JP5477366B2 - Battery charge amount control apparatus and method - Google Patents
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Description
本発明は、複数の電池セルを接続して構成される組電池における各電池の充電量を制御する電池充電量制御装置および方法に関する。 The present invention relates to a battery charge amount control apparatus and method for controlling the charge amount of each battery in an assembled battery configured by connecting a plurality of battery cells.
いわゆるハイブリッドカー、プラグインハイブリッドカー、あるいはハイブリッドビークル、ハイブリッドエレクトリックビークルなどと呼ばれる、エンジンに加えてモータ（電動機）を動力源として備えた車両または輸送機械（以下、「車両等」と称する）が実用化されている。さらには、エンジンを備えずモータのみで車両を駆動する電気自動車も実用化されつつある。それらのモータを駆動する電源として、小型、大容量の特徴を有するリチウムイオン電池などが多く使用されるようになってきている。そして、このような用途においては、複数の電池セルが例えば直列に接続されて組電池が構成され、さらにこの組電池を組み合わして接続して供給される場合がある。電池セルの直列接続により車両のモータを駆動するのに必要な高電圧が得られ、電池ブロックをさらに直列や並列に組み合わして接続することにより必要な電流容量やさらなる高電圧が得られる。 A so-called hybrid car, plug-in hybrid car, hybrid vehicle, hybrid electric vehicle, or other vehicle or transport machine (hereinafter referred to as “vehicle etc.”) equipped with a motor (electric motor) as a power source in addition to the engine is practical. It has become. Furthermore, an electric vehicle that does not include an engine and drives the vehicle only by a motor is being put into practical use. As a power source for driving these motors, a lithium ion battery having a small size and a large capacity has been frequently used. And in such a use, a some battery cell is connected in series, for example, an assembled battery is comprised, Furthermore, this assembled battery may be combined and connected and supplied. A high voltage necessary for driving the motor of the vehicle is obtained by the series connection of the battery cells, and a necessary current capacity and a further high voltage can be obtained by connecting the battery blocks in combination in series and parallel.
この場合、リチウムイオン電池などは温度による特性の変化が大きく、電池が使用される環境の温度によって電池の残存容量や充電効率も大きく変化する。自動車のような使用環境ではなおさらである。 In this case, the characteristics of the lithium ion battery or the like greatly change depending on the temperature, and the remaining capacity and charging efficiency of the battery greatly change depending on the temperature of the environment in which the battery is used. This is especially true in environments where automobiles are used.
この結果、組電池を構成する電池セル等において、各セル等の残存容量および出力電圧にばらつきが生じる。各セル等が発生する電圧にばらつきが発生すると、１つのセルの電圧が駆動可能な閾値を下回ったような場合に、全体の電源供給を止めたり抑制したりする必要が生じ、電力効率が低下してしまう。このため、各セルの電圧や充電量の均等化を行う電池均等化制御が必要となる。 As a result, in the battery cells constituting the assembled battery, the remaining capacity and the output voltage of each cell vary. When the voltage generated by each cell varies, it becomes necessary to stop or suppress the entire power supply when the voltage of one cell falls below the driveable threshold, resulting in reduced power efficiency. Resulting in. For this reason, the battery equalization control which equalizes the voltage and charge amount of each cell is required.
電池均等化制御の従来技術として、過充電（過放電）になった電池を電池と並列に接続した抵抗にバイパスさせ放電させることで各電池の電圧をそろえる、いわゆるパッシブ均等化制御方式が知られている。 As a prior art of battery equalization control, a so-called passive equalization control method is known in which an overcharged (overdischarged) battery is bypassed by a resistor connected in parallel with the battery and discharged to equalize the voltage of each battery. ing.
電池均等化制御の他の従来技術として、放電が必要な電池セルまたは電池スタックからの放電電力を、インダクタやトランスを用いたバランス回路におけるスイッチング動作によって、充電が必要な電池セルに充電させる、いわゆるアクティブ方式の電池均等化制御技術が知られている。 As another prior art of battery equalization control, the discharge power from a battery cell or battery stack that needs to be discharged is charged to the battery cell that needs to be charged by a switching operation in a balance circuit using an inductor or a transformer. An active battery equalization control technique is known.
これらの従来技術は、各電池セルに対して個別に電圧や充電量を均等化することができる。特に、アクティブ方式の電池均等化制御方式は、パッシブ方式に比較して、ある電池セルからの放電電力を他の電池セルへの充電電力として使用することで少ない電力損失で電池セルの均等化を行わせることが可能である。 These conventional techniques can equalize the voltage and the charge amount individually for each battery cell. In particular, the active battery equalization control method uses battery discharge power from one battery cell as charge power to other battery cells compared to the passive method, thereby equalizing battery cells with less power loss. It can be done.
しかし、充電時においては、従来は、組電池全体に対して充電動作が実施されるため、劣化の進んだ電池セルも一律に充電が行われる。このため、劣化していない電池セルに合わせて劣化して充電許容量が下がっている電池セルに対して過大に充電が行われてしまうような状況が発生する。この結果、劣化している電池セルのさらなる劣化を促進してしまうという問題点があった。 However, at the time of charging, conventionally, since the charging operation is performed on the entire assembled battery, the battery cells that have deteriorated are uniformly charged. For this reason, the situation where charging will be performed excessively with respect to the battery cell which deteriorated according to the battery cell which has not deteriorated and the charge allowable amount has fallen generate | occur | produces. As a result, there is a problem that further deterioration of the deteriorated battery cell is promoted.
また、電池セルの劣化を防止するために全体の充電量を抑制する従来技術が知られている。しかし、この従来技術では、劣化が進んだ電池セルと劣化していない電池セルが混在してきたような場合には、充電量を劣化が進んだ電池セルに合わせると、劣化していない電池セルを十分に稼動させることができないという問題点を有していた。 Moreover, the prior art which suppresses the whole charge amount in order to prevent deterioration of a battery cell is known. However, in this prior art, when battery cells that have deteriorated and battery cells that have not deteriorated have been mixed, the battery cells that have not deteriorated can be obtained by matching the charge amount to the battery cells that have deteriorated. It had a problem that it could not be operated sufficiently.
さらに、電池の劣化判定を行い電池状態を正確に測定することを実現する従来技術も知られている（例えば特許文献１に記載の技術）。しかし、この従来技術は、電池の劣化度は判定できても、それにより充電量を電池ごとに個別に制御する技術は開示しておらず、上述の問題点を解決することができなかった。 Furthermore, a conventional technique that realizes a battery deterioration determination and accurately measures a battery state is also known (for example, a technique described in Patent Document 1). However, even though this conventional technique can determine the degree of deterioration of the battery, it does not disclose a technique for individually controlling the charge amount for each battery, and cannot solve the above-described problems.
本発明は、充電時および均等化制御時に、劣化が進んだ電池セルへの充電量を個別に抑制可能として、電池セルの長寿命化を達成することを目的とする。 An object of the present invention is to achieve a long life of a battery cell by individually suppressing the amount of charge to a battery cell that has deteriorated during charging and during equalization control.
態様の一例は、複数の電池セルが接続される組電池におけるその複数の電池セルの充電量を制御する電池充電量制御装置であって、１つ以上の電池セルから電荷を放電する動作と放電した電荷を１つ以上の他の電池セルに充電させる動作を実行することによって電池セルの電圧および充電量のバランスを制御するセルバランス回路と、各電池セルの少なくとも電圧を監視する電池セル監視部と、電池セルごとに、監視された電圧に基づいてその各電池セルの内部抵抗に対応するその各電池セルの充電制御量を決定するセル充電制御量決定部と、各電池セルの充電時に、各電池の充電量がその各電池に対して決定された充電制御量を上回らないようにセルバランス回路を動作させるセルバランス制御部とを備える。 An example of an aspect is a battery charge amount control device that controls the charge amount of a plurality of battery cells in an assembled battery to which a plurality of battery cells are connected. The operation and discharge of discharging charge from one or more battery cells A cell balance circuit for controlling the balance between the voltage and the amount of charge of the battery cell by performing an operation of charging one or more other battery cells with the charged charge, and a battery cell monitoring unit for monitoring at least the voltage of each battery cell And, for each battery cell, based on the monitored voltage, a cell charge control amount determination unit that determines the charge control amount of each battery cell corresponding to the internal resistance of each battery cell, and at the time of charging each battery cell, A cell balance control unit that operates the cell balance circuit so that the charge amount of each battery does not exceed the charge control amount determined for each battery.
本発明によれば、充電時に、劣化が進んだ電池セルへの充電量を、劣化度に応じた充電制御量を超えないように個別に抑制することが可能となる。
また、均等化制御時には、劣化が進んだ電池セルに対して、その充電量が減少した場合には充電制御量を上限として他の電池セルから電荷を個別に補いながら電力供給を続行することが可能となる。
According to the present invention, at the time of charging, it is possible to individually suppress the amount of charge to a battery cell that has deteriorated so as not to exceed the charge control amount according to the degree of deterioration.
In addition, during equalization control, when the amount of charge decreases for a battery cell that has deteriorated, it is possible to continue supplying power while individually supplementing charges from other battery cells with the charge control amount as the upper limit. It becomes possible.
上述の２つの効果により、組電池全体の長寿命化を達成することが可能となる。 Due to the two effects described above, it is possible to achieve a long lifetime of the entire assembled battery.
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態による電池充電量制御装置の基本構成図である。
複数の電池セル１０２が接続されて組電池１０１が構成される。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a basic configuration diagram of a battery charge amount control apparatus according to the present embodiment.
A plurality of battery cells 102 are connected to form an assembled battery 101.
セルバランス回路１０３は、１つ以上の電池セル１０２から電荷を放電する動作と放電した電荷を１つ以上の他の電池セル１０２に充電させる動作を実行することによって電池セル１０２の電圧および充電量のバランスを制御する。 The cell balance circuit 103 performs the operation of discharging the charge from one or more battery cells 102 and the operation of charging the discharged charge to one or more other battery cells 102 to thereby increase the voltage and charge amount of the battery cell 102. Control the balance.
電池セル監視部１０４は、各電池セル１０２の電圧、温度、および電流を監視する。
マップデータ記憶部１０５は、電池セル１０２ごとに、充電開始時からの充電電力、充電終了までの充電時間、および発熱量と充電制御量との関係を記憶したマップデータを記憶する。
The battery cell monitoring unit 104 monitors the voltage, temperature, and current of each battery cell 102.
The map data storage unit 105 stores, for each battery cell 102, map data that stores the charging power from the start of charging, the charging time until the end of charging, and the relationship between the heat generation amount and the charge control amount.
セル充電制御量決定部１０６は、電池セル１０２ごとに、電池セル監視部１０４にて監視された電圧、温度、および電流に基づいて、充電開始時からの充電電力、充電終了までの充電時間、および発熱量を算出し、その算出結果に基づいてマップデータ記憶部１０５に記憶されたマップデータを参照することにより各電池セル１０２に対応する充電制御量を決定する。 For each battery cell 102, the cell charge control amount determination unit 106 is based on the voltage, temperature, and current monitored by the battery cell monitoring unit 104, charging power from the start of charging, charging time until the end of charging, The amount of heat generation is calculated, and the charge control amount corresponding to each battery cell 102 is determined by referring to the map data stored in the map data storage unit 105 based on the calculation result.
セルバランス制御部１０７は、各電池セル１０２の充電時に、各電池１０２の充電量が各電池１０２に対して決定された充電制御量を上回らないようにセルバランス回路１０３を動作させる。 The cell balance control unit 107 operates the cell balance circuit 103 so that the charge amount of each battery 102 does not exceed the charge control amount determined for each battery 102 when each battery cell 102 is charged.
充電部１０８は、例えば車両の外部から接続された充電ステーションから電力の供給を受けて、組電池１０１に対して充電を行う。
セルバランス制御部１０７はさらに、各電池セル１０２の各電圧を均等化させる均等化制御時に、各電池１０２に対して決定された充電制御量を上限として各電池１０２の充電量を補充するようにセルバランス回路１０３を動作させることができる。
For example, the charging unit 108 receives power from a charging station connected from the outside of the vehicle and charges the assembled battery 101.
The cell balance control unit 107 further replenishes the charge amount of each battery 102 with the charge control amount determined for each battery 102 as an upper limit during equalization control for equalizing each voltage of each battery cell 102. The cell balance circuit 103 can be operated.
図１に示される構成により、セル充電制御量決定部１０６により、各電池セル１０２の充電時の発熱量から推定される内部抵抗に対応する劣化度を推定することができ、この劣化度に応じて各電池セル１０２に充電可能な充電量の上限値である充電制御量を決定することができる。そして、充電部１０８による充電動作時に、劣化が進んだ電池セル１０２への充電量がその電池セル１０２に対して決定された充電制御量を超えようとした場合に、セルバランス制御部１０７がその電池セル１０２に対してセルバランス回路１０３を動作させる。これにより、セルバランス回路１０３は、その電池セル１０２に対して放電動作を行わせて、その放電される電荷を他の電池セル１０２に充電させる。この結果、劣化が進んだ電池セル１０２への充電量を、劣化度に応じた充電制御量を超えないように個別に抑制することが可能となる。 With the configuration shown in FIG. 1, the cell charge control amount determination unit 106 can estimate the degree of deterioration corresponding to the internal resistance estimated from the amount of heat generated when each battery cell 102 is charged. Thus, the charge control amount that is the upper limit value of the charge amount that can be charged in each battery cell 102 can be determined. In the charging operation by the charging unit 108, when the charge amount of the battery cell 102 that has deteriorated is about to exceed the charge control amount determined for the battery cell 102, the cell balance control unit 107 The cell balance circuit 103 is operated with respect to the battery cell 102. As a result, the cell balance circuit 103 causes the battery cell 102 to perform a discharging operation and causes the other battery cell 102 to be charged with the discharged electric charge. As a result, it is possible to individually suppress the charge amount to the battery cell 102 that has deteriorated so as not to exceed the charge control amount corresponding to the degree of deterioration.
また、イグニッションオフ時等にセルバランス回路１０３により実施される各電池セルの電圧を均等化させる均等化制御時に、劣化した電池セル１０２の充電量が劣化していない電池セル１０２の充電量よりも先に減少している場合に、次のような効果が得られる。すなわち、セルバランス制御部１０７により、その電池セル１０２に対して決定されている充電制御量を上限として他の電池セル１０２から電荷を個別に補いながら電力供給を続行することが可能となる。 In addition, during the equalization control performed by the cell balance circuit 103 to equalize the voltage of each battery cell when the ignition is off, the charged amount of the deteriorated battery cell 102 is more than the charged amount of the battery cell 102 that has not deteriorated. The following effects can be obtained when it decreases first. That is, the cell balance control unit 107 can continue to supply power while individually supplementing charges from other battery cells 102 with the charge control amount determined for the battery cell 102 as an upper limit.
図２は、本実施形態による電池充電量制御装置の詳細構成図である。
図２では、説明の簡単のために、組電池１０１を構成する電池セル１０２として、＃１、＃２、＃３、＃４の４つの電池セル１０２が示されている。車両に搭載される実際の組電池１０１では、電池セル１０２の数は数十個になるが、動作原理は図２の場合と同じである。
FIG. 2 is a detailed configuration diagram of the battery charge amount control apparatus according to the present embodiment.
In FIG. 2, four battery cells 102 of # 1, # 2, # 3, and # 4 are shown as the battery cells 102 constituting the assembled battery 101 for the sake of simplicity. In an actual assembled battery 101 mounted on a vehicle, the number of battery cells 102 is several tens, but the operating principle is the same as in FIG.
図２において、組電池１０１、電池セル１０２、セルバランス回路１０３、充電部１０８は、図１に示されるものと同様である。組電池１０１は、電流センサ２０３を介して走行モータ等の負荷２０４を駆動する。 2, the assembled battery 101, the battery cell 102, the cell balance circuit 103, and the charging unit 108 are the same as those shown in FIG. The assembled battery 101 drives a load 204 such as a travel motor via a current sensor 203.
図２のマイクロコンピュータ（以下「マイコン」と呼ぶ）２０１は、図１の電池セル監視部１０４の一部機能と、マップデータ記憶部１０５、セル充電制御量決定部１０６、およびセルバランス制御部１０７の機能を実現する。 A microcomputer (hereinafter referred to as “microcomputer”) 201 in FIG. 2 includes a partial function of the battery cell monitoring unit 104 in FIG. 1, a map data storage unit 105, a cell charge control amount determination unit 106, and a cell balance control unit 107. Realize the function.
＃１から＃４の各電池セル１０２に近接して設置される＃１から＃４の温度センサ２０２と、電流センサ２０３は、図１の電池セル監視部１０４の一部機能を実現する。
マイコン２０１は、＃１から＃４の各電池セル１０２の両端の電圧を測定する電圧測定動作２０５を実施する。また、マイコン２０１は、＃１から＃４の各電池セル１０２の温度を、それぞれに近接する温度センサ２０２を介して測定する温度測定動作２０６を実施する。さらに、マイコン２０１は、電流センサ２０３が計測する組電池１０１の出力部分を流れる電流を測定する電流測定動作２０７を実施する。
The temperature sensors 202 # 1 to # 4 and the current sensor 203 installed in the vicinity of the battery cells 102 # 1 to # 4 realize a partial function of the battery cell monitoring unit 104 of FIG. 1.
The microcomputer 201 performs a voltage measurement operation 205 that measures the voltage across the battery cells 102 from # 1 to # 4. In addition, the microcomputer 201 performs a temperature measurement operation 206 that measures the temperature of each of the battery cells 102 from # 1 to # 4 via the temperature sensor 202 adjacent to the battery cell 102. Further, the microcomputer 201 performs a current measurement operation 207 for measuring the current flowing through the output portion of the assembled battery 101 measured by the current sensor 203.
さらにマイコン２０１は、セルバランス回路１０３内の＃１から＃３のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２に選択的にパルス信号を供給してスイッチング動作を実行させる。これにより、マイコン２０１は、セルバランス回路１０３に、＃１から＃４の電池セル１０２に対して選択的に均等化制御を行わせるセルバランス制御動作２０８を実施する。 Further, the microcomputer 201 selectively supplies pulse signals to the switching elements SW1 and SW2 # 1 to # 3 in the cell balance circuit 103 to execute the switching operation. Thereby, the microcomputer 201 performs the cell balance control operation 208 that causes the cell balance circuit 103 to selectively perform equalization control on the battery cells 102 from # 1 to # 4.
セルバランス回路１０３は、均等化制御において、＃１から＃３から選択されたスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２によるスイッチング動作を実行しながら、組電池１０１内の１つ以上の電池セル１０２から電荷を放電する動作と放電した電荷を組電池１０１内の１つ以上の他の電池セル１０２に充電させる動作を実行する。 The cell balance circuit 103 discharges charges from one or more battery cells 102 in the assembled battery 101 while performing a switching operation by the switching elements SW1 and SW2 selected from # 1 to # 3 in the equalization control. The operation and the operation of charging one or more other battery cells 102 in the assembled battery 101 with the discharged electric charge are executed.
具体的には、コンバータバランス回路１００は、組電池を構成する組電池１０１について、組電池１０１内の電池セル１０２のうちの１つ以上の電池セル１０２からスイッチング素子ＳＷ１（＃１、＃２、＃３）によるスイッチング動作を介して電荷を放電する動作を実行する。これに続いて、コンバータバランス回路１００は、放電した電荷を組電池１０１内の１つ以上の他の電池セル１０２にスイッチング素子ＳＷ２（＃１、＃２、＃３）によるスイッチング動作を介して充電させる動作を実行する。これにより、コンバータバランス回路１００は、組電池１０１内の電池セル１０２の電圧を均等化させる。 Specifically, the converter balance circuit 100 includes, for the assembled battery 101 constituting the assembled battery, one or more battery cells 102 among the battery cells 102 in the assembled battery 101 from the switching element SW1 (# 1, # 2, The operation of discharging the charge is performed through the switching operation of # 3). Following this, the converter balance circuit 100 charges the discharged electric charge to one or more other battery cells 102 in the assembled battery 101 through a switching operation by the switching element SW2 (# 1, # 2, # 3). Execute the action to be performed. Thereby, the converter balance circuit 100 equalizes the voltage of the battery cell 102 in the assembled battery 101.
バランス回路３０１は、組電池１０１を構成する例えば＃１から＃４の４つの電池セル１０２に対して、複数のインダクタＬと複数組のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２（以下、単に「ＳＷ１」「ＳＷ２」と呼ぶことがある）の組を備える。具体的には、＃１と＃２の電池セル１０２の共通の接続端子に＃１のインダクタＬの第１の端子が、＃２と＃３の電池セル１０２の共通接続端子に＃２のインダクタＬの第１の端子が、＃３と＃４の電池セル１０２の共通接続端子に＃３のインダクタＬの第１の端子がそれぞれ接続される。また、＃１のインダクタＬの第２の端子は＃１のＳＷ１およびＳＷ２の共通接続端子に、＃２のインダクタＬの第２の端子は＃２のＳＷ１およびＳＷ２の共通接続端子に、＃３のインダクタＬの第２の端子は＃３のＳＷ１およびＳＷ２の共通接続端子にそれぞれ接続される。さらに、＃１の電池セル１０２の出力端子側は、＃１のＳＷ１の単独接続端子に接続される。＃１と＃２の電池セル１０２の共通接続端子は、＃２のＳＷ１に接続される。＃２と＃３の電池セル１０２の共通接続端子は、＃１のＳＷ２と＃３のＳＷ１の共通接続端子に接続される。＃３と＃４の電池セル１０２の共通接続端子は、＃２のＳＷ２に接続される。＃４の電池セル１０２の出力端子側は、＃３のＳＷ２の単独接続端子に接続される。 The balance circuit 301 includes, for example, a plurality of inductors L and a plurality of sets of switching elements SW1 and SW2 (hereinafter simply referred to as “SW1” and “SW2”) for four battery cells 102 # 1 to # 4 constituting the assembled battery 101. May be called). Specifically, the first terminal of the # 1 inductor L is connected to the common connection terminal of the # 1 and # 2 battery cells 102, and the # 2 inductor is connected to the common connection terminal of the # 2 and # 3 battery cells 102. The first terminal of L is connected to the common connection terminal of the battery cells 102 of # 3 and # 4, and the first terminal of the inductor L of # 3 is connected thereto. The second terminal of # 1 inductor L is connected to the common connection terminal of SW1 and SW2 of # 1, and the second terminal of inductor L of # 2 is connected to the common connection terminal of SW1 and SW2 of # 2. The second terminal of the inductor L is connected to the common connection terminal of SW3 and SW2 of # 3, respectively. Further, the output terminal side of the # 1 battery cell 102 is connected to the single connection terminal of the SW1 of # 1. The common connection terminal of the battery cells 102 of # 1 and # 2 is connected to SW1 of # 2. The common connection terminal of the battery cells 102 of # 2 and # 3 is connected to the common connection terminal of SW2 of # 1 and SW1 of # 3. The common connection terminal of the battery cells 102 of # 3 and # 4 is connected to SW2 of # 2. The output terminal side of the battery cell 102 of # 4 is connected to the single connection terminal of SW2 of # 3.
マイコン２０１は、＃１から＃３より選択したスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２にそれぞれパルス信号を供給してスイッチング動作を実行させる。具体的には、マイコン２０１は、所定の周波数およびデューティー比を有するパルス信号を発振する発振回路を内蔵する。＃１、＃２、および＃３のスイッチング素子ＳＷ１と、＃１、＃２、および＃３のスイッチング素子ＳＷ２は、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）である。＃１、＃２、および＃３のスイッチング素子ＳＷ１は、マイコン２０１からの第１のパルス信号によりスイッチング動作を行う。＃１、＃２、および＃３のスイッチング素子ＳＷ２は、マイコン２０１からの第２のパルス信号によりスイッチング動作を行う。 The microcomputer 201 supplies a pulse signal to each of the switching elements SW1 and SW2 selected from # 1 to # 3 to execute a switching operation. Specifically, the microcomputer 201 contains an oscillation circuit that oscillates a pulse signal having a predetermined frequency and duty ratio. The switching elements SW1 of # 1, # 2, and # 3 and the switching elements SW2 of # 1, # 2, and # 3 are FETs (field effect transistors), for example. The switching elements SW1 of # 1, # 2, and # 3 perform a switching operation by the first pulse signal from the microcomputer 201. The switching elements SW2 of # 1, # 2, and # 3 perform a switching operation by the second pulse signal from the microcomputer 201.
マイコン２０１は、例えば＃１と＃２の電池セル１０２間のバランス制御を実施すると判定したときには、所定の周波数とデューティー比を算出して、＃１のＳＷ１，ＳＷ２を動作させる。そして例えば、マイコン２０１が、電圧測定動作２０５に基づいて、＃１の電池セル１０２の電圧が＃２の電池セル１０２の電圧よりも高いと判定する。この場合はまず、＃１のＳＷ１のオンオフ動作により、＃１の電池セル１０２から放電された電荷が＃１のインダクタＬに蓄積される。続いて、デューティー比分だけ遅れた＃１のＳＷ２のオンオフ動作により、＃１のインダクタＬに蓄積された電荷が＃２の電池セル１０２に充電される。逆に例えば、マイコン２０１が、電圧測定動作２０５に基づいて、＃２の電池セル１０２の電圧が＃１の電池セル１０２の電圧よりも高いと判定する。この場合はまず、＃１のＳＷ２のオンオフ動作により、＃２の電池セル１０２から放電された電荷が＃１のインダクタＬに蓄積される。続いて、デューティー比分だけ遅れた＃１のＳＷ１のオンオフ動作により、＃１のインダクタＬに蓄積された電荷が＃１の電池セル１０２に充電される。 For example, when the microcomputer 201 determines that the balance control between the battery cells 102 of # 1 and # 2 is to be performed, the microcomputer 201 calculates a predetermined frequency and duty ratio and operates SW1 and SW2 of # 1. For example, the microcomputer 201 determines that the voltage of the # 1 battery cell 102 is higher than the voltage of the # 2 battery cell 102 based on the voltage measurement operation 205. In this case, first, the charge discharged from the # 1 battery cell 102 is accumulated in the # 1 inductor L by the on / off operation of the # 1 SW1. Subsequently, the # 2 battery cell 102 is charged with the charge accumulated in the # 1 inductor L by the on / off operation of the # 1 SW2 delayed by the duty ratio. Conversely, for example, the microcomputer 201 determines that the voltage of the # 2 battery cell 102 is higher than the voltage of the # 1 battery cell 102 based on the voltage measurement operation 205. In this case, first, the electric charge discharged from the # 2 battery cell 102 is accumulated in the # 1 inductor L by the on / off operation of the # 1 SW2. Subsequently, the # 1 battery cell 102 is charged with the charge accumulated in the # 1 inductor L by the on / off operation of the # 1 SW1 delayed by the duty ratio.
また、マイコン２０１は、＃２と＃３の電池セル１０２間のバランス制御を実施すると判定したときには、所定の周波数とデューティー比を決定して、＃２のＳＷ１，ＳＷ２を動作させる。そして例えば、マイコン２０１が、電圧測定動作２０５に基づいて、＃２の電池セル１０２の電圧が＃３の電池セル１０２の電圧よりも高いと判定する。この場合はまず、＃２のＳＷ１のオンオフ動作により、＃２の電池セル１０２から放電された電荷が＃２のインダクタＬに蓄積される。続いて、デューティー比分だけ遅れた＃２のＳＷ２のオンオフ動作により、＃２のインダクタＬに蓄積された電荷が＃３の電池セル１０２に充電される。逆に例えば、マイコン２０１が、電圧測定動作２０５に基づいて、＃３の電池セル１０２の電圧が＃２の電池セル１０２の電圧よりも高いと判定する。この場合はまず、＃２のＳＷ２のオンオフ動作により、＃３の電池セル１０２から放電された電荷が＃２のインダクタＬに蓄積される。続いて、デューティー比分だけ遅れた＃２のＳＷ１のオンオフ動作により、＃２のインダクタＬに蓄積された電荷が＃２の電池セル１０２に充電される。 When the microcomputer 201 determines that the balance control between the battery cells 102 of # 2 and # 3 is to be performed, the microcomputer 201 determines a predetermined frequency and duty ratio and operates the SW1 and SW2 of # 2. For example, the microcomputer 201 determines that the voltage of the # 2 battery cell 102 is higher than the voltage of the # 3 battery cell 102 based on the voltage measurement operation 205. In this case, first, the electric charge discharged from the # 2 battery cell 102 is accumulated in the # 2 inductor L by the on / off operation of the # 2 SW1. Subsequently, the charge stored in the # 2 inductor L is charged into the # 3 battery cell 102 by the on / off operation of the # 2 SW2 delayed by the duty ratio. Conversely, for example, the microcomputer 201 determines that the voltage of the # 3 battery cell 102 is higher than the voltage of the # 2 battery cell 102 based on the voltage measurement operation 205. In this case, first, the charge discharged from the battery cell 102 of # 3 is accumulated in the inductor L of # 2 by the ON / OFF operation of SW2 of # 2. Subsequently, the charge stored in the # 2 inductor L is charged into the # 2 battery cell 102 by the on / off operation of the # 2 SW1 delayed by the duty ratio.
さらに、マイコン２０１は、＃３と＃４の電池セル１０２間のバランス制御を実施すると判定したときには、所定の周波数とデューティー比を決定して、＃３のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２を動作させる。そして例えば、マイコン２０１が、電圧測定動作２０５に基づいて、＃３の電池セル１０２の電圧が＃４の電池セル１０２の電圧よりも高いと判定する。この場合はまず、＃３のＳＷ１のオンオフ動作により、＃３の電池セル１０２から放電された電荷が＃３のインダクタＬに蓄積される。続いて、デューティー比分だけ遅れた＃３のＳＷ２のオンオフ動作により、＃３のインダクタＬに蓄積された電荷が＃４の電池セル１０２に充電される。逆に例えば、マイコン２０１が、電圧測定動作２０５に基づいて、＃４の電池セル１０２の電圧が＃３の電池セル１０２の電圧よりも高いと判定する。この場合はまず、＃３のＳＷ２のオンオフ動作により、＃４の電池セル１０２から放電された電荷が＃３のインダクタＬに蓄積される。続いて、デューティー比分だけ遅れた＃３のＳＷ１のオンオフ動作により、＃３のインダクタＬに蓄積された電荷が＃３の電池セル１０２に充電される。 Further, when it is determined that the balance control between the battery cells 102 of # 3 and # 4 is to be performed, the microcomputer 201 determines a predetermined frequency and duty ratio and operates the switching elements SW1 and SW2 of # 3. For example, the microcomputer 201 determines that the voltage of the # 3 battery cell 102 is higher than the voltage of the # 4 battery cell 102 based on the voltage measurement operation 205. In this case, first, the charge discharged from the # 3 battery cell 102 is accumulated in the # 3 inductor L by the ON / OFF operation of the SW3 of # 3. Subsequently, the charge stored in the # 3 inductor L is charged into the # 4 battery cell 102 by the on / off operation of the # 3 SW2 delayed by the duty ratio. Conversely, for example, the microcomputer 201 determines that the voltage of the # 4 battery cell 102 is higher than the voltage of the # 3 battery cell 102 based on the voltage measurement operation 205. In this case, first, the charge discharged from the # 4 battery cell 102 is accumulated in the # 3 inductor L by the ON / OFF operation of the SW3 # 3. Subsequently, the charge stored in the # 3 inductor L is charged into the # 3 battery cell 102 by the on / off operation of the # 3 SW1 delayed by the duty ratio.
以上のようにして、セルバランス回路１０３では、マイコン２０１での＃１から＃４の各電池セル１０２に対する電圧測定動作２０５の結果、均等化制御が必要であると判定されたときには、＃１から＃３のインダクタＬおよび＃１から＃３のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２の組が順次選択的に動作させられる。この結果、＃１から＃４の各電池セル１０２のそれぞれ隣接する電池セル１０２間でバランス制御が順次実施され、その動作が繰り返されることにより、最終的に組電池１０１内の＃１から＃４の電池セル１０２の電圧が均一になる。 As described above, in the cell balance circuit 103, when it is determined that equalization control is necessary as a result of the voltage measurement operation 205 for each of the battery cells 102 from # 1 to # 4 in the microcomputer 201, from # 1 The set of the inductor L of # 3 and the switching elements SW1 and SW2 of # 1 to # 3 are selectively operated sequentially. As a result, balance control is sequentially performed between the battery cells 102 adjacent to each of the battery cells 102 of # 1 to # 4, and the operation is repeated, so that # 1 to # 4 in the assembled battery 101 are finally obtained. The voltage of the battery cell 102 becomes uniform.
上述の動作に加えて、本実施形態では、組電池１０１に対する充電部１０８による充電動作中に、マイコン２０１が、以下の制御を実施する。
まずマイコン２０１は、＃１から＃４の各電池セル１０２に対する電圧測定動作２０５、温度測定動作２０６、および電流センサ２０３に対する電流測定動作２０７を実施する。これらの測定結果を用いて、マイコン２０１は、充電開始時からの充電電力と、充電開始時から現在までの温度差である発熱量を算出する。また、マイコン２０１は、充電終了までの充電時間の予測値も算出する。
In addition to the above-described operation, in the present embodiment, the microcomputer 201 performs the following control during the charging operation by the charging unit 108 for the assembled battery 101.
First, the microcomputer 201 performs a voltage measurement operation 205, a temperature measurement operation 206, and a current measurement operation 207 for the current sensor 203 for each of the battery cells 102 from # 1 to # 4. Using these measurement results, the microcomputer 201 calculates charging power from the start of charging and a heat generation amount that is a temperature difference from the start of charging to the present. The microcomputer 201 also calculates a predicted value of the charging time until the end of charging.
ここで、マイコン２０１は、内部の特には図示しないメモリに、＃１から＃４の電池セル１０２ごとに、充電電力、充電終了までの充電時間、発熱量から内部抵抗を推定して充電コントロール量（充電制御量）を決定するマップデータを保持する。この場合、上記メモリは図１のマップデータ記憶部１０５に対応する。図３は、そのマップデータのデータ構成例を示す図である。このマップデータは、充電電力（単位は「Ｃ」：クーロン）、充電終了までの充電時間（単位は「時間」）、発熱量（単位は「度」）の組合せごとに、内部抵抗推定値（単位は「ｍΩ」：ミリオーム）、容量劣化度（単位は「％」：パーセント）、および充電コントロール量（単位は「ＳＯＣ」：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅの「％」：パーセント）を記憶する。充電コントロール量は、図１で説明した充電制御量に対応する。なお、内部抵抗推定値と容量劣化度は、各電池セル１０２の劣化状態を示す標識として使用され、ユーザに対して電池セル１０２の状態を通知する場合等において使用することができるが、本実施形態による均等化制御では必須のものではない。 Here, the microcomputer 201 estimates the internal resistance from the charging power, the charging time until the charging is completed, and the heat generation amount for each of the battery cells 102 from # 1 to # 4 in an internal memory (not shown). Map data for determining (charge control amount) is held. In this case, the memory corresponds to the map data storage unit 105 in FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating a data configuration example of the map data. This map data includes an estimated internal resistance value (for each combination of charging power (unit: “C”: coulomb), charging time until charging ends (unit: “hour”), and calorific value (unit: “degree”)). The unit is “mΩ”: milliohms, the capacity deterioration degree (unit is “%”: percent), and the charge control amount (unit is “SOC”: “% of State of Charge”: percent). The charge control amount corresponds to the charge control amount described in FIG. Note that the internal resistance estimation value and the capacity deterioration degree are used as a sign indicating the deterioration state of each battery cell 102, and can be used when notifying the user of the state of the battery cell 102. It is not essential in the equalization control by form.
一方において、電池セル１０２に対して、ある残り充電時間の間にある充電電力を充電した場合に発熱（充電開始時から現在までの温度差）が発生したとき、その発熱は電池セル１０２の内部抵抗によるものであると考えられる。 On the other hand, when the battery cell 102 generates heat (temperature difference from the start of charging to the present) when charging with a certain amount of charging power during a certain remaining charging time, the generated heat is generated inside the battery cell 102. It is thought to be due to resistance.
そこで、本実施形態では、＃１から＃４の電池セル１０２ごとに、充電電力、充電終了までの充電時間、発熱量と内部抵抗推定値、容量劣化度、およびその容量劣化度に対して許容する充電コントロール量の関係を、あらかじめ測定してマップ化しておく。そして、実際の充電時に充電電力、充電終了までの充電時間の予測値、発熱量を測定してこのマップデータを参照することにより、＃１から＃４の電池セル１０２ごとに、内部抵抗推定値、容量劣化度を推定し、充電コントロール量を決定することができる。 Therefore, in the present embodiment, for each of the battery cells 102 from # 1 to # 4, the charging power, the charging time until the end of charging, the heat generation amount and the estimated internal resistance, the capacity deterioration degree, and the capacity deterioration degree are allowable. The relationship between the charge control amounts to be measured is measured and mapped in advance. Then, by measuring the charging power at the time of actual charging, the estimated value of the charging time until the end of charging, the amount of heat generation, and referring to this map data, the estimated internal resistance for each of the battery cells 102 from # 1 to # 4 The capacity deterioration degree can be estimated and the charge control amount can be determined.
本実施形態では、このようにして＃１から＃４の電池セル１０２ごとに決定した充電コントロール量を利用して、以下のような制御動作を実行する。
図４は、図２のマイコン２０１が実施する電池充電量制御の動作を示すフローチャートである。この制御動作は、マイコン２０１内の特には図示しないＣＰＵ（中央演算処理装置）が特には図示しないメモリに記憶された制御プログラムを実行する動作として実現される。そして、この制御動作は、マイコン２０１が図２の充電部１０８に対して充電動作の開始を指示することによって、その実行が開始される。
In the present embodiment, the following control operation is executed using the charge control amount determined for each of the battery cells 102 from # 1 to # 4.
FIG. 4 is a flowchart showing the battery charge amount control operation performed by the microcomputer 201 of FIG. This control operation is realized as an operation in which a CPU (central processing unit) (not shown) in the microcomputer 201 executes a control program stored in a memory (not shown). The control operation is started when the microcomputer 201 instructs the charging unit 108 in FIG. 2 to start the charging operation.
まず、マイコン２０１は、充電開始時に、＃１から＃４の電池セル１０２ごとに、電圧測定動作２０５、温度測定動作２０６を実施し、また、電池セル１０２に対して電流測定動作２０７を実施する（ステップＳ４０１）。 First, the microcomputer 201 performs a voltage measurement operation 205 and a temperature measurement operation 206 for each of the battery cells 102 from # 1 to # 4 at the start of charging, and also performs a current measurement operation 207 for the battery cells 102. (Step S401).
マイコン２０１は、ステップＳ４０１で測定した充電開始時における＃１から＃４の電池セル１０２ごとの電圧と温度、および組電池１０１全体を流れる電流を記憶する（ステップＳ４０２）。 The microcomputer 201 stores the voltage and temperature for each of the battery cells 102 from # 1 to # 4 at the start of charging measured in step S401, and the current flowing through the entire assembled battery 101 (step S402).
次に、マイコン２０１は、充電部１０８による充電動作中に、所定の時間間隔で、＃１から＃４の電池セル１０２ごとに、電圧測定動作２０５、温度測定動作２０６を実施し、また、電池セル１０２に対して電流測定動作２０７を実施する。また、マイコン２０１は、これらの測定値に基づいて、＃１から＃４の電池セル１０２ごとに、現在の充電量を示すＳＯＣ値を算出する（以上、ステップＳ４０３）。 Next, the microcomputer 201 performs a voltage measurement operation 205 and a temperature measurement operation 206 for each of the battery cells 102 # 1 to # 4 at a predetermined time interval during the charging operation by the charging unit 108. A current measurement operation 207 is performed on the cell 102. Further, the microcomputer 201 calculates an SOC value indicating the current charge amount for each of the battery cells 102 from # 1 to # 4 based on these measurement values (step S403).
マイコン２０１は、＃１から＃４の電池セル１０２ごとに、電圧、温度、電流のステップＳ４０３で得た測定値とステップＳ４０２で記憶した初期値とに基づいて、充電開始から現在までに充電された充電電力と発熱量を算出する。さらに、マイコン２０１は、ＳＯＣ値の変更等から、充電終了までの充電時間の予測値を算出する。そして、マイコン２０１は、算出した充電電力、充電終了までの充電時間と発熱量の関係が閾値以上になっているか否かを判定する（ステップＳ４０４）。具体的には例えば、マイコン２０１は、算出した充電電力および充電終了までの充電時間の組に対応するエントリを、図３に例示されるマップデータ上で検索し、算出した発熱量がそのエントリの発熱量の所定の許容範囲以上となっているか否かを判定する。 The microcomputer 201 is charged for each of the battery cells 102 from # 1 to # 4 from the start of charging to the present based on the measured values obtained in step S403 of voltage, temperature, and current and the initial values stored in step S402. Calculate the charging power and heat generation. Furthermore, the microcomputer 201 calculates a predicted value of the charging time from the change of the SOC value to the end of charging. Then, the microcomputer 201 determines whether or not the relationship between the calculated charging power, the charging time until the end of charging, and the heat generation amount is equal to or greater than a threshold value (step S404). Specifically, for example, the microcomputer 201 searches the map data illustrated in FIG. 3 for an entry corresponding to the set of the calculated charging power and the charging time until the end of charging, and the calculated calorific value is the entry of the entry. It is determined whether or not the heat generation amount is greater than or equal to a predetermined allowable range.
ステップＳ４０４の判定がＮＯとなった電池セル１０２については、マイコン２０１は、劣化は発生していないと判定し、充電量の上限値である充電コントロール量を１００％として満充電可能な状態にする（ステップＳ４０５）。その後、後述するステップＳ４０７に進む。 For the battery cell 102 for which the determination in step S404 is NO, the microcomputer 201 determines that no deterioration has occurred, and sets the charge control amount, which is the upper limit value of the charge amount, to 100% to be in a fully chargeable state. (Step S405). Then, it progresses to step S407 mentioned later.
一方、ステップＳ４０４の判定がＹＥＳとなった電池セル１０２があった場合には、マイコン２０１は、その電池セル１０２について劣化が発生していると判定する。この場合、マイコン２０１は、ステップＳ４０４で算出した充電電力および充電終了までの充電時間の組に対応するエントリを図３に例示されるマップデータ上で検索する。そして、マイコン２０１は、そのエントリに記憶されている内部抵抗推定値、容量劣化度、および充電コントロール量を取得する（ステップＳ４０６）。 On the other hand, if there is a battery cell 102 for which the determination in step S404 is YES, the microcomputer 201 determines that the battery cell 102 has deteriorated. In this case, the microcomputer 201 searches the map data illustrated in FIG. 3 for an entry corresponding to the set of the charging power calculated in step S404 and the charging time until the end of charging. Then, the microcomputer 201 acquires the estimated internal resistance value, the capacity deterioration degree, and the charge control amount stored in the entry (step S406).
次に、マイコン２０１は、ステップＳ４０３で算出した現在のＳＯＣ値が、ステップＳ４０５またはＳ４０６で決定された充電コントロール量以上であるか否かを判定する（ステップＳ４０７）。 Next, the microcomputer 201 determines whether or not the current SOC value calculated in step S403 is greater than or equal to the charge control amount determined in step S405 or S406 (step S407).
ステップＳ４０７の判定がＹＥＳの場合には、電池セル１０２に対して許容されている充電コントロール量を現在のＳＯＣ値が超えている。この場合、マイコン２０１はまず、セルバランス制御における放電量＝充電コントロール量に対する現在のＳＯＣ値の過剰分を算出する（ステップＳ４０８）。そして、マイコン２０１は、別ルーチンとして実行されるセルバランス制御動作に対して、現在の電池セル１０２から他の電池セル１０２への放電を指示する（ステップＳ４０９）。 When the determination in step S407 is YES, the current SOC value exceeds the charge control amount allowed for the battery cell 102. In this case, the microcomputer 201 first calculates an excess of the current SOC value with respect to the discharge amount in the cell balance control = the charge control amount (step S408). And the microcomputer 201 instruct | indicates the discharge from the present battery cell 102 to the other battery cell 102 with respect to the cell balance control operation performed as another routine (step S409).
一方、ステップＳ４０７の判定がＮＯの場合には、電池セル１０２に対して許容されている充電コントロール量を現在のＳＯＣ値が超えていない。この場合、マイコン２０１はまず、セルバランス制御における充電量＝充電コントロール量に対する現在のＳＯＣ値の不足分を算出する（ステップＳ４１０）。そして、マイコン２０１は、別ルーチンとして実行されるセルバランス制御動作に対して、他の電池セル１０２から現在の電池セル１０２への充電を指示する（ステップＳ４１１）。 On the other hand, when the determination in step S407 is NO, the current SOC value does not exceed the charge control amount allowed for the battery cell 102. In this case, the microcomputer 201 first calculates a shortage of the current SOC value with respect to the charge amount in the cell balance control = the charge control amount (step S410). And the microcomputer 201 instruct | indicates charge from the other battery cell 102 to the present battery cell 102 with respect to the cell balance control operation performed as another routine (step S411).
図４には図示していないが、マイコン２０１は、セルバランス制御においては、一定時間毎に、対象となる電池セル１０２について、図２の電圧測定動作２０５、温度測定動作２０６、および電流測定動作２０７を実行し、それらの測定値に基づいて現在のＳＯＣ値（充電量）を算出する。そして、マイコン２０１は、その算出したＳＯＣ値が図４のステップＳ４０６で決定した充電コントロール量を上回っていれば、その電池セル１０２からの放電を指示する。 Although not shown in FIG. 4, in the cell balance control, the microcomputer 201 performs the voltage measurement operation 205, the temperature measurement operation 206, and the current measurement operation of FIG. 207 is executed, and the current SOC value (charge amount) is calculated based on the measured values. Then, if the calculated SOC value exceeds the charge control amount determined in step S406 in FIG. 4, the microcomputer 201 instructs the discharge from the battery cell 102.
例えば、図２において、＃２の電池セル１０２が対象のセルであるとする。この場合、＃３または＃１の電池セル１０２への放電が指示される。＃３の電池セル１０２への放電が指示された場合は、＃２のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２に対して、セルバランス制御動作２０８が実施される。この結果、マイコン２０１から＃２のスイッチング素子ＳＷ１に供給されるパルス信号が立ち上がるタイミングで、＃２の電池セル１０２から電荷が放電されて、その電荷が＃２のスイッチング素子ＳＷ１を介して＃２のインダクタＬに蓄電される。続いて、マイコン２０１から＃２のスイッチング素子ＳＷ１に供給されるパルス信号が立ち下がると同時に＃２のスイッチング素子ＳＷ２に供給されるパルス信号が上がるタイミングで、＃２のインダクタＬ内の電荷が＃２のスイッチング素子ＳＷ２を介して＃３の電池セル１０２に充電される。 For example, in FIG. 2, it is assumed that the battery cell # 2 is the target cell. In this case, discharge to the # 3 or # 1 battery cell 102 is instructed. When discharge to the # 3 battery cell 102 is instructed, a cell balance control operation 208 is performed on the switching elements SW1 and SW2 of # 2. As a result, at the timing when the pulse signal supplied from the microcomputer 201 to the # 2 switching element SW1 rises, the charge is discharged from the # 2 battery cell 102, and the charge is transferred to the # 2 via the # 2 switching element SW1. Is stored in the inductor L. Subsequently, when the pulse signal supplied from the microcomputer 201 to the switching element SW1 of # 2 falls and at the same time the pulse signal supplied to the switching element SW2 of # 2 rises, the charge in the inductor L of # 2 is changed to # The # 3 battery cell 102 is charged via the second switching element SW2.
一方、＃１の電池セル１０２への放電が指示された場合は、＃１のスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ１に対して、セルバランス制御動作２０８が実施される。この結果、マイコン２０１から＃１のスイッチング素子ＳＷ２に供給されるパルス信号が立ち上がるタイミングで、＃２の電池セル１０２から電荷が放電されて、その電荷が＃１のスイッチング素子ＳＷ２を介して＃１のインダクタＬに蓄電される。続いて、マイコン２０１から＃１のスイッチング素子ＳＷ２に供給されるパルス信号が立ち下がると同時に＃１のスイッチング素子ＳＷ１に供給されるパルス信号が上がるタイミングで、＃１のインダクタＬ内の電荷が＃１のスイッチング素子ＳＷ１を介して＃１の電池セル１０２に充電される。 On the other hand, when the discharge to the # 1 battery cell 102 is instructed, the cell balance control operation 208 is performed on the # 1 switching elements SW2 and SW1. As a result, at the timing when the pulse signal supplied from the microcomputer 201 to the # 1 switching element SW2 rises, the charge is discharged from the # 2 battery cell 102, and the charge is transferred to the # 1 via the # 1 switching element SW2. Is stored in the inductor L. Subsequently, at the timing when the pulse signal supplied from the microcomputer 201 to the # 1 switching element SW2 falls and at the same time the pulse signal supplied to the # 1 switching element SW1 rises, the charge in the # 1 inductor L becomes # The # 1 battery cell 102 is charged via the one switching element SW1.
また、マイコン２０１は、その算出したＳＯＣ値が図４のステップＳ４０６で決定した充電コントロール量を下回っていれば、その電池セル１０２への充電を指示する。
例えば、図２において、＃２の電池セル１０２が対象のセルであるとする。この場合、＃３または＃１の電池セル１０２からの充電が指示される。＃３の電池セル１０２からの充電が指示された場合は、＃２のスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ１に対して、セルバランス制御動作２０８が実施される。この結果、マイコン２０１から＃２のスイッチング素子ＳＷ２に供給されるパルス信号が立ち上がるタイミングで、＃３の電池セル１０２から電荷が放電されて、その電荷が＃２のスイッチング素子ＳＷ２を介して＃２のインダクタＬに蓄電される。続いて、マイコン２０１から＃２のスイッチング素子ＳＷ２に供給されるパルス信号が立ち下がると同時に＃２のスイッチング素子ＳＷ１に供給されるパルス信号が上がるタイミングで、＃２のインダクタＬ内の電荷が＃２のスイッチング素子ＳＷ１を介して＃２の電池セル１０２に充電される。
If the calculated SOC value is below the charge control amount determined in step S406 in FIG. 4, the microcomputer 201 instructs the battery cell 102 to be charged.
For example, in FIG. 2, it is assumed that the battery cell # 2 is the target cell. In this case, charging from the battery cell 102 of # 3 or # 1 is instructed. When charging from the # 3 battery cell 102 is instructed, a cell balance control operation 208 is performed on the switching elements SW2 and SW1 of # 2. As a result, at the timing when the pulse signal supplied from the microcomputer 201 to the # 2 switching element SW2 rises, the charge is discharged from the # 3 battery cell 102, and the charge is transferred to the # 2 via the # 2 switching element SW2. Is stored in the inductor L. Subsequently, when the pulse signal supplied from the microcomputer 201 to the switching element SW2 of # 2 falls and at the same time the pulse signal supplied to the switching element SW1 of # 2 rises, the charge in the inductor L of # 2 becomes # The # 2 battery cell 102 is charged via the second switching element SW1.
一方、＃１の電池セル１０２からの充電が指示された場合は、＃１のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２に対して、セルバランス制御動作２０８が実施される。この結果、マイコン２０１から＃１のスイッチング素子ＳＷ１に供給されるパルス信号が立ち上がるタイミングで、＃１の電池セル１０２から電荷が放電されて、その電荷が＃１のスイッチング素子ＳＷ１を介して＃１のインダクタＬに蓄電される。続いて、マイコン２０１から＃１のスイッチング素子ＳＷ１に供給されるパルス信号が立ち下がると同時に＃１のスイッチング素子ＳＷ２に供給されるパルス信号が上がるタイミングで、＃１のインダクタＬ内の電荷が＃１のスイッチング素子ＳＷ２を介して＃２の電池セル１０２に充電される。 On the other hand, when charging from the # 1 battery cell 102 is instructed, a cell balance control operation 208 is performed on the switching elements SW1 and SW2 of # 1. As a result, at the timing when the pulse signal supplied from the microcomputer 201 to the # 1 switching element SW1 rises, the charge is discharged from the # 1 battery cell 102, and the charge is transferred to the # 1 via the # 1 switching element SW1. Is stored in the inductor L. Subsequently, at the timing when the pulse signal supplied from the microcomputer 201 to the # 1 switching element SW1 falls and at the same time the pulse signal supplied to the # 1 switching element SW2 rises, the charge in the # 1 inductor L becomes # The # 2 battery cell 102 is charged via the first switching element SW2.
以上のセルバランス制御とともに、図４のステップＳ４０９またはＳ４１１の処理の後、全ての電池セル１０２について、ステップＳ４０３で算出した現在のＳＯＣ値がステップＳ４０５またはＳ４０６で決定された充電コントロール量に達したか否かが判定される（ステップＳ４１２）。 Along with the above cell balance control, after the process of step S409 or S411 of FIG. 4, the current SOC value calculated in step S403 has reached the charge control amount determined in step S405 or S406 for all battery cells 102. It is determined whether or not (step S412).
ステップＳ４１２の判定がＮＯならば、充電動作およびそれに伴うセルバランス制御の動作が続行される。
ステップＳ４１２の判定がＹＥＳになると、充電動作が完了する。
If the determination in step S412 is NO, the charging operation and the accompanying cell balance control operation are continued.
When the determination in step S412 is YES, the charging operation is completed.
以上のようにして、充電部１０８による充電動作時に、劣化が進んだ電池セル１０２への充電量（ＳＯＣ値）がその電池セル１０２に対して決定された充電コントロール量（充電制御量）を超えようとした場合に、マイコン２０１がその電池セル１０２に対してセルバランス回路１０３を動作させることにより、劣化が進んだ電池セル１０２への充電量を、劣化度に応じた充電コントロール量（充電制御量）を超えないように個別に抑制することが可能となる。これとともに、充電量（ＳＯＣ値）が充電コントロール量（充電制御量）を超えていない電池セル１０２については、セルバランス制御により、他の電池セル１０２から充電をしてもらうことも可能になる。 As described above, the charging amount (SOC value) of the battery cell 102 having deteriorated exceeds the charging control amount (charging control amount) determined for the battery cell 102 during the charging operation by the charging unit 108. In such a case, when the microcomputer 201 operates the cell balance circuit 103 for the battery cell 102, the charge amount to the battery cell 102 that has deteriorated is changed to a charge control amount (charge control according to the degree of deterioration). (Amount) can be individually controlled so as not to exceed. At the same time, the battery cell 102 whose charge amount (SOC value) does not exceed the charge control amount (charge control amount) can be charged from another battery cell 102 by cell balance control.
図５は、通常のセルバランス制御と本実施形態によるセルバランス制御の違いを説明した図である。通常のセルバランス制御では、図５（ａ）に示されるように、電力使用可能容量を増やし、走行距離を増加させることを可能として。これに対して、本実施形態によるセルバランス制御では、図５（ｂ）に示されるように、劣化度に対応する充電コントロール量を設定し、セルバランス制御により充電コントロール量を閾値として各電池セルの充電量を制御することにより、セルの劣化のばらつきを抑制し、長寿命化を図ることが可能になる。 FIG. 5 is a diagram illustrating a difference between normal cell balance control and cell balance control according to the present embodiment. In normal cell balance control, as shown in FIG. 5A, it is possible to increase the power usable capacity and increase the travel distance. On the other hand, in the cell balance control according to the present embodiment, as shown in FIG. 5B, a charge control amount corresponding to the degree of deterioration is set, and each battery cell is set with the charge control amount as a threshold by the cell balance control. By controlling the amount of charge, it is possible to suppress variations in cell deterioration and extend the service life.
以上のようにして充電動作時に算出された＃１から＃４ごとの充電コントロール量（充電制御量）は、例えばマイコン２０１内の特には図示しないメモリに保持されて、その後の、均等化制御時に利用される。 The charge control amount (charge control amount) for each of # 1 to # 4 calculated during the charging operation as described above is held, for example, in a memory (not shown) in the microcomputer 201, for example, during the subsequent equalization control. Used.
具体的には、イグニッションオフ時等にセルバランス回路１０３により実施される各電池セルの電圧を均等化させる均等化制御時に、次のような制御が実施される。
マイコン２０１は、電圧均等化制御において、一定時間毎に、＃１から＃４の電池セル１０２ごとに、図２の電圧測定動作２０５、温度測定動作２０６、および電流測定動作２０７を実行し、それらの測定値に基づいて現在の電圧値およびＳＯＣ値（充電量）を算出する。この結果、例えば劣化した＃２の電池セル１０２の電圧が＃１の電池セル１０２の電圧を下回ったとする。この場合、マイコン２０１は、＃２の電池セル１０２の現在のＳＯＣ値がメモリに保持していた＃２の電池セル１０２に対応する充電コントロール量を下回っている場合に、＃１のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２に対して、セルバランス制御動作２０８を実施する。この結果、マイコン２０１から＃１のスイッチング素子ＳＷ１に供給されるパルス信号が立ち上がるタイミングで、＃１の電池セル１０２から電荷が放電されて、その電荷が＃１のスイッチング素子ＳＷ１を介して＃１のインダクタＬに蓄電される。続いて、マイコン２０１から＃１のスイッチング素子ＳＷ１に供給されるパルス信号が立ち下がると同時に＃１のスイッチング素子ＳＷ２に供給されるパルス信号が上がるタイミングで、＃１のインダクタＬ内の電荷が＃１のスイッチング素子ＳＷ２を介して＃２の電池セル１０２に充電される。
Specifically, the following control is performed at the time of equalization control for equalizing the voltage of each battery cell performed by the cell balance circuit 103 when the ignition is off.
In the voltage equalization control, the microcomputer 201 performs the voltage measurement operation 205, the temperature measurement operation 206, and the current measurement operation 207 of FIG. 2 for each of the battery cells 102 from # 1 to # 4 at regular time intervals. The current voltage value and SOC value (charge amount) are calculated based on the measured values. As a result, for example, it is assumed that the voltage of the deteriorated # 2 battery cell 102 is lower than the voltage of the # 1 battery cell 102. In this case, when the current SOC value of the # 2 battery cell 102 is lower than the charge control amount corresponding to the # 2 battery cell 102 held in the memory, the microcomputer 201 switches the # 1 switching element SW1. , SW2, the cell balance control operation 208 is performed. As a result, at the timing when the pulse signal supplied from the microcomputer 201 to the # 1 switching element SW1 rises, the charge is discharged from the # 1 battery cell 102, and the charge is transferred to the # 1 via the # 1 switching element SW1. Is stored in the inductor L. Subsequently, at the timing when the pulse signal supplied from the microcomputer 201 to the # 1 switching element SW1 falls and at the same time the pulse signal supplied to the # 1 switching element SW2 rises, the charge in the # 1 inductor L becomes # The # 2 battery cell 102 is charged via the first switching element SW2.
このようにして、このようにして電圧均等化制御時には、劣化した電池セル１０２に対して決定されている充電コントロール量（充電制御量）を上限として、隣接する他の電池セル１０２から電荷を個別に補いながら電力供給を続行することが可能となる。 In this way, during voltage equalization control in this way, charges are individually received from other adjacent battery cells 102 with the charge control amount (charge control amount) determined for the deteriorated battery cell 102 as the upper limit. It becomes possible to continue the power supply while compensating for the above.
以上説明した図２に示される実施形態では、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２とインダクタＬを用いたコンバータバランス回路により均等化制御を実現する回路構成例について説明したが、この回路部分は上記回路構成例に限られるものではない。 In the embodiment shown in FIG. 2 described above, the circuit configuration example that realizes equalization control by the converter balance circuit using the switching elements SW1 and SW2 and the inductor L has been described. It is not limited.
図１のセルバランス回路１０３としては例えば、トランスと整流用ダイオード、トランスと整流用ダイオードとキャパシタとインダクタ、またはトランスのみを用いて、放電を行う電池セルと充電を行う電池セルを結合するような回路等によって実現することが可能である。 As the cell balance circuit 103 in FIG. 1, for example, a transformer and a rectifier diode, a transformer and a rectifier diode, a capacitor and an inductor, or only a transformer are used to combine a battery cell for discharging and a battery cell for charging. It can be realized by a circuit or the like.
さらに、バランス回路として例えば、トランス型とインダクタによるコンバータ型を組み合わせて、放電を行う電池セルと充電を行う電池セルを結合するようなコンバータ、トランス方式のバランス回路によって実現することも可能である。 Further, as a balance circuit, for example, a transformer type and a converter type using an inductor may be combined to realize a converter or transformer type balance circuit that combines a battery cell for discharging and a battery cell for charging.
１０１ 組電池
１０２ 電池セル
１０３ セルバランス回路
１０４ 電池セル監視部１０４
１０５ マップデータ記憶部
１０６ セル充電制御量決定部
１０７ セルバランス制御部
１０８ 充電部
２０１ マイクロコンピュータ（マイコン）
２０２ 温度センサ
２０３ 電流センサ
２０４ 負荷
２０５ 電流測定動作
２０６ 温度測定動作
２０７ 電流測定動作
２０８ セルバランス制御動作
ＳＷ１、ＳＷ２ スイッチング素子
Ｌ インダクタ
101 assembled battery 102 battery cell 103 cell balance circuit 104 battery cell monitoring unit 104
105 Map Data Storage Unit 106 Cell Charge Control Amount Determination Unit 107 Cell Balance Control Unit 108 Charging Unit 201 Microcomputer
202 Temperature Sensor 203 Current Sensor 204 Load 205 Current Measurement Operation 206 Temperature Measurement Operation 207 Current Measurement Operation 208 Cell Balance Control Operation SW1, SW2 Switching Element L Inductor
Claims (4)
１つ以上の前記電池セルから電荷を放電する動作と前記放電した電荷を１つ以上の他の前記電池セルに充電させる動作を実行することによって前記電池セルの電圧および充電量のバランスを制御するセルバランス回路と、
前記各電池セルの電圧、温度、および電流を監視する電池セル監視部と、
前記電池セルごとに、充電開始時からの充電電力、充電終了までの充電時間、および発熱量と充電制御量との関係を記憶したマップデータを記憶するマップデータ記憶部と、
前記電池セルごとに、前記監視された電圧、温度、および電流に基づいて充電開始時からの充電電力、充電終了までの充電時間、および発熱量を算出し、該算出結果に基づいて前記マップデータを参照することにより該各電池セルに対応する充電制御量を決定するセル充電制御量決定部と、
前記各電池セルの充電時に、前記各電池の充電量が該各電池に対して決定された前記充電制御量を上回らないように前記セルバランス回路を動作させるセルバランス制御部と、
を備えることを特徴とする電池充電量制御装置。 A battery charge amount control device for controlling the charge amount of the plurality of battery cells in an assembled battery to which a plurality of battery cells are connected,
The balance between the voltage and the amount of charge of the battery cell is controlled by executing an operation of discharging the charge from one or more battery cells and an operation of charging the discharged charge to one or more other battery cells. A cell balance circuit;
A battery cell monitoring unit for monitoring the voltage, temperature, and current of each battery cell;
For each of the battery cells, a map data storage unit that stores map data that stores the relationship between the charging power from the start of charging, the charging time until the end of charging, and the amount of heat generation and the charge control amount;
For each battery cell, the charging power from the beginning of charging, the charging time until the end of charging, and the amount of heat generation are calculated based on the monitored voltage, temperature, and current, and the map data is calculated based on the calculation result. A cell charge control amount determination unit for determining a charge control amount corresponding to each battery cell by referring to
A cell balance control unit that operates the cell balance circuit so that the charge amount of each battery does not exceed the charge control amount determined for each battery when charging each battery cell;
A battery charge amount control apparatus comprising:
ことを特徴とする請求項１に記載の電池充電量制御装置。 The cell balance control unit further replenishes the charge amount of each battery with the charge control amount determined for each battery as an upper limit during equalization control for equalizing each voltage of each battery cell. To operate the cell balance circuit,
The battery charge amount control apparatus according to claim 1.
１つ以上の前記電池セルから電荷を放電する動作と前記放電した電荷を１つ以上の他の前記電池セルに充電させる動作を実行することによって前記電池セルの電圧および充電量のバランスを制御するセルバランス回路と、
前記各電池セルの電圧、温度、および電流を監視し、
前記電池セルごとに、充電開始時からの充電電力、充電終了までの充電時間、および発熱量と充電制御量との関係を記憶したマップデータを記憶し、
前記電池セルごとに、前記監視された電圧、温度、および電流に基づいて充電開始時からの充電電力、充電終了までの充電時間、および発熱量を算出し、該算出結果に基づいて前記マップデータを参照することにより該各電池セルに対応する充電制御量を決定し、
前記各電池セルの充電時に、前記各電池の充電量が該各電池に対して決定された前記充電制御量を上回らないように、１つ以上の前記電池セルから電荷を放電する動作と前記放電した電荷を１つ以上の他の前記電池セルに充電させる動作を実行することによって前記各電池セルの電圧および充電量のバランスを制御するセルバランス動作を実行する、
ことを特徴とする電池充電量制御方法。 A battery charge amount control method for controlling the charge amount of the plurality of battery cells in an assembled battery to which a plurality of battery cells are connected,
The balance between the voltage and the amount of charge of the battery cell is controlled by executing an operation of discharging the charge from one or more battery cells and an operation of charging the discharged charge to one or more other battery cells. A cell balance circuit;
Monitor the voltage, temperature, and current of each battery cell;
For each battery cell, storing the map power storing the relationship between the charging power from the start of charging, the charging time until the end of charging, and the heat generation amount and the charge control amount,
For each battery cell, the charging power from the beginning of charging, the charging time until the end of charging, and the amount of heat generation are calculated based on the monitored voltage, temperature, and current, and the map data is calculated based on the calculation result. the charge control amount corresponding to the respective battery cells to determine by reference to the,
The operation of discharging the charge from one or more of the battery cells and the discharge so that the charge amount of each battery does not exceed the charge control amount determined for each battery when charging each battery cell Performing a cell balance operation for controlling the balance between the voltage and the amount of charge of each battery cell by performing an operation of charging one or more other battery cells with the generated charge,
A battery charge amount control method.
ことを特徴とする請求項３に記載の電池充電量制御方法。
In the equalization control for equalizing the voltages of the battery cells, the cell balance operation is performed so that the charge amount of each battery is supplemented with the charge control amount determined for each battery as an upper limit. ,
The battery charge amount control method according to claim 3.
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