JP2018050416A

JP2018050416A - バッテリシステム

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Publication number: JP2018050416A
Application number: JP2016185190A
Authority: JP
Inventors: 勇二西; Yuji Nishi; 宏昌田中; Hiromasa Tanaka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-09-23
Filing date: 2016-09-23
Publication date: 2018-03-29
Anticipated expiration: 2036-09-23
Also published as: JP6658425B2

Abstract

【課題】バッテリの外部充電を行いながら電池セルの均等化処理を実行するように均等化処理の開始時間を決定することができるバッテリシステムを提供する。
【解決手段】電動車両に搭載され、外部電力の充電が可能なバッテリシステム１０は、
複数の電池セルＢＣ１〜ｎを直列接続して構成されるバッテリ１２と、各電池セルＢＣ１〜ｎにそれぞれ接続される均等化回路１４と、各均等化回路１４に含まれるスイッチング素子ＦＥＴを制御することにより、各電池セルＢＣ１〜ｎのセル電圧の均等化処理を実行する制御装置１６とを備える。制御装置１６は、各電池セルの現在ＳＯＣと均等化目標ＳＯＣとから均等化処理を完了するまでに必要な均等化時間を電池セルごとに算出し、バッテリ１２への外部電力の充電時間と、均等化時間とに基づいて、外部電力の充電とともに均等化処理が実行されるように均等化処理の開始時間を決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリシステムに係り、特に、電動車両に搭載されるバッテリシステムに関する。

近年、車外の商用電源等に接続された充電プラグを車体の給電口に装着し、車載のバッテリに車外電源からの外部電力を充電可能に構成した、いわゆるプラグインハイブリッド車が実用化されている。例えば、特許文献１には、プラグインハイブリッド車において、車載のバッテリに外部電力を充電する際に、複数の電池セルの電圧を均等化させる均等化処理を行うか否かをユーザに選択させることで、均等化処理にかかる時間によってバッテリ充電時間が延長されたように感じる違和感を抑制することが記載されている。また、バッテリを構成する電池セルの電圧またはＳＯＣ（ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）に個体差や劣化状態の違い等によってばらつきがあると、バッテリを使用可能なＳＯＣ範囲が狭くなるため、各電池セルの電圧を均等化する均等化処理を行うことが知られている。

特開２０１５−１８６３３９号公報

特許文献１には、バッテリを外部充電する際、電池セルの均等化処理が必要である場合に、均等化処理を実施してから、外部充電を行うことが記載されている。しかし、近年、モータのみの動力で車両が走行する距離（いわゆるＥＶ走行距離）を伸ばすためにバッテリ容量が大きくなっており、その分、外部電力によって目標ＳＯＣまで充電するのに必要となる充電時間も長くかかる傾向にある。そのため、電池セルの均等化処理と外部充電とを別々に行うと、均等化処理および外部充電に必要な合計時間が長時間になり、ユーザによる車両の使用状態によっては均等化処理や外部充電を十分に行うことができないことがある。

本発明は、電動車両において、バッテリの外部充電を行いながら電池セルの均等化処理を実行するように均等化処理の開始時間を決定することができるバッテリシステムを提供する。

本発明に係るバッテリシステムは、電動車両に搭載され、外部電力の充電が可能なバッテリシステムであって、複数の電池セルを直列接続して構成されるバッテリと、前記各電池セルにそれぞれ接続される均等化回路と、前記各均等化回路に含まれるスイッチング素子を制御することにより、前記各電池セルのセル電圧の均等化処理を実行する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記各電池セルの現在ＳＯＣと均等化目標ＳＯＣとから均等化処理を完了するまでに必要な均等化時間を前記電池セルごとに算出し、前記バッテリへの外部電力の充電時間と前記均等化時間とに基づいて、外部電力の充電とともに前記均等化処理が実行されるように前記均等化処理の開始時間を決定するものである。

本発明に係るバッテリシステムによれば、電動車両において、バッテリの外部充電を行いながら電池セルの均等化処理を実行するように均等化処理の開始時間を適切に決定することができる。したがって、均等化処理の実行によって充電時間が遅延されることがないのでバッテリの外部充電を上限ＳＯＣまで充電しやすくなり、また、均等化処理の機会を適切に確保することができる。

一実施形態であるバッテリシステムの概略構成を示す図である。図１に示した制御装置で実行される第１実施形態の均等化開始時間決定処理を示すフローチャートである。図２に示したフローチャートのうち、ステップＳ１０〜Ｓ２０までの各処理を模式的に示す図である。図２に示した均等化開始時間決定処理の続きを示すフローチャートである。第２実施形態の均等化開始時間決定処理を示す、図４に対応したフローチャートである。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの構成を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。

以下に説明するバッテリシステムは、電動車両に搭載される。電動車両とは、モータを走行用動力源として、車載のバッテリから供給される電力によってモータを駆動することで走行可能な車両をいう。具体的には、電動車両は、例えば、モータとエンジンを搭載したいわゆるプラグインハイブリッド車であってもよいし、モータのみを動力源として搭載した電気自動車（燃料電池車を含む）であってもよい。

図１は、一実施形態であるバッテリシステム１０の概略構成を示す図である。バッテリシステム１０は、バッテリ１２、均等化回路１４、および、制御装置１６を備える。

バッテリ１２は、複数の電池セルＢＣ１、ＢＣ２、ＢＣ３、・・・、ＢＣｎ（ここで、ｎは４以上の整数）が直列接続されて構成された組電池である。ここでは電池セルが４つ以上含まれる例を説明するが、電池セルは２個以上の複数であればよい。電池セルＢＣ１、ＢＣ２、ＢＣ３、・・・、ＢＣｎには、例えば、リチウムイオン電池等の充放電可能に二次電池がそれぞれ用いられる。以下において、各電池セルＢＣ１、ＢＣ２、ＢＣ３、・・・、ＢＣｎを区別せずに呼ぶとき、単に電池セルＢＣという。

バッテリ１２には、正極ラインＰＬ１および負極ラインＮＬ１を介して電力変換装置１８が電気的に接続されている。電力変換装置１８は、双方向ＡＣ／ＤＣ変換機能を有する。具体的には、走行用動力源となる例えば三相交流同期型モータ（図示せず）を駆動するために、バッテリ１２から供給された直流電力を交流電力に変換して供給する機能、および、上記モータから供給される交流電力をバッテリ充電用に直流電力に変換する機能を有する。また、電力変換装置１８は、直流電力の電圧を昇降圧するＤＣ／ＤＣ変換機能を更に有してもよい。

バッテリ１２と電力変換装置１８との間の正極ラインＰＬ１および負極ラインＮＬ１には、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２が設けられている。これらのシステムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２がオンされることによって、バッテリ１２から電力変換装置（すなわちモータ）へ電力供給可能な状態になる。各システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２は、制御装置１６からの制御信号を受けてオン・オフ制御される。

正極ラインＰＬ１および負極ラインＮＬ１には、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２よりもバッテリ１２に近いところに、正極充電ラインＰＣＬおよび負極充電ラインＮＣＬを介して充電器２０が電気的に接続されている。充電器２０は、車両ボディーに設けられた充電口（図示せず）に電気的に接続されている。正極充電ラインＰＣＬおよび負極充電ラインＮＣＬには、充電用リレーＣＲ１，ＣＲ２が設けられている。充電用リレーＣＲ１，ＣＲ２は、制御装置１６から送信される制御信号を受けてオン・オフ制御される。制御装置１６は、外部の商用電源等の外部電源に接続された充電プラグが上記充電口に装着されたことを図示しないセンサ等によって検出すると、充電用リレーＣＲ１，ＣＲ２をオンする制御信号を送信する。これにより、外部電源から供給される外部電力をバッテリ１２に充電可能な状態になる。

本実施形態における均等化回路１４は、バッテリ１２を構成する各電池セルＢＣにそれぞれ接続されている。均等化回路１４は。例えば、放電抵抗Ｒ１，Ｒ２及びスイッチング素子ＦＥＴを含んで構成される。放電抵抗Ｒ１は、各電池セルＢＣの正極端子に接続されている。放電抵抗Ｒ２は、各電池セルＢＣの負極端子に接続されている。

スイッチング素子ＦＥＴは、放電抵抗Ｒ１と放電抵抗Ｒ２との間に接続されている。スイッチング素子ＦＥＴには、例えば、ＭＯＳＦＥＴなどの電界効果トランジスタを好適に用いることができる。スイッチング素子ＦＥＴは、制御装置１６からの制御信号を受けてオン・オフ制御される。より詳しくは、スイッチング素子ＦＥＴは、制御装置１６からゲートオン信号を受けてオンされる。そうすると、オンされたスイッチング素子ＦＥＴに対応する電池セルＢＣについては、放電抵抗Ｒ１、スイッチング素子ＦＥＴ、および、放電抵抗Ｒ２の順に電流が流れる短絡回路が形成される。これにより、スイッチング素子ＦＥＴがオンされた電池セルＢＣの電力が放電抵抗Ｒ１，Ｒ２によって消費される。その結果、特定の電池セルＢＣのＳＯＣまたは電圧を低下させて、他の電池セルＢＣと合わせる均等化処理を実行できる。

各均等化回路１４には、電圧センサ２２がそれぞれ設けられている。電圧センサ２２は、各電池セルＢＣに対して並列接続されている。電圧センサ２２は、各電池セルの開放端電圧（セル電圧）を検出し、検出結果を制御装置１６に送信する。本実施形態では、各均等化回路１４のスイッチング素子ＦＥＴおよび電圧センサ２２は、樹脂モールド２３によって覆われたＩＣとして構成されている。

また、各均等化回路１４には、キャパシタ２４がそれぞれ設けられている。各キャパシタ２４は、電圧センサ２２によって検出される電池セルＢＣの電圧を安定させる機能を有する。

制御装置１６は、例えば、コンピュータによって構成される。制御装置１６は、上述したように、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２、および、充電用リレーＣＲ１，ＣＲ２をオン・オフ制御する。また、制御装置１６は、メモリ１７を含む。メモリ１７には、後述する均等化処理のためのプログラムやデータが予め記憶される。なお、制御装置１６は、車外から通信等で取得したプログラムやデータを記憶してもよい。また、制御装置１６は、日時をカウントするためのタイマー回路（図示せず）を備えている。このタイマー回路によって、後述する均等化処理の時間や、外部電力を充電する時間などを計測できる。

本実施形態のバッテリシステム１０が搭載された車両には、充電予約部２６が設けられている。充電予約部２６は、制御装置１６との間で信号を送受信可能に構成される。充電予約部２６は、ユーザの操作によって充電器２０を介して行う外部充電の時間を予約する機能を有する。充電予約部２６には、例えば、車載のナビゲーションシステムの表示部を利用して、充電開始時間等を予約することができる。あるいは、充電予約部２６は、ユーザが持っている通信端末（例えばスマートフォン等）であってもよい。ユーザは、充電予約部２６を用いて、例えば、電気料金が安くなる深夜の時間帯に外部充電を実行するように予約設定することができる。このような予約充電を行うために、充電予約部２６は、日時をカウントするためのタイマー回路（図示せず）を備えてもよいし、あるいは、制御装置１６に含まれるタイマー回路を利用してもよい。

上述したような複数の電池セルＢＣを直列接続して構成されるバッテリ１２を搭載した電動車両では、バッテリ１２を構成する複数の電池セルＢＣの電圧またはＳＯＣに個体差や劣化状態の違いからばらつきがあると、バッテリを使用可能なＳＯＣ範囲が狭くなる。より詳しくは、個体差や劣化状態の差などによって電池セルＢＣ間にＳＯＣのばらつきがある場合、充電開始時にＳＯＣが比較的高い電池セルが充電目標ＳＯＣ（または使用上限ＳＯＣ）まで充電されると外部充電が停止されてしまい、他の電池セルが充電目標ＳＯＣまで充電されないことがある。一方、車両が走行するためにバッテリからモータへ電力供給する放電時には、ＳＯＣが比較的低い電池セルが使用下限ＳＯＣに到達すると、他の電池セルのＳＯＣが使用下限ＳＯＣまで低下していないのにバッテリ１２からの放電が制限され、エンジンが始動することが起こり得る。このようにバッテリ１２を構成する電池セルＢＣのＳＯＣにばらつきがあると、バッテリの使用可能なＳＯＣ範囲が狭く制限され、ＥＶ走行距離延長の妨げるとともにエンジン始動が早まって燃費低下につながる。そのため、各電池セルのＳＯＣのばらつき解消するために、後述するように均等化処理が行われる。

また、近年、モータのみの動力で車両が走行する距離（いわゆるＥＶ走行距離）を伸ばすためにバッテリ容量が大きくなっており、その分、外部電力によって目標ＳＯＣ（使用上限ＳＯＣ）まで充電するのに必要となる充電時間も長くかかる傾向にある。そのため、電池セルの均等化処理と外部充電とを別々に行うと、均等化処理および外部充電に必要な合計時間が長時間になり、ユーザによる車両の使用状態によっては均等化処理や外部充電を十分に行うことができないことがある。

そこで、本実施形態のバッテリシステム１０は、次に説明するように各電池セルＢＣの均等化処理を行うことによって、各電池セルが充電目標ＳＯＣまで外部充電しやすくなり、また、充電時間完了までに均等化処理を実行することができるようにしている。

図２は、図１に示した制御装置１６で実行される第１実施形態の均等化開始時間決定処理を示すフローチャートである。また、図３は、図２に示したフローチャートのうち、ステップＳ１０〜Ｓ２０までの各処理を模式的に示す図である。

図２に示す処理は、車両に充電プラグが装着されてバッテリ１２が外部充電可能な状態になり、かつ、制御装置１６がバッテリ１２を構成する電池セルＢＣ間におけるＳＯＣのばらつきが所定値以上に大きくなって均等化処理が必要と判断した場合に実行される。なお、電池セルＢＣにおいてＳＯＣと開放端電圧は相関関係があるため、各電池セルＢＣ間の開放端電圧の差が予め定めた電圧値以上になったときに均等化が必要と判断してもよい。

図２を参照すると、バッテリ１２について均等化処理が必要であると判断した場合、制御装置１６は、まず、ステップＳ１０において、均等化目標ＳＯＣを設定する。例えば、バッテリ１２の現在ＳＯＣが使用上限ＳＯＣ（例えば、８０％）に近い場合には、使用上限ＳＯＣを均等化目標ＳＯＣに設定できる。バッテリ１２の現在ＳＯＣが使用下限ＳＯＣ（例えば、２０％）に近い場合には、使用下限ＳＯＣを均等化目標ＳＯＣに設定できる。或いは、制御装置１６は、バッテリの現在ＳＯＣに応じて、使用上限ＳＯＣと使用下限ＳＯＣとの間の中間ＳＯＣを均等化目標ＳＯＣに設定してもよい。

次に、制御装置１６は、ステップＳ１２において、各電池セルＢＣの現在ＳＯＣを算出する。各電池セルＢＣの現在ＳＯＣは、バッテリ１２に電流が流れていない状態で電圧センサ２２によって検出される各電池セルＢＣの開放端電圧に基づいて算出できる。制御装置１６は、メモリ１７に記憶されている各電池セルＢＣの開放端電圧−ＳＯＣマップを参照して、各電池セルＢＣの現在ＳＯＣをそれぞれ算出できる。

ここで、図３を参照すると、各電池セルＢＣ１〜ｎの現在ＳＯＣがそれぞれ長方形状のグラフで示されている。図３において、縦軸はＳＯＣを示す。すなわち、各電池セルＢＣに対応する各長方形の高さが高いほど、現在ＳＯＣが高いことを示している。図３に示す例では、電池セルＢＣ１の現在ＳＯＣ１が最も高く、電池セルＢＣ２と、電池セルＢＣｎの各現在ＳＯＣ２，ＳＯＣｎがほぼ同じになっている。

また、図３において各電池セルＢＣに対応する各長方形の幅は、各電池セルＢＣの満充電容量を表している。電池セルＢＣの満充電容量とは、ＳＯＣ１００％に相当する電流量（単位：Ａｈ）である。図３に示す例では、電池セルＢＣ１の満充電容量が比較的小さく、電池セルＢＣｎの満充電容量が中間であり、電池セルＢＣ２の満充電容量が比較的大きくなっている。このような各電池セルＢＣにおける満充電容量のばらつきは、電池セルＢＣ間の個体差や劣化状態のばらつきによって生じることは上述した通りである。

各電池セルＢＣの満充電容量は、車両の使用期間を通じて制御装置１６によって適時に算出されて、メモリ１７に更新記憶されている。なお、電池セルＢＣの満充電容量の推定手法は、公知であるためにここでの詳細な説明を省略するが、一例を挙げると、各電池セルＢＣの満充電容量は、図示しない電流センサによって計測されるバッテリ１２への外部電力の充電量と、バッテリ１２の外部充電後に電圧センサ２２によって検出される各電池セルＢＣの開放端電圧とに基づいて算出および学習することができる。

再び図２を参照すると、制御装置１６は、続くステップＳ１４において、均等化目標ＳＯＣから現在ＳＯＣを減算して、各電池セルＢＣについて均等化目標ＳＯＣまでの差分ΔＳＯＣ１〜ｎをそれぞれ算出する。これらの差分ΔＳＯＣ１〜ｎは、図３において、均等化目標ＳＯＣと各電池セルＢＣ１、ＢＣ２、・・・、ＢＣｎの現在ＳＯＣ１、現在ＳＯＣ２、・・・、現在ＳＯＣｎとの間に示される矢印の長さによって表されている。

再び図２を参照すると、制御装置１６は、続くステップＳ１６において、上記ステップＳ１４で算出した各電池セルＢＣの均等化目標ＳＯＣに対する差分ΔＳＯＣ１〜ｎが０（ゼロ）より大きいか否かを判定する。ここで、均等化目標ＳＯＣがバッテリ１２のＳＯＣ使用範囲の上限ＳＯＣ又はその近傍に決定される場合には、各電池セルＢＣの均等化目標ＳＯＣに対する差分ΔＳＯＣ１〜ｎは正となる。これに対し、均等化目標ＳＯＣがバッテリ１２のＳＯＣ使用範囲の下限ＳＯＣ又はその近傍に決定される場合には、各電池セルＢＣの均等化目標ＳＯＣに対する差分ΔＳＯＣ１〜ｎは負となる。あるいは、均等化目標ＳＯＣが上限ＳＯＣと下限ＳＯＣとの間の中間ＳＯＣに決定された場合には、各電池セルＢＣの差分ΔＳＯＣは正となるものもあれば、負となる電池セルＢＣもある。

制御装置１６は、上記ステップＳ１６において各電池セルＢＣの差分ΔＳＯＣが０より大きい場合、ステップＳ１８に処理を進め、上記差分ΔＳＯＣが０以下の場合には、ステップＳ２６に処理を進める。なお、後述するようにステップＳ１８とステップＳ２６は同じ内容の処理である。

制御装置１６は、ステップＳ１８において、差分ΔＳＯＣ１〜ｎに各電池セルＢＣの満充電容量１〜ｎをそれぞれ乗算して、各電池セルＢＣが均等化目標ＳＯＣに到達するまでに充電が必要となる電流量ΔＡｈ１〜ｎをそれぞれ算出する。

そして、制御装置１６は、ステップＳ２０において、各電池セルＢＣ１〜ｎの電流量ΔＡｈ１〜ｎのうち、最大値ΔＡｈｍａｘを抽出する。この最大値ΔＡｈｍａｘとなる電池セルＢＣが外部充電によって均等化目標ＳＯＣに到達した際に、同じ電流量が他の電池セルＢＣに充電されると均等化目標ＳＯＣを超えることになる。したがって、上記最大値ΔＡｈｍａｘと、各電池セルＢＣの均等化目標ＳＯＣまでに必要な電流量ΔＡｈ１〜ｎとの差分が、均等化のために放電消費する必要がある余剰均等化電流量ΔＡｈ（ｋ）１〜ｎになる。

制御装置１６は、続くステップＳ２２において、各電池セルＢＣの必要最大充電量ΔＡｈｍａｘから各電池セルＢＣの均等化目標ＳＯＣに到達するのに必要な電流量ΔＡｈ１〜ｎをそれぞれ減算して、余剰均等化電流量ΔＡｈ（ｋ）１〜ｎを電池セルＢＣごとにそれぞれ算出する。

一方、上記ステップＳ１６で、ΔＳＯＣが０以下であると判定された場合（ステップＳ１６でＮＯ）、制御装置１６は、ステップＳ２６において、差分ΔＳＯＣ１〜ｎに各電池セルＢＣの満充電容量１〜ｎをそれぞれ乗算して、各電池セルＢＣが均等化目標ＳＯＣに到達するまでに充電が必要となる電流量ΔＡｈ１〜ｎをそれぞれ算出する。このステップＳ２６の処理は、上述したステップＳ１８と同じである。

そして、制御装置１６は、ステップＳ２８において、各電池セルＢＣ１〜ｎの電流量ΔＡｈ１〜ｎのうち、最小値ΔＡｈｍｉｎを抽出する。この最小値ΔＡｈｍｉｎとなる電池セルＢＣが均等化処理による放電によって均等化目標ＳＯＣに到達した際に、同じ電流量が他の電池セルＢＣから放電されただけでは均等化目標ＳＯＣにまで低下しないことになる。したがって、上記最小値ΔＡｈｍｉｎと各電池セルＢＣの均等化目標ＳＯＣまでに必要な電流量ΔＡｈ１〜ｎとの差分が、均等化のためにさらに放電消費する必要がある余剰均等化電流量ΔＡｈ（ｋ）１〜ｎになる。

制御装置１６は、続くステップＳ３０において、各電池セルＢＣの均等化目標ＳＯＣに到達するのに必要な電流量ΔＡｈ１〜ｎから各電池セルＢＣのうちの均等化必要最小電流量ΔＡｈｍｉｎをそれぞれ減算して、余剰均等化電流量ΔＡｈ（ｋ）１〜ｎを電池セルＢＣごとにそれぞれ算出する。

次に、制御装置１６は、ステップＳ３２において、各電池セルＢＣについて均等化に要する時間（以下、均等化時間という）Ｔ１〜ｎをそれぞれ算出する。各電池セルＢＣの均等化時間Ｔ１〜ｎは、上記ステップＳ２２およびＳ３０で算出した余剰均等化電流量ΔＡｈ（ｋ）１〜ｎを均等化電流Ｉ１〜ｎでそれぞれ除算することによって、各電池セルＢＣ１〜ｎごとに算出される。ここで、均等化電流Ｉ１〜ｎは、各電池セルＢＣの開放端電圧を各電池セルＢＣの内部抵抗（既知）でそれぞれ除算することによって算出できる。なお、外部充電中は各電池セルＢＣの開放端電圧を電圧センサ２２によって取得することはできないが、充電電流量は制御装置１６によって取得および監視されている。このため、充電電流量から各電池セルＢＣのＳＯＣおよび開放端電圧の変化を推定し、その推定された開放端電圧から均等化電流Ｉ１〜ｎの変化を推定できる。したがって、均等化開始から完了までの平均均等化電流を上記ステップＳ３２における均等化電流Ｉ１〜ｎとしてそれぞれ用いてもよい。

図４は、図２に示した均等化開始時間決定処理の続きを示すフローチャートである。図４に示すように、制御装置１６は、ステップＳ３４において、バッテリ１２の外部充電による充電時間Ｔｃが均等化時間Ｔ１〜ｎより長いか否かを判定する。より詳しくは、充電時間Ｔｃが各電池セルＢＣの均等化時間Ｔ１〜ｎのうち最長均等化時間Ｔｍａｘより長いか否かを判定する。ここで、充電時間Ｔｃは、バッテリ１２全体の現在ＳＯＣと、外部充電によって供給される外部電力の電流量とに基づいて算出できる。また、ユーザの操作によって充電時間Ｔｃが充電予約部２６を介して設定されている場合にはその充電予約時間（例えば、午後１１時からの６時間など）が充電時間Ｔｃとなる。

上記ステップＳ３４において充電時間Ｔｃが均等化時間Ｔ１〜ｎよりも長いと判定された場合（Ｓ３４でＹＥＳ）、制御装置１６は、続くステップＳ３６において、外部充電の開始から（Ｔｃ−Ｔ１〜ｎ）の時点で均等化処理が開始されるように決定する。具体的には、電池セルＢＣ１〜ｎのうちの最長均等化時間Ｔｍａｘが２時間で、充電時間Ｔｃが３時間の場合、外部充電開始から１時間経過後に各電池セルＢＣ１〜ｎの均等化処理が開始される。なお、均等化処理の開始を外部充電開始と同時に設定してもよい。この場合、最長均等化時間Ｔｍａｘの経過により均等化処理が終了した後は、外部充電のみが継続される。

このように均等化処理の開始時間が決定されると、制御装置１６は、ステップＳ３８において均等化開始時間決定処理を終了する。そして、制御装置１６は、充電用リレーＣＲ１，ＣＲ２（図１参照）をオン状態として、外部充電を開始する。

一方、上記ステップＳ３４において充電時間Ｔｃが均等化時間Ｔ１〜ｎのうちの最長時間Ｔｍａｘより短いと判定された場合（Ｓ３４でＮＯ）、制御装置１６は、続くステップＳ４０において、外部充電を開始する時点で均等化処理が開始するように決定する。そして、制御装置１６は、続くステップＳ４２において、均等化開始時間決定処理を終了するとともに、充電用リレーＣＲ１，ＣＲ２をオン状態として外部充電を開始する。この場合、外部充電が完了した後も均等化時間Ｔ１〜ｎが終了するまで均等化処理が継続される。或いは、バッテリ１２の充電完了前にユーザが充電プラグを車両から取り外してスタートスイッチをオン操作したとき、制御装置１６は、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２をオン状態として走行可能な状態にバッテリシステム１０を起動させる。この場合には、システム起動まで均等化処理が継続されることになる。

上述したように本実施形態のバッテリシステム１０によれば、プラグインハイブリッド車において、バッテリ１２の外部充電を行いながら電池セルＢＣの均等化処理を実行するように均等化処理の開始時間を適切に決定することができる。したがって、均等化処理の実行によって充電時間が遅延されることがないのでバッテリ１２の外部充電を目標ＳＯＣまで充電しやすくなり、また、均等化処理の機会を適切に確保することができる。

また、本実施形態のバッテリシステム１０では、バッテリ１２の現在ＳＯＣ（詳しくは、各電池セルＢＣのＳＯＣ）が上限ＳＯＣ又はその近傍にあるか、下限ＳＯＣ又はその近傍にあるか、上限ＳＯＣと下限ＳＯＣとの間の中間にあるかに拘わらず、バッテリ１２の均等化処理を実行することができる。したがって、バッテリ１２の均等化処理を適時に行うことができる。

図５は、第２実施形態の均等化開始時間決定処理を示すフローチャートである。この例では、ステップＳ１０〜Ｓ３２の処理は、上記実施形態と同様であるので、ここでの説明を省略する。

図５に示すように、制御装置１６は、ステップＳ４４において、上記ステップＳ３２で算出した各電池セルＢＣの均等化時間Ｔ１〜ｎのうちの最大時間Ｔｍａｘから充電時間Ｔｃを減算した時間差が０より大きいか否かを判定する。この判定において上記時間差が０より大、すなわち均等化時間Ｔ１〜ｎのうちの最大時間Ｔｍａｘが充電時間Ｔｃよりも長い場合（Ｓ４４でＹＥＳ）、制御装置１６は、均等化回路１４のスイッチング素子ＦＥＴをオンデューティ１（すなわちフルオン（オン状態維持））に設定する。そして、制御装置１６は、続くステップＳ４２において、均等化開始時間決定処理を終了するとともに、充電用リレーＣＲ１，ＣＲ２をオン状態として外部充電を開始する。この処理は、上述した第１実施形態のステップＳ４２と同様である。

他方、上記ステップＳ４４において上記時間差が０より小、すなわち均等化時間Ｔ１〜ｎのうちの最大時間Ｔｍａｘが充電時間Ｔｃよりも短いと判定された場合（Ｓ４４でＮＯ）、制御装置１６は、続くステップＳ４６において、各電池セルＢＣの均等化時間Ｔ１〜ｎを充電時間Ｔｃで除算した値を、均等化回路１４のスイッチング素子ＦＥＴのオンデューティに設定する。このオンデューティは、各電池セルＢＣに対応する各均等化回路１４ごとに設定される。このようにスイッチング素子ＦＥＴのオンデューティを設定することで、各電池セルＢＣの均等化電流Ｉ１〜ｎが抑制されて均等化時間Ｔ１〜ｎが延長される。その結果、各電池セルＢＣ１〜ｎにおける均等化時間Ｔ１〜ｎを充電時間Ｔｃと同じ時間にできる。これにより、各電池セルＢＣの均等化処理を、外部充電の開始および終了に合わせて実行することができる。

そして、制御装置１６は、続くステップＳ３８において均等化開始時間決定処理を終了するとともに、充電用リレーＣＲ１，ＣＲ２（図１参照）をオン状態として外部充電を開始すると共に均等化処理も開始する。本実施形態では、バッテリ１２の目標ＳＯＣ（または上限ＳＯＣ）まで充電されたとき、各電池セルＢＣの均等化処理も同時に終了する。

本実施形態の均等化開始時間決定処理によっても第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

なお、上述した各実施形態およびその変形例は、例示に過ぎず、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲内において種々の変更や改良が可能であることはいうまでもない。

１０バッテリシステム、１２バッテリ、１４均等化回路、１６制御装置、１７メモリ、１８電力変換装置、２０充電器、２２電圧センサ、２３樹脂モールド、２４キャパシタ、２６充電予約部、ＣＲ１，ＣＲ２充電用リレー、ＦＥＴスイッチング素子、Ｉ１-ｎ均等化電流、ＰＣＬ正極充電ライン、ＮＣＬ負極充電ライン、ＮＬ１負極ライン、ＰＬ１正極ライン、Ｒ１，Ｒ２放電抵抗、ＳＭＲ１，ＳＭＲ２システムメインリレー。

Claims

電動車両に搭載され、外部電力の充電が可能なバッテリシステムであって、
複数の電池セルを直列接続して構成されるバッテリと、
前記各電池セルにそれぞれ接続される均等化回路と、
前記各均等化回路に含まれるスイッチング素子を制御することにより、前記各電池セルのセル電圧の均等化処理を実行する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記各電池セルの現在ＳＯＣと均等化目標ＳＯＣとから均等化処理を完了するまでに必要な均等化時間を前記電池セルごとに算出し、
前記バッテリへの外部電力の充電時間と前記均等化時間とに基づいて、外部電力の充電とともに前記均等化処理が実行されるように前記均等化処理の開始時間を決定する、
バッテリシステム。