JP2019124567A - 電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】並列接続された複数の二次電池間の温度ばらつきに起因する電流ばらつきを考慮して適切な電池保護制御を実現する。【解決手段】ＥＣＵは、最低温度ＴＢｍｉｎと冷却風の温度ＴＣを取得するステップ（Ｓ１００）と、ファン風量を取得するステップ（Ｓ１０２）と、冷却係数を設定するステップ（Ｓ１０４）と、抵抗値Ｒｔｍｉｎを算出するステップ（Ｓ１０６）と、電流の二乗平均値を算出するステップ（Ｓ１０８）と、ＴＢｏｆｆｓｅｔ１を設定するステップ（Ｓ１１０）と、抵抗値Ｒｔｍａｘを算出するステップ（Ｓ１１２）と、温度指標Ｆｔｍａｘを算出するステップ（Ｓ１１４）と、温度指標Ｆｔｍｉｎを算出するステップ（Ｓ１１６）と、評価関数ΔＦを算出するステップ（Ｓ１１８）と、最大電流補正ゲインＧを算出するステップ（Ｓ１２０）と、最大電流値Ｉｍａｘを算出するステップ（Ｓ１２２）とを含む、処理を実行する。【選択図】図５

Description

本開示は、電池システムに関し、特に、並列接続された複数の二次電池を含んで構成される組電池を備える電池システムに関する。

特開２００６−１３８７５０号公報（特許文献１）は、二次電池ブロック（組電池）の状態を監視する電池監視装置を開示する。二次電池ブロックは、複数の並列セルブロックが直列接続されて構成され、複数の並列セルブロックの各々は、並列接続された複数のセル（二次電池）から構成される。

この電池監視装置では、通電前後の各並列セルブロックの電圧変化量が算出されるとともに、通電前後の二次電池ブロックの電流変化量が算出される。そして、算出された電圧変化量及び電流変化量から各並列セルブロックの内部抵抗が算出され、その算出された内部抵抗に基づいてセルの異常が判定される（特許文献１参照）。

特開２００６−１３８７５０号公報

上記の電池監視装置では、セルの異常を判定することはできるが、並列セルブロックのセル間に生じている温度ばらつきに起因する電流ばらつきについては考慮されていない。並列セルブロックのセル間に温度ばらつきが生じると、セル間の抵抗バラツキが拡大し、その結果、セル間の電流ばらつきが拡大する。そうすると、たとえば並列セルブロックに流れる総電流や平均電流に基づいて電池保護制御を行なっても、並列セルブロックにおいて相対的に大きな電流が流れるセルについては保護できていない可能性がある。

本開示は、上述した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、並列接続された複数の二次電池間の温度ばらつきに起因する電流ばらつきを考慮して適切な電池保護制御を実現可能な電池システムを提供することである。

本開示のある局面に係る電池システムは、並列接続された複数の二次電池によって構成される組電池と、組電池に対して冷却媒体の供給が可能に構成された冷却装置と、複数の二次電池間の温度ばらつきに起因する複数の二次電池間の電流ばらつきを推定するように構成された制御装置とを備える。制御装置は、複数の二次電池のうち相対的に温度が低い第１電池の発熱量、および、冷却装置による第１電池の冷却量を用いて、第１電池の温度と相関を有する第１の温度指標を算出する。制御装置は、組電池の発熱状態に関連する情報を用いて温度加算値を設定する。制御装置は、第１電池の温度に温度加算値を加えて算出される温度となる第２電池の発熱量、および、冷却装置による第２電池の冷却量を用いて、第２電池の温度と相関を有する第２の温度指標を算出する。制御装置は、第２の温度指標から第１の温度指標を差引くことによって、温度ばらつきの度合いを示す評価値を算出する。制御装置は、算出された評価値と組電池の温度とを用いて、電流ばらつきの度合いを推定する。

このようにすると、設定された温度加算値を用いて第２の温度指標が算出されるため、評価値を精度高く算出することができる。その結果、並列接続された複数の二次電池間の温度ばらつきに起因する複数の二次電池間の電流ばらつきを精度高く推定することができる。そのため、複数の二次電池に対して適切な電池保護制御を実現することが可能となる。

ある実施の形態においては、組電池の発熱状態に関連する情報は、組電池の電流の情報である。制御装置は、電流の二乗平均値が高い場合には、二乗平均値が低い場合よりも高い値を温度加算値として設定する。

このようにすると、電流の二乗平均値に基づいて組電池の発熱状態に対応した温度加算値を適切に設定することができる。

ある実施の形態においては、第１電池は、複数の二次電池のうちの最も温度が低い二次電池である。第２電池は、複数の二次電池のうちの最も温度が高い二次電池である。電池システムは、第１電池の温度を検出する検出部をさらに備える。制御装置は、検出部を用いて第１電池の温度を取得するとともに、第１電池の温度に温度加算値を加えて第２電池の温度を算出する。

このようにすると、温度ばらつきの度合いを示す評価値を適切に算出することができる。

本開示によると、並列接続された複数の二次電池間の温度ばらつきに起因する電流ばらつきを考慮して適切な電池保護制御を実現可能な電池システムを提供することができる。

本開示の実施の形態に従う電池システムが搭載された車両の構成を概略的に示した図である。 図１に示す組電池の詳細な構成の一例を示した図である。 並列接続された複数のセルのうちの最高温度セルと最低温度セルとの温度変化の一例を示した図である。 セルの温度と抵抗との関係の一例を示した図である。 セル間の電流ばらつきの推定に関する処理の手順を説明するフローチャートである。 式（１）および式（４）で用いられる係数ｆを決定するためのマップである。 セルの抵抗の温度依存性を示した図である。 セルの抵抗の残存容量依存性を示した図である。 並列接続された複数のセルを示した図である。 最大電流補正ゲインＧのマップである。 セルの温度と抵抗との関係を示した図である。

以下、本開示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、本開示の実施の形態に従う電池システムが搭載された車両１の構成を概略的に示した図である。なお、以下の説明においては、車両１がハイブリッド車両である場合を一例として説明する。

図１を参照して、車両１は、電池システム２と、ＰＣＵ（Power Control Unit）３０と、ＭＧ（Motor Generator）４１，４２と、エンジン５０と、動力分割装置６０と、駆動軸７０と、駆動輪８０とを備える。

電池システム２は、組電池１０と、監視ユニット２０と、冷却装置２４と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００とを含む。冷却装置２４は、組電池１０へ冷却媒体（本実施の形態においては、冷却風）を供給するための装置であり、ダクト２５と、ファン２６と、温度センサ２７とを含む。なお、冷却媒体としては、冷却液であってもよい。

エンジン５０は、空気と燃料との混合気を燃焼させたときに生じる燃焼エネルギをピストンやロータなどの運動子の運動エネルギに変換することによって動力を出力する、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関である。動力分割装置６０は、たとえば、サンギヤ、キャリア、リングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を含む。動力分割装置６０は、エンジン５０から出力される動力を、ＭＧ４１に伝達したり、駆動輪８０に伝達したりする。

ＭＧ４１，４２は、交流回転電機であり、たとえば、ロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機である。ＭＧ４１は、主として、動力分割装置６０を経由してエンジン５０により駆動される発電機として用いられる。ＭＧ４１が発電した電力は、ＰＣＵ３００を経由してＭＧ４２および組電池１０のうちの少なくともいずれかに供給される。

ＭＧ４２は、主として、電動機として動作し、組電池１０からの電力およびＭＧ４１の発電電力のうちの少なくとも一方を受けて駆動輪８０を駆動する。ＭＧ４２の駆動力は駆動軸７０に伝達され、駆動輪８０に伝達される。一方、車両１の制動時や下り斜面での加速度低減時には、ＭＧ４２は、発電機として動作して回生発電を行なう。ＭＧ４２が発電した電力は、ＰＣＵ３０を経由して組電池１０に供給される。

組電池１０は、並列接続された複数のセルを含んで構成される（詳細な構成は後述する）。セルは、たとえばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等の二次電池である。組電池１０は、ＭＧ４１，４２を駆動するための電力を蓄える。すなわち、組電池１０は、ＰＣＵ５０を経由してＭＧ４１またはＭＧ４２に対して電力を供給することができる。また、組電池１０は、ＭＧ４１，４２の発電時にＰＣＵ３０を経由して発電電力を受けて充電され得る。

監視ユニット２０は、電圧検出部２１と、電流検出部２２と、温度検出部２３とを含む。電圧検出部２１は、組電池１０において並列接続される複数のセルの電圧（以下「セル電圧」とも称する。）ＶＢｉを検出する。電流検出部２２は、組電池１０の充放電電流ＩＢを検出する。温度検出部２３は、組電池１０内の複数箇所に設けられたサーミスタ（１）〜（ｊ）等を用いて組電池１０の温度ＴＢ１〜ＴＢｊを検出する。

ダクト２５は、組電池１０へ冷却風を供給するための通路である。ダクト２５には、ファン２６が設けられている。この実施の形態では、ファン２６は、吸気側のダクト２５に設けられているが、ファン２６は、排気側のダクト２５に設けられてもよい。ファン２６は、たとえば、ＥＣＵ１００からの制御信号に基づいて動作する。温度センサ２７は、ダクト２５を通じて組電池１０へ供給される冷却風の温度ＴＣを検出する。

ＰＣＵ３０は、ＥＣＵ１００からの制御信号に従って、組電池１０とＭＧ４１との間での双方向の電力変換、または、組電池１０とＭＧ４２との間での双方向の電力変換を実行する。ＰＣＵ３０は、ＭＧ４１，４２の状態を個別に制御可能に構成されており、たとえば、ＭＧ４１を回生（発電）状態にしつつ、ＭＧ４２を力行状態にすることができる。ＰＣＵ３０は、たとえば、ＭＧ４１，４２にそれぞれ対応して設けられる２つのインバータと、各インバータに供給される直流電圧を組電池１０の出力電圧以上に昇圧可能なコンバータとを含んで構成される。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０２と、メモリ（ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory））１０５と、各種信号を入出力するための入出力ポート（図示せず）とを含んで構成される。ＥＣＵ１００は、各センサあるいは各検出部から受ける信号並びにメモリ１０５に記憶されたプログラムおよびマップに基づいてエンジン５０およびＰＣＵ３０を制御することにより、組電池１０の充放電を制御する。

図２は、図１に示した組電池１０の詳細な構成の一例を示した図である。図２を参照して、この組電池１０においては、複数のセルが並列接続されてブロック（或いはモジュール）を構成し、複数のブロックが直列接続されて組電池１０を構成する。具体的には、組電池１０は、直列に接続されるブロック１０−１〜１０−Ｍを含み、ブロック１０−１〜１０−Ｍの各々は、並列接続されたＮ個のセルを含む。

電圧検出部２１は、電圧センサ２１−１〜２１−Ｍを含む。電圧センサ２１−１〜２１−Ｍは、ブロック１０−１〜１０−Ｍの電圧をそれぞれ検出する。すなわち、電圧センサ２１−１は、ブロック１０−１を構成するＮ個のセルの電圧ＶＢ１を検出する。同様に、電圧センサ２１−２〜２１−Ｍは、ブロック１０−２〜１０−Ｍを構成するＮ個のセルの電圧ＶＢ２〜ＶＢＭをそれぞれ検出する。電流検出部２２は、各ブロック１０−１〜１０−Ｍに流れる電流ＩＢを検出する。すなわち、電流検出部２２は、各ブロックのＮ個のセルに流れる総電流を検出する。

このように並列接続された複数のセルを含んで構成される組電池１０においては、並列接続された複数のセル間（以下、単に「セル間」と称する。）に温度ばらつきが発生する。たとえば、セル間には初期抵抗のばらつき（製品ばらつき）が存在するところ、相対的に抵抗が低いセルには相対的に大きい電流が流れるので、初期抵抗が低いセルの温度は相対的に高くなり得る。また、セルの配置（ケース内の中央近傍か端部近傍か等）やケース内の冷却構造（冷却風通路の構成等）によっても、温度ばらつきは発生する。

図３は、並列接続された複数のセルのうちの最高温度セルと最低温度セルとの温度変化の一例を示した図である。最高温度セルは、並列接続される複数のセルのうちの温度が最も高いセルを示す。最低温度セルは、並列接続される複数のセルのうちの温度が最も低いセルを示す。図３を参照して、線Ｌ１，Ｌ２は、それぞれ最低温度セルの温度変化及び最高温度セルの温度変化を示し、線Ｌ３は、最高温度セルと最低温度セルとの温度差ΔＴの変化を示す。時刻ｔ０において組電池１０に電流ＩＢが流れ始めると、両セルとも温度が上昇し始める。上述した要因によってセル毎に温度の上がり方は異なり、両セルには温度差ΔＴ（温度ばらつき）が生じる。

温度が高いセルの抵抗は、温度が低いセルの抵抗よりも低くなるので、セル間の温度ばらつきが拡大すると、セル間の抵抗ばらつきが拡大する。相対的に抵抗が低いセルには、相対的に大きい電流が流れるので、セル間の抵抗ばらつきが拡大すると、セル間の電流ばらつきが拡大する。

図４は、セルの温度と抵抗との関係の一例を示した図である。図４を参照して、横軸はセルの温度Ｔｃｅを示し、縦軸はセルの抵抗Ｒｃｅを示す。セルの温度Ｔｃｅと抵抗Ｒｃｅとには、温度Ｔｃｅが上昇すると抵抗Ｒｃｅは低下し、かつ、温度変化に対する抵抗変化の大きさは低温ほど大きい（曲線の傾き大）関係がある。

点Ｐ１は、並列接続される複数のセルのうちの最低温度セルの温度および抵抗の関係を示し、点Ｐ２は、並列接続される複数のセルのうちの最高温度セルの温度および抵抗の関係を示す。最高温度セルと最低温度セルとの温度差ΔＴ（温度ばらつき）は、両セル間の抵抗差ΔＲ（抵抗ばらつき）を生じさせる。そして、この抵抗差ΔＲ（抵抗ばらつき）によって、最高温度セルと最低温度セルとの間に電流差（電流ばらつき）が生じる。

このように、セル間の温度ばらつきは、セル間の電流ばらつきを拡大させる。そうすると、たとえば、並列接続された複数のセル（ブロック）に流れる総電流（ＩＢ）や平均電流（ＩＢ／Ｎ）をそのまま用いて電池保護制御を行なっても、相対的に大きな電流が流れるセルについては保護できていない可能性がある。

この実施の形態に従う電池システム２では、セル間の温度ばらつきに起因するセル間の電流ばらつきが推定される。

なお、温度ばらつきについては、実際にセル毎に温度を検出して温度ばらつきを測定するのは現実的に難しいため、この実施の形態では、最高温度セルの温度と最低温度セルの温度とを以下に説明するように特定するものとする。

具体的には、ＥＣＵ１００は、組電池１０内に複数個設けられるサーミスタを用いて複数個の検出結果を取得する。ＥＣＵ１００は、取得された複数個の検出結果から最も低い温度を示す検出結果を用いて最低温度セルの温度（ＴＢｍｉｎ）を特定する。ＥＣＵ１００は、特定した最低温度セルの温度に温度加算値を加えて算出される温度を最高温度セルの温度として特定する。この実施の形態において、温度加算値は、組電池１０内におけるセル間の温度ばらつきの最大値を示す。

ここで、たとえば、温度加算値を固定値とする場合を想定すると、組電池１０内におけるセル間の温度ばらつきが組電池１０内における発熱量が多いほど拡大して、温度加算値が適切な値からずれることによって、最高温度セルの温度の推定精度が悪化する場合がある。

そこで、この実施の形態では、ＥＣＵ１００は、組電池１０の発熱状態に関連する情報を用いて温度加算値を設定するものとする。この実施の形態では、組電池１０の発熱状態に関連する情報は、電流である。ＥＣＵ１００は、たとえば、電流の二乗平均値が高い場合には、二乗平均値が低い場合よりも高い値を温度加算値として設定する。このようにすると、温度加算値を適切に設定することができる。

ＥＣＵ１００は、最高温度セルおよび最低温度セルの各々について、セルの発熱および冷却を考慮してセル温度と相関を有する温度指標（Ｆｔｍａｘ，Ｆｔｍｉｎ）を算出する。ＥＣＵ１００は、最高温度セルの温度指標（Ｆｔｍａｘ）から最低温度セルの温度指標（Ｆｔｍｉｎ）を差引くことによって、セル間の温度ばらつきの度合いを示す評価関数（ΔＦ）を設定する。

そして、温度変化に対する抵抗変化の大きさは低温ほど大きいので、低温ほどセル間の抵抗差ΔＲ（抵抗ばらつき）及びそれに起因する電流差（電流ばらつき）は大きくなり得る。そのため、この実施の形態に従う電池システム２では、評価関数（ΔＦ）とともに組電池１０の温度（後述のように、この実施の形態では、温度検出部２３により検出される温度ＴＢ１〜ＴＢｊのうち最低の温度（ＴＢｍｉｎ）が用いられる。）もさらに用いて、セル間の電流ばらつきの度合い（最大電流補正ゲイン）が推定される。

以下、図５を参照して、セル間の電流ばらつきの推定に関する処理について説明する。図５は、セル間の電流ばらつきの推定に関する処理の手順を説明するフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、図１に示したＥＣＵ１００により、組電池１０を構成するブロック毎に所定の演算周期ｄｔで繰り返し実行される。

ステップ（以下、ステップをＳと記載する）１００にて、ＥＣＵ１００は、組電池１０内の最低温度ＴＢｍｉｎおよび冷却風の温度ＴＣを取得する。ＥＣＵ１００は、温度検出部２３を用いて検出される複数の温度ＴＢ１〜ＴＢｊから最低温度ＴＢｍｉｎを取得する。ＥＣＵ１００は、温度センサ２７を用いて冷却風の温度ＴＣを取得する。

Ｓ１０２にて、ＥＣＵ１００は、ファン２６の風量を取得する。ＥＣＵ１００は、たとえば、ファン２６に対する制御指令値に基づいてファン２６の風量を取得してもよいし、ファン２６に供給される電力や電圧に基づいてファン２６の風量を取得してもよいし、ファン２６に設けられる回転数センサを用いてファン２６の風量を取得してもよい。

Ｓ１０４にて、ＥＣＵ１００は、冷却係数ｈを算出する。ＥＣＵ１００は、ファン２６の風量と、風量と冷却係数ｈとの関係を示すマップ（あるいは数式等）とを用いて冷却係数ｈを設定する。風量と冷却係数ｈとの関係を示すマップは、実験等によって適合される。風量と冷却係数ｈとの関係は、たとえば、風量が多くなるほど冷却係数ｈの値が大きくなる関係を有する。

Ｓ１０６にて、ＥＣＵ１００は、並列接続された複数のセルのうちの最低温度セルの抵抗値Ｒｔｍｉｎを算出する。ＥＣＵ１００は、たとえば、以下の式（１）によってＲｔｍｉｎを算出する。

式（１）におけるＲｉｖｍａｘは、セル間に存在する初期抵抗のばらつき（製品ばらつき）の最高値を示す。Ｒｉｖｍａｘについては、実験等により予め求められる。ｆは、初期抵抗値（Ｒｉｖｍａｘや後述するＲｉｖｍｉｎ）からの抵抗の低下を示す係数であり、セルの温度と残存容量（ＲＡＨＲ）とを因数とする関数（マップ）である。

また、式（１）において、「ｔ」は今回の演算周期における演算値を示す。ＴＢｍｉｎは、温度検出部２３により検出される温度ＴＢ１〜ＴＢｊのうちの最低の温度である。ＲＡＨＲｍｉｎは、各ブロックのＲＡＨＲのうちの最も低いＲＡＨＲを示す。

Ｓ１０８にて、ＥＣＵ１００は、電流の二乗平均値ＩＢａを算出する。ＥＣＵ１００は、たとえば、以下の式（２）に示すように、電流検出部２２によって検出された電流の今回値と、直前の予め定められた期間において検出された予め定められた個数の検出結果を用いて電流の二乗平均値を算出する。なお、ＥＣＵ１００は、たとえば、以下の式（３）に示すように、式（２）に代えて、前回値と今回の二乗平均値との差分に所定の定数（なまし定数）ｋを乗算した値を前回値に加算して今回値を算出してもよい。

Ｓ１１０にて、ＥＣＵ１００は、オフセット温度ＴＢｏｆｆｓｅｔ１を設定する。オフセット温度ＴＢｏｆｆｓｅｔ１は、最低温度セルの温度を用いて最高温度セルの温度を算出するためのオフセット温度であって、並列接続される複数のセルの温度ばらつきを示す。ＥＣＵ１００は、たとえば、二乗平均値の今回値と、二乗平均値とオフセット温度ＴＢｏｆｆｓｅｔ１との関係を示すマップ（あるいは数式等）とを用いてオフセット温度ＴＢｏｆｓｅｔ１を設定する。二乗平均値とオフセット温度ＴＢｏｆｆｓｅｔ１との関係を示すマップは、実験等によって適合される。二乗平均値とオフセット温度ＴＢｏｆｆｓｅｔ１との関係は、たとえば、二乗平均値が大きくなるほど組電池内での発熱量が増加し、温度ばらつきが拡大するためオフセット温度ＴＢｏｆｆｓｅｔ１の値が大きくなる関係を有する。

Ｓ１１２にて、ＥＣＵ１００は、並列接続された複数のセルのうちの最高温度セルの抵抗値Ｒｔｍａｘを算出する。ＥＣＵ１００は、たとえば、以下の式（４）によってＲｔｍａｘを算出する。

式（４）におけるＲｉｖｍｉｎは、セル間に存在する初期抵抗のばらつき（製品ばらつき）の最低値を示す。なお、最高温度セルの方が最低温度セルよりもセル温度が高く抵抗は低いことから、最高温度セルの抵抗Ｒｔｍａｘの算出にはＲｉｖｍｉｎが用いられ、最低温度セルの抵抗Ｒｔｍｉｎの算出にはＲｉｖｍａｘが用いられている。Ｒｉｖｍｉｎについては、実験等により予め求められる。

ｆは、上述したとおり、初期抵抗値（ＲｉｖｍｉｎやＲｉｖｍａｘ）からの抵抗の低下を示す係数であり、セルの温度と残存容量（ＲＡＨＲ）とを因数とする関数（マップ）である。式（４）においては、最高温度セルの温度、すなわち、最低温度セルの温度（ＴＢｍｉｎにオフセット温度ＴＢｏｆｆｓｅｔ１を加算した値がセルの温度の因数とされている。オフセット量ＲＡＨＲｏｆｆｓｅｔは、ＲＡＨＲｍｉｎを用いて各ブロックのＲＡＨＲのうちの最も高いＲＡＨＲを示すＲＡＨＲｍａｘを算出するための所定値である。

ここで、図６は、式（１）および式（４）で用いられる係数ｆを決定するためのマップである。図６を参照して、係数ｆは、セルの温度と残存容量（ＲＡＨＲ）とに基づいて決定される。基本的には、低温・低ＲＡＨＲであるほど係数ｆは大きい値となり、高温・高ＲＡＨＲであるほど係数ｆは小さい値となる。なお、マップの具体的な値は、実験等を通じて予め決定される。

図７は、セルの抵抗の温度依存性を示した図である。図７を参照して、横軸は、セルの温度Ｔｃｅを示し、縦軸はセルの抵抗Ｒｃｅを示す。温度Ｔｃｅと抵抗Ｒｃｅとの関係は、温度Ｔｃｅが低下すると抵抗Ｒｃｅは上昇し、温度Ｔｃｅが上昇するにつれて抵抗Ｒｃｅは低下する関係を有する。

点Ｐ３は、並列接続される複数のセルのうちの最低温度セルの温度Ｔｃｅと抵抗Ｒｃｅとの関係を示す。この実施の形態では、式（１）で示されるように、組電池１０内の最低温度を示すＴＢｍｉｎを用いて、最低温度セルの抵抗Ｒｔｍｉｎが推定される。

点Ｐ４は、並列接続される複数のセルのうち最高温度セルの温度Ｔｃｅと抵抗Ｒｃｅとの関係を示す。この実施の形態では、式（４）で示されるように、組電池１０内の最低温度を示すＴＢｍｉｎに温度オフセット量ＴＢｏｆｆｓｅｔ１を加えた値を最高温度セルの温度として、最高温度セルのＲｔｍａｘが推定される。

図８は、セルの抵抗の残存容量依存性を示した図である。図８を参照して、横軸はブロック単位の残存容量（ＲＡＨＲ（％））を示し、縦軸はセルの抵抗Ｒｃｅを示す。ＲＡＨＲと抵抗Ｒｃｅとの関係は、ＲＡＨＲが低下すると、抵抗Ｒｃｅは上昇する関係を有する。

点Ｐ５は、並列接続される複数のセルのうち最低温度セルの抵抗ＲｃｅとＲＡＨＲとの関係を示す。図から理解されるように、ＲＡＨＲが低い領域では、抵抗の変化に対するＲＡＨＲの変化の感度が高くなることから、この実施の形態では、式（１）で示されるように、各ブロックのＲＡＨＲのうち最も低いＲＡＨＲを示すＲＡＨＲｍｉｎを用いて、最低温度セルの抵抗Ｒｔｍｉｎが推定される。

点Ｐ６は、並列接続される複数のセルのうち最高温度セルの抵抗ＲｃｅとＲＡＨＲとの関係を示す。この実施の形態では、式（４）で示されるように、ＲＡＨＲｍｉｎに所定のオフセット量ＲＡＨＲｏｆｆｓｅｔを加えた値を最高温度セルのＲＡＨＲとして、最高温度セルの抵抗Ｒｔｍａｘが推定される。

Ｓ１１４にて、ＥＣＵ１００は、並列接続された複数のセルのうち最高温度セルの温度指標Ｆｔｍａｘ（第２の温度指標）を次式によって算出する。

各式において、Ｑｔｍａｘは、最高温度セルの発熱量（通電に伴なう発熱項）を示し、Ｃｔｍａｘは、最高温度セルの冷却量（冷却装置２４による冷却項）を示す。Ｆｋは、所定の補正係数である。式（６）において、Ｉｔｍａｘは、最高温度セルの電流を示し、Ｑｋｔｍａｘは、所定の定数（なまし定数）である。Ｉｔｍａｘは、後述の式（１１）によって算出される。

また、式（７）において、ＴＢｏｆｆｓｅｔ２は、この最高温度セルの冷却項を後述の最低温度セルの冷却項よりも大きく算出させるためのオフセット値である。ＴＣは、上述したとおり温度センサ２７（図１）により検出される冷却風の温度である。ｈ（ｔ）は、上述の冷却係数である。

ＥＣＵ１００は、ＲｔｍａｘおよびＩｔｍａｘを算出し、算出したＲｔｍａｘおよびＩｔｍａｘを用いて、式（６）により最高温度セルの発熱量Ｑｔｍａｘを算出する。そして、ＥＣＵ１００は、算出した発熱量Ｑｔｍａｘと、式（７）により算出される冷却量Ｃｔｍａｘとを用いて、式（５）により最高温度セルの温度指標Ｆｔｍａｘ（第２の温度指標）を算出する。

Ｓ１１６にて、ＥＣＵ１００は、並列接続された複数のセルのうち最低温度セルの温度指標Ｆｔｍｉｎ（第１の温度指標）を次式によって算出する。

Ｑｔｍｉｎは、最低温度セルの発熱量（通電に伴なう発熱項）を示し、Ｃｔｍｉｎは、最低温度セルの冷却量（冷却装置による冷却項）を示す。式（９）において、Ｉｔｍｉｎは、最低温度セルの電流を示し、Ｑｋｔｍｉｎは、所定の定数（なまし定数）である。Ｉｔｍｉｎは、後述の式（１２）によって算出される。

ＥＣＵ１００は、ＲｔｍｉｎおよびＩｔｍｉｎを算出し、算出したＲｔｍｉｎおよびＩｔｍｉｎを用いて、式（９）により最低温度セルの発熱量Ｑｔｍｉｎを算出する。そして、ＥＣＵ１００は、算出した発熱量Ｑｔｍｉｎと、式（１０）により算出される冷却量Ｃｔｍｉｎとを用いて、式（８）により最低温度セルの温度指標Ｆｔｍｉｎ（第１の温度指標）を算出する。

なお、上述の式（６）のＲｔｍａｘ（最高温度セルの抵抗）は、式（４）によって算出される。上述の式（９）のＲｔｍｉｎ（最低温度セルの抵抗）は、式（１）によって算出される。

また、上述の式（６）におけるＩｔｍａｘ（最高温度セルの電流）および式（９）におけるＩｔｍｉｎ（最低温度セルの電流）については、図９に示されるように、並列接続される複数のセルは最高温度セルか最低温度セルのいずれかであるとし、また、あるセルの断線も考慮して（断線すると他のセルの電流が増加し、電流ばらつきが増大し得る。）、次式によって推定される。

Ｎは、各ブロックにおけるセルの並列数である（図２）。Ｎ１は、並列接続されたＮ個のセルのうち最高温度セルの数であり、Ｎ２は、断線しているセルの数である。この式（１１）および（１２）は、上記の式（４），（１）で算出されるＲｔｍａｘ（最高温度セルの抵抗）およびＲｔｍｉｎ（最低温度セルの抵抗）、並びに図９に示されるモデルを用いて容易に導出することができる。

なお、この実施の形態では、組電池１０を使用可能な状況において最も電流ばらつきが大きくなる状態として、Ｎ１＝１とされ（最高温度セルの電流集中度が最も高くなる。）、Ｎ２には、組電池１０が使用可能な状態の最悪値（たとえば、Ｎ＝１５に対してＮ２＝２が設定される。

図５に戻って、Ｓ１１８にて、ＥＣＵ１００は、以下の式（１３）に示すように、最高温度セルの温度指標Ｆｔｍａｘから最低温度セルの温度指標Ｆｔｍｉｎを差引くことによって、セル間の温度ばらつきの度合いを示す評価関数ΔＦを算出する。

Ｓ１２０にて、ＥＣＵ１００は、算出した評価関数ΔＦと、組電池１０内の最低温度を示す温度ＴＢｍｉｎとを用いて、セル間の電流ばらつきの度合いを示す最大電流補正ゲインＧを算出する。

図１０は、最大電流補正ゲインＧのマップを示した図である。図１０を参照して、最大電流補正ゲインＧは、セル間の温度ばらつきの度合いを示す評価関数ΔＦと、温度ＴＢｍｉｎとにより決定される。この最大電流補正ゲインＧは、値が大きいほど電流のばらつきが大きいことを示し、大略的には、評価関数ΔＦの値が大きいほど（温度ばらつきが大きいほど）、また、温度ＴＢｍｉｎが低いほど、最大電流補正ゲインＧは大きい値となる。

なお、組電池１０内の最低温度を示す温度ＴＢｍｉｎを用いているのは、低温ほどセル間の電流ばらつきが大きくなり得るからである。

図１１は、セルの温度と抵抗との関係を示した図である。図１１を参照して、横軸はセルの温度Ｔｃｅを示し、縦軸はセルの抵抗Ｒｃｅを示す。図１１に示されるように、セル間の温度差ΔＴ（評価関数ΔＦ）が同じであっても、セルの温度が低いほど、セル間の抵抗差ΔＲ（抵抗ばらつき）は大きくなり、その結果、セル間の電流ばらつきも大きくなる。そこで、この実施の形態では、図１０で示されるマップのように、セル間の温度ばらつきの度合いを示す評価関数ΔＦだけでなく、組電池１０の温度も考慮して最大電流補正ゲインＧが算出される。さらに、この実施の形態では、最も厳しい温度条件として、組電池１０内の最低温度を示す温度ＴＢｍｉｎが用いられている。

図５に戻って、Ｓ１２２にて、ＥＣＵ１００は、電流検出部２２により検出される組電池１０の電流ＩＢに最大電流補正ゲインＧを乗算して最大電流値Ｉｍａｘを算出する。そして、特に図示しないが、ＥＣＵ１００は、この最大電流値Ｉｍａｘに基づいて、たとえば、最大電流値Ｉｍａｘが上限を超えないように電流ＩＢを制限したり、最大電流値Ｉｍａｘに基づき算出される電力が上限を超えないように組電池１０の入出力を制限したりする各種制限制御を実行する。

以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態に係る電池システム２の動作について説明する。

たとえば、車両１の走行時に組電池１０からＭＧ４２に電力が供給される場合において、組電池１０内の最低温度ＴＢｍｉｎおよび冷却風温度ＴＣが取得される（Ｓ１００）。そして、ファン風量が取得されるとともに（Ｓ１０２）、取得されたファン風量に基づいて冷却係数ｈが設定される（Ｓ１０４）。

冷却係数ｈが決定されると、最低温度セルの抵抗値Ｒｔｍｉｎが算出され（Ｓ１０６）、電流の二乗平均値ＩＢａが算出され（Ｓ１０８）、算出された二乗平均値ＩＢａに応じたオフセット温度ＴＢｏｆｆｓｅｔ１が算出される（Ｓ１１０）。

そして、最低温度セルの温度にオフセット温度ＴＢｏｆｆｓｅｔ１を加算して算出される温度を最高温度セルの温度として設定され、最高温度セルの抵抗値Ｒｔｍａｘが算出される（Ｓ１１２）。

算出されたＲｔｍａｘおよびＲｔｍｉｎを用いて温度指標Ｆｔｍａｘおよび温度指標Ｆｔｍｉｎが算出され（Ｓ１１４，Ｓ１１６）、評価関数ΔＦが算出される（Ｓ１１８）。

算出された評価関数ΔＦと温度ＴＢｍｉｎと図１０に示すマップとに基づいて最大電流補正ゲインＧが算出され、算出された最大電流補正ゲインＧと電流ＩＢとが乗算され、最大電流値Ｉｔｍａｘが算出される（Ｓ１２２）。

以上のようにして、本実施の形態に係る電池システム２によると、セル間の温度ばらつきの度合いを示す評価関数ΔＦが算出され、その評価関数ΔＦと組電池１０の温度ＴＢｍｉｎとを用いてセル間の電流ばらつきの度合いが推定される（最大電流補正ゲインＧの算出）。そのため、この最大電流補正ゲインＧを実電流ＩＢに乗算した最大電流値Ｉｍａｘを用いて、適切な電池保護制御を実現することが可能となる。特に、電流の二乗平均値ＩＢａに基づいて設定されたオフセット温度ｏｆｆｓｅｔ１を用いて第２の温度指標が算出されるため、評価関数（評価値）ΔＦを精度高く算出することができる。その結果、並列接続された複数の二次電池間の温度ばらつきに起因する複数の二次電池間の電流ばらつきを精度高く推定することができる。そのため、複数の二次電池に対して適切な電池保護制御を実現することが可能となる。したがって、並列接続された複数の二次電池間の温度ばらつきに起因する電流ばらつきを考慮して適切な電池保護制御を実現可能な電池システムを提供することができる。

さらに、電流の二乗平均値に基づいてオフセット温度ｏｆｆｓｅｔ１を設定することにより、組電池の発熱状態に対応したオフセット温度ｏｆｆｓｅｔ１を適切に設定することができる。

以下、変形例について記載する。

上述の実施の形態では、電池システム２がハイブリッド車両に搭載される場合を一例として説明したが、上述のようなハイブリッド車両以外の各種車両あるいは車両以外の移動体に搭載されるようにしてもよい。

さらに上述の実施の形態では、最低温度セルと最高温度セルとの間での電流ばらつきを算出するものとして説明したが、たとえば、複数のセルのうちの相対的に温度が低い第１セルと第１セルよりも所定温度だけ温度が高い第２セルとの間での電流ばらつきを算出し、算出された電流ばらつきを考慮して適切な電池保護制御を実行するようにしてもよい。たとえば、複数のセルのうちのｎ番目に温度が低い第１セルと、複数のセルのうちのｎ番目に温度が高い第２セルとの間での電流ばらつきを算出し、算出された電流ばらつきを考慮して適切な電池保護制御を実行するようにしてもよい。

さらに上述の実施の形態では、電流の二乗平均値に基づいてオフセット温度ｏｆｆｓｅｔ１を設定するものとして説明したが、組電池の発熱状態に関連する情報を用いてオフセット温度ｏｆｆｓｅｔ１を設定できればよく、たとえば、組電池１０の内部抵抗に基づいてオフセット温度ｏｆｆｓｅｔ１が設定されてもよいし、組電池の内部抵抗および電圧に基づいてオフセット温度ｏｆｆｓｅｔ１が設定されてもよい。たとえば、組電池１０の内部抵抗や電圧が高いほど発熱量が多くなり、温度ばらつきが拡大するため、オフセット温度ｏｆｆｓｅｔ１の値を大きくしてもよい。

なお、上記した変形例は、その全部または一部を適宜組み合わせて実施してもよい。

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 電池システム、１０ 組電池、２０ 監視ユニット、２１ 電圧検出部、２２ 電流検出部、２３ 温度検出部、２４ 冷却装置、２５ ダクト、２６ ファン
２７ 温度センサ、３０ ＰＣＵ、４１，４２ ＭＧ、５０ エンジン、６０ 動力分割装置、７０ 駆動軸、８０ 駆動輪、１００ ＥＣＵ、１０２ ＣＰＵ、１０５ メモリ。

Claims (3)

1. 並列接続された複数の二次電池によって構成される組電池と、
   前記組電池に対して冷却媒体の供給が可能に構成された冷却装置と、
   前記複数の二次電池間の温度ばらつきに起因する前記複数の二次電池間の電流ばらつきを推定するように構成された制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記複数の二次電池のうち相対的に温度が低い第１電池の発熱量、および、前記冷却装置による前記第１電池の冷却量を用いて、前記第１電池の温度と相関を有する第１の温度指標を算出し、
   前記組電池の発熱状態に関連する情報を用いて温度加算値を設定し、
   前記第１電池の温度に前記温度加算値を加えて算出される温度となる第２電池の発熱量、および、前記冷却装置による前記第２電池の冷却量を用いて、前記第２電池の温度と相関を有する第２の温度指標を算出し、
   前記第２の温度指標から前記第１の温度指標を差引くことによって、前記温度ばらつきの度合いを示す評価値を算出し、
   算出された前記評価値と前記組電池の温度とを用いて、前記電流ばらつきの度合いを推定する、電池システム。
2. 前記組電池の発熱状態に関連する情報は、前記組電池の電流の情報であって、
   前記制御装置は、前記電流の二乗平均値が高い場合には、前記二乗平均値が低い場合よりも高い値を前記温度加算値として設定する、請求項１に記載の電池システム。
3. 前記第１電池は、前記複数の二次電池のうちの最も温度が低い二次電池であって、
   前記第２電池は、前記複数の二次電池のうちの最も温度が高い二次電池であって、
   前記電池システムは、第１電池の温度を検出する検出部をさらに備え、
   前記制御装置は、
   前記検出部を用いて前記第１電池の温度を取得するとともに、前記第１電池の温度に前記温度加算値を加えて前記第２電池の温度を算出する、請求項１または２に記載の電池システム。

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