JP2008079372A

JP2008079372A - 電気車両の容量調整装置

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Publication number: JP2008079372A
Application number: JP2006252797A
Authority: JP
Inventors: Tomonaga Sugimoto; 智永杉本
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-09-19
Filing date: 2006-09-19
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2026-09-19
Also published as: JP4645566B2

Abstract

【課題】固定抵抗値の容量調整抵抗を備える容量調整装置において、容量調整能力を向上させることができる容量調整装置の提供。
【解決手段】組電池を構成する各セル毎に固定抵抗値の容量調整抵抗を備える電気車両の容量調整装置に適用され、ＣＰＵ１０３は、容量調整中は、非容量調整中よりも組電池目標ＳＯＣを高く設定する。そのため、組電池のＳＯＣの制御範囲が高ＳＯＣ側にシフトされ、容量調整中のセル電圧は従来よりも高めになる。その結果、各セルＣ１〜Ｃ３に並列接続された容量調整抵抗R10を流れる電流が増加し、容量調整能力が向上する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気車両に搭載される組電池の容量調整装置に関する。

従来、複数のセルを直列に接続した組電池の容量調整方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。従来の容量調整方法では、無負荷時のセル電圧分布状況に応じて、セル毎に容量調整目標および容量調整時間を定め、規定電流値で放電させるようにしていた。

特開２００３−２８４２５３号公報

しかしながら、従来の技術では、規定の電流値で放電させているため、早急に容量調整を行いたい場合に、容量調整時間が長いために容量調整が終了する前にシステムがオフされてしまうことがある。そのため、容量調整を十分に行えないという問題があった。早急に容量調整を行いたい場合とは、例えば、セル容量のバラツキが非常に大きい場合や、車両使用時間が極端に短い場合などである。

本発明は、組電池を構成する各セル毎に固定抵抗値の容量調整抵抗を備える電気車両の容量調整装置に適用され、組電池の充放電を制御して、組電池のＳＯＣ（StateOf Charge）を組電池目標ＳＯＣを含む所定範囲に制御する充放電制御手段と、容量調整中における組電池目標ＳＯＣを、非容量調整中における前記組電池目標ＳＯＣよりも高く設定する設定手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、容量調整中における組電池目標ＳＯＣを、非容量調整中における前記組電池目標ＳＯＣよりも高く設定するようにしたので、容量調整中の組電池のＳＯＣが非容量調整中よりも高めになる。その結果、セル電圧が高くなって容量調整抵抗を流れる電流が増加し、容量調整能力が向上する。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１は本発明による容量調整装置の第１の実施の形態を示す図であり、ＨＥＶ（ハイブリッド自動車）の容量調整装置に適用した場合の制御システムのハード構成を示したものである。図１において、太い実線は強電ラインを示し、細い実線は弱電ラインを示し、点線は信号ラインを示している。なお、本発明による容量調整装置は、ＨＥＶ（ハイブリッド自動車）に限らずＦＣＶ（燃料電池車）やＥＶなどにも適用でき、その場合も、バッテリ関連の構成は図１に示したものと変わらない。

図１に示す制御システムは、組電池２が設けられた車両システム３と電池制御ユニット１とを備えている。電池制御ユニット１は、セル電圧検出部１０１，容量調整部１０２，ＣＰＵ１０３，メモリ１０４などを備え、車両システム３に設けられた組電池２の充放電
制御や容量調整制御を行う。組電池２は複数のセルを直列接続したものであり、各セルの電圧はセル電圧検出部１０１により検出される。セル電圧検出部１０１により検出された各セルの電圧情報はＣＰＵ１０３へ送信される。

ＣＰＵ１０３は、無負荷時（車両システム起動時）および規定容量充電後の各セルの電圧状況（電圧分布状況）に基づいて、容量調整部１０２に適切な容量調整指示を出す。また、車両システムオフにより容量調整が中断した場合、ＣＰＵ１０３は残りの調整条件を各セル毎にメモリ１０４に記憶させる。容量調整部１０２は、セル単位で容量調整を行うことで各セル間の容量バラツキを補正する。容量調整部１０２の詳細については後述する。メモリ１０４には、充放電制御や容量調整制御に必要な情報、ＣＰＵ１０３からの情報等が記憶される。

組電池２はメインリレー３０３ａ，３０３ｂを介してインバータ３０１および補機システム３０２に接続され、インバータ３０１および補機システム３０２へ直流電力を供給する。ＣＰＵ１０３からの指令に基づいてメインリレー３０３ａ，３０３ｂをオンオフすることにより、強電回路の電源オンオフが制御される。インバータ３０１は、組電池２の直流電力を交流電力に変換して駆動用モータＭに印加し、モータＭを駆動して車両を走行させる。駆動用モータＭは、回生制御時には発電機として機能し、インバータ３０１を介して組電池２に対し回生電力を供給し、組電池２を充電する。組電池２は冷却ファン３１０によって冷却される。

車両システムＣＰＵ３０４は車両システム３を制御するものであり、インバータ３０１および補機システム３０２は車両システムＣＰＵ３０４によって制御される。なお、補機システム３０２には車両に設置されている空調システムなどが含まれており、組電池２の電力により駆動される。電流センサ２０１は車両システム３の強電回路に流れる電流をモニタし、その情報を電池制御ユニット１のＣＰＵ１０３へ送信する。

電圧センサ２０２は組電池２の両端の電位差をモニタし、その情報をＣＰＵ１０３へ送信する。温度センサ２０３は、組電池２の温度をモニタし、その温度情報をＣＰＵ１０３へ送信する。組電池２のＳＯＣ（StateOf Charge）は組電池２の総電圧とＳＯＣとの相関テーブルを参照して求めるが、この場合の総電圧としては、電圧センサ２０３の検出値を用いても良いし、セル電圧検出部１０１で検出されたセル電圧の総和を用いても良い。相関テーブルはメモリ１０４に格納されている。

補助電池４０１はＣＰＵ１０３および車両システムＣＰＵ３０４の電源であり、電源をオンオフするスイッチ４０３は、イグニッション信号４０２によりオンオフされる。イグニッション信号４０２は、車両のイグニッションスイッチのオンオフに連動して入力される。イグニッション信号４０２の履歴、すなわち、スイッチ４０３のオンオフの履歴はメモリ１０４に記憶され、後述する使用時間の算出に用いられる。車両システムＣＰＵ３０４は、車両システム３に異常が発生した際には警告灯３０５を点灯し、ドライバーに異常発生を知らせる。

図２は、容量調整部１０２の詳細を示す図であり、組電池２に設けられた複数のセルの内の３個のセルについて示したものである。容量調整部１０２は各セルＣ１〜Ｃ３毎に独立して容量調整を行うものであり、容量調整抵抗R10とスイッチング素子１１とで構成される容量調整回路１２，２２，３２が、各セルＣ１〜Ｃ３に対して並列に設けられている。スイッチング素子１１にはＦＥＴやトランジスタ等が用いられ、容量調整時にはスイッチング素子１１がオン状態（通電状態）とされる。

各容量調整回路１２，２２，３２に設けられたスイッチング素子１１は、ＣＰＵ１０３からの信号によりを独立にオンオフ制御される。容量調整回路１２，２２，３２は、スイッチング素子１１をオンして容量調整抵抗R10に電流を流すことで各セルＣ１〜Ｃ３を放電させ、セルＣ１〜Ｃ３の容量調整を行う。

ところで、容量調整抵抗R10の抵抗値は固定値であるため、早急に容量調整を行いたいような場合など、状況に応じて容量調整能力を向上させることができなかった。本実施の形態では、容量調整時に組電池目標ＳＯＣを高くすることでセル電圧を高め、容量調整抵抗R10の電流値を大きくすることで容量調整能力の向上を図るようにした。

図３は、本実施の形態における容量調整制御の一例を示すフローチャートである。容量調整は、車両システムが起動している状態においてセル電圧のバラツキが所定値以上となった場合に実行される。また、イグニッションオンの際にもセル電圧バラツキが調べられ、バラツキが所定値以上であった場合には容量調整が行われる。図３は、このイグニッションオンの際の容量調整を示したものであり、その後、容量調整が必要と判断される度に、図３と同様の処理が実行される。

ステップＳ１１では、イグニッション信号検出後からメインリレー３０３ａ，３０３ｂがオンとなるまでの間に、セル電圧検出部１０１により各セルの開放電圧を検出する。ステップＳ１２では、ＣＰＵ１０３は、ステップＳ１１で検出されたセル電圧に基づいて平均セル電圧およびセル電圧標準偏差を算出するとともに、平均セル電圧と最低セル電圧との差分を算出する。

ステップＳ１３では、ＣＰＵ１０３は、メモリ１０４に記憶されているスイッチ４０３のオンオフ履歴に基づいて、システム起動時間とスイッチ４０３がオフ状態となっている非通電時間とを求め、システム使用時間割合を算出する。システム使用時間割合とは、システム起動時間と全使用時間（＝システム起動時間＋非通電時間）との比であり、組電池の使用時間に対応する指標である。ステップＳ１４では、組電池２の容量劣化状態を表す容量劣化係数（＝現状容量／新品時容量）の確認を行う。例えば、充放電の積算から得られる容量変化から推定される電圧値（電池が新品であるとみなして算出される電圧値）と実際に検出される電圧値とのずれから、容量劣化係数を求めることができる。

ステップＳ１５では、ステップＳ１２〜ステップＳ１４で収集したデータに基づいて、容量調整能力向上要求度を算出する。ここでは、各データ毎に容量調整能力向上要求度k1〜k3を算出し、算出された要求度k1〜k3に基づいて最終的な容量調整能力向上要求度ｋを算出する。図４は、ステップＳ１２で得られたデータに基づく容量調整能力向上要求度k1の一例を示す図であり、横軸を平均セル電圧と最低セル電圧との差分、縦軸をセル電圧標準偏差としたときの要求度k1のマップを示したものである。すなわち、差分とセル電圧標準偏差との組み合わせによって、要求度k1（≧１）が設定される。

ラインL1〜L5はそれぞれ同一要求度を取るラインを示したものであり、例えば、ラインL1上にある点（差分、セル電圧標準偏差）は全て同一の要求度k1(L1)となる。各セルの自己放電量ばらつきが大きいために、いくつかのセルの充電容量が他のセルに比べてかなり低くなる状態が生じるが、図４に示したマップはこのような状態を早急に解消することに重点を置いた場合のマップである。ラインL1〜L5の要求度k1(L1)〜k1(L5)は、k1(L1)＜k1(L2)＜k1(L3)＜k1(L4)＜k1(L5)のように設定されている。

図７は、図４の点P1および点P2の状態を定性的に示したものである。図７（ａ）は要求度k1(L2)のラインL2上の点P1におけるセルの電圧分布を示しており、平均セル電圧付近に多数のセルが分布し、その下方に最低セル電圧のセルが一つ存在している。なお、黒丸はセルの数を表している。一方、図７（ｂ）は、要求度k1(L3)のラインL3上の点P2におけるセルの電圧分布を示している。この場合、平均セル電圧と最低セル電圧との差分は図７（ａ）に示したものと同じであるが、点P2のセル標準偏差は点P1よりも小さいので、平均セル電圧付近においてはより狭い電圧範囲にセルが分布している。このような場合、図７（ｂ）の状態の方が、平均付近のセル群に対する最低電圧のセルの孤立度合いが高いので、k1(L2)＜k1(L3)のように要求度もより高く設定する。

図５は、ステップＳ１３で得られたデータに基づく容量調整能力向上要求度k2の一例を示す図であり、縦軸は容量調整能力向上要求度k2、横軸はシステム使用時間割合を表している。システム使用時間割合が小さい場合には容量調整の機会も少なくなるので、短時間で容量調整が完了するように、容量調整能力向上要求度k2をより大きく設定する。そして、システム使用時間割合が所定値以上の場合には、要求度k2＝１に設定して向上要求をオフ状態とする。

図６は、ステップＳ１４で得られたデータに基づく容量調整能力向上要求度k3の一例を示す図であり、縦軸は容量調整能力向上要求度k3、横軸は容量劣化係数（％）を表している。容量調整時間は組電池２が新品であると仮定して算出されるので、劣化により容量が小さくなっている場合には、その分だけ容量調整電流を小さくしないと、実際の容量調整時間が算出した通りの容量調整時間とならない。

例えば、容量劣化係数が８０％の場合には、容量調整能力向上要求度k3を０．８とする。容量調整能力向上要求度k3は１以下であって、容量劣化係数（％）が大きくなるほど容量調整能力を小さくするように要求することになる。すなわち、k1，k2≧１である容量調整能力向上要求度k1，k2は容量調整能力を増加させるように作用するが、容量調整能力向上要求度k3は容量調整能力を減少させるように作用し、要求度k1，k2の効果を補正する補正係数と考えることができる。

このようにして、各容量調整能力向上要求度k1〜k3が得られたならば、最終的な容量調整能力向上要求度ｋを次式にて求める。
ｋ＝k1×k2×k3

図３に戻って、ステップＳ１６では、ステップＳ１５で算出された容量調整能力向上要求度ｋに基づいて、容量調整時における組電池目標ＳＯＣを算出する。図８は、組電池目標ＳＯＣ設定マップの一例を示したものであり、縦軸は組電池目標ＳＯＣ（％）、横軸は上述した容量調整能力向上要求度ｋをパーセント表示したものである。この場合、ｋ＝１００（％）の場合には能力向上が要求されず、ｋ＞１００（％）のときに能力向上が要求される。

図８において、ｋ＝１００（％）のときの組電池目標ＳＯＣの値は、容量調整能力向上要求度ｋに応じて設定変更される前の組電池目標ＳＯＣであり、ここでは変更前組電池目標ＳＯＣと呼ぶことにする。図８に示した例では、ｋが高くなるにつれて組電池目標ＳＯＣの値が一定の割合で増加し、ｋ＝ｋ’で組電池目標ＳＯＣの上限値となる。そして、ｋ＞ｋ’では上限値に維持される。

ステップＳ１７では、ステップＳ１６で算出された組電池目標ＳＯＣに基づいて、入力制限ＳＯＣを決定する。組電池目標ＳＯＣは、車両システム側において組電池２の充放電を制御する際のパラメータである。組電池２のＳＯＣは、設定された組電池目標ＳＯＣを中心とする所定幅に収まるように充放電制御が行われる。すなわち、組電池２のＳＯＣが組電池目標ＳＯＣよりも大きいときには放電の指令が出され、逆に、ＳＯＣが組電池目標ＳＯＣよりも小さいときには充電の指令が出される。その結果、組電池２のＳＯＣが組電池目標ＳＯＣを中心とする所定範囲に収まるように制御される。

このような制御は、組電池２のＳＯＣに応じて図９に示すように入出力制限値を設定することで行われる。図９は、組電池目標ＳＯＣが６０％の場合の一例を示したものであり、縦軸は入出力制限値（ｋＷ）を、横軸は組電池２のＳＯＣ（％）をそれぞれ表している。上側のラインＬ１１は入力（充電）側の入力制限値を定めるラインであり、下側のラインＬ１２は出力（放電）側の出力制限値を定めるラインである。充放電の際には、入出力値がラインＬ１１とラインＬ１２との間の値を取るように制御される。

組電池２のＳＯＣが６０％よりも上昇してx2（％）になると入力制限値が減少し始め、ＳＯＣが８０％になると入力制限値＝０となって入力が許可されなくなる。一方、ＳＯＣが減少してx1（％）になると出力制限値（制限値の絶対値）が減少し始め、ＳＯＣ＝４０％で出力制限値＝０となって出力が許可されなくなる。そのため、電池２のＳＯＣは、組電池目標ＳＯＣ＝６０％を中心とする４０％〜８０％の幅内に制御されることになる。ここでは、入力制限値＝０となるＳＯＣを入力制限ＳＯＣと呼び、出力制限値＝０となるＳＯＣを出力制限ＳＯＣと呼ぶことにする。

ステップＳ１７では、ステップＳ１６で算出された組電池目標ＳＯＣをもとに入力制限ＳＯＣを変更し、容量調整時における組電池２のＳＯＣを通常時よりも高める。入力制限ＳＯＣを変更してＳＯＣを高める方法としては、例えば、図１０〜図１２に示すような方法がある。

図１０は第１の方法を説明する図であり、（ａ）は組電池目標ＳＯＣと入力制限ＳＯＣとの関係を示す図で、（ｂ）は組電池ＳＯＣと入出力制限値との関係を示す図である。組電池目標ＳＯＣが高くなった場合、それと連動して入力制限値も変更しないと実際の組電池ＳＯＣを高くできないので、入力制限ＳＯＣを図１０（ａ）に示すように設定する。

通常時（組電池目標ＳＯＣ＝６０％）の入力制限ＳＯＣを８０％とした場合、組電池目標ＳＯＣが６０％よりも高くなると、図１０（ａ）のように入力制限ＳＯＣを一定の割合で増加させる。そして、組電池目標ＳＯＣ＝８０％のときの入力制限ＳＯＣを９０％とする。入力制限ＳＯＣを図１０（ａ）のように設定することは、図１０（ｂ）のラインＬ１１の傾斜部分（x2〜８０％の部分）を矢印のように図示右側にシフトすることを意味している。

このとき、入力制限ＳＯＣの増加量は、組電池目標ＳＯＣの増加量よりも小さく設定されている。例えば、組電池目標ＳＯＣが６０％から１０％増加した場合には、入力制限ＳＯＣは８０％から５％増加され、組電池目標ＳＯＣが６０％から２０％増加した場合には、入力制限ＳＯＣは８０％から１０％増加される。その結果、組電池目標ＳＯＣと入力制限ＳＯＣとの差は、組電池目標ＳＯＣ＝６０％の場合には２０％であるが、組電池目標ＳＯＣ＝７０％の場合には１５％となり、組電池目標ＳＯＣ＝８０％の場合には１０％と減少する。よって、組電池目標ＳＯＣを高めることで組電池２のＳＯＣが高められるとともに、入力制限ＳＯＣのシフト量を組電池目標ＳＯＣのシフト量より少なめに設定したことで、過電圧（過充電）を防止できる。

さらに、第１の方法では、上限側を右側にシフトするだけでなく、下限側（ラインＬ１２の傾斜部分）も右側にシフトさせる。すなわち、組電池２の使用可能領域全体を右側にシフトさせることに対応している。その結果、容量調整中における組電池のＳＯＣが高まり、組電池の電圧（すなわち、各セルのセル電圧）が高くなる。各セルのセル電圧が高くなると容量調整抵抗R10を流れる電流が増加し、容量調整能力が向上する。なお、図１０に示すような制御変更の場合、従来の制御方法に対して大きなロジック変更は不要で、容易に対応することができる。

図１１は第２の方法を説明する図であり、（ａ）は図１０（ａ）と同様の図であり、（ｂ）は組電池ＳＯＣと入出力制限値との関係を示す図である。第２の方法では、図１１（ｂ）に示すように電池使用可能領域の上限側（ラインＬ１１の傾斜部分）だけを図示右側にシフトさせる。このように設定した場合、組電池２のＳＯＣが高められるとともに、電池使用可能領域が広がるためハイブリッドの使用範囲が広くなり、燃費向上を図ることができる。

図１２は第３の方法を説明する図である。第３の方法では、上述した第１及び２の方法のように上限側の変更は行わず、図１２に示すように下限側（ラインＬ１２の傾斜部分）のみ、組電池目標ＳＯＣのシフトに対応して図示右側へシフトさせる。第３の方法の場合、上限側を高ＳＯＣ側へとシフトしないため、電池寿命への影響や過電圧（過充電）に対する対策を追加する必要がない。

ステップＳ１７において上述したような入力制限値の設定が行われたならば、ステップＳ１８に進んで容量調整を開始する。ステップＳ１９では、容量調整が終了したか否かを各セル毎に判定し、全てのセルに関して容量調整が終了したならば、一連の容量調整処理を終了する。

ステップＳ１８の容量調整においては、上述したように組電池目標ＳＯＣが通常よりも高く設定されるため、実際の組電池ＳＯＣが高められ、それに応じて各セルの電圧が高くなる。セル電圧が高くなることにより容量調整抵抗R10（図２参照）を流れる電流値が増加し、容量調整能力が高められる。

図１３は、（ａ）従来の容量調整状況と、（ｂ）本実施の形態における容量調整状況と対比して示したものであり、横軸は時間を表している。従来の場合、図１３（ａ）に示すように、時刻ｔ１に容量調整状況がオンになっても組電池目標ＳＯＣはオフの場合と同じなので、セル平均電圧もオフの場合と同じ値Ｖ１に維持される。一方、本実施の形態の場合には、容量調整状況がオンとなると組電池目標ＳＯＣが通常（オフの場合）よりも高く設定されるので、セル平均電圧もＶ１からＶ２（＞Ｖ１）へと高くなり、容量調整抵抗R10を流れる電流（容量調整電流）もｉ１からｉ２（＞ｉ１）へと増加する。その結果、容量調整時間が短くなり、従来は時刻ｔ３に容量調整が終了していたものが、本実施の形態では時刻ｔ２（＜ｔ３）に終了する。

そのため、例えば、車両の使用時間が極端に短い場合などの早急に容量調整を行いたいときには、組電池目標ＳＯＣを高く設定することで容量調整能力が高くなり、容量調整が終了しないうちに車両システムがオフされて容量調整が十分に行えないというような事態を避けることができる。

上述したように、要求度k1〜k3のように各セル電圧のバラツキの程度や、システムの使用時間割合や、容量劣化状態に応じて設定された容量調整向上要求度に応じて組電池目標ＳＯＣを設定するようにしたので、電池状況や使用状況に応じた適切な容量調整を行うことができる。

すなわち、各セル電圧のバラツキが大きいほど容量調整向上要求度k1を高めに設定するようにしたので、自己放電量バラツキにより発生するセル電圧分布（セル電圧バラツキ）を効率的に解消（調整）することができる。また、システム使用時間割合が小さいほど容量調整能力向上要求度k2をより大きく設定するようにしたので、その結果、短時間の車両使用時に容量調整能力を向上させることができるようになり、結果的にセル電圧分布をバラツキにない正常な状態に保つことができる。さらに、電池容量劣化に応じた容量調整能力向上要求度k3を導入したことで、容量劣化が進行した場合にＳＯＣ差分や標準偏差の許容範囲が異なることを配慮でき、過剰な容量調整を実施されるのを防止することができる。

なお、上述した実施の形態では、容量調整能力向上要求度k3は容量劣化係数に基づいて要求度kの効果を補正する働きをしたが、図１８に示すように、最高セル容量と平均セル容量との差分に応じて組電池目標ＳＯＣを補正しても良い。図１８の縦軸は組電池目標ＳＯＣを補正する補正係数であり、最高セル容量と平均セル容量との差分が大きいほど小さくなり、図８により算出された組電池目標ＳＯＣを小さくするように作用する。その結果、容量の高いセルが過充電されるのを防止することができる。

−第２の実施の形態−
上述した第１の実施の形態では、図１０〜１２に示すように入力制限ＳＯＣや出力制限ＳＯＣを変更し、入力の上限や出力の下限を高ＳＯＣ側にシフトすることで容量調整能力の向上を図った。一方、以下に述べる第２の実施の形態では、入力制限ＳＯＣや出力制限ＳＯＣを変更せず、図１４に示すように入力制限開始のタイミングを通常よりも遅く設定することにより平均電池電圧を高めるようにした。

ラインＬ１１は通常時の入力制限値を設定するラインであり、ラインＬ２１は容量調整時の入力制限値を設定するラインである。x2，x3は入力制限が開始されるＳＯＣであり、ラインＬ２１のx3はラインＬ１１のx2を高ＳＯＣ側にシフトしたものである。なお、入力制限ＳＯＣの位置（入力制限値＝０となる位置）はラインＬ１１，Ｌ２１で同一であり、そうすることで過電圧となるのを避けることができる。

図１４のラインＬ２１のように、入力制限が開始されるx3を高ＳＯＣ側にシフトすると、入力制限が開始されるタイミングが通常よりも高ＳＯＣになるので、平均電池電圧が高くなる。その結果、容量調整電流が多くなって容量調整能力が向上し、容量調整時間が短縮される。なお、入力制限値が０となる入力制限ＳＯＣは変更しないので、ＳＯＣを高めに制御しても、過電圧を回避することができる。

図１５は、第２の実施の形態の制御動作を説明するフローチャートである。ステップＳ１１からステップＳ１５までの処理は、図３のステップＳ１１からステップＳ１５までの処理と同様であり、ここでは説明を省略する。ステップＳ２６では、ステップＳ１５で算出した容量調整能力向上要求度をもとに、入力制限開始ＳＯＣ（上述した入力制限が開始されるタイミングのＳＯＣ）を算出する。

図１６は、入力制限開始ＳＯＣ設定マップの一例を示す図である。図１６において横軸は容量調整能力向上要求度（％）を表し、図８の場合と同様に左端は要求度１００％を示している。容量調整能力向上要求度＝１００％では、入力制限開始ＳＯＣは通常状態の値であるが、容量調整能力向上要求度の上昇につれて入力制限開始ＳＯＣが一定の割合で増加する。容量調整能力向上要求度が所定値（例えば、入力制限ＳＯＣと同じ値）になったならば、その後は一定値となる。

ステップＳ２７では、容量調整電流の増加に伴う発熱の増加を考慮して、組電池２を冷却する冷却ファン３１０（図１参照）のデューティを上昇させる。図１７は冷却ファン３１０のデューティ制御を説明する図であり、（ａ）は電池温度と冷却ファンデューティの関係を示し、（ｂ）は容量調整能力向上要求度（％）とデューティ増加量（％）との関係を示している。

図１７（ａ）に示すように、冷却ファンデューティは電池温度（℃）に応じて５段階に制御され、温度上昇とともに階段状に上昇する。ここでは、この上昇の幅ΔＤを、容量調整能力向上要求度の大きさに応じて図１７（ｂ）のように変更する。容量調整能力向上要求度が１００％の場合には容量調整電流値は従来と同様の大きさなので、デューティ増加量は０（％）とする。一方、容量調整能力向上要求度ｋが１００＜ｋ≦kaの場合には、デューティ増加量をD1（％）とする。

この場合、図１７（ａ）の上昇幅はD1（％）だけ大きくなる。すなわち、上昇幅をΔDからΔＤ・（１００＋D1）／１００へと増加する。同様に、容量調整能力向上要求度ｋがka＜ｋ≦kbの場合にはデューティ増加量をD2（％）とし、kb＜ｋの場合にはデューティ増加量＝D3（％）とする。その結果、容量調整能力向上に伴って発熱量が増加しても、容量調整能力向上に応じて冷却ファンのデューティを大きくしているので、電池温度の上昇を抑制することができる。

ステップＳ２７の処理が終了したならば、ステップS１８およびステップＳ１９の処理を順に行う。なお、ステップS１８およびステップＳ１９の処理は、図３における同符号のステップの処理と同じなのでここでは説明を省略する。

このように、第２の実施の形態によれば、容量調整中は入力（充電）制限の開始タイミングを高ＳＯＣ側に変更することで、通常時よりも電池電圧が高めになる条件が増加し、これに伴って容量調整能力を高めることが可能となる。また、容量調整能力を向上に伴う放熱量増加を考慮して冷却ファンのデューティを大きくしているので、組電池２への温度インパクトを低減することができる。

以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、車両システムＣＰＵ３０４およびＣＰＵ１０３は充放電制御手段、ＣＰＵ１０３は設定手段および冷却能力制御手段を、冷却ファン３１０は冷却手段をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。

本発明による容量調整装置の第１の実施の形態を示す図である。容量調整部１０２の詳細を示す図である。本実施の形態における容量調整制御の一例を示すフローチャートである。容量調整能力向上要求度k1の一例を示す図である。容量調整能力向上要求度k2の一例を示す図である。容量調整能力向上要求度k3の一例を示す図である。図４の点P1および点P2の状態を定性的に示したものであり、（ａ）は点P1におけるセルの電圧分布を示しており、（ｂ）は、要求度k1(L3)のラインL3上の点P2におけるセルの電圧分布を示している。組電池目標ＳＯＣ設定マップの一例を示す図である。組電のＳＯＣと入出力制限値との関係を示す図である。組電池目標ＳＯＣを高める第１の方法を説明する図であり、（ａ）は組電池目標ＳＯＣと入力制限ＳＯＣとの関係を示す図で、（ｂ）は組電池ＳＯＣと入出力制限値との関係を示す図である。組電池目標ＳＯＣを高める第２の方法を説明する図であり、（ａ）は組電池目標ＳＯＣと入力制限ＳＯＣとの関係を示す図で、（ｂ）は組電池ＳＯＣと入出力制限値との関係を示す図である。組電池目標ＳＯＣを高める第３の方法を説明する図であり、組電池ＳＯＣと入出力制限値との関係を示す。容量調整状況を対比して示す図であり、（ａ）従来の場合を、（ｂ）本実施の形態の場合を示す。入力制限開始タイミングの設定変更を説明する図である。第２の実施の形態の制御動作を説明するフローチャートである。入力制限開始ＳＯＣ設定マップの一例を示す図である。冷却ファン３１０のデューティ制御を説明する図であり、（ａ）は電池温度と冷却ファンデューティの関係を示し、（ｂ）は容量調整能力向上要求度（％）とデューティ増加量（％）との関係を示している。最高セル容量と平均セル容量との差分を用いた組電池目標ＳＯＣ補正係数の一例を示す図である。

符号の説明

１：電池制御ユニット、２：組電池、３：車両システム、１１：スイッチング素子、１２，２２，３２：容量調整回路、１０１：セル電圧検出部、１０２：容量調整部、１０３：ＣＰＵ、１０４：メモリ、２０１：電流センサ、２０２：電圧センサ、２０３：温度センサ、３０１：インバータ、３０２：補機システム、３０４：車両システムＣＰＵ、Ｃ１〜Ｃ３：セル、Ｍ：モータ、R10：容量調整抵抗

Claims

組電池を構成する各セル毎に固定抵抗値の容量調整抵抗を備える電気車両の容量調整装置において、
前記組電池の充放電を制御して、前記組電池のＳＯＣ（StateOf Charge）を組電池目標ＳＯＣを含む所定範囲に制御する充放電制御手段と、
容量調整中における前記組電池目標ＳＯＣを、非容量調整中における前記組電池目標ＳＯＣよりも高く設定する設定手段とを備えたことを特徴とする容量調整装置。
請求項１に記載の容量調整装置において、
前記充放電制御手段は、前記所定範囲の上限を超えるＳＯＣでは充電量を制限するとともに、前記所定範囲の下限を下回るＳＯＣでは放電量を制限するように制御し、
前記設定手段は、容量調整中において前記所定範囲の上限および下限を高ＳＯＣ側へシフトすることを特徴とする容量調整装置。
請求項１に記載の容量調整装置において、
前記充放電制御手段は、前記所定範囲の上限を超えるＳＯＣでは充電量を制限するとともに、前記所定範囲の下限を下回るＳＯＣでは放電量を制限するように制御し、
前記設定手段は、容量調整中において前記所定範囲の上限を高ＳＯＣ側へシフトすることを特徴とする容量調整装置。
請求項１に記載の容量調整装置において、
前記充放電制御手段は、前記所定範囲の上限を超えるＳＯＣでは充電量を制限するとともに、前記所定範囲の下限を下回るＳＯＣでは放電量を制限するように制御し、
前記設定手段は、容量調整中において前記所定範囲の下限を高ＳＯＣ側へシフトすることを特徴とする容量調整装置。
請求項２または３に記載の容量調整装置において、
前記設定手段は、前記所定範囲の上限のシフト量を、容量調整中における前記組電池目標ＳＯＣと非容量調整中における前記組電池目標ＳＯＣとの差よりも小さく設定することを特徴とする容量調整装置。
請求項１に記載の容量調整装置において、
前記充放電制御手段は、第１のＳＯＣにおいて充電量の制限を開始し、前記第１のＳＯＣよりも高い第２のＳＯＣを超えるＳＯＣにおいて充電量をゼロに制御し、
前記設定手段は、容量調整中において前記第１のＳＯＣを高ＳＯＣ側へシフトすることを特徴とする容量調整装置。
請求項１〜６のいずれか一項に記載の容量調整装置において、
前記組電池を冷却する冷却手段と、
容量調整中における前記冷却手段の冷却能力を非容量調整中における冷却能力よりも高く設定する冷却能力制御手段とをさらに備えたことを特徴とする容量調整装置。
請求項１〜７のいずれか一項に記載の容量調整装置において、
前記設定手段は、前記組電池のセル電圧分布および車両使用状況に応じて、前記容量調整中における組電池目標ＳＯＣを設定することを特徴とする容量調整装置。
請求項８に記載の容量調整装置において、
前記セル電圧分布は、平均セル電圧と最低セル電圧との差分およびセル電圧の標準偏差とに基づいて算出され、
前記設定手段は、前記差分が大きいほど前記組電池目標ＳＯＣを大きく設定し、前記標準偏差が小さいほど前記組電池目標ＳＯＣを大きく設定することを特徴とする容量調整装置。
請求項９に記載の容量調整装置において、
前記設定手段は、最高セル容量と平均セル容量との差分が大きいほど前記組電池目標ＳＯＣを小さく設定することを特徴とする容量調整装置。
請求項８に記載の容量調整装置において、
前記車両使用状況は、車両起動時間と車両起動時間および非起動時間の和との比であって、
前記設定手段は、前記比が所定値よりも小さい場合に、前記容量調整中における前記組電池目標ＳＯＣを非容量調整中における前記組電池目標ＳＯＣよりも高く設定することを特徴とする容量調整装置。
請求項８〜１０のいずれか一項に記載の容量調整装置において、
前記組電池の容量劣化の程度を算出する劣化演算手段をさらに設け、
前記設定手段は、算出された前記容量劣化の程度が大きいほど、容量調整中における前記組電池目標ＳＯＣと非容量調整中における前記組電池目標ＳＯＣとの差を小さく設定することを特徴とする容量調整装置。