JP6601334B2 - Power supply control device and power supply system - Google Patents
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Description
本発明は、複数の蓄電手段を備える電源システムに適用される電源制御装置、及び電源システムに関するものである。 The present invention relates to a power supply control device applied to a power supply system including a plurality of power storage means, and a power supply system.
従来、複数の蓄電池を備える電源装置において、エンジン運転状態に応じて、複数の蓄電池を並列接続した状態と直列接続した状態とを切り替えるようにした技術が知られている(例えば特許文献1参照)。具体的には、エンジン自動始動システムにおいて、エンジン運転中は、接続切替手段としてのリレーにより各蓄電池を並列接続の状態にして、発電機により各蓄電池を充電する。また、エンジン自動停止後の再始動時には、リレーにより各蓄電池を直列接続の状態に切り替え、始動機への給電を実施する。そして上記構成により、エンジン始動を円滑にし、かつ蓄電池が劣化することを抑制することができるとしていた。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a power supply device including a plurality of storage batteries, a technique is known that switches between a state in which a plurality of storage batteries are connected in parallel and a state in which they are connected in series according to the engine operating state (see, for example, Patent Document 1). . Specifically, in the engine automatic start system, during engine operation, each storage battery is connected in parallel by a relay as a connection switching means, and each storage battery is charged by a generator. Moreover, at the time of restart after an engine automatic stop, each storage battery is switched to the state of a serial connection by a relay, and electric power feeding to a starter is implemented. According to the above configuration, the engine can be started smoothly and the storage battery can be prevented from deteriorating.
しかしながら、上記のように複数の蓄電池の並列接続と直列接続との切り替えを可能にするシステムでは、複数の蓄電池に通じる各通電経路上にそれぞれリレーやスイッチ等の接続切替手段が設けられていること、直列/並列状態で通電経路上のリレーやスイッチ等の個数に違いが生じることにより、各蓄電池で通電経路の抵抗値に違いが生じる。そのため、複数の蓄電池に流れる充放電電流に差違が生じ、結果として各蓄電池で電気残容量(SOC)にばらつきが生じる。そして、各蓄電池でSOCばらつきが生じると、充電時には高SOCの蓄電池により充電が制約される一方、放電時には低SOCの蓄電池により放電が制約されることになり、各蓄電池の使用領域を十分に活用することができないといった不都合を招来する。 However, in the system that enables switching between parallel connection and series connection of a plurality of storage batteries as described above, connection switching means such as a relay and a switch are provided on each energization path leading to the plurality of storage batteries. The difference in the number of relays and switches on the energization path in the series / parallel state causes a difference in the resistance value of the energization path in each storage battery. Therefore, a difference arises in the charging / discharging current which flows through a some storage battery, and dispersion | variation arises in an electrical residual capacity (SOC) in each storage battery as a result. And when SOC variation occurs in each storage battery, charging is restricted by a high SOC storage battery during charging, while discharging is restricted by a low SOC storage battery during discharging, and the usage area of each storage battery is fully utilized. Inconvenience that can not be done.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、各蓄電手段での容量ばらつきを抑制し、ひいては各蓄電手段において適正な充放電を行わせることができる電源制御装置、及び電源システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its main purpose is to suppress a variation in capacity in each power storage means, and thus to perform appropriate charge / discharge in each power storage means, And providing a power supply system.
本発明の電源制御装置は、複数の蓄電手段(12,13)と、前記各蓄電手段に通じる電気経路に設けられた複数のスイッチ手段(21〜25)を含み、前記複数の蓄電手段について互いに並列接続された並列状態と互いに直列接続された直列状態とを切り替える切替部と、を備える電源システムに適用される。そして、電源制御装置は、前記複数の蓄電手段の電気残容量をそれぞれ取得する容量取得部と、前記複数の蓄電手段が並列状態である場合に、前記容量取得部により取得した各蓄電手段の電気残容量に基づいて、前記各蓄電手段に通じる電気経路に存在している抵抗可変部の抵抗値を調整して前記蓄電手段ごとに充放電電流を制御する電流制御部と、を備えることを特徴とする。 The power supply control device of the present invention includes a plurality of power storage means (12, 13) and a plurality of switch means (21 to 25) provided in an electrical path leading to each of the power storage means. The present invention is applied to a power supply system including a switching unit that switches between a parallel state connected in parallel and a serial state connected in series with each other. The power supply control device includes a capacity acquisition unit that acquires the remaining electric capacity of each of the plurality of power storage units, and an electric power of each power storage unit acquired by the capacity acquisition unit when the plurality of power storage units are in a parallel state. A current control unit that controls a charge / discharge current for each power storage unit by adjusting a resistance value of a resistance variable unit existing in an electrical path leading to each power storage unit based on a remaining capacity. And
複数の蓄電手段を備え、複数のスイッチ手段のオンオフにより各蓄電手段の並列接続と直列接続との切り替えを可能とする電源システムでは、蓄電手段間のSOC(電気残容量)のばらつきが問題になると考えられる。この点、上記構成では、複数の蓄電手段が並列状態である場合に、各蓄電手段の電気残容量に基づいて、各蓄電手段に通じる電気経路に存在している抵抗可変部の抵抗値を調整して蓄電手段ごとに充放電電流を制御するようにした。この場合、蓄電手段ごとに充放電電流の大きさが調整され、各蓄電手段の電気残容量の合わせ込みが可能となる。その結果、各蓄電手段での容量ばらつきを抑制し、ひいては各蓄電手段において適正な充放電を行わせることができる。 In a power supply system that includes a plurality of power storage means and enables switching between parallel connection and series connection of each power storage means by turning on and off the plurality of switch means, variation in SOC (remaining electric capacity) between the power storage means becomes a problem. Conceivable. In this regard, in the above configuration, when a plurality of power storage units are in a parallel state, the resistance value of the resistance variable unit existing in the electrical path leading to each power storage unit is adjusted based on the remaining electric capacity of each power storage unit. Thus, the charge / discharge current is controlled for each power storage means. In this case, the magnitude of the charge / discharge current is adjusted for each power storage means, and the remaining electric capacity of each power storage means can be adjusted. As a result, it is possible to suppress variation in capacity among the respective power storage means, and to appropriately charge / discharge each power storage means.
なお、複数の蓄電手段(例えばリチウムイオン蓄電池)の直並列の切り替えが行われる構成としては、直並列切り替え可能な2つ以上の蓄電手段を有する構成であればよく、例えば3つ以上の蓄電手段を備える電源システムにおいて、そのうち少なくとも2つの蓄電手段について直並列の切り替えが行われる構成も含まれる。 Note that a configuration in which a plurality of power storage units (for example, lithium ion storage batteries) are switched in series-parallel may be any configuration having two or more power storage units that can be switched in series-parallel, for example, three or more power storage units. In the power supply system including the above, a configuration in which series-parallel switching is performed for at least two of the power storage units is also included.
蓄電手段の電気残容量は、蓄電手段に蓄積可能な全電気容量のうち残存している電気量を示すものであってもよいし、蓄電手段において検出誤差や冗長使用領域、劣化用マージン等を除いた使用可能領域のうち残存している電気量を示すものであってもよい。 The remaining electrical capacity of the power storage means may indicate the amount of electricity remaining in the total electrical capacity that can be stored in the power storage means, and may include detection errors, redundant use areas, deterioration margins, etc. in the power storage means. It may indicate the amount of electricity remaining in the excluded usable area.
(第1実施形態)
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、エンジン(内燃機関)を駆動源として走行する車両において当該車両の各種機器に電力を供給する車載電源装置を具体化するものとしている。また、本電源システムは、蓄電装置として、鉛蓄電池を有してなる第1蓄電装置と、複数のリチウムイオン蓄電池を有してなる第2蓄電装置とを備える、いわゆる2電源システムとなっている。
(First embodiment)
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments embodying the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present embodiment, an in-vehicle power supply device that supplies electric power to various devices of the vehicle in a vehicle that runs using an engine (internal combustion engine) as a drive source is embodied. The power supply system is a so-called dual power supply system including a first power storage device having a lead storage battery and a second power storage device having a plurality of lithium ion storage batteries as the power storage device. .
図1に示すように、本電源システムは、鉛蓄電池11と2つのリチウムイオン蓄電池12,13とを有しており、各蓄電池11〜13からは各種の電気負荷14,15と回転電機16への給電が可能となっている。また、各蓄電池11〜13に対しては回転電機16による充電が可能となっている。
As shown in FIG. 1, the power supply system includes a
鉛蓄電池11は周知の汎用蓄電池である。これに対し、リチウムイオン蓄電池12,13は、鉛蓄電池11に比べて、充放電における電力損失が少なく、出力密度、及びエネルギ密度の高い高密度蓄電池である。リチウムイオン蓄電池12,13は、鉛蓄電池11に比べて充放電時のエネルギ効率が高い蓄電池であるとよい。また、リチウムイオン蓄電池12,13は、それぞれ複数の単電池を有してなる組電池として構成されている。これら各蓄電池11〜13の定格電圧はいずれも同じであり、例えば12Vである。
The
図示による詳細な説明は割愛するが、2つのリチウムイオン蓄電池12,13は、収容ケースに収容されて一体の電池ユニットUとして構成されている。電池ユニットUは、2つの出力端子P1,P2を有しており、このうち出力端子P1に鉛蓄電池11と電気負荷14とが接続され、出力端子P2に電気負荷15と回転電機16とが接続されている。
Although detailed description by illustration is omitted, the two lithium
出力端子P1に接続される電気負荷14は、鉛蓄電池11又はリチウムイオン蓄電池12,13からの12V給電に基づいて駆動される12V系負荷である。その電気負荷14には、供給電力の電圧が一定又は少なくとも所定範囲内で変動するよう安定であることが要求される定電圧要求負荷と、定電圧要求負荷以外の一般的な電気負荷とが含まれている。定電圧要求負荷は被保護負荷であって、電源失陥が許容されない負荷である。定電圧要求負荷の具体例としては、ナビゲーション装置やオーディオ装置、メータ装置、エンジンECU等の各種ECUが挙げられる。この場合、供給電力の電圧変動が抑えられることで、上記各装置において不要なリセット等が生じることが抑制され、安定動作が実現可能となっている。また、一般的な電気負荷の具体例としては、ヘッドライト等のランプ類やワイパ装置、電動ポンプが挙げられる。
The
また、電気負荷15は、例えば車両走行時において一時的に大きな駆動力が要求される、すなわち高電力要求が生じることがある高電圧系の負荷である。具体例としては、電動ステアリング装置が挙げられる。なお、出力端子P1に接続される電気負荷14が低電圧電気負荷に相当し、出力端子P2に接続される電気負荷15及び回転電機16が高電圧電気負荷に相当する。
The
回転電機16の回転軸は、図示しないエンジン出力軸に対してベルト等により駆動連結されており、エンジン出力軸の回転によって回転電機16の回転軸が回転する一方、回転電機16の回転軸の回転によってエンジン出力軸が回転する。回転電機16は、MG(Motor Generator)であり、エンジン出力軸や車軸の回転により発電(回生発電)を行う発電機能と、エンジン出力軸に回転力を付与する力行機能とを備えている。回転電機16は、一体又は別体に設けられた電力変換装置としてのインバータにより、発電時の発電電流の調整や力行駆動時のトルク調整が行われるものとなっている。回転電機16の駆動により、エンジンの始動やトルクアシストが行われる。回転電機16は、エンジン出力軸に対して動力を付加する観点から言えば電気負荷であり、しかも電気負荷14との比較で言えば高電力/高電流負荷である。
The rotating shaft of the rotating
電気負荷15と回転電機16との間にはスイッチ17が設けられており、そのスイッチ17のオンオフにより、各蓄電池11〜13や回転電機16と電気負荷15とが電気的に接続又は遮断されるようになっている。
A
次に、電池ユニットUにおける電気的構成を説明する。本実施形態では、2つのリチウムイオン蓄電池12,13について並列接続の状態と直列接続の状態との切り替えを可能としており、その点について詳しく説明する。
Next, the electrical configuration of the battery unit U will be described. In the present embodiment, the two lithium
電池ユニットUでは、出力端子P1,P2の間の電気経路L1にスイッチ21,22が直列に設けられている。なお、電気経路L1は、本システムにおいて鉛蓄電池11に対して電気負荷14,15や回転電機16が接続される通電経路の一部でもある。そして、スイッチ21,22の間の第1点N1にリチウムイオン蓄電池12の+端子(正極端子)が接続され、スイッチ22と出力端子P2との第2点N2にリチウムイオン蓄電池13の+端子が接続されている。また、各リチウムイオン蓄電池12,13の−端子(負極端子)とグランドとの間には、それぞれスイッチ23,24が設けられている。さらに、第1点N1は、リチウムイオン蓄電池13の−端子とスイッチ24との間の第3点N3に接続されており、その接続経路にスイッチ25が設けられている。スイッチ21〜25が「切替部」に相当する。
In the battery unit U, switches 21 and 22 are provided in series on the electric path L1 between the output terminals P1 and P2. The electrical path L1 is also a part of the energization path where the
上記の各スイッチ21〜25は、MOSFET、IGBT、バイポーラトランジスタ等の半導体スイッチング素子により構成されている。本実施形態では、各スイッチ21〜25がMOSFETにより構成されており、所定のゲート電圧の印加に応じてスイッチ21〜25のオンオフが切り替えられる。
Each of the
なお、図2に示すように、各スイッチ21〜25をそれぞれ2つ一組のMOSFETを有する構成とし、各一組のMOSFETの寄生ダイオードが互いに逆向きになるように直列に接続されているとよい。この互いに逆向きの寄生ダイオードによって、各スイッチ21〜25をオフ状態とした場合にそのスイッチが設けられた経路に流れる電流が完全に遮断される。ただし、各スイッチ21〜25において半導体スイッチング素子を用いた構成は任意でよく、例えばMOSFETの寄生ダイオードが互いに逆向きに配置されていない構成であってもよい。
In addition, as shown in FIG. 2, when each switch 21-25 is configured to have two sets of MOSFETs, and the parasitic diodes of each set of MOSFETs are connected in series so as to be opposite to each other, Good. The parasitic diodes that are opposite to each other completely cut off the current flowing through the path in which the
そして、これら各スイッチ21〜25のオンオフを適宜切り替えることにより、各リチウムイオン蓄電池12,13が並列接続された状態と、各リチウムイオン蓄電池12,13が直列接続された状態とが切り替えられるようになっている。
Then, by appropriately switching on and off the
図3において(a)には、各リチウムイオン蓄電池12,13を並列接続した状態を示し、(b)には各リチウムイオン蓄電池12,13を直列接続した状態を示している。図3では、理解を容易にするために、スイッチ21〜25についてオン状態のスイッチのみを示し、オフ状態のスイッチの図示を省略している。図3(a)に示された通電経路が「並列通電経路」であり、図3(b)に示された通電経路が「直列通電経路」である。なお、スイッチ17は、並列状態ではオフされ、直列状態では必要に応じてオンされるようになっている。
3A shows a state in which the lithium
図3(a)では、各スイッチ21〜25のうちスイッチ21〜24がオン、スイッチ25がオフされており、かかる状態では、リチウムイオン蓄電池12,13が並列の関係となっている。この場合、出力端子P1,P2の出力電圧はいずれも概ね12Vとなっている。並列接続状態では、P1側の電気負荷14に対して並列に鉛蓄電池11及びリチウムイオン蓄電池12,13が接続されるとともに、P2側の回転電機16に対して並列に鉛蓄電池11及びリチウムイオン蓄電池12,13が接続されている。並列接続状態では、各リチウムイオン蓄電池12,13の正極どうしを接続する経路上の中間位置(第1点N1)に電気負荷14が接続されるようになっている。
In FIG. 3A, among the
また、図3(b)では、各スイッチ21〜25のうちスイッチ21,23,25がオン、スイッチ22,24がオフされており、かかる状態では、リチウムイオン蓄電池12,13が直列の関係となっている。この場合、出力端子P1の出力電圧は概ね12V、出力端子P2の出力電圧は概ね24Vとなっている。直列接続状態では、P1側の電気負荷14に対して並列に鉛蓄電池11及びリチウムイオン蓄電池12が接続されている。また、P2側の回転電機16に対して直列にリチウムイオン蓄電池12,13が接続されている。直列接続状態では、各リチウムイオン蓄電池12,13のうち高電圧側の蓄電池13の正極側の位置(第2点N2)に回転電機16が接続されるようになっている。
Further, in FIG. 3B, among the
回転電機16は、電源電圧を12Vとする12V力行駆動と、電源電圧を24Vとする24V力行駆動とが可能になっており、リチウムイオン蓄電池12,13が並列接続された状態では回転電機16が12V駆動され、リチウムイオン蓄電池12,13が直列接続された状態では回転電機16が24V駆動される。出力端子P2に接続された電気負荷15は、リチウムイオン蓄電池12,13が直列接続された状態で24V駆動される。
The rotating
また、図1において、電池ユニットUは、電池制御手段を構成する制御部30を有している。制御部30は、電池ユニットU内の各スイッチ21〜25のオンオフ(開閉)の切り替えを実施する。この場合、制御部30は、車両の走行状態や各蓄電池11〜13の蓄電状態に基づいて、各スイッチ21〜25のオンオフを制御する。これにより、鉛蓄電池11とリチウムイオン蓄電池12,13とを選択的に用いて充放電が実施される。各蓄電池11,12の蓄電状態に基づく充放電制御について簡単に説明する。なお、図示は省略するが、各リチウムイオン蓄電池12,13には、蓄電池ごとに端子電圧を検出する電圧センサと、蓄電池ごとに通電電流を検出する電流センサとがそれぞれ設けられており、それら各センサの検出結果は制御部30に入力される。
Moreover, in FIG. 1, the battery unit U has the
制御部30は、鉛蓄電池11及びリチウムイオン蓄電池12,13の端子電圧の検出値を逐次取得するとともに、鉛蓄電池11、リチウムイオン蓄電池12,13の通電電流を逐次取得する。そして、これらの取得値に基づいて、鉛蓄電池11、リチウムイオン蓄電池12,13のOCV(開放電圧:Open Circuit Voltage)やSOC(残存容量:State Of Charge)を算出するとともに、そのOCVやSOCが所定の使用範囲内に保持されるようにリチウムイオン蓄電池12,13への充電量及び放電量を制御する。
The
また、電池ユニットUでは、車両へのメイン電源の投入後において、基本的には各リチウムイオン蓄電池12,13が並列状態とされ、出力端子P2側における負荷駆動要求や回転電機16に対する高電圧発電の要求に応じて、各リチウムイオン蓄電池12,13が直列状態に切り替えられるようになっている。この場合、制御部30は、例えば電動ステアリング装置(電気負荷15)の駆動要求や、回転電機16によるトルクアシスト要求に基づいて、リチウムイオン蓄電池12,13を一時的に並列状態から直列状態に切り替える制御を実施する。
Further, in the battery unit U, after the main power supply to the vehicle is turned on, the lithium
制御部30にはECU40が接続されている。制御部30及びECU40は、CAN等の通信ネットワークにより接続されて相互に通信可能となっており、制御部30及びECU40に記憶される各種データが互いに共有できるものとなっている。ECU40は、車両のアイドリングストップ制御を実施する機能を有する電子制御装置である。アイドリングストップ制御は、周知のとおり所定の自動停止条件の成立によりエンジンを自動停止させ、かつその自動停止状態下で所定の再始動条件の成立によりエンジンを再始動させるものである。車両においては、アイドリングストップ制御の自動再始動時に回転電機16によりエンジンが始動されるようになっている。
An
次に、リチウムイオン蓄電池12,13が並列接続された状態で回転電機16からの充電が行われる並列充電時と、リチウムイオン蓄電池12,13が並列接続された状態で電気負荷14への放電が行われる並列放電時とについて説明する。図4(a)には、並列充電時の電流の流れを示し、(b)には、並列放電時の電流の流れを示している。
Next, when charging from the rotating
図4(a)の並列充電時には、回転電機16から発電電流が出力され、その発電電流により鉛蓄電池11及び各リチウムイオン蓄電池12,13の充電や、電気負荷14への給電が行われる。このとき、電池ユニットUにおいて、リチウムイオン蓄電池12の充電経路にはスイッチ22,23が存在しており、そのスイッチ22,23を含む経路抵抗に応じて充電電流Iin1が流れる。また、リチウムイオン蓄電池13への充電経路にはスイッチ24が存在しており、そのスイッチ24を含む経路抵抗に応じて充電電流Iin2が流れる。充電電流Iin1,Iin2を比べると、Iin1≠Iin2となり、特に経路抵抗の違いから「Iin1<Iin2」になることが想定される。
At the time of parallel charging in FIG. 4A, a generated current is output from the rotating
また、図4(b)の並列放電時には、各リチウムイオン蓄電池12,13から電気負荷14への給電が行われる。このとき、リチウムイオン蓄電池12から電気負荷14への放電経路にはスイッチ21,23が存在しており、そのスイッチ21,23を含む経路抵抗に応じて放電電流Iout1が流れる。また、リチウムイオン蓄電池13から電気負荷14への放電経路にはスイッチ21,22,24が存在しており、そのスイッチ21,22,24を含む経路抵抗に応じて放電電流Iout2が流れる。放電電流Iout1,Iout2を比べると、Iout1≠Iout2となり、特に経路抵抗の違いから「Iout1>Iout2」になることが想定される。
Moreover, at the time of the parallel discharge of FIG.4 (b), electric power feeding from each lithium
上記のとおり各リチウムイオン蓄電池12,13の並列状態下では、それら各蓄電池12,13に流れる電流の大きさが相違する。そのため、各リチウムイオン蓄電池12,13においてSOC(電気容量)にばらつきが生じることが懸念される。この点についてさらに補足する。上記図4(a)の並列充電状態では、経路抵抗の違いから「Iin1<Iin2」になる一方、上記図4(b)の並列放電状態では、経路抵抗の違いから「Iout1>Iout2」になり、こうした電流の差からリチウムイオン蓄電池13の方がリチウムイオン蓄電池12よりも高SOCになることが想定されるが、その状態から直列接続状態(図3(b)参照)に移行すると、各蓄電池12,13のSOCの差がより大きくなると考えられる。
As described above, under the parallel state of the lithium
つまり、直列放電状態では、図5に示すように、リチウムイオン蓄電池13は、電気負荷15や回転電機16を放電対象として放電を行うのに対し、リチウムイオン蓄電池12は、電気負荷15や回転電機16に加え、電気負荷14を放電対象として放電を行う。ゆえにリチウムイオン蓄電池12の放電電流Iout1が、リチウムイオン蓄電池13の放電電流Iout2よりも大きくなり、これにより各蓄電池12,13のSOC差がさらに大きくなる。各リチウムイオン蓄電池12,13でSOCのばらつきが生じると、それら各蓄電池12,13の使用領域を十分に活用することができないといった不都合を招来する。
That is, in the series discharge state, as shown in FIG. 5, the lithium
そこで本実施形態では、各リチウムイオン蓄電池12,13のSOCをそれぞれ取得するとともに、リチウムイオン蓄電池12,13が並列接続された状態である場合に、それら各蓄電池12,13のSOCに基づいて、各スイッチ21〜25の抵抗値を調整して蓄電池12,13ごとに充放電電流を制御することとしている。なお、制御部30が「容量取得部」、「電流制御部」に相当する。
So, in this embodiment, while acquiring each SOC of each lithium
以下に、リチウムイオン蓄電池12,13の並列充電時と並列放電時とにおける各蓄電池12,13の電流制御について説明する。ここでは、図4(a)、(b)においてリチウムイオン蓄電池12,13の各SOCであるSOC1,SOC2が相違しており、SOC1<SOC2となっている状態を想定している。スイッチ23,24の抵抗値はそれぞれR1,R2である。
Below, the current control of each
(A)並列充電時
図4(a)に示す並列充電状態下でSOC1<SOC2である場合には、高SOC側のリチウムイオン蓄電池13の通電経路に設けられたスイッチ24について抵抗値R2を増加させる。詳しくは、各蓄電池12,13のSOC差(|SOC1−SOC2|)に基づいて、スイッチ24のゲート電圧Vgを制御して抵抗値R2を調整する。この場合、図6に示すゲート電圧Vgとドレインソース間抵抗との関係を用い、ゲート電圧Vgの制御によりドレインソース間抵抗を調整することで、スイッチ24の抵抗値R2、ひいてはリチウムイオン蓄電池13側の経路抵抗値を変更する。図6では、通常オン状態の抵抗値Rminを基準に、ゲート電圧Vgを低下させることでドレインソース間抵抗が増加する関係が定められており、スイッチ抵抗値(ドレインソース間抵抗)がRminよりも大きくする側に可変設定される。
(A) At the time of parallel charge When SOC1 <SOC2 under the parallel charge state shown in FIG. 4A, the resistance value R2 is increased for the
スイッチ24の抵抗値R2を大きくすることで、リチウムイオン蓄電池13に流れる充電電流Iin2が低減され、低SOC側のリチウムイオン蓄電池12への充電が促される。つまり、高SOC側のリチウムイオン蓄電池13の経路抵抗値が、低SOC側のリチウムイオン蓄電池12の経路抵抗値よりも相対的に大きくされ、蓄電池12,13ごとに充電電流が制御される。これにより、各リチウムイオン蓄電池12,13のSOC差の低減が可能となる。
By increasing the resistance value R2 of the
(B)並列放電時
図4(b)に示す並列放電状態下でSOC1<SOC2である場合には、低SOC側のリチウムイオン蓄電池12の通電経路に設けられたスイッチ23について抵抗値R1を増加させる。詳しくは、各蓄電池12,13のSOC差(|SOC1−SOC2|)に基づいて、スイッチ23のゲート電圧Vgを制御して抵抗値R1を調整する。この場合、図6の関係を用い、ゲート電圧Vgの制御によりドレインソース間抵抗を調整することで、スイッチ23の抵抗値R1、ひいてはリチウムイオン蓄電池12側の経路抵抗値を変更する。
(B) At the time of parallel discharge When SOC1 <SOC2 under the parallel discharge state shown in FIG. 4B, the resistance value R1 is increased for the
スイッチ23の抵抗値R1を大きくすることで、リチウムイオン蓄電池12に流れる放電電流Iout1が低減され、高SOC側のリチウムイオン蓄電池12での放電が促される。つまり、低SOC側のリチウムイオン蓄電池12の経路抵抗値が、高SOC側のリチウムイオン蓄電池13の経路抵抗値よりも相対的に大きくされ、蓄電池12,13ごとに放電電流が制御される。これにより、各リチウムイオン蓄電池12,13のSOC差の低減が可能となる。
By increasing the resistance value R1 of the
図7及び図8は、各リチウムイオン蓄電池12,13の接続状態と充放電電流とを制御する処理手順を示すフローチャートであり、本処理は制御部30により所定周期で繰り返し実施される。
7 and 8 are flowcharts showing a processing procedure for controlling the connection state and charging / discharging current of each lithium
図7において、ステップS11では、各リチウムイオン蓄電池12,13のSOCをそれぞれ取得し、続くステップS12では、各リチウムイオン蓄電池12,13のSOC差を算出する。その後、ステップS13では、各リチウムイオン蓄電池12,13の通電電流値を取得する。ステップS14では、電池ユニットUが充電状態であるか否かを判定し、充電状態であればステップS15に進み、充電状態でなく放電状態であれば図8のステップS31に進む。なお、ステップS14では、負荷給電量よりも回転電機16の発電量が多い場合に充電状態であると判定され、負荷給電量の方が回転電機16の発電量よりも多い場合に放電状態であると判定される。ただし、回転電機16が発電状態にあるか否かにより、充電状態であるか否かを判定してもよい。
In FIG. 7, in step S11, the SOC of each lithium
ステップS15では、各リチウムイオン蓄電池12,13が並列状態であるか否かを判定し、並列状態である場合に後続のステップS16に進む。ステップS16では、リチウムイオン蓄電池12,13について並列状態から直列状態への切り替え要求が生じたか否かを判定する。そして、切り替え要求が生じていなければ、ステップS17に進み、各リチウムイオン蓄電池12,13の通電経路における抵抗値の調整処理を実施する。
In step S15, it is determined whether or not each of the lithium
詳しくは、ステップS17では、各リチウムイオン蓄電池12,13のSOC差に基づいて、各蓄電池12,13の通電経路において抵抗調整対象となるスイッチを決定する。このとき、各リチウムイオン蓄電池12,13のSOCに差が生じている場合に、高SOC側蓄電池の通電経路におけるスイッチを抵抗調整対象とする。
Specifically, in step S <b> 17, based on the SOC difference between the lithium
また、続くステップS18では、各蓄電池12,13の通電経路における抵抗値の調整を実施する場合に、抵抗値調整を実施する対象経路に流れる通電電流値が所定値よりも小さいか否かを判定する。ステップS18がYESであれば後続のステップS19に進み、ステップS18がNOであればそのまま本処理を終了する。
Further, in the subsequent step S18, when adjusting the resistance value in the energization path of each of the
ステップS19では、調整対象のスイッチについて抵抗値の調整を実施する。このとき、SOC差に基づいてゲート電圧制御を実施し、調整対象のスイッチについてオン状態での抵抗値を大きくする側に変更する。例えば、図9の関係を用い、SOC差に応じてスイッチ抵抗値を設定する。図9では、SOC差が所定値Th1未満であれば、スイッチ抵抗値を最小抵抗値Rminとし、SOC差が所定値Th1以上であれば、SOC差に応じてスイッチ抵抗値を可変とする関係が定められている。また、図9の関係によれば、各リチウムイオン蓄電池12,13に流れる電流の大きさに応じてスイッチ抵抗値が設定されるようになっている。具体的には、通電電流値が大きいと抵抗部でのエネルギロスが大きくなることを加味し、通電電流値が大きいほど、スイッチ抵抗値が小さい値に設定されるようになっている。これにより、仮にSOC差に応じてスイッチ抵抗値がRminよりも大きい値とされる場合にあっても、通電電流値が大きければ、その分、抵抗値が減補正されることとなる。なお、制御部30は、デジタルアナログ制御又はPWM制御によりスイッチ抵抗値を調整する(後述のステップS35も同様)。
In step S19, the resistance value of the switch to be adjusted is adjusted. At this time, the gate voltage control is performed based on the SOC difference, and the switch to be adjusted is changed to the side where the resistance value in the ON state is increased. For example, the switch resistance value is set according to the SOC difference using the relationship of FIG. In FIG. 9, when the SOC difference is less than the predetermined value Th1, the switch resistance value is set to the minimum resistance value Rmin, and when the SOC difference is equal to or greater than the predetermined value Th1, the switch resistance value is variable according to the SOC difference. It has been established. Moreover, according to the relationship of FIG. 9, switch resistance value is set according to the magnitude | size of the electric current which flows into each lithium
また、ステップS16において並列状態から直列状態への切り替え要求が生じたと判定された場合には、ステップS20に進み、各リチウムイオン蓄電池12,13のSOC差が所定値よりも小さいか否かを判定する。そして、SOC差が小さければ、ステップS21に進み、並列状態から直列状態への切り替えを実施する。また、SOC差が大きければ、ステップS17に進み、上述した抵抗調整処理を実施する(ステップS17〜S19)。
If it is determined in step S16 that a request for switching from the parallel state to the serial state has occurred, the process proceeds to step S20, and it is determined whether or not the SOC difference between the lithium
また、ステップS15で並列状態でなく直列状態であると判定された場合には、ステップS22に進み、リチウムイオン蓄電池12,13について直列状態から並列状態への切り替え要求が生じたか否かを判定する。そして、切り替え要求が生じていれば、ステップS23に進み、直列状態から並列状態への切り替えを実施する。また、切り替え要求が生じていなければそのまま本処理を終了する。
If it is determined in step S15 that the state is not the parallel state but the series state, the process proceeds to step S22 to determine whether or not a request for switching from the serial state to the parallel state has occurred for the
一方、ステップS14で充電状態でなく放電状態であると判定された場合、図8のステップS31では、各リチウムイオン蓄電池12,13が並列状態であるか否かを判定し、並列状態である場合に後続のステップS32に進む。ステップS32では、リチウムイオン蓄電池12,13について並列状態から直列状態への切り替え要求が生じたか否かを判定する。そして、切り替え要求が生じていなければ、ステップS33に進み、各リチウムイオン蓄電池12,13の通電経路における抵抗値の調整処理を実施する。
On the other hand, when it is determined in step S14 that the battery is in a discharged state instead of a charged state, in step S31 in FIG. 8, it is determined whether or not each lithium
詳しくは、ステップS33では、各リチウムイオン蓄電池12,13のSOC差に基づいて、各蓄電池12,13の通電経路において抵抗調整対象となるスイッチを決定する。このとき、各リチウムイオン蓄電池12,13のSOCに差が生じている場合に、低SOC側蓄電池の通電経路におけるスイッチを抵抗調整対象とする。
Specifically, in step S33, a switch to be subjected to resistance adjustment in the energization path of each
また、続くステップS34では、各蓄電池12,13の通電経路における抵抗値の調整を実施する場合に、抵抗値調整を実施する対象経路に流れる通電電流値が所定値よりも小さいか否かを判定する。ステップS34がYESであれば後続のステップS35に進み、ステップS34がNOであればそのまま本処理を終了する。
Further, in the subsequent step S34, when adjusting the resistance value in the energization path of each of the
ステップS35では、調整対象のスイッチについて抵抗値の調整を実施する。このとき、SOC差に基づいてゲート電圧制御を実施し、調整対象のスイッチについてオン状態での抵抗値を大きくする側に変更する。スイッチ抵抗値の設定は、上述のステップS19と同様に、図9の関係を用いて行われるとよい。 In step S35, the resistance value is adjusted for the switch to be adjusted. At this time, the gate voltage control is performed based on the SOC difference, and the switch to be adjusted is changed to the side where the resistance value in the ON state is increased. The switch resistance value may be set using the relationship shown in FIG. 9 as in step S19 described above.
また、ステップS32において並列状態から直列状態への切り替え要求が生じたと判定された場合には、ステップS36に進み、各リチウムイオン蓄電池12,13のSOC差が所定値よりも小さいか否かを判定する。そして、SOC差が小さければ、ステップS37に進み、並列状態から直列状態への切り替えを実施する。また、SOC差が大きければ、ステップS33に進み、上述した抵抗調整処理を実施する(ステップS33〜S35)。
If it is determined in step S32 that a request for switching from the parallel state to the serial state has occurred, the process proceeds to step S36 to determine whether or not the SOC difference between the lithium
また、ステップS31で並列状態でなく直列状態であると判定された場合には、ステップS38に進み、リチウムイオン蓄電池12,13について直列状態から並列状態への切り替え要求が生じたか否かを判定する。そして、切り替え要求が生じていれば、ステップS39に進み、直列状態から並列状態への切り替えを実施する。また、切り替え要求が生じていなければそのまま本処理を終了する。
Further, when it is determined in step S31 that the state is not the parallel state but the series state, the process proceeds to step S38, and it is determined whether or not a request for switching from the serial state to the parallel state has occurred for the
以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。 According to the embodiment described in detail above, the following excellent effects can be obtained.
上記構成では、複数のリチウムイオン蓄電池12,13が並列接続された状態である場合に、各蓄電池12,13のSOCに基づいて、各蓄電池12,13に通じる電気経路に存在しているスイッチの抵抗値を調整して蓄電池12,13ごとに充放電電流を制御するようにした。この場合、リチウムイオン蓄電池12,13ごとに充放電電流の大きさが調整され、各リチウムイオン蓄電池12,13のSOCの合わせ込みが可能となる。その結果、各リチウムイオン蓄電池12,13でのSOCばらつきを抑制し、ひいては各リチウムイオン蓄電池12,13において適正な充放電を行わせることができる。
In the above configuration, when a plurality of lithium
また、各リチウムイオン蓄電池12,13においてSOCが均等化できるため、一方の蓄電池のみがSOC使用幅の上限又は下限付近となり、それにより電池ユニットUの充放電が制限されるといった不都合が抑制される。したがって、各リチウムイオン蓄電池12,13においてSOC上限からSOC下限までを最大限利用することが可能となり、SOCの実使用範囲の拡張を実現できる。
Further, since the SOC can be equalized in each of the lithium
各リチウムイオン蓄電池12,13でのSOCばらつきが抑制されることにより、各蓄電池12,13間において容量自己調整により生じる過電流を抑制できる。これにより、電池ユニットUにおいて各リチウムイオン蓄電池12,13や各スイッチの保護を図ることができる。つまり、各リチウムイオン蓄電池12,13においてSOC差が過剰に大きくなると、蓄電池相互間で過電流が流れ、これが各部の故障要因となり得るが、こうした不都合が抑制される。
By suppressing the SOC variation in each lithium
並列状態の各リチウムイオン蓄電池12,13が回転電機16の発電電力により充電される場合に、高SOCのリチウムイオン蓄電池の通電経路における抵抗値を、低SOCのリチウムイオン蓄電池の通電経路における抵抗値よりも相対的に大きくして、各リチウムイオン蓄電池12,13の充電電流を制御する構成とした。この場合、高SOCのリチウムイオン蓄電池側では、低SOCのリチウムイオン蓄電池側に比べて充電電流が低電流に制限される。これにより、高SOCのリチウムイオン蓄電池への充電が制限される。また、低SOCのリチウムイオン蓄電池への充電が促進されるため、早期充電が可能となる。したがって、結果として各リチウムイオン蓄電池12,13のSOCのばらつきを解消することができる。
When each of the lithium
並列状態の各リチウムイオン蓄電池12,13から電気負荷14に放電される場合に、低SOCのリチウムイオン蓄電池の通電経路における抵抗値を、高SOCのリチウムイオン蓄電池の通電経路における抵抗値よりも相対的に大きくして、各リチウムイオン蓄電池12,13の放電電流を制御する構成とした。この場合、低SOCのリチウムイオン蓄電池側では、高SOCのリチウムイオン蓄電池側に比べて放電電流が低電流に制限される。これにより、低SOCのリチウムイオン蓄電池からの放電が制限され、結果として各リチウムイオン蓄電池12,13のSOCのばらつきを解消することができる。
When the lithium
各リチウムイオン蓄電池12,13に通じる通電経路の経路抵抗値を変更する場合に、それら各蓄電池12,13の通電経路のスイッチ抵抗値(−端子側に設けられたスイッチ23,24の抵抗値)を、大きくする側に変更する構成とした。つまり、各スイッチ23,24のフルオン状態の抵抗値(最小抵抗値Rmin)に対して抵抗値を大きくする側に変更する構成とした。この場合、充放電電流が過剰に大きくなることを抑制しつつスイッチ抵抗値の変更を行うことができ、各リチウムイオン蓄電池12,13の保護を図ることができる。また、スイッチ23,24をMOSFET等の半導体スイッチング素子により構成することを考えると、その半導体スイッチング素子のゲート電圧制御により容易に抵抗調整を実現できる。
When changing the path resistance value of the energization path leading to each of the lithium
各リチウムイオン蓄電池12,13での充放電電流が比較的大きい状態では、経路抵抗値を大きくすることにより抵抗分による電気エネルギのロスが大きくなる。この点、充放電電流が所定値よりも大きいリチウムイオン蓄電池12,13においては、経路抵抗値を大きくする側への変更を禁止する構成としたため、エネルギロスの発生を抑制できる。
In a state where the charge / discharge current in each of the
また、こうして経路抵抗値の変更を禁止して充放電電流を制限することにより、通電経路上の抵抗による熱損失の低減が可能となる。したがって、車両システムとして高い燃費効果を得ることができる。 Further, by restricting the charging / discharging current by prohibiting the change of the path resistance value in this way, it is possible to reduce the heat loss due to the resistance on the energizing path. Therefore, a high fuel efficiency effect can be obtained as a vehicle system.
各リチウムイオン蓄電池12,13の充放電電流に基づいて、抵抗値変更の対象となるスイッチの抵抗値を設定する構成としたため、抵抗値を大きくすることに起因して生じるエネルギロスを加味して、抵抗値調整の制御を実施できる。この場合、各リチウムイオン蓄電池12,13の充放電電流が比較的大きい場合には抵抗値を小さくしておき、充放電電流の減少に応じて抵抗値を大きくする。これにより、スイッチ抵抗によるエネルギロス分を極力低減できる。
Since the resistance value of the switch whose resistance value is to be changed is set based on the charge / discharge current of each lithium
各リチウムイオン蓄電池12,13が並列接続された状態である場合に、各蓄電池12,13の直並列切り替え用のスイッチ21〜25の抵抗値を調整し、リチウムイオン蓄電池12,13ごとに充放電電流を制御する構成とした。この場合、各スイッチ21〜25でオン抵抗が生じることを利用して、蓄電池12,13ごとの充放電電流を制御することにより、構成の煩雑化を伴うことなく、所望のとおり各リチウムイオン蓄電池12,13でのSOCばらつきを抑制できる。
When the lithium
スイッチ21〜25を半導体スイッチング素子により構成したため、MOSFETのゲート電圧制御等により、リチウムイオン蓄電池12,13ごとの充放電電流の調整を簡易に実施できる。
Since the
スイッチ21〜25として半導体スイッチング素子を用いたことにより、接点切替式のスイッチ(いわゆるメカスイッチ)を用いる場合に比べて、動作信頼性の高いシステムを構築できる。また、半導体スイッチング素子では、メカスイッチに比べて抵抗値を小さくすることができるため、通電経路での損失を低減することができる。
By using semiconductor switching elements as the
各スイッチ21〜25として、2つ一組のMOSFETを用い、それら各MOSFETの寄生ダイオードが互いに逆向きになるように直列に接続される構成を採用した。これにより、各スイッチ21〜25をオフする際において通電経路に流れる電流を好適に遮断することができる。
As each of the
抵抗値調整対象の各スイッチ21〜25についてデジタルアナログ制御又はPWM制御によりゲート電圧制御を実施する構成とした。これにより、所望とする抵抗値の調整を容易に実施することができる。PWM制御では、理論的にはデューティオフの時は電流による損失がゼロとなるため、高効率のシステムを実現できる。
The gate voltage control is performed by digital analog control or PWM control for each of the
また、電池ユニットUの基本機能として具備されている直並列切り替え用のスイッチと、その切り替え制御を行う制御部30とを用いて経路抵抗値の制御を行うことで、ユニット基本構成に対して何ら素子等の追加を行うこと無く、所望の抵抗値の調整処理を実現できる。
In addition, the path resistance value is controlled by using the switch for series / parallel switching provided as the basic function of the battery unit U and the
各リチウムイオン蓄電池12,13におけるSOC差が所定値よりも小さいと判定された場合に、各リチウムイオン蓄電池12,13を並列状態から直列状態に移行させることを許可する構成とした。この場合、各リチウムイオン蓄電池12,13におけるSOC差が所定値よりも大きい状態では、並列状態での抵抗値調整の制御が継続的に実施され、SOC差が小さくなった状態で並列状態から直列状態に移行される。したがって、直列状態への移行後において、SOC差に起因する不都合の発生を抑制できる。
When it is determined that the SOC difference in each of the lithium
例えば、SOC差が大きい状態では、回転電機16による充電時において高SOC側のリチウムイオン蓄電池が満充電状態になると、低SOC側のリチウムイオン蓄電池が満充電になっていなくても充電が停止され、一方のリチウムイオン蓄電池により他方のリチウムイオン蓄電池の充電が制限されるという不都合の発生が懸念される。これに対して、本実施形態の上記構成によれば、上記不都合を抑制できる。
For example, in a state where the SOC difference is large, when the high SOC side lithium ion storage battery is fully charged during charging by the rotating
また、並列状態から直列状態への移行時には、各リチウムイオン蓄電池12,13のSOC差が小さくなってSOC平衡状態が維持されていることから、その移行直後において過電流が流れるといった不都合を抑制できる。
Moreover, since the SOC difference of each lithium
各リチウムイオン蓄電池12,13の直列接続状態で、各蓄電池12,13の中間位置(N1)に電気負荷14が接続されるとともに、高電圧側の蓄電池13の正極側の位置(N2)に回転電機16が接続されるシステムでは、各蓄電池12,13において各負荷への給電負担が相違し、SOCばらつきが生じ易くなる。この点、並列状態での充電時に、回転電機16側のリチウムイオン蓄電池13の経路抵抗値を大きくして充電電流を制御し、並列状態での放電時に、電気負荷14側のリチウムイオン蓄電池12の経路抵抗値を大きくして放電電流を制御するようにした。これにより、各リチウムイオン蓄電池12,13でのSOCばらつきを好適に抑制できる。
In the state where the lithium
(第2実施形態)
以下に、第2実施形態について上述の第1実施形態と相違点を中心に説明する。本実施形態では、3つのリチウムイオン蓄電池を具備する構成としており、その3つのリチウムイオン蓄電池について直並列の切り替えが可能となっている。なお、4つ以上のリチウムイオン蓄電池を具備する構成も可能である。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment described above. In this embodiment, it is set as the structure which comprises three lithium ion storage batteries, and the series-parallel switching is possible about the three lithium ion storage batteries. In addition, the structure which comprises four or more lithium ion storage batteries is also possible.
図10では、図1との相違点として、電池ユニットUは、3つのリチウムイオン蓄電池B1,B2,B3を有しており、リチウムイオン蓄電池の追加に伴い接続切り替えの回路が追加されている。電池ユニットUは、半導体スイッチング素子により構成されるスイッチ51〜58を有している。各スイッチ51〜58のオンオフにより、各リチウムイオン蓄電池B1〜B3の並列状態と直列状態とが切り替え可能となっている。上記構成では、出力端子P2側の電気負荷15及び回転電機16に対して最大36Vの電圧出力が可能となっている。
In FIG. 10, as a difference from FIG. 1, the battery unit U includes three lithium ion storage batteries B1, B2, and B3, and a connection switching circuit is added along with the addition of the lithium ion storage battery. The battery unit U has
図11は、図10の電源システムにおいて、各リチウムイオン蓄電池B1〜B3を並列接続した状態を示している。なお図11では、オフ状態のスイッチ57,58の図示を省略している。以下の説明では、各リチウムイオン蓄電池B1〜B3のSOCをそれぞれSOC1,SOC2,SOC3とし、これら各蓄電池B1〜B3の通電経路にそれぞれ設けられたスイッチ54〜56の抵抗値をR1,R2、R3としている。
FIG. 11 shows a state in which the lithium ion storage batteries B1 to B3 are connected in parallel in the power supply system of FIG. In FIG. 11, illustration of the
なお、図10の構成においては、少なくとも2つのリチウムイオン蓄電池について並列接続と直列接続との切り替えが可能であればよく、並列接続と直列接続とが混在する状態が許容されるものとなっている。 In addition, in the structure of FIG. 10, what is necessary is just to be able to switch between parallel connection and series connection for at least two lithium ion storage batteries, and a state in which parallel connection and series connection are mixed is allowed. .
図12及び図13は、各リチウムイオン蓄電池B1〜B3の接続状態と充放電電流とを制御する処理手順を示すフローチャートであり、本処理は制御部30により所定周期で繰り返し実施される。図12及び図13の処理は、上述の図7及び図8の処理に書き換えて実施されるものであり、図7及び図8と同じ又は略同じの処理については同じステップ番号を付すとともに説明を適宜簡略化する。
12 and 13 are flowcharts showing a processing procedure for controlling the connection state and charging / discharging current of each of the lithium ion storage batteries B1 to B3, and this processing is repeatedly performed by the
図12において、ステップS11では、各リチウムイオン蓄電池B1〜B3のSOCをそれぞれ取得し、続くステップS12では、各リチウムイオン蓄電池B1〜B3のSOC差を算出する。このとき、制御部30は、リチウムイオン蓄電池ごとに、以下のいずれかの手法にてSOC差を算出する。
(1)リチウムイオン蓄電池B1〜B3のうち2つの蓄電池の組み合わせでのSOC差を算出する。
(2)SOC平均値と各リチウムイオン蓄電池B1〜B3のSOCとのSOC差を算出する。
In FIG. 12, in step S11, the SOC of each of the lithium ion storage batteries B1 to B3 is acquired, and in the subsequent step S12, the SOC difference of each of the lithium ion storage batteries B1 to B3 is calculated. At this time, the
(1) The SOC difference in the combination of two storage batteries among the lithium ion storage batteries B1 to B3 is calculated.
(2) The SOC difference between the SOC average value and the SOC of each of the lithium ion storage batteries B1 to B3 is calculated.
上記(1)では、蓄電池Bxについて、そのSOCxから他の蓄電池ByのSOCyを減算した時のSOC差を「ΔSOCxy(=SOCx−SOCy)」とした場合において、ΔSOC12,ΔSOC13,ΔSOC21,ΔSOC23,ΔSOC31,ΔSOC32が算出される。例えば、SOC1=20%、SOC2=30%、SOC3=70%である場合に、
ΔSOC12=−10%、
ΔSOC13=−50%、
ΔSOC21=+10%、
ΔSOC23=−40%、
ΔSOC31=+50%、
ΔSOC32=+40%、
として算出される。
In the above (1), regarding the storage battery Bx, when the SOC difference when the SOCy of the other storage battery By is subtracted from the SOCx is “ΔSOCxy (= SOCx−SOCy)”, ΔSOC12, ΔSOC13, ΔSOC21, ΔSOC23, ΔSOC31 , ΔSOC32 is calculated. For example, when SOC1 = 20%, SOC2 = 30%, SOC3 = 70%,
ΔSOC12 = −10%,
ΔSOC13 = −50%,
ΔSOC21 = + 10%,
ΔSOC23 = −40%,
ΔSOC31 = + 50%,
ΔSOC32 = + 40%,
Is calculated as
また、上記(2)では、蓄電池Bxについて、そのSOCxから各蓄電池のSOC平均値AVEを減算した時のSOC差を「ΔSOCx(=SOCx−AVE)」とした場合において、ΔSOC1,ΔSOC2,ΔSOC3が算出される。例えば、SOC1=20%、SOC2=30%、SOC3=70%である場合に、
ΔSOC1=−20%、
ΔSOC2=−10%、
ΔSOC3=+30%、
として算出される。
In (2) above, for the storage battery Bx, when the SOC difference when the SOC average value AVE of each storage battery is subtracted from the SOCx is “ΔSOCx (= SOCx−AVE)”, ΔSOC1, ΔSOC2, and ΔSOC3 are Calculated. For example, when SOC1 = 20%, SOC2 = 30%, SOC3 = 70%,
ΔSOC1 = −20%,
ΔSOC2 = −10%,
ΔSOC3 = + 30%,
Is calculated as
その後、電池ユニットUが充電状態であり、各リチウムイオン蓄電池B1〜B3が並列状態であり、かつ並列状態から直列状態への切り替え要求が生じていないと判定される場合(S14,S15がYES、S16がNOの場合)には、ステップS41に進む。 Thereafter, when it is determined that the battery unit U is in a charged state, each of the lithium ion storage batteries B1 to B3 is in a parallel state, and a request for switching from the parallel state to the series state has not occurred (YES in S14 and S15) If S16 is NO, the process proceeds to step S41.
ステップS41では、リチウムイオン蓄電池B1〜B3の全てが充電状態になっているか否かを判定する。すなわち、各リチウムイオン蓄電池B1〜B3での相互のセルフバランスにより充電中の蓄電池と放電中の蓄電池とが混在している状況にあるか否かを判定する。このとき、各リチウムイオン蓄電池B1〜B3において通電電流の向きに基づいて、各蓄電池B1〜B3が充電状態か否かを判定するとよい。ステップS41がYESであれば後続のステップS42に進み、ステップS41がNOであればそのまま本処理を終了する。 In step S41, it is determined whether or not all of the lithium ion storage batteries B1 to B3 are in a charged state. That is, it is determined whether or not the storage battery being charged and the storage battery being discharged are mixed due to mutual self-balance in each of the lithium ion storage batteries B1 to B3. At this time, it is good to determine whether or not each of the storage batteries B1 to B3 is in a charged state based on the direction of the energization current in each of the lithium ion storage batteries B1 to B3. If step S41 is YES, it will progress to subsequent step S42, and if step S41 is NO, this process will be complete | finished as it is.
なお、ステップS41は、回転電機16の発電状態で、リチウムイオン蓄電池B1〜B3のうちいずれかの蓄電池に他の蓄電池から放電電流が流れていることを判定するものである。ステップS41が否定される場合、すなわち発電状態(電池ユニットUの充電状態)なのにいずれかの蓄電池で放電電流が流れていると判定される場合には、セルフバランス状態にあるとして、本処理がそのまま終了される。これにより、スイッチ抵抗値の調整(ステップS42)が読み飛ばされる。
In step S41, it is determined that a discharge current is flowing from one of the lithium ion storage batteries B1 to B3 to another storage battery in the power generation state of the rotating
ステップS42では、リチウムイオン蓄電池B1〜B3ごとに設けられたスイッチ54〜56の抵抗値を調整することで、各蓄電池B1〜B3の充電電流を個々に制御する。このとき、上記(1)のΔSOCxy(=SOCx−SOCy)、又は上記(2)のΔSOCx(=SOCx−AVE)に基づいて、各スイッチ54〜56の抵抗値を適宜調整する。
In step S42, the charging currents of the storage batteries B1 to B3 are individually controlled by adjusting the resistance values of the
具体的には、上記(1)のΔSOCxyについては、リチウムイオン蓄電池ごとにΔSOCxyがマイナス値かプラス値かを特定する。そして、基本的に、マイナス値であれば、そのΔSOCxyに対応するリチウムイオン蓄電池を充電されやすい状態にすべく通路抵抗値の増加側の変更を実施せず(すなわち最小値で維持し)、プラス値であれば、そのΔSOCxyに対応するリチウムイオン蓄電池を充電されにくい状態にすべく通路抵抗値の増加側の変更を実施する。 Specifically, for ΔSOCxy in (1) above, whether or not ΔSOCxy is a negative value or a positive value is specified for each lithium ion storage battery. Basically, if the value is a negative value, the change in the passage resistance value is not changed (that is, maintained at the minimum value) so that the lithium ion storage battery corresponding to the ΔSOCxy is easily charged. If it is a value, the passage resistance value is increased in order to make the lithium ion storage battery corresponding to the ΔSOCxy difficult to be charged.
上記のとおり、リチウムイオン蓄電池B1について「ΔSOC12=−10%、ΔSOC13=−50%」であり、リチウムイオン蓄電池B2について「ΔSOC21=+10%、ΔSOC23=−40%」であり、リチウムイオン蓄電池B3について「ΔSOC31=+50%、ΔSOC32=+40%」である場合を考える。かかる場合、リチウムイオン蓄電池B1は、他の蓄電池とのSOC差がいずれも負であり、リチウムイオン蓄電池B2は、他の蓄電池とのSOC差が正及び負であり、リチウムイオン蓄電池B3は、他の蓄電池とのSOC差がいずれも正である。そのため、リチウムイオン蓄電池B3→B2→B1の順で後者ほど充電量を大きくする必要性があると考えられ、スイッチ54の抵抗値R1を維持し、スイッチ55の抵抗値R2を上げ幅ΔR1で上げ、スイッチ56の抵抗値R3を上げ幅ΔR2で上げる旨を決定する。上げ幅ΔR1,ΔR2は、SOC差の大きさに応じて個別に設定されるとよく、ΔR1<ΔR2であるとよい。ただし、ΔR1=ΔR2であってもよい。
As described above, “ΔSOC12 = −10%, ΔSOC13 = −50%” for the lithium ion storage battery B1, and “ΔSOC21 = + 10%, ΔSOC23 = −40%” for the lithium ion storage battery B2, and the lithium ion storage battery B3. Consider the case where “ΔSOC31 = + 50%, ΔSOC32 = + 40%”. In such a case, the lithium ion storage battery B1 has negative SOC differences with other storage batteries, the lithium ion storage battery B2 has positive and negative SOC differences with other storage batteries, and the lithium ion storage battery B3 has other The SOC difference with the other storage battery is positive. Therefore, it is considered necessary to increase the amount of charge in the order of lithium ion storage batteries B3 → B2 → B1. The resistance value R1 of the
一方で、上記(2)のΔSOCxについては、リチウムイオン蓄電池ごとにΔSOCxがマイナス値かプラス値かを特定する。そして、基本的に、マイナス値であれば、そのΔSOCxに対応するリチウムイオン蓄電池を充電されやすい状態にすべく通路抵抗値の増加側の変更を実施せず(すなわち最小値で維持し)、プラス値であれば、そのΔSOCxに対応するリチウムイオン蓄電池を充電されにくい状態にすべく通路抵抗値の増加側の変更を実施する。 On the other hand, for ΔSOCx in (2) above, whether ΔSOCx is a negative value or a positive value is specified for each lithium ion storage battery. Basically, if the value is a negative value, the change in the passage resistance value is not changed (ie, maintained at the minimum value) so that the lithium ion storage battery corresponding to the ΔSOCx is easily charged. If it is a value, a change on the increase side of the passage resistance value is performed to make the lithium ion storage battery corresponding to the ΔSOCx difficult to be charged.
上記のとおり、リチウムイオン蓄電池B1について「ΔSOC1=−20%」であり、リチウムイオン蓄電池B2について「ΔSOC2=−10%」であり、リチウムイオン蓄電池B3について「ΔSOC3=+30%」である場合を考える。かかる場合、上記(1)と同様に、リチウムイオン蓄電池B3→B2→B1の順で後者ほど充電量を大きくする必要性があると考えられ、スイッチ54の抵抗値R1を維持し、スイッチ55の抵抗値R2を上げ幅ΔR1で上げ、スイッチ56の抵抗値R3を上げ幅ΔR2で上げる旨を決定する。なお、本例では、ΔSOCxの正負だけでなく、平均値AVEに対する乖離度に応じた重み付けを行って、抵抗値の上げ幅を決定することとしている。
As described above, it is assumed that “ΔSOC1 = −20%” for the lithium ion storage battery B1, “ΔSOC2 = −10%” for the lithium ion storage battery B2, and “ΔSOC3 = + 30%” for the lithium ion storage battery B3. . In such a case, as in the above (1), it is considered that it is necessary to increase the charge amount in the order of the lithium ion storage batteries B3 → B2 → B1, and the resistance value R1 of the
また、ステップS42では、リチウムイオン蓄電池B1〜B3ごとに流れている通電電流値に基づいて、各スイッチ54〜56の目標抵抗値(すなわち各抵抗値R1〜R3の上げ幅)を補正する。このとき、いずれかの蓄電池で所定値よりも大きい充電電流が流れている場合に、各スイッチ54〜56の目標抵抗値(すなわち各抵抗値R1〜R3の上げ幅)を減少側に補正する。充電電流が大きいほど、減少補正幅を大きくする構成であってもよい。
In step S42, the target resistance values of the
上記のように各スイッチ54〜56の目標抵抗値が定められると、制御部30は、目標抵抗値に基づいてゲート電圧制御を実施する。これにより、調整対象のスイッチについてオン状態での抵抗値が大きくする側に変更される。なお、上述の具体例では、上記(1)(2)のいずれにおいても、リチウムイオン蓄電池B3→B2→B1の順で後者ほど優先的に充電が行われ、それに伴い各リチウムイオン蓄電池B1〜B3のSOC差が低減される。
When the target resistance values of the
上記ステップS41,S42において、非発電状態(充電状態)なのに充電電流が流れていると判定される場合(ステップS41がNOの場合)に、充電電流が流れているリチウムイオン蓄電池の通電経路についてのみスイッチ抵抗値を大きくする側への変更を禁止し、他の通電経路についてはスイッチ抵抗値を大きくする側への変更を許容するものであってもよい。 In steps S41 and S42, when it is determined that the charging current is flowing even though the power generation state (charging state) is present (when step S41 is NO), only the energization path of the lithium ion storage battery in which the charging current flows. Changes to the side where the switch resistance value is increased may be prohibited, and changes to the side where the switch resistance value is increased may be permitted for other energization paths.
また、並列状態から直列状態への切り替え要求が生じたと判定された場合には、各リチウムイオン蓄電池B1〜B3のSOC差(ΔSOCxy、又はΔSOCx)に基づいて、直列状態への切り替えの可否を判定する(ステップS20,S21)。この場合、SOC差が所定未満であることを条件に、直列状態への切り替えを実施する。 Further, when it is determined that a request for switching from the parallel state to the serial state has occurred, it is determined whether or not switching to the serial state is possible based on the SOC difference (ΔSOCxy or ΔSOCx) of each of the lithium ion storage batteries B1 to B3. (Steps S20 and S21). In this case, switching to the serial state is performed on condition that the SOC difference is less than a predetermined value.
一方、図13において、電池ユニットUが放電状態であり、各リチウムイオン蓄電池B1〜B3が並列状態であり、かつ並列状態から直列状態への切り替え要求が生じていないと判定された場合(S14がNO、S31がYES、S32がNOの場合)には、ステップS43に進む。ステップS43では、リチウムイオン蓄電池B1〜B3の全てが放電状態になっているか否かを判定する。すなわち、各リチウムイオン蓄電池B1〜B3での相互のセルフバランスにより充電中の蓄電池と放電中の蓄電池とが混在している状況にあるか否かを判定する。このとき、各リチウムイオン蓄電池B1〜B3において通電電流の向きに基づいて、各蓄電池B1〜B3が放電状態か否かを判定するとよい。ステップS43がYESであれば後続のステップS44に進み、ステップS43がNOであればそのまま本処理を終了する。 On the other hand, in FIG. 13, when it is determined that the battery unit U is in a discharged state, each of the lithium ion storage batteries B1 to B3 is in a parallel state, and no switching request from the parallel state to the series state has occurred (S14 If NO, S31 is YES, and S32 is NO), the process proceeds to step S43. In step S43, it is determined whether or not all of the lithium ion storage batteries B1 to B3 are in a discharged state. That is, it is determined whether or not the storage battery being charged and the storage battery being discharged are mixed due to mutual self-balance in each of the lithium ion storage batteries B1 to B3. At this time, it is good to determine whether or not each of the storage batteries B1 to B3 is in a discharged state based on the direction of the energization current in each of the lithium ion storage batteries B1 to B3. If step S43 is YES, the process proceeds to the subsequent step S44, and if step S43 is NO, the process ends.
なお、ステップS43は、回転電機16の非発電状態で、リチウムイオン蓄電池B1〜B3のうちいずれかの蓄電池に他の蓄電池から充電電流が流れていることを判定するものである。ステップS43が否定される場合、すなわち非発電状態(電池ユニットUの放電状態)なのにいずれかの蓄電池で充電電流が流れていると判定される場合には、セルフバランス状態にあるとして、本処理がそのまま終了される。これにより、スイッチ抵抗値の調整(ステップS44)が読み飛ばされる。
In step S43, it is determined that the charging current is flowing from the other storage battery to any one of the lithium ion storage batteries B1 to B3 in the non-power generation state of the rotating
ステップS44では、リチウムイオン蓄電池B1〜B3ごとに設けられたスイッチ54〜56の抵抗値を調整することで、各蓄電池B1〜B3の放電電流を個々に制御する。このとき、上記(1)のΔSOCxy(=SOCx−SOCy)、又は上記(2)のΔSOCx(=SOCx−AVE)に基づいて、各スイッチ54〜56の抵抗値を適宜調整する。
In step S44, the discharge currents of the storage batteries B1 to B3 are individually controlled by adjusting the resistance values of the
具体的には、上記(1)のΔSOCxyについては、リチウムイオン蓄電池ごとにΔSOCxyがマイナス値かプラス値かを特定する。そして、基本的に、プラス値であれば、そのΔSOCxyに対応するリチウムイオン蓄電池を放電されやすい状態にすべく通路抵抗値の増加側の変更を実施せず(すなわち最小値で維持し)、マイナス値であれば、そのΔSOCxyに対応するリチウムイオン蓄電池を放電されにくい状態にすべく通路抵抗値の増加側の変更を実施する。 Specifically, for ΔSOCxy in (1) above, whether or not ΔSOCxy is a negative value or a positive value is specified for each lithium ion storage battery. Basically, if the value is a positive value, the change in the passage resistance value is not changed (ie, maintained at the minimum value) so that the lithium ion storage battery corresponding to the ΔSOCxy is easily discharged. If it is a value, the passage resistance value is increased in order to make the lithium ion storage battery corresponding to the ΔSOCxy difficult to be discharged.
上記のとおり、リチウムイオン蓄電池B1について「ΔSOC12=−10%、ΔSOC13=−50%」であり、リチウムイオン蓄電池B2について「ΔSOC21=+10%、ΔSOC23=−40%」であり、リチウムイオン蓄電池B3について「ΔSOC31=+50%、ΔSOC32=+40%」である場合を考える。かかる場合、リチウムイオン蓄電池B1は、他の蓄電池とのSOC差がいずれも負であり、リチウムイオン蓄電池B2は、他の蓄電池とのSOC差が正及び負であり、リチウムイオン蓄電池B3は、他の蓄電池とのSOC差がいずれも正である。そのため、リチウムイオン蓄電池B1→B2→B3の順で後者ほど放電量を大きくする必要性があると考えられ、スイッチ54の抵抗値R1を上げ幅ΔR11で上げ、スイッチ55の抵抗値R2を上げ幅ΔR12で上げ、スイッチ56の抵抗値R3を維持する旨を決定する。上げ幅ΔR11,ΔR12は、SOC差の大きさに応じて個別に設定されるとよく、ΔR11>ΔR12であるとよい。ただし、ΔR11=ΔR12であってもよい。
As described above, “ΔSOC12 = −10%, ΔSOC13 = −50%” for the lithium ion storage battery B1, and “ΔSOC21 = + 10%, ΔSOC23 = −40%” for the lithium ion storage battery B2, and the lithium ion storage battery B3. Consider the case where “ΔSOC31 = + 50%, ΔSOC32 = + 40%”. In such a case, the lithium ion storage battery B1 has negative SOC differences with other storage batteries, the lithium ion storage battery B2 has positive and negative SOC differences with other storage batteries, and the lithium ion storage battery B3 has other The SOC difference with the other storage battery is positive. Therefore, it is considered that it is necessary to increase the discharge amount in the order of lithium ion storage batteries B1 → B2 → B3. The resistance value R1 of the
一方で、上記(2)のΔSOCxについては、リチウムイオン蓄電池ごとにΔSOCxがマイナス値かプラス値かを特定する。そして、基本的に、プラス値であれば、そのΔSOCxに対応するリチウムイオン蓄電池を放電されやすい状態にすべく通路抵抗値の増加側の変更を実施せず(すなわち最小値で維持し)、マイナス値であれば、そのΔSOCxに対応するリチウムイオン蓄電池を放電されにくい状態にすべく通路抵抗値の増加側の変更を実施する。 On the other hand, for ΔSOCx in (2) above, whether ΔSOCx is a negative value or a positive value is specified for each lithium ion storage battery. Basically, if the value is a positive value, the lithium ion storage battery corresponding to the ΔSOCx is not changed on the increase side of the passage resistance value in order to make it easy to be discharged (that is, maintained at the minimum value). If it is a value, the passage resistance value is increased in order to make the lithium ion storage battery corresponding to the ΔSOCx difficult to be discharged.
上記のとおり、リチウムイオン蓄電池B1について「ΔSOC1=−20%」であり、リチウムイオン蓄電池B2について「ΔSOC2=−10%」であり、リチウムイオン蓄電池B3について「ΔSOC3=+30%」である場合を考える。かかる場合、上記(1)と同様に、リチウムイオン蓄電池B1→B2→B3の順で後者ほど放電量を大きくする必要性があると考えられ、スイッチ54の抵抗値R1を上げ幅ΔR11で上げ、スイッチ55の抵抗値R2を上げ幅ΔR12で上げ、スイッチ56の抵抗値R3を維持する旨を決定する。なお、本例では、ΔSOCxの正負だけでなく、平均値AVEに対する乖離度に応じた重み付けを行って、抵抗値の上げ幅を決定することとしている。
As described above, it is assumed that “ΔSOC1 = −20%” for the lithium ion storage battery B1, “ΔSOC2 = −10%” for the lithium ion storage battery B2, and “ΔSOC3 = + 30%” for the lithium ion storage battery B3. . In such a case, as in the case of (1) above, it is considered that it is necessary to increase the discharge amount in the order of the lithium ion storage batteries B1 → B2 → B3, and the resistance value R1 of the
また、ステップS44では、リチウムイオン蓄電池B1〜B3ごとに流れている通電電流値に基づいて、各スイッチ54〜56の目標抵抗値(すなわち各抵抗値R1〜R3の上げ幅)を補正する。このとき、いずれかの蓄電池で所定値よりも大きい放電電流が流れている場合に、各スイッチ54〜56の目標抵抗値(すなわち各抵抗値R1〜R3の上げ幅)を減少側に補正する。放電電流が大きいほど、減少補正幅を大きくする構成であってもよい。
In step S44, the target resistance values of the
上記のように各スイッチ54〜56の目標抵抗値が定められると、制御部30は、目標抵抗値に基づいてゲート電圧制御を実施する。これにより、調整対象のスイッチについてオン状態での抵抗値が大きくする側に変更される。なお、上述の具体例では、上記(1)(2)のいずれにおいても、リチウムイオン蓄電池B1→B2→B3の順で優先的に放電が行われ、それに伴い各リチウムイオン蓄電池B1〜B3のSOC差が低減される。
When the target resistance values of the
また、並列状態から直列状態への切り替え要求が生じたと判定された場合には、各リチウムイオン蓄電池B1〜B3のSOC差(ΔSOCxy、又はΔSOCx)に基づいて、直列状態への切り替えの可否を判定する(ステップS36,S37)。この場合、SOC差が所定未満であることを条件に、直列状態への切り替えを実施する。 Further, when it is determined that a request for switching from the parallel state to the serial state has occurred, it is determined whether or not switching to the serial state is possible based on the SOC difference (ΔSOCxy or ΔSOCx) of each of the lithium ion storage batteries B1 to B3. (Steps S36 and S37). In this case, switching to the serial state is performed on condition that the SOC difference is less than a predetermined value.
以上第2の実施形態においても、第1実施形態と同様に、各リチウムイオン蓄電池B1〜B3でのSOCばらつきを抑制し、ひいては各リチウムイオン蓄電池B1〜B3において適正な充放電を行わせることができる。 As described above, also in the second embodiment, as in the first embodiment, it is possible to suppress the SOC variation in each of the lithium ion storage batteries B1 to B3, and thus to appropriately charge and discharge each of the lithium ion storage batteries B1 to B3. it can.
各リチウムイオン蓄電池B1〜B3において、発電状態であるのにいずれかのリチウムイオン蓄電池に放電電流が流れている場合、すなわち蓄電池間のセルフバランスにより放電電流が流れている場合には、その放電が優先されることが望ましい。また、各リチウムイオン蓄電池B1〜B3において、発電状態でないのにいずれかのリチウムイオン蓄電池に充電電流が流れている場合、すなわち蓄電池間のセルフバランスにより充電電流が流れている場合には、その充電が優先されることが望ましい。この点、各リチウムイオン蓄電池B1〜B3の全てが充電状態及び放電状態のうちいずれであると判定されたことを条件に、スイッチ抵抗値の調整を実施する構成とした。また、発電状態でいずれかのリチウムイオン蓄電池に放電電流が流れているか、又は非発電状態でいずれかのリチウムイオン蓄電池に充電電流が流れている状態であるセルフバランス状態であると判定された場合に、発電状態で放電電流が流れているリチウムイオン蓄電池の通電経路における抵抗値の調整、又は非発電状態で充電電流が流れているリチウムイオン蓄電池の通電経路における抵抗値の調整を禁止する構成とした。これにより、セルフバランスによる電流の流れが阻害されることを抑制できる。 In each of the lithium ion storage batteries B1 to B3, when a discharge current is flowing through one of the lithium ion storage batteries in a power generation state, that is, when a discharge current flows due to self-balance between the storage batteries, the discharge is Priority should be given. Moreover, in each lithium ion storage battery B1-B3, when it is not in an electric power generation state, when the charging current is flowing into one of the lithium ion storage batteries, that is, when the charging current is flowing due to self-balance between the storage batteries, the charging is performed. Is preferred. In this respect, the switch resistance value is adjusted on the condition that all of the lithium ion storage batteries B1 to B3 are determined to be in either the charged state or the discharged state. In addition, when it is determined that a discharge current is flowing in any lithium ion storage battery in a power generation state or a self-balance state in which a charging current is flowing in any lithium ion storage battery in a non-power generation state The adjustment of the resistance value in the energization path of the lithium ion storage battery in which a discharge current flows in the power generation state, or the adjustment of the resistance value in the energization path of the lithium ion storage battery in which the charging current flows in the non-power generation state; did. Thereby, it can suppress that the flow of the electric current by self-balancing is inhibited.
発電状態においてセルフバランスにより放電電流が流れている場合に、その放電中のリチウムイオン蓄電池について経路抵抗値を大きくしない(すなわち小さいままにする)ことにより、セルフバランスによる放電を促すことができ、SOCばらつきを解消する上で好適となる。また、非発電状態においてセルフバランスにより充電電流が流れている場合に、その充電中のリチウムイオン蓄電池について経路抵抗値を大きくしない(すなわち小さいままにする)ことにより、セルフバランスによる充電を促すことができ、SOCばらつきを解消する上で好適となる。 When a discharge current is flowing due to self-balancing in the power generation state, it is possible to promote discharge by self-balancing by not increasing the path resistance value (that is, keeping it small) for the lithium ion storage battery being discharged. This is suitable for eliminating the variation. In addition, when charging current is flowing due to self-balancing in a non-power generation state, charging by self-balancing is promoted by not increasing (ie, keeping small) the path resistance value of the lithium ion storage battery being charged. This is suitable for eliminating the SOC variation.
(他の実施形態)
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。
(Other embodiments)
You may change the said embodiment as follows, for example.
・上記実施形態では、複数のリチウムイオン蓄電池が並列接続された状態において、スイッチ抵抗値を大きくする側に変更することによって、各リチウムイオン蓄電池の充放電電流を個々に制御する構成としたが、これを変更し、スイッチ抵抗値を小さくする側に変更することによって、各リチウムイオン蓄電池の充放電電流を個々に制御する構成であってもよい。例えば、スイッチの通常オン時におけるスイッチ抵抗値(初期抵抗値)が最小値でない場合に、スイッチ抵抗値を小さくする側に変更する。 -In the above embodiment, in a state where a plurality of lithium ion storage batteries are connected in parallel, by changing to the side of increasing the switch resistance value, the charge / discharge current of each lithium ion storage battery is individually controlled, The structure which controls the charging / discharging electric current of each lithium ion storage battery by changing this and changing to the side which makes switch resistance value small may be sufficient. For example, when the switch resistance value (initial resistance value) when the switch is normally on is not the minimum value, the switch resistance value is changed to a smaller side.
・複数の蓄電手段として、リチウムイオン蓄電池以外を用いる構成であってもよい。例えば、複数の蓄電手段として、リチウムイオン蓄電池以外の蓄電池を用いる構成や、蓄電池及びコンデンサを用いる構成、複数のコンデンサを用いる構成のいずれかであってもよい。 -The structure using other than a lithium ion storage battery may be sufficient as a some electrical storage means. For example, any of a configuration using a storage battery other than a lithium ion storage battery, a configuration using a storage battery and a capacitor, and a configuration using a plurality of capacitors may be used as the plurality of power storage means.
・上記実施形態では、複数のリチウムイオン蓄電池の直並列切り替え用のスイッチについてスイッチオン時の抵抗値を調整し、それによりリチウムイオン蓄電池ごとの充放電電流を個々に制御する構成としたが、これを変更してもよい。例えば、電池ユニットUの通電経路に、直並列切り替え用のスイッチ以外に半導体スイッチング素子からなる別のスイッチを設け、その別のスイッチのオン抵抗値を調整し、それによりリチウムイオン蓄電池ごとの充放電電流を個々に制御する構成としてもよい。 -In the above-described embodiment, the resistance value at the time of switching on the switch for series-parallel switching of a plurality of lithium ion batteries is adjusted, and thereby the charge / discharge current for each lithium ion battery is individually controlled. May be changed. For example, in the energization path of the battery unit U, another switch composed of a semiconductor switching element is provided in addition to the switch for series / parallel switching, and the on-resistance value of the other switch is adjusted, thereby charging and discharging each lithium ion storage battery It is good also as a structure which controls an electric current separately.
・抵抗可変部として半導体スイッチング素子を用いること以外に、可変抵抗器を用いることも可能である。 In addition to using a semiconductor switching element as the variable resistance unit, a variable resistor can also be used.
・図14は、別の構成の電源システムを示す電気回路図である。図14の電池ユニットUは、図1と同様に、複数のリチウムイオン蓄電池12,13について並列状態と直列状態との切り替えを可能にするものであるが、図1との違いとして、出力端子P1,P2の両方において12V出力と24V出力とが可能となっている。
FIG. 14 is an electric circuit diagram showing a power supply system having another configuration. The battery unit U of FIG. 14 enables switching between the parallel state and the serial state of the plurality of lithium
図14の電池ユニットUでは、出力端子P1,P2の間の電気経路L1にスイッチ61,62が直列に設けられている。そして、スイッチ61,62の間の第1点N1にスイッチ63を介してリチウムイオン蓄電池12の+端子(正極端子)が接続されている。また、スイッチ62と出力端子P2との第2点N2にリチウムイオン蓄電池13の+端子が接続され、リチウムイオン蓄電池13の−端子(負極端子)とグランドとの間にスイッチ64が設けられている。さらに、リチウムイオン蓄電池12の+端子とリチウムイオン蓄電池13の−端子とを結ぶ接続経路にスイッチ65が設けられている。上記の各スイッチ61〜65は、図1のスイッチ21〜25と同様に、MOSFET、IGBT、バイポーラトランジスタ等の半導体スイッチング素子により構成されている。
In the battery unit U of FIG. 14, switches 61 and 62 are provided in series on the electric path L1 between the output terminals P1 and P2. The positive terminal (positive terminal) of the lithium
そして、これら各スイッチ61〜65のオンオフを適宜切り替えることにより、各リチウムイオン蓄電池12,13が並列接続された状態と、各リチウムイオン蓄電池12,13が直列接続された状態とが切り替えられるようになっている。
Then, by appropriately switching these
各リチウムイオン蓄電池12,13の並列状態では、各スイッチ61〜65のうちスイッチ61〜64がオン、スイッチ65がオフされ、出力端子P1,P2の出力電圧がいずれも概ね12Vとなる。また、各リチウムイオン蓄電池12,13の直列状態では、各スイッチ61〜65のうちスイッチ61,62,65がオン、スイッチ63,64がオフされ、出力端子P1,P2の出力電圧がいずれも概ね24Vとなる。
In the parallel state of the lithium
また、図14の電源システムでは、出力端子P1に接続される電気的構成が図1とは異なっており、出力端子P1には、スイッチ71を介して鉛蓄電池11と電気負荷14とが接続されるとともに、スイッチ72及び蓄電手段73の直列回路部を介して鉛蓄電池11と電気負荷14とが接続されている。蓄電手段73は、12V電源であり、例えば鉛蓄電池からなる。また、同じく出力端子P1には、スタータ74が接続されている。電気負荷14は、前記と同様に12V駆動される低電圧負荷であり、スタータ74は12V駆動及び24V駆動が可能な始動装置である。
14 is different from that in FIG. 1 in the electrical configuration connected to the output terminal P1, and the
上記電源システムでは、エンジン始動時において、スイッチ71がオン、スイッチ72がオフされることにより、鉛蓄電池11によりスタータ74が12V駆動される一方で、スイッチ71がオフ、スイッチ72がオンされることにより、鉛蓄電池11及び蓄電手段73によりスタータ74が24V駆動される。この場合、必要に応じてスタータ74が24V駆動(高電圧駆動)されることで、円滑なエンジン始動が可能となっている。また、電気負荷14は継続的な12V駆動が可能となっている。
In the power supply system, when the engine is started, the switch 71 is turned on and the
そして、本構成において、例えば鉛蓄電池11又は蓄電手段73が劣化して出力性能が低下した場合には、電池ユニットUにおいてリチウムイオン蓄電池12,13が直列状態に切り替えられ、電池ユニットUを電源としてスタータ74が24V駆動される。また、蓄電手段73を充電する際においても、電池ユニットUのリチウムイオン蓄電池12,13が直列状態に切り替えられ、電池ユニットUからの24V電力により鉛蓄電池11及び蓄電手段73が充電される。
And in this structure, when the
12,13…リチウムイオン蓄電池(蓄電手段)、21〜25…スイッチ(スイッチ手段、切替部)、30…制御部(取得部、電流制御部)。 12, 13 ... lithium ion storage battery (power storage means), 21-25 ... switch (switch means, switching part), 30 ... control part (acquisition part, current control part).
Claims (16)
前記各蓄電手段に通じる電気経路に設けられた複数のスイッチ手段(21〜25)を含み、前記複数の蓄電手段について互いに並列接続された並列状態と互いに直列接続された直列状態とを切り替える切替部と、
を備える電源システムに適用される電源制御装置(30)であって、
前記複数の蓄電手段の電気残容量をそれぞれ取得する容量取得部と、
前記複数の蓄電手段が並列状態である場合に、前記容量取得部により取得した各蓄電手段の電気残容量に基づいて、前記各蓄電手段に通じる電気経路に存在している抵抗可変部の抵抗値を調整して前記蓄電手段ごとに充放電電流を制御する電流制御部と、
発電手段(16)の発電状態において前記複数の蓄電手段のうちいずれかの蓄電手段に放電電流が流れている状態か、又は前記発電手段の非発電状態において前記複数の蓄電手段のうちいずれかの蓄電手段に充電電流が流れている状態であるセルフバランス状態であるか否かを判定する電流判定部と、
を備え、
前記電流制御部は、前記セルフバランス状態であると判定された場合に、前記発電状態で放電電流が流れている蓄電手段の通電経路における前記抵抗値の調整、又は前記非発電状態で充電電流が流れている蓄電手段の通電経路における前記抵抗値の調整を禁止する電源制御装置。 A plurality of power storage means (12, 13);
A switching unit that includes a plurality of switch means (21 to 25) provided in an electric path that communicates with each of the power storage means, and that switches between a parallel state that is connected in parallel to each other and a serial state that is connected in series to each other with respect to the plurality of power storage means When,
A power supply control device (30) applied to a power supply system comprising:
A capacity acquisition unit for acquiring an electric remaining capacity of each of the plurality of power storage means;
When the plurality of power storage units are in parallel, based on the remaining electric capacity of each power storage unit acquired by the capacity acquisition unit, the resistance value of the resistance variable unit existing in the electrical path leading to each power storage unit A current control unit that controls charge / discharge current for each power storage unit by adjusting
Either a state in which a discharge current flows to any one of the plurality of power storage means in the power generation state of the power generation means (16), or any one of the plurality of power storage means in a non-power generation state of the power generation means A current determination unit for determining whether or not a self-balance state in which a charging current is flowing in the power storage means;
With
When it is determined that the current control unit is in the self-balancing state, the current control unit adjusts the resistance value in the energization path of the power storage unit in which the discharge current flows in the power generation state, or the charging current in the non-power generation state. The power supply control apparatus which prohibits adjustment of the said resistance value in the electricity supply path | route of the electrical storage means which is flowing .
前記電流制御部は、前記複数の蓄電手段の全てが充電状態及び放電状態のいずれかであると判定されたことを条件に、前記抵抗可変部の抵抗値の調整を実施する請求項1に記載の電源制御装置。 A state determination unit that determines that all of the plurality of power storage units are in the same state of either a charged state or a discharged state,
The current-control unit, according to claim 1, wherein all of the plurality of power storage means on condition that it is determined to be either state of charge and discharge state, carrying out the adjustment of the resistance value of the variable resistance portion Power supply control device.
前記各蓄電手段に通じる電気経路に設けられた複数のスイッチ手段(21〜25)を含み、前記複数の蓄電手段について互いに並列接続された並列状態と互いに直列接続された直列状態とを切り替える切替部と、
を備える電源システムに適用される電源制御装置(30)であって、
前記複数の蓄電手段の電気残容量をそれぞれ取得する容量取得部と、
前記複数の蓄電手段が並列状態である場合に、前記容量取得部により取得した各蓄電手段の電気残容量に基づいて、前記各蓄電手段に通じる電気経路に存在している抵抗可変部の抵抗値を調整して前記蓄電手段ごとに充放電電流を制御する電流制御部と、
前記複数の蓄電手段の全てが、充電状態及び放電状態のうちいずれか同じ状態になっていることを判定する状態判定部と、
を備え、
前記電流制御部は、前記複数の蓄電手段の全てが充電状態及び放電状態のいずれかであると判定されたことを条件に、前記抵抗可変部の抵抗値の調整を実施する電源制御装置。 A plurality of power storage means (12, 13);
A switching unit that includes a plurality of switch means (21 to 25) provided in an electric path that communicates with each of the power storage means, and that switches between a parallel state that is connected in parallel to each other and a serial state that is connected in series to each other with respect to the plurality of power storage means When,
A power supply control device (30) applied to a power supply system comprising:
A capacity acquisition unit for acquiring an electric remaining capacity of each of the plurality of power storage means;
When the plurality of power storage units are in parallel, based on the remaining electric capacity of each power storage unit acquired by the capacity acquisition unit, the resistance value of the resistance variable unit existing in the electrical path leading to each power storage unit A current control unit that controls charge / discharge current for each power storage unit by adjusting
A state determination unit that determines that all of the plurality of power storage units are in the same state among a charged state and a discharged state;
With
The current control unit is a power supply control device that adjusts a resistance value of the variable resistance unit on the condition that all of the plurality of power storage units are determined to be in a charged state or a discharged state .
前記電流制御部は、前記複数の蓄電手段が並列状態である場合に、前記複数の蓄電手段の充電時であれば、前記複数の蓄電手段のうち前記第2電気負荷の側に接続された蓄電手段の電気経路の抵抗値を大きくして充電電流を制御し、前記複数の蓄電手段の放電時であれば、前記複数の蓄電手段のうち前記第1電気負荷の側に接続された蓄電手段の電気経路の抵抗値を大きくして放電電流を制御する請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電源制御装置。 When the plurality of power storage means are in series, the first electrical load (14) is connected to an intermediate position (N1) on the path connecting the power storage means, and the power Applied to a system in which the second electrical load (15, 16) is connected to the positive-side position (N2) of the power storage means on the voltage side;
When the plurality of power storage units are in a parallel state and the current control unit is charging the plurality of power storage units, the current control unit is connected to the second electrical load side of the plurality of power storage units. The charging current is controlled by increasing the resistance value of the electrical path of the means, and when the plurality of power storage means are discharged, the power storage means connected to the first electric load side of the plurality of power storage means The power supply control device according to any one of claims 1 to 3 , wherein a discharge current is controlled by increasing a resistance value of an electric path.
前記各蓄電手段に通じる電気経路に設けられた複数のスイッチ手段(21〜25)を含み、前記複数の蓄電手段について互いに並列接続された並列状態と互いに直列接続された直列状態とを切り替える切替部と、
を備え、前記複数の蓄電手段が直列状態である場合に、前記各蓄電手段どうしを接続する経路上の中間位置(N1)に第1電気負荷(14)が接続されるとともに、それら各蓄電手段のうち高電圧側の前記蓄電手段の正極側の位置(N2)に第2電気負荷(15,16)が接続される電源システムに適用される電源制御装置(30)であって、
前記複数の蓄電手段の電気残容量をそれぞれ取得する容量取得部と、
前記複数の蓄電手段が並列状態である場合に、前記容量取得部により取得した各蓄電手段の電気残容量に基づいて、前記各蓄電手段に通じる電気経路に存在している抵抗可変部の抵抗値を調整して前記蓄電手段ごとに充放電電流を制御する電流制御部と、
を備え、
前記電流制御部は、前記複数の蓄電手段が並列状態である場合に、前記複数の蓄電手段の充電時であれば、前記複数の蓄電手段のうち前記第2電気負荷の側に接続された蓄電手段の電気経路の抵抗値を大きくして充電電流を制御し、前記複数の蓄電手段の放電時であれば、前記複数の蓄電手段のうち前記第1電気負荷の側に接続された蓄電手段の電気経路の抵抗値を大きくして放電電流を制御する電源制御装置。 A plurality of power storage means (12, 13);
A switching unit that includes a plurality of switch means (21 to 25) provided in an electric path that communicates with each of the power storage means, and that switches between a parallel state that is connected in parallel to each other and a serial state that is connected in series to each other with respect to the plurality of power storage means When,
And the first electric load (14) is connected to an intermediate position (N1) on the path connecting the power storage means when the plurality of power storage means are in series, and the power storage means A power supply control device (30) applied to a power supply system in which a second electrical load (15, 16) is connected to a position (N2) on the positive electrode side of the power storage means on the high voltage side ,
A capacity acquisition unit for acquiring an electric remaining capacity of each of the plurality of power storage means;
When the plurality of power storage units are in parallel, based on the remaining electric capacity of each power storage unit acquired by the capacity acquisition unit, the resistance value of the resistance variable unit existing in the electrical path leading to each power storage unit A current control unit that controls charge / discharge current for each power storage unit by adjusting
Equipped with a,
When the plurality of power storage units are in a parallel state and the current control unit is charging the plurality of power storage units, the current control unit is connected to the second electrical load side of the plurality of power storage units. The charging current is controlled by increasing the resistance value of the electrical path of the means, and when the plurality of power storage means are discharged, the power storage means connected to the first electric load side of the plurality of power storage means A power supply control device that controls the discharge current by increasing the resistance value of the electrical path .
前記電流制御部は、前記複数の蓄電手段が並列状態であり、かつ前記発電手段の発電が行われる場合に、前記電気残容量が大きい側の大容量の前記蓄電手段と前記電気残容量が小さい側の小容量の前記蓄電手段とのうち大容量の蓄電手段の通電経路における抵抗値を、小容量の蓄電手段の通電経路における抵抗値よりも相対的に大きくして、前記各蓄電手段の充電電流を制御する請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電源制御装置。 Applied to a power supply system comprising power generation means (16) for supplying generated power to the plurality of power storage means;
The current control unit is configured such that when the plurality of power storage units are in a parallel state and the power generation unit generates power, the large capacity power storage unit on the side where the remaining electric capacity is larger and the remaining electric capacity are small. Charging the power storage means by making the resistance value in the energization path of the large capacity power storage means of the small capacity power storage means on the side relatively larger than the resistance value in the power supply path of the small capacity power storage means The power supply control device according to any one of claims 1 to 5, which controls current.
前記電流制御部は、前記複数の蓄電手段が並列状態であり、かつ前記電気負荷への電力供給が行われる場合に、前記電気残容量が小さい側の小容量の前記蓄電手段と前記電気残容量が大きい側の大容量の前記蓄電手段とのうち小容量の蓄電手段の通電経路における抵抗値を、大容量の蓄電手段の通電経路における抵抗値よりも相対的に大きくして、前記各蓄電手段の放電電流を制御する請求項1乃至6のいずれか1項に記載の電源制御装置。 Applied to a power supply system comprising an electrical load (14) driven by power supplied from the plurality of power storage means,
The current control unit is configured such that when the plurality of power storage units are in parallel and power is supplied to the electric load, the power storage unit having a small capacity on the side where the remaining electric capacity is small and the remaining electric capacity Each of the power storage means is configured such that the resistance value in the energization path of the small capacity power storage means of the large capacity power storage means on the side of the larger capacity is relatively larger than the resistance value in the power supply path of the large capacity power storage means. The power supply control device according to any one of claims 1 to 6, wherein a discharge current of the power supply is controlled.
前記電流制御部は、前記複数の蓄電手段のうち充放電電流が所定値よりも大きい蓄電手段においては、前記抵抗値を大きくする側への変更を禁止する請求項1乃至8のいずれか1項に記載の電源制御装置。 A current acquisition unit for acquiring charge / discharge currents of the plurality of power storage means,
The current control unit, in the storage means charging and discharging current is larger than a predetermined value among the plurality of power storage means, any one of claims 1 to 8 to prohibit changes to the side to increase the resistance value The power supply control device described in 1.
前記電流制御部は、前記複数の蓄電手段に流れる各充放電電流に基づいて、前記抵抗可変部の抵抗値を設定する請求項1乃至9のいずれか1項に記載の電源制御装置。 A current acquisition unit for acquiring charge / discharge currents of the plurality of power storage means,
The current-control unit, based on each charge and discharge currents flowing through the plurality of storage means, the power supply control apparatus according to any one of claims 1 to 9 for setting the resistance value of the variable resistance unit.
前記電流制御部は、前記半導体スイッチング素子のオン状態での抵抗値を調整するものである請求項1乃至10のいずれか1項に記載の電源制御装置。 The variable resistance portion is constituted by a semiconductor switching element,
The current-control unit, the power supply control device according to any one of claims 1 to 10 and adjusts the resistance value of the on state of the semiconductor switching element.
前記電流制御部は、前記半導体スイッチング素子のオン状態での抵抗値を調整するものである請求項12に記載の電源制御装置。 The switch means is constituted by a semiconductor switching element,
The power supply control device according to claim 12 , wherein the current control unit adjusts a resistance value in an ON state of the semiconductor switching element.
前記複数の蓄電手段における前記電気残容量の差分が所定値よりも小さいと判定された場合に、前記複数の蓄電手段を前記並列状態から前記直列状態に移行させることを許可する切替制御部と、
を備える請求項1乃至14のいずれか1項に記載の電源制御装置。 A determination unit that determines whether or not a difference between the remaining electric capacities in the plurality of power storage units is smaller than a predetermined value;
A switching control unit that permits the plurality of power storage units to transition from the parallel state to the series state when it is determined that the difference in the remaining electric capacity in the plurality of power storage units is smaller than a predetermined value;
Power control device according to any one of claims 1 to 14 comprising a.
前記複数の蓄電手段と、
前記切替部と、
を備える電源システム。 The power supply control device according to any one of claims 1 to 15 ,
The plurality of power storage means;
The switching unit;
Power supply system comprising.
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