can be determined in advance by the specification of the cell C, a predetermined experiment, or the like. Data relating to the OCV-SOC curve P is stored in the
図2に示す通り、リン酸鉄系リチウムイオン電池では、OCVの変化率が比較的小さい平坦領域(プラトー領域ともいう)と、OCVの変化率が比較的大きい変化領域とが存在する。具体的には、SOCが25%〜97%付近の領域は、OCVの変化率が比較的小さい平坦領域であり、SOCが25%以下、または97%以上の領域は、OCVの変化率が比較的大きい変化領域である。 As shown in FIG. 2, in the iron phosphate lithium ion battery, there are a flat region (also referred to as a plateau region) in which the OCV change rate is relatively small and a change region in which the OCV change rate is relatively large. Specifically, the region where the SOC is 25% to 97% is a flat region where the OCV change rate is relatively small, and the region where the SOC is 25% or less, or 97% or more, the OCV change rate is compared. This is a large change area.
リン酸鉄系リチウムイオン電池では、上述したような特性があるため、例えば、SOCが100%付近では、わずかな容量の過充電であっても、電圧が大きく立ち上がってしまう。これによって、リン酸鉄系リチウムイオン電池で定められている最大充電電圧値を超えた充電が実施されてしまうおそれがある。 Since the iron phosphate lithium ion battery has the characteristics as described above, for example, when the SOC is around 100%, the voltage rises greatly even if the capacity is overcharged. Thereby, there exists a possibility that the charge exceeding the maximum charge voltage value defined with the iron phosphate lithium ion battery may be performed.
例えば、図1のセルC1のSOCが100%、セルC2のSOCが95%、セルC3のSOCが90%、セルC4のSOCが80%と、各セルC1〜C4のSOCにばらつきがある場合に組電池11を定電圧充電すると、図3に示すような問題が生じる。
For example, when the SOC of the cell C1 in FIG. 1 is 100%, the SOC of the cell C2 is 95%, the SOC of the cell C3 is 90%, the SOC of the cell C4 is 80%, and the SOCs of the cells C1 to C4 vary. If the assembled
図3では、バッテリ1を14.8Vで定電圧充電している。図3の上段には、組電池11の充電電圧(V)を縦軸として、時間(hr)を横軸としたグラフが記載されており、図3の中段には、組電池11の充電電流(A)を縦軸として、時間(hr)を横軸としたグラフが記載されており、図3の下段には、セルCのセル電圧(V)を縦軸として、時間(hr)を横軸としたグラフが記載されている。
In FIG. 3, the
各セルC1〜C4のSOCには、ばらつきがあるが、オルタネータ5等の充電装置は、組電池11を定電圧充電するのみで、各セルC1〜C4のセル電圧を監視しながら定電圧充電を実行しないため、各セルC1〜C4のSOCのばらつきは解消されない。そして、そのばらつきを解消するために、均等化回路25が存在する。具体的には、均等化回路25の各放電回路HDによって、4つのセルCNの電力を放電し、4つのセルCNの電圧値を下げることで、4つのセルCNの電圧を略均一にする。
The SOCs of the cells C1 to C4 vary, but the charging device such as the
しかし、均等化回路25の各放電回路HDによる放電には、ある程度時間が掛かるため、例えば図3では、セルC1のセル電圧が、仕様等で定められている最大充電電圧値(例えば4.0V)を超えた状態で定電圧充電が実行されてしまう。これは、定電圧充電が開始される前のセルC1のSOCが変化領域にあるために生じる。
However, since the discharge by each discharge circuit HD of the
定電圧充電が開始される前のセルC2〜セルC4のSOCは、プラトー領域にあるため、定電圧充電が開始されてSOCが増えても、OCVはほとんど変化しない。しかし、定電圧充電が開始される前のセルC1のSOCは、変化領域にあるため、定電圧充電が開始されてわずかでも過充電状態となると、OCVは急上昇する。その結果、セルC1のセル電圧が最大充電電圧値を超えた状態で定電圧充電が実行されてしまうことになり、セルC1の劣化につながり得る。 Since the SOCs of the cells C2 to C4 before the start of the constant voltage charge are in the plateau region, the OCV hardly changes even if the SOC increases after the start of the constant voltage charge. However, since the SOC of the cell C1 before the start of the constant voltage charge is in the change region, the OCV rapidly increases when the constant voltage charge is started and the overcharge state is reached even slightly. As a result, constant voltage charging is performed in a state where the cell voltage of the cell C1 exceeds the maximum charging voltage value, which may lead to deterioration of the cell C1.
(二次電池保護処理)
そこで、制御部22は、組電池11から電源供給されている間は、常に図4に示す二次電池保護処理を実行する。
(Secondary battery protection treatment)
Therefore, the
二次電池保護処理は、各セルC1〜C4のセル電圧が最大充電電圧値を超えた状態で組電池11に対して定電圧充電が実行されてしまうことを抑制するための処理である。具体的には、制御部22は、まず、初期処理として、第1リレー12Aをクローズ状態にし、第2リレー12Bをオープン状態にする(S1)。なお、S1の処理は、通常時処理の一例である。
The secondary battery protection process is a process for suppressing the constant voltage charging from being performed on the assembled
制御部22は、次に、スイッチ素子25Aをオープン状態にし(S2)、充電リレーRCをオープン状態にする(S3)。なお、S2の処理は、停止処理の一例である。なお、この時点では、電圧源SDは満充電状態であるとする。
Next, the
制御部22は、N番目のセルCNの番号Nを1に初期化し(S4)、N番目のセルCNの電圧値を検出する(S5)。制御部22は、S5で検出したN番目のセルCNの電圧値が、バランサー駆動電圧閾値(例えば3.6V)以上であるか否かを判断し(S6)、N番目のセルCNが過充電状態(電圧源の高電位側に流れ込む電流と同じ方向に流れる電流による電圧異常状態の一例)に近づいているか否かを判断する。
The
そして、制御部22は、N番目のセルCNの電圧値が、バランサー駆動電圧閾値以上であると判断した場合(S6:YES)、N番目のセルCNが過充電状態に近づいていると判断し、図5に示す過充電保護処理を実行する(S7)。なお、バランサー駆動電圧閾値より小さい値の範囲は、基準範囲の一例である。また、S6の処理は、電圧判断処理の一例であり、N番目のセルCNの電圧値が、バランサー駆動電圧閾値以上であることは、同方向電圧状態の一例である。
Then, when the
(過充電保護処理)
過充電保護処理は、N番目のセルCNが過充電状態となることを抑制するための処理である。この過充電保護処理では、制御部22は、まず均等化回路25の放電回路HDによるN番目のセルCNの電力の放電を実行する。具体的には、制御部22は、まずN番目のセルCNに並列接続されているスイッチ素子25Aをクローズ状態にする(S21)。なお、S21の処理は、放電処理の一例である。
(Overcharge protection treatment)
The overcharge protection process is a process for suppressing the Nth cell CN from being overcharged. In this overcharge protection process, the
そして、制御部22は、N番目のセルCNの電圧値が安定電圧閾値(例えば、3.5V)以下であるか否かを判断する(S22)。S22の処理によって、制御部22は、均等化回路25の放電回路HDによるN番目のセルCNの電力が放電されて、N番目のセルCNの電圧値が下がったか否かを判断する。
And the
制御部22は、N番目のセルCNの電圧値が安定電圧閾値以下であると判断した場合(S22:YES)、スイッチ素子25Aをオープン状態にし(S33)、過充電保護処理を終了させ、図4のS10へ進む。制御部22は、均等化回路25の放電回路HDによるN番目のセルCNの電力が放電されて、N番目のセルCNの電圧値が下がったと判断できるためである。
When it is determined that the voltage value of the Nth cell CN is equal to or lower than the stable voltage threshold (S22: YES), the
制御部22は、N番目のセルCNの電圧値が安定電圧閾値より大きいと判断した場合(S22:NO)、N番目のセルCNの電圧値が過充電電圧閾値(例えば、3.7V)以上であるか否かを判断し(S23)、N番目のセルCNが過充電状態にさらに近づいているか否かを判断する。制御部22は、N番目のセルCNの電圧値が過充電電圧閾値より小さいと判断した場合(S23:NO)、引き続き、均等化回路25の放電回路HDのみによるN番目のセルCNの電力の放電を継続するために、S22に戻る。
When the
制御部22は、N番目のセルCNの電圧値が過充電電圧閾値以上であると判断した場合(S23:YES)、均等化回路25の放電回路HDによってN番目のセルCN放電を継続するようにしつつ、かつ、N番目のセルCNの充電が抑制されるように、以下の処理を実行する。均等化回路25の放電回路HDだけでは、N番目のセルCNの電力の放電に時間が掛かり、早急にN番目のセルCNの電圧値を下げることは困難なためである。
When it is determined that the voltage value of the Nth cell CN is equal to or higher than the overcharge voltage threshold (S23: YES), the
即ち、制御部22は、まず充電リレーRCがオープン状態であるか否かを判断する(S24)。制御部22は、充電リレーRCがオープン状態でないと判断した場合(S24:NO)、S31へ進む。制御部22は、充電リレーRCがオープン状態であると判断した場合、第2リレー12Bにクローズ指令信号を与えてクローズ状態とし(S25)、第1リレー12Aにオープン指令信号を与えてオープン状態とする(S26)。なお、S25、S26の処理は、同方向電圧時処理の一例である。
That is, the
上述した通り、第2リレー12Bには、電圧源SDが直列に接続されている。具体的には、電圧源SDは、組電池11と直列で、かつ組電池11の正極および負極の向きと、電圧源SDの正極および負極の向きとが同じ向きになるように接続されている。このため、制御部22がS25およびS26の処理を実行すると、組電池11の見かけ上の総電圧が上がる。これによって、オルタネータ5からの充電電流(電圧源の高電位側に流れ込む電流と同じ方向に流れる電流の一例)が抑制される。
As described above, the voltage source SD is connected in series to the
一方、組電池11と車載機器4等との放電経路は形成されたままであるため、組電池11から車載機器4等への放電は継続される。したがって、N番目のセルCN放電が継続されつつ、かつ、N番目のセルCNの充電が抑制される。
On the other hand, since the discharge path between the assembled
S25の処理は、車載機器4等と組電池11との間の充電経路が瞬断されることを防ぐための処理である。以下では、図6を用いて、具体的に説明する。図6の上段には、第1リレー12Aがクローズ状態で、第2リレー12Bがオープン状態となっている場合(ケース1)が記載されており、図6の中段には、第1リレー12Aがクローズ状態で、第2リレー12Bがクローズ状態となっている場合(ケース2)が記載されており、図6の下段には、第1リレー12Aがオープン状態で、第2リレー12Bがクローズ状態となっている場合(ケース3)が記載されている。なお、図6では、エンジン2やスタータ3、電圧検出回路21や電流検出回路23は省略している。
The process of S25 is a process for preventing the charging path between the in-
ケース1では、第1リレー12Aがクローズ状態となっているため、組電池11と車載機器4およびオルタネータ5との間に電流経路が形成され、組電池11には第1リレー12Aを介して充放電電流が流れる。
In
ケース2では、第2リレー12Bに直列に接続された電圧源SDは、組電池11と直列で、かつ正極と負極とが組電池11と同じ向きに接続されているため、組電池11には、第1リレー12Aによって形成された充電経路に比べ、第2リレー12Bによって形成された充電経路には、あまり充電電流は流れない。一方、第2リレー12Bがクローズ状態となることで、組電池11の見かけ上の総電圧が上がるため、第2リレー12Bによって形成された放電経路によって、組電池11から放電電流が流れる。
In
そして、ケース3では、第2リレー12Bによって形成された電流経路しかないので、組電池11には第1リレー12Aによって形成された電流経路に比べて、充電電流は抑制されるが、組電池11からの放電電流は同等に流れる。
In
仮に、ケース2を経由せずに、ケース1からケース3へ状態が遷移した場合、車載機器4等と組電池11との間の放電経路が瞬断されるおそれがある。例えば、制御部22は、第1リレー12Aにオープン指令信号を与え、同時に第2リレー12Bにクローズ信号を与えると、第1リレー12Aと第2リレー12Bとの両方がオープン状態となる瞬間が存在する。このため、組電池11から車載機器4への電力の供給が瞬断され、例えば、オーディオの音飛びやヘッドライトのちらつきなどの問題が生じるおそれや、エンジンやブレーキなどの車両制御系が不安定になるおそれがある。
If the state transitions from
このため、制御部22は、ケース1からケース3へ状態を遷移させる場合は、ケース2を経由して状態遷移させることで、車載機器4等と組電池11との間の放電経路が瞬断されるのを防いでいる。
For this reason, when the
制御部22は、S26の処理を実行した後、電圧源SDが完全放電されたか否かを判断する。具体的には、電圧源SDの電圧値が放電限界閾値以下であるか否かを判断する(S27)。
After executing the process of S26, the
制御部22は、電圧源SDの電圧値が放電限界閾値より大きいと判断した場合(S27:NO)、待機し、電圧源SDの電圧値が放電限界閾値以下であると判断した場合(S27:YES)、電圧源SDが完全放電されたと判断して、組電池11を充放電のどちらも可能な状態に戻す。具体的には、制御部22は、第1リレー12Aにクローズ指令信号を与えてクローズ状態とし(S28)、第2リレー12Bにオープン指令信号を与えてオープン状態とする(S29)。
When it is determined that the voltage value of the voltage source SD is larger than the discharge limit threshold (S27: NO), the
また、制御部22が、まずS28の処理後にS29の処理を実行することも、上述した通り、車載機器4等と組電池11との間の放電経路が瞬断されるのを防ぐためである。なお、S28およびS29の処理は、通常時処理の一例である。
In addition, the
そして、制御部22は、完全に放電された電圧源SDの充電を開始する。具体的には、制御部22は、充電リレーRCをクローズ状態にする(S30)。図7に示す通り、電圧源SDは、充電リレーRCを介して、オルタネータ5から充電電流が供給される。これにより、電圧源SDは充電される。また、車両が停止している等でオルタネータ5が駆動していない場合でも、電圧源SDは、クローズ状態の充電リレーRCによって形成される、組電池11との閉回路において、組電池11から電圧源SDへ充電電流が供給されることで充電される。なお、S30の処理は、充電開始処理の一例である。
Then, the
次に、制御部22は、電圧源SDが満充電となったか否かを判断する。具体的には、電圧源SDが充電限界閾値以下であるか否かを判断する(S31)。制御部22は、電圧源SDの電圧値が充電限界閾値以下であると判断した場合(S31:YES)、待機し、電圧源SDの電圧値が充電限界閾値より大きいと判断した場合(S31:NO)、電圧源SDが満充電になったと判断して、充電リレーRCの充電を終了する。具体的には、制御部22は、充電リレーRCにオープン指令信号を与え、充電リレーRCをオープン状態にする(S32)。なお、S32の処理は、充電終了処理の一例である。
Next, the
そして、制御部22は、N番目のセルCNに並列接続されているスイッチ素子25Aをオープン状態にし(S33)、過充電保護処理を終了させ、図4のS10へ進む。
Then, the
つまり、制御部22は、蓄電素子の電圧が第1範囲にあると判断した場合、放電部による放電処理を実行し、蓄電素子の電圧が、第1範囲よりも広い第2範囲にあると判断した場合、逆方向電圧時処理を実行する。
That is, when the
上述した通り、過充電保護処理では、制御部22は、均等化回路25の放電回路HDによって、N番目のセルCNの電力を放電させるのと同時に、第1リレー12Aをオープン状態にし、第2リレー12Bをクローズ状態にすることで、バッテリープラス端子BPとバッテリーマイナス端子BMとの間の見かけ上の電圧を上げることで、オルタネータ5からの充電を抑制する構成である。
As described above, in the overcharge protection process, the
図8には本構成の効果が示されている。図8のグラフで、縦軸はセルCNのセル電圧(V)であり、横軸は時間(t)である。そして、点線Qと実線Wとによって、セルCNのセル電圧の時間変化が示されている。 FIG. 8 shows the effect of this configuration. In the graph of FIG. 8, the vertical axis represents the cell voltage (V) of the cell CN, and the horizontal axis represents time (t). A time change of the cell voltage of the cell CN is shown by a dotted line Q and a solid line W.
点線Qは、均等化回路25の放電回路HDによって、N番目のセルCNの電力を放電させるのみの構成の場合のセルCNのセル電圧の時間変化であり、実線Wは、均等化回路25の放電回路HDによって、N番目のセルCNの電力を放電させるのと同時に、第1リレー12Aをオープン状態にし、第2リレー12Bをクローズ状態にすることで、バッテリープラス端子BPとバッテリーマイナス端子BMとの間の見かけ上の電圧を上げることで、オルタネータ5からの充電を抑制する構成の場合のセルCNのセル電圧の時間変化である。
A dotted line Q is a time change of the cell voltage of the cell CN in a configuration in which the power of the Nth cell CN is only discharged by the discharge circuit HD of the
図8から明らかなように、実線Wの方が点線Qに比べて、最大充電電圧を早く下回っている(T2>T1)。つまり、セルCNに過電圧が掛かったまま充電される状態が、実線Wの方が短い。したがって、均等化回路25の放電回路HDによって、N番目のセルCNの電力を放電させるのみの構成に比べて、セルCNの劣化等を抑制することが可能となる。
As is clear from FIG. 8, the solid line W is lower than the maximum charging voltage earlier than the dotted line Q (T2> T1). That is, the state of charging with the overvoltage applied to the cell CN is shorter for the solid line W. Therefore, the deterioration of the cell CN can be suppressed by the discharge circuit HD of the
制御部22は、N番目のセルCNの電圧値が、バランサー駆動電圧閾値よりも小さいと判断した場合(S6:NO)、N番目のセルCNの電圧値が、過放電電圧閾値(例えば、3.25V)以下であるか否かを判断し(S8)、N番目のセルCNが過放電状態(電圧源の高電位側に流れ込む電流と反対方向に流れる電流による電圧異常状態の一例)に近づいているか否かを判断する。そして、制御部22は、N番目のセルCNの電圧値が、過放電電圧閾値以下であると判断した場合(S8:YES)、図9に示す過放電保護処理を実行する(S9)。
When the
なお、過放電電圧閾値より大きい値の範囲は、基準範囲の一例である。また、S8の処理は、電圧判断処理の一例であり、N番目のセルCNの電圧値が、過放電電圧閾値以下であることは、逆方向電圧状態の一例である。 Note that the range of values greater than the overdischarge voltage threshold is an example of a reference range. Moreover, the process of S8 is an example of a voltage determination process, and that the voltage value of the Nth cell CN is below an overdischarge voltage threshold is an example of a reverse voltage state.
(過放電保護処理)
過放電保護処理は、N番目のセルCNが過放電状態となることを抑制するための処理である。具体的には、この過放電保護処理では、制御部22は、まず、過放電保護処理の実行時からの経過時間を計測し、当該経過時間が基準時間に到達したか否かを判断する(S41)。制御部22は、当該経過時間が基準時間に到達していないと判断した場合(S41:NO)、N番目のセルCNの電圧値が、過放電電圧閾値以下であるか否かを判断する(S42)。なお、過放電電圧閾値より大きい値の範囲は、基準範囲の一例である。
(Overdischarge protection treatment)
The overdischarge protection process is a process for suppressing the Nth cell CN from being overdischarged. Specifically, in this overdischarge protection process, the
一方、制御部22は、N番目のセルCNの電圧値が、過放電電圧閾値より大きいと判断した場合(S42:NO)、今回、N番目のセルCNの電圧値が、過放電電圧閾値以下となったのは、一時的な電圧降下のためであると判断して、過放電保護処理を終了させ、図4のS10へ進む。
On the other hand, when the
一方、制御部22は、N番目のセルCNの電圧値が、過放電電圧閾値以下であると判断した場合(S42:YES)、S41に戻る。
On the other hand, when the
制御部22は、当該経過時間が基準時間に到達したと判断した場合(S41:YES)組電池11からの放電電流(電圧源の高電位側に流れ込む電流と反対方向に流れる電流の一例)を止めるために、第1リレー12Aをオープン状態とし(S43)、車載機器4等と組電池11との間の放電経路を遮断する。
When it is determined that the elapsed time has reached the reference time (S41: YES), the
その後、制御部22は、復帰指示を受信したか否かを判断する(S44)。復帰指示とは、例えば、運転手が、イグニッションスイッチをイグニション位置にしたり、アイドリングストップ状態の車両で、運転手がアクセルを踏んだりすることで、車両側の電子制御ユニット(以下、ECUという)からバッテリ1に対して送信される信号である。
Thereafter, the
制御部22は、復帰指示を受信していないと判断した場合(S44:NO)、待機し、復帰指示を受信したと判断した場合(S44:YES)、N番目のセルCNの電圧値が、バッテリ交換電圧閾値(例えば、2.8V)以上であるか否かを判断する(S45)。制御部22は、N番目のセルCNの電圧値が、バッテリ交換電圧閾値より小さいと判断した場合(S45:NO)、N番目のセルCNは、過放電状態に至っていると判断して、メモリ22Bにバッテリ1の交換が必要であることを示すフラグを記憶させ(S46)、過放電保護処理を終了させ、図4のS10に進む。
When it is determined that the return instruction has not been received (S44: NO), the
なお、制御部22は、N番目のセルCNは、過放電状態に至っていると判断して、バッテリ1の交換が必要であると判断した場合、例えば、上記ECU等の外部機器にバッテリ1の交換が必要である旨の通知信号を出力するなど、エラー処理を実行するのが好ましい。
When the
制御部22は、N番目のセルCNの電圧値が、バッテリ交換電圧閾値以上であると判断した場合(S45:YES)、N番目のセルCNは、過放電状態に至っていないと判断して、組電池11を充放電可能な状態に戻す。具体的には、制御部22は、第1リレー12Aをクローズ状態とし(S47)、過放電保護処理を終了させ、図4のS10へ進む。なお、上述した過放電保護処理は、逆方向電圧時処理の一例であり、S47の処理は、通常時処理の一例である。
When the
制御部22は、N番目のセルCNの番号Nが総数(=4)に達したか否かを判断する(S10)。制御部22は、N番目のセルCNの番号Nが総数に達したと判断した場合(S10:YES)、S4に戻り、再び1番目のセルC1からS2以降の処理を実行する。一方、制御部22は、N番目のセルCNの番号Nが総数に達していないと判断した場合(S10:NO)、N番目のセルCNの番号Nに1を加算し(S11)、S5に戻り、S5以降の処理を実行する。
The
(本実施形態の効果)
本実施形態によれば、第1リレー12Aと第1リレー12Aに並列接続された第2リレー12Bと、第1リレー12Aと第2リレー12Bとの一対の共通接続点K1、K2の間で第2リレー12Bに直列に接続された電圧源SDとを備え、制御部22は、過充電保護処理と過放電保護処理とを実行する。具体的には、制御部22は、過放電保護処理を実行するとき、第1リレー12Aと第2リレー12Bとにオープン指令信号を与えてオープン状態とする。これにより、過放電状態から組電池11を保護することができる。また、制御部22は、過充電保護処理を実行するとき、第2リレー12Bにクローズ指令信号を与えてクローズ状態とし、その後、第1リレー12Aにオープン指令信号を与えてオープン状態とする。これにより、負荷や充電装置などの電気機器が電流調整機能を有する否かにかかわらず、過充電状態から組電池11を保護しつつ、組電池11からの放電電流の放電経路を維持することができる。また、電圧源SDを用いることで、ダイオード等の整流素子や抵抗等の受動素子を用いる構成に比べて、発熱を抑制することもできる。そして、電圧源SDは、他の用途の電池(例えば、PC用電池)も電圧源(本回路における電圧源SD)として使うことができ、また、不要となった電池を電圧源SDとして活用することができる。
(Effect of this embodiment)
According to the present embodiment, the
<他の実施形態>
本明細書で開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も含まれる。
<Other embodiments>
The technology disclosed in the present specification is not limited to the embodiments described with reference to the above description and drawings, and includes, for example, the following various aspects.
上記実施形態では、制御部34は、1つのCPUとメモリを有する構成であった。しかし、制御部は、これに限らず、複数のCPUを備える構成や、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)などのハード回路を備える構成や、ハード回路及びCPUの両方を備える構成でもよい。例えば上記二次電池保護処理の一部または全部を、別々のCPUやハード回路で実行する構成でもよい。また、これらの処理の順序は、適宜変更してもよい。 In the above embodiment, the control unit 34 has one CPU and a memory. However, the control unit is not limited to this, and may include a configuration including a plurality of CPUs, a configuration including a hardware circuit such as ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or a configuration including both the hardware circuit and the CPU. For example, a configuration in which part or all of the secondary battery protection process is executed by a separate CPU or hardware circuit may be used. Further, the order of these processes may be changed as appropriate.
上記実施形態では、スイッチの例として、有接点の第1リレー12A、第2リレー12Bを挙げた。しかし、これに限らず、スイッチは、例えばバイポーラトランジスタや、MOSFETなどの半導体素子であってもよく、また、通常はクローズ状態であり、オープン指令信号を与えた場合に限りオープン状態になるノーマルクローズタイプでもよい。また、放電回路HD(放電部の一例)が有するスイッチ素子25Aについても、同じである。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、蓄電素子として、複数のセルが直列接続された組電池11を例に挙げた。しかしこれに限らず、蓄電素子は、1つのセルからなる単電池でもよく、複数のセルが並列接続されたものでもよい。また、蓄電素子が複数のセルを有する場合、セル数は、2つ、3つ、5つ以上でもよく、セル数は適宜変更可能である。また、蓄電素子は、正極活物質がリン酸鉄系物質であることに限定されず、鉄成分が含まれていればよい。また、蓄電素子は、必ずしもグラファイト系材料で形成された負極を有するものに限られない。また、蓄電素子は、鉛電池、マンガン系リチウムイオン電池など他の二次電池でもよい。更に、蓄電素子は、二次電池に限らず、キャパシタでも電気二重層コンデンサでもよい。
In the said embodiment, the assembled
上記実施形態では、蓄電素子は、正極活物質がリン酸鉄系物質である例を挙げた。しかしこれに限らず、正極活物質としてリン酸鉄系物質に、プラトー領域でのOCVがリン酸鉄系物質を用いた場合のOCVよりも高い、特定のリチウム化合物を少量混合してもよい。特定のリチウム化合物は、LiCoO2、ニッケル系のLiNiO2、マンガン系のLiMn2O4、あるいは,Li−Co−Ni−Mn系酸化物であることが好ましく、リン酸鉄系物質に対する、特定のリチウム化合物の割合は、5質量パーセント以下であることが好ましい。これにより、蓄電素子のSOCが100%に近い領域でのOCV変化率を小さくすることができるため、蓄電素子に過電圧が掛かることを抑制することができる。 In the said embodiment, the electrical storage element gave the example whose positive electrode active material is an iron phosphate type material. However, the present invention is not limited thereto, and a small amount of a specific lithium compound having a higher OCV in the plateau region than the OCV in the case where the iron phosphate material is used may be mixed with the iron phosphate material as the positive electrode active material. The specific lithium compound is preferably LiCoO2, nickel-based LiNiO2, manganese-based LiMn2O4, or Li-Co-Ni-Mn-based oxide, and the ratio of the specific lithium compound to the iron phosphate-based material is 5 mass percent or less is preferable. Thereby, since the OCV change rate in the region where the SOC of the power storage element is close to 100% can be reduced, it is possible to suppress an overvoltage from being applied to the power storage element.
上記実施形態では、2個の第1リレー12Aと第2リレー12Bとが互いに並列に接続されている構成を例に挙げた。しかしこれに限らず、図10に示す、3点切替リレーKRを使用する構成であってもよい。3点切替リレーKRを用いる場合、制御部22は、3点切替リレーKRに切替指令信号を与え、電圧源SDが接続された回路と接続された3点切替リレーKRの接点ST1、電圧源SDが接続されていない回路と接続された3点切替リレーKRの接点ST2、どの回路も接続されていない接点ST3の3つの内、いずれか一つの接点ST1〜ST3と、組電池11に接続された3点切替リレーKRの接点TPとを接続させる。なお、3点切替リレーKRは、複数の接点ST1〜ST3を備えるため、複数のスイッチの一例である。
In the above embodiment, the configuration in which the two
上記実施形態では、電圧源SDとして二次電池である例を挙げた。しかしこれに限らず、電圧源SDは一次電池でもよく、コンデンサやツェナーダイオードのような受動素子でもよい。また、電圧源SDは、各セルC1〜C4と容量が同じでも異なっていてもよい。要するに、オルタネータ5からの充電電流が、少しでも緩和できればよい。
In the said embodiment, the example which is a secondary battery was given as voltage source SD. However, the present invention is not limited to this, and the voltage source SD may be a primary battery or a passive element such as a capacitor or a Zener diode. Further, the voltage source SD may have the same or different capacity from the cells C1 to C4. In short, it is only necessary that the charging current from the
上記実施形態では、電圧源SDは、負極側に第2リレー12Bがあり、正極側に共通接続点K2があるように第2リレー12Bに直列に接続されている例を挙げた。しかしこれに限らず、正極側に第2リレー12Bがあり、負極側に共通接続点K2があるように第2リレー12Bに直列に接続されていてもよい。
In the above-described embodiment, the voltage source SD is connected in series to the
上記実施形態では、電圧検出回路21が各セルC1〜C4の電圧を個別に検出し、その検出結果を制御部22に送信する構成を例に挙げた。しかしこれに限らず、上位ECUが各セルC1〜C4の電圧を個別に検出し、BMS13がECUからの信号を受け取る構成でもよい。
In the above embodiment, the configuration in which the
上記実施形態では、オルタネータ5には、充電制御用の制御回路が設けられていない例を挙げた。しかしこれに限らず、オルタネータ5には、充電制御用の制御回路が設けられていてもよい。また、オルタネータ5のような内部に設けられた充電機器に限らず、充電スタンドやバッテリーチャージャーなどの外部の充電機器でもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、回路切替え部12は、組電池11と車両機器4等との間で、かつ、組電池11とオルタネータ5との間に設けられる構成であった。しかしこれに限らず、回路切替え部12は、バッテリープラス端子BPとオルタネータ5との間に設けられる構成であってもよく、バッテリープラス端子BPと車載機器4等との間に設けられる構成であってもよい。
In the said embodiment, the
上記実施形態では、電圧検出回路21は、各セルC1〜C4の電圧を個別に検出し、その検出結果を制御部22に送信する例を挙げた。しかしこれに限らず、電圧検出回路21は、組電池11全体の電圧を検出する構成でもよい。組電池11全体の電圧を検出する構成である場合、図4のS4、S10、S11の処理は不要となり、図4のバランサー駆動電圧閾値、過放電電圧閾値、図5の安定電圧閾値、過充電電圧閾値、図9のバッテリ交換電圧閾値は、それぞれ、各セルC1〜C4の閾値から組電池11全体の閾値へと変更(例えば、各々の閾値を4倍する、あるいは、プラトー電圧を3倍したものに各セルC1〜C4のいずれかの過充電閾値を加える、など)すればよい。なお、プラトー電圧を3倍したものに各セルC1〜C4のいずれかの過充電閾値を加える計算の一例としては、プラトー電圧(3.3V)×3+過充電閾値(4.0V)×1=約14.0V(組電池11全体の閾値)などである。また、最も電圧が高くなるセルCだけを放電回路HDと接続する構成でもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、基準範囲の一例として、バランサー駆動電圧閾値や過放電電圧閾値を挙げた。そして、バランサー駆動電圧閾値は、各セルC1〜C4が過充電状態になる下限値よりも小さい値であるため、各セルC1〜C4が過充電状態になることを抑制する構成であった。また、過放電電圧閾値は、各セルC1〜C4が過放電状態になる上限値よりも大きい値であるため、各セルC1〜C4が過放電状態になることを抑制する構成であった。しかしこれに限らず、バランサー駆動電圧閾値は、各セルC1〜C4が過充電状態になる下限値と略等しくてもよく、過放電電圧閾値は、各セルC1〜C4が過放電状態になる上限値と略等しくてもよい。各セルC1〜C4が過充電状態や過放電状態となっても、当該状態が継続することを抑制することができる。 In the above embodiment, the balancer driving voltage threshold and the overdischarge voltage threshold are given as examples of the reference range. And since the balancer drive voltage threshold value is smaller than the lower limit value at which the cells C1 to C4 are overcharged, the cells C1 to C4 are prevented from being overcharged. Moreover, since the overdischarge voltage threshold value is larger than the upper limit value at which each of the cells C1 to C4 is in an overdischarge state, the overdischarge voltage threshold value is configured to suppress the cells C1 to C4 from being in an overdischarge state. However, the present invention is not limited to this, and the balancer driving voltage threshold value may be substantially equal to the lower limit value at which each of the cells C1 to C4 is overcharged. The overdischarge voltage threshold value is the upper limit at which each of the cells C1 to C4 is in an overdischarged state. It may be substantially equal to the value. Even if each of the cells C1 to C4 is in an overcharge state or an overdischarge state, it is possible to suppress the state from continuing.
上記実施形態では、制御部22は、4つのセルCNの各々のセル電圧を1つずつ検出しながら、それぞれの閾値と比較し、過充電保護処理や過放電保護処理を行う構成を例に挙げた。しかしこれに限らず、制御部22は、4つのセルCNの各々のセル電圧を最初に全て検出し、当該セル電圧の内で最大のものから順に、それぞれの閾値と比較し、過充電保護処理を行う構成でもよい。
In the above-described embodiment, the
上記実施形態では、制御部22は、過充電保護処理を実行する場合、4つのセルCNの各々について、1回毎に処理を終了し、次のセルCNについて電圧値と閾値とを比較する構成を例に挙げた。しかしこれに限らず、セルCNの電圧値が過充電電圧閾値以上である場合が継続していれば、当該セルCNについて、繰り返し過充電保護処理を実行する構成でもよい。具体的には、制御部22は、図5のS23の処理を、S32の後に実行し、肯定判断の場合、S25に戻り、S25以降の処理を繰り返す構成でもよい。
In the above-described embodiment, when the overcharge protection process is executed, the
上記実施形態では、制御部22は、蓄電素子の電圧が第1範囲にあると判断した場合、放電部による放電処理を実行し、蓄電素子の電圧が、第1範囲よりも広い第2範囲にあると判断した場合、逆方向電圧時処理を実行する例を挙げた。しかしこれに限らず、制御部22は、蓄電素子の電圧が、第2範囲にあると判断した場合、逆方向電圧時処理を実行し、その後、蓄電素子の電圧が第1範囲にあると判断した場合、放電部による放電処理を実行してもよい。
In the above-described embodiment, when the
1:バッテリ 2:エンジン 3:スタータ 4:車載機器 5:オルタネータ 11:組電池 12:回路切替え部 13:BMS 21:電圧検出回路 22:制御部 SD:電圧源 RC:充電リレー 1: Battery 2: Engine 3: Starter 4: In-vehicle device 5: Alternator 11: Battery pack 12: Circuit switching unit 13: BMS 21: Voltage detection circuit 22: Control unit SD: Voltage source RC: Charging relay
Claims (12)
前記電気機器と前記蓄電素子との間で前記第1スイッチに並列接続され、オープン状態とクローズ状態とに切り替わる第2スイッチと、
前記第1スイッチと前記第2スイッチとの一対の接続点同士の間で前記第2スイッチに直列に接続された電圧源と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記蓄電素子が、前記電圧源の高電位側に流れ込む電流と同じ方向に流れる電流によって当該蓄電素子の電圧が基準範囲外になる同方向電圧状態であるか、を判断する電圧判断処理と、
前記電圧判断処理で前記蓄電素子が前記同方向電圧状態でないと判断した場合、少なくとも前記第1スイッチをクローズ状態とする通常時処理と、
前記電圧判断処理で前記蓄電素子が前記同方向電圧状態であると判断した場合、前記第1スイッチをオープン状態とし、前記第2スイッチをクローズ状態とする同方向電圧時処理と、を実行する構成を有する、蓄電素子保護装置。 A first switch that is provided between the electrical device and the storage element and switches between an open state and a closed state;
A second switch that is connected in parallel to the first switch between the electrical device and the storage element and switches between an open state and a closed state;
A voltage source connected in series to the second switch between a pair of connection points of the first switch and the second switch;
A control unit,
The controller is
A voltage determination process for determining whether the power storage element is in a same-direction voltage state in which the voltage of the power storage element is out of a reference range due to a current flowing in the same direction as a current flowing into the high potential side of the voltage source;
When it is determined in the voltage determination process that the power storage element is not in the same-direction voltage state, at least a normal process for closing the first switch;
A configuration in which, when it is determined in the voltage determination process that the power storage element is in the same direction voltage state, the first switch is opened and the second switch is closed; A power storage device protection device.
前記電気機器は充電装置および負荷を含み、
前記充電装置と前記蓄電素子との間で、且つ、前記負荷と前記蓄電素子との間の共通電流経路に、前記第1スイッチ、前記第2スイッチおよび前記電圧源が接続される構成である、蓄電素子保護装置。 The storage element protection device according to claim 1,
The electrical device includes a charging device and a load,
The first switch, the second switch, and the voltage source are connected to a common current path between the charging device and the storage element and between the load and the storage element. Storage element protection device.
前記制御部は、
前記同方向電圧時処理では、前記蓄電素子が前記同方向電圧状態であると判断した場合、先に前記第2スイッチを前記クローズ状態とし、その後、前記第1スイッチをオープン状態とする構成を有する、蓄電素子保護装置。 The storage element protection device according to claim 2,
The controller is
In the processing in the same direction voltage, when it is determined that the power storage element is in the same direction voltage state, the second switch is first set to the closed state, and then the first switch is set to the open state. , Storage element protection device.
前記電圧源を充電するための充電回路を有する、蓄電素子保護装置。 It is an electrical storage element protection apparatus as described in any one of Claim 1 to 3, Comprising:
A storage element protection device comprising a charging circuit for charging the voltage source.
前記充電回路は、
前記蓄電素子と前記第2スイッチとの両方に並列に接続され、前記電圧源と直列に接続されたオープン状態とクローズ状態とに切り替わる接続スイッチを備え
前記電圧源は、前記電気機器または前記蓄電素子によって充電される、蓄電素子保護装置。 The storage element protection device according to claim 4,
The charging circuit is
A connection switch that is connected in parallel to both the power storage element and the second switch and that is connected in series with the voltage source and switches between an open state and a closed state. The voltage source is the electrical device or the power storage element. The storage element protection device charged by
前記制御部は、
前記電圧源の充電が必要であるかを判断する、充電判断処理と、
前記充電判断処理で前記電圧源の充電が必要であると判断した場合、前記接続スイッチを前記クローズ状態とする充電開始処理と、
前記充電判断処理で前記電圧源の充電が必要でないと判断した場合、前記接続スイッチを前記オープン状態とする充電終了処理と、を実行する構成を有する、蓄電素子保護装置。 The storage element protection device according to claim 5,
The controller is
Charging determination processing for determining whether charging of the voltage source is necessary;
When it is determined in the charging determination process that the voltage source needs to be charged, a charging start process for setting the connection switch in the closed state;
A storage element protection device, comprising: a charge termination process that sets the connection switch to the open state when it is determined in the charge determination process that charging of the voltage source is not necessary.
前記制御部は、
前記電圧判断処理では、更に、前記蓄電素子が、前記電圧源の高電位側に流れ込む電流と逆方向によって、当該蓄電素子の電圧が前記基準範囲外になる逆方向電圧状態であるか、を判断し、
前記電圧判断処理で前記蓄電素子が前記逆方向電圧状態であると判断した場合、前記第1スイッチおよび前記第2スイッチをオープン状態とする逆方向電圧時処理を実行する構成を有する、蓄電素子保護装置。 It is an electrical storage element protection apparatus of Claim 2 or 3,
The controller is
In the voltage determination process, it is further determined whether the power storage element is in a reverse voltage state in which the voltage of the power storage element is out of the reference range by a reverse direction to a current flowing into the high potential side of the voltage source. And
A storage element protection device configured to execute a reverse voltage time process to open the first switch and the second switch when the storage element is determined to be in the reverse voltage state in the voltage determination process. apparatus.
前記電圧源は、前記蓄電素子に直列に接続された場合、前記蓄電素子との電圧の総和が増加する方向に接続され、
更に、前記蓄電素子に並列に接続され、当該蓄電素子を放電させる放電状態と、放電を停止させる停止状態とに切り替わる放電部を備え、
前記制御部は、
前記電圧判断処理で前記蓄電素子が前記同方向電圧状態でないと判断した場合、前記放電部を前記停止状態とする停止処理と、
前記電圧判断処理で前記蓄電素子が前記同方向電圧状態であると判断した場合、前記放電部を前記放電状態とする放電処理と、を実行する構成を有する、蓄電素子保護装置。 The storage element protection device according to any one of claims 1 to 7,
When the voltage source is connected in series to the power storage element, the voltage source is connected in a direction in which the total voltage with the power storage element increases,
Furthermore, a discharge unit that is connected in parallel to the power storage element and that switches between a discharge state for discharging the power storage element and a stop state for stopping the discharge,
The controller is
When it is determined in the voltage determination process that the power storage element is not in the same-direction voltage state, a stop process for setting the discharge unit in the stop state;
A storage element protection device having a configuration in which, when it is determined in the voltage determination process that the power storage element is in the same-direction voltage state, a discharge process is performed in which the discharge unit is in the discharge state.
前記制御部は、前記通常時処理では、更に、前記第2スイッチをオープン状態とする、蓄電素子保護装置。 The storage element protection device according to claim 1,
The said control part is an electrical storage element protection apparatus which makes the said 2nd switch into an open state further in the said normal time process.
前記蓄電素子は、
鉄成分を含むリチウム化合物と、
単位充電状態当たりの開放電圧の変化率が小さい平坦領域の示す前記開放電圧が、前記鉄成分を含むリチウム化合物を正極活物質とした場合よりも高い電圧となる、特定のリチウム化合物と、
を有する正極活物質を正極材料とする、蓄電素子保護装置。 The storage element protection device according to any one of claims 1 to 9,
The power storage element is
A lithium compound containing an iron component;
A specific lithium compound in which the open-circuit voltage indicated by a flat region having a small change rate of the open-circuit voltage per unit charge state is higher than that when a lithium compound containing the iron component is used as a positive electrode active material;
An electrical storage element protection device using a positive electrode active material having a positive electrode material.
請求項1から10のいずれか一項に記載の蓄電素子保護装置とを備える、蓄電装置。 A storage element;
A power storage device comprising the power storage element protection device according to any one of claims 1 to 10.
前記電気機器と前記蓄電素子との間で前記第1スイッチに並列接続され、オープン状態とクローズ状態とに切り替わる第2スイッチと、
前記第1スイッチと前記第2スイッチとの一対の接続点同士の間で前記第2スイッチに直列に接続された電圧源と、
を備える電池保護装置における蓄電素子保護方法であって、
前記蓄電素子が、前記電圧源の高電位側に流れ込む電流と同じ方向に流れる電流によって当該蓄電素子の電圧が基準範囲外になる同方向電圧状態であるか、を判断する電圧判断処理と、
前記電圧判断処理で前記蓄電素子が前記同方向電圧状態でないと判断した場合、少なくとも前記第1スイッチをクローズ状態とする通常時処理と、
前記電圧判断処理で前記蓄電素子が前記同方向電圧状態であると判断した場合、前記第1スイッチをオープン状態とし、前記第2スイッチをクローズ状態とする同方向電圧時処理と、を含む、蓄電素子保護方法。 A first switch that is provided between the electrical device and the storage element and switches between an open state and a closed state;
A second switch that is connected in parallel to the first switch between the electrical device and the storage element and switches between an open state and a closed state;
A voltage source connected in series to the second switch between a pair of connection points of the first switch and the second switch;
A battery element protection method in a battery protection device comprising:
A voltage determination process for determining whether the power storage element is in a same-direction voltage state in which the voltage of the power storage element is out of a reference range due to a current flowing in the same direction as a current flowing into the high potential side of the voltage source;
When it is determined in the voltage determination process that the power storage element is not in the same-direction voltage state, at least a normal process for closing the first switch;
And a voltage direction process that sets the first switch to an open state and sets the second switch to a closed state when it is determined in the voltage determination process that the power storage element is in the same direction voltage state. Element protection method.
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