JP2012120372A - バッテリの出力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザの要求に応えつつ、バッテリ全体の寿命低下を抑制する。
【解決手段】車両は、複数の電池モジュール（電池セル）を含んで構成されるバッテリから供給される電力でモータを駆動させて走行する。ＥＣＵは、車両要求パワーＰ＜バッテリの定格電力Ｗｓｔｄであると（Ｓ１０にてＮＯ）、モジュール接続数（モータに接続される電池モジュールの数）Ｎを最大数Ｎｍａｘとしつつ（Ｓ１１）、バッテリの出力制限を行なう（Ｓ１２）。一方、車両要求パワーＰがバッテリの定格電力Ｗｓｔｄと最大電力Ｗｍａｘとの間に含まれる場合（Ｓ１０にてＹＥＳかつＳ２０にてＹＥＳ）、ＥＣＵは、モジュール接続数Ｎを車両要求パワーＰを満たす最小モジュール数Ｎ１としつつ（Ｓ５０）、バッテリの出力制限を緩和する（Ｓ７０）。
【選択図】図５

Description

本発明は、複数の電池セルを含んで構成されるバッテリの出力制御に関する。

電気自動車やハイブリッド車両などの電力で駆動力を得る車両には、走行用のモータを駆動させるための電力エネルギを蓄える蓄電装置として、複数の電池セル（以下では電池セルを単に「セル」ともいう）を直列に接続して構成されるバッテリを備えるものがある。このような車両においては、通常、バッテリの寿命を確保するために、バッテリの出力制限が行なわれる。

特開２００４−３６４３７１号公報（特許文献１）には、複数のセルを含んで構成されるバッテリを備えたハイブリッド車両において、エンジンからの排気を浄化する触媒の暖機中にバッテリの出力制限を緩和することで、触媒暖機中の加速要求に対して車両を十分に加速させかつ未浄化の排気が車外に放出されることを抑制している。

特開２００４−３６４３７１号公報 特開２００９−１１８５４７号公報 特開２００９−１０６０６２号公報 特開２００９−１５９７２６号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、バッテリを構成する全てのセルの出力制限が同時に緩和されるため、全てのセルの寿命が著しく低下するおそれがある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ユーザの要求に応えつつ、バッテリ全体の寿命を低下させてしまうことを抑制することである。

この発明に係る出力制御装置は、複数のセルを含んで構成され負荷に電力を供給するバッテリの出力制御装置である。この出力制御装置は、バッテリの出力制限を行なう制限部と、負荷に接続されるセルを切替える切替装置と、切替装置を制御する制御部とを備える。制限部は、所定条件が成立した場合に出力制限を緩和する。制御部は、出力制限の緩和中は複数のセルの全数よりも少ない数のセルを負荷に接続させるように切替装置を制御する。

好ましくは、出力制限の緩和中に負荷に接続されるセルは、優先的に負荷に接続される特定のセルと、選択的に負荷に接続される特定のセル以外のセルとを含む。

好ましくは、制限部は、バッテリの出力制限値を第１値から第１値よりも大きい第２値に増加させることによって出力制限を緩和する。制御部は、出力制限の緩和中、負荷に接続されるセルの数を、負荷に要求されるパワーを第２値で割った比率を複数のセルの全数に乗じた数に応じた数とする。

好ましくは、第１値はバッテリの定格出力であり、第２値はバッテリの最大出力である。

好ましくは、出力制御装置は、バッテリと負荷との間に設けられ、バッテリの電圧をバッテリの電圧以上の電圧に昇圧して負荷に供給するコンバータをさらに備える。バッテリの最大出力は、複数のセルの全数を負荷に接続した状態でコンバータによる最大昇圧を行なった時にバッテリから負荷に出力される電力である。

好ましくは、所定条件は、負荷に要求されるパワーが定格出力よりも大きいという条件を含む。

好ましくは、出力制御装置は、車両に搭載される。負荷は、車両の駆動力を発生する駆動装置を含む。

好ましくは、所定条件は、車両に要求されるパワーがバッテリの定格出力よりも大きいという条件を含む。制限部は、所定条件の不成立時は、バッテリの出力を定格出力未満に制限し、所定条件の成立時はバッテリの出力をバッテリの最大出力未満に制限する。制御部は、所定条件の不成立時は、複数のセルの全数を駆動装置に接続させ、所定条件の成立時は、車両に要求されるパワーが最大出力よりも小さいときは複数のセルの全数よりも少ない数のセルを負荷に接続させ、車両に要求されるパワーが最大出力よりも大きいときは複数のセルの全数を駆動装置に接続させる。

本発明によれば、ユーザの要求に応えつつ、バッテリ全体の寿命を低下させてしまうことを抑制することができる。

車両の全体ブロック図である。 バッテリおよび切替装置の構成の詳細を示す図である。 ＥＣＵの機能ブロック図である。 車両要求パワーＰを満たすモジュール接続数Ｎとモジュール１個あたりの電圧との関係を示す図である。 ＥＣＵの処理手順を示すフローチャート（その１）である。 出力制限値Ｗｏｕｔおよびモジュール接続数Ｎの変化を模式的に示した図である。 ＥＣＵの処理手順を示すフローチャート（その２）である。 診断装置の処理手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

図１は、本実施の形態に従う出力制御装置を備えた車両１の全体ブロック図である。車両１は、電源装置２と、駆動力発生装置３と、電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ、以下、「ＥＣＵ」という）１００とを含む。

駆動力発生装置３は、インバータ３０と、モータジェネレータ（以下、「ＭＧ」ともいう）４１，４２と、エンジン５０と、動力分割機構６０と、駆動軸７０と、車輪８０とを備える。車両１は、エンジン５０およびＭＧ４２の少なくとも一方からの駆動力によって走行するハイブリッド車両である。なお、この発明に従う出力制御装置を適用可能な車両は、以下に示すハイブリッド車両に限定されるものではなく、少なくとも電力を用いて駆動力を得ることが可能な車両全般に適用可能である。

エンジン５０は、ＥＣＵ１００からの制御信号Ｓ３により制御される。エンジン５０が発生する動力は、動力分割機構６０によって、駆動軸７０（車輪８０）へ伝達される経路と、ＭＧ４１へ伝達される経路とに分割される。動力分割機構６０によって分割されたエンジン５０の動力を用いてＭＧ４１による発電が行なわれる。ＭＧ４１によって発電された電力は電源装置２およびＭＧ４２へ供給される。

ＭＧ４２は、電源装置２から供給される電力およびＭＧ４１により発電された電力の少なくとも一方を用いて駆動力を発生する。そして、ＭＧ４２の駆動力は、駆動軸７０を介して車輪８０に伝達される。

インバータ３０は、第１インバータ３０−１と、第２インバータ３０−２とを含む。第１インバータ３０−１および第２インバータ３０−２は、たとえば、三相分のスイッチング素子を含むブリッジ回路から成る。第１インバータ３０−１および第２インバータ３０−２は、電源装置２に対して互いに並列に接続される。そして、第１インバータ３０−１および第２インバータ３０−２は、電源装置２から供給される直流電力を交流電力に変換してそれぞれＭＧ４１およびＭＧ４２へ出力する。また、第１インバータ３０−１および第２インバータ３０−２は、それぞれＭＧ４１およびＭＧ４２が発電する交流電力を直流電力に変換して電源装置２へ出力する。インバータ３０は、ＥＣＵ１００からの制御信号Ｓ２に応じてスイッチング動作を行なうことにより、ＭＧ４１およびＭＧ４２を駆動する。

電源装置２は、バッテリ１０と、切替装置１１と、コンバータ２０とを含む。
バッテリ１０は、複数の電池セルを直列に接続して構成される直流電源である。切替装置１１は、バッテリ１０に含まれる複数の電池セルのうちの、いずれの電池セルを用いて電力を供給するのかを切り替えるための装置である。

図２は、バッテリ１０および切替装置１１の構成の詳細を示す図である。
バッテリ１０は、Ｎｍａｘ個（Ｎｍａｘは２以上の整数）の電池モジュールＭが直列接続されて構成される。図２には、Ｎｍａｘ＝１６８とする例が示されている。各電池モジュールＭは、１つの電池セルで構成されてもよいし、複数の電池セルで構成されてもよい。

バッテリ１０は、各電池モジュールＭを個別に交換可能に構成される。本実施の形態では、後述するように、正極線ＰＬ１側から数えて第１番目から第Ｎｓｔｄ番目（ＮｓｔｄはＮｍａｘよりも小さい自然数）までの電池モジュールＭを同時に交換することを想定しているため、これらの電池モジュールＭについては一体的に交換可能に構成されていてもよい。なお、図２には、Ｎｓｔｄ＝７６とする例が示されている。

切替装置１１は、バッテリ１０と負極線ＮＬ１との間に設けられる。切替装置１１は、第Ｎｓｔｄ番目以降の各電池モジュールＭにそれぞれ対応する複数のリレーＲを備える。複数のリレーＲは、対応する電池モジュールＭの負極と負極線ＮＬ１との間にそれぞれ設けられる。切替装置１１は、ＥＣＵ１００からの制御信号Ｓ４に応じて、複数のリレーＲのうちのいずれか１つのリレーＲを閉じ他のリレーＲを開くように制御される。これにより、正極線ＰＬ１と負極線ＮＬ１との間に直列接続される電池モジュールＭの数（以下「モジュール接続数Ｎ」ともいう）は、Ｎｓｔｄ個からＮｍａｘ個までの間で１個単位で変更可能となる。すなわち、第１番目から第Ｎｓｔｄ番目までの合計Ｎｓｔｄ個の電池モジュールＭについてはバッテリ１０の出力に常時用いられるが、第（Ｎｓｔｄ＋１）番目以降の電池モジュールＭについては番号の小さいものがら順番に選択的にバッテリ１０の出力に用いられる。

なお、図２には、切替装置１１をリレーＲを用いて構成する例を示した、切替装置１１の構成はこれに限定されるものではない。たとえば、切替装置１１を半導体を用いて構成するようにしてもよい。

図１に戻って、コンバータ２０は、正極線ＰＬ１および負極線ＮＬ１を介してバッテリ１０に接続される。コンバータ２０は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬ１とを含む。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、主正極線ＭＰＬと主負極線ＭＮＬとの間に互いに直列に接続される。リアクトルＬ１は、環状のコア部と、コア部の外周に巻き付けられたコイルとによって構成される。ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に逆並列に接続される。

コンバータ２０は、ＥＣＵ１００からの制御信号Ｓ１に応じてスイッチング動作を行なうことによって、バッテリ１０の出力電圧をそれ以上の電圧に昇圧して主正極線ＭＰＬおよび主負極線ＭＮＬの間に出力する。

さらに、車両１は、電流センサ２４と、電圧センサ２５，２６とを備える。電流センサ２４は、バッテリ１０を流れる電流Ｉｂを検出する。電圧センサ２５は、バッテリ１０の出力電圧Ｖｂを検出する。電圧センサ２６は、コンバータ２０の出力電圧ＶＨを検出する。これらの各センサは、検出結果をＥＣＵ１００へ出力する。

ＥＣＵ１００は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）およびメモリを内蔵し、メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、所定の演算処理を実行するように構成される。

ＥＣＵ１００は、車速、運転者によるアクセル操作量などに基づいて車両１全体に要求される車両要求パワーＰを算出し、車両１の実パワーが車両要求パワーＰとなるように各制御信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を生成し、それぞれコンバータ２０、インバータ３０、エンジン５０、切替装置１１へ出力する。

さらに、ＥＣＵ１００は、診断装置３００と接続可能に構成される。以下では、診断装置３００が車両１の外部に設けられるものとして説明するが、診断装置３００は車両１の内部に設けられてもよい。

診断装置３００は、診断装置３００と車両１とが接続されると、ＥＣＵ１００との通信を行ない、バッテリ１０の各電池モジュールＭごとに劣化状態を把握して交換の要否を診断する（以下、この診断を「個別モジュール診断」という）。

ところで、車両１においては、バッテリ１０の劣化を抑制しその寿命を長期化させるため、バッテリ１０の出力が制限される。具体的には、ＥＣＵ１００によって、バッテリ１０の温度などに応じてバッテリ１０の出力制限値Ｗｏｕｔが設定され、バッテリ１０の実出力電力Ｐｂが出力制限値Ｗｏｕｔ未満となるようにコンバータ２０やインバータ３０が制御される。

しかしながら、車両１の状態によっては、バッテリ１０の出力制限によって車両要求パワーＰを満たすことができない場合が生じ得る。たとえば、エンジン５０の排気を浄化する触媒（図示せず）の暖機中は排気量の増大を抑制するためにエンジン５０の出力を制限する必要があるため、バッテリ１０の出力制限によってＭＧ４２の出力も制限されると車両要求パワーＰを満たすことができない場合が生じ得る。

このようにバッテリ１０の出力制限によって車両要求パワーＰを満たすことができない場合には、バッテリ１０の出力制限を一時的に緩和することで車両要求パワーＰを満たすことができる。しかしながら、バッテリ１０の全ての電池モジュールＭの出力制限を同時に緩和させると、全ての電池モジュールＭの寿命を低下させてしまうおそれがある。

そこで、本実施の形態に係るＥＣＵ１００は、車両要求パワーＰが出力制限値Ｗｏｕｔを超える場合、出力制限値Ｗｏｕｔを増加させてバッテリ１０の出力制限を緩和しつつ、出力制限緩和中のモジュール接続数Ｎ（出力制限が緩和される電池モジュールＭの数）を最大数Ｎｍａｘよりも少ない数とする。

図３は、バッテリ１０の出力制限および電池モジュールＭの接続に関する部分のＥＣＵ１００の機能ブロック図である。図３に示した各機能ブロックは、ハードウェアによって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

ＥＣＵ１００は、判定部１１０、接続制御部１２０、出力制限部１３０を備える。
判定部１１０は、車両要求パワーＰと定格電力Ｗｓｔｄとの比較、および車両要求パワーＰと最大電力Ｗｍａｘとの比較を行なう。ここで、定格電力Ｗｓｔｄとは、モジュール接続数Ｎを最大数Ｎｍａｘとした状態におけるバッテリ１０の定格出力（単位はワット）である。最大電力Ｗｍａｘとは、バッテリ１０の最大出力、すなわちモジュール接続数Ｎを最大数Ｎｍａｘとした状態でコンバータ２０による最大昇圧を行なった場合のバッテリ１０の出力電力（単位はワット）である。

接続制御部１２０は、判定部１１０による判定結果に応じて、モジュール接続数Ｎを可変制御する。

接続制御部１２０は、第１接続制御部１２０Ａ、第２接続制御部１２０Ｂを含む。
第１接続制御部１２０Ａは、車両要求パワーＰが定格電力Ｗｓｔｄよりも小さい場合、または、車両要求パワーＰが最大電力Ｗｍａｘよりも大きい場合、モジュール接続数Ｎ＝最大数Ｎｍａｘとする制御信号Ｓ４を生成し、切替装置１１に出力する。

第２接続制御部１２０Ｂは、車両要求パワーＰが定格電力Ｗｓｔｄと最大電力Ｗｍａｘとの間に含まれる場合、車両要求パワーＰを満たす最小モジュール数Ｎ１を算出する。

以下に、最小モジュール数Ｎ１の算出手法の一具体例を示す。Ｎｍａｘ＝１６８、１６８個分の電池モジュールＭの出力電圧＝２０１．６Ｖ、コンバータ２０の最大昇圧電圧ＶＨｍａｘ＝５００Ｖ、定格電力Ｗｓｔｄ＝１８ｋＷ、最大電力Ｗｍａｘ＝４０ｋＷ、車両要求パワーＰ＝２０ｋＷの場合を想定する。この場合、車両要求パワーＰ＝２０ｋＷを満たすためにはコンバータ２０の出力電圧ＶＨを（２０ｋＷ／４０ｋＷ）×５００Ｖ＝２５０Ｖに昇圧する必要がある。最大昇圧時（すなわち最大緩和時）の１個あたりの電池モジュールＭの電圧は５００Ｖ／１６８個＝２．９８Ｖであるから、車両要求パワーＰ＝２０ｋＷを満たす最小モジュール数Ｎ１は、２５０Ｖ／２．９８Ｖ＝８３．９個、つまり８４個となる。言い換えれば、最小モジュール数Ｎ１は、車両要求パワーＰ＝２０ｋＷを最大電力Ｗｍａｘ＝４０ｋＷで割った比率（＝Ｐ／Ｗｍａｘ）を、最大数Ｎｍａｘ＝１６８に乗じた数である。

ちなみに、定格電力Ｗｓｔｄ＝１８ｋＷを満たすためにはコンバータ２０の出力電圧ＶＨを（１８ｋＷ／４０ｋＷ）×５００Ｖ＝２２５Ｖに昇圧する必要があるため、定格電力Ｗｓｔｄ＝１８ｋＷを満たす最大緩和時の最小モジュール数は２２５Ｖ／２．９８Ｖ＝７５．６個、つまり７６個となる。したがって、定格電力Ｗｓｔｄ＝１８ｋＷである場合、コンバータ２０に常時接続されるモジュール数Ｎｓｔｄ＝７６とすることができる。上述の図２には、この例のようにＮｓｔｄ＝７６とする場合が示されている。

そして、第２接続制御部１２０Ｂは、モジュール接続数Ｎ＝最小モジュール数Ｎ１とする制御信号Ｓ４を生成し、切替装置１１に出力する。

さらに、第２接続制御部１２０Ｂは、バッテリ１０の使用状態（温度などの使用環境や総放電量などの使用履歴）に基づいて、出力制限が緩和されるモジュール数を追加する必要があるか否か（モジュール接続数Ｎを最小モジュール数Ｎ１よりも増やす必要があるか否か）を判定する。そして、第２接続制御部１２０Ｂは、出力制限が緩和されるモジュール数を追加する必要がある場合、モジュール接続数Ｎ＝最小モジュール数Ｎ１＋追加モジュール数ΔＮとする。

図４は、車両要求パワーＰを満たすモジュール接続数Ｎとモジュール１個あたりの電圧との関係を示す図である。モジュール接続数ＮをＮ１〜Ｎｍａｘの間に設定すれば車両要求パワーＰを満たすことが可能であるが、Ｎ＝Ｎ１の場合、モジュール１個あたりの電圧が最も高い電圧Ｖ１となるため、各電池モジュールＭの負担が大きくなり劣化しやすい。一方、Ｎ＝Ｎ１＋ΔＮの場合、モジュール１個あたりの電圧が電圧Ｖ１よりも低い電圧Ｖ２となるため、各電池モジュールＭの負担が軽減され劣化が抑制される。なお、Ｎ＝Ｎｍａｘとするとモジュール１個あたりの電圧が最も低い電圧Ｖ３となるが出力制限の緩和対象が全モジュールとなってしまうため、第２接続制御部１２０Ｂは、Ｎ＝Ｎｍａｘとなることを回避すべく追加モジュール数ΔＮを０＜ΔＮ＜Ｎｍａｘ−Ｎ１の範囲で設定する。

図３に戻って、出力制限部１３０について説明する。出力制限部１３０は、バッテリ１０の出力制限値Ｗｏｕｔを設定し、バッテリ１０の実出力電力Ｐｂが出力制限値Ｗｏｕｔを超えないようにコンバータ２０やインバータ３０を制御する。

出力制限部１３０は、第１出力制限部１３０Ａ、第２出力制限部１３０Ｂを含む。
第１出力制限部１３０Ａは、車両要求パワーＰが定格電力Ｗｓｔｄよりも小さい場合、出力制限値Ｗｏｕｔ＝定格電力Ｗｓｔｄとする。これにより実出力電力Ｐｂが定格電力Ｗｓｔｄ未満に制限される。

第２出力制限部１３０Ｂは、車両要求パワーＰが定格電力Ｗｓｔｄよりも大きい場合（Ｗｓｔｄ＜Ｐ＜Ｗｍａｘ、Ｐ＞Ｗｍａｘのいずれの場合も含む）、出力制限値Ｗｏｕｔ＝最大電力Ｗｍａｘ（＞Ｗｓｔｄ）とし、出力制限値Ｗｏｕｔ＝定格電力Ｗｓｔｄの場合に比べてバッテリ１０の出力制限を緩和する。この出力制限緩和の際、定格電力Ｗｓｔｄ＜車両要求パワーＰ＜最大電力Ｗｍａｘであれば、第２接続制御部１２０Ｂによってモジュール接続数Ｎが最大数Ｎｍａｘよりも少ない数とされている。すなわち、出力制限が緩和される電池モジュールＭの数が、車両要求パワーＰを満たす最小モジュール数Ｎ１に応じた数（Ｎ１、Ｎ１＋ΔＮのいずれか）とされる。したがって、車両要求パワーＰを満たしつつ、全ての電池モジュールＭの出力制限を同時に緩和させることを回避することができる。この点が本実施の形態の最も特徴的な点である。

そして、第１出力制限部１３０Ａおよび第２出力制限部１３０Ｂは、実出力電力Ｐｂが出力制限値Ｗｏｕｔ未満となるように制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成し、コンバータ２０やインバータ３０に出力する。なお、第１出力制限部１３０Ａおよび第２出力制限部１３０Ｂは、出力制限値Ｗｏｕｔをバッテリ１０の温度に応じて補正するようにしてもよい。

図５は、上述の機能を実現するためのＥＣＵ１００の処理手順を示すフローチャートである。図５に示すフローチャートは、車両１の走行中に所定サイクルで繰り返し実行される。なお、図５に示すフローチャートを、車両１の走行中かつエンジン５０の出力を制限する必要がある場合（たとえば触媒暖機中）に実行するようにしてもよい。

ステップ（以下、ステップを「Ｓ」と略す）１０にて、ＥＣＵ１００は、車両要求パワーＰが定格電力Ｗｓｔｄよりも大きいか否かを判断する。車両要求パワーＰ＜定格電力Ｗｓｔｄであると（Ｓ１０にてＮＯ）、モジュール接続数Ｎ＝Ｎｍａｘとすればバッテリ１０の出力制限の緩和およびコンバータ２０による昇圧は不要であるため、ＥＣＵ１００は、Ｓ１１にてモジュール接続数Ｎ＝最大数Ｎｍａｘとするとともに、Ｓ１２にて出力制限値Ｗｏｕｔ＝定格電力Ｗｓｔｄとしてバッテリ１０の出力制限を行なう。

一方、車両要求パワーＰ＞定格電力Ｗｓｔｄであると（Ｓ１０にてＹＥＳ）、処理はＳ２０に移される。

Ｓ２０にて、ＥＣＵ１００は、車両要求パワーＰが最大電力Ｗｍａｘよりも小さいか否かを判断する。

そして、車両要求パワーＰ＜最大電力Ｗｍａｘであると（Ｓ２０にてＹＥＳ）、モジュール接続数Ｎが最大数Ｎｍａｘよりも少なくてもバッテリ１０の出力制限の緩和およびコンバータ２０による昇圧によってユーザの要求に応えることが可能であるため、ＥＣＵ１００は、Ｓ３０にて、車両要求パワーＰを満たす最小モジュール数Ｎ１（Ｎｓｔｄ＜Ｎ１＜Ｎｍａｘ）を算出する。最小モジュール数Ｎ１の算出手法については既に説明したため、ここでの詳細な説明は繰り返さない。

さらに、Ｓ４０にて、ＥＣＵ１００は、バッテリ１０の使用状態に基づいて、出力制限が緩和されるモジュール数を追加する必要があるか否かを判定する。

出力制限が緩和されるモジュール数を追加する必要がない場合、ＥＣＵ１００は、Ｓ５０にて、モジュール接続数Ｎ＝最小モジュール数Ｎ１とする。

一方、出力制限が緩和されるモジュール数を追加する必要がある場合、ＥＣＵ１００は、Ｓ６０にて、モジュール接続数Ｎ＝最小モジュール数Ｎ１＋追加モジュール数ΔＮ（０＜ΔＮ＜Ｎｍａｘ−Ｎ１）とする。追加モジュール数ΔＮの設定手法については既に説明したため、ここでの詳細な説明は繰り返さない。

Ｓ７０にて、ＥＣＵ１００は、出力制限値Ｗｏｕｔ＝最大電力Ｗｍａｘ（＞定格電力Ｗｓｔｄ）としてバッテリ１０の出力制限を緩和する。

なお、車両要求パワーＰ＞最大電力Ｗｍａｘであると（Ｓ２０にてＮＯ）、バッテリ１０の最大出力を引き出すために、ＥＣＵ１００は、Ｓ２１にてモジュール接続数Ｎ＝最大数Ｎｍａｘとし、Ｓ２２にて出力制限値Ｗｏｕｔ＝最大電力Ｗｍａｘ（＞定格電力Ｗｓｔｄ）としてバッテリ１０の出力制限を緩和する。この際、不足するパワー（＝Ｐ−Ｗｍａｘ）をエンジン５０でアシストするようにしてもよい。

図６は、ＥＣＵ１００によって制御される出力制限値Ｗｏｕｔおよびモジュール接続数Ｎの変化を模式的に示した図である。

車両要求パワーＰが定格電力Ｗｓｔｄよりも小さい期間（時刻ｔ１前、時刻ｔ２後）は、モジュール接続数Ｎ＝最大数Ｎｍａｘとすればバッテリ１０の出力制限の緩和およびコンバータ２０による昇圧が不要であるため、出力制限値Ｗｏｕｔ＝定格電力Ｗｓｔｄ、モジュール接続数Ｎ＝最大数Ｎｍａｘとされる。

車両要求パワーＰが定格電力Ｗｓｔｄよりも大きい期間（時刻ｔ１〜ｔ２）は、仮に出力制限値Ｗｏｕｔ＝定格電力Ｗｓｔｄに維持するとＰ−Ｗｓｔｄに相当する電力エネルギが不足するため、出力制限値Ｗｏｕｔ＝最大電力Ｗｍａｘ（＞定格電力Ｗｓｔｄ）としてバッテリ１０の出力制限を緩和する。この出力制限の緩和により、実出力電力Ｐｂを車両要求パワーＰに追従させることができ、車両要求パワーＰを満たすことができる。

この出力制限の緩和中、モジュール接続数Ｎは、最大数Ｎｍａｘではなく、車両要求パワーＰに応じた最小モジュール数Ｎ１（あるいはＮ１＋ΔＮ）とされる。つまり、第１番目から第Ｎ１番目までのＮ１個の電池モジュールＭの出力制限は緩和されるが、第（Ｎ１＋１）番目から第Ｎｍａｘ番目までの（Ｎｍａｘ−Ｎ１）個の電池モジュールＭについてはコンバータ２０との接続が遮断され出力制限の緩和対象とはならない。これにより、全ての電池モジュールＭの出力制限を同時に緩和させることを回避することができる。そのため、バッテリ１０の全体の寿命を低下させてしまうことを抑制することができ、最終的には車両１の燃費低下を抑制できる。

さらに、本実施の形態においては、出力制限の緩和時に、第１番目から第Ｎｓｔｄ番目までの電池モジュールＭが優先的にコンバータ２０に接続され、第（Ｎｓｔｄ＋１）番目以降の電池モジュールＭについては番号の小さいものがら順番に車両要求パワーＰに応じて選択的にコンバータ２０に接続される。つまり、第１番目から第Ｎｓｔｄ番目までの特定の電池モジュールＭの出力制限緩和が優先的に行なわれ、残りの電池モジュールＭの出力制限緩和は番号の小さいものがら順番に選択的に行われる。このように、出力制限が緩和される電池モジュールＭに優先順位が設定されるため、劣化している電池モジュールＭを特定し易くなる。そのため、バッテリ１０が劣化した場合であっても、全モジュールを交換するのではなく、劣化した電池モジュール単位で交換することを容易に実現することが可能となる。

以下、電池モジュールＭの交換例について説明する。
図７は、バッテリ１０の劣化判定を行う場合のＥＣＵ１００の処理手順を示すフローチャートである。

Ｓ１００にて、ＥＣＵ１００は、バッテリ１０の使用状態（温度、使用時間、電流、電圧、電力など）をメモリに記憶する。

Ｓ１０１にて、ＥＣＵ１００は、メモリに記憶されたバッテリ１０の使用状態の履歴に基づいて、劣化評価値ｆを算出する。

Ｓ１０２にて、ＥＣＵ１００は、劣化評価値ｆが予め定められたしきい値Ａ０を超えたか否かを判断する。ｆ＜Ａ０であると（Ｓ１０２にてＮＯ）、この処理は終了される。

ｆ＞Ａ０であると（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、処理はＳ１０３に移される。
Ｓ１０３にて、ＥＣＵ１００は、バッテリ１０が劣化していると判定する。Ｓ１０４にて、ＥＣＵ１００は、インフォメーションパネル（図示せず）などの画面に、第１番目から第Ｎｓｔｄ番目までの電池モジュールＭを全て交換するように促すメッセージを表示させる。ユーザは、このメッセージに基づいて、劣化が最も進んでいる第１番目から第Ｎｓｔｄ番目までの電池モジュールＭを優先的に交換することが可能となる。

図８は、診断装置３００が個別モジュール診断を行なう場合の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、診断装置３００とＥＣＵ１００とが通信可能な状態になった場合に開始される。

Ｓ１５０にて、診断装置３００は、個別モジュール診断を行なって、各電池モジュールＭごとに劣化状態（寿命）を診断する。

Ｓ１５１にて、診断装置３００は、個別モジュール診断の結果に基づいて、交換が必要な電池モジュールＭを特定するメッセージをインフォメーションパネル（図示せず）などの画面に表示させる。ユーザは、このメッセージに基づいて、第（Ｎｓｔｄ＋１）番目以降の電池モジュールＭについても、どの電池モジュールＭを交換すべきかを特定することができるので、必要最小限のモジュールの交換が可能となる。

Ｓ１５２にて、診断装置３００は、継続使用する電池モジュールＭを、番号の小さいものから順に、番号の小さい位置に移し、残りの空いた位置に新設モジュールを設置することを促すメッセージをインフォメーションパネル（図示せず）などの画面に表示させる。ユーザは、このメッセージに基づいて、継続使用する電池モジュールＭを、出力制限が優先的に緩和される位置（番号の小さい位置）に配置することができる。そのため、無駄な電池モジュール交換が排除される。

以上のように、本実施の形態に従うＥＣＵ１００は、バッテリ１０の出力制限を緩和する際、可能な限り、モジュール接続数Ｎを最大数Ｎｍａｘよりも少ない最小モジュール数Ｎ１とする。これにより、全ての電池モジュールＭの出力制限を同時に緩和させることを回避することができる。そのため、バッテリ１０の全体の寿命を低下させてしまうことを抑制することができる。

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。

１ 車両、２ 電源装置、３ 駆動力発生装置、１０ バッテリ、１１ 切替装置、２０ コンバータ、２４ 電流センサ、２５，２６ 電圧センサ、３０ インバータ、３０−１ 第１インバータ、３０−２ 第２インバータ、５０ エンジン、６０ 動力分割機構、７０ 駆動軸、８０ 車輪、１００ ＥＣＵ、１１０ 判定部、１２０ 接続制御部、１２０Ａ 第１接続制御部、１２０Ｂ 第２接続制御部、１３０ 出力制限部、１３０Ａ 第１出力制限部、１３０Ｂ 第２出力制限部、３００ 診断装置、Ｄ１，Ｄ２ ダイオード、Ｌ１ リアクトル、Ｍ 電池モジュール、ＭＮＬ 主負極線、ＭＰＬ 主正極線、ＮＬ１ 負極線、ＰＬ１ 正極線、Ｑ１，Ｑ２ スイッチング素子、Ｒ リレー。

Claims (8)

1. 複数のセルを含んで構成され負荷に電力を供給するバッテリの出力制御装置であって、
   前記バッテリの出力制限を行なう制限部と、
   前記負荷に接続されるセルを切替える切替装置と、
   前記切替装置を制御する制御部とを備え、
   前記制限部は、所定条件が成立した場合に前記出力制限を緩和し、
   前記制御部は、前記出力制限の緩和中は前記複数のセルの全数よりも少ない数のセルを前記負荷に接続させるように前記切替装置を制御する、バッテリの出力制御装置。
2. 前記出力制限の緩和中に前記負荷に接続されるセルは、優先的に前記負荷に接続される特定のセルと、選択的に前記負荷に接続される前記特定のセル以外のセルとを含む、請求項１に記載のバッテリの出力制御装置。
3. 前記制限部は、前記バッテリの出力制限値を第１値から前記第１値よりも大きい第２値に増加させることによって前記出力制限を緩和し、
   前記制御部は、前記出力制限の緩和中、前記負荷に接続されるセルの数を、前記負荷に要求されるパワーを前記第２値で割った比率を前記複数のセルの全数に乗じた数に応じた数とする、請求項２に記載のバッテリの出力制御装置。
4. 前記第１値は前記バッテリの定格出力であり、前記第２値は前記バッテリの最大出力である、請求項３に記載のバッテリの出力制御装置。
5. 前記出力制御装置は、前記バッテリと前記負荷との間に設けられ、前記バッテリの電圧を前記バッテリの電圧以上の電圧に昇圧して前記負荷に供給するコンバータをさらに備え、
   前記バッテリの最大出力は、前記複数のセルの全数を前記負荷に接続した状態で前記コンバータによる最大昇圧を行なった時に前記バッテリから前記負荷に出力される電力である、請求項４に記載のバッテリの出力制御装置。
6. 前記所定条件は、前記負荷に要求されるパワーが前記定格出力よりも大きいという条件を含む、請求項４に記載のバッテリの出力制御装置。
7. 前記出力制御装置は、車両に搭載され、
   前記負荷は、前記車両の駆動力を発生する駆動装置を含む、請求項１に記載のバッテリの出力制御装置。
8. 前記所定条件は、前記車両に要求されるパワーが前記バッテリの定格出力よりも大きいという条件を含み、
   前記制限部は、前記所定条件の不成立時は前記バッテリの出力を前記定格出力未満に制限し、前記所定条件の成立時は前記バッテリの出力を前記バッテリの最大出力未満に制限し、
   前記制御部は、
   前記所定条件の不成立時は、前記複数のセルの全数を前記駆動装置に接続させ、
   前記所定条件の成立時は、前記車両に要求されるパワーが前記最大出力よりも小さいときは前記複数のセルの全数よりも少ない数のセルを前記駆動装置に接続させ、前記車両に要求されるパワーが前記最大出力よりも大きいときは前記複数のセルの全数を前記駆動装置に接続させる、請求項７に記載のバッテリの出力制御装置。

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