JP2014017997A - 車両の電池制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の電池制御装置に関し、満充電時の電圧のばらつきを抑制し、充電量の変化に対する電圧のばらつきの増大を抑制する。
【解決手段】外部電源から車載の組電池１３に充電する充電手段１４と、組電池１３に含まれる各セル９のうち、満充電時の電圧が最も低い最低セルを記憶する記憶手段１を備える。また、充電手段１４により充電が実施されていないときに、最低セルよりも高い電圧を持つセルを放電し、最低セルの電圧を目標として組電池の電圧を均等化する均等化手段４，５を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載される組電池の充放電を制御する電池制御装置に関する。

従来、複数の二次電池のセルを接続してなる組電池において、その運用中や充電時に各セルの電圧を均等化する技術が知られている。すなわち、セル電圧のばらつきを均して、組電池全体の電池容量を確保するものである。充電時にセル電圧を均等化することで、最も電圧の高いセルが上限電圧を超過するまでの間に、他セルへの充電量を増大させることが可能となる。同様に、電池の運用中でのセル電圧の均等化は、組電池全体で使用することができる電力を増大させることになり、すなわち、使用可能となる電池容量の低下を抑制することができる。

セル電圧を均等化する手法としては、おもに二種類の手法が挙げられる。第一の手法は、電圧が高いセルの電力を放電して降圧させ、他セルとの足並みを揃えるものである。例えば、充電電力を消費するための抵抗及びスイッチを各々のセルに対して並列に接続し、各スイッチの断接状態を制御することによって電圧を均等化するものがこれに該当する（特許文献１参照）。

一方、第二の手法は、電圧が高いセルから低いセルへと電力を分配するものである。例えば、互いに磁気結合された巻線と各々のセルとを断接自在に接続し、電磁誘導を利用して電圧の高いセルから電圧の低いセルへと電力を移送するものがこれに該当する（特許文献２参照）。何れの手法においても、各々のセルのうち高電圧のセルが特定され、そのセルの電圧を低下させることによって、組電池全体の電圧が均等化される。

特開2003-309931号公報 特開2006-166615号公報

ところで、従来のセル電圧の均等化制御では、制御の実施時における最低電圧のセルを基準とした均等化の操作が実施される。例えば、特許文献１の技術では、組電池の総電圧が目標電圧値以下であるときに電圧値の最も低い最低セルが特定され、この最低セルと他のセルとの電圧差に基づいて他のセルの放電時間が制御されている。また、特許文献２の技術においても、各セルの電圧が随時モニタされ、最大電圧と最小電圧との電圧差に基づいて電圧平衡回路の動作時間が制御されている。

しかしながら、二次電池の充放電特性には個体差があり、個々のセルの特性は一様には低下しない。つまり、充電量や充電率が変化すると、複数のセルのうち電圧が最低となるセルも変化する。したがって、例えば電池の運用中にセル電圧の均等化制御を実施した場合、制御時における最低電圧のセルが、組電池の充電後にも最低電圧のセルであるとは限らず、電圧のばらつきが却って増大する場合がある。

また、車両に搭載される組電池の運用形態は、車両の種類によって異なり、これが電圧のばらつきに影響を及ぼす場合がある。例えば、電気自動車では外部充電の頻度が比較的高いため、外部充電を実施する毎にセル電圧の均等化制御を並行して実施することが可能であり、電圧のばらつきが増大しにくい。また、外部電源の電力を利用して均等化制御が実施されるため、制御時間が長引いたとしても電力が不足することがなく、最適なセル電圧の状態を維持しやすい。

これに対して、プラグインハイブリッド自動車では、自らが発電した電力で組電池を充電可能であることから、電気自動車と比較して外部充電の頻度が低い。そのため、電気自動車のように外部充電時にセル電圧の均等化制御を実施しただけでは、制御の実施頻度が低くなり電圧のばらつきを十分に抑えることができない。一方、外部充電時以外に均等化制御を実施するとしても、その均等化制御で消費される電力を車両が自ら発電しなければならず、制御時間が長引くほど電力消費量が嵩むことになり、燃費や電費が低下してしまう。このように、従来のセル電圧の均等化制御では、車両の種類や組電池の運用形態の相違によって生じうるセル電圧のばらつきを適切に制御できないという課題がある。

本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑み創案されたもので、満充電時の電圧のばらつきを抑制し、充電量の変化に対する電圧のばらつきの増大を抑制することができるようにした、車両の電池制御装置を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置づけることができる。

（１）ここで開示する車両の電池制御装置は、外部電源から車載の組電池に充電する充電手段と、前記組電池に含まれる各セルのうち、満充電時の電圧が最も低い最低セルを記憶する記憶手段とを備える。また、この電池制御装置は、前記充電手段により充電が実施されていないときに、前記最低セルよりも高い電圧を持つセルを放電し、前記最低セルの電圧を目標として前記組電池の電圧を均等化する均等化手段を備える。

つまり、前記均等化手段は、各セルの電圧を均等化する時点で、前記最低セルの電圧が最も低い電圧でない場合であっても、前記最低セルの電圧を基準とした均等化を実施する。前記各セルの電圧の均等化は、例えば車両走行時や停止時、電池の負荷が小さい状態で実施することが好ましい。
なお、前記均等化手段による制御は、「均等化制御」,「電圧均等化制御」,「バランサー制御」等と呼ばれる制御である。また、ここでいう「均等化」とは、各セル（複数のセル）の電圧を均等化することを意味する。

（２）また、前記組電池の満充電時における各セルの最低電圧及び最高電圧の差に基づき、セル容量差を演算する演算手段と、前記均等化に係る消費電流と前記演算手段で演算された前記セル容量差とに基づき、前記均等化の累積実施時間の上限値を設定する設定手段とを備えことが好ましい。この場合、前記均等化手段が、前記設定手段で設定された前記上限値を超える前記均等化を禁止することが好ましい。

（３）また、前記設定手段が、前記組電池が満充電になる毎に前記上限値を再設定することが好ましい。つまり、前記上限値を超える前記均等化が禁止された状態であるときに前記組電池が満充電になると、設定内容をリセットして再び前記均等化を実施可能な状態とすることが好ましい。

（４）また、前記均等化手段が、前記組電池の充放電電流の絶対値が所定値未満であることを、前記均等化の実施条件の一つとすることが好ましい。つまり、前記組電池に作用する電気的負荷が比較的小さい場合にのみ、前記均等化を実施することが好ましい。

開示の車両の電池制御装置によれば、満充電時の電圧が最も低いセルの開放電圧を目標電圧として、その目標電圧よりも高い電圧を持つセルに放電させるバランサー制御を実施することで、各セルを再び満充電したときに生じうる電池容量のばらつきを小さくすることができる。つまり、最低セルよりも他のセルの電圧が低下した状態であっても、充電量の変化に対する電圧のばらつきの増大を抑制することができる。したがって、組電池全体として使用できる電池容量の減少を抑えることができる。

一実施形態に係る電池制御装置が適用された車両の構成を例示する側面図である。 図１の電池制御装置で実施されるバランサー制御に係る回路図及びブロック図である。 図１の組電池に含まれるセルの充放電特性を例示するグラフである。 図１の電池制御装置でのバランサー制御の実施手順を例示するフローチャートである。 図１の電池制御装置でのバランサー制御の内容を説明するためのグラフであり、（ａ）はセルの充放電特性を例示するグラフ、（ｂ）は車両走行時（非充電時）の各セルの電圧状態を例示するグラフ、（ｃ）はバランサー制御による電圧の均等化の様子を示すグラフ、（ｄ）は（ｃ）中の実線グラフを横軸方向に水平移動させて示すものである。 図１の電池制御装置でのバランサー制御の内容を説明するためのグラフであり、（ａ）は図５（ｄ）の満充電近傍でのグラフを拡大したもの、（ｂ）はバランサー制御の累積実施時間Tと電圧のばらつきの大きさとの関係を例示するグラフである。 （ａ）〜（ｄ）は、図１の電池制御装置のバランサー制御時における各セルの電圧状態を例示するグラフである。 図１の電池制御装置でのバランサー制御による、満充電時の電圧のばらつきの大きさを例示するグラフである。

図面を参照して車両の電池制御装置について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。

［１．装置構成］
本実施形態の車両の電池制御装置７は、図１に示す車両１０に適用される。この車両１０は、エンジン１１及びモーター１２を併用して車両を駆動するプラグインハイブリッド自動車である。車両１０の任意の位置には、モーター１２の電力源となるバッテリー１３が搭載される。

モーター１２は、バッテリー１３の電力を消費して車両１０を走行させる機能と、制動時や慣性走行時における車両１０の慣性を利用した発電によって電力を回生する機能とを兼ね備えたモーター・ジェネレーターである。これらの二種類の機能は、車両１０の走行状態に応じて適宜制御される。

バッテリー１３には、互いに接続された複数のバッテリーモジュールが内蔵される。バッテリーモジュールとは、多数のリチウムイオン二次電池のセル９を接続してなる組電池である。セル９間，バッテリーモジュール間の接続構造は任意であり、例えばバッテリー１３に要求される定格電圧や定格電流の値に応じて、直列や並列に、あるいはこれらを組み合わせて接続される。なお、バッテリーモジュールは、セル９を単位電池とした組電池であると捉えることができ、バッテリー１３は、セル９又はバッテリーモジュールを単位電池とした組電池であると捉えることができる。

バッテリー１３の充放電状態は、電池制御装置７で把握されて制御される。この電池制御装置７は、マイクロコンピュータで構成された電子制御ユニットであり、例えば周知のマイクロプロセッサやCPU，ROM，RAM等を集積したLSIデバイスや組み込み電子デバイスである。
本実施形態のバッテリー１３は、二種類の充電方式で充電可能とされる。第一の充電方式は外部電源から供給される電力の充電であり、第二の充電方式はモーター１２等での発電電力の充電である。これらのバッテリー１３の充電時には、自己放電特性のばらつきやセル容量のばらつきにより、電圧にばらつきが生じうる。そこで電池制御装置７は、バッテリー１３の各セル９の電圧を均等化するバランサー制御（均等化制御）を実施する。

車両１０の外表面には、充電ケーブル１５を接続するためのインレット１４（電力引き込み口，充電手段）が設けられる。充電ケーブル１５は、外部電源による充電時に図示しない車外給電装置と車両１０とを接続するものである。以下、外部電源によるバッテリー１３の充電のことを「外部充電」と呼ぶ。

外部充電時には、インレット１４に充電ケーブル１５を差し込むことで、外部電源と車両１０とが接続される。したがって、これらのインレット１４，充電ケーブル１５は、外部電源から車載のバッテリー１３に充電する充電手段として機能する。
なお、本実施形態では、おもに車両１０の走行中（車両１０の移動中だけでなく、一時停止中や停車中を含む非外部充電時）でのバランサー制御について詳述するが、このバランサー制御は外部充電時に実施することも可能である。

図２は、バランサー制御を実施するための電気回路構成を模式的に例示するものである。バッテリー１３に含まれる各セル９には、開放電圧を変更するためのバランサー８（均等化回路）が接続される。典型的なバランサー８は、各セル９の電極間を繋ぐ抵抗バイパス回路として形成される。それぞれのバランサー８には、各セル９の両電極間を接続する回路要素１６，抵抗要素１７，スイッチ要素１８及び電圧取得要素１９が設けられる。抵抗要素１７及びスイッチ要素１８は、回路要素１６上に直列に介装される。

抵抗要素１７は、各セル９に蓄電された電力を熱に変換して消費するものである。また、スイッチ要素１８は、各セル９の蓄電状態に応じて開閉されて、回路要素１６の通電状態を制御するものである。各スイッチ要素１８と電池制御装置７との間には、スイッチ要素１８の開閉状態（オン／オフ状態）を切り換えるための制御線２１が設けられる。

電圧取得要素１９は、各セル９の開放電圧（無負荷電圧）を検出するものである。開放電圧は、セル９に負荷が作用していない状態で、回路要素１６上の抵抗要素１７及びスイッチ要素１８を挟む二箇所で検出される電圧の差に相当する。以下、セル９の開放電圧のことを単に「電圧」とも呼ぶ。ここで検出された電圧の情報は、信号線２２を介して電池制御装置７に伝達される。

また、インレット１４と電池制御装置７との間には、充電ケーブル１５からインレット１４への給電状態に応じた情報を伝達する信号線２３が接続される。信号線２３を介して伝達される情報とは、例えばインレット１４への給電がなされているか否かに関する情報や、充電ケーブル１５がインレット１４に差し込まれているか否かに関する情報等である。電池制御装置７は、信号線２３を介して伝達される情報に基づいて、外部充電の実施中であるか否かを判断する。

［２．制御構成］
図２に示すように、電池制御装置７には、電圧記憶部１，演算部２，設定部３，条件判定部４及びバランサー制御部５が設けられる。これらの各要素は、電子回路（ハードウェア）によって実現してもよく、あるいはソフトウェアとしてプログラミングされたものとしてもよいし、あるいはこれらの機能のうちの一部をハードウェアとして設け、他部をソフトウェアとしたものであってもよい。

電圧記憶部１（記憶手段）は、複数の信号線２２から入力される各電圧の情報を、その信号線２２に対応するセル９の番号と関連付けて記憶するものである。図２では、各セル９に固有のセル番号#1，#2，…，#Nを付し、そのセル番号の添字を用いて各セル９の電圧情報をV₁，V₂，…，V_Nと表現している。電圧記憶部１は、各セル９の電圧情報をセル単位でリアルタイムに取得して記憶する。

また、電圧記憶部１は、外部電源によるバッテリー１３の充電が完了した満充電時に、電圧が最も低いセルを記憶する。例えば、満充電時に各セル９の電圧情報のうちV₁が最も小さい値であれば、電圧記憶部１はその電圧情報V₁に対応するセル番号#1を記憶する。以下、満充電時の電圧が最も低いセル９のことを「最低セル」と呼ぶ。最低セルのセル番号の情報は、外部充電によりバッテリー１３が再び満充電状態となるまでの間は、更新されることなく維持される。

演算部２（演算手段）は、二種類の演算を実施するものである。まず、外部充電の実施時には、充電が完了した満充電時における各セル９の最低電圧V_XMINと最高電圧V_XMAXとの電圧差ΔV_Xを演算し、この電圧差ΔV_Xに対応する満充電時の容量差ΔCを演算する。容量差ΔCは、電圧と電池容量との対応関係が表現された数式やマップ等から求められる。ここで演算された容量差ΔCの情報は、設定部３に伝達される。

また、外部充電の非実施時には、電圧記憶部１に記憶された最低セルの電圧をその時点の目標電圧V_TGTとして、その時点での最高電圧V_YMAXと目標電圧V_TGTとの電圧差ΔV_Yを演算する。目標電圧V_TGTは、満充電時に最も電圧の低かったセル９がその時点で持っている電圧であって、必ずしもその時点での最低電圧であるとは限らない。例えば、図３に示すように、各セル９の開放電圧と電池容量との関係をグラフ化して充放電特性を表現すると、破線及び一点鎖線で示す二本のグラフのように、同一容量での開放電圧の大小関係が容量に応じて逆転することがある。

ここで、破線及び一点鎖線の交点の電圧を交点電圧V_Zと呼べば、最低セルの電圧が交点電圧V_Zよりも低い状態では、同一容量で最低セル（一点鎖線の特性を持つセル）よりも電圧の低いセル（破線の特性を持つセル）が存在することになり、目標電圧V_TGTがその時点での最低電圧にはならない。特に、ハイブリッド自動車のバッテリー１３には、車両１０の走行時における目標容量（目標充電量）が50[%]前後に設定されるものがあり、図３に示すように、交点電圧V_Zよりも低い電圧の範囲で繰り返し運用されるセル９が存在しうる。このような運転領域においても、演算部２は最低セルの電圧を目標電圧V_TGTとして演算する。ここで演算された電圧差ΔV_Yの情報は、条件判定部４に伝達される。

設定部３（設定手段）は、バランサー８の作動電流Iと演算部２で演算された容量差ΔCに基づき、バランサー制御の許可時間T_MAXを設定するものである。バランサー８の作動電流Iとは、バランサー８のスイッチ要素１８をオンにしたときに抵抗要素１７に流れる電流である。また、許可時間T_MAXとは、バランサー８の駆動時間を累積したときの上限値であり、言い換えると、バランサー制御の累積実施時間Tの上限値である。この許可時間T_MAXは、例えば作動電流Iで容量差ΔCを除して求められる。ここで設定された許可時間T_MAXの情報は、バランサー制御部５に伝達される。

なお、容量差ΔCは、満充電時における各セル９の最低電圧V_XMINと最高電圧V_XMAXとの電圧差ΔV_Xに応じた値を持つ。そのため、バッテリー１３が外部充電によって再び満充電の状態になると、電圧差ΔV_Xが変化し、容量差ΔCも変化する。そこで、設定部３は、バッテリー１３が満充電の状態になって容量差ΔCの値が更新される度に、新たな許可時間T_MAXを再設定する。

条件判定部４は、バランサー８を作動させて各セル９の電圧を均等化する制御（バランサー制御）を実施するための条件を判定するものである。ここでは、以下の全ての条件が成立したときに、バランサー制御の実施条件が成立するものと判定される。一方、何れかの条件が不成立の場合には、バランサー制御の実施条件が成立しないものと判定される。これらの判定結果は、バランサー制御部５に伝達される。

条件１：車両１０が外部充電中でない
条件２：バッテリー１３の電気的負荷が小さい状態である
条件３：電圧差ΔV_Yが所定電圧差ΔV_THを超えている
条件４：バランサー制御の累積実施時間Tが許可時間T_MAX未満である

上記の条件１は、信号線２３を介してインレット１４から伝達される情報に基づいて判定される。また、上記の条件２は、バッテリー１３の使用中でないか、使用されているとしても単位時間あたりの充放電量が比較的小さい状態であることを確認するための条件である。なお、バッテリー１３の充放電量が比較的大きい状態（すなわち、バッテリー１３の電力が大量に消費されている状態や、回生発電量が大きい状態等）では、各セル９の開放電圧を正確に取得することが難しく、バランサー制御の精度を向上させにくい。一方、充放電量が比較的小さい状態（すなわち、エンジン１１のみで車両１０が走行している状態やバッテリー１３の電力がほとんど消費されていない走行状態、車両１０の停止状態等）では、各セル９の開放電圧が正確に取得されやすく、バランサー８の制御精度が向上する。

バッテリー１３の充放電量の算出手法は任意であり、バッテリー１３での電圧降下量や充放電電流に基づいて把握することが可能である。本実施形態では、バッテリー１３からの放電電流やバッテリー１３への充電電流の絶対値が所定電流値未満であることを以て、電気的負荷が小さい状態であると判定される。

上記の条件３は、演算部２で演算された電圧差ΔV_Yと所定電圧差ΔV_THとの大小関係を比較することによって判定される。所定電圧差ΔV_THの値は、バッテリー１３の特性や種類等に応じて予め設定される固定値としてもよいし、バッテリー１３の累積使用時間や充電率（各セル９の平均充電率，最低セルの充電率等）に基づいて設定される変数としてもよい。なお、図３に示すように、各セル９の電池容量が低下するほど、個々のセル９の充放電特性のばらつきに由来する電圧のばらつきが増大する傾向にある。

上記の条件４は、設定部３で設定された許可時間T_MAXと実測されたバランサー制御の累積実施時間Tとの大小関係を比較することによって判定される。累積実施時間Tは、続いて説明するバランサー制御部５でバランサー制御の実施中に累積的に計測される。この条件により、累積実施時間Tが許可時間T_MAXを超えるバランサー制御は、バランサー制御部５で禁止される。

バランサー制御部５（均等化手段）は、電圧記憶部１に記憶された最低セルの電圧を目標としてバランサー制御を実施するものである。つまり、ここで実施されるバランサー制御は、その時点での最低電圧が目標電圧V_TGTとされるのではなく、その時点での最低セルの電圧が目標電圧V_TGTとされる。したがって、図３に示すように、目標電圧V_TGTよりも低い電圧のセル９が存在する場合には、それらのセル９はバランサー制御の実施対象から除外される。言い換えると、その時点での最低セルの電圧よりも高い電圧を持つセル９のみが、バランサー制御の実施対象とされる。

バランサー制御部５は、条件判定部４でバランサー制御の実施条件が成立したものと判定されたときに、目標電圧V_TGTよりも高い電圧を持つセル９のスイッチ要素１８に対してオン信号を出力し、バランサー８を作動させる。バランサー制御部５は、目標電圧V_TGTよりも高い電圧を持つセル９を放電させることによって電池電圧を均等化する均等化手段として機能する。

また、バランサー制御部５は、バランサー８を作動させた累積実施時間Tを計測し、その情報を条件判定部４に伝達する。ここで計測された累積実施時間Tの情報は、上記の条件４の判定で用いられる。累積実施時間Tが許可時間T_MAXを超えると条件４が不成立となり、バランサー制御が禁止されることになる。なお、設定部３で新たな許可時間T_MAXが再設定される毎に、累積実施時間Tの計測値も0にリセットされる。したがって、累積実施時間Tは、外部充電が実施されてバッテリー１３が満充電の状態になる度にリセットされる。

［３．フローチャート］
図４は、電池制御装置７で実施されるバランサー制御の手順を例示するフローチャートである。このフローは、予め設定された所定周期（例えば、数十[ms]サイクル）で繰り返し実施される。なおここでは、外部充電の不実施時におけるバランサー制御を取り上げて説明するが、外部充電時にバランサー８を作動させることを妨げる意図はない。

ステップＡ１０では、複数の信号線２２から各セル９の開放電圧の情報が電池制御装置７に入力され、電圧記憶部１に記憶される。また、続くステップＡ２０では条件判定部４において、信号線２３を介してインレット１４から伝達される情報に基づき、外部充電中であるか否かが判定される。ここでの判定内容は、上記の条件１に対応する。ここで外部充電中である場合にはステップＡ３０に進み、外部充電中でない場合にはステップＡ９０に進む。

ステップＡ３０では、例えば電圧記憶部１や演算部２において、各セル９の電圧情報等に基づきバッテリー１３が満充電状態であるか否かが判定される。ここで、満充電状態であると判定された場合にはステップＡ４０に進み、電圧が最も低いセルが「最低セル」として記憶される。このとき、すでに別の最低セルが記憶されていた場合には、その内容が更新されて上書き保存される。また、続くステップＡ５０では、演算部２において、電圧記憶部１に記憶された各セル９の電圧情報の中から最低電圧V_XMINと最高電圧V_XMAXとに対応する情報が抽出され、これらの電圧差ΔV_Xが演算される。

ステップＡ６０では、演算部２において、前ステップで得られた電圧差ΔV_Xに対応する容量差ΔCが演算される。また、設定部３では、容量差ΔCをバランサー８の作動電流Iで除した値がバランサー制御の許可時間T_MAXとして設定される。さらに、ステップＡ７０では、バランサー制御部５において、バランサー制御の累積実施時間Tの値が0にリセットされ、その周期でのフローが終了する。なお、ステップＡ３０で、満充電状態でないと判定された場合にはステップＡ８０に進み、最低セルの情報（セル番号）が更新されることなく維持される。

一方、ステップＡ２０で外部充電中でないと判定された場合に進むステップＡ９０では、ステップＡ４０で記憶された「最低セル」のその時点での電圧が目標電圧V_TGTとされる。また、続くステップＡ１００では、演算部２において、その時点での最高電圧V_YMAXと目標電圧V_TGTとの電圧差ΔV_Yが演算される。

ステップＡ１１０では、条件判定部４において、バッテリー１３の充放電電流の絶対値が所定電流値未満であるか否かが判定される。この判定内容は上記の条件２に対応する。ここで、電流値の大きさが所定電流値未満であるときには、バッテリー１３の電気的負荷が小さい状態であると判断され、ステップＡ１２０に進む。一方、この条件が成立しないときには、バッテリー１３の電気的負荷が大きく、バランサー制御の実施条件が不成立であるものと判断され、ステップＡ１６０に進む。

ステップＡ１２０では、条件判定部４において、電圧差ΔV_Yが所定電圧差ΔV_THを超えているか否かが判定される。この判定内容は上記の条件３に対応する。ここで、電圧差ΔV_Yが所定電圧差ΔV_THを超えているときには条件３が成立し、電圧のばらつきが大きいものと判断されてステップＡ１３０に進む。一方、この条件が成立しないときには、バランサー制御の実施条件が不成立であるものと判断され、ステップＡ１６０に進む。

ステップＡ１３０では、バランサー制御の累積実施時間Tが許可時間T_MAX未満であるか否かが判定される。この判定内容は上記の条件４に対応する。ここで、累積実施時間Tが許可時間T_MAX未満であるときには、上記の条件１〜４の全てが成立し、バランサー制御の実施条件が成立するものと判断されて、ステップＡ１４０に進む。このステップＡ１４０では、目標電圧V_TGTよりも大きい電圧を持つセル９のスイッチ要素１８に対してオン信号が出力され、バランサー８が駆動される。このとき、目標電圧V_TGT未満の電圧を持つセル９のバランサー８は制御対象外であり、そのセル９に対応するバランサー８は非駆動とされる。続くステップＡ１５０では、バランサー制御部５において、バランサー制御の累積実施時間Tがカウントアップ（加算）される。

一方、ステップＡ１３０の条件が成立しない場合には、バランサー制御の実施条件が不成立であるものと判断され、ステップＡ１６０に進む。ステップＡ１６０では、全てのバランサー８の駆動が禁止され、すなわち非駆動とされる。

［４．作用］
［４−１．セル数が三個の場合］
上記のバランサー制御による各セル９の電圧の変化について、図５，図６を用いて説明する。ここでは、セル９の個数が三個である場合について、それぞれのセル９の符号を９ａ，９ｂ，９ｃとして、各セル９ａ，９ｂ，９ｃの充放電特性グラフを太実線，破線，一点鎖線で示す。

外部充電による満充電時に最高電圧であったものはセル９ａ（太実線）であり、最低電圧であったものはセル９ｃ（一点鎖線）とする。つまり、ここでの最低セルはセル９ｃである。また、セル９ｂ，９ｃは、電圧Vが交点電圧V_Zのときに同一容量となり、電圧Vが交点電圧V_Zよりも低い状態ではセル９ｃの電圧がセル９ｂの電圧を上回るような充放電特性を持つものとする。

まず、図５（ａ）に示すように、外部充電でバッテリー１３が満充電となったときには、最低電圧V_XMINと最高電圧V_XMAXとの電圧差ΔV_Xが演算され、電圧差ΔV_Xに対応する容量差ΔCに基づいて、バランサー制御の許可時間T_MAXが設定される。
その後、エンジン１１やモーター１２が駆動され、車両１０はバッテリー１３の電力を消費しながら走行を継続する。このような車両１０の走行時には、図５（ｂ）に示すように、最高電圧V_YMAXと目標電圧V_TGTとの電圧差ΔV_Yが演算される。この電圧差ΔV_Yは、太実線と一点鎖線との間の縦軸方向の距離に相当する。バッテリー１３の電力は、一般的な発電制御や回生制御によって適宜補充され、各セル９の電圧が所定電圧以上に維持される。

ここで各セル９ａ〜９ｃの電圧が、図５（ｂ）中に白丸で示す状態であるときに、電圧差ΔV_Yが所定電圧差ΔV_THを超えると、上記の条件３が成立する。このとき、他の条件１，２，４がともに成立する状態であれば、バランサー制御が開始される。バランサー制御の実施対象となるセルは、その時点で目標電圧V_TGTよりも大きい電圧を持つセル９ａのみであり、セル９ｂは実施対象から除外される。

バランサー制御では、セル９ａに対応するバランサー８のスイッチ要素１８がオンにされ、抵抗要素１７に通電される。抵抗要素１７では、セル９ａに蓄電された電力が消費され、セル９ａの電圧が徐々に低下する。したがって、セル９ａの電圧は、図５（ｃ）中に矢印で示すように、充放電特性のグラフに沿って低下する。各セル９の電圧のばらつきは、グラフの縦軸方向の位置のばらつきに相当するものであることから、図５（ｃ）に示す状態は、図５（ｂ）に示す状態よりも電圧のばらつきが緩和された状態であるといえる。ただし、この状態のバッテリー１３を外部充電で満充電状態にしたときに残留しうる電圧のばらつきを、図５（ｃ）のグラフ上で視覚的に表現することは容易ではない。

一方、図５（ｃ）の実線グラフを横軸方向に水平移動させることで、満充電時の電圧のばらつきを視覚的にわかりやすく表現することが可能である。図５（ｄ）は、図５（ｃ）上の各セル９の状態に対応する白丸の横軸座標が一致するように、太実線のグラフを右方向にスライドさせたものである。図５（ｄ）中の細実線は図５（ｃ）中の太実線に対応し、図５（ｄ）中の太実線は細実線を横軸方向に距離Sだけ水平移動させたものに対応する。

外部充電時に各セル９の電池容量がほぼ均等に上昇するものと仮定すれば、縦軸方向の白丸の最長距離、すなわち、その時点での最高セル電圧に対応する白丸と、最低セル電圧に対応する白丸との間の縦軸方向の距離は、その時点でバッテリー１３に残留する電圧のばらつきに相当する大きさとなる。また、外部充電の完了時におけるバッテリー１３の電圧が上限電圧V_HIによって制限されることを考慮すれば、各セル９の電圧のうち、最も高電圧のものが上限電圧V_HIとなる。

したがって、図５（ｄ）中の三本のグラフ（太実線，破線，一点鎖線）と上限電圧V_HIに対応する水平ラインとの交点のうち、最も左側（低容量側）に位置する交点が満充電時における最高電圧に対応するものとなり、他のセルの状態はその交点と横軸方向の座標が同一の点として表現することができる。

また、このような満充電時における電圧のばらつきの大きさは、太実線を移動させる距離Sに応じて変化する。つまり、図５（ｃ）中に示すように、バランサー制御でのセル９ａの電圧変化量に対応する電池容量の変化量に応じて、電圧のばらつきの大きさが変化する。

図６（ａ）は、図５（ｄ）の満充電近傍でのグラフを拡大したものである。セル９ａの充放電特性グラフが図６（ａ）に記号Aで示す位置にあるとき、すなわち、セル９ａが満充電時に上限電圧V_HIとなる状態では、電圧のばらつきの大きさがセル９ａの電圧とセル９ｃの電圧とで決定される。少なくともセル９ａが上限電圧V_HIである限り、太実線を移動させる距離Sが増加するほど満充電時の容量が増加し、電圧のばらつきが減少する。

また、セル９ａの充放電特性グラフが記号Bで示す位置にあるとき、すなわち、セル９ｂが満充電時に上限電圧V_HIとなる状態では、電圧のばらつきの大きさがセル９ｂの電圧とセル９ｃの電圧とで決定され、セル９ａの電圧はこれらの中間に位置する。このように、満充電時のセル９ａの電圧が上限電圧V_HIよりも小さく、かつセル９ｃの電圧よりも大きい場合には、太実線を移動させる距離Sの大小に関わらず、電圧のばらつきが一定となる。

一方、セル９ａの充放電特性グラフが記号Cで示す位置にあるとき、すなわち、セル９ａが満充電時の最低電圧V_XMINをとる状態では、電圧のばらつきの大きさがセル９ｂの電圧とセル９ａの電圧とで決定される。この場合、太実線を移動させる距離Sが増加するほど満充電時のセル９ａの電圧が低下することから、バッテリー１３全体での電圧のばらつきも増加する。

図６（ｂ）は、上記の距離Sに相関するバランサー制御の累積実施時間T（バランサー８の累積駆動時間）と電圧のばらつきの大きさとの関係を例示するグラフである。累積実施時間Tがある程度増加するまでの間は、時間が増加するほど電圧のばらつきが減少する。また、累積実施時間TがT₁のときに、図６（ａ）中における太実線と破線との交点の電圧が上限電圧V_HIに一致すると、累積実施時間Tがそれ以上に延びてもしばらくの間は、電圧のばらつきが一定となる。

さらに、累積実施時間TがT₂のときに、図６（ａ）中における太実線と一点鎖線の交点の電圧が満充電時の最低電圧に一致すると、その後は累積実施時間Tが延びるほど電圧のばらつきが増加する。図６（ｂ）中の記号A〜Cはそれぞれ、セル９ａの充放電特性グラフが図６（ａ）中の記号A〜Cで示す位置にあるときの状態に対応する。

上記の電池制御装置７の演算部２では、満充電時における各セル９の最低電圧V_XMINと最高電圧V_XMAXとの電圧差ΔV_Xが演算されるとともに、この電圧差ΔV_Xに対応する容量差ΔCが演算される。また、設定部３では、容量差ΔCをバランサー８の作動電流Iで除したものがバランサー制御の許可時間T_MAXとして設定される。

これにより、満充電時におけるセル９ａの電圧がセル９ｃの電圧とほぼ一致する程度までバランサー８が駆動された時点で（許可時間T_MAXが少なくともT_MAX≦T₂の範囲で）、それ以上のバランサー制御が禁止される。つまり、図６（ａ）中で太実線を移動させる距離Sが制限され、太実線が点Qよりも下方に移動することが阻止される。したがって、満充電時の電圧のばらつきは、各セル９の充放電特性に応じたほぼ最小の値となる。

［４−２．対象セル数がM個の場合］
図７（ａ）〜（ｄ）は、バランサー制御の実施対象となるセル数がM個であるときのバランサー８の駆動順序を示すグラフである。ここでは、図７（ａ）に示すように、バランサー制御が開始された時点で最も高電圧のセル９から、電圧の高い順にセル番号#1，#2，#3，…，#Mを付し、セル番号#Mの電圧が目標電圧V_TGTであるものとする。

最初に駆動対象となるバランサー８は、目標電圧V_TGTよりも大きい電圧を持つセルのうち、最も高電圧であるセル番号#1のセル９に対応するバランサー８である。バランサー制御部５は、セル番号#Mの電圧を目標電圧V_TGTとして、セル番号#1のセル９に対応するバランサー８のみを駆動する。この制御は、図７（ａ）中に太実線で示すグラフのみを横軸方向に水平移動させる操作に対応する。

続いて、図７（ｂ）に示すように、セル番号#1の電圧とセル番号#2の電圧とが一致し、これらの二つのセルがその時点での最大電圧を持つセル９となる。そこでバランサー制御部５は、セル番号#Mの電圧を目標電圧V_TGTとして、セル番号#1，#2のセル９に対応する各バランサー８を駆動する。この制御は、図７（ｂ）中に太実線及び中実線で示す二本のグラフをともに横軸方向に水平移動させる操作に対応する。

その後、図７（ｃ）に示すように、セル番号#1〜#3の電圧が一致すると、これらの三つのセルがその時点での最大電圧を持つセル９となる。したがってバランサー制御部５は、セル番号#Mの電圧を目標電圧V_TGTとして、セル番号#1〜#3のセル９に対応する各バランサー８を駆動する。この制御は、図７（ｃ）中に太実線，中実線及び細実線で示す三本のグラフをともに横軸方向に水平移動させる操作に対応する。

このように、バランサー制御の実施対象となるセル数が複数存在する場合には、対応するセル９の電圧が高い順にバランサー８が駆動されるとともに、制御時間が経過するに連れて同時に作動するバランサー８の数が増加するように制御が実施される。言い換えると、図７（ａ）〜（ｄ）に示すように、最も劣化度の小さいセルに対応する（紙面の左側に位置する）グラフから、劣化度の低い順に横軸方向に水平移動させる操作が実施されるとともに、時間経過とともに移動させるグラフの本数を増加させる制御が実施される。また、図７（ｄ）に示すように、累積実施時間Tが許可時間T_MAXに達した時点でセル番号#1〜#Mの全てのセル９の電圧が目標電圧V_TGTにほぼ一致することになり、バランサー制御が完了する。

［５．電圧のばらつきの変化］
図８（ａ）〜（ｃ）は、上記のセル９ａに劣化していない新品のものを使用し、セル９ｂ，９ｃのそれぞれの劣化度がそれぞれ、大，小である場合に、満充電時の電圧のばらつきがどの程度の大きさになるのかを予測したシミュレーション結果を示すグラフである。図８（ａ）は、それぞれのセル９ａ〜９ｃの充放電特性グラフを示す。このバッテリー１３の満充電時における電圧のばらつきの大きさは、図８（ａ）中に示す黒丸間の縦軸方向の距離に相当する。ここで、バッテリー１３の使用中にそれぞれのセル９ａ〜９ｃの電圧が、図８（ａ）中に白丸で示す状態であるときにバランサー制御を実施した場合に、満充電時の電圧のばらつきがどの程度変化するのかを予測したものが、図８（ｂ），（ｃ）である。

まず、バランサー制御の実施時における最低電圧となるセル９ｂを基準として、バランサー８を作動させた場合には、セル９ａ，９ｃの電圧がセル９ｂの電圧と一致するようにバランサー制御が実施される。したがって、図８（ｂ）に示すように、実線及び一点鎖線のグラフが点P₁を通るように水平移動させた状態での満充電時の電圧差ΔV_Xが、電圧のばらつきの大きさとなる。図８（ｂ）に示す電圧差ΔV_Xは、図８（ａ）に示す初期状態での電圧差ΔV_Xよりも増大していることがわかる。

一方、セル９ｂの代わりにセル９ｃを基準としてバランサー８を作動させた場合には、セル９ａの電圧がセル９ｃの電圧と一致するようにバランサー制御が実施され、セル９ｂはバランサー制御の実施対象から除外される。したがって、図８（ｃ）に示すように、実線のグラフが点P₂を通るように水平移動させた状態での満充電時の電圧差ΔV_Xが、電圧のばらつきの大きさとなる。図８（ｃ）に示す電位差ΔV_Xは、図８（ａ）に示す初期状態での電圧差ΔV_Xよりも減少しており、すなわち電圧のばらつきが抑制されていることがわかる。

［６．効果］
（１）このように、上記の電池制御装置７では、満充電時の電圧が最も低いセルの開放電圧を目標電圧V_TGTとしたバランサー制御が実施される。つまり、バランサー制御を実施する時点での最低電圧ではなく、満充電時の充放電特性が最も劣るセルの電圧が参照される。このような制御により、各セルを再び満充電にしたときに生じうる電池容量のばらつきを小さくすることができる。つまり、最低セルよりも他のセルの電圧が低下した状態であっても、充電量の変化に対する電圧のばらつきの増大を抑制することができる。したがって、バッテリー１３全体として使用できる電池容量の減少を抑えることができる。

（２）また、上記の電池制御装置７では、条件１に示すように、外部充電が実施されていないときにバランサー制御が実施される。したがって、例えば電気自動車のように日常的に外部充電が実施される車両だけでなく、プラグインハイブリッド自動車のように外部充電の実施頻度が低い車両においても、セル電圧のばらつきを十分に抑制することができる。

（３）また、上記の電池制御装置７では、バランサー制御の実施対象が最低セルの電圧よりも大きい電圧を持つセル９のみとされ、最低セルよりも低い電圧を持つセル９がその実施対象から除外される。この除外されるセル９は、再び満充電状態となったときに、最低セルよりも高電圧になると推定されるセル９である。そのため、最低セルよりも低い電圧を持つセル９に対して、その電圧を最低セルの電圧まで上昇させるようなバランサー制御を実施した場合には、満充電時に却って電池容量のばらつきが増大する。

このような課題に対し、上記の電池制御装置７では、最低セルよりも低い電圧を持つセル９がバランサー制御の実施対象から除外されるため、各セル９を再び満充電したときに生じうる充電電圧のばらつきを抑制することができ、その結果、電池容量のばらつきを小さくすることができる。
また、最低セルよりも低い電圧を持つセル９に対してはバランサー制御が実施されないため、電圧を均等化するのに消費される電力を節約することができ、無駄なく電圧のばらつきを抑えることができる。

（４）また、上記の電池制御装置７では、満充電時の容量差ΔCとバランサー８の作動電流Iとに基づいてバランサー制御の許可時間T_MAXが設定される。これにより、図６（ｂ）に示すように、満充電時の電圧のばらつきが増大しない程度にバランサー８を作動させることができる。つまり、電圧の過剰な均等化操作を抑制することができ、各セル９を再び満充電したときに生じうる充電電圧のばらつきをさらに小さくすることができる。また、車両１０が外部電源に接続されていない状態で実施されるバランサー制御の実施時間が過度に延長されることがないため、バランサー８での電力消費量を減少させることができる。これにより、車両１０の燃費や電費を向上させることができる。

（５）また、上記の電池制御装置７では、バッテリー１３が満充電になる毎にバランサー制御の許可時間T_MAXが再設定されるため、均等化操作が過度に禁止されることがなく、充電電圧のばらつきをさらに小さくすることができる。
（６）また、上記の電池制御装置７では、少なくとも条件２が成立する状態、すなわち、バッテリー１３の電気的負荷が小さい状態でバランサー制御が実施されるため、適切に各セル９の電圧を均等化することができ、制御精度を向上させることができる。

（７）なお、上記の電池制御装置７では、例えば車両１０の走行中や信号待ち中，停車中など、外部充電以外のさまざまな状態でバランサー制御が実施される。このバランサー制御は、外部充電中にも実施することが可能である。この場合、上記の制御により充電電圧のばらつきが小さくなることから、外部充電中のバランサー制御での消費電力を低減することができるとともに、充電時間を短縮することができる。

［７．変形例］
上述の実施形態では、抵抗バイパス回路として形成されたバランサー８を例示したが、バランサー８の具体的な構造はこれに限定されない。例えば、各セル９の電圧を個別に制御する代わりに、複数のセル９の電圧を一括で制御するバランサー８を用いてもよいし、各セル９間で電力を分配するバランサー８を用いてもよい。

なお、複数のセル９の電圧を一括で制御する場合には、例えばバッテリーモジュール毎の平均電圧を制御することが考えられる。この場合、満充電時の電圧が最も低い最低セルを含むバッテリーモジュールを上述の実施形態における最低セルと同等に取り扱い、他のバッテリーモジュールを上述の実施形態における他のセルと同等に取り扱うことで、上述の実施形態と同様の作用，効果を奏するものとなる。

また、上述の実施形態では、リチウムイオン二次電池の組電池におけるバランサー制御について詳述したが、制御対象となる電池の種類はこれに限定されない。例えば、車両１０に搭載される鉛蓄電池（いわゆる12Vバッテリー）を組電池としたものに適用してもよいし、あるいはリチウムイオン二次電池の代わりにリチウムイオンキャパシターやニッケル水素蓄電池，アルカリイオン蓄電池等が使用された組電池に適用してもよい。

また、上述の実施形態では、条件３で電圧差ΔV_Yと所定電圧差ΔV_THとの大小関係を判定している。つまり、最高電圧V_YMAXが目標電圧V_TGTからどの程度大きいのかを判定している。このような判定条件の代わりに、個々のセル９の電圧と目標電圧との電圧差ΔV_Zを求め、電圧差ΔV_Zと所定電圧差ΔV_THとの大小関係を判定するような構成としてもよい。つまり、各セル９の個々について、バランサー制御を実施するか否かを判定してもよい。

また、上述の実施形態では、車両１０の走行中（車両１０の移動中だけでなく、一時停止中や停車中を含む非外部充電時）でのバランサー制御について詳述したが、このバランサー制御は外部充電時に実施することも可能である。少なくとも、図３に示すように、同一容量での開放電圧の大小関係が容量に応じて逆転するセル９がバッテリー１３内に存在するときに、交点電圧V_Zよりも低電圧の領域で上記のバランサー制御を実施することで、従来の均等化制御よりも満充電時の電圧のばらつきを減少させることができ、充電量の変化に対する電圧のばらつきの増大を抑制することができる。

１ 電圧記憶部（記憶手段）
２ 演算部（演算手段）
３ 設定部（設定手段）
４ 条件判定部
５ バランサー制御部（均等化手段）
７ 電池制御装置
８ バランサー
９ セル
１３ バッテリー
１４ インレット（充電手段）

Claims (4)

1. 外部電源から車載の組電池に充電する充電手段と、
   前記組電池に含まれる各セルのうち、満充電時の電圧が最も低い最低セルを記憶する記憶手段と、
   前記充電手段により充電が実施されていないときに、前記最低セルよりも高い電圧を持つセルを放電し、前記最低セルの電圧を目標として前記組電池の電圧を均等化する均等化手段と
   を備えたことを特徴とする、車両の電池制御装置。
2. 前記組電池の満充電時における各セルの最低電圧及び最高電圧の差に基づき、セル容量差を演算する演算手段と、
   前記均等化に係る消費電流と前記演算手段で演算された前記セル容量差とに基づき、前記均等化の累積実施時間の上限値を設定する設定手段とを備え、
   前記均等化手段が、前記設定手段で設定された前記上限値を超える前記均等化を禁止する
   ことを特徴とする、請求項１記載の車両の電池制御装置。
3. 前記設定手段が、前記組電池が満充電になる毎に前記上限値を再設定する
   ことを特徴とする、請求項２記載の車両の電池制御装置。
4. 前記均等化手段が、前記組電池の充放電電流の絶対値が所定値未満であることを、前記均等化の実施条件の一つとする
   ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の車両の電池制御装置。

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