JP2006081335A - 組電池の容量調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セル間の容量調整を行うために、十分な容量調整時間を確保する。
【解決手段】各セルｓ１〜ｓｎごとに設けられている容量調整回路Ａ１〜Ａｎは、セルの電圧がバイパス作動電圧より高くなると、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎをオンして、バイパス抵抗Ｒ１〜Ｒｎを介して放電を行うことにより、セル間の容量調整を行う。コントロールユニット１０は、車両のキースイッチ２０がオンされている状態からオフされた時に、組電池１の電圧が、バイパス作動電圧に組電池１を構成するセル数を乗じた値より高くなっているように、組電池１の充電および放電を制御する。これにより、キースイッチ２０のオフ後に、容量調整回路Ａ１〜Ａｎによって、セル間の容量調整を行うことができる。
【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調整を行う装置に関する。

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装置が知られている（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、発熱を抑制するために、容量調整時のバイパス電流を大きくすることができないので、容量調整に時間がかかり、組電池の使用状況によっては、十分な容量調整時間を確保することができないという問題があった。

本発明による組電池の容量調整装置は、車両に搭載されて使用されるものであって、車両の使用終了時に、組電池の電圧が、バイパス作動電圧に組電池を構成するセル数を乗じた値より高くなっているように、組電池の充電および放電を制御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、車両の使用終了時に、組電池の電圧が、バイパス作動電圧に組電池を構成するセル数を乗じた値より高くなっているように、組電池の充電および放電を制御するので、車両の使用終了後にセル間の容量調整を行うことができ、十分な容量調整時間を確保することができる。

−第１の実施の形態−
図１は、本発明による組電池の容量調整装置の第１の実施の形態における構成を示す図である。以下では、組電池の容量調整装置をハイブリッド自動車に搭載して使用する例について説明する。組電池１は、複数のセルｓ１〜ｓｎを直列に接続して構成される。インバータ４は、組電池１の直流電力を交流電力に変換して、モータ５に印加する。また、モータ５の回生運転時には、回生運転によって発電される交流電力を直流電力に変換して、組電池１に供給する。

容量調整回路Ａ１〜Ａｎは、各セルｓ１〜ｓｎに対応して設けられている。容量調整回路Ａ１〜Ａｎは、バイパス抵抗Ｒ１〜Ｒｎと、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎと、コンパレータＣ１〜Ｃｎとを備える。以下では、容量調整回路Ａ１の構成および動作について説明する。容量調整回路Ａ１は、コンパレータＣ１と、直列に接続されているバイパス抵抗Ｒ１およびスイッチＳＷ１とを備えている。コンパレータＣ１は、セルｓ１の電圧Ｖ１と、所定のバイパス作動電圧Ｖbpsとを比較し、セル電圧Ｖ１がバイパス作動電圧Ｖbpsを越えると、スイッチＳＷ１をオンにする信号を出力する。スイッチＳＷ１がオンすると、セルｓ１から、バイパス抵抗Ｒ１を介して、電流（バイパス電流）が流れる。

詳しい説明は省略するが、他の容量調整回路Ａ２〜Ａｎの構成および動作についても同様である。従って、各セルの電圧Ｖ１〜Ｖｎがバイパス作動電圧Ｖbpsより高くなるように組電池１を充電すれば、各セルの電圧がバイパス作動電圧Ｖbpsと等しくなるように、容量調整を行うことができる。

電圧センサ２は、組電池１の総電圧値を検出して、コントロールユニット１０に出力する。電流センサ３は、組電池１の充放電電流を検出して、コントロールユニット１０に出力する。

比較回路部Ｂ１〜Ｂｎは、各セルｓ１〜ｓｎとそれぞれ並列に接続されている。比較回路部Ｂ１〜Ｂｎは、対応するセルｓ１〜ｓｎの電圧Ｖ１〜Ｖｎと、所定のしきい値電圧とを比較し、比較結果をコントロールユニット１０に出力する。所定のしきい値電圧は、後述するように、ＶLj，ＶLm，ＶLnおよびＶLkの４つが設定されている（ＶLj＞ＶLm＞ＶLn＞ＶLk）。例えば、セル電圧と所定のしきい値電圧ＶLmとを比較し、セル電圧がしきい値電圧ＶLmより小さい場合には、しきい値電圧信号ｍをコントロールユニット１０に出力する。しきい値電圧ＶLj，ＶLm，ＶLnおよびＶLkについては、後述する。

コントロールユニット１０には、キースイッチ２０が接続されており、キースイッチ２０がオンされることにより、コントロールユニット１０に電源が供給される。コントロールユニット１０は、比較回路部Ｂ１〜Ｂｎから入力される信号、電圧センサ２により検出される組電池１の総電圧、および、電流センサ３により検出される電流値に基づいて、組電池１の充電および放電を制御する。組電池１の充放電制御の詳しい方法は、後述する。コントロールユニット１０には、また、ＥＥＰＲＯＭ３０が接続されている。ＥＥＰＲＯＭ３０は、後述するように、キースイッチ２０がオフされた時に、電圧センサ２により検出される組電池１の総電圧値を記憶する。

第１の実施の形態における組電池の容量調整装置では、セルの電圧バラツキが大きいと判定すると、ハイブリッド自動車の使用中に、バイパス作動電圧Ｖbpsにセル数ｎを乗じたＶbps×ｎ（Ｖ）より組電池１の総電圧Ｖbatが高くなるように、組電池１の充電を行っておく。これにより、キースイッチ２０のオフ後、すなわち、車両を使用していない間に、容量調整回路Ａ１〜Ａｎによって、各セル間の容量調整を行うことができる。

図２および図３は、第１の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処理内容を示すフローチャートである。キースイッチ２０がオンされると、コントロールユニット１０によって、ステップＳ１０の処理が開始される。ステップＳ１０では、電圧センサ２によって、組電池１の総電圧Ｖを検出するとともに、電流センサ３により、組電池１の充放電電流Ｉを検出し、組電池１のＶ−Ｉ特性をサンプリングする。

ステップＳ１０に続くステップＳ２０では、ステップＳ１０で求めたＶ−Ｉ特性のサンプリング結果に基づいて、直線回帰演算を行う。Ｖ−Ｉ特性の直線回帰演算を行うと、ステップＳ３０に進む。ステップＳ３０では、ステップＳ２０で行った直線回帰演算の結果に基づいて、組電池１の最大充電量および最大放電量を演算する。最大充電量とは、組電池１が充電できる最大量のことであり、最大放電量とは、組電池１が放電できる最大量のことである。

図４は、ステップＳ２０で行った直線回帰演算により得られた直線を示す図である。図４の横軸は、組電池１の充放電電流値であり、縦軸は、組電池１の総電圧値である。また、回帰直線の傾きは、組電池の内部抵抗Ｒを表す。ここで、回帰直線は、次式（１）にて表すことができる。ただし、Ｅ0は、組電池１の開放電圧である。
Ｖ＝Ｅ0−Ｉ・Ｒ （１）

回帰直線と、充電時の許容最大電圧Ｖmaxとの交点Ａの電流ＩCmaxは充電許容値を与え、交点Ａでは、次式（２）が成立する。
Ｖmax＝Ｅ0−ＩCmax・Ｒ （２）
同様に、回帰直線と、放電時の放電終始電圧Ｖminとの交点Ｂの電流ＩDmaxは放電許容値を与え、交点Ｂでは、次式（３）が成立する。
Ｖmin＝Ｅ0−ＩDmax・Ｒ （３）

最大充電電力ＰCは、式（２）より、次式（４）で表される。
ＰC＝Ｖmax・ＩCmax＝Ｖmax・（Ｅ0−Ｖmax）／Ｒ （４）
また、最大放電電力ＰDは、式（３）より、次式（５）で表される。
ＰD＝Ｖmin・ＩDmax＝Ｖmin・（Ｅ0−Ｖmin）／Ｒ （５）

ステップＳ３０において、最大充電電力ＰCおよび最大放電電力ＰDを算出すると、ステップＳ４０に進む。ステップＳ４０では、電流センサ３により検出される充放電電流値の絶対値が所定の電流しきい値以下の状態において、比較回路部Ｂ１〜Ｂｎのうち、いずれか一つの比較回路部から、しきい値電圧信号ｍが出力されたか否かを判定する。所定の電流しきい値は、組電池１が充放電を行っていないと近似的にみなせるほどの小さい値である。

比較回路部Ｂ１〜Ｂｎは、対応するセルの電圧が所定のしきい値電圧ＶLmより小さい値の場合に、しきい値電圧信号ｍを出力する。所定のしきい値電圧ＶLmは、電圧バラツキの大きいセルを検知するために、予め設定しておく。例えば、車両のキースイッチ２０のオフ時のように、組電池１に負荷がかかっていない状態の組電池１の総電圧値のうち、最も頻度の高い総電圧値（例えば、組電池１のＳＯＣが５０％の時の電圧値）に基づいて、セルの平均電圧を求め、求めた平均電圧から、電圧バラツキを検知したい値を引いた電圧値を、しきい値電圧ＶLmとして設定しておく。

ステップＳ４０において、いずれか一つの比較回路部Ｂ１〜Ｂｎから、しきい値電圧信号ｍが出力されたと判定すると、ステップＳ５０に進み、しきい値電圧信号ｍが出力されていないと判定すると、ステップＳ１０に戻る。ステップＳ５０では、電圧バラツキの大きいセルの電圧バラツキの大きさΔＶcを、次式（６）より演算する。
ΔＶc＝Ｖave−ＶLm （６）
なお、セルの平均電圧Ｖaveは、電圧センサ２により検出される組電池１の総電圧をセル数ｎで除算することにより求める。

ステップＳ６０では、ステップＳ５０で演算した電圧バラツキΔＶcが所定の許容値以上であるか否かを判定する。電圧バラツキΔＶcが所定の許容値以上であると判定すると、ステップＳ７０に進み、キースイッチ２０のオフ後に容量調整回路Ａ１〜Ａｎによる容量調整を行うための充放電制御を行う。一方、電圧バラツキΔＶが所定の許容値未満であると判定すると、ステップＳ８０に進む。この場合には、通常の充放電制御が行われる。

ステップＳ７０では、目標電圧Ｖtを算出し、組電池１の電圧が目標電圧Ｖtと一致するように、組電池１の充放電を制御する。目標電圧Ｖtは、次式（７）により算出する。
Ｖt＝（Ｖbps×ｎ）＋放電余裕量 （７）
ただし、Ｖbpsは、バイパス作動電圧であり、ｎはセル数である。また、放電余裕量とは、組電池１の放電が許される量である。目標電圧Ｖtを、（Ｖbps×ｎ）から放電余裕量だけ高い値に設定することにより、組電池１の電圧が目標電圧Ｖtと一致するように制御されている状態から、放電余裕量だけ組電池１の放電が行われても、各セルの平均電圧がバイパス作動電圧Ｖbpsより低くならないようにすることができる。この放電余裕量は、目標電圧Ｖtが所定の過充電しきい値電圧より高くならない範囲で予め設定しておく。

コントロールユニット１０は、組電池１の電圧値が目標電圧Ｖtに達するように、組電池１を充電する。ただし、組電池１の電圧を一度に目標電圧Ｖtまで上昇させると、組電池１が過充電状態に至る可能性があるので、ここでは、Ｖt／１０（Ｖ）ずつ充電する。すなわち、ステップＳ７０において、Ｖt／１０（Ｖ）だけ充電したら、ステップＳ８０に進む。これにより、組電池１が過充電状態になるのを防ぎつつ、目標電圧Ｖtまで充電することができる。

なお、組電池１の電圧を目標電圧Ｖtまで充電すると、ステップＳ３０で求めた最大放電量を、上述した放電余裕量の値に制限する。組電池１が放電可能な量を放電余裕量に制限することにより、セル間の容量調整を行うために必要な電圧値を保持することができる。この場合、モータ５で走行アシストしていた制御領域の一部を、エンジン（不図示）が負担することにより、組電池１からの放電を制限しつつ、ドライバの要求する出力を実現することが可能となる。

ステップＳ７０に続くステップＳ８０では、電圧バラツキの大きいセルの内部抵抗Ｒmaxを推定する。内部抵抗Ｒmaxの推定方法について説明する。まず、放電中に、比較回路部Ｂ１〜Ｂｎから、しきい値電圧信号ｍ、および、しきい値電圧信号ｎが出力された時に、電流センサ３によりそれぞれ検出される電流値ＩmおよびＩnを取得する。比較回路部Ｂ１〜Ｂｎは、対応するセルの電圧が所定のしきい値電圧ＶLnより小さい値の場合に、しきい値電圧信号ｎを出力する。このしきい値電圧ＶLnは、しきい値電圧ＶLmとは別の値であり、後述する直線回帰演算を精度良く行うための電圧値に予め設定しておく。

次に、（ＶLm，Ｉm）および（ＶLn，Ｉn）の電圧値および電流値に基づいて、直線回帰演算を行い、求めた直線の傾きから、内部抵抗Ｒmaxを求める。内部抵抗Ｒmaxを求めると、ステップＳ９０に進む。

ステップＳ９０では、比較回路部Ｂ１〜Ｂｎのうち、いずれか一つの比較回路部から、しきい値電圧信号ｊが出力されたか否かを判定する。比較回路部Ｂ１〜Ｂｎは、対応するセルの電圧が所定のしきい値電圧ＶLjより大きい値の場合に、しきい値電圧信号ｊを出力する。所定のしきい値電圧ＶLjは、所定の過充電しきい値電圧より低い値であり、かつ、充電電力の制限を開始する電圧に設定する。いずれか一つの比較回路部からしきい値電圧信号ｊが出力されたと判定すると、充電電力の制限を開始するために、ステップＳ１００に進み、しきい値電圧信号ｊが出力されていないと判定すると、ステップＳ１３０に進む。

ステップＳ１００では、充電可能量を算出する。充電可能量の算出方法について説明する。まず、電圧センサ２により検出される組電池の総電圧値をセル数ｎで除算することにより、セルの平均電圧Ｖaveを算出する。次に、電圧バラツキの大きいセルの電圧Ｖcを、次式（８）から求める。
Ｖc＝Ｖave×（Ｒmax／Ｒave） （８）
ただし、Ｒmaxは、ステップＳ８０で推定した内部抵抗値、Ｒaveは、セルの内部抵抗の平均値であり、ステップＳ２０で行った直線回帰演算により得られる直線の傾きである。

続いて、次式（９）より、過充電余裕量Ｖosを求める。式（９）から明らかなように、過充電余裕量Ｖosは、所定の過充電しきい値電圧と、電圧バラツキの大きいセルとの差の電圧値である。
Ｖos＝過充電しきい値電圧−Ｖc （９）
ここで、式（９）から求まる過充電余裕量Ｖosについて、次式（１０）が成立する場合には、次式（１１）で定めるＶosを過充電余裕量Ｖosの値として設定する。
（過充電しきい値電圧−Ｖave）≦Ｖos （１０）
Ｖos＝過充電しきい値電圧−Ｖave （１１）

続いて、式（９）または式（１１）により求めた過充電余裕量Ｖosに基づいて、充電制限量（％）を求める。図５は、過充電余裕量Ｖosと、充電制限量（％）との関係を示す図である。図５に示すような過充電余裕量Ｖosと充電制限量（％）との関係を示すテーブルを予め実験などにより求めて、コントロールユニット１０の図示しないメモリに格納しておき、このテーブルと、過充電余裕量Ｖosとに基づいて、充電制限量を求める。

最後に、ステップＳ３０で求めた最大充電電力ＰCに、上述した充電制限量（％）を乗算することにより、充電可能量を求める。図５に示すように、過充電余裕量Ｖosが大きいほど、充電制限量の値は大きいので、過充電余裕量Ｖosが大きいほど、充電可能量は大きくなる。コントロールユニット１０は、組電池１の充電を行う際に、充電量が上述した充電可能量を超えないように、組電池１の充電を制御する。充電可能量を求めると、ステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０では、ステップＳ１００で求めた充電余裕量Ｖosが０以下であるか否かを判定する。充電余裕量Ｖosが０以下であると判定するとステップＳ１２０に進み、０より大きいと判定すると、図３に示すフローチャートのステップＳ１３０に進む。ステップＳ１２０では、組電池１の充電を停止して、図３に示すフローチャートのステップＳ１３０に進む。

図３に示すフローチャートのステップＳ１３０では、比較回路部Ｂ１〜Ｂｎのうち、いずれか一つの比較回路部から、しきい値電圧信号ｋが出力されたか否かを判定する。比較回路部Ｂ１〜Ｂｎは、対応するセルの電圧が所定のしきい値電圧ＶLkより小さい値の場合に、しきい値電圧信号ｋを出力する。所定のしきい値電圧ＶLkは、所定の過放電しきい値電圧より高い値であり、かつ、放電電力の制限を開始する電圧に設定する。いずれか一つの比較回路部からしきい値電圧信号ｋが出力されたと判定すると、放電電力の制限を開始するためにステップＳ１４０に進み、しきい値電圧信号ｋが出力されていないと判定すると、ステップＳ１７０に進む。

ステップＳ１４０では、放電可能量を算出する。放電可能量の算出方法について説明する。まず、電圧センサ２により検出される組電池の総電圧値をセル数ｎで除算することにより、セルの平均電圧Ｖaveを算出する。次に、上式（８）より、電圧バラツキの大きいセルの電圧Ｖcを求める。

続いて、次式（１２）より、過放電余裕量Ｖlsを求める。
Ｖls＝Ｖc−過放電しきい値電圧 （１２）
ここで、式（１２）から求まる過放電余裕量Ｖlsについて、次式（１３）が成立する場合には、次式（１４）で定めるＶlsを過放電余裕量Ｖlsの値として設定する。
（Ｖave−過放電しきい値電圧）≦Ｖls （１３）
Ｖls＝Ｖave−過放電しきい値電圧 （１４）

続いて、式（１２）または式（１４）により求めた過放電余裕量Ｖlsに基づいて、放電制限量（％）を求める。図６は、過放電余裕量Ｖlsと、放電制限量（％）との関係を示す図である。図６に示すような過放電余裕量Ｖlsと放電制限量（％）との関係を示すテーブルを予め実験などにより求めて、コントロールユニット１０の図示しないメモリに格納しておき、このテーブルと、過放電余裕量Ｖlsとに基づいて、放電制限量を求める。

最後に、ステップＳ３０で求めた最大放電電力ＰDに、上述した放電制限量（％）を乗算することにより、放電可能量を求める。図６に示すように、過放電余裕量Ｖlsが大きいほど、放電制限量の値は大きいので、過放電余裕量Ｖlsが大きいほど、放電可能量は大きくなる。コントロールユニット１０は、組電池１の放電を行う際に、放電量が上述した放電可能量を超えないように、組電池１の放電を制御する。放電可能量を求めると、ステップＳ１５０に進む。

ステップＳ１５０では、ステップＳ１４０で求めた放電余裕量Ｖlsが０以下であるか否かを判定する。放電余裕量Ｖlsが０以下であると判定するとステップＳ１６０に進み、０より大きいと判定すると、ステップＳ１７０に進む。ステップＳ１６０では、組電池１の放電を停止して、ステップＳ１７０に進む。

ステップＳ１７０では、演算を終了するか否かを判定する。ここでは、ハイブリッド自動車のキースイッチ２０がオフされると、演算を終了すると判定してステップＳ１８０に進む。一方、演算を終了しないと判定すると、図２に示すフローチャートのステップＳ１０に戻る。ステップＳ１８０では、電圧センサ２により検出される組電池１の総電圧値を、ＥＥＰＲＯＭ３０に記憶して、図２および図３に示すフローチャートによる制御を終了する。

第１の実施の形態における組電池の容量調整装置によれば、車両のキースイッチ２０がオフされた時、すなわち、車両の使用終了時に、バイパス作動電圧Ｖbpsに、組電池１を構成するセル数ｎを乗じた値より、組電池１の電圧が高くなるように、組電池１の充電および放電を制御するので、キースイッチ２０がオフされた後（車両の使用終了後）に、容量調整回路Ａ１〜Ａｎによって容量調整を行うことができる。キースイッチ２０のオフ後に容量調整を行うことにより、十分な容量調整時間を確保することができるので、セル間の容量調整を確実に行うことができる。また、容量調整を行うために十分な時間を確保できるので、容量調整時のバイパス電流を大きい値に設定する必要がなく、これにより、バイパス電流が流れる際の発熱を抑制することができる。

第１の実施の形態における組電池の容量調整装置によれば、バイパス作動電圧Ｖbpsにセル数ｎを乗じた値に、組電池１が放電可能な電圧値を加算した値を組電池１の目標電圧Ｖtに設定して、組電池１の充放電を制御する。これにより、キースイッチ２０のオフ後に容量調整を行うために、組電池１の電圧値がＶbps×ｎより高くなるように制御している時でも、組電池１の放電を行うことができる。

なお、バイパス作動電圧Ｖbpsにセル数ｎを乗じた値より、組電池１の電圧が高くなるように組電池１の充放電を制御する場合、セルの電圧バラツキの程度によっては、セル電圧がバイパス作動電圧Ｖbpsより低いセルが存在することもある。しかし、キースイッチ２０のオフ後に容量調整を行う制御を繰り返し行うことにより、各セル間の電圧バラツキは低減していく。

−第２の実施の形態−
図７は、第２の実施の形態における組電池の容量調整装置の構成を示す図である。第２の実施の形態における組電池の容量調整装置は、図１に示す第１の実施の形態における組電池の容量調整装置の構成に加えて、車速センサ４０を備える。車速センサ４０は、ハイブリッド車両の速度を検出して、コントロールユニット１０に出力する。

図８および図９は、第２の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処理内容を示すフローチャートである。図２および図３に示すフローチャートの処理と同一の処理については、同一の符号を付して、詳しい説明は省略する。キースイッチ２０がオンされると、コントロールユニット１０によって、ステップＳ１０の処理が開始される。

ステップＳ１０からステップＳ６０における処理は、図２に示すフローチャートのステップＳ１０からステップＳ６０までの処理と同じである。ステップＳ６０において、電圧バラツキΔＶcが所定の許容値以上であると判定すると、ステップＳ７０Ａに進み、キースイッチ２０のオフ後に容量調整回路Ａ１〜Ａｎによる容量調整を行うための充放電制御を行う。

ステップＳ７０Ａでは、まず、各セル間の容量調整を行うための目標電圧Ｖtを算出する。目標電圧Ｖtの算出方法は上述したので、ここでは詳しい説明は省略する。目標電圧Ｖtを算出すると、組電池１の電圧が目標電圧Ｖtに到達するように、組電池１を充電する。この時、上述したように、組電池１の電圧を一度に目標電圧Ｖtまで上昇させずに、Ｖt／１０（Ｖ）ずつ充電させる。

第１の実施の形態における組電池の容量調整装置では、組電池１の電圧を目標電圧Ｖtまで充電すると、組電池１の最大放電量を、放電余裕量の値に制限した。第２の実施の形態における組電池の容量調整装置では、組電池１の最大放電量を、（放電余裕量＋速度依存回生量）の値に制限する。

ハイブリッド自動車では、車両の回生制動時に、モータ５の回生運転によって発電が行われる。速度依存回生量とは、車両の速度に応じて、モータ５によって回生発電可能な発電量のことであり、車速が大きいほど、大きい値となる。ここでは、ある車速で走行している状態から、車両が停止するまでに可能な回生量を実験等により予め求めて速度依存回生量とし、車両の速度（ｋｍ／ｈ）と、速度依存回生量（ｋｗ）との関係を示すテーブルを予め用意して、コントロールユニット１０のメモリ（不図示）に格納しておく。図１０は、車速と、速度依存回生量との関係を示す図である。コントロールユニット１０は、車速センサ３０により検出される車速と、図１０に示すような車速と速度依存回生量との関係を示すテーブルとに基づいて、速度依存回生量を求める。

第２の実施の形態における組電池の容量調整装置では、キースイッチ２０をオフにする前に組電池１の電圧を目標電圧Ｖtまで上昇させる制御を行っている間は、組電池の充放電制御を行うＳＯＣ領域を、通常の充放電制御を行うＳＯＣ領域に対して、高ＳＯＣ側にシフトさせる。図１１（ａ）は、通常の充放電制御を行う場合の制御領域を示す図である。図１１（ａ）に示すように、通常の充放電制御では、組電池１のＳＯＣが３０％以上、かつ、８５％以下の領域で、充電および放電の制御を行う。

図１１（ｂ）は、キースイッチ２０のオフ後に容量調整を行うために、組電池１の電圧を目標電圧Ｖtまで上昇させる制御を行っている場合のＳＯＣの制御領域を示す図である。この場合、図１１（ｂ）に示すように、組電池１のＳＯＣが６５％以上、かつ、９０％以下の領域で、充電および放電の制御を行う。ただし、下限ＳＯＣの値は、速度依存回生量、すなわち、車速に応じて変化する。また、上限ＳＯＣの値も、セルが過充電状態に至らないように、セルの電圧バラツキの程度に応じて変化する。

このように、キースイッチ２０のオフ後に容量調整を行う場合の制御では、組電池１の充放電制御を行うＳＯＣ領域の下限値を、通常の充放電制御時におけるＳＯＣ領域の下限値より高い値としている。これにより、組電池１のＳＯＣを高い状態に保つことができるので、キースイッチ２０がオフされた後に、セル間の容量調整を行うことができる。

ステップＳ７０Ａに続くステップＳ２００では、前回のキースイッチ２０のオフ時に、ＥＥＰＲＯＭ３０に記憶しておいた組電池１の総電圧値と、今回のキースイッチ２０のオン後に電圧センサ２により検出された組電池１の総電圧値と、セルの内部抵抗平均値Ｒaveと、内部抵抗（ｍΩ）および自己放電量（ｍＶ／day）との関係を示すテーブルとから、組電池１の放電時間を推定する。図１２は、内部抵抗（ｍΩ）および自己放電量（ｍＶ／day）との関係を示すテーブルの一例である。具体的には、まず、前回のキースイッチ２０のオフ時に検出された電圧値から、今回のキースイッチ２０のオン後に検出された電圧値を減算することにより、組電池１の放電量を求める。次に、セルの内部平均抵抗値Ｒaveと、図１２に示すテーブルから、１日あたりの自己放電量（ｍＶ／day）が求まるので、実際の組電池１の放電量を、１日あたりの自己放電量で除算することにより、放電時間（放電日数）を算出する。組電池１の放電時間を算出すると、ステップＳ８０Ａに進む。

ステップＳ８０Ａでは、ステップＳ５０で演算した電圧バラツキΔＶcと、ステップＳ２００で演算した放電時間と、図１２に示すようなテーブルとに基づいて、バラツキの大きいセルの内部抵抗値Ｒmaxを推定する。例えば、キースイッチ２０のオフ時に、電圧バラツキをＥＥＰＥＲＯＭ３０に記憶させるようにしておき、電圧バラツキΔＶcがΔＶc1からΔＶc2になった場合、この電圧バラツキの差と、ステップＳ２００で演算した放電時間から１日あたりの自己放電量が求まるので、図１２に示すテーブルから、対応する内部抵抗を求める。内部抵抗値Ｒmaxを求めると、ステップＳ９０に進む。ステップＳ９０からステップＳ１８０までの処理は、図２に示すフローチャートのステップＳ９０から、図３に示すフローチャートのステップＳ１８０までの処理と同じであるので、ここでは詳しい説明は省略する。

第２の実施の形態における組電池の容量調整装置によれば、キースイッチ２０のオフ後に容量調整回路Ａ１〜Ａｎによる容量調整を行うための充放電制御を行う際に、少なくとも組電池１の充放電制御を行うＳＯＣ領域の下限値を、通常の充放電制御を行うＳＯＣ領域の下限値より高い値とする。これにより、キースイッチ２０のオフ前に組電池１の電圧値を上昇させておいて、キースイッチ２０のオフ後に、容量調整回路Ａ１〜Ａｎによって、確実に容量調整を行うことができる。また、キースイッチ２０のオフ後に容量調整回路Ａ１〜Ａｎによる容量調整を行うための充放電制御を行う際に、ＳＯＣ領域の下限値とともに、上限値も大きくするので、組電池１の充電量および放電量が過度に制限されてしまうのを防ぐことができる。

また、第２の実施の形態における組電池の容量調整装置によれば、キースイッチ２０のオフ後に容量調整回路Ａ１〜Ａｎによる容量調整を行うための充放電制御を行う際に、車両の速度が速いほど、組電池１が放電可能な最大放電可能量を大きくする。これにより、モータ５の回生発電量を考慮して、適切な最大放電可能量を決定することができる。

本発明は、上述した各実施の形態に限定されることはない。例えば、第１の実施の形態における組電池の容量調整装置では、組電池の目標電圧Ｖtは、バイパス作動電圧にセル数ｎを乗じた値に、放電余裕量を加算した値とした（式（７）参照）。しかし、電圧バラツキの大きさを考慮して、キースイッチ２０のオフ前に、全てのセルｓ１〜ｓｎの電圧がバイパス作動電圧Ｖbpsより高くなるように、目標電圧Ｖtを設定するようにしてもよい。

上述した第１および第２の実施の形態では、組電池の容量調整装置をハイブリッド自動車に搭載して使用する例について説明したが、電気自動車に搭載して使用することもできる。

特許請求の範囲の構成要素と第１および第２の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が容量調整手段を、コントロールユニット１０が充放電制御手段を、電圧センサ２、比較回路部Ｂ１〜Ｂｎおよびコントロールユニット１０が電圧バラツキ判定手段をそれぞれ構成する。また、特許請求の範囲の構成要素と第２の実施の形態の構成要素との対応関係において、車速センサ４０が車速検出手段を構成する。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の第１の実施の形態における構成を示す図 第１の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処理内容を示すフローチャート 図２に示すフローチャートの処理に続く処理内容を示すフローチャート 測定した電流値および電圧値に基づいて直線回帰演算を行うことにより得られた直線を示す図 過充電余裕量Ｖosと、充電制限量（％）との関係を示す図 過放電余裕量Ｖlsと、放電制限量（％）との関係を示す図 第２の実施の形態における組電池の容量調整装置の構成を示す図 第２の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処理内容を示すフローチャート 図８に示すフローチャートの処理に続く処理内容を示すフローチャート 車両の速度と、速度依存回生量との関係を示す図 図１１（ａ）は、通常の充放電制御を行う場合のＳＯＣ制御領域を示す図であり、図１１（ｂ）は、キーオフ後に容量調整を行う場合のＳＯＣ制御領域を示す図 内部抵抗と自己放電量との関係を示す図

符号の説明

１…組電池、２…電圧センサ、３…電流センサ、４…インバータ、５…モータ、１０…コントロールユニット、２０…キースイッチ、３０…ＥＥＰＲＯＭ、４０…車速センサ、ｓ１〜ｓｎ…セル、Ｒ１〜Ｒｎ…バイパス抵抗、ＳＷ１〜ＳＷｎ…スイッチ、Ｃ１〜Ｃｎ…コンパレータ、Ａ１〜Ａｎ…容量調整回路、Ｂ１〜Ｂｎ…比較回路部

Claims (7)

1. 車両に搭載され、複数のセルから構成される組電池の容量調整装置において、
   セルの電圧が所定のバイパス作動電圧を超えた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手段と、
   前記車両の使用終了時における前記組電池の電圧が、前記バイパス作動電圧に前記組電池を構成するセル数を乗じた値より高くなっているように、前記組電池の充電および放電を制御する充放電制御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、
   前記車両の使用終了時とは、車両のキースイッチがオフされた時であることを特徴とする組電池の容量調整装置。
3. 請求項１または２に記載の組電池の容量調整装置において、
   前記充放電制御手段は、前記バイパス作動電圧に前記組電池を構成するセル数を乗じた値に、前記組電池が放電可能な電圧値を加算した値を前記組電池の目標電圧として、前記組電池の充放電を制御することを特徴とする組電池の容量調整装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の組電池の容量調整装置において、
   セル間の電圧バラツキの大きさが所定値以上であるか否かを判定する電圧バラツキ判定手段をさらに備え、
   前記充放電制御手段は、前記電圧バラツキ判定手段によって電圧バラツキの大きさが所定値以上であると判定されると、前記組電池の電圧が、前記バイパス作動電圧に前記組電池を構成するセル数を乗じた値より高くさせる制御を開始することを特徴とする組電池の容量調整装置。
5. 請求項４に記載の組電池の容量調整装置において、
   前記充放電制御手段は、前記電圧バラツキ判定手段によって電圧バラツキの大きさが所定値以上であると判定されると、前記組電池の充電および放電を行うＳＯＣ領域の下限値を少なくとも大きくすることを特徴とする組電池の容量調整装置。
6. 請求項５に記載の組電池の容量調整装置において、
   前記充放電制御手段は、前記電圧バラツキ判定手段によって電圧バラツキの大きさが所定値以上であると判定されると、前記ＳＯＣ領域の下限値とともに、上限値も大きくすることを特徴とする組電池の容量調整装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の組電池の容量調整装置において、
   車速を検出する車速検出手段をさらに備え、
   前記充放電制御手段は、車両のキースイッチがオフされた時に、前記組電池の電圧が、前記バイパス作動電圧に前記組電池を構成するセル数を乗じた値より高くなっているようにするために、前記組電池の最大放電可能量を決定して、前記組電池の放電を制御するものであって、前記車速検出手段により検出された車速が速いほど、前記最大放電可能量を大きくすることを特徴とする組電池の容量調整装置。

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