WO2021192382A1 - 蓄電池システムにおけるセルバランス方法 - Google Patents

蓄電池システムにおけるセルバランス方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2021192382A1
WO2021192382A1 PCT/JP2020/040228 JP2020040228W WO2021192382A1 WO 2021192382 A1 WO2021192382 A1 WO 2021192382A1 JP 2020040228 W JP2020040228 W JP 2020040228W WO 2021192382 A1 WO2021192382 A1 WO 2021192382A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cell
capacity
cells
discharge
balance
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/040228
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
翔至 尹
徹路 亀地
Original Assignee
日本碍子株式会社
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 日本碍子株式会社 filed Critical 日本碍子株式会社
Priority to JP2022509234A priority Critical patent/JPWO2021192382A1/ja
Publication of WO2021192382A1 publication Critical patent/WO2021192382A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a cell balance method in a storage battery system.
  • a control called cell balance is performed in an assembled battery equipped with a plurality of cells connected in series.
  • Cell balance is a method of maximizing the characteristics of an assembled battery by suppressing the depth difference between a plurality of cells (that is, making the depths of each cell uniform).
  • the depth is made uniform by making the voltage of each cell uniform.
  • Patent Document 1 discloses a battery management device using a cell balancing method for equalizing the voltage of each battery cell of a battery pack.
  • This battery management device performs balancer drive when the inter-terminal voltage (Vn) is larger than the target voltage (Vtgn) based on the determination result of the balancer drive determination means, and the inter-terminal voltage (Vn) is equal to or less than the target voltage (Vtgn). If this is the case, the balancer drive is stopped and individual cell balance control is executed for each battery cell.
  • Patent Document 2 Japanese Patent No. 5737207
  • a capacity information storage means for storing a voltage-battery capacity curve showing a relationship between a battery capacity and a voltage of each battery cell, and a balance target voltage value of each battery cell are calculated.
  • a voltage balance control device including a target voltage value calculating means to adjust and a control means for adjusting and controlling the voltage of each battery cell based on a balance target voltage value calculated by the target voltage value calculating means is disclosed. ..
  • Patent Document 3 Japanese Patent No. 6056730 describes a power storage group including a plurality of power storage elements connected in series, a voltage detection circuit for detecting the voltage value of each power storage element, and a discharge circuit for discharging each power storage element.
  • a power storage system including a controller that controls the operation of the discharge circuit based on the voltage value detected by the voltage detection circuit is disclosed. This controller identifies the first reference voltage value indicating the lowest voltage value from the voltage values of a plurality of storage elements, and when the voltage difference between the first reference voltage value and other voltage values is larger than the first threshold value. , It is said that the power storage element showing other voltage values is discharged.
  • FIG. 1 shows an example of a conventional cell balance test procedure.
  • the cell balance test procedure for an assembled battery including 16 cells is shown as a change over time in the cell voltage.
  • the conventional cell balance in such an assembled battery is performed as follows.
  • an unbalanced state is intentionally generated by first charging only the cell 11 with a charge amount of 3 Ah (step I). Then, the cells 1 to 16 are charged to confirm the charge capacity (stage II), and then discharged to confirm the discharge capacity (stage III).
  • step IV After waiting for a while without charging and discharging and measuring the voltage difference (step IV, especially the circled part), the balanced discharge of all the cells was started (see “A” in the figure) and reached 1.59V.
  • Balanced discharge (0.0 to 3.9 Ah discharge) is sequentially completed from the single battery (step V), and the battery is kept on standby for a while without being charged or discharged (step VI). Then, after charging and confirming the charge capacity (step VII), discharging is performed and the discharge capacity is confirmed (step VIII).
  • a conventional cell balance has the following problems.
  • the first problem is that it is necessary to keep the battery on standby for a long time in order to perform cell balance, and charging / discharging cannot be performed during that time. For example, in the conventional example shown in FIG. 1, it takes about 42 hours in the stages IV to VI where charging / discharging cannot be performed.
  • the true voltage must be aligned because it is affected by the difference in battery resistance between the cells, and the voltage must be aligned in a non-energized state that is not affected by the battery resistance. This requires the user to wait without using the battery, which puts a heavy burden on the user. If the standby time is not taken, the cell balance cannot be sufficiently performed, which may impair the performance of the assembled battery.
  • FIG. 2 shows a voltage change (SOC-OCV characteristic, discharge rate: 0.1C) with respect to depth in a cell (100% capacity: 100Ah).
  • batteries usually have a range of large voltage fluctuations with respect to depth (see the region of 0 to 40% depth in the figure) and a range of small voltage fluctuations with respect to depth (40 to 80 in the figure). There is a% region), and in the latter, the voltage hardly changes, so even if the voltage is aligned, the depth is not always aligned.
  • cell-balanced discharge may be performed on a single battery with no depth difference. From this, it can be seen that accurate cell balance can be performed only during standby near the end of discharge (near 0% in depth in FIG. 2).
  • FIG. 3 shows an example of a circuit configuration when performing cell balance discharge.
  • the control IC measures the voltage of each cell (cell2 is the voltage between a and b) and determines whether or not cell balance is necessary. If it is determined that cell balance is necessary only for cell1, MOS1 is turned ON and cell balance discharge is started in the resistance element of 10 ⁇ . At that time, the voltage of cell2 the control IC is measured is V 2 + r 2 ⁇ I 1, and the thus measured voltage value greater than the actual single cells (where, r 1, r 2, ... , r n is It means wiring resistance). If the resistance value of the resistance element is increased, the influence of the wiring resistance can be suppressed, but the cell balance discharge current decreases, so that the cell balance time increases.
  • the present inventors have recently calculated the remaining capacity of each cell near the end of discharge to determine the balanced discharge capacity for each cell, and perform balanced discharge according to the calculation to determine the depth of each cell. It was found that by adopting the alignment method, cell balance can be performed even during charging and discharging, and the accuracy of cell balance can be improved.
  • an object of the present invention is to provide a cell balance method in a storage battery system capable of performing cell balance even during charging / discharging and improving the accuracy of cell balance.
  • the present invention is a cell balancing method in a storage battery system, wherein the storage battery system includes a plurality of cell cells connected in series.
  • B A step of defining the remaining capacity of the cell having the smallest remaining capacity as a reference capacity and determining the difference between the remaining capacity of the remaining cell and the reference capacity as the balanced discharge capacity for each cell.
  • the voltage of the plurality of cells is obtained by performing a balanced discharge of a capacity corresponding to the difference to some of the plurality of cells to make the depths of the plurality of cells uniform. And the process of homogenizing Cell balance methods are provided, including.
  • the present invention is a cell balancing method in a storage battery system.
  • This storage battery system includes a plurality of cell cells (secondary battery cells) connected in series.
  • the data relating to the cell cells disclosed in the present specification relates to a nickel-zinc secondary battery, but the cell cells to which the method of the present invention can be applied are not limited to this, and various zinc secondary batteries (for example, nickel-zinc secondary battery) are applicable. It can be a secondary battery or a zinc air secondary battery), a nickel hydrogen battery, a lead battery, a lithium battery, or the like.
  • a preferred cell is a nickel-zinc secondary battery or a zinc-air secondary battery.
  • the storage battery system may be an assembled battery or a battery module including a plurality of cell cells, or may be a system provided with a plurality of such assembled batteries or a battery module.
  • step (a) the open circuit voltage (OCV) is measured for each of the cells near the end of discharge, and the remaining capacity of each cell is determined based on the correlation between OCV and the remaining capacity prepared in advance. Calculate (hereinafter referred to as step (a)).
  • step (b) the remaining capacity of the cell having the smallest remaining capacity
  • step (b) the difference between the remaining capacity of the remaining cells and the reference capacity is determined for each cell as the balanced discharge capacity
  • step (c) the voltage of the plurality of cells is made uniform by performing a balanced discharge of the capacity corresponding to the difference to the same cells among the plurality of cells to make the depths of the plurality of cells uniform.
  • the method of the present invention is a method of calculating the depth of each cell from the charge / discharge capacity, the voltage at the end of discharge, and the like, and cell-balancing the difference. By using this method, cell balance can be performed with high accuracy even during charging and discharging.
  • the cell balance method according to the present invention is to carry out the above-mentioned steps (a), (b) and (c) in order, and each step will be described below.
  • the open circuit voltage (OCV) is measured for each of the cells near the end of discharge, and the remaining capacity of each cell is calculated based on the correlation between OCV and the remaining capacity prepared in advance. .. That is, as illustrated in FIG. 4, by preparing the correlation between OCV and remaining capacity in advance, the remaining capacity corresponding to the measured OCV can be calculated respectively. By calculating the remaining capacity, the depth of the cell can be confirmed.
  • the reason for measuring OCV for a cell near the end of discharge is as follows. That is, as described above with reference to FIG. 2, the battery usually has a range L in which the voltage fluctuation with respect to the depth is large and a range S in which the voltage fluctuation with respect to the depth is small, and in the latter, the voltage hardly changes.
  • the OCV-residual volume correlation is preferably created for multiple temperatures. Then, in the step (a), the temperature of at least one cell cell is measured, and it is preferable that the OCV-residual capacity correlation suitable for the measured temperature is used, and the temperature of all cell cells is measured. However, the temperature of any number of cells (for example, half or more of the total number) of the total number of cells may be measured and the average temperature thereof may be used.
  • FIG. 5 shows an example of a graph for grasping the remaining capacity from the voltage and temperature. The graph shown in FIG. 5 is a graph of the remaining capacity derivation formula, and such a graph makes it possible to grasp the remaining capacity of each cell. Further, it is known that this residual capacity derivation formula can calculate the depth for each cell with high accuracy of a standard deviation of 0.75 Ah.
  • a balance discharge of a capacity corresponding to the above difference is performed on some of the plurality of cells to make the depths of the plurality of cells uniform. Uniform the voltage of multiple cells.
  • a balanced discharge corresponding to the balanced discharge capacity determined in the step (b) can be performed on each of the cells other than the cell E. That is, the fixed capacity can be balanced and discharged regardless of the current charge / discharge state and depth of the cell. That is, cell balancing can be performed even during charging / discharging.
  • the step (c) may be carried out during charging / discharging or standby of the plurality of cells. That is, a plurality of cells can be charged and discharged even during the execution of the step (c).
  • balanced discharge may be performed only for a single battery in which the difference between the remaining capacity of the single battery and the reference capacity is larger than the predetermined threshold capacity until the difference becomes less than the threshold value.
  • balanced discharge may be performed only on the cells A, B, C, D, G and H.
  • the threshold capacitance can be set to a value within 4 ⁇ .
  • the balanced discharge according to the step (c) may be carried out before the step (a) is carried out, or may be completed before the step (a) is carried out.
  • the remaining capacity is calculated for each of the cell cells near the end of discharge, the balanced discharge capacity is determined for each cell cell, and the balanced discharge is performed according to the remaining capacity of the cell cell.
  • the conventional cell balance in order to suppress this depth difference, it is necessary to keep the battery on standby for 29 hours to perform the cell balance, and the accuracy is also difficult due to the voltage drop due to the wiring resistance and the like.
  • the residual capacity difference (corresponding to the depth difference) for each cell is calculated in advance, a) long standby is not required, and b) the cell balance is not limited to the vicinity of the discharge end. Possible, c) Highly accurate cell balance can be expected without being affected by wiring resistance. Therefore, according to the method of the present invention, the following effects can be expected. 1) Since the depth of each cell is calculated in the range where the depth change with respect to the voltage is large and the cell balance amount is determined, the cell balance accuracy is improved. 2) Since cell balance is possible even during charging / discharging, the amount (Ah) that can be cell-balanced per day becomes large even if a standby time for cell balance is not provided.
  • the storage battery system used in this embodiment consists of a module battery in which 14 nickel-zinc secondary batteries (cells) are connected in series, and a storage battery information acquisition unit that acquires the voltage, temperature, and current of each battery. It is composed. Charging and discharging was performed on this module battery, and the remaining capacity of each cell was calculated from the cell voltage and temperature 30 minutes after the end of discharging and the amount of charging and discharging immediately before. The minimum value of the calculated remaining capacity is used as the reference capacity, and when the difference between the remaining capacity of other cells and the reference capacity is larger than a certain threshold capacity (3.2 Ah), cell balance is always performed until it becomes less than the threshold value. bottom.
  • a certain threshold capacity 3.2 Ah
  • Charging and discharging were carried out during cell balancing, and the remaining capacity of each cell was calculated again from the cell voltage and temperature 30 minutes after the end of discharging and the amount of charging and discharging immediately before.
  • the effect of cell balance was confirmed by comparing the depth difference between the cells before and after cell balance.
  • the method of deriving the depth is as follows.
  • Figure 7 shows the cell balance implementation results.
  • the depth of all the cells is calculated at the elapsed time of about 30 minutes, the depth difference of about 5 Ah is confirmed, and the balance is performed over a series of steps of standby ⁇ charge ⁇ standby ⁇ discharge. After discharging and balancing the depth difference of about 3 Ah, the depth of all the cells was calculated and it was confirmed that the depth difference was reduced to about 2 Ah. As described above, it was found that the effect of cell balance can be obtained even when the cell balance is performed including during charging / discharging, and the depth difference for each cell can be suppressed.

Abstract

充放電中においてもセルバランスを実施することができ、しかもセルバランスの精度を向上できる、蓄電池システムにおけるセルバランス方法が提供される。この蓄電池システムにおけるセルバランス方法は、蓄電池システムが、直列に接続された複数の単電池を備えており、（ａ）放電末付近の単電池の各々に対して開回路電圧（ＯＣＶ）を測定し、予め用意されたＯＣＶ－残存容量の相関関係に基づき各単電池の残存容量を算出する工程と、（ｂ）残存容量が最も小さい単電池の残存容量を基準容量と定義し、残りの単電池の残存容量と基準容量との差分をバランス放電容量として単電池ごとに決定する工程と、（ｃ）複数の単電池のうち一部の単電池に対して、差分に相当する容量のバランス放電を行って複数の単電池の深度を揃えることで、複数の単電池の電圧を均一化する工程と、を含む。

Description

蓄電池システムにおけるセルバランス方法
　本発明は、蓄電池システムにおけるセルバランス方法に関する。
　直列に接続された複数の単電池を備えた組電池において、セルバランスと呼ばれる制御が行われている。セルバランスは、複数の単電池の深度差を抑える（すなわち単電池毎の深度を揃える）ことで、組電池の特性を最大限に発揮させる手法である。従来のセルバランスは、単電池毎の電圧を揃えることで深度を揃えるようにしている。
　例えば、特許文献１（特許第６４２２４６６号公報）には、バッテリーパックの各バッテリーセル電圧を均等化するセルバランス方法を用いたバッテリーマネジメント装置が開示されている。このバッテリーマネジメント装置は、バランサ駆動判定手段の判定結果に基づいて端子間電圧（Ｖｎ）が目標電圧（Ｖｔｇｎ）より大きい場合にバランサ駆動を行い、端子間電圧（Ｖｎ）が目標電圧（Ｖｔｇｎ）以下である場合にバランサ駆動を停止し、各バッテリーセルのそれぞれに個別のセルバランス制御を実行するように構成されている。
　特許文献２（特許第５７３７２０７号公報）には、各電池セルの電池容量と電圧との関係を示す電圧－電池容量カーブを記憶する容量情報記憶手段と、各電池セルのバランス目標電圧値を算出する目標電圧値算出手段と、目標電圧値算出手段によって算出されたバランス目標電圧値に基づいて、各電池セルの電圧を調整制御する制御手段とを備えた、電圧バランス制御装置が開示されている。
　特許文献３（特許第６０５６７３０号公報）には、直列に接続された複数の蓄電素子を含む蓄電グループと、各蓄電素子の電圧値を検出する電圧検出回路と、各蓄電素子を放電させる放電回路と、電圧検出回路によって検出された電圧値に基づいて、放電回路の動作を制御するコントローラとを有する蓄電システムが開示されている。このコントローラは、複数の蓄電素子の電圧値から、最低電圧値を示す第１基準電圧値を特定し、第１基準電圧値及び他の電圧値の間の電圧差が第１閾値よりも大きいとき、他の電圧値を示す蓄電素子を放電するとされている。
特許第６４２２４６６号公報 特許第５７３７２０７号公報 特許第６０５６７３０号公報
　上記のように、従来のセルバランスは、単電池毎の電圧を揃えることで深度を揃えるようにしている。図１に従来のセルバランス試験手順の例を示す。この図には１６個の単電池（図中、単電池１～１６）を備えた組電池におけるセルバランス試験手順が、単電池電圧の経時変化として示されている。かかる組電池における従来のセルバランスは以下のように行われる。図示例では、単電池１１にのみ最初に３Ａｈの充電量で充電することで、アンバランス状態を意図的に生成している（段階Ｉ）。そして、単電池１～１６に充電を行って充電容量を確認した（段階ＩＩ）後、放電を行って放電容量を確認する（段階ＩＩＩ）。充放電せずに暫く待機させて電圧差を測定した（段階ＩＶ、特に丸を付した箇所）後、全単電池のバランス放電を開始し（図中「Ａ」参照）、１．５９Ｖに到達した単電池から順次バランス放電（０．０～３．９Ａｈ放電）を終了し（段階Ｖ）、引き続き充放電せずに暫く待機させる（段階ＶＩ）。そして、充電を行って充電容量を確認した（段階ＶＩＩ）後、放電を行って放電容量を確認する（段階ＶＩＩＩ）。しかしながら、このような従来のセルバランスには以下のような問題点がある。
　第一の問題点は、セルバランスを実行するために電池を長時間待機させる必要があり、その間充放電を実施できない点である。例えば、図１に示される従来例においては、充放電が実施できない段階ＩＶ～ＶＩで約４２時間もかかっている。充放電中では単電池間の電池抵抗の差の影響を受けるため真の電圧を揃えることにはならず、電池抵抗の影響の無い無通電状態で電圧を揃えなければならない。これは、ユーザーに電池を使用しない待機時間を求めることになり、ユーザーへ大きな負担をかけることになる。仮に待機時間を取らなければ、セルバランスを十分に実施できないことになり、組電池の性能を損なうことになり得る。
　第二の問題点は、単電池間で電圧差を揃えても深度は揃わないことがある点である。図２に単電池（１００％容量：１００Ａｈ）における深度に対する電圧変化（ＳＯＣ－ＯＣＶ特性、放電レート：０．１Ｃ）を示す。図２から分かるように、通常、電池には、深度に対する電圧変動の大きい範囲（図中、深度０～４０％の領域を参照）と、深度に対する電圧変動の小さい範囲（図中、４０～８０％の領域を参照）が存在し、後者においてはほとんど電圧が変化しないため、電圧を揃えても深度が揃うとは限らない。さらに、計測誤差などの問題を考慮すると、深度差の無い単電池に対してセルバランス放電を実施してしまう可能性も示唆される。このことから、放電末付近（図２における深度０％近く）の待機中にしか精度の良いセルバランスを実施できないことが分かる。
　第三の問題点は、配線抵抗による電圧降下（ドロップ）が発生し、単電池毎の電圧差を正確に揃えることができないという点である。図３にセルバランス放電を行う際の回路構成の一例を示す。図３に示される回路構成では、制御ＩＣが各単電池セルの電圧を計測し（ｃｅｌｌ２だとａ－ｂ間の電圧）、セルバランスが必要か否かを判断する。仮にｃｅｌｌ１のみセルバランスが必要と判断したとすれば、ＭＯＳ１をＯＮとし、１０Ωの抵抗素子にセルバランス放電を開始する。その時、制御ＩＣが計測するｃｅｌｌ２の電圧はＶ２＋ｒ２×Ｉ1となり、実際の単電池セルの電圧より大きい値を計測してしまう（ここで、ｒ１，ｒ２，…，ｒｎは配線抵抗を意味する）。抵抗素子の抵抗値を大きくすれば配線抵抗による影響は抑えられるが、セルバランス放電電流が減少するため、セルバランス時間が増加する。
　本発明者らは、今般、放電末付近の単電池の各々に対して残存容量を算出して単電池ごとにバランス放電容量を決定し、それに従ったバランス放電を行って単電池ごとの深度を揃える手法を採用することで、充放電中においてもセルバランスを実施することができ、しかもセルバランスの精度を向上できるとの知見を得た。
　したがって、本発明の目的は、充放電中においてもセルバランスを実施することができ、しかもセルバランスの精度を向上できる、蓄電池システムにおけるセルバランス方法を提供することにある。
　本発明の一態様によれば、蓄電池システムにおけるセルバランス方法であって、前記蓄電池システムが、直列に接続された複数の単電池を備えており、
（ａ）放電末付近の前記単電池の各々に対して開回路電圧（ＯＣＶ）を測定し、予め用意されたＯＣＶ－残存容量の相関関係に基づき各単電池の残存容量を算出する工程と、
（ｂ）前記残存容量が最も小さい前記単電池の残存容量を基準容量と定義し、残りの前記単電池の残存容量と前記基準容量との差分をバランス放電容量として単電池ごとに決定する工程と、
（ｃ）前記複数の単電池のうち一部の単電池に対して、前記差分に相当する容量のバランス放電を行って前記複数の単電池の深度を揃えることで、前記複数の単電池の電圧を均一化する工程と、
を含む、セルバランス方法が提供される。
従来の組電池における単電池電圧の経時変化の一例を示す図である。 単電池（１００％容量：１００Ａｈ）における深度（ＳＯＣ）に対する電圧変化（ＳＯＣ－ＯＣＶ特性、放電レート：０．１Ｃ）を示す図である。 セルバランス放電を行う際の回路構成の一例を示す図である。 開回路電圧（ＯＣＶ）－残存容量の相関関係の一例を示す図である。 ０℃、２５℃、４０℃及び６０℃の各温度における残存容量導出式に基づく、残存容量と（放電終了から０．５時間経過後の）ＯＣＶとの関係を示すグラフである。 複数の単電池（単電池Ａ～Ｈ等）の残存容量の一例と、それらの残存容量に基づき決定されるバランス放電容量を説明する図である。 実施例の蓄電池システムにおけるセルバランスの実施結果（単電池電圧の経時変化）を示す図である。
　本発明は、蓄電池システムにおけるセルバランス方法である。この蓄電池システムは、直列に接続された複数の単電池（二次電池セル）を備えるものである。本明細書において開示する単電池に関するデータはニッケル亜鉛二次電池に関するものであるが、本発明の方法が適用可能な単電池は、これに限定されず、各種亜鉛二次電池（例えばニッケル亜鉛二次電池や亜鉛空気二次電池）、ニッケル水素電池、鉛電池、リチウム電池等でありうる。好ましい単電池は、ニッケル亜鉛二次電池又は亜鉛空気二次電池である。蓄電池システムは、複数個の単電池を備えた組電池や電池モジュールであってもよいし、そのような組電池や電池モジュールを複数個備えたシステムであってもよい。
　このセルバランス方法においては、まず、放電末付近の単電池の各々に対して開回路電圧（ＯＣＶ）を測定し、予め用意されたＯＣＶ－残存容量の相関関係に基づき各単電池の残存容量を算出する（以下、工程（ａ）という）。次いで、残存容量が最も小さい単電池の残存容量を基準容量と定義し、残りの単電池の残存容量と基準容量との差分をバランス放電容量として単電池ごとに決定する（以下、工程（ｂ）という）。さらに、複数の単電池のうち一部の単電池に対して、差分に相当する容量のバランス放電を行って複数の単電池の深度を揃えることで、複数の単電池の電圧を均一化する（以下、工程（ｃ）という）。このように、放電末付近の単電池の各々に対して残存容量を算出して単電池ごとにバランス放電容量を決定し、それに従ったバランス放電を行って単電池ごとの深度を揃える手法を採用することで、充放電中においてもセルバランスを実施することができ、しかもセルバランスの精度を向上することができる。
　すなわち、本発明の方法は、充放電の容量や放電終了時の電圧等から単電池毎の深度を算出し、その差をセルバランスする手法である。この手法を用いれば、充放電中においてもセルバランスを高い精度で実施することができる。本発明によるセルバランス方法は上述の工程（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）を順に行うものであり、各工程について以下に説明する。
　工程（ａ）においては、放電末付近の単電池の各々に対して開回路電圧（ＯＣＶ）を測定し、予め用意されたＯＣＶ－残存容量の相関関係に基づき各単電池の残存容量を算出する。すなわち、図４に例示されるように、ＯＣＶ－残存容量の相関関係を予め用意しておくことで、測定したＯＣＶに対応する残容量をそれぞれ算出することができる。残容量を算出することで、その単電池の深度を確認することができる。放電末付近の単電池に対してＯＣＶを測定する理由は、以下のとおりである。すなわち、図２を参照して前述したように、通常、電池には、深度に対する電圧変動の大きい範囲Ｌと、深度に対する電圧変動の小さい範囲Ｓが存在し、後者においてはほとんど電圧が変化しないため、ＯＣＶから算出した深度の精度が悪くなるという問題がある。さらに、計測誤差などの問題を考慮すると、深度差の無い単電池に対してセルバランス放電を実施してしまう可能性も示唆される。このことから、上記懸念の無い放電末付近であると、高い精度のセルバランスを実施できるといえるからである。なお、放電直後の単電池のＯＣＶは不安定なため、ＯＣＶの測定は、放電終了から３０分以上待機させた状態（この待機状態も放電末付近である）の単電池に対して行われるのが好ましい。なお、本明細書において「放電末付近」とは、深度０～４０％の範囲を指すものとする。
　ＯＣＶ－残存容量の相関関係は複数の温度に関して作成されたものであるのが好ましい。そして、工程（ａ）において少なくとも１つ以上の単電池の温度を測定し、測定された温度に適したＯＣＶ－残存容量の相関関係が用いられるのが好ましい、全ての単電池の温度を測定してそれらの温度又は平均温度を用いてもよいが、単電池の総数のうち任意の数（例えば総数の半分以上）の単電池の温度を測定してそれらの平均温度を用いてもよい。図５に、電圧と温度より残存容量を把握するグラフの例を示す。図５に示されるグラフは残存容量導出式をグラフ化したものであり、このようなグラフにより単電池毎の残存容量を把握することが可能となる。また、この残存容量導出式は標準偏差０．７５Ａｈという高い精度で単電池毎に深度を算出できることが分かっている。
　工程（ｂ）においては、図６に例示されるように、残存容量が最も小さい単電池の残存容量を基準容量と定義し、残りの単電池の残存容量と基準容量との差分をバランス放電容量として単電池ごとに決定する。例えば、図６には単電池Ａ～Ｈの残存容量が示されるが、残存容量が最も小さい単電池Ｅの残存容量を基準容量と定義することで、残りの単電池の残存容量と基準容量との差分をバランス放電容量として単電池ごとに決定することができる。したがって、単電池Ｅのバランス放電容量は０となる。
　工程（ｃ）においては、複数の単電池のうち一部の単電池に対して、上記差分（バランス放電容量）に相当する容量のバランス放電を行って複数の単電池の深度を揃えることで、複数の単電池の電圧を均一化する。例えば、図６に示される例の場合、単電池Ｅ以外の単電池の各々に対して、工程（ｂ）で決定されたバランス放電容量相当のバランス放電を行うことができる。すなわち、単電池の現在の充放電状態や深度に関係なく、確定容量分をバランス放電することができる。つまり、充放電中においてもセルバランスを実施することができる。工程（ｃ）の実施は、複数の単電池の充放電中でも待機中でのいずれでもよい。すなわち、工程（ｃ）の実施中にも、複数の単電池の充放電が行われうる。
　工程（ｃ）においては、単電池の残存容量と基準容量との差分が所定の閾値容量よりも大きい単電池に対してのみ、上記差分が閾値未満となるまでバランス放電を行ってもよい。例えば、図６に示される例の場合、単電池Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｇ及びＨにのみバランス放電を行ってもよい。この場合、例えば標準偏差をσとしたとき、閾値容量を４σ以内の値に設定することができる。こうすることで、測定誤差に起因して本来はバランス放電する必要のない単電池までもがバランス放電されてしまう事態を回避することができる。
　工程（ａ）、工程（ｂ）及び工程（ｃ）からなる一連の工程が繰り返されるのが好ましい。この場合、工程（ｃ）によるバランス放電は、工程（ａ）が実施される前まで行われてもよいし、あるいは工程（ａ）が実施される前に完了されてもよい。
　このように、本発明の方法によれば、放電末付近の単電池の各々に対して残存容量を算出して単電池ごとにバランス放電容量を決定し、それに従ったバランス放電を行って単電池ごとの深度を揃える手法を採用することで、充放電中においてもセルバランスを実施することができ、しかもセルバランスの精度を向上できる。この利点は従来のセルバランス方法からすれば画期的なものであるといえる。例えば、電池１と電池２の残留容量差（深度差に対応）が５Ａｈあったと仮定する。セルバランス放電の電流を約０．１７Ａと想定した場合、５／０．１７＝２９時間の計算から、２９時間のセルバランスが必要であることが分かる。従来のセルバランスではこの深度差を抑えるためには２９時間も電池を待機させセルバランスを実施する必要があり、また配線抵抗による電圧ドロップ等が原因で精度にも難があった。一方で、本発明では事前に単電池毎の残留容量差（深度差に対応）を算出しているため、ａ）長時間の待機が必要ない、ｂ）放電末付近に限らず、セルバランスが可能、ｃ）配線抵抗による影響なく高い精度のセルバランスが可能、といった改善が期待できる。したがって、本発明の方法によれば、以下の効果が期待できる。
１）電圧に対する深度変化の大きい範囲で各セルの深度を算出し、セルバランス量を決めているため、セルバランス精度が向上する。
２）充放電中においてもセルバランスが可能なため、セルバランス用の待機時間を設けなくても１日当たりのセルバランス可能な量（Ａｈ）が大きくなる。
　本発明を以下の例によってさらに具体的に説明する。
　本実施例で用いた蓄電池システムは、１４個のニッケル亜鉛二次電池（単電池）が直列に接続されたモジュール電池と、単電池毎の電圧、温度及び電流を取得する蓄電池情報取得部とで構成される。このモジュール電池に対して充放電を実施し、放電終了３０分後の単電池電圧、温度、及び直前の充放電量から、各単電池の残存容量を算出した。算出した残存容量の最低値を基準容量とし、他の単電池の残存容量と基準容量との差が一定の閾値容量（３．２Ａｈ）よりも大きい時、閾値未満となるまで常時セルバランスを実施した。セルバランス実施中に充放電を実施し、放電終了３０分後の単電池電圧、温度、及び直前の充放電量から再度それぞれの単電池の残存容量を算出した。セルバランス実施前後の単電池間の深度差を比較し、セルバランスによる効果を確認した。深度の導出方法は以下のとおりとした。
＜深度導出方法＞
　ある特定の条件で充放電を行った場合、放電終了後のＯＣＶよりＳＯＣは下記式：
　ＳＯＣ＝ｆ１（ＯＣＶ）　　　　式（１）
で導出できる。上記式（１）をＳＯＣ導出式における基準式とする。しかし、特定条件以外での運転が行われた場合、（１）式に従わなくなる。そこで、下記要因：
・セル温度（以下、Ｔとする）
・直前に行われた充電のＡｈ量（以下、ａとする）
・直前に行われた放電のＡｈ量（以下、ｂとする）
・直前に行われた放電の電流値（以下、ｃとする）
を変数として式（１）に補正を加えることで、あらゆる条件下におけるＳＯＣ導出式を、以下のとおり：
　ＳＯＣ＝ｆ２（ｆ１，ａ，ｂ，ｃ）　　　　式（２）
　　　　＝ｆ３（ＯＣＶ，Ｔ，ａ，ｂ，ｃ）　　　　式（３）
算出し、上記式（３）を深度導出の式として用いた。
　図７にセルバランス実施結果を示す。図７に示されるように、経過時間約３０分の時点で全単電池の深度を算出して約５Ａｈの深度差を確認し、そこから待機→充電→待機→放電からなる一連の段階にわたってバランス放電を行って約３Ａｈの深度差をバランスした後、全単電池の深度を算出して深度差が約２Ａｈまで下がったことを確認した。このように、充放電中を含めてセルバランスを実施した場合においてもセルバランスの効果が得られ、単電池毎の深度差が抑えられることが分かった。

Claims (7)

  1. 　蓄電池システムにおけるセルバランス方法であって、前記蓄電池システムが、直列に接続された複数の単電池を備えており、
    （ａ）放電末付近の前記単電池の各々に対して開回路電圧（ＯＣＶ）を測定し、予め用意されたＯＣＶ－残存容量の相関関係に基づき各単電池の残存容量を算出する工程と、
    （ｂ）前記残存容量が最も小さい前記単電池の残存容量を基準容量と定義し、残りの前記単電池の残存容量と前記基準容量との差分をバランス放電容量として単電池ごとに決定する工程と、
    （ｃ）前記複数の単電池のうち一部の単電池に対して、前記差分に相当する容量のバランス放電を行って前記複数の単電池の深度を揃えることで、前記複数の単電池の電圧を均一化する工程と、
    を含む、セルバランス方法。
  2. 　前記工程（ｃ）の実施中に、前記複数の単電池の充放電が行われる、請求項１に記載のセルバランス方法。
  3. 　工程（ａ）、工程（ｂ）及び工程（ｃ）からなる一連の工程が繰り返され、前記（ｃ）によるバランス放電が工程（ａ）が実施される前まで行われる又は工程（ａ）が実施される前に完了される、請求項１又は２に記載のセルバランス方法。
  4. 　前記ＯＣＶ－残存容量の相関関係が複数の温度に関して作成されたものであり、
    　前記工程（ａ）において少なくとも１つ以上の前記単電池の温度を測定し、測定された温度に適したＯＣＶ－残存容量の相関関係が用いられる、請求項１～３のいずれか一項に記載のセルバランス方法。
  5. 　前記工程（ｃ）において、前記単電池の残存容量と前記基準容量との差分が所定の閾値容量よりも大きい単電池に対してのみ、前記差分が前記閾値未満となるまで前記バランス放電を行う、請求項１～４のいずれか一項に記載のセルバランス方法。
  6. 　前記閾値容量が、４σ以内の値（但し、σは標準偏差である）に設定される、請求項１～５のいずれか一項に記載のセルバランス方法。
  7. 　前記単電池が、ニッケル亜鉛二次電池又は亜鉛空気二次電池である、請求項１～６のいずれか一項に記載のセルバランス方法。
PCT/JP2020/040228 2020-03-25 2020-10-27 蓄電池システムにおけるセルバランス方法 WO2021192382A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022509234A JPWO2021192382A1 (ja) 2020-03-25 2020-10-27

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020054956 2020-03-25
JP2020-054956 2020-03-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021192382A1 true WO2021192382A1 (ja) 2021-09-30

Family

ID=77891063

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/040228 WO2021192382A1 (ja) 2020-03-25 2020-10-27 蓄電池システムにおけるセルバランス方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPWO2021192382A1 (ja)
WO (1) WO2021192382A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023101189A1 (ko) * 2021-12-03 2023-06-08 주식회사 엘지에너지솔루션 셀 밸런싱 방법 및 그 방법을 제공하는 배터리 시스템
TWI816487B (zh) * 2022-07-26 2023-09-21 新普科技股份有限公司 一種平衡電池狀態方法及其裝置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11299122A (ja) * 1998-02-10 1999-10-29 Denso Corp 充電状態制御方法及び装置
WO2012053075A1 (ja) * 2010-10-20 2012-04-26 古河電気工業株式会社 蓄電デバイスの状態検知方法及びその装置
JP2015121449A (ja) * 2013-12-24 2015-07-02 株式会社デンソー 充電状態推定装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08260394A (ja) * 1995-03-29 1996-10-08 Mitsubishi Paper Mills Ltd 情報識別シートおよびその情報識別方法
KR101187766B1 (ko) * 2008-08-08 2012-10-05 주식회사 엘지화학 배터리 셀의 전압 변화 거동을 이용한 셀 밸런싱 장치 및 방법
US9318910B2 (en) * 2012-09-06 2016-04-19 Samsung Sdi Co., Ltd. Cell balancing circuit and cell balancing method using the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11299122A (ja) * 1998-02-10 1999-10-29 Denso Corp 充電状態制御方法及び装置
WO2012053075A1 (ja) * 2010-10-20 2012-04-26 古河電気工業株式会社 蓄電デバイスの状態検知方法及びその装置
JP2015121449A (ja) * 2013-12-24 2015-07-02 株式会社デンソー 充電状態推定装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023101189A1 (ko) * 2021-12-03 2023-06-08 주식회사 엘지에너지솔루션 셀 밸런싱 방법 및 그 방법을 제공하는 배터리 시스템
TWI816487B (zh) * 2022-07-26 2023-09-21 新普科技股份有限公司 一種平衡電池狀態方法及其裝置

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2021192382A1 (ja) 2021-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8054045B2 (en) Status detector for power supply, power supply, and initial characteristic extracting device for use with power supply
KR101256079B1 (ko) 배터리 팩의 밸런싱 방법 및 밸런싱 시스템
JP5784108B2 (ja) 充電制御装置
CN110015169B (zh) 电池均衡方法、系统、车辆、存储介质及电子设备
CN108604711B (zh) 借助于占空控制的有效电池平衡的方法和系统
WO2021192382A1 (ja) 蓄電池システムにおけるセルバランス方法
KR20190087616A (ko) 전기 에너지 저장 팩의 밸런싱을 위한 에너지 저장 셀들을 선택하기 위한 시스템 및 방법
KR102572652B1 (ko) 배터리의 충전상태를 추정하는 방법
US11029363B2 (en) Method and device for predicting battery life
CN110015170B (zh) 电池均衡方法、系统、车辆、存储介质及电子设备
JP7293566B2 (ja) バッテリー退化度診断装置及び方法
JP2018125977A (ja) 電池モジュールの制御装置
JP2022532544A (ja) バッテリー状態診断装置及び方法
US20190004121A1 (en) Assembled battery circuit, capacitance coefficient detection method, and capacitance coefficient detection program
CN116746021A (zh) 电芯容量均衡方法、电池管理系统和存储介质
CN112557926A (zh) 一种计算剩余充电时间的方法和装置
JP5886225B2 (ja) 電池制御装置及び電池制御方法
EP3828565A1 (en) Vehicle and control method thereof
JP6515867B2 (ja) セル断線検査方法
US20230118311A1 (en) Secondary battery deterioration degree determination device
CN116826887A (zh) 一种电池均衡方法以及均衡装置
US20240053411A1 (en) Storage battery management device and method for managing battery device
WO2022183459A1 (zh) 一种估算电池包soc的方法、装置及电池管理系统
CN113629810B (zh) 一种电池管理系统匹配方法和装置
JP7113976B2 (ja) 充放電制御装置および充放電制御方法

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: 20927631

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022509234

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20927631

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1