JP5709601B2 - 蓄電装置および蓄電装置の電圧均等化方法 - Google Patents
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Description
特許文献2には、各電池列において同じ順位に接続されているセルに対して共通に並列接続され、電池列に含まれる同じ順位のセル間の電圧差を調整するバランス回路を設け、このバランス回路が作動することにより、電池列間の電圧差を低減させる技術が開示されている。
また、一般的に、上述のような電池列の電圧均等化の動作は、その蓄電装置が適用されているシステムの起動時に行われていた。例えば、車両に搭載される蓄電装置であれば、イグニッションキーがオンされたときに、電圧の均等化処理が行われていたため、システムが起動するまでに時間がかかるといった不都合があった。特に、上記特許文献2に開示されているように、抵抗により電圧の均等化を行う場合には、電圧差が小さくなってくるとバランスさせる電流も小さくなるため、電圧均等化の処理が長期化してしまうという問題があった。
本発明は、負荷を有するシステムに適用され、前記負荷に対して電力を供給する蓄電装置であって、複数の二次電池を直列に接続した電池列を複数個並列に接続してなるバッテリユニットと、前記電池列間の電圧差を低減させる電圧均等化手段と、各前記電池列と前記負荷との間に設けられた第1スイッチング手段とを有し、前記電圧均等化手段は、各前記電池列に接続する第1抵抗手段と、前記電池列を前記第1抵抗手段を介して電気的に接続および切断する第2スイッチング手段と、各前記二次電池にそれぞれ対応して設けられた複数の第2抵抗手段と、各前記二次電池と各前記第2抵抗手段とを電気的に接続及び切断する複数の第3スイッチング手段と、前記第2スイッチング手段及び前記第3スイッチング手段を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記システムが停止した後に、前記電池列間の最大電圧差が前記第1スイッチング手段または前記二次電池の許容電流値によって決定される第1閾値以上である場合に、前記第2スイッチング手段をオンさせて複数の前記電池列を前記第1抵抗手段を介して電気的に接続し、前記電池列間の最大電圧差が前記第1閾値よりも小さい値に設定されている第3閾値以下である場合に、各前記電池列の端子電圧によって決定される基準端子電圧よりも端子電圧の高い電池列の前記第3スイッチング手段をオンして、該電池列における各前記二次電池と各前記第2抵抗手段とを接続し、前記電池列間の最大電圧差が前記第3閾値よりも小さい値に設定されている第2閾値以下である場合に、前記第2スイッチング手段および前記第3スイッチング手段をオフする蓄電装置を提供する。
第1抵抗を介した電圧均等化により、電池列間の電圧差が徐々に小さくなり、電池列間の最大電圧差が第1閾値よりも小さい第3閾値以下となると、次に、各電池列の端子電圧によって決定される基準端子電圧よりも端子電圧の高い電池列の第3スイッチング手段をオンして、端子電圧の高い電池列における各二次電池と各第2抵抗手段とを接続して、二次電池の放電を行う。これにより、端子電圧の高い電池列における放電を促進させることができ、端子電圧の低い電池列との電圧差を短時間で小さくすることが可能となる。
そして、各電池列間の最大電圧差が第3閾値よりも小さい第2閾値以下となると、各電池列間の端子電圧が略等しくなったと判断して、第2スイッチング手段および第3スイッチング手段をオフすることにより、電圧均等化が終了される。このように、第1抵抗手段と第2抵抗手段とを用いて電圧均等化を行うことにより、電圧均等化に要する時間を短縮することができる。
特に、第1抵抗手段のみを用いて電圧均等化を行う場合には、充電された電力は電池列間でやり取りするだけであるため電力損失は小さいが、各電池列間の電圧差が小さくなってくると電池列間で流れる電流が小さくなり、電圧が均等化するまでに時間がかかる。このように、最初は電力損失が小さい第1抵抗手段で均等化を行い、第1抵抗手段のみでは電池列間を流れる電流が小さくなる領域で、電力損失は増えるが均等化速度が速い第2抵抗手段を用いた二次電池の放電を行うことにより、効果的に電圧を均等化させることが可能となる。
更に、第1スイッチング手段または二次電池の許容電流値によって決定される第1閾値および第1閾値よりも小さい第2閾値に基づいて電圧均等化の開始および終了を判断するので、第1スイッチング手段がオンされた場合に、二次電池や第1スイッチング手段に流れる電流を許容電流値よりも確実に小さくすることができ、これらの素子の損傷を回避することができる。
更に、システムの停止後に電圧均等化を行うことにより、システムの起動時における電圧均等化の処理を不要あるいは実施してもその時間を短くすることができる。また、各電池列を第1抵抗手段を介して接続するという簡素な構成とすることにより、装置の小型化などを図ることが可能となる。
以下、本発明の第1実施形態に係る蓄電装置および蓄電装置の電圧均等化方法について、図面を参照して説明する。
BMU1、BMU2、BMU3は、例えば、マイクロコントローラであり、互いに通信が可能な構成とされている。BMU1、BMU2、BMU3は、対応する電池列11、12、13の端子電圧をCMUからの情報に基づいて計算し、計算した電池列11、12、13の端子電圧の情報を互いにやり取りする。これにより、各BMU1、BMU2、BMU3は、電池列間に生じている電圧差を把握することができる。
BMU1、BMU2、BMU3はCMUから受信した情報に基づいて、対応する電池列11、12、13の端子電圧を計算し、その情報を互いにやり取りする。これにより、BMU1、BMU2、BMU3は、電池列11、12、13の端子電圧を把握することができる。
次に、本発明の第2実施形態に係る蓄電装置および蓄電装置の電圧均等化方法について、上述した第1実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
まず、上述した第1実施形態と同様に、システムの停止時において各列電池の情報がBMU間で行われ、電池列間の最大電圧差が第1閾値以上であった場合に、第2スイッチング素子27をオンさせるためのオン制御信号が出力される。これにより、第2スイッチング素子27がオン状態とされ、電池列11、12、13が第1抵抗24、25、26を介して電気的に接続されて、端子電圧が高い電池列から端子電圧が低い電池列に向けて電流が流れ、電池列間の電圧差が低減される。
これにより、スイッチング素子27および全てのスイッチング素子42がオフされ、電圧均等化処理が終了する。
次に、本発明の第3実施形態に係る蓄電装置および蓄電装置の電圧均等化方法について説明する。
本実施形態では、図1に示したスイッチング素子27による電圧均等化処理を行わずに、第2実施形態で説明したセルバランス回路50のみを用いて電池列間の電圧差を低減させる。具体的には、システムの停止時において、BMU1、BMU2、BMU3が電池列の端子電圧の情報をやり取りし、電池列間の最大電圧差が上記第1閾値以上であった場合には、電圧均等化処理が必要であると判断して、上述した第2実施形態と同様の手法により、放電対象の電池列を決定する。
2 バッテリユニット
3 電圧均等化回路
10 負荷
11、12、13 電池列
21、22、23 コンタクタ
24,25,26 第1抵抗
27 スイッチング素子
40 二次電池(セル)
41 第2抵抗
42 スイッチング素子
50 セルバランス回路
Claims (5)
- 負荷を有するシステムに適用され、前記負荷に対して電力を供給する蓄電装置であって、
複数の二次電池を直列に接続した電池列を複数個並列に接続してなるバッテリユニットと、
前記電池列間の電圧差を低減させる電圧均等化手段と、
各前記電池列と前記負荷との間に設けられた第1スイッチング手段と
を有し、
前記電圧均等化手段は、
各前記電池列に接続する第1抵抗手段と、
前記電池列を前記第1抵抗手段を介して電気的に接続および切断する第2スイッチング手段と、
各前記二次電池にそれぞれ対応して設けられた複数の第2抵抗手段と、
各前記二次電池と各前記第2抵抗手段とを電気的に接続及び切断する複数の第3スイッチング手段と、
前記第2スイッチング手段及び前記第3スイッチング手段を制御する制御手段と
を有し、
前記制御手段は、前記システムが停止した後に、
前記電池列間の最大電圧差が前記第1スイッチング手段または前記二次電池の許容電流値によって決定される第1閾値以上である場合に、前記第2スイッチング手段をオンさせて複数の前記電池列を前記第1抵抗手段を介して電気的に接続し、
前記電池列間の最大電圧差が前記第1閾値よりも小さい値に設定されている第3閾値以下である場合に、各前記電池列の端子電圧によって決定される基準端子電圧よりも端子電圧の高い電池列の前記第3スイッチング手段をオンして、該電池列における各前記二次電池と各前記第2抵抗手段とを接続し、
前記電池列間の最大電圧差が前記第3閾値よりも小さい値に設定されている第2閾値以下である場合に、前記第2スイッチング手段および前記第3スイッチング手段をオフする蓄電装置。 - 負荷を有するシステムに適用され、前記負荷に対して電力を供給する蓄電装置であって、
複数の二次電池を直列に接続した電池列を複数個並列に接続してなるバッテリユニットと、
前記電池列間の電圧差を低減させる電圧均等化手段と、
各前記電池列と前記負荷との間に設けられた第1スイッチング手段と
を有し、
前記電圧均等化手段は、
各前記二次電池にそれぞれ対応して設けられた複数の第2抵抗手段と、
各前記二次電池と各前記第2抵抗手段とを電気的に接続及び切断する複数の第3スイッチング手段と、
前記第3スイッチング手段を制御する制御手段と
を有し、
前記システムが停止した後に、各前記電池列の端子電圧によって決定される基準端子電圧よりも端子電圧の高い電池列を放電対象とし、該放電対象の電池列の前記第3スイッチング手段をオンすることにより、前記電池列間の電圧差を低減させる蓄電装置。 - 前記制御手段は、前記電池列間の最大電圧差が前記第1スイッチング手段または前記二次電池の許容電流値によって決定される第1閾値以上である場合に、前記放電対象の電池列の前記第3スイッチング手段をオンさせ、
前記電池列間の最大電圧差が前記第1閾値よりも小さい値に設定される第2閾値以下となった場合に、前記第3スイッチング手段をオフさせる請求項2に記載の蓄電装置。 - 複数の二次電池を直列に接続した電池列を複数個並列に接続してなり、システムの負荷に対して電力を供給するバッテリユニットと、各前記電池列と前記負荷との間に設けられた第1スイッチング手段とを有する蓄電装置の電圧均等化方法であって、
各前記電池列にそれぞれ対応して第1抵抗手段を設けるとともに、複数の前記電池列を前記第1抵抗手段を介して電気的に接続および切断する第2スイッチング手段を設け、
各前記二次電池にそれぞれ対応して第2抵抗手段を設けるとともに、各前記二次電池と各前記第2抵抗手段とを電気的に接続及び切断する複数の第3スイッチング手段を設け、
前記システムが停止した後に、
前記電池列間の最大電圧差が前記第1スイッチング手段または前記二次電池の許容電流値によって決定される第1閾値以上である場合に、前記第2スイッチング手段をオンさせて複数の前記電池列を前記第1抵抗手段を介して電気的に接続し、
前記電池列間の最大電圧差が前記第1閾値よりも小さい値に設定されている第3閾値以下となった場合に、各前記電池列の端子電圧によって決定される基準端子電圧よりも端子電圧の高い電池列の前記第3スイッチング手段をオンして、該電池列における各前記二次電池と各前記第2抵抗手段とを接続し、
前記電池列間の最大電圧差が前記第3閾値よりも小さい値に設定されている第2閾値以下となった場合に、前記第2スイッチング手段および前記第3スイッチング手段をオフすることにより、前記電池列間の電圧差を低減させる蓄電装置の電圧均等化方法。 - 複数の二次電池を直列に接続した電池列を複数個並列に接続してなり、システムの負荷に対して電力を供給するバッテリユニットと、各前記電池列と前記負荷との間に設けられた第1スイッチング手段とを有する蓄電装置の電圧均等化方法であって、
各前記二次電池にそれぞれ対応して第2抵抗手段を設けるとともに、各前記二次電池と各前記第2抵抗手段とを電気的に接続及び切断する第3スイッチング手段を設け、
前記システムが停止した後に、各前記電池列の端子電圧によって決定される基準端子電圧よりも端子電圧の高い電池列を放電対象とし、該放電対象の電池列の前記第3スイッチング手段をオンすることにより、前記電池列間の電圧差を低減させる蓄電装置の電圧均等化方法。
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