專利名稱：電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明用于具備將由單電池或組電池構(gòu)成的多個(gè)電池要素串聯(lián)連接而構(gòu)成的電池串(cell string)的電池系統(tǒng)，特別用于涉及多個(gè)電池要素間的充電狀態(tài)平衡調(diào)整的充放電控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
最近，利用風(fēng)力或太陽光等自然能量(可再生能量)的發(fā)電技術(shù)正受到關(guān)注。另夕卜，活用IT(信息技術(shù))技術(shù)來高效地運(yùn)用例如網(wǎng)狀地連結(jié)發(fā)電廠和電力用戶之間的電力系統(tǒng)的、被稱為智能電網(wǎng)(下一代輸電網(wǎng))的技術(shù)作為承擔(dān)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定化的技術(shù)也受到關(guān)注。在電力系統(tǒng)中，例如存在因電力的供需平衡崩潰而產(chǎn)生系統(tǒng)事故的可能。為了將 因該系統(tǒng)事故的產(chǎn)生而引起的停電防范于未然，使用了具備將鋰離子電池等的單電池或組電池串聯(lián)連接而構(gòu)成的電池串的電池系統(tǒng)。在這樣的電池系統(tǒng)中，有的通過組合多個(gè)電池串而能輸出兆瓦級(jí)的電力。在這樣的電池系統(tǒng)中，例如存在在作為組電池的構(gòu)成要素而串聯(lián)連接的多個(gè)單位電池間產(chǎn)生充電狀態(tài)的偏差的情況。若在此情況下對(duì)組電池進(jìn)行充放電，則相同的電流流過作為電流路徑的多個(gè)單位電池。因此，若將多個(gè)單位電池間的充電狀態(tài)偏差僅僅原樣維持，或者一直放任該狀態(tài)，則存在偏差量逐漸擴(kuò)大的可能。為了消除這樣的多個(gè)單位電池間的充電狀態(tài)偏差問題，在現(xiàn)有技術(shù)中采用使用了充電狀態(tài)(SOC ;State of Charge、以下，簡(jiǎn)稱為“SOC”)的對(duì)應(yīng)法。SOC是指，以電池要素的滿充電容量為分母，以剩余電荷量為分子，用百分率來表示電池要素的充電狀態(tài)的指標(biāo)。處于滿充電狀態(tài)的電池要素的SOC是100%，處于放電終止?fàn)顟B(tài)(空的狀態(tài))的電池要素的SOC 是 0%。例如，提出了基于串聯(lián)連接多個(gè)單位電池的組電池的SOC來設(shè)定用于判斷是否消除多個(gè)單位電池間的偏差量的基準(zhǔn)值，并在某單位電池的SOC值與該基準(zhǔn)值一致的定時(shí)，使多個(gè)單位電池間的SOC均一化的技術(shù)(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。根據(jù)專利文獻(xiàn)I所涉及的技術(shù)，能適當(dāng)?shù)卣{(diào)整多個(gè)單位電池間的充電狀態(tài)平衡。專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I JP特開2009-071936號(hào)公報(bào)最近，電力儲(chǔ)存用的電池系統(tǒng)的開發(fā)以及試驗(yàn)性的導(dǎo)入不斷取得進(jìn)展。其中，在電池系統(tǒng)中產(chǎn)生了多樣的電壓、電流容量的要求。例如，還假設(shè)將容量彼此不同的電池要素嵌入到一個(gè)電池串中這樣的實(shí)施方式。另外，在實(shí)際的電池串中，因制造偏差或劣化偏差，多個(gè)電池要素間的滿充電容量變得失衡。在這樣的電池系統(tǒng)的實(shí)施方式中，存在如下問題在嵌入了容量彼此不同的電池要素的電池串中，如何進(jìn)行與多個(gè)電池要素間的充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的充放電控制。針對(duì)該問題進(jìn)行說明。首先，準(zhǔn)備容量彼此不同的、嵌入了大容量以及小容量的電池要素的電池串。這些電池要素的滿充電容量彼此不同。設(shè)使用專利文獻(xiàn)I所涉及的技術(shù)，即在某單位電池的SOC值與基準(zhǔn)值一致的定時(shí)來進(jìn)行與像這樣滿充電容量彼此不同的多個(gè)電池要素間的充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的充放電控制。在專利文獻(xiàn)I所涉及的現(xiàn)有技術(shù)中，盡管達(dá)成了消除電池要素間的充電狀態(tài)的失衡這樣的取得平衡的主要目的，但在電池系統(tǒng)的長(zhǎng)壽命化方面還存在要改善的側(cè)面。若考慮由充放電容量存在偏差的電池要素構(gòu)成的電池串中的S0C，則在小容量的電池要素中SOC急速變化，另一方面，在大容量的電池要素中SOC緩慢變化，如上所述那樣在大容量以及小容量的電池要素間SOC的變化中會(huì)產(chǎn)生速度差。這是由于在與小容量相關(guān)的電池要素的SOC以及與大容量相關(guān)的電池要素的SOC中，不管分子(剩余電荷量)的每單位時(shí)間的變化量是否相同，分母(滿充電容量)都不同。一般而言，鋰離子電池存在能通過在低SOC中使用而延長(zhǎng)壽命的特性。若考慮基
于該特性的電池系統(tǒng)的壽命所帶來的影響，則在專利文獻(xiàn)I所涉及的現(xiàn)有技術(shù)中，例如對(duì)于平衡基準(zhǔn)SOC使用了滿充電附近的SOC的情況下，如圖4所示，大容量電池要素的平均SOC高于小容量電池要素的平均S0C，從而對(duì)于長(zhǎng)壽命化而言成為不利條件。為了解決該課題，將平衡基準(zhǔn)SOC設(shè)定得較低即可。然而，在專利文獻(xiàn)I所涉及的現(xiàn)有技術(shù)中，如前所述，為了判定必要的平衡量，需要電池串內(nèi)的平均SOC與平衡基準(zhǔn)SOC一致。因此，在使用到低SOC為止的頻度少的用途中，存在只能難得地進(jìn)行必要平衡量的判斷的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述事實(shí)而提出，其目的在于，即使在電池串中嵌入有容量彼此不同的電池要素的情況下，也適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行與多個(gè)電池要素間的充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的充放電控制。為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明所涉及的電池系統(tǒng)是具備將由單電池或組電池構(gòu)成的多個(gè)電池要素串聯(lián)連接而構(gòu)成的電池串的電池系統(tǒng)，具備soc探測(cè)部，其各個(gè)地分別探測(cè)所述多個(gè)電池要素的S0C;和充放電控制部，其基于所述電池要素的滿充電容量、以及由所述SOC探測(cè)部各個(gè)地探測(cè)出的所述電池要素的S0C，使所述多個(gè)電池要素進(jìn)行各自分別的充電或放電。通過采取上述構(gòu)成來進(jìn)行充放電控制，在本發(fā)明所涉及的電池系統(tǒng)中，在空載狀態(tài)下，使多個(gè)電池要素進(jìn)行各自分別的充電或放電，使得在放電終止?fàn)顟B(tài)附近，多個(gè)電池要素的各自的SOC —致，且在滿充電狀態(tài)附近，多個(gè)電池要素的各自之間的SOC的差相對(duì)變大。一般而言，空載狀態(tài)下的電池的電壓和SOC處于單調(diào)遞增的關(guān)系。因此，若在空載狀態(tài)下進(jìn)行所述充放電控制，則在放電終止?fàn)顟B(tài)附近多個(gè)電池要素的各自的電壓大致相等，在滿充電狀態(tài)附近，多個(gè)電池要素間的各自的電壓差相對(duì)變大。本發(fā)明所涉及的電池系統(tǒng)將通過充放電控制來在多個(gè)電池要素的各自的電壓中呈現(xiàn)上述特征作為最主要的特征。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，即使在電池串中嵌入有容量彼此不同的電池要素的情況下，也能適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行與多個(gè)電池要素間的充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的充放電控制。


圖I是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的電池系統(tǒng)的概要的功能框圖。圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的電池系統(tǒng)的充放電電路周邊的電路構(gòu)成圖。
圖3是表現(xiàn)與多個(gè)電池要素間的充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的充放電控制的動(dòng)作的流程圖。圖4(a)、(b)是表現(xiàn)與容量相同的多個(gè)電池要素間的充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的充放電控制的動(dòng)作例的時(shí)序圖。圖5(a) (C)是表示與容量彼此不同的多個(gè)電池要素間的充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的充放電控制的動(dòng)作例的流程圖。圖6(a)、(b)是對(duì)比表示與容量彼此不同的多個(gè)電池要素間的充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的充放電控制的執(zhí)行前后的剩余電荷量的圖。(符號(hào)說明)11實(shí)施方式所涉及的電池系統(tǒng)13電池串15電池單元(電池要素)17電池控制裝置19S0C 探測(cè)部21滿充電容量信息存儲(chǔ)部23剩余電荷量運(yùn)算部25過剩不足電荷量運(yùn)算部27充放電控制部29充放電電路
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的電池系統(tǒng)11。[電池系統(tǒng)11的概要]圖I是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的電池系統(tǒng)11的概要的功能框圖。圖2是電池系統(tǒng)11的充放電電路29周邊的電路構(gòu)成圖。本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的電池系統(tǒng)11如圖I所示構(gòu)成為具備電池串13、電池控制裝置17。電池串13是在一對(duì)直流端子13a，13b間，將由鋰離子二次電池的電池單元(相當(dāng)于本發(fā)明的“單電池”)組成的電池要素15a，15b，· · ·，15η多個(gè)串聯(lián)連接而構(gòu)成的。電池控制裝置17構(gòu)成為具備S0C探測(cè)部19、滿充電容量信息存儲(chǔ)部21、剩余電荷量運(yùn)算部23、過剩不足電荷量運(yùn)算部25、充放電控制部27、充放電電路29。SOC探測(cè)部19具有各個(gè)地分別探測(cè)多個(gè)電池要素15a，15b，· · ·，15n(以下，如圖I所示，存在將多個(gè)電池要素的符號(hào)“15a，15b，· · ·，15n”用符號(hào)“15”統(tǒng)稱的情況)的SOC(充電程度)的功能。
實(shí)際上，SOC探測(cè)部19分別檢測(cè)多個(gè)電池要素15的端子間電壓，并基于檢測(cè)出的各電池要素15a, 15b, · · · , 15η的端子間電壓,來探測(cè)各電池要素15a, 15b, · · · , 15η的每一個(gè)的SOC。進(jìn)而，SOC探測(cè)部19基于各電池要素15a，15b，· · ·，15η的每一個(gè)的端子間電壓，來進(jìn)行過充電或過放電的診斷。滿充電容量信息存儲(chǔ)部21針對(duì)多個(gè)電池要素15a, 15b, · · · , 15η的每一個(gè),存儲(chǔ)與滿充電容量相關(guān)的滿充電容量信息。該滿充電容量信息根據(jù)因多個(gè)電池要素15的連續(xù)使用而引起的劣化而變化。為了反映該變化量，對(duì)與多個(gè)電池要素15a，15b，· · · ,15η的每一個(gè)的滿充電容量相關(guān)的滿充電容量信息適時(shí)地進(jìn)行更新。剩余電荷量運(yùn)算部23具有如下功能基于從滿充電容量信息存儲(chǔ)部21取得的與多個(gè)電池要素15的滿充電容量Qfl相關(guān)的滿充電容量信息、以及由SOC探測(cè)部19各個(gè)地探測(cè)出的電池要素15a, 15b，…，15η的S0C，各個(gè)地分別運(yùn)算多個(gè)電池要素15a，15b，…，15η的剩余電荷量Qrd(剩余電荷量Qrd =滿充電容量QflXSOC)。另外,剩余電荷量運(yùn)算部23具有如下功能基于多個(gè)電池要素15a, 15b, · · · , 15η的剩余電荷量Qrd以及數(shù)量η,運(yùn)算它們的平均值Qav (平均值Qav = Σ (剩余電荷量Qrd) /數(shù)量η)。
·
過剩不足電荷量運(yùn)算部25具有如下功能基于由剩余電荷量運(yùn)算部23各個(gè)地分別運(yùn)算出的多個(gè)電池要素15a, 15b, · · · , 15η的剩余電荷量Qrd、以及剩余電荷量Qrd的平均值Qav，判定多個(gè)電池要素15a，15b，· · · ,15η間的剩余電荷量Qrd的差分是否收斂于預(yù)先規(guī)定的范圍(適宜設(shè)定以及可變更的范圍)，在該判定的結(jié)果是判定為多個(gè)電池要素15a，15b，· · ·，15η間的剩余電荷量Qrd的差分相對(duì)于目標(biāo)值未收斂于規(guī)定的范圍內(nèi)的情況下，各個(gè)地分別運(yùn)算多個(gè)電池要素15的與過?；虿蛔阆嚓P(guān)的電荷量。充放電控制部27具有如下功能依照由過剩不足電荷量運(yùn)算部25各個(gè)地分別運(yùn)算出的與過?；虿蛔阆嚓P(guān)的電荷量，使充放電電路29進(jìn)行多個(gè)電池要素15a，15b，· ·
15η的各自分別的充電或放電。充放電電路29如圖2所示構(gòu)成為具備電阻器31、MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管)33、充放電控制信號(hào)輸入部35。按照連接夾著一個(gè)電池要素的一對(duì)端子(在圖2的例子中，電池要素15a的一對(duì)端子15al，15a2)間的方式設(shè)置有充放電電路29。在圖2的例子中，按照連接電池要素15a的一對(duì)端子15al、15a2間的方式形成有串聯(lián)連接電阻器31和M0SFET33的電流迂回路徑30。M0SFET33發(fā)揮如下作用依照從充放電控制部27送來的輸入到充放電控制信號(hào)輸入部35的充放電控制信號(hào)，控制電流迂回路徑30的開閉。由此，充放電電路29通過使本要流入電池要素15a的電流的一部分分流導(dǎo)入到電流迂回路徑30，能調(diào)整流入到電池要素15a的充電電流的大小。具體而言，對(duì)于電池要素15a，若使其電池要素15a的M0SFET33導(dǎo)通(ON)，且使電池要素15a以外的電池要素的MOSFET截止(OFF)，則與電池要素15a以外的電池要素相比，僅電池要素15a多放電,從而能降低電池要素15a的S0C。另外,對(duì)于電池要素15a,與前述相反，若使該電池要素15a的M0SFET33截止，且使電池要素15a以外的電池要素的MOSFET導(dǎo)通,則與電池要素15a以外的電池要素相比，電池要素15a的放電量變少，從而相對(duì)成為充電，能提高電池要素15a的S0C。[依照流程圖的電池系統(tǒng)11的動(dòng)作]接著，參照?qǐng)D3來說明本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的電池系統(tǒng)11的動(dòng)作。圖3是表現(xiàn)與多個(gè)電池要素15a，15b，· · ·，15η間的充電狀態(tài)平衡狀態(tài)相關(guān)的充放電控制的動(dòng)作的流程圖。將圖3所示的處理的流程與電池串13的充放電動(dòng)作同時(shí)并行地執(zhí)行。在圖3所示的步驟Sll中，SOC探測(cè)部19探測(cè)多個(gè)電池要素15a，15b，· · ·，15η的每一個(gè)的SOC。在圖3所示的步驟S12中，剩余電荷量運(yùn)算部23從滿充電容量信息存儲(chǔ)部21取得與針對(duì)多個(gè)電池要素15的每一個(gè)的滿充電容量Qfl相關(guān)的滿充電容量信息。在圖3所示的步驟S13中，剩余電荷量運(yùn)算部23基于在圖3所示的步驟S12取得的與多個(gè)電池要素15的滿充電容量Qfl相關(guān)的滿充電容量信息、以及在圖3所示的步驟Sll各個(gè)地分別探測(cè)到的電池要素15a，15b，· · ·，15η的S0C，各個(gè)地分別運(yùn)算多個(gè)電池 要素15a，15b，· · ·，15η的剩余電荷量Qrd。具體而言，剩余電荷量運(yùn)算部23通過將SOC與滿充電容量Qfl相乘，來各個(gè)地分別求取多個(gè)電池要素15a，15b，· · · ,15η的剩余電荷量 Qrd0在圖3所示的步驟S14中，剩余電荷量運(yùn)算部23基于在步驟S13中求出的多個(gè)電池要素15a,15b, · · · , 15η的剩余電荷量Qrd以及數(shù)量η,來求取剩余電荷量Qrd的平均值 Qav。在圖3所示的步驟S15中，過剩不足電荷運(yùn)算部25基于在圖3所示的步驟S13中求出的多個(gè)電池要素15a，15b，· · ·，15η的剩余電荷量Qrd、以及在圖3所示的步驟S14中求出的剩余電荷量Qrd的平均值Qav，調(diào)查多個(gè)電池要素15a，15b，· · · ,15η間的剩余電荷量Qrd的差分是否相對(duì)于目標(biāo)值收斂于規(guī)定的范圍，由此來判定是否要執(zhí)行與多個(gè)電池要素15a，15b，· · ·，15η間的充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的充放電控制。具體而言,過剩不足電荷量運(yùn)算部25通過將與從剩余電荷量Qrd的平均值Qav中減去剩余電荷量Qrd而得到的差分相關(guān)的偏離量的絕對(duì)值“ I Qav-Qrd | ”、和預(yù)先規(guī)定的偏離量的容許值(適宜設(shè)定以及可變更的值)Qrf之間的大小關(guān)系，換言之，通過調(diào)查多個(gè)電池要素15a，15b，· · ·，15η各自的剩余電荷量Qrd偏離剩余電荷量Qrd的平均值Qav多少地進(jìn)行分布，來判定是否要執(zhí)行與多個(gè)電池要素15a，15b，· · ·，15η間的充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的充放電控制。在圖3所示的步驟S15的判定結(jié)果是，判定為偏離量的絕對(duì)值“ I Qav-Qrd | ”為偏離量的容許值Qrf以下(不需要執(zhí)行與多個(gè)電池要素15a，15b，· · ·，15η間的充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的充放電控制)的情況下(步驟S15的“否”)，電池控制裝置17結(jié)束一系列的處理的流程。另一方面，在圖3所示的步驟S15的判定結(jié)果是，判定為偏離量的絕對(duì)值“ IQav-Qrd | ”超過偏離量的容許值Qrf (需要執(zhí)行與多個(gè)電池要素15a，15b，· · ·，15η間的充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的充放電控制)的情況下(步驟S15的“是”)，在步驟S16中，充放電控制部27依照在步驟S15中各個(gè)地分別運(yùn)算出的與過?；虿蛔阆嚓P(guān)的電荷量，使充放電電路29執(zhí)行與多個(gè)電池要素15a, 15b, · · · , 15η的各自分別的充電或放電相關(guān)的充放電控制。此夕卜,在步驟S15的判定結(jié)果是在多個(gè)電池要素15a, 15b, · · ·,15η中的至少一個(gè)以上的電池要素中判定為“是”的情況下，將全部的電池要素15a，15b，· · ·，15η作為對(duì)象來進(jìn)行步驟S16的充放電控制。在此，還可以取代將全部的電池要素15a，15b，· · ·，15η作為對(duì)象來進(jìn)行充放電控制，而將對(duì)象限定為在步驟S15中判定為“是”的電池要素來進(jìn)行充放電控制。[依照時(shí)序圖等的電池系統(tǒng)11的動(dòng)作]接下來，參照?qǐng)D4 圖6來說明本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的電池系統(tǒng)11的動(dòng)作。圖4(a)、(b)是表現(xiàn)與容量相同的一對(duì)電池要素36，37間的充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的充放電控制的動(dòng)作例的時(shí)序圖。圖5(a) (c)是表現(xiàn)與容量彼此不同的一對(duì)電池要素38，39間的充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的充放電控制的動(dòng)作例的時(shí)序圖。圖6(a)、(b)是對(duì)比表示與容量彼此不同的多個(gè)電池要素38，39間的充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的充放電控制的執(zhí)行前后的電池容量(剩余電荷量)的圖。(與容量相同的電池要素36，37間的充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的充放電控制動(dòng)作)在本實(shí)施方式所涉及的電池串13的充放電動(dòng)作中，例如如圖4(a)所示，周期地反 復(fù)執(zhí)行充電以及放電。圖4(b)是表示與電池串13的充放電動(dòng)作同時(shí)并行地，在由剩余電荷量Qrd的下限值以及上限值規(guī)定的限制窗的范圍內(nèi)執(zhí)行與容量相同的一對(duì)電池要素36，37間的充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的充放電控制的例子。在圖4(b)的例子中，在時(shí)刻tl t4的區(qū)間中的電池串13的充電動(dòng)作中，在內(nèi)含于時(shí)刻tl t4的區(qū)間中的、以時(shí)刻t2的定時(shí)(在剩余電荷量Qrd相對(duì)于目標(biāo)值(例如，剩余電荷量Qrd的平均值Qav)的偏離量不脫離規(guī)定的范圍的定時(shí))為起點(diǎn)的時(shí)刻t2 t3的區(qū)間中，進(jìn)行了與充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的充放電控制，以使涉及一方的電池要素36的剩余電荷量的軌跡與涉及另一方的電池要素37的剩余電荷量的軌跡重合。在此，假設(shè)未進(jìn)行圖4(b)所示的與一對(duì)的電池要素36，37間的充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的充放電控制。在此情況下，不執(zhí)行使涉及一方的電池要素36的剩余電荷量(單位；C)的軌跡與涉及另一方的電池要素37的剩余電荷量的軌跡重合的軌道修正。因此，在時(shí)刻t4，與一方的電池要素36相關(guān)的剩余電荷量的軌跡進(jìn)入超過了剩余電荷量的上限值的過充電區(qū)域。如此，例如，在采用與電池要素36相關(guān)的剩余電荷量進(jìn)入過充電區(qū)域時(shí)使電池串13的充放電動(dòng)作強(qiáng)制停止那樣的電池控制裝置17的構(gòu)成的情況下，使電池串13的充放電動(dòng)作強(qiáng)制地停止。在此情況下，將不能適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行電池串13的充放電動(dòng)作。由此可知，本發(fā)明的電池系統(tǒng)能排除以下的事態(tài)若進(jìn)行與一對(duì)電池要素36，37間的充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的充放電控制，則將不能適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行電池串13的充放電動(dòng)作。(與容量彼此不同的電池要素38，39間的充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的充放電控制動(dòng)作)另一方面，在本實(shí)施方式所涉及的電池串13的充放電動(dòng)作中，與圖4(a)相同，如圖5(a)所示，周期性地反復(fù)執(zhí)行充電以及放電。圖5(b)是表示與電池串13的充放電動(dòng)作同時(shí)并行地，在由SOC的下限值以及上限值規(guī)定的限制窗的范圍內(nèi)執(zhí)行與容量彼此不同的小容量和大容量所涉及的電池要素38，39間的充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的充放電控制的例子。作為圖5(b)的縱軸的SOC是以電池要素15a，15b，· · · ,15η的滿充電容量為分母，以剩余電荷量為分子，用百分率來表示電池要素15a，15b，· · ·，15η的充電狀態(tài)的指標(biāo)。由此可知，如圖5(b)所表現(xiàn)的那樣，小容量所涉及的電池要素38的SOC較之大容量所涉及的電池要素39的S0C，在由SOC的下限值以及上限值規(guī)定的限制窗的范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)地變化。這是基于，不管分子(剩余電荷量)的每單位時(shí)間的變化量在小容量所涉及的電池要素38的SOC、和大容量所涉及的電池要素39的SOC中是否相同(由于公共的充放電電流流過存在于公共的電池串13內(nèi)的電池要素38，39)，分母(滿充電容量)都不同。另夕卜，圖5(c)示出了與電池串13的充放電動(dòng)作同時(shí)并行地，在由剩余電荷量Qrd的下限值以及上限值規(guī)定的限制窗的范圍內(nèi)執(zhí)行與容量彼此不同的一對(duì)電池要素38，39間的充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的充放電控制的例子。在圖5(c)的例子中，在時(shí)刻tl t4的區(qū)間中的電池串13的充電動(dòng)作中，在內(nèi)含于時(shí)刻tl t4的區(qū)間中的時(shí)刻t5，t6, t7(是預(yù)先設(shè)定為可適宜變更的時(shí)刻定時(shí))各自上，進(jìn)行了與充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的充放電控制，以使涉及一方的電池要素38的剩余電荷量的軌跡與涉及另一方的電池要素39的剩余 電荷量的軌跡重合。通過與這樣的與充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的充放電控制，將充電狀態(tài)平衡調(diào)整前的多個(gè)電池要素15a, 15b, · · · , 15η的剩余電荷量如圖6(a)、(b)所示,調(diào)整為與剩余電荷量Qrd的平均值Qav —致。 [電池系統(tǒng)11的作用效果]在本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的電池系統(tǒng)11中，SOC探測(cè)部19各個(gè)地分別探測(cè)多個(gè)電池要素15a，15b，· · ·，15η的SOC。剩余電荷量運(yùn)算部23基于從滿充電容量信息存儲(chǔ)部21取得的與多個(gè)電池要素15a，15b，· · ·，15η的滿充電容量Qfl相關(guān)的滿充電容量信息、以及由SOC探測(cè)部19各個(gè)地分別探測(cè)出的電池要素15a，15b，· · ，1511的50(，來各個(gè)地分別運(yùn)算多個(gè)電池要素15a，15b，· · ·，15η的剩余電荷量Qrd。充放電控制部27基于由剩余電荷量運(yùn)算部23各個(gè)地分別運(yùn)算出的多個(gè)電池要素15a，15b，· · ·，15η的剩余電荷量Qrd,使多個(gè)電池要素15a, 15b, · · · , 15η執(zhí)行各自分別的充電或放電。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的電池系統(tǒng)11，由于基于電池要素15的剩余電荷量Qrd(單位；C)來使多個(gè)電池要素15進(jìn)行各自分別的充電或放電，因此即使在電池串13中嵌入有容量彼此不同的電池要素38，39的情況下，也能適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行與多個(gè)電池要素15間的充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的充放電控制。另外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的電池系統(tǒng)11，由于各個(gè)地分別運(yùn)算多個(gè)電池要素15的與過?；虿蛔阆嚓P(guān)的電荷量以使得多個(gè)電池要素15間的剩余電荷量的差分相對(duì)于目標(biāo)值收斂于規(guī)定的范圍，并依照這樣求出的與過?；虿蛔阆嚓P(guān)的電荷量來使多個(gè)電池要素15進(jìn)行各自分別的充電或放電，因此能相對(duì)于目標(biāo)值高精度且適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行與多個(gè)電池要素15間的充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的充放電控制。另外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的電池系統(tǒng)11，由于一方面使多個(gè)電池要素15中的電荷量不足的電池要素進(jìn)行充電，另一方面使電荷量過剩的電池要素進(jìn)行放電，因此能通過現(xiàn)實(shí)的執(zhí)行手段來適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行與多個(gè)電池要素15間的充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的充放電控制。另外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的電池系統(tǒng)11，由于過剩不足電荷量運(yùn)算部25各個(gè)地分別運(yùn)算多個(gè)電池要素15的與過?；虿蛔阆嚓P(guān)的電荷量以使得多個(gè)電池要素15間的剩余電荷量Qrd的差分大致成為零，因此，即使在電池串13中嵌入有容量彼此不同的電池要素38，39的情況下，也能切實(shí)地進(jìn)行與多個(gè)電池要素15間的充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的充放電控制。
[其他實(shí)施方式]以上說明的實(shí)施方式只是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體化的一例。因此，不能將它們解釋為是對(duì)本發(fā)明的技術(shù)范圍的限定。這是由于，本發(fā)明能不脫離其主旨或主要的特征而以各種形式來實(shí)施。例如，盡管在本實(shí)施方式中，例示說明了電池單元(單電池)來作為本發(fā)明所涉及的電池要素15a，15b，· · ·，15η，但本發(fā)明不限于此例。還可以使用串聯(lián)或并聯(lián)(包含串聯(lián)以及并聯(lián)的組合)地組合多個(gè)電池單元(單電池)而得到的組電池來作為本發(fā)明所涉及的電池要素 15a, 15b, · · · , 15η。另外，盡管在本實(shí)施方式中，例示說明了進(jìn)行針對(duì)多個(gè)電池要素15a，15b，· · ·，15η的充電電流的調(diào)整的充放電電路29，但本發(fā)明不限于該例?？梢圆捎猛ㄟ^在電池要素15a的一對(duì)端子15al，15a2間連接電阻器等負(fù)載來進(jìn)行放電電流的調(diào)整的充放電電路29的構(gòu)成。
另外，盡管在本實(shí)施方式的圖3以及圖4中，舉了對(duì)于多個(gè)電池要素15中的任意一個(gè)的、在相對(duì)于目標(biāo)值(在圖3以及圖4的例子中，剩余電荷量Qrd的平均值Qav)的剩余電荷量Qrd的偏離量不脫離規(guī)定的范圍的定時(shí)進(jìn)行與充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的充放電控制的例子，但本發(fā)明不限于該例。可以如本實(shí)施方式的圖5(c)所示，采用在預(yù)先可適當(dāng)變更地進(jìn)行設(shè)定的時(shí)刻定時(shí)t5，t6，t6，進(jìn)行與充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的充放電控制的構(gòu)成。若采用這樣的構(gòu)成，即使在采用了無周期性的獨(dú)自的充放電模式的情況下，也能進(jìn)行與充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的充放電控制的運(yùn)用。另外，盡管在本實(shí)施方式中，舉了將多個(gè)電池要素15a，15b，· · ·，15η的剩余電荷量Qrd的平均值Qav設(shè)定為與充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的目標(biāo)值的例子進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于此。例如，還可以采用將多個(gè)電池要素15a，15b，· · · ,15η的剩余電荷量Qrd的最小值或最大值中的任意一個(gè)設(shè)定為與充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的目標(biāo)值的形式。假設(shè)在采用了在多個(gè)電池要素15a，15b，· · ·，15η的剩余電荷量Qrd中將最小值設(shè)定為與充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的目標(biāo)值的形式的情況下，通過主要進(jìn)行電池要素的放電來執(zhí)行充電狀態(tài)平衡調(diào)整即可。另外，在采用了在多個(gè)電池要素15a，15b，· · ·，15η的剩余電荷量Qrd中將最大值設(shè)定為與充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的目標(biāo)值的形式的情況下，通過主要進(jìn)行電池要素的充電來執(zhí)行充電狀態(tài)平衡調(diào)整即可。另外，盡管在本實(shí)施方式中，僅在內(nèi)部處理剩余電荷量運(yùn)算部23的輸出值，但也可以采用將該輸出值積極地面向外部進(jìn)行顯示或者通過通信等進(jìn)行輸出的構(gòu)成。若采用這樣的構(gòu)成，則能從外部知道基于本控制的充電狀態(tài)平衡調(diào)整的進(jìn)行狀況或完成狀況，從而能例如在基于本控制的充電狀態(tài)平衡調(diào)整未完成的情況下限制充放電負(fù)載，進(jìn)行防止因迂回電流通過電路29而疊加到負(fù)載電流從而在電池要素15中流過過電流等運(yùn)用。
權(quán)利要求
1.一種電池系統(tǒng)，具備將由單電池或組電池構(gòu)成的多個(gè)電池要素串聯(lián)連接而構(gòu)成的電池串，其特征在于，具備 充電狀態(tài)探測(cè)部，其各個(gè)地分別探測(cè)所述多個(gè)電池要素的充電狀態(tài)(SOC);和 充放電控制部，其基于所述電池要素的滿充電容量、以及由所述充電狀態(tài)探測(cè)部各個(gè)地分別探測(cè)出的所述電池要素的充電狀態(tài)，使所述多個(gè)電池要素進(jìn)行各自分別的充電或放電， 所述充放電控制部在空載狀態(tài)下，使所述多個(gè)電池要素進(jìn)行各自分別的充電或放電，使得在放電終止?fàn)顟B(tài)附近，所述多個(gè)電池要素的各自的所述充電狀態(tài)之間沒有差且大致相等，且在滿充電狀態(tài)附近，所述多個(gè)電池要素的各自之間的所述充電狀態(tài)的差相對(duì)變大。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電池系統(tǒng)，其特征在于， 所述電池系統(tǒng)還具備 剩余電荷量運(yùn)算部，其基于所述電池要素的滿充電容量、以及由所述充電狀態(tài)探測(cè)部各個(gè)地分別探測(cè)出的所述電池要素的充電狀態(tài)，各個(gè)地分別運(yùn)算所述多個(gè)電池要素的剩余電荷量， 所述充放電控制部基于由所述剩余電荷量運(yùn)算部各個(gè)地分別運(yùn)算出的所述多個(gè)電池要素的剩余電荷量，使所述多個(gè)電池要素進(jìn)行各自分別的充電或放電。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池系統(tǒng)，其特征在于， 所述電池系統(tǒng)還具備 過剩不足電荷量運(yùn)算部，其各個(gè)地分別運(yùn)算所述多個(gè)電池要素的與過剩或不足相關(guān)的電荷量，使得所述多個(gè)電池要素間的剩余電荷量的差分大致成為零。
4.根據(jù)權(quán)利要求I 3中任一項(xiàng)所述的電池系統(tǒng)，其特征在于， 所述電池要素的類別是鋰離子二次電池。
全文摘要
即使在電池串中嵌入有容量彼此不同的電池要素的情況下，也適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行與多個(gè)電池要素間的充電狀態(tài)平衡調(diào)整相關(guān)的充放電控制。SOC探測(cè)部(19)各個(gè)地分別探測(cè)多個(gè)電池要素(15)的SOC(充電度)。剩余電荷量運(yùn)算部(23)基于從滿充電容量信息存儲(chǔ)部(21)取得的與多個(gè)電池要素(15)的滿充電容量(Qf1)相關(guān)的滿充電容量信息、以及由SOC探測(cè)部(19)各個(gè)地分別探測(cè)出的電池要素(15)的SOC，各個(gè)地分別運(yùn)算多個(gè)電池要素(15)的剩余電荷量(Qrd)。充放電控制部(27)基于由剩余電荷量運(yùn)算部(23)各個(gè)地分別運(yùn)算出的多個(gè)電池要素(15)的剩余電荷量(Qrd)，使多個(gè)電池要素(15)進(jìn)行各自分別的充電或放電。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102891506SQ20121004071
公開日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月19日
發(fā)明者巖澤寬, 本田光利 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所