JP7846582B2 - セルバランシング方法及びそのシステム - Google Patents

セルバランシング方法及びそのシステム

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Description

本発明は、セルバランシング方法及びそのシステム、特に電気自動車に搭載された電池パックを構成するリチウムイオン電池のセルの充電率を調整するセルバランシング方法及びそのシステムに関する。
電気自動車に搭載された動力源であるリチウムイオン電池は、使用環境により特性が劣化して行く。例えば、当初維持していた電池容量は、高温で放置するほど劣化が進行し、時間の経過と共に電池容量が低下する。また、充電率（ＳＯＣ：State of Charge）の高い状態で放置するほど劣化が進行し、時間の経過と共に電池容量が低下する。このようにリチウムイオン電池には、高温、高ＳＯＣの状態で時間が経過する程、劣化が促進される傾向が有る。
また、この劣化の問題は、電池パックを構成するリチウムイオン電池の各セルにおいてもそれぞれ生起し、その配置位置などによって劣化度合いは異なり、劣化のバラつきはリチウムイオン電池の作用に悪影響を与える。
特許文献１では、電気自動車が停車中に、バッテリが高温かつ高ＳＯＣ状態に有ることを所定時間内において所定回数検知した場合に、電気自動車の補機を作動させてバッテリを放電させＳＯＣを下げている。このようにして、バッテリが高温かつ高ＳＯＣ状態に晒されないようにしてバッテリの劣化を抑止している。
特開２０１５－３７０１１号公報
特許文献１の方法では、バッテリが、劣化の促進される高温、高ＳＯＣの状態下に有る場合にのみ、劣化を抑制するための動作が行われている。しかし、その動作はバッテリ全体で統一して行うため、バッテリを構成する個々のセル毎に制御して劣化の促進を抑制することはできない。バッテリを構成するセルは、上述のようにその全てが同じ劣化状況に有る分けではなく、セル毎に容量、ＳＯＣ、ＳＯＣが時間の経過とともに低下する割合を表す「容量維持率」、この容量維持率に関わる劣化の促進の程度を表す「劣化係数」などが異なることから、セル毎に劣化の進行状態が異なっている。特に、セル間での容量維持率のバラツキが大きい場合は、バッテリ全体としてみた場合に特性の劣化が著しい。例えば、容量維持率の低いセルについて放電が早いことなどから生じる種々の問題がバッテリ全体に悪影響を与えることが知られている。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電気自動車に搭載される電池パックを構成する複数のリチウムイオン電池のセルについて、各セル毎に的確に劣化の促進を抑制することのできるセルバランシング方法及びそのシステムを提供することにある。
上記目的の達成のため本発明の一実施の形態は、
電気自動車にその動力源として搭載される複数のセルから構成されるリチウムイオン電池のセルのＳＯＣを調整するセルバランシング方法において、
前記電気自動車が停車してから次の始動時までの停車時間を、所定期間に亘り収集した停車時間の統計値に基づいて予測する予測停車時間設定工程と、
前記予測された予測停車時間の経過後である前記次の始動時における前記リチウムイオン電池の各セルの容量維持率を、前記各セルの停車中の測定温度又は推定温度、ＳＯＣ、及び劣化係数に基づいて算出して推定する容量維持率算出推定工程と、
前記推定された前記容量維持率の最大値と最小値の差が所定値以上となる場合に、前記容量維持率の最大値と最小値の差を前記所定値以内とするための前記最大値及び最小値の何れか一方又は双方のセルのＳＯＣ調整値を設定するＳＯＣ調整値設定工程と、
前記電気自動車が停車中に、前記セルのＳＯＣを増減調整可能なＳＯＣ調整装置により前記最大値及び最小値の何れか一方又は双方のＳＯＣを、前記ＳＯＣ調整値設定工程で設定された前記ＳＯＣ調整値に調整するＳＯＣ調整工程と、
を有することを特徴とする。
この方法によれば、容量維持率算出推定工程により電気自動車が停車してから次の始動時における各セルの容量維持率が推定され、容量維持率の最大値と最小値の差が所定値（閾値）以上となる場合に、次の始動時には最大値及び最小値の差が所定値以内となるように最大値及び最小値の何れか一方又は双方のセルのＳＯＣ調整値が設定され、停車中に最大値及び最小値の何れか一方又は双方のセルのＳＯＣが設定されたＳＯＣ調整値になるように調整される。すなわち、電気自動車の停車中に、次の始動時におけるセルの容量維持率の差が所定の範囲内に収まるようにセルのＳＯＣが調整され、例えば、最小値のセルのＳＯＣを高く又は最大値のセルのＳＯＣを低く、更に、その両方を行うことなどが行われる。これにより、セル間のＳＯＣの差を小さいものとすることができ、バッテリ全体のセルの機能のバランスが良好に図られる。したがって、長期間に亘りリチウムイオン電池の性能を良好に保つことが可能となる。
また、本発明の一実施の形態は、前記セルバランシング方法において、
前記予測停車時間設定工程における前記電気自動車の予測停車時間は、予め所定の期間に亘って収集した各曜日毎の停車時間の実測値に基づいて予測されることを特徴とする。
したがって、前記予測停車時間設定工程で予測される停車時間は曜日毎の傾向を反映させることができ、より確度の高いものとなり、これを基に容量維持率算出推定工程で算出推定される各セルの容量維持率は信頼性が高いものとなる。これにより、効果的なセルバランシングを行うことが可能となる。
また、本発明の一実施の形態は、前記セルバランシング方法において、
前記容量維持率算出推定工程で算出推定される各セルの容量維持率Ｆは、
前記各セルの停車中の温度に対応するＳＯＣと、
前記各セルの停車中の温度とＳＯＣに対応する劣化係数αと、
前記予測停車時間設定工程で予測された停車時間Ｔ（year(1/2)）
と、に基づいて、
Ｆ＝Ｆinitial－α・Ｔ （Ｆinitial ：停車時の容量維持率）
で計算されることを特徴とする。
これにより、容量維持率算出推定工程で算出推定される各セルの劣化の状態を意味する容量維持率が的確に求められ、信頼性の高いものとなる。これにより効果的なセルバランシングを行うことが可能となる。
上記目的の達成のため本発明の一実施の形態のセルバランシングシステムは、
電気自動車にその動力源として搭載される複数のセルから構成されるリチウムイオン電池のセルの温度を測定又は推定する温度判定装置と、
前記セルのＳＯＣを測定又は推定するＳＯＣ判定装置と、
前記セルのＳＯＣを増減調整可能なＳＯＣ調整装置と、
前記温度判定装置、前記ＳＯＣ判定装置、及び前記ＳＯＣ調整装置とデータの送受信を行う情報処理装置とを、を有し、
前記情報処理装置は、
所定期間に亘り収集した停車時間の統計値に基づいて、次の始動時までの停車時間を予測する予測停車時間設定部と、
前記予測された予測停車時間の経過後である前記次の始動時における前記リチウムイオン電池の各セルの容量維持率を、前記温度判定装置による各セルの停車中の温度又は推定温度、前記ＳＯＣ判定装置によるＳＯＣ、及び劣化係数に基づいて算出して推定する容量維持率算出推定部と、
前記推定された前記容量維持率の最大値と最小値の差が所定値以上となる場合に、前記容量維持率の最大値と最小値の差を前記所定値以内となるための前記最大値及び最小値の何れか一方又は双方のセルのＳＯＣ調整値を設定するＳＯＣ調整値設定部と、を有し、
前記ＳＯＣ調整装置は、前記ＳＯＣ調整値設定部からの前記ＳＯＣ調整値に基づいて前記最大値及び最小値の何れか一方又は双方のセルのＳＯＣを調整することを特徴とする。

この構成により、容量維持率算出推定部により電気自動車が停車してから次の始動時における各セルの容量維持率が推定され、容量維持率の最大値と最小値の差が所定値（閾値）以上となる場合に、次の始動時には最大値及び最小値の差が所定値以内となるように最大値及び最小値の何れか一方又は双方のセルのＳＯＣ調整値が設定され、停車中に最大値及び最小値の何れか一方又は双方のセルのＳＯＣが設定されたＳＯＣ調整値になるように調整される。すなわち、電気自動車の停車中に、次の始動時におけるセルの容量維持率の差が所定の範囲内に収まるようにセルのＳＯＣが調整され、例えば、最小値のセルのＳＯＣを高く又は最大値のセルのＳＯＣを低く、更に、その両方を行うことなどが行われる。これにより、セル間のＳＯＣの差を小さいものとすることができ、バッテリ全体のセルの機能のバランスが良好に図られる。したがって、長期間に亘りリチウムイオン電池の性能を良好に保つことが可能となる。
本発明のセルバランシング方法及びそのシステムによれば、電気自動車の停車中に、次の始動時におけるセル間での容量維持率の最大値と最小値の差が所定の範囲内に収まるようにセルのＳＯＣが調整される。したがって、電池パックを構成するリチウムイオン電池の各セル毎に的確に劣化の促進を抑制することができるため、電池パックの性能が長い期間に亘り保たれると共に、常に快適に電気自動車を使用することができる。
本発明のセルバランシングシステムの一実施の形態の概略構成図である。 本発明のセルバランシング方法の一実施の形態のフロー図である（前半）。 本発明のセルバランシング方法の一実施の形態のフロー図である（後半）。 容量維持率の算出方法の説明図である。 容量維持率の算出方法の説明図である。 容量維持率の算出方法の説明図である。 容量維持率の算出に用いる劣化係数の説明図である。 各セルのセルバランシングを説明する模式図である。
以下、本発明のセルバランシング方法及びそのシステムの一実施の形態について、図面を用いて詳述する。以下で詳述するように、本発明の特徴は、電気自動車が停車中で次の始動時までに、電池パックを構成する複数のリチウムイオン電池のセルのＳＯＣを調整し、次の始動時には複数のセルの容量維持率のバラツキを所定値内に制御することにある。
図１は、本発明のセルバランシングシステムの一実施の形態の概略構成図（ブロック図）である。本実施の形態のセルバランシングシステム１０は、リチウムイオン電池１２の各セルの温度を測定又は推定する温度判定装置１４、各セルのＳＯＣを測定又は推定するＳＯＣ判定装置１６、各セルのＳＯＣを増減調整するＳＯＣ調整装置１８、温度判定装置１４、ＳＯＣ判定装置１６及びＳＯＣ調整装置１８とデータの送受信を行う情報処理装置２０と有する。
情報処理装置２０は、図示しないＣＰＵとプログラム部２２とメモリ部２４を有し、プログラム部２２内には、電気自動車が停車してから次の始動時までの停車時間を、所定期間に亘り収集した停車時間の統計値に基づいて予測する予測停車時間設定部２２－１と、予測された予測停車時間の経過後である次の始動時におけるリチウムイオン電池の各セルの容量維持率を、温度判定装置１４による各セルの停車中の温度又は推定温度、ＳＯＣ判定装置１６によるＳＯＣ、及び劣化係数に基づいて算出して推定する容量維持率算出推定部２２－２と、推定された容量維持率の最大値と最小値の差が所定値以上となる場合に、容量維持率の最大値と最小値の差を所定値以内となるための最大値及び最小値の何れか一方又は双方のセルのＳＯＣ調整値を設定するＳＯＣ調整値設定部２２－３を有する。
メモリ部２４には、予測停車時間設定に必要な電気自動車の各曜日毎の停車時間の統計値２４－１、容量維持率算出推定に必要な各セルの劣化係数（マップ）２４－２、各セルの温度とＳＯＣの対応表２４－３などのデータが格納されている。
本発明の特徴は、前述のように、電気自動車が停車中で次の始動時までに、電池パックを構成する複数のリチウムイオン電池のセルのＳＯＣを調整し、次の始動時には複数のセルの容量維持率のバラツキを所定値内に制御することにあり、以下で説明するセルバランシング方法の各工程は、図１で示した情報処理装置２０のプログラム部２２内の予測停車時間設定部２２－１、容量維持率算出推定部２２－２、ＳＯＣ調整値設定部２２－３で行われ、各セルのＳＯＣの増減調整はＳＯＣ調整装置１８により行われる。
図２Ａ、図２Ｂは、セルバランシング方法のフロー図を示す。まず、電気自動車が停車中か否か判定する（ステップＳ１）。停車中でなければ、停車するまで待機する。停車を確認したら、停車中における各セルの測定温度又は推定温度とＳＯＣの対応値と、予測停車時間と、劣化係数から次回始動時の容量維持率を算出する（ステップＳ２、予測停車時間設定工程、容量維持率算出推定工程）。
容量維持率算出推定工程における容量維持率の計算は、各セルの停車中における測定温度又は推定温度とＳＯＣの対応値と、予測停車時間設定工程で予測された停車時間Ｔ（year(1/2)）と、各セルの停車中の測定温度又は推定温度とＳＯＣに対応する劣化係数αと、に基づいて、
Ｆ＝Ｆinitial－α・Ｔ （Ｆinitial ：停車時の容量維持率）
で計算される。これにより、容量維持率算出推定工程で算出推定される各セルの劣化の状態を意味する容量維持率が的確に求められ、信頼性の高いものとなる。ここで、各セルの温度は、実測値、又は隣接電池セルの温度の実測値等から推定した推定温度であっても良い。
停車中における測定温度又は推定温度とＳＯＣの対応値は、各セルの温度とその温度におけるＳＯＣを対応付けしたもので、所定の期間に亘って、リチウムイオン電池の各セルの温度とその温度におけるＳＯＣを計測することにより、例えば、表に纏められており、一例として例えば、セルＡについて、温度２０℃で最も多く計測されたＳＯＣは４０％、次に６０％、次に２０％・・・というデータが得られた場合、セルＡは温度２０℃ではＳＯＣは４０％と対応付けられる。すべてのセルにおいて同様の対応付けがなされる。これらのデータは、情報処理装置２０のメモリ部２４の各セルの温度とＳＯＣの対応表２４－３に収められている。
予測停車時間設定工程における予測停車時間は、例えば、所定の期間に亘って、各曜日とその曜日における停車時間の実測値を集計しておき、各曜日とその曜日における典型的な停車時間を表に纏めておくことで、所定の曜日の停車時間が予測される。例えば、月曜日の停車時間は８時間、日曜部の停車時間は９時間と予測される等である。これにより、予測停車時間設定工程で予測される停車時間は曜日毎の傾向を反映させることができ、より確度の高いものとなり、これを基に容量維持率算出推定工程で算出推定される各セルの容量維持率は信頼性が高いものとなる。
劣化係数は、セルの温度、ＳＯＣにより実測により求められたもので、セルの測定温度又は推定温度とＳＯＣが分かれば即座に劣化係数が求められる。劣化係数は高ＳＯＣかつ高温である程大きくなる。例えば、温度が-３０℃でＳＯＣが２０％であれば劣化係数は０．１、温度が４０℃でＳＯＣが９０％であれば劣化係数は０．９と求められる。この劣化係数に関するデータは、情報処理装置２０のメモリ部２４の劣化係数（マップ）２４－２に収められている。
ステップＳ２における容量維持率の算出方法について図３を用いて説明する。図３は、４つの区間に亘り、セルの状態（測定温度又は推定温度、ＳＯＣ）がそれぞれ異なっている場合について、容量維持率がどの様に求められるか示したものである。あるセルについて、４の区間について容量維持率と時間の関係ついて示したのが図３（ａ）である。時間は区間１～区間４に分かれており、区間１では測定温度又は推定温度が２０℃、対応するＳＯＣが８０％であったとすると、図３（ｂ）に示す表から劣化係数α１が０．８と求められる。次に、区間１は停車時間又は放置時間（（ｙｅａｒ）１/２）Ｔ１が０．１であるので、容量維持率の計算式（Ｆ１＝Ｆinitial－α１・Ｔ１）から容量維持率が０．９２と求められる。ここで、Ｆinitialは１である。
以下、区間２～区間４について同様に計算を行うと、例えば、図３（ｃ）に示すように容量維持率が求められる。すなわち、区間２では０．８８、区間３では０．８６、区間４では０．７７と求められる。
次に、図４を用いて、本実施の形態において、次の始動時に容量維持率の最大値と最小値の差が閾値を超えると推定された場合に、どのように閾値以内に収めるのかを説明する。電池パックは多数のリチウムイオン電池のセルで構成されており、この中で最大容量維持率の電池セルをセルＡ、最小容量維持率の電池セルをセルＢとして、セルＡとセルＢの容量維持率の差を閾値（０．０２）以内に収める場合について説明する。閾値０．０２は例として示している。
まず、セルＡとセルＢについて、停車時の容量維持率について求める、図５には、各区間におけるセルＡ、セルＢの各温度（測定温度又は推定温度）、各ＳＯＣ、各放置時間（各停車時間）が載せられている。これを基に、電池セルＡは、区間Ａで温度２０℃、ＳＯＣは８０％であり、図６の劣化係数の表から劣化係数は０．７と求められる。容量維持率の計算式により、区間Ａの終点では容量維持率は０．９３と求められる。同様にして区間Ｂの終点（停車時）では容量維持率は０．８２と求められる。
電池セルＢについても同様に求められ、区間Ａの終点では容量維持率は０．９２５、区間Ｂの終点（停車時）では容量維持率は０．８０５と求められる。
次に、次回始動時の容量維持率を求める。上述の容量維持率の計算式により、電池セルＡは、０．７１、電池セルＢは０．６８５と求められる。これらは、次回始動時のセルＡ、セルＢの算出推定された容量維持率であり、容量維持率の差は０．０２５となる。ここで、例えば閾値を０．０２とした場合は、閾値を超えていることとなる。
フロー図に戻り、ステップＳ３で予測停車時間が閾値以上か否か判定する。閾値は、例えば８時間とすることができる。閾値以上でなければ制御を終了する。閾値以上であれば、次回始動時の容量維持率の最大偏差が閾値以上か否か判定する（ステップＳ４）。
最大偏差が閾値以上でなければ、ステップＳ１０の各セルのＳＯＣの調整を実行する（ＳＯＣ調整工程）。ここでのＳＯＣの調整、所謂セルバランシングは、図７（ｂ）に示すように、全てのセルのＳＯＣが同一になるような制御である。
ここで、セルバランシングするための一般的なセルバランシング装置（パッシブ方式）は、各電池セルと並列に抵抗がスイッチを介して接続されており、スイッチをＯＮにすることによって、電池セルのエネルギーを抵抗体で熱に変換し、電池セルのＳＯＣを下げることが可能になっている。また、アクティブセルバランシング方式でセルバランシングを行ってもよいことは勿論である。
ステップ４で、次回始動時の推定容量維持率の最大偏差が閾値以上であれば、ステップＳ５の「温度とＳＯＣの対応値と予測停車時間と劣化係数から、次回始動時に容量維持率の最大偏差が閾値に収まるような各セルのＳＯＣを算出」する（ＳＯＣ調整値設定工程）。
ＳＯＣ調整値設定工程におけるＳＯＣ（ＳＯＣ調整値）の算出方法を図３、図４に戻り説明する。先の説明においては、次回始動時の推定容量維持率は、電池セルＡが０．７１、電池セルＢが０．６８５と閾値０．０２を超えていることを説明した。以下に、この偏差を０．０２とするための電池セルＢの目標ＳＯＣ（ＳＯＣ調整値）について説明する。
次回始動時の推定容量維持率は電池セルＡが０．７１であるから、電池セルＢの推定容量維持率は０．６９にしなければならない。容量維持率の計算式により、そのための電池セルＢの劣化係数は０．５７５と求められる。図６の劣化係数の表から、劣化係数を０．５７５とするためのＳＯＣ調整値は、電池温度０℃の行の線形補完により０．７５（７５％）と求められる。
セルＢの目標のＳＯＣ（ＳＯＣ調整値）を設定した後、電気自動車の停車中にセルＢのＳＯＣを設定したＳＯＣ調整値になるように調整（セルバランシング）する（ＳＯＣ調整工程）。このセルバランシングは、図７（ａ）に示す様に、各セルは、各セルの目標ＳＯＣになるように個々に調整される。なお、図示されている数値は例である。一般に、この段階でのセルバランシングは、ＳＯＣの高いセルはＳＯＣを低く、ＳＯＣの低いセルはＳＯＣを高くするような制御となる。
次に、予測停車時間の経過を待つ（ステップＳ７）。そして、温度とＳＯＣの対応値と実際の経過停車時間と劣化係数から、現時点での容量維持率の最大偏差（最大値と最小値の差）を算出する（ステップＳ８）。停車してから次の始動時までの間で、算出推定に用いた数値（温度、劣化係数、予測停車時間など）と実際の温度、劣化係数、経過した停車時間などが同じであれば、最大偏差は閾値内となる。
次に、現時点（次回始動時）での容量維持率の最大偏差が閾値以下か否か判定する（ステップＳ９）。閾値以下でない場合（閾値外の場合）は、フローを終了する。閾値以下（閾値内）であれが、ステップ１０の各セルのＳＯＣの調整（セルバランシング）を行う。このセルバランシングは、図７（ｂ）に示すように各セルのＳＯＣが同一になるような制御である。このようにして、リチウムイオン電池の容量を増加させ、電気自動車の走行可能距離を延ばすことができる。
本実施形態のセルバランシング方法及びそのシステムによれば、電気自動車の停車中に、次の始動時におけるセルの容量維持率の最大偏差（最大値と最小値の差）が所定の範囲内に収まるようにセルのＳＯＣが調整される。したがって、リチウムイオン電池を構成する各セル毎に的確に劣化の促進を抑制するため、リチウムイオン電池の性能が保たれると共に、常に快適に電気自動車を使用することができる。
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、図４において、停車時における容量維持率は、区間が２つ（区間Ａ、区間Ｂ）の過去の履歴を用いて求めたが、これも例示であってこれに限定されない。また、容量維持率の差の閾値は０．０２としたが、これも例示であって、これ例外でも良い。
１０ セルバラシングシステム
１２ リチウムイオ電池
１４ 温度判定装置
１６ ＳＯＣ判定装置
１８ ＳＯＣ調整装置
２０ 情報処理装置
２２ プログラム部
２４ メモリ部
２２－１ 予測停車時間設定部
２２－２ 容量維持率算出推定部
２２－３ ＳＯＣ調整値設定部
２４－１ 停車時間統計値
２４－２ 劣化係数マップ
２４－３ 温度とＳＯＣの対応表
ＳＯＣ 充電率
Ｆ１～Ｆ４、Ｆ、Ｆinitial 容量維持率
Ｔ１～Ｔ４、Ｔ 停車時間（year(1/2)）
α 劣化係数

Claims (4)

  1. 電気自動車にその動力源として搭載される複数のセルから構成されるリチウムイオン電池のセルのＳＯＣを調整するセルバランシング方法において、
    前記電気自動車が停車してから次の始動時までの停車時間を、所定期間に亘り収集した停車時間の統計値に基づいて予測する予測停車時間設定工程と、
    前記予測された予測停車時間の経過後である前記次の始動時における前記リチウムイオン電池の各セルの容量維持率を、前記各セルの停車中の測定温度又は推定温度、ＳＯＣ、及び劣化係数に基づいて算出して推定する容量維持率算出推定工程と、
    前記推定された前記容量維持率の最大値と最小値の差が所定値以上となる場合に、前記容量維持率の最大値と最小値の差を前記所定値以内とするための前記最大値及び最小値の何れか一方又は双方のセルのＳＯＣ調整値を設定するＳＯＣ調整値設定工程と、
    前記電気自動車が停車中に、前記セルのＳＯＣを増減調整可能なＳＯＣ調整装置により前記最大値及び最小値の何れか一方又は双方のＳＯＣを、前記ＳＯＣ調整値設定工程で設定された前記ＳＯＣ調整値に調整するＳＯＣ調整工程と、
    を有することを特徴とするセルバランシング方法。
  2. 前記予測停車時間設定工程における前記電気自動車の予測停車時間は、予め所定の期間に亘って収集した各曜日毎の停車時間の実測値に基づいて予測されることを特徴とする請求項１に記載のセルバランシング方法。
  3. 前記容量維持率算出推定工程で算出推定される各セルの容量維持率Ｆは、
    前記各セルの停車中の温度に対応するＳＯＣと、
    前記各セルの停車中の温度とＳＯＣに対応する劣化係数αと、
    前記予測停車時間設定工程で予測された停車時間Ｔ（year(1/2)）と、に基づいて、
    Ｆ＝Ｆinitial－α・Ｔ （Ｆinitial ：停車時の容量維持率）
    で計算されることを特徴とする請求項１又は２に記載のセルバランシング方法。
  4. 電気自動車にその動力源として搭載される複数のセルから構成されるリチウムイオン電池のセルの温度を測定又は推定する温度判定装置と、
    前記セルのＳＯＣを測定又は推定するＳＯＣ判定装置と、
    前記セルのＳＯＣを増減調整可能なＳＯＣ調整装置と、
    前記温度判定装置、前記ＳＯＣ判定装置、及び前記ＳＯＣ調整装置とデータの送受信を行う情報処理装置とを、を有し、
    前記情報処理装置は、
    所定期間に亘り収集した停車時間の統計値に基づいて、次の始動時までの停車時間を予測する予測停車時間設定部と、
    前記予測された予測停車時間の経過後である前記次の始動時における前記リチウムイオン電池の各セルの容量維持率を、前記温度判定装置による各セルの停車中の温度又は推定温度、前記ＳＯＣ判定装置によるＳＯＣ、及び劣化係数に基づいて算出して推定する容量維持率算出推定部と、
    前記推定された前記容量維持率の最大値と最小値の差が所定値以上となる場合に、前記容量維持率の最大値と最小値の差を前記所定値以内となるための前記最大値及び最小値の何れか一方又は双方のセルのＳＯＣ調整値を設定するＳＯＣ調整値設定部と、を有し、
    前記ＳＯＣ調整装置は、前記ＳＯＣ調整値設定部からの前記ＳＯＣ調整値に基づいて前記最大値及び最小値の何れか一方又は双方のセルのＳＯＣを調整することを特徴とするセルバランシングシステム。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN119659417B (zh) * 2024-12-16 2025-12-19 奇瑞汽车股份有限公司 动力电池包的均衡控制方法、装置、设备及存储介质

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015182518A (ja) 2014-03-20 2015-10-22 古河電気工業株式会社 二次電池充電制御装置および二次電池充電制御方法
JP2017073911A (ja) 2015-10-08 2017-04-13 スズキ株式会社 組電池均等化装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013121916A1 (ja) * 2012-02-17 2013-08-22 住友建機株式会社 ショベル及びショベルの制御方法
US9525289B2 (en) * 2012-02-29 2016-12-20 Nec Energy Devices, Ltd. Battery control system and battery pack
CN110870130B (zh) * 2017-07-19 2022-08-12 三菱电机株式会社 蓄电池系统充电控制装置、蓄电池系统以及蓄电池充电控制方法
US11211803B2 (en) * 2019-10-01 2021-12-28 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for battery cell charge balancing

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015182518A (ja) 2014-03-20 2015-10-22 古河電気工業株式会社 二次電池充電制御装置および二次電池充電制御方法
JP2017073911A (ja) 2015-10-08 2017-04-13 スズキ株式会社 組電池均等化装置

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