WO2015199178A1 - バランス補正制御装置、バランス補正システム及び蓄電システム - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a balance correction control device, a balance correction system, and a power storage system.
- Patent Documents 1 to 4 A balance correction circuit that corrects the voltage between a large number of series-connected power storage cells has been proposed (see Patent Documents 1 to 4).
- Patent Literature [Patent Document 1] JP 2006-067672 [Patent Document 2] JP 2008-017655 [Patent Document 3] JP 2009-232660 [Patent Document 4] JP 2012-210109 A
- the SOC between the storage cells may vary.
- the balance between the voltages of the first power storage cell and the second power storage cell connected in series is determined by setting the SOC of each of the first power storage cell and the second power storage cell.
- a balance correction control device that controls a balance correction device that performs correction based on the above is provided.
- the balance correction control device includes a battery characteristic acquisition unit that acquires at least one battery characteristic selected from the group consisting of a deterioration state, a battery capacity, and a temperature of each of the first storage cell and the second storage cell. It's okay.
- the balance correction control device is configured to determine a setting condition for each SOC of the first power storage cell and the second power storage cell based on at least one battery characteristic acquired by the battery characteristic acquisition unit. May be provided.
- the setting condition determination unit has a lower temperature of the first power storage cell or the second power storage cell as the deterioration state of the first power storage cell or the second power storage cell progresses.
- the setting condition may be determined so that the SOC of the first power storage cell or the second power storage cell increases as the battery capacity of the first power storage cell or the second power storage cell decreases.
- each of the first power storage cell and the second power storage cell may generate a pulsed discharge current.
- the setting condition determination unit has a lower temperature of the first power storage cell or the second power storage cell as the deterioration state of the first power storage cell or the second power storage cell progresses.
- the setting condition may be determined so that the SOC of the first power storage cell or the second power storage cell decreases as the battery capacity of the first power storage cell or the second power storage cell decreases.
- a pulsed charging current may be applied to each of the first power storage cell and the second power storage cell.
- the setting condition determination unit is acquired by the battery characteristic acquisition unit when at least one battery characteristic acquired by the battery characteristic acquisition unit satisfies a first predetermined condition. Based on the at least one battery characteristic and the first correspondence information, the SOC setting condition of each of the first power storage cell and the second power storage cell may be determined.
- the setting condition determination unit is acquired by the battery characteristic acquisition unit when at least one battery characteristic acquired by the battery characteristic acquisition unit satisfies a predetermined second condition. Based on the at least one battery characteristic and the second correspondence relationship, the SOC setting condition of each of the first power storage cell and the second power storage cell may be determined.
- the first correspondence information indicates a first correspondence relationship between at least one battery characteristic and the SOC setting condition for each of the first storage cell and the second storage cell. It may be information.
- the second correspondence information indicates a second correspondence relationship between at least one battery characteristic and the SOC setting condition for each of the first storage cell and the second storage cell. It may be information.
- the balance correction control device described above, the SOC acquisition unit that acquires the SOC of the first storage cell and the second storage cell, and the first storage acquired by the SOC acquisition unit
- the balance correction device is controlled so that the SOC of each of the cell and the second power storage cell satisfies the SOC setting condition of the first power storage cell and the second power storage cell determined by the setting condition determination unit.
- a balance correction system including a control unit.
- the balance correction system may further include a balance correction device.
- a power storage system including a first power storage cell, a second power storage cell, and the balance correction system.
- the power storage system includes a SOC acquisition unit that acquires the SOC of the first power storage cell and the second power storage cell, and the load and the first power storage cell, or the load and the second power storage cell in series.
- a management unit that manages the ON operation and the OFF operation of the switching element based on the SOC of at least one of the first power storage cell and the second power storage cell acquired by the SOC acquisition unit. Furthermore, you may prepare.
- An example of an internal configuration of power storage system 100 is schematically shown.
- An example of an internal structure of balance correction part 164 is shown roughly.
- An example of the correction control signal 22 and the correction control signal 24 is schematically shown.
- An example of an internal configuration of module control part 150 is shown roughly.
- An example of data table 500 is shown roughly.
- An example of electrical storage system 600 is shown roughly.
- An example of the electrical storage system 700 is shown schematically.
- FIG. 1 schematically shows an example of the internal configuration of the power storage system 100.
- the power storage system 100 is electrically connected to a load such as a motor (not shown) and supplies power to the load (sometimes referred to as discharging of the power storage system).
- the power storage system 100 is electrically connected to a charging device (not shown) and stores electrical energy (sometimes referred to as charging of the power storage system).
- the power storage system 100 is used, for example, for an electric vehicle, a hybrid vehicle, an electric two-wheeled vehicle, a railway vehicle, an airplane, an elevator, a crane, or other transportation devices, or an electric device such as a PC or a mobile phone.
- the power storage system 100 includes an external terminal 112, an external terminal 114, a power storage cell 120, a power storage cell 122, a power storage cell 124, a power storage cell 126 and a power storage cell 128, a state monitoring unit 140, and a module control unit. 150 and a balance correction module 160.
- the balance correction module 160 includes a balance correction unit 162, a balance correction unit 164, a balance correction unit 166, and a balance correction unit 168.
- the storage cells 120 to 128 may be an example of a plurality of storage cells or N storage cells (N is an integer of 3 or more). Each of power storage cells 120 to 128 may be an example of a first power storage cell or a second power storage cell.
- the state monitoring unit 140 may be an example of a battery characteristic acquisition unit.
- the module control unit 150 may be an example of a balance correction control device or a balance correction system.
- the module control unit 150 may be an example of a management unit.
- the system including the module control unit 150 and the balance correction module 160 may be an example of a balance correction system.
- Each of the balance correction module 160 and the balance correction units 162 to 168 may be an example of a balance correction device.
- the balance correction units 162 to 168 may be an example of a plurality of balance correction units or N (N is an integer of 2 or more) balance correction units.
- electrically connected is not limited to a case where a specific element and another element are directly connected.
- a third element may be interposed between a specific element and another element.
- it is not limited to the case where a specific element and other elements are physically connected.
- the input winding and output winding of the transformer are not physically connected, but are electrically connected.
- the specific element and the other element Including the case where these are electrically connected.
- “connected in series” means that a specific element and other elements are electrically connected in series
- connected in parallel means that a specific element and other elements are connected. Are electrically connected in parallel.
- the external terminal 112 and the external terminal 114 electrically connect devices outside the system, such as a load and a charging device, and the power storage system 100.
- the power storage cells 120 to 128 are connected in series. At least one of the power storage cells 120 to 128 may be a secondary battery or a capacitor. At least one of the storage cells 120 to 128 may be a lithium ion battery. At least one of the power storage cells 120 to 128 may further include a plurality of power storage cells connected in series or in parallel inside the power storage cell.
- the state monitoring unit 140 monitors the state of each of the power storage cells 120 to 128.
- the state monitoring unit 140 may collect information on the state of the storage cell for each of the storage cell 120 to the storage cell 128.
- the state monitoring unit 140 may transmit the collected information to the module control unit 150.
- Information on the state of the storage cell includes the voltage value of the storage cell, the current value flowing through the storage cell, the battery capacity of the storage cell, the temperature of the storage cell, the deterioration state of the storage cell, the SOC (State Of Charge) of the storage cell, etc. It can be illustrated.
- the state of the storage cell may be an example of battery characteristics.
- Examples of the battery capacity of the storage cell include a battery capacity in a fully charged state, a rated battery capacity of the storage cell (sometimes referred to as a rated capacity), and the like.
- the temperature of the energy storage cell may be the temperature inside or on the surface of the energy storage cell, or may be the temperature of the space around the energy storage cell or the member disposed in the periphery of the energy storage cell.
- the sensor for measuring the temperature of the storage cell may be arranged for each storage cell, and the temperature measured by one sensor may be handled as the temperature of the plurality of storage cells.
- the deterioration state of the electricity storage cell is represented by, for example, SOH (State Of Health).
- SOH State Of Health
- the SOH [%] of the storage cell is expressed as full charge capacity [Ah] at the time of deterioration ⁇ initial full charge capacity [Ah] ⁇ 100.
- the method for calculating or estimating the SOH of the storage cell is not particularly limited.
- the state monitoring unit 140 determines the SOH of the storage cell based on the DC resistance value of the storage cell.
- the state monitoring unit 140 may determine the SOH of the storage cell based on the open circuit voltage value of the storage cell.
- the SOC [%] of the storage cell is expressed as remaining capacity [Ah] ⁇ full charge capacity [Ah] ⁇ 100.
- the method for calculating or estimating the SOC of the storage cell is not particularly limited.
- the state monitoring unit 140 determines the SOC of the storage cell based on the measurement result of the voltage of the storage cell.
- the state monitoring unit 140 may determine the SOC of the storage cell based on the IV characteristic data of the voltage of the storage cell.
- the state monitoring unit 140 may determine the SOC of the power storage cell based on the integrated value of the current value of the power storage cell.
- the state monitoring unit 140 is electrically connected to the external terminal 112, the external terminal 114, the connection point 132, the connection point 134, the connection point 136, and the connection point 138.
- the state monitoring unit 140 may be formed on the same chip as the balance correction module 160, or may be formed on a chip different from the balance correction module 160.
- the module control unit 150 controls each operation of the balance correction module 160 or the balance correction unit 162 to the balance correction unit 168.
- the module control unit 150 receives information related to the states of the storage cells 120 to 128 from the state monitoring unit 140.
- Module control unit 150 determines the SOC setting conditions for power storage cells 120 to 128 based on the information on the states of power storage cells 120 to 128. Examples of the setting condition include a set value (sometimes referred to as a target value), a set value range (sometimes referred to as a set range), and the like.
- the module control unit 150 generates module control signals 12 to 18 for controlling the balance correction unit 162 to the balance correction unit 168 based on the determined SOC setting conditions.
- Each of the module control signals 12 to 18 is a signal indicating a voltage difference or a voltage ratio between two power storage cells (sometimes referred to as operation target cells) to be corrected by the corresponding balance correction unit, and a corresponding balance.
- At least one of a signal that controls the timing at which the correction unit operates, a signal that indicates the SOC setting condition, a signal that controls the charge movement speed by the corresponding balance correction unit, and a signal that defines the operation mode of the corresponding balance correction unit May be included.
- an operation mode of the balance correction unit (1) a normal mode in which charge is transferred from one of the operation target cells having a larger voltage or SOC value to the other storage cell, and (2) of the operation target cells.
- Mode, (4) A stop mode for stopping the correction operation can be exemplified.
- the module control unit 150 may be realized by hardware or may be realized by software. Further, it may be realized by a combination of hardware and software. For example, the module control unit 150 executes a program for controlling the balance correction module 160 and the like in a general information processing apparatus including a data processing apparatus having a CPU, a ROM, a RAM, a communication interface, and the like. May be realized.
- the program that is installed in the computer and causes the computer to function as a part of the module control unit 150 may include a module that defines the operation of each unit of the module control unit 150. These programs or modules work on the CPU or the like to cause the computer to function as each unit of the module control unit 150.
- Information processing described in these programs functions as a specific means in which software and the above-described various hardware resources cooperate with each other by being read by a computer.
- a specific device according to the purpose of use can be constructed.
- the program may be stored in a computer-readable medium, or may be stored in a storage device connected to a network.
- the balance correction module 160 moves charges between the storage cells 120 to 128 based on a signal from the module control unit 150 during at least one of the charge cycle and the discharge cycle of the storage system 100.
- the balance correction module 160 may be configured by one chip or may be configured by a plurality of chips.
- Each of the balance correction unit 162 to the balance correction unit 168 corrects the voltage of the operation target cell or the SOC balance.
- Each of the balance correction unit 162 to the balance correction unit 168 may correct the voltage or SOC balance of the two storage cells based on the SOC setting conditions of the two storage cells.
- the operation principle of the balance correction unit 162 to the balance correction unit 168 is not particularly limited, but each of the balance correction unit 162 to the balance correction unit 168 is, for example, an active balance correction device.
- the active type balance correction unit may be a balance correction unit that moves charges between two power storage cells via an inductor as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-067742. It may be a balance correction unit that moves a charge using a capacitor as described in Japanese Patent No. -210109.
- Each of the balance correction unit 162 to the balance correction unit 168 may be a passive balance correction apparatus. The passive balance correction apparatus releases an extra charge using an external resistor, for example.
- the balance correction unit 162 operates based on the module control signal 12, and corrects the voltage or SOC balance of the storage cell 120 and the storage cell 122.
- the balance correction unit 162 when the balance correction unit 162 is a circuit that moves charges through an inductor, the balance correction unit 162 includes a first terminal, a second terminal, a third terminal, and a signal input terminal. Good.
- the first terminal is electrically connected to the terminal on the external terminal 112 side of the energy storage cell 120
- the second terminal is electrically connected to the terminal on the external terminal 114 side of the energy storage cell 122
- the third terminal Is electrically connected to the connection point 132 of the storage cell 120 and the storage cell 122.
- the module control signal 12 from the module control unit 150 is input to the signal input terminal.
- the balance correction unit 164 operates based on the module control signal 14, and corrects the voltage or SOC balance of the storage cell 122 and the storage cell 124.
- the balance correction unit 166 operates based on the module control signal 16 and corrects the voltage or SOC balance of the storage cell 124 and the storage cell 126.
- the balance correction unit 168 operates based on the module control signal 18 and corrects the voltages of the storage cell 126 and the storage cell 128.
- each of the plurality of balance correction units may include a member similar to that of the module control unit 150, and determine the set value of the SOC in the balance correction unit.
- FIG. 2 schematically shows an example of the internal configuration of the balance correction unit 164.
- the balance correction unit 162, the balance correction unit 166, and the balance correction unit 168 may also have the same internal configuration as the balance correction unit 164.
- the balance correction unit 164 includes a correction control unit 210 and a correction operation unit 220.
- the correction operation unit 220 includes an inductor 250, a switching element 252, a switching element 254, a diode 262, and a diode 264.
- the balance correction unit 164 may include a voltage detection unit (not shown) that detects the voltages of the storage cell 122 and the storage cell 124.
- the correction control unit 210 may be an example of a control unit.
- the correction operation unit 220 may be an example of a balance correction device.
- the balance correction unit 164 is electrically connected to the positive electrode side of the storage cell 122, the connection point 134 on the negative electrode side of the storage cell 122 and the positive electrode side of the storage cell 124, and the negative electrode side of the storage cell 124. Is done. As a result, a first switching circuit including the storage cell 122, the switching element 252, and the inductor 250 is formed. In addition, a second open / close circuit including the storage cell 124, the inductor 250, and the switching element 254 is formed.
- the storage cell 122 and the storage cell 124 may be an example of two adjacent storage cells.
- the correction control unit 210 controls the operation of the correction operation unit 220.
- the correction controller 210 supplies the switching element 252 with a correction control signal 22 that controls the on / off operation of the switching element 252.
- the correction control unit 210 supplies the switching element 254 with a correction control signal 24 that controls the on / off operation of the switching element 254.
- the correction control unit 210 may generate the correction control signal 22 and the correction control signal 24 by a pulse generator that generates a pulse train having a predetermined cycle.
- the pulse generator may be a variable pulse generator that variably controls the duty ratio of at least one of the correction control signal 22 and the correction control signal 24.
- the duty ratio can be calculated as the ratio of the ON period to the period of the square wave.
- the correction control unit 210 may supply the correction control signal 22 and the correction control signal 24 so that the switching element 252 and the switching element 254 repeat ON / OFF operations alternately. Thereby, a switching operation in which a state in which a current flows through the first switching circuit and a state in which a current flows through the second switching circuit are alternately switched.
- the correction control unit 210 may supply the correction control signal 22 and the correction control signal 24 to the switching element 252 and the switching element 254 so that the balance correction unit 164 repeats the switching operation at a predetermined cycle.
- the “predetermined cycle” includes not only the case where the cycle of repeating the switching operation is set in advance, but also the case where the cycle is changed by some control. For example, the case where the period in the next cycle is determined based on a specific algorithm is also included.
- the switching operation includes a first operation in which one switching element of the switching element 252 and the switching element 254 is turned on, and the other switching element is turned off, and the one switching element is turned off.
- a second operation in which the other switching element is turned on.
- the switching operation may include a third operation in which both the switching element 252 and the switching element 254 are turned off.
- the order of the first operation, the second operation, and the third operation may be arbitrarily determined, it is preferable that the second operation is performed subsequent to the first operation. Note that the switching operation may include other operations.
- the correction control unit 210 receives the module control signal 14 from the module control unit 150.
- the correction control unit 210 may determine at least one of start and stop of the correction operation based on the module control signal 14.
- the module control signal 14 includes a signal that defines an operation mode of the balance correction unit 164 (sometimes referred to as a mode selection signal). For example, when the normal mode, the forward mode, or the reverse mode is selected by the mode selection signal, the correction control unit 210 causes the balance correction unit 164 to operate in the operation mode selected by the mode selection signal. The correction control signal 22 and the correction control signal 24 are generated, and the correction operation of the balance correction unit 164 is started. For example, when the stop mode is selected by the mode selection signal, the correction control unit 210 corrects the correction control signal 22 for turning off the switching element 252 and the correction control signal 24 for turning off the switching element 254. And the correction operation of the balance correction unit 164 is stopped.
- a mode selection signal sometimes referred to as a mode selection signal.
- the module control signal 14 includes an SOC or voltage setting condition for the storage cell 122 and an SOC or voltage setting condition for the storage cell 124.
- the voltage setting condition of the storage cell 122 may be determined based on the SOC setting condition of the storage cell 122.
- the SOC of the storage cell 122 can be adjusted by adjusting the voltage of the storage cell 122.
- the correction control unit 210 acquires the SOC or voltage of the storage cell 122 and the SOC or voltage of the storage cell 124 from the state monitoring unit 140.
- the correction control unit 210 acquires the SOC or voltage of the storage cell 122 acquired from the state monitoring unit 140 from the state monitoring unit 140 when the SOC or voltage setting condition of the storage cell 122 included in the module control signal 14 is satisfied.
- the balance correction unit 164 is operated, and otherwise, the balance correction unit 164. Stop.
- the correction control unit 210 may generate the correction control signal 22 and the correction control signal 24 based on the module control signal 14. For example, the correction control unit 210 determines the duty ratio of the correction control signal 22 and the correction control signal 24 based on the module control signal 14, and generates the correction control signal 22 and the correction control signal 24 having the duty ratio.
- the module control signal 14 includes an SOC setting condition for the storage cell 122 and an SOC setting condition for the storage cell 124.
- the correction control unit 210 determines that the SOC of the power storage cell 122 satisfies the SOC setting condition of the power storage cell 122 included in the module control signal 14, and the SOC of the power storage cell 124 is included in the module control signal 14.
- the duty ratios of the correction control signal 22 and the correction control signal 24 are determined so as to satisfy the SOC setting condition 124.
- the module control signal 14 includes a voltage setting condition for the storage cell 122 and a voltage setting condition for the storage cell 124.
- the voltage of the storage cell 122 satisfies the setting condition of the voltage of the storage cell 122 included in the module control signal 14, and the SOC of the storage cell 124 satisfies the setting condition of the voltage of the storage cell 124.
- the duty ratios of the correction control signal 22 and the correction control signal 24 are determined.
- the voltage setting condition of the storage cell 122 may be the voltage value of the storage cell 122 or the range of the voltage when the correction operation is completed, and the voltage of the storage cell 122 and the storage cell 124 when the correction operation is completed. It may be a difference or a voltage ratio.
- the setting condition of the voltage of the storage cell 124 may be the voltage value of the storage cell 124 or the range of the voltage when the correction operation is completed, and the storage cell 122 and the storage cell when the correction operation is completed. It may be a voltage difference or voltage ratio of 124.
- the module control signal 14 includes information indicating the duty ratio of the correction control signal 22 and the correction control signal 24.
- the correction control unit 210 determines the duty ratios of the correction control signal 22 and the correction control signal 24 based on information indicating the duty ratios of the correction control signal 22 and the correction control signal 24 included in the module control signal 14.
- the inductor 250 is connected in series with the energy storage cell 122 and the switching element 252 between the energy storage cell 122 and the switching element 252, and moves the charge between the energy storage cell 122 and the energy storage cell 124.
- one end of the inductor 250 is electrically connected to the connection point 134 of the storage cell 122 and the storage cell 124.
- the other end of the inductor 250 is electrically connected to a connection point 245 between the switching element 252 and the switching element 254.
- the switching element 252 and the switching element 254 alternately repeat an on operation and an off operation (sometimes referred to as an on / off operation), whereby an inductor current IL is generated in the inductor 250. Thereby, electrical energy can be transferred between the storage cell 122 and the storage cell 124 via the inductor. As a result, the voltage or SOC balance of the storage cell 122 and the storage cell 124 can be corrected.
- the switching element 252 is electrically connected between the other end of the inductor 250 and the positive electrode side of the storage cell 122.
- the switching element 252 receives the correction control signal 22 from the correction control unit 210 and performs an on operation or an off operation based on the correction control signal 22. This opens and closes the first open / close circuit.
- the switching element 252 may be a transistor such as a MOSFET.
- the switching element 254 is electrically connected between the other end of the inductor 250 and the negative electrode side of the storage cell 124.
- the switching element 254 receives the correction control signal 24 from the correction control unit 210 and performs an on operation or an off operation based on the correction control signal 24. As a result, the second open / close circuit is opened and closed.
- the switching element 254 may be a transistor such as a MOSFET.
- the diode 262 is arranged in parallel with the switching element 252 and allows a current to flow in the direction from the other end of the inductor 250 to the positive electrode side of the storage cell 122.
- the diode 264 is arranged in parallel with the switching element 254 and allows a current to flow in the direction from the negative electrode side of the storage cell 124 to the other end of the inductor 250.
- the diode 262 and the diode 264 may be parasitic diodes formed equivalently between the source and drain of the MOSFET.
- the inductor current I L diode 262 or diode 264 can continue to flow through.
- the inductor current I L generated once the inductor 250 can be utilized without waste. Further, it is possible to suppress the generation of a surge voltage that occurs when the inductor current IL is cut off.
- the balance correction unit 164 is not limited to this embodiment. In other embodiments, the balance correction unit 164 may not include the correction control unit 210. In this case, for example, the module control unit 150 may generate the correction control signal 22 and the correction control signal 24, and the generated correction control signal 22 and the correction control signal 24 may be transmitted to the switching element 252 and the switching element 254. .
- the correction control unit 210 receives information from the state monitoring unit 140, and performs the same processing as the module control unit 150 on the received information, thereby correcting the correction control signal 22 and the correction control signal 24. May be generated.
- the balance correction unit 164 corrects the voltages of the storage cell 122 and the storage cell 124 has been described.
- the balance correction unit 164 is not limited to this embodiment.
- the balance correction unit 164 may correct the voltages of two non-adjacent storage cells such as the storage cell 122 and the storage cell 128.
- one end of the inductor 250 is connected to a connection point between the storage cell 122 and the storage cell 128.
- Switching element 254 is electrically connected between the other end of inductor 250 and the negative electrode side of power storage cell 128.
- the balance correction unit 164 may correct the series voltage of the storage cell 122 and the storage cell 124 and the series voltage of the storage cell 124 and the storage cell 126.
- one end of the inductor 250 is connected to the connection point 134 of the storage cell 122 and the storage cell 124.
- the switching element 252 is electrically connected between the other end of the inductor 250 and the positive electrode side of the storage cell 120, and the switching element 254 is connected between the other end of the inductor 250 and the negative electrode side of the storage cell 126. Electrically connected.
- FIG. 3 schematically shows an example of the correction control signal 22 and the correction control signal 24.
- the correction control signal 22 and the correction control signal 24 are provided so that the switching element 252 and the switching element 254 repeat ON / OFF operations alternately.
- the duty ratio of the correction control signal 22 is expressed as a ratio (T 2 / T 1 ) of the ON time T 2 with respect to the clock period T 1 .
- the duty ratio of the correction control signal 24 is expressed as a ratio ((T 1 -T 2 ) / T 1 ) of the ON time (T 1 -T 2 ) with respect to the clock cycle T1.
- FIG. 4 schematically shows an example of the internal configuration of the module control unit 150.
- the module control unit 150 includes a control condition storage unit 412, a battery characteristic acquisition unit 414, a setting condition determination unit 416, an SOC acquisition unit 418, a regeneration information acquisition unit 422, and an activation information acquisition unit 424. And a control signal generation unit 426.
- Each unit of the module control unit 150 may transmit / receive information to / from each other.
- the control signal generation unit 426 may be an example of a control unit or a management unit.
- each unit of the module control unit 150 will be mainly described by taking as an example a case where the module control unit 150 generates the module control signal 14 for controlling the balance correction unit 164.
- the control condition storage unit 412 stores control conditions.
- the control condition may be information indicating a determination criterion when the control signal generation unit 426 generates various control signals.
- the control conditions include the state of each of the storage cells 120 to 128 and the SOC of each of the storage cells 120 to 128 for each of the storage cells 120 to 128.
- Information indicating a correspondence relationship with the setting condition (sometimes referred to as correspondence information) is included.
- the control condition may include a plurality of correspondence information.
- the correspondence information may be a data table or a function.
- Battery characteristic acquisition unit 414 acquires information regarding the state of the storage cell for each of the operation target cells.
- the battery characteristic acquisition unit 414 acquires, from the state monitoring unit 140, at least one battery characteristic selected from the group consisting of the respective deterioration states, battery capacities, and temperatures of the storage cell 122 and the storage cell 124.
- the battery characteristic acquisition unit 414 is at least one selected from the group consisting of the deterioration state, the battery capacity, and the temperature of each of the storage cell 122 and the storage cell 124 based on the information about the state of the storage cell acquired from the state monitoring unit 140.
- the at least one battery characteristic may be acquired by calculating one battery characteristic.
- the setting condition determination unit 416 determines the SOC setting condition in the corresponding balance correction unit for each of the operation target cells.
- the setting condition determination unit 416 sets each SOC setting condition of the storage cell 122 and the storage cell 124 in the correction control unit 210 based on at least one battery characteristic acquired by the battery characteristic acquisition unit 414. To decide.
- the setting condition determination unit 416 is configured to store the storage cell 122 in the correction control unit 210 based on at least one battery characteristic acquired by the battery characteristic acquisition unit 414 and the control condition stored in the control condition storage unit 412. And the setting condition of each SOC of the electrical storage cell 124 is determined.
- the setting condition determination unit 416 first refers to the data table in which the correspondence information is stored, and the SOC of the storage cell 122 that matches the battery characteristic of the storage cell 122 acquired by the battery characteristic acquisition unit 414. Extract the setting conditions. If the SOC setting condition of the storage cell 122 that matches the battery characteristic of the storage cell 122 acquired by the battery characteristic acquisition unit 414 is not stored in the data table, the setting condition determination unit 416 performs an appropriate interpolation process. The SOC setting condition of the storage cell 122 may be determined by executing. Next, the setting condition determination unit 416 determines the SOC setting condition of the storage cell 124 by the same procedure.
- the setting condition determination unit 416 When the correspondence information is a function of one or more battery characteristics, the setting condition determination unit 416 first substitutes one or more battery characteristics of the storage cell 122 acquired by the battery characteristic acquisition unit 414 into the function. Thus, the SOC setting condition of the storage cell 122 is determined. Next, the setting condition determination unit 416 determines the SOC setting condition of the storage cell 124 by the same procedure.
- the setting condition determination unit 416 determines the SOC of each of the storage cell 122 and the storage cell 124 based on the correspondence information selected from the plurality of correspondence information stored in the control condition storage unit 412. Determine the setting conditions.
- the SOC setting conditions of the storage cell 122 and the storage cell 124 are determined.
- the SOC setting conditions of the storage cell 122 and the storage cell 124 are determined.
- the first condition and the second condition may be different conditions.
- the predetermined first condition at least one of the specific electrical characteristics of the power storage cell 122 and the power storage cell 124 acquired by the battery characteristic acquisition unit 414 is larger or smaller than the predetermined first value. Can be exemplified.
- the predetermined second condition at least one of the specific electrical characteristics of the storage cell 122 and the storage cell 124 acquired by the battery characteristic acquisition unit 414 is more than the predetermined second value. The condition of being large or small can be exemplified.
- the setting condition determination unit 416 may determine the SOC setting condition of the storage cell 122 or the storage cell 124 based on the use of the storage system 100. In one embodiment, the setting condition determination unit 416 determines the setting condition so that the SOC of the storage cell 122 or the storage cell 124 increases as the deterioration state of the storage cell 122 or the storage cell 124 progresses. Good. The setting condition determination unit 416 may determine the setting condition such that the SOC of the power storage cell 122 or the power storage cell 124 increases as the temperature of the power storage cell 122 or the power storage cell 124 decreases. The setting condition determination unit 416 may determine the setting condition such that the SOC of the power storage cell 122 or the power storage cell 124 increases as the battery capacity of the power storage cell 122 or the power storage cell 124 decreases.
- the power storage system 100 when the power storage system 100 is used as a power source for an electric vehicle or a hybrid vehicle, the power storage system 100 generates a large pulsed discharge current when the electric vehicle or the hybrid vehicle starts, as compared with that during steady operation. .
- the fuel efficiency is greatly improved by using a motor at the time of departure.
- the setting condition determination unit 416 determines the setting condition of the power storage cell in the above embodiment. You may decide so.
- the setting condition determination unit 416 determines the setting condition such that the SOC of the storage cell 122 or the storage cell 124 decreases as the deterioration state of the storage cell 122 or the storage cell 124 progresses. It's okay.
- the setting condition determination unit 416 may determine the setting condition such that the SOC of the power storage cell 122 or the power storage cell 124 decreases as the temperature of the power storage cell 122 or the power storage cell 124 decreases.
- the setting condition determination unit 416 may determine the setting condition such that the SOC of the power storage cell 122 or the power storage cell 124 decreases as the battery capacity of the power storage cell 122 or the power storage cell 124 decreases.
- the power storage system 100 when the power storage system 100 is used for recovering regenerative energy in a crane that lifts and lowers a load, when the load is lowered, the power storage system 100 has a large pulse-shaped regenerative operation compared to when the load is raised. A current is applied. The energy storage system 100 collects regenerative energy and uses the collected energy for the next rise of the load, so that energy efficiency is greatly improved.
- the setting condition determination unit 416 determines the setting conditions of the power storage cells as described in the above embodiment. It may be determined as follows.
- the SOC acquisition unit 418 acquires the SOC of the power storage cell 122 and the power storage cell 124. For example, the SOC acquisition unit 418 acquires the SOCs of the storage cell 122 and the storage cell 124 from the state monitoring unit 140.
- the regenerative information acquisition unit 422 acquires regenerative information indicating the generation of a regenerative current from the load.
- the regeneration information acquisition unit 422 may acquire the regeneration information by receiving a signal indicating that a regeneration current is generated from the load.
- the regeneration information acquisition unit 422 may acquire the regeneration information by detecting the generation of a pulsed current that occurs during regeneration.
- the activation information acquisition unit 424 acquires activation information indicating the activation of the load.
- the activation information acquisition unit 424 may acquire the activation information by receiving a signal indicating that the load is activated from the load.
- the activation information acquisition unit 424 may acquire the activation information by detecting the generation of a pulsed current that occurs when the load is activated.
- the control signal generator 426 generates the module control signal 12 to the module control signal 18.
- Each of the module control signal 12 to the module control signal 18 controls the operation of each of the balance correction unit 162 to the balance correction unit 168.
- the module control signal 14 indicates that the SOC of each of the storage cell 122 and the storage cell 124 acquired by the SOC acquisition unit 418 is the SOC of each of the storage cell 122 and the storage cell 124 determined by the setting condition determination unit 416.
- the balance correction unit 164 is controlled so as to satisfy the setting conditions.
- control signal generation unit 426 generates a connection control signal for controlling the ON operation and the OFF operation of the switching element that electrically connects the power storage system 100 and the load.
- the control signal generation unit 426 manages the ON operation and OFF operation of the switching element by generating a connection control signal.
- the control signal generation unit 426 may manage the ON operation and the OFF operation of the switching element based on at least one SOC of the storage cell 120 to the storage cell 128.
- control signal generation unit 426 generates a connection control signal that turns off the switching element when the regeneration information acquisition unit 422 acquires the regeneration information.
- the control signal generation unit 426 may generate a connection control signal for turning off the switching element when at least one SOC of the storage cell 120 to the storage cell 128 is larger than a predetermined value. Thereby, the overcharge of the electrical storage cell contained in the electrical storage system 100 can be suppressed.
- control signal generation unit 426 generates a connection control signal for turning off the switching element when the activation information acquisition unit 424 acquires the activation information.
- the control signal generation unit 426 may generate a connection control signal for turning off the switching element when at least one SOC of the storage cell 120 to the storage cell 128 is smaller than a predetermined value. Thereby, the overdischarge of the electrical storage cell contained in the electrical storage system 100 can be suppressed.
- FIG. 5 schematically shows an example of the data table 500.
- the data table 500 may be an example of correspondence information stored in the control condition storage unit 412.
- the data table 500 includes, for each of one or more storage cells, the storage cell ID 510 of the storage cell, the rated capacity 520 of the storage cell, the SOH 530 of the storage cell, and the storage cell.
- the temperature 540 and the set value 550 of the SOC of the power storage cell in the balance correction process are stored in association with each other.
- the storage cell ID 510 may be an example of storage cell identification information that identifies each of one or more storage cells.
- the rated capacity 520 may be an example of a battery capacity.
- SOH 530 may be an example of a deteriorated state.
- the smaller the value of the rated capacity 520 the larger the value of the SOC setting value 550.
- the smaller the value of SOH 530 the larger the SOC setting value 550.
- the SOC set value 550 increases.
- the smaller the value of the rated capacity 520 the smaller the SOC setting value 550.
- the smaller the value of SOH 530 the smaller the SOC setting value 550.
- the SOC set value 550 becomes smaller.
- the data table 500 is not limited to this embodiment.
- the data table 500 includes, for each of one or more storage cells, the storage cell ID 510 of the storage cell, the rated capacity 520 of the storage cell, the SOH 530 of the storage cell, and the temperature of the storage cell. At least one selected from 540 is stored in association with the SOC setting value 550 of the storage cell in the balance correction process.
- FIG. 6 schematically shows an example of the power storage system 600.
- the power storage system 600 is electrically connected to the load 60.
- the power storage system 600 supplies power to the load 60.
- the power storage system 600 stores the regenerative current from the load 60.
- the load 60 includes a transmission unit 62.
- Transmitter 62 transmits signal 64 to power storage system 100.
- the transmission unit 62 transmits a signal 64 including regenerative information indicating the generation of the regenerative current when there is a possibility that the regenerative current is generated by the operation of the load.
- the transmission unit 62 transmits the signal 64 including the activation information indicating that the load is activated.
- the power storage system 600 includes the power storage system 100, a heat generating module 604, a switching element 612, and a switching element 614.
- the module control unit 150 of the power storage system 100 transmits the connection control signal 66 for turning on the switching element 612 and turning off the switching element 614. To do.
- the module control unit 150 causes the switching element 612 and the switching element 614 to be turned off and the switching element 614 to be turned on when the signal 64 including the regeneration information is received.
- the connection control signal 66 is transmitted.
- the module control unit 150 may transmit the connection control signal 66 when at least one SOC of the storage cell 120 to the storage cell 128 is larger than a predetermined value.
- the heat generating module 604 converts current into heat.
- the heat generating module 604 is a resistance element, one end of which is connected to the load 60 via the switching element 614, and the other end is grounded.
- Switching element 612 is arranged in series between power storage system 100 and load 60. Switching element 612 switches the electrical connection relationship between power storage system 100 and load 60 based on connection control signal 66.
- the switching element 614 is arranged in series between the heat generating module 604 and the load 60. The switching element 614 switches the electrical connection relationship between the heat generating module 604 and the load 60 based on the connection control signal 66.
- the electricity storage system 600 it is possible to suppress an excessive regenerative current from flowing into the electricity storage cell included in the electricity storage system 100. As a result, overcharging of the power storage cells included in the power storage system 100 can be prevented.
- a regenerative current is randomly generated.
- the SOC of the power storage cell included in the power storage system becomes too small, it becomes difficult to supply sufficient electric power to the motor when the hybrid vehicle starts. If sufficient electric power is not supplied to the motor, the engine is started to start, and fuel consumption is reduced.
- the power storage system 600 is operated while maintaining the SOC of the power storage cells included in the power storage system 100 relatively large. be able to. Thereby, sufficient electric power can be supplied to the motor when the hybrid vehicle starts. In a hybrid vehicle, fuel consumption is greatly improved by using a motor at the time of departure. On the other hand, even if a part of the regenerative energy is not recovered, the fuel efficiency is not greatly affected. Therefore, by using the power storage system 600 as a power source for the hybrid vehicle, the fuel efficiency of the hybrid vehicle can be significantly improved. Further, even when a part of the power storage cells constituting the power storage system 600 is deteriorated as compared with other power storage cells, the power storage system 600 can be used more effectively.
- FIG. 7 schematically shows an example of the power storage system 700.
- the power storage system 700 is electrically connected to the load 70.
- the power storage system 700 supplies power to the load 70.
- the power storage system 700 stores the regenerative current from the load 70.
- the load 70 includes a transmission unit 62.
- the power storage system 700 includes the power storage system 100, a switching element 612, a switching element 614, and a power source 704.
- the power source 704 is connected to the load 70 and supplies power to the load 70.
- the switching element 614 is arranged in series between the power source 704 and the load 60. The switching element 614 switches the electrical connection relationship between the power source 704 and the load 60 based on the connection control signal 66.
- the module control unit 150 of the power storage system 100 transmits a connection control signal 66 for turning on the switching element 612 and turning off the switching element 614. To do.
- the module control unit 150 when the module control unit 150 receives the signal 64 including the regeneration information, the module control unit 150 causes the switching element 612 and the switching element 614 to perform the ON operation of the switching element 612 and the switching element 614 to perform the OFF operation.
- the connection control signal 66 is transmitted.
- the power storage system 700 can recover the regenerative current.
- the module control unit 150 causes the switching element 612 and the switching element 614 to perform the OFF operation when at least one SOC of the storage cell 120 to the storage cell 128 is greater than a predetermined value.
- the connection control signal 66 for turning on the switching element 614 may be transmitted.
- the power storage system 700 is operated while maintaining the SOC of the power storage cells included in the power storage system 100 relatively small. Thereby, more regenerative current can be collect
- the module control unit 150 when the power storage system 100 supplies power to the load 70, the module control unit 150, when at least one SOC of the power storage cells 120 to 128 is smaller than a predetermined value, The switching element 612 is turned off and the connection control signal 66 for turning on the switching element 614 is transmitted to the switching element 612 and the switching element 614. As a result, power can be supplied from the power source 704 to the load 70.
- the power storage system 700 is operated while maintaining the SOC of the power storage cells included in the power storage system 100 relatively small. Thereby, more regenerative current can be collect
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Abstract
蓄電セル間の電圧が補正されていても、蓄電セル間のSOCにバラつきが生じる場合がある。直列に接続された第1の蓄電セル及び第2の蓄電セルの電圧のバランスを、第1の蓄電セル及び第2の蓄電セルのそれぞれのSOCの設定条件に基づいて補正するバランス補正装置を制御するバランス補正制御装置であって、第1の蓄電セル及び第2の蓄電セルのそれぞれの劣化状態、電池容量及び温度からなる群から選択される少なくとも1つの電池特性を取得する電池特性取得部と、電池特性取得部により取得された少なくとも1つの電池特性に基づいて、第1の蓄電セル及び第2の蓄電セルのそれぞれのSOCの設定条件を決定する設定条件決定部とを備える。
Description
本発明は、バランス補正制御装置、バランス補正システム及び蓄電システムに関する。
直列接続された多数の蓄電セル間の電圧を補正するバランス補正回路が提案されている(特許文献1~4を参照。)。
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献1]特開2006-067742号公報
[特許文献2]特開2008-017605号公報
[特許文献3]特開2009-232660号公報
[特許文献4]特開2012-210109号公報
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献1]特開2006-067742号公報
[特許文献2]特開2008-017605号公報
[特許文献3]特開2009-232660号公報
[特許文献4]特開2012-210109号公報
蓄電セル間の電圧が補正されていても、蓄電セル間のSOCにバラつきが生じる場合がある。
本発明の第1の態様においては、直列に接続された第1の蓄電セル及び第2の蓄電セルの電圧のバランスを、第1の蓄電セル及び第2の蓄電セルのそれぞれのSOCの設定条件に基づいて補正するバランス補正装置を制御するバランス補正制御装置が提供される。上記のバランス補正制御装置は、第1の蓄電セル及び第2の蓄電セルのそれぞれの劣化状態、電池容量及び温度からなる群から選択される少なくとも1つの電池特性を取得する電池特性取得部を備えてよい。上記のバランス補正制御装置は、電池特性取得部により取得された少なくとも1つの電池特性に基づいて、第1の蓄電セル及び第2の蓄電セルのそれぞれのSOCの設定条件を決定する設定条件決定部を備えてよい。
上記のバランス補正制御装置において、設定条件決定部は、第1の蓄電セル若しくは第2の蓄電セルの劣化状態が進行しているほど、第1の蓄電セル若しくは第2の蓄電セルの温度が低いほど、又は、第1の蓄電セル若しくは第2の蓄電セルの電池容量が小さいほど、第1の蓄電セル又は第2の蓄電セルのSOCが大きくなるように、設定条件を決定してよい。上記のバランス補正制御装置において、第1の蓄電セル及び第2の蓄電セルのそれぞれは、パルス状の放電電流を発生させてよい。
上記のバランス補正制御装置において、設定条件決定部は、第1の蓄電セル若しくは第2の蓄電セルの劣化状態が進行しているほど、第1の蓄電セル若しくは第2の蓄電セルの温度が低いほど、又は、第1の蓄電セル若しくは第2の蓄電セルの電池容量が小さいほど、第1の蓄電セル又は第2の蓄電セルのSOCが小さくなるように、設定条件を決定してよい。上記のバランス補正制御装置において、第1の蓄電セル及び第2の蓄電セルのそれぞれは、パルス状の充電電流が印加されてよい。
上記のバランス補正制御装置において、設定条件決定部は、電池特性取得部により取得された少なくとも1つの電池特性が、予め定められた第1の条件を満足する場合、電池特性取得部により取得された少なくとも1つの電池特性と、第1の対応情報とに基づいて、第1の蓄電セル及び第2の蓄電セルのそれぞれのSOCの設定条件を決定してよい。上記のバランス補正制御装置において、設定条件決定部は、電池特性取得部により取得された少なくとも1つの電池特性が、予め定められた第2の条件を満足する場合、電池特性取得部により取得された少なくとも1つの電池特性と、第2の対応関係とに基づいて、第1の蓄電セル及び第2の蓄電セルのそれぞれのSOCの設定条件を決定してよい。
上記のバランス補正制御装置において、第1の対応情報は、第1の蓄電セル及び第2の蓄電セルのそれぞれについて、少なくとも1つの電池特性と、SOCの設定条件との第1の対応関係を示す情報であってよい。上記のバランス補正制御装置において、第2の対応情報は、第1の蓄電セル及び第2の蓄電セルのそれぞれについて、少なくとも1つの電池特性と、SOCの設定条件との第2の対応関係を示す情報であってよい。
本発明の第2の態様においては、上記のバランス補正制御装置と、第1の蓄電セル及び第2の蓄電セルのSOCを取得するSOC取得部と、SOC取得部により取得された第1の蓄電セル及び第2の蓄電セルのそれぞれのSOCが、設定条件決定部により決定された第1の蓄電セル及び第2の蓄電セルのそれぞれのSOCの設定条件を満足するように、バランス補正装置を制御する制御部とを備えるバランス補正システムが提供される。上記のバランス補正システムは、バランス補正装置をさらに備えてよい。
本発明の第3の態様においては、第1の蓄電セル及び第2の蓄電セルと、上記のバランス補正システムとを備える、蓄電システムが提供される。上記の蓄電システムは、第1の蓄電セル及び第2の蓄電セルのSOCを取得するSOC取得部と、負荷及び第1の蓄電セルの間、又は、負荷及び第2の蓄電セルの間に直列に接続されたスイッチング素子と、SOC取得部により取得された第1の蓄電セル及び第2の蓄電セルの少なくとも一方のSOCに基づいて、スイッチング素子のON動作及びOFF動作を管理する管理部とをさらに備えてよい。
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。また、図面を参照して、実施形態について説明するが、図面の記載において、同一または類似の部分には同一の参照番号を付して重複する説明を省く場合がある。
図1は、蓄電システム100の内部構成の一例を概略的に示す。蓄電システム100は、モータなどの負荷(図示されていない。)に電気的に接続され、当該負荷に電力を供給する(蓄電システムの放電と称する場合がある。)。蓄電システム100は、充電装置(図示されていない。)に電気的に接続され、電気エネルギを蓄積する(蓄電システムの充電と称する場合がある。)。蓄電システム100は、例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気二輪車、鉄道車両、飛行機、昇降機、クレーンなどの輸送装置、又は、PC、携帯電話などの電気機器に使用される。
本実施形態において、蓄電システム100は、外部端子112と、外部端子114と、蓄電セル120、蓄電セル122、蓄電セル124、蓄電セル126及び蓄電セル128と、状態監視部140と、モジュール制御部150と、バランス補正モジュール160とを備える。バランス補正モジュール160は、バランス補正部162と、バランス補正部164と、バランス補正部166と、バランス補正部168とを有する。
蓄電セル120~蓄電セル128は、複数の蓄電セル又はN個(Nは3以上の整数である。)の蓄電セルの一例であってよい。蓄電セル120~蓄電セル128のそれぞれは、第1の蓄電セル又は第2の蓄電セルの一例であってよい。状態監視部140は、電池特性取得部の一例であってよい。モジュール制御部150は、バランス補正制御装置又はバランス補正システムの一例であってよい。モジュール制御部150は、管理部の一例であってよい。
モジュール制御部150及びバランス補正モジュール160を備えたシステムは、バランス補正システムの一例であってよい。バランス補正モジュール160及びバランス補正部162~バランス補正部168のそれぞれは、バランス補正装置の一例であってよい。バランス補正部162~バランス補正部168は、複数のバランス補正部又N個(Nは2以上の整数である。)のバランス補正部の一例であってよい。
なお、「電気的に接続される」とは、特定の要素と他の要素とが直接接続される場合に限定されない。特定の要素と他の要素との間に、第三の要素が介在してもよい。また、特定の要素と他の要素とが物理的に接続されている場合に限定されない。例えば、変圧器の入力巻線と出力巻線とは物理的には接続されていないが、電気的には接続されている。さらに、特定の要素と他の要素とが現実に電気的に接続されている場合だけでなく、蓄電セルとバランス補正部とが電気的に接続されたときに、特定の要素と他の要素とが電気的に接続される場合をも含む。また、「直列に接続される」とは、特定の要素と他の要素とが直列に電気的に接続されることを示し、「並列に接続される」とは、特定の要素と他の要素とが並列に電気的に接続されることを示す。
外部端子112及び外部端子114は、負荷、充電装置などのシステム外部の装置と、蓄電システム100とを電気的に接続する。蓄電セル120~蓄電セル128は、直列に接続される。蓄電セル120~蓄電セル128の少なくとも1つは、二次電池またはキャパシタであってよい。蓄電セル120~蓄電セル128の少なくとも1つは、リチウムイオン電池であってよい。蓄電セル120~蓄電セル128の少なくとも1つは、当該蓄電セルの内部に、さらに直列又は並列に接続された複数の蓄電セルを含んでもよい。
本実施形態において、状態監視部140は、蓄電セル120~蓄電セル128のそれぞれの状態を監視する。状態監視部140は、蓄電セル120~蓄電セル128のそれぞれについて、蓄電セルの状態に関する情報を収集してよい。状態監視部140は、収集された情報をモジュール制御部150に送信してよい。
蓄電セルの状態に関する情報としては、蓄電セルの電圧値、蓄電セルを流れる電流値、蓄電セルの電池容量、蓄電セルの温度、蓄電セルの劣化状態、蓄電セルのSOC(State Of Charge)などを例示することができる。蓄電セルの状態は、電池特性の一例であってよい。
蓄電セルの電池容量としては、満充電状態における電池容量、蓄電セルの定格電池容量(定格容量と称される場合がある。)などを例示することができる。蓄電セルの温度は、蓄電セルの内部又は表面の温度であってもよく、蓄電セルの周囲の空間又は蓄電セルの周囲に配された部材の温度であってもよい。蓄電セルの温度を測定するセンサは、蓄電セル毎に配されてもよく、1つのセンサにより測定された温度を、複数の蓄電セルの温度として取り扱ってもよい。
蓄電セルの劣化状態は、例えば、SOH(State Of Health)により表される。蓄電セルのSOH[%]は、劣化時の満充電容量[Ah]÷初期の満充電容量[Ah]×100として表される。蓄電セルのSOHの算出方法又は推算方法は特に限定されるものではないが、例えば、状態監視部140は、蓄電セルの直流抵抗値に基づいて、蓄電セルのSOHを決定する。状態監視部140は、蓄電セルの開放電圧値に基づいて、蓄電セルのSOHを決定してもよい。
蓄電セルのSOC[%]は、残容量[Ah]÷満充電容量[Ah]×100として表される。蓄電セルのSOCの算出方法又は推算方法は特に限定されるものではないが、例えば、状態監視部140は、蓄電セルの電圧の測定結果に基づいて、蓄電セルのSOCを決定する。状態監視部140は、蓄電セルの電圧のI-V特性データに基づいて、蓄電セルのSOCを決定してもよい。状態監視部140は、蓄電セルの電流値の積算値に基づいて、蓄電セルのSOCを決定してもよい。
本実施形態において、状態監視部140は、外部端子112、外部端子114、接続点132、接続点134、接続点136及び接続点138と電気的に接続される。状態監視部140は、バランス補正モジュール160と同一のチップに形成されてもよく、バランス補正モジュール160とは別のチップに形成されてもよい。
モジュール制御部150は、バランス補正モジュール160、又は、バランス補正部162~バランス補正部168のそれぞれの動作を制御する。本実施形態において、モジュール制御部150は、状態監視部140から、蓄電セル120~蓄電セル128のそれぞれの状態に関する情報を受信する。モジュール制御部150は、蓄電セル120~蓄電セル128のそれぞれの状態に関する情報に基づいて、蓄電セル120~蓄電セル128のそれぞれのSOCの設定条件を決定する。設定条件としては、設定値(目標値と称される場合がある。)、設定値の範囲(設定範囲と称される場合がある。)などを例示することができる。
本実施形態において、モジュール制御部150は、決定されたSOCの設定条件に基づいて、バランス補正部162~バランス補正部168のそれぞれを制御するためのモジュール制御信号12~18を生成する。モジュール制御信号12~18のそれぞれは、対応するバランス補正部の補正動作の対象となる2つの蓄電セル(動作対象セルと称する場合がある。)の電圧差又は電圧比を示す信号、対応するバランス補正部が動作するタイミングを制御する信号、SOCの設定条件を示す信号、対応するバランス補正部による電荷の移動速度を制御する信号及び対応するバランス補正部の動作モードを規定する信号の少なくとも1つを含んでよい。
バランス補正部の動作モードとしては、(1)動作対象セルのうち電圧又はSOCの値が大きな方の蓄電セルから、他方の蓄電セルに電荷を移動させる通常モード、(2)動作対象セルのうち外部端子112側の蓄電セルから、他方の蓄電セルに電荷を移動させる順方向モード及び(3)動作対象セルのうち外部端子114側の蓄電セルから、他方の蓄電セルに電荷を移動させる逆方向モード、(4)補正動作を停止する停止モードを例示することができる。
モジュール制御部150は、ハードウエアにより実現されてもよく、ソフトウエアにより実現されてもよい。また、ハードウエアとソフトウエアとの組み合わせにより実現されてもよい。例えば、モジュール制御部150は、CPU、ROM、RAM、通信インターフェース等を有するデータ処理装置等を備えた一般的な情報処理装置において、バランス補正モジュール160などを制御するためのプログラムが実行されることにより実現されてよい。
コンピュータにインストールされ、コンピュータを本実施形態に係るモジュール制御部150の一部として機能させるプログラムは、モジュール制御部150の各部の動作を規定したモジュールを備えてよい。これらのプログラム又はモジュールは、CPU等に働きかけて、コンピュータを、モジュール制御部150の各部としてそれぞれ機能させる。
これらのプログラムに記述された情報処理は、コンピュータに読込まれることにより、ソフトウエアと上述した各種のハードウエア資源とが協働した具体的手段として機能する。これらの具体的手段によって、本実施形態におけるコンピュータの使用目的に応じた情報の演算又は加工を実現することにより、使用目的に応じた特有の装置を構築することができる。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な媒体に記憶されていてもよく、ネットワークに接続された記憶装置に記憶されていてもよい。
バランス補正モジュール160は、蓄電システム100の充電サイクル及び放電サイクルの少なくとも一方の間に、モジュール制御部150からの信号に基づいて、蓄電セル120~蓄電セル128の間で電荷を移動させる。バランス補正モジュール160は、1つのチップにより構成されていてもよく、複数のチップにより構成されていてもよい。
バランス補正部162~バランス補正部168のそれぞれは、動作対象セルの電圧又はSOCのバランスを補正する。バランス補正部162~バランス補正部168のそれぞれは、2つの蓄電セルの電圧又はSOCのバランスを、当該2つの蓄電セルのそれぞれのSOCの設定条件に基づいて補正してよい。
バランス補正部162~バランス補正部168の動作原理は特に限定されるものではないが、バランス補正部162~バランス補正部168のそれぞれは、例えば、アクティブ方式のバランス補正装置である。アクティブ方式のバランス補正部は、特開2006-067742号公報に記載されているような、2つの蓄電セルの間でインダクタを介して電荷を移動させるバランス補正部であってもよく、特開2012-210109号公報に記載されているような、キャパシタを用いて電荷を移動させるバランス補正部であってもよい。バランス補正部162~バランス補正部168のそれぞれは、パッシブ方式のバランス補正装置であってもよい。パッシブ方式のバランス補正装置は、例えば、外部抵抗を用いて余計な電荷を放出する。
バランス補正部162は、モジュール制御信号12に基づいて動作し、蓄電セル120及び蓄電セル122の電圧又はSOCのバランスを補正する。例えば、バランス補正部162がインダクタを介して電荷を移動させる回路である場合、バランス補正部162は、第1の端子、第2の端子及び第3の端子と、信号入力端子とを有してよい。第1の端子は、蓄電セル120の外部端子112側の端子と電気的に接続され、第2の端子は、蓄電セル122の外部端子114側の端子と電気的に接続され、第3の端子は、蓄電セル120及び蓄電セル122の接続点132と電気的に接続される。また、信号入力端子には、モジュール制御部150からのモジュール制御信号12が入力される。
同様にして、バランス補正部164は、モジュール制御信号14に基づいて動作し、蓄電セル122および蓄電セル124の電圧又はSOCのバランスを補正する。バランス補正部166は、モジュール制御信号16に基づいて動作し、蓄電セル124および蓄電セル126の電圧又はSOCのバランスを補正する。バランス補正部168は、モジュール制御信号18に基づいて動作し、蓄電セル126および蓄電セル128の電圧を補正する。
本実施形態において、バランス補正部の外部に配されたモジュール制御部150が、複数のバランス補正部におけるSOCの設定値を決定する場合について説明した。他の実施形態において、複数のバランス補正部のそれぞれが、モジュール制御部150と同様の部材を有し、当該バランス補正部におけるSOCの設定値を決定してよい。
図2は、バランス補正部164の内部構成の一例を概略的に示す。なお、バランス補正部162、バランス補正部166及びバランス補正部168も、バランス補正部164と同様の内部構成を有してよい。
本実施形態において、バランス補正部164は、補正制御部210と、補正作動部220とを備える。補正作動部220は、インダクタ250と、スイッチング素子252と、スイッチング素子254と、ダイオード262と、ダイオード264とを有する。なお、バランス補正部164は、蓄電セル122及び蓄電セル124のそれぞれの電圧を検知する電圧検知部(図示されていない。)を備えてもよい。補正制御部210は、制御部の一例であってよい。補正作動部220は、バランス補正装置の一例であってよい。
本実施形態において、バランス補正部164は、蓄電セル122の正極側と、蓄電セル122の負極側及び蓄電セル124の正極側の接続点134と、蓄電セル124の負極側とに電気的に接続される。これにより、蓄電セル122と、スイッチング素子252と、インダクタ250とを含む第1の開閉回路が形成される。また、蓄電セル124と、インダクタ250と、スイッチング素子254とを含む第2の開閉回路が形成される。蓄電セル122及び蓄電セル124は、隣接する2つの蓄電セルの一例であってよい。
補正制御部210は、補正作動部220の動作を制御する。補正制御部210は、スイッチング素子252のオン・オフ動作を制御する補正制御信号22をスイッチング素子252に供給する。補正制御部210は、スイッチング素子254のオン・オフ動作を制御する補正制御信号24をスイッチング素子254に供給する。
補正制御部210は、予め定められた周期のパルス列を発生するパルス発生器により、補正制御信号22及び補正制御信号24を生成してよい。パルス発生器は、補正制御信号22及び補正制御信号24の少なくとも一方のデューティ比を可変制御する可変パルス発生器であってもよい。デューティ比は、方形波の周期に対するON期間の割合として算出することができる。
補正制御部210は、スイッチング素子252及びスイッチング素子254が交互にオン・オフ動作を繰り返すように補正制御信号22及び補正制御信号24を供給してよい。これにより、第1の開閉回路に電流が流れている状態と、第2の開閉回路に電流が流れている状態とが交互に切り替わるスイッチング動作が繰り返される。
補正制御部210は、バランス補正部164がスイッチング動作を予め定められた周期で繰り返すように、スイッチング素子252及びスイッチング素子254に対して、補正制御信号22及び補正制御信号24を供給してよい。ここで、「予め定められた周期」とは、スイッチング動作の繰り返しの周期が予め設定されている場合だけなく、何らかの制御によって当該周期を変動させる場合を含む。例えば、特定のアルゴリズムに基づいて次のサイクルにおける周期を決定する場合も含まれる。
本実施形態において、スイッチング動作は、スイッチング素子252及びスイッチング素子254の一方のスイッチング素子がオン動作し、他方のスイッチング素子がオフ動作する第1の動作と、当該一方のスイッチング素子がオフ動作し、当該他方のスイッチング素子がオン動作する第2の動作とを含んでよい。スイッチング動作は、第1の動作及び第2の動作に加えて、スイッチング素子252及びスイッチング素子254の両方がオフ動作する第3の動作を含んでよい。第1の動作、第2の動作及び第3の動作の順序は、任意に決定されてよいが、第1の動作に引き続いて第2の動作が実施されることが好ましい。なお、スイッチング動作は、他の動作を含んでもよい。
補正制御部210は、モジュール制御部150からモジュール制御信号14を受信する。補正制御部210は、モジュール制御信号14に基づいて、補正動作の開始及び停止の少なくとも一方を決定してよい。
一実施形態において、モジュール制御信号14は、バランス補正部164の動作モードを規定する信号(モード選択信号と称する場合がある。)を含む。例えば、モード選択信号により、通常モード、順方向モード又は逆方向モードが選択されている場合、補正制御部210は、バランス補正部164が、モード選択信号によって選択された動作モードで動作するように補正制御信号22及び補正制御信号24を生成して、バランス補正部164の補正動作を開始させる。例えば、モード選択信号により、停止モードが選択されている場合、補正制御部210は、スイッチング素子252をオフ動作させるための補正制御信号22と、スイッチング素子254をオフ動作させるための補正制御信号24とを生成して、バランス補正部164の補正動作を停止させる。
他の実施形態において、モジュール制御信号14は、蓄電セル122のSOC又は電圧の設定条件と、蓄電セル124のSOC又は電圧の設定条件とを含む。蓄電セル122の電圧の設定条件は、蓄電セル122のSOCの設定条件に基づいて決定されてもよい。これにより、蓄電セル122の電圧を調整することで、蓄電セル122のSOCを調整することができる。補正制御部210は、例えば、状態監視部140から、蓄電セル122のSOC又は電圧と、蓄電セル124のSOC又は電圧とを取得する。補正制御部210は、状態監視部140から取得した蓄電セル122のSOC又は電圧が、モジュール制御信号14に含まれる蓄電セル122のSOC又は電圧の設定条件を満足し、状態監視部140から取得した蓄電セル124のSOC又は電圧が、モジュール制御信号14に含まれる蓄電セル124のSOC又は電圧の設定条件を満足する場合に、バランス補正部164を作動させ、それ以外の場合に、バランス補正部164を停止させる。
補正制御部210は、モジュール制御信号14に基づいて、補正制御信号22及び補正制御信号24を生成してよい。例えば、補正制御部210は、モジュール制御信号14に基づいて、補正制御信号22及び補正制御信号24のデューティ比を決定し、当該デューティ比を有する補正制御信号22及び補正制御信号24を生成する。
一実施形態において、モジュール制御信号14は、蓄電セル122のSOCの設定条件と、蓄電セル124のSOCの設定条件とを含む。例えば、補正制御部210は、蓄電セル122のSOCが、モジュール制御信号14に含まれる蓄電セル122のSOCの設定条件を満足し、蓄電セル124のSOCが、モジュール制御信号14に含まれる蓄電セル124のSOCの設定条件を満足するように、補正制御信号22及び補正制御信号24のデューティ比を決定する。
他の実施形態において、モジュール制御信号14は、蓄電セル122の電圧の設定条件と、蓄電セル124の電圧の設定条件とを含む。補正制御部210は、蓄電セル122の電圧が、モジュール制御信号14に含まれる蓄電セル122の電圧の設定条件を満足し、蓄電セル124のSOCが、蓄電セル124の電圧の設定条件を満足するように、補正制御信号22及び補正制御信号24のデューティ比を決定する。
蓄電セル122の電圧の設定条件は、補正動作が完了した時点における蓄電セル122の電圧値又は当該電圧の範囲であってもよく、補正動作が完了した時点における蓄電セル122及び蓄電セル124の電圧差又は電圧比であってもよい。同様に、蓄電セル124の電圧の設定条件は、補正動作が完了した時点における蓄電セル124の電圧値又は当該電圧の範囲であってもよく、補正動作が完了した時点における蓄電セル122及び蓄電セル124の電圧差又は電圧比であってもよい。
他の実施形態において、モジュール制御信号14は、補正制御信号22及び補正制御信号24のデューティ比を示す情報を含む。補正制御部210は、モジュール制御信号14に含まれる補正制御信号22及び補正制御信号24のデューティ比を示す情報に基づいて、補正制御信号22及び補正制御信号24のデューティ比を決定する。
インダクタ250は、蓄電セル122とスイッチング素子252との間に、蓄電セル122及びスイッチング素子252に直列に接続され、蓄電セル122と蓄電セル124との間で電荷を移動させる。本実施形態において、インダクタ250の一端は、蓄電セル122及び蓄電セル124の接続点134に電気的に接続される。インダクタ250の他端は、スイッチング素子252及びスイッチング素子254の接続点245に電気的に接続される。
スイッチング素子252及びスイッチング素子254が、交互にオン動作及びオフ動作(オン・オフ動作という場合がある。)を繰り返すことで、インダクタ250にインダクタ電流ILが生じる。これにより、蓄電セル122と蓄電セル124との間でインダクタを介して電気エネルギを授受することができる。その結果、蓄電セル122及び蓄電セル124の電圧又はSOCのバランスを補正することができる。
スイッチング素子252は、インダクタ250の他端と蓄電セル122の正極側との間に電気的に接続される。スイッチング素子252は、補正制御部210から補正制御信号22を受信して、補正制御信号22に基づいてオン動作又はオフ動作を行う。これにより、第1の開閉回路を開閉する。スイッチング素子252は、MOSFETなどのトランジスタであってよい。
スイッチング素子254は、インダクタ250の他端と蓄電セル124の負極側との間に電気的に接続される。スイッチング素子254は、補正制御部210から補正制御信号24を受信して、補正制御信号24に基づきオン動作又はオフ動作を行う。これにより、第2の開閉回路を開閉する。スイッチング素子254は、MOSFETなどのトランジスタであってよい。
ダイオード262は、スイッチング素子252と並列に配され、インダクタ250の他端から蓄電セル122の正極側への方向に電流を流す。ダイオード264は、スイッチング素子254と並列に配され、蓄電セル124の負極側からインダクタ250の他端への方向に電流を流す。ダイオード262及びダイオード264は、MOSFETのソース・ドレイン間に等価的に形成される寄生ダイオードであってよい。
ダイオード262及びダイオード264を設けることで、スイッチング素子252及びスイッチング素子254が共にオフ状態となった期間にインダクタ電流ILが残留した場合であっても、当該インダクタ電流ILがダイオード262又はダイオード264を通して流れ続けることができる。これにより、インダクタ250に一旦生じたインダクタ電流ILを無駄なく利用することができる。また、インダクタ電流ILを遮断した場合に生じるサージ電圧の発生を抑制することができる。
本実施形態において、バランス補正部164の補正制御部210が、補正制御信号22及び補正制御信号24を生成する場合について説明した。しかし、バランス補正部164は本実施形態に限定されない。他の実施形態において、バランス補正部164は、補正制御部210を有しなくてもよい。この場合、例えば、モジュール制御部150が、補正制御信号22及び補正制御信号24を生成し、生成された補正制御信号22及び補正制御信号24が、スイッチング素子252及びスイッチング素子254に送信されてよい。
本実施形態において、モジュール制御部150がモジュール制御信号14を生成し、補正制御部210がモジュール制御信号14に基づいて補正制御信号22及び補正制御信号24を生成する場合について説明した。しかし、バランス補正部164は本実施形態に限定されない。他の実施形態において、補正制御部210は、状態監視部140から情報を受け取り、受け取った情報に対してモジュール制御部150と同様の処理を実行することで、補正制御信号22及び補正制御信号24を生成してよい。
本実施形態において、バランス補正部164が蓄電セル122及び蓄電セル124の電圧を補正する場合について説明した。しかし、バランス補正部164は本実施形態に限定されない。他の実施形態において、バランス補正部164は、蓄電セル122及び蓄電セル128のように、隣接していない2つの蓄電セルの電圧を補正してもよい。この場合、インダクタ250の一端は、蓄電セル122及び蓄電セル128の接続点と接続される。また、スイッチング素子254は、インダクタ250の他端と蓄電セル128の負極側との間に電気的に接続される。
他の実施形態において、バランス補正部164は、蓄電セル122及び蓄電セル124の直列電圧と、蓄電セル124及び蓄電セル126の直列電圧とを補正してよい。この場合、インダクタ250の一端は、蓄電セル122及び蓄電セル124の接続点134と接続される。また、スイッチング素子252は、インダクタ250の他端と蓄電セル120の正極側との間に電気的に接続され、スイッチング素子254は、インダクタ250の他端と蓄電セル126の負極側との間に電気的に接続される。
図3は、補正制御信号22及び補正制御信号24の一例を概略的に示す。図3に示すとおり、補正制御信号22及び補正制御信号24は、スイッチング素子252及びスイッチング素子254が交互にオン・オフ動作を繰り返すように提供される。本実施形態において、補正制御信号22のデューティ比は、クロック周期T1に対するON時間T2の比(T2/T1)として表される。また、補正制御信号24のデューティ比は、クロック周期T1に対するON時間(T1-T2)の比((T1-T2)/T1)として表される。
図4は、モジュール制御部150の内部構成の一例を概略的に示す。本実施形態において、モジュール制御部150は、制御条件格納部412と、電池特性取得部414と、設定条件決定部416と、SOC取得部418と、回生情報取得部422と、発動情報取得部424と、制御信号生成部426とを備える。モジュール制御部150の各部は、互いに情報を送受してよい。制御信号生成部426は、制御部又は管理部の一例であってよい。本実施形態においては、主に、モジュール制御部150が、バランス補正部164を制御するためのモジュール制御信号14を生成する場合を例として、モジュール制御部150の各部について説明する。
制御条件格納部412は、制御条件を格納する。制御条件は、制御信号生成部426が各種の制御信号を生成する場合における判断基準を示す情報であってよい。一実施形態において、制御条件は、蓄電セル120~蓄電セル128のそれぞれに対して、蓄電セル120~蓄電セル128のそれぞれの蓄電セルの状態と、蓄電セル120~蓄電セル128のそれぞれのSOCの設定条件との対応関係を示す情報(対応情報と称する場合がある。)を含む。制御条件は、複数の対応情報を含んでよい。対応情報は、データテーブルであってもよく、関数であってもよい。
電池特性取得部414は、動作対象セルのそれぞれについて、蓄電セルの状態に関する情報を取得する。本実施形態において、電池特性取得部414は、状態監視部140から、蓄電セル122及び蓄電セル124のそれぞれの劣化状態、電池容量及び温度からなる群から選択される少なくとも1つの電池特性を取得する。電池特性取得部414は、状態監視部140から取得した蓄電セルの状態に関する情報に基づいて、蓄電セル122及び蓄電セル124のそれぞれの劣化状態、電池容量及び温度からなる群から選択される少なくとも1つの電池特性を算出することで、当該少なくとも1つの電池特性を取得してもよい。
設定条件決定部416は、動作対象セルのそれぞれについて、対応するバランス補正部におけるSOCの設定条件を決定する。本実施形態において、設定条件決定部416は、電池特性取得部414により取得された少なくとも1つの電池特性に基づいて、補正制御部210における、蓄電セル122及び蓄電セル124のそれぞれのSOCの設定条件を決定する。例えば、設定条件決定部416は、電池特性取得部414により取得された少なくとも1つの電池特性と、制御条件格納部412に格納された制御条件とに基づいて、補正制御部210における、蓄電セル122及び蓄電セル124のそれぞれのSOCの設定条件を決定する。
一実施形態において、設定条件決定部416は、まず、対応情報が格納されたデータテーブルを参照して、電池特性取得部414により取得された蓄電セル122の電池特性に合致する蓄電セル122のSOCの設定条件を抽出する。データテーブルの中に、電池特性取得部414により取得された蓄電セル122の電池特性に合致する蓄電セル122のSOCの設定条件が格納されていない場合、設定条件決定部416は、適切な補間処理を実行することにより、蓄電セル122のSOCの設定条件を決定してよい。次に、設定条件決定部416は、同様の手順により、蓄電セル124のSOCの設定条件を決定する。
なお、対応情報が1以上の電池特性の関数である場合、設定条件決定部416は、まず、電池特性取得部414により取得された蓄電セル122の1以上の電池特性を当該関数に代入することにより、蓄電セル122のSOCの設定条件を決定する。次に、設定条件決定部416は、同様の手順により、蓄電セル124のSOCの設定条件を決定する。
他の実施形態において、設定条件決定部416は、制御条件格納部412に格納された複数の対応情報の中から選択された対応情報に基づいて、蓄電セル122及び蓄電セル124のそれぞれのSOCの設定条件を決定する。
例えば、電池特性取得部414により取得された少なくとも1つの電池特性が、予め定められた第1の条件を満足する場合、電池特性取得部414により取得された少なくとも1つの電池特性と、第1の対応情報とに基づいて、蓄電セル122及び蓄電セル124のそれぞれのSOCの設定条件を決定する。一方、電池特性取得部414により取得された少なくとも1つの電池特性が、予め定められた第2の条件を満足する場合、電池特性取得部414により取得された少なくとも1つの電池特性と、第2の対応情報とに基づいて、蓄電セル122及び蓄電セル124のそれぞれのSOCの設定条件を決定する。なお、第1の条件と、第2の条件とは異なる条件であってよい。
予め定められた第1の条件としては、電池特性取得部414により取得された蓄電セル122及び蓄電セル124の特定の電気特性の少なくとも一方が、予め定められた第1の値よりも大きい又は小さいという条件を例示することができる。同様に、予め定められた第2の条件としては、電池特性取得部414により取得された蓄電セル122及び蓄電セル124の特定の電気特性の少なくとも一方が、予め定められた第2の値よりも大きい又は小さいという条件を例示することができる。
設定条件決定部416は、蓄電システム100の用途に基づいて、蓄電セル122又は蓄電セル124のSOCの設定条件を決定してよい。一実施形態において、設定条件決定部416は、蓄電セル122又は蓄電セル124の劣化状態が進行しているほど、蓄電セル122又は蓄電セル124のSOCが大きくなるように、設定条件を決定してよい。設定条件決定部416は、蓄電セル122又は蓄電セル124の温度が低いほど、蓄電セル122又は蓄電セル124のSOCが大きくなるように、設定条件を決定してよい。設定条件決定部416は、蓄電セル122又は蓄電セル124の電池容量が小さいほど、蓄電セル122又は蓄電セル124のSOCが大きくなるように、設定条件を決定してよい。
例えば、蓄電システム100が、電気自動車又はハイブリッド自動車の電源として利用される場合、電気自動車又はハイブリッド自動車の発車時に、蓄電システム100は、定常運転時と比較して大きなパルス状の放電電流を発生させる。例えば、ハイブリッド自動車においては、発車時にモータを利用することで燃費が大幅に向上する。このように、蓄電システム100が、蓄電システム100に含まれる蓄電セルによりパルス状の放電電流を発生させる用途に用いられる場合、設定条件決定部416は、蓄電セルの設定条件を上記の実施形態のように決定してよい。
他の実施形態において、設定条件決定部416は、蓄電セル122又は蓄電セル124の劣化状態が進行しているほど、蓄電セル122又は蓄電セル124のSOCが小さくなるように、設定条件を決定してよい。設定条件決定部416は、蓄電セル122又は蓄電セル124の温度が低いほど、蓄電セル122又は蓄電セル124のSOCが小さくなるように、設定条件を決定してよい。設定条件決定部416は、蓄電セル122又は蓄電セル124の電池容量が小さいほど、蓄電セル122又は蓄電セル124のSOCが小さくなるように、設定条件を決定してよい。
例えば、蓄電システム100が、荷物を昇降させるクレーン(crane)における回生エネルギの回収に利用される場合、荷物の下降時に、蓄電システム100には、荷物の上昇時と比較して大きなパルス状の回生電流が印加される。蓄電システム100が回生エネルギを回収し、回収されたエネルギを次回の荷物の上昇に利用することで、エネルギ効率が大幅に向上する。このように、蓄電システム100が、蓄電システム100に含まれる蓄電セルにパルス状の回生電流が印加される用途に用いられる場合、設定条件決定部416は、蓄電セルの設定条件を上記の実施形態のように決定してよい。
SOC取得部418は、蓄電セル122及び蓄電セル124のSOCを取得する。例えば、SOC取得部418は、状態監視部140から、蓄電セル122及び蓄電セル124のそれぞれのSOCを取得する。
回生情報取得部422は、負荷からの回生電流の発生を示す回生情報を取得する。回生情報取得部422は、負荷から回生電流が発生することを示す信号を受信することで、回生情報を取得してよい。回生情報取得部422は、回生時に発生するパルス状の電流の発生を検出することで、回生情報を取得してよい。
発動情報取得部424は、負荷の発動を示す発動情報を取得する。発動情報取得部424は、負荷から、負荷が発動することを示す信号を受信することで、発動情報を取得してよい。発動情報取得部424は、負荷が発動した場合に発生するパルス状の電流の発生を検出することで、発動情報を取得してよい。
制御信号生成部426は、モジュール制御信号12~モジュール制御信号18を生成する。モジュール制御信号12~モジュール制御信号18のそれぞれは、バランス補正部162~バランス補正部168のそれぞれの動作を制御する。例えば、モジュール制御信号14は、SOC取得部418により取得された蓄電セル122及び蓄電セル124のそれぞれのSOCが、設定条件決定部416により決定された蓄電セル122及び蓄電セル124のそれぞれのSOCの設定条件を満足するように、バランス補正部164を制御する。
本実施形態において、制御信号生成部426は、蓄電システム100と負荷とを電気的に接続するスイッチング素子のON動作及びOFF動作を制御する接続制御信号を生成する。制御信号生成部426は、接続制御信号を生成することで、上記のスイッチング素子のON動作及びOFF動作を管理する。制御信号生成部426は、蓄電セル120~蓄電セル128の少なくとも1つのSOCに基づいて、上記のスイッチング素子のON動作及びOFF動作を管理してよい。
一実施形態において、制御信号生成部426は、回生情報取得部422が回生情報を取得した場合に、上記のスイッチング素子をOFF動作させる接続制御信号を生成する。制御信号生成部426は、蓄電セル120~蓄電セル128の少なくとも1つのSOCが、予め定められた値よりも大きい場合に、上記のスイッチング素子をOFF動作させる接続制御信号を生成してよい。これにより、蓄電システム100に含まれる蓄電セルの過充電を抑制することができる。
他の実施形態において、制御信号生成部426は、発動情報取得部424が発動情報を取得した場合に、上記のスイッチング素子をOFF動作させる接続制御信号を生成する。制御信号生成部426は、蓄電セル120~蓄電セル128の少なくとも1つのSOCが、予め定められた値よりも小さい場合に、上記のスイッチング素子をOFF動作させる接続制御信号を生成してよい。これにより、蓄電システム100に含まれる蓄電セルの過放電を抑制することができる。
図5は、データテーブル500の一例を概略的に示す。データテーブル500は、制御条件格納部412に格納される対応情報の一例であってよい。本実施形態において、データテーブル500は、1以上の蓄電セルのそれぞれに対して、当該蓄電セルの蓄電セルID510と、当該蓄電セルの定格容量520と、当該蓄電セルのSOH530と、当該蓄電セルの温度540と、バランス補正処理における当該蓄電セルのSOCの設定値550とを対応付けて格納する。蓄電セルID510は、1以上の蓄電セルのそれぞれを識別する蓄電セル識別情報の一例であってよい。定格容量520は、電池容量の一例であってよい。SOH530は、劣化状態の一例であってよい。
一実施形態において、定格容量520の値が小さいほど、SOCの設定値550の値が大きい。SOH530の値が小さくなるほど、SOCの設定値550の値が大きくなる。また、温度540の値が小さくなるほど、SOCの設定値550の値が大きくなる。他の実施形態において、定格容量520の値が小さいほど、SOCの設定値550の値が小さい。SOH530の値が小さくなるほど、SOCの設定値550の値が小さくなる。また、温度540の値が小さくなるほど、SOCの設定値550の値が小さくなる。
なお、データテーブル500は本実施形態に限定されない。他の実施形態において、データテーブル500は、1以上の蓄電セルのそれぞれに対して、当該蓄電セルの蓄電セルID510と、当該蓄電セルの定格容量520、当該蓄電セルのSOH530及び当該蓄電セルの温度540から選択される少なくとも1つと、バランス補正処理における当該蓄電セルのSOCの設定値550とを対応付けて格納する。
図6は、蓄電システム600の一例を概略的に示す。蓄電システム600は、負荷60と電気的に接続される。蓄電システム600は、負荷60に電力を供給する。また、蓄電システム600は、負荷60からの回生電流を蓄電する。
本実施形態において、負荷60は、送信部62を備える。送信部62は、蓄電システム100に信号64を送信する。一実施形態において、送信部62は、負荷の動作により回生電流が発生する可能性のある場合に、回生電流の発生を示す回生情報を含む信号64を送信する。他の実施形態において、送信部62は、負荷が発動する可能性のある場合に、負荷が発動することを示す発動情報を含む信号64を送信する。
本実施形態において、蓄電システム600は、蓄電システム100と、発熱モジュール604と、スイッチング素子612と、スイッチング素子614とを備える。本実施形態において、蓄電システム100のモジュール制御部150は蓄電システム100が負荷60に電力を供給する場合、スイッチング素子612をON動作させ、スイッチング素子614をOFF動作させるための接続制御信号66を送信する。
本実施形態において、モジュール制御部150は、回生情報を含む信号64を受信した場合に、スイッチング素子612及びスイッチング素子614に対して、スイッチング素子612をOFF動作させ、スイッチング素子614をON動作させるための接続制御信号66を送信する。モジュール制御部150は、蓄電セル120~蓄電セル128の少なくとも1つのSOCが、予め定められた値よりも大きい場合に、接続制御信号66を送信してもよい。
発熱モジュール604は、電流を熱に変換する。本実施形態において、発熱モジュール604は抵抗素子であり、一方の端部がスイッチング素子614を介して負荷60に接続されており、他方の端部が接地されている。
スイッチング素子612は、蓄電システム100と負荷60との間に直列に配される。スイッチング素子612は、接続制御信号66に基づいて、蓄電システム100と負荷60との電気的な接続関係を切り替える。スイッチング素子614は、発熱モジュール604と負荷60との間に直列に配される。スイッチング素子614は、接続制御信号66に基づいて、発熱モジュール604と負荷60との電気的な接続関係を切り替える。
蓄電システム600によれば、蓄電システム100に含まれる蓄電セルに過剰な回生電流が流入することを抑制することができる。その結果、蓄電システム100に含まれる蓄電セルの過充電を防止することができる。
例えば、蓄電システムがハイブリット自動車に搭載されている場合、回生電流がランダムに発生する。できるだけ多くの回生電流を回収するためには、蓄電システムに含まれる蓄電セルのSOCを比較的小さく維持しながら、当該蓄電システムを運用する必要がある。しかし、蓄電システムに含まれる蓄電セルのSOCが小さくなりすぎると、ハイブリット自動車の発進時に、モータに十分な電力を供給することが難しくなる。モータに十分な電力が供給されない場合、エンジンを始動させて発進することになり、燃費が低下する。
本実施形態によれば、過剰な回生電流の蓄電システム100への流入を防止することができるので、蓄電システム100に含まれる蓄電セルのSOCを比較的大きく維持しながら、蓄電システム600を運用することができる。これにより、ハイブリット自動車の発進時に、モータに十分な電力を供給することできる。ハイブリッド自動車においては、発車時にモータを利用することで燃費が大幅に向上する。一方、回生エネルギの一部を回収しない場合であっても、燃費には大きく影響しない。そのため、ハイブリット自動車の電源として蓄電システム600を用いることにより、ハイブリット自動車の燃費を大幅に向上させることができる。また、蓄電システム600を構成する蓄電セルのうちの一部が他の蓄電セルと比較して劣化している場合であっても、蓄電システム600をより有効に利用することができる。
図7は、蓄電システム700の一例を概略的に示す。蓄電システム700は、負荷70と電気的に接続される。蓄電システム700は、負荷70に電力を供給する。また、蓄電システム700は、負荷70からの回生電流を蓄電する。本実施形態において、負荷70は、送信部62を備える。
本実施形態において、蓄電システム700は、蓄電システム100と、スイッチング素子612と、スイッチング素子614と、電源704とを備える。本実施形態において、電源704は、負荷70と接続され、負荷70に電力を供給する。本実施形態において、スイッチング素子614は、電源704と負荷60との間に直列に配される。スイッチング素子614は、接続制御信号66に基づいて、電源704と負荷60との電気的な接続関係を切り替える。
本実施形態において、蓄電システム100のモジュール制御部150は蓄電システム100が負荷70に電力を供給する場合、スイッチング素子612をON動作させ、スイッチング素子614をOFF動作させるための接続制御信号66を送信する。本実施形態において、モジュール制御部150は、回生情報を含む信号64を受信した場合に、スイッチング素子612及びスイッチング素子614に対して、スイッチング素子612をON動作させ、スイッチング素子614をOFF動作させるための接続制御信号66を送信する。
これにより、蓄電システム700が回生電流を回収することができる。なお、モジュール制御部150は、蓄電セル120~蓄電セル128の少なくとも1つのSOCが、予め定められた値よりも大きい場合、スイッチング素子612及びスイッチング素子614に対して、スイッチング素子612をOFF動作させ、スイッチング素子614をON動作させるための接続制御信号66を送信してもよい。
本実施形態において、蓄電システム700は、蓄電システム100に含まれる蓄電セルのSOCを比較的小さく維持しながら運用される。これにより、より多くの回生電流を回収することができる。本実施形態において、モジュール制御部150は、蓄電システム100が負荷70に電力を供給する場合において、蓄電セル120~蓄電セル128の少なくとも1つのSOCが予め定められた値よりも小さい場合には、スイッチング素子612及びスイッチング素子614に対して、スイッチング素子612をOFF動作させ、スイッチング素子614をON動作させるための接続制御信号66を送信する。これにより、電源704から負荷70に電力を供給することができる。
例えば、蓄電システムがクレーンに搭載されている場合、蓄電システムが回生電流を回収すればするほど、クレーンのエネルギ効率が向上する。一方、クレーンが荷物を上昇させる場合に使用する電力が、蓄電システムから供給された場合であっても、その他の電源から供給された場合であってもクレーンのエネルギ効率に影響はない。本実施形態によれば、蓄電システム700は、蓄電システム100に含まれる蓄電セルのSOCを比較的小さく維持しながら運用される。これにより、より多くの回生電流を回収することができる。その結果、クレーンのエネルギ効率を向上させることが出来る。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。また、技術的に矛盾しない範囲において、特定の実施形態について説明した事項を、他の実施形態に適用することができる。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
12 モジュール制御信号、14 モジュール制御信号、16 モジュール制御信号、18 モジュール制御信号、22 補正制御信号、24 補正制御信号、60 負荷、62 送信部、64 信号、66 接続制御信号、70 負荷、100 蓄電システム、112 外部端子、114 外部端子、120 蓄電セル、122 蓄電セル、124 蓄電セル、126 蓄電セル、128 蓄電セル、132 接続点、134 接続点、136 接続点、138 接続点、140 状態監視部、150 モジュール制御部、160 バランス補正モジュール、162 バランス補正部、164 バランス補正部、166 バランス補正部、168 バランス補正部、210 補正制御部、220 補正作動部、245 接続点、250 インダクタ、252 スイッチング素子、254 スイッチング素子、262 ダイオード、264 ダイオード、412 制御条件格納部、414 電池特性取得部、416 設定条件決定部、418 SOC取得部、422 回生情報取得部、424 発動情報取得部、426 制御信号生成部、500 データテーブル、510 蓄電セルID、520 定格容量、530 SOH、540 温度、550 設定値、600 蓄電システム、604 発熱モジュール、612 スイッチング素子、614 スイッチング素子、700 蓄電システム、704 電源
Claims (10)
- 直列に接続された第1の蓄電セル及び第2の蓄電セルの電圧のバランスを、前記第1の蓄電セル及び前記第2の蓄電セルのそれぞれのSOCの設定条件に基づいて補正するバランス補正装置を制御するバランス補正制御装置であって、
前記第1の蓄電セル及び前記第2の蓄電セルのそれぞれの劣化状態、電池容量及び温度からなる群から選択される少なくとも1つの電池特性を取得する電池特性取得部と、
前記電池特性取得部により取得された前記少なくとも1つの電池特性に基づいて、前記第1の蓄電セル及び前記第2の蓄電セルのそれぞれのSOCの前記設定条件を決定する設定条件決定部と、
を備える、バランス補正制御装置。 - 前記設定条件決定部は、
前記第1の蓄電セル若しくは前記第2の蓄電セルの劣化状態が進行しているほど、前記第1の蓄電セル若しくは前記第2の蓄電セルの温度が低いほど、又は、前記第1の蓄電セル若しくは前記第2の蓄電セルの電池容量が小さいほど、前記第1の蓄電セル又は前記第2の蓄電セルのSOCが大きくなるように、前記設定条件を決定する、
請求項1に記載のバランス補正制御装置。 - 前記第1の蓄電セル及び前記第2の蓄電セルのそれぞれは、パルス状の放電電流を発生させる、
請求項2に記載のバランス補正制御装置。 - 前記設定条件決定部は、
前記第1の蓄電セル若しくは前記第2の蓄電セルの劣化状態が進行しているほど、前記第1の蓄電セル若しくは前記第2の蓄電セルの温度が低いほど、又は、前記第1の蓄電セル若しくは前記第2の蓄電セルの電池容量が小さいほど、前記第1の蓄電セル又は前記第2の蓄電セルのSOCが小さくなるように、前記設定条件を決定する、
請求項1に記載のバランス補正制御装置。 - 前記第1の蓄電セル及び前記第2の蓄電セルのそれぞれは、パルス状の充電電流が印加される、
請求項4に記載のバランス補正制御装置。 - 前記設定条件決定部は、
前記電池特性取得部により取得された前記少なくとも1つの電池特性が、予め定められた第1の条件を満足する場合、前記電池特性取得部により取得された前記少なくとも1つの電池特性と、第1の対応情報とに基づいて、前記第1の蓄電セル及び前記第2の蓄電セルのそれぞれのSOCの前記設定条件を決定し、
前記電池特性取得部により取得された前記少なくとも1つの電池特性が、予め定められた第2の条件を満足する場合、前記電池特性取得部により取得された前記少なくとも1つの電池特性と、第2の対応情報とに基づいて、前記第1の蓄電セル及び前記第2の蓄電セルのそれぞれのSOCの前記設定条件を決定し、
前記第1の対応情報は、前記第1の蓄電セル及び前記第2の蓄電セルのそれぞれについて、前記少なくとも1つの電池特性と、前記SOCの設定条件との第1の対応関係を示す情報であり、
前記第2の対応情報は、前記第1の蓄電セル及び前記第2の蓄電セルのそれぞれについて、前記少なくとも1つの電池特性と、前記SOCの設定条件との第2の対応関係を示す情報である、
請求項1から請求項5までの何れか一項に記載のバランス補正制御装置。 - 請求項1から請求項6までの何れか一項に記載のバランス補正制御装置と、
前記第1の蓄電セル及び前記第2の蓄電セルのSOCを取得するSOC取得部と、
前記SOC取得部により取得された前記第1の蓄電セル及び前記第2の蓄電セルのそれぞれのSOCが、前記設定条件決定部により決定された前記第1の蓄電セル及び前記第2の蓄電セルのそれぞれのSOCの前記設定条件を満足するように、前記バランス補正装置を制御する制御部と、
を備える、
バランス補正システム。 - 前記バランス補正装置をさらに備える、
請求項7に記載のバランス補正システム。 - 前記第1の蓄電セル及び前記第2の蓄電セルと、
請求項7又は請求項8に記載のバランス補正システムと、
を備える、蓄電システム。 - 前記第1の蓄電セル及び前記第2の蓄電セルのSOCを取得するSOC取得部と、
負荷及び前記第1の蓄電セルの間、又は、前記負荷及び前記第2の蓄電セルの間に直列に接続されたスイッチング素子と、
前記SOC取得部により取得された前記第1の蓄電セル及び前記第2の蓄電セルの少なくとも一方のSOCに基づいて、前記スイッチング素子のON動作及びOFF動作を管理する管理部と、
をさらに備える、
請求項9に記載の蓄電システム。
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