JP6583034B2 - Power storage device and battery module control method - Google Patents
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Description
本発明は、蓄電装置及び電池モジュールの制御方法に関する。 The present invention relates to a power storage device and a battery module control method.
電池モジュールに含まれる複数の電池セルは拘束部材によって拘束される。電池セルが劣化により膨張した場合に拘束部材の拘束によって電池モジュールにかかる拘束荷重が拘束荷重限界を超えるか否かの判定は、例えば、以下の方法により判定される。すなわち、電池モジュールに含まれる各電池セルは平均的に劣化するものと仮定して、最も劣化が進んだ電池セルの劣化状態が劣化閾値を超えるか否かによって、電池モジュールの拘束荷重が拘束荷重限界を超えるか否かが判定される。 The plurality of battery cells included in the battery module are restrained by a restraining member. For example, the following method is used to determine whether or not the restraint load applied to the battery module due to restraint of the restraint member exceeds the restraint load limit when the battery cell expands due to deterioration. That is, assuming that each battery cell included in the battery module deteriorates on average, the restraint load of the battery module depends on whether or not the deterioration state of the battery cell that has progressed most exceeds the deterioration threshold. It is determined whether the limit is exceeded.
なお、関連する技術として特許文献1〜3に記載の技術が知られている。 In addition, the technique of patent documents 1-3 is known as a related technique.
しかしながら、上述のような判定方法では、各電池セルの劣化状態にばらつきがある場合には、電池モジュールの拘束荷重が拘束荷重限界を実際には超えないにも拘らず超えると判定される可能性がある。この結果、電池モジュールの使用が不必要に停止される可能性がある。 However, in the above-described determination method, if there is variation in the deterioration state of each battery cell, it may be determined that the restraint load of the battery module does not actually exceed the restraint load limit but exceeds it. There is. As a result, use of the battery module may be stopped unnecessarily.
本発明の一側面に係る目的は、複数の電池セルの劣化状態にばらつきがあったとしても、電池モジュールの拘束荷重が拘束荷重限界を超えるか否かを精度よく判定することで電池モジュールの使用を適切に制御する蓄電装置を提供することである。 An object according to one aspect of the present invention is to use a battery module by accurately determining whether or not the restraint load of the battery module exceeds the restraint load limit even if the deterioration states of the plurality of battery cells vary. It is providing the electrical storage apparatus which controls appropriately.
本発明に係る一つの形態である蓄電装置は、複数の電池セル、記憶部、取得部、算出部、判定部、及び制限部を含む。
記憶部はセル劣化状態・セル膨張量対応マップを記憶する。取得部は前記複数の電池セルの劣化状態を夫々取得する。算出部は、前記セル劣化状態・セル膨張量対応マップから、前記複数の電池セルの劣化状態に対応するセル膨張量を夫々取得し、取得された前記セル膨張量の和から、前記複数の電池セルから構成される電池モジュールのモジュール膨張量を算出する。
A power storage device according to one aspect of the present invention includes a plurality of battery cells, a storage unit, an acquisition unit, a calculation unit, a determination unit, and a restriction unit.
The storage unit stores a cell deterioration state / cell expansion amount correspondence map. The acquisition unit acquires the deterioration states of the plurality of battery cells. The calculation unit acquires cell expansion amounts corresponding to the deterioration states of the plurality of battery cells from the cell deterioration state / cell expansion amount correspondence map, and calculates the plurality of batteries from the sum of the acquired cell expansion amounts. The module expansion amount of the battery module composed of cells is calculated.
判定部は、前記モジュール膨張量がモジュール膨張閾値を超えるか否かを判定する。制限部は、前記モジュール膨張量が前記モジュール膨張閾値を超える場合に、前記複数の電池セルに入出力する電流を制限する。 The determination unit determines whether or not the module expansion amount exceeds a module expansion threshold. The restriction unit restricts currents input to and output from the plurality of battery cells when the module expansion amount exceeds the module expansion threshold.
一実施形態に従った蓄電装置によれば、電池モジュールに含まれる複数の電池セルの劣化状態にばらつきがあったとしても、電池モジュールの拘束荷重が拘束荷重限界を超えるか否かを精度よく判定することで電池モジュールの使用を適切に制御できる。 According to the power storage device according to the embodiment, even if there is variation in the deterioration state of the plurality of battery cells included in the battery module, it is accurately determined whether or not the restraint load of the battery module exceeds the restraint load limit. By doing so, it is possible to appropriately control the use of the battery module.
以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図1は、実施形態に従った蓄電装置の構成例を示す図である。図1に示す一例では、蓄電装置1は、電池モジュール11、電池制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)12、スイッチ13、電圧センサ14、電流センサ15、温度センサ16、及び接続コネクタ17を含む。
Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a power storage device according to the embodiment. In the example illustrated in FIG. 1, the
電池モジュール11は、複数の電池セル111−1〜111−N(Nは2以上の整数)を含む。複数の電池セル111−1〜111−Nは、互いに同じ種類及び構造を有してもよく、直列に接続される。図2は、実施形態に従った蓄電装置に含まれる電池モジュールの構成例の概略図である。図2に示す構成例では、電池モジュール11は、5つ(N=5)の電池セル111−1〜111−5を含む。電池セル111−1〜111−5は、1対のエンドプレート112により挟まれる。そして、エンドプレート112の4隅を夫々貫通する通しボルト113とナット114とによりエンドプレート112間が締め付けられることで、電池セル111−1〜111−5はエンドプレート112間に拘束される。エンドプレート112、通しボルト113、及びナット114は拘束部材の一例である。電池モジュール11には、電池セル111−1〜111−5の並設方向、すなわち、1対のエンドプレート112が対峙する方向に拘束荷重がかかる。
The
なお、図1に示す一例では1つの電池モジュール11が蓄電装置1に含まれているが、複数の電池モジュール11が蓄電装置1に含まれてもよい。
電池制御ユニット12は、例えば、CPU(Central Processing Unit)といったプロセッサ、FPGA(Field Programmable Gate Array)、又はPLD(Programmable Logic Device)である。電池制御ユニット12は、記憶部121、取得部122、算出部123、判定部124、及び制限部125を含む。
In the example illustrated in FIG. 1, one
The
電池制御ユニット12は、電池モジュール11の状態を監視し、蓄電装置1全体の動作を制御する。また、電池制御ユニット12は、例えば、以下の説明のように動作する。図3は、実施形態に従った蓄電装置が実行する電池モジュールの制御方法の第1例のフロー図である。図3に示すような制御方法は任意のタイミング(例えば、所定の時間間隔)で繰り返し実行されてよい。
The
記憶部121はセル劣化状態・セル膨張量対応マップを予め記憶する。例えば、複数の電池セル111−1〜111−Nは互いに同じ種類及び構造を有してもよく、そうした電池セルの劣化状態(セル劣化状態)と膨張量(セル膨張量)との対応関係を示すマップが記憶部121に記憶される。セル劣化状態とセル膨張量との対応関係は、例えば、電池セル111−1〜111−Nと同じ種類及び構造を有する電池セルを用いた事前の実験等により取得される。
The
取得部122は複数の電池セル111−1〜111−Nの劣化状態を夫々取得する(ステップS11)。劣化状態は、電池セル111−1〜111−N夫々の満充電容量に基づき取得されてもよい。また、劣化状態は、電池セル111−1〜111−N夫々の内部抵抗値に基づき取得されてもよい。満充電容量或いは内部抵抗値は、例えば、電圧センサ14(14−1〜14−N)により測定された電圧値、電流センサ15により測定された電流値、及び温度センサ16により測定された温度を用いて検出可能である。
The
算出部123は、記憶部121に記憶されたセル劣化状態・セル膨張量対応マップから、複数の電池セル111−1〜111−Nの劣化状態に対応するセル膨張量を夫々取得する(ステップS12)。そして、算出部123は、取得されたセル膨張量の和からモジュール膨張量を算出する(ステップS13)。モジュール膨張量は、複数の電池セル111−1〜111−Nから構成される電池モジュール11の膨張量である。
The calculating
判定部124は、算出されたモジュール膨張量がモジュール膨張閾値を超えるか否かを判定する(ステップS14)。モジュール膨張閾値は、電池モジュール11が故障又は破損しないために許容される電池モジュール11の膨張限界値であり、電池モジュール11の拘束荷重限界に対応する。モジュール膨張閾値は、例えば、電池モジュール11と同じ種類及び構造を有する電池モジュールを用いた事前の実験等により取得され、判定部124に予め保持される。
The
モジュール膨張量がモジュール膨張閾値を超える場合(ステップS14で“YES”)、制限部125は、電池モジュール11の使用を制限又は停止するために、複数の電池セル111−1〜111−Nに入出力する電流を制限する(ステップS16)。具体的には、例えば、制限部125は、複数の電池セル111−1〜111−Nを電力線Lp1及びLp2を介して負荷2と接続するスイッチ13をオフにすることで、複数の電池セル111−1〜111−Nに入出力する電流を停止する。また、例えば、制限部125は、電力の使用制限を通信線Lcを介して負荷2に通知することで、複数の電池セル111−1〜111−Nに入出力する電流を制限する。スイッチ13は、例えば、リレーであり、電圧線としての電力線Lp1上に設置される。負荷2は、例えば、ハイブリッドカー、電気自動車、及び電動フォークリフト等である。負荷2は、蓄電装置1側の接続コネクタ17及び負荷2側の接続コネクタ21を介して接続される。なお、負荷2に代わって、充電装置(図示せず)が蓄電装置1に接続されてもよい。
When the module expansion amount exceeds the module expansion threshold (“YES” in step S14), the limiting
このように、電池モジュール11のモジュール膨張量は、複数の電池セル111−1〜111−Nの夫々の劣化状態を基にして算出される。そして、算出されたモジュール膨張量が、電池モジュール11の拘束荷重限界に対応するモジュール膨張閾値を超えるか否かが判定される。したがって、実施形態に従った蓄電装置によれば、複数の電池セルの劣化状態にばらつきがあったとしても、電池モジュールの拘束荷重が拘束荷重限界を超えるか否かを精度よく判定でき、電池モジュールの使用を適切に制御できる。
Thus, the module expansion amount of the
モジュール膨張量がモジュール膨張閾値を超えない場合(ステップS14で“NO”)、判定部124は、ステップS12で取得されたセル膨張量の中で最大のセル膨張量がセル膨張許容値を超えるか否かを更に判定する(ステップS15)。セル膨張許容値は、膨張により当該電池セル又は隣接する電池セルが故障又は破損しないために各電池セルに許容される膨張限界値である。セル膨張許容値は、電池セル111−1〜111−Nと同じ種類及び構造を有する電池セルを用いた事前の実験等により取得され、判定部124に予め保持される。
When the module expansion amount does not exceed the module expansion threshold (“NO” in step S14), the
最大のセル膨張量がセル膨張許容値を超える場合(ステップS15で“YES”)、制限部125は、電池モジュール11の使用を制限又は停止するために、複数の電池セル111−1〜111−Nに入出力する電流を制限する(ステップS16)。電流の制限方法の具体例は前述した。
When the maximum cell expansion amount exceeds the cell expansion allowable value (“YES” in step S15), the limiting
このように、電池モジュール11の拘束荷重が拘束荷重限界を超えなくても、電池モジュール11に含まれる少なくとも1つの電池セルの膨張量がセル膨張許容値を超える場合には電池モジュール11の使用が制限される。したがって、実施形態に従った蓄電装置によれば、複数の電池セルの劣化状態にばらつきがあったとしても、電池モジュールの使用を適切に制御できる。
As described above, even when the restraining load of the
なお、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
例えば、ステップS12において算出部123は次のような処理を行ってもよい。すなわち、ステップS11で取得される電池セル111−1〜111−N夫々の劣化状態は、検出された満充電容量又は内部抵抗値を基づく予測(推測)値であり、実際の劣化状態に対して誤差が含まれ得る。そこで、ステップS12において、算出部123は、電池セルの劣化状態の予測精度に基づき予め設定された所定の誤差(例えば、3〜5%)をステップS11で取得された劣化状態に夫々加算してもよい。具体的には、例えば、算出部123は、取得された劣化状態にプラス側の誤差を夫々加算し、取得された劣化状態にマイナス側の誤差を夫々加算する。算出部123は、プラス側の誤差が加算された劣化状態に対応するセル膨張量を夫々取得する。また、算出部123は、マイナス側の誤差が加算された劣化状態に対応するセル膨張量を夫々取得する。算出部123は、各電池セルについて取得された2つのセル膨張量の内、値が大きいセル膨張量を夫々選択する。こうした処理を行えば、電池モジュールの拘束荷重が拘束荷重限界を超えるか否かをより精度よく判定できる。
In addition, this invention is not limited to the above embodiment, A various improvement and change are possible within the range which does not deviate from the summary of this invention.
For example, in step S12, the
また、電池制御ユニット12は、図3に示した制御方法に代えて図4に示すような制御方法を実行してもよい。実施形態に従った電池モジュールの制御方法の第2例のフロー図である。図4に示すような制御方法は任意のタイミング(例えば、所定の時間間隔)で繰り返し実行されてよい。
Further, the
記憶部121はモジュール膨張量・拘束荷重対応マップを予め更に記憶する。モジュール膨張量・拘束荷重対応マップは、モジュール膨張量と電池モジュール11にかかる拘束荷重との対応関係を示すマップである。モジュール膨張量と拘束荷重との対応関係は、例えば、電池モジュール11と同じ種類及び構造を有する電池モジュールを用いた事前の実験等により取得される。
The
ステップS21〜ステップS23において、ステップS11〜ステップS13の上述した処理と同じ処理が行われてよい。ステップS24において、算出部123は、記憶部121に記憶されたモジュール膨張量・拘束荷重対応マップから、ステップS23で算出されたモジュール膨張量に対応する拘束荷重を更に取得する。
In steps S21 to S23, the same processes as those described above in steps S11 to S13 may be performed. In step S24, the
判定部124は、取得された拘束荷重が拘束荷重閾値を超えるか否かを判定する(ステップS25)。拘束荷重閾値は、電池モジュール11が故障又は破損しないために許容される電池モジュール11の拘束荷重限界値である。拘束荷重閾値は、例えば、電池モジュール11と同じ種類及び構造を有する電池モジュールを用いた事前の実験等により取得され、判定部124に予め保持される。
The
取得された拘束荷重が拘束荷重閾値を超える場合(ステップS25で“YES”)、制限部125は、電池モジュール11の使用を制限又は停止するために、複数の電池セル111−1〜111−Nに入出力する電流を制限する(ステップS27)。電流の制限方法の具体例はステップS16に関して前述した。
When the acquired restraint load exceeds the restraint load threshold (“YES” in step S25), the
取得された拘束荷重が拘束荷重閾値を超えない場合(ステップS25で“NO”)、判定部124は、ステップS22で取得されたセル膨張量の中で最大のセル膨張量がセル膨張許容値を超えるか否かを更に判定する(ステップS26)。最大のセル膨張量がセル膨張許容値を超える場合(ステップS26で“YES”)、制限部125は、電池モジュール11の使用を制限又は停止するために、複数の電池セル111−1〜111−Nに入出力する電流を制限する(ステップS27)。電流の制限方法の具体例はステップS16に関して前述した。
When the acquired restraint load does not exceed the restraint load threshold (“NO” in step S25), the
図4に示したような制御方法の第2例によっても図3を参照しながら前述した制御方法の第1例と同様の効果が得られる。 The effect similar to that of the first example of the control method described above with reference to FIG. 3 can be obtained by the second example of the control method as shown in FIG.
1 蓄電装置
11 電池モジュール
111−1〜111−N 電池セル
112 エンドプレート
113 通しボルト
114 ナット
12 電池制御ユニット
121 記憶部
122 取得部
123 算出部
124 判定部
125 制限部
13 スイッチ
14(14−1〜14−N) 電圧センサ
15 電流センサ
16 温度センサ
17 接続コネクタ
2 負荷
21 接続コネクタ
Lc 通信線
Lp1、Lp2 電力線
DESCRIPTION OF
Claims (5)
セル劣化状態・セル膨張量対応マップを記憶する記憶部と、
前記複数の電池セルの劣化状態を夫々取得する取得部と、
前記セル劣化状態・セル膨張量対応マップから、前記複数の電池セルの劣化状態に対応するセル膨張量を夫々取得し、取得された前記セル膨張量の和から、前記複数の電池セルから構成される電池モジュールのモジュール膨張量を算出する算出部と、
前記モジュール膨張量がモジュール膨張閾値を超えるか否かを判定する判定部と、
前記モジュール膨張量が前記モジュール膨張閾値を超える場合に、前記複数の電池セルに入出力する電流を制限する制限部と
を含む蓄電装置。 A plurality of battery cells;
A storage unit for storing a cell degradation state / cell expansion amount correspondence map;
An acquisition unit that acquires the deterioration states of the plurality of battery cells, respectively.
Each cell expansion amount corresponding to the deterioration state of the plurality of battery cells is acquired from the cell deterioration state / cell expansion amount correspondence map, and the plurality of battery cells are configured from the obtained sum of the cell expansion amounts. A calculation unit for calculating a module expansion amount of the battery module,
A determination unit for determining whether or not the module expansion amount exceeds a module expansion threshold;
A power storage device comprising: a limiting unit that limits currents input to and output from the plurality of battery cells when the module expansion amount exceeds the module expansion threshold.
前記記憶部は、モジュール膨張量・拘束荷重対応マップを更に記憶し、
前記算出部は、前記モジュール膨張量・拘束荷重対応マップから、前記モジュール膨張量に対応する拘束荷重を更に取得し、
前記判定部は、前記モジュール膨張量が前記モジュール膨張閾値を超えるか否かを判定する代わりに、前記拘束荷重が拘束荷重閾値を超えるか否かを判定し、
前記制限部は、前記モジュール膨張量が前記モジュール膨張閾値を超える場合に前記電流を制限する代わりに、前記拘束荷重が前記拘束荷重閾値を超える場合に前記電流を制限する
蓄電装置。 The power storage device according to claim 1,
The storage unit further stores a module expansion amount / restraint load correspondence map,
The calculation unit further obtains a constraint load corresponding to the module expansion amount from the module expansion amount / constraint load correspondence map,
Instead of determining whether the module expansion amount exceeds the module expansion threshold, the determination unit determines whether the constraint load exceeds a constraint load threshold,
The limiting unit is a power storage device that limits the current when the constraint load exceeds the constraint load threshold instead of limiting the current when the module expansion amount exceeds the module expansion threshold.
前記判定部は、取得された前記セル膨張量の中で最大のセル膨張量がセル膨張許容値を超えるか否かを更に判定し、
前記制限部は、前記最大のセル膨張量が前記セル膨張許容値を超える場合に前記電流を制限する
蓄電装置。 The power storage device according to claim 1 or 2,
The determination unit further determines whether or not the maximum cell expansion amount among the acquired cell expansion amounts exceeds a cell expansion allowable value,
The limiting unit is a power storage device that limits the current when the maximum cell expansion amount exceeds the cell expansion allowable value.
前記算出部は、電池セルの劣化状態の予測精度に基づき設定された誤差を、取得された前記劣化状態に夫々加算する
蓄電装置。 The power storage device according to any one of claims 1 to 3,
The said calculating part is an electrical storage apparatus which adds the error set based on the prediction accuracy of the degradation state of a battery cell to the acquired said degradation state, respectively.
セル劣化状態・セル膨張量対応マップから、前記複数の電池セルの劣化状態に対応するセル膨張量を夫々取得し、
取得された前記セル膨張量の和から、前記複数の電池セルから構成される電池モジュールのモジュール膨張量を算出し、
前記モジュール膨張量がモジュール膨張閾値を超えるか否かを判定し、
前記モジュール膨張量が前記モジュール膨張閾値を超える場合に、前記複数の電池セルに入出力する電流を制限すること
を含む、蓄電装置が実行する電池モジュールの制御方法。 Obtain the degradation status of multiple battery cells,
From the cell deterioration state / cell expansion amount correspondence map, cell expansion amounts corresponding to the deterioration states of the plurality of battery cells are obtained,
From the obtained sum of the cell expansion amount, the module expansion amount of the battery module composed of the plurality of battery cells is calculated,
Determining whether the module expansion amount exceeds a module expansion threshold;
A battery module control method executed by a power storage device, comprising: limiting currents input to and output from the plurality of battery cells when the module expansion amount exceeds the module expansion threshold.
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