JP5748689B2 - Battery system - Google Patents
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Description
本発明は、複数の電池セルから成る組電池を備える電池システムに関する。 The present invention relates to a battery system including an assembled battery composed of a plurality of battery cells.
複数の組電池を並列に接続して電池システムを構成する場合、組電池ごとの電圧はほぼ均等であることが求められる。組電池間の電圧のばらつきが大きくなると、接続時において、環流といわれる、組電池間の電圧差により突入電流が流れる現象が発生し、回路などに過大な負荷がかかる。 When a battery system is configured by connecting a plurality of assembled batteries in parallel, the voltage for each assembled battery is required to be substantially equal. When the voltage variation between the assembled batteries becomes large, a phenomenon that an inrush current flows due to a voltage difference between the assembled batteries, which is referred to as recirculation, occurs at the time of connection, and an excessive load is applied to the circuit.
そこで、電源装置として複数の電池ユニットを構成する電池セル間の電池残存容量のばらつきを抑制するセル容量均等化回路と、電池ユニット間の電池残存容量ばらつきを抑制するユニット容量均等化回路とを備えるものが知られている。そして、セル容量均等化回路は、電池セルごとに対して並列に接続したセル放電回路を備える。セル放電回路は、スイッチとセル放電抵抗を直列に接続して形成される。セル容量均等化回路は、電圧が高い電池セルに並列接続されたセル放電回路のスイッチをオンにしてセル放電抵抗で放電させることで電池セル間の電圧のアンバランスを解消する。
また、ユニット容量均等化回路は、電池ユニットごとに対して並列に接続したユニット放電回路を備える。ユニット放電回路は、スイッチとユニット放電抵抗を直列に接続して形成される。そして、ユニット容量均等化回路は、電圧が高い電池ユニットに並列接続されたユニット放電回路のスイッチをオンにしてユニット放電抵抗で放電させることで電池ユニット間の電圧のアンバランスを解消するというものである（例えば、特許文献１参照）。
このように電池ユニット間の電圧のアンバランスが解消されることで、接続時における還流の発生が抑止される。
Therefore, a cell capacity equalization circuit that suppresses variations in remaining battery capacity among battery cells that constitute a plurality of battery units as a power supply device, and a unit capacity equalization circuit that suppresses variations in remaining battery capacity between battery units are provided. Things are known. The cell capacity equalization circuit includes a cell discharge circuit connected in parallel to each battery cell. The cell discharge circuit is formed by connecting a switch and a cell discharge resistor in series. The cell capacity equalization circuit eliminates voltage imbalance between battery cells by turning on a switch of a cell discharge circuit connected in parallel to a battery cell having a high voltage and discharging the cell discharge resistor.
The unit capacity equalization circuit includes a unit discharge circuit connected in parallel to each battery unit. The unit discharge circuit is formed by connecting a switch and a unit discharge resistor in series. The unit capacity equalization circuit eliminates voltage imbalance between battery units by turning on a switch of a unit discharge circuit connected in parallel to a battery unit having a high voltage and discharging the unit discharge resistor. Yes (for example, see Patent Document 1).
Thus, by eliminating the voltage imbalance between the battery units, the occurrence of reflux at the time of connection is suppressed.
しかし、特許文献１の構成では、組電池に相当する電池ユニット間の電圧を均等化するために、セルバランス制御のためのセル容量均等化回路に加えて、ユニット容量均等化回路が追加される。ユニット容量均等化回路には物理的な部品素子としての抵抗を備えることから、例えば、これらの抵抗の追加により、コストアップが生じるという問題を抱える。
なお、抵抗に代えて、組電池ごとに対して直列にチョッパ回路を接続し、このチョッパ回路を動作させることによって組電池間の電圧を均一化させるという構成も知られている。しかし、この構成においても、チョッパ回路の追加によるコストアップが生じるものであり、問題は解決されない。
However, in the configuration of Patent Document 1, in order to equalize the voltage between battery units corresponding to the assembled battery, a unit capacity equalization circuit is added in addition to the cell capacity equalization circuit for cell balance control. . Since the unit capacity equalization circuit includes resistors as physical component elements, there is a problem that, for example, the addition of these resistors causes an increase in cost.
A configuration is also known in which a chopper circuit is connected in series for each assembled battery instead of a resistor, and the voltage between the assembled batteries is made uniform by operating this chopper circuit. However, even in this configuration, the cost increases due to the addition of the chopper circuit, and the problem is not solved.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、複数の組電池を接続して構成される電池システムについて、コストアップを回避しながらも組電池間の電圧の均一化を可能にすることを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and for a battery system configured by connecting a plurality of assembled batteries, it is possible to equalize the voltage between the assembled batteries while avoiding an increase in cost. For the purpose.
上述した課題を解決するために、本発明の一態様としての電池システムは、直列に接続された複数の電池セルを備え、互いに並列に接続される複数の組電池と、前記組電池の各々と負荷との間に設けられる複数の組電池対応スイッチと、前記組電池ごとに対応して設けられ、前記組電池を形成する前記複数の電池セルの電圧を均一化するセルバランス回路と、前記負荷との間の前記組電池対応スイッチがオフの状態において前記組電池における電池セルの電圧が一定の条件を満たす場合に、前記複数の組電池の電圧を均一にするための前記組電池に対する電圧調整を前記セルバランス回路に実行させる電池管理部とを備え、前記セルバランス回路は、放電抵抗と放電スイッチとが直列に接続され、前記複数の電池セルごとに並列に接続される複数の放電回路を備え、前記電池管理部は、前記複数の電池セルの電圧の平均値が、前記電圧調整により前記組電池に設定すべき目標電圧を前記複数の電池セルの数で除算した値よりも大きいという前記条件を満たす場合に、前記放電スイッチのオンオフを個別に切り替えて前記組電池に対する電圧調整を前記セルバランス回路に実行させる。 In order to solve the above-described problem, a battery system according to one aspect of the present invention includes a plurality of battery cells connected in series, connected in parallel to each other, and each of the battery packs. A plurality of assembled battery-compatible switches provided between the load, a cell balance circuit that is provided corresponding to each of the assembled batteries and equalizes the voltages of the plurality of battery cells forming the assembled battery, and the load Voltage adjustment for the assembled battery to make the voltages of the plurality of assembled batteries uniform when the voltage of the battery cell in the assembled battery satisfies a certain condition in a state where the switch corresponding to the assembled battery is off the a battery management unit to be executed by the cell balance circuit, the cell balance circuit includes a discharge resistor and a discharge switch are connected in series, are connected in parallel to each of the plurality of battery cells The battery management unit includes a value obtained by dividing an average value of the voltages of the plurality of battery cells by a target voltage to be set for the assembled battery by the voltage adjustment by the number of the plurality of battery cells. When the above condition of greater than is satisfied, the discharge switch is individually switched on and off to cause the cell balance circuit to perform voltage adjustment on the assembled battery.
また、本発明において、前記電池管理部は、前記複数の電池セルの電圧のうちの最低電圧が予め設定された許容下限値よりも大きいという前記条件を満たす場合に、前記組電池に対する電圧調整を前記セルバランス回路に実行させることが好ましい。 In the present invention, the battery management unit adjusts the voltage for the assembled battery when the condition that the lowest voltage among the voltages of the plurality of battery cells is larger than a preset allowable lower limit value is satisfied. The cell balance circuit is preferably executed.
以上説明したように、この発明によれば、複数の組電池を接続して構成される電池システムについて、コストアップを回避しながらも組電池間の電圧の均一化が可能になるという効果が得られる。 As described above, according to the present invention, for a battery system configured by connecting a plurality of assembled batteries, it is possible to obtain an effect that the voltage between the assembled batteries can be made uniform while avoiding an increase in cost. It is done.
以下、本発明の一実施形態による電池システムについて図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態による電池システムの構成例を示している。この図に示す電池システムは、電池ユニット１００−１〜１００−３、電力変換装置２００、上位制御装置３００、組電池対応スイッチ４１０−１〜４１０−３および受電端スイッチ４２０を備える。
Hereinafter, a battery system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a configuration example of a battery system according to an embodiment of the present invention. The battery system shown in this figure includes battery units 100-1 to 100-3, a
なお、以降の説明において、電池ユニット１００−１〜１００−３について特に区別しない場合には、電池ユニット１００と記載し、組電池対応スイッチ４１０−１〜４１０−３について特に区別しない場合には、組電池対応スイッチ４１０と記載する。 In the following description, when the battery units 100-1 to 100-3 are not particularly distinguished, the battery unit 100 is described, and when the assembled battery correspondence switches 410-1 to 410-3 are not particularly distinguished, It is described as an assembled battery compatible switch 410.
電池ユニット１００−１〜１００−３は、組電池ごとに対応するユニットであり、それぞれが同じ構成を有する。具体的に、電池ユニット１００−１は、組電池１１０−１、セルバランス回路１２０−１および電池管理部１３０−１を備える。同様に、電池ユニット１００−２は、組電池１１０−２、セルバランス回路１２０−２および電池管理部１３０−２を備え、電池ユニット１００−３は、組電池１１０−３、セルバランス回路１２０−３および電池管理部１３０−３を備える。
Battery units 100-1 to 100-3 are units corresponding to each assembled battery, and each has the same configuration. Specifically, the battery unit 100-1 includes an assembled battery 110-1, a cell balance circuit 120-1, and a battery management unit 130-1. Similarly, the battery unit 100-2 includes an assembled battery 110-2, a cell balance circuit 120-2, and a battery management unit 130-2. The battery unit 100-3 includes an assembled battery 110-3 and a
なお、以降の説明において、組電池１１０−１〜１１０−３について特に区別しない場合には組電池１１０と記載する。また、セルバランス回路１２０−１〜１２０−３について特に区別しない場合にはセルバランス回路１２０と記載し、また、電池管理部１３０−１〜１３０−３について特に区別しない場合には電池管理部１３０と記載する。
In the following description, the assembled batteries 110-1 to 110-3 will be referred to as the assembled
組電池１１０は、単体の二次電池である電池セルを複数備え、これら複数の電池セルを直列に接続して形成される。また、各電池ユニット１００の組電池１１０は、互いに並列に接続される。
The assembled
セルバランス回路１２０は、自己を含む電池ユニット１００が備える組電池１１０を対象として、この組電池１１０を形成する複数の電池セル間の電圧を均一化する。このように、組電池１１０における電池セルごとの電圧を均一にすることをセルバランス制御ともいう。
そのうえで、このセルバランス回路１２０は、電池ユニット１００−１〜１００−３における組電池１１０間の電圧を均一化する組電池間バランス制御を行うにあたり、この組電池間バランス制御としての組電池１１０に対する電圧調整（組電池電圧調整）も行う。
The
In addition, the
電池管理部１３０は、電池ユニット１００における組電池１１０の状態を監視し、その状態に応じて組電池１１０における充放電動作を制御する。一例として、組電池１１０における電池セル間の電圧差が一定以上となった場合、電池管理部１３０は、セルバランス回路１２０によりセルバランス制御が実行されるように制御する。
また、電池管理部１３０は、組電池対応スイッチ４１０がオフの状態において組電池１１０における電池セル１１１の電圧が一定の条件を満たす場合に、複数の組電池１１０の電圧を均一にするための組電池１１０に対する電圧調整（組電池電圧調整）をセルバランス回路１２０に実行させる。
また、電池管理部１３０は、通信バス５００を経由して上位制御装置３００との相互通信を行う。例えば、電池管理部１３０は、上記通信バス５００を経由して上位制御装置３００から送信される組電池間バランス制御指令に応答して、組電池電圧調整をセルバランス回路１２０に実行させる。
The
In addition, the
Further, the
また、電池ユニット１００−１〜１００−３における組電池１１０は、それぞれ、組電池対応スイッチ４１０−１〜４１０−３を介し、さらに、受電端スイッチ４２０を介して電力変換装置２００と接続される。
In addition, the assembled
電力変換装置２００は、組電池１１０−１〜１１０−３から供給される直流による電力を交流に変換し、商用系統６００に接続される負荷（図示せず）に供給する。また、電力変換装置２００は、商用系統６００から供給される交流による電力を直流に変換して、例えば充電のために組電池１１０−１〜１１０−３に供給する。つまり、組電池１１０−１〜１１０−３は並列に接続されたうえで、電力変換装置２００を介して負荷や他の電源と接続される。
The
上位制御装置３００は、電池ユニット１００−１〜１００−３の電池管理部１３０を統括制御する。一例として、組電池間バランス制御については、電池ユニット１００−１〜１００−３の各電池管理部１３０から通知される組電池１１０の電圧に基づいて、上位制御装置３００がその実行を指示する。
The
組電池対応スイッチ４１０−１〜４１０−３は、それぞれ、組電池１１０−１〜１１０−３ごとに設けられる。組電池対応スイッチ４１０がオンのとき、この組電池対応スイッチ４１０と接続された組電池１１０は、受電端スイッチ４２０を介して電力変換装置２００と接続される。組電池対応スイッチ４１０がオフのとき、この組電池対応スイッチ４１０と接続された組電池１１０は、電力変換装置２００に対して切断される。
The assembled battery correspondence switches 410-1 to 410-3 are provided for the assembled batteries 110-1 to 110-3, respectively. When the battery pack compatible switch 410 is on, the
また、受電端スイッチ４２０は、図のように、組電池対応スイッチ４１０−１〜４１０−３を介した組電池１１０−１〜１１０−３と、電力変換装置２００との間に挿入されるように設けられる。
受電端スイッチ４２０がオンのとき、組電池対応スイッチ４１０がオンとなっている組電池１１０と電力変換装置２００とが接続される。これに対して、受電端スイッチ４２０がオフのときには、組電池対応スイッチ４１０がオンであっても、すべての組電池１１０−１〜１１０−３は電力変換装置２００と切断される。
Moreover, the power receiving
When the power receiving
組電池対応スイッチ４１０−１〜４１０−３は、それぞれ、上位制御装置３００によって個別にオンオフされる。つまり、上位制御装置３００は、組電池１１０−１〜１１０−３の電力変換装置２００との接続と切断をそれぞれ個別に切り替えることができる。また、受電端スイッチ４２０も、上位制御装置３００によって組電池対応スイッチ４１０に対して個別にオンオフされる。
The assembled battery corresponding switches 410-1 to 410-3 are individually turned on and off by the
上記組電池対応スイッチ４１０−１〜４１０−３と受電端スイッチ４２０は、以下のようなときにオンオフが切り替えられる。例えば、上位制御装置３００は、起動時において組電池対応スイッチ４１０−１〜４１０−３と受電端スイッチ４２０をオフからオンに切り替える。
The assembled battery correspondence switches 410-1 to 410-3 and the power receiving
また、電池システムの動作中において、或る組電池１１０に異常が発生した場合、上位制御装置３００は、この異常が発生した組電池１１０の組電池対応スイッチ４１０をオフに切り替えて、商用系統６００から切り離し、異常の無い組電池１１０のみを動作させる。あるいは、上位制御装置３００は、異常の発生に応じて受電端スイッチ４２０をオフとして、すべての組電池１１０−１〜１１０−３を商用系統６００から切り離してもよい。
Further, when an abnormality occurs in a certain assembled
また、例えば商用系統６００側にて負荷や他の電源の異常が発生し、電力変換装置２００経由で過大な電流が流れるような場合や、電力変換装置２００自体に異常が生じたような場合、上位制御装置３００は受電端スイッチ４２０をオフとする。これにより、組電池１１０が保護される。
In addition, for example, when a load or other power supply abnormality occurs on the
また、組電池間バランス制御における組電池電圧調整を行う場合には、その組電池１１０が商用系統６００から切り離されていることが必要になる。これに応じて、上位制御装置３００は、組電池間バランス制御のために電圧調整を行うべき組電池１１０の組電池対応スイッチ４１０をオフとするように切り替える。
In addition, when the battery pack voltage adjustment is performed in the battery pack balance control, the
なお、組電池対応スイッチ４１０と受電端スイッチ４２０には、例えばＭＣＢ（Miniature Circuit Breaker：電流遮断器）が使用される。
また、図１において電池システムにおける電池ユニット１００の数は３つであるが、これは一例であって特に限定されるものではない。
For example, an MCB (Miniature Circuit Breaker) is used for the assembled battery compatible switch 410 and the power receiving
Moreover, although the number of the battery units 100 in a battery system is three in FIG. 1, this is an example and is not specifically limited.
図２は、電池ユニット１００における組電池１１０、セルバランス回路１２０および電池管理部１３０の各構成例を示している。
なお、以降の説明において、同図における電池セル１１１−１〜１１１−４について特に区別しない場合には電池セル１１１と記載し、温度センサ１１２−１〜１１２−４について特に区別しない場合には温度センサ１１２と記載する。また、放電抵抗１２１−１〜１２１−４について特に区別しない場合には放電抵抗１２１と記載し、放電スイッチ１２２−１〜１２２−４について特に区別しない場合には放電スイッチ１２２と記載する。
FIG. 2 shows configuration examples of the assembled
In the following description, the battery cells 111-1 to 111-4 in the figure are referred to as the battery cells 111 unless otherwise distinguished, and the temperature sensors 112-1 to 112-4 are not particularly distinguished from each other. The sensor 112 is described. The discharge resistors 121-1 to 121-4 are described as the discharge resistor 121 when not particularly distinguished, and the discharge switches 122-1 to 122-4 are described as the discharge switch 122 when not particularly distinguished.
図２において、組電池１１０は、４つの電池セル１１１−１〜１１１−４を直列に接続して形成される。電池セル１１１の各々は、単体の二次電池であり、例えばリチウムイオン電池が使用される。なお、ここでは、組電池１１０が４つの電池セル１１１により形成されているが、あくまでも一例であり、組電池１１０を形成する電池セル１１１の数は特に限定されるものではない。
また、この図の組電池１１０は、電池セル１１１−１〜１１１−４ごとに対応して、温度センサ１１２−１〜１１２−４を備える。温度センサ１１２−１〜１１２−４は、それぞれ、電池セル１１１−１〜１１１−４の温度を検出する。
In FIG. 2, the assembled
Moreover, the assembled
セルバランス回路１２０は、図示するように、放電抵抗１２１−１〜１２１−４と放電スイッチ１２２−１〜１２２−４を備える。
放電抵抗１２１−１と放電スイッチ１２２−１は、電池セル１１１−１を放電させるための放電回路を形成する。
このために、放電抵抗１２１−１と放電スイッチ１２２−１は直列に接続されたうえで電池セル１１１−１に対して並列に接続される。これにより、放電スイッチ１２２−１がオンのとき電池セル１１１−１と放電抵抗１２１−１が並列に接続されるために電池セル１１１−１は放電抵抗を負荷として放電を行う。この放電による充電容量の低下に応じて電池セル１１１−１の電圧は低下することになる。これに対して、放電スイッチ１２２−１がオフのとき、放電抵抗１２１−１と電池セル１１１−１とが切断されるので、電池セル１１１−１からの放電抵抗１２１−１に対する放電は行われない。
As illustrated, the
Discharge resistor 121-1 and discharge switch 122-1 form a discharge circuit for discharging battery cell 111-1.
For this purpose, the discharge resistor 121-1 and the discharge switch 122-1 are connected in series and then connected in parallel to the battery cell 111-1. Thus, the battery cell 111-1 to the discharge switch 12 2 -1 battery cell 111-1 and the discharge resistor 121-1 when on is connected in parallel to discharge the discharge resistor as the load. The voltage of the battery cell 111-1 is reduced according to the reduction of the charge capacity due to the discharge. In contrast, when the discharge switch 12 2 -1 is off, since the discharge resistor 121-1 and the battery cell 111-1 is disconnected, discharge row to the discharge resistor 121-1 from the battery cell 111-1 I will not.
同様に、セルバランス回路１２０において、放電抵抗１２１−２と放電スイッチ１２２−２の直列接続による放電回路は、電池セル１１１−２に対して並列に接続される。また、放電抵抗１２１−３と放電スイッチ１２２−３の直列接続による放電回路は、電池セル１１１−３に対して並列に接続される。また、放電抵抗１２１−４と放電スイッチ１２２−４の直列接続による放電回路は、電池セル１１１−４に対して並列に接続される。
放電スイッチ１２２−１〜１２２−４は、電池管理部１３０内の制御部１３６によって個別にオンオフの切り替えが行われる。
Similarly, in the
The discharge switches 122-1 to 122-4 are individually switched on and off by the
電池管理部１３０は、図示するように、セレクタ１３１、アンプ１３２、セレクタ１３３、アンプ１３４、Ａ／Ｄ変換器１３５、制御部１３６および通信インターフェース１３７を備える。
The
セレクタ１３１は、電池セル１１１−１〜１１１−４ごとの電圧を入力し、これらの電圧のうちから１つを選択する。つまり、セレクタ１３１の入力側は、電池セル１１１−１〜１１１−４ごとの両端に接続された一対のラインと接続されることで、電池セル１１１−１〜１１１−４ごとの電圧を入力する。
そして、セレクタ１３１は、制御部１３６の制御にしたがって、電池セル１１１−１〜１１１−４の各電圧のうち、１つの電池セル１１１の電圧を選択するようにライン切り替えを行う。
セレクタ１３１により選択された電池セル１１１の電圧は、アンプ１３２により増幅され、Ａ／Ｄ変換器１３５によりデジタル信号に変換され、制御部１３６に出力される。制御部１３６は、上記のように電圧を入力することにより、電池セル１１１−１〜１１１−４ごとの電圧を監視する。
The
The
The voltage of the battery cell 111 selected by the
セレクタ１３３は、温度センサ１１２−１〜１１２−４の各々により検出された電池セル１１１−１〜１１１−４の温度を示す温度検出信号を入力し、これらの温度検出信号のうちから１つを選択する。
セレクタ１３３により選択された温度検出信号は、アンプ１３４により増幅され、Ａ／Ｄ変換器１３５によりデジタル信号に変換される。制御部１３６は、セレクタ１３３におけるライン切り替えを制御しながら、Ａ／Ｄ変換器１３５から温度検出信号を入力することで、電池セル１１１−１〜１１１−４ごとの温度を監視する。
The
The temperature detection signal selected by the
制御部１３６は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）などを備えて構成され、電池セル１１１−１〜１１１−４の電圧と温度を検出するために、上記のようにセレクタ１３１と１３３の切り替えを制御する。また、制御部１３６は、セルバランス制御と、組電池間バランス制御のためにセルバランス回路１２０の動作を制御する。この際、制御部１３６は、セルバランス回路１２０がしかるべき動作を行うように、放電スイッチ１２２−１〜１２２−４を個別にオンオフ制御する。
The
また、制御部１３６は、通信インターフェース１３７から通信バス５００を経由して上位制御装置３００と相互通信を行う。例えば、制御部１３６は、電池セル１１１−１〜１１１−４の電圧と温度に関する情報や電池管理部１３０の状態などの情報を含む電池ユニット状態情報を上位制御装置３００に送信する。上位制御装置３００は、各電池ユニット１００−１〜１１０−３から送信される電池ユニット状態情報に基づき、電池ユニット１００−１〜１１０−３ごとに対する制御を行う。
Further, the
次に、本実施形態の電池ユニット１００において実行されるセルバランス制御について説明する。
制御部１３６は、電池セル１１１−１〜１１１−４ごとの電圧を監視し、例えばこれらのうちの２つの電圧の差が予め設定した許容値以上であるときにセルバランス制御を実行すべきと判定する。そして、制御部１３６は、セルバランス制御として、電圧が高いほうの電池セル１１１に対応する放電スイッチ１２２をオンにする。これにより、電圧が高いほうの電池セル１１１に対して放電抵抗１２１が並列に接続され、この電池セル１１１は放電抵抗１２１を負荷として放電を行う。これにより、電池セル１１１の電圧が低下していく。そして、この電圧が許容範囲にまで低下したことを判定すると、制御部１３６は、放電スイッチ１２２をオフとしてセルバランス制御を終了させる。
Next, cell balance control executed in the battery unit 100 of the present embodiment will be described.
The
次に、本実施形態における組電池間バランス制御について説明する。
上位制御装置３００は、電池ユニット１００−１〜１１０−３から受信した電池ユニット状態情報が示す電圧の情報に基づいて、例えば電池ユニット１００−１〜１１０−３の組電池１１０の電圧を監視する。そして、これらにおける２つの電圧の差が許容値以上となったときに、組電池間バランス制御を実行すべきと判定する。この場合、上位制御装置３００は、電圧が高いほうの組電池１１０に対して接続される組電池対応スイッチ４１０をオフにする。また、この電圧が高いほうの組電池１１０を備える電池ユニット１００に対して、組電池間バランス制御の実行を指示する内容を含む制御情報を送信する。
Next, the battery pack balance control in this embodiment will be described.
The
図３は、上位制御装置３００が送信する制御情報の内容例を示している。この図に示す制御情報７００は、運転モード７０１、運転状態７０２、充放電状態７０３、受電端スイッチ状態７０４、組電池対応スイッチ状態７０５、組電池間バランス指令７０６および組電池間バランス目標電圧７０７を含む。なお、この図に示す内容はあくまでも一例であり、例えば他の情報が含まれてもよい。
FIG. 3 shows an example of the content of control information transmitted by the
運転モード７０１は、電池システムの運転モードについて、例えば、停止、待機、通常運転のいずれであるのかを所定ビット数により示す情報である。
運転状態７０２は、電池システムの運転状態について、例えば、正常、軽度の故障、重度の故障のいずれであるのかを所定ビット数により示す情報である。
充放電状態７０３は、電力変換装置２００の動作状態について、例えば、停止中、待機中、充電中、放電中のいずれであるのかを所定ビット数により示す情報である。
受電端スイッチ状態７０４は、受電端スイッチ４２０がオンとオフのいずれの状態であるのかを所定ビット数により示す情報である。
組電池対応スイッチ状態７０５は、この制御情報７００の送信先の電池ユニット１００の組電池１１０に対応して設けられた組電池対応スイッチ４１０がオンとオフのいずれの状態であるのかを所定ビット数により示す情報である。
組電池間バランス指令７０６は、この制御情報７００の送信先の電池ユニット１００に対して、組電池間バランス制御を指示するか否かを所定ビット数により示す情報である。
組電池間バランス目標電圧７０７は、組電池電圧調整により組電池１１０に設定すべき電圧である目標電圧を所定ビット数により示す。
The
The operating
The charging / discharging
The power receiving
The assembled battery
The inter-battery battery balance command 706 is information indicating, by a predetermined number of bits, whether or not to instruct inter-battery battery balance control to the destination battery unit 100 of the
The inter-battery-
上位制御装置３００は、図３に示した各情報を含む制御情報７００を周期的（例えば、１００ｍｓｅｃごと）に、各電池ユニット１００−１〜１００−３に送信する。この際、上位制御装置３００は、組電池間バランス制御を実行させようとする電池ユニット１００に送信すべき制御情報７００については、組電池間バランス指令７０６について指示有りを示す値を設定する。
また、上位制御装置３００は、組電池間バランス目標電圧７０７について今回の組電池間バランス制御に応じて求めた値を設定する。なお、組電池間バランス目標電圧７０７の値は、例えば組電池１１０の電圧のうちで最低の値に基づいて求めることができる。そして、上記のように生成した制御情報７００を、上位制御装置３００は、組電池間バランス制御を実行させようとする電池ユニット１００に送信する。
制御情報７００を受信した電池ユニット１００の制御部１３６は、以下のように、組電池間バランス制御の指示に応答した動作を実行する。
The
In addition, the
The
図４のフローチャートは、制御部１３６が制御情報７００の受信に応答して実行する処理手順例を示している。なお、この図に示す処理を実行する部位は図１との対応では電池管理部１３０となるが、ここでは、電池管理部１３０における制御部１３６が実行するものとして説明する。
The flowchart of FIG. 4 shows an example of a processing procedure executed by the
上位制御装置３００は、前述のように、電池ユニット１００に対して周期的に制御情報７００を送信する。制御部１３６は、このように送信される制御情報７００を受信する（ステップＳ１０１）。
The
次に、制御部１３６は、受信した制御情報７００における組電池間バランス指令７０６が指令有りを示しているか否かについて判定する（ステップＳ１０２）。
組電池間バランス指令７０６が指令有りを示している場合、上位制御装置３００により組電池間バランス制御における組電池電圧調整の実行が指示されていることになる。しかし、本実施形態では、この組電池電圧調整を、本来はセルバランス制御のために設けられたセルバランス回路１２０を流用して行う。これに伴い、制御部１３６は、組電池間バランス指令７０６が指令有りを示している場合（ステップＳ１０２−ＹＥＳ）、以下の条件判定を行い、その条件が満たされている場合に組電池電圧調整を実行する。
Next, the
When the inter-battery battery balance command 706 indicates that there is a command, the
組電池電圧調整を行うには、その組電池１１０に設けられた組電池対応スイッチ４１０をオフとして電力変換装置２００から切り離された状態とすることが必要である。そこで、制御部１３６は、組電池対応スイッチ状態７０５がオフを示しているか否かについて判定する（ステップＳ１０３）。
In order to adjust the assembled battery voltage, it is necessary to turn off the assembled battery corresponding switch 410 provided in the assembled
組電池対応スイッチ状態７０５がオフを示している場合（ステップＳ１０３−ＹＥＳ）、制御部１３６は、さらに、自己を含む電池ユニット１００の状態に基づいて組電池間バランス制御の実行が可能であるか否かについて判定する（ステップＳ１０４）。具体的に、電池ユニット１００の状態が正常であれば組電池間バランス制御が可能である。これに対して、例えば制御部１３６にて障害が発生していたり、電池セル１１１やセルバランス回路１２０などに故障などが発生している場合には、組電池間バランス制御は不可能になる。
When the assembled battery corresponding
組電池間バランス制御が可能であると判定した場合（ステップＳ１０４−ＹＥＳ）、制御部１３６は、さらに、以下のように条件判定を行う。
つまり、制御部１３６は、この条件判定にあたり、まず、組電池１１０における電池セル１１１−１〜１１１−４の各電圧についての平均値である平均セル電圧Ｖａｖを算出する（ステップＳ１０５）。
また、制御部１３６は、組電池間バランス目標セル電圧Ｖｔｇｃを算出する（ステップＳ１０６）。
そして、制御部１３６は、例えば受信した制御情報７００の組電池間バランス目標電圧７０７をＶｖａｌ、組電池１１０を形成する組電池１１０の数をｂｎｕｍとして、下記の式により組電池間バランス目標セル電圧Ｖｔｇｃを求める。
Ｖｔｇｃ＝Ｖｖａｌ／ｂｎｕｍ
When it determines with balance control between assembled batteries being possible (step S104-YES), the
That is, in this condition determination, the
Further, the
Then, the
Vtgc = Vval / bnum
組電池間バランス目標電圧７０７は、前述のように、組電池電圧調整により到達させるべき組電池１１０の電圧である。したがって、上記のように組電池間バランス目標電圧７０７を組電池１１０の数により除算した値の組電池間バランス目標セル電圧Ｖｔｇｃは、組電池間バランス目標電圧７０７を電池セル１１１の１つ分に換算したものとなる。
例えば、組電池１１０を形成する電池セル１１１の数が組電池１１０の間で異なる場合がある。上記ステップＳ１０６の処理により、組電池１１０を形成する電池セル１１１の数に係わらず、常に正しい組電池間バランス目標セル電圧Ｖｔｇｃを算出できる。
As described above, the inter-battery battery
For example, the number of battery cells 111 forming the assembled
また、組電池電圧調整を開始させるには、平均セル電圧Ｖａｖが組電池間バランス目標セル電圧Ｖｔｇｃよりも大きいことが必要である。平均セル電圧Ｖａｖが組電池間バランス目標セル電圧Ｖｔｇｃ以下である場合に組電池電圧調整を開始して電圧を低下させていくと、電圧の低い電池セル１１１の容量が許容範囲よりも少なくなって放電できない状態となる可能性がある。
このため、制御部１３６は、平均セル電圧Ｖａｖが組電池間バランス目標セル電圧Ｖｔｇｃよりも大きい（Ｖａｖ＞Ｖｔｇｃ）か否かについて判定する（ステップＳ１０７）。ここで、（Ｖａｖ＞Ｖｔｇｃ）であると判定した場合（ステップＳ１０７−ＹＥＳ）、制御部１３６は、さらに、以下のように条件判定を行う。
In order to start the battery pack voltage adjustment, it is necessary that the average cell voltage Vav is larger than the battery pack balance target cell voltage Vtgc. When the average cell voltage Vav is equal to or lower than the battery pack balance target cell voltage Vtgc, when the battery voltage adjustment is started and the voltage is lowered, the capacity of the battery cell 111 having a lower voltage becomes smaller than the allowable range. There is a possibility of being unable to discharge.
Therefore, the
制御部１３６は、この条件判定にあたり、まず、最低セル電圧Ｖｍｉｎを特定する（ステップＳ１０８）。最低セル電圧Ｖｍｉｎは、組電池１１０における電池セル１１１の電圧のうちの最低値である。
次に、制御部１３６は、例えば自己が備えるＲＯＭなどに記憶されている組電池間バランス最低セル電圧Ｖｍｎｃを読み出す（ステップＳ１０９）。この組電池間バランス最低セル電圧Ｖｍｎｃは、組電池電圧調整を開始させるのに必要最低限な電池セル１１１の電圧として予め設定された値（許容下限値）である。
In determining the condition, the
Next, the
また、組電池電圧調整を開始させるには、最低セル電圧Ｖｍｉｎが組電池間バランス最低セル電圧Ｖｍｎｃより大きいことも必要である。最低セル電圧Ｖｍｉｎが組電池間バランス最低セル電圧Ｖｍｎｃ以下の状態で組電池電圧調整を開始させた場合にも、電圧の低い電池セル１１１の容量が許容範囲よりも少なくなって放電できない状態となる可能性があるからである。
このため、制御部１３６は、最低セル電圧Ｖｍｉｎが組電池間バランス最低セル電圧Ｖｍｎｃよりも大きい（Ｖｍｉｎ＞Ｖｍｎｃ）か否かについて判定する（ステップＳ１１０）。そして、（Ｖｍｉｎ＞Ｖｍｎｃ）である場合（ステップＳ１１０−ＹＥＳ）、制御部１３６は、組電池間バランス制御における組電池電圧調整をセルバランス回路１２０に実行させるように制御する（ステップＳ１１１）。
Further, in order to start the battery pack voltage adjustment, it is also necessary that the lowest cell voltage Vmin is larger than the battery pack balance lowest cell voltage Vmnc. Even when the battery voltage adjustment is started in a state where the minimum cell voltage Vmin is equal to or lower than the inter-battery balance minimum cell voltage Vmnc, the capacity of the battery cell 111 having a low voltage becomes smaller than the allowable range, and the battery cannot be discharged. Because there is a possibility.
For this reason, the
ステップＳ１１１における制御の一例として、制御部１３６は、セルバランス回路１２０におけるすべての放電スイッチ１２２をオンの状態とする。これにより、組電池１１０におけるすべての電池セル１１１が放電抵抗１２１を負荷として放電を行う。これは、組電池１１０全体が放電している状態であり、この放電によって組電池１１０としての電圧が低下していく。そして、制御部１３６は、組電池１１０全体の電圧が、受信した制御情報７００における組電池間バランス目標電圧７０７の値に到達するのに応じて、例えばすべての放電スイッチ１２２をオフに切り替えることで組電池電圧調整を終了させる。
As an example of the control in step S111, the
また、これまでの説明から理解されるように、組電池間バランス指令７０６が指令無しを示している場合（ステップＳ１０２−ＮＯ）、また、組電池対応スイッチ状態７０５がオンを示している場合（ステップＳ１０３−ＮＯ）、組電池電圧調整を行う必要はない。
そこで、これらの場合には、これまで組電池電圧調整を実行させていたのであればこれを停止させ、これまでも組電池電圧調整が停止状態であれば、その停止状態を継続する（ステップＳ１１２）。
また、電池ユニット１００について組電池間バランス制御が可能な状態でない場合（ステップＳ１０４−ＮＯ）には組電池電圧調整は行うべきでない。そこで、この場合にも、制御部１３６は、組電池電圧調整を停止状態とする（ステップＳ１１２）。
さらに、平均セル電圧Ｖａｖが組電池間バランス目標セル電圧Ｖｔｇｃ以下の場合（ステップＳ１０７−ＮＯ）、また、最低セル電圧Ｖｍｉｎが組電池間バランス最低セル電圧Ｖｍｎｃ以下の場合（ステップＳ１１０−ＮＯ）にも、組電池電圧調整は行うべきでない。そこで、これらの場合、制御部１３６は、組電池電圧調整を停止状態とする（ステップＳ１１２）。
Further, as understood from the above description, when the battery pack balance command 706 indicates no command (step S102-NO), and when the battery pack
Therefore, in these cases, if the assembled battery voltage adjustment has been executed so far, it is stopped, and if the assembled battery voltage adjustment has been stopped so far, the stopped state is continued (step S112). ).
Further, when the battery unit 100 is not in a state where balance control between assembled batteries is not possible (step S104—NO), the assembled battery voltage should not be adjusted. Therefore, also in this case, the
Furthermore, when the average cell voltage Vav is less than or equal to the battery pack balance target cell voltage Vtgc (step S107-NO), and when the lowest cell voltage Vmin is less than or equal to the battery pack balance minimum cell voltage Vmnc (step S110-NO). However, the battery pack voltage should not be adjusted. Accordingly, in these cases, the
なお、図１と図２に示す電池管理部１３０または制御部１３６の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより組電池間バランス制御を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
A program for realizing the functions of the
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
Further, the “computer system” includes a homepage providing environment (or display environment) if a WWW system is used.
The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Further, the “computer-readable recording medium” refers to a volatile memory (RAM) in a computer system that becomes a server or a client when a program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In addition, those holding programs for a certain period of time are also included. The program may be a program for realizing a part of the functions described above, and may be a program capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in a computer system.
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes designs and the like that do not depart from the gist of the present invention.
１００ 電池ユニット
１１０ 組電池
１１１ 電池セル
１２０ セルバランス回路
１２１ 放電抵抗
１２２ 放電スイッチ
１３０ 電池管理部
１３６ 制御部
２００ 電力変換装置
３００ 上位制御装置
４１０ 組電池対応スイッチ
４２０ 受電端スイッチ
７００ 制御情報
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100
Claims (2)
前記組電池の各々と負荷との間に設けられる複数の組電池対応スイッチと、
前記組電池ごとに対応して設けられ、前記組電池を形成する前記複数の電池セルの電圧を均一化するセルバランス回路と、
前記負荷との間の前記組電池対応スイッチがオフの状態において前記組電池における電池セルの電圧が一定の条件を満たす場合に、前記複数の組電池の電圧を均一にするための前記組電池に対する電圧調整を前記セルバランス回路に実行させる電池管理部とを備え、
前記セルバランス回路は、放電抵抗と放電スイッチとが直列に接続され、前記複数の電池セルごとに並列に接続される複数の放電回路を備え、
前記電池管理部は、前記複数の電池セルの電圧の平均値が、前記電圧調整により前記組電池に設定すべき目標電圧を前記複数の電池セルの数で除算した値よりも大きいという前記条件を満たす場合に、前記放電スイッチのオンオフを個別に切り替えて前記組電池に対する電圧調整を前記セルバランス回路に実行させる、
ことを特徴とする電池システム。 A plurality of battery packs each having a plurality of battery cells connected in series and connected in parallel;
A plurality of assembled battery-compatible switches provided between each of the assembled batteries and a load;
A cell balance circuit which is provided corresponding to each assembled battery and equalizes the voltages of the plurality of battery cells forming the assembled battery;
When the voltage of the battery cell in the assembled battery satisfies a certain condition in a state where the switch corresponding to the assembled battery between the load and the load is off, the assembled battery for making the voltages of the plurality of assembled batteries uniform A battery management unit for causing the cell balance circuit to perform voltage adjustment ,
The cell balance circuit includes a plurality of discharge circuits in which a discharge resistor and a discharge switch are connected in series, and are connected in parallel for each of the plurality of battery cells.
The battery management unit has the condition that an average value of voltages of the plurality of battery cells is larger than a value obtained by dividing a target voltage to be set for the assembled battery by the voltage adjustment by the number of the plurality of battery cells. When satisfying, causing the cell balance circuit to perform voltage adjustment for the assembled battery by individually switching on and off the discharge switch,
A battery system characterized by that.
前記複数の電池セルの電圧のうちの最低値が予め設定された許容下限値よりも大きいという前記条件を満たす場合に、前記組電池に対する電圧調整を前記セルバランス回路に実行させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の電池システム。 The battery management unit
When the condition that the lowest value among the voltages of the plurality of battery cells is larger than a preset allowable lower limit value is satisfied, the cell balance circuit is caused to perform voltage adjustment for the assembled battery.
The battery system according to claim 1 .
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