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公開番号2025101799
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-08
出願番号2023218822
出願日2023-12-26
発明の名称二次電池システム、バランス調整プログラム及びバランス調整方法
出願人トヨタバッテリー株式会社
代理人個人
主分類H02J 7/02 20160101AFI20250701BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】二次電池システム、バランス調整プログラム及びバランス調整方法を提供する。
【解決手段】二次電池システムは、電池ストリングSTG1～STG3毎に設けられるセルバランス回路10～30及び電池ストリング間の出力電流の差に応じてセルバランス回路を動作させるか否かを切り替えるバランス調整回路100を有し、セルバランス回路は、電池セルBC11～BC3nの夫々に対応して設けられ、対応する電池セルと並列接続される複数のセルコイルL11～L3n、1つの電池ストリングに含まれる複数の電池セルに対応して設けられるセルコイルの全部と電磁結合され、一端が対応する電池ストリングの正極端子又は負極端子の一方に接続されるストリングコイルL1～L3及びストリングコイルの他端を対応する電池ストリングの正極端子及び負極端子の他方に接続するか、切り離すかを切り替えるコイルスイッチSW12、SW22、SW32を有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
複数の電池セルが直列に接続された少なくとも２つの電池ストリングと、
前記電池ストリング毎に設けられ、対応する前記電池ストリングに含まれる前記複数の電池セルにフライバック電流を還流させる複数のセルバランス回路と、
前記電池ストリング間の出力電流の差に応じて前記セルバランス回路を動作させるか否かを切り替えるバランス調整回路と、を有し、
前記セルバランス回路は、
前記電池セルのそれぞれに対応して設けられ、対応する前記電池セルと並列接続される複数のセルコイルと、
１つの前記電池ストリングに含まれる前記複数の電池セルに対応して設けられる前記セルコイルの全部と電磁結合され、一端が対応する前記電池ストリングの正極端子及び負極端子の一方に接続されるストリングコイルと、
前記ストリングコイルの他端を対応する前記電池ストリングの正極端子及び負極端子の他方に接続するか、切り離すかを切り替えるコイルスイッチと、を有し、
前記コイルスイッチは、前記バランス調整回路により導通状態と遮断状態とが切り替えられる二次電池システム。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記バランス調整回路は、電池ストリング間の出力電流の差が予め設定した第１の閾値以上となった場合に、出力電流が大きい側の前記電池ストリングの前記コイルスイッチを遮断状態から導通状態に切り替える請求項１に記載の二次電池システム。
【請求項３】
前記バランス調整回路は、１つの前記電池ストリング内に含まれる前記複数の電池セルのセル間電圧差が予め設定した第２の閾値以上となった場合に前記セル間電圧差が前記第２の閾値以上となった前記電池セルが含まれる前記電池ストリングの前記コイルスイッチを遮断状態から導通状態に切り替える請求項２に記載の二次電池システム。
【請求項４】
前記複数のセルコイルのそれぞれに設けられ、対応する前記電池セルの正極端子にカソードが接続され、対応するセルコイルの一端にアノードが接続される複数のダイオードを有する請求項１に記載の二次電池システム。
【請求項５】
複数の電池セルが直列に接続された少なくとも２つの電池ストリングと、
前記電池ストリング毎に設けられ、対応する前記電池ストリングに含まれる前記複数の電池セルにフライバック電流を還流させる複数のセルバランス回路と、を有し、
前記セルバランス回路が、
前記電池セルのそれぞれに対応して設けられ、対応する前記電池セルと並列接続される複数のセルコイルと、
１つの前記電池ストリングに含まれる前記複数の電池セルに対応して設けられる前記セルコイルの全部と電磁結合され、一端が対応する前記電池ストリングの正極端子及び負極端子の一方に接続されるストリングコイルと、
前記ストリングコイルの他端を対応する前記電池ストリングの正極端子及び負極端子の他方に接続するか、切り離すかを切り替えるコイルスイッチと、を有する二次電池システムを制御する演算装置において実行されるバランス調整プログラムであって、
前記電池ストリング間の出力電流の差が予め設定した第１の閾値以上となった場合に、出力電流が大きい側の前記電池ストリングの前記コイルスイッチを遮断状態から導通状態に切り替えるバランス調整プログラム。
【請求項６】
複数の電池セルが直列に接続された少なくとも２つの電池ストリングと、
前記電池ストリング毎に設けられ、対応する前記電池ストリングに含まれる前記複数の電池セルにフライバック電流を還流させる複数のセルバランス回路と、を有し、
前記セルバランス回路が、
前記電池セルのそれぞれに対応して設けられ、対応する前記電池セルと並列接続される複数のセルコイルと、
１つの前記電池ストリングに含まれる前記複数の電池セルに対応して設けられる前記セルコイルの全部と電磁結合され、一端が対応する前記電池ストリングの正極端子及び負極端子の一方に接続されるストリングコイルと、
前記ストリングコイルの他端を対応する前記電池ストリングの正極端子及び負極端子の他方に接続するか、切り離すかを切り替えるコイルスイッチと、を有する二次電池システムを演算装置を用いて制御するバランス調整方法であって、
前記電池ストリング間の出力電流の差が予め設定した第１の閾値以上となった場合に、出力電流が大きい側の前記電池ストリングの前記コイルスイッチを遮断状態から導通状態に切り替えるバランス調整方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、複数の電池ストリングを含む二次電池システムと、当該二次電池システムで利用するバランス調整プログラム及びバランス調整方法に関する。
続きを表示（約 3,100 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車等の動力源にモータを利用した車両が多く提案されている。このような車両には、多数の電池セルを直列接続した電池ストリングを複数個並列接続した電池パックが利用される。このような電池パックでは、電池ストリング間の充電率のバランス及び１つの電池ストリングに含まれる電池セルの充電率のバランスを取ることが求められる。電池ストリング間の充電率及び１つの電池セルストリングに含まれる電池セルの充電率を揃えることで電池ストリング又は電池セルのいずれかが過放電状態となるリスクを低減して電池パックの利用効率を高めることができる。そこで、電池ストリング或いは電池セルの充電率のバランスを調整するための技術の一例が特許文献１、２に開示されている。
【０００３】
特許文献１に記載の電池均等化装置は、複数の電池セルを複数直列接続して構成される電池スタックを複数並列に接続して構成される車両用組電池における電池均等化装置であって、前記電池スタックごとに、該電池スタックを構成する前記電池セルの内部抵抗を算出することにより、該内部抵抗の最大値および最小値の差が閾値以上である電池スタックを電源供給系統から切り離す電池スタック切離し部と、該切り離された電池スタックに対して、該電池スタックを構成する前記電池セルの均等化制御を実行するセルバランス制御部と、を備える。また、特許文献１に記載の電池均等化装置は、複数の電池セルを複数直列接続して構成される電池スタックを複数並列に接続して構成される車両用組電池における電池均等化装置であって、前記各電池スタックを流れる電流を測定する電流測定部と、前記各電池スタックを流れる電流の測定結果に応じて、前記各電池スタックを流れる電流が等しくなるように、前記各電池スタックの出力端子に直列に接続される抵抗の抵抗値を制御する電池スタック抵抗制御部と、を備える。
【０００４】
特許文献２に記載の車両用電源システムは、複数のセルが直列に接続されたセルストリングが、複数並列に接続された蓄電部と、前記複数のセルストリングのそれぞれの電圧を検出する電圧検出部と、前記複数のセルストリングのそれぞれに挿入される複数のスイッチと、本電源システムが搭載される車両の非走行状態において、前記複数のスイッチの２つ以上をターンオンして前記複数のセルストリング間の電圧／容量を均等化させる均等化処理を実行する管理部と、を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１３－０９９１５９号公報
国際公開第２０１９／１５０８３６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、電池セル間の充電率を均等化するためには、電池スタックに含む電池セルの個数に冗長性を持たせる必要があり、電池パックが大型化する問題がある。また、特許文献１において電池スタックの充電率を均等化するためには、電池スタック間の抵抗値の違いを吸収するために電池スタックに対して直列に挿入抵抗が必要であり、電池スタックを低抵抗で利用することができず電池利用効率が悪化する問題がある。また、特許文献２においてセルストリングの充電率を均等化させるためには、非走行状態での調整処理を行わなければならず草稿中にセルストリング間の充電率を調整することができない問題がある。つまり、特許文献１、２に記載の技術では、電池パックの利用効率を十分に高めることができない問題がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電池パックの利用効率を高めることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にかかる二次電池システムの一態様は、複数の電池セルが直列に接続された少なくとも２つの電池ストリングと、前記電池ストリング毎に設けられ、対応する前記電池ストリングに含まれる前記複数の電池セルにフライバック電流を還流させる複数のセルバランス回路と、前記電池ストリング間の出力電流の差に応じて前記セルバランス回路を動作させるか否かを切り替えるバランス調整回路と、を有し、前記セルバランス回路は、前記電池セルのそれぞれに対応して設けられ、対応する前記電池セルと並列接続される複数のセルコイルと、１つの前記電池ストリングに含まれる前記複数の電池セルに対応して設けられる前記セルコイルの全部と電磁結合され、一端が対応する前記電池ストリングの正極端子及び負極端子の一方に接続されるストリングコイルと、前記ストリングコイルの他端を対応する前記電池ストリングの正極端子及び負極端子の他方に接続するか、切り離すかを切り替えるコイルスイッチと、を有し、前記コイルスイッチは、前記バランス調整回路により導通状態と遮断状態とが切り替えられる。
【０００９】
本発明にかかるバランス調整プログラムの一態様は、複数の電池セルが直列に接続された少なくとも２つの電池ストリングと、前記電池ストリング毎に設けられ、対応する前記電池ストリングに含まれる前記複数の電池セルにフライバック電流を還流させる複数のセルバランス回路と、を有し、前記セルバランス回路が、前記電池セルのそれぞれに対応して設けられ、対応する前記電池セルと並列接続される複数のセルコイルと、１つの前記電池ストリングに含まれる前記複数の電池セルに対応して設けられる前記セルコイルの全部と電磁結合され、一端が対応する前記電池ストリングの正極端子及び負極端子の一方に接続されるストリングコイルと、前記ストリングコイルの他端を対応する前記電池ストリングの正極端子及び負極端子の他方に接続するか、切り離すかを切り替えるコイルスイッチと、を有する二次電池システムを制御する演算装置において実行されるバランス調整プログラムであって、前記電池ストリング間の出力電流の差が予め設定した第１の閾値以上となった場合に、出力電流が大きい側の前記電池ストリングの前記コイルスイッチを遮断状態から導通状態に切り替える。
【００１０】
本発明にかかるバランス調整方法の一態様は、複数の電池セルが直列に接続された少なくとも２つの電池ストリングと、前記電池ストリング毎に設けられ、対応する前記電池ストリングに含まれる前記複数の電池セルにフライバック電流を還流させる複数のセルバランス回路と、を有し、前記セルバランス回路が、前記電池セルのそれぞれに対応して設けられ、対応する前記電池セルと並列接続される複数のセルコイルと、１つの前記電池ストリングに含まれる前記複数の電池セルに対応して設けられる前記セルコイルの全部と電磁結合され、一端が対応する前記電池ストリングの正極端子及び負極端子の一方に接続されるストリングコイルと、前記ストリングコイルの他端を対応する前記電池ストリングの正極端子及び負極端子の他方に接続するか、切り離すかを切り替えるコイルスイッチと、を有する二次電池システムを演算装置を用いて制御するバランス調整方法であって、前記電池ストリング間の出力電流の差が予め設定した第１の閾値以上となった場合に、出力電流が大きい側の前記電池ストリングの前記コイルスイッチを遮断状態から導通状態に切り替える。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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