WO2023105280A1 - 電池制御システム及び電池制御方法 - Google Patents

電池制御システム及び電池制御方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a battery control system and a battery control method capable of executing balancing for equalizing the remaining discharge capacity of secondary batteries.
  • a battery control device that includes a controller that discharges each battery cell to a uniform charging rate SOC G (for example, Patent Document 1 (paragraph [ 0038], [0049] to [0064], see FIG. 2)).
  • This controller acquires the voltage value of each battery cell and calculates the SOC from the acquired voltage value.
  • the uniform charging rate SOC G is the minimum measured SOC of each battery cell. Then, the SOC of each battery cell is adjusted to the uniform charging rate SOC G by discharging each battery cell to lower the voltage.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a battery control system and a battery control method that can suppress the difference in capacity of each battery after balancing.
  • pre-discharging is performed to discharge all batteries by at least the amount of power that the open-circuit voltage switches from the open-circuit voltage during charging to the open-circuit voltage during discharging, and pre-discharging is performed.
  • the above problem is solved by performing balancing based on the voltage of the subsequent battery.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a battery control system according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a circuit diagram extracting and showing a controller, a voltage sensor, and a discharge mechanism in the battery control system according to this embodiment.
  • FIG. 3 is a graph explaining the hysteresis of the secondary battery according to this embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart showing procedures of a battery control method by the battery control system according to this embodiment.
  • FIG. 5 is a graph for explaining changes in the cell voltage of the secondary battery in the battery control method according to this embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a battery control system according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a circuit diagram extracting and showing a controller, a voltage sensor, and a discharge mechanism in the battery control system according to this embodiment.
  • FIG. 1 shows one secondary battery (battery cell) for convenience, but as shown in FIG. 2, a battery group (battery module) in the present embodiment includes a plurality of secondary batteries. I'm in.
  • the battery control system 1 may include a charging device and the like not shown in FIGS. 1 and 2 .
  • the battery control system 1 includes a controller 10, a voltage sensor 11, a current sensor 12, a DCDC converter 13, and a discharge mechanism 14.
  • Controller 10 is a battery control unit (BCU).
  • the controller 10 manages the state of the secondary battery 21 based on the detected voltage detected by the voltage sensor 11 and/or the detected current detected by the current sensor 12, and controls the state of the secondary battery 21 according to the state.
  • the SOC usage range of the secondary battery 21 is determined.
  • the controller 10 includes a memory such as ROM or RAM, a processor such as CPU, and the like.
  • the voltage sensor 11 is a sensor for detecting the voltage across the terminals of the secondary battery 21 . As shown in FIGS. 1 and 2, the voltage sensor 11 is connected between wires connected to the positive and negative electrodes of the secondary battery 21 .
  • the current sensor 12 is a sensor for detecting input/output current of the secondary battery 21 .
  • the current sensor 12 is connected to wiring connected to the positive electrode or the negative electrode of the secondary battery 21 .
  • the voltage sensor 11 and current sensor 12 detect the state of the battery and output the detected values to the controller 10 .
  • the battery control system 1 may have a temperature sensor that detects the temperature of the secondary battery 21 .
  • the battery control system 1 outputs the temperature of the secondary battery 21 detected by the temperature sensor to the controller 10 .
  • the DCDC converter 13 is a power conversion device that converts the voltage input from the secondary battery 21 into a predetermined voltage and outputs power to a load such as a motor.
  • the DCDC converter 13 is also a power conversion device that converts a voltage input from a load such as a motor or a charging device into a predetermined voltage and outputs power to the secondary battery 21 .
  • This DCDC converter 13 is controlled by the controller 10 .
  • a secondary battery 21 is connected to the input side of the DCDC converter 13 , and a load is connected to the output side of the DCDC converter 13 .
  • the load is a power grid or the like. That is, the secondary battery 21 is connected to the load via the DCDC converter 13 .
  • the discharge mechanism 14 is a circuit for discharging the secondary battery 21.
  • the discharge mechanism 14 is electrically connected to the positive and negative electrodes of the secondary battery 21 , and one discharge mechanism 14 is connected to one secondary battery 21 .
  • the discharge mechanism 14 has a resistor R and a switch S electrically connected to the resistor R in series.
  • the switch S is on/off-controlled by the controller 10 , and when the controller 10 turns on the switch S, the secondary battery 21 is discharged and current flows through the discharge mechanism 14 .
  • the discharge mechanism 14 is used for balancing as well as for pre-discharging performed prior to the balancing.
  • the battery group 2 includes a plurality of secondary batteries 21.
  • the secondary battery 21 is a battery whose open circuit voltage (OCV) during charging is higher than its open circuit voltage during discharging, and is, for example, a lithium ion secondary battery.
  • OCV open circuit voltage
  • the lithium ion secondary battery include, but are not limited to, those using silicon or an active material containing silicon as the negative electrode active material, or using an active material containing sulfur as the positive electrode active material. can be exemplified.
  • an electrolytic solution lithium ion secondary battery may be used, or an all-solid lithium ion secondary battery may be used.
  • the positive electrode of such a secondary battery 21 is electrically connected to the negative electrode of another secondary battery 21 via a busbar, although not shown. That is, the plurality of secondary batteries 21 are modularized by being connected to other secondary batteries 21 via busbars.
  • the secondary battery 21 is electrically connected to the charging device.
  • a charging device connected to secondary battery 21 is, for example, a device for charging secondary battery 21 mounted in an electric vehicle or a hybrid vehicle.
  • the secondary battery 21 mounted on the vehicle is charged by taking out the charging cable of the charging device, attaching the charging gun at the tip of the charging cable to the connector of the charging port of the vehicle, and then operating the charging start switch.
  • the controller 10 manages the state of charge (SOC) of the secondary battery 21 included in the battery group 2, and controls the DCDC converter 13 and the charging device so that the state of charge of the secondary battery 2 reaches a target state of charge. control each.
  • SOC state of charge
  • the secondary battery 2 is electrically connected to a load such as a motor as described above.
  • the load is a device that operates using the power of the secondary battery 2, and includes a motor that serves as a drive source for the vehicle, auxiliary equipment such as an air conditioner and a light, and the like.
  • the discharge of the secondary battery 2 is performed under the control of the controller 10 according to a system request or an external power request.
  • a system request corresponds to a command from an in-vehicle computer such as an ECU while the vehicle is running.
  • an in-vehicle computer such as an ECU while the vehicle is running.
  • an external device such as a mobile terminal so that the temperature inside the vehicle is appropriate when the vehicle starts running.
  • a command from the device corresponds to an external power request.
  • VGI Vehicle Grid Integration
  • FIG. 3 is a graph explaining the hysteresis of the secondary battery according to this embodiment.
  • the vertical axis of the graph in FIG. 3 indicates the cell voltage of the secondary battery 21, and the horizontal axis indicates the state of charge (SOC).
  • a curve Vc indicates the open circuit voltage when the secondary battery 21 is charged, and a curve Vd indicates the open circuit voltage when the secondary battery 21 is discharged.
  • the open circuit voltage Vc during charging is higher than the open circuit voltage Vd during discharging even if the SOC is the same. Become. If balancing is performed without considering this hysteresis, the secondary battery after discharge and the secondary battery after charge will coexist due to hysteresis. When the difference Vc-Vd between Vc and Vd at the same SOC is large (the width of hysteresis is large), the cell voltages of the battery cells deviate greatly after equalizing the SOCs by balancing.
  • pre-discharging is performed to discharge the battery by at least the amount of power required for the open-circuit voltage to switch from the open-circuit voltage during charging to the open-circuit voltage during discharging.
  • Balancing is performed based on the voltage of the battery after performing the discharge. That is, before balancing, the hysteresis of all the secondary batteries 21 is made equal to the hysteresis during discharge, thereby suppressing the difference in capacity of each battery after balancing.
  • a battery control method for the secondary battery 21 using such a battery control system 1 will be described below.
  • FIG. 4 is a flow chart showing the procedure of the battery control method by the battery control system according to this embodiment.
  • the controller 10 determines whether or not the secondary battery 21 has been left undischarged (preliminary charge/discharge state determination step). Whether or not the secondary battery 21 has been discharged can be determined from the history of current detection values output from the current sensor 12 to the controller 10 before step S1 is executed.
  • the controller 10 in this embodiment corresponds to an example of the "preliminary charge/discharge state determination means" in the present invention.
  • the state in which the secondary battery 21 is left undischarged means, for example, after the power supply from the secondary battery 21 to the load as described above is stopped, the secondary battery 21 is neither discharged nor charged. It refers to a state in which the battery 21 is left unattended.
  • the state in which the secondary battery 21 has not been left after being discharged means, for example, a state in which the secondary battery 21 has been left without being discharged or charged after being charged. , refers to the state immediately after the secondary battery 21 is charged.
  • step S1 when the controller 10 determines that the secondary battery 21 is not in a state of being left after discharging (for example, when determining that the secondary battery 21 is in a state of being charged), the process proceeds to step S2.
  • the controller 10 determines the difference (Vc-Vd) between the open circuit voltage of the secondary battery 21 during charging and the open circuit voltage of the secondary battery 21 during discharging in the state of charge (SOC) of the secondary battery 21. It is determined whether or not it is equal to or less than the value (hysteresis width confirmation step).
  • the controller 10 in this embodiment corresponds to an example of "hysteresis width confirmation means" in the present invention.
  • the difference (Vc-Vd) may be small depending on the SOC range.
  • the divergence of the cell voltages of the secondary batteries 21 after balancing is unlikely to increase, there is no need to perform pre-discharge in step S3, which will be described later.
  • the secondary battery 21 can be prevented from being excessively discharged, the remaining discharge capacity of the secondary battery 21 can be prevented from decreasing.
  • the difference (Vc-Vd) is calculated as follows. That is, first, before executing the battery control method of the present embodiment, the open circuit voltage Vc during charging and the open circuit voltage Vd during discharging with respect to the SOC of the secondary battery 21 are measured in advance. Then, in step S2, the controller 10 acquires the open circuit voltage of the secondary battery 21 from the voltage sensor 11 and calculates the SOC from the acquired open circuit voltage. Since the open circuit voltages Vc and Vd for each SOC of the secondary battery 21 are known values from the above measurements, the difference (Vc-Vd) corresponding to the SOC of the secondary battery 21 can be calculated.
  • the SOC interval in which the open circuit voltage difference (Vc-Vd) is equal to or less than a predetermined value can be, for example, an SOC of 40% to 60%, preferably 45% to 55%. be able to.
  • step S2 if the controller 10 determines that the difference (Vc-Vd) between the open circuit voltage of the secondary battery 21 during charge and the open circuit voltage of the secondary battery 21 during discharge is greater than a predetermined value, step In S3, the controller 10 pre-discharges the secondary battery 21 (pre-discharge step).
  • pre-discharging means discharging the secondary battery 21 by at least the amount of electric power that switches the open circuit voltage from the open circuit voltage during charging to the open circuit voltage during discharging.
  • the controller 10 discharges the secondary battery 21 by turning on the switch S of the discharge mechanism 14 . This pre-discharge allows the open circuit voltage of the secondary battery 21 to be the open circuit voltage Vd during discharge.
  • the discharge mechanism 14 in this embodiment corresponds to an example of the "pre-discharge means" in the present invention.
  • the discharge mechanism 14 is used as the pre-discharge means, but it is not limited to this.
  • the battery control system 1 may have pre-discharging means separately from the discharging mechanism 14 .
  • the amount of power discharged in the pre-discharge varies depending on the type and capacity of the battery. Therefore, it is preferable to calculate this amount of power by discharging the secondary battery 21 and measuring the change in cell voltage in advance before executing the battery control method of the present embodiment.
  • Pre-discharging may be performed only for secondary batteries 21 determined to be secondary batteries 21 having an open-circuit voltage at the time of charging, but the open-circuit voltage of all secondary batteries 21 is ensured. It is preferable to perform the test for all the secondary batteries 21 in order to obtain an open circuit voltage during discharge. In particular, by performing this pre-discharging on the secondary battery 21 after charging, after balancing, the secondary battery 21 having an open-circuit voltage during charging and the secondary battery 21 having an open-circuit voltage during discharging. can be effectively prevented from being mixed with.
  • the secondary battery 21 After pre-discharging the secondary battery 21 in step S3, the secondary battery 21 waits to relax in step S4. By waiting for relaxation, the cell voltage can be obtained more accurately.
  • step S4 When the controller 10 determines in step S1 that the secondary battery 21 is in a state of being left after discharging, the secondary battery 21 is relaxed in step S4. Specifically, the secondary battery 21 is put on standby to relax.
  • relaxation means to leave the secondary battery 21 for a predetermined period of time in a state in which charging and discharging of the secondary battery 21 are stopped.
  • This predetermined time can be, for example, the time required for the amount of change in the cell voltage of the secondary battery 21 per unit time to fall below a predetermined value.
  • the time required for relaxation varies depending on the type of secondary battery and the degree of deterioration, but can be, for example, 30 minutes to 12 hours. Note that if the secondary battery 21 has been left after being charged, and if the remaining time is sufficient for the relaxation of the secondary battery 21, step S4 may be omitted.
  • step S3 by determining whether or not pre-discharging (step S3), which will be described later, is necessary, pre-discharging is not performed when pre-discharging is not necessary, thereby preventing the secondary battery 21 from being excessively discharged. can. Therefore, it is possible to prevent the remaining discharge capacity of the secondary battery 21 from decreasing.
  • step S5 the controller 10 specifically determines the amount of discharge required for the secondary batteries 21 other than the secondary battery 21 with the minimum capacity to reach the same capacity as the secondary battery with the minimum capacity. calculate.
  • step S6 the secondary battery 21 is discharged by the calculated discharge amount (passive balancing step).
  • FIG. 5 is a graph for explaining changes in the cell voltage of the secondary battery in the battery control method according to this embodiment.
  • FIG. 5 exemplifies changes in cell voltages of four cells A to D. As shown in FIG. 5(a) shows the cell voltage before pre-discharge, FIG. 5(b) shows the cell voltage after pre-discharge, and FIG. 5(c) shows the cell voltage after balancing.
  • the cell voltages of the cells A to D decrease due to pre-discharge.
  • the cell D with the lowest cell voltage is the cell with the minimum capacity. Therefore, in this example, based on the voltage difference between the cell voltages of cells A to C and the cell voltage VD of cell D, the cell voltages of cells A to C and the cell voltage VD of cell D are the same.
  • a discharge amount to be used as a value is calculated for each of the cells A to C.
  • the cell voltages of the cells A to C are matched with the cell voltage of the cell D by discharging the cells A to C by the calculated amount of discharge. Thereby, the remaining discharge capacities of the cells A to D can be made substantially uniform.
  • a method of matching the remaining discharge capacities of other secondary batteries 21 to the secondary battery 21 with the minimum capacity is exemplified as passive balancing, but the present invention is not limited to this.
  • a method is used in which the controller 10 calculates the average value of the cell voltages of all the secondary batteries 21, discharges only the secondary batteries 21 having cell voltages exceeding this average value, and adjusts the cell voltages to the average value.
  • You may Active balancing may also be used as a balancing method.
  • the circuit for active balancing although not shown, a general balancing circuit for active balancing can be used.
  • the SOC can be accurately adjusted by discharging the batteries by the pre-discharging means before executing the balancing.
  • the relaxation time of the battery voltage becomes longer due to deterioration, etc., or if the resistance increases, it may not be possible to say that the remaining discharge capacity of a battery with a high cell voltage is large.
  • the battery control system 1 and the battery control method of the present embodiment once the discharge is performed in advance, the resistance of the secondary battery 21 increases due to deterioration, and the voltage relaxation time increases. Even when the time is lengthened, the lower the battery voltage is, the lower the battery capacity is, so the capacity can be adjusted more accurately.

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Abstract

充電時の開回路電圧が放電時の開回路電圧より大きい二次電池（２１）を複数含む 電池群（２）において、他の電池の残放電容量よりも大きい残放電容量を有する電池 を放電させることで、電池間の残放電容量のバランシングを実行する放電機構（１４ ）を備えた電池制御システム（１）であって、電池制御システムは、バランシングの 前に、少なくとも開回路電圧が充電時の開回路電圧から放電時の開回路電圧に切替わ る電力量だけ前記電池を放電する事前放電を実行するコントローラ（１０）を備え、 放電機構（１４）は、コントローラ（１０）により事前放電を実行した後の前記電池 の電圧に基づいて、バランシングを実行する。

Description

電池制御システム及び電池制御方法
　本発明は、二次電池の残放電容量を均一化するバランシングを実行することが可能な電池制御システム及び電池制御方法に関するものである。
　本出願は、２０２１年１２月６日に出願された日本国特許出願の特願２０２１−１９７８８０に基づく優先権を主張するものであり、文献の参照による組み込みが認められる指定国については、上記の出願に記載された内容を参照により本出願に組み込み、本出願の記載の一部とする。
　電池セル間のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ　ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ）のばらつきを解消するために、各電池セルを均一充電率ＳＯＣＧまで放電させるコントローラを備えるバッテリ制御装置が知られている（例えば、特許文献１（段落［００３８］、［００４９］~［００６４］、第２図）参照）。このコントローラは、各電池セルの電圧値を取得し、取得した電圧値からＳＯＣを算出する。均一充電率ＳＯＣＧは、各電池セルの測定したＳＯＣの最小値である。そして、各電池セルを放電させて電圧を低下させることによって、各電池セルのＳＯＣを均一充電率ＳＯＣＧに調整する。
特開２０１０−８１７３２号公報
　しかしながら、上記のバッテリ制御装置では、電池がヒステリシスを有する点が考慮されておらず、ＳＯＣを均一化させた後、電池セル間でセル電圧が大きく乖離することがあり、各電池の容量差が大きいという問題がある。
　本発明が解決しようとする課題は、バランシング後の各電池の容量差を抑制できるバッテリー制御システム及びバッテリー制御方法を提供することである。
　本発明は、バランシングの前に、少なくとも開回路電圧が充電時の開回路電圧から放電時の開回路電圧に切替わる電力量だけ全ての電池を放電する事前放電を実行し、事前放電を実行した後の電池の電圧に基づいて、バランシングを実行することにより、上記課題を解決する。
　本発明によれば、バランシング後の各電池の容量差を抑制できる。
図１は、本実施形態に係る電池制御システムを示すブロック図である。 図２は、本実施形態に係る電池制御システムにおいて、コントローラ、電圧センサ、及び、放電機構を抽出して示した回路図である。 図３は、本実施形態に係る二次電池のヒステリシスを説明するグラフである。 図４は、本実施形態に係る電池制御システムによる電池制御方法の手順を示すフローチャートである。 図５は、本実施形態に係る電池制御方法における二次電池のセル電圧の変化を説明するグラフである。
　本実施形態に係る電池制御システム１について図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る電池制御システムを示すブロック図である。図２は、本実施形態に係る電池制御システムにおいて、コントローラ、電圧センサ、及び、放電機構を抽出して示した回路図である。なお、図１では、便宜上、１つの二次電池（電池セル）を図示しているが、図２に示すように、本実施形態における電池群（電池モジュール）は、複数の二次電池を含んでいる。また、電池制御システム１は、図１及び図２には図示されていない充電装置等を含んでいてもよい。
　図１に示すように、電池制御システム１は、コントローラ１０、電圧センサ１１、電流センサ１２、ＤＣＤＣコンバータ１３、及び、放電機構１４を備えている。コントローラ１０は、バッテリーコントロールユニット（ＢＣＵ）である。コントローラ１０は、電圧センサ１１により検出された検出電圧、及び／又は、電流センサ１２により検出された検出電流に基づき、二次電池２１の状態を管理しつつ、二次電池２１の状態に応じて二次電池２１のＳＯＣ使用範囲を決定する。コントローラ１０は、ＲＯＭ又はＲＡＭなどのメモリ、及び、ＣＰＵなどのプロセッサ等により構成されている。
　電圧センサ１１は、二次電池２１の端子間の電圧を検出するためのセンサである。図１及び図２に示すように、電圧センサ１１は、二次電池２１の正極と負極に接続された配線の間に接続されている。電流センサ１２は、二次電池２１の入出力電流を検出するためのセンサである。電流センサ１２は、二次電池２１の正極又は負極に接続された配線に接続されている。電圧センサ１１及び電流センサ１２は電池の状態を検出しており、検出した値をコントローラ１０に出力する。なお、特に図示していないが、電池制御システム１は、二次電池２１の温度を検出する温度センサを有していてもよい。電池制御システム１は、温度センサが検出した二次電池２１の温度をコントローラ１０に出力する。
　図１に示すように、ＤＣＤＣコンバータ１３は、二次電池２１から入力される電圧を、所定の電圧に変換し、モータ等の負荷に電力を出力する電力変換装置である。また、ＤＣＤＣコンバータ１３は、モータ等の負荷又は充電装置から入力される電圧を、所定の電圧に変換し、二次電池２１に電力を出力する電力変換装置でもある。このＤＣＤＣコンバータ１３は、コントローラ１０により制御される。ＤＣＤＣコンバータ１３の入力側には二次電池２１が接続されており、ＤＣＤＣコンバータ１３の出力側には負荷が接続されている。負荷は、電力網等である。すなわち、二次電池２１は、ＤＣＤＣコンバータ１３を介して負荷に接続されている。
　放電機構１４は、二次電池２１を放電させるための回路である。この放電機構１４は、二次電池２１の正極と負極に電気的に接続されており、一の二次電池２１に対して一の放電機構１４が接続されている。この放電機構１４は、抵抗体Ｒと、この抵抗体Ｒに電気的に直列に接続されたスイッチＳと、を有している。スイッチＳは、コントローラ１０によってオンオフ制御されており、コントローラ１０がスイッチＳをオンにすることにより、二次電池２１が放電して、放電機構１４に電流が流れる。本実施形態において、放電機構１４は、バランシングに使用されると共に、当該バランシングの前に実行される事前放電にも使用される。
　図１及び図２に示すように、電池群２は複数の二次電池２１を含んでいる。二次電池２１は、充電時の開回路電圧（ＯＣＶ）が放電時の開回路電圧より大きい電池であり、例えば、リチウムイオン二次電池である。このリチウムイオン二次電池としては、例えば、特に限定されないが、負極活物質として、シリコンあるいはシリコンを含有した活物質を用いたもの、あるいは、正極活物質として、硫黄を含有した活物質を用いたものを例示することができる。また、二次電池２１として、電解液リチウムイオン二次電池を使用してもよいし、全固体リチウムイオン二次電池でもよい。
　このような二次電池２１の正極は、特に図示しないが、バスバを介して他の二次電池２１の負極と電気的に接続されている。つまり、複数の二次電池２１は、他の二次電池２１とバスバを介して接続されることによって、モジュール化されている。
　二次電池２１は、充電装置に電気的に接続されている。二次電池２１に接続されている充電装置は、たとえば、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載された二次電池２１への充電を行なうための装置である。車載された二次電池２１への充電は、充電装置の充電ケーブルを取り出し、車両の充電ポートのコネクタに充電ケーブル先端の充電ガンを装着したのち、充電開始スイッチを操作することで行われる。コントローラ１０は、電池群２に含まれる二次電池２１の充電状態（ＳＯＣ）を管理しつつ、二次電池２の充電状態が目標となる充電状態になるように、ＤＣＤＣコンバータ１３及び充電装置をそれぞれ制御する。
　二次電池２は、上記の通り、モータ等の負荷に電気的に接続されている。負荷は、二次電池２の電力を使用して動作する装置であって、車両の駆動源となるモータや、エアーコンディショナーやライトなどの補器類等である。二次電池２の放電は、システム要求又は外部からの電力要求により、コントローラ１０の制御の下、実行される。システム要求は、車両走行中に、ＥＣＵなどの車載コンピュータからの指令に相当する。外部からの電力要求について、例えば、車両の走行開始時に車室内が適温になるように、携帯端末などの車外装置からの指令で、タイマー設定で車両走行前にエアーコンディショナーを動作させる場合に、車外装置からの指令が、外部からの電力要求に相当する。
　また、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載された二次電池２は、Ｖｅｈｉｃｌｅ　Ｇｒｉｄ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ（ＶＧＩ）に利用されてもよい。ＶＧＩは、二次電池２を搭載した電気自動車やハイブリッド自動車を系統接続し、二次電池２に蓄積した電力を、電力網を介して系統（負荷）に供給する技術である。
　図３は、本実施形態に係る二次電池のヒステリシスを説明するグラフである。図３のグラフの縦軸は二次電池２１のセル電圧を示し、横軸は充電状態（ＳＯＣ）を示している。また、曲線Ｖｃは、二次電池２１の充電時の開回路電圧を示しており、曲線Ｖｄは、二次電池２１の放電時の開回路電圧を示している。
　この図３に示すように、リチウムイオン二次電池等の二次電池２１では、ＳＯＣが同一であったとしても、充電時の開回路電圧Ｖｃが放電時の開回路電圧Ｖｄよりも大きくなる。このヒステリシスを考慮せずにバランシングを行うと、ヒステリシスによって放電後の二次電池と充電後の二次電池が混在することになる。同一のＳＯＣにおけるＶｃとＶｄの差Ｖｃ−Ｖｄが大きい（ヒステリシスの幅が大きい）場合、バランシングによりＳＯＣを均一化させた後、電池セル間でセル電圧が大きく乖離してしまう。このため、バランシング後、ＳＯＣの推定等のセル電圧の制御が困難になってしまったり、ヒステリシスに起因する二次電池間の電圧の乖離と計測系や電池の異常との区別が難しくなったりしてしまう。
　これに対して、本実施形態では、バランシングの前に、少なくとも開回路電圧が充電時の開回路電圧から放電時の開回路電圧に切替わる電力量だけ電池を放電する事前放電を実行し、事前放電を実行した後の電池の電圧に基づいて、バランシングを実行する。つまり、バランシングの前に、全ての二次電池２１のヒステリシスを放電時のヒステリシスに揃えることで、バランシング後の各電池の容量差を抑制する。
　以下、このような電池制御システム１を使用した二次電池２１に対する電池制御方法について説明する。
　図４は、本実施形態に係る電池制御システムによる電池制御方法の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１にて、コントローラ１０は、二次電池２１が、放電後に放置されている状態か否かを判定する（事前充放電状態判定工程）。二次電池２１が放電されていたか否かは、ステップＳ１を実行する前の、電流センサ１２からコントローラ１０に出力された電流の検出値の履歴から判断することができる。本実施形態におけるコントローラ１０が、本発明における「事前充放電状態判定手段」の一例に相当する。
　なお、放電後に放置されている状態とは、例えば、上述のような負荷への二次電池２１からの電力供給を停止した後に、二次電池２１の放電も充電も行われないまま、二次電池２１が放置されている状態のことをいう。逆に、二次電池２１が放電後に放置されてない状態とは、例えば、二次電池２１が充電された後、放電も充電も行われないまま、二次電池２１が放置されている状態や、二次電池２１が充電された直後の状態のことをいう。
　ステップＳ１にて、コントローラ１０が、二次電池２１が放電後に放置されている状態ではないと判定した場合（例えば、二次電池２１が充電後の状態であると判定した場合）、ステップＳ２にて、コントローラ１０は、二次電池２１の充電状態（ＳＯＣ）における、充電時の二次電池２１の開回路電圧と放電時の二次電池２１の開回路電圧の差（Ｖｃ−Ｖｄ）が所定値以下か否かを判定する（ヒステリシス幅確認工程）。本実施形態におけるコントローラ１０が、本発明における「ヒステリシス幅確認手段」の一例に相当する。
　図３に示すように、ＳＯＣの範囲によっては、差（Ｖｃ−Ｖｄ）が小さい場合がある。このような場合、バランシング後の二次電池２１間のセル電圧の乖離が大きくなり難いため、後述のステップＳ３の事前放電を実行する必要が無い。また、この場合、二次電池２１を余分に放電することを防止できるため、二次電池２１の残放電容量の低下を防ぐことができる。
　差（Ｖｃ−Ｖｄ）は以下のように算出される。すなわち、まず、本実施形態の電池制御方法を実行する前に、予め、二次電池２１のＳＯＣに対する、充電時の開回路電圧Ｖｃ及び放電時の開回路電圧Ｖｄを測定しておく。そして、ステップＳ２にて、コントローラ１０は、電圧センサ１１から二次電池２１の開回路電圧を取得し、取得した開回路電圧からＳＯＣを算出する。二次電池２１のＳＯＣごとの開回路電圧Ｖｃ，Ｖｄは上記の測定により既知の値となっているため、二次電池２１のＳＯＣに応じた差（Ｖｃ−Ｖｄ）を算出できる。
　特に限定されないが、開回路電圧の差（Ｖｃ−Ｖｄ）が所定値以下となるＳＯＣ区間としては、例えば、ＳＯＣが４０％~６０％とすることができ、好ましくは４５％~５５％とすることができる。
　ステップＳ２にて、コントローラ１０が、充電時の二次電池２１の開回路電圧と放電時の二次電池２１の開回路電圧の差（Ｖｃ−Ｖｄ）が所定値より大きいと判定した場合、ステップＳ３にて、コントローラ１０は、二次電池２１を事前放電させる（事前放電工程）。ここで事前放電とは、少なくとも開回路電圧が充電時の開回路電圧から放電時の開回路電圧に切替わる電力量だけ二次電池２１を放電することである。本実施形態では、コントローラ１０が、上記の放電機構１４のスイッチＳをオン状態とすることにより、二次電池２１を放電させる。この事前放電によって、二次電池２１の開回路電圧を放電時の開回路電圧Ｖｄとすることができる。本実施形態における放電機構１４は、本発明における「事前放電手段」の一例に相当する。なお、本実施形態では、放電機構１４が、事前放電手段として利用されているが、これに限定されない。電池制御システム１は、放電機構１４とは別に、事前放電手段を有していてもよい。
　事前放電において放電する電力量は、電池の種類や容量により変化するものである。よって、この電力量は、本実施形態の電池制御方法を実行する前に、予め、二次電池２１を放電させてセル電圧の変化を測定しておくことで算出することが好ましい。
　事前放電は、充電時の開回路電圧を有する二次電池２１であると判定された二次電池２１のみに対して実行してもよいが、全ての二次電池２１の開回路電圧を確実に放電時の開回路電圧とするために、全ての二次電池２１に対して実行することが好ましい。また、特に、この事前放電を充電後の二次電池２１に対して行うことで、バランシング後に、充電時の開回路電圧を有する二次電池２１と放電時の開回路電圧を有する二次電池２１とが混在するのを効果的に防止することができる。
　ステップＳ３にて、二次電池２１を事前放電した後、上記のステップＳ４にて二次電池２１を緩和させるために待機する。この緩和待ちを行うことにより、より正確にセル電圧を取得することができる。
　ステップＳ１にて、コントローラ１０が、二次電池２１の状態が放電後に放置されている状態であると判定した場合には、ステップＳ４にて、二次電池２１の緩和操作を実行する。具体的には、二次電池２１を緩和させるために待機させる。ここで、緩和とは、二次電池２１の充放電を停止した状態で、所定時間放置することである。この所定時間とは、例えば、単位時間当たりの二次電池２１のセル電圧の変化量が所定の値を下回るまでに要する時間とすることができる。緩和に要する時間は、二次電池の種類や劣化の程度に応じて変化するが、例えば、３０分~１２時間とすることができる。なお、二次電池２１が充電後に放置されている状態であり、かつ、その放置時間が二次電池２１の緩和が十分に進む時間であった場合には、ステップＳ４を省略してもよい。
　このように、後述の事前放電（ステップＳ３）が必要か否かを判定することで、事前放電が不要な場合に当該事前放電を実行しないので、二次電池２１を余分に放電することを防止できる。このため、二次電池２１の残放電容量の低下を防ぐことができる。
　次に、ステップＳ５にて、コントローラ１０は、具体的には、最小容量の二次電池２１以外の二次電池２１が、最小容量の二次電池と同容量になるまでに必要な放電量を算出する。
　次に、ステップＳ６にて、算出した放電量分の二次電池２１の放電を実行する（パッシブバランシング工程）。
　以上のような事前放電からパッシブバランシングまでの工程を図５を参照して説明する。図５は、本実施形態に係る電池制御方法における二次電池のセル電圧の変化を説明するグラフである。図５では、４つのセルＡ~セルＤのセル電圧の変化を例示している。図５（ａ）は事前放電前のセル電圧を示しており、図５（ｂ）は事前放電後のセル電圧を示しており、図５（ｃ）はバランシング後のセル電圧を示している。
　まず、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、セルＡ~セルＤは、事前放電によってセル電圧が低下する。そして、図５（ｂ）に示すように、この事前放電後のセルＡ~セルＤの中で、セル電圧が最も低いセルＤが最小容量のセルである。よって、本例では、セルＡ~セルＣのセル電圧と、セルＤのセル電圧ＶＤと、の電圧差に基づいて、セルＡ~セルＣのセル電圧とセルＤのセル電圧ＶＤを同じ値とするような放電量をセルＡ~セルＣ毎に算出する。
　そして、図５（ｃ）に示すように、算出した放電量分、セルＡ~セルＣを放電させることにより、セルＡ~セルＣのセル電圧をセルＤのセル電圧に合わせる。これにより、セルＡ~セルＤの残放電容量を略均一にすることができる。
　なお、本実施形態では、パッシブバランシングとして、最小容量の二次電池２１に他の二次電池２１の残放電容量を合わせる方法を例示しているが、これに限定されない。例えば、コントローラ１０が全ての二次電池２１のセル電圧の平均値を算出し、この平均値を超えるセル電圧を有する二次電池２１のみを放電させて、セル電圧を平均値に合わせる方法を使用してもよい。また、バランシング方法として、アクティブバランシングを使用してもよい。アクティブバランシング用の回路としては、特に図示しないが、一般的なアクティブバランシング用のバランシング回路を使用することができる。
　以上のような、電池制御システム１及び電池制御方法であれば、バランシングを実行する前に、事前放電手段により電池を放電状態とすることにより、ＳＯＣを正確に調整することができる。
　また、劣化等で電池電圧の緩和時間が長くなったり、抵抗が増大した場合は、セル電圧の高い電池の残放電容量が多いとは言えない場合がある。これに対して、本実施形態の電池制御システム１及び電池制御方法であれば、事前放電により、一度放電することによって、劣化により二次電池２１の抵抗が大きくなった場合や電圧の緩和時間が長くなった場合にも、電池電圧が低いほど電池容量が低くなるので、より正確に容量調整することができる。つまり、放電後同士の二次電池２１であれば、抵抗が大きい劣化した二次電池２１や容量が小さい二次電池２１の方がセル電圧が低下するので、その後の容量調整時に更に放電される量が減り、より効率的に容量調整できる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
１…電池制御システム
　１０…コントローラ
　１１…電圧センサ
　１２…電流センサ
　１３…ＤＣＤＣコンバータ
　１４…放電機構
　　Ｒ…抵抗
　　Ｓ…スイッチ
２…電池群
　２１…二次電池

Claims (6)

  1. 　充電時の開回路電圧が放電時の開回路電圧より大きい電池を複数含む電池群において、他の電池の残放電容量よりも大きい残放電容量を有する電池を放電させることで、電池間の残放電容量のバランシングを実行する放電機構を備えた電池制御システムであって、
    　前記電池制御システムは、前記バランシングの前に、少なくとも開回路電圧が充電時の開回路電圧から放電時の開回路電圧に切替わる電力量だけ前記電池を放電する事前放電を実行する事前放電手段を備え、
    　前記放電機構は、前記事前放電手段により前記事前放電を実行した後の前記電池の電圧に基づいて、前記バランシングを実行する電池制御システム。
  2. 　請求項１に記載の電池制御システムであって、
    　前記電池制御システムは、前記事前放電が実行される前に、前記電池群に含まれる前記電池が充電後の状態であるか、又は、放電後の状態であるかを判定する事前充放電状態判定手段を備え、
    　前記事前放電手段は、前記事前充放電状態判定手段が前記電池を放電後の状態であると判定した場合に、前記事前放電を実行しない電池制御システム。
  3. 　請求項１又は２に記載の電池制御システムであって、
    　前記電池制御システムは、前記事前放電が実行される前に、前記電池の充電状態（ＳＯＣ）における、充電時の開回路電圧と放電時の開回路電圧の差を確認するヒステリシス幅確認手段を備え、
    　前記事前放電手段は、前記ヒステリシス幅確認手段により確認された充電時の開回路電圧と放電時の開回路電圧の差が所定値以下の場合は、前記事前放電を実行しない電池制御システム。
  4. 　請求項１~３のいずれか一項に記載の電池制御システムであって、
    　前記放電機構は、前記事前放電が完了した後に前記電池の充放電を所定時間停止する緩和操作を実行し、前記緩和操作が完了した後に前記バランシングを実行する電池制御システム。
  5. 　請求項１~４のいずれか一項に記載の電池制御システムであって、
    　前記事前放電手段は、前記電池群が充電された後に、前記電池群に含まれる全ての前記電池に対して前記事前放電を実行する電池制御システム。
  6. 　充電時の開回路電圧が放電時の開回路電圧より大きい電池を複数含む電池群において、他の電池の残放電容量よりも大きい残放電容量を有する電池を放電させることで、電池間の残放電容量をバランシングするバランシング工程を備える電池制御方法であって、
    　前記バランシング工程の前に、少なくとも開回路電圧が充電時の開回路電圧から放電時の開回路電圧に切替わる電力量だけ前記電池を放電する事前放電を実行する事前放電工程を備え、
    　前記バランシング工程は、前記事前放電工程により前記事前放電を実行した後の前記電池の電圧に基づいて、前記バランシングを実行することを含む電池制御方法。
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