JP2019213261A - 電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電池要素間での温度差およびＳＯＣの差の拡大を抑制する。【解決手段】ＥＣＵは、通電電流が所定値よりも小さい場合（Ｓ１１４にてＹＥＳ）、低温セルから高温セルへの供給電流Ｉ１を設定し（Ｓ１１６）、設定された供給電流Ｉ１が流れるように調整装置を制御するステップ（Ｓ１１８）と、通電電流が所定値以上である場合（Ｓ１１４にてＮＯ）、高温セルから低温セルへの供給電流Ｉ２を設定し（Ｓ１２０）、設定された供給電流Ｉ２が流れるように調整装置を制御するステップ（Ｓ１２２）とを含む、制御処理を実行する。【選択図】図５

Description

本開示は、複数の電池要素で構成される電池システムの充放電制御に関する。

たとえば、特開２０１０−１２４５７５号公報（特許文献１）には、蓄電装置と蓄電装置の入出力電力を変換する電力変換装置とが複数個並列に接続される構成において、複数の蓄電装置の温度と、複数の蓄電装置の温度を平均化して算出する目標温度との差分に応じて電力変換装置を用いて蓄電装置を充放電することによって、各蓄電装置間の温度差をなくし、劣化の差を減らす技術が開示される。

特開２０１０−１２４５７５号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示されているように温度差を低減するために電力変換装置を用いた蓄電装置の充放電が継続される場合には、各蓄電装置のＳＯＣ（State Of Charge）に差が生じる場合がある。各蓄電装置間においてＳＯＣに差が生じると、複数の蓄電装置全体のＳＯＣを制御する場合において、複数の蓄電装置のうちの最もＳＯＣが低い蓄電装置に合わせて充電が開始されたり、最もＳＯＣが高い蓄電装置に合わせて充電が完了したりする。その結果、複数の蓄電装置全体における有効な満充電容量が低下することになる。そのため、各蓄電装置間の温度差の拡大を抑制するとともに各蓄電装置間のＳＯＣの差の拡大を抑制することが求められる。

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、複数の電池要素間での温度差およびＳＯＣの差の拡大を抑制する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、電池要素が複数個直列に接続されて構成される組電池と、電池要素の各々に接続され、電池要素の各々に流れる電流を調整する調整装置と、電池要素の各々において電流が目標値になるように調整装置を制御する制御装置とを備える。制御装置は、組電池に流れる電流が第１状態になる場合には、複数個の電池要素のうちの第１電池要素の第１目標値の大きさを、第１電池要素よりも温度が低い第２電池要素の第２目標値の大きさよりも減少させる均熱化制御を実行する。制御装置は、組電池に流れる電流が第１状態よりも電池要素の均熱化が要求されない第２状態になる場合には、組電池の放電時の第２目標値の大きさよりも放電時の第１目標値の大きさを増加させる第１均等化制御と、組電池の充電時の第２目標値の大きさよりも充電時の第１目標値の大きさを減少させる第２均等化制御とのうちのいずれか一方を実行する。

このようにすると、組電池に流れる電流が第１状態になる場合には、低温側の第２電池要素の発熱量を増加させることによって第２電池要素の温度を上昇させることができる。その結果、第１電池要素と第２電池要素との温度差の拡大を抑制して均熱化を図ることができる。このような均熱化制御が継続して行なわれると、第１電池要素のＳＯＣと第２電池要素のＳＯＣとの差が拡大する可能性がある。そのため、組電池に流れる電流が第１状態よりも均熱化が要求されない第２状態になる場合には、第１均等化制御と第２均等化制御とのうちのいずれか一方が実行されることによって、第１電池要素のＳＯＣと第２電池要素のＳＯＣとの差の拡大を抑制することができる。

本開示によると、複数の電池要素間での温度差およびＳＯＣの差の拡大を抑制する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全体構成を概略的に示すブロック図である。 電池パックの詳細な構成の一例を示した図である。 いずれか１つのセルからその他のセルに電力を授受してセルに流れる電流を調整する動作の一例を説明するための図である。 ＥＣＵで実行される制御処理の一例を示すフローチャート（その１）である。 ＥＣＵで実行される制御処理の一例を示すフローチャート（その２）である。 ＥＣＵで実行される制御処理の一例を示すフローチャート（その３）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。

以下では、この実施の形態に係る電池システムが電気自動車に適用される例について説明する。図１は、本実施の形態に係る電池システム２が搭載された車両１の全体構成を概略的に示すブロック図である。

図１を参照して、車両１は、モータジェネレータ（以下、「ＭＧ（Motor Generator）」と称する）１０と、動力伝達ギア２０と、駆動輪３０と、電力制御ユニット（以下、「ＰＣＵ（Power Control Unit）」と称する）４０と、システムメインリレー（以下、「ＳＭＲ（System Main Relay）」と称する）５０と、電池システム２とを備える。電池システム２は、電池パック１００と、電圧センサ２１０と、電流センサ２２０と、温度センサ２３０と、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ（Electronic Control Unit）」と称する）３００とを備える。電池パック１００は、バッテリ１０１と、調整装置１０２とを含む。

ＭＧ１０は、たとえば三相交流回転電機である。ＭＧ１０の出力トルクは、減速機等によって構成された動力伝達ギア２０を介して駆動輪３０に伝達される。ＭＧ１０は、車両１の回生制動動作時には、駆動輪３０の回転力によって発電することも可能である。なお、図１ではＭＧが１つだけ設けられる構成が示されるが、ＭＧの数はこれに限定されず、ＭＧを複数（たとえば２つ）設ける構成としてもよい。

ＰＣＵ４０は、インバータとコンバータと（いずれも図示せず）を含む。バッテリ１０１の放電時には、コンバータは、バッテリ１０１から供給された電圧を昇圧してインバータに供給する。インバータは、コンバータから供給された直流電力を交流電力に変換してＭＧ１０を駆動する。一方、バッテリ１０１の充電時には、インバータは、ＭＧ１０によって発電された交流電力を直流電力に変換してコンバータに供給する。コンバータは、インバータから供給された電圧を降圧してバッテリ１０１に供給する。

ＳＭＲ５０は、バッテリ１０１とＰＣＵ４０とを結ぶ電流経路に電気的に接続されている。ＳＭＲ５０がＥＣＵ３００からの制御信号に応じて閉成されている場合、バッテリ１０１とＰＣＵ４０との間で電力の授受が行なわれ得る。

バッテリ１０１は、再充電が可能に構成された直流電源である。バッテリ１０１は、ニッケル水素電池あるいはリチウムイオン電池などの二次電池のセルを蓄電要素として複数個（本実施の形態においては、たとえば、７個）含んで構成される組電池である。

電流センサ２２０は、バッテリ１０１に入出力される電流Ｉｂを検出する。電圧センサ２１０および温度センサ２３０の各々は、たとえば、バッテリ１０１を構成するセル毎に１つずつ設けられている。そのため、電圧センサ２１０は、バッテリ１０１のセル毎の電圧Ｖｂ（１）〜Ｖｂ（７）を検出する。温度センサ２３０は、バッテリ１０１のセル毎の温度Ｔｂ（１）〜Ｔｂ（７）を検出する。各センサは、その検出結果をＥＣＵ３００に出力する。

ＥＣＵ３００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０１と、メモリ３０２と、図示しない入出力バッファとを含んで構成される。メモリ３０２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、および書き換え可能な不揮発性メモリを含む。メモリ３０２（たとえば、ＲＯＭ）に記憶されているプログラムをＣＰＵ３０１が実行することで、各種制御が実行される。ＥＣＵ３００は、たとえば、各センサから受ける信号、並びにメモリ３０２に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、車両１および電池システム２が所望の状態となるように各機器を制御する。ＥＣＵ３００が行なう各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

ＥＣＵ３００は、取得した情報（ＣＰＵ３０１による演算結果等）をメモリ３０２に保存する。メモリ３０２は、バッテリ１０１の充電状態（すなわち、ＳＯＣ）の検出や車両１の制御に用いられる情報等を、予め記憶していてもよい。たとえば、メモリ３０２は、バッテリ１０１の初期情報（セルの種類、容量、内部抵抗、電極の厚み、目付量等）を予め記憶していてもよい。

ＥＣＵ３００は、下限ＳＯＣおよび上限ＳＯＣによって定まる使用ＳＯＣ範囲に従ってバッテリ１０１の充放電電力を制御する。ＥＣＵ３００は、たとえば、バッテリ１０１のＳＯＣが上限ＳＯＣに近づくと、バッテリ１０１の入力電力（充電電力）を制限して、バッテリ１０１のＳＯＣが上限ＳＯＣを超えないようにする。また、ＥＣＵ３００は、バッテリ１０１のＳＯＣが下限ＳＯＣに近づくと、バッテリ１０１の出力電力（放電電力）を制限して、バッテリ１０１のＳＯＣが下限ＳＯＣを下回らないようにする。下限ＳＯＣおよび上限ＳＯＣは、たとえばメモリ３０２に記憶されている。下限ＳＯＣおよび上限ＳＯＣの各々の数値は、ＥＣＵ３００によって変更できる。ＳＯＣの測定方法としては、たとえば、電流値積算（クーロンカウント）による手法、または、開放電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）の推定による手法など、種々の公知の手法を採用できる。

ＥＣＵ３００は、バッテリ１０１の充電電力の上限値を示す充電電力制限値Ｗｉｎと、バッテリ１０１の放電電力の上限値を示す放電電力制限値Ｗｏｕｔとに基づいて、バッテリ１０１の充放電電力を制御するように構成される。ＥＣＵ３００は、バッテリ１０１への充電電力が充電電力制限値Ｗｉｎを超えないように、バッテリ１０１への充電電力の制限処理を実行する。また、ＥＣＵ３００は、バッテリ１０１からの放電電力が放電電力制限値Ｗｏｕｔを超えないように、バッテリ１０１からの放電電力の制限処理を実行する。これらの制限処理は、たとえば、ＰＣＵ４０、ＳＭＲ５０等が制御されることにより行なわれる。充電電力制限値Ｗｉｎおよび放電電力制限値Ｗｏｕｔは、たとえばメモリ３０２に記憶されている。充電電力制限値Ｗｉｎおよび放電電力制限値Ｗｏｕｔの各々の数値は、ＥＣＵ３００によって変更できる。

図２は、電池パック１００の詳細な構成の一例を示した図である。上述したとおり、電池パック１００は、７個のセル１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅ，１０１ｆ，１０１ｇを含んで構成されるバッテリ１０１と、セル１０１ａ〜１０１ｇの各々に接続され、セル１０１ａ〜１０１ｇの各々における電流を調整可能な調整装置１０２とを含む。

調整装置１０２は、セル１０１ａ〜１０１ｇにそれぞれ設けられる電流調整回路１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ，１５０ｄ，１５０ｅ，１５０ｆ，１５０ｇと、ＤＣ／ＤＣ制御ＩＣ（Integrated Circuit）１０８とを含む。たとえば、電流調整回路１５０ａは、トランス１０３ａと、第１スイッチング素子１０４ａと、第１抵抗１０５ａと、第２スイッチング素子１０６ａと、第２抵抗１０７ａとを含む。

トランス１０３ａは、１次側コイル１１０ａと２次側コイル１１１ａとを含む。１次側コイル１１０ａの一方端は、第１スイッチング素子１０４ａを介在して第１抵抗１０５ａの一方端に接続される。１次側コイル１１０ａの他方端は、バッテリ１０１の正極に接続される。第１抵抗１０５ａの他方端は、バッテリ１０１の負極に接続される。

２次側コイル１１１ａの一方端は、第２スイッチング素子１０６ａを介在して第２抵抗１０７ａの一方端に接続される。２次側コイル１１１ａの一方端は、セル１０１ａの正極に接続される。第２抵抗１０７ａの他方端は、セル１０１ａの負極に接続される。

電流調整回路１５０ｂ〜１５０ｇについても電流調整回路１５０ａと同様の構成を有する。そのため、それらの詳細な説明は繰り返さない。

第１スイッチング素子１０４ａ〜１０４ｇおよび第２スイッチング素子１０６ａ〜１０６ｇは、いずれもＤＣ／ＤＣ制御ＩＣ１０８からの制御信号に基づいて動作する。ＤＣ／ＤＣ制御ＩＣ１０８は、たとえば、ＥＣＵ３００からの制御信号に基づいて第１スイッチング素子１０４ａ〜１０４ｇおよび第２スイッチング素子１０６ａ〜１０６ｇのうちの少なくともいずれかを動作させる。

このような構成を有する調整装置１０２を用いてセル１０１ａ〜１０１ｇのうちの少なくともいずれかのセルと、その他のセルのうちの少なくともいずれかのセルとの間で電力を授受することによってセルに流れる電流を調整することができる。

図３は、いずれか１つのセルからその他のセルに電力を授受してセルに流れる電流を調整する動作の一例を説明するための図である。たとえば、図３に示すように、セル１０１ｆとセル１０１ａ〜１０１ｅおよび１０１ｇとの間で電力を授受してセル１０１ａ〜１０１ｇに流れる電流を調整する場合を想定する。また、たとえば、バッテリ１０１には、電流Ｉが流れ、第１スイッチング素子１０４ａ〜１０４ｇおよび第２スイッチング素子１０６ａ〜１０６ｇがいずれもオフ状態である場合を想定する。

ＥＣＵ３００は、たとえば、第１動作として、セル１０１ｆに設けられる電流調整回路１５０ｆの第２スイッチング素子１０６ｆをオン状態とする。これにより、セル１０１ｆの電流調整回路１５０ｆの２次側コイル１１１ｆにおいて、図３（Ａ）に示す矢印の方向に（すなわち、セル１０１ｆの負極側に）電流（以下、２次側コイルに流れる電流を２次側補助電流と記載する）が流れる。このとき、たとえば、２次側コイル１１１ｆにおいて２次側補助電流ｉａが流れるとすると、セル１０１ｆには、電流Ｉ＋ｉａが流れることになる。

その後に、ＥＣＵ３００は、第２動作として、第２スイッチング素子１０６ｆをオフ状態とし、第１スイッチング素子１０４ａ〜１０４ｇをオン状態とする。これにより、１次側コイル１１０ａ〜１１０ｅおよび１１０ｇにおいて、図３（Ｂ）に示す矢印の方向に、電流（以下、１次側コイルに流れる電流を１次側補助電流と記載する）ｉｂ（＝ｉａ／６セル）が流れ、１次側コイル１１０ｆにおいて、図３（Ｂ）に示す矢印の方向に、１次側補助電流ｉａが流れる。

そして、ＥＣＵ３００は、第３動作として、第１スイッチング素子１０４ａ〜１０４ｇの各々をオフ状態とし、第２スイッチング素子１０６ａ〜１０６ｅおよび１０６ｇの各々をオン状態とする。これにより、２次側コイル１１１ａ〜１１１ｅおよび１１１ｇにおいて、図３（Ｃ）に示す矢印の方向に（すなわち、セル１０１ａ〜１０１ｅおよび１０１ｇのそれぞれ正極側に）２次側補助電流ｉｂが流れる。このとき、セル１０１ａ〜１０１ｅおよび１０１ｇの各々には、電流Ｉ−ｉｂが流れることになる。

この場合、セル１０１ａ〜１０１ｅおよび１０１ｇからセル１０１ｆに電流ｉａが供給されることになる。以下の説明においては、一方のセルから他方のセルに供給される電流を供給電流と記載する場合がある。

あるいは、ＥＣＵ３００は、たとえば、第１動作として、第２スイッチング素子１０６ａ〜１０６ｅおよび１０６ｇの各々をオン状態とする。これにより、セル１０１ａ〜１０１ｅおよび１０１ｇの電流調整回路１５０ａ〜１５０ｅおよび１５０ｇにおいて、図３（Ｃ）に示す矢印の方向とは逆方向に（すなわち、セル１０１ａ〜１０１ｅおよび１０１ｇの負極側に２次側補助電流が流れる。このとき、たとえば、２次側コイル１１１ａ〜１１１ｅおよび１１１ｇの各々に２次側補助電流ｉｂが流れるとすると、セル１０１ａ〜１０１ｅおよび１０１ｇの各々には、電流Ｉ＋ｉｂが流れることになる。

その後、ＥＣＵ３００は、第２動作として、第２スイッチング素子１０６ａ〜１０６ｅおよび１０６ｇの各々をオフ状態とし、第１スイッチング素子１０４ａ〜１０４ｇをオン状態とする。これにより、１次側コイル１１０ａ〜１１０ｅおよび１１０ｇにおいて、図３（Ｂ）に示す矢印の方向とは逆方向に、１次側補助電流ｉｂが流れ、１次側コイル１１０ｆにおいて、図３（Ｂ）に示す矢印の方向とは逆方向に、１次側補助電流ｉａ（＝ｉｂ×６セル）が流れる。

そして、ＥＣＵ３００は、第３動作として、第１スイッチング素子１０４ａ〜１０４ｇの各々をオフ状態とし、第２スイッチング素子１０６ｆをオン状態とする。これにより、２次側コイル１１１ｆにおいて、図３（Ａ）に示す矢印の方向とは逆方向に（すなわち、セル１０１ｆの正極側に）２次側補助電流ｉａが流れる。このとき、セル１０１ｆには、電流Ｉ−ｉａが流れることになる。

この場合、セル１０１ｆからセル１０１ａ〜１０１ｅおよび１０１ｇに電流ｉａが供給されることになる。

上述のように構成される電池パック１００において、ＥＣＵ３００は、バッテリ１０１の充電時あるいは放電時において、上述の調整装置１０２を用いて７個のセルの電流量を調整してセル間の温度差の拡大を抑制する均熱化制御を実行する。

具体的には、ＥＣＵ３００は、７個のセルの温度分布を取得して、最も温度の高い高温セルと最も温度の低い低温セルとを特定する。ＥＣＵ３００は、上述したように高温セルから低温セルに補助電流を供給することによって、高温セルに流れる電流の大きさを低温セルに流れる電流の大きさより低下させることによって、高温セルの発熱量を低温セルに発熱量よりも低下させる。これにより、高温セルの温度上昇を抑制しつつ、低温セルの温度上昇を促進してセル間の温度差の拡大を抑制する。

この場合において、ＥＣＵ３００は、高温セルの温度あるいは低温セルの温度に応じて高温セルおよび低温セルでの発熱量を調整することができる。具体的には、ＥＣＵ３００は、たとえば、電荷量（補助電流×補助時間（補助電流を流す時間））を一定としつつ、電流負荷（補助電流の２乗値×補助時間）を調整することによって発熱量を調整することができる。そのため、たとえば、セルの温度が低いほど補助電流の大きさを大きくしつつ、補助時間を短くし、セルの温度が高いほど補助電流の大きさを小さくしつつ、補助時間を長くすることによって、同じ電荷量を用いて発熱量の大小を調整することができる。

このように高温セルと低温セルとで発熱量を調整することによってセル間の温度差の拡大を適切に抑制し、均熱化を図ることができる。

しかしながら、均熱化制御を実行することによって、低温セルに流れる電流の大きさを高温セルに流れる電流の大きさよりも増加させた状態が継続される場合には、セル１０１ａ〜１０１ｇのＳＯＣの差が拡大する場合がある。セル１０１ａ〜１０１ｇ間においてＳＯＣに差が生じると、たとえば、バッテリ１０１を充電する場合には、セル１０１ａ〜１０１ｇのうちの最もＳＯＣが低いセルに合わせて充電が開始されることになる。このとき、最もＳＯＣの高いセルにおいては、放電可能な電池残量を有している場合でも充電が開始されることになる。そして、バッテリ１０１の充電が完了する場合には、最もＳＯＣが高いセルに合わせて充電が終了されることになる。このとき、最もＳＯＣの低いセルにおいては、充電の余地を有している場合でも、最もＳＯＣが高いセルに合わせて充電が終了されることになる。その結果、バッテリ１０１における有効な満充電容量が低下することになる。そのため、温度差の拡大を抑制するとともにセル間のＳＯＣの差の拡大を抑制することが求められる。

そこで、本実施の形態においては、ＥＣＵ３００が、以下の動作を行なうものとする。すなわち、ＥＣＵ３００は、バッテリ１０１に流れる電流が第１状態になる場合には、複数のセルのうちの高温セルに流れる電流の第１目標値の大きさを、高温セルよりも温度が低い低温セルに流れる電流の第２目標値の大きさよりも減少させる均熱化制御を実行するものとする。そして、ＥＣＵ３００は、バッテリ１０１に流れる電流が第１状態よりもセルの均熱化が要求されない第２状態になる場合には、バッテリ１０１の放電時の第２目標値の大きさよりもバッテリ１０１の放電時の第１目標値の大きさを増加させる均等化制御を実行するものとする。

このようにすると、バッテリ１０１に流れる電流が第１状態になる場合には、低温セルの発熱量を増加させることによって低温セルの温度を上昇させることができる。その結果、高温セルと低温セルとの温度差の拡大を抑制して均熱化を図ることができる。このような均熱化制御が継続して行なわれると、高温セルのＳＯＣと低温セルのＳＯＣとの差が拡大する可能性がある。そのため、バッテリ１０１に流れる電流が第１状態よりも均熱化が要求されない第２状態になる場合には、均等化制御が実行されることによって、高温セルのＳＯＣと低温セルのＳＯＣとの差の拡大を抑制することができる。

以下、図４、図５および図６を参照して、ＥＣＵ３００で実行される制御処理の一例を説明する。図４、図５および図６は、いずれもＥＣＵ３００で実行される制御処理の一例を示すフローチャートである。

図４を参照して、ステップ（以下、Ｓをステップと記載する）１００にて、ＥＣＵ３００は、電池パック１００内のセル１０１ａ〜１０１ｇの温度分布を推定する。ＥＣＵ３００は、たとえば、温度センサ２３０によって検出されたセル１０１ａ〜１０１ｇの温度Ｔｂ（１）〜Ｔｂ（７）を用いて電池パック１００内のセル１０１ａ〜１０１ｇの温度分布を推定する。

Ｓ１０２にて、ＥＣＵ３００は、必要となるセル間の発熱量の差を算出する。具体的には、ＥＣＵ３００は、取得された温度分布を用いてセル１０１ａ〜１０１ｇのうちの最も温度の高いセルと最も温度の低いセルとを特定する。ＥＣＵ３００は、特定された２つのセルの温度差を算出し、算出された温度差を用いて必要なるセル間の発熱量の差を算出する。ＥＣＵ３００は、たとえば、温度差と発熱量の差との関係を示すマップを用いて温度差から発熱量の差を算出してもよい。温度差と発熱量の差との関係示すマップは、たとえば、実験等によって適合され、予めＥＣＵ３００のメモリに記憶される。

Ｓ１０４にて、ＥＣＵ３００は、必要となるセル間の発熱量の差の大きさが所定値以上であるか否かを判定する。所定値は、たとえば、予め定められた値であって、実験等によって適合される。必要なるセル間の発熱量の差の大きさが所定値以上であると判定される場合（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、処理はＳ１０６に移される。なお、必要なるセル間の発熱量の差の大きさが所定値よりも小さいと判定される場合には（Ｓ１０４にてＮＯ）、温度差の乖離が少ないため、この処理は終了される。

Ｓ１０６にて、ＥＣＵ３００は、セル１０１ａ〜１０１ｇの各々における満充電容量とＳＯＣとを推定する。ＳＯＣの推定方法については上述したとおりであるため、その詳細な説明は繰り返さない。ＥＣＵ３００は、たとえば、ＳＯＣの所定の変化量に対する充電電流あるいは放電電流の積算値（電力量）から満充電容量を推定する。なお、満充電容量の推定方法については、公知の方法を用いればよく、上述の方法に限定されるものではない。

Ｓ１０８は、ＥＣＵ３００は、セル１０１ａ〜１０１ｇの各々における必要均等化量を算出する。具体的には、ＥＣＵ３００は、セル１０１ａ〜１０１ｇの各々のＳＯＣを用いて平均値を算出する。ＥＣＵ３００は、セル１０１ａ〜１０１ｇにおける平均値に対する過剰分および不足分から必要均等化量を算出する。ＥＣＵ３００は、たとえば、あるセルにおいて平均値に対してΔＳＯＣ（０）だけ過剰である場合には、−ΔＳＯＣ（０）に相当する電力量をそのセルの必要均等化量として算出する。あるいは、ＥＣＵ３００は、たとえば、あるセルにおいて平均値に対してΔＳＯＣ（０）だけ不足する場合には、ΔＳＯＣ（０）に相当する電力量をそのセルの必要均等化量として算出する。

Ｓ１１０にて、ＥＣＵ３００は、必要均等化量が所定値よりも小さいか否かを判定する。ＥＣＵ３００は、たとえば、セル１０１ａ〜１０１ｇの各々における必要均等化量のうちのその大きさが最も大きい値が所定値よりも小さいか否かを判定してもよい。あるいは、ＥＣＵ３００は、たとえば、セル１０１ａ〜１０１ｇの各々における必要均等化量のうちのその大きさが最も小さい値が所定値よりも小さいか否かを判定してもよい。あるいは、ＥＣＵ３００は、たとえば、セル１０１ａ〜１０１ｇの各々における必要均等化量の平均値が所定値よりも小さいか否かを判定してもよい。所定値は、予め定められた値であって実験等によって適合される。必要均等化量が所定値よりも小さいと判定される場合（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、処理は図５に示すフローチャートにおけるＳ１１２に移される。

図５を参照して、Ｓ１１２にて、ＥＣＵ３００は、通電電流（バッテリ１０１に流れる電流）を取得する。すなわち、ＥＣＵ３００は、電流センサ２２０によって検出される電流を通電電流として取得する。

Ｓ１１４にて、ＥＣＵ３００は、通電電流が所定値よりも小さいか否かを判定する。所定値は、均熱化制御を実行するか否かを判定するための予め定められた値であって、実験等により適合される。本実施の形態において、通電電流が所定値以上である場合が「第１状態」に相当し、通電電流が所定値よりも小さい場合が、均熱化が必要とされない「第２状態」に相当する。通電電流が所定値よりも小さいと判定される場合（Ｓ１１４にてＹＥＳ）、処理はＳ１１６に移される。

Ｓ１１６にて、ＥＣＵ３００は、低温セルから高温セルへの供給電流Ｉ１を設定し、設定された供給電流Ｉ１が低温セルから高温セルへ流れるように調整装置１０２を制御する。

ＥＣＵ３００は、たとえば、セル１０１ａ〜１０１ｆのうちの最も温度が高いセルを高温セルとして特定し。その他の６つのセルを低温セルとして特定する。そのため、ＥＣＵ３００は、たとえば、バッテリ１０１に電流Ｉが流れると想定した場合に、高温セルにおいて電流Ｉ＋Ｉ１が流れ、その他の６つの低温セルの各々において電流Ｉ−Ｉ１／６が流れるように調整装置１０２を制御する。なお、この高温セルに流れる電流Ｉ＋Ｉ１が高温セルの目標電流に相当し、低温セルの各々に流れる電流Ｉ−Ｉ１／６が低温セルの目標電流に相当する。

ＥＣＵ３００は、たとえば、供給電流Ｉ１として１２Ａを設定する場合には、高温セルにおいて流れる電流が１２Ａ増加する補助電流が流れるように、高温セルの第２スイッチング素子を動作させてから所定時間が経過した後に、第２スイッチング素子をオフ状態にする。そして、第１スイッチング素子１０４ａ〜１０４ｇをオン状態にしてから所定時間が経過した後に、第１スイッチング素子１０４ａ〜１０４ｇをオフ状態にする。その後、６セルの低温セルにおいて流れる電流が２Ａずつ減少する補助電流が流れるように低温セルの第２スイッチング素子を動作させる。

Ｓ１１８にて、ＥＣＵ３００は、供給電流Ｉ１の積算値Ａ１を算出する。ＥＣＵ３００は、たとえば、前回の計算時点からの経過時間と供給電流Ｉ１とを乗算した値を積算値Ａ１の前回値に加算することによって積算値Ａ１（今回値）を算出する。なお、積算値Ａ１の初期値はゼロである。

なお、Ｓ１１４にて、通電電流が所定値以上であると判定される場合（Ｓ１１４にてＮＯ）、処理はＳ１２０に移される。Ｓ１２０にて、ＥＣＵ３００は、高温セルから低温セルへの供給電流Ｉ２を設定し、設定された供給電流Ｉ２が高温セルから低温セルへ流れるように調整装置１０２を制御する。

ＥＣＵ３００は、たとえば、バッテリ１０１に電流Ｉが流れると想定した場合に、高温セルにおいて電流Ｉ−Ｉ２が流れ、その他の６つの低温セルの各々において電流Ｉ＋Ｉ１／６が流れるように調整装置１０２を制御する。

ＥＣＵ３００は、たとえば、供給電流Ｉ２として１２Ａを設定する場合には、６セルの低温セルの各々において流れる電流が２Ａずつ増加する補助電流が流れるように、６セルの低温セルの第２スイッチング素子を動作させてから所定時間が経過した後に、第２スイッチング素子をオフ状態にする。そして、第１スイッチング素子１０４ａ〜１０４ｇをオン状態にしてから所定時間が経過した後に、第１スイッチング素子１０４ａ〜１０４ｇをオフ状態にする。その後、高温セルにおいて流れる電流が１２Ａ減少する補助電流が流れるように高温セルの第２スイッチング素子を動作させる。

Ｓ１２２にて、ＥＣＵ３００は、供給電流Ｉ２の積算値Ａ２を算出する。ＥＣＵ３００は、たとえば、前回の計算時点からの経過時間と供給電流Ｉ２とを乗算した値を積算値Ａ２の前回値に加算することによって積算値Ａ２（今回値）を算出する。なお、積算値Ａ２の初期値はゼロである。

Ｓ１２４にて、ＥＣＵ３００は、所定時間内の積算値Ａ１−積算値Ａ２の値が所定値よりも小さいか否かを判定する。ＥＣＵ３００は、たとえば、現時点を基準として所定時間だけ遡った時点からの積算値Ａ１の増加分および積算値Ａ２の増加分をそれぞれ所定時間内の積算値Ａ１および所定時間内の積算値Ａ２とし、その差分を算出して、所定時間内の積算値Ａ１−積算値Ａ２の値を算出する。所定値は、予め定められた値であって、実験等により適合される。所定時間内の積算値Ａ１−積算値Ａ２の値が所定値よりも小さいと判定される場合（Ｓ１２４にてＹＥＳ）、処理はＳ１２８に移される。

なお、所定時間内の積算値Ａ１−積算値Ａ２の値が所定値以上であると判定される場合（Ｓ１２４にてＮＯ）、処理はＳ１２６に移される。Ｓ１２６にて、ＥＣＵ３００は、供給電流Ｉ１をゼロに設定し、設定された供給電流Ｉ１になるように調整装置１０２を制御する。

Ｓ１２８にて、ＥＣＵ３００は、所定時間内の積算値Ａ２−積算値Ａ１の値が所定値よりも小さいか否かを判定する。所定値は、予め定められた値であって、実験等により適合される。そのため、Ｓ１２４にて用いられる所定値と同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。所定時間内の積算値Ａ２−積算値Ａ１の値が所定値よりも小さいと判定される場合（Ｓ１２８にてＹＥＳ）、処理はＳ１３２に移される。

なお、所定時間における積算値Ａ２−積算値Ａ１の値が所定値以上であると判定される場合（Ｓ１２８にてＮＯ）、処理はＳ１３０に移される。Ｓ１３０にて、ＥＣＵ３００は、供給電流Ｉ２をゼロに設定し、設定された供給電流Ｉ２になるように調整装置１０２を制御する。

Ｓ１３２にて、ＥＣＵ３００は、電池パック１００内のセル１０１ａ〜１０１ｇの温度分布を推定する。なお、温度分布の推定方法については、上述のＳ１００の処理における温度分布の推定方法と同様であるため、その詳細な説明は繰り返さない。

Ｓ１３４にて、ＥＣＵ３００は、最大セル間温度差が所定値よりも小さいか否かを判定する。ＥＣＵ３００は、推定された温度分布を用いてセル１０１ａ〜１０１ｇのうちの最も温度の高いセルと最も温度の低いセルとを特定する。ＥＣＵ３００は、特定された２つのセルの温度差を最大セル間温度差として算出する。所定値は、予め定められた値であって、実験等により適合される。最大セル間温度差が所定値よりも小さいと判定される場合（Ｓ１３２にてＹＥＳ）、この処理は終了される。なお、最大セル間温度差が所定値以上であると判定される場合（Ｓ１３２にてＮＯ）、処理はＳ１１４に戻される。

なお、図４のＳ１１０にて、必要均等化量が所定値以上であると（Ｓ１１０にてＮＯ）、処理は図６に示すフローチャートにおけるＳ１３４に移される。

図６を参照して、Ｓ１３６にて、ＥＣＵ３００は、通電電流を取得する。Ｓ１３８にて、ＥＣＵ３００は、通電電流が所定値よりも小さいか否かを判定する。所定値は、Ｓ１１４の処理における所定値と同様である。バッテリ１０１に流れる電流が所定値よりも小さいと判定される場合（Ｓ１３８にてＹＥＳ）、処理はＳ１４０に移される。

Ｓ１４０にて、ＥＣＵ３００は、低温セルから高温セルへの供給電流Ｉ１を設定し、設定された供給電流Ｉ１が低温セルから高温セルへ流れるように調整装置１０２を制御する。このときの調整装置１０２の具体的な動作の一例については、上述のＳ１１６の処理における説明のとおりであるため、その詳細な説明は繰り返さない。

Ｓ１４２にて、ＥＣＵ３００は、供給電流Ｉ１の積算値Ａ１を算出する。積算値Ａ１の算出方法については上述のＳ１１８の処理における説明のとおりであるため、その詳細な説明は繰り返さない。

なお、Ｓ１３８にて、通電電流が所定値以上であると判定される場合（Ｓ１３８にてＮＯ）、処理はＳ１４４に移される。Ｓ１４４にて、ＥＣＵ３００は、高温セルから低温セルへの供給電流Ｉ２を設定し、設定された供給電流Ｉ２が高温セルから低温セルへ流れるように調整装置１０２を制御する。このときの調整装置１０２の具体的な動作の一例については、上述のＳ１２０の処理における説明のとおりであるため、その詳細な説明は繰り返さない。

Ｓ１４６にて、ＥＣＵ３００は、供給電流Ｉ２の積算値Ａ２を算出する。積算値Ａ２の算出方法については上述のＳ１２２の処理における説明のとおりであるため、その詳細な説明は繰り返さない。

Ｓ１４８にて、ＥＣＵ３００は、所定時間内の積算値Ａ１−積算値Ａ２の値が所定値に必要均等化量を加算した値よりも小さいか否かを判定する。所定値は、Ｓ１２４の処理の所定値と同様である。所定時間内の積算値Ａ２−積算値Ａ１の値が所定値に必要均等化量を加算した値よりも小さいと判定される場合（Ｓ１４８にてＹＥＳ）、処理はＳ１５２に移される。

なお、所定時間内の積算値Ａ１−積算値Ａ２の値が所定値に必要均等化量を加算した値以上であると判定される場合（Ｓ１４８にてＮＯ）、処理はＳ１５０に移される。Ｓ１５０にて、ＥＣＵ３００は、供給電流Ｉ１をゼロに設定し、設定された供給電流Ｉ１になるように調整装置１０２を制御する。

Ｓ１５２にて、ＥＣＵ３００は、所定時間内の積算値Ａ２−積算値Ａ１の値が所定値に必要均等化量を加算した値よりも小さいか否かを判定する。所定値は、Ｓ１２８の処理の所定値と同様である。所定時間内の積算値Ａ２−積算値Ａ１の値が所定値に必要均等化量を加算した値よりも小さいと判定される場合（Ｓ１５２にてＹＥＳ）、処理はＳ１５６に移される。

なお、所定時間内の積算値Ａ２−積算値Ａ１の値が所定値に必要均等化量を加算した値以上であると判定される場合（Ｓ１５２にてＮＯ）、処理はＳ１５４に移される。Ｓ１５４にて、ＥＣＵ３００は、供給電流Ｉ２をゼロに設定し、設定された供給電流Ｉ２になるように調整装置１０２を制御する。

Ｓ１５６にて、ＥＣＵ３００は、電池パック１００内のセル１０１ａ〜１０１ｇの温度分布を推定する。なお、温度分布の推定方法については、上述のＳ１００の処理における温度分布の推定方法と同様であるため、その詳細な説明は繰り返さない。

Ｓ１５８にて、ＥＣＵ３００は、最大セル間温度差が所定値よりも小さいか否かを判定する。所定値は、Ｓ１３４の処理における所定値と同様である。最大セル間温度差が所定値よりも小さいと判定される場合（Ｓ１５８にてＹＥＳ）、この処理は終了される。なお、最大セル間温度差が所定値以上であると判定される場合（Ｓ１５８にてＮＯ）、処理はＳ１３８に戻される。

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、ＭＧ１０によって車両１が力行する場合には、バッテリ１０１は放電状態となる。このような場合において、電池パック１００内のセル１０１ａ〜１０１ｇの温度分布が推定され（Ｓ１００）、必要となるセル間の発熱量の差が算出される（Ｓ１０２）。セル１０１ａ〜１０１ｇ間の温度差が大きいことによって、必要となるセル間の発熱量の差の大きさが所定値以上であると（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、セル１０１ａ〜１０１ｇの各々の満充電容量とＳＯＣとが推定され（Ｓ１０６）、セル１０１ａ〜１０１ｇの各々の必要均等化量が算出される（Ｓ１０８）。セル１０１ａ〜１０１ｇ間のＳＯＣ差が小さいことによって必要均等化量が所定値よりも小さいと判定される場合（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、通電電流が取得され（Ｓ１１２）、取得された通電電流が所定値よりも小さいか否かが判定される（Ｓ１１４）。

＜通電電流が所定値以上である場合＞
通電電流が所定値以上であると判定される場合（Ｓ１１４にてＮＯ）、高温セルから低温セルへの供給電流Ｉ２が設定され、設定された供給電流Ｉ２が流れるように調整装置１０２が制御される（Ｓ１２０）。そのため、高温セルの電流が供給電流Ｉ２だけ減少した値になるため、発熱量の増加が抑制される。一方、低温セルの各々の電流が供給電流Ｉ２／６だけ増加した値になるため、発熱量の増加が促進されることになる。そのため、セル１０１ａ〜１０１ｇにおいて均熱化が図られる。このとき、高温セルのＳＯＣの低下幅は、低温セルの各々のＳＯＣの低下幅よりも小さくなる。

供給電流Ｉ２の積算値Ａ２が算出され（Ｓ１２２）、所定時間内の積算値Ａ１−積算値Ａ２の値が所定値よりも小さく（Ｓ１２４にてＹＥＳ）、かつ、所定時間内の積算値Ａ２−積算値Ａ１の値が所定値よりも小さいと判定される場合は（Ｓ１２８にてＹＥＳ）、電池パック１００内のセル１０１ａ〜１０１ｇの温度分布が推定される（Ｓ１３２）。そして、最大セル間温度差が所定値よりも小さいと（Ｓ１３４にてＹＥＳ）、調整装置１０２による均熱化制御が終了される。

なお、均熱化制御によって消費される電力が大きくなるなどして、所定時間内の積算値Ａ２−積算値Ａ１の値が所定値以上になる場合（Ｓ１２８にてＮＯ）、供給電流Ｉ２がゼロに設定され、均熱化制御が中止される。

＜通電電流が所定値よりも小さい場合＞
通電電流が所定値よりも小さいと判定される場合（Ｓ１１４にてＹＥＳ）、低温セルから高温セルへの供給電流Ｉ１が設定され、設定された供給電流Ｉ１が流れるように調整装置１０２が制御される（Ｓ１１６）。そのため、高温セルの電流が供給電流Ｉ１だけ増加した値になるため、ＳＯＣの低下が促進されることになる。一方、低温セルの各々の電流が電流Ｉ１／６だけ減少した値になるため、ＳＯＣの低下が抑制される。そのため、セル１０１ａ〜１０１ｇにおいてＳＯＣの均等化が図られる。

供給電流Ｉ１の積算値Ａ１が算出され（Ｓ１１８）、所定時間内の積算値Ａ１−積算値Ａ２の値が所定値よりも小さく（Ｓ１２４にてＹＥＳ）、かつ、所定時間内の積算値Ａ２−積算値Ａ１の値も所定値よりも小さいと判定される場合は（Ｓ１２８にてＹＥＳ）、電池パック１００内のセル１０１ａ〜１０１ｇの温度分布が推定される（Ｓ１３２）。そして、最大セル間温度差が所定値よりも小さいと（Ｓ１３４にてＹＥＳ）、調整装置１０２の制御が終了される。

＜必要均等化量が所定値以上である場合＞
セル１０１ａ〜１０１ｇの間でのＳＯＣの差が大きいことによって必要均等化量が所定値以上であると判定される場合（Ｓ１１０にてＮＯ）、通電電流が取得され（Ｓ１３６）、取得された通電電流が所定値よりも小さいか否かが判定される（Ｓ１３８）。

そして、通電電流の大きさに応じて供給電流Ｉ１および供給電流Ｉ２のうちのいずれかが設定されて調整装置１０２が制御され（Ｓ１４０またはＳ１４２）、積算値Ａ１または積算値Ａ２が算出される（Ｓ１４４またはＳ１４６）。

供給電流Ｉ１および供給電流Ｉ２に設定された場合に調整装置１０２の制御は、必要均等化量の分だけ多く実施されることになるため（Ｓ１４８またはＳ１５２）、セル１０１ａ〜１０１ｇ間のＳＯＣのばらつきが抑制される。

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、通電電流が所定値以上である場合には、低温セルの発熱量を増加させることによって低温セルの温度を上昇させることができる。また、高温セルの発熱量を減少させることによって高温セルの温度の上昇を抑制することができる。その結果、高温セルと低温セルとの温度差の拡大を抑制して均熱化を図ることができる。このような均熱化制御が継続して行なわれると、高温セルのＳＯＣと低温セルのＳＯＣとの差が拡大する可能性がある。そのため、通電電流が所定値よりも小さい場合には、高温セルの電流を減少させ、低温セルの電流を増加させることによって高温セルのＳＯＣと低温セルのＳＯＣとの差の拡大を抑制することができる。このように、電池パック１００内のセル１０１ａ〜１０１ｇの均熱化を図りながら、セル１０１ａ〜１０１ｇのＳＯＣのばらつきを抑制することによって、電池容量の経年劣化を抑制して、電動車両の走行可能距離の短縮を抑制することができる。したがって、複数の電池要素間での温度差およびＳＯＣの差の拡大を抑制する電池システムを提供することができる。

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が電気自動車に適用される例について説明したが、電池システム２の適用対象としては、電気自動車に限定されず、たとえば、ハイブリッド自動車であってもよい。また、電池システム２の用途は、車両用に限定されるものではなく、たとえば、定置用であってもよい。

さらに上述の実施の形態では、バッテリ１０１は、７個のセルを蓄電要素として含む構成を一例として説明したが、セルの個数は、７個に限定されるものではない。

さらに上述の実施の形態では、電流調整回路がバッテリ１０１のセル毎に設けられる場合を一例として説明したが、バッテリ１０１が２以上のセルを含む電池モジュールを蓄電要素として複数個設けられる場合には、電池モジュール毎に電流調整回路が設けられるようにしてもよい。

さらに上述の実施の形態では、通電電流が所定値以上のときに高温セルの発熱量を減少させ、低温セルの発熱量を増加させる均熱化制御を実行し、通電電流が所定値よりも小さいときに高温セルと低温セル間のＳＯＣのばらつきを抑制する均等化制御を実行するものとして説明したが、たとえば、放電電流が所定値以上のとき（第１状態に相当）に均熱化制御を実行し、通電電流が充電時の電流のとき（第２状態に相当）にセル１０１ａ〜１０１ｇのＳＯＣのばらつきを抑制するための均等化制御を実行するようにしてもよい。この場合、ＥＣＵ３００は、充電時においては、低温セルに対する単位時間当たりの充電量の大きさよりも高温セルに対する単位時間当たり充電量の大きさを減少させてもよい。このようにすると、均熱化制御によってＳＯＣが低下した低温セルのＳＯＣの増加幅を、均熱化制御によってＳＯＣが増加した高温セルのＳＯＣの増加幅よりも大きくすることができる。そのため、各セルのＳＯＣのばらつきを抑制することができる。

さらに上述の実施の形態では、セルに設けられる温度センサの検出値を用いてセルの温度分布を推定するものとして説明したが、たとえば、電池パック１００内の雰囲気温度、各セルの電流負荷、各セルの内部抵抗値から算出される各セルの前回の計算の時点からの発熱量と前回の計算における温度分布からセルの温度分布を推定してもよい。

さらに上述の実施の形態では、第１状態であるか第２状態であるかを判定するために通電電流が所定値以上であるか否かを判定するものとして説明したが、たとえば、車両１のアクセルペダルの踏み込み量がしきい値よりも大きいか否かを判定するなどして第１状態であるか第２状態であるかを判定してもよい。

さらに上述の実施の形態では、必要均等化量が所定値以上の場合には、一意に設定された必要均等化量の分だけ調整装置１０２の制御を長く実施する場合を一例として説明したが、セル１０１ａ〜１０１ｇの各々の必要均等化量に合うように電流調整回路１５０ａ〜１５０ｇの制御を実施してもよい。このようにすると、セル１０１ａ〜１０１ｇ間のＳＯＣの差の拡大を抑制することができる。

さらに上述の実施の形態では、セル１０１ａ〜１０１ｇのうちの最も温度の高いセルを高温セルとし、その他の６セルを低温セルとして、高温セルと低温セルとの間で電流を授受するものとして説明したが、たとえば、最も温度の高いセルと最も温度の低いセルとの間で電流を授受してもよい。

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、２０ 動力伝達ギア、３０ 駆動輪、４０ ＰＣＵ、５０ ＳＭＲ、１００ 電池パック、１０１ バッテリ、１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅ，１０１ｆ，１０１ｇ セル、１０２ 調整装置、１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ，１５０ｄ，１５０ｅ，１５０ｆ，１５０ｇ 電流調整回路、２１０ 電圧センサ、２２０ 電流センサ、２３０ 温度センサ、３００ ＥＣＵ、３０１ ＣＰＵ、３０２ メモリ。

Claims (1)

1. 電池要素が複数個直列に接続されて構成される組電池と、
   前記電池要素の各々に接続され、前記電池要素の各々に流れる電流を調整する調整装置と、
   前記電池要素の各々において電流が目標値になるように前記調整装置を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記組電池に流れる電流が第１状態になる場合には、複数個の前記電池要素のうちの第１電池要素の第１目標値の大きさを、前記第１電池要素よりも温度が低い第２電池要素の第２目標値の大きさよりも減少させる均熱化制御を実行し、
   前記組電池に流れる電流が前記第１状態よりも前記電池要素の均熱化が要求されない第２状態になる場合には、前記組電池の放電時の前記第２目標値の大きさよりも前記放電時の前記第１目標値の大きさを増加させる第１均等化制御と、前記組電池の充電時の前記第２目標値の大きさよりも前記充電時の前記第１目標値の大きさを減少させる第２均等化制御とのうちのいずれか一方を実行する、電池システム。

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