JP2013160582A - Battery pack system and management method of battery pack system - Google Patents
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Abstract
Description
多数の二次電池を直列接続して構成され、間欠充電される組電池の異常を判定する組電池システムおよび組電池システムの管理方法に関する。 The present invention relates to an assembled battery system that is configured by connecting a large number of secondary batteries in series and determines an abnormality of an assembled battery that is intermittently charged, and a method for managing the assembled battery system.
二次電池としては、リチウムイオン二次電池（リチウムイオンセル）や鉛蓄電池が知られている。例えば、リチウムイオンセルは、エネルギー密度が高い、自己放電量が少ない、などという利点を有し、自動車用蓄電池や電気・電子機器用蓄電池などとして広く使用されている。また、使用目的に応じた電圧や容量を得るために、リチウムイオンセルを複数接続して組電池を構成し、使用する場合がある。このような組電池をバックアップ電源とする場合の充電方法として、例えば、図９に示すようなフロート充電方式が知られている。図９は、組電池システムを整流器（交流直流変換器）１０１に適用した状態を示す概略構成図であり、組電池を負荷装置１０２のバックアップ電源とし、整流器１０１によってフロート充電で運用している。この組電池は、負荷装置１０２と並列に電力供給系統に接続されている。すなわち、商用電源１００が整流器１０１を介して、負荷装置１０２と組電池とに接続され、商用電源１００からの電力が整流器１０１によって整流（直流変換）されて、負荷装置１０２および組電池に供給されるようになっている。このようなフロート充電においては、図１０に示すように、充電電圧が常に一定に維持されているため、充電電流が無駄になったり、二次電池の劣化が早まって短寿命となったりするおそれがある。
Known secondary batteries include lithium ion secondary batteries (lithium ion cells) and lead acid batteries. For example, lithium ion cells have advantages such as high energy density and low self-discharge amount, and are widely used as automobile storage batteries, storage batteries for electric / electronic devices, and the like. Further, in order to obtain a voltage and capacity according to the purpose of use, there are cases where a plurality of lithium ion cells are connected to form an assembled battery for use. As a charging method when such an assembled battery is used as a backup power source, for example, a float charging method as shown in FIG. 9 is known. FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a state in which the assembled battery system is applied to a rectifier (AC / DC converter) 101. The assembled battery is used as a backup power source for the
そこで、組電池に常に一定の充電電圧をかけるのではなく、繰り返し定期的（間欠的）に電圧をかける間欠充電方式によって所定電圧を維持する方法が知られている。 Therefore, a method is known in which a predetermined voltage is maintained by an intermittent charging method in which a voltage is repeatedly and periodically (intermittently) applied instead of always applying a constant charging voltage to an assembled battery.
また、二次電池を利用した組電池は信頼性、安全性を高度に維持するために、劣化や異常を早期に発見することが重要であり、劣化や異常の判定方法として、例えば、放電後の充電時における応答特性を確認する方法がある。ところが、間欠充電されている組電池は、充電休止期間における自己放電を除くと、商用電源の故障や整流器の故障以外で組電池から放電されることがなく、放電後の充電時における応答特性を確認することはできないため、この方法を用いることはできない。そのため、間欠充電されている組電池では、完全充電状態において内部抵抗を測定することにより、電池の状態判定をしている。ところが、内部抵抗を自動測定するには多大なコストが必要となるため、手動で測定されることが多いので、常時測定することが困難となり、十分な電池の状態判定を行えないおそれがある。 In addition, in order to maintain a high level of reliability and safety in assembled batteries using secondary batteries, it is important to detect deterioration and abnormalities at an early stage. There is a method for confirming the response characteristics during charging. However, battery packs that are intermittently charged, excluding self-discharge during the charging suspension period, will not be discharged from the battery pack other than commercial power supply failure or rectifier failure. This method cannot be used because it cannot be confirmed. Therefore, in an assembled battery that is intermittently charged, the state of the battery is determined by measuring the internal resistance in a fully charged state. However, since automatic measurement of internal resistance requires a great deal of cost and is often measured manually, it is difficult to always measure and there is a risk that sufficient battery state determination cannot be performed.
ところで、長期間にわたって充放電を繰り返し行った二次電池を充電する場合においても、充電制御を安定して行うことができる二次電池の充電装置及び充電方法に関する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この技術は、充電開始から初期充電時間経過後に充電電圧を印加状態から遮断状態に切り替え、第一所定時間経過後に遮断状態から印加状態へ切り替え、切替時点から第二所定時間経過後に充電電流を取得し、切替時点から第三所定時間経過後に印加状態から遮断状態に切り替えることを繰り返し、充電電流の変化傾向に基づいて充電を終了させるものである。 By the way, even when charging a secondary battery that has been repeatedly charged and discharged over a long period of time, a technique related to a charging device and a charging method for a secondary battery that can stably perform charging control is known (for example, (See Patent Document 1). This technology switches the charging voltage from the applied state to the disconnected state after the initial charging time has elapsed from the start of charging, switches from the blocked state to the applied state after the first predetermined time has elapsed, and acquires the charging current after the second predetermined time has elapsed since the switching point. Then, after the third predetermined time has elapsed from the switching time point, the switching from the applied state to the cut-off state is repeated, and the charging is terminated based on the changing tendency of the charging current.
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、長期間にわたって充放電を繰り返し行った二次電池を充電する場合においても、充電制御を安定して行うことができるものであっても、二次電池の劣化や異常を判定することは容易ではない。 However, the technique described in Patent Document 1 is a method for charging a secondary battery that has been repeatedly charged and discharged over a long period of time. It is not easy to determine deterioration or abnormality.
そこでこの発明は、多数の二次電池を直列接続して構成され、間欠充電される組電池の劣化や異常を容易に判定可能な組電池システムおよび組電池システムの管理方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an assembled battery system that is configured by connecting a large number of secondary batteries in series, and that can easily determine deterioration or abnormality of the assembled battery that is intermittently charged, and a method for managing the assembled battery system. And
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、多数の二次電池を直列接続して構成される組電池に、充電電流を供給する充電期間と供給を休止する充電休止期間とを繰り返して設定する組電池システムであって、前記二次電池および前記組電池の電圧監視を行う電池管理手段と、前記充電期間における前記二次電池の電圧、または前記充電休止期間における前記二次電池の電圧にもとづいて、前記二次電池の異常を判定し、当該二次電池を含む組電池への充電電流の供給を停止する制御手段と、を備えることを特徴とする組電池システムである。 In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 is characterized in that a battery pack configured by connecting a number of secondary batteries in series includes a charging period for supplying a charging current and a charging suspension period for stopping the supply. A battery pack system that is repeatedly set, the battery management means for monitoring the voltage of the secondary battery and the battery pack, the voltage of the secondary battery in the charging period, or the secondary battery in the charging suspension period And a control unit that determines abnormality of the secondary battery based on the voltage and stops supply of the charging current to the assembled battery including the secondary battery.
この発明によれば、間欠充電における充電電流の充電期間における二次電池の電圧、または間欠充電における充電電流の充電休止期間における二次電池の電圧にもとづいて、二次電池の異常が判定され、当該二次電池を含む組電池への充電電流の供給が停止される。 According to this invention, the abnormality of the secondary battery is determined based on the voltage of the secondary battery in the charging period of the charging current in intermittent charging or the voltage of the secondary battery in the charging suspension period of the charging current in intermittent charging, Supply of the charging current to the assembled battery including the secondary battery is stopped.
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の組電池システムにおいて、前記制御手段は、前記充電休止期間における前記組電池の総電圧の自己放電量を回復させるだけの充電電流を前記充電期間に供給する、ことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the assembled battery system according to the first aspect, the control means supplies the charging current sufficient to recover the self-discharge amount of the total voltage of the assembled battery during the charging suspension period. It supplies in a period.
請求項３に記載の発明は、多数の二次電池を直列接続して構成される組電池に、充電電流の供給と供給休止とを繰り返す組電池システムの管理方法であって、電池管理手段は前記二次電池の電圧を監視し、前記二次電池および前記組電池を流れる充電電流を制御し、前記制御手段は、前記充電期間における前記二次電池の電圧、または前記充電休止期間における前記二次電池の電圧にもとづいて、前記二次電池の異常を判定し、当該二次電池を含む組電池への充電電流の供給を停止する、ことを特徴とする組電池システムの管理方法である。
The invention according to
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の組電池システムの管理方法において、前記制御手段は、前記充電休止期間における前記組電池の総電圧の自己放電量を回復させるだけの充電電流を前記充電期間に供給する、ことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the method for managing an assembled battery system according to the third aspect, the control means is a charging current that only recovers the self-discharge amount of the total voltage of the assembled battery during the charging suspension period. Is supplied during the charging period.
請求項１および３に記載の発明によれば、間欠充電における充電電流の供給期間（充電期間）における二次電池の電圧、または間欠充電における充電電流の供給休止期間（充電休止期間）における二次電池の電圧にもとづいて、二次電池の異常を判定することができる。つまり、間欠充電によって二次電池の充電状態を適切に保持しながら、間欠充電の充電期間や充電休止期間における二次電池の電圧特性から異常を判定することで、二次電池の劣化を判定することができるので、二次電池の特性をより適切に把握することができる。さらに、間欠充電を行う中で、二次電池の劣化を判定することができるので、二次電池の劣化や異常を早期に判定することが可能となる。 According to the first and third aspects of the present invention, the voltage of the secondary battery in the charging current supply period (charging period) in intermittent charging, or the secondary in the charging current supply stopping period (charging suspension period) in intermittent charging. Abnormality of the secondary battery can be determined based on the battery voltage. In other words, while appropriately maintaining the charging state of the secondary battery by intermittent charging, the deterioration of the secondary battery is determined by determining an abnormality from the voltage characteristics of the secondary battery during the charging period or charging suspension period of the intermittent charging. Therefore, the characteristics of the secondary battery can be grasped more appropriately. Furthermore, since the deterioration of the secondary battery can be determined during the intermittent charging, the deterioration and abnormality of the secondary battery can be determined at an early stage.
また、上記のように早期に二次電池の異常を判定することができるとともに、異常と判定された二次電池を含む組電池への充電電流の供給が停止されるので、組電池の安全性、信頼性を向上させることができる。この結果、組電池全体をより適正に充電することが可能となり、組電池全体の放電容量が適正となって、設計通りの所定の放電時間を確保することができる。 In addition, as described above, the abnormality of the secondary battery can be determined at an early stage, and the supply of the charging current to the assembled battery including the secondary battery determined to be abnormal is stopped. , Reliability can be improved. As a result, the entire assembled battery can be more appropriately charged, the discharge capacity of the entire assembled battery becomes appropriate, and a predetermined discharge time as designed can be secured.
請求項２および４に記載の発明によれば、充電期間には、充電休止期間における組電池の総電圧の自己放電量を回復させる充電電流だけが供給されるので、組電池に供給される充電電流を最小限に抑えることができる。すなわち、二次電池の劣化を抑制し、組電池を長寿命化することが可能となる。また、充電期間に供給する充電電流を最小限とすることが可能であるので、充電に要するコストを削減することが可能である。 According to the second and fourth aspects of the present invention, since only the charging current for recovering the self-discharge amount of the total voltage of the assembled battery during the charging suspension period is supplied during the charging period, the charging supplied to the assembled battery Current can be minimized. That is, it is possible to suppress the deterioration of the secondary battery and extend the life of the assembled battery. Further, since the charging current supplied during the charging period can be minimized, the cost required for charging can be reduced.
以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。 The present invention will be described below based on the illustrated embodiments.
図１は、この発明の実施の形態に係る組電池の組電池システム１を整流器１０１に適用した状態を示す概略構成図である。この実施の形態においては、二次電池はリチウムイオンセル（セル電圧４．１Ｖ）２とし、このリチウムイオン組電池（以下、単に「組電池」という）を負荷装置１０２のバックアップ電源とし、整流器１０１によって間欠充電で運用する場合について説明する。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a state where an assembled battery system 1 for an assembled battery according to an embodiment of the present invention is applied to a
組電池システム１は、単電池であるリチウムイオンセル（以下、単に「セル」という）２が多数直列に接続されて単組電池３が構成され、さらにこの単組電池３が複数並列に接続されて組電池が構成されている。ここで、組電池は、後述する制御部７によって図２に示すように充電電流を供給する充電期間と供給を休止する充電休止期間とを繰り返す間欠充電で運用されるように制御されている。
The assembled battery system 1 includes a plurality of lithium ion cells (hereinafter simply referred to as “cells”) 2 which are single cells connected in series to form a
ここで、図２は、間欠充電方式における単組電池３の総電圧ＶＴの変化を示している。つまり、充電期間（Ｔ＜Ｔ０）において、総電圧ＶＴは整流器出力設定電圧（例えば、セル２が１２個直列に接続されて構成された単組電池では４９．２Ｖ）で略一定、充電電流はフロート充電電流で略一定である。また、充電休止期間（Ｔ０＜Ｔ＜Ｔ３）において、総電圧ＶＴは自己放電や制御部７における消費などによって緩やかに減少する。そして、再び充電期間（Ｔ３＜Ｔ＜Ｔ５）となると、充電電流値が急激にフロート充電電流値よりも大となり、総電圧ＶＴの上昇とともに充電電流が減少しフロート充電電流値で略一定となる。この充電期間と充電休止期間との間隔は、単組電池３の自己放電量や制御部７などでの消費電力量から算出されて設定されている。具体的には、温度ごとの時間と自己放電量との関係をデータとして予め記憶し、記憶しているデータにもとづいて、例えば温度Ｔにおいて１ヶ月の自己放電量が容量の１０％である場合は、充電期間と充電休止期間との間隔を１ヶ月として自己放電量の１０％を回復するための充電を行うように制御する。
Here, FIG. 2 shows a change in the total voltage VT of the
組電池は、負荷装置１０２と並列に電力供給系統に接続されている。すなわち、商用電源１００が整流器１０１を介して、負荷装置１０２と組電池とに接続され、商用電源１００からの電力が整流器１０１によって整流されて、負荷装置１０２および組電池に供給されるようになっている。
The assembled battery is connected to the power supply system in parallel with the
また、組電池システム１は、単組電池電流計４、セル電圧調整器５、電池管理手段としての単組電池管理ユニット（電池管理部）６、制御手段としての単一のコントローラ（制御部）７、充電スイッチ８を備えている。そして、電池管理部６および制御部７には、通常時は整流器１０１を介して商用電源１００から電力が供給され、商用電源１００からの電力供給が停止（停電）すると、各単組電池３から電力が供給されるようになっている。
The assembled battery system 1 includes a
単組電池電流計４は、単組電池３に流れる充電電流を測定、監視するとともに、制御部７に送信するものである。
The
セル電圧調整器５は、各セル２と並列に接続され、電池管理部６からの制御信号に基づいて、各セル２の充電電圧が所定値内になるように調整するものである。セル電圧調整器５は、各セル２の電圧（充電中の電圧、放電中の電圧）や温度などのセル状態をする測定器（図示略）を有し、測定結果をリアルタイムに電池管理部６を介して制御部７に送信するとともに、各セル２の充電電圧が所定値内になるように調整するように制御信号を送信するものである。そして、例えば、測定器で測定されたセル２の充電電圧が所定電圧よりも高い場合に、そのセル２の電圧を下げ、充電電圧を所定電圧内に調整するようになっている。
The
測定器は、セル２のセル電圧（充電中の電圧、放電中の電圧）ＶＣを計測する電圧計や温度計などの計器から構成されている。通信部は、電池管理部６とデータ通信を行うための通信インターフェイスであり、セル状態を電池管理部６に送信したりするものである。
The measuring instrument is composed of a meter such as a voltmeter or a thermometer that measures the cell voltage (voltage during charging, voltage during discharging) VC of the
電池管理部６は、セル２および単組電池３の電圧監視を行うものであり、具体的には、セル電圧調整器５から送信された各セル２のセル電圧ＶＣや温度などのセル状態を制御部７に送信するとともに、単組電池３の充電電流や放電電流、総電圧ＶＴなどの単組電池状態を監視、解析する測定器（図示略）や、通信部（図示略）、警報部（図示略）などを備えている。
The battery management unit 6 monitors the voltage of the
測定器は、単組電池３の充電電流や放電電流を計測する電流計や、単組電池３の総電圧（充電中の電圧、放電中の電圧）ＶＴを計測する電圧計などの計器から構成されている。通信部は、セル電圧調整器５および制御部７とデータ通信を行うための通信インターフェイスであり、各セル電圧調整器５からセル状態などを受信したり、セル状態や単組電池状態などを制御部７に送信したりするものである。
The measuring instrument is composed of instruments such as an ammeter that measures the charging current and discharging current of the
警報部（図示略）は、制御部７によって後述するようにしてセル２の異常あるいは単組電池３全体の異常などと判定された場合に、警報を発するものであり、ＬＥＤランプや警報ブザーなどで構成されている。また、セル２が異常の場合には、該当するセル２と単組電池３を表示するようになっている。
The alarm unit (not shown) issues an alarm when the control unit 7 determines that the
制御部７は、充電スイッチ８に制御信号（開閉信号）を送信して間欠充電を行うとともに、後述するような解析・処理結果に基づいて、異常と判定されたセル２を含む単組電池３の充電スイッチ８に制御信号（開閉信号）を送信するものである。つまり、制御部７によって充電スイッチ８を開閉することによって、商用電源１００からの充電電流の供給状態（充電状態、充電期間）と供給休止状態（充電休止状態、充電休止期間）とを交互に切り替える間欠充電を制御可能となっている。ここで、充電期間と充電休止期間との切り替えは、所定時間間隔で行うようにすることも、充電休止期間における単組電池３の総電圧ＶＴが所定値となった場合に行うようにすることも制御可能である。また、充電期間と充電休止期間との切り替えは、組電池全体を一斉に切り替えることも、単組電池３ごとに切り替えることも制御可能である。また、制御部７は、各単組電池電流計４から受信した充電電流や、各電池管理部６から受信したセル状態や単組電池状態などに基づいて、充電スイッチ８に制御信号（開閉信号）の送信などを行うものである。
The control unit 7 transmits a control signal (open / close signal) to the charging
また、制御部７は、後述するようなセル２の異常を判定するための判定基準値（しきい値）や後述する判定基準Ａ、Ｂなどを記憶する記憶部（図示略）を有している。この制御部７は、ＬＡＮ回線、公衆回線等を利用してデータや判定結果を遠隔地の監視センタ等に転送できる機能を備えている。
Further, the control unit 7 includes a storage unit (not shown) for storing a determination reference value (threshold value) for determining an abnormality of the
さらに、制御部７は、充電期間におけるセル電圧ＶＣ、または充電休止期間におけるセル電圧ＶＣにもとづいて、セル２の異常を判定し、そのセル２を含む単組電池３への充電電流の供給を停止するものである。具体的には、後述する組電池システム１の作用、動作が得られるように処理を行うようになっている。つまり、制御部７は、組電池を間欠充電する際に、電池管理部６によって測定、記憶された各セル２のセル電圧ＶＣに基づいて、組電池のなかにセル電圧特性が異常、すなわち、劣化しているセル２があるか否かを判定する機能を有するプログラム（タスク）を有している。そして、セル２が異常であると判定した場合には、充電スイッチ８に「オフ（開）指令」を送信したり、警報部に指令を送信したりするものである。具体的には、セル２のセル電圧ＶＣにもとづいて、次の判定基準Ａ、Ｂによって判定する。ここで、電池管理部６および制御部７の負荷は一定であり、消費電流を算出可能であるため、制御部７においては、電池管理部６および制御部７での消費電流を考慮してセル電圧ＶＣでの判定が可能となる。
Further, the control unit 7 determines abnormality of the
「判定基準Ａ」 "Criteria A"
判定基準Ａは、充電休止期間における各セル２の電圧降下率やセル電圧ＶＣが異常である場合、そのセル２を異常（劣化）と判定する。つまり、充電休止期間において（充電電流がない状態で）電圧降下率が大きいセル２や、セル電圧ＶＣが小さいセル２を、異常と判定する。そして、該当する充電スイッチ８を切り離してその単組電池３の充電を停止すべき判定結果を出す。具体的には、例えば図３および図４に示すように、電池管理部６によって測定したセル電圧ＶＣにもとづいて、（Ａ−１）時間Ｔ０（充電休止期間の開始時）において、開放電圧が第１の所定電圧以下である場合、（Ａ−２）時間Ｔ１において、電圧降下率が所定値以上である場合、（Ａ−３）時間Ｔ２において、セル電圧ＶＣが第２の所定電圧以下となっている場合のいずれかに該当する場合は、そのセル２を異常と判定する。そして、そのセル２を含む単組電池３の充電を停止するように充電スイッチ８に制御信号を送信するとともに、その情報（警報情報）を電池管理部６に送信する。
The determination criterion A determines that the
つまり、具体的に、（Ａ−３）の状態、すなわち、時間Ｔ２におけるセル電圧ＶＣの状態を示したものが図４であり、本図において時間Ｔ２における第２の所定電圧である電圧許容値の下限値がＶ２であるとすると、セル電圧ＶＣがＶ１、Ｖ２であるセルＣ１、Ｃ２は正常と判定し、セル電圧ＶＣがＶ３であるセルＣ３は異常と判定する。この場合は、セルＣ３を含む単組電池３の充電スイッチ８を切り離して充電を停止する。
That is, specifically, FIG. 4 shows the state of (A-3), that is, the state of the cell voltage VC at the time T2, and the voltage allowable value that is the second predetermined voltage at the time T2 in this figure. If the lower limit value of V2 is V2, the cells C1 and C2 whose cell voltages VC are V1 and V2 are determined to be normal, and the cell C3 whose cell voltage VC is V3 is determined to be abnormal. In this case, the charging
ここで、図５に示すように温度Ｔ、時間Ｔ２におけるセル電圧ＶＣから容量を算出することが可能であり、このデータは予め記憶部に記憶されている。具体的には、例えば温度Ｔ、時間Ｔ２において、電圧Ｖ１の場合の容量は１００％であり、電圧Ｖ２の場合の容量は７０％であり、これらの場合は良好領域Ａ１に属している。また、電圧Ｖ３の場合の容量が７０％以下となり、不良領域Ａ２に属している。ここで、良好領域および不良領域は、組電池に要求される仕様であり、信頼度や性能によって定められている。 Here, as shown in FIG. 5, the capacity can be calculated from the cell voltage VC at the temperature T and the time T2, and this data is stored in the storage unit in advance. Specifically, for example, at the temperature T and the time T2, the capacity at the voltage V1 is 100%, and the capacity at the voltage V2 is 70%, and these cases belong to the good region A1. Further, the capacity in the case of the voltage V3 is 70% or less and belongs to the defective area A2. Here, the good region and the defective region are specifications required for the assembled battery, and are determined by reliability and performance.
「判定基準Ｂ」 "Criteria B"
判定基準Ｂは、充電休止期間後の再充電期間における各セル２のセル電圧ＶＣが異常である場合、そのセル２を異常（劣化）と判定する。つまり、再充電期間において電圧上昇傾向が異常な（急激に上昇する）セル２や、セル電圧ＶＣが大きいセル２を、異常と判定する。そして、該当する充電スイッチ８を切り離してその単組電池３の充電を停止すべき判定結果を出す。具体的には、例えば図６および図７に示すように、電池管理部６によって測定したセル電圧ＶＣにもとづいて、（Ｂ−１）時間Ｔ３（再充電期間の開始時）におけるセル電圧ＶＣである充電開始前セル電圧Ｖ４が第３の所定電圧以下で、（Ｂ−２）時間Ｔ４におけるセル電圧ＶＣである充電開始後セル電圧Ｖ５が第４の所定電圧以上となっている場合は、図７に示す例えばセルＣ７のように急激に電圧が上昇する特性を有するため、そのセル２を異常と判定する。そして、そのセル２を含む単組電池３の充電を停止するように充電スイッチ８に制御信号を送信するとともに、その情報（警報情報）を電池管理部６に送信する。
The criterion B determines that the
図６は、再充電期間におけるセル電圧ＶＣを示している。再充電を開始すると、セル電圧ＶＣが上昇するとともに、総電圧ＶＴが回復して時間Ｔ５に総電圧ＶＴは所定の電圧で一定となる。このとき、セル電圧ＶＣ４は最低電圧で推移し、セル電圧ＶＣ５は平均電圧で推移し、セル電圧ＶＣ６は最高電圧で推移しており、いずれの場合も時間Ｔ５以降は短時間で４．１Ｖで一定となる。 FIG. 6 shows the cell voltage VC during the recharging period. When recharging is started, the cell voltage VC rises, and the total voltage VT is recovered. At time T5, the total voltage VT becomes constant at a predetermined voltage. At this time, the cell voltage VC4 changes at the lowest voltage, the cell voltage VC5 changes at the average voltage, and the cell voltage VC6 changes at the highest voltage. In any case, the voltage is 4.1V in a short time after the time T5. It becomes constant.
図７に示すように、セルＣ７のセル電圧ＶＣ７は、充電開始前セル電圧Ｖ４が低く、充電開始後セル電圧Ｖ５が高く、時間Ｔ５以降も４．１Ｖで一定となるまでに長時間を要するため、異常であると判定する。具体的には、充電開始前セル電圧Ｖ４または充電開始後セル電圧Ｖ５のいずれかが所定範囲外となった場合に、異常であると判定する。 As shown in FIG. 7, the cell voltage VC7 of the cell C7 has a low cell voltage V4 before starting charging, a high cell voltage V5 after starting charging, and it takes a long time until it becomes constant at 4.1V after time T5. Therefore, it determines with it being abnormal. Specifically, when either the cell voltage V4 before starting charging or the cell voltage V5 after starting charging is out of a predetermined range, it is determined to be abnormal.
ここで、図８に示すような温度Ｔにおける充電開始前セル電圧Ｖ４および充電開始後セル電圧Ｖ５が、良好領域Ａ３に属する場合は正常であると判定し、充電開始前セル電圧Ｖ４または充電開始後セル電圧Ｖ５が、不良領域Ａ４、Ａ５に属する場合を異常であると判定とする。つまり、例えば、充電開始前セル電圧Ｖ４が低く、充電開始後セル電圧Ｖ５が高い場合は、不良領域Ａ５に属するために、そのセル２を異常と判定する。
Here, when the cell voltage V4 before the charge start and the cell voltage V5 after the charge start at the temperature T as shown in FIG. 8 belong to the good region A3, it is determined to be normal, and the cell voltage V4 before the charge start or the charge start The case where the rear cell voltage V5 belongs to the defective areas A4 and A5 is determined to be abnormal. That is, for example, when the cell voltage V4 before starting charging is low and the cell voltage V5 after starting charging is high, the
充電スイッチ８は、単組電池３を間欠充電する充電源とこの単組電池３との接続を接離するスイッチである。すなわち、図１に示すように、商用電源１００からの電力が整流器１０１で直流に変換され、充電スイッチ８を介して単組電池３に供給されるようになっている。この充電スイッチ８は、制御部７によって間欠充電の充電期間と充電休止期間とが単組電池３ごとに制御信号が送信されるとともに、セル２の異常の判定結果にもとづいて制御信号が送信され、これを受けて開閉するようになっている。
The charging
以上のような電池管理部６、制御部７、充電スイッチ８によって、組電池を管理する管理装置が構成されている。そして、この管理装置と組電池とによって、組電池システム１が構成されている。
The battery management unit 6, the control unit 7, and the
次に、このような構成の組電池システム１の作用、動作や管理方法について説明する。 Next, the operation, operation, and management method of the assembled battery system 1 having such a configuration will be described.
まず、組電池システム１の運用開始前には、充電スイッチ８が「開」状態であり、すべての単組電池３が非充電状態となっている。そして、充電スイッチ８を「閉」状態にして、単組電池３の間欠充電を開始する。
First, before the operation of the assembled battery system 1 starts, the charging
次に、充電開始時から所定時間が経過すると、充電が休止され充電休止期間となり、判定基準Ａによってセル２の異常が判定される。具体的には、（Ａ−１）時間Ｔ０における開放電圧が第１の所定電圧以下であるか否か、（Ａ−２）時間Ｔ１経過後における電圧降下率、すなわち、時間Ｔ１における傾きが所定値以上であるか否か、（Ａ−３）時間Ｔ２経過後における電圧が第２の所定電圧以下であるか否か、が判定される。つまり、例えば図４に示すように、時間Ｔ２における電圧許容値の下限値がＶ２であるとすると、セル電圧Ｖ３であるセルＣ３は異常と判定される。
Next, when a predetermined time elapses from the start of charging, charging is suspended and a charging suspension period is set, and abnormality of the
そして、セルＣ３を含む単組電池３の充電スイッチ８が「開」されて充電が停止される。
Then, the
つづいて、再度、充電が開始され充電期間となると、判定基準Ｂによってセルの異常が判定される。具体的には、（Ｂ−１）時間Ｔ３において、セル電圧ＶＣが第３の所定電圧以下で、（Ｂ−２）時間Ｔ４において、セル電圧ＶＣが第４の所定電圧以上となっている場合は、そのセル２が異常と判定される。つまり、例えば図７に示すように、セルＣ７は充電開始前セル電圧Ｖ４が低く、充電開始後セル電圧Ｖ５が高いため、図８に示す不良領域Ａ５に属することとなり、異常であると判定される。
Subsequently, when charging is started again and the charging period is reached, the abnormality of the cell is determined by the determination criterion B. Specifically, when (B-1) the cell voltage VC is equal to or lower than the third predetermined voltage at time T3, and (B-2) the cell voltage VC is equal to or higher than the fourth predetermined voltage at time T4. Is determined that the
そして、セルＣ７含む単組電池３の充電スイッチ８が「開」されて充電が停止される。
Then, the charging
商用電源１００からの電力供給が停止された場合は、各単組電池３が放電を開始し、各単組電池３から電力が負荷装置１０２に供給されるとともに、電池管理部６および制御部７に対して電力が供給される。
When the power supply from the
このような処理が間欠充電の充電期間と充電休止期間のたびに行われ、同時に、各電池管理部６から制御部７に対して、セル状態や単組電池状態、解析・処理結果などが逐次送信され、制御部７にてこれらのデータが蓄積、集計される。そして、蓄積されたデータを解析することで、組電池システム１全体をより安全、適正に運用することが可能となるものである。 Such a process is performed every time the charging period and the charging suspension period of intermittent charging, and at the same time, the cell state, the single battery state, the analysis / processing result, etc. are sequentially transmitted from each battery management unit 6 to the control unit 7. The data is transmitted and accumulated in the control unit 7. Then, by analyzing the accumulated data, the entire assembled battery system 1 can be operated more safely and appropriately.
以上のように、この組電池システム１によれば、間欠充電における充電電流の充電期間におけるセル電圧ＶＣ、または間欠充電における充電電流の充電休止期間（充電休止期間）におけるセル電圧ＶＣにもとづいて、セル２の異常を判定することができる。つまり、間欠充電によってセル２の充電状態を適切に保持しながら、充電休止期間、すなわち、充電電流が供給されていない状態におけるセル２の電圧特性を判定することができるので、セル２の特性をより適切に把握することができる。さらに、間欠充電を行う中で、セル２の劣化を判定することができるので、セル２の劣化や異常を早期に判定することが可能となる。
As described above, according to this assembled battery system 1, based on the cell voltage VC in the charging period of the charging current in the intermittent charging or the cell voltage VC in the charging suspension period (charging suspension period) of the charging current in the intermittent charging, An abnormality of the
より具体的には、上記の判定基準Ａによれば、充電休止期間におけるセル２の充電電圧の低下率や減少量に応じて、適正に安全性を確保することが可能となる。また、上記の判定基準Ｂによれば、再充電期間におけるセル２の充電電圧の上昇率や増加量に応じて、適正に安全性を確保することが可能となる。
More specifically, according to the above-described determination criterion A, it is possible to appropriately ensure safety according to the rate of decrease or the amount of decrease in the charging voltage of the
また、上記のように早期にセル２の異常を判定することができるとともに、異常と判定されたセル２を含む単組電池３への充電電流の供給が停止されるので、単組電池３の信頼性を向上させることができる。この結果、組電池全体をより適正に充電することが可能となり、組電池全体の放電容量が適正となって、設計通りの所定の放電時間を確保することができる。また、セル２の充電電圧が異常と判定すると、そのセル２を含む単組電池３への充電を停止するため、過充電による異常発熱などを早期に防止することが可能となる。
In addition, the abnormality of the
しかも、単組電池３ごとに充電を停止するため、ある単組電池３内のセル２に異常が発生した場合でも、その単組電池３の充電のみが停止され、他の単組電池３は影響を受けず、他の単組電池３によって組電池システム１の機能・運用を維持することが可能となる。また、充電を停止しても、この単組電池３からの放電が可能なため、単組電池３のバックアップ・予備電源としての機能を維持することができる。
In addition, since charging is stopped for each
さらに、充電期間には、充電休止期間における単組電池３の総電圧ＶＴの自己放電量を回復させるだけの充電電流だけが供給されるので、単組電池３に供給される充電電流を最小限に抑えることができる。すなわち、セル２に常時一定電圧が印加されていたり、一定電流が供給されていたりすることよる劣化を抑制し、単組電池３を長寿命化することが可能となる。また、充電期間に供給する充電電流を最小限とすることが可能であるので、充電に要するコストを削減することが可能である。
Furthermore, since only the charging current for recovering the self-discharge amount of the total voltage VT of the
さらに、単組電池３への充電電流の供給が停止されても、電池管理部６や制御部７などへの電力供給は継続される。このため、各セル２や単組電池３の監視、制御などの管理を維持することができる。
Furthermore, even if the supply of the charging current to the
以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の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の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、組電池システム１を整流器１０１に適用する場合について説明したが、無停電電源装置など、その他の設備に適用することもできる。このとき、適用する設備に応じて、セル２や単組電池３の数などを調整する。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the specific configuration is not limited to the above embodiment, and even if there is a design change or the like without departing from the gist of the present invention, Included in the invention. For example, in the above embodiment, the case where the assembled battery system 1 is applied to the
また、二次電池としてリチウムイオン二次電池である場合について説明したが、鉛蓄電池にも適用可能である。 Moreover, although the case where it was a lithium ion secondary battery was demonstrated as a secondary battery, it is applicable also to a lead acid battery.
また、上記の実施の形態では、電池管理部６を単組電池３ごとに配設しているが、セル２ごとに配設するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the battery management unit 6 is provided for each
さらに、間欠充電における充電期間と充電休止期間の切り替えを、セル２の劣化度に応じて変更するようにしてもよい。具体的には、セル２のセル電圧ＶＣが、異常と判定されるしきい値に近くなった場合に、当該セル２の状態を監視するために、間欠充電の間隔を短くしてより詳細にセル状態を監視するようにしてもよい。具体的には、例えば、セル２が、図５の不良領域Ａ２には入っていないが、不良領域Ａ２に隣接する良好領域Ａ１である場合には、時間の経過とともに異常となる可能性が高いと考えられるため、そのセル２の間欠充電間隔を短くするようにする。つまり、良好領域Ａ１の外縁部に該当する領域を予備不良領域として定めておき、予備不良領域に属するセルの充電間隔を短くするように制御する。また、このとき、警報部などを通じで当該セルの情報を出力するようにしてもよい。
Further, switching between the charging period and the charging suspension period in intermittent charging may be changed according to the degree of deterioration of the
さらにまた、充電スイッチ８に替えてダイオードを接続することで、単組電池３の充電を停止する場合は整流器１０１からの充電を停止するように制御し、停電時には各単組電池３から負荷装置１０２に電力を供給するようにしてもよい。このようにすることで、すべての単組電池３の充電停止中に停電が発生した場合であっても、負荷装置１０２への電力供給を継続することができる。
Furthermore, by connecting a diode instead of the
１ リチウムイオン組電池システム（組電池システム）
２ リチウムイオンセル（二次電池）
３ 単組電池
４ 単組電池電流計
５ セル電圧調整器
６ 電池管理部（電池管理手段）
７ 制御部（制御手段）
８ 充電スイッチ
ＶＣ セル電圧
ＶＴ 総電圧
1 Lithium-ion battery system (battery system)
2 Lithium ion cell (secondary battery)
3
7 Control unit (control means)
8 Charge switch VC Cell voltage VT Total voltage
Claims (4)
前記二次電池および前記組電池の電圧監視を行う電池管理手段と、
前記充電期間における前記二次電池の電圧、または前記充電休止期間における前記二次電池の電圧にもとづいて、前記二次電池の異常を判定し、当該二次電池を含む組電池への充電電流の供給を停止する制御手段と、
を備えることを特徴とする組電池システム。 An assembled battery system that repeatedly sets a charging period for supplying charging current and a charging suspension period for stopping supply to the assembled battery configured by connecting a large number of secondary batteries in series,
Battery management means for monitoring the voltage of the secondary battery and the assembled battery;
Based on the voltage of the secondary battery in the charging period or the voltage of the secondary battery in the charging suspension period, the abnormality of the secondary battery is determined, and the charging current to the assembled battery including the secondary battery is determined. Control means for stopping the supply;
An assembled battery system comprising:
電池管理手段は前記二次電池の電圧を監視し、前記二次電池および前記組電池を流れる充電電流を制御し、
前記制御手段は、前記充電期間における前記二次電池の電圧、または前記充電休止期間における前記二次電池の電圧にもとづいて、前記二次電池の異常を判定し、当該二次電池を含む組電池への充電電流の供給を停止する、
ことを特徴とする組電池システムの管理方法。 A method for managing an assembled battery system that repeats supply and suspension of charging current to an assembled battery configured by connecting a large number of secondary batteries in series,
The battery management means monitors the voltage of the secondary battery, controls the charging current flowing through the secondary battery and the assembled battery,
The control means determines an abnormality of the secondary battery based on the voltage of the secondary battery in the charging period or the voltage of the secondary battery in the charging suspension period, and includes the secondary battery. Stop supplying charging current to
A method for managing an assembled battery system, comprising:
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