WO2022264698A1 - 蓄電装置、及び、蓄電装置の制御方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a power storage device and a control method for the power storage device.
- Patent Literature 1 describes that the cell balance during charging is uniformed by a voltage equalization circuit that equalizes the voltages of a plurality of cells that constitute an assembled battery.
- a power storage device mounted on a vehicle is charged by a vehicle generator (so-called alternator). If the power storage device is used in a high state of charge, the regenerative charging of the vehicle will not be accepted, and the fuel efficiency will deteriorate. often suppressed.
- Vehicles periodically charge the power storage device to a high SOC, but the time interval between these charges tends to be long, such as one week. Vehicles may be parked for long periods of time, such as one to two months. Since the vehicle generator does not operate while the vehicle is parked, the time interval for charging the power storage device to the high SOC becomes longer due to the long-term parking of the vehicle.
- the present disclosure discloses a technology capable of suppressing the use of the power storage device while the variation in the amount of electricity between the power storage cells is large.
- the power storage device connected to the charging device includes a plurality of power storage cells, a balancer circuit that individually discharges each of the power storage cells, and a voltage sensor that detects the voltage of each power storage cell. and a management unit.
- the management unit performs request processing for requesting the charging device to charge the power storage device when a predetermined condition for reducing the difference in the amount of electricity between the power storage cells is satisfied, and is charged, the voltage sensor detects the voltage of each of the storage cells, and changes the operation time of the balancer circuit according to the detected voltage difference, thereby detecting the difference in the amount of electricity between the storage cells. and a reduction process to reduce.
- FIG. 4A Block diagram showing the electrical configuration of a power storage device Graph showing changes in current and voltage when a power storage device is fully charged by CC-CV charging Graph for explaining the reduction in the difference in the amount of remaining electricity between storage cells Graph showing temporal change of QF Flowchart of processing for reducing the difference in the amount of remaining electricity between storage cells based on QF A graph showing an example of a plateau region Graph showing temporal changes in voltage when two storage cells having plateau regions are charged Graph showing changes in voltage when the power storage device is fully charged (when the difference in the amount of electricity between the power storage cells is 50 mAh) Graph showing changes in voltage when the power storage device is fully charged (when the difference in the amount of electricity between the power storage cells is 200 mAh)
- the power storage device is a power storage device that is connected to a charging device and includes a plurality of power storage cells, a balancer circuit that discharges each of the power storage cells individually, and a voltage sensor that detects the voltage of each power storage cell. and a management unit, wherein the management unit requests the charging device to charge the power storage device when a predetermined condition for reducing the difference in the amount of electricity between the power storage cells is satisfied. and, after the power storage device is charged by the charging device, the voltage sensor detects the voltage of each of the power storage cells, and the operation time of the balancer circuit is changed according to the detected voltage difference. and a reduction process for reducing the difference in the amount of electricity between the storage cells.
- the above “charging device” can also be rephrased as “upper device”.
- the “charging device” can be rephrased as a “charging control device”.
- the above-mentioned “amount of electricity” may be a remaining amount of electricity in the storage cell.
- the above “amount of electricity ” may be the remaining chargeable amount of electricity in the storage cell. Reducing the difference in the remaining amount of electricity is referred to as lower adjustment, and reducing the difference in the remaining chargeable amount of electricity is sometimes referred to as upper adjustment.
- the difference in the amount of electricity is reduced by superimposition, and there is no difference in the full charge capacity between the storage cells.
- the difference in the amount of electricity may be reduced by lower alignment.
- a power storage device having power storage cells in which the amount of electricity cannot be accurately estimated when the voltage is low has the following problems when the time interval between charging the power storage device by the charging device is long. I found something. If the charging device charges the power storage device for a long time interval, the difference in the amount of electricity between the storage cells increases due to the difference in the amount of self-discharged electricity of each storage cell during that time. There is a possibility that a power storage device will be used in If the power storage device is used while the difference in the amount of electricity between the storage cells is large, the storage cell with the smallest amount of electricity will be affected by the storage cell, and the original performance will not be exhibited at an early point.
- charging is requested to the charging device when the predetermined condition for reducing the difference in the amount of electricity between the storage cells is met. can increase the chances of being recharged. Therefore, according to the power storage device described above, for a power storage device having storage cells in which the amount of electricity cannot be accurately estimated when the voltage is low, the use of the power storage device while the difference in the amount of electricity between the storage cells is large is suppressed. can.
- the management unit reduces the time until the predetermined condition is satisfied next time compared to the case where the difference can be estimated. can be shortened.
- the difference in the amount of electricity between the storage cells cannot be estimated from the difference in voltage detected by the voltage sensor, even if the operation time of the balancer circuit is changed according to the difference in voltage detected, the difference in the amount of electricity between the storage cells may not be sufficiently reduced. If the difference in the amount of electricity between the storage cells cannot be sufficiently reduced, the power storage device is used while the difference in the amount of electricity between the storage cells remains large.
- the power storage device described above when the difference in the amount of electricity between the storage cells cannot be estimated from the difference in voltage detected by the voltage sensor, the time until the next predetermined condition is satisfied is shortened compared to the case where the difference can be estimated. , it is possible to prevent the power storage device from being used while the difference in the amount of electricity between the power storage cells is large.
- the power storage cell has a plateau region in which voltage changes are small with respect to changes in the state of charge of the power storage cell, and the management unit determines the voltage of any one of the power storage cells after the power storage device is charged. is equal to or lower than the upper limit voltage of the plateau region, the time until the predetermined condition is satisfied next time may be shorter than when the voltage of any of the storage cells is higher than the upper limit voltage of the plateau region.
- some storage cells have a plateau region where changes in the open circuit voltage (OCV) of the storage cell with respect to changes in the state of charge (SOC) are small.
- the plateau region is, for example, a region in which the amount of change in OCV with respect to the amount of change in SOC is 2 [mV/%] or less.
- voltage Vp is the upper limit voltage of the plateau region.
- a power storage device including power storage cells having a plateau region detects the voltage when charged to reduce the difference in the amount of electricity between the power storage cells.
- FIG. 11 shows an example of voltage changes over time when two storage cells having plateau regions are charged.
- a solid line 101 indicates changes in the voltage of storage cells with a relatively high voltage
- a solid line 102 indicates changes in the voltage of storage cells with a relatively low voltage.
- the voltage difference between the storage cells in other words, the difference in the amount of electricity
- the voltage of any storage cell does not exceed the upper limit voltage Vp of the plateau region even when the storage device is charged.
- the voltage of any storage cell may be equal to or lower than the upper limit voltage Vp in the plateau region.
- the electric quantity of the storage cells cannot be estimated from the voltage with high accuracy.
- the power storage device described above when the voltage of any of the storage cells after the power storage device is charged is equal to or lower than the upper limit voltage Vp in the plateau region, the voltage of any of the storage cells is higher than the upper limit voltage Vp. Since the time until the predetermined condition is satisfied next time is shortened, the time until the next operation of the balancer circuit is shortened. Therefore, it is possible to prevent the power storage device from being used with a large difference in the amount of electricity between the power storage cells.
- the management unit adds a first predetermined value according to the passage of time to a correlation value that correlates with the degree of variation in the amount of electricity between the storage cells, and after the reduction process, the correlation a subtraction process of subtracting a second predetermined value from the value, wherein the predetermined condition is that the correlation value reaches a predetermined threshold, and the management unit performs the subtraction process, wherein the power storage device
- the voltage of any of the storage cells after being charged is equal to or lower than the upper limit voltage of the plateau region, the voltage of any of the storage cells is higher than the upper limit voltage of the plateau region. A smaller value is acceptable.
- correlation value may be, for example, a value representing the current degree of variation in % when the degree of variation in the amount of electricity between storage cells at a certain point in time is assumed to be 100%. It may be an estimated value of an absolute value (for example, standard deviation or dispersion, or a difference in the amount of electricity between storage cells) representing the degree of variation in . Alternatively, the correlation value may be the elapsed time since the last time the balancer circuit was operated.
- first predetermined value may be a positive value or a negative value. Adding a negative value can be rephrased as subtracting a positive value. That is, the correlation value may have a positive or negative correlation with the degree of variation in the amount of electricity. In other words, the correlation value may be a so-called up-counter or a down-counter.
- the first predetermined value is positive
- the second predetermined value is also positive
- the second predetermined value is also negative.
- Subtracting a negative value can be rephrased as adding a positive value.
- the power storage device if the voltage of any storage cell after the power storage device is charged is equal to or lower than the upper limit voltage of the plateau region, the voltage of any storage cell is higher than the upper limit voltage of the plateau region. Since the second predetermined value is made smaller than , the time until the next predetermined condition is satisfied is shortened.
- the management unit may shorten the time until the predetermined condition is satisfied next time as the voltage difference between the power storage cells after the power storage device is charged increases.
- voltage difference between storage cells refers to the difference between the voltage of the storage cell with the highest voltage and the voltage of the storage cell with the lowest voltage.
- FIGS. 12A and 12B show an example of temporal changes in voltage when four storage cells are charged.
- the solid line 103 is a graph of the charging current
- the other lines are graphs of the voltage of each storage cell.
- FIG. 12A shows the case where the difference in the amount of electricity between the storage cells is 50 mAh
- FIG. 12B shows the case where the difference in the amount of electricity between the storage cells is 200 mAh.
- the balancer circuit after the charging is performed as shown in FIG. 12A.
- the voltage difference between the storage cells becomes relatively small.
- the previous balancer circuit operation was the first balancer circuit operation after the vehicle had been parked for a long period of time, the previous balancer circuit operation caused the voltage difference between the storage cells to be sufficiently large. may not have been reduced. In this case, as shown in FIG. 12B, the voltage difference between the storage cells after being charged is relatively large.
- the inventors of the present application have found that when the voltage difference between the storage cells after the power storage device is charged is large, the accuracy of estimating the difference in the amount of electricity between the storage cells is lower than when the voltage difference is small.
- the voltage difference after charging when the voltage difference after charging is small, the voltage difference is generally constant from the initial stage of charging to the final stage of charging. can be detected with a certain degree of accuracy.
- FIG. 12B if the difference in voltage after charging is large, the difference in voltage changes between the initial stage of charging and the final stage of charging. However, it cannot be determined uniquely, and the difference in the estimated electric quantity has a certain amount of error. Therefore, even if the balancer circuit is operated, there is a possibility that the difference in the amount of electricity between the storage cells cannot be sufficiently reduced.
- the larger the voltage difference between the storage cells after being charged the shorter the time until the next predetermined condition is satisfied. Compared to , the time until the next balancer circuit operation is shorter. Therefore, it is possible to prevent the power storage device from being used with a large difference in the amount of electricity between the power storage cells.
- the management unit adds a first predetermined value according to the passage of time to a correlation value that correlates with the degree of variation in the amount of electricity between the storage cells, and after the reduction processing, the correlation a subtraction process of subtracting a second predetermined value from the value, wherein the predetermined condition is that the correlation value reaches a predetermined threshold, and the management unit performs the subtraction process, wherein the power storage device
- the second predetermined value may be decreased as the difference in voltage between the storage cells after being charged is greater.
- the management unit may determine the first predetermined value according to at least one of the temperature of the power storage cell and the state of charge of the power storage device.
- the variation per unit time in the degree of variation in the amount of electricity between storage cells varies depending on the temperature of the storage cells and the state of charge (SOC) of the storage device.
- the first predetermined value is determined according to at least one of the temperature of the power storage cell and the SOC of the power storage device. be done. Therefore, it is possible to more appropriately determine whether or not the difference in the amount of electricity between the storage cells should be reduced.
- Embodiments of the present disclosure will be described below.
- the present disclosure is not limited to these examples, but is indicated by the scope of the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of equivalents of the scope of the claims.
- Embodiments of the present disclosure can be realized in various forms such as devices, methods, computer programs for realizing the functions of these devices or methods, and recording media recording the computer programs.
- Embodiment 1 will be described with reference to FIGS. 1 to 9.
- FIG. 1 the reference numerals in the drawings may be omitted except for some of the same components.
- a power storage device 1 is mounted in a vehicle 2 (an example of a charging device) such as an automobile.
- the power storage device 1 supplies electric power to an engine starter 10 (starter motor) and various accessories 12 (electric power steering, electric brake, headlight, air conditioner, etc.) provided in the vehicle 2 .
- the power storage device 1 is charged by a vehicle generator 13 (alternator).
- the power storage device 1 may be charged by regenerative charging during braking.
- the engine starting device 10, the accessories 12, the vehicle generator 13, and the power storage device 1 are connected to a vehicle ECU (Engine Control Unit) 14 via communication cables so as to be able to communicate with each other.
- vehicle ECU Engine Control Unit
- the power storage device 1 includes a container 71 .
- the container 71 includes a main body 73 and a lid 74 made of synthetic resin material.
- the main body 73 has a cylindrical shape with a bottom.
- the main body 73 has a bottom portion 75 and four side portions 76 .
- An upper opening 77 is formed at the upper end portion by the four side portions 76 .
- the housing body 71 houses the assembled battery 30 composed of a plurality of storage cells 30 ⁇ /b>A and the circuit board unit 72 .
- the storage cell 30A is a secondary battery that can be repeatedly charged and discharged, and is specifically a lithium ion secondary battery, for example.
- the circuit board unit 72 is arranged above the assembled battery 30 .
- a lid 74 closes an upper opening 77 of the body 73 .
- An outer peripheral wall 78 is provided around the lid body 74 .
- the lid 74 has a projecting portion 79 that is substantially T-shaped in plan view.
- a positive electrode external terminal 80P is fixed to one corner of the front portion of the lid 74, and a negative electrode external terminal 80N is fixed to the other corner.
- the storage cell 30A includes a rectangular parallelepiped case 82 containing an electrode body 83 together with a non-aqueous electrolyte.
- the case 82 has a case body 84 and a lid 85 that closes the upper opening.
- the electrode body 83 is porous between a negative electrode element in which a negative electrode active material is applied to a base material made of copper foil and a positive electrode element in which a positive electrode active material is applied to a base material made of aluminum foil.
- a separator made of a resin film is arranged. Both of these are belt-shaped, and are wound flat so as to be accommodated in the case main body 84 with the negative electrode element and the positive electrode element shifted to the opposite sides in the width direction with respect to the separator.
- a positive terminal 87 is connected to the positive element through a positive current collector 86
- a negative terminal 89 is connected to the negative element through a negative current collector 88
- the positive electrode current collector 86 and the negative electrode current collector 88 are composed of a flat plate-shaped pedestal portion 90 and leg portions 91 extending from the pedestal portion 90 .
- a through hole is formed in the base portion 90 .
- Leg 91 is connected to the positive or negative element.
- the positive electrode terminal 87 and the negative electrode terminal 89 are composed of a terminal main body portion 92 and a shaft portion 93 projecting downward from the center portion of the lower surface thereof. Among them, the terminal body portion 92 and the shaft portion 93 of the positive electrode terminal 87 are integrally formed of aluminum (single material).
- the terminal body portion 92 is made of aluminum and the shaft portion 93 is made of copper, and these are assembled together.
- the terminal body portions 92 of the positive electrode terminal 87 and the negative electrode terminal 89 are arranged at both ends of the lid 85 via gaskets 94 made of an insulating material and are exposed to the outside through the gaskets 94 .
- the lid 85 has a pressure release valve 95, as shown in FIG. 4A.
- a pressure relief valve 95 is located between the positive terminal 87 and the negative terminal 89 .
- the pressure release valve 95 is opened to lower the internal pressure of the case 82 when the internal pressure of the case 82 exceeds the limit value.
- the assembled battery 30 is connected to the positive external terminal 80P by the power line 34P, and is connected to the negative external terminal 80N by the power line 34N.
- the assembled battery 30 has 12 storage cells 30A connected in 3-parallel and 4-series. For convenience, in FIG. 5, three storage cells 30A connected in parallel are represented by one battery symbol.
- the storage cell 30A is an LFP/Gr-based (so-called iron-based) lithium ion battery containing, for example, LiFePO 4 (lithium iron phosphate) as a positive electrode active material and Gr (graphite) as a negative electrode active material. It is a secondary battery.
- An LFP/Gr-based (so-called iron-based) lithium-ion secondary battery is an example of a storage cell having a plateau region.
- the BMU 31 has a current sensor 33 , a voltage sensor 35 , a temperature sensor 36 , a balancer circuit 38 and a manager 37 .
- the current sensor 33 is positioned on the negative electrode side of the assembled battery 30 and provided on the negative power line 34N.
- the current sensor 33 detects the charge/discharge current [A] of the assembled battery 30 and outputs it to the management unit 37 .
- the voltage sensors 35 are connected to both ends of each storage cell 30A by signal lines. Voltage sensor 35 detects the battery voltage [V] of each storage cell 30A and outputs it to management unit 37 .
- the total voltage [V] of the assembled battery 30 is the total voltage of the four storage cells 30A connected in series.
- the temperature sensor 36 is of a contact type or a non-contact type, detects the temperature [° C.] of the storage cell 30A, and outputs it to the management unit 37 . Although omitted in FIG. 5, two or more temperature sensors 36 are provided. Each temperature sensor 36 detects the temperature of the storage cell 30A different from each other.
- the management unit 37 uses, for example, the average value of the temperatures output from two or more temperature sensors 36 as the temperature of the power storage device 1 .
- the balancer circuit 38 is a passive balancer circuit that reduces the difference in the amount of electricity between the storage cells 30A by individually discharging the storage cells 30A.
- the balancer circuit 38 has a discharge resistor 38A and a switch element 38B for each storage cell 30A.
- the discharge resistor 38A and the switch element 38B are connected in series and connected in parallel with the corresponding storage cell 30A.
- the switch element 38B is switched between an energized state and an interrupted state by the management unit 37 . When the switch element 38B is turned on, the corresponding storage cell 30A is discharged by the discharge resistor 38A.
- the management unit 37 includes a microcomputer 37A in which a CPU, RAM, etc. are integrated into one chip, a storage unit 37B, and a communication unit 37C.
- Microcomputer 37A manages power storage device 1 by executing a management program stored in storage unit 37B.
- the storage unit 37B is a data rewritable storage medium, and stores a management program executed by the management unit 37 and various data described later.
- 37 C of communication parts are circuits for microcomputer 37A to communicate with vehicle ECU14.
- the communication connector 32 is a connector to which a communication cable for communicating between the BMU 31 and the vehicle ECU 14 is connected.
- CC-CV charging Full Charge of Power Storage Device Full charge (an example of charging) of the power storage device 1 will be described with reference to FIG.
- CC-CV charging Constant Current
- FIG. 6 a solid line 120 indicates changes in charging current
- a dotted line 121 indicates changes in voltage.
- the power storage device 1 is charged at a constant current until the voltage of the storage cell 30A reaches a predetermined value, and when the voltage reaches the predetermined value, the charging is switched to constant voltage charging.
- the current value gradually decreases, and when the current value decreases to a predetermined threshold value Ith, the battery is fully charged.
- the predetermined threshold value Ith can be determined appropriately. For example, the current value when the SOC is 95% may be determined in advance by experiment, and the determined current value may be used as the threshold value Ith. In this case, the battery is fully charged when the SOC reaches 95%.
- the power storage device 1 is fully charged at the following three charging timings (charging timings A, B, and C).
- the following three timings are examples of full charge timings, and the full charge timings are not limited to the following three.
- Charging Timing A Periodic Full Charge Vehicle ECU 14 fully charges power storage device 1 periodically, such as every week (hereinafter referred to as regular full charge). If the battery is fully charged at charging timing B or charging timing C, which will be described later, the battery will not be fully charged after a certain amount of time has passed since the previous regular full charging, but for a certain amount of time after the battery is fully charged at charging timing B or charging timing C. can be fully charged when
- the current integration method is a method for estimating the SOC by detecting a current value at predetermined time intervals with the current sensor 33 and adding or subtracting the detected current value to an initial value.
- the management unit 37 resets the estimated value of the SOC to full charge.
- the management unit 37 updates the SOC estimated by the current integration method with the SOC estimated from the OCV.
- OCV Open Circuit Voltage
- the management unit 37 requests the vehicle ECU 14 to fully charge the power storage device 1 when a predetermined condition for resetting the estimated value of the SOC is satisfied, and the voltage sensor 35 detects the OCV after the power storage device 1 is fully charged.
- the OCV is not limited to the voltage when the circuit is completely open, and may be the voltage when the current is so small that it can be considered that the circuit is open.
- Charging timing C When an index value (QF: Quality Factor), which will be described later, reaches 100% (an example of a predetermined threshold value) Based on the correlated index value (hereinafter referred to as QF), it is determined whether or not the difference in the amount of remaining electricity between the storage cells 30A should be reduced.
- QF is an example of a correlation value.
- the management unit 37 determines that the difference in the amount of remaining electricity should be reduced, the management unit 37 requests the vehicle ECU 14 to fully charge the power storage device 1, and after the power storage device 1 is fully charged, the balancer circuit 38 is operated to Reduce the difference in the amount of residual electricity between 30A.
- the management unit 37 detects the voltage of each power storage cell 30A using the voltage sensor 35, and estimates the remaining amount of electricity from the detected voltage.
- the management unit 37 uses the energy storage cell 30A (here, the energy storage cell 30A-4) with the lowest voltage as a reference, and the other three energy storage cells 30A (here, energy storage cells 30A-1, 30A-2, and 30A-3).
- the discharge time is determined from the difference between the remaining amount of electricity in the reference storage cell 30A-4 and the remaining amount of electricity in the other storage cells 30A.
- the management unit 37 reduces the difference in the amount of remaining electricity between the storage cells 30A by operating the balancer circuit 38 for the discharge time determined for each of the other storage cells 30A.
- the method of reducing the difference in the amount of residual electricity according to the detected voltage difference is not limited to this.
- the amount of electricity discharged (or discharge time) may be determined in advance according to the order.
- the amount of electricity (or discharge time) predetermined according to the ranking is also called the balance amount.
- the management unit 37 may change the balance amount according to the detected voltage difference. For example, if the voltage difference is small, the balance amounts may be 18 mAh, 12 mAh, and 6 mAh, and if the voltage difference is large, the balance amount may be changed to 24 mAh, 18 mAh, 6 mAh, and the like.
- the charge timing C will be specifically described with reference to FIG. As described above, the management unit 37 determines the charging timing C based on QF [%].
- QF is defined as follows.
- 0% A state in which the degree of variation in the amount of remaining electricity between the storage cells 30A is small and there is no need to reduce the difference in the amount of remaining electricity. Specifically, for example, the difference between the remaining amount of electricity in the storage cell 30A with the highest voltage and the remaining amount of electricity in the storage cell 30A with the lowest voltage is 35 mAh or less.
- 100% A state in which the degree of variation in the amount of remaining electricity among the storage cells 30A is large and the difference in the amount of remaining electricity should be reduced. Specifically, for example, the difference between the remaining amount of electricity in the storage cell 30A with the highest voltage and the remaining amount of electricity in the storage cell 30A with the lowest voltage is 300 mAh or more.
- the degree of variation in the amount of remaining electricity between the storage cells 30A increases over time. Therefore, the management unit 37 adds a first predetermined value [%] to the QF at regular intervals, and requests the vehicle ECU 14 to fully charge when the QF reaches 100%.
- the first predetermined value is a positive value. Reaching 100% of the QF is an example of a predetermined condition for reducing the difference in the amount of electricity between the storage cells.
- the first predetermined value is determined, for example, based on the amount of time from when the power storage device 1 with a degree of variation of 0% in the remaining amount of electricity among the power storage cells 30A is left to stand until the degree of variation reaches 100%. This time is determined in advance by experiments. For example, assume that it takes 1000 hours for the degree of variation to change from 0% to 100%. In this case, for example, if 0.1% is added to QF every hour, QF becomes 100% after 1000 hours. Therefore, for example, when the first predetermined value is added every hour, 0.1% is added as the first predetermined value, and when the addition is performed every two hours, the first predetermined value is 0. .2% will be added. The number of hours at which the first predetermined value is added can be appropriately determined.
- Time T0 in FIG. 8 is the time when QF is 0%.
- Time T1 is a charging timing other than charging timing C (that is, charging timing A or B).
- Power storage device 1 starts to be fully charged at time T1.
- Time T2 is the time when full charge is completed.
- the management unit 37 starts the balancer operation when the full charge is completed.
- Time T3 is the time when the balancer operation is completed.
- the second predetermined value is also a positive value. A description of the second predetermined value will be given later.
- Time T4 is the timing when QF reaches 100% (that is, charging timing C).
- the management unit 37 requests the vehicle ECU 14 to fully charge when the QF reaches 100%.
- Time T5 is the time when full charge is completed.
- the management unit 37 starts the balancer operation when the full charge is completed.
- Time T6 is the time when the balancer operation is completed.
- the management unit 37 subtracts a second predetermined value from QF when the balancer operation is completed.
- the second predetermined value is made smaller as the voltage difference between the storage cells 30A (before the balancer circuit 38 operates) increases.
- the second predetermined value corresponding to the voltage difference is previously determined by experiments and stored in the storage section 37B.
- the management unit 37 determines the second predetermined value by reading the second predetermined value corresponding to the voltage difference from the storage unit 37B.
- the time required for QF to reach 100% next time will be shortened. It takes less time to satisfy a predetermined condition. In other words, the time until the next operation of the balancer circuit 38 is shortened.
- the management unit 37 sets the second predetermined value to a value close to 0% (for example, 0% to 5%). to decide. Therefore, the QF is hardly reduced, and the time until the next predetermined condition is satisfied becomes shorter than when the voltage of any of the storage cells 30A is higher than the upper limit voltage Vp of the plateau region.
- the management unit 37 adds a first predetermined value to QF (an example of addition processing). Assume that QF is 0% when the power storage device 1 starts to be used. In S102, the management unit 37 determines whether or not the QF is 100% or more (that is, whether or not a predetermined condition for reducing the difference in the amount of remaining electricity between the storage cells 30A is satisfied). The management unit 37 proceeds to S103 when the QF is 100% or more, and terminates this process when it is less than 100%.
- the management unit 37 requests the vehicle ECU 14 to fully charge the power storage device 1 (an example of request processing).
- the management unit 37 adds a first predetermined value to QF.
- the management unit 37 determines whether full charging is completed. The management unit 37 proceeds to S106 if the full charge is completed, and returns to S104 if not completed to repeat the process.
- the management unit 37 starts the balancer operation (an example of reduction processing).
- the management unit 37 adds a first predetermined value to QF.
- the management unit 37 determines whether or not the balancer operation has been completed. If the balancer operation is completed, the management unit 37 proceeds to S109, and if not completed, returns to S107 and repeats the process.
- the management unit 37 subtracts a second predetermined value from QF (an example of subtraction processing).
- the second predetermined value is determined according to the voltage difference between the storage cells 30A after the storage device 1 is fully charged.
- the second predetermined value is determined to be close to 0%.
- the power storage device 1 when the difference in the amount of electricity between the power storage cells 30A cannot be estimated from the voltage difference detected by the voltage sensor 35 (for example, when the voltage of any one of the power storage cells 30A is equal to or lower than the upper limit voltage Vp in the plateau region) or when the voltage difference between the storage cells 30A is large), when it can be estimated (when the voltage of any storage cell 30A is higher than the upper limit voltage Vp of the plateau region or when the voltage difference between the storage cells 30A is small) Since the time until the predetermined condition is satisfied next time is shortened compared to , it is possible to suppress the power storage device 1 from being used while the difference in the amount of electricity between the power storage cells 30A is large.
- the power storage device 1 when the voltage of any of the power storage cells 30A after the power storage device 1 is fully charged is equal to or lower than the upper limit voltage Vp in the plateau region, the voltage of any of the power storage cells 30A is higher than the upper limit voltage Vp. Since the time until the predetermined condition is satisfied next time is shortened compared to the case, the time until the next operation of the balancer circuit 38 is shortened. Therefore, it is possible to prevent the power storage device 1 from being used with a large difference in the amount of remaining electricity between the power storage cells 30A.
- the voltage of any of the power storage cells 30A after the power storage device 1 is fully charged is equal to or lower than the upper limit voltage Vp of the plateau region
- the voltage of any of the power storage cells 30A is the upper limit voltage of the plateau region. Since the second predetermined value is made smaller than when it is higher than Vp, the time until the next QF reaches 100% is shortened. In other words, the time until the next predetermined condition is satisfied is shortened. Therefore, even when the vehicle 2 fully charges the power storage device 1 at a long time interval, it is possible to prevent the power storage device 1 from being used with a large difference in the amount of remaining electricity between the power storage cells 30A.
- the second embodiment is a modification of the first embodiment.
- the degree of variation in the amount of remaining electricity between the storage cells 30A also varies depending on the temperature of the storage cells 30A and the SOC of the storage device 1 . Therefore, when adding the first predetermined value to QF at regular intervals, the management unit 37 according to the second embodiment determines the first predetermined value according to the temperature of the storage cell 30A and the SOC of the storage device 1. do. Specifically, when the temperature of the storage cell 30A is high, the management unit 37 increases the first predetermined value compared to when the temperature is low. Alternatively, management unit 37 increases the first predetermined value when the SOC of power storage device 1 is high compared to when the SOC is low. How much the first predetermined value should be increased according to the temperature of the storage cell 30A and the SOC of the storage device 1 can be appropriately determined through experiments or the like.
- the first predetermined value is determined according to at least one of the temperature of the power storage cell 30A and the SOC of the power storage device 1, there is a variation in the actual amount of remaining electricity between the power storage cells 30A.
- the degree is accurately reflected by the QF. Therefore, it is possible to more appropriately determine whether or not the difference in the amount of remaining electricity between the storage cells 30A should be reduced.
- full charging was explained as an example of charging, but charging is not limited to full charging.
- charging may be performed up to a region where a difference in the amount of electricity between the storage cells 30A can be detected.
- the voltage of one of the storage cells 30A is equal to or lower than the upper limit voltage Vp of the plateau region or the voltage difference between the storage cells 30A is large even after charging up to that region, the difference in the amount of electricity can be accurately detected. Sometimes you can't.
- the second predetermined value is set to a value close to 0% when it is equal to or less than Vp.
- the second predetermined value may simply be reduced as the voltage difference between the fully charged storage cells 30A increases.
- the second predetermined value may only be set to a value close to 0% when the voltage of any one of the storage cells 30A is equal to or lower than the upper limit voltage Vp in the plateau region.
- the remaining amount of electricity was used as the amount of electricity in the power storage device 1, but the amount of electricity in the power storage device 1 may be the remaining chargeable amount of electricity.
- the case where the difference in the remaining amount of electricity between the storage cells 30A is reduced by lower alignment has been described as an example. The amount difference may be reduced.
- the correlation value was used as an example of the correlation value, but the correlation value is not limited to QF.
- the correlation value may be an estimated value of an absolute value (for example, standard deviation or variance) representing the degree of variation in the amount of electricity between the storage cells 30A.
- the correlation value may be the elapsed time from the previous full charge of power storage device 1 .
- the balancer circuit 38 has been described as an example of a passive balancer circuit.
- the balancer circuit 38 may be an active balancer circuit that reduces the difference by charging the storage cell 30A with a high voltage with the storage cell 30A with a low voltage.
- an LFP/Gr-based (so-called iron-based) lithium-ion secondary battery was described as an example of the storage cell 30A having a plateau region, but the storage cell 30A having a plateau region is not limited to this. .
- the power storage device 1 is mounted on a vehicle (moving object), but the power storage device 1 may be mounted on a moving object such as an aircraft or a ship. In that case, an aircraft, a ship, or the like is an example of a charging device.
- a lithium ion secondary battery was described as an example of the storage cell 30A, but the storage cell 30A may be a capacitor that involves an electrochemical reaction.
- the power storage device may be configured as follows.
- a power storage device connected to a charging device, a plurality of storage cells; a balancer circuit that discharges each of the storage cells individually; a voltage sensor that detects the voltage of each storage cell; management department and with The management department request processing for requesting the charging device to charge the power storage device when a predetermined condition for reducing the difference in the amount of electricity between the power storage cells is satisfied; After the power storage device is charged by the charging device, the voltage sensor detects the voltage of each of the power storage cells, and the balancer circuit is operated according to the detected voltage difference. a reduction process to reduce the difference in amount; , a power storage device.
- power storage device 2 vehicle (an example of a charging device)
- 30A storage cell
- voltage sensor 37 management unit 38: balancer circuit
- Vp upper limit voltage
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Abstract
車両2と接続されている蓄電装置1は、複数の蓄電セル30Aと、各蓄電セル30Aを個別に放電させるバランサ回路38と、各蓄電セル30Aの電圧を検出する電圧センサ35と、管理部37と、を備え、管理部37は、蓄電セル30A間の電気量の差を低減すべき所定の条件が成立した場合に、車両2に蓄電装置1の充電を要求する要求処理(S103)と、車両2によって蓄電装置1が充電された後、電圧センサ35によって各蓄電セル30Aの電圧を検出し、検出した電圧の差に応じてバランサ回路38の動作時間を変更することにより、蓄電セル30A間の電気量の差を低減する低減処理(S106)と、を実行する。
Description
本発明は、蓄電装置、及び、蓄電装置の制御方法に関する。
複数の蓄電セルを備える蓄電装置は、長期間放置されると蓄電セル間の自己放電電気量[Ah]の違いによって蓄電セル間の電気量[Ah]の差が大きくなる。このため、従来、蓄電装置が充電されたときに各蓄電セルの電圧[V]を検出し、検出した電圧に応じてバランサ回路を動作させることによって蓄電セル間の電気量の差を低減することが行われている(例えば、特許文献1参照)。具体的には、特許文献1には、組電池を構成する複数のセルの電圧を均等化する電圧均等化回路によって充電時のセルバランスを揃えることが記載されている。
従来、車両に搭載される蓄電装置は車両発電機(所謂オルタネータ)によって充電される。蓄電装置を高い充電状態で使用すると車両の回生充電を受け入れられず、燃費が悪化することから、近年は回生電流の受け入れ余地を残すために充電状態(SOC:State Of Charge)が70%前後に抑えられることが多い。車両は、蓄電装置を定期的に高SOCにまで充電するが、その時間間隔が1週間などのように長くなる傾向がある。
車両は、1~2カ月などの長期間にわたり駐車されることもある。車両が駐車されている間は車両発電機が動作しないことから、車両が長期間駐車されることによって蓄電装置が高SOCにまで充電される時間間隔が長くなる。
車両は、1~2カ月などの長期間にわたり駐車されることもある。車両が駐車されている間は車両発電機が動作しないことから、車両が長期間駐車されることによって蓄電装置が高SOCにまで充電される時間間隔が長くなる。
従来は、車両発電機などの充電装置が蓄電装置を高SOCにまで充電する時間間隔が長くなることによって生じる課題について十分に検討されていなかった。
本開示では、蓄電セル間の電気量のばらつきが大きいままで蓄電装置が使用されることを抑制できる技術を開示する。
本開示では、蓄電セル間の電気量のばらつきが大きいままで蓄電装置が使用されることを抑制できる技術を開示する。
本発明の一局面によれば、充電装置と接続されている蓄電装置は、複数の蓄電セルと、各前記蓄電セルを個別に放電させるバランサ回路と、各前記蓄電セルの電圧を検出する電圧センサと、管理部と、を備える。前記管理部は、前記蓄電セル間の電気量の差を低減すべき所定の条件が成立した場合に、前記充電装置に当該蓄電装置の充電を要求する要求処理と、前記充電装置によって当該蓄電装置が充電された後、前記電圧センサによって各前記蓄電セルの電圧を検出し、検出した電圧の差に応じて前記バランサ回路の動作時間を変更することにより、前記蓄電セル間の電気量の差を低減する低減処理と、を実行する。
上記構成により、蓄電セル間の電気量のばらつきが大きいままで蓄電装置が使用されることを抑制できる。
[本開示の実施形態の概要]
(1)蓄電装置は、充電装置と接続されている蓄電装置であって、複数の蓄電セルと、各前記蓄電セルを個別に放電させるバランサ回路と、各前記蓄電セルの電圧を検出する電圧センサと、管理部と、を備え、前記管理部は、前記蓄電セル間の電気量の差を低減すべき所定の条件が成立した場合に、前記充電装置に当該蓄電装置の充電を要求する要求処理と、前記充電装置によって当該蓄電装置が充電された後、前記電圧センサによって各前記蓄電セルの電圧を検出し、検出した電圧の差に応じて前記バランサ回路の動作時間を変更することにより、前記蓄電セル間の電気量の差を低減する低減処理と、を実行する。
(1)蓄電装置は、充電装置と接続されている蓄電装置であって、複数の蓄電セルと、各前記蓄電セルを個別に放電させるバランサ回路と、各前記蓄電セルの電圧を検出する電圧センサと、管理部と、を備え、前記管理部は、前記蓄電セル間の電気量の差を低減すべき所定の条件が成立した場合に、前記充電装置に当該蓄電装置の充電を要求する要求処理と、前記充電装置によって当該蓄電装置が充電された後、前記電圧センサによって各前記蓄電セルの電圧を検出し、検出した電圧の差に応じて前記バランサ回路の動作時間を変更することにより、前記蓄電セル間の電気量の差を低減する低減処理と、を実行する。
上記の「充電装置」は「上位装置」と言い換えることもできる。あるいは、「充電装置」は「充電制御装置」と言い換えることもできる。
上記の「電気量」は蓄電セルの残存電気量であってもよい。あるいは、蓄電セルの満充電容量(言い換えると満充電時の残存電気量)と現在の残存電気量との差をその蓄電セルの残りの充電可能な電気量と定義した場合、上記の「電気量」は蓄電セルの残りの充電可能な電気量であってもよい。
残存電気量の差を低減することは下合わせと称され、残りの充電可能な電気量の差を低減することは上合わせと称されることもある。例えば蓄電セル間で満充電容量に差がある場合やSOCが高いときに電気量の差を低減する場合は上合わせによって電気量の差を低減し、蓄電セル間で満充電容量に差がない場合やSOCが低いときに電気量の差を低減する場合は下合わせによって電気量の差を低減してもよい。
上記の「電気量」は蓄電セルの残存電気量であってもよい。あるいは、蓄電セルの満充電容量(言い換えると満充電時の残存電気量)と現在の残存電気量との差をその蓄電セルの残りの充電可能な電気量と定義した場合、上記の「電気量」は蓄電セルの残りの充電可能な電気量であってもよい。
残存電気量の差を低減することは下合わせと称され、残りの充電可能な電気量の差を低減することは上合わせと称されることもある。例えば蓄電セル間で満充電容量に差がある場合やSOCが高いときに電気量の差を低減する場合は上合わせによって電気量の差を低減し、蓄電セル間で満充電容量に差がない場合やSOCが低いときに電気量の差を低減する場合は下合わせによって電気量の差を低減してもよい。
蓄電セルの電圧と電気量とには比較的精度の良い相関関係がある。このため、従来、蓄電セルの電圧から電気量を推定し、推定した電気量に応じてバランサ回路を動作させることによって蓄電セル間の電気量の差を低減することが行われている。
しかしながら、蓄電セルの中には電圧が低いときは電気量を精度よく推定できないものがある。蓄電セルは充電されると電圧が上昇する。このため、このような蓄電セルを備える従来の蓄電装置は、充電装置によって当該蓄電装置が充電されたときに各蓄電セルの電圧を検出し、検出した電圧に応じてバランサ回路を動作させることによって蓄電セル間の電気量の差を低減していた。
しかしながら、蓄電セルの中には電圧が低いときは電気量を精度よく推定できないものがある。蓄電セルは充電されると電圧が上昇する。このため、このような蓄電セルを備える従来の蓄電装置は、充電装置によって当該蓄電装置が充電されたときに各蓄電セルの電圧を検出し、検出した電圧に応じてバランサ回路を動作させることによって蓄電セル間の電気量の差を低減していた。
本願発明者らは、鋭意検討の結果、電圧が低いときは電気量を精度よく推定できない蓄電セルを備える蓄電装置について、充電装置が蓄電装置を充電する時間間隔が長いと以下のような課題があることを見出した。
充電装置が蓄電装置を充電する時間間隔が長いとその間に各蓄電セルの自己放電電気量の違いによって蓄電セル間の電気量の差が大きくなるため、蓄電セル間の電気量の差が大きいままで蓄電装置が使用される可能性がある。蓄電セル間の電気量の差が大きいままで蓄電装置が使用されると電気量が最も少ない蓄電セルの影響によって早い時点で本来の性能を発揮できなくなる。
充電装置が蓄電装置を充電する時間間隔が長いとその間に各蓄電セルの自己放電電気量の違いによって蓄電セル間の電気量の差が大きくなるため、蓄電セル間の電気量の差が大きいままで蓄電装置が使用される可能性がある。蓄電セル間の電気量の差が大きいままで蓄電装置が使用されると電気量が最も少ない蓄電セルの影響によって早い時点で本来の性能を発揮できなくなる。
上記の蓄電装置によると、蓄電セル間の電気量の差を低減すべき所定の条件が成立すると充電装置に充電を要求するので、充電装置が定期的に充電するだけの場合に比べて蓄電装置が充電される機会を増やすことができる。このため上記の蓄電装置によると、電圧が低いときは電気量を精度よく推定できない蓄電セルを備える蓄電装置について、蓄電セル間の電気量の差が大きいままで蓄電装置が使用されることを抑制できる。
(2)前記管理部は、前記電圧センサによって検出した電圧の差から前記蓄電セル間の電気量の差を推定できない場合は、推定できる場合に比べて次回前記所定の条件が成立するまでの時間を短くしてもよい。
電圧センサによって検出した電圧の差から蓄電セル間の電気量の差を推定できない場合は、検出した電圧の差に応じてバランサ回路の動作時間を変更しても、蓄電セル間の電気量の差を十分に低減できない可能性がある。蓄電セル間の電気量の差を十分に低減できないと、蓄電セル間の電気量の差が大きいままで蓄電装置が使用される。
上記の蓄電装置によると、電圧センサによって検出した電圧の差から蓄電セル間の電気量の差を推定できない場合は、推定できる場合に比べて次回所定の条件が成立するまでの時間を短くするので、蓄電セル間の電気量の差が大きいままで蓄電装置が使用されることを抑制できる。
(3)前記蓄電セルは、当該蓄電セルの充電状態の変化に対する電圧の変化が小さいプラトー領域を有し、前記管理部は、当該蓄電装置が充電された後のいずれかの前記蓄電セルの電圧がプラトー領域の上限電圧以下である場合は、いずれの前記蓄電セルの電圧もプラトー領域の上限電圧より高い場合に比べて次回前記所定の条件が成立するまでの時間を短くしてもよい。
図10に示すように、蓄電セルの中には充電状態(SOC)の変化に対する蓄電セルの開放電圧(OCV:Open Circuit Voltage)の変化が小さいプラトー領域を有するものがある。プラトー領域は、具体的には例えばSOCの変化量に対するOCVの変化量が2[mV/%]以下の領域である。図10において電圧Vpはプラトー領域の上限電圧である。プラトー領域を有する蓄電セルは、電圧がプラトー領域にあるときはSOCが大きく変化しても電圧の変化が小さいため、電圧から電気量を精度よく推定できない。このため、従来、プラトー領域を有する蓄電セルを備える蓄電装置は、充電されたときに電圧を検出して蓄電セル間の電気量の差を低減していた。
本願発明者らは、プラトー領域を有する蓄電セルを備える蓄電装置は、充電される時間間隔が長いと以下のような課題があることを見出した。
図11はプラトー領域を有する2つの蓄電セルを充電したときの電圧の時間的変化の一例を示している。図11において実線101は比較的電圧が高い蓄電セルの電圧の変化を示しており、実線102は比較的電圧が低い蓄電セルの電圧の変化を示している。図11に示すように、蓄電セル間の電圧の差(言い換えると電気量の差)が大きいと、蓄電装置を充電してもいずれかの蓄電セルの電圧がプラトー領域の上限電圧Vpより高くならないことがある。言い換えると、いずれかの蓄電セルの電圧がプラトー領域の上限電圧Vp以下のことがある。電圧がプラトー領域の上限電圧Vp以下のときは電圧から蓄電セルの電気量を精度よく推定できないため、バランサ回路を動作させても蓄電セル間の電気量の差を十分に低減できない。
図11はプラトー領域を有する2つの蓄電セルを充電したときの電圧の時間的変化の一例を示している。図11において実線101は比較的電圧が高い蓄電セルの電圧の変化を示しており、実線102は比較的電圧が低い蓄電セルの電圧の変化を示している。図11に示すように、蓄電セル間の電圧の差(言い換えると電気量の差)が大きいと、蓄電装置を充電してもいずれかの蓄電セルの電圧がプラトー領域の上限電圧Vpより高くならないことがある。言い換えると、いずれかの蓄電セルの電圧がプラトー領域の上限電圧Vp以下のことがある。電圧がプラトー領域の上限電圧Vp以下のときは電圧から蓄電セルの電気量を精度よく推定できないため、バランサ回路を動作させても蓄電セル間の電気量の差を十分に低減できない。
1回のバランサ回路の動作だけでは蓄電セル間の電気量の差を十分に低減できなくても、バランサ回路の動作が繰り返されるといずれ電気量の差が低減される。しかしながら、近年は充電装置が蓄電装置を充電する時間間隔が長くなる傾向があるため、バランサ回路が短い時間間隔で動作せず、蓄電セル間の電気量の差が大きいままで蓄電装置が使用される可能性がある。
上記の蓄電装置によると、蓄電装置が充電された後のいずれかの蓄電セルの電圧がプラトー領域の上限電圧Vp以下である場合は、いずれの蓄電セルの電圧も上限電圧Vpより大きい場合に比べて次回所定の条件が成立するまでの時間を短くするので、次回のバランサ回路の動作までの時間が短くなる。このため、蓄電セル間の電気量の差が大きいままで蓄電装置が使用されることを抑制できる。
(4)前記管理部は、前記蓄電セル間の電気量のばらつき度合いに相関する相関値に、時間経過に応じて第1の所定値を加算する加算処理と、前記低減処理の後に、前記相関値から第2の所定値を減算する減算処理と、を実行し、前記所定の条件は前記相関値が所定の閾値に達したことであり、前記管理部は、前記減算処理において、当該蓄電装置が充電された後のいずれかの前記蓄電セルの電圧がプラトー領域の上限電圧以下である場合は、いずれの前記蓄電セルの電圧もプラトー領域の上限電圧より高い場合に比べて前記第2の所定値を小さくしてもよい。
上記の「相関値」は、例えばある時点における蓄電セル間の電気量のばらつき度合いを100%とした場合の現在のばらつき度合いを%で表す値であってもよいし、蓄電セル間の電気量のばらつき度合いを表す絶対的な値(例えば標準偏差や分散、あるいは蓄電セル間の電気量の差)の推定値であってもよい。あるいは、相関値は前回バランサ回路を動作させたときからの経過時間であってもよい。
上記の「第1の所定値」は正の値であってもよいし、負の値であってもよい。負の値を加算することは、正の値を減算することと言い換えることができる。すなわち、相関値は電気量のばらつき度合いと正の相関があってもよいし、負の相関があってもよい。言い換えると、相関値は所謂アップカウンタであってもよいし、ダウンカウンタであってもよい。第1の所定値が正の値である場合は第2の所定値も正の値となり、第1の所定値が負の値である場合は第2の所定値も負の値となる。負の値を減算することは、正の値を加算することと言い換えることができる。
上記の蓄電装置によると、当該蓄電装置が充電された後のいずれかの蓄電セルの電圧がプラトー領域の上限電圧以下である場合は、いずれの蓄電セルの電圧もプラトー領域の上限電圧より高い場合に比べて第2の所定値を小さくするので、次回所定の条件が成立するまでの時間が短くなる。
上記の蓄電装置によると、当該蓄電装置が充電された後のいずれかの蓄電セルの電圧がプラトー領域の上限電圧以下である場合は、いずれの蓄電セルの電圧もプラトー領域の上限電圧より高い場合に比べて第2の所定値を小さくするので、次回所定の条件が成立するまでの時間が短くなる。
(5)前記管理部は、当該蓄電装置が充電された後の前記蓄電セル間の電圧の差が大きいほど次回前記所定の条件が成立するまでの時間を短くしてもよい。
上記の「蓄電セル間の電圧の差」は、電圧が最も高い蓄電セルの電圧と電圧が最も低い蓄電セルの電圧との差のことをいう。
図12A及び図12Bは、4つの蓄電セルを充電したときの電圧の時間的変化の一例を示している。図12A及び図12Bにおいて実線103は充電電流のグラフであり、それ以外は各蓄電セルの電圧のグラフである。図12Aは蓄電セル間の電気量の差が50mAhである場合を示しており、図12Bは蓄電セル間の電気量の差が200mAhである場合を示している。
例えば前回のバランサ回路の動作が、車両(充電装置)が長期間駐車された後に何度もバランサ回路が動作した後の動作であった場合は、図12Aに示すように、充電された後の蓄電セル間の電圧の差は比較的小さくなる。これに対し、前回のバランサ回路の動作が、車両が長期間駐車された後の最初のバランサ回路の動作であった場合は、前回のバランサ回路の動作で蓄電セル間の電圧の差が十分に低減されていない可能性がある。この場合は、図12Bに示すように、充電された後の蓄電セル間の電圧の差が比較的大きくなる。
本願発明者らは、蓄電装置が充電された後の蓄電セル間の電圧の差が大きい場合は、電圧の差が小さい場合に比べて蓄電セル間の電気量の差の推定精度が低下することを見出した。具体的には、図12Aに示すように、充電された後の電圧の差が小さい場合は、充電初期から充電末期まで電圧の差が概ね一定であるので、充電された後の電圧から電気量の差をある程度精度よく検出できる。これに対し、図12Bに示すように、充電された後の電圧の差が大きい場合は、充電初期と充電末期とで電圧の差が変化するため、電圧の差から電気量の差を推定しようとしても一意に決めることができず、推定される電気量の差がある程度の誤差を持つ。このためバランサ回路を動作させても蓄電セル間の電気量の差を十分に低減できない可能性がある。
上記の蓄電装置によると、充電された後の蓄電セル間の電圧の差が大きいほど次回所定の条件が成立するまでの時間を短くするので、電圧の差が大きい場合は電圧の差が小さい場合に比べて次回のバランサ回路の動作までの時間が短くなる。このため、蓄電セル間の電気量の差が大きいままで蓄電装置が使用されることを抑制できる。
(6)前記管理部は、前記蓄電セル間の電気量のばらつき度合いに相関する相関値に、時間経過に応じて第1の所定値を加算する加算処理と、前記低減処理の後に、前記相関値から第2の所定値を減算する減算処理と、を実行し、前記所定の条件は前記相関値が所定の閾値に達したことであり、前記管理部は、前記減算処理において、当該蓄電装置が充電された後の前記蓄電セル間の電圧の差が大きいほど前記第2の所定値を小さくしてもよい。
上記の蓄電装置によると、当該蓄電装置が充電された後の蓄電セル間の電圧の差が大きいほど第2の所定値を小さくするので、電圧の差が大きいほど次回所定の条件が成立するまでの時間が短くなる。
(7)前記管理部は、前記加算処理において、前記蓄電セルの温度及び当該蓄電装置の充電状態の少なくとも一方に応じて前記第1の所定値を決定してもよい。
蓄電セル間の電気量のばらつき度合いの単位時間当たりの変化幅は蓄電セルの温度や蓄電装置の充電状態(SOC)によって異なる。上記の蓄電装置によると、蓄電セルの温度及び蓄電装置のSOCの少なくとも一方に応じて第1の所定値を決定するので、実際の蓄電セル間の電気量のばらつき度合いが相関値により精度よく反映される。このため蓄電セル間の電気量の差を低減すべきか否かをより適切に判断できる。
[本開示の実施形態の詳細]
以下に、本開示の実施形態について説明する。本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
本開示の実施形態は、装置、方法、これらの装置または方法の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の種々の態様で実現できる。
以下に、本開示の実施形態について説明する。本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
本開示の実施形態は、装置、方法、これらの装置または方法の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の種々の態様で実現できる。
<実施形態1>
実施形態1を図1ないし図9によって説明する。以降の説明では同一の構成要素には一部を除いて図面の符号を省略している場合がある。
実施形態1を図1ないし図9によって説明する。以降の説明では同一の構成要素には一部を除いて図面の符号を省略している場合がある。
(1)蓄電装置
図1に示すように、実施形態1に係る蓄電装置1は自動車などの車両2(充電装置の一例)に搭載されるものである。
図2に示すように、蓄電装置1は車両2が備えるエンジン始動装置10(スタータモータ)や各種の補機類12(電動パワーステアリング、電動ブレーキ、ヘッドライト、エアコンなど)に電力を供給する。蓄電装置1は車両発電機13(オルタネータ)によって充電される。蓄電装置1はブレーキ時の回生充電によって充電されてもよい。
エンジン始動装置10、補機類12、車両発電機13及び蓄電装置1は通信ケーブルを介して車両ECU(Engine Control Unit)14と通信可能に接続されている。
図1に示すように、実施形態1に係る蓄電装置1は自動車などの車両2(充電装置の一例)に搭載されるものである。
図2に示すように、蓄電装置1は車両2が備えるエンジン始動装置10(スタータモータ)や各種の補機類12(電動パワーステアリング、電動ブレーキ、ヘッドライト、エアコンなど)に電力を供給する。蓄電装置1は車両発電機13(オルタネータ)によって充電される。蓄電装置1はブレーキ時の回生充電によって充電されてもよい。
エンジン始動装置10、補機類12、車両発電機13及び蓄電装置1は通信ケーブルを介して車両ECU(Engine Control Unit)14と通信可能に接続されている。
(2)蓄電装置の構成
図3に示すように、蓄電装置1は収容体71を備える。収容体71は合成樹脂材料からなる本体73と蓋体74とを備えている。本体73は有底筒状である。本体73は底面部75と4つの側面部76とを備えている。4つの側面部76によって上端部分に上方開口部77が形成されている。
図3に示すように、蓄電装置1は収容体71を備える。収容体71は合成樹脂材料からなる本体73と蓋体74とを備えている。本体73は有底筒状である。本体73は底面部75と4つの側面部76とを備えている。4つの側面部76によって上端部分に上方開口部77が形成されている。
収容体71は複数の蓄電セル30Aからなる組電池30と回路基板ユニット72とを収容する。蓄電セル30Aは繰り返し充放電可能な二次電池であり、具体的には例えばリチウムイオン二次電池である。回路基板ユニット72は組電池30の上部に配置されている。
蓋体74は本体73の上方開口部77を閉鎖する。蓋体74の周囲には外周壁78が設けられている。蓋体74は平面視略T字形の突出部79を有する。蓋体74の前部のうち一方の隅部に正極外部端子80Pが固定され、他方の隅部に負極外部端子80Nが固定されている。
蓋体74は本体73の上方開口部77を閉鎖する。蓋体74の周囲には外周壁78が設けられている。蓋体74は平面視略T字形の突出部79を有する。蓋体74の前部のうち一方の隅部に正極外部端子80Pが固定され、他方の隅部に負極外部端子80Nが固定されている。
図4A及び図4Bに示すように、蓄電セル30Aは直方体形状のケース82内に電極体83を非水電解質と共に収容したものである。ケース82はケース本体84とその上方の開口部を閉鎖する蓋85とを有している。
電極体83は、詳細については図示しないが、銅箔からなる基材に負極活物質を塗布した負極要素と、アルミニウム箔からなる基材に正極活物質を塗布した正極要素との間に多孔性の樹脂フィルムからなるセパレータを配置したものである。これらはいずれも帯状であり、セパレータに対して負極要素と正極要素とを幅方向の反対側にそれぞれ位置をずらした状態で、ケース本体84に収容可能となるように扁平状に巻回されている。
電極体83は、詳細については図示しないが、銅箔からなる基材に負極活物質を塗布した負極要素と、アルミニウム箔からなる基材に正極活物質を塗布した正極要素との間に多孔性の樹脂フィルムからなるセパレータを配置したものである。これらはいずれも帯状であり、セパレータに対して負極要素と正極要素とを幅方向の反対側にそれぞれ位置をずらした状態で、ケース本体84に収容可能となるように扁平状に巻回されている。
正極要素には正極集電体86を介して正極端子87が接続されており、負極要素には負極集電体88を介して負極端子89が接続されている。正極集電体86及び負極集電体88は平板状の台座部90とこの台座部90から延びる脚部91とからなる。台座部90には貫通孔が形成されている。脚部91は正極要素又は負極要素に接続されている。正極端子87及び負極端子89は、端子本体部92と、その下面中心部分から下方に突出する軸部93とからなる。そのうち、正極端子87の端子本体部92と軸部93とは、アルミニウム(単一材料)によって一体成形されている。負極端子89においては、端子本体部92がアルミニウム製で、軸部93が銅製であり、これらを組み付けたものである。正極端子87及び負極端子89の端子本体部92は、蓋85の両端部に絶縁材料からなるガスケット94を介して配置され、このガスケット94から外方へ露出されている。
図4Aに示すように、蓋85は圧力開放弁95を有している。圧力開放弁95は正極端子87と負極端子89の間に位置している。圧力開放弁95はケース82の内圧が制限値を超えた時に開放してケース82の内圧を下げる。
(3)蓄電装置の電気的構成
図5に示すように、蓄電装置1は組電池30、BMU31(管理装置の一例)及び通信コネクタ32を備えている。
組電池30はパワーライン34Pによって正極外部端子80Pに接続されており、パワーライン34Nによって負極外部端子80Nに接続されている。組電池30は12個の蓄電セル30Aが3並列で4直列に接続されている。便宜上、図5では並列に接続された3つの蓄電セル30Aを1つの電池記号で表している。蓄電セル30Aは、具体的には例えば正極活物質にLiFePO4(リン酸鉄リチウム)が含有され、負極活物質にGr(グラファイト)が含有されたLFP/Gr系(所謂鉄系)のリチウムイオン二次電池である。LFP/Gr系(所謂鉄系)のリチウムイオン二次電池はプラトー領域を有する蓄電セルの一例である。
図5に示すように、蓄電装置1は組電池30、BMU31(管理装置の一例)及び通信コネクタ32を備えている。
組電池30はパワーライン34Pによって正極外部端子80Pに接続されており、パワーライン34Nによって負極外部端子80Nに接続されている。組電池30は12個の蓄電セル30Aが3並列で4直列に接続されている。便宜上、図5では並列に接続された3つの蓄電セル30Aを1つの電池記号で表している。蓄電セル30Aは、具体的には例えば正極活物質にLiFePO4(リン酸鉄リチウム)が含有され、負極活物質にGr(グラファイト)が含有されたLFP/Gr系(所謂鉄系)のリチウムイオン二次電池である。LFP/Gr系(所謂鉄系)のリチウムイオン二次電池はプラトー領域を有する蓄電セルの一例である。
BMU31は電流センサ33、電圧センサ35、温度センサ36、バランサ回路38及び管理部37を備えている。
電流センサ33は組電池30の負極側に位置し、負極のパワーライン34Nに設けられている。電流センサ33は組電池30の充放電電流[A]を検出して管理部37に出力する。
電流センサ33は組電池30の負極側に位置し、負極のパワーライン34Nに設けられている。電流センサ33は組電池30の充放電電流[A]を検出して管理部37に出力する。
電圧センサ35は信号線によって各蓄電セル30Aの両端にそれぞれ接続されている。電圧センサ35は各蓄電セル30Aの電池電圧[V]を検出して管理部37に出力する。組電池30の総電圧[V]は直列に接続された4つの蓄電セル30Aの合計電圧である。
温度センサ36は接触式あるいは非接触式であり、蓄電セル30Aの温度[℃]を検出して管理部37に出力する。図5では省略しているが、温度センサ36は2つ以上設けられている。各温度センサ36は互いに異なる蓄電セル30Aの温度を検出する。管理部37は、例えば2以上の温度センサ36から出力された温度の平均値を蓄電装置1の温度とする。
温度センサ36は接触式あるいは非接触式であり、蓄電セル30Aの温度[℃]を検出して管理部37に出力する。図5では省略しているが、温度センサ36は2つ以上設けられている。各温度センサ36は互いに異なる蓄電セル30Aの温度を検出する。管理部37は、例えば2以上の温度センサ36から出力された温度の平均値を蓄電装置1の温度とする。
バランサ回路38は各蓄電セル30Aを個別に放電させることによって蓄電セル30A間の電気量の差を低減するパッシブ方式のバランサ回路である。バランサ回路38は蓄電セル30A毎に放電抵抗38Aとスイッチ素子38Bとを有している。放電抵抗38Aとスイッチ素子38Bとは直列に接続されており、対応する蓄電セル30Aと並列に接続されている。スイッチ素子38Bは管理部37によって通電状態と遮断状態とが切り替えられる。スイッチ素子38Bが通電状態になると対応する蓄電セル30Aが放電抵抗38Aによって放電される。
管理部37はCPUやRAMなどが1チップ化されたマイクロコンピュータ37A、記憶部37B及び通信部37Cを備える。マイクロコンピュータ37Aは記憶部37Bに記憶されている管理プログラムを実行することによって蓄電装置1を管理する。記憶部37Bはデータを書き換え可能な記憶媒体であり、管理部37によって実行される管理プログラムや後述する各種のデータが記憶されている。通信部37Cはマイクロコンピュータ37Aが車両ECU14と通信するための回路である。
通信コネクタ32はBMU31が車両ECU14と通信するための通信ケーブルが接続されるコネクタである。
通信コネクタ32はBMU31が車両ECU14と通信するための通信ケーブルが接続されるコネクタである。
(4)蓄電装置の満充電
図6を参照して、蓄電装置1の満充電(充電の一例)について説明する。ここではCC(Constant Current)-CV(Constant Voltage)充電を例に説明する。図6において実線120は充電電流の変化を示しており、点線121は電圧の変化を示している。CC-CV充電では、蓄電セル30Aの電圧が所定値に達するまでは蓄電装置1が定電流充電され、電圧が所定値に達すると定電圧充電に切り替えられる。定電圧充電では電流値が徐々に低下し、電流値が所定の閾値Ithまで低下すると満充電となる。
所定の閾値Ithは適宜に決定できる。例えばSOCが95%のときの電流値を予め実験によって求め、求めた電流値を閾値Ithとしてもよい。この場合はSOCが95%に達したときに満充電となる。
図6を参照して、蓄電装置1の満充電(充電の一例)について説明する。ここではCC(Constant Current)-CV(Constant Voltage)充電を例に説明する。図6において実線120は充電電流の変化を示しており、点線121は電圧の変化を示している。CC-CV充電では、蓄電セル30Aの電圧が所定値に達するまでは蓄電装置1が定電流充電され、電圧が所定値に達すると定電圧充電に切り替えられる。定電圧充電では電流値が徐々に低下し、電流値が所定の閾値Ithまで低下すると満充電となる。
所定の閾値Ithは適宜に決定できる。例えばSOCが95%のときの電流値を予め実験によって求め、求めた電流値を閾値Ithとしてもよい。この場合はSOCが95%に達したときに満充電となる。
実施形態1では以下の3つの充電タイミング(充電タイミングA、B,C)で蓄電装置1が満充電される。以下の3つは満充電されるタイミングの一例であり、満充電されるタイミングは以下の3つに限定されない。
充電タイミングA:定期的な満充電
車両ECU14は1週間毎などのように定期的に蓄電装置1を満充電する(以下、定期満充電という)。以降に説明する充電タイミングBや充電タイミングCで満充電された場合は、前回の定期満充電から一定時間が経過したときではなく、充電タイミングBや充電タイミングCで満充電されたときから一定時間が経過したときに満充電してもよい。
車両ECU14は1週間毎などのように定期的に蓄電装置1を満充電する(以下、定期満充電という)。以降に説明する充電タイミングBや充電タイミングCで満充電された場合は、前回の定期満充電から一定時間が経過したときではなく、充電タイミングBや充電タイミングCで満充電されたときから一定時間が経過したときに満充電してもよい。
充電タイミングB:SOCの推定値を満充電リセットするとき
管理部37は電流積算法によって蓄電装置1のSOCを推定する。電流積算法は、電流センサ33によって所定の時間間隔で電流値を検出し、検出した電流値を初期値に加減することによってSOCを推定する方法である。電流積算法では電流センサ33の検出誤差が蓄積されることによってSOCの推定値が次第に不正確になる。このため、管理部37はSOCの推定値を満充電リセットする。
管理部37は電流積算法によって蓄電装置1のSOCを推定する。電流積算法は、電流センサ33によって所定の時間間隔で電流値を検出し、検出した電流値を初期値に加減することによってSOCを推定する方法である。電流積算法では電流センサ33の検出誤差が蓄積されることによってSOCの推定値が次第に不正確になる。このため、管理部37はSOCの推定値を満充電リセットする。
具体的には、蓄電装置1の開放電圧(OCV:Open Circuit Voltage)とSOCとには比較的精度の良い相関関係がある。このため、管理部37は電流積算法によって推定されているSOCを、OCVから推定されるSOCで更新する。ただし、プラトー領域を有する蓄電装置1は電圧が低いとOCVからSOCを精度よく推定できない。このため、管理部37はSOCの推定値をリセットすべき所定の条件が成立した場合に車両ECU14に蓄電装置1の満充電を要求し、蓄電装置1が満充電された後に電圧センサ35によってOCVを検出する。OCVは回路が完全に開放されたときの電圧に限定されず、回路が開放されていると見做せる程度に小さい電流が流れているときの電圧であってもよい。
充電タイミングC:後述する指標値(QF:Quarity Factor)が100%(所定の閾値の一例)に達したとき
詳しくは後述するが、管理部37は蓄電セル30A間の残存電気量のばらつき度合いに相関する指標値(以下、QFという)に基づいて、蓄電セル30A間の残存電気量の差を低減すべきか否かを判断する。QFは相関値の一例である。管理部37は、残存電気量の差を低減すべきと判断した場合は車両ECU14に蓄電装置1の満充電を要求し、蓄電装置1が満充電された後にバランサ回路38を動作させて蓄電セル30A間の残存電気量の差を低減する。
詳しくは後述するが、管理部37は蓄電セル30A間の残存電気量のばらつき度合いに相関する指標値(以下、QFという)に基づいて、蓄電セル30A間の残存電気量の差を低減すべきか否かを判断する。QFは相関値の一例である。管理部37は、残存電気量の差を低減すべきと判断した場合は車両ECU14に蓄電装置1の満充電を要求し、蓄電装置1が満充電された後にバランサ回路38を動作させて蓄電セル30A間の残存電気量の差を低減する。
(5)バランサ回路の動作
図7を参照して、バランサ回路38によって蓄電セル30A間の残存電気量の差を低減する動作について説明する。ここでは下合わせによって低減する場合を例に説明する。便宜上、ここでは4つの蓄電セル30Aに30A-1~30A-4の符号を付している。
図7を参照して、バランサ回路38によって蓄電セル30A間の残存電気量の差を低減する動作について説明する。ここでは下合わせによって低減する場合を例に説明する。便宜上、ここでは4つの蓄電セル30Aに30A-1~30A-4の符号を付している。
管理部37は、蓄電装置1が満充電されると電圧センサ35によって各蓄電セル30Aの電圧を検出し、検出した電圧から残存電気量を推定する。管理部37は最も電圧が低い蓄電セル30A(ここでは蓄電セル30A-4)を基準とし、他の3つの蓄電セル30A(ここでは蓄電セル30A-1,30A-2,30A-3)のそれぞれについて、基準とする蓄電セル30A-4の残存電気量と他の蓄電セル30Aの残存電気量との差から放電時間(動作時間の一例)を決定する。管理部37は、他の蓄電セル30Aについてそれぞれ決定した放電時間だけバランサ回路38を動作させることにより、蓄電セル30A間の残存電気量の差を低減する。
検出した電圧の差に応じて残存電気量の差を低減する方法はこれに限られない。例えば検出した電圧から推定される残存電気量が最も多い蓄電セル30Aは18mAh、2番目に多い蓄電セル30Aは12mAh、3番目に多い蓄電セル30Aは6mAhなどのように、放電する電気量(あるいは放電時間)が順位に応じて予め決められていてもよい。
順位に応じて予め決められている電気量(あるいは放電時間)はバランス量とも称される。管理部37は、検出した電圧の差に応じてバランス量を変更してもよい。例えば電圧の差が小さい場合はバランス量を18mAh、12mAh、6mAhとし、電圧の差が大きい場合はバランス量を24mAh、18mAh、6mAhなどに変更してもよい。
(6)充電タイミングC
図8を参照して、充電タイミングCについて具体的に説明する。前述したように管理部37は充電タイミングCをQF[%]に基づいて決定する。QFは以下のように定義される。
図8を参照して、充電タイミングCについて具体的に説明する。前述したように管理部37は充電タイミングCをQF[%]に基づいて決定する。QFは以下のように定義される。
0%:蓄電セル30A間の残存電気量のばらつき度合いが小さく、残存電気量の差を低減する必要がない状態。具体的には例えば、電圧が最大の蓄電セル30Aの残存電気量と電圧が最小の蓄電セル30Aの残存電気量との差が35mAh以下の状態。
100%:蓄電セル30A間の残存電気量のばらつき度合いが大きく、残存電気量の差を低減すべき状態。具体的には例えば、電圧が最大の蓄電セル30Aの残存電気量と電圧が最小の蓄電セル30Aの残存電気量との差が300mAh以上の状態。
100%:蓄電セル30A間の残存電気量のばらつき度合いが大きく、残存電気量の差を低減すべき状態。具体的には例えば、電圧が最大の蓄電セル30Aの残存電気量と電圧が最小の蓄電セル30Aの残存電気量との差が300mAh以上の状態。
蓄電セル30A間の残存電気量のばらつき度合いは時間の経過に伴って大きくなる。このため、管理部37は一定時間ごとにQFに第1の所定値[%]を加算し、QFが100%に達すると車両ECU14に満充電を要求する。第1の所定値は正の値である。QFが100%に達したことは、蓄電セル間の電気量の差を低減すべき所定の条件の一例である。
第1の所定値は、例えば蓄電セル30A間の残存電気量のばらつき度合いが0%の蓄電装置1を放置してからばらつき度合いが100%になるまでの時間に基づいて決定される。この時間は予め実験によって決定される。例えばばらつき度合いが0%から100%になるまでの時間が1000時間であったとする。この場合、例えば1時間毎にQFに0.1%を加算すると1000時間後にQFが100%になる。このため、例えば1時間ごとに第1の所定値を加算する場合は第1の所定値として0.1%を加算することになり、2時間ごとに加算する場合は第1の所定値として0.2%を加算することになる。何時間ごとに第1の所定値を加算するかは適宜に決定できる。
図8を参照して、QFの時間的変化の一例について説明する。以降の説明ではバランサ回路38を動作させることをバランサ動作という。図8において時点T0はQFが0%である時点である。時点T1は充電タイミングC以外の充電タイミング(すなわち充電タイミングAあるいはB)である。蓄電装置1は時点T1で満充電が開始される。時点T2は満充電が完了した時点である。
管理部37は満充電が完了するとバランサ動作を開始する。時点T3はバランサ動作が完了した時点である。バランサ回路38を動作させると蓄電セル30A間の残存電気量の差(言い換えると残存電気量のばらつき度合い)が小さくなるため、管理部37はバランサ動作が完了するとQFから第2の所定値[%]を減算する。第2の所定値も正の値である。第2の所定値についての説明は後述する。
管理部37は満充電が完了するとバランサ動作を開始する。時点T3はバランサ動作が完了した時点である。バランサ回路38を動作させると蓄電セル30A間の残存電気量の差(言い換えると残存電気量のばらつき度合い)が小さくなるため、管理部37はバランサ動作が完了するとQFから第2の所定値[%]を減算する。第2の所定値も正の値である。第2の所定値についての説明は後述する。
時点T4はQFが100%に達したタイミング(すなわち充電タイミングC)である。管理部37はQFが100%に達すると車両ECU14に満充電を要求する。時点T5は満充電が完了した時点である。管理部37は満充電が完了するとバランサ動作を開始する。時点T6はバランサ動作が完了した時点である。管理部37はバランサ動作が完了するとQFから第2の所定値を減算する。
(7)第2の所定値の決定
バランサ回路38を動作させると蓄電セル30A間の残存電気量の差が小さくなるので、基本的には第2の所定値は現在のQFと同じ値に決定される。このため第2の所定値を減算した後のQFは0%となる。しかしながら、以下に説明する(a)及び(b)の場合はバランサ回路38を動作させても残存電気量の差が十分に低減されないことがある。このため、管理部37は、これらの場合は次回所定の条件が成立するまでの時間を短くするため(言い換えると次回のバランサ回路38の動作までの時間を短くするため)に第2の所定値を現在のQFより小さくする。
バランサ回路38を動作させると蓄電セル30A間の残存電気量の差が小さくなるので、基本的には第2の所定値は現在のQFと同じ値に決定される。このため第2の所定値を減算した後のQFは0%となる。しかしながら、以下に説明する(a)及び(b)の場合はバランサ回路38を動作させても残存電気量の差が十分に低減されないことがある。このため、管理部37は、これらの場合は次回所定の条件が成立するまでの時間を短くするため(言い換えると次回のバランサ回路38の動作までの時間を短くするため)に第2の所定値を現在のQFより小さくする。
(a)蓄電装置が満充電された後の蓄電セル間の電圧の差が大きい場合
管理部37は、蓄電装置1が満充電された後(より具体的には蓄電装置1が満充電された後、バランサ回路38が動作する前)の蓄電セル30A間の電圧の差が大きいほど第2の所定値を小さくする。電圧の差に対応する第2の所定値は予め実験によって決定されて記憶部37Bに記憶されている。管理部37は電圧の差に対応する第2の所定値を記憶部37Bから読み出すことによって第2の所定値を決定する。
管理部37は、蓄電装置1が満充電された後(より具体的には蓄電装置1が満充電された後、バランサ回路38が動作する前)の蓄電セル30A間の電圧の差が大きいほど第2の所定値を小さくする。電圧の差に対応する第2の所定値は予め実験によって決定されて記憶部37Bに記憶されている。管理部37は電圧の差に対応する第2の所定値を記憶部37Bから読み出すことによって第2の所定値を決定する。
第2の所定値を小さくすると次回QFが100%に達するまでの時間が短くなるので、第2の所定値を小さくしない場合(すなわち蓄電セル30A間の電圧の差が小さい場合)に比べて次回所定の条件が成立するまでの時間が短くなる。言い換えると、次回のバランサ回路38の動作までの時間が短くなる。
(b)蓄電装置が満充電された後のいずれかの蓄電セルの電圧がプラトー領域の上限電圧以下である場合
管理部37は、蓄電装置1が満充電された後(より具体的には蓄電装置1が満充電された後、バランサ回路38が動作する前)のいずれかの蓄電セル30Aの電圧がプラトー領域の上限電圧Vp以下である場合は、いずれの蓄電セル30Aの電圧もプラトー領域の上限電圧Vpより高い場合に比べて第2の所定値を小さくする。
具体的には例えば、管理部37は、いずれかの蓄電セル30Aの電圧がプラトー領域の上限電圧Vp以下である場合は第2の所定値を0%に近い値(例えば0%~5%)に決定する。このためQFがほとんど小さくならず、いずれの蓄電セル30Aの電圧もプラトー領域の上限電圧Vpより高い場合に比べて次回所定の条件が成立するまでの時間が短くなる。
管理部37は、蓄電装置1が満充電された後(より具体的には蓄電装置1が満充電された後、バランサ回路38が動作する前)のいずれかの蓄電セル30Aの電圧がプラトー領域の上限電圧Vp以下である場合は、いずれの蓄電セル30Aの電圧もプラトー領域の上限電圧Vpより高い場合に比べて第2の所定値を小さくする。
具体的には例えば、管理部37は、いずれかの蓄電セル30Aの電圧がプラトー領域の上限電圧Vp以下である場合は第2の所定値を0%に近い値(例えば0%~5%)に決定する。このためQFがほとんど小さくならず、いずれの蓄電セル30Aの電圧もプラトー領域の上限電圧Vpより高い場合に比べて次回所定の条件が成立するまでの時間が短くなる。
(8)QFに基づいて蓄電セル間の残存電気量の差を低減する処理
図9を参照して、QFに基づいて蓄電セル30A間の残存電気量の差を低減する処理のフローについて説明する。本処理は所定の時間間隔で繰り返し実行される。
図9を参照して、QFに基づいて蓄電セル30A間の残存電気量の差を低減する処理のフローについて説明する。本処理は所定の時間間隔で繰り返し実行される。
S101では、管理部37はQFに第1の所定値を加算する(加算処理の一例)。蓄電装置1の使用が開始される時点のQFは0%であるとする。
S102では、管理部37はQFが100%以上であるか否か(すなわち蓄電セル30A間の残存電気量の差を低減すべき所定の条件が成立したか否か)を判断する。管理部37は、QFが100%以上である場合はS103に進み、100%未満である場合は本処理を終了する。
S102では、管理部37はQFが100%以上であるか否か(すなわち蓄電セル30A間の残存電気量の差を低減すべき所定の条件が成立したか否か)を判断する。管理部37は、QFが100%以上である場合はS103に進み、100%未満である場合は本処理を終了する。
S103では、管理部37は車両ECU14に蓄電装置1の満充電を要求する(要求処理の一例)。
S104では、管理部37はQFに第1の所定値を加算する。
S105では、管理部37は満充電が完了したか否かを判断する。管理部37は、満充電が完了した場合はS106に進み、完了していない場合はS104に戻って処理を繰り返す。
S104では、管理部37はQFに第1の所定値を加算する。
S105では、管理部37は満充電が完了したか否かを判断する。管理部37は、満充電が完了した場合はS106に進み、完了していない場合はS104に戻って処理を繰り返す。
S106では、管理部37はバランサ動作を開始する(低減処理の一例)。
S107では、管理部37はQFに第1の所定値を加算する。
S108では、管理部37はバランサ動作が完了したか否かを判断する。管理部37は、バランサ動作が完了した場合はS109に進み、完了していない場合はS107に戻って処理を繰り返す。
S107では、管理部37はQFに第1の所定値を加算する。
S108では、管理部37はバランサ動作が完了したか否かを判断する。管理部37は、バランサ動作が完了した場合はS109に進み、完了していない場合はS107に戻って処理を繰り返す。
S109では、管理部37はQFから第2の所定値を減算する(減算処理の一例)。前述したように第2の所定値は蓄電装置1が満充電された後の蓄電セル30A間の電圧の差に応じて決定される。満充電された後のいずれかの蓄電セル30Aの電圧がプラトー領域の上限電圧Vp以下である場合は、第2の所定値は0%に近い値に決定される。
(9)実施形態の効果
蓄電装置1によると、QFが100%に達すると車両2に満充電を要求するので、充電タイミングAのときにだけ満充電する場合(あるいは充電タイミングAやBのときにだけ満充電する場合)に比べて蓄電装置1が満充電される機会を増やすことができる。このため蓄電装置1によると、電圧が低いときは残存電気量を精度よく推定できない蓄電セル30Aを備える蓄電装置1について、車両2が蓄電装置1を満充電する時間間隔が長くても蓄電セル30A間の残存電気量の差が大きいままで蓄電装置1が使用されることを抑制できる。
蓄電装置1によると、QFが100%に達すると車両2に満充電を要求するので、充電タイミングAのときにだけ満充電する場合(あるいは充電タイミングAやBのときにだけ満充電する場合)に比べて蓄電装置1が満充電される機会を増やすことができる。このため蓄電装置1によると、電圧が低いときは残存電気量を精度よく推定できない蓄電セル30Aを備える蓄電装置1について、車両2が蓄電装置1を満充電する時間間隔が長くても蓄電セル30A間の残存電気量の差が大きいままで蓄電装置1が使用されることを抑制できる。
蓄電装置1によると、電圧センサ35によって検出した電圧の差から蓄電セル30A間の電気量の差を推定できない場合(例えばいずれかの蓄電セル30Aの電圧がプラトー領域の上限電圧Vp以下である場合や、蓄電セル30A間の電圧の差が大きい場合)は、推定できる場合(いずれの蓄電セル30Aの電圧もプラトー領域の上限電圧Vpより大きい場合や蓄電セル30A間の電圧の差が小さい場合)に比べて次回所定の条件が成立するまでの時間を短くするので、蓄電セル30A間の電気量の差が大きいままで蓄電装置1が使用されることを抑制できる。
蓄電装置1によると、蓄電装置1が満充電された後のいずれかの蓄電セル30Aの電圧がプラトー領域の上限電圧Vp以下である場合は、いずれの蓄電セル30Aの電圧も上限電圧Vpより大きい場合に比べて次回所定の条件が成立するまでの時間を短くするので、次回のバランサ回路38の動作までの時間が短くなる。このため、蓄電セル30A間の残存電気量の差が大きいままで蓄電装置1が使用されることを抑制できる。
蓄電装置1によると、蓄電装置1が満充電された後のいずれかの蓄電セル30Aの電圧がプラトー領域の上限電圧Vp以下である場合は、いずれの蓄電セル30Aの電圧もプラトー領域の上限電圧Vpより高い場合に比べて第2の所定値を小さくするので、次回QFが100%に達するまでの時間が短くなる。言い換えると、次回所定の条件が成立するまでの時間が短くなる。このため、車両2が蓄電装置1を満充電する時間間隔が長くても蓄電セル30A間の残存電気量の差が大きいままで蓄電装置1が使用されることを抑制できる。
蓄電装置1によると、満充電された後の蓄電セル30A間の電圧の差が大きいほど次回所定の条件が成立するまでの時間を短くするので、蓄電セル30A間の残存電気量の差が大きいままで蓄電装置1が使用されることを抑制できる。
蓄電装置1によると、満充電された後の蓄電セル30A間の電圧の差が大きいほど第2の所定値を小さくするので、電圧の差が小さい場合に比べて次回QFが100%に達するまでの時間が短くなる。言い換えると、次回所定の条件が成立するまでの時間が短くなる。このため、蓄電セル30A間の残存電気量の差が大きいままで蓄電装置1が使用されることを抑制できる。
<実施形態2>
実施形態2は実施形態1の変形例である。
蓄電セル30A間の残存電気量のばらつき度合いは蓄電セル30Aの温度や蓄電装置1のSOCによっても異なる。このため、実施形態2に係る管理部37は、一定時間ごとにQFに第1の所定値を加算するとき、蓄電セル30Aの温度や蓄電装置1のSOCに応じて第1の所定値を決定する。具体的には、管理部37は、蓄電セル30Aの温度が高い場合は温度が低い場合に比べて第1の所定値を大きくする。あるいは、管理部37は、蓄電装置1のSOCが高い場合はSOCが低い場合に比べて第1の所定値を大きくする。蓄電セル30Aの温度や蓄電装置1のSOCに応じて第1の所定値をどれだけ大きくするかは実験などによって適宜に決定できる。
実施形態2は実施形態1の変形例である。
蓄電セル30A間の残存電気量のばらつき度合いは蓄電セル30Aの温度や蓄電装置1のSOCによっても異なる。このため、実施形態2に係る管理部37は、一定時間ごとにQFに第1の所定値を加算するとき、蓄電セル30Aの温度や蓄電装置1のSOCに応じて第1の所定値を決定する。具体的には、管理部37は、蓄電セル30Aの温度が高い場合は温度が低い場合に比べて第1の所定値を大きくする。あるいは、管理部37は、蓄電装置1のSOCが高い場合はSOCが低い場合に比べて第1の所定値を大きくする。蓄電セル30Aの温度や蓄電装置1のSOCに応じて第1の所定値をどれだけ大きくするかは実験などによって適宜に決定できる。
実施形態2に係る蓄電装置1によると、蓄電セル30Aの温度及び蓄電装置1のSOCの少なくとも一方に応じて第1の所定値を決定するので、実際の蓄電セル30A間の残存電気量のばらつき度合いがQFにより精度よく反映される。このため蓄電セル30A間の残存電気量の差を低減すべきか否かをより適切に判断できる。
<他の実施形態>
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
(1)上記実施形態では充電として満充電を例に説明したが、充電は満充電に限られない。例えば、充電は蓄電セル30A間の電気量の差を検出できる領域までの充電であってもよい。ただし、その領域まで充電してもいずれかの蓄電セル30Aの電圧がプラトー領域の上限電圧Vp以下であったり蓄電セル30A間の電圧の差が大きかったりすることによって電気量の差を精度よく検出できないこともある。
(2)上記実施形態では、満充電された後の蓄電セル30A間の電圧の差が大きいほど第2の所定値を小さくし、更に、いずれかの蓄電セル30Aの電圧がプラトー領域の上限電圧Vp以下である場合は第2の所定値を0%に近い値にする場合を例に説明した。これに対し、満充電された後の蓄電セル30A間の電圧の差が大きいほど第2の所定値を小さくするだけであってもよい。あるいは、いずれかの蓄電セル30Aの電圧がプラトー領域の上限電圧Vp以下である場合に第2の所定値を0%に近い値にするだけであってもよい。
(3)上記実施形態では蓄電装置1の電気量として残存電気量を例に説明したが、蓄電装置1の電気量は残りの充電可能な電気量であってもよい。上記実施形態では下合わせによって蓄電セル30A間の残存電気量の差を低減する場合を例に説明したが、蓄電装置1の電気量が残りの充電可能な電気量である場合は上合わせによって電気量の差を低減してもよい。
(4)上記実施形態では相関値としてQFを例に説明したが、相関値はQFに限られない。例えば、相関値は蓄電セル30A間の電気量のばらつき度合いを表す絶対的な値(例えば標準偏差や分散)の推定値であってもよい。あるいは、相関値は前回蓄電装置1を満充電したときからの経過時間であってもよい。
(5)上記実施形態ではバランサ回路38としてパッシブ方式のバランサ回路を例に説明した。これに対し、バランサ回路38は電圧が高い蓄電セル30Aによって電圧が低い蓄電セル30Aを充電することによって差を低減するアクティブ方式のバランサ回路であってもよい。
(6)上記実施形態ではプラトー領域を有する蓄電セル30AとしてLFP/Gr系(所謂鉄系)のリチウムイオン二次電池を例に説明したが、プラトー領域を有する蓄電セル30Aはこれに限られない。
(7)上記実施形態では蓄電装置1が車両(移動体)に搭載される場合を例に説明したが、蓄電装置1は航空機や船舶などの移動体に搭載されてもよい。その場合は航空機や船舶などが充電装置の一例である。
(8)上記実施形態では蓄電セル30Aとしてリチウムイオン二次電池を例に説明したが、蓄電セル30Aは電気化学反応を伴うキャパシタであってもよい。
(9)蓄電装置は、以下のように構成されてもよい。
充電装置と接続されている蓄電装置であって、
複数の蓄電セルと、
各前記蓄電セルを個別に放電させるバランサ回路と、
各前記蓄電セルの電圧を検出する電圧センサと、
管理部と、
を備え、
前記管理部は、
前記蓄電セル間の電気量の差を低減すべき所定の条件が成立した場合に、前記充電装置に当該蓄電装置の充電を要求する要求処理と、
前記充電装置によって当該蓄電装置が充電された後、前記電圧センサによって各前記蓄電セルの電圧を検出し、検出した電圧の差に応じて前記バランサ回路を動作させることにより、前記蓄電セル間の電気量の差を低減する低減処理と、
を実行する、蓄電装置。
充電装置と接続されている蓄電装置であって、
複数の蓄電セルと、
各前記蓄電セルを個別に放電させるバランサ回路と、
各前記蓄電セルの電圧を検出する電圧センサと、
管理部と、
を備え、
前記管理部は、
前記蓄電セル間の電気量の差を低減すべき所定の条件が成立した場合に、前記充電装置に当該蓄電装置の充電を要求する要求処理と、
前記充電装置によって当該蓄電装置が充電された後、前記電圧センサによって各前記蓄電セルの電圧を検出し、検出した電圧の差に応じて前記バランサ回路を動作させることにより、前記蓄電セル間の電気量の差を低減する低減処理と、
を実行する、蓄電装置。
1:蓄電装置
2:車両(充電装置の一例)
30A:蓄電セル
35:電圧センサ
37:管理部
38:バランサ回路
Vp:上限電圧
2:車両(充電装置の一例)
30A:蓄電セル
35:電圧センサ
37:管理部
38:バランサ回路
Vp:上限電圧
Claims (8)
- 充電装置と接続されている蓄電装置であって、
複数の蓄電セルと、
各前記蓄電セルを個別に放電させるバランサ回路と、
各前記蓄電セルの電圧を検出する電圧センサと、
管理部と、
を備え、
前記管理部は、
前記蓄電セル間の電気量の差を低減すべき所定の条件が成立した場合に、前記充電装置に当該蓄電装置の充電を要求する要求処理と、
前記充電装置によって当該蓄電装置が充電された後、前記電圧センサによって各前記蓄電セルの電圧を検出し、検出した電圧の差に応じて前記バランサ回路の動作時間を変更することにより、前記蓄電セル間の電気量の差を低減する低減処理と、
を実行する、蓄電装置。 - 請求項1に記載の蓄電装置であって、
前記管理部は、前記電圧センサによって検出した電圧の差から前記蓄電セル間の電気量の差を推定できない場合は、推定できる場合に比べて次回前記所定の条件が成立するまでの時間を短くする、蓄電装置。 - 請求項2に記載の蓄電装置であって、
前記蓄電セルは、当該蓄電セルの充電状態の変化に対する電圧の変化が小さいプラトー領域を有し、
前記管理部は、当該蓄電装置が充電された後のいずれかの前記蓄電セルの電圧がプラトー領域の上限電圧以下である場合は、いずれの前記蓄電セルの電圧もプラトー領域の上限電圧より高い場合に比べて次回前記所定の条件が成立するまでの時間を短くする、蓄電装置。 - 請求項3に記載の蓄電装置であって、
前記管理部は、
前記蓄電セル間の電気量のばらつき度合いに相関する相関値に、時間経過に応じて第1の所定値を加算する加算処理と、
前記低減処理の後に、前記相関値から第2の所定値を減算する減算処理と、
を実行し、
前記所定の条件は前記相関値が所定の閾値に達したことであり、
前記管理部は、前記減算処理において、当該蓄電装置が充電された後のいずれかの前記蓄電セルの電圧がプラトー領域の上限電圧以下である場合は、いずれの前記蓄電セルの電圧もプラトー領域の上限電圧より高い場合に比べて前記第2の所定値を小さくする、蓄電装置。 - 請求項2から請求項4のいずれか一項に記載の蓄電装置であって、
前記管理部は、当該蓄電装置が充電された後の前記蓄電セル間の電圧の差が大きいほど次回前記所定の条件が成立するまでの時間を短くする、蓄電装置。 - 請求項5に記載の蓄電装置であって、
前記管理部は、
前記蓄電セル間の電気量のばらつき度合いに相関する相関値に、時間経過に応じて第1の所定値を加算する加算処理と、
前記低減処理の後に、前記相関値から第2の所定値を減算する減算処理と、を実行し、
前記所定の条件は前記相関値が所定の閾値に達したことであり、
前記管理部は、前記減算処理において、当該蓄電装置が充電された後の前記蓄電セル間の電圧の差が大きいほど前記第2の所定値を小さくする、蓄電装置。 - 請求項4又は請求項6に記載の蓄電装置であって、
前記管理部は、前記加算処理において、前記蓄電セルの温度及び当該蓄電装置の充電状態の少なくとも一方に応じて前記第1の所定値を決定する、蓄電装置。 - 充電装置と接続されている蓄電装置の制御方法であって、
前記蓄電装置は、
複数の蓄電セルと、
各前記蓄電セルを個別に放電させるバランサ回路と、
各前記蓄電セルの電圧を検出する電圧センサと、
を備え、
当該制御方法は、
前記蓄電セル間の電気量の差を低減すべき所定の条件が成立した場合に、前記充電装置に前記蓄電装置の充電を要求する要求工程と、
前記充電装置によって前記蓄電装置が充電された後、前記電圧センサによって各前記蓄電セルの電圧を検出し、検出した電圧の差に応じて前記バランサ回路の動作時間を変更することにより、前記蓄電セル間の電気量の差を低減する低減工程と、
を含む、蓄電装置の制御方法。
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
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