JP6546554B2 - 蓄電システム - Google Patents
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Description
図1に本実施形態の蓄電システムの電気的構成を示す。蓄電システム10は、組電池11を備えている。蓄電システム10は、具体的には、電気自動車やハイブリッド自動車などの車両に搭載され、車両に搭載されているモータなどの負荷100に対して組電池11から電力供給を実施する。また、蓄電システム10は、電源101から電力供給をされることで、組電池11に対する充電を実施する。なお、電源101は、具体的には、車両外部の商用電源や、車両に搭載されている発電機などである。
I=I1+I2
という関係を有する。さらに、電池群C1と可変抵抗回路R1との直列接続体の端子間電圧V1と、電池群C2と可変抵抗回路R2との直列接続体の端子間電圧V2とは、
V1=OCV1−I1・(Ri1+R1)
V2=OCV2−I2・(Ri2+R2)
という関係を有する。ここで、V1=V2=Vであるため、R1=R2=0とすると、充放電電流I1,I2は、
I1=(OCV1−OCV2+I・Ri1)/(Ri1+Ri2)
I2=I−I1
として算出することができる。
ΔSOC1=∫I1・dt/Af1
ΔSOC2=∫I2・dt/Af2
として算出することができる。ここで、Af1,Af2は、各電池群C1,C2の満充電容量である。
I1*=I・SOC1/(SOC1+SOC2)
I2*=I・SOC2/(SOC1+SOC2)
として設定する。
I1:I2=Ri2+R2:Ri1+R1
という関係を有する。また、目標値I1*,I2*は、
I1*:I2*=SOC1:SOC2
という関係を有する。
Ri1+R1:Ri2+R2=SOC2:SOC1
という関係が成立するように可変抵抗回路R1,R2の抵抗値R1,R2を設定するとよい。具体的には、R1及びR2のうち一方を0としつつ、他方が正の値となるように、
R1=0,R2=Ri1・SOC1/SOC2−Ri2(>0)
または、
R1=Ri2・SOC2/SOC1−Ri1(>0),R2=0
と設定する。
I1*=I・(100−SOC1)/(200−SOC1−SOC2)
I2*=I・(100−SOC2)/(200−SOC1−SOC2)
として設定する。なお、上記式において、SOC1,SOC2は百分率として表している。
I1:I2=Ri2+R2:Ri1+R1
という関係を有する。また、目標値I1*,I2*は、
I1*:I2*=100−SOC1:100−SOC2
という関係を有する。このため、
Ri1+R1:Ri2+R2=100−SOC2:100−SOC1
という関係が成立するように可変抵抗回路R1,R2の抵抗値R1,R2を設定するとよい。具体的には、R1及びR2のうち一方を0としつつ、他方が正の値となるように、
R1=0,R2=Ri1・(100−SOC1)/(100−SOC2)−Ri2(>0)
または、
R1=Ri2・(100−SOC2)/(100−SOC1)−Ri1(>0),R2=0
と設定する。
図7に第2実施形態における電気的構成を示す。図1に示す第1実施形態における電気的構成と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
第1実施形態の図6に示すフローチャートのステップS31において、電池群C1,C2の開放端電圧OCV1,OCV2が等しいとみなして、可変抵抗回路R1,R2の抵抗値R1,R2を設定する構成とした。これを変更してもよい。
OCV1−I1・Ri1=OCV2−I2(Ri2+R2)…(1)
という関係を有する。ここで、
I=I1+I2
であるため、式(1)は、
OCV1−I1・Ri1=OCV2−(I−I1)(Ri2+R2)
と変形できる。さらに、
−(Ri1+Ri2+R2)I1=OCV2−I(Ri2+R2)−OCV1
と変形できるため、充放電電流I1は、
I1=(OCV1−OCV2+I(Ri2+R2))/(Ri1+Ri2+R2)
と表すことができる。さらに、充放電電流I2は、
I2=I−I1
=(−OCV1+OCV2+I・Ri1)/(Ri1+Ri2+R2)
と表すことができる。
I1*:I2*=SOC1:SOC2
という関係を有する。このため、充放電電流I1,I2を目標値I1*,I2*とするには、
SOC1・I2=SOC2・I1…(2)
を満たすように可変抵抗回路R2の抵抗値R2を設定するとよい。即ち、式(2)に上記I1,I2を代入すると、
SOC1・(−OCV1+OCV2+I・Ri1)/(Ri1+Ri2+R2)=SOC2・(OCV1−OCV2+I(Ri2+R2))/(Ri1+Ri2+R2)
となり、さらに変形して、
SOC1・(−OCV1+OCV2+I・Ri1)=SOC2・(OCV1−OCV2+I(Ri2+R2))
となり、さらに変形して、
(OCV1−OCV2+I(Ri2+R2))=(SOC1/SOC2)・(−OCV1+OCV2+I・Ri1)
となり、さらに変形して、
(Ri2+R2)=1/I((SOC1/SOC2)・(−OCV1+OCV2+I・Ri1)−(OCV1−OCV2))
となる。
R2=1/I((SOC1/SOC2)・(−OCV1+OCV2+I・Ri1)−(OCV1−OCV2)−Ri2
と設定することで、電池群C1,C2の開放端電圧OCV1,OCV2が互いに大きく異なる場合であっても、電池群C1,C2の充電率SOC1,SOC2をともに0%になるまで放電を行うことが可能になる。
・上記実施形態では、組電池11が備える電池群の数を「2」としているが、これを変更し、電池群の数を2以上の任意の自然数としてもよい。また、電池群C1,C2がそれぞれ備える電池セルの数を「8」としているが、電池群がそれぞれ備える電池セルの数を任意の自然数に変更してもよい。また、可変抵抗回路R1,R2がそれぞれ備える抵抗素子及びスイッチの数を「5」としているが、可変抵抗回路R1,R2がそれぞれ備える抵抗素子及びスイッチの数を任意の自然数に変更してもよい。
Claims (9)
- 並列接続された複数の蓄電素子(C1,C2)を備える蓄電システム(10)であって、
前記蓄電素子にそれぞれ直列接続され、抵抗値が可変である可変抵抗回路(R1,R2)と、
前記蓄電システムの放電時において、全ての前記蓄電素子の充電率が第1所定値以上である場合、全ての前記可変抵抗回路の抵抗値を最小に設定するとともに、前記複数の蓄電素子のいずれかの充電率が前記第1所定値未満である場合、前記蓄電素子の充電率が小さいほど、その蓄電素子に対し小さな放電電流が流れるように、前記可変抵抗回路の抵抗値をそれぞれ設定する放電制御と、
前記蓄電システムの充電時において、全ての前記蓄電素子の充電率が第2所定値以下である場合、全ての前記可変抵抗回路の抵抗値を最小に設定するとともに、前記複数の蓄電素子のいずれかの充電率が前記第2所定値より大きい場合、前記蓄電素子の充電率が大きいほど、その蓄電素子に対し小さな充電電流が流れるように、前記可変抵抗回路の抵抗値をそれぞれ設定する充電制御と、
のうち少なくとも一方の制御を実施する制御部(50)と、を備えることを特徴とする蓄電システム。 - 前記可変抵抗回路は、1又は複数の抵抗素子(R11〜R15,R21〜R25)と、その抵抗素子とそれぞれ並列接続されているスイッチング素子(SW11〜SW15,SW21〜SW25)と、から構成されており、前記スイッチング素子が全てオン状態とされることで、前記可変抵抗回路の抵抗値が最小に設定されることを特徴とする請求項1に記載の蓄電システム。
- 前記制御部は、前記放電制御を実施するものであって、前記複数の蓄電素子のいずれかの充電率が前記第1所定値未満である場合、前記複数の蓄電素子の各充電率、及び、前記複数の蓄電素子の各内部抵抗に基づいて、前記可変抵抗回路の抵抗値を設定することを特徴とする請求項1又は2に記載の蓄電システム。
- 前記制御部は、前記充電制御を実施するものであって、前記複数の蓄電素子のいずれかの充電率が前記第2所定値より大きい場合、前記複数の蓄電素子の各充電率、及び、前記複数の蓄電素子の各内部抵抗に基づいて、前記可変抵抗回路の抵抗値を設定することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の蓄電システム。
- 前記制御部は、各蓄電素子において、満充電容量の初期値に対する満充電容量の現在値との比率を表す値である容量維持率に基づいて、前記蓄電素子の内部抵抗を算出することを特徴とする請求項3又は4に記載の蓄電システム。
- 前記制御部は、前記放電制御を実施するものであって、
前記複数の蓄電素子のいずれかにおいて、放電が許容される電力である放電許容電力が、その蓄電素子から放電されている放電電力を下回る場合に、前記複数の蓄電素子のいずれかの充電率が前記第1所定値未満であると判定することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の蓄電システム。 - 前記制御部は、前記充電制御を実施するものであって、
前記複数の蓄電素子のいずれかにおいて、充電が許容される電力である充電許容電力が、その蓄電素子に充電されている充電電力を下回る場合に、前記複数の蓄電素子のいずれかの充電率が前記第2所定値より大きいと判定することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の蓄電システム。 - 前記蓄電システムは、前記複数の蓄電素子毎にその蓄電素子を冷却する冷却装置(21,22)を備え、
前記蓄電素子は、二次電池であり、
前記制御部は、前記放電制御を実施するものであって、前記複数の蓄電素子のいずれかの充電率が前記第1所定値より小さい場合、その蓄電素子の充電率が小さいほど、その蓄電素子の温度が低くなるように前記冷却装置による冷却を実施することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の蓄電システム。 - 前記蓄電システムは、前記複数の蓄電素子毎にその蓄電素子を冷却する冷却装置(21,22)を備え、
前記蓄電素子は、二次電池であり、
前記制御部は、前記充電制御を実施するものであって、前記複数の蓄電素子のいずれかの充電率が前記第2所定値より大きい場合、その蓄電素子の充電率が大きいほど、その蓄電素子の温度が低くなるように前記冷却装置による冷却を実施することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の蓄電システム。
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