JP7501262B2

JP7501262B2 - Battery System

Info

Publication number: JP7501262B2
Application number: JP2020153498A
Authority: JP
Inventors: 伸一前; 昇一家岡; 慎司広瀬; 圭二三宅
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2020-09-14
Filing date: 2020-09-14
Publication date: 2024-06-18
Anticipated expiration: 2040-09-14
Also published as: JP2022047616A

Description

本発明は、複数の電池モジュールを備える電池システムに係わる。 The present invention relates to a battery system having multiple battery modules.

充電可能な二次電池は、様々な分野において広く実用化されている。例えば、電気自動車またはプラグインハイブリッド車などの電動車両は、走行用モータに電力を供給するための大容量の二次電池を備える。 Rechargeable secondary batteries are widely used in a variety of fields. For example, electric vehicles, plug-in hybrid vehicles, and other electrically powered vehicles are equipped with large-capacity secondary batteries to supply power to the driving motor.

大容量の二次電池は、多くのケースにおいて、並列に接続される複数の電池モジュールを備える。そして、並列に接続される複数の電池モジュールからモータ等の負荷に電力が供給される。なお、複数の電池を並列に接続する構成は、例えば、特許文献１～４に記載されている。 In many cases, a large-capacity secondary battery is equipped with multiple battery modules connected in parallel. Then, power is supplied to a load such as a motor from the multiple battery modules connected in parallel. Note that configurations in which multiple batteries are connected in parallel are described, for example, in Patent Documents 1 to 4.

ただし、複数の電池モジュールを供える二次電池を充電する際には、それら複数の電池モジュールを直列に接続した方が、充電効率が高くなることがある。よって、複数の電池モジュールを備える電池システムは、直列接続と並列接続とを切り替える機能を備える。 However, when charging a secondary battery that has multiple battery modules, the charging efficiency may be higher if the multiple battery modules are connected in series. Therefore, a battery system that has multiple battery modules has a function to switch between a series connection and a parallel connection.

ところで、並列に接続される複数の電池モジュールから負荷に電力を供給するときは、それら複数の電池モジュールの電圧が互いに同じであることが好ましい。このため、直列接続から並列接続に切り替えるときに、複数の電池モジュールの電圧を均等化する方法が提案されている。例えば、特許文献１には、電圧均等化処理の一例として、閾値以上の還流電流が流れると推定されるときに、複数の電池モジュールのなかの一部の電池モジュールを除外する手順が記載されている。 Incidentally, when power is supplied to a load from multiple battery modules connected in parallel, it is preferable that the voltages of the multiple battery modules are the same. For this reason, a method has been proposed for equalizing the voltages of multiple battery modules when switching from a series connection to a parallel connection. For example, Patent Document 1 describes, as an example of a voltage equalization process, a procedure for excluding some of the multiple battery modules when it is estimated that a return current equal to or greater than a threshold value will flow.

特開２０１９－００９９０９号公報JP 2019-009909 A 特開２０１６－０８２６６７号公報JP 2016-082667 A 特開２０１４－１８００８０号公報JP 2014-180080 A 特開２０１９－０８０４７４号公報JP 2019-080474 A

複数の電池モジュールの電圧がばらついている状態でそれらを並列に接続すると、複数の電池モジュールの電圧を均等化するように還流電流が発生する。そして、この状態で電池モジュールから負荷に電力を供給すると、負荷を駆動する駆動電流に還流電流が加わった合計電流が流れる。 When multiple battery modules are connected in parallel while their voltages vary, a reflux current is generated to equalize the voltages of the multiple battery modules. When power is supplied from the battery module to a load in this state, a total current flows that is the drive current that drives the load plus the reflux current.

したがって、還流電流の推定値のみに基づいて電圧均等化処理が必要か否かを判定すると、負荷が接続されたときに、想定を超える過剰な電流が流れることがある。このとき、駆動電流に還流電流が加わった合計電流が許容値を超えると、電池モジュールおよび／または電池モジュールの周辺の回路部品がダメージを受ける。 Therefore, if the need for voltage equalization processing is determined based only on the estimated return current value, an excessive current that exceeds expectations may flow when a load is connected. If the total current, which is the sum of the drive current and the return current, exceeds the allowable value, the battery module and/or the circuit components around the battery module may be damaged.

この問題は、負荷を駆動する駆動電流を制限すれば解決し得る。しかし、駆動電流を制限すると、負荷の出力が低下してしまう。また、電圧均等化処理の要否の判定において大きなマージンを設ける方法でも、過剰な電流を回避し得る。しかし、この方法では、還流電流が十分に小さい場合においても電圧均等化処理が実行されることがあり、負荷への電力の供給の開始が遅延してしまう。なお、この問題は、負荷を駆動するときだけでなく、負荷がモータ等である場合には、負荷からの回生電流が発生するときにも生じ得る。 This problem can be solved by limiting the drive current that drives the load. However, limiting the drive current reduces the load output. Excessive current can also be avoided by providing a large margin in determining whether voltage equalization is required. However, with this method, voltage equalization may be performed even when the return current is sufficiently small, delaying the start of power supply to the load. This problem can occur not only when driving a load, but also when a regenerative current is generated from the load if the load is a motor or the like.

本発明の１つの側面に係る目的は、複数の電池モジュールを並列に接続する際に、電圧均等化処理を実行するか否かを適切に判定することである。 An object of one aspect of the present invention is to appropriately determine whether or not to perform voltage equalization processing when multiple battery modules are connected in parallel.

本発明の１つの態様の電池システムは、複数の電池モジュールと、前記複数の電池モジュールの電圧をそれぞれ測定する電圧センサと、前記複数の電池モジュールを直列または並列に接続する電気回路と、前記電気回路を制御する制御部を備える。前記制御部は、前記複数の電池モジュールそれぞれについて、予め定められている許容電流値と、当該電池システムに接続する負荷の最大駆動電流または最大回生電流と当該電池モジュールの内部抵抗とに依存して決まる最大稼働電流との差分に基づいて許容還流電流値を計算し、前記電圧センサによりそれぞれ測定される前記複数の電池モジュールの電圧に基づいて、前記複数の電池モジュールそれぞれについて、前記複数の電池モジュールが並列に接続されるときに発生する還流電流の推定値を計算し、１以上の電池モジュールについての前記還流電流の推定値が対応する前記許容還流電流値を超えるときには、前記還流電流の推定値が対応する前記許容還流電流値を超える電池モジュールが無くなるまで、前記１以上の電池モジュールのうちから少なくとも１つを除外してゆき、前記還流電流の推定値が対応する前記許容還流電流値を超える電池モジュールが無くなったときに、残りの電池モジュールが並列に接続されるように前記電気回路を制御する。 A battery system according to one embodiment of the present invention includes a plurality of battery modules, a voltage sensor for measuring the voltages of the battery modules, an electric circuit for connecting the battery modules in series or in parallel, and a control unit for controlling the electric circuit, the control unit calculates an allowable return current value for each of the battery modules based on a difference between a predetermined allowable current value and a maximum operating current determined depending on a maximum driving current or a maximum regenerative current of a load connected to the battery system and an internal resistance of the battery module , calculates an estimated return current value for each of the battery modules when the battery modules are connected in parallel based on the voltages of the battery modules measured by the voltage sensor, and when the estimated return current value for one or more battery modules exceeds the corresponding allowable return current value, removes at least one of the one or more battery modules until there is no battery module whose estimated return current value exceeds the corresponding allowable return current value, and controls the electric circuit so that the remaining battery modules are connected in parallel when there is no battery module whose estimated return current value exceeds the corresponding allowable return current value.

このように、本発明の１つの態様の電池システムにおいては、各電池モジュールについて、最大稼働電流に還流電流の推定値を加えた合計電流が許容値を超えるか否かがモニタされる。そして、このモニタ結果に応じて、電圧均等化処理を実行するか否かが判定される。したがって、複数の電池モジュールを並列に接続するときに、電圧均等化処理を実行するか否かを適切に判定できる。この結果、負荷の稼働電流（駆動電流および／または回生電流）を過剰に制限することなく、電池モジュールおよび／または電池モジュールの周辺の回路部品のダメージを回避または抑制できる。 Thus, in a battery system according to one embodiment of the present invention, each battery module is monitored to see whether the total current, calculated by adding the estimated return current to the maximum operating current, exceeds an allowable value. Then, depending on the monitoring results, it is determined whether or not to perform voltage equalization processing. Therefore, when multiple battery modules are connected in parallel, it is possible to appropriately determine whether or not to perform voltage equalization processing. As a result, damage to the battery modules and/or circuit components around the battery modules can be avoided or suppressed without excessively restricting the operating current (drive current and/or regenerative current) of the load.

１以上の電池モジュールにおいて還流電流の推定値が対応する許容還流電流値を超えるときには、制御部は、それら１以上の電池モジュールの中で、還流電流の推定値が最も大きい電池モジュールから順番に除外してもよい。或いは、１以上の電池モジュールにおいて還流電流の推定値が対応する許容還流電流値を超えるときには、制御部は、電圧が最も高い電池モジュールまたは電圧が最も低い電池モジュールから順番に除外してもよい。この場合、並列に接続される電池モジュールの数をできるだけ多く残しながら、過電流を回避できる。 When the estimated return current value of one or more battery modules exceeds the corresponding allowable return current value, the control unit may sequentially exclude the battery module having the largest estimated return current value among the one or more battery modules. Alternatively, when the estimated return current value of one or more battery modules exceeds the corresponding allowable return current value, the control unit may sequentially exclude the battery module having the highest voltage or the battery module having the lowest voltage. In this case, overcurrent can be avoided while leaving as many battery modules as possible connected in parallel.

１以上の電池モジュールのうちから電池モジュールを除外していく手順において、還流電流の推定値が対応する許容還流電流値を超える電池モジュールが無くなったときの残りの電池モジュールの数が所定の閾値以上であれば、制御部は、残りの電池モジュールが並列に接続されるように接続回路を制御する。この場合、電池システムは、必要な電力を供給できる状態で負荷に接続される。 In the procedure of removing battery modules from one or more battery modules, if the number of remaining battery modules is equal to or greater than a predetermined threshold when there are no more battery modules whose estimated return current value exceeds the corresponding allowable return current value, the control unit controls the connection circuit so that the remaining battery modules are connected in parallel. In this case, the battery system is connected to the load in a state in which it can supply the required power.

上述の態様によれば、複数の電池モジュールを並列に接続する際に、電圧均等化処理を実行するか否かを適切に判定できる。 According to the above-mentioned aspect, when multiple battery modules are connected in parallel, it is possible to appropriately determine whether or not to perform voltage equalization processing.

本発明の実施形態に係わる電池システムの一例を示す図である。1 is a diagram showing an example of a battery system according to an embodiment of the present invention; 複数の電池モジュールを並列に接続したときに流れる電流の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a current that flows when a plurality of battery modules are connected in parallel. 電圧均等化処理の要否を判定する方法の一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a method for determining whether or not a voltage equalization process is required. 電圧均等化処理を実行するケースの一例を示す図である。11A and 11B are diagrams illustrating an example of a case in which a voltage equalization process is executed; 電圧均等化処理の要否を判定する処理の一例を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing an example of a process for determining whether or not a voltage equalization process is required. 電圧均等化処理の一例を示すフローチャートである。13 is a flowchart illustrating an example of a voltage equalization process. 電池システムの等価回路を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit of the battery system. 電圧均等化処理の要否を判定する方法のバリエーションを示す図である。11A and 11B are diagrams illustrating variations of a method for determining whether or not a voltage equalization process is required.

図１は、本発明の実施形態に係わる電池システムの一例を示す。本発明の実施形態に係わる電池システム１００は、複数の電池モジュール１（１ａ～１ｎ）および制御部１０を備える。なお、電池システム１００は、図１に示していない他の回路またはデバイスを備えてもよい。また、電池システムを「電池パック」と呼ぶことがある。 Figure 1 shows an example of a battery system according to an embodiment of the present invention. The battery system 100 according to an embodiment of the present invention includes a plurality of battery modules 1 (1a to 1n) and a control unit 10. Note that the battery system 100 may include other circuits or devices not shown in Figure 1. The battery system may also be referred to as a "battery pack."

電池モジュール１は、充電可能な二次電池である。図１に示す例では、電池モジュール１は、充電装置２００により充電される。なお、電池モジュール１は、特に限定されるものではないが、例えば、直列に接続される複数の電池セルにより構成される。また、複数の電池モジュール１ａ～１ｎは、互いに実質的に同じ構成である。ただし、電池モジュール１ａ～１ｎの特性（例えば、内部抵抗の抵抗値）は、製造誤差等に起因するばらつきを有する。 The battery module 1 is a rechargeable secondary battery. In the example shown in FIG. 1, the battery module 1 is charged by a charging device 200. The battery module 1 is not particularly limited, but may be composed of, for example, a number of battery cells connected in series. The battery modules 1a to 1n have substantially the same configuration. However, the characteristics of the battery modules 1a to 1n (for example, the resistance value of the internal resistance) have variations due to manufacturing errors, etc.

各電池モジュール１に対して、電圧センサＶ、電流センサＡ、およびスイッチＳＷ１～ＳＷ３が設けられる。電圧センサＶは、電池モジュール１の電圧を検知する。電流センサＡは、電池モジュール１の電流を検知する。スイッチＳＷ１は、電池モジュール１の正極と正側電源ラインとの間に設けられる。正側電源ラインは、電源装置２００の正極および負荷３００に接続される。スイッチＳＷ２は、電池モジュール１の負極と負側電源ラインとの間に設けられる。負側電源ラインは、電源装置２００の負極および負荷３００に接続される。また、負側電源ラインは、グランドに接続されてもよい。スイッチＳＷ３は、互いに隣接する電池モジュール１間に設けられる。例えば、電池モジュール１ａのスイッチＳＷ３は、電池モジュール１ａの負極と電池モジュール１ｂの正極との間に設けられる。なお、スイッチＳＷ１～ＳＷ３は、複数の電池モジュール１ａ～１ｎを直列または並列に接続する電気回路の一例である。 A voltage sensor V, a current sensor A, and switches SW1 to SW3 are provided for each battery module 1. The voltage sensor V detects the voltage of the battery module 1. The current sensor A detects the current of the battery module 1. The switch SW1 is provided between the positive electrode of the battery module 1 and the positive power supply line. The positive power supply line is connected to the positive electrode of the power supply device 200 and the load 300. The switch SW2 is provided between the negative electrode of the battery module 1 and the negative power supply line. The negative power supply line is connected to the negative electrode of the power supply device 200 and the load 300. The negative power supply line may also be connected to ground. The switch SW3 is provided between adjacent battery modules 1. For example, the switch SW3 of the battery module 1a is provided between the negative electrode of the battery module 1a and the positive electrode of the battery module 1b. The switches SW1 to SW3 are an example of an electric circuit that connects multiple battery modules 1a to 1n in series or in parallel.

制御部１０は、スイッチＳＷ１～ＳＷ３を制御することにより、複数の電池モジュール１ａ～１ｎを直列または並列に接続する。すなわち、制御部１０は、電池モジュール１ａ～１ｎに対して、直列接続から並列接続への切替え、及び、並列接続から直列接続への切替えを制御することができる。また、制御部１０は、電池モジュール１ａ～１ｎが並列に接続されるときに、電池モジュール１ａ～１ｎの電圧を均等化する電圧均等化処理を制御する。 The control unit 10 connects the multiple battery modules 1a to 1n in series or parallel by controlling the switches SW1 to SW3. That is, the control unit 10 can control the battery modules 1a to 1n to switch from a series connection to a parallel connection, and from a parallel connection to a series connection. In addition, the control unit 10 controls a voltage equalization process that equalizes the voltages of the battery modules 1a to 1n when the battery modules 1a to 1n are connected in parallel.

制御部１０は、例えば、プロセッサおよびメモリを含むプロセッサシステムにより実現される。この場合、上述した切替え処理および電圧均等化に係わる処理を記述したプログラムがメモリに格納される。そして、プロセッサがこのプログラムを実行することで、切替え処理および電圧均等化に係わる処理が実現される。ただし、制御部１０の機能の一部または全部は、ハードウェア回路で実現してもよい。 The control unit 10 is realized, for example, by a processor system including a processor and a memory. In this case, a program describing the above-mentioned switching process and the process related to voltage equalization is stored in the memory. Then, the switching process and the process related to voltage equalization are realized by the processor executing this program. However, some or all of the functions of the control unit 10 may be realized by a hardware circuit.

上記構成の電池システム１００において、電池モジュール１ａ～１ｎを充電するときには、制御部１０は、電池モジュール１ａ～１ｎを直列に接続する。この場合、制御部１０は、電池モジュール１ａ～１ｎの中で最も正極側に配置される電池モジュール１（図１では、電池モジュール１ａ）のスイッチＳＷ１、及び、電池モジュール１ａ～１ｎの中で最も負極側に配置される電池モジュール１（図１では、電池モジュール１ｎ）のスイッチＳＷ２をオン状態に制御すると共に、他のスイッチＳＷ１、ＳＷ２をオフ状態に制御する。加えて、制御部１０は、各スイッチＳＷ３をオン状態に制御する。これにより、電池モジュール１ａ～１ｎが直列に接続される。 When charging the battery modules 1a to 1n in the battery system 100 configured as described above, the control unit 10 connects the battery modules 1a to 1n in series. In this case, the control unit 10 controls the switch SW1 of the battery module 1 (battery module 1a in FIG. 1) arranged on the most positive side among the battery modules 1a to 1n, and the switch SW2 of the battery module 1 (battery module 1n in FIG. 1) arranged on the most negative side among the battery modules 1a to 1n, to the on state, and controls the other switches SW1 and SW2 to the off state. In addition, the control unit 10 controls each switch SW3 to the on state. This connects the battery modules 1a to 1n in series.

電池モジュール１ａ～１ｎから負荷３００に電力を供給するときは、制御部１０は、電池モジュール１ａ～１ｎを並列に接続する。この場合、制御部１０は、すべてのスイッチＳＷ１、ＳＷ２をオン状態に制御すると共に、すべてのスイッチＳＷ３をオフ状態に制御する。これにより、電池モジュール１ａ～１ｎが並列に接続される。 When supplying power from the battery modules 1a to 1n to the load 300, the control unit 10 connects the battery modules 1a to 1n in parallel. In this case, the control unit 10 controls all the switches SW1 and SW2 to the on state and all the switches SW3 to the off state. This causes the battery modules 1a to 1n to be connected in parallel.

ただし、上述したように、電池モジュール１ａ～１ｎの特性（例えば、内部抵抗の抵抗値）は、製造誤差等に起因するばらつきを有する。このため、充電動作が終了した後、電池モジュール１ａ～１ｎを直列接続から並列接続に切り替えるときに、電池モジュール１ａ～１ｎの電圧が均等化されていないことがある。そして、電池モジュール１ａ～１ｎの電圧が均等化されていない状態で電池モジュール１ａ～１ｎを並列に接続すると、還流電流が発生する。 However, as mentioned above, the characteristics of the battery modules 1a to 1n (for example, the resistance value of the internal resistance) have variations due to manufacturing errors, etc. For this reason, when the battery modules 1a to 1n are switched from a series connection to a parallel connection after the charging operation is completed, the voltages of the battery modules 1a to 1n may not be equalized. If the battery modules 1a to 1n are connected in parallel while the voltages of the battery modules 1a to 1n are not equalized, a reflux current will be generated.

図２は、複数の電池モジュールを並列に接続したときに流れる電流の一例を示す。この例では、電池モジュール１ａ～１ｎを直列接続から並列接続に切り替えるときに、電池モジュール１ｂの電圧が最も高いものとする。また、電池モジュール１ａ、１ｎの電圧は、それぞれ、電池モジュール１ａ～１ｎの電圧の平均より低いものとする。なお、図２においては、図面を見やすくするために、スイッチＳＷ１～ＳＷ３、電圧センサＶ、電流センサＡは省略されている。 Figure 2 shows an example of the current that flows when multiple battery modules are connected in parallel. In this example, it is assumed that the voltage of battery module 1b is the highest when battery modules 1a to 1n are switched from a series connection to a parallel connection. It is also assumed that the voltages of battery modules 1a and 1n are each lower than the average voltage of battery modules 1a to 1n. Note that in Figure 2, switches SW1 to SW3, voltage sensor V, and current sensor A are omitted to make the drawing easier to understand.

電池モジュール１ａ～１ｎが並列に接続されると、電池モジュール１ａ～１ｎの電圧が均等化されるように還流電流が発生する。すなわち、電池モジュール１ｂの電圧が高く、電池モジュール１ａ、１ｎの電圧が低いときは、図２（ａ）に示す還流電流が発生する。このとき、電池モジュール１ｂには放電電流が流れ、電池モジュール１ａ、１ｎには充電電流が流れる。すなわち、電池モジュール１ｂから出力され、電池モジュール１ａ、１ｎを通過して電池モジュール１ｂに戻ってくる還流電流が発生する。 When battery modules 1a to 1n are connected in parallel, a reflux current is generated so that the voltages of battery modules 1a to 1n are equalized. That is, when the voltage of battery module 1b is high and the voltages of battery modules 1a and 1n are low, the reflux current shown in FIG. 2(a) is generated. At this time, a discharge current flows through battery module 1b, and a charge current flows through battery modules 1a and 1n. That is, a reflux current is generated that is output from battery module 1b, passes through battery modules 1a and 1n, and returns to battery module 1b.

ここで、電池モジュール１ａ～１ｎを並列に接続すると同時に、電池モジュール１ａ～１ｎから負荷３００に電力を供給するものとする。この場合、図２（ｂ）に示す駆動電流が流れる。なお、駆動電流は、負荷３００の稼働時に流れる稼働電流の一例である。 Here, the battery modules 1a to 1n are connected in parallel, and at the same time, power is supplied from the battery modules 1a to 1n to the load 300. In this case, the drive current shown in FIG. 2(b) flows. Note that the drive current is an example of the operating current that flows when the load 300 is operating.

したがって、電池モジュール１ａ～１ｎを並列に接続すると同時に、電池モジュール１ａ～１ｎから負荷３００に電力を供給するケースでは、図２（ａ）に示す還流電流および図２（ｂ）に示す駆動電流が流れる。すなわち、各電池モジュール１ａ～１ｎには、駆動電流に還流電流が加わった合計電流が流れる。ここで、電圧が高い電池モジュール（図２では、電池モジュール１ｂ）においては、駆動電流が流れる方向および還流電流が流れる方向が互いに同じである。このため、電圧が高い電池モジュールにおいては、負荷３００の稼働時に想定されている電流よりも大きな合計電流が発生するおそれがある。そして、この合計電流が許容値を越えると、電池モジュールおよび／または電池モジュールの周辺の回路部品（例えば、スイッチＳＷ１、ＳＷ２）がダメージを受ける。 Therefore, when the battery modules 1a to 1n are connected in parallel and power is supplied from the battery modules 1a to 1n to the load 300, the return current shown in FIG. 2(a) and the drive current shown in FIG. 2(b) flow. That is, a total current consisting of the drive current plus the return current flows through each of the battery modules 1a to 1n. Here, in a battery module with a high voltage (battery module 1b in FIG. 2), the direction in which the drive current flows and the direction in which the return current flows are the same. For this reason, in a battery module with a high voltage, a total current larger than the current expected when the load 300 is operating may be generated. If this total current exceeds the allowable value, the battery module and/or the circuit components around the battery module (e.g., switches SW1 and SW2) may be damaged.

なお、負荷３００がモータである場合には、図２（ｃ）に示すように、回生電流が発生する。この場合、各電池モジュール１ａ～１ｎには、回生電流に還流電流が加わった合計電流が流れる。ここで、電圧が低い電池モジュール（図２では、電池モジュール１ａまたは１ｎ）においては、回生電流が流れる方向および還流電流が流れる方向が互いに同じである。したがって、電圧が低い電池モジュールにおいては、負荷３００による回生時に想定されている電流よりも大きな合計電流が発生するおそれがある。なお、回生電流も、負荷３００の稼働時に流れる稼働電流の一例である。 When the load 300 is a motor, a regenerative current is generated as shown in FIG. 2(c). In this case, a total current consisting of the regenerative current plus the return current flows through each of the battery modules 1a to 1n. Here, in a battery module with a low voltage (battery module 1a or 1n in FIG. 2), the direction in which the regenerative current flows and the direction in which the return current flows are the same. Therefore, in a battery module with a low voltage, there is a risk that a total current larger than the current expected during regeneration by the load 300 will be generated. The regenerative current is also an example of an operating current that flows when the load 300 is operating.

そこで、電池システム１００は、電池モジュール１ａ～１ｎを並列に接続するときに発生し得る還流電流および負荷３００の稼働電流（駆動電流および／または回生電流）を考慮して、電圧均等化処理を実行するか否かを判定する。そして、電圧均等化処理を実行すると判定したときは、電池システム１００は、電池モジュール１ａ～１ｎを並列に接続する前に電圧均等化処理を実行する。この場合、電圧均等化処理が実行された後は、還流電流は、発生しないか、発生したとしても非常に小さい値になる。したがって、電池モジュール１ａ～１ｎを並列に接続するときに過剰な電流が発生する可能性は低くなる。一方、電圧均等化処理を実行しないと判定したときは、電池システム１００は、電圧均等化処理を実行することなく、即座に、電池モジュール１ａ～１ｎを並列に接続する。この場合、電池システム１００は、遅延なく負荷３００への電力の供給を開始できる。 The battery system 100 therefore determines whether or not to perform voltage equalization processing, taking into consideration the return current that may occur when the battery modules 1a to 1n are connected in parallel and the operating current (drive current and/or regenerative current) of the load 300. If it is determined that the voltage equalization processing should be performed, the battery system 100 performs the voltage equalization processing before connecting the battery modules 1a to 1n in parallel. In this case, after the voltage equalization processing is performed, the return current does not occur, or if it does occur, it is a very small value. Therefore, the possibility of excessive current occurring when the battery modules 1a to 1n are connected in parallel is reduced. On the other hand, if it is determined that the voltage equalization processing should not be performed, the battery system 100 immediately connects the battery modules 1a to 1n in parallel without performing the voltage equalization processing. In this case, the battery system 100 can start supplying power to the load 300 without delay.

図３は、電圧均等化処理の要否を判定する方法の一例を示す。この例では、電池システム１００は、４個の電池モジュールＭ１～Ｍ４を備える。そして、電池モジュールＭ１～Ｍ４を並列に接続するときに、電池モジュールＭ１、Ｍ４の電圧が電池モジュールＭ２、Ｍ３の電圧より高いものとする。 Figure 3 shows an example of a method for determining whether or not voltage equalization processing is required. In this example, the battery system 100 includes four battery modules M1 to M4. When the battery modules M1 to M4 are connected in parallel, the voltage of the battery modules M1 and M4 is higher than the voltage of the battery modules M2 and M3.

許容電流値は、電池モジュールがダメージを受けることなく流すことができる電流の上限値を表す。すなわち、電池モジュールに許容電流値よりも大きい電流が流れると、その電池モジュールがダメージを受けるおそれがある。なお、許容電流値は、電池モジュールの構造および特性に依存するものであり、この例では、電池モジュールＭ１～Ｍ４に対して同じであるものとする。また、電池モジュールが放電する際の許容電流値および電池モジュールを充電する際の許容電流値は、互いに同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。 The allowable current value represents the upper limit of the current that can flow through a battery module without damaging it. In other words, if a current greater than the allowable current value flows through a battery module, the battery module may be damaged. Note that the allowable current value depends on the structure and characteristics of the battery module, and in this example, it is assumed to be the same for battery modules M1 to M4. Also, the allowable current value when the battery module is discharging and the allowable current value when the battery module is charging may be the same or different from each other.

Ｃ１～Ｃ４は、電池モジュールＭ１～Ｍ４を並列に接続するときに電池モジュールＭ１～Ｍ４に流れる還流電流を表す。この例では、電池モジュールＭ１、Ｍ４の電圧が、電池モジュールＭ２、Ｍ３の電圧より高い。よって、電池モジュールＭ１、Ｍ４には放電電流が流れ、電池モジュールＭ２、Ｍ３には充電電流が流れる。ここで、各電池モジュールの還流電流は、制御部１０により推定される。このとき、制御部１０は、電圧センサＶによりそれぞれ測定される電圧に基づいて、各電池モジュールについて、複数の電池モジュールが並列に接続されるときに発生する還流電流を推定する。なお、還流電流を推定または計算する方法は、後で説明する。 C1 to C4 represent the return currents that flow through the battery modules M1 to M4 when the battery modules M1 to M4 are connected in parallel. In this example, the voltage of the battery modules M1 and M4 is higher than the voltage of the battery modules M2 and M3. Therefore, a discharge current flows through the battery modules M1 and M4, and a charge current flows through the battery modules M2 and M3. Here, the return currents of each battery module are estimated by the control unit 10. At this time, the control unit 10 estimates the return currents that are generated for each battery module when multiple battery modules are connected in parallel, based on the voltages measured by the voltage sensor V. The method of estimating or calculating the return currents will be described later.

Ｄ１～Ｄ４は、電池モジュールＭ１～Ｍ４の最大駆動電流を表す。各電池モジュールＭ１～Ｍ４の最大駆動電流は、負荷３００の最大駆動電流に基づいて決定される。負荷３００の最大駆動電流は、負荷３００を駆動するために流れる電流の最大値であり、仕様等により予め設定されている。よって、負荷３００の最大駆動電流を、電池システム１００が備える電池モジュールの個数で割算することで、各電池モジュールの最大駆動電流が算出される。この例では、負荷３００の最大駆動電流を「４」で割算することにより、各電池モジュールＭ１～Ｍ４の最大駆動電流Ｄ１～Ｄ４が算出される。 D1 to D4 represent the maximum drive currents of the battery modules M1 to M4. The maximum drive current of each battery module M1 to M4 is determined based on the maximum drive current of the load 300. The maximum drive current of the load 300 is the maximum value of the current that flows to drive the load 300, and is set in advance according to specifications, etc. Therefore, the maximum drive current of each battery module is calculated by dividing the maximum drive current of the load 300 by the number of battery modules included in the battery system 100. In this example, the maximum drive currents D1 to D4 of each battery module M1 to M4 are calculated by dividing the maximum drive current of the load 300 by "4".

ただし、電池モジュールＭ１～Ｍ４の特性（例えば、内部抵抗の抵抗値）は、製造誤差等に起因するばらつきを有する。このため、各電池モジュールＭ１～Ｍ４の最大駆動電流Ｄ１～Ｄ４は、電池モジュールＭ１～Ｍ４の内部抵抗の抵抗値を考慮して計算することが好ましい。 However, the characteristics of the battery modules M1 to M4 (e.g., the resistance value of the internal resistance) have variations due to manufacturing errors, etc. For this reason, it is preferable to calculate the maximum drive currents D1 to D4 of each battery module M1 to M4 taking into account the resistance value of the internal resistance of the battery modules M1 to M4.

Ｅ１～Ｅ４は、電池モジュールＭ１～Ｍ４の最大回生電流を表す。各電池モジュールＭ１～Ｍ４の最大回生電流は、負荷３００の最大回生電流に基づいて決定される。負荷３００の最大回生電流は、負荷３００から回生される電流の最大値であり、仕様等により予め設定されている。よって、負荷３００の最大回生電流を、電池システム１００が備える電池モジュールの個数で割算することで、各電池モジュールの最大回生電流が算出される。この例では、負荷３００の最大回生電流を「４」で割算することにより、各電池モジュールＭ１～Ｍ４の最大回生電流Ｅ１～Ｅ４が算出される。なお、各電池モジュールＭ１～Ｍ４の最大回生電流Ｅ１～Ｅ４も、電池モジュールＭ１～Ｍ４の内部抵抗の抵抗値を考慮して計算することが好ましい。 E1 to E4 represent the maximum regenerative current of the battery modules M1 to M4. The maximum regenerative current of each battery module M1 to M4 is determined based on the maximum regenerative current of the load 300. The maximum regenerative current of the load 300 is the maximum value of the current regenerated from the load 300, and is set in advance according to specifications, etc. Therefore, the maximum regenerative current of each battery module is calculated by dividing the maximum regenerative current of the load 300 by the number of battery modules included in the battery system 100. In this example, the maximum regenerative current E1 to E4 of each battery module M1 to M4 is calculated by dividing the maximum regenerative current of the load 300 by "4". It is preferable to calculate the maximum regenerative current E1 to E4 of each battery module M1 to M4 taking into account the resistance value of the internal resistance of the battery modules M1 to M4.

制御部１０は、各電池モジュールＭ１～Ｍ４について、還流電流Ｃ１～Ｃ４と対応する許容還流電流値ＴＨ１～ＴＨ４とを比較する。許容還流電流値は、この実施例では、許容電流値と最大駆動電流Ｄ１～Ｄ４または最大回生電流Ｅ１～Ｅ４との差分を表す。具体的には、還流電流として放電電流が発生する電池モジュール（Ｍ１、Ｍ４）においては、負荷３００の稼働時の許容電流値ＴＨＤと対応する最大駆動電流（Ｄ１、Ｄ４）との差分がそれぞれ計算される。還流電流として充電電流が発生する電池モジュール（Ｍ２、Ｍ３）においては、負荷３００の回生時の許容電流値ＴＨＥと対応する最大回生電流（Ｅ１、Ｅ４）との差分がそれぞれ計算される。すなわち、電池モジュールＭ１～Ｍ４に対して下記の許容還流電流値ＴＨ１～ＴＨ４が計算される。 The control unit 10 compares the return currents C1 to C4 with the corresponding allowable return current values TH1 to TH4 for each battery module M1 to M4. In this embodiment, the allowable return current values represent the difference between the allowable current value and the maximum drive currents D1 to D4 or the maximum regenerative currents E1 to E4. Specifically, for the battery modules (M1, M4) in which a discharge current is generated as the return current, the difference between the allowable current value THD when the load 300 is operating and the corresponding maximum drive current (D1, D4) is calculated. For the battery modules (M2, M3) in which a charge current is generated as the return current, the difference between the allowable current value THE when the load 300 is regenerating and the corresponding maximum regenerative current (E1, E4) is calculated. That is, the following allowable return current values TH1 to TH4 are calculated for the battery modules M1 to M4.

電池モジュールＭ１：ＴＨ１＝ＴＨＤ－Ｄ１
電池モジュールＭ２：ＴＨ２＝ＴＨＥ－Ｅ２
電池モジュールＭ３：ＴＨ３＝ＴＨＥ－Ｅ３
電池モジュールＭ４：ＴＨ４＝ＴＨＤ－Ｄ４ Battery module M1: TH1 = THD-D1
Battery module M2: TH2=THE-E2
Battery module M3: TH3 = THE-E3
Battery module M4: TH4 = THD-D4

そして、還流電流Ｃ１～Ｃ４が対応する許容還流電流値ＴＨ１～ＴＨ４より大きい電池モジュールが存在するときは、制御部１０は、電圧均等化処理を実行する。ただし、図３に示す例では、還流電流は、いずれも対応する許容還流電流値より小さい。すなわち、還流電流Ｃ１は許容還流電流値ＴＨ１より小さく、還流電流Ｃ２は許容還流電流値ＴＨ２より小さく、還流電流Ｃ３は許容還流電流値ＴＨ３より小さく、還流電流Ｃ４は許容還流電流値ＴＨ４より小さい。よって、この場合、制御部１０は、電圧均等化処理を実行することなく、電池モジュールＭ１～Ｍ４を並列に接続する。そして、電池システム１００は、電池モジュールＭ１～Ｍ４を用いて負荷３００に電力を供給する。 When there is a battery module whose return currents C1 to C4 are greater than the corresponding allowable return current values TH1 to TH4, the control unit 10 executes a voltage equalization process. However, in the example shown in FIG. 3, the return currents are all smaller than the corresponding allowable return current values. That is, the return current C1 is smaller than the allowable return current value TH1, the return current C2 is smaller than the allowable return current value TH2, the return current C3 is smaller than the allowable return current value TH3, and the return current C4 is smaller than the allowable return current value TH4. Therefore, in this case, the control unit 10 connects the battery modules M1 to M4 in parallel without executing a voltage equalization process. Then, the battery system 100 supplies power to the load 300 using the battery modules M1 to M4.

図４は、電圧均等化処理を実行するケースの一例を示す。この例では、図４（ａ）に示すように、電池モジュールＭ１の還流電流Ｃ１が対応する許容還流電流値ＴＨ１より大きくなる。この場合、制御部１０は、電池モジュールＭ１～Ｍ４を並列に接続する前に電圧均等化処理を実行する。このとき、制御部１０は、電圧均等化処理として、還流電流が対応する許容還流電流値より大きい電池モジュール（すなわち、電池モジュールＭ１）を除外する。この結果、図４（ｂ）に示すように、接続対象の電池モジュールとして、電池モジュールＭ２～Ｍ４が残る。そして、制御部１０は、残りの電池モジュールについて還流電流を再計算する。すなわち、電池モジュールＭ２～Ｍ４の還流電流Ｃ２～Ｃ４が算出される。なお、各電池モジュールの還流電流は、それら電池モジュールの電圧のバランスに基づいて決まる。よって、電池モジュールＭ１が除外される前に推定された還流電流Ｃ２～Ｃ４と、電池モジュールＭ１が除外された後に推定される還流電流Ｃ２～Ｃ４とは、基本的に、異なる値になる。 Figure 4 shows an example of a case where the voltage equalization process is performed. In this example, as shown in Figure 4(a), the return current C1 of the battery module M1 becomes larger than the corresponding allowable return current value TH1. In this case, the control unit 10 performs the voltage equalization process before connecting the battery modules M1 to M4 in parallel. At this time, the control unit 10 excludes the battery module (i.e., the battery module M1) whose return current is larger than the corresponding allowable return current value as the voltage equalization process. As a result, as shown in Figure 4(b), the battery modules M2 to M4 remain as the battery modules to be connected. Then, the control unit 10 recalculates the return current for the remaining battery modules. That is, the return currents C2 to C4 of the battery modules M2 to M4 are calculated. Note that the return current of each battery module is determined based on the balance of the voltages of those battery modules. Therefore, the return currents C2 to C4 estimated before the battery module M1 is excluded and the return currents C2 to C4 estimated after the battery module M1 is excluded are basically different values.

この後、制御部１０は、除外されずに残っている各電池モジュール（すなわち、電池モジュールＭ２～Ｍ４）について、還流電流と対応する許容還流電流値とを比較する。各許容還流電流値ＴＨ２～ＴＨ４は、先に計算した値から変わらない。そして、すべての還流電流Ｃ２～Ｃ４がそれぞれ対応する許容還流電流値ＴＨ２～ＴＨ４よりも小さくなると、制御部１０は、電圧均等化処理を終了して電池モジュールＭ２～Ｍ４を並列に接続する。 Then, for each battery module that has not been excluded (i.e., battery modules M2 to M4), the control unit 10 compares the return current with the corresponding allowable return current value. Each allowable return current value TH2 to TH4 remains unchanged from the previously calculated value. Then, when all return currents C2 to C4 become smaller than the corresponding allowable return current values TH2 to TH4, the control unit 10 ends the voltage equalization process and connects battery modules M2 to M4 in parallel.

なお、電池モジュールＭ２～Ｍ４の中で、さらに、還流電流が対応する許容還流電流値より大きい電池モジュールが見つかったときは、上述の処理が繰り返し実行される。すなわち、すべての還流電流がそれぞれ対応する許容還流電流値より小さくなるまで、接続すべき電池モジュールが１つずつ除外されてゆく。 If any battery module is found among the battery modules M2 to M4 whose return current is greater than the corresponding allowable return current value, the above process is repeated. That is, battery modules to be connected are removed one by one until all return currents are smaller than the corresponding allowable return current value.

このように、本発明の実施形態に係わる電池システム１００においては、負荷３００の最大稼働電流および各電池モジュールの内部抵抗の抵抗値に基づいて各電池モジュールの許容還流電流値が計算される。また、各電池モジュールの電圧に基づいて、各電池モジュールに流れる還流電流が推定される。そして、１以上の電池モジュールにおいて還流電流が対応する許容還流電流値を超えるときは、電圧均等化処理が実行される。一方、すべての電池モジュールにおいて還流電流が対応する許容還流電流値以下であるときは、電圧均等化処理を実行することなく、即座に、電池モジュールＭ１～Ｍ４が並列に接続される。すなわち、製造誤差等に起因するばらつきを考慮して、電池モジュール毎に還流電流の推定値と許容還流電流値とが比較され、それらの比較に基づいて電圧均等化処理の要否が判定されるので、必要な電圧均等化処理が確実に実行され、還流電流に起因する過電流が抑制される。加えて、不必要な電圧均等化処理が抑制されるので、負荷３００への電力供給の開始が早くなる。 In this way, in the battery system 100 according to the embodiment of the present invention, the allowable return current value of each battery module is calculated based on the maximum operating current of the load 300 and the resistance value of the internal resistance of each battery module. In addition, the return current flowing through each battery module is estimated based on the voltage of each battery module. Then, when the return current in one or more battery modules exceeds the corresponding allowable return current value, a voltage equalization process is executed. On the other hand, when the return current in all battery modules is equal to or less than the corresponding allowable return current value, the battery modules M1 to M4 are immediately connected in parallel without executing the voltage equalization process. That is, taking into account variations due to manufacturing errors, etc., the estimated return current value and the allowable return current value are compared for each battery module, and the necessity of the voltage equalization process is determined based on the comparison, so that the necessary voltage equalization process is reliably executed and overcurrent caused by the return current is suppressed. In addition, unnecessary voltage equalization processes are suppressed, so that the start of power supply to the load 300 is accelerated.

なお、図３～図４に示す例では、負荷３００を駆動する際の電流（放電電流）および負荷３００が電流を回生する際の電流（充電電流）の双方をモニタして電圧均等化処理の要否が判定されるが、本発明はこの手順に限定されるものではない。例えば、電池システム１００により電力が供給される負荷が回生電流を発生させないときは、負荷３００を駆動する際の電流（放電電流）のみに対して電圧均等化処理の要否を判定してもよい。 In the example shown in Figures 3 and 4, both the current (discharge current) when driving the load 300 and the current (charge current) when the load 300 regenerates current are monitored to determine whether or not voltage equalization is required, but the present invention is not limited to this procedure. For example, when a load to which power is supplied by the battery system 100 does not generate a regenerative current, the need for voltage equalization may be determined based only on the current (discharge current) when driving the load 300.

図５は、電圧均等化処理の要否を判定する処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、複数の電池モジュールを並列に接続する前に制御部１０により実行される。 Figure 5 is a flowchart showing an example of a process for determining whether or not voltage equalization processing is required. The process of this flowchart is executed by the control unit 10 before multiple battery modules are connected in parallel.

Ｓ１において、制御部１０は、負荷３００の最大稼働電流および各電池モジュールの内部抵抗の抵抗値に基づいて、各電池モジュールの最大稼働電流を計算する。負荷３００の最大稼働電流は、既知であり、例えば、不図示のメモリに予め保存されている。また、各電池モジュールの内部抵抗の抵抗値は、予め測定されて不図示のメモリに予め保存されている。なお、このフローチャートの説明において、最大稼働電流は、最大駆動電流および最大回生電流を含むものとする。 In S1, the control unit 10 calculates the maximum operating current of each battery module based on the maximum operating current of the load 300 and the resistance value of the internal resistance of each battery module. The maximum operating current of the load 300 is known and is stored in advance, for example, in a memory (not shown). The resistance value of the internal resistance of each battery module is measured in advance and stored in advance in a memory (not shown). In the description of this flowchart, the maximum operating current includes the maximum drive current and the maximum regenerative current.

Ｓ２において、制御部１０は、電池モジュール毎に、許容電流値および最大稼働電流から許容還流電流値を計算する。一例としては、許容電流値から最大稼働電流を引算することで許容還流電流値が得られる。許容電流値は、すべての電池モジュールにおいて同じであり、不図示のメモリに予め保存されている。 In S2, the control unit 10 calculates the allowable reflux current value for each battery module from the allowable current value and the maximum operating current. As an example, the allowable reflux current value is obtained by subtracting the maximum operating current from the allowable current value. The allowable current value is the same for all battery modules and is stored in advance in a memory (not shown).

Ｓ３において、制御部１０は、各電池モジュールの還流電流を推定する。各電池モジュールの還流電流を推定する方法については、後で記載する。 In S3, the control unit 10 estimates the return current of each battery module. The method for estimating the return current of each battery module will be described later.

Ｓ４～Ｓ５において、制御部１０は、並列化判定処理を実行する。すなわち、制御部１０は、電池モジュール毎に、許容還流電流値と還流電流の推定値とを比較する。そして、１以上の電池モジュールにおいて還流電流の推定値が対応する許容還流電流値より大きいときには、制御部１０は、複数の電池モジュールを並列に接続する前に電圧均等化処理が必要であると判定する。この場合、制御部１０は、Ｓ６において電圧均等化処理を実行する。一方、すべての電池モジュールにおいて還流電流の推定値が対応する許容還流電流値以下であれば、Ｓ６の電圧均等化処理はスキップされる。 In S4 to S5, the control unit 10 executes a parallelization determination process. That is, the control unit 10 compares the allowable return current value with the estimated return current value for each battery module. Then, when the estimated return current value in one or more battery modules is greater than the corresponding allowable return current value, the control unit 10 determines that a voltage equalization process is necessary before connecting the multiple battery modules in parallel. In this case, the control unit 10 executes a voltage equalization process in S6. On the other hand, if the estimated return current value in all battery modules is equal to or less than the corresponding allowable return current value, the voltage equalization process in S6 is skipped.

Ｓ７において、制御部１０は、複数の電池モジュールを並列に接続する。このとき、制御部１０は、各電池モジュールのスイッチＳＷ１およびＳＷ２をそれぞれオン状態に制御すると共に、各スイッチＳＷ３をオフ状態に制御する。 In S7, the control unit 10 connects the multiple battery modules in parallel. At this time, the control unit 10 controls the switches SW1 and SW2 of each battery module to the on state, and controls each switch SW3 to the off state.

図６は、電圧均等化処理の一例を示すフローチャートである。なお、図６に示す電圧均等化は、図５に示すＳ６に相当する。すなわち、図６に示すフローチャートの処理は、１以上の電池モジュールにおいて還流電流の推定値が対応する許容還流電流値より大きいときに実行される。 Figure 6 is a flowchart showing an example of a voltage equalization process. The voltage equalization shown in Figure 6 corresponds to S6 shown in Figure 5. That is, the process of the flowchart shown in Figure 6 is executed when the estimated return current value in one or more battery modules is greater than the corresponding allowable return current value.

Ｓ１１において、制御部１０は、還流電流の推定値が対応する許容還流電流値より大きい１以上の電池モジュールの中から１つの電池モジュールを選択する。このとき、制御部１０は、例えば、還流電流の推定値が対応する許容還流電流値より大きい１以上の電池モジュールの中から、還流電流の推定値が最も大きい電池モジュールを選択する。 In S11, the control unit 10 selects one battery module from among one or more battery modules whose estimated return current values are greater than the corresponding allowable return current value. At this time, the control unit 10 selects, for example, the battery module whose estimated return current value is the largest from among one or more battery modules whose estimated return current values are greater than the corresponding allowable return current value.

Ｓ１２において、制御部１０は、Ｓ１１で選択した電池モジュールを除く、残りの電池モジュールの還流電流をそれぞれ推定（再計算）する。なお、各電池モジュールの還流電流を推定する方法は、Ｓ３およびＳ１２において実質的に同じである。 In S12, the control unit 10 estimates (recalculates) the return current of each of the remaining battery modules, excluding the battery module selected in S11. Note that the method of estimating the return current of each battery module is substantially the same in S3 and S12.

Ｓ１３において、制御部１０は、除外されずに残っている電池モジュールの中で、１以上の電池モジュールにおいて還流電流の推定値が対応する許容還流電流値より大きいか否かを判定する。この判定は、Ｓ５およびＳ１３において実質的に同じである。そして、１以上の電池モジュールにおいて還流電流の推定値が対応する許容還流電流値より大きいときは、制御部１０の処理はＳ１１に戻る。すなわち、除外されずに残っている全ての電池モジュールの還流電流の推定値が対応する許容還流電流値以下になるまで、Ｓ１１～Ｓ１３の処理が繰り返し実行される。このとき、残りの電池モジュールの数が１ずつ減っていく。そして、除外されずに残っている全ての電池モジュールの還流電流の推定値が対応する許容還流電流値以下になると、制御部１０の処理はＳ１４に進む。 In S13, the control unit 10 determines whether the estimated return current value of one or more battery modules among the battery modules that have not been excluded is greater than the corresponding allowable return current value. This determination is substantially the same in S5 and S13. Then, when the estimated return current value of one or more battery modules is greater than the corresponding allowable return current value, the processing of the control unit 10 returns to S11. That is, the processing of S11 to S13 is repeatedly executed until the estimated return current values of all battery modules that have not been excluded become equal to or less than the corresponding allowable return current value. At this time, the number of remaining battery modules is decreased by one. Then, when the estimated return current values of all battery modules that have not been excluded become equal to or less than the corresponding allowable return current value, the processing of the control unit 10 proceeds to S14.

Ｓ１４において、制御部１０は、除外されずに残っている電池モジュールの数が所定の閾値以上であるか否かを判定する。この閾値は、負荷３００を正常に稼働させるために必要な最小限の電池モジュールの数を表す。例えば、負荷３００が通常の動作において電力「７５」を消費するものとする。また、各電池モジュールは、負荷３００に電力「１０」を供給できるものとする。この場合、負荷３００が必要とする電力を供給するためには、電池システム１００は、少なくとも８個の電池モジュールを使用する必要がある。したがって、この場合、閾値は８である。 In S14, the control unit 10 determines whether the number of battery modules remaining that have not been removed is equal to or greater than a predetermined threshold. This threshold represents the minimum number of battery modules required to operate the load 300 normally. For example, assume that the load 300 consumes 75% power in normal operation. Also assume that each battery module can supply 10% power to the load 300. In this case, the battery system 100 needs to use at least eight battery modules to supply the power required by the load 300. Therefore, in this case, the threshold is eight.

除外されずに残っている電池モジュールの数が閾値以上であるときは、制御部１０は、Ｓ１５において、電池モジュールの並列接続が可能であると判定する。この場合、制御部１０は、図５に示すＳ７において、除外されずに残っている電池モジュールを並列に接続して負荷３００に電力を供給する。 When the number of battery modules remaining that have not been excluded is equal to or greater than the threshold value, the control unit 10 determines in S15 that parallel connection of the battery modules is possible. In this case, in S7 shown in FIG. 5, the control unit 10 connects the remaining battery modules that have not been excluded in parallel to supply power to the load 300.

除外されずに残っている電池モジュールの数が閾値よりも少ないときには、制御部１０は、Ｓ１６において、電池モジュールの並列接続が不可であると判定する。この場合、制御部１０は、図６に示すＳ７の並列化を実行しない。すなわち、電池システム１００は、負荷３００に電力を供給しない。また、制御部１０は、負荷３００に電力を供給できないことを表すアラートを出力してもよい。 When the number of battery modules remaining that have not been removed is less than the threshold value, the control unit 10 determines in S16 that parallel connection of the battery modules is not possible. In this case, the control unit 10 does not execute the parallelization in S7 shown in FIG. 6. That is, the battery system 100 does not supply power to the load 300. The control unit 10 may also output an alert indicating that power cannot be supplied to the load 300.

なお、図６に示す手順では、制御部１０は、還流電流の推定値が対応する許容還流電流値を超える電池モジュールの中で電池モジュールを１つずつ除外してゆく。例えば、還流電流の推定値が大きい電池モジュールから順番に除外されてゆく。ただし、還流電流の大きさは、並列に接続すべき複数の電池モジュール間の電圧差に依存する。すなわち、複数の電池モジュールの中で、電圧が最も高い電池モジュールまたは電圧が最も低い電池モジュールの還流電流の推定値は大きいと考えられる。したがって、制御部１０は、Ｓ１１～Ｓ１２において、電圧が最も高い電池モジュールまたは電圧が最も低い電池モジュールを除外してもよい。 In the procedure shown in FIG. 6, the control unit 10 removes battery modules one by one from among the battery modules whose estimated return current value exceeds the corresponding allowable return current value. For example, battery modules with the largest estimated return current value are removed in order. However, the magnitude of the return current depends on the voltage difference between the multiple battery modules to be connected in parallel. In other words, the estimated return current value of the battery module with the highest voltage or the battery module with the lowest voltage among the multiple battery modules is considered to be large. Therefore, the control unit 10 may remove the battery module with the highest voltage or the battery module with the lowest voltage in S11 to S12.

また、図５に示す実施例では、Ｓ１１～Ｓ１２において、電池モジュールを１つずつ除外してゆくが、本発明はこの手順に限定されるものではない。例えば、Ｓ１１～Ｓ１２において、２以上の電池モジュールをまとめて除外してもよい。すなわち、Ｓ１１～Ｓ１２においては、少なくとも１つの電池モジュールが除外される。 In the embodiment shown in FIG. 5, the battery modules are removed one by one in S11 to S12, but the present invention is not limited to this procedure. For example, two or more battery modules may be removed together in S11 to S12. That is, at least one battery module is removed in S11 to S12.

次に、各電池モジュールの還流電流を推定する方法を説明する。以下では、図７に示す等価回路を利用して還流電流を推定する方法を説明する。尚、Ｖ１～Ｖｎは、各電池モジュールＭ１～Ｍｎの電圧を表す。Ｒ１～Ｒｎは、各電池モジュールＭ１～Ｍｎの抵抗（内部抵抗＋配線抵抗）を表す。Ｃ１～Ｃｎは、電池モジュールＭ１～Ｍｎを並列に接続したときに発生する、各電池モジュールＭ１～Ｍｎの還流電流の推定値を表す。ｎは、電池システム１００が備える電池モジュールの数を表す。 Next, a method for estimating the return current of each battery module will be described. Below, a method for estimating the return current using the equivalent circuit shown in FIG. 7 will be described. Note that V1 to Vn represent the voltage of each battery module M1 to Mn. R1 to Rn represent the resistance (internal resistance + wiring resistance) of each battery module M1 to Mn. C1 to Cn represent the estimated value of the return current of each battery module M1 to Mn that occurs when the battery modules M1 to Mn are connected in parallel. n represents the number of battery modules included in the battery system 100.

図７に示す等価回路においては、下記の電圧関係式および電流関係式が得られる。 For the equivalent circuit shown in Figure 7, the following voltage and current equations are obtained.

これらの関係式をまとめると、下記の連立方程式が得られる。 By combining these relationships, we obtain the following simultaneous equations.

この連立方程式は、下記のように、行列演算で表される。 This system of equations can be expressed using matrix operations as shown below.

したがって、各電池モジュールＭ１～Ｍｎの還流電流Ｃ１～Ｃｎは下式で表される。 Therefore, the return current C1 to Cn of each battery module M1 to Mn is expressed by the following formula.

このように、各電池モジュールの還流電流Ｃ１～Ｃｎは、各電池モジュールの抵抗Ｒ１～Ｒｎおよび各電池モジュールの電圧Ｖ１～Ｖｎから計算される。ここで、各電池モジュールの抵抗Ｒ１～Ｒｎは、この実施例では、既知であり、予め不図示のメモリに保存されている。したがって、制御部１０は、電圧センサＶを用いて各電池モジュールの電圧Ｖ１～Ｖｎの測定値を取得することにより、各電池モジュールの還流電流Ｃ１～Ｃｎを推定することができる。 In this way, the return currents C1 to Cn of each battery module are calculated from the resistances R1 to Rn of each battery module and the voltages V1 to Vn of each battery module. Here, in this embodiment, the resistances R1 to Rn of each battery module are known and are stored in advance in a memory (not shown). Therefore, the control unit 10 can estimate the return currents C1 to Cn of each battery module by obtaining the measured values of the voltages V1 to Vn of each battery module using the voltage sensor V.

なお、図７に示す等価回路において、負荷３００の最大駆動電流がＫである場合、各電池モジュールＭ１～Ｍｎの最大駆動電流Ｄ１～Ｄｎは、下式で計算してもよい。また、各電池モジュールＭ１～Ｍｎの最大回生電流Ｅ１～Ｅｎも、同様の計算式で得られる。 In the equivalent circuit shown in FIG. 7, when the maximum drive current of the load 300 is K, the maximum drive currents D1 to Dn of each battery module M1 to Mn may be calculated using the following formula. The maximum regenerative currents E1 to En of each battery module M1 to Mn can also be calculated using a similar formula.

＜バリエーション１＞
図３～図５に示す実施例においては、製造誤差等に起因する電池モジュール１ａ～１ｎの特性（例えば、内部抵抗の抵抗値）のばらつきを考慮して、電池モジュール毎に許容還流電流値が計算される。ただし、電池モジュール１ａ～１ｎの特性のばらつきが十分に小さいときは、全ての電池モジュールに対して共通する許容還流電流値を設定してもよい。例えば、負荷３００の最大稼働電流を、電池システム１００が備える電池モジュールの個数で割算することにより、各電池モジュールに共通する電池モジュール最大稼働電流が計算される。そして、許容電流値から電池モジュール最大稼働電流を引算することにより、各電池モジュールに共通する許容還流電流値が得られる。 <Variation 1>
In the embodiment shown in Figures 3 to 5, the allowable return current value is calculated for each battery module, taking into consideration the variation in the characteristics (e.g., the resistance value of the internal resistance) of the battery modules 1a to 1n caused by manufacturing errors, etc. However, when the variation in the characteristics of the battery modules 1a to 1n is sufficiently small, a common allowable return current value may be set for all the battery modules. For example, the maximum operating current of the load 300 is divided by the number of battery modules included in the battery system 100 to calculate the battery module maximum operating current common to each battery module. Then, the allowable return current value common to each battery module is obtained by subtracting the battery module maximum operating current from the allowable current value.

図８は、電圧均等化処理の要否を判定する方法のバリエーションを示す。この例では、各電池モジュールに共通する許容還流電流値が設定されている。ＴＨ５は、放電に対する許容還流電流値を表し、ＴＨ６は、充電に対する許容還流電流値を表す。 Figure 8 shows variations in the method for determining whether or not voltage equalization processing is required. In this example, a common allowable return current value is set for each battery module. TH5 represents the allowable return current value for discharging, and TH6 represents the allowable return current value for charging.

この場合、制御部１０は、各電池モジュールの還流電流を推定する。そして、１以上の電池モジュールの還流電流の推定値が許容還流電流値（ＴＨ５、ＴＨ６）を超えるときには、制御部１０は、電圧均等化処理を実行する。一方、すべての電池モジュールの還流電流の推定値が許容還流電流値（ＴＨ５、ＴＨ６）以下であれば、制御部１０は、電圧均等化処理を実行しない。図８に示す例では、還流電流Ｃ１、Ｃ４がいずれも許容還流電流値ＴＨ５より小さく、還流電流Ｃ２、Ｃ３がいずれも許容還流電流値ＴＨ６より小さい。よって、制御部１０は、電圧均等化処理を実行しない。 In this case, the control unit 10 estimates the return current of each battery module. Then, when the estimated return current value of one or more battery modules exceeds the allowable return current value (TH5, TH6), the control unit 10 executes the voltage equalization process. On the other hand, if the estimated return current values of all battery modules are equal to or less than the allowable return current value (TH5, TH6), the control unit 10 does not execute the voltage equalization process. In the example shown in FIG. 8, the return currents C1 and C4 are both smaller than the allowable return current value TH5, and the return currents C2 and C3 are both smaller than the allowable return current value TH6. Therefore, the control unit 10 does not execute the voltage equalization process.

＜バリエーション２＞
電池モジュールの内部抵抗の変化が小さいときは、内部抵抗の最小値に基づいて還流電流を推定してもよい。この場合、温度範囲ごと（例えば、５度ごと）に内部抵抗の最小抵抗値を設定してもよい。 <Variation 2>
When the change in the internal resistance of the battery module is small, the return current may be estimated based on the minimum value of the internal resistance. In this case, the minimum resistance value of the internal resistance may be set for each temperature range (for example, every 5 degrees).

＜バリエーション３＞
電池モジュールへの突入電流は、電池モジュールの内部抵抗が小さいほど大きくなる。よって、内部抵抗の最小値に基づいて還流電流を推定すれば、電圧均等化処理を実行するか否かについて安全サイドで判定が行われる。ここで、図７に示す等価回路を利用して、内部抵抗の最小値に基づいて還流電流を推定する。なお、下記の計算において、Ｒは、Ｒ１～Ｒｎのうちの最小値を表す。 <Variation 3>
The smaller the internal resistance of the battery module, the larger the inrush current to the battery module. Therefore, if the return current is estimated based on the minimum value of the internal resistance, a decision as to whether or not to perform the voltage equalization process can be made on the safe side. Here, the return current is estimated based on the minimum value of the internal resistance using the equivalent circuit shown in FIG. 7. In the following calculations, R represents the minimum value of R1 to Rn.

この場合、図７に示す等価回路において、下記の電圧関係式および電流関係式が得られる。 In this case, the following voltage and current equations are obtained for the equivalent circuit shown in Figure 7.

ここで、電池モジュールＭ１の還流電電流Ｃ１を求める。まず、電圧関係式を下記のように変形する。 Now, we will find the return current C1 of the battery module M1. First, we transform the voltage relationship equation as follows:

これら式を足し合わせると、下記の式が得られる。 Adding these equations together, we get the following equation:

そして、上述した電流関係式を代入すると、下記の式が得られる。 Then, by substituting the current relationship equation above, we obtain the following equation.

したがって、電池モジュールＭ１の還流電流Ｃ１は下式で表される。また、電池モジュールＭ２～Ｍｎの還流電流Ｃ２～Ｃｎも同様の方法で得られる。 Therefore, the return current C1 of the battery module M1 is expressed by the following formula. The return currents C2 to Cn of the battery modules M2 to Mn can also be obtained in a similar manner.

このように、各電池モジュールの還流電流Ｃ１～Ｃｎは、電池モジュールの抵抗Ｒおよび各電池モジュールの電圧Ｖ１～Ｖｎから計算される。ここで、電池モジュールの抵抗Ｒは、予め不図示のメモリに保存されている。したがって、制御部１０は、電圧センサＶを用いて各電池モジュールの電圧Ｖ１～Ｖｎの測定値を取得することにより、各電池モジュールの還流電流Ｃ１～Ｃｎを推定することができる。この方法によれば、各電池モジュール個々の抵抗値を用いる方法と比べて、還流電流を推定するための計算が簡単になり、また、電圧均等化処理を実行するか否かについて安全サイドで判定が行われる。 In this way, the return currents C1 to Cn of each battery module are calculated from the resistance R of the battery module and the voltages V1 to Vn of each battery module. Here, the resistance R of the battery module is stored in advance in a memory (not shown). Therefore, the control unit 10 can estimate the return currents C1 to Cn of each battery module by acquiring the measured values of the voltages V1 to Vn of each battery module using the voltage sensor V. This method simplifies the calculation for estimating the return current compared to a method that uses the individual resistance values of each battery module, and also makes it possible to safely determine whether or not to perform voltage equalization processing.

１（１ａ～１ｎ）電池モジュール
１０制御部
１００電池システム
３００負荷
1 (1a to 1n) Battery module 10 Control unit 100 Battery system 300 Load

Claims

A battery system including a plurality of battery modules,
a voltage sensor for measuring a voltage of each of the battery modules;
an electric circuit connecting the plurality of battery modules in series or in parallel;
A control unit that controls the electric circuit,
The control unit is
calculating an allowable return current value for each of the plurality of battery modules based on a difference between a predetermined allowable current value and a maximum operating current determined depending on a maximum drive current or a maximum regenerative current of a load connected to the battery system and an internal resistance of the battery module ;
calculating, for each of the plurality of battery modules, an estimated value of a return current generated when the plurality of battery modules are connected in parallel based on the voltages of the plurality of battery modules respectively measured by the voltage sensors;
when the estimated return current value for one or more battery modules exceeds the corresponding allowable return current value, excluding at least one from the one or more battery modules until there is no battery module whose estimated return current value exceeds the corresponding allowable return current value;
a control circuit for controlling the electric circuit so that the remaining battery modules are connected in parallel when there is no battery module whose estimated return current value exceeds the corresponding allowable return current value.

The battery system according to claim 1, characterized in that, when the estimated value of the return current for one or more battery modules exceeds the corresponding allowable return current value, the control unit excludes a battery module having the largest estimated value of the return current from among the one or more battery modules.

2. The battery system according to claim 1, wherein when the estimated return current value for one or more battery modules exceeds the corresponding allowable return current value, the control unit excludes the battery module with the highest voltage or the battery module with the lowest voltage.

The battery system of any one of claims 1 to 3, characterized in that in the step of excluding battery modules from the one or more battery modules, if the number of remaining battery modules when there is no battery module whose estimated return current value exceeds the corresponding allowable return current value is equal to or greater than a predetermined threshold, the control unit controls the electric circuit so that the remaining battery modules are connected in parallel.