JP6647662B1 - Battery pack unit and cell balance adjustment method - Google Patents
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Abstract
【目的】電池寿命の低下を抑えたメンテナンスを施すことが可能な電池パックユニット及びセルバランス調整方法を提供することを目的とする。【構成】本発明に係る電池パックユニットは、直列に接続されている第1〜第n(nは2以上の整数)の電池セルからなる電池セル群を含む電池パックと、この電池セル群の第1〜第nの電池セルの各々の電圧であるセル電圧を合成した総電圧が予め定められたバランス電圧より大きい場合に、総電圧がバランス電圧を下回るまで電池セル群を放電せしめることを指示する信号である放電制御信号を出力する放電処理部と、放電処理部による電池セル群の放電によって総電圧がバランス電圧を下回った後に、第1〜第nの電池セルのセル電圧同士の差が許容差よりも小さくなるまで、電池パックにバランス電圧を印加して充電せしめることを指示する信号である充電制御信号を出力する充電処理部と、を有する。【選択図】図2An object of the present invention is to provide a battery pack unit and a cell balance adjusting method capable of performing maintenance while suppressing a decrease in battery life. A battery pack unit according to the present invention includes a battery pack including a battery cell group consisting of first to nth (n is an integer of 2 or more) battery cells connected in series, When the total voltage obtained by combining the cell voltages, which are the voltages of the first to n-th battery cells, is higher than a predetermined balance voltage, an instruction is given to discharge the battery cell group until the total voltage falls below the balance voltage. A discharge processing unit that outputs a discharge control signal, which is a signal to perform the operation, and a difference between the cell voltages of the first to nth battery cells after the total voltage falls below the balance voltage due to the discharge of the battery cell group by the discharge processing unit. A charge processing unit that outputs a charge control signal that is a signal for instructing the battery pack to be charged by applying a balance voltage until the battery pack becomes smaller than the tolerance. [Selection] Figure 2
Description
本発明は、複数の電池セルを含む電池パックユニット、及び電池セル各々の電圧を均一化するセルバランス調整方法に関する。 The present invention relates to a battery pack unit including a plurality of battery cells, and a cell balance adjustment method for equalizing the voltage of each battery cell.
現在、電気自動車、ハイブリッド自動車、又は電動アシスト自転車等に搭載されているモータ用の電源として、直列に接続されている複数の電池パックを含む電池パックユニットが製品化されている。各電池パックは、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の充電可能な二次電池が直列に接続された構造を有する。 At present, a battery pack unit including a plurality of battery packs connected in series has been commercialized as a power supply for a motor mounted on an electric vehicle, a hybrid vehicle, an electric assist bicycle, or the like. Each battery pack has a structure in which rechargeable secondary batteries such as a lead storage battery, a nickel hydride battery, and a lithium ion battery are connected in series.
ところで、二次電池は、長時間の使用や放置によって性能が劣化することが知られており、その劣化の進行度合いも均一にはならない。それ故、長期間の使用により直列に接続されている複数の電池パックの劣化状態が不均一となる。よって、このような状態にある複数の電池パックに対して充電を施すと、一部の電池パックは満充電の状態、他の電池パックは過放電又は過充電の状態となり、使用不可になるおそれがあった。また、1つの電池パックに対して充電を施す際、当該電池パック内において、一部のセルが満充電の状態、他のセルは過放電又は過充電の状態となり、当該電池パックが使用不可になるおそれがあった。 By the way, it is known that the performance of a secondary battery is deteriorated by using or leaving it for a long time, and the progress of the deterioration is not uniform. Therefore, the deterioration state of a plurality of battery packs connected in series becomes uneven due to long-term use. Therefore, when a plurality of battery packs in such a state are charged, some of the battery packs are in a fully charged state, and other battery packs are in an overdischarged or overcharged state, and may not be usable. was there. In addition, when charging one battery pack, some cells in the battery pack are fully charged, other cells are in an overdischarged or overcharged state, and the battery pack becomes unusable. There was a risk of becoming.
そこで、このような状態にある複数の電池モジュール(電池パックに相当)を、出荷時の状態に復元させる再生処理方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, a reproduction processing method has been proposed in which a plurality of battery modules (corresponding to a battery pack) in such a state are restored to the state at the time of shipment (for example, see Patent Document 1).
当該再生処理では、複数の電池モジュールを夫々の放電電圧が所定の放電完了電圧値以下になるまで強制的に放電させることで各電池モジュールの放電電圧を一旦、当該放電完了電圧値以下に揃え、その後、充電することによって満充電状態に到らせている。 In the regeneration process, the discharge voltage of each battery module is temporarily adjusted to be equal to or lower than the discharge completion voltage value by forcibly discharging the plurality of battery modules until the respective discharge voltages become equal to or lower than the predetermined discharge completion voltage value. Thereafter, the battery is charged to reach a fully charged state.
ところで、上記したような再生処理による電池のメンテナンスでは、複数の電池モジュールを放電させることで、一旦、電池モジュール各々の電圧を所定の電圧値以下の状態に揃えることができる。しかしながら、当該放電を実施する直前の各電池モジュールの電圧に大きなバラツキがある場合には、かかる放電終了後の各電池モジュールの電圧にも大幅な差が生じる。したがって、当該放電終了後に、満充電状態に到らせる為の充電を各電池モジュールに施すと、一部の電池モジュールが過充電又は過放電となる虞があり、電池寿命の低下を招く可能性があった。 By the way, in the maintenance of the battery by the above-described regeneration processing, the voltage of each of the battery modules can be once adjusted to a predetermined voltage value or less by discharging a plurality of battery modules. However, when there is a large variation in the voltage of each battery module immediately before the discharge is performed, a large difference occurs in the voltage of each battery module after the discharge is completed. Therefore, if the battery modules are charged to reach a fully charged state after the end of the discharge, some of the battery modules may be overcharged or overdischarged, which may shorten the battery life. was there.
そこで、本発明は、例えば電池寿命の低下を抑えたメンテナンスを施すことが可能な電池パックユニット及びセルバランス調整方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a battery pack unit and a cell balance adjustment method that can perform maintenance while suppressing a decrease in battery life, for example.
本発明に係る電池パックユニットは、直列に接続されている第1〜第n(nは2以上の整数)の電池セルからなる電池セル群を含む電池パックと、前記電池セル群の第1〜第nの電池セルの各々の電圧であるセル電圧を合成した総電圧が予め定められたバランス電圧より大きい場合に、前記総電圧が前記バランス電圧を下回るまで前記電池セル群を放電せしめることを指示する信号である放電制御信号を出力する放電処理部と、前記放電処理部による前記電池セル群の放電によって前記総電圧が前記バランス電圧を下回った後に、前記第1〜第nの電池セルの前記セル電圧同士の差が許容差よりも小さくなるまで、前記電池パックに前記バランス電圧を印加して充電せしめることを指示する信号である充電制御信号を出力する充電処理部と、を含む。 A battery pack unit according to the present invention includes: a battery pack including a battery cell group including first to nth (n is an integer of 2 or more) battery cells connected in series; When the total voltage obtained by combining the cell voltages, which are the voltages of the nth battery cells, is greater than a predetermined balance voltage, an instruction is given to discharge the battery cell group until the total voltage falls below the balance voltage. A discharge processing unit that outputs a discharge control signal that is a signal to perform, after the total voltage falls below the balance voltage due to discharge of the battery cell group by the discharge processing unit, the first to n-th battery cells Until the difference between the cell voltages becomes smaller than the tolerance, a charge processing unit that outputs a charge control signal that is a signal that instructs the battery pack to be charged by applying the balance voltage, Including.
また、本発明に係るセルバランス調整方法は、直列に接続されている第1〜第n(nは2以上の整数)の電池セルからなる電池セル群を含む電池パックの前記電池セルの各々の電圧を調整するセルバランス調整方法であって、前記電池セル群の前記第1〜第nの電池セルの各々の電圧であるセル電圧を合成した総電圧が予め定められたバランス電圧を下回るまで前記電池セル群を放電せしめる放電ステップと、前記総電圧が前記バランス電圧を下回った後に、前記セル電圧同士の差が許容差よりも小さくなるまで、前記電池パックに前記バランス電圧を印加して充電せしめる充電ステップと、を有する。 Further, the cell balance adjusting method according to the present invention may be configured such that each of the battery cells of the battery pack includes a battery cell group including first to nth (n is an integer of 2 or more) battery cells connected in series. A cell balance adjusting method for adjusting a voltage, wherein the total voltage obtained by combining cell voltages that are voltages of the first to nth battery cells of the battery cell group is lower than a predetermined balance voltage. A discharging step of discharging the battery cell group, and charging the battery pack by applying the balance voltage until the difference between the cell voltages becomes smaller than an allowable difference after the total voltage falls below the balance voltage. Charging step.
要するに、上記した電池パックユニット及びセルバランス調整方法では、電池パックユニットのメンテナンスとして以下の放電処理及び充電処理を順に施すことで、複数の電池セルからなる電池セル群の各電池セルのセル電圧を均一化するセルバランス調整を行う。 In short, in the battery pack unit and the cell balance adjusting method described above, the following discharge process and charge process are sequentially performed as maintenance of the battery pack unit, so that the cell voltage of each battery cell in a battery cell group including a plurality of battery cells is adjusted. Adjust the cell balance to equalize.
つまり、先ず、複数の電池セル各々のセル電圧を合成した総電圧が所定のバランス電圧を下回るまで当該電池セル群を強制的に放電させる(放電処理)。そして、引き続きこの電池セル群に含まれる各電池セルのセル電圧同士の差が許容差よりも小さくなるまで、電池セル群を上記したバランス電圧で充電する(充電処理)。 That is, first, the battery cell group is forcibly discharged until the total voltage obtained by combining the cell voltages of the plurality of battery cells falls below the predetermined balance voltage (discharge processing). Then, the battery cell group is charged with the above-mentioned balance voltage until the difference between the cell voltages of the battery cells included in the battery cell group becomes smaller than the tolerance (charging process).
よって、上記した電池パックユニット及びセルバランス調整によれば、電池パックに施す放電処理のみで当該電池パックに含まれる複数の電池セル各々のセル電圧の均一化を図る場合に比べて、セル電圧同士の差を小さくすることができる。これにより、セルバランス調整の終了後に実施する、電池パックを満充電の状態に至らせるための充電時において、過充電の状態となる電池セルの数、及び過充電の状態が継続する期間を減らすことができるので、電池寿命の低下を抑制することが可能となる。 Therefore, according to the battery pack unit and the cell balance adjustment described above, the cell voltages of the plurality of battery cells included in the battery pack are equalized by only the discharging process performed on the battery pack. Can be reduced. This reduces the number of overcharged battery cells and the duration of the overcharged state during charging to reach the fully charged state of the battery pack, which is performed after the cell balance adjustment is completed. Therefore, it is possible to suppress a decrease in battery life.
また、本発明に係る電池パックユニットは、直列に接続されている第1〜第n(nは2以上の整数)の電池セルからなる電池セル群を含む電池パックと、前記電池セル群の第1〜第nの電池セルの各々の電圧であるセル電圧を合成した総電圧が予め定められたバランス電圧より大きい場合に、前記総電圧が前記バランス電圧を下回るまで前記電池セル群を放電せしめる放電処理部と、前記放電処理部による前記電池セル群の放電によって前記総電圧が前記バランス電圧を下回った場合に、前記セル電圧同士の差が許容差よりも小さくなるまで、前記電池パックに前記バランス電圧を印加して充電せしめることを指示する信号である充電制御信号を出力する充電処理部と、を有する。 In addition, a battery pack unit according to the present invention includes a battery pack including a battery cell group including first to nth (n is an integer of 2 or more) battery cells connected in series; When the total voltage obtained by combining the cell voltages, which are the voltages of the first to n-th battery cells, is greater than a predetermined balance voltage, a discharge that discharges the battery cell group until the total voltage falls below the balance voltage. A processing unit, and when the total voltage falls below the balance voltage due to the discharge of the battery cell group by the discharge processing unit, the balance is applied to the battery pack until the difference between the cell voltages becomes smaller than an allowable difference. A charge processing unit that outputs a charge control signal that is a signal for instructing charging by applying a voltage.
かかる電池パックユニットによれば、前述した放電処理及び充電処理を順に実施するにあたり、この放電処理では、自身に含まれている放電処理部で電子セル群を放電させている。よって、電池パックユニットのメンテナンス作業時に、当該電子セル群の放電を実施する電子負荷装置等を用いる必要がなくなるので、安価なシステム構成でメンテナンスを行うことが可能となる。 According to such a battery pack unit, when sequentially performing the above-described discharge processing and charging processing, in this discharge processing, the electronic cell group is discharged by the discharge processing unit included in the battery pack unit. Therefore, it is not necessary to use an electronic load device or the like that discharges the electronic cell group at the time of maintenance work of the battery pack unit, so that maintenance can be performed with an inexpensive system configuration.
また、本発明に係る更に他の電池パックユニットは、夫々が、直列に接続されている第1〜第n(nは2以上の整数)の電池セルからなる電池セル群を含む第1〜第r(rは2以上の整数)の電池パックと、前記第1〜第rの電池パックの各々で生成された電圧を合成した電圧を総電圧として出力すると共に、前記第1〜第rの電池パックを充電する電圧を受けるための外部電源端子と、前記総電圧が予め定められたバランス電圧より大きい場合に、前記総電圧が前記バランス電圧を下回るまで前記第1〜第rの電池パックに含まれる全ての電池セル群を放電せしめることを指示する信号である放電制御信号を出力する放電処理部と、前記放電処理部による前記電池セル群の放電によって前記総電圧が前記バランス電圧を下回った後に、前記第1〜第rの電池パックに含まれる全ての前記電池セルにおける前記セル電圧同士の差が許容差よりも小さくなるまで、前記外部電源端子に前記バランス電圧を印加して充電せしめることを指示する信号である充電制御信号を出力する充電処理部と、を有する。 Still another battery pack unit according to the present invention includes first to nth battery cell units each including a battery cell group including first to nth (n is an integer of 2 or more) battery cells connected in series. r (r is an integer of 2 or more) and a voltage obtained by combining voltages generated by the first to r-th battery packs is output as a total voltage, and the first to r-th batteries are output. An external power supply terminal for receiving a voltage for charging the pack, and if the total voltage is greater than a predetermined balance voltage, the battery pack is included in the first to r-th battery packs until the total voltage falls below the balance voltage. A discharge processing unit that outputs a discharge control signal that is a signal instructing to discharge all the battery cell groups to be discharged, and after the total voltage falls below the balance voltage due to the discharge of the battery cell group by the discharge processing unit. And said A signal indicating that the balance voltage is applied to the external power supply terminal and charged until the difference between the cell voltages of all the battery cells included in the first to r-th battery packs becomes smaller than an allowable difference. And a charge processing unit that outputs a charge control signal.
要するに、かかる電池パックユニットでは、自身のメンテナンス時において、以下の放電処理及び充電処理を順に施すことで、複数の電池パックに含まれている各電池セルのセル電圧を均一化するセルバランス調整を行う。 In short, in such a battery pack unit, at the time of its own maintenance, by performing the following discharging process and charging process in order, the cell balance adjustment for equalizing the cell voltage of each battery cell included in the plurality of battery packs is performed. Do.
つまり、先ず、複数の電池パックに含まれる電池セル各々のセル電圧を合成した総電圧が所定のバランス電圧を下回るまで当該複数の電池パックを強制的に放電させる(放電処理)。そして、引き続き複数の電池パックに含まれる各電池セルのセル電圧同士の差が許容差よりも小さくなるまで、外部電源端子を介して複数の電池パックを上記したバランス電圧で充電する(充電処理)。 That is, first, the plurality of battery packs are forcibly discharged until the total voltage obtained by combining the cell voltages of the battery cells included in the plurality of battery packs falls below the predetermined balance voltage (discharge processing). Then, until the difference between the cell voltages of the battery cells included in the plurality of battery packs becomes smaller than the tolerance, the plurality of battery packs are charged with the above-described balance voltage via the external power supply terminal (charging process). .
この電池パックユニットによれば、複数の電池パックに施す放電処理のみで電池パック単位で電圧の均一化を図る場合に比べて、各電池パックに含まれる電池セル各々のセル電圧の差を小さくできる。これにより、セルバランス調整の終了後に実施する、各電池パックを満充電の状態に至らせるための充電時において、過充電の状態となる電池セルの数、及び過充電の状態が継続する期間を減らすことができるので、電池寿命の低下を抑制することが可能となる。 According to this battery pack unit, it is possible to reduce the difference between the cell voltages of the battery cells included in each battery pack, as compared with the case where the voltage is equalized in each battery pack only by performing the discharge process performed on the plurality of battery packs. . This allows the number of battery cells to be in an overcharged state, and the period during which the overcharged state is maintained, at the time of charging each battery pack to be fully charged, which is performed after the cell balance adjustment is completed. Since it can be reduced, it is possible to suppress a decrease in battery life.
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る電池パックユニット100の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a
電池パックユニット100は、直列に接続されている電池パックBC1〜BCr(rは2以上の整数)、外部電源端子T0及びT1、セルコントローラCU1〜CUr、及びバッテリ保護部BMUを含む。
電池パックBC1〜BCrの各々には、夫々が直流の電圧(以下、セル電圧と称する)を生成し、互いに直列に接続されている電池セルB1〜Bn(nは2以上の整数)が含まれている。電池セルB1〜Bnは、例えば鉛蓄電池、ニッケル水素電池、又はリチウムイオン電池等の充電可能な二次電池である。 Each of the battery packs BC1 to BCr includes a battery cell B1 to Bn (n is an integer of 2 or more), each of which generates a DC voltage (hereinafter, referred to as a cell voltage) and is connected in series with each other. ing. The battery cells B1 to Bn are rechargeable secondary batteries such as a lead storage battery, a nickel hydride battery, and a lithium ion battery.
電池パックBC1〜BCrの各々では、自身に含まれている電池セルB1の正極端子が正極側の電源端子、電池セルBnの負極端子が負極側の電源端子である。各電池パックは、自身に含まれている電池セルB1〜Bnの各々で生成された電圧を合成した電圧を電池パック電圧として、自身の正極側の電源端子及び負極側の電源端子を介して出力する。 In each of the battery packs BC1 to BCr, the positive terminal of the battery cell B1 included therein is a positive power terminal, and the negative terminal of the battery cell Bn is a negative power terminal. Each battery pack outputs a voltage obtained by combining voltages generated in the battery cells B1 to Bn included in the battery pack as a battery pack voltage through its own positive power supply terminal and negative power supply terminal. I do.
また、図1に示すように、電池パックBC1〜BCrのうちのBC1の正極側の電源端子が外部電源端子T0に接続されており、BC1rの負極側の電源端子が外部電源端子T1に接続されている。 In addition, as shown in FIG. 1, the power supply terminal on the positive electrode side of BC1 of the battery packs BC1 to BCr is connected to the external power supply terminal T0, and the power supply terminal on the negative electrode side of BC1r is connected to the external power supply terminal T1. ing.
上記した構成により、電池パックユニット100は、電池パックBC1〜BCrの各々で生成された電池パック電圧を合成した電圧を、電池電圧として外部電源端子T0及びT1を介して出力する。電池パックユニット100は、例えば、この電池電圧の電圧値が規定の定格電圧値となるように充電された状態で出荷される。
With the above-described configuration, the
図1に示すように、電池パックBC1〜BCrには、セルコントローラCU1〜CUrが夫々対応付けして接続されている。例えば、電池パックBC1に含まれている電池セルB1〜Bn各々の正極端子及び負極端子がセルコントローラCU1に接続されており、電池パックBC2に含まれている電池セルB1〜Bn各々の正極端子及び負極端子がセルコントローラCU2に接続されている。すなわち、セルコントローラCU(k)(kは1〜rの整数)が、電池パックBC(k)に含まれている電池セルB1〜Bn各々の正極端子及び負極端子に接続されているのである。 As shown in FIG. 1, cell controllers CU1 to CUr are connected to the battery packs BC1 to BCr, respectively. For example, the positive and negative terminals of each of the battery cells B1 to Bn included in the battery pack BC1 are connected to the cell controller CU1, and the positive and negative terminals of each of the battery cells B1 to Bn included in the battery pack BC2. The negative terminal is connected to the cell controller CU2. That is, the cell controller CU (k) (k is an integer of 1 to r) is connected to the positive terminal and the negative terminal of each of the battery cells B1 to Bn included in the battery pack BC (k).
セルコントローラCU1〜CUrは、電池パックBC1〜BCrの各々に含まれている電池セルB1〜Bn各々の電圧(セル電圧と称する)、夫々に流れる電流、電池パックBC(k)の温度等を個別に測定し、その測定結果を示す測定情報を生成する。更に、セルコントローラCU1〜CUrは、バッテリ保護部BMUからの各種制御信号に応じて、上記した測定情報のバッテリ保護部BMUへの供給、或いは電池セルB1〜Bnのうちの任意の電池セルを強制的に放電させる放電処理を行う。 The cell controllers CU1-CUr individually determine the voltage (referred to as cell voltage) of each of the battery cells B1-Bn included in each of the battery packs BC1-BCr, the current flowing therethrough, the temperature of the battery pack BC (k), and the like. And generates measurement information indicating the measurement result. Further, the cell controllers CU1 to CUr supply the above-described measurement information to the battery protection unit BMU or force any battery cell among the battery cells B1 to Bn in response to various control signals from the battery protection unit BMU. A discharge process for electrically discharging is performed.
図2は、セルコントローラCU1〜CUrのうちからCU1を抜粋して、その内部構成の一部を示すブロック図である。 FIG. 2 is a block diagram showing a part of the internal configuration of CU1 extracted from the cell controllers CU1 to CUr.
図2において、電圧センサCS1〜CSnは、電池セルB1〜Bnの各々で生成されたセル電圧を個別に測定し、測定したセル電圧を電池セル毎に表すセル電圧信号V1〜Vnを、バッテリ保護部BMUに供給する。 In FIG. 2, voltage sensors CS1 to CSn individually measure cell voltages generated in each of the battery cells B1 to Bn, and provide cell voltage signals V1 to Vn representing the measured cell voltages for each battery cell. To the BMU.
放電スイッチSW1〜SWn及び抵抗R1〜Rnは、バッテリ保護部BMUから供給された放電制御信号P1〜Pnに応じて、電池セルB1〜Bnの各々を選択的に放電させる放電回路である。放電スイッチSW1〜Wnは、例えばMOS(Metal Oxide Semiconductor) 型又はバイポーラ型のトランジスタ等からなるスイッチ素子である。 The discharge switches SW1 to SWn and the resistors R1 to Rn are a discharge circuit that selectively discharges each of the battery cells B1 to Bn according to the discharge control signals P1 to Pn supplied from the battery protection unit BMU. Each of the discharge switches SW1 to Wn is a switch element including, for example, a MOS (Metal Oxide Semiconductor) type or a bipolar type transistor.
つまり、放電スイッチSW(t)(tは1〜nの整数)は、放電制御信号P(t)が放電停止を指示する例えば論理レベル0を示す場合にはオフ状態となり、放電制御信号P(t)が放電実行を指示する例えば論理レベル1を示す場合にはオン状態となる。放電スイッチSW(t)がオン状態になると、抵抗R(t)を介して電池セルB(t)の正極端子及び負極端子間が電気的に接続され、電池セルB(t)が放電する。この際、放電電流が抵抗R(t)に流れ込んで消費されることで、電池セルB(t)の電池容量が低下する。一方、放電スイッチSW(t)がオフ状態にある間は、抵抗R(t)の一端が開放されるので、上記したような放電は生起されない。 That is, the discharge switch SW (t) (t is an integer of 1 to n) is turned off when the discharge control signal P (t) indicates, for example, a logical level 0 for instructing the discharge to stop, and the discharge control signal P ( When t) indicates, for example, a logic level 1 for instructing execution of discharge, the transistor is turned on. When the discharge switch SW (t) is turned on, the positive terminal and the negative terminal of the battery cell B (t) are electrically connected via the resistor R (t), and the battery cell B (t) is discharged. At this time, the discharge current flows into the resistor R (t) and is consumed, so that the battery capacity of the battery cell B (t) decreases. On the other hand, while the discharge switch SW (t) is in the off state, one end of the resistor R (t) is opened, so that the above-described discharge does not occur.
バッテリ保護部BMUは、電池パックBC1〜BCrを過充電又は過放電の状態から回避させるバッテリ保護処理を行う。すなわち、バッテリ保護部BMUは、セルコントローラCU1〜CUrから取得した上記測定情報に基づき、電池パックBC1〜BCrの過充電又は過放電の状態を監視する。そして、バッテリ保護部BMUは、当該監視結果に基づき、電池パックBC1〜BCrを過充電又は過放電の状態から回避させるための各種制御をセルコントローラCU1〜CUrに施す。 The battery protection unit BMU performs a battery protection process for preventing the battery packs BC1 to BCr from being overcharged or overdischarged. That is, the battery protection unit BMU monitors the state of overcharge or overdischarge of the battery packs BC1 to BCr based on the measurement information acquired from the cell controllers CU1 to CUr. Then, based on the monitoring result, the battery protection unit BMU performs various controls for preventing the battery packs BC1 to BCr from being overcharged or overdischarged to the cell controllers CU1 to CUr.
更に、バッテリ保護部BMUは、バッテリのメンテナンス処理を促すメンテナンス実行信号MEXを受けた場合に、以下に説明するメンテナンス処理を行い、その処理過程で充電制御信号CGS又は放電制御信号DCSを出力する。 Further, when receiving the maintenance execution signal MEX prompting the maintenance process of the battery, the battery protection unit BMU performs a maintenance process described below, and outputs a charge control signal CGS or a discharge control signal DCS in the process.
バッテリ保護部BMUは、上記したバッテリ保護処理及びメンテナンス処理の手順を表すプログラムが格納されているROM(Read Only Memory)10と、ROM10に格納されているプログラムを実行するCPU20と、を含む。
The battery protection unit BMU includes a ROM (Read Only Memory) 10 in which a program representing a procedure of the battery protection process and the maintenance process described above is stored, and a
以下に、例えば電池パックユニット100の累積使用期間が推奨期間に近づいた、或いは電池持続時間が短くなった場合に、電池パックユニット100のメンテナンスを請け負う工場等で行う電池パックユニット100のメンテナンス動作について説明する。
In the following, for example, when the cumulative use period of the
図3は、電池パックユニット100をメンテナンスするために構築するシステム構成を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a system configuration constructed for maintaining the
図3に示すように、メンテナンス対象となる電池パックユニット100の外部電源端子T0及びT1には、電子負荷装置200及び電源装置300が接続される。
As shown in FIG. 3, an
電子負荷装置200は、電池パックユニット100から出力された放電制御信号DCSを受けた場合に、電池パックユニット100に含まれている電池パックBC1〜BCrを外部電源端子T0及びT1を介して強制的に放電させる。
When receiving the discharge control signal DCS output from the
電源装置300は、電池パックユニット100から出力された充電制御信号CDSを受けた場合に、当該充電制御信号CDSにて示される充電電圧を電池パックユニット100の外部電源端子T0及びT1に印加することで電池パックBC1〜BCrを充電する。
When receiving the charge control signal CDS output from the
図3に示すシステム構成において、電池パックユニット100がメンテナンス実行信号MEXを受けると、CPU20が、ROM10に格納されているプログラムに従って図4に示すメンテナンス処理を実行する。
In the system configuration shown in FIG. 3, when the
すなわち、先ず、CPU20は、電池パックBC1〜BCrに夫々含まれている電池セルB1〜Bm各々のセル電圧を均一化するセルバランス調整処理を実行する(ステップS100)。
That is, first, the
図5は、セルバランス調整処理の手順を示すフローチャートである。 FIG. 5 is a flowchart illustrating the procedure of the cell balance adjustment process.
図5において、CPU20は、セルコントローラCU1〜CUrに含まれている全ての放電スイッチSW1〜SWnをオフ状態に設定するように指示する放電制御信号P1〜Pnを、セルコントローラCU1〜CUrに供給する(ステップS11)。
In FIG. 5, the
次に、CPU20は、セルコントローラCU1〜CUrからセル電圧信号V1〜Vnを取り込む(ステップS12)。
Next, the
次に、CPU20は、各セルコントローラCU1〜CUrから取り込んだセル電圧信号V1〜Vnに基づき、電池パックBC1〜BCrに含まれている電池セル各々のセル電圧を合成した電圧を総電圧Vsumとして算出する(ステップS13)。尚、総電圧Vsumは、前述した電池パックユニット100の外部電源端子T0及びT1から出力される電池電圧に相当する。
Next, the
次に、CPU20は、総電圧Vsumが以下に説明するバランス電圧BVよりも低いか否かを判定する(ステップS14)。
Next, the
バランス電圧BVは、全電池セルのセル電圧を均一化する際のターゲットとなる固定電圧であり、電池セルの電池容量に対する放電電圧の推移を表す例えば図6に示すような放電特性に基づき、以下のように求める。 The balance voltage BV is a fixed voltage that is a target when the cell voltages of all the battery cells are equalized, and is based on a discharge characteristic as shown in FIG. Ask like.
すなわち、先ず、当該放電特性に基づき、電池容量の低下につれて低下する放電電圧の低下率が大きく変化する変化点での電池容量に対応した放電電圧より低い電圧、いわゆる放電末期の電圧を、電池セル1つあたりの基本バランス電圧FVとする。 That is, first, based on the discharge characteristics, a voltage lower than the discharge voltage corresponding to the battery capacity at a change point at which the rate of decrease of the discharge voltage that decreases as the battery capacity greatly changes, that is, the voltage at the end of discharge, One basic balance voltage FV is used.
例えば、図6に示すような、電池セルがリチウムイオン電池である場合の放電特性によると、満充電時の約10%の電池容量を境として、電池容量の低下に対する放電電圧の低下率が急激に増加している。そこで、図6に示す一例では、電池容量が満充電時の10%での放電電圧V0よりも低い電圧である放電末期の放電電圧を、電池セル1つあたりの基本バランス電圧FVとして決定する。そして、基本バランス電圧FVを電池パックBC1〜BCrによる電池セルの直列段数である(n・r)倍した電圧を、バランス電圧BVとする。 For example, according to the discharge characteristics when the battery cell is a lithium ion battery as shown in FIG. 6, the rate of decrease in the discharge voltage with respect to the decrease in the battery capacity sharply starts at about 10% of the battery capacity when fully charged. Has increased. Therefore, in the example shown in FIG. 6, the discharge voltage at the end of discharge, which is a voltage lower than the discharge voltage V0 at 10% of the battery capacity at full charge, is determined as the basic balance voltage FV per battery cell. Then, a voltage obtained by multiplying the basic balance voltage FV by (n · r), which is the number of battery cells in series by the battery packs BC1 to BCr, is defined as a balance voltage BV.
ステップS14において総電圧Vsumがバランス電圧BVよりも低くないと判定した場合、CPU20は、電池パックBC1〜BCrを強制的に放電させる放電制御信号DCSを電子負荷装置200に供給する(ステップS15)。この際、電子負荷装置200は、当該放電制御信号DCSに応じて、電池パックBC1〜BCrに含まれている全ての電池セルを放電させる。
If it is determined in step S14 that the total voltage Vsum is not lower than the balance voltage BV, the
ステップS15の実行後、CPU20は、上記したステップS14の実行に戻り、前述した動作を再び実行する。
After the execution of step S15, the
この間、ステップS14において総電圧Vsumがバランス電圧BVよりも低いと判定した場合、CPU20は、放電の停止を指示する放電制御信号DCSを電子負荷装置200に供給する(ステップS16)。これにより、電子負荷装置200は、電池パックBC1〜BCrに含まれている全電池セルに対する強制放電を停止させる。
During this time, if it is determined in step S14 that the total voltage Vsum is lower than the balance voltage BV, the
上記ステップS14〜S16の実行により、CPU20は、総電圧Vsumがバランス電圧BVを下回るまで電池パックBC1〜BCrに含まれている全電池セルを放電させることを指示する放電制御信号DCSを出力する。すると、電子負荷装置200が、当該放電制御信号DCSに応じて、電池パックBC1〜BCrに含まれている全ての電池セルを強制的に放電させる。これにより、各電池セルのセル電圧が時間経過につれて徐々に低下し、それに伴い総電圧Vsumも低下してその電圧値がバランス電圧BVを下回る。
By executing the above steps S14 to S16, the
ステップS16の実行後、CPU20は、バランス電圧BVで電池パックBC1〜BCrを充電させることを指示する充電制御信号CGSを電源装置300に供給する(ステップS17)。電源装置300は、当該充電制御信号CGSに応じてバランス電圧BVを生成し、当該バランス電圧BVを電池パックユニット100の外部電源端子T0及びT1に印加することで、電池パックBC1〜BCrを充電する。
After the execution of step S16, the
次に、CPU20は、セルコントローラCU1〜CUrの各々からセル電圧信号V1〜Vnを取り込む(ステップS18)。そして、取り込んだセル電圧信号群に基づき、CPU20は、電池パックBC1〜BCrに含まれている全ての電池セルのセル電圧のうちから、最大のセル電圧をセル電圧Vmax、最小のセル電圧をセル電圧Vminとして検出する(ステップS19)。
Next, the
次に、CPU20は、セル電圧Vmaxとセル電圧Vminとの差が所定の許容電圧差VALより小さいか否かを判定する(ステップS20)。つまり、ステップS20の実行により、CPU20は、全ての電池セル各々のセル電圧のうちの最大のセル電圧Vmaxと最小のセル電圧Vminとの差が許容電圧差VALより小さくなる程度に、各セル電圧の電圧値が均一化したか否かを判定する。
Next, the
ステップS20にてセル電圧Vmaxとセル電圧Vminとの差がVALよりも小ではないと判定した場合、CPU20は、セル電圧Vminを生成した電池セル以外の電池セルの各々に対応した放電スイッチを全てオン状態にするように指示する放電制御信号P1〜PnをセルコントローラCU1〜CUrに供給する(ステップS21)。これにより、各セルコントローラに含まれる放電スイッチSW1〜SWnのうちで、放電制御信号P1〜Pnによってオン状態に指定された放電スイッチがオン状態となり、その放電スイッチに接続されている電池セルが強制的に放電される。
If it is determined in step S20 that the difference between the cell voltage Vmax and the cell voltage Vmin is not smaller than VAL, the
ステップS21の実行後、CPU20は、上記ステップS18の実行に戻り、前述したステップS18〜S21の動作を再び実行する。
After the execution of step S21, the
上記したステップS17〜S21の実行により、CPU20は、前述した放電処理(S14〜S16)によって総電圧Vsumがバランス電圧BVを下回った後に、以下の処理を行う。
By executing the above-described steps S17 to S21, the
すなわち、CPU20は、VmaxとVminとの差、つまり全電池セルのセル電圧同士の差が許容電圧差VALより小さくなるまで、電池パックBC1〜BCrにバランス電圧BVを印加して充電させることを指示する充電制御信号CGSを出力する。当該充電制御信号CGSに応じて、電源装置300は、バランス電圧BVを生成し、これを外部電源端子T0及びT1を介して電池パックBC1〜BCrに印加することで、電池パックBC1〜BCrを充電する。
That is, the
この間、ステップS20にてセル電圧Vmaxとセル電圧Vminとの差分が許容電圧差VALよりも小であると判定した場合、CPU20は、セルバランス調整処理S100を抜け、次の充電処理(ステップS200)の実行に移行する。
During this time, if it is determined in step S20 that the difference between the cell voltage Vmax and the cell voltage Vmin is smaller than the allowable voltage difference VAL, the
当該充電処理において、CPU20は、セルコントローラCU1〜CUrの各々からセル電圧信号V1〜Vnを取り込み、取り込んだセル電圧信号群に基づき、上記ステップS13と同様に総電圧Vsumを算出する。そして、CPU20は、当該総電圧Vsumの電圧値が、電池パックユニット100の定格電圧値と等しくなるまで、電池パックユニット100の外部電源端子T0及びT1に充電電圧を印加させることを指示する充電制御信号CGSを電源装置200に供給する。
In the charging process, the
ここで、総電圧Vsumの電圧値が定格電圧値と等しくなった場合に、COU20は、電池パックBC1〜BCrが満充電状態になったと判断して、図4に示すメンテナンス処理を終了する。
Here, when the voltage value of total voltage Vsum becomes equal to the rated voltage value,
以下に、図3に示すシステム構成において、図5に示すセルバランス調整処理を実行することで達成されるセル電圧の均一化について説明する。 Hereinafter, uniformization of the cell voltage achieved by executing the cell balance adjustment processing shown in FIG. 5 in the system configuration shown in FIG. 3 will be described.
図7は、当該バランス調整処理の実施直前での、電池パックBC1〜BCr各々に含まれている電池セルB1〜Bnのセル電圧の状態の一例を表す図である。図7に示す一例では、電池セル各々のセル電圧にはバラツキが生じており、且つ電池パックBC1〜BCrに含まれている全ての電池セルのセル電圧を合成した総電圧Vsumは、バランス電圧BV(=FV・n・r)よりも大であるとする。 FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the state of the cell voltages of the battery cells B1 to Bn included in each of the battery packs BC1 to BCr immediately before the execution of the balance adjustment process. In the example shown in FIG. 7, the cell voltages of the battery cells vary, and the total voltage Vsum obtained by combining the cell voltages of all the battery cells included in the battery packs BC1 to BCr is the balance voltage BV. (= FV · n · r).
よって、電池パックユニット100がメンテナンス実行信号MEXを受けると、先ず、総電圧Vsumがバランス電圧BVより小さくなるまで、電池パックBC1〜BCrに含まれている全ての電池セルが強制的に放電される(S14、S15)。そして、総電圧Vsumがバランス電圧BVより小さくなったときに、この放電が停止する(S16)。
Therefore, when the
図8は、当該放電停止直後での、電池パックBC1〜BCrの各々に含まれている電池セルB1〜Bn各々のセル電圧の状態の一例を表す図である。 FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the state of the cell voltage of each of the battery cells B1 to Bn included in each of the battery packs BC1 to BCr immediately after the stop of the discharge.
つまり、上記した強制放電(S14、S15)により、図8に示すように、各電池パックBCに含まれている電池セルB1〜Bn各々のセル電圧が基本バランス電圧FV近傍まで低下する。 That is, due to the above-described forced discharge (S14, S15), as shown in FIG. 8, the cell voltage of each of the battery cells B1 to Bn included in each battery pack BC decreases to near the basic balance voltage FV.
そして、この強制放電を停止(S16)した後で、バランス電圧BVが電池パックユニットの外部電源端子T0及びT1に印加され、当該バランス電圧BVによって電池パックBC1〜BCrに対する充電が行われる(S17)。 After stopping the forced discharge (S16), the balance voltage BV is applied to the external power supply terminals T0 and T1 of the battery pack unit, and the battery packs BC1 to BCr are charged by the balance voltage BV (S17). .
更に、当該充電中において、電池パックBC1〜BCrに含まれている全電池セルのセル電圧のうちで最大のセル電圧Vmaxと最小のセル電圧Vminとの差が許容電圧差VALより小となるまで、最小のセル電圧Vminを生成している電池セル以外の電池セルを強制的に放電させる(S20〜S21)。 Further, during the charging, until the difference between the maximum cell voltage Vmax and the minimum cell voltage Vmin among the cell voltages of all the battery cells included in the battery packs BC1 to BCr becomes smaller than the allowable voltage difference VAL. Then, the battery cells other than the battery cell generating the minimum cell voltage Vmin are forcibly discharged (S20 to S21).
例えば、図8に示す一例では、電池パックBC1に含まれている電池セルB2、及び電池パックBCrに含まれている電池セルB1のセル電圧が最小である。よって、電池パックBC1に含まれている電池セルB2及び電池パックBCrに含まれている電池セルB1は充電され、夫々のセル電圧が徐々に上昇する。一方、これら電池パックBC1に含まれている電池セルB2、及び電池パックBCrに含まれている電池セルB1以外の他の放電セルは、夫々に接続されている放電回路(SW1〜SWn、R1〜Rn)によって個別に放電し、各セル電圧が徐々に下降して行く。 For example, in the example shown in FIG. 8, the cell voltages of the battery cell B2 included in the battery pack BC1 and the battery cell B1 included in the battery pack BCr are the minimum. Therefore, the battery cell B2 included in the battery pack BC1 and the battery cell B1 included in the battery pack BCr are charged, and the respective cell voltages gradually increase. On the other hand, the discharge cells other than the battery cell B2 included in the battery pack BC1 and the battery cell B1 included in the battery pack BCr are connected to the respective discharge circuits (SW1 to SWn, R1 to R1). Rn), each cell is discharged, and each cell voltage gradually decreases.
その結果、セル電圧Vmaxとセル電圧Vminとの差が小さくなり、電池パックBC1〜BCrに含まれている全ての電池セルのセル電圧が均一化する。 As a result, the difference between the cell voltage Vmax and the cell voltage Vmin is reduced, and the cell voltages of all the battery cells included in the battery packs BC1 to BCr are made uniform.
図9は、セル電圧Vmaxとセル電圧Vminとの差が許容電圧差VALより小となった場合での、電池パックBC1〜BCrの各々に含まれる電池セルB1〜Bn各々のセル電圧の状態の一例を表す図である。 FIG. 9 shows the state of the cell voltage of each of the battery cells B1 to Bn included in each of the battery packs BC1 to BCr when the difference between the cell voltage Vmax and the cell voltage Vmin is smaller than the allowable voltage difference VAL. It is a figure showing an example.
このように、図5に示すセルバランス調整によると、各電池パックの電池パック電圧同士に比較的大きな電圧差があっても、各電池パックに含まれている電池セル各々のセル電圧が、セル電圧同士の差が許容電圧差より小さくなる程度に均一化される。 As described above, according to the cell balance adjustment shown in FIG. 5, even if there is a relatively large voltage difference between the battery pack voltages of the respective battery packs, the cell voltages of the battery cells included in the respective battery packs are reduced. The voltage is equalized so that the difference between the voltages is smaller than the allowable voltage difference.
よって、当該セルバランス調整を電池パックユニット100に施すことにより、複数の電池パックに施す放電処理のみで、電池パック単位で電圧の均一化を図る場合に比べて、各電池パックに含まれる電池セル各々のセル電圧の差を小さくできる。これにより、セルバランス調整の終了後に実施する、各電池パックを満充電の状態に至らせるための充電時において、過充電の状態となる電池セルの数、及び過充電の状態が継続する期間を減らすことができるので、電池寿命の低下を抑制することが可能となる。
Therefore, by performing the cell balance adjustment on the
尚、図1に示す実施例では、電池パックユニット100に含まれるセルコントローラCU1〜CUr及びバッテリ保護部BMUが、図5に示すステップS11〜S16による放電処理と、ステップS17〜S20による充電処理と、を実施している。
In the embodiment shown in FIG. 1, the cell controllers CU1-CUr and the battery protection unit BMU included in the
要するに、電池パックユニット100としては、直列に接続されている第1〜第n(nは2以上の整数)の電池セル(B1〜Bn)からなる電池セル群を夫々が含む第1〜第r(rは2以上の整数)の電池パック(BC1〜BCr)の他に、以下の外部電源端子、放電処理部及び充電処理部を含むものであれば良い。
In short, as the
つまり、外部電源端子(T0、T1)は、第1〜第rの電池パック(BC1〜BCr)の各々で生成された電圧を合成した電圧を総電圧(Vsum)として出力すると共に、第1〜第rの電池パックを充電する電圧を受けるために設けられている。 That is, the external power supply terminals (T0, T1) output a voltage obtained by combining the voltages generated in the first to r-th battery packs (BC1 to BCr) as a total voltage (Vsum), and It is provided to receive a voltage for charging the rth battery pack.
放電処理部(CS1〜CSn、BMU)は、総電圧(Vsum)が予め定められたバランス電圧(BV)より大きい場合に、この総電圧がバランス電圧を下回るまで第1〜第rの電池パックに含まれる全ての電池セル群を放電せしめることを指示する放電制御信号(DCS)を出力する。 When the total voltage (Vsum) is higher than a predetermined balance voltage (BV), the discharge processing units (CS1 to CSn, BMU) supply the first to r-th battery packs until the total voltage falls below the balance voltage. A discharge control signal (DCS) for instructing to discharge all the battery cell groups included is output.
充電処理部(CS1〜CSn、BMU)は、放電処理部による電池セル群の放電によって総電圧がバランス電圧を下回った後に、第1〜第rの電池パックに含まれる全電池セルのセル電圧同士の差が許容差(VAL)より小さくなるまで、外部電源端子(T0、T1)にバランス電圧を印加して充電せしめることを指示する充電制御信号(CGS)を出力する。 The charge processing units (CS1 to CSn, BMU) connect the cell voltages of all the battery cells included in the first to rth battery packs after the total voltage falls below the balance voltage due to the discharge of the battery cell group by the discharge processing unit. Until the difference becomes smaller than the allowable difference (VAL), a charge control signal (CGS) for instructing charging by applying a balance voltage to the external power supply terminals (T0, T1) is output.
また、上記実施例では、電池パックユニット100として、複数の電池パック(BC1〜BCr)を含むものを例にとってその構成を説明したが、少なくとも1つの電池パックが含まれていれば良い。
Further, in the above-described embodiment, a configuration including a plurality of battery packs (BC1 to BCr) has been described as an example of the
要するに、電池パックユニット100としては、直列に接続されている第1〜第n(nは2以上の整数)の電池セルからなる電池セル群(B1〜Bn)を含む電池パック(BC)の他に、以下の放電処理部及び充電処理部を含むものであれば良い。
In short, as the
つまり、放電処理部(CS1〜CSn、BMU)は、第1〜第nの電池セル各々の電圧であるセル電圧(V1〜Vn)を合成した総電圧(Vsum)が予め定められたバランス電圧(BV)より大きい場合に、この総電圧がバランス電圧を下回るまで電池セル群(B1〜Bn)を放電せしめることを指示する放電制御信号(DCS)を出力する。 That is, the discharge processing unit (CS1 to CSn, BMU) sets the total voltage (Vsum) obtained by combining the cell voltages (V1 to Vn), which are the voltages of the first to nth battery cells, to a predetermined balance voltage (Vsum). If the total voltage is lower than the balance voltage, a discharge control signal (DCS) for instructing the battery cell groups (B1 to Bn) to be discharged is output.
充電処理部(CS1〜CSn、BMU)は、上記した放電処理部による電池セル群(B1〜Bn)の放電によって総電圧(Vsum)がバランス電圧(BV)を下回った後に、以下のように充電制御信号(CGS)を出力する。つまり、当該充電処理部は、第1〜第nの電池セル(B1〜Bn)のセル電圧同士の差が許容差(VAL)より小さくなるまで、電池パックにバランス電圧(BV)を印加して充電せしめることを指示する信号を、充電制御信号(CGS)として出力する。 The charge processing units (CS1 to CSn, BMU) charge as follows after the total voltage (Vsum) falls below the balance voltage (BV) due to the discharge of the battery cell groups (B1 to Bn) by the discharge processing unit. It outputs a control signal (CGS). That is, the charge processing unit applies the balance voltage (BV) to the battery pack until the difference between the cell voltages of the first to nth battery cells (B1 to Bn) becomes smaller than the tolerance (VAL). A signal instructing charging is output as a charge control signal (CGS).
よって、当該電池パックユニット100に図5に示すセルバランス調整を施すことにより、電池パックに施す放電処理のみで当該電池パックに含まれる複数の電池セル各々のセル電圧の均一化を図る場合に比べて、セル電圧同士の差を小さくできる。これにより、セルバランス調整の終了後に実施する、電池パックを満充電の状態に至らせるための充電時において、過充電の状態となる電池セルの数、及び過充電の状態が継続する期間を減らすことができるので、電池寿命の低下を抑制することが可能となる。
Therefore, by performing the cell balance adjustment shown in FIG. 5 on the
また、図5に示すセルバランス調整では、図8及び図9に示すように、電池セルの放電末期の電圧である基本バランス電圧FVをターゲットとして、各電池パックに含まれる電池セルB1〜Bn各々のセル電圧を揃えている。ここで、電池セルの電池容量が約10%以下となる放電末期では、その電池容量が約10%を超えている場合に比べて、図6に示すように、電池容量の低下に対する放電電圧の低下量が大きい。これにより、放電末期では放電末期以前に比べて、電池セル同士の電池容量の差に対応した放電電圧の差が大きくなる。 In the cell balance adjustment shown in FIG. 5, as shown in FIGS. 8 and 9, each of the battery cells B <b> 1 to Bn included in each battery pack is targeted for the basic balance voltage FV which is the voltage at the end of discharge of the battery cells. Cell voltages are aligned. Here, in the last stage of the discharge when the battery capacity of the battery cell becomes about 10% or less, as shown in FIG. 6, the discharge voltage with respect to the decrease in the battery capacity is compared with the case where the battery capacity exceeds about 10%. The amount of decrease is large. As a result, the difference in the discharge voltage corresponding to the difference in the battery capacity between the battery cells is larger at the end of discharge than at the end of discharge.
よって、放電末期の電圧である基本バランス電圧FVを、セル電圧を揃えるためのターゲット電圧とすることで、各電池パックに含まれる電池セルB1〜Bn各々のセル電圧を、精度良く均一化することが可能となる。 Therefore, the cell voltage of each of the battery cells B1 to Bn included in each battery pack can be accurately and uniformly set by using the basic balance voltage FV, which is the voltage at the end of discharge, as the target voltage for aligning the cell voltages. Becomes possible.
尚、上記実施例では、図3に示すように、メンテナンス対象となる電池パックユニット100に電子負荷装置200を接続し、当該電子負荷装置200により、電池パックBC1〜BCrに含まれる全電池セルを一斉に放電(S15)させている。
In the above embodiment, as shown in FIG. 3, the
しかしながら、かかる全電池セルの一斉放電を電子負荷装置200ではなく、セルコントローラCU1〜CUrの各々に含まれる放電回路(R1〜Rn、SW1〜SWn)で行うようにしても良い。
However, the simultaneous discharge of all the battery cells may be performed not by the
図10は、かかる点に鑑みて為された、電池パックユニット100のメンテナンスを行う際に構築されるシステム構成の他の一例を示すブロック図である。
FIG. 10 is a block diagram showing another example of a system configuration constructed when the maintenance of the
図10に示すシステム構成では、電子負荷装置200は用いられず、充電用の電源装置300だけが電池パックユニット100の外部電源端子T0及びT1に接続されている。
In the system configuration shown in FIG. 10, the
図11は、電池パックユニット100のメンテナンスを行うにあたり、図10に示すシステム構成を採用した場合に、図4に示すステップS100で実施されるセルバランス調整処理の手順を示すフローチャートである。
FIG. 11 is a flowchart illustrating a procedure of the cell balance adjustment process performed in step S100 illustrated in FIG. 4 when the system configuration illustrated in FIG. 10 is employed in performing the maintenance of the
尚、図11に示すフローチャートでは、図5に示されるステップS15及びS16に代えてステップS150及びS160を採用した点を除く他のステップS11〜S14、S17〜S21の動作については、図5に示すものと同一である。よって、以下に、ステップS150及びS160の動作のみ説明する。 Note that, in the flowchart shown in FIG. 11, the operations of steps S11 to S14 and S17 to S21 other than the point that steps S150 and S160 are adopted instead of steps S15 and S16 shown in FIG. 5 are shown in FIG. It is the same as the one. Therefore, only the operation of steps S150 and S160 will be described below.
ステップS150は、図11に示すステップS14にてCPU20が総電圧Vsumよりもバランス電圧BVが高くないと判定した場合に実行される。ステップS150では、CPU20は、セルコントローラCU1〜CUrに含まれている放電スイッチSW1〜SWnを全てオン状態に設定する放電制御信号P1〜PrをセルコントローラCU1〜CUrに供給する。かかるステップS150の実行後、CPU20は、ステップS14の実行に戻り、前述した動作を再び実行する。
Step S150 is executed when the
この間、ステップS14において総電圧Vsumよりもバランス電圧BVが高いと判定した場合、CPU20は、ステップS160を実行する。ステップS160では、CPU20は、セルコントローラCU1〜CUrに含まれている放電スイッチSW1〜SWnを全てオフ状態に設定する放電制御信号P1〜PrをセルコントローラCU1〜CUrに供給する。かかるステップS160の実行後、CPU20は、前述したステップS17の実行に移行する。
During this time, if it is determined in step S14 that the balance voltage BV is higher than the total voltage Vsum, the
すなわち、ステップS14、S150及びS160の実行により、CPU20は、総電圧Vsumがバランス電圧BVより大きい場合に、当該VsumがBVを下回るまで電池パックBC1〜BCrに含まれている全電池セルを放電せしめる。つまり、この際、セルコントローラCU1〜CUrの各々に含まれている放電回路(R1〜Rn、SW1〜SWn)が、電池パックBC1〜BCrに含まれている全ての電池セルを強制的に放電させる。
That is, by executing steps S14, S150 and S160, when the total voltage Vsum is higher than the balance voltage BV, the
要するに、図11に示すようなセルバランス調整処理を行う場合、電池パックユニット100としては、直列に接続されている第1〜第n(nは2以上の整数)の電池セルからなる電池セル群(B1〜Bn)を含む電池パック(BC)の他に、以下の放電処理部及び充電処理部を含むものであれば良い。
In short, when performing the cell balance adjustment process as shown in FIG. 11, the
すなわち、放電処理部(CS1〜CSn、SW1〜SWn、R1〜Rn、BMU)は、第1〜第nの電池セル各々の電圧であるセル電圧(V1〜Vn)を合成した総電圧(Vsum)が予め定められたバランス電圧(BV)より大きい場合に、この総電圧がバランス電圧を下回るまで電池セル群(B1〜Bn)を放電せしめる。 That is, the discharge processing units (CS1 to CSn, SW1 to SWn, R1 to Rn, and BMU) combine the cell voltages (V1 to Vn), which are the voltages of the first to nth battery cells, to a total voltage (Vsum). Is larger than a predetermined balance voltage (BV), the battery cell groups (B1 to Bn) are discharged until the total voltage falls below the balance voltage.
充電処理部(CS1〜CSn、BMU)は、この放電処理部による電池セル群(B1〜Bn)の放電によって総電圧(Vsum)がバランス電圧(BV)を下回った場合に、セル電圧同士の差が許容差(VAL)より小さくなるまで、電池パックにバランス電圧(BV)を印加して充電せしめることを指示する充電制御信号(CGS)を出力する。 When the total voltage (Vsum) falls below the balance voltage (BV) due to the discharge of the battery cell groups (B1 to Bn) by the discharge processing unit, the charge processing units (CS1 to CSn, BMU) determine the difference between the cell voltages. Until is smaller than the tolerance (VAL), a charge control signal (CGS) for instructing the battery pack to be charged by applying the balance voltage (BV) is output.
かかる構成によれば、セルバランス調整を実施するにあたり、電子負荷装置200を用いることなく、図8に示すように各電池パックBCに含まれている電池セルB1〜Bn各々のセル電圧を基本バランス電圧FV近傍まで低下させることが可能となる。
According to such a configuration, in performing the cell balance adjustment, the cell voltages of the battery cells B1 to Bn included in each battery pack BC are adjusted to the basic balance without using the
100 電池パックユニット
200 電子負荷装置
300 電源装置
B1〜Bn 電池セル
BC1〜BCr 電池パック
BMU バッテリ保護部
CU1〜CUr セルコントローラ
SW1〜SWn 放電スイッチ
REFERENCE SIGNS
SW1-SWn discharge switch
Claims (9)
前記電池セル群の第1〜第nの電池セルの各々の電圧であるセル電圧を合成した総電圧が予め定められたバランス電圧より大きい場合に、前記総電圧が前記バランス電圧を下回るまで前記電池セル群を放電せしめることを指示する信号である放電制御信号を出力する放電処理部と、
前記放電処理部による前記電池セル群の放電によって前記総電圧が前記バランス電圧を下回った後に、前記第1〜第nの電池セルの前記セル電圧同士の差が許容差よりも小さくなるまで、前記電池パックに前記バランス電圧を印加して充電せしめることを指示する信号である充電制御信号を出力する充電処理部と、を有することを特徴とする電池パックユニット。 A battery pack including a battery cell group consisting of first to n-th (n is an integer of 2 or more) battery cells connected in series;
When the total voltage obtained by combining the cell voltages, which are the voltages of the first to n-th battery cells of the battery cell group, is greater than a predetermined balance voltage, the battery is operated until the total voltage falls below the balance voltage. A discharge processing unit that outputs a discharge control signal that is a signal instructing to discharge the cell group,
After the total voltage falls below the balance voltage due to the discharge of the battery cell group by the discharge processing unit, until the difference between the cell voltages of the first to nth battery cells becomes smaller than an allowable difference, A battery pack unit comprising: a charge processing unit that outputs a charge control signal that is a signal for instructing the battery pack to be charged by applying the balance voltage.
前記第1〜第nの電池セルを個別に放電させることができる放電回路によって、前記総電圧が前記バランス電圧を下回った時点から、前記最大のセル電圧と前記最小のセル電圧との差が前記許容電圧差より小さくなるまでの間に亘り、前記第1〜第nの電池セルのうちで前記最小のセル電圧を生成する電池セル以外の各電池セルを放電させることを特徴とする請求項1に記載の電池パックユニット。 The discharge processing unit,
By a discharge circuit capable of individually discharging the first to nth battery cells, a difference between the maximum cell voltage and the minimum cell voltage is reduced from the time when the total voltage falls below the balance voltage. over until smaller than the allowable voltage difference, claim 1, wherein the first through characterized by discharging the battery cells other than the cell that produces the minimum cell voltage among the battery cells of the n the battery pack unit according to.
前記最大のセル電圧と前記最小のセル電圧との差が前記許容差より小さくなった場合に、前記総電圧の電圧値が定格電圧値と等しくなるまで前記電池パックを充電させることを指示する信号を前記充電制御信号として出力することを特徴とする請求項2に記載の電池パックユニット。 The charging processing unit,
A signal indicating that the battery pack is charged until the voltage value of the total voltage becomes equal to a rated voltage value when a difference between the maximum cell voltage and the minimum cell voltage is smaller than the tolerance. 3 is output as the charge control signal.
前記所定の電圧は、前記電池セルの満充電時の容量の10%以下の電池容量に対応した放電電圧であることを特徴とする請求項4に記載の電池パックユニット。 The battery cell is a lithium ion battery,
The battery pack unit according to claim 4, wherein the predetermined voltage is a discharge voltage corresponding to a battery capacity of 10% or less of a capacity of the battery cell when fully charged.
前記電池セル群の前記第1〜第nの電池セルの各々の電圧であるセル電圧を合成した総電圧が予め定められたバランス電圧を下回るまで前記電池セル群を放電せしめる放電ステップと、
前記総電圧が前記バランス電圧を下回った後に、前記セル電圧同士の差が許容差よりも小さくなるまで、前記電池パックに前記バランス電圧を印加して充電せしめる充電ステップと、
を有することを特徴とするセルバランス調整方法。 A cell balance adjusting method for adjusting a voltage of each of the battery cells of a battery pack including a battery cell group including first to nth (n is an integer of 2 or more) battery cells connected in series,
A discharging step of discharging the battery cell group until a total voltage obtained by combining cell voltages that are voltages of the first to nth battery cells of the battery cell group falls below a predetermined balance voltage;
After the total voltage falls below the balance voltage, a charging step of applying the balance voltage to the battery pack and charging the battery pack until the difference between the cell voltages is smaller than a tolerance.
A cell balance adjusting method comprising:
前記電池セル群の第1〜第nの電池セルの各々の電圧であるセル電圧を合成した総電圧が予め定められたバランス電圧より大きい場合に、前記総電圧が前記バランス電圧を下回るまで前記電池セル群を放電せしめる放電処理部と、
前記放電処理部による前記電池セル群の放電によって前記総電圧が前記バランス電圧を下回った場合に、前記セル電圧同士の差が許容差よりも小さくなるまで、前記電池パックに前記バランス電圧を印加して充電せしめることを指示する信号である充電制御信号を出力する充電処理部と、
を有することを特徴とする電池パックユニット。 A battery pack including a battery cell group consisting of first to n-th (n is an integer of 2 or more) battery cells connected in series;
When the total voltage obtained by combining the cell voltages, which are the voltages of the first to n-th battery cells of the battery cell group, is greater than a predetermined balance voltage, the battery is operated until the total voltage falls below the balance voltage. A discharge processing unit for discharging the cell group;
When the total voltage falls below the balance voltage due to the discharge of the battery cell group by the discharge processing unit, the balance voltage is applied to the battery pack until the difference between the cell voltages becomes smaller than an allowable difference. A charge processing unit that outputs a charge control signal that is a signal instructing to charge the battery;
A battery pack unit comprising:
前記第1〜第rの電池パックの各々で生成された電圧を合成した電圧を総電圧として出力すると共に、前記第1〜第rの電池パックを充電する電圧を受けるための外部電源端子と、
前記総電圧が予め定められたバランス電圧より大きい場合に、前記総電圧が前記バランス電圧を下回るまで前記第1〜第rの電池パックに含まれる全ての電池セル群を放電せしめることを指示する信号である放電制御信号を出力する放電処理部と、
前記放電処理部による前記電池セル群の放電によって前記総電圧が前記バランス電圧を下回った後に、前記第1〜第rの電池パックに含まれる全ての前記電池セルにおける前記セル電圧同士の差が許容差よりも小さくなるまで、前記外部電源端子に前記バランス電圧を印加して充電せしめることを指示する信号である充電制御信号を出力する充電処理部と、
を有することを特徴とする電池パックユニット。 First to r-th (r is an integer of 2 or more) battery packs each including a battery cell group including first to n-th (n is an integer of 2 or more) battery cells connected in series;
An external power supply terminal for receiving a voltage for charging the first to r-th battery packs, while outputting a voltage obtained by combining the voltages generated in the first to r-th battery packs as a total voltage,
When the total voltage is higher than a predetermined balance voltage, a signal indicating that all the battery cell groups included in the first to rth battery packs are discharged until the total voltage falls below the balance voltage. A discharge processing unit that outputs a discharge control signal that is
After the total voltage falls below the balance voltage due to the discharge of the battery cell group by the discharge processing unit, a difference between the cell voltages of all the battery cells included in the first to r-th battery packs is allowed. Until the difference is smaller than the difference, a charge processing unit that outputs a charge control signal that is a signal that instructs the external power supply terminal to apply the balance voltage and charge the battery,
A battery pack unit comprising:
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