JP2010035285A - 不均衡低減回路、電源装置、及び不均衡低減方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】端子電圧の均等化に伴い、劣化が進んでいる蓄電素子の劣化が加速されるおそれを低減することができる不均衡低減回路、電源装置、及び不均衡低減方法を提供する。
【解決手段】
蓄電体B1〜BNにおける端子電圧V1〜VNをそれぞれ検出する電圧検出部320と、電圧検出部320によって検出された端子電圧V1〜VNが低いほど、高い電圧値になるように各蓄電体に対応する目標電圧Vtg1〜VtgNをそれぞれ設定する目標電圧設定部334と、蓄電体B1〜BNを、端子電圧V1〜VNが各蓄電体に対応して設定された目標電圧Vtg1〜VtgNになるまでそれぞれ放電させる放電処理を実行する放電部310とを備えた。
【選択図】図1
【解決手段】
蓄電体B1〜BNにおける端子電圧V1〜VNをそれぞれ検出する電圧検出部320と、電圧検出部320によって検出された端子電圧V1〜VNが低いほど、高い電圧値になるように各蓄電体に対応する目標電圧Vtg1〜VtgNをそれぞれ設定する目標電圧設定部334と、蓄電体B1〜BNを、端子電圧V1〜VNが各蓄電体に対応して設定された目標電圧Vtg1〜VtgNになるまでそれぞれ放電させる放電処理を実行する放電部310とを備えた。
【選択図】図1
Description
本発明は、複数の蓄電体における端子電圧の不均衡を低減する不均衡低減回路、電源装置、及び不均衡低減方法に関する。
近年、蓄電体等を用いた蓄電装置は、太陽電池や発電装置と組み合わされ、電源システムとして広く利用されている。発電装置は、風力や水力といった自然エネルギーや内燃機関等の人工的な動力によって駆動される。このような蓄電装置を組み合わせた電源システムは、余剰な電力を蓄電装置に蓄積し、負荷装置が必要な時に蓄電装置から電力を供給することによって、エネルギー効率の向上を図っている。
このようなシステムの一例としては、太陽光発電システムが挙げられる。太陽光発電システムは、太陽光による発電量が、負荷装置の電力消費量に比べて大きい場合には、余剰電力で蓄電装置に充電を行う。逆に、発電量が負荷装置の消費電力より小さい場合には、不足の電力を補うために蓄電装置から出力して、負荷装置を駆動する。
このように、太陽光発電システムにおいては、従来利用されていなかった余剰電力を蓄電装置に蓄積できるため、蓄電装置を用いない電源システムに比べて、エネルギー効率を高めることができる。
このような太陽光発電システムにおいては、蓄電装置が満充電になってしまうと余剰電力を充電できなくなって、損失が生じる。そこで、余剰電力を効率よく蓄電装置に充電するため、蓄電体の充電状態(以下、SOC:State Of Charge)が100%とならないように、充電制御が行われている。また、必要なときに負荷装置を駆動できるように、SOCが0(ゼロ)%とならないようにも充電制御が行われている。具体的には、通常、蓄電装置においては、SOCが20%〜80%の範囲で推移するように充電制御が行われている。
また、エンジンとモータとを用いたハイブリット自動車(HEV;Hybrid Electric Vehicle)もこのような原理を利用している。HEVは、走行に必要な動力に対してエンジンからの出力が大きい場合には、余剰のエンジン出力で発電機を駆動し、蓄電装置を充電する。また、HEVは、車両の制動や減速時には、モータを発電機として利用することによって蓄電装置を充電する。
さらに、夜間電力を有効活用するために用いられる負荷平準化電源や、プラグインハイブリット車も最近注目されている。負荷平準化電源は、電力消費が少なく、電力料金が安い夜間に蓄電装置に電力を貯蔵し、電力消費がピークとなる日中に、貯蔵した電力を活用するシステムである。電力の消費量を平滑化することにより、電力の発電量を一定にし、電力設備の効率的運用や設備投資の削減に貢献することを目的としている。
また、プラグインハイブリット車は夜間電力を活用し、燃費が悪い市街地走行時には蓄電装置から電力を供給するEV走行を主体とし、長距離走行時には、エンジンとモータを活用したHEV走行を行うことにより、トータルのCO2の排出量を削減することを目的としている。
ところで、このような蓄電装置は、所望の出力電圧を得るために、複数の蓄電素子(単電池等)を直列に接続することによって構成されている。このような蓄電素子では、個々の蓄電素子の蓄電電荷量がバラついた状態で深い放電が行われると、蓄電電荷量が少ない蓄電素子がより過放電され、蓄電素子が劣化して蓄電装置全体の寿命を低下させることとなる。
このような蓄電装置の寿命の劣化を抑制するために、蓄電電荷量(SOC)にバラツキ、すなわち不均衡が発生すると、均等化手段を用いて蓄電電荷量のバラツキを解消する技術が知られている。均等化する手段として、最低電圧と各蓄電素子の端子電圧とを比較し、電圧差が所定値を超えると、各蓄電素子を同一の基準電圧まで放電させることで均等化させる方法が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
特開平8―19188号公報
しかしながら、上述の特許文献1に開示の方法では、各蓄電素子の端子電圧を、すべて同じ電圧に均等化する。そのため、劣化が進んで電圧が低下しやすい蓄電池は、所定時間経過後には自己放電等のために、劣化の程度が少ない他の蓄電池より端子電圧が低下して、再び各蓄電素子の端子電圧にバラツキが発生することとなる。
このような状態で各蓄電素子が直列接続された蓄電装置による放電が行われると、劣化が進んで端子電圧が低下しやすい蓄電素子ほど、低い端子電圧まで放電されて過放電されやすくなる結果、劣化が進んでいる蓄電素子ほど、ますます劣化が加速されてしまうという、不都合があった。
本発明の目的は、端子電圧の均等化に伴い、劣化が進んでいる蓄電素子の劣化が加速されるおそれを低減することができる不均衡低減回路、電源装置、及び不均衡低減方法を提供することである。
本発明に係る不均衡低減回路は、複数の蓄電体における端子電圧をそれぞれ検出する電圧検出部と、前記電圧検出部によって検出された各端子電圧が低いほど、高い電圧値になるように前記各蓄電体に対応する目標電圧をそれぞれ設定する目標電圧設定部と、前記複数の蓄電体を、当該各蓄電体の端子電圧が前記目標電圧設定部により前記各蓄電体に対応して設定された目標電圧になるまでそれぞれ放電させる放電処理を実行する放電部とを備える。
また、本発明に係る不均衡低減方法は、電圧検出部が、複数の蓄電体における端子電圧をそれぞれ検出する工程と、目標電圧設定部が、前記電圧検出部によって検出された各端子電圧が低いほど、高い電圧値になるように前記各蓄電体に対応する目標電圧をそれぞれ設定する工程と、放電部が、前記複数の蓄電体を、当該各蓄電体の端子電圧が前記目標電圧設定部により前記各蓄電体に対応して設定された目標電圧になるまでそれぞれ放電させる放電処理を実行する工程とを含む。
この構成によれば、目標電圧設定部によって、端子電圧が低いほど、すなわち端子電圧が低下し易く劣化が進んでいると考えられる蓄電体に対応する目標電圧ほど、高い電圧値になるように設定される。そして、放電部によって、各目標電圧まで各蓄電体が放電されるので、放電終了後の各端子電圧は、端子電圧が低下し易い蓄電体ほど高い電圧にされ、端子電圧が低下し難い蓄電体ほど低い電圧にされる。その結果、複数の蓄電体による負荷への電力供給の過程で、まず各端子電圧相互間の差(バラツキ)が小さくなる方向へ各端子電圧が変化し、その後に各端子電圧相互間の差(バラツキ)が大きくなる方向へ各端子電圧が変化する。一方、従来技術のように、各端子電圧が同一の電圧になるまで各蓄電体を放電させて均一化すると、負荷への放電の過程で、始めから各端子電圧相互間の差(バラツキ)が増大し始める。従って、この構成によれば、各端子電圧が同一の電圧になるまで各蓄電体を放電させて均一化する従来技術よりも、負荷への放電サイクルを通じて各端子電圧のバラツキが低減されて均等化のための放電量が減少する結果、端子電圧の均等化に伴い劣化が進んでいる蓄電素子の劣化が加速されるおそれを低減することができる。
また、前記目標電圧設定部は、前記放電部による前記放電処理が実行される都度、当該放電処理の実行前に、前記電圧検出部によって検出された各端子電圧の平均値に対する、当該各端子電圧の偏差を前記各蓄電体について算出する偏差算出部と、前記偏差算出部によって前記放電処理の都度算出された偏差を、前記蓄電体毎に複数回分平均することにより各蓄電体に対応する時系列的な偏差の平均値を時系列偏差平均値として算出する時系列偏差平均部と、前記時系列偏差平均部によって算出された各時系列偏差平均値を所定の基準電圧からそれぞれ減算した値を、前記各蓄電体に対応する目標電圧としてそれぞれ算出する目標電圧算出部とを備えることが好ましい。
この構成によれば、時系列偏差平均部によって、放電処理の都度算出された偏差が、蓄電体毎に複数回分平均されて各蓄電体に対応する時系列的な偏差の平均値が時系列偏差平均値として算出される。そして、目標電圧算出部によって、この各時系列偏差平均値が所定の基準電圧からそれぞれ減算された値が、各蓄電体に対応する目標電圧としてそれぞれ算出される。これにより、均等化を実行する毎に各蓄電体の電圧の平均値からの偏差を算出し、偏差の時系列的な平均値を算出することによって、各蓄電体がどの程度バラツキを発生するかが推測でき、これを加味した目標値を設定できる。
これにより、バラツキが発生しやすいものは、バラツキに応じた分だけ目標値を変更し、バラツキが増大して再び均等化する必要が生じるまでの時間を増大し、均等化のための放電処理の実行頻度を減らすことが可能となり、均等化によって生じる上位機器の利便性低下を低減し、蓄電体を長寿命化することが可能となる。
また、前記基準電圧は、前記電圧検出部によって検出された各端子電圧のうちの最低電圧値であることが好ましい。
背景技術に記載のように、バラツキが生じた各端子電圧を、各蓄電体を放電させることにより同一の電圧に揃えようとすると、各端子電圧のうちの最低電圧値に揃えるのが最も放電量が少ない。一方、この構成によれば、各端子電圧は各目標電圧まで放電されるので、同じ電圧になるまで放電されるわけではないが、各端子電圧のうちの最低電圧値を基準電圧として用いることで、過度の放電を低減できる目標電圧を設定することが容易となる。
また、前記目標電圧算出部は、前記時系列偏差平均部によって算出された各時系列偏差平均値のうちいずれかが、正の値である場合、当該正の値の時系列偏差平均値については前記基準電圧から減算することなく前記最低電圧値をそのまま前記目標電圧として用いることが好ましい。
この構成によれば、放電部による放電処理においても、最低電圧値を下回る電圧まで各蓄電体が放電されることがないので、背景技術よりも放電量が増大して劣化が促進されるおそれが低減される。
また、前記目標電圧算出部は、前記時系列偏差平均部によって算出された各時系列偏差平均値のうちいずれかが、予め設定された範囲内である場合、当該範囲内の時系列偏差平均値については前記基準電圧から減算することなく前記基準電圧をそのまま前記目標電圧として用いるようにしてもよい。
この構成によれば、例えば他の蓄電体と比べて比較的劣化の程度が少ないと考えられる端子電圧値の範囲を、予め設定しておけば、比較的劣化の程度が少ない蓄電体を、最低電圧値を下回る端子電圧になるまで放電させることがなくなるので、比較的劣化の程度が少ない蓄電体を過度に放電させて劣化させるおそれが低減される。
また、前記目標電圧設定部は、前記電圧検出部によって検出された各端子電圧の平均値に対する、当該各端子電圧の偏差を前記各蓄電体について算出する偏差算出部と、前記偏差算出部によって算出された各偏差を所定の基準電圧からそれぞれ減算した値を、前記各蓄電体に対応する目標電圧としてそれぞれ算出する目標電圧算出部とを備えることが好ましい。
この構成によれば、偏差算出部によって、電圧検出部によって検出された各端子電圧の平均値に対する、当該各端子電圧の偏差が、各蓄電体について算出される。そして、目標電圧算出部によって、この各偏差が所定の基準電圧からそれぞれ減算された値が、各蓄電体に対応する目標電圧としてそれぞれ算出される。これにより、各蓄電体の端子電圧の偏差を算出し、この偏差から各蓄電体がどの程度バラツキを発生するかが推測でき、これを加味した目標値を設定できる。
これにより、バラツキが発生しやすいものは、バラツキに応じた分だけ目標値を変更し、バラツキが増大して再び均等化する必要が生じるまでの時間を増大し、均等化のための放電処理の実行頻度を減らすことが可能となり、均等化によって生じる上位機器の利便性低下を低減し、蓄電体を長寿命化することが可能となる。
また、前記電圧検出部によって検出された各端子電圧の最大値及び当該各端子電圧の平均値のうち一つと、当該各端子電圧の最小値との差が、予め設定された判定閾値を超える場合、前記複数の蓄電体に不均衡が生じていると判定する不均衡検出部をさらに備え、前記不均衡検出部によって前記不均衡が生じていると判定された場合に、前記目標電圧設定部は前記各目標電圧を設定し、前記放電部は前記放電処理を実行することが好ましい。
この構成によれば、各端子電圧のバラツキが増大して各端子電圧の最大値及び当該各端子電圧の平均値のうち一つと、当該各端子電圧の最小値との差が判定閾値を超えた場合にのみ、放電処理が実行されるので、まだバラツキが小さい場合に放電処理が実行されて、蓄電体の劣化が促進されてしまうおそれが低減される。
また、本発明に係る電源装置は、上述の不均衡低減回路と、前記複数の蓄電体とを備える。
この構成によれば、電源に用いられる蓄電体の端子電圧の不均衡を低減できると共に、各端子電圧が同一の電圧になるまで各蓄電体を放電させて均一化する従来技術よりも、負荷への放電サイクルを通じて各端子電圧のバラツキが低減されて均等化のための放電量が減少する結果、端子電圧の均等化に伴い劣化が進んでいる蓄電素子の劣化が加速されるおそれを低減することができる。
このような構成の不均衡低減回路、電源装置、及び不均衡低減方法は、目標電圧設定部によって、端子電圧が低いほど、すなわち端子電圧が低下し易く劣化が進んでいると考えられる蓄電体に対応する目標電圧ほど、高い電圧値になるように設定される。そして、放電部によって、各目標電圧まで各蓄電体が放電されるので、放電終了後の各端子電圧は、端子電圧が低下し易い蓄電体ほど高い電圧にされ、端子電圧が低下し難い蓄電体ほど低い電圧にされる。その結果、複数の蓄電体による負荷への電力供給の過程で、まず各端子電圧相互間の差(バラツキ)が小さくなる方向へ各端子電圧が変化し、その後に各端子電圧相互間の差(バラツキ)が大きくなる方向へ各端子電圧が変化する。一方、従来技術のように、各端子電圧が同一の電圧になるまで各蓄電体を放電させて均一化すると、負荷への放電の過程で、始めから各端子電圧相互間の差(バラツキ)が増大し始める。従って、この構成によれば、各端子電圧が同一の電圧になるまで各蓄電体を放電させて均一化する従来技術よりも、負荷への放電サイクルを通じて各端子電圧のバラツキが低減されて均等化のための放電量が減少する結果、端子電圧の均等化に伴い劣化が進んでいる蓄電素子の劣化が加速されるおそれを低減することができる。
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図1は、本発明の一実施形態に係る不均衡低減方法を用いた不均衡低減回路、及びこの不均衡低減回路を備えた電源装置、電源システムの構成の一例を示すブロック図である。
図1に示す電源システム1は、発電装置10、電源制御装置30、及び蓄電装置40を備えて構成されている。そして、電源制御装置30及び蓄電装置40によって、電源装置50が構成されている。電源装置50は、例えば、電池パック、無停電電源装置、自然エネルギーを活用した発電装置やエンジンを動力源とする発電装置の余剰電力を蓄電する電力調整用の蓄電装置、及び負荷平準化電源等、種々の電源装置として用いられる。そして、電源装置50には、発電装置10や蓄電装置40から電力供給を受ける負荷装置20が接続されている。
発電装置10は、具体的には、例えば、太陽光発電装置(太陽電池)などの自然エネルギーを活用した発電装置やエンジンを動力源とする発電機などである。なお、電源装置50は、発電装置10の代わりに商用電源から電力供給を受ける構成であってもよい。
蓄電装置40は、N個の蓄電体B1,B2,・・・,BNを直列に接続して構成されている。蓄電体B1,B2,・・・,BNは、図略のボックスに収納されている。また、蓄電体B1,B2,・・・,BNのそれぞれは、複数個の蓄電素子401を電気的に直列に接続して構成されている。各蓄電素子401としては、ニッケル水素電池などのアルカリ蓄電池、リチウムイオン電池などの有機電池、及び電気二重層キャパシタなどのキャパシタ、等の蓄電素子を用いることができる。
なお、蓄電体の数、蓄電素子401の数、接続状態は、特に限定されるものではない。例えば、各蓄電体は、複数の蓄電素子401が直列、並列、あるいは直列と並列とが組み合わされて接続されることにより、構成されていてもよい。また、各蓄電体が、それぞれ一つの蓄電素子401であってもよい。また、蓄電装置40の構成も上記に限定されるものではない。
電源制御装置30は、例えば車載用のECU(Electric Control Unit)として構成されている。電源制御装置30は、放電部310、不均衡低減回路350、及び充放電制御回路340を備えている。また、不均衡低減回路350は、放電部310、電圧検出部320、及び制御部330を備えている。
充放電制御回路340は、例えば発電装置10で生じた余剰電力や負荷装置20で発生する回生電力を蓄電装置40へ充電する。また、負荷装置20の消費電流が急激に増大したり、または、発電装置10の発電量が低下し、負荷装置20が要求する電力が発電装置10の出力を超えたりすると、充放電制御回路340によって、蓄電装置40から不足した電力が負荷装置20へ供給される。
また、充放電制御回路340は、制御部330からの制御信号に応じて、蓄電装置40の充電を停止したり、許可したりするようになっている。
このように、充放電制御回路340によって蓄電装置40の充放電が制御されることで、通常の場合、蓄電装置40のSOCが20〜80%程度の範囲になるようにされている。あるいは、夜間電力の有効活用をした負荷平準化電源やプラグインハイブリット車などでは、蓄電装置40が、SOC 100%の状態まで充電されて、負荷装置20でエネルギーが必要な時に放電されるようになっている。
電圧検出部320は、蓄電体B1,B2,・・・,BNの各端子電圧V1,V2,・・・,VNを検出し、その検出値を制御部330へ出力する。電圧検出部320は、例えば、端子電圧V1,V2,・・・,VNのうちいずれか一つを選択する図略の切換回路や、切換回路で選択された電圧をデジタル値に変換して制御部330へ出力する図略のアナログデジタルコンバータ等を用いて構成されている。
放電部310は、N個の抵抗R1,R2,・・・,RNと、N個のトランジスタQ1,Q2,・・・,QNとを備えている。そして、抵抗R1とトランジスタQ1との直列回路が蓄電体B1と並列に接続され、抵抗R2とトランジスタQ2との直列回路が蓄電体B2と並列に接続され、以下同様に、抵抗とトランジスタとの直列回路が各蓄電体と並列に接続されている。
トランジスタQ1,Q2,・・・,QNは、制御部330からの均等化放電信号SG1,SG2,・・・,SGNに応じて、それぞれオン、オフされるようになっている。そして、トランジスタQ1,Q2,・・・,QNがオンされると、当該オンされたトランジスタと並列接続されている蓄電体が、抵抗を介して放電されるようになっている。
制御部330は、例えば所定の演算処理を実行するCPU(Central Processing Unit)と、所定の制御プログラムが記憶されたROM(Read Only Memory)と、データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)と、これらの周辺回路等とを備えて構成されている。
そして、制御部330は、例えばROMに記憶された制御プログラムを実行することにより、不均衡検出部331、偏差算出部332、時系列偏差平均部333、目標電圧算出部334、及び強制放電制御部335として機能する。この場合、偏差算出部332、時系列偏差平均部333、及び目標電圧算出部334が、目標電圧設定部の一例に相当している。なお、充放電制御回路340や負荷装置20が、制御部330の一部、又は全部を含んで構成されていてもよい。
不均衡検出部331は、電圧検出部320によって検出された端子電圧V1,V2,・・・,VNの最大電圧Vmaxと最小電圧Vminとの差が、予め設定された判定閾値Vthを超える場合、蓄電装置40に不均衡が生じていると判定する。
偏差算出部332は、不均衡検出部331によって不均衡が生じていると判定されて放電処理が実行される都度、当該放電処理の実行前に、電圧検出部320によって検出された端子電圧V1,V2,・・・,VNの平均値に対する、端子電圧V1,V2,・・・,VNの偏差Vd1,Vd2,・・・,VdNを、それぞれ算出する。
時系列偏差平均部333は、偏差算出部332によって放電処理の前に都度算出された偏差を、蓄電体B1,B2,・・・,BNそれぞれについて複数回分平均することにより各蓄電体に対応する時系列的な偏差の平均値を時系列偏差平均値Vd1ave,Vd2ave,・・・,VdNaveとして算出する。
目標電圧算出部334は、時系列偏差平均部333によって算出された時系列偏差平均値Vd1ave,Vd2ave,・・・,VdNaveを基準電圧Vrefからそれぞれ減算した値を、蓄電体B1,B2,・・・,BNに対応する目標電圧Vtg1,Vtg2,・・・,VtgNとしてそれぞれ算出する。基準電圧Vrefとしては、例えば最小電圧Vminが用いられる。なお、基準電圧Vrefは、最小電圧Vminに限られず、例えば端子電圧V1,V2,・・・,VNの平均値Vave以下の範囲で任意の電圧を基準電圧Vrefとして設定してもよい。
強制放電制御部335は、不均衡検出部331によって不均衡が生じていると判定され、目標電圧算出部334によって目標電圧Vtg1,Vtg2,・・・,VtgNが算出されると、放電部310によって、端子電圧V1,V2,・・・,VNが、それぞれ対応する目標電圧Vtg1,Vtg2,・・・,VtgN以下になるまで放電させる。
次に、図1に示す電源装置50の動作について説明する。図2、図3は、図1に示す電源装置50の動作の一例を示すフローチャートである。なお、以下のフローチャートにおいて、同一の処理には同一のステップ番号を付してその説明を省略する。
まず、偏差算出部332によって、偏差の算出回数を示す変数iに1が代入される(ステップS1)。
次に、電圧検出部320によって、蓄電体B1,B2,・・・,BNの各端子電圧V1,V2,・・・,VNが検出される(ステップS2)。そして、偏差算出部332によって、端子電圧V1,V2,・・・,VNのうちの最大電圧Vmaxと最小電圧Vminとが取得され、例えばRAMに記憶される(ステップS3)。
次に、不均衡検出部331によって、最大電圧Vmaxと最小電圧Vminとの差が判定閾値Vthと比較される(ステップS4)。そして、当該差が判定閾値Vth以下であれば(ステップS4でNO)再びステップS2へ戻ってステップS2〜S4の処理を繰り返す一方、当該差が判定閾値Vthを超えていれば(ステップS4でYES)、不均衡検出部331によって、蓄電装置40に不均衡が生じていると判定されて、ステップS5へ移行する。
なお、不均衡検出部331は、最大電圧Vmaxと最小電圧Vminとの差を判定閾値Vthと比較することで不均衡の有無を判定する例に限られず、例えば端子電圧V1,V2,・・・,VNの平均値と最小電圧Vminとの差を判定閾値Vthと比較することで不均衡の有無を判定するようにしてもよく、その他の方法によって不均衡の有無を判定するようにしてもよい。
ステップS5において、偏差算出部332によって、端子電圧V1,V2,・・・,VNの平均値Vaveが算出される(ステップS5)。次に、偏差算出部332によって、端子電圧V1,V2,・・・,VNからそれぞれ平均値Vaveが減算されて、偏差Vd1(i),Vd2(i),・・・,VdN(i)が算出される(ステップS6)。ここで、偏差Vd1(i)はi回目に算出された端子電圧V1の偏差を示し、偏差VdN(i)はi回目に算出された端子電圧VNの偏差を示している。
次に、時系列偏差平均部333によって、偏差算出部332が1回目からi回目までのi回算出した偏差Vd1(1),Vd2(1),・・・,VdN(1)〜偏差Vd1(i),Vd2(i),・・・,VdN(i)が、蓄電体B1,B2,・・・,BNそれぞれについて平均されて、各蓄電体に対応する時系列的な偏差の平均値が時系列偏差平均値Vd1ave,Vd2ave,・・・,VdNaveとして算出される(ステップS7)。
次に、目標電圧算出部334によって、基準電圧Vrefである最小電圧Vminから時系列偏差平均値Vd1ave,Vd2ave,・・・,VdNaveがそれぞれ減算されて、蓄電体B1,B2,・・・,BNに対応する目標電圧Vtg1,Vtg2,・・・,VtgNが算出される(ステップS8)。
なお、例えば、ステップS6において平均値Vaveから端子電圧V1,V2,・・・,VNをそれぞれ減算することで符号が逆の偏差Vd1(i),Vd2(i),・・・,VdN(i)を算出し、ステップS8において最小電圧Vminに時系列偏差平均値Vd1ave,Vd2ave,・・・,VdNaveを加算することで目標電圧Vtg1,Vtg2,・・・,VtgNを算出する、というように、目標電圧Vtg1,Vtg2,・・・,VtgNを算出するために用いる数式を変形して等価な演算を行うようにしてもむろんよい。
ステップS5〜S8の処理により、端子電圧V1,V2,・・・,VNが、時系列的に平均して低い電圧を示す蓄電体、すなわち端子電圧が低下し易く劣化が進んでいると考えられる蓄電体に対応する目標電圧ほど、高い電圧値になるように設定される。
なお、例えば図4に示すように、ステップS7における時系列偏差平均値の算出を行わず、ステップS8の代わりにステップS81において、目標電圧算出部334は、最小電圧Vminから偏差Vd1,Vd2,・・・,VdNをそれぞれ減算することで、蓄電体B1,B2,・・・,BNに対応する目標電圧Vtg1,Vtg2,・・・,VtgNを算出するようにしてもよい。
偏差Vd1,Vd2,・・・,VdNは、端子電圧が低下し易く劣化が進んでいると考えられる蓄電体ほど、値が小さくなって負の値を示すから、図4に示すステップS2〜S81の処理によっても、劣化が進んでいると考えられる蓄電体に対応する目標電圧ほど、高い電圧値になるように目標電圧を設定することができる。
ここで、偏差Vd1,Vd2,・・・,VdNは、例えばノイズ等、蓄電体の劣化の程度(端子電圧の低下のし易さ)とは別の要因で一時的に変動することがある。そこで、図2に示すように、ステップS7において時系列偏差平均値を算出し、ステップS8において目標電圧を算出することで、蓄電体の劣化の程度(端子電圧の低下のし易さ)が反映された目標電圧の算出精度を向上することができる。
また、ステップS8(S81)において、目標電圧算出部334は、時系列偏差平均部333によって算出された各時系列偏差平均値(各偏差)のうちいずれかが、他の蓄電体と比べて比較的劣化の程度が少ないと考えられる値として予め設定された範囲内である場合、当該範囲内の時系列偏差平均値(各偏差)については最小電圧Vmin(基準電圧)から減算することなく最小電圧Vminをそのまま目標電圧として用いるようにしてもよい。
後述する放電処理によって、各蓄電体は、それぞれ各目標電圧まで放電されるので、各時系列偏差平均値(各偏差)が、比較的劣化の程度が少ないと考えられる範囲内である場合、最小電圧Vminをそのまま目標電圧として用いることで、劣化の少ない蓄電体を過度に放電させて劣化させてしまうおそれを低減することができる。
特に、最小電圧Vminが基準電圧Vrefとして設定されている場合には、当該範囲として正の範囲を設定することで、目標電圧が最小電圧Vminより低い電圧に設定されることがなくなり、端子電圧を均一化するための放電を最小限に止めることが可能となる。
次に、強制放電制御部335は、均等化放電信号SG1、SG2、・・・、SGNをすべてオンしてトランジスタQ1,Q2,・・・,QNをオンさせることで、放電処理を開始する(ステップS11)。
次に、強制放電制御部335は、放電処理を開始後、端子電圧V1,V2,・・・,VNの検査を開始し(ステップS12)、変数nに「1」を代入して1番目の蓄電体から電圧検査を開始する(ステップS13)。次に、強制放電制御部335は、n番目の均等化放電信号SGnがオンしているか否かを判定する(ステップS14)。
そして、均等化放電信号SGnがオフであれば(ステップS14でNO)ステップS17へ移行する一方、均等化放電信号SGnがオンしていれば(ステップS14でYES)、強制放電制御部335は、n番目の端子電圧Vnが、n番目の蓄電体Bnの目標電圧Vtgn以下かどうか判定する(ステップS15)。そして、端子電圧Vnが目標電圧Vtgnを超えていれば(ステップS15でNO)ステップS17へ移行する一方、端子電圧Vnが目標電圧Vtgn以下であれば(ステップS15でYES)、強制放電制御部335は、均等化放電信号SGnをオフ(トランジスタQnをオフ)して蓄電体Bnの放電を終了する(ステップS16)。
ステップS17において、強制放電制御部335は、変数nに「1」加算し(ステップS17)、変数nと蓄電体数Nとを比較する(ステップS18)。
そして、変数nが蓄電体数N以下であれば(ステップS18でNO)、次の蓄電体について端子電圧の検査をするべくステップS14へ移行する。一方、変数nが蓄電体数Nを超えていれば(ステップS18でYES)、ステップS19へ移行する。
次に、ステップS19において、強制放電制御部335によって、まだオンしている均等化放電信号が有るか否か、すなわちまだ放電中の蓄電体が有るか否かが判定される(ステップS19)。
そして、まだ放電中の蓄電体が有れば(ステップS19でYES)、ステップS13〜S19の処理を繰り返す一方、放電中の蓄電体が無ければ(ステップS19でNO)、放電処理を終了する。
以上、ステップS11〜S19の処理により、放電部310によって、端子電圧V1,V2,・・・,VNが、それぞれ対応する目標電圧Vtg1,Vtg2,・・・,VtgNになるまで放電される。
次に、偏差算出部332によって、偏差の算出回数を計数するべく変数iに1が加算されて(ステップS20)、再びステップS2〜S20が繰り返される。
以上、ステップS1〜S20の処理により、端子電圧V1,V2,・・・,VNが低いほど、すなわち端子電圧が低下し易く劣化が進んでいると考えられる蓄電体に対応する目標電圧ほど、高い電圧値になるように設定される。そして、各目標電圧まで各蓄電体が放電されるので、放電終了後の端子電圧V1,V2,・・・,VNは、端子電圧が低下し易い蓄電体ほど高い電圧にされ、端子電圧が低下し難い蓄電体ほど低い電圧にされる。
その結果、蓄電装置40による負荷装置20への電力供給の過程で、まず端子電圧V1,V2,・・・,VN相互間の差(バラツキ)が小さくなる方向へ各端子電圧が変化し、その後に各端子電圧相互間の差(バラツキ)が大きくなる方向へ各端子電圧が変化する。一方、従来技術のように、各端子電圧が同一の電圧になるまで各蓄電体を放電させて均一化すると、負荷への放電の過程で、始めから各端子電圧相互間の差(バラツキ)が増大し始める。
従って、図1に示す電源システム1は、各端子電圧が同一の電圧になるまで各蓄電体を放電させて均一化する従来技術よりも、負荷への放電サイクルを通じて各端子電圧のバラツキが低減される結果、端子電圧の均等化に伴い、劣化が進んでいる蓄電素子の劣化が加速されるおそれを低減することができる。
また、図1に示す電源システム1においては、負荷への放電サイクルを通じて各端子電圧のバラツキが低減されるので、ステップS4において不均衡検出部331によって、蓄電装置40に不均衡が生じていると判定される頻度が減少する結果、各蓄電体を均一化のために放電させる頻度も減少する。蓄電体の均一化のための放電処理中は、上位機器(発電装置10、負荷装置20)は蓄電装置40に余剰電力を充電させたり、蓄電装置40から電力供給を受けたりすることができないので、蓄電体の均一化のための放電頻度が減少すれば、このような上位機器の利便性を向上させることが可能となる。
このように、図1に示す電源システム1は、均等化を実行する毎に各蓄電体の電圧の平均値からの偏差量を算出し、偏差量の平均値を算出することによって、各蓄電体がどの程度バラツキを発生するかが推測でき、これを加味した目標値を設定できる。これにより、バラツキが発生しやすいものは、バラツキに応じた分だけ目標値を変更し、バラツキが所定値になるまでの時間と頻度を減らすことが可能となり、均等化によって生じる上位機器(発電装置10、負荷装置20)の利便性低下を最低限に抑制でき、長寿命な電源装置を提供することができる。
なお、図1に示す電源装置50の構成は上記に限定されるものではなく、同等の機能を有するものであればかまわない。例えば、制御部330は、上述の各種処理を具現化させるプログラムをインストールし、このプログラムを実行することによって実現することができる。
更に、充放電制御回路340が、制御部330としても機能する態様が考えられる。この態様においては、制御部330は、充放電制御回路340を構成するマイクロコンピュータに、図2〜図4に示す各種処理を具現化させるプログラムをインストールし、このプログラムを実行することによって、実現することができる。
また、各蓄電体の放電処理開始判定は、制御部330に限定するものでなく、制御部330から蓄電素子情報を得て充放電制御回路340や負荷装置20で行ってもよく、その他であっても問題ない。
今回開示した本発明の実施の形態は、例示であってこれに限定されるものではない。
本発明に係る不均衡低減回路、これを用いた電源装置、及び不均衡低減方法は、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、携帯電話機等の電子機器、電気自動車やハイブリッドカー等の車両、太陽電池や発電装置と二次電池とを組み合わされた電源システム等の電池搭載装置、システム等において、好適に利用することができる。
1 電源システム
10 発電装置
20 負荷装置
30 電源制御装置
40 蓄電装置
50 電源装置
310 放電部
320 電圧検出部
330 制御部
331 不均衡検出部
332 偏差算出部
333 時系列偏差平均部
334 目標電圧算出部
335 強制放電制御部
340 充放電制御回路
350 不均衡低減回路
401 蓄電素子
B1,B2,・・・,BN 蓄電体
Q1,Q2,・・・,QN トランジスタ
R1,R2,・・・,RN 抵抗
SG1,SG2,・・・,SGN 均等化放電信号
V1,V2,・・・,VN 端子電圧
Vave 平均値
Vd1,Vd2,・・・,VdN 偏差
Vd1ave,Vd2ave,・・・,VdNave 時系列偏差平均値
Vmax 最大電圧
Vmin 最小電圧
Vref 基準電圧
Vtg1,Vtg2,・・・,VtgN 目標電圧
Vth 判定閾値
10 発電装置
20 負荷装置
30 電源制御装置
40 蓄電装置
50 電源装置
310 放電部
320 電圧検出部
330 制御部
331 不均衡検出部
332 偏差算出部
333 時系列偏差平均部
334 目標電圧算出部
335 強制放電制御部
340 充放電制御回路
350 不均衡低減回路
401 蓄電素子
B1,B2,・・・,BN 蓄電体
Q1,Q2,・・・,QN トランジスタ
R1,R2,・・・,RN 抵抗
SG1,SG2,・・・,SGN 均等化放電信号
V1,V2,・・・,VN 端子電圧
Vave 平均値
Vd1,Vd2,・・・,VdN 偏差
Vd1ave,Vd2ave,・・・,VdNave 時系列偏差平均値
Vmax 最大電圧
Vmin 最小電圧
Vref 基準電圧
Vtg1,Vtg2,・・・,VtgN 目標電圧
Vth 判定閾値
Claims (9)
- 複数の蓄電体における端子電圧をそれぞれ検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部によって検出された各端子電圧が低いほど、高い電圧値になるように前記各蓄電体に対応する目標電圧をそれぞれ設定する目標電圧設定部と、
前記複数の蓄電体を、当該各蓄電体の端子電圧が前記目標電圧設定部により前記各蓄電体に対応して設定された目標電圧になるまでそれぞれ放電させる放電処理を実行する放電部と
を備えることを特徴とする不均衡低減回路。 - 前記目標電圧設定部は、
前記放電部による前記放電処理が実行される都度、当該放電処理の実行前に、前記電圧検出部によって検出された各端子電圧の平均値に対する、当該各端子電圧の偏差を前記各蓄電体について算出する偏差算出部と、
前記偏差算出部によって前記放電処理の都度算出された偏差を、前記蓄電体毎に複数回分平均することにより各蓄電体に対応する時系列的な偏差の平均値を時系列偏差平均値として算出する時系列偏差平均部と、
前記時系列偏差平均部によって算出された各時系列偏差平均値を所定の基準電圧からそれぞれ減算した値を、前記各蓄電体に対応する目標電圧としてそれぞれ算出する目標電圧算出部とを備えること
を特徴とする請求項1記載の不均衡低減回路。 - 前記基準電圧は、
前記電圧検出部によって検出された各端子電圧のうちの最低電圧値であること
を特徴とする請求項2記載の不均衡低減回路。 - 前記目標電圧算出部は、
前記時系列偏差平均部によって算出された各時系列偏差平均値のうちいずれかが、正の値である場合、当該正の値の時系列偏差平均値については前記基準電圧から減算することなく前記最低電圧値をそのまま前記目標電圧として用いること
を特徴とする請求項3記載の不均衡低減回路。 - 前記目標電圧算出部は、
前記時系列偏差平均部によって算出された各時系列偏差平均値のうちいずれかが、予め設定された範囲内である場合、当該範囲内の時系列偏差平均値については前記基準電圧から減算することなく前記基準電圧をそのまま前記目標電圧として用いること
を特徴とする請求項2又は3記載の不均衡低減回路。 - 前記目標電圧設定部は、
前記電圧検出部によって検出された各端子電圧の平均値に対する、当該各端子電圧の偏差を前記各蓄電体について算出する偏差算出部と、
前記偏差算出部によって算出された各偏差を所定の基準電圧からそれぞれ減算した値を、前記各蓄電体に対応する目標電圧としてそれぞれ算出する目標電圧算出部とを備えること
を特徴とする請求項1記載の不均衡低減回路。 - 前記電圧検出部によって検出された各端子電圧の最大値及び当該各端子電圧の平均値のうち一つと、当該各端子電圧の最小値との差が、予め設定された判定閾値を超える場合、前記複数の蓄電体に不均衡が生じていると判定する不均衡検出部をさらに備え、
前記不均衡検出部によって前記不均衡が生じていると判定された場合に、前記目標電圧設定部は前記各目標電圧を設定し、前記放電部は前記放電処理を実行すること
を特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の不均衡低減回路。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の不均衡低減回路と、
前記複数の蓄電体と
を備えることを特徴とする電源装置。 - 電圧検出部が、複数の蓄電体における端子電圧をそれぞれ検出する工程と、
目標電圧設定部が、前記電圧検出部によって検出された各端子電圧が低いほど、高い電圧値になるように前記各蓄電体に対応する目標電圧をそれぞれ設定する工程と、
放電部が、前記複数の蓄電体を、当該各蓄電体の端子電圧が前記目標電圧設定部により前記各蓄電体に対応して設定された目標電圧になるまでそれぞれ放電させる放電処理を実行する工程と
を含むことを特徴とする不均衡低減方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008192632A JP2010035285A (ja) | 2008-07-25 | 2008-07-25 | 不均衡低減回路、電源装置、及び不均衡低減方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008192632A JP2010035285A (ja) | 2008-07-25 | 2008-07-25 | 不均衡低減回路、電源装置、及び不均衡低減方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2010035285A true JP2010035285A (ja) | 2010-02-12 |
Family
ID=41739120
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2008192632A Withdrawn JP2010035285A (ja) | 2008-07-25 | 2008-07-25 | 不均衡低減回路、電源装置、及び不均衡低減方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2010035285A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017163822A (ja) * | 2016-03-08 | 2017-09-14 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 蓄電システム、および、蓄電システムの制御方法 |
WO2017169127A1 (ja) * | 2016-03-28 | 2017-10-05 | 株式会社日立製作所 | 二次電池システム |
JP7508866B2 (ja) | 2020-06-03 | 2024-07-02 | トヨタ自動車株式会社 | 電池システム |
-
2008
- 2008-07-25 JP JP2008192632A patent/JP2010035285A/ja not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2017163822A (ja) * | 2016-03-08 | 2017-09-14 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 蓄電システム、および、蓄電システムの制御方法 |
WO2017169127A1 (ja) * | 2016-03-28 | 2017-10-05 | 株式会社日立製作所 | 二次電池システム |
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