JP2021061747A - 蓄電池制御装置および電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池の劣化を抑制し、寿命確保を図る蓄電池制御装置を提供する。【解決手段】電池システムにおいて、蓄電池制御装置（バッテリコントローラ）は、電池情報取得部２０１、第１許容電流演算部２０２、第２許容電流演算部２０３、第３許容電流演算部２０４及び許容電流選択部２０５を備える。第１許容電流選択部は、蓄電池の劣化抑制を優先すべき状況であるか否かを判定し、蓄電池の劣化抑制を優先すべき状況であると判定した場合には、第１許容電流、第２許容電流又は第３許容電流のうち、最も小さい許容電流を選択し、蓄電池の劣化抑制を優先すべき状況ではないと判定した場合には、第１許容電流又は第２許容電流のうち、小さい許容電流を選択する。許容電流選択部２０５は、蓄電池の負荷である電動機の出力トルクの向上が要求されている間は、蓄電池の劣化抑制を優先すべき状況ではないと判定する。【選択図】図２

Description

本発明は、蓄電池制御装置に関する。

従来、ＨＥＶ（ハイブリッド自動車）やＰＨＥＶ（プラグインハイブリッド自動車）に搭載され、蓄電池にリチウムイオン二次電池を用いた車載用電池システムが使用されている。こうした車載用電池システムでは、構成部品の安全性や劣化防止の観点から、蓄電池に流れる電流を所定範囲内に制限することが必要である。たとえば特許文献１では、蓄電池の劣化度に応じて電流の上限値を設定する技術が開示されている。

国際公開第２０１３／０９４０５７号

車載用電池システムから出力すべき電流の大きさは、蓄電池の劣化度だけでなく、状況によっても様々に変化する。たとえば、車両の走行状態等によっては、一時的に大きな電流を負荷に流す必要が生じる場合がある。このような場合には、短時間であれば蓄電池の劣化への影響は小さいため、電流の上限値を一時的に上昇することが好ましい。しかし、特許文献１に記載の従来技術では、蓄電池の劣化度に応じて電流の上限値が設定されるため、蓄電池の電流を状況に応じて適切に制御することが困難であった。

本発明による蓄電池制御装置は、蓄電池の情報を取得する電池情報取得部と、前記蓄電池の充放電により電流が流れる構成部品の定格値に応じた前記蓄電池の第１許容電流を演算する第１許容電流演算部と、前記電池情報取得部により取得された前記情報に基づいて、前記蓄電池の充電状態に応じた前記蓄電池の第２許容電流を演算する第２許容電流演算部と、前記電池情報取得部により取得された前記情報に基づいて、前記蓄電池の劣化状態に応じた前記蓄電池の第３許容電流を演算する第３許容電流演算部と、を備える。

本発明によれば、蓄電池の電流を状況に応じて適切に制御することができる。

本発明の一実施形態に係る蓄電池制御装置を適用した電池システムの構成を示す図である。 バッテリコントローラの機能ブロック図である。 第１許容電流演算部の機能ブロック図である。 第１許容電流の決定方法を説明する図である。 第２許容電流演算部の機能ブロック図である。 第２許容電流の決定方法を説明する図である。 第３許容電流演算部の機能ブロック図である。 第３許容電流の決定方法を説明する図である。 電池モジュールの充放電制御のフローチャートである。 従来技術を用いた場合の許容電流の変化の一例を示す図である。 本発明を用いた場合の許容電流の変化の一例を示す図である。 本発明をより積極に活用した場合の許容電流の変化の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る蓄電池制御装置を適用した電池システムの構成を示す図である。図１に示す電池システム１００は、インバータ１１０および上位コントローラ１１２と接続されている。インバータ１１０には負荷１１１が接続されている。

インバータ１１０は、上位コントローラ１１２の制御により動作する双方向インバータである。インバータ１１０は、電池システム１００から供給される直流電力を交流電力に変換して負荷１１１に出力する。負荷１１１は、たとえば車両に搭載される三相交流電動機であり、インバータ１１０から供給される交流電力を用いて回転駆動することで車両の駆動力を発生する。また、車両の運動エネルギーを利用して負荷１１１を発電機として動作させることで回生発電を行うと、負荷１１１から交流電力が出力される。この場合、インバータ１１０は、負荷１１１から出力された交流電力を直流電力に変換し、得られた直流電力を電池システム１００に出力して蓄える。こうして上位コントローラ１１２の制御に応じてインバータ１１０を動作させることにより、電池システム１００の充放電が行われる。

なお、電池システム１００の充放電を適切に制御することができれば、本発明は図１の構成に限定されない。たとえば、インバータ１１０とは別の充電システムを電池システム
１００に接続し、この充電システムを用いて電池システム１００の充電を必要に応じて行うようにしてもよい。

電池システム１００は、電池モジュール１０１、電流センサ１０２、電圧センサ１０３、温度センサ１０４、漏電センサ１０５、リレー１０６Ａ、リレー１０６Ｂ、およびバッテリコントローラ１０７を備える。

電池モジュール１０１は、複数個の単位電池を直列または直並列に接続して構成されている充放電可能な蓄電池である。なお、電池モジュール１０１を２つ以上のグループに分け、各グループ間に人力で操作可能な遮断器を設けてもよい。このようにすれば、電池システム１００の組み立て、解体、点検等の作業時には遮断器を開放することで、感電事故や短絡事故の発生を防ぐことができる。

電流センサ１０２は、電池モジュール１０１に流れる充放電電流を検出する。電圧センサ１０３は、電池モジュール１０１の電圧を検出する。温度センサ１０４は、電池モジュール１０１の温度を検出する。漏電センサ１０５は、電池モジュール１０１の絶縁抵抗を検出する。電流センサ１０２、電圧センサ１０３、温度センサ１０４および漏電センサ１０５の各検出結果は、バッテリコントローラ１０７にそれぞれ出力される。

リレー１０６Ａ、１０６Ｂは、電池モジュール１０１とインバータ１１０の間の電気的接続状態を切り替えるためのものであり、バッテリコントローラ１０７または上位コントローラ１１２によって制御される。リレー１０６Ａは、電池モジュール１０１の正極側とインバータ１１０の間に接続されており、リレー１０６Ｂは、電池モジュール１０１の負極側とインバータ１１０の間に接続されている。なお、リレー１０６Ａ、１０６Ｂのいずれか一方を省略してもよい。また、突入電流を制限するために、リレー１０６Ａまたは１０６Ｂと並列に、プリチャージリレーおよび抵抗を設けてもよい。この場合、電池モジュール１０１とインバータ１１０の接続時には、先にプリチャージリレーをオンし、電流が十分小さくなった後に、リレー１０６Ａまたは１０６Ｂをオンしてプリチャージリレーをオフすればよい。

バッテリコントローラ１０７は、本発明の一実施形態に係る蓄電池制御装置に相当するものである。バッテリコントローラ１０７は、電流センサ１０２、電圧センサ１０３、温度センサ１０４および漏電センサ１０５の各検出結果を取得し、これらの検出結果に基づいて電池システム１００の制御を行う。たとえば、バッテリコントローラ１０７は、電流センサ１０２による充放電電流の検出結果や、電圧センサ１０３による電圧の検出結果に基づいて、電池モジュール１０１の充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）や劣化状態（ＳＯＨ：State Of Health）を算出する。そして、これらの算出結果を基に、電池モジュール１０１の充放電制御や、電池モジュール１０１の各単位電池のＳＯＣを均等化するためのバランシング制御などを行う。また、バッテリコントローラ１０７は、漏電センサ１０５による絶縁抵抗の検出結果に基づいて、電池モジュール１０１が漏電状態または漏電しそうな状態であるか否かを判断し、これらの状態にあると判断した場合には電池システム１００の動作を停止する。これ以外にも、バッテリコントローラ１０７は様々な処理を実行することができる。

なお、電池モジュール１０１の充放電制御において、バッテリコントローラ１０７は、電池モジュール１０１に流れる電流を状況に応じて適切に制御するための許容電流を演算し、上位コントローラ１１２に出力する。このバッテリコントローラ１０７による電池モジュール１０１の充放電制御の詳細については、後で詳しく説明する。

上位コントローラ１１２は、バッテリコントローラ１０７から送信される電池モジュール１０１の様々な情報に基づいて、電池システム１００やインバータ１１０の動作状態を制御する。

次に、バッテリコントローラ１０７による電池モジュール１０１の充放電制御の詳細について説明する。図２は、バッテリコントローラ１０７の機能ブロック図である。図２に示すように、バッテリコントローラ１０７は、電池情報取得部２０１、第１許容電流演算部２０２、第２許容電流演算部２０３、第３許容電流演算部２０４および許容電流選択部２０５の各機能ブロックにより構成される。バッテリコントローラ１０７は、たとえばＣＰＵにより所定のプログラムを実行することで、これらの機能ブロックを実現することができる。

電池情報取得部２０１は、電流センサ１０２、電圧センサ１０３、温度センサ１０４の各検出結果に基づいて、電池モジュール１０１の状態に関する様々な情報を取得する。電池情報取得部２０１は、たとえば、電流センサ１０２により検出された電池モジュール１０１の充放電電流や、温度センサ１０４により検出された電池モジュール１０１の温度などを、電池モジュール１０１の情報として取得する。また、バッテリコントローラ１０７に内蔵された不図示のタイマを用いて計測された電池モジュール１０１の使用時間や、電池モジュール１０１を搭載した車両の走行距離などを、電池モジュール１０１の情報として取得することもできる。すなわち、電池情報取得部２０１は、上記のような電池モジュール１０１の状態に関する様々な情報の中から、いずれか少なくとも一つの情報を取得することができる。なお、上記で挙げたもの以外の情報を電池モジュール１０１の情報として取得してもよい。

第１許容電流演算部２０２は、電池モジュール１０１の第１許容電流を演算する。この第１許容電流は、電池モジュール１０１の充放電により電流が流れる構成部品の定格値に応じた電池モジュール１０１の許容電流である。なお、第１許容電流演算部２０２による具体的な第１許容電流の演算方法については、後で図３、図４を参照して説明する。

第２許容電流演算部２０３は、電池情報取得部２０１により取得された電池モジュール１０１の情報に基づいて、電池モジュール１０１の第２許容電流を演算する。この第２許容電流は、電池モジュール１０１のＳＯＣに応じた電池モジュール１０１の許容電流である。なお、第２許容電流演算部２０３による具体的な第２許容電流の演算方法については、後で図５、図６を参照して説明する。

第３許容電流演算部２０４は、電池情報取得部２０１により取得された電池モジュール１０１の情報に基づいて、電池モジュール１０１の第３許容電流を演算する。この第３許容電流は、電池モジュール１０１のＳＯＨに応じた電池モジュール１０１の許容電流である。なお、第３許容電流演算部２０４による具体的な第３許容電流の演算方法については、後で図７を参照して説明する。

許容電流選択部２０５は、第１許容電流演算部２０２、第２許容電流演算部２０３、第３許容電流演算部２０４によりそれぞれ演算された第１許容電流、第２許容電流または第３許容電流のいずれかを選択する。なお、許容電流選択部２０５による具体的な許容電流の選択方法については、後で説明する。そして、選択した許容電流の値を上位コントローラ１１２に出力する。許容電流選択部２０５から許容電流が出力されると、上位コントローラ１１２は、その許容電流の値に従って電池システム１００およびインバータ１１０を制御し、電池モジュール１０１の充放電制御を行う。

次に、第１許容電流演算部２０２による第１許容電流の演算方法について説明する。図３は、第１許容電流演算部２０２の機能ブロック図である。図３に示すように、第１許容
電流演算部２０２は、定格値取得部３０１および第１許容電流決定部３０２の各機能ブロックにより構成される。

定格値取得部３０１は、電池システム１００を構成する様々な電気部品のうち、電池モジュール１０１の充放電により電流が流れる各構成部品の電流定格値を、第１許容電流に関する定格値として取得する。定格値取得部３０１は、たとえば、電池システム１００において充放電電流の経路上に配置されているバスバー、コネクタ、電流ケーブル、リレー（スイッチ）、ヒューズ、ねじ等の様々な構成部品について、電流定格値を取得する。なお、充放電電流の経路上にシャント抵抗や接着樹脂等が配置されている場合、定格値取得部３０１は、これらの電流定格値も取得する。定格値取得部３０１は、たとえば、各構成部品の電流定格値の温度特性を予め記憶している。そして、温度センサ１０４により検出された電池モジュール１０１の温度に基づいて、各構成部品の温度を推定し、その温度に応じた電流定格値を各構成部品について取得する。このときさらに、電池システム１００の使用履歴等に基づいて各構成部品の劣化状態を推定し、その推定結果を考慮して各構成部品の電流定格値を定めてもよい。

第１許容電流決定部３０２は、定格値取得部３０１により取得された各構成部品の電流定格値に基づいて、第１許容電流を決定する。第１許容電流決定部３０２は、たとえば、電流定格値が最小の構成部品に合わせて、第１許容電流を決定する。

図４は、第１許容電流決定部３０２による第１許容電流の決定方法を説明する図である。図４において、直線４０１、４０２、４０３は、それぞれ異なる構成部品の通電時間に対する電流定格値の特性例を表している。電池システム１００の構成部品には、直線４０１に示すように通電時間に関わらず電流定格値が一定のものや、直線４０２、４０３にそれぞれ示すように、通電時間が長くなる（通電デューティが大きくなる）につれて電流定格値が低下するものが混在している。これらの電流定格値が定格値取得部３０１により取得された場合、第１許容電流決定部３０２は、たとえば折れ線４０４に示すような通電時間に対する電流定格値の特性に従って、第１許容電流を決定することができる。

次に、第２許容電流演算部２０３による第２許容電流の演算方法について説明する。図５は、第２許容電流演算部２０３の機能ブロック図である。図５に示すように、第２許容電流演算部２０３は、ＳＯＣ演算部５０１、内部抵抗演算部５０２および第２許容電流決定部５０３の各機能ブロックにより構成される。

ＳＯＣ演算部５０１は、電流センサ１０２による充放電電流の検出結果や、電圧センサ１０３による電圧の検出結果に基づいて、電池モジュール１０１のＳＯＣを演算する。ＳＯＣ演算部５０１は、たとえば、充放電電流の積算値からＳＯＣを求めたり、電池モジュール１０１が充放電されていないときの開放電圧（ＯＣＶ）からＳＯＣを求めたりすることができる。

内部抵抗演算部５０２は、ＳＯＣ演算部５０１により求められたＳＯＣに基づいて、電池モジュール１０１の内部抵抗値を演算する。内部抵抗演算部５０２は、たとえば、ＳＯＣから求められるＯＣＶと、電流センサ１０２による充放電電流の検出結果と、電圧センサ１０３による充放電時の電圧検出結果とに基づいて、電池モジュール１０１の内部抵抗値を演算することができる。このとき、温度センサ１０４により検出された温度を考慮して、電池モジュール１０１の内部抵抗値を求めてもよい。

第２許容電流決定部５０３は、ＳＯＣ演算部５０１により求められたＳＯＣと、内部抵抗演算部５０２により求められた内部抵抗とに基づいて、第２許容電流を決定する。

図６は、第２許容電流決定部５０３による第２許容電流の決定方法を説明する図である。図６において、曲線６０１は、電池モジュール１０１のＳＯＣとＯＣＶとの関係を表すＳＯＣ−ＯＣＶ曲線の一例を示している。電池モジュール１０１が使用されるＳＯＣの最大値をＳｍａｘ、最小値をＳｍｉｎとそれぞれ表すと、電池モジュール１０１のＯＣＶの最大値Ｖｍａｘおよび最小値Ｖｍｉｎは、図６に示すように、ＳＯＣ−ＯＣＶ曲線６０１上でＳｍａｘ、Ｓｍｉｎにそれぞれ対応する点として求められる。

ここで、任意の時刻ｔにおけるＳＯＣ、ＯＣＶの値をそれぞれＳ（ｔ）、Ｖ（ｔ）と表すと、これらの値はＳＯＣ−ＯＣＶ曲線６０１上の点として、たとえば点６０２のように示すことができる。このときの電池モジュール１０１の充電許容電流および放電許容電流をそれぞれＩｃ（ｔ）、Ｉｄ（ｔ）と表すと、点６０２とこれらの間には、図６に示すような関係が成り立つ。図６において、Ｒ（ｔ）は時刻ｔにおける電池モジュール１０１の内部抵抗を表している。

上記の関係を式で表すと、以下の式（１）のようになる。
Ｖ（ｔ）＝Ｖｍａｘ−Ｉｃ（ｔ）×Ｒ（ｔ）
＝Ｖｍｉｎ＋Ｉｄ（ｔ）×Ｒ（ｔ） ・・・（１）

式（１）から、充電許容電流Ｉｃ（ｔ）および放電許容電流Ｉｄ（ｔ）を求める式として、以下の式（２）、（３）が導かれる。
Ｉｃ（ｔ）＝｛Ｖｍａｘ−Ｖ（ｔ）｝／Ｒ（ｔ） ・・・（２）
Ｉｄ（ｔ）＝｛Ｖ（ｔ）−Ｖｍｉｎ｝／Ｒ（ｔ） ・・・（３）

第２許容電流決定部５０３は、上記の式（２）、（３）に基づいて、充電許容電流Ｉｃ（ｔ）、放電許容電流Ｉｄ（ｔ）をそれぞれ求めることにより、第２許容電流を決定することができる。

次に、第３許容電流演算部２０４による第３許容電流の演算方法について説明する。図７は、第３許容電流演算部２０４の機能ブロック図である。図７に示すように、第３許容電流演算部２０４は、ＳＯＨ演算部７０１、寿命予測部７０２および第３許容電流決定部７０３の各機能ブロックにより構成される。

ＳＯＨ演算部７０１は、電流センサ１０２による充放電電流の検出結果や、電圧センサ１０３による電圧の検出結果に基づいて、電池モジュール１０１のＳＯＨを演算する。なお、第２許容電流演算部２０３からＳＯＣや内部抵抗の演算結果を取得し、これらの演算結果に基づいてＳＯＨを演算してもよい。

寿命予測部７０２は、ＳＯＨ演算部７０１により演算されたＳＯＨに基づいて、電池モジュール１０１の寿命を予測する。寿命予測部７０２は、たとえば、電池情報取得部２０１により取得された電池モジュール１０１の情報の履歴を、電池モジュール１０１のＳＯＨと関連付けて記録しておく。こうして記録された情報を基に将来のＳＯＨの推移を推定することで、電池モジュール１０１の劣化進行速度を演算し、その演算結果から寿命を予測することができる。

第３許容電流決定部７０３は、ＳＯＨ演算部７０１により求められたＳＯＨと、寿命予測部７０２により求められた寿命とに基づいて、第３許容電流を決定する。第３許容電流決定部７０３は、たとえば、寿命予測部７０２により予測された電池モジュール１０１の寿命を、予め設定された寿命目標値と比較する。その結果、寿命目標値と寿命予測値との乖離が大きければ、その乖離が小さくなるように、第３許容電流の値を調節する。これにより、第３許容電流演算部２０４は、電池モジュール１０１のＳＯＨに応じた第３許容電流を演算することができる。

図８は、第３許容電流決定部７０３による第３許容電流の決定方法を説明する図である。図８において、曲線８０１は、劣化進行速度と第３許容電流の関係の一例を示している。第３許容電流決定部７０３には、たとえば、予め実験等により求められた図８の関係がマップ化されたデータが記憶されている。このデータを用いることで、第３許容電流決定部７０３は、電池モジュール１０１の劣化進行速度に応じて第３許容電流を決定することができる。

図９は、バッテリコントローラ１０７による電池モジュール１０１の充放電制御のフローチャートである。バッテリコントローラ１０７は、図９のフローチャートに従って、所定の処理周期ごとに電池モジュール１０１の充放電制御を実行する。

ステップＳ１０１において、バッテリコントローラ１０７は、電池情報取得部２０１により、前述のような電池モジュール１０１の各種情報を取得する。

ステップＳ１０２において、バッテリコントローラ１０７は、第１許容電流演算部２０２により、ステップＳ１０１で取得した電池モジュール１０１の情報に基づいて、電池モジュール１０１の第１許容電流を演算する。

ステップＳ１０３において、バッテリコントローラ１０７は、第２許容電流演算部２０３により、ステップＳ１０１で取得した電池モジュール１０１の情報に基づいて、電池モジュール１０１の第２許容電流を演算する。

ステップＳ１０４において、バッテリコントローラ１０７は、第３許容電流演算部２０４により、ステップＳ１０１で取得した電池モジュール１０１の情報に基づいて、電池モジュール１０１の第３許容電流を演算する。

ステップＳ１０５において、バッテリコントローラ１０７は、許容電流選択部２０５により、ステップＳ１０２〜Ｓ１０４の演算結果を比較する。すなわち、ステップＳ１０２で算出された第１許容電流と、ステップＳ１０３で算出された第２許容電流と、ステップＳ１０４で算出された第３許容電流とを比較し、これらの大小関係を把握する。

ステップＳ１０６において、バッテリコントローラ１０７は、許容電流選択部２０５により、ステップＳ１０５の比較結果に基づいて、第１許容電流が第２許容電流および第３許容電流のいずれよりも低いか否かを判定する。その結果、判定条件を満たす場合、すなわち第１許容電流が最も低い場合には、処理をステップＳ１０９に進める。一方、判定条件を満たさない場合、すなわち第１許容電流が第２許容電流または第３許容電流のいずれか少なくとも一方よりも高い場合には、処理をステップＳ１０６に進める。

ステップＳ１０７において、バッテリコントローラ１０７は、許容電流選択部２０５により、ステップＳ１０５の比較結果に基づいて、第２許容電流が第１許容電流および第３許容電流のいずれよりも低いか否かを判定する。その結果、判定条件を満たす場合、すなわち第２許容電流が最も低い場合には、処理をステップＳ１１１に進める。一方、判定条件を満たさない場合、すなわち第２許容電流が第１許容電流または第３許容電流のいずれか少なくとも一方よりも高い場合には、処理をステップＳ１０８に進める。

ステップＳ１０８において、バッテリコントローラ１０７は、許容電流選択部２０５により、現在の状況が電池モジュール１０１の劣化抑制を優先すべき状況であるか否かを判定する。許容電流選択部２０５は、たとえば、電池システム１００において電池モジュール１０１の寿命を優先すべきモード設定が行われている場合や、車両巡航中など電池モジュール１０１の負荷が小さいような場合には、電池モジュール１０１の劣化抑制を優先すべき状況と判断する。一方、許容電流選択部２０５は、たとえば、電池システム１００において車両の走行性能や燃費を優先すべきモード設定が行われている場合や、車両加速中など電池モジュール１０１の負荷が大きいような場合には、電池モジュール１０１の劣化抑制を優先すべき状況ではないと判断する。具体例として、電池システム１００がハイブリッド自動車などの電動車両に搭載されている場合を考える。このような場合において、当該車両が高速道路への進入路や登坂路を走行する際や、追い越し走行を行う際には、ドライバーがアクセルを踏み増して、電動機である負荷１１１からの出力トルクの向上を要求することがある。許容電流選択部２０５は、アクセル開度の変化量等に基づいて、こうした出力向上要求の有無を判断し、出力向上要求が行われたと判断した場合には、電池モジュール１０１の充放電性能を優先すべきであり、劣化抑制を優先すべき状況ではないと判断することができる。なお、これ以外にも様々な判定条件を用いて、ステップＳ１０８の判定を行うことができる。その結果、劣化抑制を優先すべき状況であると判定した場合には、処理をステップＳ１１２に進める。一方、劣化抑制を優先すべき状況ではないと判定した場合には、処理をステップＳ１０９に進める。

ステップＳ１０９において、バッテリコントローラ１０７は、許容電流選択部２０５により、ステップＳ１０５の比較結果に基づいて、第１許容電流が第２許容電流よりも低いか否かを判定する。その結果、第１許容電流が第２許容電流よりも低い場合には、処理をステップＳ１１０に進め、反対に第１許容電流が第２許容電流以上である場合には、処理をステップＳ１１１に進める。

ステップＳ１１０において、バッテリコントローラ１０７は、許容電流選択部２０５により、ステップＳ１０２で求めた第１許容電流を選択して上位コントローラ１１２に出力する。すなわち、バッテリコントローラ１０７は、第１許容電流が第２許容電流および第３許容電流よりも低い場合や、劣化抑制を優先すべき状況ではなく、かつ第１許容電流が第２許容電流よりも低い場合には、ステップＳ１１０を実行する。これにより、電池モジュール１０１の充放電制御における許容電流として、第１許容電流を選択する。

ステップＳ１１１において、バッテリコントローラ１０７は、許容電流選択部２０５により、ステップＳ１０３で求めた第２許容電流を選択して上位コントローラ１１２に出力する。すなわち、バッテリコントローラ１０７は、第２許容電流が第１許容電流および第３許容電流よりも低い場合や、劣化抑制を優先すべき状況ではなく、かつ第２許容電流が第１許容電流よりも低い場合には、ステップＳ１１１を実行する。これにより、電池モジュール１０１の充放電制御における許容電流として、第２許容電流を選択する。

ステップＳ１１２において、バッテリコントローラ１０７は、許容電流選択部２０５により、ステップＳ１０４で求めた第３許容電流を選択して上位コントローラ１１２に出力する。すなわち、バッテリコントローラ１０７は、劣化抑制を優先すべき状況である場合には、ステップＳ１１２を実行する。これにより、電池モジュール１０１の充放電制御における許容電流として、第３許容電流を選択する。

ステップＳ１１０〜Ｓ１１２のいずれかを実行したら、バッテリコントローラ１０７は、図９のフローチャートに示す処理を終了する。

以下では、図１０、図１１および図１２を用いて、本発明による効果について説明する。図１０は、従来技術を用いた場合の許容電流の変化の一例を示している。一般的に、蓄電池を用いた電池システムには、前述の第１許容電流、第２許容電流および第３許容電流のように、部品の安全性や、蓄電池の安全性や、蓄電池の寿命など、異なる観点で定められる複数の許容電流が存在する。しかし、従来技術のようにこれらの許容電流の最小値を電池システムの許容電流として用いた場合には、この最小の許容電流を超えて充放電制御を行うことができない。したがって、図１０に示すように、低温時と常温時で許容電流の大小関係が異なり、常温時には第３許容電流が第１および第２許容電流を下回るようなケースでは、充放電電流が一時的に第３許容電流を超えても問題がないにも関わらず、常に最小の許容電流に従って充放電制御が行われる。その結果、常温時には本来使用できる範囲を活用した充放電を行うことができず、必要な時に電池システムの性能を最大限に発揮できない。

一方、図１１は、本発明を用いた場合の許容電流の変化の一例を示している。本発明では、上記実施形態で説明したように、異なる観点で定められた第１、第２および第３の許容電流を状況に応じて使い分けることができる。したがって、前述のようなケースにおいて、電池システム１００に対して出力向上要求が行われると、図１１に示すように、第１許容電流または第２許容電流の小さいほうを許容電流として、一時的に許容電流を上昇させることが可能となる。その結果、電池システムの充放電性能を最大限に活用することが可能となる。

図１２は、本発明をより積極に活用した場合の許容電流の変化の一例を示している。たとえば、電池システム１００がハイブリッド自動車などの電動車両に搭載されており、電池モジュール１０１の寿命を優先するモードと、燃費や加速性能などの走行性能を優先するモードとをドライバーが選択可能な機能を有しているとする。このような場合に、電池システム１００は、図１２に示すように、ドライバーが寿命優先モードを選択したときには第３許容電流を許容電流とし、走行性能優先モードを選択したときには、第１または第２許容電流の小さいほうを許容電流とする。このように、ドライバーの選択に応じて許容電流を選択する方式とすることもできる。

以上説明した本発明の一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）バッテリコントローラ１０７は、電池情報取得部２０１、第１許容電流演算部２０２、第２許容電流演算部２０３および第３許容電流演算部２０４を備える。電池情報取得部２０１は、蓄電池である電池モジュール１０１の情報を取得する（ステップＳ１０１）。第１許容電流演算部２０２は、電池モジュール１０１の充放電により電流が流れる構成部品の定格値に応じた電池モジュール１０１の第１許容電流を演算する（ステップＳ１０２）。第２許容電流演算部２０３は、電池情報取得部２０１により取得された情報に基づいて、電池モジュール１０１のＳＯＣに応じた電池モジュール１０１の第２許容電流を演算する（ステップＳ１０３）。第３許容電流演算部２０４は、電池情報取得部２０１により取得された情報に基づいて、電池モジュール１０１のＳＯＨに応じた電池モジュール１０１の第３許容電流を演算する（ステップＳ１０４）。このようにしたので、これらの許容電流の演算結果を基に、電池モジュール１０１の電流を状況に応じて適切に制御することができる。

（２）バッテリコントローラ１０７は、第１許容電流、第２許容電流または第３許容電流のいずれかを選択して出力する許容電流選択部２０５をさらに備える。このようにしたので、状況に応じて適切な許容電流を選択し、電池モジュール１０１の充放電制御に用いることができる。

（３）許容電流選択部２０５は、第１許容電流が第２許容電流および第３許容電流よりも低い場合には（ステップＳ１０６）、第１許容電流を選択し（ステップＳ１１０）、第２許容電流が第１許容電流および第３許容電流よりも低い場合には、第２許容電流を選択する（ステップＳ１１１）。このようにしたので、第１許容電流または第２許容電流のいずれかが最も低い場合には、その許容電流に従って電池モジュール１０１の充放電制御を行うことができる。そのため、電池システム１００の故障防止や電池モジュール１０１の性能維持を図ることができる。

（４）許容電流選択部２０５は、電池モジュール１０１の劣化抑制を優先すべき状況であるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。その結果、電池モジュール１０１の劣化抑制を優先すべき状況であると判定した場合には、第３許容電流を選択し（ステップＳ１１２）、電池モジュール１０１の劣化抑制を優先すべき状況ではないと判定した場合には、第１許容電流または第２許容電流を選択する（ステップＳ１１０、Ｓ１１１）。このようにしたので、電池モジュール１０１の劣化抑制を優先すべき状況である場合には、第３許容電流に従って電池モジュール１０１の充放電制御を行うことができる。そのため、電池モジュール１０１の劣化を抑制し、寿命確保を図ることができる。

なお、以上説明した実施形態では、バッテリコントローラ１０７が許容電流選択部２０５を備えた例を説明したが、許容電流選択部２０５の機能を上位コントローラ１１２において実現してもよい。この場合、バッテリコントローラ１０７は、図９のステップＳ１０１〜Ｓ１０４の処理を実行し、得られた第１許容電流、第２許容電流および第３許容電流の値を上位コントローラ１１２に出力する。上位コントローラ１１２は、バッテリコントローラ１０７から出力されたこれらの許容電流に基づいて、ステップＳ１０５〜Ｓ１１２の処理を実行し、第１許容電流、第２許容電流または第３許容電流のいずれかを選択する。そして、選択した許容電流に従って電池モジュール１０１の充放電制御を行う。このようにしても、上記と同様の作用効果を奏することができる。

本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１００：電池システム
１０１：電池モジュール
１０２：電流センサ
１０３：電圧センサ
１０４：温度センサ
１０５：漏電センサ
１０６Ａ，１０６Ｂ：リレー
１０７：バッテリコントローラ
１１０：インバータ
１１１：負荷
１１２：上位コントローラ
２０１：電池情報取得部
２０２：第１許容電流演算部
２０３：第２許容電流演算部
２０４：第３許容電流演算部
２０５：許容電流選択部

本発明は、蓄電池制御装置および当該蓄電池制御装置を備えた電動車両に関する。

従来、ＨＥＶ（ハイブリッド自動車）やＰＨＥＶ（プラグインハイブリッド自動車）に搭載され、蓄電池にリチウムイオン二次電池を用いた車載用電池システムが使用されている。こうした車載用電池システムでは、構成部品の安全性や劣化防止の観点から、蓄電池に流れる電流を所定範囲内に制限することが必要である。たとえば特許文献１では、蓄電池の劣化度に応じて電流の上限値を設定する技術が開示されている。

国際公開第２０１３／０９４０５７号

車載用電池システムから出力すべき電流の大きさは、蓄電池の劣化度だけでなく、状況によっても様々に変化する。たとえば、車両の走行状態等によっては、一時的に大きな電流を負荷に流す必要が生じる場合がある。このような場合には、蓄電池の劣化を抑制して寿命確保を図ることが好ましい。

本発明による蓄電池制御装置は、蓄電池の情報を取得する電池情報取得部と、前記蓄電池の充放電により電流が流れる構成部品の定格値に応じた前記蓄電池の第１許容電流を演算する第１許容電流演算部と、前記電池情報取得部により取得された前記情報に基づいて、前記蓄電池の充電状態に応じた前記蓄電池の第２許容電流を演算する第２許容電流演算部と、前記電池情報取得部により取得された前記情報に基づいて、前記蓄電池の劣化状態に応じた前記蓄電池の第３許容電流を演算する第３許容電流演算部と、前記第１許容電流、前記第２許容電流または前記第３許容電流のいずれかを選択して出力する許容電流選択部と、を備える。前記許容電流選択部は、前記蓄電池の劣化抑制を優先すべき状況であるか否かを判定し、前記蓄電池の劣化抑制を優先すべき状況であると判定した場合には、前記第１許容電流、前記第２許容電流または前記第３許容電流のうち、最も小さい許容電流を選択し、前記蓄電池の劣化抑制を優先すべき状況ではないと判定した場合には、前記第１許容電流または前記第２許容電流のうち、小さい許容電流を選択し、前記蓄電池の負荷である電動機の出力トルクの向上が要求されている間は、前記蓄電池の劣化抑制を優先すべき状況ではないと判定する。
本発明による電動車両は、上記蓄電池制御装置と、前記蓄電池の負荷である電動機と、を備える。

本発明の蓄電池制御装置および電動車両によれば、蓄電池の劣化を抑制して寿命確保を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る蓄電池制御装置を適用した電池システムの構成を示す図である。 バッテリコントローラの機能ブロック図である。 第１許容電流演算部の機能ブロック図である。 第１許容電流の決定方法を説明する図である。 第２許容電流演算部の機能ブロック図である。 第２許容電流の決定方法を説明する図である。 第３許容電流演算部の機能ブロック図である。 第３許容電流の決定方法を説明する図である。 電池モジュールの充放電制御のフローチャートである。 従来技術を用いた場合の許容電流の変化の一例を示す図である。 本発明を用いた場合の許容電流の変化の一例を示す図である。 本発明をより積極に活用した場合の許容電流の変化の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る蓄電池制御装置を適用した電池システムの構成を示す図である。図１に示す電池システム１００は、インバータ１１０および上位コントローラ１１２と接続されている。インバータ１１０には負荷１１１が接続されている。

インバータ１１０は、上位コントローラ１１２の制御により動作する双方向インバータである。インバータ１１０は、電池システム１００から供給される直流電力を交流電力に変換して負荷１１１に出力する。負荷１１１は、たとえば車両に搭載される三相交流電動機であり、インバータ１１０から供給される交流電力を用いて回転駆動することで車両の駆動力を発生する。また、車両の運動エネルギーを利用して負荷１１１を発電機として動作させることで回生発電を行うと、負荷１１１から交流電力が出力される。この場合、インバータ１１０は、負荷１１１から出力された交流電力を直流電力に変換し、得られた直流電力を電池システム１００に出力して蓄える。こうして上位コントローラ１１２の制御に応じてインバータ１１０を動作させることにより、電池システム１００の充放電が行われる。

なお、電池システム１００の充放電を適切に制御することができれば、本発明は図１の構成に限定されない。たとえば、インバータ１１０とは別の充電システムを電池システム１００に接続し、この充電システムを用いて電池システム１００の充電を必要に応じて行うようにしてもよい。

電池システム１００は、電池モジュール１０１、電流センサ１０２、電圧センサ１０３、温度センサ１０４、漏電センサ１０５、リレー１０６Ａ、リレー１０６Ｂ、およびバッテリコントローラ１０７を備える。

電池モジュール１０１は、複数個の単位電池を直列または直並列に接続して構成されている充放電可能な蓄電池である。なお、電池モジュール１０１を２つ以上のグループに分け、各グループ間に人力で操作可能な遮断器を設けてもよい。このようにすれば、電池システム１００の組み立て、解体、点検等の作業時には遮断器を開放することで、感電事故や短絡事故の発生を防ぐことができる。

電流センサ１０２は、電池モジュール１０１に流れる充放電電流を検出する。電圧センサ１０３は、電池モジュール１０１の電圧を検出する。温度センサ１０４は、電池モジュール１０１の温度を検出する。漏電センサ１０５は、電池モジュール１０１の絶縁抵抗を検出する。電流センサ１０２、電圧センサ１０３、温度センサ１０４および漏電センサ１０５の各検出結果は、バッテリコントローラ１０７にそれぞれ出力される。

リレー１０６Ａ、１０６Ｂは、電池モジュール１０１とインバータ１１０の間の電気的接続状態を切り替えるためのものであり、バッテリコントローラ１０７または上位コントローラ１１２によって制御される。リレー１０６Ａは、電池モジュール１０１の正極側とインバータ１１０の間に接続されており、リレー１０６Ｂは、電池モジュール１０１の負極側とインバータ１１０の間に接続されている。なお、リレー１０６Ａ、１０６Ｂのいずれか一方を省略してもよい。また、突入電流を制限するために、リレー１０６Ａまたは１０６Ｂと並列に、プリチャージリレーおよび抵抗を設けてもよい。この場合、電池モジュール１０１とインバータ１１０の接続時には、先にプリチャージリレーをオンし、電流が十分小さくなった後に、リレー１０６Ａまたは１０６Ｂをオンしてプリチャージリレーをオフすればよい。

バッテリコントローラ１０７は、本発明の一実施形態に係る蓄電池制御装置に相当するものである。バッテリコントローラ１０７は、電流センサ１０２、電圧センサ１０３、温度センサ１０４および漏電センサ１０５の各検出結果を取得し、これらの検出結果に基づいて電池システム１００の制御を行う。たとえば、バッテリコントローラ１０７は、電流センサ１０２による充放電電流の検出結果や、電圧センサ１０３による電圧の検出結果に基づいて、電池モジュール１０１の充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）や劣化状態（ＳＯＨ：State Of Health）を算出する。そして、これらの算出結果を基に、電池モジュール１０１の充放電制御や、電池モジュール１０１の各単位電池のＳＯＣを均等化するためのバランシング制御などを行う。また、バッテリコントローラ１０７は、漏電センサ１０５による絶縁抵抗の検出結果に基づいて、電池モジュール１０１が漏電状態または漏電しそうな状態であるか否かを判断し、これらの状態にあると判断した場合には電池システム１００の動作を停止する。これ以外にも、バッテリコントローラ１０７は様々な処理を実行することができる。

なお、電池モジュール１０１の充放電制御において、バッテリコントローラ１０７は、電池モジュール１０１に流れる電流を状況に応じて適切に制御するための許容電流を演算し、上位コントローラ１１２に出力する。このバッテリコントローラ１０７による電池モジュール１０１の充放電制御の詳細については、後で詳しく説明する。

上位コントローラ１１２は、バッテリコントローラ１０７から送信される電池モジュール１０１の様々な情報に基づいて、電池システム１００やインバータ１１０の動作状態を制御する。

次に、バッテリコントローラ１０７による電池モジュール１０１の充放電制御の詳細について説明する。図２は、バッテリコントローラ１０７の機能ブロック図である。図２に示すように、バッテリコントローラ１０７は、電池情報取得部２０１、第１許容電流演算部２０２、第２許容電流演算部２０３、第３許容電流演算部２０４および許容電流選択部２０５の各機能ブロックにより構成される。バッテリコントローラ１０７は、たとえばＣＰＵにより所定のプログラムを実行することで、これらの機能ブロックを実現することができる。

電池情報取得部２０１は、電流センサ１０２、電圧センサ１０３、温度センサ１０４の各検出結果に基づいて、電池モジュール１０１の状態に関する様々な情報を取得する。電池情報取得部２０１は、たとえば、電流センサ１０２により検出された電池モジュール１０１の充放電電流や、温度センサ１０４により検出された電池モジュール１０１の温度などを、電池モジュール１０１の情報として取得する。また、バッテリコントローラ１０７に内蔵された不図示のタイマを用いて計測された電池モジュール１０１の使用時間や、電池モジュール１０１を搭載した車両の走行距離などを、電池モジュール１０１の情報として取得することもできる。すなわち、電池情報取得部２０１は、上記のような電池モジュール１０１の状態に関する様々な情報の中から、いずれか少なくとも一つの情報を取得することができる。なお、上記で挙げたもの以外の情報を電池モジュール１０１の情報として取得してもよい。

第１許容電流演算部２０２は、電池モジュール１０１の第１許容電流を演算する。この第１許容電流は、電池モジュール１０１の充放電により電流が流れる構成部品の定格値に応じた電池モジュール１０１の許容電流である。なお、第１許容電流演算部２０２による具体的な第１許容電流の演算方法については、後で図３、図４を参照して説明する。

第２許容電流演算部２０３は、電池情報取得部２０１により取得された電池モジュール１０１の情報に基づいて、電池モジュール１０１の第２許容電流を演算する。この第２許容電流は、電池モジュール１０１のＳＯＣに応じた電池モジュール１０１の許容電流である。なお、第２許容電流演算部２０３による具体的な第２許容電流の演算方法については、後で図５、図６を参照して説明する。

第３許容電流演算部２０４は、電池情報取得部２０１により取得された電池モジュール１０１の情報に基づいて、電池モジュール１０１の第３許容電流を演算する。この第３許容電流は、電池モジュール１０１のＳＯＨに応じた電池モジュール１０１の許容電流である。なお、第３許容電流演算部２０４による具体的な第３許容電流の演算方法については、後で図７を参照して説明する。

許容電流選択部２０５は、第１許容電流演算部２０２、第２許容電流演算部２０３、第３許容電流演算部２０４によりそれぞれ演算された第１許容電流、第２許容電流または第３許容電流のいずれかを選択する。なお、許容電流選択部２０５による具体的な許容電流の選択方法については、後で説明する。そして、選択した許容電流の値を上位コントローラ１１２に出力する。許容電流選択部２０５から許容電流が出力されると、上位コントローラ１１２は、その許容電流の値に従って電池システム１００およびインバータ１１０を制御し、電池モジュール１０１の充放電制御を行う。

次に、第１許容電流演算部２０２による第１許容電流の演算方法について説明する。図３は、第１許容電流演算部２０２の機能ブロック図である。図３に示すように、第１許容電流演算部２０２は、定格値取得部３０１および第１許容電流決定部３０２の各機能ブロックにより構成される。

定格値取得部３０１は、電池システム１００を構成する様々な電気部品のうち、電池モジュール１０１の充放電により電流が流れる各構成部品の電流定格値を、第１許容電流に関する定格値として取得する。定格値取得部３０１は、たとえば、電池システム１００において充放電電流の経路上に配置されているバスバー、コネクタ、電流ケーブル、リレー（スイッチ）、ヒューズ、ねじ等の様々な構成部品について、電流定格値を取得する。なお、充放電電流の経路上にシャント抵抗や接着樹脂等が配置されている場合、定格値取得部３０１は、これらの電流定格値も取得する。定格値取得部３０１は、たとえば、各構成部品の電流定格値の温度特性を予め記憶している。そして、温度センサ１０４により検出された電池モジュール１０１の温度に基づいて、各構成部品の温度を推定し、その温度に応じた電流定格値を各構成部品について取得する。このときさらに、電池システム１００の使用履歴等に基づいて各構成部品の劣化状態を推定し、その推定結果を考慮して各構成部品の電流定格値を定めてもよい。

第１許容電流決定部３０２は、定格値取得部３０１により取得された各構成部品の電流定格値に基づいて、第１許容電流を決定する。第１許容電流決定部３０２は、たとえば、電流定格値が最小の構成部品に合わせて、第１許容電流を決定する。

図４は、第１許容電流決定部３０２による第１許容電流の決定方法を説明する図である。図４において、直線４０１、４０２、４０３は、それぞれ異なる構成部品の通電時間に対する電流定格値の特性例を表している。電池システム１００の構成部品には、直線４０１に示すように通電時間に関わらず電流定格値が一定のものや、直線４０２、４０３にそれぞれ示すように、通電時間が長くなる（通電デューティが大きくなる）につれて電流定格値が低下するものが混在している。これらの電流定格値が定格値取得部３０１により取得された場合、第１許容電流決定部３０２は、たとえば折れ線４０４に示すような通電時間に対する電流定格値の特性に従って、第１許容電流を決定することができる。

次に、第２許容電流演算部２０３による第２許容電流の演算方法について説明する。図５は、第２許容電流演算部２０３の機能ブロック図である。図５に示すように、第２許容電流演算部２０３は、ＳＯＣ演算部５０１、内部抵抗演算部５０２および第２許容電流決定部５０３の各機能ブロックにより構成される。

ＳＯＣ演算部５０１は、電流センサ１０２による充放電電流の検出結果や、電圧センサ１０３による電圧の検出結果に基づいて、電池モジュール１０１のＳＯＣを演算する。ＳＯＣ演算部５０１は、たとえば、充放電電流の積算値からＳＯＣを求めたり、電池モジュール１０１が充放電されていないときの開放電圧（ＯＣＶ）からＳＯＣを求めたりすることができる。

内部抵抗演算部５０２は、ＳＯＣ演算部５０１により求められたＳＯＣに基づいて、電池モジュール１０１の内部抵抗値を演算する。内部抵抗演算部５０２は、たとえば、ＳＯＣから求められるＯＣＶと、電流センサ１０２による充放電電流の検出結果と、電圧センサ１０３による充放電時の電圧検出結果とに基づいて、電池モジュール１０１の内部抵抗値を演算することができる。このとき、温度センサ１０４により検出された温度を考慮して、電池モジュール１０１の内部抵抗値を求めてもよい。

第２許容電流決定部５０３は、ＳＯＣ演算部５０１により求められたＳＯＣと、内部抵抗演算部５０２により求められた内部抵抗とに基づいて、第２許容電流を決定する。

図６は、第２許容電流決定部５０３による第２許容電流の決定方法を説明する図である。図６において、曲線６０１は、電池モジュール１０１のＳＯＣとＯＣＶとの関係を表すＳＯＣ−ＯＣＶ曲線の一例を示している。電池モジュール１０１が使用されるＳＯＣの最大値をＳｍａｘ、最小値をＳｍｉｎとそれぞれ表すと、電池モジュール１０１のＯＣＶの最大値Ｖｍａｘおよび最小値Ｖｍｉｎは、図６に示すように、ＳＯＣ−ＯＣＶ曲線６０１上でＳｍａｘ、Ｓｍｉｎにそれぞれ対応する点として求められる。

ここで、任意の時刻ｔにおけるＳＯＣ、ＯＣＶの値をそれぞれＳ（ｔ）、Ｖ（ｔ）と表すと、これらの値はＳＯＣ−ＯＣＶ曲線６０１上の点として、たとえば点６０２のように示すことができる。このときの電池モジュール１０１の充電許容電流および放電許容電流をそれぞれＩｃ（ｔ）、Ｉｄ（ｔ）と表すと、点６０２とこれらの間には、図６に示すような関係が成り立つ。図６において、Ｒ（ｔ）は時刻ｔにおける電池モジュール１０１の内部抵抗を表している。

上記の関係を式で表すと、以下の式（１）のようになる。
Ｖ（ｔ）＝Ｖｍａｘ−Ｉｃ（ｔ）×Ｒ（ｔ）
＝Ｖｍｉｎ＋Ｉｄ（ｔ）×Ｒ（ｔ） ・・・（１）

式（１）から、充電許容電流Ｉｃ（ｔ）および放電許容電流Ｉｄ（ｔ）を求める式として、以下の式（２）、（３）が導かれる。
Ｉｃ（ｔ）＝｛Ｖｍａｘ−Ｖ（ｔ）｝／Ｒ（ｔ） ・・・（２）
Ｉｄ（ｔ）＝｛Ｖ（ｔ）−Ｖｍｉｎ｝／Ｒ（ｔ） ・・・（３）

第２許容電流決定部５０３は、上記の式（２）、（３）に基づいて、充電許容電流Ｉｃ（ｔ）、放電許容電流Ｉｄ（ｔ）をそれぞれ求めることにより、第２許容電流を決定することができる。

次に、第３許容電流演算部２０４による第３許容電流の演算方法について説明する。図７は、第３許容電流演算部２０４の機能ブロック図である。図７に示すように、第３許容電流演算部２０４は、ＳＯＨ演算部７０１、寿命予測部７０２および第３許容電流決定部７０３の各機能ブロックにより構成される。

ＳＯＨ演算部７０１は、電流センサ１０２による充放電電流の検出結果や、電圧センサ１０３による電圧の検出結果に基づいて、電池モジュール１０１のＳＯＨを演算する。なお、第２許容電流演算部２０３からＳＯＣや内部抵抗の演算結果を取得し、これらの演算結果に基づいてＳＯＨを演算してもよい。

寿命予測部７０２は、ＳＯＨ演算部７０１により演算されたＳＯＨに基づいて、電池モジュール１０１の寿命を予測する。寿命予測部７０２は、たとえば、電池情報取得部２０１により取得された電池モジュール１０１の情報の履歴を、電池モジュール１０１のＳＯＨと関連付けて記録しておく。こうして記録された情報を基に将来のＳＯＨの推移を推定することで、電池モジュール１０１の劣化進行速度を演算し、その演算結果から寿命を予測することができる。

第３許容電流決定部７０３は、ＳＯＨ演算部７０１により求められたＳＯＨと、寿命予測部７０２により求められた寿命とに基づいて、第３許容電流を決定する。第３許容電流決定部７０３は、たとえば、寿命予測部７０２により予測された電池モジュール１０１の寿命を、予め設定された寿命目標値と比較する。その結果、寿命目標値と寿命予測値との乖離が大きければ、その乖離が小さくなるように、第３許容電流の値を調節する。これにより、第３許容電流演算部２０４は、電池モジュール１０１のＳＯＨに応じた第３許容電流を演算することができる。

図８は、第３許容電流決定部７０３による第３許容電流の決定方法を説明する図である。図８において、曲線８０１は、劣化進行速度と第３許容電流の関係の一例を示している。第３許容電流決定部７０３には、たとえば、予め実験等により求められた図８の関係がマップ化されたデータが記憶されている。このデータを用いることで、第３許容電流決定部７０３は、電池モジュール１０１の劣化進行速度に応じて第３許容電流を決定することができる。

図９は、バッテリコントローラ１０７による電池モジュール１０１の充放電制御のフローチャートである。バッテリコントローラ１０７は、図９のフローチャートに従って、所定の処理周期ごとに電池モジュール１０１の充放電制御を実行する。

ステップＳ１０１において、バッテリコントローラ１０７は、電池情報取得部２０１により、前述のような電池モジュール１０１の各種情報を取得する。

ステップＳ１０２において、バッテリコントローラ１０７は、第１許容電流演算部２０２により、ステップＳ１０１で取得した電池モジュール１０１の情報に基づいて、電池モジュール１０１の第１許容電流を演算する。

ステップＳ１０３において、バッテリコントローラ１０７は、第２許容電流演算部２０３により、ステップＳ１０１で取得した電池モジュール１０１の情報に基づいて、電池モジュール１０１の第２許容電流を演算する。

ステップＳ１０４において、バッテリコントローラ１０７は、第３許容電流演算部２０４により、ステップＳ１０１で取得した電池モジュール１０１の情報に基づいて、電池モジュール１０１の第３許容電流を演算する。

ステップＳ１０５において、バッテリコントローラ１０７は、許容電流選択部２０５により、ステップＳ１０２〜Ｓ１０４の演算結果を比較する。すなわち、ステップＳ１０２で算出された第１許容電流と、ステップＳ１０３で算出された第２許容電流と、ステップＳ１０４で算出された第３許容電流とを比較し、これらの大小関係を把握する。

ステップＳ１０６において、バッテリコントローラ１０７は、許容電流選択部２０５により、ステップＳ１０５の比較結果に基づいて、第１許容電流が第２許容電流および第３許容電流のいずれよりも低いか否かを判定する。その結果、判定条件を満たす場合、すなわち第１許容電流が最も低い場合には、処理をステップＳ１０９に進める。一方、判定条件を満たさない場合、すなわち第１許容電流が第２許容電流または第３許容電流のいずれか少なくとも一方よりも高い場合には、処理をステップＳ１０６に進める。

ステップＳ１０７において、バッテリコントローラ１０７は、許容電流選択部２０５により、ステップＳ１０５の比較結果に基づいて、第２許容電流が第１許容電流および第３許容電流のいずれよりも低いか否かを判定する。その結果、判定条件を満たす場合、すなわち第２許容電流が最も低い場合には、処理をステップＳ１１１に進める。一方、判定条件を満たさない場合、すなわち第２許容電流が第１許容電流または第３許容電流のいずれか少なくとも一方よりも高い場合には、処理をステップＳ１０８に進める。

ステップＳ１０８において、バッテリコントローラ１０７は、許容電流選択部２０５により、現在の状況が電池モジュール１０１の劣化抑制を優先すべき状況であるか否かを判定する。許容電流選択部２０５は、たとえば、電池システム１００において電池モジュール１０１の寿命を優先すべきモード設定が行われている場合や、車両巡航中など電池モジュール１０１の負荷が小さいような場合には、電池モジュール１０１の劣化抑制を優先すべき状況と判断する。一方、許容電流選択部２０５は、たとえば、電池システム１００において車両の走行性能や燃費を優先すべきモード設定が行われている場合や、車両加速中など電池モジュール１０１の負荷が大きいような場合には、電池モジュール１０１の劣化抑制を優先すべき状況ではないと判断する。具体例として、電池システム１００がハイブリッド自動車などの電動車両に搭載されている場合を考える。このような場合において、当該車両が高速道路への進入路や登坂路を走行する際や、追い越し走行を行う際には、ドライバーがアクセルを踏み増して、電動機である負荷１１１からの出力トルクの向上を要求することがある。許容電流選択部２０５は、アクセル開度の変化量等に基づいて、こうした出力向上要求の有無を判断し、出力向上要求が行われたと判断した場合には、電池モジュール１０１の充放電性能を優先すべきであり、劣化抑制を優先すべき状況ではないと判断することができる。なお、これ以外にも様々な判定条件を用いて、ステップＳ１０８の判定を行うことができる。その結果、劣化抑制を優先すべき状況であると判定した場合には、処理をステップＳ１１２に進める。一方、劣化抑制を優先すべき状況ではないと判定した場合には、処理をステップＳ１０９に進める。

ステップＳ１０９において、バッテリコントローラ１０７は、許容電流選択部２０５により、ステップＳ１０５の比較結果に基づいて、第１許容電流が第２許容電流よりも低いか否かを判定する。その結果、第１許容電流が第２許容電流よりも低い場合には、処理をステップＳ１１０に進め、反対に第１許容電流が第２許容電流以上である場合には、処理をステップＳ１１１に進める。

ステップＳ１１０において、バッテリコントローラ１０７は、許容電流選択部２０５により、ステップＳ１０２で求めた第１許容電流を選択して上位コントローラ１１２に出力する。すなわち、バッテリコントローラ１０７は、第１許容電流が第２許容電流および第３許容電流よりも低い場合や、劣化抑制を優先すべき状況ではなく、かつ第１許容電流が第２許容電流よりも低い場合には、ステップＳ１１０を実行する。これにより、電池モジュール１０１の充放電制御における許容電流として、第１許容電流を選択する。

ステップＳ１１１において、バッテリコントローラ１０７は、許容電流選択部２０５により、ステップＳ１０３で求めた第２許容電流を選択して上位コントローラ１１２に出力する。すなわち、バッテリコントローラ１０７は、第２許容電流が第１許容電流および第３許容電流よりも低い場合や、劣化抑制を優先すべき状況ではなく、かつ第２許容電流が第１許容電流よりも低い場合には、ステップＳ１１１を実行する。これにより、電池モジュール１０１の充放電制御における許容電流として、第２許容電流を選択する。

ステップＳ１１２において、バッテリコントローラ１０７は、許容電流選択部２０５により、ステップＳ１０４で求めた第３許容電流を選択して上位コントローラ１１２に出力する。すなわち、バッテリコントローラ１０７は、劣化抑制を優先すべき状況である場合には、ステップＳ１１２を実行する。これにより、電池モジュール１０１の充放電制御における許容電流として、第３許容電流を選択する。

ステップＳ１１０〜Ｓ１１２のいずれかを実行したら、バッテリコントローラ１０７は、図９のフローチャートに示す処理を終了する。

以下では、図１０、図１１および図１２を用いて、本発明による効果について説明する。図１０は、従来技術を用いた場合の許容電流の変化の一例を示している。一般的に、蓄電池を用いた電池システムには、前述の第１許容電流、第２許容電流および第３許容電流のように、部品の安全性や、蓄電池の安全性や、蓄電池の寿命など、異なる観点で定められる複数の許容電流が存在する。しかし、従来技術のようにこれらの許容電流の最小値を電池システムの許容電流として用いた場合には、この最小の許容電流を超えて充放電制御を行うことができない。したがって、図１０に示すように、低温時と常温時で許容電流の大小関係が異なり、常温時には第３許容電流が第１および第２許容電流を下回るようなケースでは、充放電電流が一時的に第３許容電流を超えても問題がないにも関わらず、常に最小の許容電流に従って充放電制御が行われる。その結果、常温時には本来使用できる範囲を活用した充放電を行うことができず、必要な時に電池システムの性能を最大限に発揮できない。

一方、図１１は、本発明を用いた場合の許容電流の変化の一例を示している。本発明では、上記実施形態で説明したように、異なる観点で定められた第１、第２および第３の許容電流を状況に応じて使い分けることができる。したがって、前述のようなケースにおいて、電池システム１００に対して出力向上要求が行われると、図１１に示すように、第１許容電流または第２許容電流の小さいほうを許容電流として、一時的に許容電流を上昇させることが可能となる。その結果、電池システムの充放電性能を最大限に活用することが可能となる。

図１２は、本発明をより積極に活用した場合の許容電流の変化の一例を示している。たとえば、電池システム１００がハイブリッド自動車などの電動車両に搭載されており、電池モジュール１０１の寿命を優先するモードと、燃費や加速性能などの走行性能を優先するモードとをドライバーが選択可能な機能を有しているとする。このような場合に、電池システム１００は、図１２に示すように、ドライバーが寿命優先モードを選択したときには第３許容電流を許容電流とし、走行性能優先モードを選択したときには、第１または第２許容電流の小さいほうを許容電流とする。このように、ドライバーの選択に応じて許容電流を選択する方式とすることもできる。

以上説明した本発明の一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）バッテリコントローラ１０７は、電池情報取得部２０１、第１許容電流演算部２０２、第２許容電流演算部２０３および第３許容電流演算部２０４を備える。電池情報取得部２０１は、蓄電池である電池モジュール１０１の情報を取得する（ステップＳ１０１）。第１許容電流演算部２０２は、電池モジュール１０１の充放電により電流が流れる構成部品の定格値に応じた電池モジュール１０１の第１許容電流を演算する（ステップＳ１０２）。第２許容電流演算部２０３は、電池情報取得部２０１により取得された情報に基づいて、電池モジュール１０１のＳＯＣに応じた電池モジュール１０１の第２許容電流を演算する（ステップＳ１０３）。第３許容電流演算部２０４は、電池情報取得部２０１により取得された情報に基づいて、電池モジュール１０１のＳＯＨに応じた電池モジュール１０１の第３許容電流を演算する（ステップＳ１０４）。このようにしたので、これらの許容電流の演算結果を基に、電池モジュール１０１の電流を状況に応じて適切に制御することができる。

（２）バッテリコントローラ１０７は、第１許容電流、第２許容電流または第３許容電流のいずれかを選択して出力する許容電流選択部２０５をさらに備える。このようにしたので、状況に応じて適切な許容電流を選択し、電池モジュール１０１の充放電制御に用いることができる。

（３）許容電流選択部２０５は、第１許容電流が第２許容電流および第３許容電流よりも低い場合には（ステップＳ１０６）、第１許容電流を選択し（ステップＳ１１０）、第２許容電流が第１許容電流および第３許容電流よりも低い場合には、第２許容電流を選択する（ステップＳ１１１）。このようにしたので、第１許容電流または第２許容電流のいずれかが最も低い場合には、その許容電流に従って電池モジュール１０１の充放電制御を行うことができる。そのため、電池システム１００の故障防止や電池モジュール１０１の性能維持を図ることができる。

（４）許容電流選択部２０５は、電池モジュール１０１の劣化抑制を優先すべき状況であるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。その結果、電池モジュール１０１の劣化抑制を優先すべき状況であると判定した場合には、第３許容電流を選択し（ステップＳ１１２）、電池モジュール１０１の劣化抑制を優先すべき状況ではないと判定した場合には、第１許容電流または第２許容電流を選択する（ステップＳ１１０、Ｓ１１１）。このようにしたので、電池モジュール１０１の劣化抑制を優先すべき状況である場合には、第３許容電流に従って電池モジュール１０１の充放電制御を行うことができる。そのため、電池モジュール１０１の劣化を抑制し、寿命確保を図ることができる。

なお、以上説明した実施形態では、バッテリコントローラ１０７が許容電流選択部２０５を備えた例を説明したが、許容電流選択部２０５の機能を上位コントローラ１１２において実現してもよい。この場合、バッテリコントローラ１０７は、図９のステップＳ１０１〜Ｓ１０４の処理を実行し、得られた第１許容電流、第２許容電流および第３許容電流の値を上位コントローラ１１２に出力する。上位コントローラ１１２は、バッテリコントローラ１０７から出力されたこれらの許容電流に基づいて、ステップＳ１０５〜Ｓ１１２の処理を実行し、第１許容電流、第２許容電流または第３許容電流のいずれかを選択する。そして、選択した許容電流に従って電池モジュール１０１の充放電制御を行う。このようにしても、上記と同様の作用効果を奏することができる。

本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１００：電池システム、１０１：電池モジュール、１０２：電流センサ、１０３：電圧センサ、１０４：温度センサ、１０５：漏電センサ、１０６Ａ，１０６Ｂ：リレー、１０７：バッテリコントローラ、１１０：インバータ、１１１：負荷、１１２：上位コントローラ、２０１：電池情報取得部、２０２：第１許容電流演算部、２０３：第２許容電流演算部、２０４：第３許容電流演算部、２０５：許容電流選択部

Claims (4)

1. 蓄電池の情報を取得する電池情報取得部と、
   前記蓄電池の充放電により電流が流れる構成部品の定格値に応じた前記蓄電池の第１許容電流を演算する第１許容電流演算部と、
   前記電池情報取得部により取得された前記情報に基づいて、前記蓄電池の充電状態に応じた前記蓄電池の第２許容電流を演算する第２許容電流演算部と、
   前記電池情報取得部により取得された前記情報に基づいて、前記蓄電池の劣化状態に応じた前記蓄電池の第３許容電流を演算する第３許容電流演算部と、を備える蓄電池制御装置。
2. 請求項１に記載の蓄電池制御装置において、
   前記第１許容電流、前記第２許容電流または前記第３許容電流のいずれかを選択して出力する許容電流選択部をさらに備える蓄電池制御装置。
3. 請求項２に記載の蓄電池制御装置において、
   前記許容電流選択部は、
   前記第１許容電流が前記第２許容電流および前記第３許容電流よりも低い場合には、前記第１許容電流を選択し、
   前記第２許容電流が前記第１許容電流および前記第３許容電流よりも低い場合には、前記第２許容電流を選択する蓄電池制御装置。
4. 請求項２または３に記載の蓄電池制御装置において、
   前記許容電流選択部は、
   前記蓄電池の劣化抑制を優先すべき状況であるか否かを判定し、
   前記蓄電池の劣化抑制を優先すべき状況であると判定した場合には、前記第３許容電流を選択し、
   前記蓄電池の劣化抑制を優先すべき状況ではないと判定した場合には、前記第１許容電流または前記第２許容電流を選択する蓄電池制御装置。
   

Images