JP2019068671A - 電池制御装置及び電源システム - Google Patents

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Abstract

【課題】適正な電池残存容量の算出が可能な電池制御装置及び電源システムを提供する。
【解決手段】蓄電池１１と、蓄電池１１に接続された電気機器１３，１４，１５と、各電池セル１１ａの電圧を検出するセル監視装置４２と、を備え、蓄電池１１からセル監視装置４２に電源供給可能となっている電源システムＵに適用され、蓄電池１１の充放電時における充放電電流に基づいて蓄電池１１の残存容量を算出する電池制御装置４１であって、セル監視装置４２にて検出された各電池セル１１ａの電圧の和を総セル電圧として算出する総セル電圧算出部と、通電経路Ｌ２に設けられた抵抗２１のセル監視装置４２側の電圧を取得する電圧取得部と、総セル電圧と電圧取得部で取得された電圧とに基づいて、セル監視装置４２にて消費される消費電流を算出する消費電流算出部と、充放電電流と消費電流とに基づいて、残存容量を算出する残存容量算出部と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電池制御装置及び電源システムに関するものである。
ハイブリッド自動車や電気自動車等では、所望の電圧を確保するために、二次電池の単電池セルが多数直列接続された組電池が用いられている。この組電池を用いた電源システムでは、セルコントローラを用いて、各単電池セルの電圧が監視される。例えば、特許文献１に記載の電池セル監視装置では、各単電池セルの端子間の電圧を検出し、必要に応じてセルバランス処理を行うと同時に、電圧を検出する電線などに断線がないかを判定している。
特開２０１５−１１２００７号公報
特許文献１の構成では、監視対象の蓄電池からの給電により電池セル監視装置が作動し、電池システム監視装置が端子間電圧の監視等を実施する。この場合、電池セル監視装置が監視対象の蓄電池から給電されて電流を消費しているため、その消費によって電池残存容量の算出精度が悪化する。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、適正な電池残存容量の算出が可能な電池制御装置及び電源システムを提供することにある。
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。なお以下においては、理解の容易のため、発明の実施の形態において対応する構成の符号を括弧書き等で適宜示すが、この括弧書き等で示した具体的構成に限定されるものではない。
第１の手段では、複数の電池セル（１１ａ）を有してなる蓄電池（１１）と、前記蓄電池に接続された電気機器（１３，１４，１５）と、前記蓄電池の各電池セルに接続され、当該各電池セルの電圧を検出するセル監視装置（４２）と、を備え、前記蓄電池と前記電気機器との間に接続された通電経路によって前記蓄電池から前記セル監視装置に電源供給可能となっている電源システム（Ｕ）に適用され、前記蓄電池の充放電時における充放電電流に基づいて前記蓄電池の残存容量を算出する電池制御装置（４１）であって、前記セル監視装置にて検出された前記各電池セルの電圧の和を総セル電圧として算出する総セル電圧算出部と、前記通電経路に設けられた抵抗（２１）の前記セル監視装置側の電圧を取得する電圧取得部と、前記総セル電圧と前記電圧取得部で取得された電圧とに基づいて、前記セル監視装置にて消費される消費電流を算出する消費電流算出部と、前記充放電電流と前記消費電流とに基づいて、前記残存容量を算出する残存容量算出部と、を備える。
蓄電池には、電気機器とセル監視装置とが接続されているが、残存容量の算出時において、通電経路に流れる電流、つまり、セル監視装置で消費される電流を無視して、蓄電池の残存容量を算出すると、残存容量の誤差の原因となる。そこで、本手段では、蓄電池とセル監視装置の間の通電経路に抵抗を設けて、その抵抗のセル監視装置側の電圧を取得することで、蓄電池からセル監視装置に流れて消費される消費電流を算出するようにした。また、その消費電流と充放電電流とに基づいて、蓄電池の残存容量を算出するようにした。これにより、より正確な残存容量を算出できる。
第２の手段では、前記蓄電池からの給電により作動する電池制御装置であって、前記通電経路において前記抵抗と前記セル監視装置との間から分岐された分岐経路に接続されている。
抵抗とセル監視装置との間から分岐した分岐経路によって電池制御装置に給電することで、電池制御装置に流れて消費される消費電流についても、セル監視装置で消費される消費電流と合わせて抵抗により検出可能となる。そのため、蓄電池から電池制御装置に給電する場合でも、蓄電池の残存容量を正確に算出できる。
第３の手段では、前記蓄電池としての第１蓄電池と、その第１蓄電池とは別の第２蓄電池（１２）とを備え、前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池が前記セル監視装置に接続されている電源システムに適用され、前記セル監視装置による監視動作時において、前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池の少なくともいずれかの蓄電状態に基づいて、前記第１蓄電池及び前記セル監視装置の間に設けられた第１スイッチ（２２）と、前記第２蓄電池及び前記セル監視装置の間に設けられた第２スイッチ（２５）との開閉を制御するスイッチ制御部を備える。
第１蓄電池と第２蓄電池とからセル監視装置に給電することで、電源の冗長化によってセル監視装置の信頼性が向上する。また、２つの蓄電池を併用することで、第１蓄電池の使用量を低下させることができる。さらに、第１蓄電池及び第２蓄電池の少なくともいずれかの蓄電状態に基づいて、セル監視装置への給電について、第１蓄電池からの給電か、第２蓄電池からの給電か、それとも両方からの給電かを切り替えることができる。
第４の手段では、前記セル監視装置による監視動作時において、前記セル監視装置の監視結果に基づいて前記第１蓄電池の異常の有無を判定する異常判定部を備え、前記スイッチ制御部は、前記異常判定部によって異常を検出した場合に、前記第１スイッチを開き、前記第２スイッチを閉じる。
第１蓄電池において異常が発生した場合には、第１スイッチを開くことで、第１蓄電池からセル監視装置への給電を停止する一方、第２スイッチを閉じることで、第２蓄電池からセル監視装置への給電を行う。このように第１蓄電池に異常が発生した場合であっても、第２蓄電池からの給電を行うことができ、セル監視装置が引き続き第１蓄電池の状況を監視することができる。
第５の手段では、複数の電池セルを有してなる第１蓄電池（１１）と、前記第１蓄電池の各電池セルに接続され、当該各電池セルの電圧を検出するセル監視装置（４２）と、前記第１蓄電池とは別の第２蓄電池（１２）から給電され、前記第１蓄電池に接続された電気機器（１３，１４，１５）への充放電時における充放電電流に基づいて前記蓄電池の残存容量を算出する電池制御装置（４１）と、を備える電源システム（Ｕ）であって、前記第１蓄電池は、前記電気機器への電気経路から分岐した通電経路に設けられた抵抗（２１）を介して前記セル監視装置及び前記電池制御装置に接続されており、前記電池制御装置は、前記セル監視装置にて検出された前記各電池セルの電圧の和を総セル電圧として算出する総セル電圧算出部と、前記抵抗の前記セル監視装置側の端の電圧を取得する電圧取得部と、前記総セル電圧と前記電圧取得部で取得された電圧との差に基づいて、前記セル監視装置及び前記電池制御装置にて消費される消費電流を算出する消費電流算出部と、前記充放電電流と前記消費電流とに基づいて、前記残存容量を算出する残存容量算出部と、を備える。
セル監視装置及び電池制御装置は、第１蓄電池から電源を供給されているが、電気機器で充放電時における充放電電流の検出する際には、蓄電池と電気機器との間の電気経路から分岐された通電経路に流れる電流を検出することができない。しかし、通電経路に流れる電流、つまり、セル監視装置及び電池制御装置で消費される電流を無視して、蓄電池の残存容量を算出すると、残存容量の誤差の原因となる。そこで、本発明では、蓄電池とセル監視装置及び電池制御装置の間の通電経路に抵抗を設けて、その抵抗のセル監視装置側の電圧を取得することで、蓄電池からセル監視装置及び電池制御装置に流れて消費される消費電流を算出するようにした。また、その消費電力と充放電電流とに基づいて、蓄電池の残存容量を算出するようにした。これにより、より正確な残存容量を算出できる。また、電池制御装置への給電を第１蓄電池と第２蓄電池の両方から行うことで、電池制御装置への電源が冗長化し、電池制御装置の信頼性が向上する。
第６の手段では、前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池が前記セル監視装置に接続されている電源システムに適用され、前記電池制御装置は、前記セル監視装置による監視動作時において、前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池の少なくともいずれかの蓄電状態に基づいて、前記第１蓄電池及び前記セル監視装置の間に設けられた第１スイッチ（２２）と、前記第２蓄電池及び前記セル監視装置の間に設けられた第２スイッチ（２５）との開閉を制御するスイッチ制御部を備える。
電源システムの概略図 電池制御装置の処理手順を示すフローチャート 電池制御装置の処理を示すタイムチャート
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、エンジン（内燃機関）を駆動源として走行する車両において当該車両の各種機器に電力を供給する電源システムを具体化するものとしている。
図１に示すように、また、本電源システムは、「第１蓄電池」としてのリチウムイオン蓄電池１１と、「第２蓄電池」としての鉛蓄電池１２とを備える、いわゆる２電源システムとなっている。各蓄電池１１、１２からは各種の電気負荷１３、１４と回転電機１５への給電が可能となっている。また、各蓄電池１１、１２に対しては回転電機１５による充電が可能となっている。
鉛蓄電池１２は周知の汎用蓄電池である。これに対し、リチウムイオン蓄電池１１は、鉛蓄電池１２に比べて、充放電における電力損失が少なく、出力密度、及びエネルギ密度の高い高密度蓄電池である。リチウムイオン蓄電池１１は、鉛蓄電池１２に比べて充放電時のエネルギ効率が高い蓄電池であるとよい。また、リチウムイオン蓄電池１１は、それぞれ複数の電池セル１１ａを直列接続してなる組電池として構成されている。これら各蓄電池１１、１２の定格電圧はいずれも同じであり、例えば１２Ｖである。
図示による具体的な説明は割愛するが、リチウムイオン蓄電池１１は、収容ケースに収容されて基板一体の電池ユニットＵとして構成されている。図１では、電池ユニットＵを破線で囲んで示す。電池ユニットＵは、外部端子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２を有しており、このうち外部端子Ｐ０に鉛蓄電池１２と電気負荷１３が接続され、外部端子Ｐ１に回転電機１５が接続され、外部端子Ｐ２に電気負荷１４が接続されている。
各電気負荷１３，１４は、各蓄電池１１，１２から供給される供給電力の電圧について要求が相違するものである。このうち電気負荷１４には、供給電力の電圧が一定又は少なくとも所定範囲内で変動するよう安定であることが要求される定電圧要求負荷が含まれる。これに対し、電気負荷１３は、定電圧要求負荷以外の一般的な電気負荷である。電気負荷１４は被保護負荷とも言える。また、電気負荷１４は電源失陥が許容されない負荷であり、電気負荷１３は、電気負荷１４に比べて電源失陥が許容される負荷であるとも言える。
回転電機１５は、３相交流モータや電力変換装置としてのインバータを有するモータ機能付き発電機であり、機電一体型のＩＳＧ（Integrated Starter Generator）として構成されている。回転電機１５は、エンジン出力軸や車軸の回転により発電（回生発電）を行う発電機能と、エンジン出力軸に回転力を付与する力行機能とを備えている。回転電機１５は、発電電力を各蓄電池１１，１２や電気負荷１３，１４に供給する。
電池ユニットＵには、リチウムイオン蓄電池１１のＳＯＣ（残存容量：State Of Charge）を算出したり、電池ユニットＵの各種制御を行ったりする電池制御装置４１が設けられている。電池制御装置４１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を含むマイコンにより構成されている。
電池制御装置４１には、電池ユニットＵ外の制御装置としてＥＣＵ５１が接続されている。電池制御装置４１及びＥＣＵ５１は、ＣＡＮ等の通信ネットワーク（通信線）により接続されて相互に通信可能となっており、電池制御装置４１及びＥＣＵ５１に記憶される各種データが互いに共有できるものとなっている。ＥＣＵ５１は、電池制御装置４１に対して上位制御装置となっており、各蓄電池１１，１２の蓄電状態や車両の運転状態等に基づいて、電池制御装置４１に対して、各種指令を出力する。そして、その指令に基づいて、電池制御装置４１が電池ユニットＵの各種制御を行う。
ところで、電池制御装置４１は、電池ユニットＵの外部からの起動信号の入力又はＥＣＵ５１からの指令によって起動可能となっている。具体的には、電池制御装置４１は、ＩＧ回路５２がオンになり、ＩＧ信号がオンになると起動される。なお、ＥＣＵ５１等、他の制御装置も同様に、ＩＧ信号がオンになることに伴い起動されるようになっており、各制御装置の起動に伴い相互の通信が可能になっている。また、ＩＧ信号がオフ時であっても、ＥＣＵ５１等の一部機能が有効となっており、ＥＣＵ５１の指令により電池制御装置４１が起動される。
また、電池ユニットＵには、リチウムイオン蓄電池１１を監視するセル監視装置４２が設けられている。セル監視装置４２には、各電池セル１１ａの電圧を検知する周知の電圧検知回路と、各電池セル１１ａの検出電圧に差がある場合に均等化するセルバランス処理を行う周知の均等化回路が設けられている。セル監視装置４２で検出した電圧等のリチウムイオン蓄電池１１の情報は、適宜電池制御装置４１に送信される。
次に、電池ユニットＵの電気的構成について、図１を用いて説明する。電池ユニットＵには、ユニット内電気回路として、鉛蓄電池１２が接続される外部端子Ｐ０と電池制御装置４１とを繋ぐ電気経路Ｌ１が設けられ、リチウムイオン蓄電池１１とセル監視装置４２とを繋ぐ電気経路Ｌ２とが設けられている。そして、電気経路Ｌ１上の接続点Ｎ１と電気経路Ｌ２上の接続点Ｎ３との間を繋ぎ、外部端子Ｐ１に分岐する接続点Ｎ５を有する電気経路Ｌ３と、電気経路Ｌ１上の接続点Ｎ２と電気経路Ｌ２上の接続点Ｎ４との間を繋ぎ、外部端子Ｐ２に分岐する接続点Ｎ６を有する電気経路Ｌ４とが設けられている。
そして、電気経路Ｌ３の接続点Ｎ１と接続点Ｎ５との間にスイッチＳＷ１が設けられ、接続点Ｎ２と接続点Ｎ５との間にスイッチＳＷ２が設けられている。回転電機１５の発電電力は、接続点Ｎ５、電気経路Ｌ３、接続点Ｎ１、電気経路Ｌ１を介して鉛蓄電池１２に供給され、接続点Ｎ５、電気経路Ｌ３、接続点Ｎ３、電気経路Ｌ２を介してリチウムイオン蓄電池１１に供給される。
また、電気経路Ｌ４の接続点Ｎ４と接続点Ｎ６との間にスイッチＳＷ３が設けられ、接続点Ｎ３と接続点Ｎ６との間にスイッチＳＷ３が設けられている。リチウムイオン蓄電池１１から電気負荷１４に対して、電気経路Ｌ２、接続点Ｎ４、電気経路Ｌ４、接続点Ｎ６を介して電源供給可能とする。また、鉛蓄電池１２から電気負荷１４に対して、電気経路Ｌ１、接続点Ｎ２、電気経路Ｌ４、接続点Ｎ６を介して電源供給可能とする。
図示は省略するが、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、それぞれ２つ一組の半導体スイッチを備えている。半導体スイッチは、ＭＯＳＦＥＴであり、その２つ一組のＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードが互いに逆向きになるように直列に接続されている。なお、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４において、２つ一組のＭＯＳＦＥＴを複数設けて、複数組のＭＯＳＦＥＴを並列に接続するようにしてもよい。また、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４において、ＭＯＳＦＥＴに代えて、ＩＧＢＴやバイポーラトランジスタ等を用いてもよい。なお、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のオンオフの制御は、電池制御装置４１によって行われる。また、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４には、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４に流れる電流を検出するための電流検出回路又は電流検出器が設けられている。各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４で検出された電流が、各蓄電池１１，１２の充放電時における充放電電流の電流値となり、電池制御装置４１に出力される。
リチウムイオン蓄電池１１の充放電時において、電池ユニットＵの電気経路Ｌ２から、接続点Ｎ３で、電気経路Ｌ３に充放電電流が流れるように分岐されるとともに、電気経路Ｌ２から、接続点Ｎ４で、電気経路Ｌ４に充放電電流が流れるように分岐される。つまり、リチウムイオン蓄電池１１と電気負荷１３、１４及び回転電機１５との間に接続された電気経路Ｌ２によって、リチウムイオン蓄電池１１からセル監視装置４２に電源供給可能になっている。
電気経路Ｌ２において、接続点Ｎ４とセル監視装置４２との間には、シャント抵抗２１（「抵抗」に相当する）が設けられている。そして、電気経路Ｌ２において、シャント抵抗２１とセル監視装置４２との間には、リチウムスイッチ２２（「第１スイッチ」に相当する）が設けられている。リチウムスイッチ２２は、ノーマリーオープンスイッチで、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチにより構成される。リチウムスイッチ２２は、電池制御装置４１からのオン信号により閉じられ、オフ信号により開かれる。また、電気経路Ｌ２において、リチウムスイッチ２２とセル監視装置４２との間の接続点Ｎ７には、電気経路Ｌ５（「分岐経路」に相当する）が接続されている。電気経路Ｌ５には、ダイオードが設けられており、電気経路Ｌ５により、リチウムイオン蓄電池１１から電池制御装置４１への電源供給が可能になっている。また、電気経路Ｌ２には、ダイオードが設けられており、電気経路Ｌ２により、リチウムイオン蓄電池１１からセル監視装置４２への電源供給が可能になっている。
また、電気経路Ｌ２において、リチウムスイッチ２２と接続点Ｎ７との間には、分圧回路２３が接続されている。そして、分圧回路２３で分圧された電圧が、オペアンプ２４で増幅されて、電池制御装置４１に出力される。分圧回路２３の電気経路Ｌ２との接続点での電圧は、接続点Ｎ４（電気負荷１４に電源供給可能な電気経路Ｌ４の分岐点）と接続点Ｎ７（電池制御装置４１に電源供給可能な電気経路Ｌ５への分岐点）の間に設けられたシャント抵抗２１のセル監視装置４２側の電圧となる。つまり、リチウムイオン蓄電池１１とセル監視装置４２及び電池制御装置４１との間の通電経路にシャント抵抗２１を設けて、そのシャント抵抗２１のセル監視装置４２側の電圧を検出して、電池制御装置４１に出力することができる。
一方、電気経路Ｌ１において、接続点Ｎ２と電池制御装置４１との間の接続点Ｎ８には、電気経路Ｌ６が接続されている。電気経路Ｌ６には、鉛スイッチ２５（「第２スイッチ」に相当する）とダイオードが設けられている。鉛スイッチ２５は、ノーマリーオープンスイッチで、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチにより構成される。鉛スイッチ２５は、電池制御装置４１からのオン信号により閉じられ、オフ信号により開かれる。電気経路Ｌ６により、鉛蓄電池１２からセル監視装置４２への電源供給が可能になっている。一方、電気経路Ｌ１には、ダイオードが設けられており、電気経路Ｌ１により、鉛蓄電池１２から電池制御装置４１への電源供給が可能になっている。また、電気経路Ｌ１には、ＬＤＯ（Low Dropout）レギュレータ１６が設けられており、ＬＤＯレギュレータ１６によって、電池制御装置４１には、定電圧の電源供給が可能になっている。
図２は、電池ユニットＵにおける電池制御装置４１の処理手順を示すフローチャートであり、本処理は、電池制御装置４１により所定周期で繰り返し実施される。
図２において、ステップＳ１１では、起動信号であるＩＧ信号がオン状態であるか否かを判定する。なお、ＩＧ信号がオン状態であるということは、エンジンが稼働している状態であることを示している。ＩＧ信号がオン状態であればステップＳ１２に進み、ＩＧ信号がオフであればステップＳ５１に進む。
ＩＧ信号がオンである場合において、ＩＧ信号のオン切替時（電池ユニットＵ起動時）には、ステップＳ１２では、鉛スイッチ２５（Ｐｂ＿ＳＷ）をオンにする。鉛スイッチ２５をオンにすると、鉛蓄電池１２から電気経路Ｌ１、接続点Ｎ８、電気経路Ｌ６、電気経路Ｌ２を介して、セル監視装置４２に給電される。なお、ＩＧ信号がオンになると、電池制御装置４１が起動し、また、電気経路Ｌ１を介して、鉛蓄電池１２から電池制御装置４１に給電される。
そして、鉛蓄電池１２からセル監視装置４２に給電されて、セル監視装置４２が起動すると、ステップＳ１３でリチウムイオン蓄電池１１の総セル電圧を算出する。具体的には、セル監視装置４２の電圧検出回路によって、各電池セル１１ａの端子間電圧が測定される。そして、この各電池セル１１ａの端子間電圧に基づいて、リチウムイオン蓄電池１１の総セル電圧を算出する。この際に、セル監視装置４２の立ち上げ時等、リチウムイオン蓄電池１１での充放電が行われていないときには、セル監視装置４２は、開放電圧（ＯＣＶ）を測定し、リチウムイオン蓄電池１１での充放電が行われているときには、セル監視装置４２は、閉路電圧（ＣＣＶ）を測定する。なお、このステップＳ１３の機能が、「総セル電圧算出部」に相当する。
ステップＳ２１では、異常でリチウムスイッチ２２（Ｌｉ＿ＳＷ）がオフ状態になっているか否かを判定する。具体的には、以前の周期でのフローにおいて、後述するステップＳ２２で否定された場合、ステップＳ２７で肯定された場合、ステップＳ２９で否定された場合、つまり、ステップＳ３２でリチウムスイッチ２２がオフ状態となった場合に、ステップＳ２１を肯定する。
ステップＳ２１が否定された場合には、ステップＳ２２に進む。ステップＳ２２では、ステップＳ１３で算出された総セル電圧が所定の範囲内にあるかどうかを判定する。総セル電圧が所定の範囲内の場合には、ステップＳ２３に進み、総セル電圧が所定の範囲から外れる場合には、ステップＳ３１に進む。
ステップＳ２３では、リチウムスイッチ２２をオンにする。リチウムスイッチ２２をオンにすると、リチウムイオン蓄電池１１から電気経路Ｌ２を介して、セル監視装置４２に給電される。つまり、セル監視装置４２は、リチウムイオン蓄電池１１と鉛蓄電池１２との両方から電源供給可能となっている。
そして、ステップＳ２４で、シャント抵抗２１のセル監視装置４２側の端の電圧を取得する。具体的には、分圧回路２３で分圧され、オペアンプ２４で増幅された電圧を取得する。なお、ステップＳ２４の機能が「電圧取得部」に相当する。
そして、ステップＳ２５で、ステップＳ２４で取得した電圧に基づいて消費電力を算出する。ステップＳ１３で算出した総セル電圧の値からシャント抵抗２１のセル監視装置４２側での電圧の値をひくことで、シャント抵抗２１での電圧降下分の値を求める。そして、シャント抵抗２１での電圧降下分の値をシャント抵抗２１の値で割ることで、シャント抵抗２１に流れる電流、つまり、電池制御装置４１とセル監視装置４２で消費される電流を求めることができる。このように、シャント抵抗２１のリチウムイオン蓄電池１１側の電圧を総セル電圧の値とすることで、シャント抵抗２１のリチウムイオン蓄電池１１側に電圧を検出する構成を設ける必要がなくなり、回路を簡略化することができる。なお、ステップＳ２５の機能が「消費電流算出部」に相当する。
ステップＳ２６で、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４に流れる電流を検出した値を取得し、その電流値に基づいて、充放電電流を算出する。なお、電池制御装置４１が各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４に流れる電流値を取得するのではなく、セル監視装置４２が取得し、電池制御装置４１に出力してもよい。
ステップＳ２７で、リチウムイオン蓄電池１１に異常の有無を判定する。例えば、セル監視装置４２で監視している各電池セル１１ａの電圧が過充電状態又は過放電状態になっている場合には、異常が有るとして、ステップＳ２７を肯定する。また、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４に流れる電流を検出した値によって、リチウムイオン蓄電池１１と電気負荷１４もしくは回転電機１５との間に流れる電流が過大な場合には、異常が有るとして、ステップＳ２７を肯定する。また、電池制御装置４１又はセル監視装置４２でリチウムイオン蓄電池１１の温度を検出している場合に、その温度が所定の範囲外にある場合等、リチウムイオン蓄電池１１に異常が有る場合には、ステップＳ２７を肯定する。なお、ステップＳ２２及びステップＳ２７の機能が、「異常判定部」に相当する。
ステップＳ２７が否定されると、ステップＳ２８で、周知の方法によって、ＳＯＣを算出する。例えば、ＳＯＣの前回値に対して、リチウムイオン蓄電池１１の通電電流を加減算することで、ＳＯＣが更新される。この際に、ステップＳ２５で求めた消費電流をステップＳ２６で求めた充放電電流に加味して、リチウムイオン蓄電池１１の通電電流を算出し、ＳＯＣを算出する。なお、ステップＳ２８の機能が、「残存容量算出部」に相当する。
そして、ステップＳ２９で、ステップＳ２８で算出したＳＯＣが所定値の範囲内にあるか否かを判定する。ＳＯＣが所定の範囲内にある場合には、ステップＳ２９を肯定し、処理を終了する。
一方、ステップＳ２２で総セル電圧が所定の範囲内にないと判断した場合、または、ステップＳ２７で異常を判定した場合には、ステップＳ３１で、リチウムイオン蓄電池１１に異常が発生している旨を、車両に搭載されているディスプレイやランプ等に出力して表示させる。そして、ステップＳ３２で、リチウムイオン蓄電池１１からセル監視装置４２への給電を停止するために、リチウムスイッチ２２をオフにする。また、ステップＳ２９で、ＳＯＣが所定の範囲内にない場合にも、リチウムイオン蓄電池１１の充電状況が所定の範囲内にないと判断されて、リチウムイオン蓄電池１１からセル監視装置４２への給電を停止するために、リチウムスイッチ２２をオフにする。ステップＳ３１の機能が「スイッチ制御部」に相当する。
また、ステップＳ２１で、異常でリチウムスイッチ２２がオフになっていると判定された場合には、ステップＳ４１で、リチウムイオン蓄電池１１の状況をセル監視装置４２等から取得する。この際に、鉛蓄電池１２からセル監視装置４２への給電が可能となっているため、リチウムイオン蓄電池１１からの給電がなくてもセル監視装置４２は、リチウムイオン蓄電池１１の監視を継続することができる。
そして、ステップＳ４２で、リチウムイオン蓄電池１１の異常が解消したか否かを判定する。具体的には、ステップＳ２２が否定されていた場合には、総セル電圧が所定の範囲内となっているかどうかを判定する。また、ステップＳ２７が肯定されていた場合には、その異常が解消しているかどうかを判定する。また、ステップＳ２９が否定されていた場合には、ステップＳ２６及びステップＳ２８と同様に充放電電流を算出し、その値に基づいて、ＳＯＣを算出し、ＳＯＣが所定の範囲内にあるかどうかを判定する。
ステップＳ４２で、異常が解消したと判定されると、ステップＳ４３でリチウムスイッチ２２をオンにして、リチウムイオン蓄電池１１からセル監視装置４２への給電を開始して、処理を終了する。一方、異常が解消されていないと判定されると、処理を終了する。
また、ステップＳ１１で、ＩＧ信号がオフであると判定されると、ステップＳ５１で、ＩＧ信号がオフになった直後かどうかを判定する。ＩＧ信号がオフになった直後である場合には、ステップＳ５２で、電池制御装置４１の終了処理を行う。また、リチウムスイッチ２２及び鉛スイッチ２５がオンになっている場合には、これらのスイッチ２２，２５をオフにして、セル監視装置４２への給電を停止する。
ステップＳ５１で、ＩＧ信号がオフになった直後ではないと判定されると、ステップＳ６１で、前回のセルバランス処理から所定時間が経過したかどうかを判定する。所定時間（例えば、前回起動時から１時間）が経過していないと判定されると、処理を終了する。所定時間経過後であると判定されると、ステップＳ６２で、鉛スイッチ２５をオンにし、セル監視装置４２への給電を開始する。なお、ステップＳ６１を判定せず、ＥＣＵ５１が前回のセルバランス処理から所定時間が経過したかどうかを判定し、ＥＣＵ５１の命令により、ステップＳ６２に進んでもよい。
そして、ステップＳ６３で、各電池セル１１ａのセル電圧を取得する。ステップＳ６４で、ステップＳ６３で取得した各電池セル１１ａのセル電圧に基づいて、セルバランス処理（電池セル１１ａの均等化処理）が必要かどうか判定する。なお、セルバランス処理が必要かどうかの判定をセル監視装置４２で行い、電池制御装置４１はその結果を受け取って、セルバランス処理が行われるかどうかを判定するのでもよい。そして、セルバランス処理が不要と判定されると、ステップＳ７１で、鉛スイッチ２５をオフにして、セル監視装置４２への給電を停止し、処理を終了する。
ステップＳ６４で、セルバランス処理が必要と判定されると、ステップＳ６５で、リチウムスイッチ２２をオンにして、ステップＳ６６で鉛スイッチ２５をオフにする。つまり、リチウムイオン蓄電池１１がセル監視装置４２への給電を行うようにする。そして、ステップＳ６７で、セルバランス処理を行い、ステップＳ６８で、セルバランス処理が完了したと判定するまで、セルバランス処理を継続する。セルバランス処理が完了すると、ステップＳ６９で、リチウムスイッチ２２をオフにして、セル監視装置４２への給電を停止し、処理を終了する。
図３は、上記のＩＧ信号がオンになってからオフになるまでの間の電池制御装置４１の処理をより具体的に示すタイムチャートである。ここでは、ＩＧ信号がオンになったあと、リチウムイオン蓄電池１１に異常が発生し、その異常が解消される場合を想定するものとなっている。
図３において、ＩＧ回路５２がオンになり、タイミングｔ１で、所定電圧に達すると、電池制御装置４１からの指令により、鉛スイッチ２５がオンになる。なお、電池制御装置４１からの指令ではなく、ＩＧ信号がオンになることで、鉛スイッチ２５がオンに切り替えられてもよい。そして、鉛スイッチ２５がオンになると、鉛蓄電池１２からセル監視装置４２への給電が開始され、セル監視装置４２が立ち上がると、タイミングｔ２で、電池制御装置４１とセル監視装置４２との間の通信が開始される。タイミングｔ２で、電池制御装置４１とセル監視装置４２との間の通信が開始されると、セル監視装置４２は、各電池セル１１ａの端子間電圧を測定して、電池制御装置４１は、総セル電圧を算出する。そして、総セル電圧が所定範囲内であると判定されると、タイミングｔ３で、リチウムスイッチ２２がオンになり、リチウムイオン蓄電池１１と鉛蓄電池１２とからセル監視装置４２に給電が開始される。
その後、タイミングｔ４では、例えば充放電電流が過大である等リチウムイオン蓄電池１１で異常が有ると判定されると、リチウムスイッチ２２がオフになる。このとき、鉛スイッチ２５がオンになっていることから、鉛蓄電池１２からセル監視装置４２への給電が継続される。そして、タイミングｔ５で、リチウムイオン蓄電池１１での異常が解消すると、リチウムスイッチ２２がオンになり、リチウムイオン蓄電池１１と鉛蓄電池１２とからセル監視装置４２に給電される。
その後、タイミングｔ６でＩＧ回路５２がオフされると、電池制御装置４１で停止処理が行われ、電池制御装置４１の停止処理の過程において、タイミングｔ７で、リチウムスイッチ２２と鉛スイッチ２５がオフになり、セル監視装置４２への給電が停止され、セル監視装置４２が停止する。また、電池制御装置４１とセル監視装置４２との通信が停止される。
以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
リチウムイオン蓄電池１１には、電気負荷１３，１４と回転電機１５とセル監視装置４２とが接続されているが、ＳＯＣの算出時において、セル監視装置４２で消費される電流を無視して、リチウムイオン蓄電池１１のＳＯＣを算出すると、ＳＯＣの誤差の原因となる。そこで、本実施形態では、リチウムイオン蓄電池１１とセル監視装置４２との間の通電経路（電気経路Ｌ２）にシャント抵抗２１を設けて、そのシャント抵抗２１のセル監視装置４２側の電圧を取得することで、リチウムイオン蓄電池１１からセル監視装置４２に流れて消費される消費電流を算出するようにした。また、その消費電流と充放電電流とに基づいて、リチウムイオン蓄電池１１のＳＯＣを算出するようにした。これにより、より正確なＳＯＣを算出できる。
また、シャント抵抗２１とセル監視装置４２との間から分岐した電気経路Ｌ５によって、電池制御装置４１に給電することで、電池制御装置４１に流れて消費される消費電流についてもセル監視装置４２で消費される消費電流と合わせて算出可能となる。そのため、リチウムイオン蓄電池１１から電池制御装置４１に給電する場合でも、リチウムイオン蓄電池１１のＳＯＣを正確に算出できる。また、電池制御装置４１への給電をリチウムイオン蓄電池１１と鉛蓄電池１２との両方から行うことで、電池制御装置４１への電源が冗長化し、電池制御装置４１の信頼性が向上する。
リチウムイオン蓄電池１１と鉛蓄電池１２とからセル監視装置４２に給電することで、電源の冗長化によってセル監視装置４２の信頼性が向上する。また、２つの蓄電池１１，１２を併用することで、リチウムイオン蓄電池１１の使用量を低下させることができる。さらに、リチウムイオン蓄電池１１の蓄電状態に基づいて、セル監視装置４２への給電について、鉛蓄電池１２からの給電か、それとも両蓄電池１１，１２からの給電かを切り替えることができる。
リチウムイオン蓄電池１１において異常が発生した場合には、リチウムスイッチ２２を開くことで、リチウムイオン蓄電池１１からセル監視装置４２への給電を停止する一方、鉛スイッチ２５を閉じたままにすることで、鉛蓄電池１２からセル監視装置４２への給電を行う。このようにリチウムイオン蓄電池１１に異常が発生した場合であっても、鉛蓄電池１２からの給電を行うことができ、セル監視装置４２が引き続きリチウムイオン蓄電池１１の状況を監視することができる。
上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。ちなみに、以下の別例の構成を、上記実施形態の構成に対して、個別に適用してもよく、また、任意に組み合わせて適用してもよい。
・電源システムは、上記実施形態のように、第１蓄電池及び第２蓄電池としてリチウムイオン蓄電池１１と鉛蓄電池１２とを備えるものに限られない。第１蓄電池のみが用いられるものであってもよい。その場合には、第１蓄電池に異常が発生した場合には、第１スイッチをオフにして、異常の発生を出力して、セル監視装置を停止してもよい。
・電源システムに用いる蓄電池は、リチウムイオン蓄電池１１と鉛蓄電池１２とに限られない。例えば、ニッケル水素蓄電池など他の二次電池を用いる構成としてもよい。ただし、第１蓄電池として、各電池セルの監視が必要なものを用いることが望ましい。
・上記実施形態では、リチウムイオン蓄電池１１から電池制御装置４１へ給電していたが、鉛蓄電池１２のみから給電してもよい。また、鉛蓄電池１２から給電せず、リチウムイオン蓄電池１１のみから給電してもよい。
・上記実施形態では、ＩＧ回路５２がオンの間は、鉛スイッチ２５は常時オンとなっていたが、リチウムイオン蓄電池１１及び鉛蓄電池１２の充電状態に応じて、オンオフを切り替えてもよい。例えば、鉛蓄電池１２の充電残量が低く、リチウムイオン蓄電池１１のＳＯＣが十分な時にはオフにして、鉛蓄電池１２の充電残量が十分な時にはオンにしてもよい。
・上記実施形態では、シャント抵抗２１は、接続点Ｎ４とリチウムスイッチ２２との間に設けられていたが、リチウムスイッチ２２と分圧回路２３の間に設けられていてもよい。つまり、シャント抵抗２１は、電気負荷１４及び回転電機１５への分岐した後の通電経路であって、電池制御装置４１へ分岐する接続点Ｎ７まで又はセル監視装置４２までの間に設けられていればよく、そのセル監視装置４２側の電圧が検出できる位置に分圧回路２３等の電圧を検出するための構成が設けられていればよい。
・上記実施形態では、発電機として発電機能と力行機能とを有する回転電機１５を用いたが、これを変更し、発電機能のみを有するオルタネータ等の発電機を用いることも可能である。
１１…リチウムイオン蓄電池、１２…鉛蓄電池、２１…シャント抵抗、２２…リチウムスイッチ、２５…鉛スイッチ、４１…電池制御装置、４２…セル監視装置、Ｕ…電池ユニット。

Claims (6)

  1. 複数の電池セル（１１ａ）を有してなる蓄電池（１１）と、前記蓄電池に接続された電気機器（１３，１４，１５）と、前記蓄電池の各電池セルに接続され、当該各電池セルの電圧を検出するセル監視装置（４２）と、を備え、前記蓄電池と前記電気機器との間に接続された通電経路によって前記蓄電池から前記セル監視装置に電源供給可能となっている電源システム（Ｕ）に適用され、
    前記蓄電池の充放電時における充放電電流に基づいて前記蓄電池の残存容量を算出する電池制御装置（４１）であって、
    前記セル監視装置にて検出された前記各電池セルの電圧の和を総セル電圧として算出する総セル電圧算出部と、
    前記通電経路に設けられた抵抗（２１）の前記セル監視装置側の電圧を取得する電圧取得部と、
    前記総セル電圧と前記電圧取得部で取得された電圧とに基づいて、前記セル監視装置にて消費される消費電流を算出する消費電流算出部と、
    前記充放電電流と前記消費電流とに基づいて、前記残存容量を算出する残存容量算出部と、
    を備える電池制御装置。
  2. 前記蓄電池からの給電により作動する電池制御装置であって、
    前記通電経路において前記抵抗と前記セル監視装置との間から分岐された分岐経路に接続されている請求項１に記載の電池制御装置。
  3. 前記蓄電池としての第１蓄電池（１０）と、その第１蓄電池とは別の第２蓄電池（１２）とを備え、前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池が前記セル監視装置に接続されている電源システムに適用され、
    前記セル監視装置による監視動作時において、前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池の少なくともいずれかの蓄電状態に基づいて、前記第１蓄電池及び前記セル監視装置の間に設けられた第１スイッチ（２２）と、前記第２蓄電池及び前記セル監視装置の間に設けられた第２スイッチ（２５）との開閉を制御するスイッチ制御部を備える請求項１又は請求項２に記載の電池制御装置。
  4. 前記セル監視装置による監視動作時において、前記セル監視装置の監視結果に基づいて前記第１蓄電池の異常の有無を判定する異常判定部を備え、
    前記スイッチ制御部は、前記異常判定部によって異常を検出した場合に、前記第１スイッチを開き、前記第２スイッチを閉じる請求項３に記載の電池制御装置。
  5. 複数の電池セルを有してなる第１蓄電池（１１）と、前記第１蓄電池の各電池セルに接続され、当該各電池セルの電圧を検出するセル監視装置（４２）と、前記第１蓄電池とは別の第２蓄電池（１２）から給電され、前記第１蓄電池に接続された電気機器（１３，１４，１５）への充放電時における充放電電流に基づいて前記蓄電池の残存容量を算出する電池制御装置（４１）と、を備える電源システム（Ｕ）であって、
    前記第１蓄電池は、前記電気機器への電気経路から分岐した通電経路に設けられた抵抗（２１）を介して前記セル監視装置及び前記電池制御装置に接続されており、
    前記電池制御装置は、
    前記セル監視装置にて検出された前記各電池セルの電圧の和を総セル電圧として算出する総セル電圧算出部と、
    前記抵抗の前記セル監視装置側の端の電圧を取得する電圧取得部と、
    前記総セル電圧と前記電圧取得部で取得された電圧との差に基づいて、前記セル監視装置及び前記電池制御装置にて消費される消費電流を算出する消費電流算出部と、
    前記充放電電流と前記消費電流とに基づいて、前記残存容量を算出する残存容量算出部と、
    を備える電源システム。
  6. 前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池が前記セル監視装置に接続されている電源システムに適用され、
    前記電池制御装置は、前記セル監視装置による監視動作時において、前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池の少なくともいずれかの蓄電状態に基づいて、前記第１蓄電池及び前記セル監視装置の間に設けられた第１スイッチ（２２）と、前記第２蓄電池及び前記セル監視装置の間に設けられた第２スイッチ（２５）との開閉を制御するスイッチ制御部を備える請求項５に記載の電源システム。
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