WO2019172353A1 - セルバランス制御装置およびセルバランス制御システム - Google Patents

セルバランス制御装置およびセルバランス制御システム Download PDF

Info

Publication number
WO2019172353A1
WO2019172353A1 PCT/JP2019/008994 JP2019008994W WO2019172353A1 WO 2019172353 A1 WO2019172353 A1 WO 2019172353A1 JP 2019008994 W JP2019008994 W JP 2019008994W WO 2019172353 A1 WO2019172353 A1 WO 2019172353A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery
cell balance
balance control
cell
voltage value
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/008994
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
堀井 裕介
Original Assignee
いすゞ自動車株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by いすゞ自動車株式会社 filed Critical いすゞ自動車株式会社
Priority to CN201980017264.9A priority Critical patent/CN111819758A/zh
Priority to US16/978,880 priority patent/US11415632B2/en
Priority to DE112019001213.4T priority patent/DE112019001213T5/de
Publication of WO2019172353A1 publication Critical patent/WO2019172353A1/ja

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3835Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC involving only voltage measurements
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0016Circuits for equalisation of charge between batteries using shunting, discharge or bypass circuits
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/22Balancing the charge of battery modules
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44Methods for charging or discharging
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/14Balancing the load in a network
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/0048Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing

Definitions

  • the present disclosure relates to a cell balance control device and a cell balance control system.
  • a battery provided in a vehicle such as an electric vehicle has a plurality of battery cells.
  • the performance of the battery as a whole may be limited. For example, when a battery is charged, a battery cell with a high voltage value reaches the upper limit voltage value of the battery, or when the remaining battery level decreases, For example, the lower limit voltage value of the battery is reached early.
  • cell balance control for equalizing the voltage values in a plurality of battery cells is performed in order to suppress such variations in the voltage values of the battery cells (see, for example, Patent Document 1). Specifically, when the difference value between the maximum voltage value and the minimum voltage value of each battery cell is larger than a preset threshold value, cell balance control is performed by discharging the battery cell having a high voltage value. .
  • the cell balance control Since the conventional technology does not consider the deterioration state of the battery, the cell balance control is always executed when the variation of each battery cell becomes large. As a result, the number of executions of the cell balance control becomes excessive, resulting in a problem that energy loss occurs wastefully.
  • the cell balance control device is: An execution unit for performing cell balance control of a battery having a plurality of battery cells; An execution condition setting unit that variably sets the execution condition of the cell balance control so as to increase the execution frequency of the cell balance control as the battery deteriorates; Is provided.
  • a cell balance control system includes: A battery having a plurality of battery cells; A cell balance circuit for equalizing voltage values of the plurality of battery cells; The cell balance control device that performs cell balance control by controlling the cell balance circuit; Is provided.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a cell balance control system according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2A is a diagram illustrating a voltage value of each battery cell before charging.
  • FIG. 2B is a diagram showing the voltage value of each battery cell after charging in a state where the battery has not deteriorated.
  • FIG. 2C is a diagram illustrating the voltage value of each battery cell after charging in a state where the deterioration of the battery has progressed.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of control operation in the cell balance control apparatus.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a cell balance control system 1 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the cell balance control system 1 is a system mounted on a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle, and executes cell balance control of the battery 10.
  • the cell balance control system 1 includes a battery 10, a cell balance circuit 20, and a cell balance control device 100.
  • the battery 10 is a rechargeable battery that is charged by being supplied with power from an external AC power source or the like, and has a plurality of battery cells 11 connected in series.
  • the battery cell 11 is a secondary battery such as a lithium ion battery, for example.
  • the cell balance circuit 20 is a circuit that equalizes voltage values of the plurality of battery cells 11 in the battery 10, and includes a plurality of resistors 21 connected in series and a plurality of resistors 21 provided between the battery cells 11 and the resistors 21. And a switch 22.
  • the plurality of switches 22 are provided one by one between the upper end portion of each resistor 21 and the positive electrode portion of each battery cell 11, and are switched on and off under the control of the cell balance control device 100.
  • the cell balance control device 100 includes a voltage acquisition unit 110, a deterioration state acquisition unit 120, and a control unit 130.
  • the control unit 130 corresponds to an “execution unit” and an “execution condition setting unit” of the present disclosure.
  • the voltage acquisition unit 110 acquires the voltage value of each battery cell 11 and outputs the acquired voltage value to the control unit 130.
  • the voltage acquisition part 110 may acquire the voltage value of each battery cell 11 directly, and may acquire it via another detection part etc.
  • the deterioration state acquisition unit 120 acquires the deterioration state of the battery 10 and outputs it to the control unit 130.
  • the deterioration state of the battery 10 is, for example, the ratio of the internal resistance of the battery 10 at a predetermined time to the internal resistance of the battery 10 in the initial state.
  • the deterioration state acquisition unit 120 can acquire a deterioration state monitored by another control device or the like.
  • the control unit 130 variably sets the execution condition of the cell balance control so as to increase the execution frequency of the cell balance control with the deterioration of the battery 10. Specifically, the control unit 130 determines a threshold value for executing cell balance control based on the deterioration state of the battery 10.
  • the threshold value is a value used for comparison with the variation amount of the voltage value between the battery cells 11, which is a measured value related to the voltage of the battery 10.
  • the variation amount of the voltage value between the battery cells 11 is, for example, a difference value between the highest voltage value and the lowest voltage value among the voltage values.
  • control unit 130 decreases the threshold value as the deterioration of the battery 10 progresses. By doing in this way, it can set to the threshold value according to the deterioration state of the battery 10 so that it may mention later.
  • the control unit 130 performs cell balance control according to the voltage value of each battery cell 11 and the determined threshold value. For example, when the difference value between the highest voltage value and the lowest voltage value in the voltage value of each battery cell 11 is equal to or greater than a threshold value, the control unit 130 performs cell balance control. Specifically, the control unit 130 controls on / off of each switch 22 so that the voltage value of the other battery cell 11 matches the voltage value of the battery cell 11 having the lowest voltage value. Thereby, the cell balance control according to the deterioration state of the battery 10 can be performed.
  • FIG. 2A is a diagram showing the voltage value of each battery cell 11 before charging.
  • FIG. 2B is a diagram illustrating the voltage value of each battery cell 11 after charging in a state where the deterioration of the battery 10 has not progressed.
  • FIG. 2C is a diagram illustrating the voltage value of each battery cell 11 after charging in a state where the deterioration of the battery 10 has progressed.
  • FIGS. 2A to 2C illustrate the battery 10 having five battery cells 11 (first cell, second cell, third cell, fourth cell, and fifth cell).
  • the vertical axis in FIGS. 2A to 2C indicates the voltage value.
  • the upper limit voltage value is a voltage value that is overcharged when the battery 10 is further charged.
  • the lower limit voltage value is a voltage value that causes overdischarge when the battery 10 is further discharged.
  • the battery 10 varies in a range between a first voltage value (maximum voltage value) and a second voltage value (minimum voltage value) before charging.
  • the first voltage value is the second cell
  • the second voltage value is the third cell.
  • the frequency at which the battery cell 11 having a high voltage value reaches the upper limit voltage value of the battery 10 increases as the battery 10 deteriorates.
  • the frequency at which the battery cell 11 having a low voltage value reaches the lower limit voltage value of the battery 10 increases as the battery 10 deteriorates.
  • the threshold value for executing the cell balance control is set to a fixed value (for example, a value smaller than the difference value between the first voltage value and the second voltage value).
  • the battery cell 11 having a high voltage value is discharged, so that the voltage value of the second cell is adjusted to the third cell having the lowest voltage value.
  • the voltage value of the second cell is adjusted to the voltage value of the third cell. It is possible to prevent the voltage value from exceeding the upper limit voltage value.
  • the threshold value is decreased as the battery 10 is further deteriorated. In other words, in the present embodiment, the threshold value is increased so that the battery 10 does not deteriorate. Therefore, in the case of FIG. 2B, the cell balance control is not executed by setting the threshold value to be larger than the difference value between the first voltage value and the second voltage value. Thereby, it is possible to suppress the number of executions of the cell balance control from being excessive, and it is possible to suppress wasteful generation of energy loss.
  • the threshold value can be appropriately set to a value that does not limit the performance of the battery 10 due to the amount of variation in the voltage value between the battery cells 11 through experiments, simulations, and the like.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an example of control operation in the cell balance control apparatus 100. The process in FIG. 3 is executed when the cell balance control system 1 starts operation, for example.
  • the control unit 130 acquires the deterioration state of the battery 10 (step S101).
  • the control unit 130 determines a threshold value for performing cell balance control (step S102). Specifically, the control unit 130 determines the threshold value so that the threshold value becomes smaller as the battery 10 is more deteriorated.
  • control unit 130 acquires the voltage value of each voltage cell 11 (step S103). Next, the control unit 130 determines whether or not the difference value between the highest voltage value and the lowest voltage value among the voltage values is greater than or equal to a threshold value (step S104).
  • step S104 If the difference value is less than the threshold value as a result of the determination (step S104, NO), this control ends. On the other hand, when the difference value is greater than or equal to the threshold (step S104, YES), the control unit 130 performs cell balance control (step S105). After step S105, this control ends.
  • this control may be executed while performing the charging / discharging operation of the battery 10, or may be executed separately from the charging / discharging operation.
  • the threshold value for performing the cell balance control is determined according to the deterioration state of the battery 10, so the number of executions of the cell balance control is adjusted according to the deterioration state of the battery 10. can do. As a result, it is possible to optimize the number of executions of the cell balance control and suppress the wasteful generation of energy loss.
  • the threshold value is set to be smaller. Therefore, the threshold value can be set according to the deterioration state of the battery 10.
  • the execution unit and the execution condition setting unit are exemplified as the control unit 130.
  • the present disclosure is not limited to this, and the execution unit and the execution condition setting unit may be provided separately. good.
  • the cell balance control device 100 acquires the deterioration state of the battery 10 by the deterioration state acquisition unit 120, but the present disclosure is not limited to this.
  • the cell balance control device 100 (execution condition setting unit) may variably set the execution condition of the cell balance control based on the internal resistance of the battery 10.
  • the cell balance control device 100 (execution condition setting unit) variably sets the execution condition of the cell balance control based on the frequency of reaching the upper limit voltage value or the lower limit voltage value when the battery 10 is charged / discharged. May be.
  • the configuration shown in FIG. 1 is exemplified as the cell balance circuit.
  • the present disclosure is not limited to this, and configurations other than those in FIG. 1 may be used as the cell balance circuit.
  • the cell balance control device of the present disclosure is useful as a cell balance control device and a cell balance control system capable of optimizing the number of executions of cell balance control and suppressing wasteful generation of energy loss.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

セルバランス制御装置は、複数の電池セルを有するバッテリーのセルバランス制御を実行する実行部と、セルバランス制御の実行条件を、バッテリーの劣化に伴ってセルバランス制御の実行頻度を増大させるように可変設定する実行条件設定部と、を備える。

Description

セルバランス制御装置およびセルバランス制御システム
 本開示は、セルバランス制御装置およびセルバランス制御システムに関する。
 電気自動車等の車両に設けられるバッテリーは、複数の電池セルを有する。このようなバッテリーでは、各電池セルの電圧値にバラツキが生じると、バッテリー全体としての性能が制限されてしまう場合がある。例えば、バッテリーを充電した際に、電圧値の高い電池セルがバッテリーの上限電圧値に到達してしまう場合や、バッテリーの残量が減少した際に、電圧値の低い電池セルが、放電等によりバッテリーの下限電圧値に早めに到達してしまう場合等である。
 このような各電池セルの電圧値のバラツキを抑えるため、複数の電池セルにおける各電圧値を均等化するセルバランス制御が行われることが知られている(例えば、特許文献1参照)。具体的には、各電池セルの最高電圧値と最低電圧値との差分値が予め設定された閾値に対して大きい場合、電圧値の高い電池セルを放電することにより、セルバランス制御が行われる。
日本国特開2013-5677号公報
 ところで、セルバランス制御では、電圧値の高い電池セルを放電する分だけエネルギーロスが発生するので、エネルギー効率の観点から、セルバランス制御の実行回数を可能な限り減らすことが好ましい。
 しかしながら、バッテリーの劣化が進んでいくと、各電池セルの内部抵抗が増大するので、バッテリーの劣化が進んだ時と、劣化が進んでいない時とでは、各電池セルの電圧値の変動量が異なる。そのため、バッテリーを充放電した際、電池セルがバッテリーの上限電圧値または下限電圧値に到達する頻度が、バッテリーの劣化状態によって変動する。
 従来技術では、バッテリーの劣化状態について考慮していないので、各電池セルのバラツキが大きくなった場合、常にセルバランス制御が実行される。その結果、セルバランス制御の実行回数が過剰になってしまい、ひいてはエネルギーロスが無駄に発生するという問題が生じる。
 本開示の目的は、セルバランス制御の実行回数を最適化し、エネルギーロスが無駄に発生することを抑制することが可能なセルバランス制御装置およびセルバランス制御システムを提供することである。
 本開示に係るセルバランス制御装置は、
 複数の電池セルを有するバッテリーのセルバランス制御を実行する実行部と、
 前記セルバランス制御の実行条件を、前記バッテリーの劣化に伴って前記セルバランス制御の実行頻度を増大させるように可変設定する実行条件設定部と、
 を備える。
 本開示に係るセルバランス制御システムは、
 複数の電池セルを有するバッテリーと、
 前記複数の電池セルの電圧値を均等化するセルバランス回路と、
 前記セルバランス回路を制御することでセルバランス制御を実行する上記のセルバランス制御装置と、
 を備える。
 本開示によれば、セルバランス制御の実行回数を最適化し、エネルギーロスが無駄に発生することを抑制することができる。
図1は、本開示の実施の形態に係るセルバランス制御システムを示すブロック図である。 図2Aは、充電前の各電池セルの電圧値を示す図である。 図2Bは、バッテリーの劣化が進んでいない状態における充電後の各電池セルの電圧値を示す図である。 図2Cは、バッテリーの劣化が進んだ状態における充電後の各電池セルの電圧値を示す図である。 図3は、セルバランス制御装置における制御の動作例を示すフローチャートである。
 以下、本開示の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本開示の実施の形態に係るセルバランス制御システム1を示すブロック図である。
 図1に示すように、セルバランス制御システム1は、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載されるシステムであり、バッテリー10のセルバランス制御を実行する。セルバランス制御システム1は、バッテリー10と、セルバランス回路20と、セルバランス制御装置100とを有する。
 バッテリー10は、外部の交流電源等から電力を供給されることにより充電される充電池であり、直列接続された複数の電池セル11を有する。電池セル11は、例えば、リチウムイオン電池等の二次電池である。
 セルバランス回路20は、バッテリー10における複数の電池セル11の電圧値を均等化する回路であり、直列に接続された複数の抵抗21と、電池セル11と抵抗21との間に設けられる複数のスイッチ22と、を有する。
 複数のスイッチ22は、各抵抗21の上端部と、各電池セル11の正極部との間に1つずつ設けられており、セルバランス制御装置100の制御の下、オン、オフが切り替えられる。
 スイッチ22がオンになると、当該スイッチ22に接続される電池セル11の電圧が抵抗21を介して放電される。例えば、上から2番目に位置する電池セル11Aを放電する場合、当該電池セル11Aに対応するスイッチ22Aが、セルバランス制御装置100の制御の下、オンにされる。これにより、電池セル11Aの電圧が抵抗21Aを介して放電されるので、電池セル11Aの電圧値がそれ以外の電池セル11の電圧値よりも高い場合、電池セル11Aの電圧値が、それ以外の電圧値に合わせられる。その結果、各電池セル11の電圧値が均等化される。
 セルバランス制御装置100は、図示しないCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)および入出力回路を備えており、予め設定されたプログラムに基づいて、セルバランス回路20の各スイッチ22を制御する。これにより、セルバランス制御装置100は、バッテリー10のセルバランス制御を実行する。
 セルバランス制御装置100は、電圧取得部110と、劣化状態取得部120と、制御部130とを有する。制御部130は、本開示の「実行部」および「実行条件設定部」に対応する。
 電圧取得部110は、各電池セル11の電圧値を取得し、取得した各電圧値を制御部130に出力する。電圧取得部110は、各電池セル11の電圧値を直接取得しても良いし、他の検出部等を介して取得しても良い。
 劣化状態取得部120は、バッテリー10の劣化状態を取得し、制御部130に出力する。バッテリー10の劣化状態は、例えば、初期状態におけるバッテリー10の内部抵抗に対する、所定時におけるバッテリー10の内部抵抗の割合である。劣化状態取得部120は、その他の制御装置等によって監視されている劣化状態を取得することができる。
 制御部130は、セルバランス制御の実行条件を、バッテリー10の劣化に伴ってセルバランス制御の実行頻度を増大させるように可変設定する。具体的には、制御部130は、バッテリー10の劣化状態に基づいて、セルバランス制御を実行するための閾値を決定する。閾値は、バッテリー10の電圧に関する計測値である各電池セル11間における電圧値のバラツキ量との比較に用いられる値である。各電池セル11間における電圧値のバラツキ量は、例えば、各電圧値のうち、最高電圧値と最低電圧値との差分値である。
 具体的には、制御部130は、バッテリー10の劣化が進むほど、閾値を小さくする。このようにすることで、後述する通り、バッテリー10の劣化状態に応じた閾値に設定することができる。
 制御部130は、各電池セル11の電圧値と、決定した閾値とに応じて、セルバランス制御を実行する。制御部130は、例えば、各電池セル11の電圧値における、最高電圧値と最低電圧値との差分値が閾値以上である場合、セルバランス制御を実行する。具体的には、制御部130は、最低電圧値の電池セル11の電圧値にそれ以外の電池セル11の電圧値を合わせるように、各スイッチ22のオンオフを制御する。これにより、バッテリー10の劣化状態に応じたセルバランス制御を実行することができる。
 次に、本実施の形態の作用について説明する。図2Aは、充電前の各電池セル11の電圧値を示す図である。図2Bは、バッテリー10の劣化が進んでいない状態における充電後の各電池セル11の電圧値を示す図である。図2Cは、バッテリー10の劣化が進んだ状態における充電後の各電池セル11の電圧値を示す図である。
 なお、図2A~図2Cでは、5つの電池セル11(第1セル、第2セル、第3セル、第4セルおよび第5セル)を有するバッテリー10を例示している。また、図2A~図2Cにおける縦軸は、電圧値を示している。
 バッテリー10の劣化が進んでいくと、バッテリー10の内部抵抗が増大する。バッテリー10の内部抵抗が大きいと、同じ電流を流した際における電圧値が、内部抵抗が小さい場合と比較して高くなるので、バッテリー10の劣化が進んでいる時と、劣化が進んでいない時とで、各電池セル11の電圧値の変動量が異なる。
 具体的には、バッテリー10を充放電した際に、バッテリー10の一部の電池セル11がバッテリー10に設定されている上限電圧値または下限電圧値に到達する頻度が、バッテリー10の劣化が進むにつれ多くなる。上限電圧値は、これ以上バッテリー10を充電すると過充電となる電圧値である。下限電圧値は、これ以上バッテリー10を放電すると過放電となる電圧値である。
 図2Aに示すように、例えば、バッテリー10が、充電前において、第1電圧値(最高電圧値)と、第2電圧値(最低電圧値)との範囲でばらついているとする。また、図2A~図2Cでは、第1電圧値となっているのは第2セルであり、第2電圧値となっているのは第3セルである。
 図2Bに示すように、バッテリー10の劣化が進んでいない状態である場合、バッテリー10を充電した際、例えば、最高電圧値の第2セルが上限電圧値に到達しない程度の充電量だけ充電したとする。しかし、図2Cに示すように、図2Bと同じ充電量とした場合であっても、バッテリー10の劣化が進んだ状態であると、電圧値の上昇量が、図2Bの状態と比べて大きくなる。これは、バッテリー10の内部抵抗が増大することに起因する。その結果、少なくとも最高電圧値の第2セルが上限電圧値を超えてしまう可能性が高くなる。
 つまり、バッテリー10の充電時において、電圧値の高い電池セル11がバッテリー10の上限電圧値に到達する頻度が、バッテリー10の劣化が進むにつれ多くなる。なお、バッテリー10の放電時においても、同様に、電圧値の低い電池セル11がバッテリー10の下限電圧値に到達する頻度が、バッテリー10の劣化が進むにつれ多くなる。
 ここで、セルバランス制御を実行するための閾値が、固定値(例えば、第1電圧値と第2電圧値との差分値より小さい値)に設定されているとする。このとき、セルバランス制御を実行すると、電圧値の高い電池セル11を放電することにより、第2セルの電圧値が最低電圧値の第3セルに合わせられる。その結果、バッテリー10を充電した際に、図2Cのようにバッテリー10が劣化している場合であっても、第2セルの電圧値が第3セルの電圧値に合わせられるので、各セルの電圧値が上限電圧値を超えないようにすることができる。
 それに対し、図2Bのように、バッテリー10の劣化が進んでいない場合では、バッテリー10を充電しても、どの電池セル11の電圧値も上限電圧値を超えない。セルバランス制御では、電圧値の高い電池セル11を放電する分だけエネルギーロスが発生するので、エネルギー効率の観点から、セルバランス制御を可能な限り実行しないことが好ましい。しかし、上記の固定値に閾値が設定されていると、図2Cの場合と同様にセルバランス制御が実行されてしまう。
 すなわち、バッテリー10の劣化が進んでいないような場合でも、バッテリー10の劣化が進んでいるときと同様にセルバランス制御を行うと、セルバランス制御の実行回数が過剰になり、ひいてはエネルギーロスが無駄に発生するという問題が生じる。
 本実施の形態では、バッテリー10の劣化が進むほど、閾値を小さくする。言い換えると、本実施の形態では、バッテリー10の劣化が進んでないほど、閾値を大きくする。そのため、図2Bの場合、第1電圧値と第2電圧値との差分値よりも大きくなるように閾値を設定することで、セルバランス制御が実行されなくなる。これにより、セルバランス制御の実行回数が過剰になることが抑制され、ひいてはエネルギーロスが無駄に発生することを抑制することができる。
 なお、閾値は、バッテリー10の劣化状態毎に予め設定された値を用いることができる。また、閾値は、実験やシミュレーション等により、各電池セル11間における電圧値のバラツキ量に起因してバッテリー10の性能が制限されない程度の値に適宜設定することができる。
 以上のように構成されたセルバランス制御装置100における制御の動作例について説明する。図3は、セルバランス制御装置100における制御の動作例を示すフローチャートである。図3における処理は、例えば、セルバランス制御システム1が動作を開始した際に実行される。
 図3に示すように、制御部130は、バッテリー10の劣化状態を取得する(ステップS101)。次に、制御部130は、セルバランス制御を行うための閾値を決定する(ステップS102)。具体的には、制御部130は、バッテリー10の劣化が進んでいるほど、閾値が小さくなるように閾値を決定する。
 次に、制御部130は、各電圧セル11の電圧値を取得する(ステップS103)。次に、制御部130は、各電圧値のうち、最高電圧値と最低電圧値との差分値が閾値以上であるか否かについて判定する(ステップS104)。
 判定の結果、差分値が閾値未満である場合(ステップS104、NO)、本制御は終了する。一方、差分値が閾値以上である場合(ステップS104、YES)、制御部130は、セルバランス制御を行う(ステップS105)。ステップS105の後、本制御は終了する。
 なお、本制御は、バッテリー10の充放電動作を行いながら、実行されても良いし、充放電動作とは別に実行されても良い。
 以上のように構成された本実施の形態によれば、バッテリー10の劣化状態に応じてセルバランス制御を行うための閾値を決定するので、バッテリー10の劣化状態によってセルバランス制御の実行回数を調整することができる。その結果、セルバランス制御の実行回数を最適化し、エネルギーロスが無駄に発生することを抑制することができる。
 また、バッテリー10の劣化が進むほど、閾値が小さく設定されるので、バッテリー10の劣化状態に応じた閾値に設定することができる。
 なお、上記実施の形態では、実行部および実行条件設定部を制御部130として例示したが、本開示はこれに限定されず、実行部と、実行条件設定部とが別々に設けられていても良い。
 また、上記実施の形態では、セルバランス制御装置100が劣化状態取得部120により、バッテリー10の劣化状態を取得していたが、本開示はこれに限定されない。例えば、セルバランス制御装置100(実行条件設定部)が、バッテリー10の内部抵抗に基づいて、セルバランス制御の実行条件の可変設定を行うようにしても良い。また、セルバランス制御装置100(実行条件設定部)が、バッテリー10の充放電時の上限電圧値または下限電圧値への到達頻度に基づいて、セルバランス制御の実行条件の可変設定を行うようにしても良い。
 また、上記実施の形態では、図1に示す構成をセルバランス回路として例示したが、本開示はこれに限定されず、図1以外の構成をセルバランス回路としても良い。
 その他、上記実施の形態は、何れも本開示を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
 本出願は、2018年3月8日付で出願された日本特許出願(特願2018-041859)に基づくものであり、その内容は、ここに参照として全て取り込まれる。
 本開示のセルバランス制御装置は、セルバランス制御の実行回数を最適化し、エネルギーロスが無駄に発生することを抑制することが可能なセルバランス制御装置およびセルバランス制御システムとして有用である。
 1 セルバランス制御システム
 10 バッテリー
 11 電池セル
 20 セルバランス回路
 21 抵抗
 22 スイッチ
 100 セルバランス制御装置
 110 電圧取得部
 120 劣化状態取得部
 130 制御部

Claims (6)

  1.  複数の電池セルを有するバッテリーのセルバランス制御を実行する実行部と、
     前記セルバランス制御の実行条件を、前記バッテリーの劣化に伴って前記セルバランス制御の実行頻度を増大させるように可変設定する実行条件設定部と、
     を備えるセルバランス制御装置。
  2.  前記実行条件は、前記バッテリーの電圧に関する計測値との比較に用いる閾値であり、
     前記実行部は、前記計測値が前記閾値以上である場合、前記セルバランス制御を実行し、
     前記実行条件設定部は、前記バッテリーの劣化が進むほど、前記閾値を小さくする、
     請求項1に記載のセルバランス制御装置。
  3.  前記計測値は、前記各電池セルの電圧値における、最高電圧値と最低電圧値との差分値である、
     請求項2に記載のセルバランス制御装置。
  4.  前記実行条件設定部は、前記バッテリーの内部抵抗に基づいて、前記セルバランス制御の実行条件の可変設定を行う、
     請求項1に記載のセルバランス制御装置。
  5.  前記実行条件設定部は、前記バッテリーの充放電時の上限電圧値または下限電圧値への到達頻度に基づいて、前記セルバランス制御の実行条件の可変設定を行う、
     請求項1に記載のセルバランス制御装置。
  6.  複数の電池セルを有するバッテリーと、
     前記複数の電池セルの電圧値を均等化するセルバランス回路と、
     前記セルバランス回路を制御することでセルバランス制御を実行する請求項1に記載のセルバランス制御装置と、
     を備えるセルバランス制御システム。
PCT/JP2019/008994 2018-03-08 2019-03-07 セルバランス制御装置およびセルバランス制御システム WO2019172353A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201980017264.9A CN111819758A (zh) 2018-03-08 2019-03-07 单体平衡控制装置及单体平衡控制系统
US16/978,880 US11415632B2 (en) 2018-03-08 2019-03-07 Execution frequency setting device and execution frequency setting system
DE112019001213.4T DE112019001213T5 (de) 2018-03-08 2019-03-07 Zellenausgleichssteuerungsvorrichtung und Zellenausgleichssteuerungssystem

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018041859A JP7067139B2 (ja) 2018-03-08 2018-03-08 セルバランス制御装置およびセルバランス制御システム
JP2018-041859 2018-03-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019172353A1 true WO2019172353A1 (ja) 2019-09-12

Family

ID=67846724

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/008994 WO2019172353A1 (ja) 2018-03-08 2019-03-07 セルバランス制御装置およびセルバランス制御システム

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11415632B2 (ja)
JP (1) JP7067139B2 (ja)
CN (1) CN111819758A (ja)
DE (1) DE112019001213T5 (ja)
WO (1) WO2019172353A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110745032A (zh) * 2019-10-25 2020-02-04 江苏威蜂动力工业有限公司 一种汽车锂电池的均衡控制系统及方法
CN111799856A (zh) * 2020-06-05 2020-10-20 力高(山东)新能源技术有限公司 一种新能源汽车电池管理系统被动均衡的方法及系统

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023141211A (ja) 2022-03-23 2023-10-05 いすゞ自動車株式会社 バッテリ回路、セルバランス制御システム、状態推定装置
WO2024073677A1 (en) * 2022-09-29 2024-04-04 Key Components, Inc. Battery with internal monitor and display

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003219572A (ja) * 2002-01-17 2003-07-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd 組電池システム
WO2015072061A1 (ja) * 2013-11-13 2015-05-21 パナソニックIpマネジメント株式会社 均等化処理装置
JP2018057129A (ja) * 2016-09-28 2018-04-05 三菱自動車工業株式会社 電圧バランス制御装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3612460B2 (ja) * 1999-11-10 2005-01-19 株式会社マキタ 充電装置
JP2007043788A (ja) 2005-08-01 2007-02-15 Yazaki Corp 組電池の充電状態調整方法及びその装置
JP5051100B2 (ja) * 2008-11-07 2012-10-17 株式会社豊田自動織機 バッテリの充電装置
JP5389425B2 (ja) * 2008-11-27 2014-01-15 三洋電機株式会社 ハイブリッドカーの充放電制御方法
JP4888577B2 (ja) 2010-04-12 2012-02-29 トヨタ自動車株式会社 非水電解液型リチウムイオン二次電池システム,そのシステムにおけるリチウム析出判定方法,および,そのシステムを搭載する車両
JP5447282B2 (ja) * 2010-08-11 2014-03-19 新神戸電機株式会社 自然エネルギー利用システム用鉛蓄電池および鉛蓄電池システム
JP2013005677A (ja) 2011-06-21 2013-01-07 Toyota Industries Corp セルバランス装置
CN104756355A (zh) * 2012-10-24 2015-07-01 夏普株式会社 均衡电路和使用其的电池单元
JPWO2015133401A1 (ja) 2014-03-03 2017-04-06 日本電気株式会社 制御ユニット、蓄電池システム、電池セルバランス方法およびプログラム
JP6419046B2 (ja) * 2015-09-15 2018-11-07 本田技研工業株式会社 蓄電システムの故障形態判定装置
JP2017169366A (ja) * 2016-03-16 2017-09-21 カルソニックカンセイ株式会社 電池装置、セルバランス装置およびセルバランス方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003219572A (ja) * 2002-01-17 2003-07-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd 組電池システム
WO2015072061A1 (ja) * 2013-11-13 2015-05-21 パナソニックIpマネジメント株式会社 均等化処理装置
JP2018057129A (ja) * 2016-09-28 2018-04-05 三菱自動車工業株式会社 電圧バランス制御装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110745032A (zh) * 2019-10-25 2020-02-04 江苏威蜂动力工业有限公司 一种汽车锂电池的均衡控制系统及方法
CN111799856A (zh) * 2020-06-05 2020-10-20 力高(山东)新能源技术有限公司 一种新能源汽车电池管理系统被动均衡的方法及系统
CN111799856B (zh) * 2020-06-05 2024-05-24 力高(山东)新能源技术股份有限公司 一种新能源汽车电池管理系统被动均衡的方法及系统

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019161730A (ja) 2019-09-19
US11415632B2 (en) 2022-08-16
JP7067139B2 (ja) 2022-05-16
DE112019001213T5 (de) 2020-11-19
US20200408845A1 (en) 2020-12-31
CN111819758A (zh) 2020-10-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019172353A1 (ja) セルバランス制御装置およびセルバランス制御システム
US20130057218A1 (en) Device and method for controlling charge of assembled battery
JP5971397B2 (ja) 電池パック
WO2013121721A1 (ja) 電圧バランス制御装置
JP7096193B2 (ja) 電池制御ユニット及び電池システム
JP6145712B2 (ja) 二次電池の充電システム及び方法並びに電池パック
WO2013140894A1 (ja) 調整装置、組電池装置および調整方法
JP6102746B2 (ja) 蓄電池装置および充電制御方法
WO2014148018A1 (ja) 二次電池の充電システム及び方法並びに電池パック
JP6680168B2 (ja) 電圧バランス制御装置
WO2016185536A1 (ja) 蓄電装置及び接続制御方法
WO2013114696A1 (ja) 均等化装置
JP2013116006A (ja) 電池均等化装置および方法
KR102285148B1 (ko) 배터리 충전 방법 및 이를 이용하는 배터리 충전 장치
JP2018120663A (ja) 蓄電装置および蓄電制御方法
JP2008236991A (ja) 電圧バランス回路、電池ユニットおよび電池ユニット制御方法
JP2014171323A (ja) セルバランス装置
JP5423955B2 (ja) 電気自動車の電池モジュール
JP5974882B2 (ja) 電圧バランス制御装置
WO2012115148A1 (ja) 電源装置、電力貯蔵装置、バッテリシステム、制御装置、及び制御プログラム
JP2018125154A (ja) 蓄電装置および蓄電制御方法
JP2011072169A (ja) 組電池用電圧均等化装置及び組電池システム
JP7427320B2 (ja) バッテリー管理装置及び方法
JP6075368B2 (ja) 調整装置、組電池装置および調整方法
KR101749383B1 (ko) 배터리의 soc 보정 시스템 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19763423

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19763423

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1