JP2006079962A - 組電池の容量調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セル間の電圧バラツキの状態に応じた適切な容量調整を行う。
【解決手段】コントローラ３は、オア回路８を介して、セル電圧異常検知回路Ｂ１〜Ｂｎから入力されるセル電圧異常信号、および、電圧センサ６によって検出される組電池１の電圧値に基づいて、電圧バラツキの大きいセルの電圧が他のセルの電圧より高い上バラツキが生じているか、電圧バラツキの大きいセルの電圧が他のセルの電圧より低い下バラツキが生じているかを判定する。上バラツキが生じていると判定すると、組電池１の目標ＳＯＣを、通常の充放電制御時の目標ＳＯＣより少し高い値に設定し、下バラツキが生じていると判定すると、組電池１の目標ＳＯＣをさらに高い値に設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、組電池を構成する複数のセル間の容量ばらつきを調整する装置に関する。

従来、各セルの電圧値と所定のしきい値電圧とを比較し、セル電圧が所定のバイパス電圧を上回ったセルの放電を行うことにより、セル間の容量調整を行う容量調整回路を備えた装置において、各セルの電圧がバイパス作動電圧より高くなるように制御して、容量調整を行う技術が知られている（特許文献１参照）。

特開平１０−３２２９２５号公報

しかしながら、従来の容量調整装置では、容量調整を行うために、セル間の電圧バラツキの状態に応じて、組電池を充電するということは行っていないために、例えば、他のセルの電圧に比べて電圧値が高い異常セルが存在する場合に、各セルの電圧がバイパス作動電圧より高くなるように組電池を充電すると、異常セルが過充電状態となってしまう可能性があった。

本発明による組電池の容量調整装置は、セルの電圧が所定のバイパス作動電圧を超えると、対応するセルの放電を行うことにより容量調整を行う容量調整回路を備えており、複数のセル間の電圧バラツキの状態を判定して、判定した電圧バラツキの状態に基づいて、容量調整時の組電池の目標充電率を決定することを特徴とする。

本発明による組電池の容量調整装置によれば、複数のセル間の電圧バラツキの状態に基づいて、組電池の目標充電率を上昇させる際の目標充電率を決定し、セル間の容量調整を行うので、セルの電圧バラツキの状態に応じた適切な容量調整を行うことができる。

図１は、本発明による組電池の容量調整装置を搭載したハイブリッド自動車の一実施の形態におけるシステム構成を示す図である。組電池（バッテリ）１は、ｎ個のセルＣ１〜Ｃｎを直列に接続して構成される。組電池１の直流電圧は、インバータ４にて交流電圧に変換されて、車両の走行駆動源である交流モータ５に印加される。

交流モータ５は、電動機として機能するとともに、図示しないエンジンを動力源として、発電機としても機能する。交流モータ５によって発電された電力は、組電池１の充電に用いられる。コントローラ３は、CPU３ａ、ＲＯＭ３ｂ、ＲＡＭ３ｃ、タイマ３ｄを備え、インバータ４を制御することにより、組電池１の充電および放電を行う。コントローラ３は、特に、セル間の電圧バラツキを検出するとともに、セル間の容量調整が必要であると判断した場合には、後述する方法によって、セル間の容量調整を行う。電圧センサ６は、組電池１の総電圧Ｖbatを検出して、コントローラ３に出力する。電流センサ７は、組電池１の充放電電流を検出して、コントローラ３に出力する。

容量調整回路Ａ１〜Ａｎは、セルＣ１〜Ｃｎごとに設けられ、対応するセルの電圧が所定のバイパス作動電圧Ｖbpsを超えると、対応するセルの放電を行うことにより、セル間の容量調整を行う。セル電圧異常検知回路Ｂ１〜Ｂｎは、セルＣ１〜Ｃｎごとに設けられ、対応するセルに電圧異常が発生したことを検知する。オア回路８は、セル電圧異常検知回路Ｂ１〜Ｂｎから出力された電圧異常検知信号に対して論理和演算を行い、演算結果をコントローラ３に出力する。

図２は、図１に示す容量調整回路Ａ１〜Ａｎ、セル電圧異常検知回路Ｂ１〜Ｂｎ、および、オア回路８を含む回路２の詳細な構成を示す図である。ここでは、説明を簡単にするために、組電池１が８個のセルＣ１〜Ｃ８により構成されているものとする。容量調整回路Ａ１〜Ａ８は、それぞれ、バイパス抵抗Ｒ１〜Ｒ８、スイッチＳＷ１〜ＳＷ８、電圧比較器（コンパレータ）ＩＣ１〜ＩＣ８、および、電圧検知回路Ｖt1〜Ｖt8を備える。各セルごとに設けられている電圧検知回路Ｖt1〜Ｖt8は、対応するセルＣ１〜Ｃ８の電圧を、電圧比較器ＩＣ１〜ＩＣ８の一方の入力端子にそれぞれ出力する。ただし、電圧検知回路Ｖt1〜Ｖt8はアナログ回路にて構成される回路であって、電圧センサのように、実際に電圧値を検出するようなものではない。

電圧比較器ＩＣ１〜ＩＣ８は、電圧検知回路Ｖt1〜Ｖt8から入力されるセル電圧と、所定のバイパス作動電圧Ｖbpsとを比較し、比較結果を対応するスイッチＳＷ１〜ＳＷ８に出力する。スイッチＳＷ１〜ＳＷ８は、セル電圧がバイパス作動電圧Ｖbpsよりも高いことを示す信号が電圧比較器ＩＣ１〜ＩＣ８から入力された場合に、オンする。例えば、スイッチＳＷ１がオンすると、スイッチＳＷ１と直列に接続されているバイパス抵抗Ｒ１を介して、セルｓ１の放電が行われる。すなわち、セル電圧がバイパス作動電圧Ｖbpsを超えると、オンしたスイッチＳＷ１〜ＳＷ８と直列に接続されているバイパス抵抗Ｒ１〜Ｒ８を介して、セルの放電が行われる。これにより、各セル間の電圧バラツキが抑制される。

セル電圧異常検知回路Ｂ１〜Ｂ８は、電圧比較器（コンパレータ）ＩＣ９〜ＩＣ１６と、電圧検知回路Ｖt1〜Ｖt8と、電圧切換回路１０とを備える。電圧切換回路１０は、過放電判定電圧Ｖde、電圧低下判定電圧Ｖcl、および、過充電判定電圧Ｖceの中から、一つの判定電圧を電圧比較器ＩＣ９〜ＩＣ１６に出力する。上記３つの判定電圧の大小関係は、Ｖde＜Ｖcl＜Ｖceとなっている。

電圧比較器ＩＣ９〜ＩＣ１６は、電圧検知回路Ｖt1〜Ｖt8から入力されるセル電圧と、電圧切換回路１０から入力される判定電圧とを比較し、比較結果をオア回路８に出力する。オア回路８は、いずれか一つのセル電圧異常検知回路Ｂ１〜Ｂ８から、セル電圧が異常であることを示す信号が入力されると、セル電圧異常信号をコントローラ３に出力する。コントローラ３は、セル電圧異常信号の種類に応じた異常フラグをセットする。

例えば、セル電圧異常検知回路Ｂ１〜Ｂ８から、セル電圧が過放電判定電圧Ｖdeより低いセルが存在することを示す信号がコントローラ３に入力されると、コントローラ３は、過放電判定フラグｆVceをセットする。また、セル電圧が電圧低下判定電圧Ｖclより低いセルが存在することを示す信号がコントローラ３に入力されると、コントローラ３は、セル電圧低下判定フラグｆVclをセットする。さらに、セル電圧が過充電判定電圧Ｖceより高いセルが存在することを示す信号がコントローラ３に入力されると、コントローラ３は、過充電判定フラグｆVceをセットする。セットされたフラグは、ＲＡＭ３ｃに記憶される。

図３は、バイパス作動電圧Ｖbpsを低い値（3.4Ｖ）に設定した場合に、容量調整前の各セルの電圧ばらつきと、容量調整後の電圧ばらつきとを示す図である。図３に示すように、バイパス作動電圧を低い値に設定した場合、各セルの電圧が均一に調整されるが、各セルの放電量が多くなり、エネルギーロスが大きくなる。

従って、一実施の形態における組電池の容量調整装置では、バイパス作動電圧を高めの値に設定する。ここでは、通常の充放電モードにおける目標充電率（５０％）を基準として充電を行った場合のセル電圧（3.75Ｖ）より高い値（例えば、3.9Ｖ）とする。

図４は、一実施の形態における組電池の容量調整装置により行われる容量調整手順を示すフローチャートである。ステップＳ１０から始まる処理は、図示しないキースイッチがオンされることにより開始され、コントローラ３のＣＰＵ３ａにより行われる。

ステップＳ１０では、ＲＡＭ３ｃにセル電圧異常フラグがセットされているか否かを判定する。過放電判定フラグｆVde、セル電圧低下判定フラグｆVcl、および、過充電判定フラグｆVceのうち、いずれか一つのフラグがセットされていると判定すると、ステップＳ４０に進み、いずれのフラグもセットされていないと判定すると、セル間の電圧バラツキは生じていないと判断して、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０では、組電池１の目標ＳＯＣ（state of charge）を５０％に設定する。この目標ＳＯＣは、通常の充放電制御時の目標ＳＯＣである。ステップＳ２０に続くステップＳ３０では、図示しないキースイッチがオフされたか否かを判定する。キースイッチがオフされたと判定すると全ての処理を終了し、オフされていないと判定すると、ステップＳ１０に戻る。

ステップＳ４０では、組電池１の総電圧Ｖbatを電圧センサ６により検出する。組電池１の総電圧Ｖbatを検出すると、ステップＳ５０に進む。ステップＳ５０では、電流センサ７によって検出される組電池１の充放電電流Ｉの変化ΔＩが所定値Ｉrap未満であるか否か、すなわち、次式（１）が成り立つか否かを判定する。
ΔＩ＝｜Ｉnew−Ｉold｜＜Ｉrap （１）
ただし、Ｉnewは、電流センサ７によって検出された現在の電流値であり、Ｉoldは、前回の演算時に、電流センサ７によって検出された電流値である。

式（１）が成り立つと判定すると、セルの電圧バラツキ状態を診断するために、ステップＳ６０に進む。一方、式（１）が成り立たないと判定すると、過渡的な電流変化によるセルの内部抵抗値の変化の影響によって、電圧バラツキ状態を誤診断してしまう可能性があるので、電圧バラツキ状態の診断を行わずに、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ６０では、セルバラツキ係数ＫＶＡＲＨおよびＫＶＡＲＬを求める。ここでは、まず、ステップＳ１０で判定したセル電圧異常フラグ、ステップＳ４０で検出した組電池１の総電圧Ｖbat、および、図５（ａ），（ｂ）に示すセルバラツキ係数マップに基づいて、上バラツキ係数ＫＶＡＲＨおよび下バラツキ係数ＫＶＡＲＬを求める。

図５（ａ）は、上バラツキ係数ＫＶＡＲＨマップを示す図である。セル電圧異常フラグｆVce，ｆVcl，ｆVceごとに、組電池１の総電圧Ｖbatに対応する上バラツキ係数ＫＶＡＲＨの値が示されている。ここで、上バラツキとは、電圧バラツキの大きい異常セルの電圧が、他のセルの電圧に比べて、高い状態のことである。図５（ａ）に示すように、上バラツキ係数ＫＶＡＲＨは、過充電判定フラグｆVceがセットされている場合に、大きい値となり、また、過充電判定フラグｆVceがセットされている場合において、組電池１の総電圧Ｖbatが低い程、大きい値となっている。

図５（ｂ）は、下バラツキ係数ＫＶＡＲＬマップを示す図である。セル電圧異常フラグｆVce，ｆVcl，ｆVceごとに、組電池１の総電圧Ｖbatに対応する下バラツキ係数ＫＶＡＲＬの値が示されている。ここで、下バラツキとは、電圧バラツキの大きい異常セルの電圧が、他のセルの電圧に比べて、低い状態のことである。図５（ｂ）に示すように、上バラツキ係数ＫＶＡＲＨは、過充電判定フラグｆVceがセットされている場合と比べて、過放電判定フラグｆVdeおよび電圧低下判定フラグｆVclがセットされている場合に、大きい値となっている。また、過放電判定フラグｆVde、または、電圧低下判定フラグｆVclがセットされている場合において、組電池１の総電圧Ｖbatが高い程、大きい値となっている。

続いて、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すセルバラツキ係数マップから求めたそれぞれＫＶＡＲＨおよびＫＶＡＲＬを、前回の演算時に求めたＫＶＡＲＨおよびＫＶＡＲＬにそれぞれ加算して、新たなＫＶＡＲＨおよびＫＶＡＲＬを求める（次式（２），（３）参照）。
ＫＶＡＲＨ＝ＫＶＡＲＨold＋ＫＶＡＲＨmap （２）
ＫＶＡＲＬ＝ＫＶＡＲＬold＋ＫＶＡＲＬmap （３）
ただし、ＫＶＡＲＨoldおよびＫＶＡＲＬoldは、それぞれ前回演算時の値であり、ＫＶＡＲＨmapおよびＫＶＡＲＬmapは、それぞれ、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すセルバラツキ係数マップから求めた値である。

ステップＳ７０では、ステップＳ６０で求めた上バラツキ係数ＫＶＡＲＨが所定値ＲＶＡＲＨ（例えば、１０）以上であるか否かを判定する。上バラツキ係数ＫＶＡＲＨが所定値ＲＶＡＲＨ以上であると判定すると、上バラツキが生じていると判断して、ステップＳ１５０に進む。一方、上バラツキ係数ＫＶＡＲＨが所定値ＲＶＡＲＨ未満であると判定すると、ステップＳ８０に進む。

ステップＳ８０では、ステップＳ６０で求めた下バラツキ係数ＫＶＡＲＬが所定値ＲＶＡＲＬ（例えば、１０）以上であるか否かを判定する。下バラツキ係数ＫＶＡＲＬが所定値ＲＶＡＲＬ以上であると判定すると、下バラツキが生じていると判断して、ステップＳ９０に進む。一方、下バラツキ係数ＫＶＡＲＬが所定値ＲＶＡＲＬ未満であると判定すると、通常の充放電制御を行うために、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ９０からステップＳ１３０までの処理は、下バラツキ容量調整処理である。ステップＳ９０では、少なくとも電圧バラツキの大きいセル以外のセルの電圧がバイパス作動電圧を超えるようにするために、組電池１の目標ＳＯＣを通常の目標ＳＯＣ（５０％）より高い値に設定する。ここでは、バイパス作動電圧（3.9Ｖ）に相当するＳＯＣが６５％であるため、目標ＳＯＣを６５％に設定する。目標ＳＯＣを６５％に設定すると、ステップＳ１００に進む。

ステップＳ１００では、容量調整回路Ａ１〜Ａｎが作動しているか否かを判定する。この判定は、電圧センサ６により検出される組電池１の総電圧Ｖbatに基づいて行う。すなわち、次式（４）の関係が成り立つ場合には、容量調整回路Ａ１〜Ａｎが作動していると判定し、式（４）の関係が成り立たない場合には、容量調整回路Ａ１〜Ａｎが作動していないと判定する。
Ｖbat≧Ｖbps×ｎ（ｎ：セル数） …（４）
容量調整回路Ａ１〜Ａｎが作動していると判定するとステップＳ１１０に進み、作動していないと判定するとステップＳ１２０に進む。

ステップＳ１１０では、タイマ３ｄにより、バイパス作動時間Ｔbpsの計測を開始する。バイパス作動時間Ｔbpsの計測を開始すると、ステップＳ１２０に進む。ステップＳ１２０では、ステップＳ１００で計測を開始したバイパス作動時間Ｔbpsが下バラツキ調整時間Ｔbl以上になったか否かを判定する。下バラツキ調整時間Ｔblは、下バラツキが発生している場合に、電圧バラツキを調整するために必要な時間であり、以下の方法により求める。まず、負荷がかかっている通常の電池使用状態における電池下限電圧をセル数で除算した平均電圧値と、過放電判定電圧Ｖdeとの差に、検出誤差を考慮した値を電圧バラツキΔＶとして定義し、この電圧バラツキΔＶと、図６に示す開放電圧−容量特性とに基づいて、必要調整容量ＣＡＰＡＨを求める。

続いて、必要調整容量ＣＡＰＡＨと、次式（５）から求められるバイパス電流Ｉbpsとに基づいて、次式（６）から、下バラツキ調整時間Ｔblを算出する。ただし、式（５）中のＲは、バイパス抵抗である。
Ｉbps［Ａ］＝Ｖbps［Ｖ］／Ｒ［Ω］ （５）
Ｔbl［min］＝ＣＡＰＡＨ［Ah］／Ｉbps［Ａ］×６０［min］ （６）

Ｔbps≧Ｔblが成り立つと判定すると、組電池１の容量調整が完了したと判定して、ステップＳ１４０に進む。ステップＳ１４０では、バイパス作動時間Ｔbpsおよび下バラツキ係数ＫＶＡＲＬをリセットして、ステップＳ２０に進み、通常の充放電制御を行う。

一方、ステップＳ１２０において、バイパス作動時間Ｔbpsが容量調整時間Ｔbl未満であると判定すると、ステップＳ１３０に進む。ステップＳ１３０では、図示しないキースイッチがオフされたか否かを判定する。キースイッチがオフされていないと判定すると、ステップＳ１００に戻って、容量調整を継続して行う。一方、キースイッチがオフされたと判定すると全ての処理を終了する。

ステップＳ１５０からステップＳ１９０までの処理は、上バラツキ容量調整処理である。ステップＳ１５０では、少なくとも電圧バラツキの大きいセルの電圧がバイパス作動電圧を超えるようにし、かつ、過充電状態にならないようにするために、組電池１の目標ＳＯＣを通常の目標ＳＯＣ（５０％）より少しだけ高い５５％に設定する。ここでは、電圧バラツキ量が１０％程度と仮定した場合に、セル電圧がバイパス作動電圧（3.9Ｖ）を超えるようにするためには、通常の平均ＳＯＣ５０％に対して、５％上昇させるだけで十分であるために、５５％に設定する。すなわち、必要以上に目標ＳＯＣを高く設定すると、電圧バラツキの大きいセルの電圧が過充電判定電圧Ｖceを超えてしまうことになり、この場合には、セルの容量調整を行うことができなくなるので、電圧バラツキの大きいセルの電圧がバイパス作動電圧を超えて、かつ、過充電判定電圧Ｖceを超えないような目標ＳＯＣを設定する。目標ＳＯＣを５５％に設定すると、ステップＳ１６０に進む。

ステップＳ１６０では、容量調整回路Ａ１〜Ａｎが作動しているか否かを判定する。この判定は、ステップＳ１００で行った判定と同じ処理であるため、詳細な判定方法の説明は省略する。容量調整回路Ａ１〜Ａｎが作動していると判定するとステップＳ１７０に進み、作動していないと判定するとステップＳ１８０に進む。

ステップＳ１７０では、タイマ３ｄにより、バイパス作動時間Ｔbpsの計測を開始する。バイパス作動時間Ｔbpsの計測を開始すると、ステップＳ１８０に進む。ステップＳ１８０では、ステップＳ１７０で計測を開始したバイパス作動時間Ｔbpsが上バラツキ調整時間Ｔbh以上になったか否かを判定する。上バラツキ調整時間Ｔbhは、上バラツキが発生している場合に、電圧バラツキを調整するために必要な時間であり、以下の方法により求める。まず、負荷がかかっている通常の電池使用状態における電池上限電圧をセル数で除算した平均電圧値と、過充電判定電圧Ｖceとの差に、検出誤差を考慮した値を電圧バラツキΔＶとして定義し、この電圧バラツキΔＶと、図６に示す開放電圧−容量特性とに基づいて、必要調整容量ＣＡＰＡＨを求める。続いて、必要調整容量ＣＡＰＡＨと、式（５）および次式（７）とから、上バラツキ調整時間Ｔbhを算出する。
Ｔbh［min］＝ＣＡＰＡＨ［Ah］／Ｉbps［Ａ］×６０［min］ （７）

ステップＳ１８０において、Ｔbps≧Ｔbhが成り立つと判定すると、組電池１の容量調整が完了したと判定して、ステップＳ２００に進む。ステップＳ２００では、バイパス作動時間Ｔbpsおよび上バラツキ係数ＫＶＡＲＨをリセットして、ステップＳ２０に進み、通常の充放電制御を行う。

一方、ステップＳ１８０において、バイパス作動時間Ｔbpsが容量調整時間Ｔbh未満であると判定すると、ステップＳ１９０に進む。ステップＳ１９０では、図示しないキースイッチがオフされたか否かを判定する。キースイッチがオフされていないと判定すると、ステップＳ１６０に戻って、容量調整を継続して行う。一方、キースイッチがオフされたと判定すると全ての処理を終了する。

図７は、下バラツキが発生している場合に、組電池１の総電圧Ｖbatの時間変化とともに、バラツキの大きいセルの電圧変化を表示した図である。図７では、バラツキの大きいセルの電圧値に、セル数ｎを乗じた値を、下バラツキが生じているセルの電圧として表示している。上述したように、下バラツキが発生していると判定された場合には、組電池１の目標ＳＯＣが通常の充放電制御時の目標ＳＯＣである５０％から６５％に引き上げられる。これにより、各セルＣ１〜Ｃｎの電圧が上昇し、セル電圧がバイパス作動電圧を超えたセルに対して、対応する容量調整回路Ａ１〜Ａｎによって放電が行われるので、電圧バラツキの大きいセルの電圧と、他のセルの電圧との差が縮小する。

図８は、下バラツキが発生している場合に、一実施の形態における組電池の容量調整装置によって容量調整を行った場合のセル間の電圧変化を示す図である。上述したように、下バラツキが発生していると判定された場合に、組電池１の目標ＳＯＣを上昇させることにより、各セルの電圧が上昇するので、セル電圧がバイパス作動電圧を超えたセルに対して、対応する容量調整回路Ａ１〜Ａｎによって放電が行われ、電圧バラツキが調整される。

図９は、上バラツキが発生している場合に、組電池１の総電圧Ｖbatの時間変化とともに、バラツキの大きいセルの電圧変化を表示した図である。図９では、バラツキの大きいセルの電圧値に、セル数ｎを乗じた値を、上バラツキが生じているセルの電圧として表示している。上述したように、上バラツキが発生していると判定された場合には、組電池１の目標ＳＯＣが通常の充放電制御時の目標ＳＯＣである５０％から５５％に引き上げられる。この場合、図９に示すように、組電池１の総電圧Ｖbatがバイパス作動電圧領域（電圧値がＶbps×ｎ（ｎ：セル数）以上の領域）に入る割合が少なくなるが、電圧バラツキの大きいセルが過充電判定電圧Ｖceを超えるのを防ぐことができる。この場合でも、セル電圧がバイパス作動電圧を超えたセルに対して、対応する容量調整回路Ａ１〜Ａｎによって放電が行われるので、電圧バラツキの大きいセルが過充電状態となるのを防ぎつつ、電圧バラツキの大きいセルの電圧と、他のセルの電圧との差を縮小させることができる。

図１０は、上バラツキが発生している場合に、一実施の形態における組電池の容量調整装置によって容量調整を行った場合のセル間の電圧変化を示す図である。上述したように、上バラツキが発生していると判定された場合には、通常の充放電制御時の目標ＳＯＣより高く、かつ、下バラツキが発生していると判定された場合の目標ＳＯＣより低い目標ＳＯＣに設定する。この場合、図１０に示すように、全てのセルの電圧がバイパス作動電圧を超えるわけではないので、全てのセルの電圧をバイパス作動電圧の大きさに保つことはできない。しかし、目標ＳＯＣを、例えば、６５％に設定すると、バラツキの大きいセルの電圧が過充電判定電圧Ｖceを越える可能性があり、この場合には、セル間の容量調整を行うことができなくなる。すなわち、目標ＳＯＣを通常の目標ＳＯＣである５０％より少しだけ高い５５％に設定することにより、セルが過充電状態となるのを防ぎつつ、各セル間の電圧バラツキを減少させることができる。

一実施の形態における組電池の容量調整装置によれば、セル間の電圧バラツキを検出するとともに、電圧バラツキの状態を判断し、電圧バラツキの状態に基づいて、組電池１の目標ＳＯＣを決定するので、電圧バラツキの状態に応じた適切な容量調整を行うことができる。特に、電圧バラツキの大きいセルの電圧が他のセルの電圧より高い上バラツキと、電圧バラツキの大きいセルの電圧が他のセルの電圧より低い下バラツキとを判定して、上バラツキが生じていると判定すると、組電池１の目標ＳＯＣを、通常の充放電制御時の目標ＳＯＣである第１の目標ＳＯＣ（５０％）より高い第２の目標ＳＯＣ（５５％）に設定し、下バラツキが生じていると判定すると、第２の目標ＳＯＣより高い第３の目標ＳＯＣ（６５％）に設定する。これにより、下バラツキが生じている場合には、少なくとも電圧バラツキの大きいセル以外のセルの電圧がバイパス作動電圧Ｖbpsを越えるようにして、各セル間の電圧バラツキを減少させることができる。また、上バラツキが生じている場合には、電圧バラツキの大きいセルが過充電状態となるのを防ぎつつ、電圧バラツキの大きいセルの電圧と、他のセルの電圧との差を縮小させることができる。

また、一実施の形態における組電池の容量調整装置によれば、セル電圧が過放電判定電圧Ｖdeより低いセルの存在が検出された時に、組電池１の総電圧Ｖbatが高い程、下バラツキ係数ＫＶＡＲＬの値を大きくして、下バラツキが発生していると早く判定するようにした。これにより、全セルの平均電圧と、低電圧側に電圧バラツキの大きいセルとの電圧差が大きい程、容量調整を早く行うことができる。

同様に、セル電圧が過充電判定電圧Ｖceより高いセルの存在が検出された時に、組電池１の総電圧Ｖbatが低い程、上バラツキ係数ＫＶＡＲＨの値を大きくして、上バラツキが発生していると早く判定するようにした。これにより、全セルの平均電圧と、高電圧側に電圧バラツキの大きいセルとの電圧差が大きい程、容量調整を早く行うことができる。

さらに、一実施の形態における組電池の容量調整装置によれば、組電池１に流れる充放電電流Ｉの変化量ΔＩが所定値Ｉrap以上の場合には、電圧バラツキの状態を判定しないようにしたので、過渡的な電流変化に基づくセルの内部抵抗値の変化の影響によって、電圧バラツキの状態を誤診断してしまうことを防ぐことができる。

本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、上述した一実施の形態では、上バラツキが生じていると判定すると、組電池１の目標ＳＯＣを５５％に設定し、下バラツキが生じていると判定すると、組電池１の目標ＳＯＣを６５％に設定したが、目標ＳＯＣの値はこれらの値に限定されることはない。

また、上述した説明では、バイパス作動電圧を3.9Ｖに設定した例について説明したが、3.9Ｖより高い電圧に設定しても良いし、3.9Ｖより低い電圧に設定しても良い。

特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、容量調整回路Ａ１〜Ａｎが容量調整回路を、コントローラ３が電圧バラツキ状態判定手段、目標充電率設定手段および電流変化量判定手段を、電圧センサ６が電圧検出手段を、セル電圧異常検知回路Ｂ１〜Ｂｎおよびオア回路８が過放電セル検出手段および過充電セル検出手段を、電流センサ７が電流検出手段をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。

本発明による組電池の容量調整装置を搭載したハイブリッド自動車の一実施の形態におけるシステム構成を示す図 図１に示す容量調整回路、セル電圧低下検知回路、および、オア回路を含む回路の詳細な構成を示す図 バイパス作動電圧を低い値（3.4Ｖ）に設定した場合に、容量調整前の各セルの電圧ばらつきと、容量調整後の電圧ばらつきとを示す図 一実施の形態における組電池の容量調整装置により行われる容量調整手順を示すフローチャート 図５（ａ）は、上バラツキ係数ＫＶＡＲＨマップを示す図、図５（ｂ）は、下バラツキ係数ＫＶＡＲＬマップを示す図 セルの開放電圧（Ｖ）と、セルの容量（Ａｈ）との関係を示す図 下バラツキが発生している場合に、組電池の総電圧の時間変化とともに、バラツキの大きいセルの電圧変化を表示した図 下バラツキが発生している場合に、一実施の形態における組電池の容量調整装置によって容量調整を行った場合のセル間の電圧変化を示す図 上バラツキが発生している場合に、組電池の総電圧の時間変化とともに、バラツキの大きいセルの電圧変化を表示した図 上バラツキが発生している場合に、一実施の形態における組電池の容量調整装置によって容量調整を行った場合のセル間の電圧変化を示す図

符号の説明

１…組電池
３…コントローラ
４…インバータ
５…３相交流モータ
６…電圧センサ
７…電流センサ
８…オア回路
１０…電圧切換回路
Ａ１〜Ａｎ…容量調整回路
Ｂ１〜Ｂｎ…セル電圧低下検知回路
ＩＣ１〜ＩＣ１６…電圧比較器
Ｖt1〜Ｖt8…電圧検知回路
ＳＷ１〜ＳＷ８…スイッチ
Ｒ１〜Ｒ８…バイパス抵抗

Claims (5)

1. 複数のセルを直列に接続して構成される組電池の目標充電率を上昇させることによって、前記複数のセル間の容量調整を行う組電池の容量調整装置において、
   前記複数のセルごとに設けられ、対応するセルの電圧が所定のバイパス作動電圧を超えると、前記対応するセルの放電を行うことにより、前記複数のセル間の容量調整を行う容量調整回路と、
   前記複数のセル間の電圧バラツキの状態を判定する電圧バラツキ状態判定手段と、
   前記電圧バラツキ状態判定手段によって判定された電圧バラツキの状態に基づいて、前記容量調整時の目標充電率を決定する目標充電率設定手段とを備えることを特徴とする組電池の容量調整装置。
2. 請求項１に記載の組電池の容量調整装置において、
   前記電圧バラツキ状態判定手段は、電圧バラツキの大きいセルの電圧が他のセルの電圧より高い上バラツキと、電圧バラツキの大きいセルの電圧が他のセルの電圧より低い下バラツキとを判定し、
   前記目標充電率設定手段は、前記電圧バラツキ状態判定手段によって前記上バラツキが生じていると判定されると、前記組電池の目標充電率を、通常の充放電制御時の目標充電率である第１の目標充電率より高い第２の目標充電率に設定し、前記電圧バラツキ状態判定手段によって前記下バラツキが生じていると判定されると、前記第２の目標充電率よりも高い第３の目標充電率に設定することを特徴とする組電池の容量調整装置。
3. 請求項２に記載の組電池の容量調整装置において、
   前記組電池の総電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記複数のセルのうち、セル電圧が所定の過放電判定電圧より低いセル（以下、過放電セルと呼ぶ）の存在を検出する過放電セル検出手段とをさらに備え、
   前記電圧バラツキ状態判定手段は、前記過放電セル検出手段によって前記過放電セルが検出された時に、前記電圧検出手段によって検出される総電圧が高い程、前記下バラツキが発生していると判定するタイミングを早くすることを特徴とする組電池の容量調整装置。
4. 請求項２に記載の組電池の容量調整装置において、
   前記組電池の総電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記複数のセルのうち、セル電圧が所定の過充電判定電圧より高いセル（以下、過充電セルと呼ぶ）の存在を検出する過充電セル検出手段とをさらに備え、
   前記電圧バラツキ状態判定手段は、前記過充電セル検出手段によって前記過充電セルが検出された時に、前記電圧検出手段によって検出される総電圧が低い程、前記上バラツキが発生していると判定するタイミングを早くすることを特徴とする組電池の容量調整装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の組電池の容量調整装置において、
   前記組電池に流れる充放電電流を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段によって検出された充放電電流の変化量が所定の変化量より小さいか否かを判定する電流変化量判定手段とをさらに備え、
   前記電圧バラツキ状態判定手段は、前記電流変化量判定手段によって、前記充放電電流の変化量が所定の変化量より小さいと判定されると、前記複数のセル間の電圧バラツキの状態を判定することを特徴とする組電池の容量調整装置。

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