蓄电池控制装置、蓄电系统以及蓄电池控制方法

技术领域

本发明涉及一种蓄电池控制装置、蓄电系统以及蓄电池控制方法。

背景技术

作为对多个蓄电池串联连接的蓄电系统的放电进行控制的电池控制装置，已知有选择达到放电结束状态的蓄电池并且绕过该蓄电池以使另一个动力蓄电池放电的电池控制装置(例如，参见专利文献1)。在专利文献1所记载的电池控制装置中，从可放电容量达到规定值的蓄电池起依次将蓄电池切换为旁路状态，在所有蓄电池的可放电容量达到规定值后，所有蓄电池切换到放电状态。之后，从可放电容量达到放电结束状态的蓄电池起依次切换为旁路状态。

专利文献

专利文献1：JP2022-1006A

发明内容

在专利文献1所记载的系统中，执行使所有蓄电池的可放电容量均等化为预定值的处理，并且即使在执行该处理时，也需要继续提供用于作为驱动供电目的地的系统的电力，因此需要采取措施。

鉴于上述情况，本发明的目的在于提供一种蓄电池控制装置、蓄电系统、以及蓄电池控制方法，其在多个蓄电池串联连接的蓄电系统中能够连续提供用于驱动作为供电目的地的系统的电力。

本公开的蓄电池控制装置被构造成控制包括串联连接的多个蓄电池以及被构造成分别绕过所述蓄电池的旁路电路的蓄电系统。所述蓄电池控制装置被构造成执行：第一处理，切换将通过旁路电路绕过的蓄电池的同时使得所述多个蓄电池分别放电，以减少所述多个蓄电池的放电完成为止的剩余放电量之差；以及，第二处理，在所述第一处理后完成多个蓄电池的放电。执行所述第一处理直到每个所述蓄电池的开路电压(OCV)或充电状态(SOC)降低到等于或小于为蓄电池分别设定的OCV或SOC的阈值，并且，执行所述第一处理使得要放电的所述蓄电池的可用输出电力不低于供电目的地的最低必要电力。

本公开的一种蓄电系统，包括：串联连接的多个蓄电池；旁路电路，其被构造成分别绕过所述蓄电池；以及，蓄电池控制装置，其被构造成控制所述旁路电路。其中，所述蓄电池控制装置被构造成执行：第一处理，切换将通过所述旁路电路绕过的所述蓄电池的同时使得所述多个蓄电池分别放电，以减少所述多个蓄电池的放电完成为止的剩余放电量之差；以及，第二处理，在所述第一处理后完成所述多个蓄电池的放电。执行所述第一处理直到每个所述蓄电池的开路电压(OCV)或充电状态(SOC)降低到等于或小于为所述蓄电池分别设定的OCV或SOC的阈值，并且，执行所述第一处理使得要放电的所述蓄电池的可用输出电力不低于供电目的地的最低必要电力。

本公开的使用蓄电池控制装置执行的蓄电池控制方法，其被构造成控制包括串联连接的多个蓄电池以及被构造成分别绕过所述蓄电池的旁路电路的蓄电系统，所述蓄电池控制方法包括：通过所述蓄电池控制装置执行，第一处理，切换将通过所述旁路电路绕过的所述蓄电池的同时使得所述多个蓄电池分别放电，以减少所述多个蓄电池的放电完成为止的剩余放电量之差；以及，第二处理，在所述第一处理后完成所述多个蓄电池的放电，其中，所述第一处理由所述蓄电池控制装置执行，直到每个所述蓄电池的开路电压(OCV)或充电状态(SOC)降低到等于或小于为所述蓄电池分别设定的OCV或SOC的阈值，并且，所述第一处理由蓄电池控制装置执行，使得要放电的所述蓄电池的可用输出电力不低于供电目的地的最低必要电力。

根据本发明，其中多个蓄电池串联连接的蓄电系统能够连续提供用于作为供电目的地的驱动系统的电力。

附图说明

图1是示出包括本发明的实施方式的蓄电池控制装置的蓄电系统的图。

图2是示出图1所示的蓄电池控制装置执行放电模式的处理的流程图。

图3是示出图1所示的蓄电池控制装置执行放电模式的处理的另一个实施方式的流程图。

具体实施方式

下面将根据一个优选实施方式对本发明进行说明。另外，需要注意的是，本发明并不限定于以下所示的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够适当地变更实施方式。另外，在以下所示的实施方式中，省略了一部分结构的图示和说明，但关于省略的技术的详细内容，只要不与以下说明的内容相抵触，则适当应用公知或周知的技术。

图1是示意性地示出包括本发明的实施方式的蓄电池控制装置100的蓄电系统1的图。如该图所示，蓄电系统1包括蓄电池串10、旁路电路20、充放电电路30、以及蓄电池控制装置100。

蓄电池串10是包括串联连接的n个(n表示2或更大的整数)蓄电池组件M1～Mn的固定式或车载电源。虽然没有特别限定，但本实施方式的蓄电池串10是对使用过的蓄电池进行再利用而得到的，蓄电池组件M1～Mn的劣化程度不同。蓄电池组件M1～Mn是锂离子电池、锂离子电容器等二次电池，通过充放电电路30从外部系统ES供给电力而进行充电，并且通过充放电电路30将充电的电力进行放电，为外部系统ES供电。

外部系统ES包括负载、发电机等。当蓄电系统1是固定式时，家用电器、商用电源系统、液晶显示器、通信组件等用作负载，太阳能光伏发电系统等用作发电机。另一方面，当蓄电系统1用于车载时，驱动电机、空调、各种车载电气组件等用作负载。驱动电机作为负载，也作为发电机。

蓄电池组串10可以包括串联连接的n个蓄电池单元或蓄电池组，而不是串联连接的n个蓄电池组件M1～Mn。蓄电系统1可以包括绕过蓄电池单元或蓄电池组的旁路电路。

蓄电池组串10包括多个电压测量单元12、电流测量单元13、以及电池温度测量单元14。电压测量单元12连结在每个蓄电池组件M1～Mn的正负极端子之间。电压测量部12测量每个蓄电池组件M1～Mn的端子间电压。

电流测量单元13设置在蓄电池串10的电流通路中。电流测量单元13测量蓄电池串10的充放电电流。蓄电池串10设置有电池温度测量单元14。电池温度测量单元14测量蓄电池串10中的电池温度。

旁路电路20包括分别为蓄电池组件M1～Mn设置的n个(n表示2或更大的整数)旁路电路B1～Bn。每个旁路电路B1～Bn包括旁路线BL、开关S1以及S2。旁路线BL是绕过每个蓄电池组件M1～Mn的电力线。开关S1设置在旁路线BL上。开关S1例如是机械开关。开关S2设置在每个蓄电池组件M1～Mn的正极与旁路线BL的一端之间。开关S2例如是半导体开关或继电器。

始端的蓄电池组件Ml和终端的蓄电池组件Mn通过充放电电路30与外部系统ES连接。在所有旁路电路B1～Bn中开关S1断开、开关S2闭合时，所有蓄电池组件M1～Mn与充放电电路30以及外部系统ES串联连接。另一方面，在旁路电路B1～Bn中的任一个中，当开关S2断开、开关S1闭合时，与旁路电路B1～Bn对应的蓄电池组件M1～Mn被绕过。

蓄电池控制装置100与蓄电池串10、旁路电路20、充放电电路30连接，并且对蓄电池组件

放电旁路计划包括计划信息以及电压信息。计划信息是按时间序列设定要放电的蓄电池组件M1～Mn以及要绕过的蓄电池组件M1～Mn的组合的信息。计划信息例如是表示在第一期间要放电的蓄电池组件M1～M6以及要绕过其他蓄电池组件M7～Mn、以及在第二期间要放电的蓄电池组件M5～Mn以及要绕过的其他蓄电池组件M1～M4的信息。另一方面，电压信息是每个蓄电池组件M1～Mn的开路电压(OCV)的阈值，即，第一处理结束时的阈值的信息。作为电压信息的每个蓄电池组件M1～Mn的OCV的阈值是为了使第一处理结束时的多个蓄电池组件M1～Mn的剩余放电容量均等化而设定的。

在此，设定放电旁路计划，使得在执行第一处理期间蓄电池串10的可用输出电力连续维持等于或大于作为供电目的地的系统的最低必要电力。即，在执行第一处理期间，设定要放电的蓄电池组件M1～Mn以及要绕过的蓄电池组件M1～Mn的组合，使得蓄电池串10的可用输出电力不低于作为供电目的地的系统的最低必要电力。

当在放电模式开始时满足预定条件时，蓄电池控制装置100更新放电旁路计划。预定条件的示例包括以下(1)～(6)。当满足这样的条件时，假定蓄电池组件M1～Mn的剩余放电容量的偏差增加。另外，蓄电池组件M1～Mn之间的剩余放电容量的相对关系也每次发生变化。因此，当放电模式开始时满足预定条件时，蓄电池控制装置100再次生成放电旁路计划。

蓄电池控制装置100作为蓄电池组件M1～Mn的信息存储表示蓄电池组件

可以使用各种公知的方法来推定SOC，例如电流积分法、由OCV确定的方法(电压法)以及通过组合电流积分法和电压法获得的方法。此外，可以使用SOC的时间变化和/或内部电阻的时间增加来推定SOC的各种公知的方法。SOH推定方法的示例包括基于充电/放电测试的方法、基于电流积分法的方法、基于开路电压测量的方法、基于端电压测量的方法、基于模型的方法(上述所有方法都是使用SOC的时间变化的方法)、基于交流阻抗测量的方法、基于模型并通过自适应数字滤波器进行决定的方法、基于从I-V特性(电流-电压特性)线性回归(I-V特性直线的倾斜度)的方法、以及基于阶跃响应的方法(上述方法都是使用内部电阻随时间增加的推定方法)。

剩余放电容量可以根据下式(1)计算。

剩余放电容量[Ah]＝CC×SOC/100---(1)

在此，CC表示每个蓄电池组件M1～Mn的当前电池容量，并且可以根据下式(2)计算。

CC[Ah]＝C

在此，C

图2是示出图1所示的蓄电池控制装置100执行放电模式的处理的流程图。如该流程图所示，图1所示的蓄电系统1进入放电模式时开始处理。

首先，在步骤S1中，蓄电池控制装置100断开图1所示的蓄电池串10的所有开关S1以及S2。接着，在步骤S2中，蓄电池控制装置100判断放电旁路计划的更新所需要的预定条件是否成立。成立预定条件是指至少满足以下条件(1)～(6)之一：

(1)切换到放电模式；

(2)放电模式前的充电时间等于或长于预定时间；

(3)放电模式前的充电电力容量等于或大于预定容量；

(4)从上次的放电旁路计划生成时起的温度变化等于或高于预定温度；

(5)放电期间中断充电的次数累计达到等于或大于预定次数；以及，

(6)蓄电系统的运行状态发生变化，例如平均放电电力发生变化或第二处理结束时的剩余放电容量发生变化。

当在步骤S2中做出肯定确定时，处理进行到步骤S20。在步骤S20中，蓄电池控制装置100基于初始容量、OCV、SOC、以及SOH，计算蓄电池组件M1～Mn的剩余放电容量。接着，在步骤S3中，蓄电池控制装置100基于在步骤S20中计算出的蓄电池组件M1～Mn的剩余放电容量，生成放电旁路计划。此时，蓄电池控制装置100设定要放电的蓄电池组件M1～Mn以及要绕过的蓄电池组件M1～Mn的组合，使得蓄电池串10的可用输出电力连续维持等于或大于作为供电目的地的系统的最低必要电力。另外，蓄电池控制装置100基于针对每个蓄电池组件M1～Mn存储的如蓄电池组件M1～Mn的OCV-SOC曲线等的电池信息，设定每个蓄电池组件M1～Mn的OCV的阈值，即，第一处理结束时的阈值。处理从步骤S3进行到步骤S4。

另一方面，当在步骤S2中做出否定判定时，处理进行到步骤S4而不更新放电旁路计划。在这种情况下，基于在先前放电模式中使用的放电旁路计划来执行步骤S5～S8中的处理。

在步骤S4中，蓄电池控制装置100将蓄电池串10的所有开关S2导通，将所有蓄电池组件Ml～Mn串联连接。接着，在步骤S5中，蓄电池控制装置100开始第一处理。在第一处理中，蓄电池控制装置100基于放电旁路计划切换旁路电路B1～Bn的同时使蓄电池组件M1～Mn放电。

接着，在步骤S6中，蓄电池控制装置100将在步骤S3中或在上次之前的执行放电模式期间设定的OCV的阈值与蓄电池组件M1～Mn的OCV进行比较，判断蓄电池组件M1～Mn中是否存在OCV降低到等于或小于阈值的蓄电池组件。重复步骤S6直到做出肯定判定，并且当在步骤S6中做出肯定确定时，处理进行到步骤S7。

在步骤S7中，蓄电池控制装置100判断蓄电池串10的所有蓄电池组件Ml～Mn是否分别通过旁路电路Bl～Bn绕过。当在步骤S7中做出肯定判定时，处理进行到步骤S9。当在步骤S7中做出否定判定时，处理进行到步骤S8。

在步骤S8中，蓄电池控制装置100使对应的旁路电路B1～Bn绕过在步骤S6中判定为OCV降低到等于或小于阈值的蓄电池组件M1～Mn。处理从步骤S8返回到步骤S6。

另一方面，在步骤S9中，蓄电池控制装置100将蓄电池串10的所有开关S2导通，将所有的蓄电池组件M1～Mn串联连接。即，蓄电池控制装置100在第一处理之后执行使所有的蓄电池组件M1～Mn放电的第二处理。

接着，在步骤S10中，蓄电池控制装置100判断蓄电池串10的可用输出电力是否降低到等于或小于作为供电目的地的系统的最低必要电力。重复步骤S10直到做出肯定判定，并且当在步骤S10中做出肯定确定时，处理进行到步骤S11。

在步骤S11中，蓄电池控制装置100断开蓄电池串10的所有开关S1以及S2。然后，放电模式的处理结束。

如上所述，本实施方式的蓄电池控制装置100在放电模式的执行中首先执行第一处理，在执行了第一处理之后执行第二处理。在第一处理中，蓄电池控制装置100切换通过旁路电路B1～Bn绕过的蓄电池组件M1～Mn的同时使蓄电池组件M1～Mn放电，从而减少多个蓄电池组件M1～Mn的剩余放电容量之差。之后，蓄电池控制装置100在第二处理中完成多个蓄电池组件M1～Mn的放电。因此，能够从第二处理的开始到第二处理的后期均一地维持多个蓄电池组件M1～Mn的剩余放电容量。因此，直到蓄电池组件M1～Mn的电压降低的放电模式的后期为止，能够使更多的蓄电池组件M1～Mn放电而不用绕过。

在此，蓄电池控制装置100执行第一处理，直到每个蓄电池组件

此外，蓄电池控制装置100执行第一处理，使得要放电的蓄电池组件Ml～Mn的可用输出电力不低于供电目的地的最低必要电力。因此，从第一处理开始到每个蓄电池组件M1～Mn的电压降低的放电模式的后期，能够连续地供给用于驱动作为供电目的地的系统的电力。

另外，蓄电池控制装置100基于放电旁路计划来执行第一处理，在该放电旁路计划中，为每个时期决定要放电的两个或更多个蓄电池组件Ml～Mn以及要绕过的蓄电池组件Ml～Mn的组合。放电旁路计划被设定为使得在多个蓄电池组件M1～Mn的可用输出电力维持等于或大于作为供电目的地的系统的最低必要电力的状态下减少多个蓄电池组件M1～Mn的剩余放电容量之差。在此，可以考虑依次绕过OCV降低到阈值的蓄电池组件M1～Mn，此时随着处理接近第一处理的后期，要放电的蓄电池组件M1～Mn的数量减少，蓄电池串10的可用输出电力也减少。相比之下，在本实施例中，更多的蓄电池组件M1～Mn能够不被绕过地放电直到第一处理的后期，并且蓄电池串10的可用输出电力能够维持等于或大于作为供电目的地的系统的最低必要电力。

另外，蓄电池控制装置100在第一处理开始前推定每个蓄电池组件

图3是示出图1所示的蓄电池控制装置100执行放电模式的处理的另一个实施方式的流程图。如该流程图所示，从图1所示的蓄电系统1进入放电模式时开始处理。

首先，在步骤S101中，蓄电池控制装置100断开蓄电池组串10的所有开关S1以及S2。在步骤S102中，蓄电池控制装置100基于初始容量、OCV、SOC、以及SOH来计算蓄电池组件M1～Mn的剩余放电容量。

接着，在步骤S103中，蓄电池控制装置100基于在步骤S102中计算出的蓄电池组件Ml～Mn的剩余放电容量生成放电旁路计划。此时，蓄电池控制装置100设定要放电的蓄电池组件M1～Mn以及要绕过的蓄电池组件M1～Mn的组合，使得蓄电池串10的可用输出电力连续维持等于或大于作为供电目的地的系统的最低必要电力。

此外，蓄电池控制装置100基于针对每个蓄电池组件存储的如蓄电池组件M1～Mn的OCV-SOC曲线等的电池信息，设定蓄电池组件Ml～Mn的SOC的阈值，该阈值是第一处理结束时的阈值。处理从步骤S103进行到步骤S104。

在步骤S104中，蓄电池控制装置100将蓄电池串10的所有开关S2导通，将所有蓄电池组件Ml～Mn串联连接。接着，在步骤S105中，蓄电池控制装置100开始第一处理。在第一处理中，蓄电池控制装置100基于放电旁路计划切换旁路电路B1～Bn的同时使蓄电池组件M1～Mn放电。

接着，在步骤S106中，蓄电池控制装置100将在步骤S103中设定的SOC的阈值与蓄电池组件

在步骤S107中，蓄电池控制装置100判断蓄电池串10的所有蓄电池组件Ml～Mn是否分别被旁路电路Bl～Bn绕过。当在步骤S107中做出肯定判定时，处理进行到步骤S109。当在步骤S107中做出否定确定时，处理进行到步骤S108。

在步骤S108中，蓄电池控制装置100使对应的旁路电路B1～Bn绕过在步骤S106中判定为SOC降低到等于或小于阈值的蓄电池组件M1～Mn。处理从步骤S108返回到步骤S106。

另一方面，在步骤S109中，蓄电池控制装置100将蓄电池串10的所有开关S2导通，将所有的蓄电池组件M1～Mn串联连接。即，蓄电池控制装置100在第一处理之后执行使所有的蓄电池组件M1～Mn放电的第二处理。

接着，在步骤S110中，蓄电池控制装置100判断蓄电池串10的可用输出电力是否降低到等于或小于作为供电目的地的系统的最低必要电力。重复步骤S110直到做出肯定判定，并且当在步骤S110中做出肯定确定时，处理进行到步骤S111。

在步骤S111中，蓄电池控制装置100断开蓄电池串10的所有开关S1以及S2。然后，放电模式的过程结束。

如上所述，蓄电池控制装置100执行第一处理，直到每个蓄电池组件Ml～Mn中的SOC减少到等于或小于为每个蓄电池组件M1～Mn设定的SOC的阈值为止。通过基于每个蓄电池组件M1～Mn的劣化状态、温度等，针对每个蓄电池组件M1～Mn设定蓄电池组件M1～Mn的SOC的阈值，能够减少第一处理结束时刻的多个蓄电池组件M1～Mn的剩余放电容量之差。

以上，基于上述实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的要旨的范围内，可以进行各种变更，并且可以适当组合公知或周知的技术。

例如，在上述实施方式中，蓄电池控制装置100基于每个期间设定的要放电的蓄电池组件

此外，从最终使用所有蓄电池组件Ml～Mn的剩余放电容量以及使所有蓄电池组件Ml～Mn的放电完成定时均等的观点来看，优选地在第一处理中使多个蓄电池组件M1～Mn的剩余充电容量均等化。但是，在第一处理中并不一定要使多个蓄电池组件M1～Mn的剩余放电容量均等化，在第一个处理中减少多个蓄电池组件M1～Mn的剩余放电容量之差就足够了。

另外，在上述实施方式中，将放电完成的阈值设定为相同，并且执行第一处理使得直到多个蓄电池组件M1～Mn的放电完成为止的剩余放电容量之差在第二处理结束时在所有蓄电池组件M1～Mn中减少。但是，也可以对每个蓄电池组件M1～Mn设置放电完成的阈值，进行第一处理，使得直到多个蓄电池组件M1～Mn的放电完成为止的剩余放电容量之差在第二处理结束时在所有蓄电池组件M1～Mn中减少。即，可以基于蓄电池组件M1～Mn的劣化状态或蓄电池组件M1～Mn的类型，对每个蓄电池组件M1～Mn设定放电完成的阈值。因此，将劣化进行了的蓄电池组件M1～Mn的放电完成的阈值设定得高，能够防止劣化后的蓄电池组件M1～Mn进一步劣化。此外，能够组合使用不同类型的蓄电池。

另外，要放电的蓄电池组件Ml～Mn的可用输出电力不必维持等于或大于作为供电目的地的系统的最小必要电力直到结束第一处理的时间点。要放电的蓄电池组件M1～Mn的可用输出电力可以在从第一处理开始的尽可能长的时间段内维持等于或大于作为供电目的地的系统的最低必要电力。

在第二处理中，不必使所有蓄电池组件Ml～Mn放电，并且可以适当地设定要放电的蓄电池组件Ml～Mn的数量。