WO2015178075A1 - 電池制御装置 - Google Patents

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WO2015178075A1
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battery
secondary batteries
unit
assembled battery
secondary battery
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Application number
PCT/JP2015/057556
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English (en)
French (fr)
Inventor
内田 勝也
星野 昌幸
岡部 令
典広 金子
佐藤 誠
Original Assignee
株式会社東芝
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a battery control device.
  • a secondary battery is used as an assembled battery in which a single battery is combined in series, in parallel, or both.
  • the assembled battery is often used by being incorporated in some system (for example, for use in suppressing fluctuations in photovoltaic power generation or for in-vehicle use such as EV and HEV).
  • the charging ends when the voltage of each secondary battery (also referred to as a cell) constituting the assembled battery reaches the upper limit value.
  • the voltage of each secondary battery which comprises an assembled battery reaches
  • the battery control device of the embodiment includes a storage unit, a specifying unit, and an output unit.
  • the specifying unit can estimate the deterioration of each of the plurality of secondary batteries based on the state change accompanying the time transition of each of the plurality of secondary batteries constituting the assembled battery stored in the storage unit.
  • a characteristic value is calculated, and a secondary battery that is more than a predetermined threshold is identified from an average value of characteristic values that can be estimated to deteriorate among a plurality of secondary batteries.
  • the output unit outputs that the secondary battery specified by the specifying unit has deteriorated.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of the battery control device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating configurations of the assembled battery, the current detection device, the voltage detector, and the temperature detector according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the procedure of a process for detecting deterioration of the secondary battery constituting the assembled battery in the battery control device of the first embodiment.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the battery control device of the second embodiment.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the battery control device of the third embodiment.
  • FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the battery control device of the fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of the battery control device 100 of the present embodiment.
  • the battery control device 100 includes an assembled battery 101, a current detector 102, a current measurement unit 103, a voltage detector 104, a voltage measurement unit 105, a temperature detector 106, and a temperature.
  • a measurement unit 107, a timer IC 108, a storage unit 109, a specifying unit 110, an output unit 112, and a communication I / F 111 are provided.
  • the assembled battery 101 has a configuration in which a plurality of secondary batteries are connected in series, parallel, or a combination of series and parallel.
  • the assembled battery 101 supplies DC power to the load 150 connected via the current detector 102.
  • the load 150 only needs to use supplied DC power, and may be, for example, a drive source that is driven by DC power.
  • the current detector 102 detects a current flowing for each secondary battery, and outputs a signal representing the current to the current measuring unit 103.
  • the current measuring unit 103 converts a signal (for example, an analog signal) output from the current detector 102 into a current value (digital value) that flows for each secondary battery constituting the assembled battery 101, and stores the current value. Output to the unit 109.
  • the voltage detector 104 is provided for each secondary battery constituting the assembled battery 101, detects the voltage of the secondary battery, and outputs a signal indicating the voltage.
  • the voltage measuring unit 105 converts a signal (for example, an analog signal) output from each of the current detectors 102 into a voltage value (digital value) for each secondary battery that constitutes the assembled battery 101, for each secondary battery. Are output to the storage unit 109.
  • the temperature detector 106 is provided for each secondary battery constituting the assembled battery 101, detects the temperature of the secondary battery, and outputs a signal indicating the temperature.
  • the temperature measurement unit 107 converts a signal (for example, an analog signal) output from each of the temperature detectors 106 into a temperature (digital value) for each secondary battery that constitutes the assembled battery 101, and The temperature is output to the storage unit 109.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the assembled battery 101, the current detector 102, the voltage detector 104, and the temperature detector 106 of the present embodiment.
  • a plurality of secondary batteries 201 to 208 also called cells, are connected in series, parallel, or a combination of series and parallel.
  • an arm in which secondary batteries 201 to 204 are connected in series and an arm in which secondary batteries 205 to 208 are connected in series are parallel. It is an example connected to.
  • this embodiment shows the structural example of the assembled battery 101, Comprising: It does not restrict
  • the current detector 102 is provided for each arm constituting the assembled battery 101, and a signal indicating a current value flowing through the arm is used as a current of all secondary batteries connected to the arm. Output as a signal indicating the value.
  • the temperature detector 106 is provided for each of the secondary batteries 205 to 208, and outputs a signal indicating the temperature measured for each of the secondary batteries 205 to 208 to the temperature measuring unit 107.
  • the voltage detector 104 is provided for each of the secondary batteries 205 to 208, and outputs a signal indicating the voltage between the terminals of the secondary batteries 205 to 208 to the voltage measuring unit 105.
  • a temperature detector 106 and a voltage detector 104 are provided for each of the secondary batteries 201 to 204. As described above, the temperature detector 106 and the voltage detector 104 are provided for each secondary battery constituting the assembled battery 101. In addition, this embodiment has shown as an example about the detection method of temperature and a voltage, You may use another detection method.
  • a signal indicating the temperature of the secondary battery is input to the temperature measuring unit 107, and for all the secondary batteries constituting the assembled battery 101, the secondary battery A signal indicating the voltage of the battery is input to the voltage measuring unit 105.
  • the timer IC 108 is an IC having a function of notifying the current time or the elapsed time from the start of measurement, and outputs the current time or the elapsed time to the storage unit 109.
  • the battery control device 100 considers charge / discharge stop when the current measured by the current measuring unit 103 is within a certain range (for example, within ⁇ 0.05 A), and is out of range (for example, ⁇ 0.5 A).
  • a certain range for example, within ⁇ 0.05 A
  • ⁇ 0.5 A for example, ⁇ 0.5 A
  • the storage unit 109 needs to be a nonvolatile memory (for example, an EEPROM). Absent.
  • the storage unit 109 stores a change in state associated with time transition of each of the plurality of secondary batteries constituting the assembled battery 101.
  • the current value, temperature, and voltage value for each secondary battery are stored in association with the time output from the timer IC 108.
  • the current change, the temperature change, and the voltage change are stored in the storage unit 109 as the state change at the time of charging.
  • this embodiment uses the voltage change during charge of the assembled battery 101 for the deterioration estimation of a secondary battery.
  • the specifying unit 110 includes a deterioration estimation condition determination unit 121, a deterioration calculation unit 122, and a cell diagnosis unit 123, and each of a plurality of secondary batteries constituting the assembled battery 101 stored in the storage unit 109 is stored in the storage unit 109. Based on the state change accompanying the time transition, for each of the plurality of secondary batteries, a characteristic value that can be estimated for deterioration is calculated, and from the average value of the characteristic values that can be estimated for deterioration in the plurality of secondary batteries. A secondary battery that is more than a predetermined threshold is specified. In the present embodiment, the battery capacity and the internal resistance are specified as the characteristic values that can be estimated to be deteriorated, but any parameters may be used as long as the characteristics can estimate the deterioration of the secondary battery.
  • the deterioration estimation condition determination unit 121 determines whether or not a condition for estimating the deterioration of the secondary battery is satisfied based on the information stored in the storage unit 109. For example, when the temperature measured from each secondary battery is extremely high, or when the current value flowing through the secondary battery is not stable, it may not be in an appropriate state for estimating the deterioration of the secondary battery. is there. Therefore, the deterioration estimation condition determination unit 121 calculates the deterioration when the temperature measured from each of the secondary batteries is an appropriate temperature and the current value flowing through the secondary battery is stable, assuming that the condition is satisfied. An estimation request for deterioration of the secondary battery is made to the unit 122.
  • the deterioration calculating unit 122 calculates the battery capacity and the internal resistance based on the voltage change during charging derived from the voltage value stored in the storage unit 109.
  • the internal resistance increases and the battery capacity decreases. For this reason, the amount of change in the charging voltage value with time transition of the rechargeable battery varies with deterioration. Therefore, the current characteristics of the secondary battery can be recognized by measuring the amount of change in the charging voltage value with time transition of the secondary battery.
  • Specific battery capacity and internal resistance calculation methods include, for example, a method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-75461. However, the method is not limited to this method, and other methods may be used.
  • this embodiment demonstrates the example which calculates a battery capacity
  • the cell diagnosis unit 123 calculates an average value of the battery capacity and the internal resistance in all the secondary batteries constituting the assembled battery 101. Thereafter, the cell diagnosis unit 123 identifies secondary batteries whose battery capacity and internal resistance are separated by a predetermined threshold or more compared to the calculated average values of battery capacity and internal resistance. For example, the cell diagnosis unit 123 may use a secondary battery (cell) whose battery capacity is smaller than a first predetermined threshold value compared to the average value or a secondary battery whose internal resistance is larger than a second predetermined threshold value than the average value. The battery (cell) is identified as having deteriorated. Note that the first predetermined threshold value and the second predetermined threshold value are values set according to the embodiment, such as actual battery capacity and internal resistance, and the description thereof is omitted.
  • the communication I / F 111 is an interface connected to a network in order for the battery control device 100 to transmit / receive information to / from other devices.
  • the communication I / F 111 according to the present embodiment enables transmission / reception of information to / from a terminal used by a user via a network.
  • the output unit 112 outputs that the secondary battery (cell) has deteriorated to the terminal used by the user via the communication I / F 111 in accordance with the diagnosis result of the cell diagnosis unit 123. At that time, information for specifying the position of the secondary battery in which the deterioration has occurred is also output. Thereby, the user can recognize which secondary battery among the assembled batteries 101 has deteriorated.
  • this embodiment demonstrated the example output to the terminal etc. which were connected via the network, the output destination is not restrict
  • the storage unit 109 holds circuit information indicating the electric circuit in the assembled battery 101, and the output unit 112 performs communication. You may notify via the I / F 111 which position the secondary battery has deteriorated according to the circuit information.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a procedure of the above-described process in the battery control device 100 of the present embodiment.
  • the current measurement unit 103 determines whether charging / discharging has been started from the charging / discharging stop state from the current flowing through the secondary battery constituting the assembled battery 101 (step S301). When it determines with charging / discharging not being started (step S301: No), the process of step S301 is repeated again.
  • the storage unit 109 calculates the current value, voltage value, and temperature for each secondary battery constituting the assembled battery 101. The time is stored in association with the time (step S302).
  • the current measuring unit 103 determines whether charging / discharging has stopped from the current flowing through the secondary battery constituting the assembled battery 101 (step S303). If it is determined that charging / discharging has not stopped (step S303: No), the storage of the current value, voltage value, and temperature for each secondary battery constituting the assembled battery 101 in correspondence with the time is continued (step). S302).
  • the degradation estimation condition determination unit 121 determines that the secondary battery is It is determined whether or not a deterioration determination condition capable of determining deterioration is satisfied (step S304).
  • the judgment targets are the voltage at the start and end of charging, the temperature at the start and end of charging, and the current during charging.
  • the deterioration estimation condition determining unit 121 determines that the deterioration determination condition is satisfied (step S304: Yes)
  • the deterioration calculating unit 122 is based on the information stored in the storage unit 109.
  • the battery capacity and the internal resistance are calculated for each secondary battery (cell) for all the secondary batteries (cells) included in (Step S305).
  • the cell diagnosis unit 123 calculates the average value of the battery capacity and the average value of the internal resistance in all the secondary batteries constituting the assembled battery 101 (step S306). Then, the cell diagnosis unit 123 determines whether there is a secondary battery (cell) whose battery capacity and internal resistance are separated from the average value by a predetermined threshold or more (step S307). When it is determined that there is no secondary battery (cell) separated from the average value by a predetermined threshold or more (S307: No), the process ends.
  • the cell diagnosis unit 123 determines that there is a secondary battery (cell) whose battery capacity and internal resistance are separated from the average value by a predetermined threshold or more (S307: Yes), it is included in the assembled battery 101.
  • the user's terminal or the like is notified that the secondary battery (cell) has deteriorated (step S308). At that time, information that can specify the position of the deteriorated secondary battery is also notified.
  • the battery capacity varies due to the use of the assembled battery 101.
  • the battery capacity becomes smaller than the predetermined threshold value from the average value. Can be recognized by the user. In that case, you may notify a user of the secondary battery in which the said degradation has arisen as a cell which needs replacement
  • the battery capacity and the internal resistance are calculated as the characteristic values capable of estimating the deterioration of the secondary battery.
  • the characteristic value that can be used to estimate the deterioration of the secondary battery is not limited to the battery capacity and the internal resistance. Therefore, in the present embodiment, an example will be described in which the voltage change width during a predetermined time is used as a characteristic value that can be used to estimate the deterioration of the secondary battery.
  • the deterioration of the secondary battery is determined using the change width of the voltage during a certain time from the start of charging or discharging as a characteristic value that can be used to estimate the deterioration of the secondary battery.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of the battery control device 400 of the present embodiment. As shown in FIG. 4, the battery control device 400 is different from the battery control device 100 of the first embodiment in that a specifying unit 401 is provided instead of the specifying unit 110.
  • the timer IC 108 counts for a certain period of time as described above after charging starts. Note that an appropriate value is set for the fixed time according to the embodiment, and for example, 5 seconds may be considered.
  • the storage unit 109 of the present embodiment stores the voltage value of each secondary battery that constitutes the assembled battery 101 until the timer IC 108 finishes counting for a certain period of time (until a certain period of time has elapsed since the start of charging). deep.
  • the specifying unit 401 includes a voltage difference calculation unit 411 and a cell diagnosis unit 412.
  • the change width is more than a predetermined threshold from the average value of the change width of the voltage measured during a certain time after the start of charging. Identify the secondary battery.
  • the voltage difference calculation unit 411 calculates the maximum voltage value within a certain time from the start of charging for each secondary battery constituting the assembled battery 101 from the voltage value associated with the time stored in the storage unit 109. A change width of the voltage which is a difference between the minimum voltage value is calculated.
  • the cell diagnosis unit 412 calculates the average value of the change width of the voltage value within a certain time after the start of charging in all the secondary batteries constituting the assembled battery 101. Thereafter, the cell diagnosis unit 412 identifies secondary batteries whose voltage value change width is more than a predetermined threshold compared to the calculated average value of voltage value change widths.
  • the predetermined threshold is a value set according to the embodiment, and the description thereof is omitted.
  • the cell diagnosis unit 412 does not perform diagnosis when the current state changes, for example, charging is completed before a certain time has elapsed since the start of charging.
  • the output unit 112 outputs information indicating that the secondary battery (cell) has deteriorated to the terminal or the like used by the user according to the diagnosis result of the cell diagnosis unit 412 via the communication I / F 111.
  • the same effect as in the first embodiment can be obtained by specifying the deterioration of the secondary battery based on the change width of the voltage value.
  • the characteristic value that can be used to estimate the deterioration of the secondary battery is not limited to the battery capacity, the internal resistance, and the voltage change width. Therefore, in the present embodiment, an example will be described in which the change width of the temperature during a certain time is used as a characteristic value that can be used to estimate the deterioration of the secondary battery.
  • the temperature change width changes as the internal resistance increases. Therefore, in the present embodiment, an example will be described in which the deterioration of the secondary battery is determined using the change width of the temperature during a certain time from the start of charging or discharging as a characteristic value that can be used to estimate the deterioration of the secondary battery. .
  • FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of the battery control device 500 of the present embodiment. As shown in FIG. 5, the battery control device 500 is different from the battery control device 400 of the second embodiment in that a specifying unit 501 is provided instead of the specifying unit 401.
  • the storage unit 109 stores the temperature of each secondary battery that constitutes the assembled battery 101 until the timer IC 108 finishes counting for a certain period of time (until a certain period of time has elapsed since the start of charging). .
  • the specifying unit 501 includes a temperature difference calculation unit 511 and a cell diagnosis unit 512, and a change width is a predetermined threshold value based on an average value of temperature change widths measured during a predetermined time after the start of charging or discharging. Identify secondary batteries that are separated from each other.
  • the temperature difference calculation unit 511 calculates the maximum temperature within a predetermined time from the start of charging or discharging for each secondary battery constituting the assembled battery 101 from the temperature associated with the time stored in the storage unit 109.
  • the change width of the temperature which is the difference from the minimum temperature, is calculated.
  • the cell diagnosis unit 512 calculates the average value of the change width of the temperature within a certain time after the start of charging or discharging in all the secondary batteries constituting the assembled battery 101. After that, the cell diagnosis unit 512 identifies secondary batteries whose temperature change width is more than a predetermined threshold compared to the average value of the calculated temperature change width.
  • the predetermined threshold is a value set according to the embodiment, and the description thereof is omitted.
  • the output unit 112 outputs information indicating that the secondary battery (cell) has deteriorated to the terminal or the like used by the user according to the diagnosis result of the cell diagnosis unit 412 via the communication I / F 111.
  • the use of the arm including the secondary battery in the assembled battery 101 that has deteriorated is stopped.
  • the time during which the assembled battery 101 can supply power is shortened, but stable power supply is possible.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of the battery control device 600 of the present embodiment.
  • the battery control device 600 is different from the battery control device 500 of the third embodiment in that a switch control unit 601 and a switching unit 602 are added, and the assembled battery 101 is changed to an assembled battery 603. It is assumed that
  • the switching unit 602 performs control to switch between the load 150 and the rechargeable battery 650.
  • the assembled battery 603 of this embodiment includes an arm in which secondary batteries (cells) 621_1 to 621_4 are connected in series, an arm in which secondary batteries (cells) 622_1 to 622_4 are connected in series, and a secondary battery (cell). ) An example in which the arms 623_1 to 623_4 connected in series are connected in parallel.
  • this embodiment shows the structural example of the assembled battery 603, Comprising: Connection form, such as the number of connection of a cell and parallel and series, is not restrict
  • the first switch unit 611 is provided on the arm to which the secondary batteries (cells) 621_1 to 621_4 are connected, and the first battery is connected to the arm to which the secondary batteries (cells) 622_1 to 622_4 are connected.
  • the second switch unit 612 is provided, and the third switch unit 613 is provided on the arm to which the secondary batteries (cells) 623_1 to 623_4 are connected.
  • the switch part is provided for every arm.
  • the switch control unit 601 outputs a switching signal (use OFF signal) to the switch unit connected to the arm including the secondary battery determined to have deteriorated by the cell diagnosis unit 512, and the arm (column) is output. Control to degenerate.
  • the switch control unit 601 controls the second switch unit 612 to control the secondary battery ( Cell)
  • the arm including 622_2 is controlled to stop use.
  • the storage unit 109 stores the correspondence relationship between the cell and the switch unit to stop the use of the cell, and the switch control unit 601 controls the switch units 611 to 613 according to the correspondence relationship. You may do it.
  • a user can recognize a secondary battery that has deteriorated greatly as a result of using the secondary battery constituting the assembled battery. As a result, for example, it is possible to replace the assembled battery and the secondary battery constituting the assembled battery, stop the use of the deteriorated secondary battery, etc. Power supply can be realized.

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Abstract

 実施形態の電池制御装置は、記憶部と、特定部と、出力部と、を備える。記憶部は、組電池を構成する複数の二次電池の各々の時間遷移に伴う状態変化を記憶する。特定部は、記憶部に記憶された、組電池を構成する複数の二次電池の各々の時間遷移に伴う状態変化に基づいて、複数の二次電池の各々に対して、劣化を推測可能な特性値を算出し、複数の二次電池における、劣化を推測可能な特性値の平均値から所定の閾値以上離れている二次電池を特定する。出力部は、特定部により特定された二次電池について、劣化が生じた旨を出力する。

Description

電池制御装置
 本発明の実施形態は、電池制御装置に関する。
 従来、二次電池は、単一の電池を直列、並列、又はその両方で組み合わせた組電池として使用される。組電池は、何らかのシステム(例えば、太陽光発電の変動抑制用途や、EV、HEVなどの車載用)に組み込んで使われることが多い。組電池を安全且つ有効に使用するために、当該システムにおいて、組電池に充電する際、組電池を構成する各二次電池(セルとも称する)の電圧が上限値に到達する際に充電が終了する。また、当該システムにおいて、組電池を放電する際、組電池を構成する各二次電池の電圧が下限値に到達した際に放電が終了する。また、当該システムにおいて、組電池を構成する各二次電池(セルとも称する)の温度が上限値や下限値に到達した際に、充電又は放電を停止する。また、組電池の構成する二次電池にはばらつきがあるため、各電池の電圧を均等化するためにセルバランス処理を行うことが多い。
 一方、二次電池は製造直後から徐々に劣化する。このため、組電池を構成する複数の二次電池間の、放電による電圧や、温度の変化の幅が大きくなってくる。組電池を構成する複数の二次電池間で、これらの違いが大きくなると、セルバランス処理で調整するのが難しくなり、組電池全体の見た目の容量の低下につながっていた。このため、組電池を構成する個々の二次電池について診断する機能が求められていた。
特開2011-75461号公報
 しかしながら、従来技術においては、電池の特性を検出するに留まり、組電池を構成する個々の電池について劣化度合いを推定するものではなかった。
 実施形態の電池制御装置は、記憶部と、特定部と、出力部と、を備える。記憶部は、組電池を構成する複数の二次電池の各々の時間遷移に伴う状態変化を記憶する。特定部は、記憶部に記憶された、組電池を構成する複数の二次電池の各々の時間遷移に伴う状態変化に基づいて、複数の二次電池の各々に対して、劣化を推測可能な特性値を算出し、複数の二次電池における、劣化を推測可能な特性値の平均値から所定の閾値以上離れている二次電池を特定する。出力部は、特定部により特定された二次電池について、劣化が生じた旨を出力する。
図1は、第1の実施形態の電池制御装置の構成を示したブロック図である。 図2は、第1の実施形態の組電池、電流検出装置、電圧検出器、及び温度検出器の構成を示した図である。 図3は、第1の実施形態の電池制御装置における組電池を構成する二次電池の劣化検出処理の手順を示すフローチャートである。 図4は、第2の実施形態の電池制御装置の構成を示したブロック図である。 図5は、第3の実施形態の電池制御装置の構成を示したブロック図である。 図6は、第4の実施形態の電池制御装置の構成を示したブロック図である。
(第1の実施形態)
 本実施形態の電池制御装置について説明する。図1は、本実施形態の電池制御装置100の構成を示したブロック図である。図1に示されるように、電池制御装置100は、組電池101と、電流検出器102と、電流測定部103と、電圧検出器104と、電圧測定部105と、温度検出器106と、温度測定部107と、タイマーIC108と、記憶部109と、特定部110と、出力部112と、通信I/F111と、を備えている。
 組電池101は、複数の二次電池を直列、並列、又は直列と並列とを組み合わせた構成とする。組電池101は、電流検出器102を介して接続された負荷150に対して直流電力を供給する。負荷150は、供給される直流電力を利用するものであればよく、例えば、直流電力で駆動する駆動源であってもよい。
 電流検出器102は、二次電池毎に流れる電流を検出し、当該電流を表す信号を、電流測定部103に出力する。
 電流測定部103は、電流検出器102から出力された信号(例えばアナログ信号)を、組電池101を構成する二次電池毎に流れる電流値(デジタル値)に変換して、当該電流値を記憶部109に出力する。
 電圧検出器104は、組電池101を構成する二次電池毎に設けられて、当該二次電池の電圧を検出し、当該電圧を示す信号を出力する。
 電圧測定部105は、電流検出器102の各々から出力された信号(例えばアナログ信号)を、組電池101を構成する二次電池毎の電圧値(デジタル値)に変換して、二次電池毎の電圧値を、記憶部109に出力する。
 温度検出器106は、組電池101を構成する二次電池毎に設けられて、当該二次電池の温度を検出し、当該温度を示す信号を出力する。
 温度測定部107は、温度検出器106の各々から出力された信号(例えばアナログ信号)を、組電池101を構成する二次電池毎の温度(デジタル値)に変換して、二次電池毎の温度を、記憶部109に出力する。
 図2は、本実施形態の組電池101、電流検出器102、電圧検出器104、及び温度検出器106の構成を示した図である。図2に示される例では、セルとも称される二次電池201~208を複数個直列、並列、又は直列と並列との組み合わせに接続したものである。本実施形態では、説明のために、組電池101の一部として、二次電池201~204が直列に接続されたアームと、二次電池205~208が直列に接続されたアームと、が並列に接続された例とする。なお、本実施形態は組電池101の構成例を示したものであって、セルの接続数や並列及び直列などの接続形態を制限するものではない。
 図2に示されるように、電流検出器102は、組電池101を構成するアーム毎に設けられ、当該アームを流れる電流値を示す信号を、当該アームに接続された全ての二次電池の電流値を示す信号として出力する。
 また、温度検出器106は、各二次電池205~208毎に設けられており、二次電池205~208毎に測定された温度を示す信号を、温度測定部107に出力する。
 また、電圧検出器104は、各二次電池205~208毎に設けられ、二次電池205~208間の端子間電圧を示す信号を、電圧測定部105に出力する。
 なお、図示していないが、各二次電池201~204毎にも、温度検出器106、及び電圧検出器104が設けられている。このように、組電池101を構成する二次電池毎に、温度検出器106及び電圧検出器104が設けられている。なお、本実施形態は、温度や電圧の検出手法について一例として示したものであって、他の検出手法を用いても良い。
 そして、組電池101を構成する全ての二次電池について、当該二次電池の温度を示す信号が、温度測定部107に入力され、組電池101を構成する全ての二次電池について、当該二次電池の電圧を示す信号が、電圧測定部105に入力される。
 図1に戻り、タイマーIC108は、現在の時刻または計測開始時からの経過時間を通知する機能を備えたICとし、現在時刻又は経過時間を記憶部109に出力する。
 本実施形態の電池制御装置100は、電流測定部103により測定された電流が、一定の範囲内(たとえば±0.05A以内)の場合に充放電停止とみなし、範囲外(例えば±0.5Aの範囲外)の電流が流れ始めた場合に充放電中とみなし、記憶部109に二次電池毎の電圧値、温度、電流値及び時刻を対応づけて記憶させる制御を開始する。
 本実施形態の劣化推定を行う場合、充電が継続して行われる必要があり、電池制御装置100の電源が切られることが無いため、記憶部109は不揮発性メモリ(例えばEEPROM)である必要はない。
 記憶部109は、組電池101を構成する複数の二次電池の各々の時間遷移に伴う状態変化を記憶する。本実施形態では、二次電池毎の電流値、温度、及び電圧値を、タイマーIC108から出力された時刻と対応づけて記憶する。これにより、記憶部109に、充電する際の状態変化として、電流変化、温度変化、及び電圧変化が記憶されたことになる。そして、本実施形態は、二次電池の劣化推定に、組電池101の充電中における電圧変化を用いる。
 特定部110は、劣化推定条件判定部121と、劣化算出部122と、セル診断部123と、を備え、記憶部109に記憶された、組電池101を構成する複数の二次電池の各々の時間遷移に伴う状態変化に基づいて、複数の二次電池の各々に対して、劣化を推測可能な特性値を算出し、複数の二次電池における、劣化を推測可能な特性値の平均値から所定の閾値以上離れている二次電池を特定する。本実施形態では、劣化を推測可能な特性値として、電池容量や内部抵抗を特定するが、二次電池の劣化を推定可能な特性であればどのようなパラメータでも良い。
 劣化推定条件判定部121は、記憶部109に記憶された情報に基づいて、二次電池の劣化を推定可能な条件を満たしているか否かを判定する。例えば、二次電池の各々から計測された温度が極端に高い場合や、二次電池に流れる電流値が安定していない場合など、二次電池の劣化を推定するために適切な状態でない場合がある。そこで、劣化推定条件判定部121では、二次電池の各々から計測された温度が適温であり、且つ二次電池に流れる電流値が安定である場合に、条件を満たしているものとして、劣化算出部122に対して二次電池の劣化の推定要求を行う。
 劣化算出部122は、記憶部109に記憶された電圧値から導出される、充電中における電圧変化に基づいて、電池容量及び内部抵抗を算出する。ところで、二次電池は劣化すると、内部抵抗が大きくなるとともに、電池容量が小さくなる。このため、充電池の時間遷移に伴う充電電圧値の変化量が、劣化とともに異なってくる。従って、二次電池の時間遷移に伴う充電電圧値の変化量を測定することで、二次電池の現在の特性を認識できる。具体的な電池容量及び内部抵抗の算出手法については、例えば、特開2011-75461に記載されている手法があるが、当該手法に制限するものではなく、他の手法を用いても良い。
 なお、本実施形態は、二次電池の劣化を推測可能な特性値として、電池容量及び内部抵抗を算出する例について説明するが、電池容量及び内部抵抗のうちいずれか一方でも良いし、劣化が推測可能な特性値であれば、電池容量及び内部抵抗以外でも良い。
 セル診断部123は、組電池101を構成する、全ての二次電池における、電池容量及び内部抵抗の平均値を算出する。その後、セル診断部123は、算出した電池容量及び内部抵抗の平均値と比べて、電池容量及び内部抵抗が所定の閾値以上離れている二次電池を特定する。例えば、セル診断部123は、電池容量が平均値と比べて第1の所定の閾値以上小さい二次電池(セル)や、内部抵抗が平均値と比べて第2の所定の閾値以上大きい二次電池(セル)を、劣化が生じているものとして特定する。なお、第1の所定の閾値、及び第2の所定の閾値は、実際の電池容量や内部抵抗など、実施の態様に応じて設定される値として、説明を省略する。
 通信I/F111は、電池制御装置100が他の機器と情報を送受信するためにネットワークと接続するインタフェースとする。本実施形態の通信I/F111は、ネットワークを介して、ユーザが利用する端末等と情報の送受信を可能とする。
 出力部112は、セル診断部123の診断結果に従って、二次電池(セル)に劣化が生じた旨を、通信I/F111を介して、ユーザが利用する端末等に出力する。その際に、劣化が生じた二次電池の位置を特定するための情報も出力する。これにより、ユーザは組電池101のうちどの二次電池に劣化が生じたのか認識できる。なお、本実施形態は、ネットワークを介して接続された端末等に出力する例について説明したが、出力先を端末等に制限するものではなく、例えば、電池制御装置100に設けられたモニタ等であっても良い。
 また、組電池101のうち、どの二次電池で劣化が生じたのか認識するために、記憶部109に、組電池101内の電気回路を示した回路情報を保持し、出力部112が、通信I/F111を介して、当該回路情報に従ってどの位置の二次電池に劣化が生じたのかを通知しても良い。
 次に、本実施形態の電池制御装置100における組電池101を構成する二次電池の劣化検出処理について説明する。図3は、本実施形態の電池制御装置100における上述した処理の手順を示すフローチャートである。
 まず、電流測定部103は、組電池101を構成する二次電池に流れる電流から、充放電の停止状態から、充放電が開始されたか否かを判定する(ステップS301)。充放電が開始されないと判定した場合(ステップS301:No)、再びステップS301の処理を繰り返す。
 そして、電流測定部103が、充放電が開始されたと判定した場合(ステップS301:Yes)、記憶部109が、組電池101を構成する二次電池毎の電流値、電圧値、及び温度を、時刻と対応づけて記憶する(ステップS302)。
 その後、電流測定部103が、組電池101を構成する二次電池に流れる電流から、充放電が停止したか否かを判定する(ステップS303)。充放電が停止していないと判定した場合(ステップS303:No)、組電池101を構成する二次電池毎の電流値、電圧値、及び温度を、時刻と対応づけた記憶を継続する(ステップS302)。
 一方、電流測定部103が、組電池101を構成する二次電池に流れる電流から、充放電が停止したと判定した場合(ステップS303:Yes)、劣化推定条件判定部121が、二次電池の劣化を判定可能な劣化判定条件を満たしているか否かを判定する(ステップS304)。判定対象は充電開始時・終了時の電圧、充電開始時・終了時の温度、および充電中の電流とする。劣化判定条件を満たしていないと判定した場合(ステップS304:No)、処理を終了する。
 一方、劣化推定条件判定部121が、劣化判定条件を満たしていると判定した場合(ステップS304:Yes)、劣化算出部122が、記憶部109に格納されている情報に基づいて、組電池101に含まれている全二次電池(セル)について、二次電池(セル)毎に電池容量と内部抵抗とを算出する(ステップS305)。
 次に、セル診断部123が、組電池101を構成する、全ての二次電池における、電池容量の平均値と内部抵抗の平均値を算出する(ステップS306)。そして、セル診断部123が、電池容量及び内部抵抗が平均値から所定の閾値以上離れた二次電池(セル)があるか否かを判定する(ステップS307)。平均値から所定の閾値以上離れた二次電池(セル)がないと判定した場合(S307:No)、処理を終了する。
 次に、セル診断部123が、電池容量及び内部抵抗が平均値から所定の閾値以上離れた二次電池(セル)があると判定した場合(S307:Yes)、組電池101に含まれている二次電池(セル)が劣化している旨を、ユーザの端末等に通知する(ステップS308)。その際に、劣化している二次電池の位置を特定可能な情報も通知する。
 上述した処理手順により、組電池101の使用で電池容量にばらつきが生じた結果、電池容量が平均値より所定の閾値より小さくなった、換言すれば他よりも劣化が進んでいる二次電池を、ユーザが認識することができる。その際に、当該劣化が生じている二次電池を交換が必要なセルとして、ユーザに通知しても良い。
(第2の実施形態)
 第1の実施形態では、二次電池の劣化を推測可能な特性値として、電池容量及び内部抵抗を算出する例について説明した。しかしながら、二次電池の劣化を推測可能な特性値を、電池容量及び内部抵抗に制限するものではない。そこで、本実施形態では、二次電池の劣化を推測可能な特性値として、一定時間の間の電圧の変化幅を用いる例について説明する。
 つまり、組電池101を構成する二次電池は劣化すると内部抵抗が上昇するため、放電停止状態から放電が開始した際、放電中から放電が停止した際、充電停止状態から充電が開始した際、及び充電中から充電が停止した際に、当該内部抵抗の上昇とともに電圧の変化幅が変化する。そこで、本実施形態では、充電又は放電開始から一定時間の間の電圧の変化幅を、二次電池の劣化を推測可能な特性値として用いて、二次電池の劣化を判定する例について説明する。なお、本実施形態では、内部抵抗の変化に伴う電圧の変化幅を検出可能であれば良いため、例えば、充電又は放電終了後の一定時間後の電圧の変化幅を検出しても良い。
 図4は、本実施形態の電池制御装置400の構成を示したブロック図である。図4に示されるように、電池制御装置400は、第1の実施形態の電池制御装置100と異なる点としては、特定部110の代わりに特定部401が設けられている点とする。
 タイマーIC108は、充電が開始してから上述した一定時間のカウントを行う。なお、一定時間は、実施の態様に応じて適切な値が設定され、例えば5秒等が考えられる。
 本実施形態の記憶部109は、タイマーIC108が一定時間のカウントが終了するまで(充電開始してから一定時間経過するまで)、組電池101を構成する二次電池毎の電圧値を記憶しておく。
 特定部401は、電圧差算出部411と、セル診断部412と、を備え、充電開始後の一定時間の間に計測された電圧の変化幅の平均値から、変化幅が所定の閾値以上離れている二次電池を特定する。
 電圧差算出部411は、記憶部109に記憶された時刻と対応づけられた電圧値から、組電池101を構成する二次電池毎に、充電開始してから一定時間内の、最大電圧値と最小電圧値との間の差分である電圧の変化幅を算出する。
 セル診断部412は、組電池101を構成する、全ての二次電池における、充電が開始してから一定時間内の電圧値の変化幅の平均値を算出する。その後、セル診断部412は、算出した電圧値の変化幅の平均値と比べて、電圧値の変化幅が所定の閾値以上離れている二次電池を特定する。なお、当該所定の閾値は、実施の態様に応じて設定される値として、説明を省略する。
 ただし、セル診断部412は、充電開始してから一定時間経過する前に、充電が終了したなどの電流の状態が変化した場合には、診断は行わない。
 出力部112は、通信I/F111を介して、セル診断部412の診断結果に従って、二次電池(セル)に劣化が生じた旨を、ユーザが利用する端末等に出力する。
 第2の実施形態では、電圧値の変化幅に基づいて、二次電池の劣化を特定することで、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
(第3の実施形態)
 上述した実施形態では、二次電池の劣化を推測可能な特性値として、電池容量及び内部抵抗や、電圧の変化幅を算出する例について説明した。しかしながら、二次電池の劣化を推測可能な特性値を、電池容量及び内部抵抗や、電圧の変化幅に制限するものではない。そこで、本実施形態では、二次電池の劣化を推測可能な特性値として、一定時間の間の温度の変化幅を用いる例について説明する。
 つまり、組電池101を構成する二次電池は劣化すると内部抵抗が上昇するため、一定時間充電した際に、当該内部抵抗の上昇とともに温度の変化幅が変化する。そこで、本実施形態では、充電又は放電開始から一定時間の間の温度の変化幅を、二次電池の劣化を推測可能な特性値として用いて、二次電池の劣化を判定する例について説明する。
 図5は、本実施形態の電池制御装置500の構成を示したブロック図である。図5に示されるように、電池制御装置500は、第2の実施形態の電池制御装置400と異なる点としては、特定部401の代わりに特定部501が設けられている点とする。
 本実施形態の記憶部109は、タイマーIC108が一定時間のカウントが終了するまで(充電開始してから一定時間経過するまで)、組電池101を構成する二次電池毎の温度を記憶しておく。
 特定部501は、温度差算出部511と、セル診断部512と、を備え、充電又は放電開始後の一定時間の間に計測された温度の変化幅の平均値から、変化幅が所定の閾値以上離れている二次電池を特定する。
 温度差算出部511は、記憶部109に記憶された時刻と対応づけられた温度から、組電池101を構成する二次電池毎に、充電又は放電開始してから一定時間内の、最大温度と最小温度との間の差分である温度の変化幅を算出する。
 セル診断部512は、組電池101を構成する、全ての二次電池における、充電又は放電が開始してから一定時間内の温度の変化幅の平均値を算出する。その後、セル診断部512は、算出した温度の変化幅の平均値と比べて、温度の変化幅が所定の閾値以上離れている二次電池を特定する。なお、当該所定の閾値は、実施の態様に応じて設定される値として、説明を省略する。
 出力部112は、通信I/F111を介して、セル診断部412の診断結果に従って、二次電池(セル)に劣化が生じた旨を、ユーザが利用する端末等に出力する。
(変形例)
 上述した第1~第3の実施形態においては、電池容量及び内部抵抗、電圧の変化幅、温度の変化幅に基づいて、組電池101を構成する二次電池の劣化を検出する例について説明した。上述した実施形態は、電池容量及び内部抵抗、電圧の変化幅、又は温度の変化幅を用いたが、これらを組み合わせて二次電池の劣化を検出しても良い。さらには、上述した実施形態で示した以外の検出手法と組み合わせて、二次電池の劣化を検出しても良い。
(第4の実施形態)
 上述した実施形態では、二次電池の劣化を検出した場合に、当該二次電池に関する通知に留まり、他に制御を行っていなかった。そこで、第4の実施形態では、劣化が生じた二次電池を使用しないようにする制御を行う例について説明する。
 本実施形態の電池制御装置では、組電池101のうち、劣化が生じた二次電池を含むアームの利用を停止する例とする。劣化が生じた二次電池を含むアームの利用を停止することで、組電池101が電力を供給可能な時間が短縮するものの、安定した電力の供給が可能となる。
 図6は、本実施形態の電池制御装置600の構成を示したブロック図である。図6に示されるように、電池制御装置600は、第3の実施形態の電池制御装置500とは、スイッチ制御部601と切替部602が追加されるとともに、組電池101が組電池603に変更された点とする。
 また、本実施形態の電池制御装置600において、切替部602が、負荷150及び充電池650のうちいずれかと接続するか切り替える制御を行う。
 本実施形態の組電池603は、二次電池(セル)621_1~621_4が直列に接続されたアームと、二次電池(セル)622_1~622_4が直列に接続されたアームと、二次電池(セル)623_1~623_4が直列に接続されたアームと、が並列に接続された例とする。なお、本実施形態は組電池603の構成例を示したものであって、セルの接続数や並列及び直列などの接続形態を制限するものではない。
 そして、図6に示すように、二次電池(セル)621_1~621_4が接続されたアームに第1のスイッチ部611が設けられ、二次電池(セル)622_1~622_4が接続されたアームに第2のスイッチ部612が設けられ、二次電池(セル)623_1~623_4が接続されたアームに第3のスイッチ部613が設けられている。このように、本実施形態では、アーム毎にスイッチ部が設けられている。
 スイッチ制御部601は、セル診断部512により劣化が生じたと判定された二次電池を含むアームに接続されたスイッチ部に対して切替信号(利用OFF信号)を出力し、当該アーム(列)を縮退させる制御を行う。
 例えば、セル診断部512により、二次電池(セル)622_2の劣化が他より著しいと判定された場合に、スイッチ制御部601は、第2のスイッチ部612を制御して、当該二次電池(セル)622_2を含むアームに使用を停止させる制御を行う。
 このために、記憶部109に、セルと、当該セルの利用を停止するためにスイッチ部と、の対応関係を記憶し、スイッチ制御部601は、当該対応関係に従って、スイッチ部611~613を制御しても良い。
 上述した実施形態によれば、組電池を構成する二次電池のうち、使用することで劣化が大きくなった二次電池を、ユーザが認識することができる。これにより、例えば、必要に応じて組電池や、当該組電池を構成する二次電池の交換、劣化が生じた二次電池の使用を停止する等を行うことができるので、組電池による安定した電力供給を実現できる。
 本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (5)

  1.  組電池を構成する複数の二次電池の各々の時間遷移に伴う状態変化を記憶する記憶部と、
     前記記憶部に記憶された、前記組電池を構成する複数の二次電池の各々の時間遷移に伴う状態変化に基づいて、前記複数の二次電池の各々に対して、劣化を推測可能な特性値を算出し、前記複数の二次電池における、劣化を推測可能な特性値の平均値から所定の閾値以上離れている二次電池を特定する特定部と、
     前記特定部により特定された前記二次電池について、劣化が生じた旨を出力する出力部と、
     を備える電池制御装置。
  2.  前記記憶部に記憶された、前記時間遷移に伴う状態変化として、前記組電池の充電中における電圧変化を含み、
     前記特定部は、前記充電中における電圧変化に基づいて、前記複数の二次電池の劣化を推測可能な特性値として、電池容量又は内部抵抗を算出する、
     請求項1に記載の電池制御装置。
  3.  前記記憶部に記憶された、前記時間遷移に伴う状態変化として、前記組電池の充放電が停止又は開始してから一定時間内の、当該組電池を構成する複数の二次電池の各々の、電圧の変化幅を含み、
     前記特定部は、前記組電池を構成する複数の二次電池における、前記電圧の変化幅の平均値から、所定の閾値以上離れている二次電池を特定する、
     請求項1に記載の電池制御装置。
  4.  前記記憶部に記憶された、前記時間遷移に伴う状態変化として、前記組電池の充放電中の、当該組電池を構成する複数の二次電池の各々の温度の変化幅を含み、
     前記特定部は、前記組電池を構成する複数の二次電池における、前記温度の変化幅の平均値から、所定の閾値以上離れている二次電池を特定する、
     請求項1に記載の電池制御装置。
  5.  前記組電池において前記複数の二次電池で並列回路が構成されている場合に、前記組電池のうち、前記特定部により特定された前記二次電池を含む列の使用を停止させる制御を行う制御部を、
     さらに備える請求項1に記載の電池制御装置。
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