JP2014054148A - 電源装置、制御方法及び制御プログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】システムの可用性を低下させることがないように電池容量を把握すべきタイミングを通知する。
【解決手段】実施形態の電源装置は、直列接続された複数の二次電池セルを有する組電池を備えている。そして、条件判別手段は、二次電池セルあるいは組電池が所定のリセット充放電通知条件を満たしているか否かを判別する。これにより、リセット充放電通知手段は、条件判別手段の判別の結果に基づいてリセット充放電通知条件を満たしている場合に、リセット充放電処理を行うタイミングであることを通知し、あるいは、リセット充放電処理の実行を指示する指示信号を出力する。
【選択図】図1
【解決手段】実施形態の電源装置は、直列接続された複数の二次電池セルを有する組電池を備えている。そして、条件判別手段は、二次電池セルあるいは組電池が所定のリセット充放電通知条件を満たしているか否かを判別する。これにより、リセット充放電通知手段は、条件判別手段の判別の結果に基づいてリセット充放電通知条件を満たしている場合に、リセット充放電処理を行うタイミングであることを通知し、あるいは、リセット充放電処理の実行を指示する指示信号を出力する。
【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、電源装置、制御方法及び制御プログラムに関する。
従来、電気自動車において、駆動用の電源として組電池装置を搭載しているものが知られている。ここで、組電池装置の一態様として、直列あるいは並列接続された複数の二次電池セルを有する組電池と当該組電池を監視する組電池監視回路(VTM:Voltage Temperature Monitoring)とを備えた組電池モジュールを複数用い、これらの組電池モジュールの二次電池セルを全て接続(直列あるいは並列に接続)するとともに、各組電池モジュールを管理する電池管理装置(BMU:Battery Management Unit)を設け、この電池管理装置により組電池モジュール全体の電池パックにより供給可能な電力の電圧であるパック電圧およびパック電流及び組電池モジュールが有する二次電池セル毎の電圧であるセル電圧等を管理している。
ところで、電池モジュールを構成している二次電池セルは、使用することにより、あるいは、製造時からの時間が経過することにより劣化し、その蓄電容量が小さくなる。
また、電気自動車やバックアップ電源システム等の二次電池を利用したシステムにおいては、電池容量が所定値以下となった場合には、必要な能力を発揮できず、システム異常やシステム停止に至る虞がある。
また、電気自動車やバックアップ電源システム等の二次電池を利用したシステムにおいては、電池容量が所定値以下となった場合には、必要な能力を発揮できず、システム異常やシステム停止に至る虞がある。
したがって、電池容量が所定値以下に至らないように、電池容量を把握しておくことが必要となるが、電池容量を正確に求めるためには、システムの運用を止める必要があるため、システムの可用性を低下させることがないように電池容量を把握すべきタイミングを通知する技術が望まれる。
実施形態の電源装置は、直列接続された複数の二次電池セルを有する組電池を備えている。
そして、条件判別手段は、二次電池セルあるいは組電池が所定のリセット充放電通知条件を満たしているか否かを判別する。
これにより、リセット充放電支援手段は、条件判別手段の判別の結果に基づいてリセット充放電通知条件を満たしている場合に、リセット充放電処理を行うタイミングであることを通知し、あるいは、リセット充放電処理の実行を指示する指示信号を出力する。
そして、条件判別手段は、二次電池セルあるいは組電池が所定のリセット充放電通知条件を満たしているか否かを判別する。
これにより、リセット充放電支援手段は、条件判別手段の判別の結果に基づいてリセット充放電通知条件を満たしている場合に、リセット充放電処理を行うタイミングであることを通知し、あるいは、リセット充放電処理の実行を指示する指示信号を出力する。
以下、本実施形態にかかる電源装置及び当該電源装置を備えたシステムとしての車両について図面を参照して説明する。
[1]第1実施形態
図1は、実施形態にかかる電源装置を備えた車両の模式図である。なお、図1においては、車両100、車両100への電源装置の搭載箇所及び車両100の駆動モータなどは概略的に示している。
図1は、実施形態にかかる電源装置を備えた車両の模式図である。なお、図1においては、車両100、車両100への電源装置の搭載箇所及び車両100の駆動モータなどは概略的に示している。
電源装置は、複数の組電池モジュール101(1)〜101(4)が互いに直列接続されて構成される。ここで、組電池モジュール101(1)〜101(4)は、それぞれ独立して着脱することが可能であり、メンテナンス等において、別の組電池モジュールと交換することができる。組電池モジュール101(1)は、組電池11を有する。組電池モジュール101(2)は、組電池12を有する。また、組電池モジュール101(3)は、組電池13を有する。また、組電池モジュール101(4)は、組電池14を有する。
図2は、本実施形態にかかる組電池監視回路(VTM:Voltage Temperature Monitoring)の機能ブロックを示す図である。
組電池11〜14は、同一構成を有しており、図2(a)に示すように、それぞれ直列接続された複数の二次電池セルCLを有している。
複数の二次電池セルCLのそれぞれには、当該複数の二次電池セルCL間の電圧ばらつきを抑制する均等化処理(セルバランス処理)を行うために、並列に放電回路15が接続されている。
組電池11〜14は、同一構成を有しており、図2(a)に示すように、それぞれ直列接続された複数の二次電池セルCLを有している。
複数の二次電池セルCLのそれぞれには、当該複数の二次電池セルCL間の電圧ばらつきを抑制する均等化処理(セルバランス処理)を行うために、並列に放電回路15が接続されている。
放電回路15は、図2(b)に示すように、放電電流(放電電力)を消費して、二次電池セルCLの電圧を低下させるための放電抵抗RDと、放電抵抗RDに直列に接続され、スイッチ制御信号CSWに基づいてオン/オフ制御され対応する二次電池セルCLの放電を行わせるための放電スイッチSWと、を備えている。
本実施形態では、二次電池装置は、4つの組電池モジュール101(1)〜101(4)を直列接続しているが、少なくとも一つの組電池モジュールを有していればよく、これに限定するものではない。
二次電池装置が備える複数の組電池モジュール101(1)〜101(4)のうち低電位側に接続された組電池モジュール101(1)の負極端子には、接続ライン31の一方の端子が接続されている。接続ライン31は、インバータ40の負極入力端子に接続されている。
また、二次電池装置が備える複数の組電池モジュール101(1)〜101(4)のうち高電位側に接続された組電池モジュール101(4)の正極端子には、接続ライン32の一方の端子が、スイッチ装置33を介して接続されている。接続ライン32の他方の端子は、インバータ40の正極入力端子に接続されている。
スイッチ装置33は、複数の組電池モジュール101(1)〜101(4)に直列接続され、複数の組電池モジュール101(1)〜101(4)の電気的な接続をオンまたはオフする。つまり、スイッチ装置33は、オンすることにより、組電池11〜14間に電流を流す。本実施形態では、スイッチ装置33は、組電池モジュール101(1)〜101(4)の組電池11〜14が有する二次電池セルの電力を負荷に供給する際にオンするメインスイッチSWM(図3参照)と、負荷へ流れ込む突入電流を防止するためのプリチャージスイッチSWP(図3参照)と、を含む。
より具体的には、車両2側の負荷(例えば、モータ45など)と組電池モジュール101(1)〜101(4)をスイッチ装置33に電気的に接続する際に、プリチャージスイッチSWPをオンし、負荷との電位差が小さくなった後にメインスイッチSWMをオンする。これにより、突入電流によるメインスイッチSWMの溶着を防止する。プリチャージスイッチSWPおよびメインスイッチSWMは、リレー回路として構成されている。
インバータ40は、印加された直流電圧をモータ駆動用の3相の交流(AC)の電圧に変換する。インバータ40は、後述する電池管理装置(BMU:Battery Management Unit)60または車両100の全体動作を制御するための電子制御装置(ECU:Electronic Control Unit)71からの制御信号に基づいて、交流の電圧への変換が制御される。インバータ40の3相の出力端子は、モータ45の各3相の入力端子に接続されている。モータ45の駆動力(回転)は、例えば差動ギアユニットを介して、駆動輪WR,WLに伝達される。
電池管理装置60には、独立した外部電源70が接続されている。外部電源70は、例えば、車載アクセサリに電力を供給する定格12Vの鉛蓄電池である。また、電池管理装置60には、運転者などの操作入力に応答して車両全体の管理を行う電子制御装置71も接続されている。
図1および図2に示したように、組電池モジュール101(1)は、組電池11と、組電池監視回路(VTM)21と、を有している。組電池モジュール101(2)は、組電池12と、組電池監視回路22と、を有する。組電池モジュール101(3)は、組電池13と、組電池監視回路23と、を有する。組電池モジュール101(4)は、組電池14と、組電池監視回路24と、を有する。ここで、組電池モジュール101(1)〜101(4)は同様の構成である。したがって、以下の説明では、主として、組電池モジュール101(1)について説明する。
組電池監視回路21は、コネクタ51を介して電池管理装置60と接続された第1通信部211と、組電池監視回路22の第1通信部211と接続された第2通信部212と、を有している。また、組電池監視回路22は、コネクタ51を介して電池管理装置60と接続されかつ組電池監視回路21の第2通信部212と接続された第1通信部211と、組電池監視回路23の第1通信部211と接続された第2通信部212と、を有している。また、組電池監視回路23は、コネクタ51を介して電池管理装置60と接続されかつ組電池監視回路22の第2通信部212と接続された第1通信部211と、組電池監視回路24の第1通信部211と接続された第2通信部212と、を有している。また、組電池監視回路24は、コネクタ51を介して電池管理装置60と接続されかつ組電池監視回路23の第2通信部212と接続された第1通信部211と、組電池監視回路24よりも高電位側に接続された組電池監視回路がある場合に当該組電池監視回路に接続された第2通信部212と、を有している。
なお、組電池監視回路21,22間の第1通信部211と第2通信部212とを接続し、かつ組電池監視回路23,24間の第1通信部211と第2通信部212とを接続することにより、組電池監視回路21,23の第1通信部211が、コネクタ51を介して電池管理装置60に接続されるようにしても良い。この場合、組電池監視回路21,22は互いの第1通信部211および第2通信部212を介して接続され双方向通信が可能であり、また組電池監視回路23,24も互いの第1通信部211および第2通信部212を介して接続され双方向通信が可能である。
より具体的には、組電池監視回路21,22を接続する場合、組電池監視回路21の第1通信部211の情報入力出力端子は、コネクタ51を介して電池管理装置60に接続される。組電池監視回路21の第2通信部212の情報入力出力端子は、組電池監視回路22の第1通信部211の情報入力出力端子に接続される。
また、組電池監視回路23,24を接続する場合、組電池監視回路23の第1通信部211の情報入力出力端子は、コネクタ51を介して電池管理装置60に接続される。組電池監視回路23の第2通信部212の情報入力出力端子は、組電池監視回路24の第1通信部211の情報入力出力端子に接続される。
また、組電池監視回路21は、さらに電圧検出部213、温度検出部214、均等化処理部215及び診断用回路216を備える。
電圧検出部213は、組電池11を構成している複数の二次電池セルCLの二次電池セル毎の電圧(以下、セル電圧とする)を検出する。言い換えると、電圧検出部213は、組電池11を構成している複数の二次電池セルCLのそれぞれの端子間の電圧をセル電圧として検出する。そして、電圧検出部213は、検出した全てのセル電圧を表す電圧信号を、第1通信部211およびインタフェース回路604(図3参照)を介して電池管理装置60に入力する。
温度検出部214は、組電池11を構成している複数の二次電池セルCLの二次電池セルCL毎または複数の二次電池セルCLの近傍の温度を検出する。そして、温度検出部214は、検出した温度を表す温度信号を、第1通信部211およびインタフェース回路604(図3参照)を介して電池管理装置60に入力する。
均等化処理部215は、組電池11を構成している複数の二次電池セルCLの電圧(蓄電容量)を均等化する均等化処理を行う。二次電池装置では、二次電池セルCLの充放電特性や温度のばらつきなどにより、組み合わされた二次電池セルCL間の電圧(蓄電容量)が不均等となってくることが知られている。二次電池セルCL間の電圧(蓄電容量)が不均等になることにより、二次電池装置としての機能を最大に発揮できる、すなわち、組電池11〜14の蓄電容量を最大限利用できる効率の良い充放電を行うことができなくなってくる。
均等化処理せずに電圧が他の二次電池セルCLと比較して高い二次電池セルCLが存在する状態で組電池に対して充電を行うと、電圧が低い二次電池セルが満充電状態にならないまま、電圧が高い二次電池セルが早く満充電状態となり、全体充電が完了することがある。そこで、充電を行うに際して、均等化処理部215が放電回路15を制御して、二次電池セル間の電圧を均等化処理する必要があるのである。
診断用回路216は、組電池モジュール101(1)の異常を通知する信号であって、予め設定された基本周波数で“H”レベルまたは“L”レベルに切り換わるパルス信号(脈動信号;矩形波信号)を出力する。
図3は、本実施形態にかかる電池管理装置の全体ブロックを示す図である。
電池管理装置60は、図3に示すように、電流検出回路602と、コネクタ51を介して組電池監視回路21〜24の第1通信部211と接続されたインタフェース回路604と、組電池監視回路21〜24の診断用回路216から入力された脈動信号および制御回路CTRから送信されたアラート信号を受信しかつ組電池モジュール101(1)〜101(4)および電池管理装置60における異常を表すアラート信号を出力するアラートシグナルプロセッサ605と、外部電源70から電源電圧の電力が供給される電源供給管理部606と、スイッチ駆動回路608と、メモリ607と、二次電池装置の動作を制御する制御回路(MPU:Micro Processing Unit)CTRと、を備えている。
電池管理装置60は、図3に示すように、電流検出回路602と、コネクタ51を介して組電池監視回路21〜24の第1通信部211と接続されたインタフェース回路604と、組電池監視回路21〜24の診断用回路216から入力された脈動信号および制御回路CTRから送信されたアラート信号を受信しかつ組電池モジュール101(1)〜101(4)および電池管理装置60における異常を表すアラート信号を出力するアラートシグナルプロセッサ605と、外部電源70から電源電圧の電力が供給される電源供給管理部606と、スイッチ駆動回路608と、メモリ607と、二次電池装置の動作を制御する制御回路(MPU:Micro Processing Unit)CTRと、を備えている。
メモリ607は、例えば、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、EEPROM(Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory)等を備えている。メモリ607のROMには、制御回路CTRの動作を規定するプログラムが記録されている。また、RAMは、制御回路CTRのワーキングエリアとして用いられ、EEPROMには、更新可能に各種設定データ等が記憶される。最低限のデータとして、電池管理装置の電源がオフになっても保持すべきデータ等が記憶される。
組電池監視回路21〜24からインタフェース回路604には、電圧検出部213から入力された電圧信号、温度検出部214から入力された温度信号、診断用回路216から入力された脈動信号が、コネクタ51を介して供給される。インタフェース回路604から組電池監視回路21〜24には、制御回路CTRから送信された各種信号(例えば、ロジック信号など)がコネクタ51を介して入力される。
インタフェース回路604は、電圧検出部213から入力された電圧信号、温度検出部214から入力された温度信号等を双方向シリアル通信により制御回路CTRに供給し、診断用回路216から入力された脈動信号をアラートシグナルプロセッサ605に供給する。
アラートシグナルプロセッサ605は、インタフェース回路604から供給された脈動信号および制御回路CTRから供給されたアラート信号が正常か異常かを判断する。脈動信号または制御回路CTRから供給されたアラート信号が正常である場合には、アラートシグナルプロセッサ605は、予め設定された周波数で“H”レベルまたは“L”レベルに切り換わるアラート信号を出力する。脈動信号または制御回路CTRから供給されたアラート信号が“H”レベルに切り換わったままである場合には、アラートシグナルプロセッサ605は、例えば、正常時の“L”レベルのアラート信号を“H”レベルのアラート信号として出力する。
アラートシグナルプロセッサ605から出力されたアラート信号は、制御回路CTR、スイッチ駆動回路608及びコネクタCN2を介して接続された電子制御装置71に供給される。
スイッチ駆動回路608は、制御回路CTRの制御により、スイッチ装置33のプリチャージスイッチSWPの動作を制御する信号S1と、メインスイッチSWMの動作を制御する信号S2とを出力する。
信号S1,S2は、コネクタCN1を介してスイッチ装置33(図1参照)に供給される。プリチャージスイッチSWPおよびメインスイッチSWMは、信号S1,S2によってオンまたはオフするリレー回路である。
例えば、脈動信号が異常である場合には、制御回路CTRは、供給されたアラート信号により対応する組電池監視回路に異常があると判断し、スイッチ駆動回路608を制御して、プリチャージスイッチSWPおよびメインスイッチSWMをオフさせる。
電源供給管理部606は、電流検出回路602、アラートシグナルプロセッサ605、メモリ607及び制御回路CTRに電力を供給する。電源供給管理部606は、制御回路CTRへの電力の供給をオンまたはオフする切替回路606Sと、当該切替回路606Sに対して起動を指示するウェイクアップ信号を切替回路606Sに出力するタイマTMと、を備えている。
タイマTMには、外部電源70により印加された12Vの電源電圧がタイマTMの前段に配置されたDC/DC変換回路CAにより5Vの直流電圧に変換されて印加される。そして、タイマTMは、印加された5Vの直流電圧の電力により駆動して、切替回路606Sにウェイクアップ信号を出力する。切替回路606Sには、スタート信号STA、外部充電器信号CHG及び制御回路CTRからの切替制御信号、タイマTMからのウェイクアップ信号及び外部電源70からの電力が供給されている。
なお、タイマTMからのウェイクアップ信号は、設定された時間毎に“H”レベルとなる信号である。ウェイクアップ信号が“H”レベルとなるタイミングは制御回路CTRによって設定される。
ところで、電池管理装置60には、コネクタCN1を介して、電源電圧、スタート信号STA及び外部充電器信号CHGが、外部電源70、モータ45の駆動を指示するスタートボタン(図示しない)が押下されたことを検知するスタート検知部(図示しない)及び外部充電器(図示しない)から供給されている。また、電池管理装置60は、コネクタCN2を介して、電子制御装置71との間で信号の送信および受信を行っている。
スタート信号STAは、スタート検知部(図示しない)によりスタートボタン(図示しない)が押下されたことが検知されると“H”レベルとなり、再度スタートボタン(図示しない)が押下されたことが検知されると“L”レベルとなる信号である。外部充電器信号CHGは、外部充電器が二次電池装置に接続されたら“H”レベルとなり、接続が解除されたら“L”レベルとなる信号である。ウェイクアップ信号、スタート信号STA及び外部充電器信号CHGは、制御回路CTRにも供給されている。
なお、二次電池装置が車両以外の機器に搭載される場合には、スタート信号STAは、二次電池装置が搭載された機器の電源オン操作が成された場合に“H”レベルとなり、電源オフ操作が成された場合には“L”レベルとなる信号となる。
スタート信号STA、外部充電器信号CHG及びウェイクアップ信号のうち少なくとも1つが“H”レベルとなることにより、切替回路606Sは、外部電源70から印加された電源電圧を内部のDC/DC変換回路によって5Vの直流電圧に変換して、アラートシグナルプロセッサ605および制御回路CTRに印加する。
また、スタート信号STA、外部充電器信号CHG及びウェイクアップ信号のうち少なくとも1つが“H”レベルとなることにより、切替回路606Sは、外部電源70から供給された電源電圧を内部のDC/DC変換回路によって所定の大きさの直流電圧に変換して、電流検出回路602に印加する。
制御回路CTRには、タイマTMからウェイクアップ信号が供給され、コネクタCN1を介してスタート信号STA及び外部充電器信号CHGが供給される。そのため、制御回路CTRは、切替回路606Sにより5Vの直流電圧が印加された場合に、供給された信号のうちいずれの信号が“H”レベルになったかを検出することにより、いずれの信号が“H”レベルになったことにより切替回路606Sがオンされたかを確認することができる。いずれの信号により電力が供給されたかを確認できたら、制御回路CTRは、切替制御信号をオンとし、切替回路606Sから電力が供給されている状態を維持させる。
また、制御回路CTRは、ウェイクアップ信号、スタート信号STA及び外部充電器信号CHGを監視し、全ての信号が“L”レベルになると、切替制御信号を“L”レベルとし、切替回路606Sをオフさせる。したがって、制御回路CTR、アラートシグナルプロセッサ605及び電流検出回路602への電力の供給が停止される。
制御回路CTRは、エネルギー偏差算出部601および放電時間換算部603を備える。エネルギー偏差算出部601は、電圧検出部213から入力された電圧信号を、第1通信部211およびインタフェース回路604を介して取り込むとともに、電流検出回路602から入力された電流信号を取り込む。
放電時間換算部603は、取り込まれた電圧信号が表すセル電圧が予め定めた特定電圧に到達した後の充電容量を二次電池セル毎に算出し、算出した容量差から、二次電池セルの残り容量を同じにするため(すなわち、均等化処理部215により均等化処理を行うため)の各二次電池セルCLの放電時間(バランス放電時間)を算出する。
さらに、制御回路CTRは、組電池監視回路21〜24に動作を制御するための信号をインタフェース回路604に供給する。具体的には、制御回路CTRは、ウェイクアップ信号、スタート信号STA及び外部充電器信号CHGのいずれかが“H”レベルとなっている場合、後述する絶縁通信IC604a(図4参照)を動作状態にすることを指示する動作命令をインタフェース回路604に入力する。
一方、制御回路CTRは、ウェイクアップ信号、スタート信号STA及び外部充電器信号CHGの全ての信号が“L”レベルになった場合、インタフェース回路604への動作命令の入力を停止する。
本実施形態では、制御回路CTRは、ウェイクアップ信号、スタート信号STA及び外部充電器信号CHGのいずれかが“H”レベルとなっている場合、“H”レベルに切り換わった動作信号をインタフェース回路604に入力することにより、インタフェース回路604に対して動作命令を入力する。
一方、制御回路CTRは、ウェイクアップ信号、スタート信号STA及び外部充電器信号CHGの全ての信号が“L”レベルになった場合、“L”レベルに切り換わった動作信号をインタフェース回路604に入力することにより、インタフェース回路604への動作命令の入力を停止する。
次に実施形態の動作説明に先立ち、リセット充放電処理について説明する。
リセット充放電処理は、高精度に電池容量を推定する手法である。
リセット充放電処理においては、組電池モジュール101(1)〜101(4)を実使用上の完全放電状態とする、すなわち、組電池モジュール101(1)〜101(4)の電圧を所定の完全放電電圧に至らせる。
リセット充放電処理は、高精度に電池容量を推定する手法である。
リセット充放電処理においては、組電池モジュール101(1)〜101(4)を実使用上の完全放電状態とする、すなわち、組電池モジュール101(1)〜101(4)の電圧を所定の完全放電電圧に至らせる。
そして、組電池モジュール101(1)〜101(4)を実使用上の完全充電状態とする、すなわち、組電池モジュール101(1)〜101(4)を満充電状態時の電圧に至らせる。
そして、組電池モジュール101(1)〜101(4)の完全放電状態から完全充電状態に至るまでの電流積算による電池容量が、当該時点における電池容量と推定される。なお、逆に完全充電状態から完全放電状態に至るまでの電流積算による電池容量を当該時点における電池容量と推定することも可能であるが、以下の説明では、完全放電状態から完全充電状態に至るまでの電流積算による電池容量が、当該時点における電池容量と推定した場合を一例として説明する。
そして、組電池モジュール101(1)〜101(4)の完全放電状態から完全充電状態に至るまでの電流積算による電池容量が、当該時点における電池容量と推定される。なお、逆に完全充電状態から完全放電状態に至るまでの電流積算による電池容量を当該時点における電池容量と推定することも可能であるが、以下の説明では、完全放電状態から完全充電状態に至るまでの電流積算による電池容量が、当該時点における電池容量と推定した場合を一例として説明する。
したがって、リセット充放電処理による電池容量の推定は、高精度に行えるものの、当該組電池モジュール101(1)〜101(4)を利用しているシステムの運用が行えるとは限らず、システムの可用性が低下することとなる。
一方、電池容量の推定の精度が低いと電池容量の低下により、当該組電池モジュール101(1)〜101(4)を利用しているシステム誤動作、停止などを招く虞があり、最適なタイミングでリセット充放電を行うことが望ましい。
一方、電池容量の推定の精度が低いと電池容量の低下により、当該組電池モジュール101(1)〜101(4)を利用しているシステム誤動作、停止などを招く虞があり、最適なタイミングでリセット充放電を行うことが望ましい。
図4は、実施形態のリセット(リフレッシュ)充放電支援処理フローチャートである。
まず、電池管理装置60は、組電池モジュールが充電状態にあるか否かを判別する(ステップS11)。
ステップS11の判別において、組電池モジュールが充電状態である場合には(ステップS11;Yes)、電池管理装置60は、組電池モジュール101(1)〜101(4)の電流積算を行い残容量を算出するとともに(ステップS12)、組電池モジュール101(1)〜101(4)の温度及び充電レートを考慮しつつ組電池モジュールが満充電状態に至ったか否かを判別する(ステップS13)。
まず、電池管理装置60は、組電池モジュールが充電状態にあるか否かを判別する(ステップS11)。
ステップS11の判別において、組電池モジュールが充電状態である場合には(ステップS11;Yes)、電池管理装置60は、組電池モジュール101(1)〜101(4)の電流積算を行い残容量を算出するとともに(ステップS12)、組電池モジュール101(1)〜101(4)の温度及び充電レートを考慮しつつ組電池モジュールが満充電状態に至ったか否かを判別する(ステップS13)。
ステップS13の判別において、組電池モジュール101(1)〜101(4)において満充電状態に至っていない場合には(ステップS13;No)、再び処理をステップS11に移行する。
ステップS13の判別において、組電池モジュール101(1)〜101(4)において満充電状態を検出した場合には(ステップS13;Yes)、今回の充電における電流積算量を今回の充電量として不揮発性メモリに記憶するとともに(ステップS14)、組電池モジュール101(1)〜101(4)の電池容量と算出した残容量とを比較し、所定値以上の差があるか否かを判別する(ステップS15)。
ステップS13の判別において、組電池モジュール101(1)〜101(4)において満充電状態を検出した場合には(ステップS13;Yes)、今回の充電における電流積算量を今回の充電量として不揮発性メモリに記憶するとともに(ステップS14)、組電池モジュール101(1)〜101(4)の電池容量と算出した残容量とを比較し、所定値以上の差があるか否かを判別する(ステップS15)。
ステップS15の判別において、組電池モジュール101(1)〜101(4)の電池容量と算出した残容量とが所定値以上大きく異なっている場合には(ステップS13;Yes)、組電池モジュール101(1)〜101(4)(あるいは組電池モジュール101(1)〜101(4)を構成している二次電池セルCL)の劣化の虞があるので、リセット充放電通知処理を行う(ステップS16)。すなわち、リセット充放電処理を行うタイミングであることを通知し、あるいは、リセット充放電処理の実行を指示する指示信号を外部の充電装置に出力する。
ここで、通知の方法としては、組電池モジュール101(1)〜101(4)上のインジケータにより通知したり、ブザー、音声などの音により通知したり、外部のディスプレイやインジケータに表示させたり、通信ネットワークを介して予め設定された外部の通信端末(パーソナルコンピュータ、携帯電話、スマートフォン等)に通知するようにすることが考えられる。
ステップS15の判別において、組電池モジュール101(1)〜101(4)の電池容量と算出した残容量とが所定値未満の差しかない場合には(ステップS15;No)、電池管理装置60は、今回の充電量を前回の放電量と比較し、その差が所定量以上であるか否かを判別する(ステップS17)。
ステップS17の判別において、その差が所定量以上である場合には(ステップS17;Yes)、組電池モジュール101(1)〜101(4)(あるいは組電池モジュール101(1)〜101(4)を構成している二次電池セルCL)の劣化の虞があるので、リセット充放電通知処理を行う(ステップS16)。
ステップS17の判別において、その差が所定量未満である場合には(ステップS17;No)、処理をステップS18に移行する。
ステップS11の判別において、組電池モジュール101(1)〜101(4)が充電状態ではない場合には(ステップS11;No)、電池管理装置60は、組電池モジュール101(1)〜101(4)が放電状態にあるか否かを判別する(ステップS18)。
ステップS17の判別において、その差が所定量未満である場合には(ステップS17;No)、処理をステップS18に移行する。
ステップS11の判別において、組電池モジュール101(1)〜101(4)が充電状態ではない場合には(ステップS11;No)、電池管理装置60は、組電池モジュール101(1)〜101(4)が放電状態にあるか否かを判別する(ステップS18)。
ステップS18の判別において、組電池モジュール101(1)〜101(4)が放電状態ではない場合には(ステップS18;No)、処理をステップS24に移行する。
ステップS18の判別において、組電池モジュール101(1)〜101(4)が放電状態である場合には(ステップS18;Yes)、電池管理装置60は、組電池モジュールの電流積算を行い残容量を算出するとともに(ステップS19)、組電池モジュールの温度及び放電レートを考慮しつつ組電池モジュール101(1)〜101(4)が完全放電状態に至ったか否かを判別する(ステップS20)。
ステップS18の判別において、組電池モジュール101(1)〜101(4)が放電状態である場合には(ステップS18;Yes)、電池管理装置60は、組電池モジュールの電流積算を行い残容量を算出するとともに(ステップS19)、組電池モジュールの温度及び放電レートを考慮しつつ組電池モジュール101(1)〜101(4)が完全放電状態に至ったか否かを判別する(ステップS20)。
ステップS20の判別において、組電池モジュール101(1)〜101(4)が完全放電状態に至っていない場合には(ステップS20;No)、再び処理をステップS18に移行する。
ステップS20の判別において、組電池モジュール101(1)〜101(4)が完全放電状態に至ったことを検出した場合には(ステップS20;Yes)、今回の放電における電流積算量を今回の放電量として不揮発性メモリに記憶するとともに(ステップS21)、算出した残容量が所定値以上であるか否かを判別する(ステップS22)。
ステップS20の判別において、組電池モジュール101(1)〜101(4)が完全放電状態に至ったことを検出した場合には(ステップS20;Yes)、今回の放電における電流積算量を今回の放電量として不揮発性メモリに記憶するとともに(ステップS21)、算出した残容量が所定値以上であるか否かを判別する(ステップS22)。
ステップS22の判別において、算出した残容量が所定値以上である場合には(ステップS22;Yes)、組電池モジュール(あるいは組電池モジュールを構成している二次電池セルCL)の劣化の虞があるので、リセット充放電通知処理を行う(ステップS16)。
ステップS22の判別において、算出した残容量が所定値未満である場合には(ステップS22;No)、電池管理装置60は、今回の放電量を前回の充電量と比較し、その差が所定量以上であるか否かを判別する(ステップS23)。
ステップS22の判別において、算出した残容量が所定値未満である場合には(ステップS22;No)、電池管理装置60は、今回の放電量を前回の充電量と比較し、その差が所定量以上であるか否かを判別する(ステップS23)。
ステップS23の判別において、その差が所定量以上である場合には(ステップS23;Yes)、組電池モジュール101(1)〜101(4)(あるいは組電池モジュール101(1)〜101(4)を構成している二次電池セルCL)の劣化の虞があるので、リセット充放電通知処理を行う(ステップS16)。
ステップS23の判別において、その差が所定量未満である場合には(ステップS23;No)、電池管理装置60は、開路電圧(OCV:Open Circuit Voltage)の計測タイミングであるか否かを判別する(ステップS24)。
ステップS24の判別において、開路電圧の計測タイミングではない場合には(ステップS24;No)、処理をステップS29に移行する。
ステップS23の判別において、その差が所定量未満である場合には(ステップS23;No)、電池管理装置60は、開路電圧(OCV:Open Circuit Voltage)の計測タイミングであるか否かを判別する(ステップS24)。
ステップS24の判別において、開路電圧の計測タイミングではない場合には(ステップS24;No)、処理をステップS29に移行する。
ステップS24の判別において、開路電圧の計測タイミングである場合には(ステップS24;Yes)、電池管理装置60は、当該組電池モジュール101(1)〜101(4)の寿命初期における開路電圧を読み出すとともに(ステップS25)、読み出した寿命初期における開路電圧と現在計測した開路電圧と比較し、それらが所定割合以上の差があるか否かを判別する(ステップS26)。
ステップS26の判別において、読み出した寿命初期における開路電圧と現在計測した開路電圧とが所定割合以上の差がある場合には(ステップS26;Yes)、組電池モジュール101(1)〜101(4)(あるいは組電池モジュール101(1)〜101(4)を構成している二次電池セルCL)の劣化の虞があるので、リセット充放電通知処理を行う(ステップS16)。
ステップS26の判別において、読み出した寿命初期における開路電圧と現在計測した開路電圧との差が所定割合未満である場合には、開路電圧補正前後でそれぞれ残容量を算出する(ステップS27)。
続いて電池管理装置60は、開路電圧補正前の残容量と、開路電圧補正後の残容量とが所定値以上の差があるか否かを判別する(ステップS28)。
続いて電池管理装置60は、開路電圧補正前の残容量と、開路電圧補正後の残容量とが所定値以上の差があるか否かを判別する(ステップS28)。
ステップS28の判別において、開路電圧補正前の残容量と、開路電圧補正後の残容量とが所定値以上の差がある場合には(ステップS28;Yes)、電池管理装置60は、組電池モジュール101(1)〜101(4)(あるいは組電池モジュール101(1)〜101(4)を構成している二次電池セルCL)の劣化の虞があるので、リセット充放電通知処理を行う(ステップS16)。
ステップS28の判別において、開路電圧補正前の残容量と、開路電圧補正後の残容量とが所定値未満の差しかない場合には(ステップS28;No)、電池管理装置60は、組電池モジュールを構成している複数の二次電池セルCLについて、均等化処理部215が均等化処理(セルバランス処理)を行うに先立って検出された複数の二次電池セルCLの電圧(容量)ばらつき状態を取得し(ステップS29)、組電池モジュール101(1)〜101(4)の寿命初期において均等化処理部215が均等化処理(セルバランス処理)を行うに先立って検出された複数の二次電池セルCLの電圧(容量)ばらつき状態と比較してそのばらつき(例えば、標準偏差σで表される)が、所定量以上大きく異なっている(例えば、標準偏差σの差が所定値以上)か否かを判別する(ステップS30)。
ここで、複数の二次電池セルCLの電圧(容量)ばらつきが大きくなる理由としては、二次電池セルCLが劣化した場合には、各二次電池セルCLの内部抵抗のばらつきが大きくなり、その結果、じゅう放電時のセル電圧の変化幅の違いが大きくなるためである。
ステップS30の判別において、複数の二次電池セルCLの電圧(容量)ばらつき状態が、組電池モジュール101(1)〜101(4)の寿命初期において均等化処理部215が均等化処理(セルバランス処理)を行うに先立って検出された複数の二次電池セルCLの電圧(容量)ばらつき状態と比較してそのばらつきが、所定量以上大きく異なっている場合には(ステップS30;Yes)、電池管理装置60は、組電池モジュール101(1)〜101(4)(あるいは組電池モジュール101(1)〜101(4)を構成している二次電池セルCL)の劣化の虞があるので、リセット充放電通知処理を行う(ステップS16)。
ステップS30の判別において、複数の二次電池セルCLの電圧(容量)ばらつき状態が、組電池モジュールの寿命初期において均等化処理部215が均等化処理(セルバランス処理)を行うに先立って検出された複数の二次電池セルCLの電圧(容量)ばらつき状態と比較してそのばらつきが、所定量未満である場合には(ステップS30;No)、処理を再びステップS11に移行して同様の処理を繰り返す。
以上の説明のように、本第1実施形態によれば、リセット充放電を行うべきタイミングを自動的に判定して、リセット充放電通知処理を行うこととなるので、電池容量の低下によるシステムの誤動作、停止などを防止することができるとともに、必要以上にシステムの可用性を低下させることがない。
さらに適度のタイミングでリセット充放電を行わせることができるので、充電能力、放電能力の低下を抑制して、システムのメンテナンスコストを抑制することができる。
さらに適度のタイミングでリセット充放電を行わせることができるので、充電能力、放電能力の低下を抑制して、システムのメンテナンスコストを抑制することができる。
[2]第2実施形態
本第2実施形態は、第1実施形態の構成に加えて、組電池モジュール101(1)〜101(4)を構成している二次電池セルCLの内部抵抗を個別に測定してリセット充放電通知処理を行う場合の実施形態である。
本第2実施形態は、第1実施形態の構成に加えて、組電池モジュール101(1)〜101(4)を構成している二次電池セルCLの内部抵抗を個別に測定してリセット充放電通知処理を行う場合の実施形態である。
図5は、内部抵抗測定回路の接続状態の説明図である。
図6は、内部抵抗測定回路の概要構成ブロック図である。
内部抵抗測定回路301は、セレクタ302とともに、図1に示した組電池監視回路21〜24にそれぞれ別個に設けられている。
本実施形態において、二次電池セルCLの内部抵抗は、交流四端子法を用いて測定している。
図6は、内部抵抗測定回路の概要構成ブロック図である。
内部抵抗測定回路301は、セレクタ302とともに、図1に示した組電池監視回路21〜24にそれぞれ別個に設けられている。
本実施形態において、二次電池セルCLの内部抵抗は、交流四端子法を用いて測定している。
図5に示すように、各二次電池セルCLには、4本の信号線が接続されている。
より具体的には、二次電池セルCL1には、信号線M11、M12、M21、M22が接続されている。同様に二次電池セルCL2には、信号線M21、M22、M31、M32が接続され、二次電池セルCL3には、信号線M31、M32、M41、M42が接続され、二次電池セルCL4には、信号線M41、M42、M51、M52が接続されている。
したがって、隣接した二次電池セルにおいては、一対の信号線は、共通して用いられている。
より具体的には、二次電池セルCL1には、信号線M11、M12、M21、M22が接続されている。同様に二次電池セルCL2には、信号線M21、M22、M31、M32が接続され、二次電池セルCL3には、信号線M31、M32、M41、M42が接続され、二次電池セルCL4には、信号線M41、M42、M51、M52が接続されている。
したがって、隣接した二次電池セルにおいては、一対の信号線は、共通して用いられている。
この場合において、各二次電池セルCLにそれぞれ内部抵抗測定回路301を設けるのは、コスト的に現実的ではないので、実際には、複数の二次電池セルCLに対して一つの内部抵抗測定回路301を設け、複数の二次電池セルCLと内部抵抗測定回路との間にセレクタ302を設けて測定対象の二次電池セルCLを切り換えて測定を行っている。
より詳細には、セレクタ302は、一対の信号線M11、M12を信号線群M1として扱い、一対の信号線M21、M22を信号線群M2として扱い、一対の信号線M31、M32を信号線群M3として扱い、一対の信号線M41、M42を信号線群M4として扱い、一対の信号線M51、M52を信号線群M5として扱い、測定対象の二次電池セルCLを変更する度に一組の信号線群対を選択するように構成されている。
例えば、セレクタ302は、二次電池セルCL2の内部抵抗を測定する際には、信号線群対M2及び信号線群対M3を選択する。そして、信号線群対M2を構成する信号線M21を内部抵抗測定回路301に接続されている信号線MP1に接続し、信号線M22信号線MV1に接続する。さらに信号線群対M3を構成する信号線M31を内部抵抗測定回路301に接続されている信号線MV2に接続し、信号線M32を信号線MV1に接続する。
この結果、図6に示すように、いずれかの二次電池セルCLの正極端子に信号線MP1及び信号線MV1が接続された状態となり、負極端子に信号線MV2及び信号線MP2が接続された状態となる。
すなわち、二次電池セルCLの両極端子に交流電源303及び交流アンプ304が接続されることとなり、交流電源303から供給された交流測定電流が流れた二次電池セルCLの端子間には、内部抵抗(内部インピーダンス)に比例した交流の電圧降下が生じるので、それを交流(AC)アンプ(電圧計)304で検出するのである。ここで、ACアンプの入力インピーダンスが高いことから、交流測定電流はほとんど二次電池セルCLに流れ、ACアンプには流れず、ACアンプには、微小感度電流だけが流れるので、ACアンプのリード線の線抵抗や接触抵抗による電圧降下を生じず、これらの影響を受けずに内部抵抗を測定できるのである。
図7は、第2実施形態の内部抵抗測定処理部分の処理フローチャートである。
電池管理装置60は、当該組電池モジュール101(1)〜101(4)を構成する各二次電池セルCLの寿命初期における内部抵抗値読み出すとともに(ステップS31)、読み出した寿命初期における内部抵抗値と現在計測した内部抵抗値とを比較し、それらが所定値以上の差があるか否かを判別する(ステップS32)。
電池管理装置60は、当該組電池モジュール101(1)〜101(4)を構成する各二次電池セルCLの寿命初期における内部抵抗値読み出すとともに(ステップS31)、読み出した寿命初期における内部抵抗値と現在計測した内部抵抗値とを比較し、それらが所定値以上の差があるか否かを判別する(ステップS32)。
ステップS32の判別において、読み出した寿命初期における内部抵抗値と現在計測した内部抵抗値とが所定値以上の差がある場合には(ステップS32;Yes)、組電池モジュール101(1)〜101(4)を構成している二次電池セルCLの劣化の虞があるので、リセット充放電通知処理を行う(ステップS16)。
ステップS32の判別において、読み出した寿命初期における内部抵抗値と現在計測した内部抵抗値との差が所定値未満である場合には、処理を再びステップS31に移行して、以下、同様の処理を繰り返すこととなる。
以上の説明のように、本第2実施形態によれば、第1実施形態の効果に加えて、二次電池セルCLの内部抵抗の変化に基づいてリセット充放電を行うべきタイミングを自動的に判定して、リセット充放電通知処理を行うこととなるので、電池容量の低下によるシステムの誤動作、停止などを防止することができるとともに、必要以上にシステムの可用性を低下させることがない。
さらに二次電池セルCLの内部抵抗値の変化に基づいて適度のタイミングでリセット充放電を行わせることができるので、充電能力、放電能力の低下を抑制して、システムのメンテナンスコストを抑制することができる。
さらに二次電池セルCLの内部抵抗値の変化に基づいて適度のタイミングでリセット充放電を行わせることができるので、充電能力、放電能力の低下を抑制して、システムのメンテナンスコストを抑制することができる。
以上の説明においては、組電池11〜14が直列接続され、全ての二次電池セルCLが直列接続された場合を例として説明したが、各組電池を構成する二次電池セルCLが並列接続された場合でも同様に適用が可能である。
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
11〜14 組電池
15 放電回路
21〜24 組電池監視回路
31 接続ライン
32 接続ライン
33 スイッチ装置
40 インバータ
45 モータ
51 コネクタ
60 電池管理装置
70 外部電源
71 電子制御装置
100 車両
101(1)〜101(4) 組電池モジュール(電源装置)
301 内部抵抗測定回路
302 セレクタ
CL1〜CL4 二次電池セル
15 放電回路
21〜24 組電池監視回路
31 接続ライン
32 接続ライン
33 スイッチ装置
40 インバータ
45 モータ
51 コネクタ
60 電池管理装置
70 外部電源
71 電子制御装置
100 車両
101(1)〜101(4) 組電池モジュール(電源装置)
301 内部抵抗測定回路
302 セレクタ
CL1〜CL4 二次電池セル
Claims (11)
- 直列接続された複数の二次電池セルを有する組電池と、
前記二次電池セルあるいは前記組電池が所定のリセット充放電通知条件を満たしているか否かを判別する条件判別手段と、
前記判別の結果に基づいて前記リセット充放電通知条件を満たしている場合に、リセット充放電処理を行うタイミングであることを通知し、あるいは、前記リセット充放電処理の実行を指示する指示信号を出力するリセット充放電通知手段と、
を備えた電源装置。 - 前記リセット充放電通知条件は、満充電検出時の電流積算による残容量が、前記組電池の容量と比較して所定割合以上異なる場合である、
請求項1記載の電源装置。 - 前記リセット充放電通知条件は、完全放電検出時の電流積算による残容量が、所定の残容量以上である場合である、
請求項1記載の電源装置。 - 前記リセット充放電通知条件は、開路電圧補正前の残容量と開路電圧補正後の残容量とが、所定割合以上異なる場合である、
請求項1記載の電源装置。 - 前記リセット充放電通知条件は、現在の開路電圧と、前記組電池の寿命初期における開路電圧と、が所定割合以上異なる場合である、
請求項1記載の電源装置。 - 前記リセット充放電通知条件は、複数の前記二次電池セルのセルバランス調整前の容量ばらつきが、前記組電池の寿命初期における複数の前記二次電池セルのセルバランス調整前の容量ばらつきが所定割合以上変化していた場合である、
請求項1記載の電源装置。 - 前記二次電池セルの内部抵抗を測定する内部抵抗測定手段を備え、
前記リセット充放電通知条件は、前記組電池の寿命初期における内部抵抗値と、現在の内部抵抗値と、が所定割合以上異なっている場合である、
請求項1記載の電源装置。 - 前記組電池の充電毎に計測した充電量及び放電毎に計測した放電量に基づいて、それらの差が所定値以上となった場合である、
請求項1記載の電源装置。 - 前記判別の結果を記憶する判別結果記憶手段と、
外部からの読み出し要求に基づいて前記判別結果記憶手段の記憶内容を読み出して出力する読出手段と、
を備えた、請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の電源装置。 - 直列接続された複数の二次電池セルを有する組電池を備えた電源装置で実行される制御方法であって、
前記二次電池セルあるいは前記組電池が所定のリセット充放電通知条件を満たしているか否かを判別する条件判別過程と、
前記判別の結果に基づいて前記リセット充放電通知条件を満たしている場合に、リセット充放電処理を行うタイミングであることを通知し、あるいは、前記リセット充放電処理の実行を指示する指示信号を出力するリセット充放電通知過程と、
を備えた制御方法。 - 直列接続された複数の二次電池セルを有する組電池を備えた電源装置をコンピュータにより制御するための制御プログラムであって、
前記コンピュータを、
前記二次電池セルあるいは前記組電池が所定のリセット充放電通知条件を満たしているか否かを判別する条件判別手段と、
前記判別の結果に基づいて前記リセット充放電通知条件を満たしている場合に、リセット充放電処理を行うタイミングであることを通知し、あるいは、前記リセット充放電処理の実行を指示する指示信号を出力するリセット充放電通知手段と、
して機能させる制御プログラム。
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2012
- 2012-09-10 JP JP2012198817A patent/JP2014054148A/ja active Pending
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