JP6638727B2 - 蓄電装置、セルバランス動作方法、及びプログラム - Google Patents

蓄電装置、セルバランス動作方法、及びプログラム Download PDF

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Description

本発明は、蓄電装置のセルバランス動作を制御する技術に関する。
蓄電装置に設けられるバランス回路に関する技術の一例が、例えば、下記特許文献に開示されている。
下記特許文献1には、複数の蓄電素子(電池セル)の各々に対して、抵抗器を有するパッシブバランス方式のバランス回路と温度センサとが設けられている蓄電装置が開示されている。また、各バランス回路の動作時に温度センサで検出した抵抗器の温度を最高使用温度に保つように各バランス回路のスイッチのオン/オフ状態を制御する技術が開示されている。
また、下記特許文献2には、複数のセルを直列接続して構成された組電池と、各セルのバランス動作を制御するセルコントローラとを有する蓄電装置が開示されている。セルコントローラは、セル容量調整目標電圧以上の電圧値を有するセルを1つまたは複数個選択し、間欠稼動ユニットを選択したセルに接続して、セルの間欠稼働を繰り返す。これにより、セル間の残容量ばらつきが低減される。
また、下記特許文献3には、抵抗素子を有するセルバランス回路を用いて直列に接続された複数の電池セルの充電量を調整する技術が開示されている。詳細には、温度が高い電池セルほどセルバランス回路に長く接続し、バランス動作時の放電量を多くする技術が開示されている。
また、下記特許文献4には、直列に接続された複数の蓄電ユニットの充電中に充電目標電圧に到達した蓄電ユニットをバイパスさせることにより生じ得る不安定な充電動作を回避するため、充電電流のオン/オフに用いる閾値電圧にヒステリシスを持たせる技術が開示されている。
また、下記特許文献5には、バッテリーパックの中のある単一セルの充電状態が目標充電状態よりも大きいときは、均等化コンバータを用いて余分な電力を他のセルに回生させる技術が開示されている。
特開2011−155751号公報 国際公開第2011/102241号公報 特開2014−171323号公報 特開2013−258828号公報 特開2006−507790号公報
バランス回路が動作すると、バランス回路に含まれる発熱素子が発熱する。そして、この熱によって、近接する電池セルやその他の部品の信頼性や寿命が低下し得る。
本発明の目的は、バランス回路の発熱によって、近接する電池セルやその他の部品の信頼性や寿命が低下することを抑制する技術を提供することにある。
本発明によれば、
直列に接続された複数の電池セルと、
前記複数の電池セルの各々に対して設けられ、対応する一の前記電池セルと接続されるバランス回路と、
1つ又はそれ以上の前記バランス回路毎に設けられ、対応するバランス回路の温度を測定する第1の温度センサと、
前記第1の温度センサによる第1の測定温度が第1基準温度以上の場合、前記対応するバランス回路の動作を停止させ、前記第1の測定温度が第1基準温度以上となることにより前記対応するバランス回路の動作を停止させた後で前記第1の測定温度が前記第1基準温度よりも低い第2基準温度以下となった場合、前記対応するバランス回路の動作を再開させる制御手段と、
を備える蓄電装置が提供される。
本発明によれば、
直列に接続された複数の電池セルと、
前記複数の電池セルの各々に対して設けられ、対応する一の前記電池セルと接続されるバランス回路と、
1つ又はそれ以上の前記バランス回路毎に設けられ、対応するバランス回路の温度を測定する第1の温度センサと、を備える蓄電装置が、
前記第1の温度センサによる第1の測定温度が第1基準温度以上の場合、前記対応するバランス回路の動作を停止させ、前記第1の測定温度が第1基準温度以上となることにより前記対応するバランス回路の動作を停止させた後で前記第1の測定温度が前記第1基準温度よりも低い第2基準温度以下となった場合、前記対応するバランス回路の動作を再開させることを含むセルバランス動作方法が提供される。
本発明によれば、
直列に接続された複数の電池セルと、
前記複数の電池セルの各々に対して設けられ、対応する一の前記電池セルと接続されるバランス回路と、
1つ又はそれ以上の前記バランス回路毎に設けられ、対応するバランス回路の温度を測定する第1の温度センサと、を備える蓄電装置に、
前記第1の温度センサによる第1の測定温度が第1基準温度以上の場合、前記対応するバランス回路の動作を停止させ、前記第1の測定温度が第1基準温度以上となることにより前記対応するバランス回路の動作を停止させた後で前記第1の測定温度が前記第1基準温度よりも低い第2基準温度以下となった場合、前記対応するバランス回路の動作を再開させる制御機能を実現させるためのプログラムが提供される。
本発明によれば、バランス回路の発熱によって、近接する電池セルやその他の部品の信頼性や寿命が低下することを抑制することができる。
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
第1実施形態における蓄電装置の構成を概念的に示す図である。 バランス回路の動作状態とY−Y'方向の発熱分布との関係を表わす模式図である。 バランス回路の動作状態とY−Y'方向に直交するX−X'方向の発熱分布との関係を表わす模式図である。 第1の温度センサを設ける範囲の例示する図である。 第1の温度センサの第1の設置例を示す図である。 第1の温度センサの第2の設置例を示す図である。 第1の温度センサの第3の設置例を示す図である。 第1の温度センサの第4の設置例を示す図である。 第1の温度センサの第5の設置例を示す図である。 第1実施形態における蓄電装置の回路構成例を概略的に示す図である。 図10の蓄電装置における各チャンネルのバランス動作の具体的な流れを例示する図である。 図11のバランス動作の処理の流れを示すフローチャートである。 制御部が通信部から異常を通知する信号を送信する処理の流れを示すフローチャートである。 第1実施形態における蓄電装置の他の回路構成例を概略的に示す図である。 図14の蓄電装置における各チャンネルのバランス動作の具体的な流れを例示する図である。 図14の蓄電装置における各チャンネルのバランス動作の具体的な流れを例示する図である。 図16のバランス動作の処理の流れを示すフローチャートである。 第2実施形態における蓄電装置の処理構成を概念的に示す図である。 第2実施形態における蓄電装置の回路構成例を概略的に示す図である。 図19の蓄電装置におけるバランス動作の流れを示すフローチャートである。
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
なお、各図に示される各構成要素は、任意のコンピュータのCPU(Central Processing Unit)、メモリ、メモリにロードされた本図の構成要素を実現するプログラム、そのプログラムを格納するハードディスクなどの記憶メディア、ネットワーク接続用インタフェースを中心にハードウエアとソフトウエアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置には様々な変形例がある。
[第1実施形態]
〔処理構成〕
図1は、第1実施形態における蓄電装置の構成を概念的に示す図である。図1に示されるように、本実施形態の蓄電装置は、複数個の電池モジュール31を直列に接続した電池ストリング3と、当該電池ストリング3にコネクタ2を介して接続されるバランス回路基板1とを備える。コネクタ2は、電池セル311単位で電極端子及びセル温度センサ端子を備えている。各々の電池モジュール31は、直列に接続された複数の電池セル311(図1の例では4つの電池セル311)を含む。各電池モジュール31は、図1に示されるように、各電池セル311の温度を測定するセル温度センサ312を備えていてもよい。
バランス回路基板1は、バランス回路ブロック11と制御回路ブロック12を有する。バランス回路ブロック11は、各電池セル311の電圧を揃えるためのバランス回路112と、当該バランス回路112の温度を測定するための第1の温度センサ111とを有する。制御回路ブロック12は、バランス回路112の動作を制御するための制御部121および図示しない外部装置などと通信するための通信部122を有する。
バランス回路112は、少なくとも、電池モジュール31単位で設けられる。本実施形態では、バランス回路112は、複数の電池セル311の各々に対して設けられ、対応する一の電池セル311と接続される。バランス回路112は、所謂パッシブバランス方式のバランス回路であってもよいし、所謂アクティブバランス方式のバランス回路であってもよい。なお、以下の各実施形態では、パッシブバランス方式のバランス回路を例に説明する。但し、本発明は、パッシブバランス方式のバランス回路に限定されない。
ここで、パッシブバランス方式は、複数の電池セル311間で電圧(放電容量)のばらつきがある場合、最も電圧の低い電池セルを基準として相対的に電圧の高い電池セルを放電させ、複数の電池セル間の電圧を均等化する方式である。パッシブバランス方式のバランス回路は、各々の電池セルを放電させるための抵抗素子と、オン/オフによってバランス動作を制御するためのスイッチ素子とを有する。また、アクティブバランス方式は、複数の電池セル間で電圧のばらつきがある場合、容量の多い電池セルから容量の少ない電池セルへ電荷を移動させることにより、複数の電池セル間の電圧を均等化する方式である。アクティブバランス方式のバランス回路は、電池セル間の電荷を移動させるためのキャパシタまたはトランスと、当該キャパシタまたはトランスと接続する電池セルを選択するスイッチ素子とを有する。このバランス回路112に用いられる抵抗素子やトランス(インダクタ素子)が、バランス動作時に主に熱を発する。
第1の温度センサ111は、1つ又はそれ以上のバランス回路112毎に設けられ、対応するバランス回路112の温度を測定する。また、第1の温度センサ111は、対応するバランス回路112に対して1つ又はそれ以上設けられる。例えば、各々のバランス回路112に対して、1つ又はそれ以上の第1の温度センサ111が設けられる。各バランス回路112間の幅が狭い場合などは、バランス回路112毎に第1の温度センサ111を設けることが難しいこともある。このような場合、各電池モジュール31に含まれる所定数のバランス回路112毎に、1つまたはそれ以上の第1の温度センサ111が設けられていてもよい。
以下で、第1の温度センサ111が設置される位置について説明する。
図2は、バランス回路の動作状態とY−Y'方向の発熱分布との関係を表わす模式図である。図2の例では、それぞれ発熱素子1121(パッシブバランス方式の場合は抵抗素子)とスイッチ素子1122とを含む、8つのバランス回路112が配列されている。図2の(a)は、全てのチャンネルのバランス回路112がバランス動作を行っている場合のY−Y'方向の温度分布を例示する。なお、チャンネル(CH)とは、1つの電池セル311と当該電池セル311に対応するバランス回路112とのセットを意味する。図2の(a)の場合、中心部は放熱性が端部よりも劣るために中心部に温度のピークが現れ、端部側に近づくほど温度は低下する。図2の(b)は、上半分のチャンネルのバランス回路112がバランス動作を行っている場合のY−Y'方向の温度分布を例示する。図2の(b)の場合、上半分のチャンネルの中心部に温度のピークが現れる。図2の(c)は、1つ置きにバランス回路112がバランス動作を行っている場合のY−Y'方向の発熱分布を例示する。図2の(c)の場合、バランス動作が行われていないチャンネルの部分で温度が下がり、波状の温度分布となる。図2の(c)では、上から3番目のチャンネルと4番目のチャンネルとの間、及び、上から5番目のチャンネルと6番目のチャンネルとの間の2点において、温度のピークが現れる。このようにY−Y'方向の温度分布は、両端の発熱素子1121で挟まれる範囲内で、発熱素子1121の通電状態に応じて変動している。そのため、第1の温度センサ111は、Y−Y'方向において、両端の発熱素子1121で挟まれる範囲で設けることにより、発熱素子1121から発せられる熱を検知しやすくなる。なお、図2の(a)〜(c)の中で、Y−Y'方向おいて最も高い温度が検出されるのは、全てのチャンネルのバランス回路112が動作する図2の(a)の場合であり、第1の温度センサ111の少なくとも1つは、Y−Y'方向において、両端の発熱素子1121で挟まれる範囲の中心と重なるように配置されるのが理想的である。
図3は、バランス回路の動作状態とY−Y'方向に直交するX−X'方向の発熱分布との関係を表わす模式図である。一般的にスイッチ素子1122のオン抵抗は発熱素子1121と比較して小さいため、発熱素子1121が通電状態の場合、X−X'方向では発熱素子1121の中心部に温度のピークが現れる。そのため、第1の温度センサ111は、X−X'方向において、発熱素子1121の中心と重なるように配置されるのが理想的である。
また、図2および図3から、バランス回路基板1の平面上で最も高温になり得るポイント(以下、最大発熱ポイントとも表記する)は、対応する全てのバランス回路112が動作しているときにY−Y'方向で最も高温になるポイントと、X−X'方向で最も高温になるポイントとの交点であると予測できる。なお、最大発熱ポイントは、例えば、バランス回路基板1の試験動作やシミュレーションを行い、バランス動作時のバランス回路基板1の温度分布を測定することによっても把握可能である。
発熱素子1121や第1の温度センサ111などの電子部品の部品間隔、配線間隔、電気絶縁間隔などを考慮した場合、第1の温度センサ111を理想的な位置に誤差なく設けられるとは限らない。第1の温度センサ111は、最大発熱ポイントのできる限り近傍に設けられればよい。具体例として、両端の発熱素子1121間のY−Y'方向における距離をW、各発熱素子1121のX−X'方向における幅をL、図2および図3で説明したように特定される最大発熱ポイントの座標を(Wymax,Lxmax)とした場合、第1の温度センサ111を設ける範囲を、例えば、以下の式1および式2で定義できる。
Figure 0006638727
これを図示すると、図4のようになる。図4は、第1の温度センサ111を設ける範囲の例示する図である。図2および図3を用いて説明したように特定される最大発熱ポイント(Wymax,Lxmax)、両端に位置するバランス回路112の距離W、および、バランス回路112の幅Lに基づいて、斜線で示される範囲が定められる。第1の温度センサ111は、この斜線で示させる範囲に重なるように設けられる。
図5は、第1の温度センサ111の第1の設置例を示す図である。図5の(a)、(b)、および(c)は、それぞれ、第1の設置例におけるバランス回路基板1の上面図、Y−Y'方向の断面図、およびX−X'方向の断面図を示す。第1の温度センサ111は、例えば図5に示されるように、バランス回路基板1において、バランス回路112の各部品(発熱素子1121など)が設けられている面の裏側の面に設けることができる。この場合、他の部品による配置の制約が少なくなり、図2および図3で説明したように予測される又は試験動作などにより特定される最大発熱ポイントと重なるように第1の温度センサ111を設けることができる。
図6は、第1の温度センサ111の第2の設置例を示す図である。図6の(a)、(b)、および(c)は、それぞれ、第の設置例におけるバランス回路基板1の上面図、Y−Y'方向の断面図、およびX−X'方向の断面図を示す。第2の設置例では、8つのバランス回路112の中央部分にある程度のスペースがある場合を想定している。この場合、第1の温度センサ111は、物理的な電気絶縁間隔を設けて、当該中央部分のスペースに設けることができる。このような構成によっても、図2および図3で説明したように特定される最大発熱ポイントと重なるように第1の温度センサ111を設けることが可能となる。また、図6の例において、第1の温度センサ111とバランス回路112との間に絶縁体を設け、第1の温度センサ111とバランス回路112とを絶縁するように構成されていてもよい。
図7は、第1の温度センサ111の第3の設置例を示す図である。図7の(a)、(b)、および(c)は、それぞれ、第の設置例におけるバランス回路基板1の上面図、Y−Y'方向の断面図、およびX−X'方向の断面図を示す。第3の設置例では、第1の温度センサ111は、絶縁物質で構成される被覆膜などである絶縁体1111で覆われた状態で発熱素子1121の上面に設けられている。このような構成によっても、図2および図3で説明したように予測される又は試験動作などにより特定される最大発熱ポイントと重なるように第1の温度センサ111を設けることが可能となる。
図8は、第1の温度センサ111の第4の設置例を示す図である。図8の(a)、(b)、および(c)は、それぞれ、第の設置例におけるバランス回路基板1の上面図、Y−Y'方向の断面図、およびX−X'方向の断面図を示す。第4の設置例では、バランス回路基板1が多層構造を有する基板であると仮定している。このようなバランス回路基板1では、図8に示されるように、発熱素子1121に接続される配線1123が内側の層に設けられることもある。この場合、第1の温度センサ111を、平面視において配線1123と重なる位置に設けてもよい。図8では、直列に接続された3つの発熱素子1121の端部に配線1123が接続されており、第1の温度センサ111は配線1123に平面視で重なるように配置されている。配線1123は金属であって熱伝導率が高いため、発熱素子1121からの熱が伝達しやすい。そのため、このように配線1123の直上に第1の温度センサ111を設けることで、発熱素子1121からの熱を比較的精度よく検出できる。
図9は、第1の温度センサ111の第5の設置例を示す図である。第5の設置例では、12つのバランス回路112が3つのブロックに分けられて設けられており、Y−Y'方向において、各ブロックの間に第1の温度センサ111を配置可能なスペースが複数存在するケースを示している。また、本図において、両端の発熱素子1121で挟まれる範囲の中心には、真ん中のブロックの回路部品が存在しており、第1の温度センサ111を配置するスペースはないものとする。この場合、第1の温度センサ111は、上側のブロックと真ん中のブロックとの間のスペース、または、真ん中のブロックと下側のブロックとの間のスペースの少なくともいずれか一方に配置することができる。なお、図9では上側のスペースに第1の温度センサ111を設ける例を示している。また、図示しないが、5つのブロックが並んでいる場合、両端の発熱素子1121で挟まれる範囲の中心により近いため、2番目のブロックと3番目のブロックとの間のスペース、または、3番目のブロックと4番目のブロックとの間のスペースの少なくともいずれか一方に第1の温度センサ111を設けるのが好ましい。これに限らず、第1の温度センサ111は、1番上のブロックと2番目のブロックとの間のスペース、または、4番目のブロックと1番下のブロックとの間のスペースに設けられてもよい。
なお、第1の温度センサ111の配置位置は、図5乃至図9に示す例に制限されない。例えば、第1の温度センサ111は、バランス回路基板1全体において、Y−Y'方向およびX−X'方向の発熱分布を考慮して定められる範囲内に複数個設けられていてもよい。また例えば、図6、図8、および図9において、図5に示されるように、第1の温度センサ111が裏面に設けられていてもよい。
また、第1の温度センサ111は、対応するバランス回路112から離れるほど、バランス回路112から発せられる熱に対する応答性が低下する。そのため、第1の温度センサ111が設けられる位置は、温度の測定精度の観点から、対応するバランス回路112との距離が近いほど好ましい。第1の温度センサ111として、サーミスタ抵抗体、半導体温度センサ、RTD(Resistance Temperature Detector)などを用いることにより、第1の温度センサ111をバランス回路基板1の表面近傍に実装することができる。これにより、バランス回路基板1の面直方向において、第1の温度センサ111をバランス回路112に近接させて配置し、バランス回路112の温度を高精度に測定することが可能となる。
制御部121は、各々の電池セル311の電圧および第1の温度センサ111により測定された温度(以下、第1の測定温度とも表記)に基づいて、各々の電池セル311に対応するバランス回路112のバランス動作を制御する。
制御部121によるバランス回路112の基本的な制御について説明する。制御部121は、各々の電池セル311に接続されるコネクタ2の端子(図示せず)を介して、各々の電池セル311の電圧を取得し、複数の電池セル311の中で最も電圧の低い電池セル311(以下、最低電圧セル)を特定する。そして、制御部121は、最低電圧セル以外のその他の電池セル311について、最低電圧セルとの電圧差ΔVBをそれぞれ算出する。そして、制御部121は、最低電圧セルとの電圧差ΔVBがバランス動作の開始条件である電圧差(以下、この電圧差を"ΔVBon"と表記)以上となった電池セル311に対応するバランス回路112を作動させる。バランス回路112を作動させることにより、当該バランス回路112に対応する電池セル311と最低電圧セルとの電圧差ΔVBは小さくなる。そして、電池セル311と最低電圧セルとの電圧差ΔVBがバランス動作の終了条件である電圧差(以下、この電圧差を"ΔVBoff"と表記)以下となった場合、制御部121は、当該電池セル311に対応するバランス回路112のバランス動作を停止させる。
ここで、バランス回路112はバランス動作によって熱を発生させる。例えば、パッシブバランス方式のバランス回路には抵抗素子が備えられており、バランス動作の実行時、電池セル311の放電エネルギーは当該抵抗素子によって消費され、これにより抵抗素子が発熱する。この抵抗素子の発熱により、電池セル311よりもバランス回路112が高温になり得る。例えば、蓄電装置を使用した場合、電池セル311の温度は上昇しても40℃程度であるのに対し、バランス回路の温度はバランス動作によって約85℃まで上昇することもある。そして、この熱がバランス回路基板1などの媒体を介して蓄電装置内の電池セル311やその他の各部品に伝達することによって温度が上昇し、電池セル311やその他の各部品の寿命や動作の信頼性などに悪影響を与え得る。
そこで、制御部121は、バランス回路112に対して設けられた第1の温度センサ111により測定された温度(以下、第1の測定温度とも表記)が上側基準温度以上の場合、上述の最低電圧セルに対する電池セル311の電圧差ΔVBに関わらず、当該第1の温度センサ111に対応するバランス回路112の動作を停止させる。第1の温度センサ111により測定される第1の測定温度が上側基準温度となることにより、当該第1の温度センサ111に対応するバランス回路112を停止させると、バランス回路112の発熱が収まり、第1の測定温度は低下していく。そして、第1の温度センサ111により測定される第1の測定温度が、上側基準温度よりも低い下側基準温度以下となった場合、制御部121は、当該第1の温度センサ111に対応するバランス回路112の動作を再開させる。制御部121は、例えば第1の温度センサ111とバランス回路112との対応関係を示す情報を図示しない記憶領域に予め保持している。制御部121は、上側基準温度以上の温度を測定した第1の温度センサ111が存在した場合、当該記憶領域の情報を用いて、バランス動作を停止させるバランス回路112を識別する。また、制御部121は、上側基準温度以上の温度を測定した後に温度が下がり、下側基準温度以下の温度を測定した第1の温度センサ111が存在した場合、当該記憶領域の情報を用いて、バランス動作を再開するバランス回路112を識別する。
上側基準温度は、バランス回路112の動作を停止させる閾値温度であり、低く設定するほどバランス回路の発熱を抑え、電池セル311や各部品を保護する精度を高くできる。その一方で、バランス回路112が停止する頻度が上がり、各電池セル311の電圧が揃うまでの時間が長くなり得る。下側基準温度は、バランス回路112の動作を再開させる閾値温度であり、低く設定するほどバランス回路112の温度が十分に下がり、電池セル311や各部品を保護する精度を高くできる。その一方で、バランス動作が再開されるまでの時間が延び、各電池セル311の電圧が揃うまでの時間が長くなる。上側基準温度および下側基準温度は、例えば蓄電装置の用途や性能要件などに基づいてそれぞれ適切な値に調整され、制御部121の図示しないメモリなどの記憶領域に設定される。例えば、上側基準温度は85℃、下側基準温度は80℃として、制御部121の記憶領域に設定される。上側基準温度と下側基準温度との差分(温度ヒステリシス)が5℃以上であれば、各バランス回路112のバランス動作の制御を安定して行うことができる。また、上側基準温度と下側基準温度との差分が例えば10℃以下であれば、バランス回路112の発熱による悪影響を低減させつつ、複数の電池セル311間のバランスが取れるまでの時間が長くなることを抑制できる。但し、差分の範囲はここに例示する範囲に限定されない。
通信部122は、第1の測定温度が上側基準温度以上となることによるバランス回路112の動作停止時間が単位時間あたりの基準値を超える場合、または、第1の測定温度が上側基準温度以上となることによるバランス回路112の動作停止回数が単位時間あたりの基準回数を超える場合、当該バランス回路または当該バランス回路に対応する電池セルを特定可能な情報を外部に出力する。
具体的には、制御部121は、第1の測定温度が上側基準温度以上となることによるバランス回路112の動作停止時間、または、第1の測定温度が上側基準温度以上となることによるバランス回路112の動作停止回数を図示しない記憶領域に保持している。そして、保持された情報を用いて、単位時間あたりのバランス回路112の動作停止時間、または、単位時間あたりのバランス回路112の動作停止回数を算出する。そして、制御部121は、算出した動作停止時間が予め設定された単位時間あたりの基準値以上のバランス回路112が存在するか否か、または、算出した動作停止回数が予め設定された単位時間あたりの基準回数以上のバランス回路112が存在するか否かを判定する。例えば、制御部121は、バランス回路112の単位時間あたり動作停止時間が当該単位時間の半分以上を占めるか否か、あるいは、バランス回路112が単位時間あたりに一定回数以上動作を停止したか否かを判定する。所定の基準値より単位時間あたりの動作停止時間が長い場合、または、単位時間あたりの動作停止回数が多い場合は、バランス回路112の異常発熱や第1の温度センサ111の故障などの異常が生じている可能性がある。そこで、制御部121は、動作停止時間が所定の基準値を超える、または、動作停止回数が所定の基準回数を超えるバランス回路112が存在する場合、当該バランス回路または当該バランス回路112に対応する電池セル311を特定可能な情報を生成し、当該情報を通信部122に出力させる。
〔回路構成例1〕
図10を用いて、本実施形態の蓄電装置の構成を説明する。図10は、第1実施形態における蓄電装置の回路構成例を概略的に示す図である。本図では、1つのバランス回路112に対して1つの第1の温度センサ111が設けられる例が示される。
図10に示されるように、電池モジュール31に含まれる各電池セル311は、コネクタ2の端子を介して、対応するバランス回路112と接続される。バランス回路112は、バランス回路基板1のバランス回路ブロック11に設けられ、発熱素子1121とスイッチ素子1122とを含む。発熱素子1121は、パッシブバランス方式の場合、各バランス回路112に対応する電池セル311の放電エネルギーを消費する抵抗素子である。また、スイッチ素子1122は、例えばスイッチングトランジスタやMOS−FET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などである。
また、制御部121は、制御線を介して各スイッチ素子1122と接続されている。制御部121は、当該制御線を介して各スイッチ素子1122に制御信号を送信し、各スイッチ素子1122のオン状態/オフ状態を切り替える。制御部121によってスイッチ素子1122がオン状態に切り替えられると、電池セル311と当該電池セル311に対応するバランス回路112とによって閉ループが形成され、バランス動作が実行される。また、制御部121によってスイッチ素子1122がオフ状態に切り替えられると、電池セル311と当該電池セル311に対応するバランス回路112とによる閉ループが解除され、バランス動作が停止される。
制御部121は、複数の電池セル311間の電圧差、および、各々の第1の温度センサ111で検知された温度に基づいて、各バランス回路112のスイッチ素子1122のオン状態/オフ状態を制御する。
制御部121は、コネクタ2の各端子に接続されており、各端子間の電圧から各電池セル311の電圧を取得する。制御部121は、取得された各電池セル311の電圧を比較し、最低電圧セルを特定する。そして、制御部121は、最低電圧セルとの電圧差ΔVBを、最低電圧セル以外の各々の電池セル311について算出する。ここで、最低電圧セルとある電池セル311との電圧差ΔVBがΔVBonである場合、制御部121は、当該電池セル311に対応するスイッチ素子1122をオン状態に切り替える制御信号を送信し、これにより、バランス回路112によるバランス動作が実行される。また、バランス動作を実行することにより、最低電圧セルとある電池セル311との電圧差ΔVBがΔVBoff以下となった場合、制御部121は当該電池セル311に対応するスイッチ素子1122をオフ状態に切り替える制御信号を送信し、これにより、バランス回路112によるバランス動作が停止される。最低電圧セルとの電圧差ΔVBがΔVBon以上の電池セル311の放電エネルギーを発熱素子1121で消費することにより、当該電池セル311と最低電圧セルとの電圧差が小さくなる。最低電圧セルとの電圧差ΔVBがΔVBon以上である複数の電池セル311の各々についてバランス動作を行うことにより、複数の電池セル311の各々の電圧が最低電圧セルの電圧に近づき、結果として、複数の電池セル311の電圧が揃えられる。
また、制御部121は、各々の第1の温度センサ111と信号線を介して接続されており、各々の第1の温度センサ111からの出力電圧を取得して温度(第1の測定温度)に換算する。バランス動作によって発熱素子1121が発熱し、第1の測定温度が上側基準温度以上となった場合、制御部121は、電圧差ΔVBに関わらず、当該第1の温度センサ111に対応するバランス回路112のスイッチ素子1122をオフ状態とする制御信号を送信する。これにより、上側基準温度以上の温度を測定した第1の温度センサ111に対応するバランス回路112のバランス動作が停止される。発熱素子1121の発熱が収まり、第1の測定温度が下側基準温度以下となった場合、制御部121は、スイッチ素子1122をオン状態とする制御信号を送信し、バランス回路112によるバランス動作を再開させる。
また、制御部121は、各バランス回路112の動作が停止した時間、または、各バランス回路112の動作が停止した回数を、図示しない記憶領域に保持する。そして、制御部121は、記憶領域に保持した情報を用いて、各バランス回路112の単位時間あたりの動作停止時間や動作停止回数を算出する。そして、算出した単位時間あたりの動作停止時間が所定の基準値以上のバランス回路112、または、算出した単位時間あたりの動作停止回数が所定の基準回数以上のバランス回路112が存在するか否かを判定する。該当するバランス回路112が存在する場合、制御部121は、当該バランス回路112または当該バランス回路112に対応する電池セル311を特定可能な情報を生成し、通信部122を介して当該情報を例えば通信可能に接続された外部の監視装置などに出力する。これにより、外部の監視装置は、通信部122から送信された情報をディスプレイに表示することができ、外部の監視装置のオペレータが、何らかの異常があると思しきバランス回路112または電池セル311を特定することができる。
制御部121は、例えば、図示しないROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)などの記憶領域を有しており、上述の各機能を実現するプログラムを当該記憶領域に記憶する。また、制御部121は、図示しないCPU(Central Processing Unit)有しており、当該CPUを用いて記憶領域に記憶された各プログラムを実行することにより、上述の各機能を実現する。
また、制御部121は、複数の電池セル311間の電圧差を常時監視してバランス動作を実行するように構成されていてもよいし、充電時にのみバランス動作を実行するように構成されていてもよい。
また、図10では図示されていないが、複数の電池モジュール31が、蓄電装置の外部正極端子4および外部負極端子5の間に直列に接続されている。蓄電装置は、外部正極端子4および外部負極端子5を介して図示しない外部装置や外部電源に接続され、放電または充電を行う。
図11を用いて、図10の蓄電装置におけるバランス動作の例を説明する。
なお、以下の説明において、あるチャンネルの電圧差ΔVBがΔVBon以上となった場合、制御部121は、予め決められたバランス周期FBALでバランス動作を実行する。バランス周期FBALは、スイッチ素子1122をオン状態とするオン期間Tonと、スイッチ素子1122をオフ状態とするオフ期間Toffとを含み、オン期間Tonおよびオフ期間Toffが交互に繰り返される。制御部121は、例えばタイマーなどを用いて、これらの期間の経過を管理することができる。
図11は、図10の蓄電装置における各チャンネルのバランス動作の具体的な流れを例示する図である。
まず、時刻t1で、CH1の電圧差ΔVBがΔVBonに達する。すると、制御部121は、CH1のスイッチ素子1122をオン状態とし、CH1のバランス動作を開始させる。これにより、CH1の電圧差ΔVBは低下していく。また、CH1の発熱素子1121から発せられる熱により、第1の測定温度が上昇し始める。なお、図11において、第1の測定温度が直線的に上昇する挙動が示されているが、実際には周囲のチャンネルの動作状態などの影響を受けて、様々な挙動を示し得る。
その後、第1の測定温度の上昇が続き、時刻t2で、第1の測定温度が上側基準温度TRUに到達する。すると、制御部121は、第1の温度センサ111に対応するCH1のスイッチ素子1122をオフ状態とし、CH1のバランス動作を停止させる。CH1でバランス動作が停止されたことにより、CH1の発熱素子1121の発熱が収まり、第1の測定温度が低下し始める。なお、図11において、第1の測定温度が直線的に低下する挙動が示されているが、実際には周囲のチャンネルの動作状態などの影響を受けて、様々な挙動を示し得る。また、バランス回路112のバランス動作が停止されると、負荷インピーダンスが増大して電圧リバウンドが発生する。この電圧リバウンドによって、図11に示されるように、CH1の電池セル311の電圧は上昇傾向を示す。
その後、時刻t3で、第1の測定温度が下側基準温度TRLまで低下する。すると、制御部121は、第1の温度センサ111に対応するCH1におけるバランス周期FBALがオン期間Tonおよびオフ期間Toffのいずれであるかを判定し、オン期間Tonであれば、CH1のバランス動作を再開させる。図11の例では、時刻t3においてCH1はオン期間Tonであるため、制御部121は、CH1のスイッチ素子1122をオン状態とし、CH1でバランス動作が再開される。これに伴い、CH1の電圧差ΔVBは再び減少していき、また、第1の測定温度は再び上昇を始める。
その後、時刻t4で、予め定められたオン期間Tonが経過する。制御部121は、バランス動作がオン状態となってからの経過時間がTonとなったタイミングで、CH1のスイッチ素子1122をオフ状態とし、バランス動作を停止させる。ここで、図示していないが、オン期間Ton中に、電圧差ΔVBがΔVBoff以下となった場合、制御部121は、CH1のバランス動作を完了させる。
また、図示されていないが、オフ期間Toffが経過して次のオン期間Tonに入る際、電圧リバウンドが発生した後の電圧差ΔVBが所定の閾値(例えばΔVBonとΔVBoffの中間値など)以下であれば、制御部121はCH1におけるバランス動作を完了させる。なお、この場合において、バランス動作を完了させる閾値は、蓄電装置の使用環境などに応じて望ましい値に設定される。電圧差ΔVBが所定の閾値を超えている場合、制御部121は、次の周期において、当該チャンネルのバランス動作を継続する。
図12は、図11のバランス動作の処理の流れを示すフローチャートである。
制御部121は、コネクタ2の各端子間の電圧を基に複数の電池セル311の中から最低電圧セルを特定し、当該最低電圧セルとその他の電池セル311との電圧差ΔVBを算出する(S101)。そして、制御部121は、各々の電池セル311について、電池セル311と最低電圧セルとの電圧差ΔVBが、バランス動作の開始条件であるΔVBon以上か否かを判定する(S102)。最低電圧セルとの電圧差ΔVBがΔVBon未満である場合(S102:NO)、当該電池セル311のチャンネルではバランス動作を実行する必要はないため、制御部121はバランス回路112を作動させずに処理を終了する。一方、最低電圧セルとの電圧差ΔVBがΔVBon以上である場合(S102:YES)、制御部121は、当該電池セル311のチャンネルのバランス動作を開始させる(S103)。
制御部121は、バランス動作を行っているチャンネルについて、最低電圧セルの電圧差ΔVBがバランス動作の完了条件の1つであるΔVBoff以下となったか否かを判定する(S104)。最低電圧セルとの電圧差ΔVBがバランス動作によりΔVBoff以下となった場合(S104:YES)、制御部121は、当該チャンネルのバランス動作を完了させる。
一方、最低電圧セルとの電圧差ΔVBがΔVBoff以下でない場合(S104:YES)、制御部121は、当該チャンネルの対応する第1の温度センサ111から取得した第1の測定温度が上側基準温度TRU以上か否かを判定する(S105)。
第1の測定温度が上側基準温度TRU未満の場合(S105:NO)、制御部121は、当該チャンネルのバランス周期FBALがオン期間Ton中およびオフ期間Toffのいずれであるかを判定する(S106)。バランス周期FBALがオン期間Tonの場合(S106:Ton)、上述のS104からの処理が繰り返される。一方、バランス周期FBALがオフ期間Toffの場合(S106:Toff)、制御部121は、当該チャンネルのスイッチ素子1122をオフ状態とし、バランス動作を停止させる(S107)。そして、オフ期間Toffが経過するまで待った後で、制御部121は、次の周期が開始するとき(次のオン期間Tonの開始時)の電圧差ΔVBが所定の閾値(例えば、ΔVBonとΔVBoffとの中間値など)以下か否かを判定する(S108)。ここで、電圧差ΔVBが閾値以下の場合(S108:YES)、制御部121は当該チャンネルのバランス動作を完了させる。一方、電圧差ΔVBが閾値を超えている場合(S108:NO)、次の周期のバランス動作が開始される(S103)。
一方、第1の測定温度が上側基準温度TRU以上の場合(S105:YES)、制御部121は、当該チャンネルのバランス動作を停止させる(S109)。そして、制御部121は、第1の測定温度が下側基準温度TRL以下となるまで、当該チャンネルのバランス動作を停止させた状態を保持する(S110:NO)。第1の測定温度が下側基準温度TRL以下となった場合(S110:YES)、制御部121は、当該チャンネルのバランス周期FBALがオン期間Ton中およびオフ期間Toffのいずれであるかを判定する(S111)。バランス周期FBALがオン期間Tonの場合(S111:Ton)、制御部121は、当該チャンネルのバランス動作を再開させる(S103)。一方、バランス周期FBALがオフ期間Toffの場合(S111:Toff)、制御部121は、次の周期が開始するとき(次のオン期間Tonの開始時)の電圧差ΔVBが所定の閾値(例えば、ΔVBonとΔVBoffとの中間値など)以下か否かを判定する(S108)。ここで、電圧差ΔVBが閾値以下の場合(S108:YES)、制御部121は当該チャンネルのバランス動作を完了させる。一方、電圧差ΔVBが閾値を超えている場合(S108:NO)、次の周期のバランス動作が開始される(S103)。
図13を用いて、制御部121が通信部122から異常を通知する信号を送信する動作を説明する。図13は、制御部121が通信部122から異常を通知する信号を送信する処理の流れを示すフローチャートである。
制御部121は、記憶領域に保持された各バランス回路112の動作停止時間または動作停止回数を読み出す(S201)。そして、制御部121は、各バランス回路112について、単位時間あたりの動作停止時間または動作停止回数を算出する(S202)。そして、制御部121は、算出した動作停止時間が所定の基準値以上か否か、または、算出した動作停止回数が所定の基準回数以上か否かを判定する(S203)。S203の判定の結果、該当するバランス回路112が存在する場合(S203:YES)、制御部121は、当該バランス回路112または当該バランス回路112に対応する電池セル311を特定可能な情報を生成し、通信部122に当該情報を外部の監視装置などに向けて送信させる(S204)。
〔回路構成例2〕
図14は、第1実施形態における蓄電装置の他の回路構成例を概略的に示す図である。図14に示されるように、第1の温度センサ111は、複数のバランス回路112に対して設けられていてもよい。本図の例では、1つの電池モジュール31毎に(3つのバランス回路112毎に)1つの第1の温度センサ111が設けられている。その他の構成は、図10の構成と同様である。
図15を用いて、図14の蓄電装置におけるバランス動作の例を説明する。
図15は、図14の蓄電装置における各チャンネルのバランス動作の具体的な流れを例示する図である。なお、図15の例では、図14で図示されない他の電池モジュール31の中に、最低電圧セルが存在する場合の動作を例示する。
まず、時刻t1で、CH1の電池セル311と最低電圧セルとの電圧差ΔVBがΔVBonに達する。すると、制御部121は、CH1のスイッチ素子1122をオン状態とし、CH1のバランス動作を開始させる。これにより、CH1の電圧差ΔVBは低下していく。また、CH1の発熱素子1121から発せられる熱により、第1の測定温度が上昇し始める。
その後、時刻t2で、CH2の電池セル311と最低電圧セルとの電圧差ΔVBがΔVBonに達する。すると、制御部121は、CH2のスイッチ素子1122をオン状態とし、CH2のバランス動作を開始させる。これにより、CH2の電圧差ΔVBは低下していく。また、時刻t2からは、CH1及びCH2の発熱素子1121から発せられる熱により、第1の測定温度の単位時間あたりの上昇値が増加する。
その後、時刻t3で、CH3の電池セル311と最低電圧セルとの電圧差ΔVBがΔVBonに達する。すると、制御部121は、CH3のスイッチ素子1122をオン状態とし、CH3のバランス動作を開始させる。これにより、CH3の電圧差ΔVBは低下していく。また、時刻t3からは、全てのチャンネルの発熱素子1121から発せられる熱により、第1の測定温度の上昇幅がさらに増加する。
その後、第1の測定温度の上昇が続き、時刻t4で、第1の測定温度が上側基準温度TRUに到達する。すると、制御部121は、第1の温度センサ111に対応する各チャンネルの中でバランス動作を実行しているチャンネル(CH1、CH2、CH3)のスイッチ素子1122をオフ状態とし、当該チャンネルのバランス動作を停止させる。CH1、CH2およびCH3でバランス動作が停止されたことにより、各チャンネルの発熱素子1121の発熱が収まり、第1の測定温度が低下していく。
その後、時刻t5で、第1の測定温度が下側基準温度TRLまで低下する。すると、制御部121は、第1の温度センサ111に対応する各チャンネル(CH1、CH2、CH3)において、バランス周期FBALがオン期間Tonであるチャンネルのバランス動作を再開させる。図15の例では、全てのチャンネルがオン期間Tonであるため、制御部121は、全てのチャンネルのスイッチ素子1122をオン状態とし、全てのチャンネルでバランス動作が再開される。これに伴い、各チャンネルの電圧差は再び減少していき、また、第1の測定温度は再び上昇を始める。
その後、時刻t6で、CH1の電池セル311と最低電圧セルとの電圧差ΔVBがΔVBoffに到達する。すると、制御部121は、CH1のオン期間Tonの終了時刻t7の前に、CH1のスイッチ素子1122をオフ状態とし、CH1のバランス動作を完了させる。時刻t6からは、CH2及びCH3のみでセルバランス動作が実行されるため、第1の測定温度が低下する。
その後、時刻t8および時刻t9において、それぞれ、CH2およびCH3のオン期間Tonが終了する。すると、制御部121は、時刻t8でCH2のスイッチ素子1122をオフ状態とし、CH2のバランス動作を停止させる。また、制御部121は、時刻t9でCH3のスイッチ素子1122をオフ状態とし、CH3のバランス動作を停止させる。
また、図11で説明したように、CH2およびCH3において、オフ期間Toffが経過して次のオン期間Tonに入る際、電圧リバウンドが発生した後の電圧差ΔVBが所定の閾値(例えばΔVBonとΔVBoffの中間値など)以下であれば、制御部121はバランス動作を完了させる。各チャンネルの電池セル311と最低電圧セルとの電圧差ΔVBが所定の閾値を超えている場合、制御部121は、次の周期において、当該チャンネルのバランス動作を継続させる。
図15における蓄電装置のバランス動作の流れは、以下の点を除いて、図12に示すフローチャートと同様である。
S105の判定において、第1の測定温度が上側基準温度TRU以上の場合(S105:YES)、制御部121は、第1の温度センサ111に対応する全てのチャンネル(図14の例では、CH1、CH2,CH3)のバランス動作を停止させる(S109)。そして、制御部121は、第1の測定温度が下側基準温度TRL以下となるまで、各チャンネルのバランス動作を停止させた状態を保持する(S110:NO)。S110の判定で、第1の測定温度が下側基準温度TRLまで下がった場合(S110:YES)、制御部121は、S109で停止した各チャンネルについて、バランス周期がオン期間Tonおよびオフ期間Toffのいずれであるかを判定する(S111)。そして、制御部121は、バランス周期がオン期間Tonであるチャンネルについてはバランス動作を再開し(S103)、バランス周期がオフ期間Toffであるチャンネルについては、S108の判定を行う。
図16を用いて、図14の蓄電装置におけるバランス動作の他の例について説明する。図16は、図14の蓄電装置における各チャンネルのバランス動作の具体的な流れを例示する図である。本例では、各チャンネルはバランス動作の周期(バランス周期FBAL)を有さない点で、図15の場合と異なる。
図16の時刻t1から時刻t6までの流れは、図15の場合と同様である。本例では、バランス周期FBALがないため、制御部121は、第1の測定温度が上側基準温度TRUとなってから下側基準温度TRLに低下するまでの期間(時刻t4から時刻t5まで)を除き、最低電圧セルとの電圧差ΔVBがΔVBoffとなるまで各チャンネルのバランス動作を継続させる。図16の例では、時刻t7でCH2の電池セル311と最低電圧セルとの電圧差ΔVBがΔVBoffとなり、制御部121は、時刻t7で、CH2のバランス動作を完了させる。また、図示されていないが、制御部121は、CH3の電池セル311と最低電圧セルとの電圧差ΔVBがΔVBoffとなった時に、CH3のバランス動作を完了させる。
図17は、図16のバランス動作の処理の流れを示すフローチャートである。図17のフローチャートは、バランス周期FBALに関する処理がない点で、図12のフローチャートと異なる。
S101からS105までの処理の流れは、図12のフローチャートと同様である。
第1の測定温度が上側基準温度TRU未満の場合(S105:NO)、S104からの処理が繰り返される。一方、第1の測定温度が上側基準温度TRU以上の場合(S105:YES)、制御部121は、第1の温度センサ111に対応する全てのチャンネル(図14の例では、CH1、CH2,CH3)のバランス動作を停止させる(S109)。そして、制御部121は、第1の測定温度が下側基準温度TRL以下となるまで、各チャンネルのバランス動作を停止させた状態を保持する(S110:NO)。S110の判定で、第1の測定温度が下側基準温度TRLまで下がった場合(S110:YES)、制御部121は、各チャンネルのバランス動作を再開させる(S103)。
〔第1実施形態の作用と効果〕
以上、本実施形態では、バランス動作によって発熱するバランス回路112の動作が、当該バランス回路に対応する第1の温度センサ111の測定温度によって制御される。具体的には、あるバランス回路112に対応する第1の温度センサ111で測定される温度が上側基準温度以上となった場合、当該バランス回路112のバランス動作が停止される。これにより、バランス回路112が一定温度以上に発熱することを避け、当該バランス回路112に近接する電池セル311の寿命および蓄電装置内の各部品の寿命や動作の信頼性が熱によって低下することを防ぐことができる。また、本実施形態では、バランス回路112の動作が停止された後、第1の温度センサ111の測定温度が下側基準温度に下がるまで、バランス回路112のバランス動作を停止させた状態を維持する。これにより、発熱したバランス回路112を冷まして、電池セル311の寿命および蓄電装置内の各部品の寿命や動作の信頼性が熱によって低下することを防ぐことができる。
[第2実施形態]
本実施形態は、蓄電装置が第2の温度センサ13を更に有する点を除いて、第1の実施形態の構成と同様である。
〔処理構成〕
図18は、第2実施形態における蓄電装置の処理構成を概念的に示す図である。図18に示されるように、バランス回路基板1は、第2の温度センサ13を更に有する。第2の温度センサ13は、第1の温度センサ111と異なり、周囲の温度を測定するために設けられる。そのため、第2の温度センサ13は、各バランス回路112の発熱の影響を受けないように、第1の温度センサ111よりもバランス回路112から離れた位置に設けられる。バランス回路112からの発熱の影響を受けない範囲は、バランス回路ブロック11の寸法、バランス回路基板1の厚さや熱抵抗、バランス回路112のレイアウトなどのパラメータに依存する。例えば、バランス回路基板1が厚さ1.6cmのPCB(Printed Circuit Board)であり、バランス回路ブロック11の寸法が10cm四方である場合、第2の温度センサ13は、バランス回路ブロック11のエッジ部分から10cm以上離れた位置などに設けられる。また、バランス回路112からの発熱の影響を受けない範囲は、例えば、バランス回路基板1の試験動作やシミュレーションを行ってバランス回路基板1の温度分布を測定することで把握可能であり、この測定結果を用いて第2の温度センサ13の位置を決定できる。
バランス回路基板1は、好ましくは、主な熱源である発熱素子1121を含む複数のバランス回路112が設けられる領域と第2の温度センサ13が設けられる領域とを分離する領域であって、導電パターンが設けられていない領域である分離領域を有する。導電パターン金属であり、一般的にバランス回路基板1の基材よりも熱伝導率が高い。そのため、バランス回路112が設けられる領域と第2の温度センサ13が設けられる領域との間に導電パターンを含まない分離領域を介在させることにより、バランス回路基板1を介して熱が第2の温度センサ13に伝達することを抑制できる。結果として、第2の温度センサ13によって周囲の温度を精度よく測定することができる。
また、第2の温度センサ13は、バランス回路基板1上ではなく、バランス回路基板1の外部に設けられていてもよい。例えば、第2の温度センサ13は、蓄電装置の筐体面に設けられていてもよいし、バランス回路基板1から一定以上離れた中空にワイヤや接着材などによって設けられていてもよい。第2の温度センサ13は、第1の温度センサ111と同様に、サーミスタ抵抗体、半導体温度センサ、RTDなどを用いることができる。
本実施形態の制御部121は、第1の測定温度の代わりに、第1の温度センサ111による第1の測定温度と第2の温度センサ13によって測定される温度(以下、第2の測定温度と表記)との差分温度を用いて、各バランス回路112のバランス動作を制御する。差分温度は第1の測定温度とは異なるパラメータであるため、制御部121は、第1の測定温度用に設定される上側基準温度および下側基準温度(第1の上側基準温度および第1の下側基準温度)とは別に、差分温度用の上側基準温度および下側基準温度(第2の上側基準温度および第2の下側基準温度)を保持する。制御部121は、第1の測定温度と第2の測定温度との差分温度を算出し、当該差分温度が第2の上側基準温度以上の場合に、当該第1の温度センサ111に対応するバランス回路112の動作を停止させる。バランス回路112を停止させると、バランス回路112の発熱が収まり、第1の測定温度は低下していく。そして、第1の温度センサ111による第1の測定温度と第2の温度センサ13による第2の測定温度との差分温度が、第2の上側基準温度よりも低い第2の下側基準温度以下となった場合、制御部121は、当該第1の温度センサ111に対応するバランス回路112の動作を再開させる。
周囲の温度によっては、差分温度(すなわち、周囲の温度に対する相対温度)が第2の上側基準温度に達していなくとも、第1の温度センサ111で測定される第1の測定温度(絶対温度)が第1の上側基準温度以上となることもある。この場合、バランス回路112は第1の上側基準温度以上の状態(すなわち、近接する電池セル311やその他の部品に悪影響を及ぼす可能性がある高温状態)のままバランス動作を続けることになる虞がある。このような状態でバランス回路112を動作させ続けることを避けるため、制御部121は、差分温度に関わらず、第1の温度センサ111の第1の測定温度が第1の上側基準温度以上の場合に、当該第1の温度センサ111に対応するバランス回路の動作を停止させてもよい。この場合、第1実施形態と同様に、制御部121は、第1の測定温度が第1の下側基準温度以下となるまで、対応するバランス回路112を停止させた状態を維持する。
本実施形態の制御部121も、第1実施形態と同様に、例えば、図示しないROMやRAMなどの記憶領域に、上述の本実施形態の各機能を実現するプログラムを記憶しており、図示しないCPUを用いて記憶領域に記憶された各プログラムを実行することにより、本実施形態の各機能を実現する。
〔回路構成例〕
図19は、第2実施形態における蓄電装置の回路構成例を概略的に示す図である。
図19の例では、複数のバランス回路112、各バランス回路112に対応する第1の温度センサ111、及び第2の温度センサ13は、バランス回路基板1上に設けられている。そして、バランス回路基板1は、バランス回路112と第2の温度センサ13との間の分離領域14に、当該バランス回路基板1を貫通する貫通孔領域141を有する。貫通孔領域141には導体パターンがないため、貫通孔領域141は、バランス回路からの熱がバランス回路基板1を介して第2の温度センサ13に伝達することを抑制する役割を果たす。これにより、バランス回路112の発熱を受けないようにするための十分な距離が確保できないような場合であっても、貫通孔領域141によってバランス回路112から伝達する熱を低減させ、第2の温度センサ13によって周囲の温度を精度よく測定することができる。
図20は、図19の蓄電装置におけるバランス動作の流れを示すフローチャートである。図20のフローチャートは、図12のフローチャートをベースとしており、S301およびS302の処理以外は、図15のフローチャートと同様である。以下では、S301およびS302の処理について主に説明する。
制御部121は、バランス動作の開始後(S103)、最低電圧セルとの電圧差ΔVBがΔVBoff以下でない場合(S104:YES)、第1の温度センサ111による第1の測定温度と第2の温度センサ13による第2の測定温度とを用いて算出される差分温度が第2の上側基準温度TRU'以上か否か、または、第1の測定温度が第1の上側基準温度TRU以上か否かを判定する(S301)。差分温度が第2の上側基準温度TRU'以上の場合、あるいは、第1の測定温度が第1の上側基準温度TRU以上の場合(S301:YES)、制御部121は、当該第1の温度センサ111に対応するチャンネルのバランス動作を停止させる(S109)。差分温度が第2の上側基準温度TRU'以上となることによりバランス動作を停止させた場合、制御部121は、差分温度が第2の下側基準の温度TRL'以下となるまでバランス動作を停止させた状態を維持する(S302:NO)。また、第1の測定温度が第1の上側基準温度TRU以上となることによりバランス動作を停止させた場合、制御部121は、第1の測定温度が第1の下側基準温度TRL以下となるまで、バランス動作を停止させた状態を維持する(S302:NO)。バランス動作を停止したことにより第1の測定温度が低下し、差分温度が第2の下側基準温度TRL'以下となった場合、または、第1の測定温度が第1の下側基準温度TRL以下となった場合(S302:YES)、制御部121は、当該チャンネルのバランス周期がオン期間Tonであれば(S111:Ton)、バランス動作を再開させる(S103)。
〔第2実施形態の作用と効果〕
以上、本実施形態では、第1の温度センサ111で測定される温度から第2の温度センサ13で測定される周囲温度を差し引いた差分温度によって、各バランス回路112の動作が制御される。これによ、各バランス回路112で発生した熱をパラメータとして各バランス回路112を制御することが可能となる。
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
例えば、制御部121は、複数の電池セルの間の電圧のばらつきの大きさに応じて、第1の上側基準温度または第2の上側基準温度を変更してもよい。例えば、制御部121は、各電池セル311と最低電圧セルとの電圧差ΔVBが大きいほど値が大きくなる補正値を予め保持された第1の上側基準温度または第2の上側基準温度に加えるように構成されていてもよい。これにより、電圧差ΔVBが大きい、すなわち、ある電池セル311と最低電圧セルとのバランスが大きく崩れている場合に、第1の上側基準温度または第2の上側基準温度が高くなり、当該電池セル311に対するバランス回路112のバランス動作が止まりにくくなる。結果として、電池セル間のバランスが大きく崩れている場合、より短い時間で複数の電池セル311の電圧を揃えることが可能になる。
また、複数の電池セル311は直列に接続されているため、特にパッシブバランス方式の場合、バランス動作によって却って放電エネルギーを低下させてしまう可能性がある。そこで、制御部121は、電池セル311の充電時にバランス動作を行う場合に、電池セル311の放電時よりも高い温度の第1の上側基準温度または第2の上側基準温度を用いるようにしてもよい。この場合、制御部121は、例えば充電時の第1の上側基準温度または第2の上側基準温度と、当該充電時の第1の上側基準温度または第2の上側基準温度よりも低い放電時の第1の上側基準温度または第2の上側基準温度とを図示しない記憶領域に予め保持する。このようにすることで、放電時のバランス動作を行う時間を低減させ、蓄電装置の放電エネルギーが低下することを抑制できる。
また、上述の説明で用いた複数のフローチャートでは、複数の工程(処理)が順番に記載されているが、各実施形態で実行される工程の実行順序は、その記載の順番に制限されない。各実施形態では、図示される工程の順番を内容的に支障のない範囲で変更することができる。また、上述の各実施形態は、内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。
以下、参考形態の例を付記する。
1.
直列に接続された複数の電池セルと、
前記複数の電池セルの各々に対して設けられ、対応する一の前記電池セルと接続されるバランス回路と、
1つ又はそれ以上の前記バランス回路毎に設けられ、対応するバランス回路の温度を測定する第1の温度センサと、
前記第1の温度センサによる第1の測定温度が第1の上側基準温度以上の場合、前記対応するバランス回路の動作を停止させ、前記対応するバランス回路の動作を停止させた後で前記第1の測定温度が前記第1の上側基準温度よりも低い第1の下側基準温度以下となった場合、前記対応するバランス回路の動作を再開させる制御手段と、
を備える蓄電装置。
2.
前記バランス回路は、前記複数の電池セルの間の電圧差を小さくするために、当該バランス回路に対応する前記電池セルの放電エネルギーを消費する抵抗素子を有する、
1.に記載の蓄電装置。
3.
前記第1の測定温度が前記第1の上側基準温度以上となることによる前記バランス回路の動作停止時間が、単位時間あたりの基準値を超える場合、または、前記第1の測定温度が前記第1の上側基準温度以上となることによる前記バランス回路の動作停止回数が、単位時間あたりの基準回数を超える場合、当該バランス回路または当該バランス回路に対応する電池セルを特定可能な情報を外部に出力する通信手段を更に備える、
1.または2.に記載の蓄電装置。
4.
前記バランス回路からの距離が、前記第1の温度センサよりも離れている第2の温度センサを更に備え、
前記制御手段は、
前記第1の測定温度の代わりに前記第1の測定温度と前記第2の温度センサによる第2の測定温度との差分温度を用い、前記差分温度が第2の上側基準温度以上の場合、前記対応するバランス回路の動作を停止させ、前記対応するバランス回路の動作を停止させた後で前記差分温度が第2の下側基準温度以下となった場合、前記対応するバランス回路の動作を再開させる、
1.から3.のいずれか1つに記載の蓄電装置。
5.
前記複数のバランス回路、前記第1の温度センサ、前記第2の温度センサは、同一の回路基板上に設けられており、
前記回路基板は、前記バランス回路と前記第2の温度センサとの間に前記回路基板を貫通する貫通孔領域を有する、
4.に記載の蓄電装置。
6.
前記制御手段は、
前記差分温度に関わらず、前記第1の測定温度が前記第1の上側基準温度以上の場合に、前記対応するバランス回路の動作を停止させる、
4.または5.に記載の蓄電装置。
7.
前記上側基準温度と前記下側基準温度との差分は5℃以上である、
1.から6.のいずれか1つに記載の蓄電装置。
8.
前記制御手段は、
前記複数の電池セルの間の電圧のばらつきの大きさに応じて前記上側基準温度を変更する、
1.から7.のいずれか1つに記載の蓄電装置。
9.
前記制御手段は、
前記複数の電池セルの充電時に、前記複数の電池セルの放電時よりも高い温度の前記上側基準温度を用いる、
1.から7.のいずれか1つに記載の蓄電装置。
10.
直列に接続された複数の電池セルと、
前記複数の電池セルの各々に対して設けられ、対応する一の前記電池セルと接続されるバランス回路と、
1つ又はそれ以上の前記バランス回路毎に設けられ、対応するバランス回路の温度を測定する第1の温度センサと、を備える蓄電装置が、
前記第1の温度センサによる第1の測定温度が第1の上側基準温度以上の場合、前記対応するバランス回路の動作を停止させ、前記対応するバランス回路の動作を停止させた後で前記第1の測定温度が前記第1の上側基準温度よりも低い第1の下側基準温度以下となった場合、前記対応するバランス回路の動作を再開させることを含むセルバランス動作方法。
11.
前記バランス回路は、前記複数の電池セルの間の電圧差を小さくするために、当該バランス回路に対応する前記電池セルの放電エネルギーを消費する抵抗素子を有する、
ことを含む10.に記載のセルバランス動作方法。
12.
前記蓄電装置が、
前記第1の測定温度が前記第1の上側基準温度以上となることによる前記バランス回路の動作停止時間が、単位時間あたりの基準値を超える場合、または、前記第1の測定温度が前記第1の上側基準温度以上となることによる前記バランス回路の動作停止回数が、単位時間あたりの基準回数を超える場合、当該バランス回路または当該バランス回路に対応する電池セルを特定可能な情報を外部に出力する、
ことを更に含む10.または11.に記載のセルバランス動作方法。
13.
前記バランス回路からの距離が、前記第1の温度センサよりも離れている第2の温度センサを更に備え、
前記蓄電装置が、
前記第1の測定温度の代わりに前記第1の測定温度と前記第2の温度センサによる第2の測定温度との差分温度を用い、前記差分温度が第2の上側基準温度以上の場合、前記対応するバランス回路の動作を停止させ、前記対応するバランス回路の動作を停止させた後で前記差分温度が第2の下側基準温度以下となった場合、前記対応するバランス回路の動作を再開させる、
ことを含む10.から12.のいずれか1つに記載のセルバランス動作方法。
14.
前記複数のバランス回路、前記第1の温度センサ、前記第2の温度センサは、同一の回路基板上に設けられており、
前記回路基板は、前記バランス回路と前記第2の温度センサとの間に前記回路基板を貫通する貫通孔領域を有する、
ことを含む13.に記載のセルバランス動作方法。
15.
前記蓄電装置が、
前記差分温度に関わらず、前記第1の測定温度が前記第1の上側基準温度以上の場合に、前記対応するバランス回路の動作を停止させる、
ことを含む13.または14.に記載のセルバランス動作方法。
16.
前記上側基準温度と前記下側基準温度との差分は5℃以上である、
ことを含む10.から15.のいずれか1つに記載のセルバランス動作方法。
17.
前記蓄電装置が、
前記複数の電池セルの間の電圧のばらつきの大きさに応じて前記上側基準温度を変更する、
ことを含む10.から16.のいずれか1つに記載のセルバランス動作方法。
18.
前記蓄電装置が、
前記複数の電池セルの充電時に、前記複数の電池セルの放電時よりも高い温度の前記上側基準温度を用いる、
ことを含む10.から16.のいずれか1つに記載のセルバランス動作方法。
19.
直列に接続された複数の電池セルと、
前記複数の電池セルの各々に対して設けられ、対応する一の前記電池セルと接続されるバランス回路と、
1つ又はそれ以上の前記バランス回路毎に設けられ、対応するバランス回路の温度を測定する第1の温度センサと、を備える蓄電装置に、
前記第1の温度センサによる第1の測定温度が第1の上側基準温度以上の場合、前記対応するバランス回路の動作を停止させ、前記対応するバランス回路の動作を停止させた後で前記第1の測定温度が前記第1の上側基準温度よりも低い第1の下側基準温度以下となった場合、前記対応するバランス回路の動作を再開させる制御機能を実現させるためのプログラム。
20.
前記蓄電装置に、
前記第1の測定温度が前記第1の上側基準温度以上となることによる前記バランス回路の動作停止時間が、単位時間あたりの基準値を超える場合、または、前記第1の測定温度が前記第1の上側基準温度以上となることによる前記バランス回路の動作停止回数が、単位時間あたりの基準回数を超える場合、当該バランス回路または当該バランス回路に対応する電池セルを特定可能な情報を外部に出力する通信機能、
を更に実現させるための19.に記載のプログラム。
21.
前記バランス回路からの距離が、前記第1の温度センサよりも離れている第2の温度センサを更に備え、
前記蓄電装置に、
前記第1の測定温度の代わりに前記第1の測定温度と前記第2の温度センサによる第2の測定温度との差分温度を用い、前記差分温度が第2の上側基準温度以上の場合、前記対応するバランス回路の動作を停止させ、前記対応するバランス回路の動作を停止させた後で前記差分温度が第2の下側基準温度以下となった場合、前記対応するバランス回路の動作を再開させる機能、
を実現させるための19.または20.に記載のプログラム。
22.
前記蓄電装置に、
前記差分温度に関わらず、前記第1の測定温度が前記第1の上側基準温度以上の場合に、前記対応するバランス回路の動作を停止させる機能、
を実現させるための21.に記載のプログラム。
23.
前記上側基準温度と前記下側基準温度との差分は5℃以上である、
19.から22.のいずれか1つに記載のプログラム。
24.
前記蓄電装置に、
前記複数の電池セルの間の電圧のばらつきの大きさに応じて前記上側基準温度を変更する機能、
を実現させるための19.から23.のいずれか1つに記載のプログラム。
25.
前記蓄電装置に、
前記複数の電池セルの充電時に、前記複数の電池セルの放電時よりも高い温度の前記上側基準温度を用いる機能、
を実現させるための19.から23.のいずれか1つに記載のプログラム。
この出願は、2015年5月25日に出願された日本出願特願2015−105597号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (12)

  1. 直列に接続された複数の電池セルと、
    前記複数の電池セルの各々に対して設けられ、対応する一の前記電池セルと接続されるバランス回路と、
    1つ又はそれ以上の前記バランス回路毎に設けられ、対応するバランス回路の温度を測定する第1の温度センサと、
    前記第1の温度センサによる第1の測定温度が第1の上側基準温度以上の場合、前記対応するバランス回路の動作を停止させ、前記対応するバランス回路の動作を停止させた後で前記第1の測定温度が前記第1の上側基準温度よりも低い第1の下側基準温度以下となった場合、前記対応するバランス回路の動作を再開させる制御手段と、
    を備え、
    前記第1の測定温度が前記第1の上側基準温度以上となることによる前記バランス回路の動作停止時間が基準値を超える場合、または、前記第1の測定温度が前記第1の上側基準温度以上となることによる前記バランス回路の動作停止回数が、単位時間あたりの基準回数を超える場合、当該バランス回路または当該バランス回路に対応する電池セルを特定可能な情報を外部に出力する通信手段
    を更に備える蓄電装置。
  2. 前記バランス回路は、前記複数の電池セルの間の電圧差を小さくするために、当該バランス回路に対応する前記電池セルの放電エネルギーを消費する抵抗素子を有する、
    請求項1に記載の蓄電装置。
  3. 直列に接続された複数の電池セルと、
    前記複数の電池セルの各々に対して設けられ、対応する一の前記電池セルと接続されるバランス回路と、
    1つ又はそれ以上の前記バランス回路毎に設けられ、対応するバランス回路の温度を測定する第1の温度センサと、
    前記第1の温度センサによる第1の測定温度が第1の上側基準温度以上の場合、前記対応するバランス回路の動作を停止させ、前記対応するバランス回路の動作を停止させた後で前記第1の測定温度が前記第1の上側基準温度よりも低い第1の下側基準温度以下となった場合、前記対応するバランス回路の動作を再開させる制御手段と、
    を備え、
    前記バランス回路からの距離が、前記第1の温度センサよりも離れている第2の温度センサを更に備え、
    前記制御手段は、
    前記第1の測定温度と前記第2の温度センサによる第2の測定温度との差分温度を用い、前記差分温度が第2の上側基準温度以上の場合、前記対応するバランス回路の動作を停止させ、前記対応するバランス回路の動作を停止させた後で前記差分温度が第2の下側基準温度以下となった場合、前記対応するバランス回路の動作を再開させる、
    蓄電装置。
  4. 前記複数のバランス回路、前記第1の温度センサ、前記第2の温度センサは、同一の回路基板上に設けられており、
    前記回路基板は、前記バランス回路と前記第2の温度センサとの間に前記回路基板を貫通する貫通孔領域を有する、
    請求項に記載の蓄電装置。
  5. 前記制御手段は、
    前記差分温度に関わらず、前記第1の測定温度が前記第1の上側基準温度以上の場合に、前記対応するバランス回路の動作を停止させる、
    請求項3または4に記載の蓄電装置。
  6. 前記第1の上側基準温度と前記第1の下側基準温度との差分または前記第2の上側基準温度と前記第2の下側基準温度との差分は5℃以上である、
    請求項から5のいずれか1項に記載の蓄電装置。
  7. 前記制御手段は、
    前記複数の電池セルの間の電圧のばらつきの大きさに応じて前記第1または第2の上側基準温度を変更する、
    請求項から6のいずれか1項に記載の蓄電装置。
  8. 前記制御手段は、
    前記複数の電池セルの充電時に、前記複数の電池セルの放電時よりも高い温度の前記第1または第2の上側基準温度を用いる、
    請求項から6のいずれか1項に記載の蓄電装置。

  9. 直列に接続された複数の電池セルと、
    前記複数の電池セルの各々に対して設けられ、対応する一の前記電池セルと接続されるバランス回路と、
    1つ又はそれ以上の前記バランス回路毎に設けられ、対応するバランス回路の温度を測定する第1の温度センサと、を備える蓄電装置が、
    前記第1の温度センサによる第1の測定温度が第1の上側基準温度以上の場合、前記対応するバランス回路の動作を停止させ、前記対応するバランス回路の動作を停止させた後で前記第1の測定温度が前記第1の上側基準温度よりも低い第1の下側基準温度以下となった場合、前記対応するバランス回路の動作を再開させることを含み、
    前記第1の測定温度が前記第1の上側基準温度以上となることによる前記バランス回路の動作停止時間が基準値を超える場合、または、前記第1の測定温度が前記第1の上側基準温度以上となることによる前記バランス回路の動作停止回数が、単位時間あたりの基準回数を超える場合、当該バランス回路または当該バランス回路に対応する電池セルを特定可能な情報を外部に出力することを含む、
    セルバランス動作方法。
  10. 直列に接続された複数の電池セルと、
    前記複数の電池セルの各々に対して設けられ、対応する一の前記電池セルと接続されるバランス回路と、
    1つ又はそれ以上の前記バランス回路毎に設けられ、対応するバランス回路の温度を測定する第1の温度センサと、
    前記バランス回路からの距離が、前記第1の温度センサよりも離れている第2の温度センサと、
    を備える蓄電装置が、
    前記第1の温度センサによる第1の測定温度が第1の上側基準温度以上の場合、前記対応するバランス回路の動作を停止させ、前記対応するバランス回路の動作を停止させた後で前記第1の測定温度が前記第1の上側基準温度よりも低い第1の下側基準温度以下となった場合、前記対応するバランス回路の動作を再開させることを含み、
    前記第1の測定温度と前記第2の温度センサによる第2の測定温度との差分温度を用い、前記差分温度が第2の上側基準温度以上の場合、前記対応するバランス回路の動作を停止させ、前記対応するバランス回路の動作を停止させた後で前記差分温度が第2の下側基準温度以下となった場合、前記対応するバランス回路の動作を再開させる、
    セルバランス動作方法。
  11. 直列に接続された複数の電池セルと、
    前記複数の電池セルの各々に対して設けられ、対応する一の前記電池セルと接続されるバランス回路と、
    1つ又はそれ以上の前記バランス回路毎に設けられ、対応するバランス回路の温度を測定する第1の温度センサと、を備える蓄電装置に、
    前記第1の温度センサによる第1の測定温度が第1の上側基準温度以上の場合、前記対応するバランス回路の動作を停止させ、前記対応するバランス回路の動作を停止させた後で前記第1の測定温度が前記第1の上側基準温度よりも低い第1の下側基準温度以下となった場合、前記対応するバランス回路の動作を再開させる制御機能を実現させる処理、
    前記第1の測定温度が前記第1の上側基準温度以上となることによる前記バランス回路の動作停止時間が基準値を超える場合、または、前記第1の測定温度が前記第1の上側基準温度以上となることによる前記バランス回路の動作停止回数が、単位時間あたりの基準回数を超える場合、当該バランス回路または当該バランス回路に対応する電池セルを特定可能な情報を外部に出力させる処理、
    を実行させるプログラム。
  12. 直列に接続された複数の電池セルと、
    前記複数の電池セルの各々に対して設けられ、対応する一の前記電池セルと接続されるバランス回路と、
    1つ又はそれ以上の前記バランス回路毎に設けられ、対応するバランス回路の温度を測定する第1の温度センサと、
    前記バランス回路からの距離が、前記第1の温度センサよりも離れている第2の温度センサと、を備える蓄電装置に、
    前記第1の温度センサによる第1の測定温度が第1の上側基準温度以上の場合、前記対応するバランス回路の動作を停止させ、前記対応するバランス回路の動作を停止させた後で前記第1の測定温度が前記第1の上側基準温度よりも低い第1の下側基準温度以下となった場合、前記対応するバランス回路の動作を再開させる制御機能を実現させる処理、
    前記第1の測定温度と前記第2の温度センサによる第2の測定温度との差分温度を用い、前記差分温度が第2の上側基準温度以上の場合、前記対応するバランス回路の動作を停止させ、前記対応するバランス回路の動作を停止させた後で前記差分温度が第2の下側基準温度以下となった場合、前記対応するバランス回路の動作を再開させる処理、
    を実行させるプログラム。
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