WO2013153650A1 - 蓄電デバイス放電装置 - Google Patents

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啓太 畠中
昭 白神
敏裕 和田
吉岡 省二
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • This invention relates to an electricity storage device discharging apparatus.
  • r r0 ⁇ A2 ⁇ A1 (2)
  • r0 is a predetermined resistance value given in advance for the battery.
  • A1 is a first resistance ratio based on the battery temperature T.
  • A2 is a second resistance ratio based on a given reference charge state.
  • a battery detection unit that calculates the internal impedance of a storage battery by detecting the voltage between terminals and the current of a discharge circuit by connecting a load resistor to the storage battery and discharging it through a switch and discharging it at a predetermined frequency is disclosed. (For example, see Patent Document 3).
  • This remaining capacity equalizing apparatus sets a bypass circuit including a voltage sensor, a bypass resistor, and a bypass switch for each cell, and controls the bypass switch.
  • the remaining capacity equalizing apparatus is configured to set a predetermined voltage value for a battery cell having a high voltage at the timing when the operation of the power storage device stops, for example, to align the voltages of a plurality of connected batteries. To the load resistance that is installed in advance. By doing in this way, a remaining capacity can be equalized between the cells of a battery.
  • the battery remaining capacity detection device, the battery detection unit, and the remaining capacity equalization device described above all measure the storage device against the load resistance in order to measure the state of the storage battery and equalize the variation in the SOC of the storage device.
  • the magnitude of the discharge current is limited by a predetermined load resistance value installed in the power storage device device in advance. . This limitation may make it difficult to measure the internal resistance of the electricity storage device under optimal discharge conditions.
  • the case where the discharge conditions are not optimal is a case where sufficient polarization for measurement cannot be obtained in the electricity storage device.
  • This invention is made in view of the said situation, and provides the electrical storage device discharge device which can perform discharge of a battery according to the state of a battery in order to perform the measurement of the state of a battery, and equalization of a cell
  • the purpose is to do.
  • an electricity storage device discharging apparatus comprises: An electricity storage device discharging apparatus for discharging an electricity storage device, Between the positive electrode and the negative electrode of the electricity storage device, a discharge unit having a discharge circuit in which a load resistor and a switch are connected in series; A control unit for controlling opening and closing of the switch; With The control unit is The discharge current can be adjusted by adjusting the resistance value of the load resistance in the discharge section.
  • the resistance value of the load resistance of the discharge circuit is adjusted by the control unit.
  • the control unit As a result, even if the resistance value of the internal resistance of the electricity storage device changes greatly, the operation stop time of the electricity storage device is too short, or the remaining capacity unevenness between the batteries becomes too large, The resistance value of the load resistance can be changed.
  • the battery in order to measure the state of the battery and equalize the cells, the battery can be discharged according to the state of the battery.
  • Embodiment 1 FIG. First, a first embodiment of the present invention will be described.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a battery state monitoring apparatus 100 as an electric storage device discharging apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the battery state monitoring device 100 is a device that monitors the state of a battery 10 as an electricity storage device.
  • the battery 10 is a secondary battery (storage battery), and for example, a nickel metal hydride battery or a lithium ion battery can be employed.
  • the battery state monitoring device 100 monitors the state of the battery 10 by discharging the battery 10.
  • the state of the battery 10 includes, for example, SOC and internal impedance.
  • the battery state monitoring device 100 includes a discharge unit 15. First, the configuration of the discharge unit 15 will be described.
  • the discharge part 15 has a discharge circuit in which the load resistor 1 and the switching element 2 are connected in series.
  • the discharge unit 15 has a plurality of discharge circuits. Each discharge circuit is in parallel.
  • Each load resistor 1 has one end connected to the positive electrode of the battery 10 and the other end connected to the collector of the switching element 2. In each discharge circuit, the resistance value of the load resistor 1 is fixed. The resistance values of the load resistors 1 are different from R1, R2,.
  • the switching element 2 is, for example, a transistor.
  • the switching element 2 has a collector connected to the load resistor 1 and an emitter connected to the battery 10.
  • the gate electrode of the switching element 2 is connected to the discharge control device 3. Opening and closing of the switching element 2 is controlled by the discharge control device 3.
  • a voltage measuring terminal 4 is provided on the positive electrode and the negative electrode of the battery 10.
  • an ammeter 5 is provided at one end of the battery 10.
  • the battery state monitoring device 100 includes a discharge control device 3 as a control unit.
  • the configuration of the discharge control device 3 will be described.
  • the discharge control device 3 includes a voltage measurement unit 20, a current measurement unit 21, a determination unit 22, and a selection unit 23.
  • the voltage measuring unit 20 is connected to the two terminals 4.
  • the voltage measurement unit 20 measures the voltage between the terminals 4, that is, the voltage (power supply voltage) between the positive electrode and the negative electrode of the battery 10.
  • the current measuring unit 21 measures the current detected by the ammeter 5. That is, the current measuring unit 21 measures the current flowing from the battery 10.
  • the determining unit 22 determines an optimum resistance value of the load resistor 1 based on the voltage measured by the voltage measuring unit 20 and the current measured by the current measuring unit 21. More specifically, the determination unit 22 determines the resistance value at which the polarization of the battery necessary for measurement is obtained in the discharged state.
  • the determining unit 22 determines the resistance value of the load resistor 1 such that the current flowing through the battery 10 satisfies a predetermined current condition.
  • the predetermined current condition can be, for example, a high current such that the internal mass transfer resistance becomes dominant in the internal resistance of the battery 10.
  • the current in which the internal mass transfer resistance becomes dominant in the internal resistance of the battery 10 can be determined based on the polarization curve of the battery 10 to be measured as shown in FIG.
  • the vertical axis represents the logarithm of current (A)
  • the horizontal axis represents polarization (mV).
  • the polarization curve shown in FIG. 2 uses a lithium ion battery as the battery 10 and creates a tripolar battery for electrochemical measurement using the positive electrode (lithium cobaltate electrode). An appropriate charge state is obtained, and the polarization curve in the reduction direction of the positive electrode is obtained by measuring by a general method.
  • the current increases as the polarization value (polarization width) increases.
  • the polarization value ⁇ becomes larger than the predetermined ⁇ 0 , the relationship between the current and the polarization value starts to deviate from the linear relationship.
  • the internal resistance depends on the mass transfer rate in general terms.
  • the determination unit 22 is based on the measured inter-terminal voltage such that the polarization value is larger than ⁇ 0 , that is, a constant current larger than the current i 0 flows in the battery 10.
  • the resistance value of the load resistance 1 under the internal mass transfer control is determined.
  • the selection unit 23 controls the opening and closing of the plurality of switching elements 2 based on the resistance value determined by the determination unit 22. More specifically, the selection unit 23 controls opening and closing of each switching element 2 so that the resistance value of the entire load resistance connected to the battery 10 becomes the determined resistance value. That is, the selection unit 23 may be a selection unit that selects a load resistor 1 having a different resistance value that is actually used as a load resistance. The determined resistance value may be set by combining the plurality of load resistors 1 with the plurality of switching elements 2 closed.
  • the battery state monitoring device 100 controls the opening and closing of the switching element 2 based on the voltage measured by the voltage measuring unit 20 and the current measured by the current measuring unit 21, and the entire discharge unit 15 is controlled. By adjusting the resistance value of the load resistance, the discharge current can be adjusted.
  • FIG. 3 shows an operation flow of the battery state monitoring apparatus 100.
  • the discharge control device 3 turns off all the switching elements 2 of the discharge unit 15 using the selection unit 23 (step S1).
  • each load resistor 1 is disconnected from the battery 10 and the motor is connected to the battery 10 via the inverter.
  • the battery state monitoring device 100 controls the connection between the battery 10 and the motor and inverter.
  • the discharge control device 3 waits until the measurement timing comes (step S2; No).
  • the discharge control device 3 disconnects normal loads such as an inverter and a motor from the battery 10 (step S3).
  • the discharge control device 3 determines the resistance value at the determination unit 22 as described above (step S4).
  • the determination unit 22 may calculate the resistance value by dividing the voltage value measured by the voltage measurement unit 20 by a current value that satisfies a predetermined current condition.
  • the discharge control device 3 selects the load resistor 1 in the selection unit 23 as described above (step S5). Thereby, opening / closing of each switching element 2 is controlled, and the resistance value of the load resistor 1 connected to the battery 10 becomes the resistance value determined by the determination unit 22. At this time, the discharge control device 3 may check whether or not the current measured by the current measuring unit 21 satisfies a predetermined current condition.
  • the discharge control device 3 performs measurement of the measurement target (step S6).
  • the SOC and internal impedance of the battery 10 are measured.
  • the measurement target may be calculated based on the voltage value measured by the voltage measurement unit 20 and the current value measured by the current measurement unit 21.
  • step S6 the discharge control device 3 returns to step S1. At this time, the discharge control device 3 connects the battery 10 to a normal load such as an inverter or a motor.
  • a normal load such as an inverter or a motor.
  • the magnitude of the discharge current of the battery 10 can be changed by changing the resistance value of the load resistor 1.
  • the battery 10 can be discharged with a current required for measurement.
  • the battery state monitoring apparatus 100 by providing two or more types of load resistors 1 having different resistance values, regardless of a large change in the internal resistance of the battery 10, Measurement becomes possible. As a result, the state of the battery 10 can be monitored smoothly.
  • the battery state monitoring apparatus 100 even when the battery 10 having a significantly different internal resistance is used, or when the internal resistance changes greatly depending on the temperature or use environment, A necessary discharge current can be set each time, and smooth measurement can be performed.
  • the resistance value of the load resistor 1 of the discharge circuit is adjusted by the discharge control device 3. Thereby, even if it is a case where the resistance value of the internal resistance of the battery 1 changes a lot, the resistance value of the load resistance 1 can be changed according to the change. As a result, the SOC and internal impedance of the battery 1 can be measured in a stable state.
  • Embodiment 2 FIG. Next, a second embodiment of the present invention will be described.
  • FIG. 4 shows a circuit configuration of a battery remaining amount equalizing apparatus 101 as an electricity storage device discharging apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the battery remaining amount equalizing apparatus 101 is a remaining capacity equalizing apparatus that equalizes variations in the remaining capacity (SOC) of the storage device when a plurality of battery cells are connected in series and mounted as a high voltage battery.
  • the series circuit of the battery 10 corresponds to an electricity storage device.
  • a motor and an inverter for traveling such as an electric vehicle and a hybrid vehicle are connected to both ends of the series circuit of the power storage device.
  • the discharge control device 3 controls connection / disconnection to the power storage device, the motor, and the inverter.
  • the battery remaining amount equalizing apparatus 101 includes a discharge unit 15 for each cell of the battery 10.
  • the discharge unit 15 is provided with a plurality of discharge circuits.
  • Each discharge circuit includes two or more types of load resistors 1 (R1, R2,... Rn) having different resistance values and a switching element 2 such as a transistor.
  • a plurality of discharge circuits are connected in parallel.
  • the discharge control device 3 measures the voltage between the positive electrode and the negative electrode and the flowing current for each cell of the battery 10 to be discharged.
  • the discharge control device 3 includes a voltage measurement unit 20 and a current measurement unit 21 for each cell of the battery 10.
  • the discharge control device 3 turns on (closes) the switching element 2 corresponding to the cell of the battery 10 as necessary to discharge the cell.
  • the discharge time is a time corresponding to the voltage measured by the voltage measuring unit 20. That is, the higher the voltage value, the longer the discharge time.
  • the discharge control device 3 selects the load resistance 1 from among the load resistances 1 having different resistance values based on the measurement value of the voltage measurement unit 20 configured for each cell and the measurement value of the current measurement unit 21. Select. By doing in this way, the magnitude
  • the battery 10 can be discharged with a current required for equalizing the remaining capacity of the battery 10.
  • the remaining capacity of the battery 10 can be reduced regardless of changes in the internal resistance of the battery. Equalization can be performed without delay. Thereby, an electrical storage device can be operated smoothly.
  • the discharge control device 3 changes the resistance value of the load resistor 1 of the discharge circuit. Therefore, even if it is a case where the resistance value of the internal resistance of the battery 10 changes greatly, the resistance value of the load resistance 1 can be changed according to the change. As a result, it is possible to stably achieve equalization of the remaining capacity of the electricity storage device in which a plurality of batteries 10 are connected.
  • Embodiment 3 FIG. Next, a third embodiment of the present invention will be described.
  • FIG. 5 shows a circuit configuration of a battery state monitoring apparatus 102 as an electric storage device discharging apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. As shown in FIG. 5, in this embodiment, the configuration of the discharge unit 16 is different from that of the first embodiment.
  • the discharge circuit of the discharge unit 16 is a series circuit of the variable resistor 6 and the switching element 2. Further, only one discharge circuit is provided.
  • the discharge control device 3 changes the resistance value of the variable resistor 6.
  • the discharge control device 3 determines the necessary resistance value of the variable resistor 6 based on the measured value of the voltage measuring unit 20 and the measured value of the current measuring unit 21, and the resistance value of the variable resistor 6. Adjust.
  • the method for determining the resistance value is the same as in the first and second embodiments. By doing in this way, the magnitude
  • variable resistor 6 the internal resistance can be measured without delay regardless of the change in the internal resistance of the battery 10. As a result, the state of the power storage device can be monitored smoothly.
  • the circuit configuration of the battery state monitoring device 102 can be simplified by the configuration as described above. As a result, the circuit board can be made small, and the apparatus can be miniaturized.
  • Embodiment 4 FIG. Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
  • FIG. 6 shows a circuit configuration of a battery remaining amount equalizing apparatus 103 as an electricity storage device discharging apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the battery remaining amount equalizing apparatus 103 is a remaining capacity equalizing apparatus that equalizes the variation in the remaining capacity (SOC) of the storage device when the cells of the plurality of batteries 10 are connected in series and mounted as a high voltage battery.
  • SOC remaining capacity
  • the remaining battery level equalizing device 103 is different from the second embodiment in that a discharge unit 16 is provided instead of the discharge unit 15.
  • the discharge circuit of the discharge unit 16 is a series circuit of the variable resistor 6 and the switching element 2. Only one discharge circuit is provided for each cell of the battery 10.
  • the discharge control device 3 adjusts the resistance value of the load resistor 1 which is a variable resistor.
  • the discharge control device 3 adjusts the resistance value of the variable resistor 6 based on the measured value of the voltage measuring unit 4 and the measured value of the current measuring unit 5 configured for each cell of the battery 10. .
  • size of the discharge current of an electrical storage device can be changed. Therefore, even when the internal resistance of the battery increases or decreases depending on the temperature environment and usage history, the cells of the battery 10 can be discharged with a dischargeable current required for equalization. Become. Even when the time required to equalize the remaining battery capacity becomes extremely short, or when the amount of heat generated by discharge exceeds the allowable level. Sufficient discharge is possible.
  • variable resistor 6 for each cell of the battery 10, the remaining capacity of the battery 10 can be equalized without delay regardless of a large change in the internal resistance of the battery 10 or the like. Thereby, an electrical storage device can be operated smoothly.
  • the circuit configuration of the battery remaining amount equalizing device 103 can be simplified by the configuration as described above. As a result, the circuit board can be made small, and the apparatus can be miniaturized.
  • a temporary characteristic change such as a memory effect in the case of a nickel metal hydride battery in the battery 10 can be determined by using a resistance value governing internal mass transfer. it can. Furthermore, it is possible to determine the characteristic deterioration that cannot be recovered.
  • a temperature measuring unit that measures the temperature of the battery 10 may be provided. Then, the load resistor 1 may be selected or the resistance value of the variable resistor 6 may be adjusted based on the temperature measured by the temperature measuring unit.
  • This invention is suitable for measuring the state (SOC and internal impedance) of the electricity storage device. Further, the present invention is suitable for equalizing the remaining capacity of each secondary battery in an electricity storage device in which a plurality of secondary batteries are connected in series. For this reason, this invention is suitable for all electric drive apparatuses, such as an electric vehicle using an electrical storage device.

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Abstract

 電池(10)の放電を行うことによりその状態を監視する電池状態監視装置(100)は、放電部(15)と放電制御装置(3)とを備える。放電部(15)は、電池(10)の正極と負極との間に、負荷抵抗(1)とスイッチング素子(2)とが直列に接続された放電回路を有する。放電制御装置(3)は、スイッチング素子(2)の開閉を制御する。放電制御装置(3)は、放電部(15)における、負荷抵抗(1)の抵抗値を調整することにより、放電電流の調整を可能とする。

Description

蓄電デバイス放電装置
 この発明は、蓄電デバイス放電装置に関する。
 蓄電デバイスの充電状態(SOC;State Of Charge)、すなわち残存容量を直接測定することは困難である。しかし、蓄電デバイスのSOCと開放電圧(開回路電圧)との間には、ある程度の相関関係が認められている。そこで、開放電圧を測定及び演算により求め、開放電圧(内部電圧)とSOCとの相関関係に基づいてSOCを求めることが従来から行われている。
 ところで、開放電圧をEとし、蓄電デバイスの電圧及び電流をV、Iとすると、以下の式(1)が得られる。
 E=V+I・r …(1)
 rは、蓄電デバイスの内部抵抗である。式(1)において、内部抵抗rには、例えば、一定値(r0、例えばSOCが10%、電池温度20℃の時の値)が用いられる。
 しかしながら、内部抵抗rは、電池温度やその時のSOCに依存して変化する。そこで、以下の式(2)を用いて、内部抵抗rを補正する方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
 r=r0・A2・A1 …(2)
 r0は、電池に関して予め与えられる所定の抵抗値である。A1は、電池温度Tに基づく第1の抵抗比である。また、A2は、所与の基準充電状態に基づく第2の抵抗比である。
 このように、SOCと内部抵抗との間に相関が有ることは明らかである。そこで、内部抵抗の1つであり、残存容量と高い相関関係を有する電池内の内部物質移動支配の抵抗値に基づいて、蓄電池の劣化度を判定する電池残存容量検出装置が開示されている(例えば、特許文献2参照)。この電池残存容量検出装置は、スイッチを介して蓄電池に負荷抵抗を接続して放電させ、蓄電池の端子間電圧と放電電流とに基づいて、電池内の内部物質移動支配の抵抗値を算出する。
 一方、スイッチを介して所定の周波数でオンオフして蓄電池に負荷抵抗を接続して放電させ、端子間電圧と放電回路の電流を検出することで、蓄電池の内部インピーダンスを計算するバッテリ検知ユニットが開示されている(例えば、特許文献3参照)。
 さらに、複数の電池セルを直列につないで高電圧バッテリとして搭載する場合における蓄電デバイスのSOCのばらつきを均等化する残容量均等化装置が開示されている(例えば、特許文献4参照)。この残容量均等化装置は、セル毎に電圧センサやバイパス抵抗及びバイパススイッチを備えるバイパス回路を設定し、バイパススイッチをコントロールする。
 より具体的には、この残容量均等化装置は、接続される複数の電池の電圧を揃えるために、例えば蓄電デバイスの動作が停止するタイミングで、電圧の高い電池のセルについて、所定の電圧値を目標に予め設置されている負荷抵抗に放電させる。このようにすることで、電池のセル間で、残容量を均等化させることができる。
 上述の電池残存容量検出装置、バッテリ検知ユニット、残容量均等化装置は、いずれも蓄電池の状態を測定したり、蓄電デバイスのSOCのばらつきを均等化させるために、負荷抵抗に対して蓄電デバイスを放電させる放電装置である。
特許第3543662号公報 特開2007-017357号公報 特開2006-032184号公報 特開2003-189490号公報
 このような電池残存容量検出装置や、バッテリ検知ユニットや、残容量均等化装置等の放電装置では、放電電流の大きさが、予め蓄電デバイス装置内に設置した所定の負荷抵抗値によって制限される。この制限により、最適な放電条件の下で、蓄電デバイスの内部抵抗を測定するのが困難になる場合がある。
 最適な放電条件ではない場合とは、蓄電デバイスにおいて、測定に十分な分極を得られない場合である。蓄電デバイスが測定に十分な分極を得るためには、電池の両端に接続する負荷抵抗を抵抗値を、予め蓄電デバイスの内部抵抗の設計値に合わせて最適なものとする必要がある。
 電池の内部抵抗は、温度環境や使用履歴によって高くなったり、低くなったりする。このため、上記特許文献2に開示された電池残存容量検出装置や、上記特許文献3に開示されたバッテリ検知ユニットにおいて、電池の初期性能に合わせて負荷抵抗の抵抗値を設定しても、電池を使用していくうちに、最適な抵抗値がシフトして、十分な放電状態を作り出すことができなくなり、SOCや電池の内部インピーダンス等が測定不能に陥る場合がある。
 また、上記特許文献4に開示された残容量均等化装置においても、蓄電デバイスの動作停止時間が短すぎる場合や、電池間の残容量の不均等が大きくなりすぎた場合には、必要な放電を十分に行うことができなくなる。この結果、残容量の均等化を達成するのが困難になる。
 この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、電池の状態の測定やセルの均等化を行うために、電池の放電を電池の状態に応じて行うことができる蓄電デバイス放電装置を提供することを目的とする。
 上記目的を達成するために、この発明に係る蓄電デバイス放電装置は、
 蓄電デバイスの放電を行う蓄電デバイス放電装置であって、
 前記蓄電デバイスの正極と負極との間に、負荷抵抗とスイッチとが直列に接続された放電回路を有する放電部と、
 前記スイッチの開閉を制御する制御部と、
 を備え、
 前記制御部が、
 前記放電部における前記負荷抵抗の抵抗値を調整することにより、放電電流の調整を可能とする。
 この発明によれば、制御部により、放電回路の負荷抵抗の抵抗値を調整する。これにより、蓄電デバイスの内部抵抗の抵抗値が大きく変化したり、蓄電デバイスの動作停止時間が短すぎたり、電池間の残容量の不均等が大きくなりすぎたりしても、その変化に合わせて負荷抵抗の抵抗値を変更することができる。この結果、電池の状態の測定やセルの均等化を行うために、電池の放電を電池の状態に応じて行うことができる。
この発明の実施の形態1に係る蓄電デバイス放電装置(電池状態監視装置)の概略的な構成を示す回路図である。 分極曲線の一例を示すグラフである。 電池状態監視装置の動作の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態2に係る蓄電デバイス放電装置(電池残存量均等化装置)の概略的な構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態3に係る蓄電デバイス放電装置(電池状態監視装置)の概略的な構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態4に係る蓄電デバイス放電装置(電池残存量均等化装置)の概略的な構成を示す回路図である。
 この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
 まず、この発明の実施の形態1について説明する。
 図1には、この発明の実施の形態1に係る蓄電デバイス放電装置としての電池状態監視装置100の概略的な構成が示されている。図1に示すように、電池状態監視装置100は、蓄電デバイスとしての電池10の状態を監視する装置である。
 電池10は、2次電池(蓄電池)であり、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等を採用することができる。
 電池状態監視装置100は、電池10の放電を行うことにより、電池10の状態を監視する。電池10の状態には、例えばSOCや内部インピーダンス等がある。
 図1に示すように、電池状態監視装置100は、放電部15を備えている。まず、放電部15の構成について説明する。
 放電部15は、両端が電池10の正極と負極との間に接続されている。放電部15は、負荷抵抗1と、スイッチング素子2とが直列に接続された放電回路を有している。
 この実施の形態では、放電部15は、複数の放電回路を有している。各放電回路は、並列である。
 各負荷抵抗1は、その一端が電池10の正極と接続され、他端がスイッチング素子2のコレクタと接続されている。各放電回路では、負荷抵抗1の抵抗値は固定である。各負荷抵抗1の抵抗値は、R1、R2、・・・Rnと、それぞれ異なっている。
 スイッチング素子2は、例えば、トランジスタである。スイッチング素子2は、コレクタが負荷抵抗1に接続され、エミッタが電池10に接続されている。また、スイッチング素子2のゲート電極は、放電制御装置3に接続されている。スイッチング素子2の開閉は、放電制御装置3により制御される。
 電池10の正極及び負極には、電圧測定用の端子4が設けられている。また、電池10の一端には、電流計5が設けられている。
 さらに、電池状態監視装置100は、制御部としての放電制御装置3を備えている。放電制御装置3の構成について説明する。
 放電制御装置3は、電圧測定部20と、電流測定部21と、決定部22と、選択部23とを備えている。
 電圧測定部20は、2つの端子4と接続されている。電圧測定部20は、端子4間の電圧、すなわち電池10の正極と負極との間の電圧(電源電圧)を測定する。
 電流測定部21は、電流計5で検出される電流を測定する。すなわち電流測定部21は、電池10から流れる電流を測定する。
 決定部22は、電圧測定部20で測定された電圧と、電流測定部21で測定された電流とに基づいて、負荷抵抗1の最適な抵抗値を決定する。より具体的には、決定部22は、放電状態で測定に必要な電池の分極が得られる抵抗値を決定する。
 ここで、抵抗値を決定する方法について説明する。
 決定部22は、電池10に流れる電流が所定の電流条件を満たすような負荷抵抗1の抵抗値を決定する。所定の電流条件は、例えば、内部物質移動抵抗が電池10の内部抵抗において支配的となるような高い電流であることとすることができる。
 内部物質移動抵抗が電池10の内部抵抗において支配的となる電流は、図2に示すような測定対象の電池10の分極曲線に基づいて決定することができる。図2において、縦軸は電流(A)の対数であり、横軸は分極(mV)である。
 図2に示す分極曲線は、電池10として、リチウムイオン電池を用い、その正極(コバルト酸リチウム電極)を用いた電気化学測定用の三極式電池を作成し、実用電池の使用域に準じてしかるべき充電状態とし、正極の還元方向への分極曲線を、一般的手法にて測定することにより得られる。
 分極曲線は、分極値(分極幅)が大きくなるにつれて電流が大きくなる。分極値ηが所定のη0より大きくなると、電流と分極値との関係が線形関係から外れ始める。すなわち、この分極幅がη0より大きい領域では、内部抵抗が一般論で言う物質移動速度に依存するようになる。
 そこで、この実施の形態では、決定部22は、この分極値がη0より大きくなるような、すなわち電流i0よりも大きい定電流が電池10に流れるように、測定される端子間電圧に基づいて、内部物質移動支配下での負荷抵抗1の抵抗値を決定する。
 選択部23は、決定部22で決定された抵抗値に基づいて、複数のスイッチング素子2の開閉を制御する。より具体的には、選択部23は、電池10に接続される全体の負荷抵抗の抵抗値が、決定された抵抗値となるように、各スイッチング素子2の開閉を制御する。すなわち、選択部23は、抵抗値が異なる負荷抵抗1の中から、実際に負荷抵抗として用いるものを選択する選択部であるとすることができる。なお、複数のスイッチング素子2を閉状態として、複数の負荷抵抗1を組み合わせて、決定された抵抗値を設定するようにしてもよい。
 すなわち、電池状態監視装置100は、電圧測定部20で測定される電圧と、電流測定部21で測定される電流とに基づいて、スイッチング素子2の開閉を制御して、放電部15の全体の負荷抵抗の抵抗値を調整することにより、放電電流の調整を可能とする。
 次に、この実施の形態に係る電池状態監視装置100の動作について説明する。
 図3には、電池状態監視装置100の動作の流れが示されている。図3に示すように、電池状態監視装置100では、放電制御装置3は、選択部23を用いて、放電部15の全てのスイッチング素子2をオフしている(ステップS1)。このようにして、モータ駆動時などでは、各負荷抵抗1は電池10から切り離され、モータがインバータを介して電池10に接続される。なお、電池状態監視装置100が、電池10とモータ及びインバータとの接続を制御する。
 この状態で、電池10からの電力がインバータを介してモータに供給され、モータ減速時には、モータが発電機として機能し、得られた電力が電池10に回生される。このようにして、電池10は充放電を繰り返すこととなる。
 続いて、放電制御装置3は、測定タイミングとなるまで待つ(ステップS2;No)。測定タイミングになると(ステップS2;Yes)、放電制御装置3は、電池10から、インバータやモータ等の通常の負荷を切り離す(ステップS3)。
 続いて、放電制御装置3は、決定部22で、上述のようにして、抵抗値を決定する(ステップS4)。例えば、決定部22は、電圧測定部20で測定された電圧値を、所定の電流条件を満たす電流値で除算することにより、抵抗値を算出するようにしてもよい。
 続いて、放電制御装置3は、選択部23で、上述のようにして、負荷抵抗1を選択する(ステップS5)。これにより、各スイッチング素子2の開閉が制御され、電池10に接続される負荷抵抗1の抵抗値が、決定部22で決定された抵抗値となる。このとき、放電制御装置3は、電流測定部21で測定される電流が、所定の電流条件を満たしているか否かを確認するようにしてもよい。
 続いて、放電制御装置3は、測定対象の測定を行う(ステップS6)。ここで、例えば、電池10のSOCや内部インピーダンス等が測定される。これらの測定対象は、様々な手法を採用することができる。例えば、電圧測定部20で測定される電圧値と、電流測定部21で測定される電流値とに基づいて、測定対象を算出するようにしてもよい。
 ステップS6を実行後、放電制御装置3は、ステップS1に戻る。この際、放電制御装置3は、電池10を、インバータやモータ等の通常の負荷に接続する。
 この実施の形態に係る電池状態監視装置100によれば、負荷抵抗1の抵抗値を変更することにより、電池10の放電電流の大きさを変化させることができる。これにより、温度環境や、使用履歴によって電池の内部抵抗が高くなったり、低くなったりしても、測定に必要な電流で電池10を放電させることができるようになる。
 このように、この実施の形態に係る電池状態監視装置100によれば、抵抗値の異なる2種類以上の負荷抵抗1を設けることにより、電池10の内部抵抗の大きな変化に関わらず、測定対象の測定が可能になる。この結果、電池10の状態の監視を円滑に行うことができる。
 また、この実施の形態に係る電池状態監視装置100によれば、内部抵抗が大きく異なる電池10が用いられている場合や、温度や使用環境によって内部抵抗が大きく変化した場合であっても、その都度、必要な放電電流を設定し、円滑な測定を行うことができる。
 以上詳細に説明したように、この実施の形態によれば、放電制御装置3により、放電回路の負荷抵抗1の抵抗値を調整する。これにより、電池1の内部抵抗の抵抗値が大きく変化した場合であっても、その変化に合わせて負荷抵抗1の抵抗値を変更することができる。この結果、電池1のSOCや内部インピーダンスを、安定した状態で測定することができる。
実施の形態2.
 次に、この発明の実施の形態2について説明する。
 図4には、この発明の実施の形態2に係る蓄電デバイス放電装置としての電池残存量均等化装置101の回路構成が示されている。電池残存量均等化装置101は、複数の電池セルを直列につないで高電圧バッテリとして搭載する場合の蓄電デバイスの残容量(SOC)のばらつきを均等化する残容量均等化装置である。
 図4に示すように、3つの電池10が直列に接続されている。この実施の形態では、電池10の直列回路が、蓄電デバイスに相当する。この蓄電デバイスの直列回路の両端には、例えば、電気自動車やハイブリット自動車などの走行用のモータ及びインバータ等が接続されている。放電制御装置3は、蓄電デバイスとモータ及びインバータへの接続/遮断を制御する。
 電池残存量均等化装置101は、電池10のセル毎に、放電部15を備えている。放電部15には、上記実施の形態1と同様に、複数の放電回路が設けられている。各放電回路は、抵抗値の異なる2種類以上の負荷抵抗1(R1、R2・・・Rn)とトランジスタ等のスイッチング素子2から成る。各放電回路は、複数個並列に接続されている。
 また、放電制御装置3は、放電対象となる電池10のセル毎に、正極と負極との間の電圧と、流れる電流とを測定する。図4では図示しないが、この実施の形態では、放電制御装置3は、電池10のセル毎に、電圧測定部20と、電流測定部21と、を備えている。
 放電制御装置3は、蓄電デバイスとモータ及びインバータとの接続が遮断されているときに、必要に応じて電池10のセルに対応するスイッチング素子2をオン(閉)して、そのセルの放電を行う。放電時間は、電圧測定部20によって測定される電圧に応じた時間となる。すなわち、電圧値が高いセルほど、放電時間は長くなる。
 このとき、放電制御装置3は、セル毎に構成された電圧測定部20の測定値と、電流測定部21の測定値とに基づいて、抵抗値が異なる負荷抵抗1の中から、負荷抵抗1を選択する。このようにすることで、蓄電デバイスの放電電流の大きさを変化させることができる。このため、温度環境や、使用履歴によって電池の内部抵抗が高くなったり、低くなったりしても、均等化に必要な電流で電池10のセルをそれぞれ放電させることができるようになる。
 蓄電デバイスの動作停止時間が閾値よりも短くなった場合や、電圧値の不均等が閾値よりも大きくなりすぎた場合であっても、電圧が高い電池10のセルに対応する負荷抵抗1の抵抗値を大きくすることにより、電池10の残容量の均等化に必要な電流で電池10を放電させることができるようになる。
 このように、セル毎に抵抗値の異なる2種類以上の負荷抵抗1の中から、最適な負荷抵抗1を選択することにより、電池の内部抵抗の変化等に関わらず、電池10の残容量の均等化を滞りなく行うことができる。これにより、蓄電デバイスを円滑に稼動させることができる。
 以上詳細に説明したように、この実施の形態によれば、放電制御装置3により、放電回路の負荷抵抗1の抵抗値を変更する。これにより、電池10の内部抵抗の抵抗値が大きく変化した場合であっても、その変化に合わせて負荷抵抗1の抵抗値を変更することができる。この結果、電池10を複数個接続した蓄電デバイスの残容量の均等化を安定に達成することができる。
実施の形態3.
 次に、この発明の実施の形態3について説明する。
 図5には、この発明の実施の形態3に係る蓄電デバイス放電装置としての電池状態監視装置102の回路構成が示されている。図5に示すように、この実施の形態では、放電部16の構成が、上記実施の形態1と異なる。
 この実施の形態では、放電部16の放電回路は、可変抵抗6とスイッチング素子2との直列回路となっている。また、放電回路は1つしか設けられていない。
 放電制御装置3は、可変抵抗6の抵抗値を変更する。
 より具体的には、放電制御装置3は、電圧測定部20の測定値と電流測定部21の測定値とに基づいて、必要な可変抵抗6の抵抗値を決定し、可変抵抗6の抵抗値を調整する。抵抗値を決定する方法は、上記実施の形態1、2と同じである。このようにすることで、蓄電デバイスの放電電流の大きさを変化させることができる。この結果、温度環境や、使用履歴によって電池の内部抵抗が高くなる場合や低くなる場合などに対応して、蓄電デバイスを、測定に必要な電流で放電させることができる。
 このように、可変抵抗6を設けることにより、電池10の内部抵抗の変化に関わらず、内部抵抗の測定を滞りなく行うことができる。この結果、蓄電デバイスの状態監視を円滑に行うことができる。
 また、上述のような構成により、電池状態監視装置102の回路構成を簡単にすることができる。この結果、回路基板を小さくすることができるので、装置を小型化することができる。
実施の形態4.
 次に、この発明の実施の形態4について説明する。
 図6には、本発明の実施の形態4に係る蓄電デバイス放電装置としての電池残存量均等化装置103の回路構成が示されている。電池残存量均等化装置103は、複数の電池10のセルを直列につないで高電圧バッテリとして搭載する場合の蓄電デバイスの残容量(SOC)のばらつきを均等化する残容量均等化装置である。図6に示すように、この電池残存量均等化装置103では、放電部15の代わりに放電部16が設けられている点が、上記実施の形態2と異なる。
 上述のように、放電部16の放電回路は、可変抵抗6とスイッチング素子2との直列回路となっている。放電回路は、1つの電池10のセルにつき1つしか設けられていない。
 放電制御装置3は、可変抵抗である負荷抵抗1の抵抗値を調整する。
 より具体的には、放電制御装置3は、電池10のセル毎に構成された電圧測定部4の測定値と電流測定部5の測定値とに基づいて、可変抵抗6の抵抗値を調整する。このようにすることで、蓄電デバイスの放電電流の大きさを変化させることができる。このため、温度環境や、使用履歴によって電池の内部抵抗が高くなったり低くなったりした場合であっても、放電可能かつ均等化に必要な電流で電池10のセルを放電させることができるようになる。また、電池残容量の均等化に必要な時間が極端に短くなったり、放電による発熱量が、許容される大きさを超えたりしたときでも。十分な放電が可能となる。
 このように、電池10のセル毎に可変抵抗6を設けることにより、電池10の内部抵抗の大きな変化等に関わらず、電池10の残容量の均等化を滞りなく行うことができる。これにより、蓄電デバイスを円滑に稼動させることができる。
 また、上述のような構成により、電池残存量均等化装置103の回路構成を簡単にすることができる。この結果、回路基板を小さくすることができるので、装置を小型化することができる。
 なお、上述した電池状態監視装置100、102を用いれば、内部物質移動支配の抵抗値を利用することで、電池10におけるニッケル水素電池の場合のメモリ効果などの一時的特性変化を判定することもできる。さらに、回復不能な特性劣化の判定も可能である。
 また、電池10の温度を測定する温度測定部を設けるようにしてもよい。そして、温度測定部によって測定された温度に基づいて、負荷抵抗1の選択や、可変抵抗6の抵抗値の調整を行うようにしてもよい。
 この発明は、蓄電デバイスの状態(SOCや内部インピーダンス)を測定するのに好適である。また、この発明は、複数の2次電池が直列に接続された蓄電デバイスにおいて、各2次電池の残容量の均等化を図るのに好適である。このため、この発明は、蓄電デバイスを用いた電気車等のあらゆる電気駆動の機器に好適である。
 1  負荷抵抗
 2  スイッチング素子
 3  放電制御装置
 4  端子
 5  電流計
 6  可変抵抗
 10  電池
 15、16  放電部
 20  電圧測定部
 21  電流測定部
 22  決定部
 23  選択部
 100  電池状態監視装置
 101  電池残存量均等化装置
 102  電池状態監視装置
 103  電池残存量均等化装置

Claims (5)

  1.  蓄電デバイスの放電を行う蓄電デバイス放電装置であって、
     前記蓄電デバイスの正極と負極との間に、負荷抵抗とスイッチとが直列に接続された放電回路を有する放電部と、
     前記スイッチの開閉を制御する制御部と、
     を備え、
     前記制御部が、
     前記放電部における前記負荷抵抗の抵抗値を調整することにより、放電電流の調整を可能とする蓄電デバイス放電装置。
  2.  前記放電部は、
     前記負荷抵抗の抵抗値が互いに異なる複数の放電回路を有し、
     前記制御部は、
     前記複数の放電回路各々の前記スイッチの開閉により、前記負荷抵抗の抵抗値を調整する、
     請求項1に記載の蓄電デバイス放電装置。
  3.  前記負荷抵抗は、可変抵抗であり、
     前記制御部は、
     前記負荷抵抗の抵抗値を調整する、
     請求項1に記載の蓄電デバイス放電装置。
  4.  前記制御部は、
     前記蓄電デバイスの正極と負極との間の電圧を測定する電圧測定部と、
     前記蓄電デバイスから流れる電流を測定する電流測定部と、
     を備え、
     前記電圧測定部で測定された電圧と、前記電流測定部で測定された電流とに基づいて、
     前記負荷抵抗の抵抗値を調整する、
     請求項1乃至3のいずれか一項に記載の蓄電デバイス放電装置。
  5.  前記蓄電デバイスでは、
     複数の2次電池が直列に接続されており、
     前記放電回路は、
     前記複数の2次電池各々に少なくとも1つ設けられている、
     請求項1乃至4のいずれか一項に記載の蓄電デバイス放電装置。
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