蓄电系统以及蓄电系统的控制装置的制作方法

1.本公开涉及蓄电系统、蓄电系统的控制装置的技术。


背景技术：

2.近年来，以电力为动力的ev(electric vehicle，电动汽车)等的需求增加。在ev等中使用的蓄电系统中，为了能够长时间提供电力，采用将多个蓄电装置并联地连接的结构。
3.在日本特开2012-50157号公报的蓄电系统中，公开一种将多个蓄电装置并联地连接的例子。在日本特开2012-50157号公报的蓄电系统中，具备控制在多个蓄电装置中流过的电流的综合控制装置。综合控制装置取得多个蓄电装置各自的状况信息，根据该状况信息，控制在各蓄电装置中流过的电流。
4.对多个蓄电装置的各个蓄电装置，决定有表示可流过的电流的最大值的容许电流值。综合控制装置取得多个蓄电装置的容许电流值中的最低的容许电流值作为最差值。综合控制装置以使在多个蓄电装置的各个蓄电装置中流过的电流的值不超过容许电流值的方式，根据最差值来决定在电路整体中流过的电流的值。由此，在日本特开2012-50157号公报的蓄电系统中，防止在多个蓄电装置中超过容许电流值。


技术实现要素：

5.然而，在简单地根据最差值来决定在电路整体中流过的电流的值的情况下，有时无法发挥蓄电系统的最大能力。即，多个蓄电池各自的内部电阻值有时相互不同。因此，即便与最差值符合地使电流流过并联电路，也由于分流而在多个蓄电装置的各个蓄电装置中流过的电流的值有时成为不适合的值。
6.本公开的目的在于提供一种在使各蓄电池中流过的电流的值不超过容许电流值的同时防止无法发挥蓄电系统的最大能力的蓄电系统。
7.本公开中的蓄电系统具备针对负载并联地连接的多个蓄电池模块。蓄电系统具备：电阻值计算部，计算多个蓄电池模块各自的电阻值；电流值计算部，计算多个蓄电池模块各自的容许电流值；以及决定部，根据电流值计算部计算的各个容许电流值，决定在负载中流过的电流的最大值。
8.决定部根据电阻值计算部取得的各个电阻值的比率，以使分流到多个蓄电池模块的各个蓄电池模块的电流的值不超过多个蓄电池模块各自的容许电流值的方式，决定最大值。
9.本发明的上述以及其他目的、特征、方案以及优点根据与所附的附图关联地理解的本发明相关的接下来的详细的说明将变得更加明确。
附图说明
10.图1是示出蓄电系统的安装例的图。
11.图2是图1所示的蓄电系统的等价电路图。
12.图3是示出决定在逆变器中流过的电流的最大值的处理过程的流程图。
13.图4是示出图3中的决定处理的流程图。
具体实施方式
14.以下，参照附图来详细说明本公开的实施方式。此外，在图中对同一或者相当部分附加同一符号而不重复其说明。
15.[实施方式1]
[0016]
图1是示出蓄电系统100的安装例的图。蓄电系统100安装于车辆10。车辆10是混合动力汽车或者电动汽车等以高容量电池为动力的车辆。车辆10具备蓄电系统100、充电器200、逆变器300、以及车辆控制部400。
[0017]
蓄电系统100、充电器200、以及逆变器300在同一电路内并联地连接。逆变器300将从蓄电系统100提供的直流电流变换为交流电流，将交流电流作为电力提供给未图示的马达。充电器200向蓄电系统100提供电力，进行作为二次电池的蓄电系统100的充电。
[0018]
车辆控制部400与蓄电系统100、充电器200、以及逆变器300连接。车辆控制部400从蓄电系统100受理能够在电路整体中流过的电流的值、即电路整体的容许电流值。车辆控制部400根据从蓄电系统100受理的电路整体的容许电流值，控制充电器200或者逆变器300。
[0019]
本实施方式中的蓄电系统100具备蓄电池模块110、蓄电池模块120、蓄电池模块130、以及整体bms(battery management system，电池管理系统)101。蓄电池模块110、蓄电池模块120、蓄电池模块130的各个蓄电池模块被并联地连接。以下，有时将蓄电池模块110、蓄电池模块120、蓄电池模块130的各个蓄电池模块称为各蓄电池模块110～130。此外，蓄电系统100具备的蓄电池模块的个数不限于3个。
[0020]
整体bms 101控制各蓄电池模块110～130。整体bms 101是执行各种程序的运算主体。整体bms 101例如由cpu(central processing unit，中央处理单元)、fpga(field-programmable gate array，现场可编程门阵列)、以及gpu(graphics processing unit，图形处理单元)等构成。
[0021]
整体bms 101具备未图示的存储器。存储器在整体bms 101执行任意的程序时，提供临时地储存程序代码、工作存储器等的存储区域。存储器例如由dram(dynamic random access memory，动态随机存取存储器)或者sram(static random access memory，静态随机存取存储器)等易失性存储器设备(ram)构成。
[0022]
整体bms 101具备未图示的rom等存储装置。rom等存储装置提供储存在运算处理等中所需的各种数据的存储区域。rom等存储装置例如由硬盘或者ssd(solid state drive，固态硬盘)等非易失性存储器设备构成。
[0023]
整体bms 101从各蓄电池模块110～130受理各蓄电池模块110～130的电阻值以及容许电流值。电阻值是表示各蓄电池模块110～130的电阻的值，容许电流值是表示能够在各蓄电池模块110～130中流过的电流的最大值的值。
[0024]
在蓄电系统100中，在各蓄电池模块110～130中流过比容许电流值高的值的电流的情况下，存在蓄电池模块自身劣化的可能性。另外，在蓄电系统100中，流过比容许电流值高的值的电流的情况下，熔丝h1～h3等的过放电保护发挥作用而存在各蓄电池模块110～
130的使用被中断的可能性。
[0025]
整体bms 101根据受理的各蓄电池模块110～130的电阻值以及容许电流值，决定在逆变器300中流过的电流的最大值。整体bms 101将决定的在逆变器300中流过的电流的最大值发送给车辆控制部400。这样，在蓄电系统100中，由整体bms 101决定在逆变器300中流过的电流的最大值，车辆控制部400控制逆变器300和充电器200。
[0026]
整体bms 101也可以根据受理的各蓄电池模块110～130的电阻值以及容许电流值，不仅决定在逆变器300中流过的电流的最大值，而且还决定在充电器200充电时从充电器200流出的电流的值的最大值。车辆控制部400在充电时以不超过从充电器200流出的电流的值的最大值的方式控制充电器200。
[0027]
蓄电池模块110具备组电池e1、母线b1、熔丝h1、继电器ry1、电压检测部111、温度检测部112、电流检测部113、以及bms 114。组电池e1通过将多个单一单元电池(single-cell battery)串联地连接而形成。在组电池e1中，例如，串联地连接80个至100个单一单元电池。单一单元电池是二次电池。例如，单一单元电池也可以是锂离子二次电池或者镍氢二次电池等。
[0028]
母线b1是用于连接组电池e1、熔丝h1、继电器ry1的导电部件。母线b1也可以为了连接多个单一单元电池而设置到组电池e1内。
[0029]
熔丝h1防止在蓄电池模块110内流过过电流。继电器ry1能够使得在蓄电池模块110中不流过电流。即，在继电器ry1是on状态的情况下，在蓄电池模块110中流过电流，在继电器ry1是off状态的情况下，在蓄电池模块110中不流过电流。
[0030]
bms 114控制继电器ry1的on状态或者off状态。另外，bms 114从电压检测部111、温度检测部112、以及电流检测部113分别受理电压、温度、电流值。bms 114根据受理的电压、温度、电流值，判断蓄电池模块110是否为正常的状态。bms 114与整体bms 101同样地，具备cpu等、存储器、rom等存储装置。
[0031]
bms 114在判断为蓄电池模块110并非正常的状态的情况下，将继电器ry1控制为off状态。由此，在蓄电系统100中，防止在非正常的状态下继续使用蓄电池模块110。在图1中，示出通过bms 114控制继电器ry1的例子，但也可以通过整体bms 101控制。
[0032]
电压检测部111检测组电池e1的电压，将检测到的电压送到bms 114。温度检测部112检测组电池e1的温度，将检测到的温度送到bms 114。温度检测部112例如是热敏电阻等。电流检测部113检测在蓄电系统100内流过的电流值，将检测到的电流值送到bms 114。
[0033]
bms 114根据受理的电压和电流值，计算组电池e1的电阻值。组电池e1的电阻值受到组电池e1的劣化程度或者环境温度等的影响。即，组电池e1的电阻值并非始终恒定，而可能随着时间变化。
[0034]
bms 114在电流值大幅变化时，使用电压和电流的瞬时值来计算电阻值。或者，bms 114也可以每当经过预先决定的期间时，计算电阻值。本实施方式中的bms 114计算对计算出的组电池e1的电阻值加上母线b1、熔丝h1、继电器ry1的电阻值的合成电阻值，作为蓄电池模块110的电阻值。bms 114也可以不加上母线b1、熔丝h1、继电器ry1的电阻值，而仅计算组电池e1的电阻值，作为蓄电池模块110的电阻值。
[0035]
另外，bms 114根据在组电池e1中流过的电流的累计值，计算表示组电池e1的充电状态的soc(state of charge，充电状态)。bms 114具备rom等存储装置。bms 114将组电池
e1的通电时间、电流的累计值存储到存储装置。此外，bms 114也可以通过使用开路电压来计算soc。
[0036]
bms 114根据计算出的组电池e1的soc以及温度检测部112检测出的温度，计算组电池e1的容许电流值。bms 114根据预先存储于存储装置的变换表格来计算容许电流值。即，变换表格构成为将组电池e1的soc以及温度作为输入值，求出唯一的容许电流值。此外，变换表格也可以构成为，作为输入值，除了组电池e1的soc以及温度以外，还将电流值、电压、通电时间等作为输入值，求出唯一的容许电流值。
[0037]
蓄电池模块120、130具备与蓄电池模块110同样的结构，所以不重复说明。此外，“bms 114、124、134”与本公开的“电阻值计算部”以及“电流值计算部”对应。“母线b1、b2、b3”、“熔丝h1、h2、h3”、以及“继电器ry1、ry2、ry3”与“电部件”对应。
[0038]
在图1中，说明了各蓄电池模块110～130分别具备bms 114～134的例子，但也可以是在蓄电系统100中不具备bms 114～134的结构。例如，各蓄电池模块110～130的电压检测部、温度检测部、电流检测部也可以直接与整体bms 101连接。由此，无需设置bms 114～134，而能够降低成本。
[0039]
或者，也可以是在蓄电系统100中不具备整体bms 101的结构。例如，也可以是bms 114执行以下说明的整体bms 101执行的处理。由此，无需设置整体bms 101，能够降低成本。
[0040]
图2是图1所示的蓄电系统的等价电路图。电流i1表示在蓄电池模块110中流过的电流。电流i2表示在蓄电池模块120中流过的电流。电流i3表示在蓄电池模块130中流过的电流。电阻值r1表示蓄电池模块110的合成电阻。电阻值r2表示蓄电池模块120的合成电阻。电阻值r3表示蓄电池模块130的合成电阻。
[0041]
以下说明在图1所示的蓄电系统100中bms 114～134计算以下所示的电阻值以及容许电流值的例子。bms 114将蓄电池模块110的电阻值r1计算为100mω。bms124将蓄电池模块120的电阻值r2计算为80mω。bms134将蓄电池模块130的电阻值r3计算为60mω。
[0042]
另外，在蓄电系统100中，bms 114将蓄电池模块110的容许电流值计算为100a。另外，bms124将蓄电池模块120的容许电流值计算为120a。进而，bms134将蓄电池模块130的容许电流值计算为140a。
[0043]
各蓄电池模块110～130的劣化程度、制造过程中的公差分别不同，所以电阻值r1～r3可能成为相互不同的值。同样地，各蓄电池模块110～130的容许电流值可能成为相互不同的值。
[0044]
各蓄电池模块110～130被并联地连接，所以在电流i1～i3与电阻值r1～r3之间，图2所示的关系式成立。在本实施方式中的蓄电系统100中，整体bms 101使用图2所示的关系式，以使分流到各蓄电池模块110～130的电流的值不超过各蓄电池模块110～130的容许电流值的方式，决定在逆变器300中流过的电流的最大值。由此，在电路整体中流过适合的容许电流值的电流，防止无法发挥蓄电系统的最大能力。
[0045]
(最大值的决定过程)
[0046]
以下说明在计算出电阻值r1为100mω、电阻值r2为80mω、电阻值r3为60mω、蓄电池模块110的容许电流值为100a、蓄电池模块120的容许电流值为120a、蓄电池模块130的容许电流值为140a的情况下，决定在逆变器300中流过的电流的最大值的处理过程。
[0047]
在各蓄电池模块110～130中，蓄电池模块110的容许电流值最低。即，容许电流值
100a是最差值。如图1以及图2所示，在蓄电系统100中并联地连接有3个蓄电池模块。因此，在简单地对最差值乘以并联地连接的蓄电池模块的数量的情况下，在逆变器300中流过的电流的最大值成为300a。然而，在整体bms 101以使在电路整体中流过的电流的值成为300a的方式进行控制的情况下，无法发挥蓄电系统100的最大能力。
[0048]
在本实施方式中的蓄电系统100中，不必对最差值乘以并联地连接的蓄电池模块的数量，而决定在逆变器300中流过的电流的最大值。图3是示出整体bms 101决定在逆变器300中流过的电流的最大值的处理过程的流程图。整体bms 101每当经过预先决定的期间时，执行图3所示的流程图。例如，整体bms 101也可以每隔100ms执行图3所示的流程图。
[0049]
整体bms 101取得各蓄电池模块110～130的容许电流值(步骤s101)。即，bms 114、bms 124、bms 134的各个bms计算各蓄电池模块110～130的容许电流值，并将计算结果送到整体bms 101。换言之，整体bms 101取得蓄电池模块110的容许电流值为100a、蓄电池模块120的容许电流值为120a、蓄电池模块130的容许电流值为140a这样的计算结果。
[0050]
接下来，整体bms 101取得各蓄电池模块110～130的电阻值r1、电阻值r2、电阻值r3(步骤s102)。即，bms 114、bms 124、bms 134的各个bms计算各蓄电池模块110～130的电阻值，并将计算结果送到整体bms 101。换言之，整体bms 101取得电阻值r1为100mω、电阻值r2为80mω、电阻值r3为60mω这样的计算结果。
[0051]
进而，整体bms 101根据电阻值r1、电阻值r2、电阻值r3的比率，计算分流比(步骤s103)。即，整体bms 101根据图2所示的关系式，计算作为在各蓄电池模块110～130中流过的电流的值的比率的分流比。在此，整体bms 101根据电阻值r1～r3，计算出i1：i2：i3的比率为10：12.5：16.7。这样，由于各蓄电池模块110～130的电阻值不同，因此在各蓄电池模块110～130中流过的电流的值并非同一值而成为不同的电流的值。
[0052]
整体bms 101计算在电流i1是容许电流值100a的情况下在各蓄电池模块110～130中流过的电流值(步骤s104)。i1：i2：i3的比率是10：12.5：16.7，所以整体bms 101在假设为电流i1的值是100a的情况下，计算出电流i2的值成为125a，电流i3的值成为167a。即，各电流i1：i2：i3的值成为100a：125a：167a。整体bms 101将步骤s104中的计算结果作为第1计算结果存储到ram等。
[0053]
整体bms 101计算在电流i2是容许电流值120a的情况下在各蓄电池模块110～130中流过的电流值(步骤s105)。i1：i2：i3的比率是10：12.5：16.7，所以整体bms 101在假设为电流i2的值是120a的情况下，计算出电流i1的值成为96a，电流i3的值成为160.3a。即，各电流i1：i2：i3的值成为96a：120a：160.3a。整体bms 101将步骤s105中的计算结果作为第2计算结果而将计算结果存储到ram等。
[0054]
整体bms 101计算在电流i3是容许电流值140a的情况下在各蓄电池模块110～130中流过的电流值(步骤s106)。i1：i2：i3的比率是10：12.5：16.7，所以整体bms 101在假设为电流i3的值是140a的情况下，计算出电流i1的值成为83.8a，电流i2的值成为104.8a。即，各电流i1：i2：i3的值成为83.8a：104.8a：140a。整体bms 101将步骤s106中的计算结果作为第3计算结果而将计算结果存储到ram等。
[0055]
整体bms 101执行决定流向逆变器300的电流值的决定处理(步骤s107)。图4是示出图3的决定处理的流程图。即，整体bms 101在图3中的步骤s107中，执行图4所示的处理。换言之，在图3中的步骤s106之后，整体bms 101执行图4中的步骤s201。
[0056]
整体bms 101判断在第1计算结果中在各蓄电池模块110～130中流过的电流是否未超过容许电流值(步骤s201)。在第1计算结果中，各电流i1：i2：i3的值是100a：125a：167a。电流i2、电流i3超过容许电流值。因此，整体bms 101判断为在第1计算结果中超过容许电流值(在步骤s201中“否”)，进入到步骤s203。
[0057]
判断为在第1计算结果中在各蓄电池模块110～130中流过的电流未超过容许电流值的情况下(在步骤s201中“是”)，整体bms 101将第1计算结果作为候补(步骤s202)，存储到ram等。
[0058]
接下来，整体bms 101判断在第2计算结果中在各蓄电池模块110～130中流过的电流是否未超过容许电流值(步骤s203)。在第2计算结果中，各电流i1：i2：i3的值是96a：120a：160.3a。电流i3超过容许电流值。因此，整体bms 101判断为在第2计算结果中超过容许电流值(在步骤s203中“否”)，进入到步骤s204。
[0059]
判断为在第2计算结果中在各蓄电池模块110～130中流过的电流未超过容许电流值的情况下(在步骤s203中“是”)，整体bms 101将第2计算结果作为候补(步骤s204)，存储到ram等。
[0060]
进而，整体bms 101判断在第3计算结果中在各蓄电池模块110～130中流过的电流是否未超过容许电流值(步骤s205)。在第3计算结果中，各电流i1：i2：i3的值是83.8a：104.8a：140a。电流i1、电流i2、电流i3全部未超过容许电流值。因此，整体bms 101判断为在第3计算结果中未超过容许电流值(在步骤s205中“是”)，将第3计算结果作为候补(步骤s206)，存储到ram等。
[0061]
整体bms 101采用存储为候补的计算结果中的、电流值的合计最大的计算结果，将该合计值决定为流向逆变器300的电流值(步骤s207)。作为候补，仅存储有第3计算结果，所以整体bms 101计算第3计算结果的各电流i1、i2、i3的值的合计值。在第3计算结果中，各电流i1：i2：i3的值是83.8a：104.8a：140a，所以合计值成为328.6a。
[0062]
这样，在本实施方式中的蓄电系统100中，能够在防止超过各蓄电池模块110～130的容许电流值的同时，对逆变器300提供328.6a的电流。因此，在蓄电系统100中，能够与简单地对最差值乘以蓄电池模块的数量而得到的值即300a相比多出28.6a而向逆变器300提供电流。
[0063]
整体bms 101在ram等中存储有多个候补的情况下，将多个候补中的、各电流i1、i2、i3的值的合计值最高的计算结果，计算为流向逆变器300的电流值。
[0064]
最后，整体bms 101使用电阻值r1～r3的比率，判断计算出的流向逆变器300的电流值是否超过负载侧容许电流值(步骤s208)。负载侧容许电流值是指，在逆变器300侧预先决定的电流的值，是容许在逆变器300中流过的电流值。整体bms 101在步骤s207中计算的流向逆变器300的电流的值未超过负载侧容许电流值的情况下(在步骤s208中“否”)，以使在步骤s207中计算的电流的值流向逆变器300的方式进行控制并结束处理。
[0065]
整体bms 101在步骤s207中计算的流向逆变器300的电流的值超过负载侧容许电流值的情况下(在步骤s208中“是”)，以使负载侧容许电流值流向逆变器300的方式进行控制并结束处理。由此，在蓄电系统100中，能够防止流向逆变器300的电流的值超过预先决定的负载侧容许电流值。
[0066]
各蓄电池模块110～130中的容许电流值以及电阻值根据电池的状态而时时时刻
变化，所以整体bms 101以及bms 114、bms124、bms134每隔一定时间例如100ms，反复进行上述运算以及判定处理。另外，关于蓄电池模块的容许电流值以及电阻值，也可以单独地运算充电时或者放电时的值。例如充电时容许电流和放电时容许电流根据蓄电池模块的充电量而变化。具体而言，在充电量高的情况下，将充电容许电流设定得较小，将放电容许电流设定得较大。整体bms 101根据从各bms得到的充电时容许电流和充电时电阻，运算/决定充电时的容许电流，根据从各bms得到的放电时容许电流和放电时电阻，运算/决定放电时的容许电流。
[0067]
(总结)
[0068]
是具备对逆变器300并联地连接的多个蓄电池模块110、120、130的蓄电系统100。具备：bms 114、bms124、bms134，计算多个蓄电池模块各自的电阻值，计算多个蓄电池模块各自的容许电流值；以及整体bms 101，根据容许电流值，决定在逆变器300中流过的电流的最大值。整体bms 101根据bms 114、bms 124、bms 134取得的各个电阻值r1、r2、r3的比率，以使分流到多个蓄电池模块110、120、130的各个蓄电池模块的电流的值不超过多个蓄电池模块110、120、130各自的容许电流值的方式，决定最大值。
[0069]
由此，在蓄电系统100中，使适合的容许电流值的电流在电路整体中流过，能够在使各蓄电池模块110～130中流过的电流的值不超过容许电流值的同时，防止无法发挥蓄电系统100具有的最大能力。
[0070]
说明了本发明的实施方式，但本次公开的实施方式在所有方面仅为例示而不应认为是限制性的。本发明的范围通过权利要求书表示，意图包括与权利要求书均等的意义以及范围内的所有变更。