JP2013038831A - 電池制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電池を並列接続したときの電流を抑制すること。
【解決手段】車両用動力装置１は、電池制御装置１０を備える。車両用動力装置１は、複数の電池１３、１４を備える。これらの電池１３、１４は、その一部だけが電源装置１２から離脱する場合がある。例えば、電池１３、１４が一時的に異常となった後に正常に復帰した場合、または、電池１３、１４が交換された場合である。電池制御装置１０を構成する制御装置２１は、離脱電池と接続電池とを含む複数の電池１３、１４の充電状態ＳＯＣが平衡状態になるまで複数の電池１３、１４を並列接続せず、複数の電池１３、１４の充電状態ＳＯＣが平衡状態になると複数の電池１３、１４を並列接続する平衡制御手段２２を備える。これにより、複数の電池１３、１４が並列接続された直後に電池間に流れる電流が抑制される。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の電池の接続状態を制御する電池制御装置に関し、例えば、複数の電池パックを脱着可能に搭載した電動車両に設けることができる。

特許文献１、および特許文献２に開示されるように、車両に搭載された電池によって走行する電動車両が多く開発されている。このような電動車両には、電動機だけを動力源とする、いわゆる電気自動車と、電動機と内燃機関との両方を動力源とする、いわゆるハイブリッド車両とが含まれる。

特開平７−１１５７０８号公報 特開２０００−２５８５１３号公報

このような電動車両の登場により、大容量、高電圧の電池が車両に搭載されるようになった。電動車両においては、電池の容量、電池の利用効率が走行可能距離に直接的に影響するからである。従来、走行可能距離を延ばすための一つの手段として、並列接続された複数の電池を採用する手段が知られている。この場合、稼働中のひとつまたは複数の電池に、新たに電池を追加的に並列接続する事態が生じる。例えば、一部の電池だけに故障が発生し、その電池を並列接続群から切断し、離脱させた後に、故障状態が解消し、再び並列接続する場合である。また、一部の電池のみを新しいものに交換したい場合も想定される。しかし、複数の電池間の電位差が大きい場合、並列接続した直後に突入電流が発生するおそれがある。このため、電池を利用する一般的な装置においては、一部の電池のみの交換を禁止している。このため、１つの電池が故障しただけで、複数の電池の電位をそろえるために、すべての電池を交換する必要があった。

一方、突入電流の発生を回路の改良によって抑制する手段も知られている。例えば、電池間の回路に突入電流を抑えることのできる抵抗値の大きいリレーを設ける手法が考えられる。また、電池が接続された後にリレーをスイッチング制御することにより、突入電流を抑制することも考えられる。しかし、これらの構成では、接続後に複数の電池の電位が平衡するまで電流が流れるため、電力が浪費されるという問題点があった。また、リレー、抵抗器などの部品により回路の複雑化、コストアップを招くという問題点があった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の電池を並列接続したときの電流を抑制することができる電池制御装置を提供することである。

本発明の他の目的は、複数の電池を並列接続したときの電流を抑制することができる適切なタイミングにおいて複数の電池を並列接続することができる電池制御装置を提供することである。

本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明は、負荷（１１）へ給電することができる複数の電池（１３、１４）と、複数の電池を負荷に対して並列的に接続する並列回路（１５）と、複数の電池の少なくとも一部を並列回路に対して離脱、または接続する断続器（１６、１７）と、一部の電池が断続器によって並列回路から離脱させられ離脱電池となった後に、並列接続された複数の電池間に流れる電流が抑制される平衡条件が成立すると、断続器によって離脱電池を並列回路に接続する平衡制御手段（２２）とを備えることを特徴とする。

この構成によると、複数の電池が並列回路において並列接続され、負荷へ給電する場合がある。さらに、一部の電池が断続器によって並列回路から離脱させられ離脱電池となる場合がある。離脱電池が生じると、この離脱電池を含む複数の電池が並列接続されたときに、それら複数の電池の間に、過剰な電流が流れることがある。この過剰な電流を抑制するために、平衡制御手段は、並列接続された複数の電池間に流れる電流が抑制される平衡条件が成立するか否かを判定する。そして、平衡制御手段は、平衡条件が成立すると、断続器によって離脱電池を並列回路に接続する。この結果、離脱電池が生じた後に、その離脱電池が再び並列回路に組み入れられるときに、電池間に過剰な電流が流れることが抑制される。

請求項２に記載の発明は、平衡制御手段は、平衡条件が成立するか否かを判定する平衡判定手段（１５５）と、平衡判定手段によって平衡条件の成立が判定されると断続器を閉じる閉路手段（１５６）とを備えることを特徴とする。この構成によると、平衡条件の成立が判定された後に、断続器が閉じられ、離脱電池が他の電池と並列接続される。

請求項３に記載の発明は、平衡制御手段は、離脱電池を並列回路に接続可能か否かを判定する接続判定手段（１５３）を備え、接続判定手段により接続可能と判定されるとき、平衡判定手段による判定が実行されることを特徴とする。この構成によると、離脱電池が接続可能な場合にだけ、平衡条件が成立するか否かが判定される。このため、接続不能な離脱電池が並列回路に接続されることが回避される。

請求項４に記載の発明は、平衡制御手段は、さらに、一部の電池を並列回路から離脱させるべき離脱条件の成立を判定する離脱判定手段（１３１、１３２、１４１）と、離脱判定手段によって離脱条件の成立が判定されると、断続器によって一部の電池を並列回路から離脱させ、離脱電池とする離脱手段（１３３、１４２）とを備えることを特徴とする。この構成によると、自動的に一部の電池が離脱電池となる。その後、平衡制御手段によって離脱電池が再び並列回路に接続される。このため、自動的に離脱電池が発生した場合でも、その離脱電池を含む複数の電池の間に過剰な電流が流れることが抑制される。

請求項５に記載の発明は、離脱判定手段は、複数の電池が異常か正常かを診断する診断手段（１３１、１３２）を備え、離脱手段は、異常であると診断された電池を並列回路から離脱させ、離脱電池とし、接続判定手段は、異常であると診断された電池がないときに、離脱電池を並列回路に接続可能であると判定することを特徴とする。この構成によると、電池の異常が診断された場合に、その異常な電池が離脱電池とされる。この結果、異常な電池が使用され続けることが回避される。また、電池の異常状態が解消し、電池が正常であると診断されると、離脱電池が接続可能であると判定される。この結果、一時的な異常診断によって離脱させられた電池が自動的に再接続される。しかも、その再接続のときに、電池間に過剰な電流が流れることが抑制される。

請求項６に記載の発明は、離脱判定手段は、離脱条件として、一部の電池が交換されたことを判定し、離脱手段は、交換された電池を並列回路から離脱させ、離脱電池とし、接続判定手段は、一部の電池が交換された後に、離脱電池を並列回路に接続可能であると判定することを特徴とする。この構成によると、一部の電池が交換された場合に、その交換された電池が離脱電池とされる。この結果、交換された電池が、平衡条件が満たされないまま、交換前から継続して使用されている接続電池と並列接続されることが回避される。また、交換の直後から、離脱電池が接続可能であると判定される。この結果、一部の電池が交換された後は、平衡条件が成立すれば、交換された電池が並列回路に接続される。しかも、その接続のときに、電池間に過剰な電流が流れることが抑制される。

請求項７に記載の発明は、平衡制御手段は、離脱電池と並列接続されるべき接続電池の状態を、離脱電池の状態に向けてフィードバック制御によって接近させるフィードバック制御手段（１５４、１５１）を備えることを特徴とする。この構成によると、接続電池の状態が、離脱電池の状態に向けて接近するように積極的にフィードバック制御によって制御される。この結果、接続電池の状態と離脱電池の状態とが接近し、上記平衡条件が成立しやすくなる。

請求項８に記載の発明は、平衡制御手段は、離脱電池と並列接続されるべき接続電池の状態が、負荷への給電によって離脱電池の状態に向けて接近するように、接続電池と離脱電池とを入れ替える入替手段（２６１−２６７）を備えることを特徴とする。この構成によると、接続電池の状態が、その接続電池から負荷への給電に起因して、離脱電池の状態に向けて接近するように、接続電池と離脱電池とが入れ替えられる。例えば、接続電池の状態が負荷への給電により低下する場合、状態が高い電池を接続電池とし、状態が低い電池を離脱電池とするように入替が実行される。この結果、電力消費に伴う電池の状態の変化を利用して、平衡条件の成立を促すことができる。

請求項９に記載の発明は、平衡条件は、複数の電池の充電状態（ＳＯＣ）がほぼ等しいことであることを特徴とする。この構成によると、電池の状態を安定的に示すことができる充電状態（ＳＯＣ）を指標として、平衡条件の成立が判定される。このため、変動しやすい電圧に基づいて平衡条件を判定するよりも安定的な制御が可能となる。

なお、特許請求の範囲および上記手段の項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

本発明を適用した第１実施形態に係る電池制御装置を含む車両用動力装置を示すブロック図である。 第１実施形態の電池制御装置の自己診断制御を示すフローチャートである。 第１実施形態の電池制御装置の電池交換制御を示すフローチャートである。 第１実施形態の電池制御装置の電池接続制御を示すフローチャートである。 第１実施形態の電池制御装置による充電状態（ＳＯＣ）の変化を示すグラフである。 第１実施形態の電池制御装置による充電状態（ＳＯＣ）の変化を示すグラフである。 本発明を適用した第２実施形態に係る電池制御装置の電池接続制御を示すフローチャートである。 第２実施形態の電池制御装置による充電状態（ＳＯＣ）の変化を示すグラフである。 第２実施形態の電池制御装置による充電状態（ＳＯＣ）の変化を示すグラフである。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。また、後続の実施形態においては、先行する実施形態で説明した事項に対応する部分に百の位だけが異なる参照符号を付加することにより対応関係を示し、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
図１は、本発明を適用した第１実施形態に係る電池制御装置１０を含む車両用動力装置１を示すブロック図である。車両用動力装置１は、車両の走行用の動力を供給するための電動システム１１を備える。電動システム１１は、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、回転電機と、動力伝達装置、および車両の駆動輪を含むことができる。電動システム１１は、電気自動車の主たる動力装置として、または、ハイブリッド車両における内燃機関と並ぶ動力装置として車両に搭載されている。

車両用動力装置１は、電動システム１１に直流電力を供給する電源装置１２を備える。電源装置１２は、電動システム１１を負荷とする複数の電池１３、１４を備える。図中には、例示的に、最小構成である２つの電池１３、１４が図示されている。車両用動力装置１は、３つ以上の電池を備えることができる。電池１３、１４は、車両の走行用の動力源として機能することができる大容量、大電圧の二次電池である。電池１３、１４は、数百ボルトの電圧を供給するリチウムイオン電池によって提供することができる。電池１３、１４のそれぞれは、電池パックとも呼ばれ、ひとつのユニットとして取り扱い可能に構成されている。

複数の電池１３、１４は、電動システム１１に対して電気的に並列に位置付けられている。電源装置１２は、複数の電池１３、１４を電動システム１１に対して並列接続可能な並列回路１５を備える。電源装置１２は、複数の電池１３、１４のいずれかひとつだけを電源装置１２から離脱させ、電動システム１１に接続されている他の電池から独立させることが可能に構成されている。上記のような並列接続、および一部の電池の離脱を可能とするために、電源装置１２は、並列回路１５と、この並列回路１５に配置され回路接続を切換える手段としてのリレー１６、１７を備える。複数の電池１３、１４のそれぞれは、直列接続されたリレー１６、１７を備える。ひとつの電池１３（または１４）には、少なくともひとつのリレー１６（または１７）が直列接続されている。

リレー１６は、電池１３と電動システム１１との間の給電経路を開閉する。リレー１７は、電池１４と電動システム１１との間の給電経路を開閉する。複数のリレー１６、１７は、複数の電池１３、１４の少なくとも一部を並列回路１５に対して離脱、または並列回路１５に接続する断続器である。複数のリレー１６、１７が閉じられるとき、複数の電池１３、１４が電動システム１１に対して並列接続される。ひとつのリレー１６（または１７）が開かれるとき、そのリレー１６（または１７）とだけ直列接続された電池１３（または１４）は、電動システム１１に接続された他の電池１７（または１６）を含む電源装置から切り離される。したがって、電源装置１２は、複数の電池１３、１４を電動システム１１に対して並列的に接続した状態と、一部の電池だけを電動システム１１と接続されている他の電池から離脱させた状態とを選択的に提供することができる。さらに、電源装置１２は、離脱させる電池を選択的に切換えることができる。

車両用動力装置１は、電池制御装置１０の一部を構成する制御装置２１を備える。制御装置２１は、電動システム１１を制御する電動車両のための走行制御装置でもある。制御装置２１は、複数の電池１３、１４の状態を平衡させてから複数の電池１３、１４を電動システム１１に対して並列接続する平衡制御手段２２を備える。ここで、平衡状態は、複数の電池１３、１４が並列接続されても、それらの間に過大な電流が流れない状態を意味する。例えば、電池１３の電位と電池１４の電位とに電位差があると、それらが並列接続されたときに突入電流が流れる。このような突入電流が流れない状態が平衡状態である。平衡制御手段２２は、複数の電池１３、１４の状態が平衡状態になったときに、それら複数の電池１３、１４を並列接続する。言い換えると、平衡制御手段２２は、電動システム１１に接続されている一部の接続電池（稼働電池）から電動システム１１への給電を可能とする。さらに、平衡制御手段２２は、他の離脱電池（非稼働電池）が電動システム１１に対して接続可能である場合に、接続電池と離脱電池とが平衡状態になるまで待ち、平衡状態となってから接続電池と離脱電池とを電動システム１１に対して並列接続する。

制御装置２１は、図２、図３、および図４に図示されたフローチャートの処理を実行することにより平衡制御手段２２として機能する。制御装置２１は、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。記憶媒体は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムを格納している。記憶媒体は、メモリによって提供されうる。プログラムは、制御装置２１によって実行されることによって、制御装置２１をこの明細書に記載される装置として機能させ、この明細書に記載される制御方法を実行するように制御装置２１を機能させる。制御装置２１が提供する手段は、所定の機能を達成する機能的ブロック、またはモジュールとも呼ぶことができる。制御装置２１は、車両に搭載された低電圧の二次電池２３から給電されて作動する電子制御装置である。

車両用動力装置１は、複数の電池１３、１４の状態を検出するためのセンサ群２４−２７を備える。センサ群２４−２７により検出された信号は、制御装置２１に入力される。制御装置２１は、センサ群２４−２７からの信号に応じて制御を実行する。センサ群２４−２７は、電池１３の電圧を検出する電圧センサ２４、電池１３の電流を検出する電流センサ２５、電池１４の電圧を検出する電圧センサ２６、および電池１３の電流を検出する電流センサ２７を備えることができる。

さらに、車両用動力装置１は、その状態を診断するためのダイアグテスタ２８を備えることができる。ダイアグテスタ２８は、例えば、車両のサービス工場などに配備されており、必要に応じて車両用動力装置１に接続される。ダイアグテスタ２８は、車両の保守作業の際に、車両に接続される。ダイアグテスタ２８は、車両用動力装置１の作動状態、異常個所などを表示するとともに、車両用動力装置１の制御パラメータを設定することができる。例えば、この実施形態では、電池１３または電池１４が交換された後に、その交換された電池の状態を示す情報が、ダイアグテスタ２８によって制御装置２１に設定される。例えば、ダイアグテスタ２８によって、交換された電池の充電状態ＳＯＣ（State Of Charge）の初期値を設定することができる。

充電状態ＳＯＣは、電池に充電された電力量を反映するだけでなく、その内部抵抗値、劣化の進行度、機体ごとの差などを反映するように補正された値である。充電状態ＳＯＣは、種々の手法によって検出、または算出することができる。例えば、先行技術文献が開示する手法によって算出することができる。充電状態ＳＯＣは、電池の端子間電圧、すなわち電池の電位と一定の相関を持っている。複数の電池１３、１４が、同じ機種である場合、それらがもつ充電状態ＳＯＣと電位との相関関係は同じである。

充電量に差がある２つの電池が並列に接続されると、充電量の多い電池から充電量の少ない電池に向かって充電量が平衡状態となるように電流が流れる。電位差が大きい場合、電池間に流れる電流が過剰に大きくなり、突入電流と呼べる水準に到達する。このような過剰な電流を抑制するためには、並列接続された複数の電池間に流れる電流が抑制される平衡条件が成立したときに複数の電池を並列接続すればよい。例えば、複数の電池の充電量が充分に等しいとき、つまり電位差が充分に小さいときにそれらの複数の電池を並列接続すればよい。しかし、計測された電圧は、回路の制御状態により大きく変化する。このため、電池の真の電位を計測することは困難である。これに対して、充電状態ＳＯＣは、電池の容量、回路の制御状態、入出力電流の影響を排除した指標である。このため、充電状態ＳＯＣは、並列接続されるべき複数の電池が平衡状態に到達したことを判定するための指標として好適である。そこで、平衡制御手段２２は、充電状態ＳＯＣを指標として利用する。

平衡制御手段２２は、一部の電池がリレー１６、１７によって並列回路１５から離脱させられ離脱電池となった後に、上記平衡条件が成立すると、リレー１６、１７によって離脱電池を並列回路１５に接続する。平衡制御手段２２は、並列接続されようとする複数の電池の充電量の差が所定値を下回ったことを、それらの電池の充電状態ＳＯＣの差が所定値を下回ったことにより判定する。すなわち、平衡制御手段２２は、複数の電池の充電状態（ＳＯＣ）がほぼ等しいことを平衡条件として採用している。平衡制御手段２２は、その判定に応答して、それらの電池を並列接続することにより、突入電流を抑制する。

図２は、第１実施形態の電池制御装置１０の自己診断制御１３０を示すフローチャートである。自己診断制御１３０は、所定間隔で繰り返して実行される。

ステップ１３１では、電源装置１２に含まれる複数の電池１３、１４の状態を診断する。ステップ１３２では、異常と診断された電池があるか否かを判定する。異常電池がある場合、ステップ１３３へ進む。ステップ１３３では、異常であると診断された電池だけに直列接続されたリレーを開く。ステップ１３３により、異常電池は電源装置１２から離脱する。ステップ１３４では、異常電池の充電状態ＳＯＣを記録する。異常電池の充電状態ＳＯＣ（ｆａｉｌ）は、離脱させられた電池、すなわち離脱電池の充電状態Ｓｂとして記録される。ステップ１３２において異常電池がないと判定されると、ステップ１３５へ進む。ステップ１３５では、離脱電池がある場合にその再接続を許可する。

ステップ１３１、および１３２の処理により、一部の電池を並列回路１５から離脱させるべき離脱条件の成立を判定する離脱判定手段が提供される。ステップ１３１は、複数の電池が異常か正常かを診断する診断手段を提供する。ここでは、離脱条件として、診断手段の診断が利用される。ステップ１３３の処理により、複数の電池１３、１４のいずれかが異常状態になると、その異常な電池を並列回路１５から離脱させ、離脱電池とする離脱手段が提供される。さらに、ステップ１３１、１３２、および１３５の処理により、異常電池が正常状態に復帰した場合に、その復帰した電池の再接続を許可する許可手段が提供される。

図３は、第１実施形態の電池制御装置１０の電池交換制御１４０を示すフローチャートである。電池交換制御１４０は、電池を交換する作業に応答して、または所定間隔で繰り返して実行される。

ステップ１４１では、電源装置１２に含まれる複数の電池１３、１４のいずれかが交換されたか否かを判定する。電池の交換は、電池と電源装置１２との接続の切断を検出することにより、またはダイアグテスタ２８からの設定により判定することができる。電池が交換された場合、ステップ１４２へ進む。ステップ１４２では、交換された電池だけに直列接続されたリレーを開く。ステップ１４２により、交換された電池は電源装置１２から離脱された状態に置かれる。ステップ１４２の処理は、ステップ１４１の前において、電池を交換する作業者によって手動的に実現されてもよい。ステップ１４３では、交換された電池の充電状態ＳＯＣを記録する。ここで、交換された電池は、新品電池の場合と、使用済み電池の場合とがある。交換された電池の充電状態ＳＯＣ（ｒｅｐｌ）は、離脱している電池、すなわち離脱電池の充電状態Ｓｂとして記録される。ここで、交換された電池の充電状態ＳＯＣ（ｒｅｐｌ）は、種々の手法によって設定することができる。例えば、制御装置２１によって、交換された電池の充電状態ＳＯＣを計測し、この初期計測値を交換電池の充電状態ＳＯＣ（ｒｅｐｌ）として利用することができる。また、ダイアグテスタ２８から交換電池の充電状態ＳＯＣを設定し、この設定値を交換電池の充電状態ＳＯＣ（ｒｅｐｌ）として利用することができる。また、制御装置２１に予め設定された固定の設定値を交換電池の充電状態ＳＯＣ（ｒｅｐｌ）として利用することができる。ステップ１４１において電池の交換がないと判定されると、処理を終了する。

ステップ１４１の処理により、一部の電池を並列回路１５から離脱させるべき離脱条件の成立を判定する離脱判定手段が提供される。ここでは、離脱条件として、一部の電池が交換されたことが判定される。ステップ１４１、および１４２の処理により、複数の電池１３、１４のいずれかが交換されると、その交換された電池を電源装置１２から離脱させる離脱手段が提供される。さらに、ステップ１４４の処理により、交換された電池の再接続を許可する許可手段が提供される。

図４は、第１実施形態の電池制御装置１０の電池接続制御１５０を示すフローチャートである。電池接続制御１５０は、ハイブリッド車両における制御を示している。すなわち、車両に搭載された内燃機関によって発電機が駆動され、電池１３、１４を充電可能な場合を示している。電池接続制御１５０は、所定間隔で繰り返して実行される。

ステップ１５１では、電源装置１２に含まれる複数の電池１３、１４の充電状態ＳＯＣが目標Ｓｒにフィードバック制御される。ここでは、複数の電池１３、１４の充電状態ＳＯＣが上限値と下限値との間に維持されるようにハイブリッド車両の発電機が制御される。

ステップ１５２では、電源装置１２に含まれる一部の電池が切断中か否かを判定する。例えば、自己診断制御１３０によって、異常であると診断された電池が離脱させられている場合、または、電池交換制御１４０によって、交換された電池が離脱させられている場合に、ステップ１５２からＹＥＳに分岐する。すべての電池が並列接続され、稼働中である場合、ステップ１５２からＮＯに分岐し、処理を終了する。

ステップ１５３では、離脱させられている電池の再接続が可能か否かを判定する。例えば、自己診断制御１３０において、再接続が許可された場合、または、電池交換制御１４０によって、再接続が許可された場合に、ステップ１５３からＹＥＳに分岐する。電池の再接続が許可されていない場合、ステップ１５３からＮＯに分岐し、処理を終了する。ステップ１５３の処理は、離脱電池を並列回路１５に接続可能か否かを判定する接続判定手段を提供する。この手段は、異常であると診断された電池がないときに、離脱電池を並列回路１５に接続可能であると判定する。また、この手段は、一部の電池が交換された後に、離脱電池、すなわち交換電池を並列回路１５に接続可能であると判定する。

ステップ１５４では、複数の電池１３、１４の充電状態ＳＯＣを平衡させるための積極的な平衡制御のための目標値である目標Ｓｒを設定する。ここでは、離脱電池の充電状態Ｓｂに基づいて目標Ｓｒが設定される。目標Ｓｒは、充電状態Ｓｂの不可避の変動分を考慮して設定される。ここでは、充電状態Ｓｂの低下分Ｓｅが考慮される。目標Ｓｒは、Ｓｒ＝Ｓｂ−Ｓｅによって設定することができる。ここで、低下分Ｓｅは、一定の値とすることもできる。また、低下分Ｓｅは、離脱電池の離脱時間の増加に応じて、比例的に増加するように設定してもよい。

ステップ１５４において目標Ｓｒが設定されることにより、次回のステップ１５１の実行時には、電源装置１２において接続され稼働している稼働電池の充電状態ＳＯＣが目標Ｓｒ、すなわちＳｂ−Ｓｅに向けてフィードバック制御される。この結果、稼働電池の充電状態ＳＯＣが目標Ｓｒに向けて積極的に調節される。言い換えると、複数の電池の充電状態ＳＯＣが。平衡状態Ｓｒに向けて積極的に制御される。

ステップ１５５では、複数の電池１３、１４が平衡状態に到達したか否かを判定する。具体的には、稼働電池の充電状態Ｓａが、目標Ｓｒに到達したか否かを判定する。ここでは、充電状態Ｓａと目標Ｓｒとの差が所定範囲内に到達したことが判定される。すなわち、充電状態Ｓａと目標Ｓｒとの差の絶対値｜Ｓａ−Ｓｒ｜が、所定の閾値Ｓｔを下回っているか否かを判定する。充電状態Ｓａが目標Ｓｒに到達すると、ステップ１５６に進む。充電状態Ｓａが目標Ｓｒに到達していない場合、ステップ１５５からＮＯに分岐し、処理を終了する。この場合、ステップ１５１の処理が再度実行され、稼働電池の充電状態ＳＯＣが目標Ｓｒに向けて制御される。

ステップ１５６では、離脱電池にだけ直列接続されたリレーを再び閉じる。これにより、離脱電池が再接続される。言い換えると、切断されることによって非稼働であった非稼働電池が、再接続によって電動システム１１に給電可能な状態となり、稼働電池となる。ステップ１５７では、目標Ｓｒを、通常のフィードバック制御のための目標Ｓｆｂに再設定する。

ステップ１５２、１５３、１５５、および１５６の処理により、複数の電池１３、１４が平衡状態に到達してから、離脱電池を再接続する再接続手段が提供される。ステップ１５１およびステップ１５４により、接続電池の充電状態Ｓａを、離脱電池の充電状態Ｓｂに向けてフィードバック制御によって接近させるフィードバック制御手段が提供される。言い換えると、接続中の稼働電池の充電状態Ｓａを積極的に平衡状態である目標Ｓｒに接近するようにフィードバック制御するフィードバック制御手段が提供される。ステップ１５５の処理は、平衡条件が成立するか否かを判定する平衡判定手段を提供する。また、ステップ１５６の処理は、平衡判定手段によって平衡条件の成立が判定されると断続器を閉じる閉路手段を提供する。

図５は、第１実施形態の電池制御装置１０による充電状態（ＳＯＣ）の変化を示すグラフである。時刻ｔ１までの期間、すべての電池１３、１４が接続され、電動システム１１に給電している。この期間、すべての電池１３、１４の充電状態ＳＯＣは、目標Ｓｆｂに向けて制御されている。図示の状態では、電池１３、１４の充電状態ＳＯＣは、目標Ｓｆｂより高い値にある。時刻ｔ１において、いずれかの電池に異常が発生すると、その異常電池にだけ直列接続されたリレーが開かれる。時刻ｔ１における離脱電池の充電状態ＳＯＣは、充電状態Ｓｂである。時刻ｔ１の後、離脱電池の充電状態ＳＯＣは、自然放電などによって徐々にゆっくりと低下してゆく。離脱電池の充電状態ＳＯＣの低下分は、低下分Ｓｅによって示される。一方、接続されている接続電池の充電状態ＳＯＣは、電源システム１１への給電と、電源システム１１からの充電とによって変動しながら推移してゆく。

やがて、時刻ｔ２において、離脱電池の異常状態が何らかの理由によって解消すると、離脱電池の接続許可が判定される。しかし、平衡制御手段２２によって、離脱電池はすぐに接続されない。時刻ｔ２の後、目標Ｓｒが設定される。この結果、接続電池の充電状態Ｓａは、目標Ｓｒに向けてフィードバック制御され、徐々に接近してゆく。時刻ｔ３において、接続電池の充電状態Ｓａが目標Ｓｒに到達すると、離脱電池が接続される。したがって、時刻ｔ１から時刻ｔ３の間にわたって一部の電池が非稼働とされる。時刻ｔ１と時刻ｔ３との間の期間のうち、時刻ｔ２と時刻ｔ３との間の期間において、並列接続されるべき電池を平衡状態にするための平衡制御が実行されている。時刻ｔ３の後は、それまで離脱していた離脱電池が接続されるから、すべての電池が稼働状態となる。

図６は、第１実施形態の電池制御装置１０による充電状態（ＳＯＣ）の変化を示すグラフである。時刻ｔ１までの期間、すべての電池１３、１４が接続され、電動システム１１に給電している。この期間、すべての電池１３、１４の充電状態ＳＯＣは、目標Ｓｆｂに向けて制御されている。図示の状態では、電池１３、１４の充電状態ＳＯＣは、目標Ｓｆｂより高い値にある。時刻ｔ１において、いずれかの電池が交換されると、その交換電池にだけ直列接続されたリレーが開かれ、その開放状態が維持される。この結果、交換電池は、車両に搭載されるが、依然として離脱電池のままで維持される。さらに、電池の交換と同時に、その交換電池の接続許可が設定される。しかし、平衡制御手段２２によって、離脱電池はすぐに接続されない。時刻ｔ１における交換電池の充電状態ＳＯＣは、充電状態Ｓｂである。時刻ｔ１の後、交換電池の充電状態ＳＯＣは、自然放電などによって徐々にゆっくりと低下してゆく。交換電池の充電状態ＳＯＣの低下分は、低下分Ｓｅによって示される。一方、接続されている接続電池の充電状態ＳＯＣは、電源システム１１への給電と、電源システム１１からの充電とによって変動しながら推移してゆく。時刻ｔ１の後、目標Ｓｒが設定される。この結果、接続電池の充電状態Ｓａは、目標Ｓｒに向けてフィードバック制御され、徐々に接近してゆく。

時刻ｔ２において、接続電池の充電状態Ｓａが目標Ｓｒに到達すると、離脱電池が接続される。したがって、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間にわたって一部の電池が非稼働とされる。時刻ｔ１と時刻ｔ２との間の期間において、並列接続されるべき電池を平衡状態にするための平衡制御が実行されている。時刻ｔ２の後は、それまで離脱していた離脱電池が接続されるから、すべての電池が稼働状態となる。

以上に述べたように、この実施形態によると、一部の電池が離脱している場合、平衡制御手段２２は、並列接続されるべき電池が平衡状態となってから、それらの電池を並列接続する。このため、並列接続された電池の間に過剰な電流が流れることが抑制される。

（第２実施形態）
図７は、本発明を適用した第２実施形態に係る電池制御装置１０の電池接続制御２５０を示すフローチャートである。この実施形態の電池制御装置１０は、車両用動力装置１の一部である。この実施形態の車両用動力装置１は、先行する実施形態と同じ構成を備える。この実施形態の電池制御装置１０も、先行する実施形態の自己診断制御１３０と電池交換制御１４０とを実行する。この実施形態では、先行する実施形態の電池接続制御１５０に代えて、電池接続制御２５０が実行される。

電池接続制御２５０は、電気自動車における制御を示している。すなわち、内燃機関式発電機を備えることなく、もっぱら車両の外部から電池１３、１４を充電可能な場合を示している。したがって、電池１３、１４の充電状態ＳＯＣは、車両制動時の回生電力による充電により上昇することはあるが、車両が運行されている期間には、ほぼ一様に減少してゆく。電池接続制御２５０は、所定間隔で繰り返して実行される。

ステップ１５２−１５６は、先行する実施形態と同じ処理である。ステップ２６１では、接続電池の充電状態Ｓａが離脱電池の充電状態Ｓｂ以上であるか否かを判定する。接続電池は電動システム１１に給電中の稼働電池である。一方、離脱電池は、電動システム１１に給電しない非稼働電池である。この非稼働電池の充電状態Ｓｂは、自然放電などによって徐々にゆっくりと低下するだけである。一方、稼働電池は電動システム１１に給電するから、その充電状態ＳＯＣは比較的急速に低下する。電気自動車の場合、車両が運行されている期間中に電池の充電状態ＳＯＣが大幅に上昇することは期待できない。よって、並列接続されるべき複数の電池を平衡状態にするためには、充電状態ＳＯＣが高いほうの電池を接続電池とし、充電状態ＳＯＣが低いほうの電池を離脱電池として、車両を運行させ、接続電池の充電状態Ｓａが、離脱電池の充電状態ＳＯＣにまで低下するのを待つ必要がある。そこで、ステップ２６１では、接続電池と離脱電池との入れ替えが必要か否かを判定している。接続電池と離脱電池との入れ替えが必要である場合、ＮＯに分岐し、ステップ２６２に進む。ステップ２６２以下では、接続電池と離脱電池とを自動的に入れ替える入替処理が実行される。電池の入れ替えが不要である場合、ステップ１５４へ進む。

ステップ２６２では、電池の入れ替えを促進すべき条件が満たされているか否かを判定する。電池１３、１４は、電動システム１１に給電するから、その電池の入替は、車両の運行に影響を与えないタイミングにおいて実行する必要がある。例えば、車両が完全に停車しているときに電池を入れ替えることが望ましい。ところが、そのような入替条件が満たされるまでに長い期間を要する場合がある。しかし、一部の電池を離脱電池としている期間が長くなると、車両の走行可能距離が短くなるといった弊害が生じる。そこで、一定の入替促進条件が満たされると、入れ替えを促進する処理を実行する。この実施形態では、入替促進条件として、例えば、接続電池だけによる走行可能距離が所定の閾値を下回ったことが判定される。また、入替促進処理は、ステップ２６３において提供される。ステップ２６３では、入替条件が満たされるための車両の操作を行うように車両の利用者にアドバイスを提供する。例えば、車両を一時的に停車させることを勧める表示が車両の表示装置に表示される。

ステップ２６４では、入替条件が満たされたか否かを判定する。ここでは、稼働電池と非稼働電池とを入れ替えても車両の運行に影響を与えないか否かを判定する。例えば、車両が停車状態にあり、稼働電池に電流が流れていないか否かが判定される。車両が停車状態にあり、かつ稼働電池に電流が流れていないことが判定されると、ステップ２６５へ進む。

ステップ２６５とステップ２６６では、稼働電池と非稼働電池とを入れ替えるためのリレー１６、１７の入替制御が実行される。ステップ２６５では、充電状態ＳＯＣが低いほうの電池、すなわち稼働電池（接続電池）にだけ直列接続されたリレーを開く。ステップ２６６では、充電状態ＳＯＣが高いほうの電池、すなわち非稼働電池（離脱電池）にだけ直列接続されたリレーを閉じる。これにより、離脱電池と接続電池とが入れ替えられる。

ステップ２６７では、ステップ２６５によって新たに離脱させられた離脱電池の充電状態ＳＯＣを記録する。ステップ２６５によって切断された電池の充電状態ＳＯＣ（ｓｈｕｔ）は、離脱電池の充電状態Ｓｂとして記録される。この後、ステップ１５４へ進み、先行する実施形態と同様の処理を実行する。

ステップ１５２、１５３、１５５、および１５６の処理により、複数の電池１３、１４が平衡状態に到達してから、離脱電池を再接続する再接続手段が提供される。ステップ２６１からステップ２６７の処理により、離脱電池と接続電池とを入れ替えることにより、充電状態が高い電池を接続電池とし、充電状態が低い電池を離脱電池とする入替手段が提供される。また、ステップ２６１からステップ２６７の処理により、電力消費によって低下する電池の充電状態の変化傾向を利用して、接続中の稼働電池の充電状態ＳＯＣが平衡状態である目標Ｓｒに接近するのを待つ待機制御手段が提供される。ステップ２６１からステップ２６７の処理は、離脱電池と並列接続されるべき接続電池の状態が、負荷への給電によって離脱電池の状態に向けて接近するように、接続電池と離脱電池とを入れ替える入替手段を提供する。言い換えると、充電状態ＳＯＣが高い電池を接続電池とし、充電状態ＳＯＣが低い電池を離脱電池とするように入替が実行される。この結果、電力消費に伴う充電状態ＳＯＣの変化を利用して、平衡条件の成立を促すことができる。

図８は、第２実施形態の電池制御装置１０による充電状態（ＳＯＣ）の変化を示すグラフである。時刻ｔ１までの期間、すべての電池１３、１４が接続され、電動システム１１に給電している。時刻ｔ１において、いずれかの電池に異常が発生すると、その異常電池にだけ直列接続されたリレーが開かれる。時刻ｔ１における離脱電池の充電状態ＳＯＣは、充電状態Ｓｂである。時刻ｔ１の後、離脱電池の充電状態ＳＯＣは、自然放電などによって徐々にゆっくりと低下してゆく。一方、接続されている接続電池の充電状態ＳＯＣは、電源システム１１への給電と、電源システム１１からの回生充電とによって変動しながら低下してゆく。

やがて、時刻ｔ２において、離脱電池の異常状態が何らかの理由によって解消すると、離脱電池の接続許可が判定される。しかし、平衡制御手段２２によって、離脱電池はすぐに接続されない。また、時刻ｔ１と時刻ｔ２との間における接続電池から電動システム１１への給電によって、接続電池の充電状態Ｓａは、離脱電池の充電状態Ｓｂを大きく下回っている。よって、入替処理が実行される。この結果、離脱電池と接続電池とが入れ替えられる。時刻ｔ２の後も、離脱電池の充電状態ＳＯＣは、自然放電などによって徐々にゆっくりと低下してゆく。離脱電池の充電状態ＳＯＣの低下分は、低下分Ｓｅによって示される。時刻ｔ２の後、目標Ｓｒが設定される。一方、接続電池の充電状態ＳＯＣは、電源システム１１への給電と、電源システム１１からの回生充電とによって変動しながら低下してゆく。この結果、接続電池の充電状態Ｓａは、目標Ｓｒに向けて徐々に接近してゆく。

時刻ｔ３において、接続電池の充電状態Ｓａが目標Ｓｒに到達すると、離脱電池が接続される。したがって、時刻ｔ１から時刻ｔ３の間にわたって一部の電池が非稼働とされる。時刻ｔ１と時刻ｔ３との間の期間のうち、時刻ｔ２と時刻ｔ３との間の期間において、並列接続されるべき電池を平衡状態にするための平衡制御が実行されている。時刻ｔ３の後は、それまで離脱していた離脱電池が接続されるから、すべての電池が稼働状態となる。

図９は、第２実施形態の電池制御装置による充電状態（ＳＯＣ）の変化を示すグラフである。時刻ｔ１までの期間、すべての電池１３、１４が接続され、電動システム１１に給電している。時刻ｔ１において、いずれかの電池が交換されると、その交換電池にだけ直列接続されたリレーが開かれ、その開放状態が維持される。この結果、交換電池は、車両に搭載されるが、依然として離脱電池のままで維持される。さらに、電池の交換と同時に、その交換電池の接続許可が設定される。しかし、平衡制御手段２２によって、離脱電池はすぐに接続されない。時刻ｔ１における交換電池の充電状態ＳＯＣは、充電状態Ｓｂである。時刻ｔ１の後、交換電池の充電状態ＳＯＣは、自然放電などによって徐々にゆっくりと低下してゆく。交換電池の充電状態ＳＯＣの低下分は、低下分Ｓｅによって示される。一方、接続されている接続電池の充電状態Ｓａは、電源システム１１への給電と、電源システム１１からの充電とによって変動しながら低下してゆく。時刻ｔ１の後、目標Ｓｒが設定される。この結果、接続電池の充電状態Ｓａは、目標Ｓｒに向けて徐々に接近してゆく。

図示の場合、交換電池の初期の充電状態Ｓｂが十分に低いから、時刻ｔ１の後に接続電池の充電状態Ｓａが離脱電池の充電状態Ｓｂを大きく下回ることはない。よって、入替処理は実行されない。

時刻ｔ２において、接続電池の充電状態Ｓａが目標Ｓｒに到達すると、離脱電池が接続される。したがって、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間にわたって一部の電池が非稼働とされる。時刻ｔ１と時刻ｔ２との間の期間において、並列接続されるべき電池を平衡状態にするための平衡制御が実行されている。時刻ｔ２の後は、それまで離脱していた離脱電池が接続されるから、すべての電池が稼働状態となる。

以上に述べたように、この実施形態によると、一部の電池が離脱している場合、平衡制御手段２２は、並列接続されるべき電池が平衡状態となってから、それらの電池を並列接続する。このため、並列接続された電池の間に過剰な電流が流れることが抑制される。

（他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

例えば、上記実施形態では、ひとつの電池１３（１４）にひとつのリレー１６（１７）を直列接続した。これに代えて、ひとつの電池１３（１４）を離脱させるために、ひとつの電池１３（１４）の正極側と負極側との両方にリレーを設けてもよい。

また、上記実施形態では、自己診断制御１３０と電池交換制御１４０とによって自動的に一部の電池が離脱電池となる構成を採用した。これに代えて、利用者の手動操作に応答して一部の電池が離脱電池となる構成を追加的に、または代替的に採用してもよい。

また、上記実施形態では、電池の状態を示す指標として充電状態ＳＯＣを採用した。これに代えて、所定の運転状態における電池の電圧を採用してもよい。また、電池の容量、電池の充電量、電池の充電容量、電池の蓄電量といった名称で呼ばれる指標を採用してもよい。

また、上記実施形態では、自己診断制御１３０と電池交換制御１４０とによって自動的に一部の電池が離脱電池となる構成を採用した。これに代えて、利用者の手動操作に応答して一部の電池が離脱電池となる構成を追加的に、または代替的に採用してもよい。

また、制御装置２１が提供する手段と機能は、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、制御装置をアナログ回路によって構成してもよい。

１ 車両用動力装置、 １０ 電池制御装置、 １１ 電動システム、 １２ 電源装置、 １３ 電池、 １４ 電池、 １５ 並列回路、 １６ リレー、 １７ リレー、 ２１ 制御装置、 ２２ 平衡制御手段、 ２３ 電池、 ２４ 電圧センサ、 ２５ 電流センサ、 ２６ 電圧センサ、 ２７ 電流センサ、 ２８ ダイアグテスタ。

Claims (9)

1. 負荷（１１）へ給電することができる複数の電池（１３、１４）と、
   複数の前記電池を前記負荷に対して並列的に接続する並列回路（１５）と、
   複数の前記電池の少なくとも一部を前記並列回路に対して離脱、または接続する断続器（１６、１７）と、
   一部の前記電池が前記断続器によって前記並列回路から離脱させられ離脱電池となった後に、並列接続された複数の前記電池間に流れる電流が抑制される平衡条件が成立すると、前記断続器によって前記離脱電池を前記並列回路に接続する平衡制御手段（２２）とを備えることを特徴とする電池制御装置。
2. 前記平衡制御手段は、
   前記平衡条件が成立するか否かを判定する平衡判定手段（１５５）と、
   前記平衡判定手段によって前記平衡条件の成立が判定されると前記断続器を閉じる閉路手段（１５６）とを備えることを特徴とする請求項１に記載の電池制御装置。
3. 前記平衡制御手段は、
   前記離脱電池を前記並列回路に接続可能か否かを判定する接続判定手段（１５３）を備え、
   前記接続判定手段により接続可能と判定されるとき、前記平衡判定手段による判定が実行されることを特徴とする請求項２に記載の電池制御装置。
4. 前記平衡制御手段は、さらに、
   一部の前記電池を前記並列回路から離脱させるべき離脱条件の成立を判定する離脱判定手段（１３１、１３２、１４１）と、
   前記離脱判定手段によって前記離脱条件の成立が判定されると、前記断続器によって一部の前記電池を前記並列回路から離脱させ、前記離脱電池とする離脱手段（１３３、１４２）とを備えることを特徴とする請求項３に記載の電池制御装置。
5. 前記離脱判定手段は、複数の前記電池が異常か正常かを診断する診断手段（１３１、１３２）を備え、
   前記離脱手段は、異常であると診断された前記電池を前記並列回路から離脱させ、前記離脱電池とし、
   前記接続判定手段は、異常であると診断された前記電池がないときに、前記離脱電池を前記並列回路に接続可能であると判定することを特徴とする請求項４に記載の電池制御装置。
6. 前記離脱判定手段は、前記離脱条件として、一部の前記電池が交換されたことを判定し、
   前記離脱手段は、交換された前記電池を前記並列回路から離脱させ、前記離脱電池とし、
   前記接続判定手段は、一部の前記電池が交換された後に、前記離脱電池を前記並列回路に接続可能であると判定することを特徴とする請求項４に記載の電池制御装置。
7. 前記平衡制御手段は、
   前記離脱電池と並列接続されるべき接続電池の状態を、前記離脱電池の状態に向けてフィードバック制御によって接近させるフィードバック制御手段（１５４、１５１）を備えることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の電池制御装置。
8. 前記平衡制御手段は、
   前記離脱電池と並列接続されるべき接続電池の状態が、前記負荷への給電によって前記離脱電池の状態に向けて接近するように、前記接続電池と前記離脱電池とを入れ替える入替手段（２６１−２６７）を備えることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の電池制御装置。
9. 前記平衡条件は、複数の前記電池の充電状態（ＳＯＣ）がほぼ等しいことであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の電池制御装置。

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