JP2009296820A - 二次電池の充電制御装置および充電制御方法ならびに電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池、特に電動車両に搭載された車両駆動力発生用の蓄電装置としての二次電池の充電時において、電池発熱を抑制する充電制御を行なう。
【解決手段】抵抗発熱（点線５００）および化学反応熱（点線５１０）の和に従う充電時の総発熱量５２０は電流レートに応じて変化し、かつ、電流レートの変化に対して総発熱量が最小となる最適電流レートＲｏｐｔが存在する。この最適電流レートＲｏｐｔは、二次電池の状態、代表的にはＳＯＣおよびバッテリ温度に応じて変化するので、二次電池の充電時には、そのときの電池状態に応じた最適電流レートに対応する最適充電電流Ｉｏｐｔを設定する。そして、電源によって供給可能な最大充電電流と最適充電電流Ｉｏｐｔとの比較に基づき、充電電流が制御される。特に、最大充電電流が最適充電電流Ｉｏｐｔよりも小さいときには、二次電池を一部ずつ分割充電することによって、最適電流レートでの充電を実行する。
【選択図】図３

Description

この発明は、二次電池の充電制御装置および充電制御方法ならびに電動車両に関し、より特定的には、充電時の発熱を抑制するための二次電池の充電制御に関する。

従来より、二次電池の充放電特性に電流レートが影響することが知られている。たとえば、特開２００６−３５３０３７号公報（特許文献１）には、急速充電が可能とされた電池に充電を行なう際に、充電レートを制御することが記載されている。具体的には、電池の電気量を測定するとともに、測定された電気量に応じて超急速充電または超急速充電より充電レートが小さい急速充電によって電池の充電を行なう充電手順、および、周辺温度に応じて充電レートを制御することが、特許文献１には記載されている。

また、特開２００４−９５２４９号公報（特許文献２）には、二次電池の過放電防止回路として、非水電解質二次電池をハイレートで放電した場合の破裂および発火を防止するために、電池の表面温度が放電制御温度を超えた際に、二次電池の放電を制御することが記載されている。そして、放電制御温度は、雰囲気温度と放電レートとに応じて定められることが記載されている。

また、特開２００２−１７０５２号公報（特許文献３）には、複数の直列電池ユニットによって電池ブロックが構成される二次電池において、各電池ユニットの電圧を検出し、検出した各電池ブロックの電圧値に基づいて充電電流を制御する構成が記載されている。これにより、低レート充電において電池ブロックへの充電時間を短縮することができる。

一方、近年、二次電池に代表される車載蓄電装置からの電力によって車両駆動用電動機を駆動する電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両の開発が進められている。特に、車両外部の電源（以下、単に「外部電源」とも称する）によって車載蓄電池を充電する構成が注目されている。このような外部充電可能な電動車両では、車両運転開始前に、家庭用電源などの外部電源によって車載蓄電装置を充電することが行なわれる。
特開２００６−３５３０３７号公報 特開２００４−９５２４９号公報 特開２００２−１７０５２号公報

一般的に、二次電池が過高温になると、その特性が劣化し、著しい場合には電池寿命に悪影響を与えることが知られている。また、高温時には二次電池の電池性能が低下して充放電可能な電力が低下することも知られている。

したがって、二次電池の充電時には、充電による発熱によって電池温度が上昇し過ぎないように考慮する必要がある。このため、冷却ファンなどの冷却機構を作動させることによって、二次電池の温度上昇を抑制することも行なわれているが、冷却機構の作動に伴う電力消費によって、充電効率の低下を招く可能性がある。

特に、二次電池を車両駆動用の蓄電装置として搭載した電動車両では、外部電源による二次電池の充電（以下、「外部充電」とも称する）によって二次電池の温度が上昇すると、外部充電の終了直後に車両を発進させる場合に、温度上昇に起因する電池性能の低下に伴う使用可能電力の低下によって、車両性能が損なわれる可能性が懸念される。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、二次電池、特に電動車両に搭載された車両駆動力発生用の蓄電装置としての二次電池の充電時において、電池発熱を抑制する充電制御を行なうことによって、充電効率を低下させることなく、充電終了直後から電池性能を発揮できるようにすることである。

本発明による二次電池の充電制御装置は、電源からの供給電力を二次電池の充電電力に変換する電力変換器と、最適電流レート設定部と、充電制御部とを備える。最適電流レート設定部は、二次電池の状態に応じて、二次電池の充電による発熱量が極小となる最適電流レートを設定する。充電制御部は、電源から供給可能な最大充電電力の範囲内で、設定された最適電流レートに従って、電力変換器の電流指令値および電圧指令値を設定する。

本発明による二次電池の充電制御方法は、電源からの供給電力を充電電力に変換する電力変換器によって充電される二次電池の充電制御方法であって、二次電池の状態に応じて、二次電池の充電による発熱量が極小となる最適電流レートを設定するステップと、電源から供給可能な最大充電電力の範囲内で、設定された最適電流レートに従って、電力変換器の電流指令値および電圧指令値を設定するステップとを備える。

上記二次電池の充電制御装置および充電制御方法によれば、充電時の発熱量が極小となる電流レートである最適電流レートに従って二次電池を充電できる。したがって、充電時に冷却ファン等の冷却機構の消費電力を要することなく二次電池が過高温となるのを防止できるので充電効率が向上する。また、充電終了直後における電池温度の上昇を抑制できるので、充電終了直後から電池性能を十分に発揮できる。

好ましくは、二次電池は、直列接続された複数の単位セルを含み、充電制御装置は、電力変換器と二次電池との間に設けられ、複数の単位セルのうちの充電対象に選択された一部を選択的に電力変換器と接続するための分割充電制御回路をさらに備える。そして、充電制御部は、最大充電電力によって二次電池全体を充電する際の電流レートが最適電流レートよりも低い場合には、最適電流レートによって充電可能な範囲内で複数の単位セルの一部を充電対象とするように分割充電制御回路を制御する。あるいは、充電制御方法は、最大充電電力によって二次電池全体を充電する際の電流レートが最適電流レートよりも低い場合には、最適電流レートによって充電可能な範囲内で複数の単位セルの一部を充電対象とするように分割充電制御回路を制御するステップをさらに備える。

さらに好ましくは、複数の単位セルの一部を充電対象とした場合には、最適電流レートおよび充電対象となる単位セルの個数に従って、電流指令値および電圧指令値が設定される。

このようにすると、電源の充電能力不足のため最適電流レートによって二次電池全体を充電できない場合にも、複数の単位セルの一部ずつを充電対象とする分割充電によって最適電流レートによる充電を行なえるので、充電時における二次電池全体での発熱量を最小に抑えることができる。

また好ましくは、二次電池は、直列接続された複数の単位セルを含む。そして、充電制御部または電流指令値および電圧指令値を設定するステップは、最大充電電力によって二次電池全体を充電する際の電流レートが最適電流レート以上である場合には、複数の単位セルの全てを充電対象とするとともに、最適電流レートに従って電流指令値を設定する。

このようにすると、電源の充電能力が十分であるときには、最適電流レートに従って二次電池全体を充電することによって、充電時の発熱量を最小に抑えることができる。

あるいは好ましくは、二次電池は、電源による充電時に電源に対して並列に接続されるように複数個設けられ、充電制御装置は、電力変換器と複数個の二次電池との間に設けられ、複数個の二次電池のうちの充電対象に選択された一部を選択的に電力変換器と接続するための分割充電制御回路をさらに備える。そして、充電制御部は、最大充電電力によって複数個の二次電池全体を充電する際の電流レートが最適電流レートよりも低い場合には、最適電流レートによって充電可能な範囲内で複数個の二次電池の一部を充電対象とするように分割充電制御回路を制御する。あるいは、充電制御方法は、最大充電電力によって複数個の二次電池全体を充電する際の電流レートが最適電流レートよりも低い場合には、最適電流レートによって充電可能な範囲内で複数個の二次電池の一部を充電対象とするように分割充電制御回路を制御するステップをさらに備える。

このようにすると、複数個の二次電池を電源によって並列充電可能な構成において、電源の充電能力不足のため最適電流レートによって全ての二次電池全体を並列に充電できない場合にも、複数個の二次電池の一部ずつを最適電流レートによって順次充電とすることによって最適電流レートによる充電を行なえるので、充電時における全体発熱量を最小に抑えることができる。

さらに好ましくは、各二次電池は、直列接続された複数の単位セルを含み、分割充電制御回路は、充電対象とされた複数個の二次電池の各々において、複数の単位セルの一部を選択的に電力変換器と接続可能に構成される。そして、充電制御部は、最大充電電力によって１個の二次電池全体を充電する際の電流レートが最適電流レートよりも低い場合には、最適電流レートによって充電可能な範囲内で、充電対象とされた二次電池内で複数の単位セルの一部を電力変換器と接続するように分割充電制御回路を制御する。あるいは、充電制御方法は、最大充電電力によって１個の二次電池全体を充電する際の電流レートが最適電流レートよりも低い場合には、最適電流レートによって充電可能な範囲内で、充電対象とされた二次電池内で複数の単位セルの一部を電力変換器と接続するように分割充電制御回路を制御するステップをさらに備える。

このようにすると、複数個の二次電池を電源によって並列充電可能な構成において、電源の充電能力不足のために、各二次電池を個別に順次充電しても最適電流レートによって全体充電できない場合には、複数の単位セルの一部ずつを充電対象とする分割充電によって、充電時における全体発熱量を最小に抑えることができる。

好ましくは、充電制御部は、二次電池の温度の温度に基づいて、最大充電電力に従って電流指令値および電圧指令値を設定する第１の充電モードと、最適電流レートに従って電流指令値および電圧指令値を設定する第２の充電モードとを選択的に実行する。あるいは、充電制御方法は、二次電池の温度の温度に基づいて、最大充電電力に従って電流指令値および電圧指令値を設定する第１の充電モードと、最適電流レートに従って電流指令値および電圧指令値を設定する第２の充電モードとを選択的に実行するステップをさらに備える。

このようにすると、二次電池の温度上昇が懸念される場面では第２の充電モードを選択して発熱量を抑制した充電を指向する一方で、二次電池の温度上昇に対して余裕がある場面では、第１の充電モードを選択して充電所要時間の短縮を図ることができる。この結果、充電所要時間と電池温度上昇抑制とを均衡させることによって、充電制御を高性能化できる。

好ましくは、最適電流レートは、予め求められた二次電池の温度および残存容量と最適電流レートとの関係に従って、少なくとも充電開始時における温度および残存容量の現在値に基づいて設定される。また好ましくは、最適電流レートは、充電時における抵抗発熱および化学反応熱による発熱量の総和が極小となる電流レートに対応して設定される。さらに好ましくは、二次電池は、ニッケル水素電池により構成される。

本発明による電動車両は、二次電池と、上記のいずれかの二次電池の充電制御装置と、二次電池からの電力によって車両駆動力を発生可能に構成された電動機とを備える。そして、電力変換器は、車両の外部に設置された電源からの供給電力を二次電池の充電電力に変換するように構成される。

上記電動車両によれば、車両外部の電源により車載二次電池の充電時に、その電池発熱を抑制する充電制御を行なうことができるので、充電時に冷却ファン等の冷却機構の消費電力を要することがなく充電効率が向上する。また、充電終了直後における電池温度の上昇を抑制できるので、充電終了直後に車両運転を開始する場合にも、二次電池からの出力電力が制限されることを回避して車両性能を確保できる。

この発明によれば、二次電池、特に電動車両に搭載された車両駆動力発生用の蓄電装置としての二次電池の充電時において、電池発熱を抑制する充電制御を行なうことによって、充電効率を低下させることなく、充電終了直後から電池性能を発揮できるようにすることができる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。

図１は、本発明の実施の形態による二次電池の充電制御装置によって制御される二次電池を搭載した電動車両の電気システム構成を示すブロック図である。なお、図１には、電動車両の電気システム構成うち、二次電池の充放電関連部分のみが代表的に記載されている。

図１を参照して、電動車両１００は、制御装置５と、メインバッテリ１０と、電力制御ユニット（ＰＣＵ）２０と、平滑コンデンサ２２と、モータジェネレータ３０と、動力伝達ギヤ４０と、駆動輪５０とを備える。

制御装置５は、電動車両１００の搭載機器を制御する機能のうちの、各リレーのオン（閉成）・オフ（開放）や、外部充電制御といった、本発明に関連する機能部分を示すものとする。なお、制御装置５は、図示しない内蔵メモリに予め記憶されたプログラムの実行による所定の演算処理や電子回路等のハードウェアによる所定の演算処理によって、上記機能を達成するように構成できる。制御装置５による制御動作によって、本発明の実施の形態による二次電池の充電制御装置および充電制御方法が実現される。

メインバッテリ１０は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池により構成される。たとえば、メインバッテリ１０の出力電圧は２００Ｖ程度である。ＰＣＵ２０は、メインバッテリ１０の蓄積電力を、モータジェネレータ３０を駆動制御するための電力に変換する。たとえば、モータジェネレータ３０は永久磁石型の３相同期電動機で構成されて、ＰＣＵ２０は、三相インバータにより構成される。あるいは、ＰＣＵ２０については、メインバッテリ１０からの出力電圧を可変制御するコンバータと、コンバータの出力電圧を交流電圧に変換する三相インバータとの組合せによって構成してもよい。

メインバッテリ１０とＰＣＵ２０との間の通電経路には、リレー１５０Ｂが接続される。リレー１５０Ｂは、電動車両１００の電気システムの起動指令、たとえばイグニッションスイッチのオン（ＩＧ−ＯＮ）に応答してオンされるシステムメインリレー（ＳＭＲ）に対応する。メインバッテリ１０は、リレー１５０Ｂを介して、ＰＣＵ２０の電源配線１５３と接続される。平滑コンデンサ２２は、電源配線１５３に接続されて、直流電圧を平滑する機能を果たす。

モータジェネレータ３０の出力トルクは、減速機や動力分割機構によって構成される動力伝達ギヤ４０を介して駆動輪５０に伝達されて、電動車両１００を走行させる。モータジェネレータ３０は、電動車両１００の回生制動動作時には、駆動輪５０の回転力によって発電することができる。そしてその発電電力は、ＰＣＵ２０によってメインバッテリ１０の充電電力に変換される。

また、モータジェネレータ３０の他にエンジン（図示せず）が搭載されたハイブリッド自動車では、このエンジンおよびモータジェネレータ３０を協調的に動作させることによって、必要な電動車両１００の車両駆動力が発生される。この際には、エンジンの回転による発電電力を用いて、メインバッテリ１０を充電することも可能である。すなわち、電動車両１００は、車両駆動力発生用の電動機を搭載する車両を示すものであり、エンジンおよび電動機により車両駆動力を発生するハイブリッド自動車、エンジンを搭載しない電気自動車、燃料電池車等を含む。

メインバッテリ１０およびＰＣＵ２０に対して、それぞれの動作を管理・制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）が設けられる。たとえば、メインバッテリ１０に対しては電池ＥＣＵ１５が設けられ、ＰＣＵ２０に対してはＭＧ−ＥＣＵ２５が設けられる。

電池ＥＣＵ１５は、メインバッテリ１０に配設された図示しない温度センサ、電流センサ、電圧センサ等に基づいて、メインバッテリの充放電状態を管理制御する。代表的には電池ＥＣＵ１５によってメインバッテリ１０の残存容量（ＳＯＣ：State of Charge）が算出される。したがって、制御装置５は、電池ＥＣＵ１５から、メインバッテリ１０の温度（バッテリ温度）ＴｂおよびＳＯＣを取得できる。

ＭＧ−ＥＣＵ２５は、モータジェネレータ３０が、動作指令（代表的にはトルク指令値）に従って動作するように、ＰＣＵ２０における電力変換動作、具体的には、上述のインバータ（図示せず）あるいは、インバータおよびコンバータ（図示せず）を構成する電力用半導体スイッチング素子のオンオフ動作を制御する。

電動車両１００は、メインバッテリ１０（蓄電装置）の外部充電のための構成として、充電コネクタ１０５と、電力変換器１１０とを含む。充電コネクタ１０５は、充電ケーブル２０２を介して、外部電源４００と接続される。外部電源４００は、代表的には系統電源により構成される。充電ケーブル２０２は、充電コネクタ２０５および充電プラグ２０６を有するように構成される。

外部充電時には、外部電源４００のコンセント４０５が充電プラグ２０６と接続され、かつ、充電コネクタ２０５が電動車両１００の充電コネクタ１０５と接続されることによって、外部電源４００からの電力が充電コネクタ２０５へ供給される。

充電コネクタ１０５は、外部電源４００と電気的に接続されたときに、そのことを制御装置５に通知する機能を有する。また、外部充電可能な電動車両の規格に従って、充電ケーブル２０２の電流容量等の、外部電源４００によって供給可能な最大充電電力を示す情報を制御装置５に通知する機能が、充電ケーブル２０２には備えられる。すなわち、制御装置５は、これらの情報や、図示しない電圧センサによって検知される外部電源４００の出力電圧等に基づいて、外部電源４００から供給可能な最大充電電力（Ｐｍａｘ）を得ることができる。

電力変換器１１０は、ノードＮ１，Ｎ２間の交流電圧ＶａｃとノードＮ３，Ｎ４間の直流電圧Ｖｄｃとの間で電力変換を実行する。電力変換器１１０のノードＮ１およびＮ２は電源配線１５２と接続される。電源配線１５２は、リレー１５０Ａを介して充電コネクタ１０５と電気的に接続される。リレー１５０Ａ，１５０Ｂは、代表的には、通電時に接点間を接続することによって閉成（オン）される一方で、非通電時には接点間を非接続とすることによって開放（オフ）される電磁リレーによって構成される。

電力変換器１１０のノードＮ３およびＮ４は、電源配線１５１と接続される。さらに、電源配線１５１は、分割充電制御回路２００を介してメインバッテリ１０と電気的に接続される。電力変換器１１０は、外部充電時において、ノードＮ１，Ｎ２間に伝達された外部電源４００からの交流電圧Ｖａｃを、直流電圧Ｖｄｃに変換してノードＮ３，Ｎ４間に出力するように構成される。電力変換器１１０から出力される直流電圧Ｖｄｃは、制御装置５からの電圧指令値Ｖｒｅｆに従って制御される。同様に、電力変換器１１０からメインバッテリ１０へ出力される直流電流（充電電流）Ｉｄｃについても、制御装置５からの電流指令値Ｉｒｅｆに従って制御される。

図２は、図１に示した電力変換器１１０の構成例を示す回路図である。
図２を参照して、電力変換器１１０は、ノードＮ１に直列に接続されたリアクトルＬ１と、ノードＮ２に直列に接続されたリアクトルＬ２と、平滑コンデンサＣ１と、ブリッジ回路１１２，１１４，１１６と、トランス１１５とを含む。

ブリッジ回路１１２は、電力用半導体スイッチング素子のオンオフ制御によって、ノードＮ１，Ｎ２間の交流電圧Ｖａｃを直流電圧に変換して、電源配線１１７および１１８間に出力する。電源配線１１７および１１８間には平滑コンデンサＣ１が接続される。

ブリッジ回路１１２は、電力用半導体スイッチング素子のオンオフ制御によって、電源配線１１７，１１８間の直流電圧を交流電力に変換して、トランス１１５の一次側に出力する。トランス１１５は、所定の一次／二次側巻線比に従って一次側の交流電圧を電圧変換して、二次側へ出力する。

ブリッジ回路１１６は、電力用半導体スイッチング素子のオンオフ制御によって、トランス１１５の二次側の交流電圧を直流電圧に変換して、変換した直流電圧Ｖｄｃをノード
Ｎ３，Ｎ４間に出力する。

このようにすると、外部電源４００とメインバッテリ１０との間で絶縁を確保しながら、外部電源４００からの交流電圧Ｖａｃ（たとえば１００ＶＡＣ）を、メインバッテリ１０を充電する直流電圧Ｖｄｃに変換する、ＡＣ／ＤＣ変換動作を実行できる。

なお、ブリッジ回路１１２，１１４，１１６における、ＡＣ／ＤＣ変換あるいは、ＤＣ／ＡＣ変換のための電力用半導体スイッチング素子のオンオフ制御については周知のものを適用可能であるので、詳細な説明は省略する。たとえば、電圧指令値Ｖｒｅｆに対する直流電圧Ｖｄｃの電圧偏差、および、電流指令値Ｉｒｅｆに対する直流電流Ｉｄｃの電流偏差のフィードバック制御に基づいて、ブリッジ回路１１２，１１４，１１６でのデューティ制御を実行することができる。

図３は、二次電池の電流レートに対する充電時の発熱特性を説明する概念図である。図３の横軸には、充電時の電流レートが示され、縦軸には発熱量が示される。

図３を参照して、点線５００は、電流レートの変化に対する充電時の抵抗発熱による発熱量の関係を示している。電流レートの上昇に伴って充電時間が短縮されることにより、電流レートの上昇に対する抵抗発熱量の増加は比例関係となる。

これに対して、点線５１０は、電流レートの変化に対する充電時の化学反応熱による発熱量の関係を示している。化学反応熱は、電流レートの低下に対しては増大する一方で、電流レートの上昇に対しては、徐々に低下する特性を示しある一定量に飽和する。

したがって、抵抗発熱（点線５００）および化学反応熱（点線５１０）の和である総発熱量は、実線５２０に示す特性を示し、電流レートの変化に対して総発熱量が最小となる最適電流レートＲｏｐｔが存在する。この知見は、発明者らによるニッケル水素電池の充電実験により得られたものである。なお、以下の説明で明らかになるように、本発明は、同様に電流レートの変化に対して総発熱量が最小となる最適電流レートＲｏｐｔが存在する特性を有する他の電池に対しても適用可能である。

また、最適電流レートＲｏｐｔは、二次電池の状態、代表的にはＳＯＣおよびバッテリ温度に応じて変化するという知見が、実験結果より得られている。より詳細には、ＳＯＣが高くなるほど最適電流レートＲｏｐｔは低下し、かつ、バッテリ温度が高温となるほど最適電流レートＲｏｐｔが低下する特性が存在することが判明している。

なお、周知のように、電流レートは、定格電流に対する電流の比を示すものである。したがって、最適電流レートＲｏｐｔは、充電時における最適充電電流Ｉｏｐｔあるいは最適充電電力に換算可能な物理量である。すなわち、図３に示した特性は、単位セル１１の特性に相当する。

外部電源４００の最大充電電力によってメインバッテリ１０全体を充電する時の充電電流を最大充電電流Ｉｍａｘと定義すると、外部電源４００による充電能力が高くＩｍａｘ≧Ｉｏｐｔとできるときには、電力変換器１１０による充電電流Ｉｄｃを最適充電電流Ｉｏｐｔに制御することによって、最適電流レートに従った発熱を抑制した外部充電が実行できる。

これに対して、外部電源４００による充電能力が不足して、Ｉｍａｘ＜Ｉｏｐｔのときには、以下に説明するような、メインバッテリ１０の分割充電を実行することによって、最適電流レートでの外部充電を図ることとする。

図４は、図１に示した分割充電制御回路の構成例を示す回路図である。
図４を参照して、メインバッテリ１０は、直列に接続された複数の単位セル１１を含む。すなわち、図３に示した、電流レートに対する充電時の発熱特性は、各単位セル１１での特性に相当する。

複数の単位セル１１は、複数のバッテリ群ＢＧ（１）〜ＢＧ（４）に分割される。各バッテリ群ＢＧ（ＢＧ（１）〜ＢＧ（４）を包括的に記録するもの以下同じ）は、所定個数の単位セル１１を有する。なお、図４では、メインバッテリ１０が４個のバッテリ群ＢＧ（１）〜ＢＧ（４）に分割される構成される例示するが、メインバッテリ１０を構成するバッテリ群ＢＧの個数は任意の複数個である点を確認的に記載する。

バッテリ群ＢＧ（１）は、ノードＮ（１）およびＮ（２）の間に直列接続された所定個数の単位セル１１を有する。同様に、バッテリ群ＢＧ（２）は、ノードＮ（２）およびＮ（３）の間に直列接続された所定個数の単位セルを有し、バッテリ群ＢＧ（３）は、ノードＮ（３）およびＮ（４）の間に直列接続された所定個数の単位セルを有し、バッテリ群ＢＧ（４）は、ノードＮ（４）およびＮ（５）の間に直列接続された所定個数の単位セルを有する。なお、各バッテリ群ＢＧは、所定個数の単位セル１１を並列、あるいは、直並列に接続して構成されてもよい。

分割充電制御回路は、制御信号ＳＢＧａによって制御される接続切換回路２１０ａと、制御信号ＳＢＧｂに応じて制御される接続切換回路２１０ｂとを有する。

接続切換回路２１０ａは、電源配線１５１のうちの＋側の配線１５１ａとノードＮ（１）〜Ｎ（４）との間の接続を制御する。たとえば、接続切換回路２１０ａは、配線１５１ａとノードＮ（１）〜Ｎ（４）との間にそれぞれ接続された、独立にオンオフ制御可能な複数のリレーによって構成することができる。接続切換回路２１０ａは、制御信号ＳＢＧａに従って、配線１５１ａをノードＮ（１）〜Ｎ（４）のいずれとも非接続とするか、あるいは、配線１５１ａをノードＮ（１）〜Ｎ（４）のいずれか１つと接続する。

同様に、接続切換回路２１０ｂは、電源配線１５１のうちの−側（ＧＮＤ側）の配線１５１ｂとノードＮ（２）〜Ｎ（５）との間の接続を制御する。たとえば、接続切換回路２１０ｂは、配線１５１ｂとノードＮ（２）〜Ｎ（５）との間にそれぞれ接続された、独立にオンオフ制御可能な複数のリレーによって構成することができる。接続切換回路２１０ｂは、制御信号ＳＢＧｂに従って、配線１５１ｂをノードＮ（２）〜Ｎ（５）のいずれとも非接続とするか、あるいは、配線１５１ｂをノードＮ（２）〜Ｎ（５）のいずれか１つと接続する。

以上のように、分割充電制御回路２００によれば、（ａ）配線１５１ａ，１５１をメインバッテリ１０とは非接続とする充電非実行時の接続態様と、（ｂ）配線１５１ａ，１５１ｂをノードＮ（１），Ｎ（５）と接続して全てのバッテリ群ＢＧを充電対象とする全体充電時の接続態様と、（ｃ）配線１５１ａ，１５１ｂの間に一部のバッテリ群ＢＧのみを選択的に接続する部分充電時の接続態様とのうちの１つを選択的に実現できる。

なお、分割充電が実行されることを考慮すれば、図４に示すように、バッテリ群ＢＧごとのバッテリ温度Ｔｂ（１）〜Ｔｂ（４）を検出するために、バッテリ群ＢＧ（１）〜ＢＧ（４）にそれぞれ対応させて、温度センサ１４（１）〜１４（４）を配置することが好ましい。また、バッテリ温度Ｔｂ（１）〜Ｔｂ（４）についても、特に区別する必要がない場合には、総括的にバッテリ温度Ｔｂと称することとする。

図５は、本発明の実施の形態による二次電池の充電制御に従うメインバッテリ１０の充電制御構成を説明する機能ブロック図である。

図５を参照して、外部充電制御部３００は、最適電流レート設定部３１０と、最適電流レートマップ３２０と、充電制御部３３０とを含む。外部充電制御部３００を構成する各機能ブロックは、制御装置５に予め格納されたプログラムの実行によってソフトウェア的に実現される。あるいは、各ブロックに対応する機能を実現するように実装された電子回路（ハードウェア）によって各ブロックの機能を実現するようにしてもよい。

最適電流レートマップ３２０は、図３に示した最適電流レートを得るための、メインバッテリ１０（単位セル１１）を充電対象とした実験結果に基づく、電池状態（バッテリ温度ＴｂおよびＳＯＣ）に対する最適電流レートＲｏｐｔのマップを格納する。最適電流レート設定部３１０は、外部充電時に、現在のバッテリ温度ＴｂおよびＳＯＣを用いた、最適電流レートマップ３２０の参照によって、最適電流レートＲｏｐｔを設定する。

なお、最適電流レートマップ３２０による最適電流レートＲｏｐｔの設定は、外部充電の開始時に少なくとも実行される。それ以降は、外部充電の進行に伴う、時間経過、ＳＯＣ上昇、あるいは、温度上昇等に対応させて、最適電流レートＲｏｐｔを更新してもよい。

充電制御部３３０は、外部電源４００の最大充電電力Ｐｍａｘおよび、最適電流レートＲｏｐｔに基づいて、メインバッテリ１０の充電を制御する。すなわち、最大充電電力Ｐｍａｘによってメインバッテリ１０を全体充電するときの最大充電電流Ｉｍａｘと、最適電流レートＲｏｐｔに対応する最適充電電流Ｉｏｐｔの比較に基づき、メインバッテリ１０を全体充電あるいは部分充電のいずれとするかを判断する。

そして、充電制御部３３０は、上記判断結果に基づいた全体充電あるいは部分充電に対応した制御信号ＳＢＧａ，ＳＢＧｂを生成して、分割充電制御回路２００へ出力する。さらに、充電制御部３３０は、電力変換器１１０の電圧指令値Ｖｒｅｆおよび電流指令値Ｉｒｅｆを生成する。

具体的には、最大充電電流Ｉｍａｘが最適充電電流Ｉｏｐｔ以上である場合（Ｉｍａｘ≧Ｉｏｐｔ）の場合には、メインバッテリ１０は全体充電される。すなわち、図４の構成において、接続切換回路２１０ａ，２１０ｂによって、配線１５１ａおよび１５１ｂが、ノードＮ（１）およびＮ（５）に接続されるように、制御信号ＳＢＧａ，ＳＢＧｂが生成される。そして、電圧指令値Ｖｒｅｆは、メインバッテリ１０全体の出力電圧Ｖｂに対応して設定され、電流指令値Ｉｒｅｆは、最適充電電流Ｉｏｐｔに対応して設定される。すなわち、外部電源４００の充電能力が十分であるときには、最適電流レートに従ってメインバッテリ１０を全体充電することによって、充電時の発熱量を最小に抑えることができる。

これに対して、最大充電電流Ｉｍａｘが最適充電電流Ｉｏｐｔよりも低い場合（Ｉｍａｘ＜Ｉｏｐｔ）の場合には、外部電源４００によって、メインバッテリ１０を最適電流レートで全体充電することができないため、メインバッテリ１０を分割充電するように、分割充電制御回路２００が制御される。

この場合には、分割充電の対象とされるバッテリ群ＢＧの出力電圧Ｖｂ♯（Ｖｂ♯＜Ｖｂ）と最適充電電流Ｉｏｐｔとの積が最大充電電力Ｐｍａｘ以下となるように、すなわち最適電流レートによって充電可能な範囲内で、充電対象となるバッテリ群ＢＧの個数が決定される。

そして、接続切換回路２１０ａ，２１０ｂによって、分割充電の対象となる一部のバッテリ群ＢＧが配線１５１ａおよび１５１ｂの間に接続されるように、制御信号ＳＢＧａ，ＳＢＧｂが生成される。そして、電圧指令値Ｖｒｅｆは、充電対象となる一部のバッテリ群ＢＧによる出力電圧Ｖｂ♯に対応して設定され、電流指令値Ｉｒｅｆは、最適充電電流Ｉｏｐｔに対応して設定される。

すなわち、外部電源４００の充電能力不足のため最適電流レートによってメインバッテリ１０を全体充電できない場合にも、バッテリ群ＢＧの一部ずつ（すなわち、複数の単位セル１１の一部ずつ）を順次充電対象とする分割充電によって最適電流レートでの充電を実現できるので、メインバッテリ１０全体での発熱量を最小に抑えることができる。

電力変換器１１０は、出力電圧Ｖｄｃおよび出力電流Ｉｄｃの検出値のフィードバックにより、直流電圧Ｖｄｃおよび直流電流Ｉｄｃを電圧指令値Ｖｒｅｆおよび電流指令値Ｉｒｅｆに一致するように制御する。

図６は、図５に示したメインバッテリ充電制御の制御処理手順を示すフローチャートである。図６に示したフローチャートは、たとえば制御装置５に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。

図６を参照して、制御装置５は、ステップＳ１００では、外部充電実行中であるかどうかを判定する。充電ケーブル２０２の非接続時、または、充電ケーブル２０２の接続時であっても、メインバッテリ１０を構成する各バッテリ群ＢＧの充電完了時には、ステップＳ１００はＮＯ判定とされる。

一方、充電ケーブル２０２が接続されており、かつ、外部充電実行のための必要条件が成立し、さらに、メインバッテリ１０の充電が未完了である場合には、ステップＳ１００はＹＥＳ判定とされる。

制御装置５は、ステップＳ１００のＹＥＳ判定時には、ステップＳ１１０に処理を進めて、バッテリ温度ＴｂおよびＳＯＣより、最適電流レートＲｏｐｔを設定する。そして、制御装置５は、ステップＳ１１５により、ステップＳ１１０で設定された最適電流レートＲｏｐｔに対応した最適充電電流Ｉｏｐｔを設定する。なお、ステップＳ１１０は、少なくとも、外部充電開始時、あるいは、充電対象が切換わる度に実行される。それ以外のタイミングでは、ステップＳ１１０の処理を適宜ステップすることによって、最適電流レートＲｏｐｔを維持してもよい。

そして、制御装置５は、ステップＳ１２０により、充電ケーブル２０２からの情報等に基づいて、最大充電電力Ｐｍａｘによってメインバッテリ１０を全体充電するときの充電電流である最大充電電流Ｉｍａｘを設定する。さらに、制御装置５は、ステップＳ１３０により、最大充電電流Ｉｍａｘおよび最適充電電流Ｉｏｐｔを比較する。

制御装置５は、Ｉｍａｘ≧Ｉｏｐｔのとき（Ｓ１３０のＮＯ判定時）には、ステップＳ１５０に処理を進めて、メインバッテリ１０を全体充電するように分割充電制御回路２００におけるリレー接続、すなわち接続切換回路２１０ａ，２１０ｂの接続を制御する。

一方、Ｉｍａｘ＜Ｉｏｐｔのとき（Ｓ１３０のＹＥＳ判定時）には、制御装置５は、ステップＳ１４０に処理を進めて、メインバッテリ１０を分割充電するように分割充電制御回路２００のリレー接続を制御する。すなわち、Ｐｍａｘ≧Ｉｏｐｔ・Ｖｂ♯の範囲内で、分割充電の対象となるバッテリ群ＢＧの個数を決定するとともに、分割充電の対象となる一部のバッテリ群ＢＧが電力変換器１１０と接続されるように、接続切換回路２１０ａ，２１０ｂの接続を制御する。

そして、制御装置５は、ステップＳ１６０により、充電対象となる一部あるいは全部のバッテリ群ＢＧの充電電流が最適充電電流Ｉｏｐｔとなるように、電力変換器の出力を制御する。すなわち、電力変換器１１０の電圧指令値Ｖｒｅｆおよび電流指令値Ｉｒｅｆが、最適充電電流Ｉｏｐｔによる全体充電あるいは分割充電が実行されるように設定される。

以上説明した本発明による二次電池の充電制御装置および充電制御方法によれば、充電時の発熱量が極小となる電流レートである最適電流レートに従ってメインバッテリ１０を充電できる。したがって、充電時に冷却ファン等の冷却機構の消費電力を要することなくメインバッテリ１０が過高温となるのを防止できるので充電効率が向上する。また、充電終了直後におけるバッテリ温度の上昇を抑制できるので、充電終了直後から電池性能を十分に発揮できる。この結果、電動車両１００では、外部充電時の効率向上を図るとともに、充電終了直後に車両運転を開始する場合にも、メインバッテリ１０の出力電力が制限されることを回避して車両性能を確保できる。

（充電制御の変形例）
なお、上述した最適電流レートでの充電は、充電時の発熱抑制には効果的である一方で、外部電源４００の供給能力に対して充電電流を絞ることとなるので、充電時間が長期化する可能性がある。

したがって、図７に示すように、バッテリ温度の上昇を監視しつつ、最適電流レートでの充電の要否を判断するような制御構成とすることも可能である。

図７は、本発明の実施の形態の変形例による二次電池の充電制御に従うメインバッテリ充電制御の制御処理手順を示すフローチャートである。図７に示すフローチャートについても、たとえば制御装置５に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。

図７を参照して、制御装置５は、ステップＳ１００によって、図６と同様に外部充電の実行時であるかどうかを判定する。そして、制御装置５は、外部充電の実行時（Ｓ１００のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ２００により、メインバッテリの温度が上昇しているかどうかを判定する。そして、制御装置５は、ステップＳ２００での判定結果に基づいて、充電モードを選択する。

たとえば、メインバッテリ１０の出力制限が必要となるバッテリ温度（高温側）、あるいは電池性能の劣化が懸念されるバッテリ温度（高温側）に対して適切なマージンを有するように判定温度を設定し、当該判定温度よりもバッテリ温度Ｔｂが上昇したときに、ステップＳ２００をＹＥＳ判定とすることができる。

そして、制御装置５は、バッテリ温度の非上昇時（Ｓ２００のＮＯ判定時）には、ステップＳ２１０により、最大充電電流Ｉｍａｘによるメインバッテリ１０の充電を実行する。この際に、メインバッテリ１０は全体充電および分割充電のいずれとしてもよい。すなわち、ステップＳ２１０では、最短時間充電を指向した「第１の充電モード」が選択される。

この際には、図５に示した充電制御部３３０により、電力変換器１１０の電流指令値Ｉｒｅｆが最大充電電流Ｉｍａｘに対応して設定される。

一方、バッテリ温度の上昇時（Ｓ２００のＹＥＳ判定時）には、制御装置５は、ステップＳ２２０により、図５のステップＳ１１０〜Ｓ１６０に従う、最適電流レートＲｏｐｔに対応する最適充電電流Ｉｏｐｔによるメインバッテリ１０の充電を実行する。すなわち、ステップＳ２２０では、発熱最小充電を指向した「第２の充電モード」が選択される。

このようにすると、バッテリ温度に応じて、充電時間短縮を指向した充電モードと、電池発熱抑制を指向した充電モードとを適切に使い分けることによって、充電制御のパフォーマンスを向上することができる。

（メインバッテリ構成の変形例）
以上では、単一のメインバッテリ１０が外部電源によって充電される際の充電制御について説明したが、本発明の実施の形態による二次電池の充電制御は、図８に示すような、
メインバッテリが複数個並列配置された構成に対しても適用可能である。

図８を図１と比較して、図８の変形例による電動車両の電気システムでは、複数個のメインバッテリ１０（１）〜１０（ｎ）が設けられる。ここで、ｎは２以上の整数である。電池ＥＣＵについても、メインバッテリ１０（１）〜１０（ｎ）の残存容量をそれぞれ管理するために、電池ＥＣＵ１５（１）〜１５（ｎ）が別個に設けられる。なお、以下では、メインバッテリ１０（１）〜１０（ｎ）を特に区別する必要がないときには、総括的にメインバッテリ１０と表記する。

電力変換器１１０は、メインバッテリ１０（１）〜１０（ｎ）のそれぞれに対応して、図２に示したノードＮ３，Ｎ４を別個独立に有する。たとえば、図２に示す構成において、メインバッテリ１０の個数に合せて、トランス１１５の二次側（ブリッジ回路１１６側）巻線およびブリッジ回路１１６を、ｎ個並列に配置することによって、図８に示した電力変換器１１０を実現できる。この場合には、ｎ個のブリッジ回路１１６を独立にスイッチング制御することにより、メインバッテリ１０（１）〜１０（ｎ）のそれぞれに対応する直流電圧Ｖｄｃおよび直流電流Ｉｄｃを独立に制御することが可能となる。あるいは、メインバッテリ１０毎に独立にｎ個の電力変換器１１０を配置する構成としてもよい。すなわち、図８の変形例においては、電圧指令値Ｖｒｅｆおよび電流指令値Ｉｒｅｆについても、メインバッテリ１０毎に独立に生成される。

これにより、電源配線１５１についても、メインバッテリ１０ごとに独立に配置される。さらに、電力変換器１１０とメインバッテリ１０（１）〜１０（ｎ）との間には、メインバッテリ１０（１）〜１０（ｎ）にそれぞれ対応する分割充電制御回路２００（１）〜２００（ｎ）が設けられる。

分割充電制御回路２００（１）〜２００（ｎ）の各々は、図４と同様に構成される。この結果、メインバッテリ１０（１）〜１０（ｎ）の各々について、電力変換器１１０との接続／非接続を独立に制御できる。すなわち、メインバッテリ１０（１）〜１０（ｎ）の全部あるいは一部を選択的に充電対象とすることができる。また、電力変換器１１０と接続されることによって充電対象とされたメインバッテリ１０については、上述の態様によって、複数のバッテリ群ＢＧの全体充電および分割充電を選択的に実行できる。

図９は、図８に示した電動車両における本発明の実施の形態による二次電池の充電制御を説明するフローチャートである。図９に示すフローチャートについても、たとえば制御装置５に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。

図９を参照して、制御装置５は、図６と同様のステップＳ１００〜Ｓ１３０を実行する。なお、ステップＳ１００では、メインバッテリ１０（１）〜１０（ｎ）の全ての充電が完了するまで、充電が未完了と判定される。また、ステップＳ１１０については、メインバッテリ１０（１）〜１０（ｎ）が順次充電される際には、充電対象となるメインバッテリ１０の状態（バッテリ温度、ＳＯＣ）を用いて最適電流レートを設定することが好ましい。

また、ステップＳ１２０では、最大充電電力Ｐｍａｘにより、メインバッテリ１０（１）〜１０（ｎ）を並列に全体充電した際の各メインバッテリ１０での充電電流がＩｍａｘと定義される。すなわち、Ｐｍａｘが同一であれば、図９のＳ１２０でのＩｍａｘは、図６のＳ１２０でのＩｍａｘの１／ｎとなる。

そして、制御装置３００は、ステップＳ３００に処理を進めて、ＩｍａｘおよびＩｏｐｔの比較に基づいて、外部電源４００によってメインバッテリ１０（１）〜１０（ｎ）を並列に最適電流レートで充電可能であるか否かを判定する。

制御装置５は、Ｉｍａｘ≧Ｉｏｐｔのとき（Ｓ３００のＹＥＳ判定時）には、制御装置５は、ステップＳ３１０に処理を進めて、メインバッテリ１０（１）〜１０（ｎ）を並列に充電するように、分割充電制御回路２００（１）〜２００（ｎ）を制御する。このときは、各メインバッテリ１０を全体充電することができる。

一方、Ｉｍａｘ＜Ｉｏｐｔのとき（Ｓ３００のＮＯ判定時）には、制御装置５は、ステップＳ３２０に処理を進めて、メインバッテリ１０（１）〜１０（ｎ）の一部を並列に充電するように、分割充電制御回路２００（１）〜２００（ｎ）を制御する。このとき、充電対象となる一部のメインバッテリの個数ｍ（１≦ｍ＜ｎ）は、Ｐｍａｘ＜Ｖｂ・Ｉｏｐｔ・ｍとならないように決定される。

さらに、制御装置５は、図６のステップＳ１３０〜Ｓ１５０と同様の処理を行なうステップＳ３３０により、充電対象となった一部のメインバッテリ１０について、最適充電電流Ｉｏｐｔでの充電を実行するために、全体充電／分割充電のいずれとするかを制御する。ただし、ステップＳ１３０による判定は、最大充電電力Ｐｍａｘによって充電対象となったメインバッテリ１０の全部を充電する際の電流をＩｍａｘとした上で、このＩｍａｘと最適充電電流Ｉｏｐｔとの比較に基づき実行される。

これにより、仮に、最大充電電力Ｐｍａｘによって１個のメインバッテリ１０を充電する際の充電電流が最適充電電流Ｉｏｐｔより低い場合にも、分割充電を採用することによって、最適電流レートに従う発熱量を抑制した充電を実現できる。

そして、制御装置５は、充電対象となるメインバッテリ１０（１）〜１０（ｎ）の一部または全部に対応する電源配線１５１への出力電流Ｉｄｃの電流指令値Ｉｒｅｆを最適充電電流Ｉｏｐｔに対応して設定する。

以上説明したように、複数個のメインバッテリ１０（１）〜１０（ｎ）を外部電源４００によって並列に充電可能な構成においても、必要に応じて、メインバッテリ１０（１）〜１０（ｎ）の一部ずつを充電対象とすることによって、最適電流レートによる充電を実現して充電による全体発熱量を最小に抑えることができる。

また、外部電源４００の充電能力不足のために、各メインバッテリ１０についても最適電流レートによって全体充電できない場合には、各メインバッテリ１０を構成する複数のバッテリ群ＢＧ（すなわち複数の単位セル１１）のの一部ずつを充電対象とする分割充電によって、充電時における全体発熱量を最小に抑えることができる。

なお、図８に示した構成に対して、図７に示した充電制御の変形例を適用することも可能である。すなわち、図７のステップＳ２２０において、図９のステップＳ１１０以降の処理を実行する制御処理手順とすることによって、複数のメインバッテリ１０（１）〜１０（ｎ）が並列接続された構成においても、バッテリ温度が上昇するまで（Ｓ２００のＮＯ判定時）は、最大充電電力Ｐｍａｘによってメインバッテリ１０（１）〜１０（ｎ）を並列に全体充電した上で、バッテリ温度上昇後には、図９に示したフローチャートに従って最適電流レートによる充電を行なう充電制御を実現できる。

（外部充電構成の変形例）
以上では、外部電源４００による充電のための電力変換器１１０を専用に設ける電動車両の構成を例示したが、本発明の実施の形態による二次電池の充電制御は、図１０に示すような、車両駆動用モータの駆動制御に用いる電力変換器を用いて外部電源４００の供給電力をメインバッテリ１０の充電電力に変換する構成に対しても適用可能である。

図１０の変形例による電動車両の電気システムでは、車両駆動用電動機として、２つのモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２が設けられる。そして、メインバッテリ１０（１）からの電力は、コンバータ２１によって直流電圧変換された上で、三相インバータ２３，２４によって交流電力に変換されて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に供給される。これにより、メインバッテリ１０の出力電圧よりも高い電圧を振幅とする交流電力によりモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御できるので、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動効率を向上させることが可能となる。

一方、車両走行中におけるモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２による発電電力は、三相インバータ２３，２４によって直流電力に変換されるとともに、コンバータ２１によって直流電圧変換された上でメインバッテリ１０の充電に用いられる。すなわち、コンバータ２１および三相インバータ２３，２４は、双方向の電力変換可能に構成される。

図１０の構成の電動車両では、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の中性点ＮＰ１，ＮＰ２に対して、外部充電のための電源配線１５２およびリレー１５０Ａが設けられる。すなわち、充電ケーブル２０２を介して外部電源４００は、中性点ＮＰ１，ＮＰ２間に接続可能な構成となっている。

このような構成とすると、充電ケーブル２０２を介して外部電源４００が中性点ＮＰ１，ＮＰ２に電気的に接続される外部充電時には、三相インバータ２３，２４およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のコイル巻線のリアクトル成分を用いて、外部電源４００からの交流電力が直流電力に変換される。そして、変換された直流電力は、コンバータ２１（１）によって制御された出力電圧（Ｖｄｃ）および出力電流（Ｉｄｃ）として、メインバッテリ１０の充電に供される。すなわち、図１０の構成では、三相インバータ２３，２４によって外部電源からの交流電力を直流電力に変換し、かつ、図１に示した電圧指令値Ｖｒｅｆおよび電流指令値Ｉｒｅｆに従ってコンバータ２１を制御することによって、図１の電力変換器１１０と同様の電力変換を実行できる。

そして、コンバータ２１およびメインバッテリ１０の間に、図１と同様の分割充電制御回路２００を設けることにより、図１〜図７で説明した本発明の実施の形態による充電制御に従って、外部電源４００からの交流電力から変換された直流電力によってメインバッテリ１０を充電できる。

図１０にも示すように、図８と同様に複数のメインバッテリ１０（１）〜１０（ｎ）を並列に接続する構成とすることもできる。この構成では、メインバッテリ１０（１）〜１０（ｎ）のそれぞれに対応してコンバータ２１（１）〜２１（ｎ）がそれぞれ別個に設けられるため、コンバータ２１（１）〜２１（ｎ）とメインバッテリ１０（１）〜１０（ｎ）との間にそれぞれ分割充電制御回路２００（１）〜２００（ｎ）を配置することによって、図８で説明したのと同様に、並列接続された複数のメインバッテリに対する充電制御を実行できる。

すなわち、図１あるいは図８に例示したように外部充電専用の電力変換器１１０を配置することなく、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の中性点に外部電源４００を接続する中性点充電方式によって外部充電を行なう電動車両の構成に対しても、図１〜図９を用いて説明した本発明の実施の形態による二次電池の充電制御を適用することができる。

なお、本発明の実施の形態では電動車両に搭載された車両駆動用電動機の駆動電力を蓄積する二次電池の充電制御について例示したが、本発明による二次電池の充電制御装置および充電制御方法の適用が電動車両に限定されるものではない点について確認的に記載する。

また、本実施の形態では、ニッケル水素電池の実験結果を示して最適充電電流レートが存在することを示したが、本発明による充電制御の適用対象はニッケル水素電池のみに限定されるものではない。すなわち、図３に示されるような、電流レートの変化に対して発熱量の極小点が存在するような特性を有する二次電池であれば、本発明による二次電池の充電制御装置および充電制御方法を共通に適用可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態による二次電池の充電制御装置によって制御される二次電池を搭載した電動車両の電気システム構成を示すブロック図である。 図１に示した電力変換器の構成例を示す回路図である。 二次電池の電流レートに対する充電時の発熱特性を説明する概念図である。 図１に示した分割充電制御回路の構成例を示す回路図である。 本発明の実施の形態による二次電池の充電制御に従うメインバッテリの充電制御構成を説明する機能ブロック図である。 図５に示したメインバッテリ充電制御の制御処理手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態の変形例による二次電池の充電制御に従うメインバッテリ充電制御の制御処理手順を示すフローチャートである。 並列接続された複数のメインバッテリを搭載した電動車両の電気システム構成を示すブロック図である。 図８に示した電動車両における本発明の実施の形態による二次電池の充電制御に従うメインバッテリの充電制御を説明するフローチャートである。 中性点充電方式によってメインバッテリを外部充電する電動車両の電気システム構成を示すブロック図である。

符号の説明

５ 制御装置、１０，１０（１）〜１０（ｎ） メインバッテリ、１１ 単位セル、１５ 電池ＥＣＵ、２０ ＰＣＵ、２１，２１（１）〜２１（ｎ） コンバータ、２２ 平滑コンデンサ、２３，２４ 三相インバータ、２５ ＭＧ−ＥＣＵ、３０，ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、４０ 動力伝達ギヤ、５０ 駆動輪、１００ 電動車両、１０５ 充電コネクタ、１１０ 電力変換器、１１２，１１４，１１６ ブリッジ回路、１１５ トランス、１１７，１１８ 電源配線、１５０Ａ，１５０Ｂ リレー、１５１，１５２，１５３ 電源配線、１５１ａ 配線（＋側）、１５１ｂ 配線（−側）、２００，２００（１）〜２００（ｎ） 分割充電制御回路、２０２ 充電ケーブル、２０５ 充電コネクタ、２０６ 充電プラグ、２１０ａ，２１０ｂ 接続切換回路、３００ 外部充電制御部、３１０ 最適電流レート設定部、３２０ 最適電流レートマップ、３３０ 充電制御部、４００ 外部電源、４０５ コンセント、５００ 抵抗発熱特性、５１０ 化学反応熱特性、５２０ 総発熱量特性、ＢＧ（１）〜ＢＧ（４） 各バッテリ群、Ｉｄｃ 直流電流（充電電流）、Ｉｍａｘ 最大充電電流（最大充電電力時）、Ｉｏｐｔ 最適充電電流（最適電流レート時）、Ｉｒｅｆ 電流指令値（電力変換器）、Ｎ１〜Ｎ４ ノード（電力変換器）、ＮＰ１，ＮＰ２ 中性点、Ｐｍａｘ 最大充電電力、Ｒｏｐｔ 最適電流レート、ＳＢＧａ，ＳＢＧｂ 制御信号（接続切換回路）、Ｔｂ バッテリ温度、Ｖａｃ 交流電圧（外部電源）、Ｖｄｃ 直流電圧（充電電圧）、Ｖｒｅｆ 電圧指令値（電力変換器）。

Claims (22)

1. 二次電池の充電制御装置であって、
   電源からの供給電力を前記二次電池の充電電力に変換する電力変換器と、
   前記二次電池の状態に応じて、前記二次電池の充電による発熱量が極小となる最適電流レートを設定する最適電流レート設定部と、
   前記電源から供給可能な最大充電電力の範囲内で、前記設定された前記最適電流レートに従って、前記電力変換器の電流指令値および電圧指令値を設定する充電制御部とを備える、二次電池の充電制御装置。
2. 前記二次電池は、直列接続された複数の単位セルを含み、
   前記充電制御装置は、
   前記電力変換器と前記二次電池との間に設けられ、前記複数の単位セルのうちの充電対象に選択された一部を選択的に前記電力変換器と接続するための分割充電制御回路をさらに備え、
   前記充電制御部は、前記最大充電電力によって前記二次電池全体を充電する際の電流レートが前記最適電流レートよりも低い場合には、前記最適電流レートによって充電可能な範囲内で前記複数の単位セルの一部を前記充電対象とするように前記分割充電制御回路を制御する、請求項１記載の二次電池の充電制御装置。
3. 前記充電制御部は、前記複数の単位セルの一部を充電対象とした場合には、前記最適電流レートおよび前記充電対象となる前記単位セルの個数に従って、前記電流指令値および前記電圧指令値を設定する、請求項２記載の二次電池の充電制御装置。
4. 前記二次電池は、直列接続された複数の単位セルを含み、
   前記充電制御部は、前記最大充電電力によって前記二次電池全体を充電する際の電流レートが前記最適電流レート以上である場合には、前記複数の単位セルの全てを充電対象とするとともに、前記最適電流レートに従って前記電流指令値を設定する、請求項１記載の二次電池の充電制御装置。
5. 前記二次電池は、前記電源による充電時に前記電源に対して並列に接続されるように複数個設けられ、
   前記充電制御装置は、
   前記電力変換器と前記複数個の二次電池との間に設けられ、前記複数個の二次電池のうちの充電対象に選択された一部を選択的に前記電力変換器と接続するための分割充電制御回路をさらに備え、
   前記充電制御部は、前記最大充電電力によって前記複数個の二次電池全体を充電する際の電流レートが前記最適電流レートよりも低い場合には、前記最適電流レートによって充電可能な範囲内で前記複数個の二次電池の一部を前記充電対象とするように前記分割充電制御回路を制御する、請求項１記載の二次電池の充電制御装置。
6. 各前記二次電池は、直列接続された複数の単位セルを含み、
   前記分割充電制御回路は、前記充電対象とされた前記複数個の二次電池の各々において、前記複数の単位セルの一部を選択的に前記電力変換器と接続可能に構成され、
   前記充電制御部は、前記最大充電電力によって１個の前記二次電池全体を充電する際の電流レートが前記最適電流レートよりも低い場合には、前記最適電流レートによって充電可能な範囲内で、前記充電対象とされた二次電池内で前記複数の単位セルの一部を前記電力変換器と接続するように前記分割充電制御回路を制御する、請求項５記載の二次電池の充電制御装置。
7. 前記充電制御部は、前記二次電池の温度の温度に基づいて、前記最大充電電力に従って前記電流指令値および前記電圧指令値を設定する第１の充電モードと、前記最適電流レートに従って前記電流指令値および前記電圧指令値を設定する第２の充電モードとを選択的に実行する、請求項１記載の二次電池の充電制御装置。
8. 前記最適電流レート設定部は、予め求められた前記二次電池の温度および残存容量と前記最適電流レートとの関係に従って、少なくとも充電開始時における前記温度および前記残存容量に基づいて前記最適電流レートを設定する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の二次電池の充電制御装置。
9. 前記最適電流レートは、充電時における抵抗発熱および化学反応熱による発熱量の総和が極小となる電流レートに対応して設定される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の二次電池の充電制御装置。
10. 前記二次電池は、ニッケル水素電池により構成される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の二次電池の充電制御装置。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の二次電池の充電制御装置と、
    前記二次電池と、
    前記二次電池からの電力によって車両駆動力を発生可能に構成された電動機とを備え、
    前記電力変換器は、車両の外部に設置された前記電源からの供給電力を前記二次電池の充電電力に変換するように構成される、電動車両。
12. 電源からの供給電力を充電電力に変換する電力変換器によって充電される二次電池の充電制御方法であって、
    前記二次電池の状態に応じて、前記二次電池の充電による発熱量が極小となる最適電流レートを設定するステップと、
    前記電源から供給可能な最大充電電力の範囲内で、前記設定された前記最適電流レートに従って、前記電力変換器の電流指令値および電圧指令値を設定するステップとを備える、二次電池の充電制御方法。
13. 前記二次電池は、直列接続された複数の単位セルを含み、
    前記電力変換器と前記二次電池との間には、前記複数の単位セルのうちの充電対象に選択された一部を選択的に前記電力変換器と接続するための分割充電制御回路が設けられ、
    前記充電制御方法は、
    前記最大充電電力によって前記二次電池全体を充電する際の電流レートが前記最適電流レートよりも低い場合には、前記最適電流レートによって充電可能な範囲内で前記複数の単位セルの一部を前記充電対象とするように前記分割充電制御回路を制御するステップをさらに備える、請求項１２記載の二次電池の充電制御方法。
14. 前記電流指令値および電圧指令値を設定するステップは、前記複数の単位セルの一部を充電対象とした場合には、前記最適電流レートおよび前記充電対象となる前記単位セルの個数に従って、前記電流指令値および前記電圧指令値を設定する、請求項１３記載の二次電池の充電制御方法。
15. 前記二次電池は、直列接続された複数の単位セルを含み、
    前記電流指令値および電圧指令値を設定するステップは、前記最大充電電力によって前記二次電池全体を充電する際の電流レートが前記最適電流レート以上である場合には、前記複数の単位セルの全てを充電対象とするとともに、前記最適電流レートに従って前記電流指令値を設定する、請求項１２記載の二次電池の充電制御方法。
16. 前記二次電池は、前記電源による充電時に前記電源に対して並列に接続されるように複数個設けられ、
    前記電力変換器と前記複数個の二次電池との間には、前記複数個の二次電池のうちの充電対象に選択された一部を選択的に前記電力変換器と接続するための分割充電制御回路が設けられ、
    前記充電制御方法は、
    前記最大充電電力によって前記複数個の二次電池全体を充電する際の電流レートが前記最適電流レートよりも低い場合には、前記最適電流レートによって充電可能な範囲内で前記複数個の二次電池の一部を前記充電対象とするように前記分割充電制御回路を制御するステップをさらに備える、請求項１２記載の二次電池の充電制御方法。
17. 各前記二次電池は、直列接続された複数の単位セルを含み、
    前記分割充電制御回路は、前記充電対象とされた前記複数個の二次電池の各々において、前記複数の単位セルの一部を選択的に前記電力変換器と接続可能に構成され、
    前記充電制御方法は、
    前記最大充電電力によって１個の前記二次電池全体を充電する際の電流レートが前記最適電流レートよりも低い場合には、前記最適電流レートによって充電可能な範囲内で、前記充電対象とされた二次電池内で前記複数の単位セルの一部を前記電力変換器と接続するように前記分割充電制御回路を制御するステップをさらに備える、請求項１６記載の二次電池の充電制御方法。
18. 前記二次電池の温度の温度に基づいて、前記最大充電電力に従って前記電流指令値および前記電圧指令値を設定する第１の充電モードと、前記最適電流レートに従って前記電流指令値および前記電圧指令値を設定する第２の充電モードとを選択的に実行するステップをさらに備える、請求項１２記載の二次電池の充電制御方法。
19. 前記最適電流レートを設定するステップは、予め求められた前記二次電池の温度および残存容量と前記最適電流レートとの関係に従って、少なくとも充電開始時における前記温度および前記残存容量に基づいて前記最適電流レートを設定する、請求項１２〜１８のいずれか１項に記載の二次電池の充電制御方法。
20. 前記最適電流レートは、充電時における抵抗発熱および化学反応熱による発熱量の総和が極小となる電流レートに対応して設定される、請求項１２〜１９のいずれか１項に記載の二次電池の充電制御方法。
21. 前記二次電池は、ニッケル水素電池により構成される、請求項１２〜２０のいずれか１項に記載の二次電池の充電制御方法。
22. 前記二次電池は、当該二次電池からの電力によって車両駆動力を発生可能に構成された電動機を備えた電動車両に搭載され、
    前記電力変換器は、前記電動車両の外部に設置された前記電源からの供給電力を前記二次電池の充電電力に変換するように構成される、請求項１２〜２１のいずれか１項に記載の二次電池の充電制御方法。

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