JP5517692B2 - 電池パックおよび電池制御システム - Google Patents

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Description

本発明は、二次電池を複数備えて構成された組電池およびこの組電池を管理する電池管理部を備えた電池パック、並びにこの電池パックを管理制御する電池制御システムに関する。
従来、電気自動車など電池制御システムにおいては、その電力を供給する電池として充放電を繰り返し行うことのできるリチウムイオン電池等の二次電池が利用されている。そしてこのような電池制御システムは高い電力を必要とするため、複数の二次電池を直列に接続し（以下、「電池モジュール」とも称する）、この電池モジュールをさらに複数並列に接続して構成した組電池が用いられている。
例えば、電気自動車においては、組電池およびこの組電池を管理するＣＭＵとＢＭＵとからなる電池管理部（以下、この電池管理部をＢＭＳとも称する）からなる電池パックを車両内の所定箇所に配置し、上位システム制御部としての車両側コントローラがＢＭＵと通信を行って組電池の充放電制御を行っている。
なお、組電池を搭載した電池制御システムに関連する技術として特許文献１があり、この特許文献１によれば、ハイブリッド車両に搭載された上位システムである制御回路４（電池コントロールユニット１０および自動車コントロールユニット１１）によって組電池の充放電における電流を監視することが開示されている。
そして組電池を構成する各電池モジュールのうちいずれかの電池モジュールに異常が検知された場合、制御回路４は、異常が検知された電池モジュールを切断する制御を行うことにより、組電池全体が使用不可となることを回避している。
特開２００１−１８５２２８号公報
しかしながら、従来のように車両側に搭載された制御回路が一方的に組電池における出力電流を制御したのでは、以下に示す課題を生じてしまう。
すなわち、特許文献１によれば、電池モジュールに異常が検知された後に当該電池モジュールの接続を切断しており、少なからず組電池全体としての出力が低下してしまうことは避けられない。なお、特に電気自動車やハイブリッド車などの車両にあっては、如何に少ないといっても運転状況（例えば、高速道路や登坂車線を走行中の場合）によっては突然の出力低下は出来るだけ避けねばならないことは言うまでもない。
一方、特許文献１では、組電池側からは電池モジュールに異常が発生したことを示す信号を車両側の制御回路へ送信するのみであり、上記信号を受信した車両側の制御回路が上記切断を行わない場合には当該組電池を構成する二次電池の許容電流を超える電流が継続して流れてしまい、当該二次電池の劣化が加速したり、重要な故障が発生してしまう。
具体的には、各電池モジュールに流れる電流は、各電池モジュール内の二次電池の内部抵抗のばらつきやモジュール間を接続する配線長さの違いや端子接続箇所の接触抵抗の違いなどから、単純に各電池モジュール間で均等な分布とはならない。従って、制御回路からの要求電流は各電池モジュールに均等に分散されるわけではなく、各電池モジュールにおける内部抵抗のばらつきや配線抵抗のばらつき等を考慮すると、いずれかの電池モジュールにおいては許容電流を超える電流が流れてしまう場合がある。
そして、許容電流を超える電流が電池モジュールに流れた場合、許容電流を超えて電流が流れた電池モジュールでは異常が発生してしまう。一方、異常発生を回避するために制御回路がこの電池モジュールの接続を切断すれば組電池からの出力電流が低下してしまう。
そこで、この発明は、組電池を構成する各電池モジュールに異常をきたさず、それでいて各電池モジュールに流れる電流値が許容電流値を上回る状況を回避することのできる電池パックおよびこの電池パックを管理制御する電池制御システムを提供することを目的としている。
上記目的を達成するため、本発明の電池パックは、直列に接続された複数の二次電池からなる電池モジュールが、並列に複数接続されて電流の出力を行う組電池と、前記電流の許容電流値を算出する電池管理部と、を有し、前記電池管理部は、前記電池モジュールを構成する二次電池の複数の状態パラメータと、その複数の状態パラメータと前記電池モジュールに流すことが許容される第一許容電流値との予め定められた関係を示す情報とに基づいて前記複数の電池モジュールの各々の第一許容電流値を算出する第一許容電流値算出部と、前記複数の電池モジュールのうち１つの電池モジュールの前記第一許容電流値が当該電池モジュールに流れた場合の他の電池モジュールにおいて流れる電流値を示す第二許容電流値を、前記１つの電池モジュールに前記第一許容電流値に示される電流値が流れた場合における電流の増加率と、前記他の電池モジュールにおいて検出した電流値とに基づいて算出する第二許容電流値算出部と、前記他の電池モジュールについて算出した第二許容電流値が対応する前記電池モジュールの前記第一許容電流値以下の値の場合には、前記１つの電池モジュールについて算出した第一許容電流値と前記他の電池モジュールについて算出した第二許容電流値の和に対応する値を前記許容電流値とする算出部と、前記算出部が算出した前記和に対応する値を外部へ通知する許容電流値通知部と、を備えることを特徴とする。
また、上記目的を達成するため、本発明の電池制御システムは、電力負荷と、直列に接続された複数の二次電池からなる電池モジュールが、並列に複数接続されて前記電力負荷に対して電流の出力を行う組電池と、前記電池モジュールを構成する二次電池の複数の状態パラメータと、その複数の状態パラメータと前記電池モジュールに流すことが許容される第一許容電流値との予め定められた関係を示す情報とに基づいて前記複数の電池モジュールの各々の第一許容電流値を算出する第一許容電流値算出部と、前記複数の電池モジュールのうち１つの電池モジュールの前記第一許容電流値が当該電池モジュールに流れた場合の他の電池モジュールにおいて流れる電流値を示す第二許容電流値を、前記１つの電池モジュールに前記第一許容電流値に示される電流値が流れた場合における電流の増加率と、前記他の電池モジュールにおいて検出した電流値とに基づいて算出する第二許容電流値算出部と、前記他の電池モジュールについて算出した第二許容電流値が対応する前記電池モジュールの前記第一許容電流値以下の値の場合には、前記１つの電池モジュールについて算出した第一許容電流値と前記他の電池モジュールについて算出した第二許容電流値の和に対応する値を前記許容電流値とする算出部と、前記許容電流値を受け、前記電力負荷に対して前記許容電流値以下で動作するよう制御する上位システム制御部と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、組電池を構成する複数の電池モジュールに対して許容電流を超える電流が流れることが防止され、これにより組電池の出力が低下してしまうことや電池モジュールを構成する二次電池の寿命が劣化してしまうことを防止することができる。
電池制御システムの構成を示すブロック図である。 パラメータ計測装置とＣＭＵの接続例を示す図である。 ＣＭＵおよびＢＭＵの機能ブロックを示す図である。 ＢＭＵ内に保持される許容電流値参照テーブルを示す図である。 実施例における電池制御システムの処理フローを示す図である。
以下、本発明の実施形態による電池パックおよびこの電池パックを制御する電池制御システムについて図面を参照して説明する。
図１は同実施形態による電池制御システムの構成を示すブロック図である。
電池制御システム１００は、例えば電気自動車であり、電池制御システム１００に搭載された電力負荷９に対して組電池５０から必要な電流を供給する制御を行う。なお、以下の説明においては電池制御システムとして電気自動車を例に説明するが、例えばフォークリフトなどの産業車両、ハイブリッド電気自動車、電車、船、飛行機などの移動体であってもよい。また、電力負荷としての電気機器に電力を供給する家庭用電源など、定置用の電池制御システムであってもよい。すなわち、電力負荷を電力で駆動する他の電池制御システムとして本発明の電池制御システム１００を用いることが可能である。電力負荷９は、産業車両、ハイブリッド電気自動車、電車などの移動体の場合には、例えば、車輪に接続された電気モータである。一方、船、飛行機などの移動体の場合には、例えば、プロペラに接続された電気モータである。
電池制御システム１００は、組電池５０と、ＢＭＳ（Battery Management System）１とからなる電池パックを備えてなる。このＢＭＳ１は本発明の電池管理部に相当し、ＣＭＵ（Cell Monitor Unit）１０ａ〜１０ｃ（以下、総称してＣＭＵ１０とする）と、ＢＭＵ（Battery Management Unit）２０とからなり、二次電池２を監視および制御する。
組電池５０は、直列に接続された二次電池２ａ，２ｂを含んで構成される電池モジュール３０ａ、直列に接続された二次電池２ｃ，２ｄを含んで構成される電池モジュール３０ｂ、直列に接続された二次電池２ｅ，２ｆ（以下、二次電池２ａ〜２ｆを総称して二次電池２とする）を含んで構成される３０ｃ（以下、総称して電池モジュール３０とする）が並列に接続された構成を取る。
また、電池制御システム１００は、組電池５０から出力する電力を消費し、または組電池５０に充電を行う電力負荷９と、ＢＭＵ２０と通信を行って組電池５０の充放電制御を行う上位システム制御部２００、上位システム制御部２００が算出した情報のうちのいくつかを表示する表示部３００を少なくとも含んで構成されている。
組電池５０を構成する各電池モジュール３０は、本実施形態においては２つの直列に接続した二次電池２と、当該電池モジュール３０を流れる電流を計測する電流計３と、各二次電池２の正極端子と負極端子との電圧値を計測する２つの電圧計４と、各二次電池２の筐体の温度を計測する２つの温度計５と、を含んで構成されている。
そして、ＢＭＳ１内の各ＣＭＵ１０ａ〜１０ｃは、複数の直列に接続された二次電池２を含んで構成される複数の電池モジュール３０ａ〜３０ｃそれぞれに１対１に対応している。なお、ＣＭＵ１０は、電池モジュール３０毎に１対１に対応している例に限られず、例えばＣＭＵ１０が二次電池２と１対１に対応していてもよい。
ＣＭＵ１０ａは、電池モジュール３０ａ内を流れる電流の値を、信号線を介して接続された電流計３ａから取得する。また、当該電池モジュール３０ａ内の二次電池２ａの電圧と温度を、それぞれ信号線を介して接続された電圧計４ａおよび温度計５ａから取得する。さらに、当該電池モジュール３０ａ内の二次電池２ｂの電圧と温度を、それぞれ信号線を介して接続された電圧計４ｂおよび温度計５ｂから取得する。
ＣＭＵ１０ｂは、電池モジュール３０ｂ内を流れる電流の値を、信号線を介して接続された電流計３ｂから取得する。また、当該電池モジュール３０ｂ内の二次電池２ｃの電圧と温度を、それぞれ信号線を介して接続された電圧計４ｃおよび温度計５ｃから取得する。さらに、当該電池モジュール３０ｂ内の二次電池２ｄの電圧と温度を、それぞれ信号線を介して接続された電圧計４ｄおよび温度計５ｄから取得する。
ＣＭＵ１０ｃは、電池モジュール３０ｃ内を流れる電流の値を、信号線を介して接続された電流計３ｃから取得する。また、当該電池モジュール３０ｃ内の二次電池２ｅの電圧と温度を、それぞれ信号線を介して接続された電圧計４ｅおよび温度計５ｅから取得する。さらに、当該電池モジュール３０ｃ内の二次電池２ｆの電圧と温度を、それぞれ信号線を介して接続された電圧計４ｆおよび温度計５ｆから取得する。
なお、電流計３ａ〜３ｃを総称して電流計３、電圧計４ａ〜４ｆを総称して電圧計４、温度計５ａ〜５ｆを総称して温度計５とする。なお、ＣＭＵ１０および電流計３が本発明の電流値取得部に相当しており、ＣＭＵ１０および温度計５が本発明の温度値取得部に相当する。
図１で示すＢＭＵ２０は、ＣＭＵ１０ａ〜１０ｃと接続されている。ＢＭＵ２０は、ＣＭＵ１０ａ〜１０ｃのそれぞれから取得した電流値、温度値、およびＢＭＵ２０にて算出される許容電流値（詳細は後述する）等に基づいて、各電池モジュール３０に流れる電流を許容電流値の範囲内に制限するための処理を行う。
より具体的には、ＢＭＵ２０は、電気自動車を制御する上位システム制御部２００と電気的に接続されており、上位システム制御部２００へ組電池として許容される許容電流値に関する情報を通知する。
上位システム制御部２００は、電気自動車に搭載される電力負荷９を制御する処理部である。より具体的に上位システム制御部２００は、ＢＭＵ２０からの許容電流値の通知に基づいて、電力負荷９が組電池５０に要求する電流値を制御する。
これにより、電力負荷９に対する放電や、電力負荷９からの充電を行う組電池５０において、各電池モジュール３０ａ〜３０ｃを流れる電流値が許容範囲に収まる。このようにして電池制御システム１００は、各電池モジュール３０を流れる電流や、各電池モジュール３０において入出力する電力を制限する処理を行う。
なお電力負荷９は本実施形態では電気自動車に搭載される電動モータであり、このモータで発生する動力が駆動輪へ伝達されることにより電気自動車が駆動される。
図２は電流計、電圧計、温度計等のパラメータ計測装置とＣＭＵ１０の接続例を示す図である。
図２において、ＣＭＵ１０は、その内部に図示しないＡＤＣ（Analog Digital Converter）を備えており、このＡＤＣを介して電池モジュール３０の電流値、各二次電池２の電圧値、各二次電池２の温度などのパラメータ値のアナログ信号をデジタル信号に変換する。
また、ＣＭＵ１０はパラメータ値取得部１２１を備えており、このパラメータ値取得部１２１は電池モジュール３０からのパラメータ値（電流値、電圧値、温度値）をデジタル信号に変換してこれらの各パラメータ値を取得する。
なおＣＭＵ１０の取得するパラメータ値が電圧値である場合、ＣＭＵ１０のパラメータ値取得部１２１は、各二次電池２の正極端子２３０と負極端子２２０との間に設けられた電圧計（Ｖ）４（パラメータ値計測装置）を介して、当該電圧計（Ｖ）４から二次電池２の電圧値を取得する。
また、ＣＭＵ１０の取得するパラメータ値が温度である場合、二次電池２の筐体２００に取り付けられた温度計（Ｔ）５（パラメータ値計測装置）を介して、当該温度計（Ｔ）５によって計測された各二次電池２の温度値を示すデータを取得する。
また、ＣＭＵ１０の取得するパラメータ値が電流値である場合、ＣＭＵ１０のパラメータ値取得部１２１は、電池モジュール３０の各二次電池２に直列に接続された電流計（Ｉ）３を介して、当該電流計（Ｉ）３から各二次電池２の電流値を取得する。
そしてＣＭＵ１０は、二次電池２から取得した各パラメータ値を、信号線を介してＢＭＵ２０へ送信する。
ＢＭＵ２０は、本実施の形態においては３つのＣＭＵ１０と信号線を介して接続されている。このＢＭＵ２０はＣＭＵを介して接続された各二次電池２を管理する機能を備え、例えば二次電池２の電圧値が正常か否かを管理し、接続された各二次電池２間での電圧調整（セルバランス）を行い、ＣＭＵ１０から送信された各二次電池２の各種情報に基づいて各二次電池２のＳＯＣ（充電率）を算出する。なおＢＭＵ２０が、本発明の充電率算出部に相当する。
また、ＢＭＵ２０の図示しないメモリ等の記憶手段には、図４に示す許容電流値参照テーブル６が記憶されている。なお、本実施の形態においては、放電時における出力許容電流を示しているが、充電時に用いられる入力許容電流に関しても同様に用いることができる。また、ＢＭＵ２０が、本発明の許容電流値参照テーブル保持部に相当する。
この許容電流値参照テーブル６は、二次電池２の温度（セル温度とも称する）と、ＳＯＣ（二次電池２の充電率を示す値）とから、二次電池２における許容電流値（単位：Ａ）を算出するためのテーブルである。この許容電流値参照テーブル６における各々の許容電流値は予め実験等により求められている。
なお、図４に示す許容電流値は一例であり、実際の実験や条件により種々の値が入り得る。また、縦軸の温度に関しても一例であり、５℃刻みでテーブルを作成してもよいし、他の使用範囲に応じて適宜設定してもよい。
そして、ＢＭＵ２０は、後述するとおり、組電池を構成する二次電池２各々におけるセル温度と、二次電池２におけるＳＯＣの値に基づいて第一許容電流値を算出する。ここで、ＳＯＣの算出に際しては種々の公知の手法が適用でき、例えば電流計３により検出された電流の積算値に基づいて算出してもよいし、二次電池２の電圧値に基づいて算出してもよい。
次に、本実施形態における電池制御システムの処理について、順を追って説明する。
図３はＣＭＵおよびＢＭＵの機能ブロックを示す図である。
図５は電池制御システムの処理フローを示す図である。
次に、図３および図５を用いて電池制御システム１００の処理フローについて順を追って説明する。
まず、ＢＭＳ１のＣＭＵ１０ａ〜１０ｃのパラメータ値取得部１２１は、電流計３ａ〜３ｃのそれぞれから、各電池モジュール３０を流れる電流値を取得する（ステップＳ１０１）。なお、電池モジュール３０ａに流れる電流の電流値をＩａ、電池モジュール３０ｂに流れる電流の電流値をＩｂ、電池モジュール３０ｃに流れる電流の電流値をＩｃとする。
ＣＭＵ１０のパラメータ値取得部１２１は、取得した電流値Ｉａ〜ＩｃをＢＭＵ２０へ出力する。
次に、ＣＭＵ１０ａ〜１０ｃのパラメータ値取得部１２１は、各二次電池２毎に備えられた温度計５からセル温度を取得してこれらの値をＢＭＵ２０へ出力する一方で、ＢＭＵ２０は上述した公知の手法により各二次電池２毎にＳＯＣを演算する（ステップＳ１０２）。
具体的には、ＣＭＵ１０ａは、電池モジュール３０ａに関するセル温度について、例えば二次電池２ａに設けられた温度計５ａから温度値を取得し、この取得した温度値を電池モジュール３０ａに関するセル温度としてＢＭＵ２０へ出力する。また、ＢＭＵ２０は、電池モジュール３０ａに関するＳＯＣについて、例えば温度値を取得した二次電池２ａに関する電流の積算値から当該ＳＯＣを演算する。なお、二次電池２ｂについても同様である。
同様に、ＣＭＵ１０ｂは、電池モジュール３０ｂに関するセル温度について、例えば二次電池２ｃに設けられた温度計５ｃから温度値を取得し、この取得した温度値を電池モジュール３０ｂに関するセル温度としてＢＭＵ２０へ出力する。また、ＢＭＵ２０は、電池モジュール３０ｂに関するＳＯＣについて、例えば温度値を取得した二次電池２ｃに関する電流の積算値から当該ＳＯＣを演算する。なお、二次電池２ｄについても同様である。
また、ＣＭＵ１０ｃは、電池モジュール３０ｃに関するセル温度について、例えば二次電池２ｅに設けられた温度計５ｅから温度値を取得し、この取得した温度値を電池モジュール３０ｃに関するセル温度としてＢＭＵ２０へ出力する。そしてＢＭＵ２０は、電池モジュール３０ｃに関するＳＯＣについて、例えば温度値を取得した二次電池２ｅに関する電流の積算値から当該ＳＯＣを演算する。なお、二次電池２ｆについても同様である。
ここで、セル温度およびＳＯＣは二次電池２毎に異なる値となることが多いが、本実施例では説明の簡略化のため、ある電池モジュール３０内に配置された各二次電池２におけるセル温度とＳＯＣはほぼ同一であると仮定し、この電池モジュール３０内におけるいずれか１つの二次電池２を選択してセル温度およびＳＯＣを算出する例について説明する。なお、他の手法を用いて電池モジュール３０内のセル温度およびＳＯＣを算出する例については後述する。
次に、ＢＭＵ２０の第一許容電流値算出部２１１は、各電池モジュール３０に対応するセル温度とＳＯＣを取得すると、図４に示した許容電流値参照テーブル６に基づいて各電池モジュール３０における第一許容電流値（電池モジュール３０ａ〜３０ｃにおける第一許容電流値をそれぞれＩｔａ、Ｉｔｂ、Ｉｔｃと定義する。）を算出する（ステップＳ１０３）。各電池モジュール毎に算出されるそれぞれの第一許容電流値は、対応する各電池モジュールで流すことが可能な電流の上限値を各々示す。この上限値は、例えば、各電池モジュールが通常動作をすることができる範囲で設定される。
ここでは、上記ステップＳ１０２で取得された電池モジュール３０ａにおけるセル温度が２０℃であり、算出されたＳＯＣが３０％である場合には、許容電流値参照テーブル６より電池モジュール３０ａにおける第一許容電流値は１５Ａなどと算出される。
各電池モジュール３０に対応した第一許容電流値を算出した後、続いてＢＭＵ２０の第二許容電流値算出部２２１は、電池モジュール３０ａ〜３０ｃのそれぞれを基準として該基準となった電池モジュールに第一許容電流値の電流が流れた場合における他の各電池モジュール３０における電流値（この電流値を第二許容電流値とする）を算出する（ステップＳ１０４）。
そして、この第二許容電流値につき、例えば電池モジュール３０ａを基準とした場合の電池モジュール３０ｂおよび３０ｃにおける第二許容電流値をそれぞれＩｐａｂ、Ｉｐａｃと定義する。また、電池モジュール３０ｂを基準とした場合の電池モジュール３０ａおよび３０ｃにおける第二許容電流値をそれぞれＩｐｂａ、Ｉｐｂｃと定義し、電池モジュール３０ｃを基準とした場合の電池モジュール３０ａおよび３０ｂにおける第二許容電流値をそれぞれＩｐｃａ、Ｉｐｃｂと定義する。
本実施形態においては、ステップＳ１０３にて許容電流値参照テーブル６から各電池モジュール３０におけるそれぞれの第一許容電流値を算出しているが、この値は各電池モジュール３０間のインピーダンスのバラツキ等を考慮したものではない。すなわち、電池管理部と各電池モジュール３０間における配線長さの違いや接触抵抗の違いにより電池モジュール３０それぞれで固有のインピーダンスを示し、このインピーダンスは同一とはならないことが一般的であるが、この点が考慮されたものではない。
従って、各電池モジュール３０のそれぞれの第一許容電流値の合計を組電池全体から出力される電流（すなわち、電池パックの出力電流）の許容電流値としてしまうと、実際には上述したインピーダンスバラツキにより許容電流値を超えてしまう電池モジュール３０が出てきてしまう（後述の実施例にて具体的に例示）。
そこで、本実施形態では、ステップＳ１０４として、いずれの電池モジュール３０も許容電流値を超えないように各電池モジュール３０の第一許容電流値をそれぞれ基準として許容電流値を改めて算出している。
より具体的には、各電池モジュール３０における電流分布に実質的な変化はないとして、電池モジュール３０ａを基準とした場合の第二許容電流値ＩｐａｂおよびＩｐａｃは下記の値となる。
Ｉｐａｂ＝Ｉｂ×Ｉｔａ／Ｉａ、Ｉｐａｃ＝Ｉｃ×Ｉｔａ／Ｉａ
（ちなみに、電池モジュール３０ａの第二許容電流値Ｉｐａａは、Ｉｐａａ＝Ｉａ×Ｉｔａ／Ｉａ となり、電池モジュール３０ａの第一許容電流値Ｉｔａと同じ値となる）
また、同様に、電池モジュール３０ｂを基準とした場合と電池モジュール３０ｃを基準とした場合の第二許容電流値はそれぞれ、
Ｉｐｂａ＝Ｉａ×Ｉｔｂ／Ｉｂ、Ｉｐｂｃ＝Ｉｃ×Ｉｔｂ／Ｉｂ、Ｉｐｂｂ＝Ｉｔｂ
Ｉｐｃａ＝Ｉａ×Ｉｔｃ／Ｉｃ、Ｉｐｃｂ＝Ｉｂ×Ｉｔｃ／Ｉｃ、Ｉｐｃｂ＝Ｉｔｃ
となる。
そして、ＢＭＵ２０の判定部２３１は、ある電池モジュール３０を基準として算出した他の電池モジュール３０のそれぞれの第二許容電流値が、ステップＳ１０３で算出した対応する電池モジュール３０の第一許容電流値を超えていないか各電池モジュール３０毎に判定し、この判定を満たす各電池モジュールの第二許容電流値の組合わせが１つであるか複数であるかを判断する（ステップＳ１０５）。
具体的には、例えば電池モジュール３０ａを基準とした場合、ＢＭＵ２０は下記の関係が満たされるか否かを判定することとなる。
Ｉｐａｂ≦Ｉｔｂ、且つ、Ｉｐａｃ≦Ｉｔｃ
すなわち、この関係は、電池モジュール３０ａにおける電流の増加率に相当する電流が他の電池モジュール３０ｂおよび電池モジュール３０ｃに流れた場合において、各電池モジュール３０ｂおよび電池モジュール３０ｃで第一許容電流値を超えてしまわないかを判定していることになる。この際の上記第二許容電流値の組合わせ（ケース１という）は、電池モジュール３０ａ、電池モジュール３０ｂ、電池モジュール３０ｃの順に、Ｉｔａ、Ｉｐａｂ、Ｉｐａｃ、となる。電池モジュール３０ａの第一許容電流値を基準としているので、電池モジュール３０ａの第二許容電流値は第一許容電流値と同じ値である。
同様に、電池モジュール３０ｂの第一許容電流値を基準とした場合の判定式は、
Ｉｐｂａ≦Ｉｔａ、且つ、Ｉｐｂｃ≦Ｉｔｃ
となる。この際の上記組合わせ（ケース２という）は、電池モジュール３０ａ、電池モジュール３０ｂ、電池モジュール３０ｃの順に、Ｉｐｂａ、Ｉｔｂ、Ｉｐｂｃ、となる。
電池モジュール３０ｃの第一許容電流値を基準とした場合の判定式は、
Ｉｐｃａ≦Ｉｔａ、且つ、Ｉｐｃｂ≦Ｉｔｂ
となる。この際の上記組合わせ（ケース３という）は、電池モジュール３０ａ、電池モジュール３０ｂ、電池モジュール３０ｃの順に、Ｉｐｃａ、Ｉｐｃｂ、Ｉｔｃ、となる。
なお、ステップＳ１０５においては、上記の関係を満たす組合わせが、ケース１乃至ケース３の中で必ず１組以上存在するとして判定を行っているが、上記の関係を満たす組合わせが必ず１つ以上存在することは数学的に証明可能であり、従ってＢＭＵ２０の判定部２３１は少なくとも１つの組合わせが上記の関係を満たすと判定することになる。
そしてステップＳ１０５により、上記の関係を満たす組合わせが１つであると判断すると、ＢＭＵ２０の算出部２４１は、その組合わせにおける組電池全体、すなわち電池パックから出力される電流の許容電流値（Ｉｍａｘ）を算出する（ステップＳ１０６）。具体的には、上記関係を満たす組合わせの各第二許容電流値を合算して許容電流値（Ｉｍａｘ）とする。
例えば、ステップＳ１０５で電池モジュール３０ａの第一許容電流値を基準とした組合わせが上記の関係を満たすとすれば、組電池全体の許容電流値Ｉｍａｘは、
Figure 0005517692
となる。
電池モジュール３０ｂの第一許容電流値を基準とした組合わせが上記の関係を満たすとすれば、組電池全体の許容電流値Ｉｍａｘは、
Figure 0005517692
となる。
電池モジュール３０ｃの第一許容電流値を基準とした組合わせが上記の関係を満たすとすれば、組電池全体の許容電流値Ｉｍａｘは、
Figure 0005517692
となる。そしてステップＳ１０５で電池モジュール３０ａの第一許容電流値を基準とした組合わせが上記の関係を満たすとすれば、ＢＭＵ２０の許容電流値通知部２５１は、組電池全体の許容電流値Ｉｍａｘの値として上記組合わせにおける許容電流値Ｉｍａｘを車両側の上位システム制御部２００へ通知する（ステップＳ１０８）。
一方、ステップＳ１０５で上記の関係を満たす組合わせが２組以上あるとなれば、ＢＭＵ２０の判定部２３１は、算出部２４１にそれぞれの組合わせについて許容電流値（Ｉｍａｘ）を算出させ、そのうち値が最も大きくなる組合わせを選択する。
続いて算出部２４１は、判定部２３１が選択した組合わせの許容電流値Ｉｍａｘを許容電流値通知部へ出力する（ステップＳ１０７）。
例えば、上記の関係を満たす組合わせがケース２とケース３であるとき、ＢＭＵ２０はそれぞれのＩｍａｘの値を比較し、大きい方の値を組電池全体の許容電流値Ｉｍａｘとして上位システム制御部２００へ通知する。この場合において、比較したＩｍａｘの値が同じ値であれば、その値を組電池全体の許容電流値Ｉｍａｘとして外部（本実施形態では電気自動車の上位システム制御部２００）へ通知する。
なお、本実施の形態においては電池モジュール３０ｂと電池モジュール３０ｃの２つにおけるＩｍａｘの値を比較したが、並列に接続される電池モジュール３０の数によっては３つ以上になる場合もあり、その場合においてもＢＭＵ２０の判定部２３１は最も大きい値を組電池全体の許容電流値Ｉｍａｘであると判定する。
続いてＢＭＵ２０の許容電流値通知部２５１は、ステップＳ１０６あるいはステップＳ１０７で算出した許容電流値Ｉｍａｘを、車両側の上位システム制御部２００へ通知する（ステップＳ１０８）。
なおＢＭＵ２０は、ステップＳ１０１乃至ステップＳ１０８までの処理を所定の期間毎に繰り返す。ここで、所定期間としては例えば１秒毎でも数分毎でもよく、さらには電力負荷９からの要求電流の変化率が大きいほど上述した所定期間の間隔を短くしてもよい。
車両側に搭載された上位システム制御部２００は、ＢＭＵ２０から許容電流値を受け取った後は、当該許容電流値を上限として電力負荷９が組電池５０に要求する電流値を制限する。
さらに上位システム制御部２００は、表示部３００を制御して運転者へ注意喚起を促すメッセージを表示させる。メッセージとしては種々の内容が適用できるが、例えば現在において動力として供給される電流が上記許容電流値に近く、運転者の意図した加速が得られない旨を表示したり、上記許容電流値からの残分（例えば残２０％など）を表示してもよい。
以上のとおり、本実施形態における電池制御システムによれば、組電池を構成する複数の電池モジュールに対して許容電流を超える電流が流れることが防止され、これにより組電池の出力が低下してしまうことや電池モジュールを構成する二次電池の寿命が劣化してしまうことを防止することができる。
＜変形例１＞
なお、上述した実施の形態では、セル温度とＳＯＣは電池モジュール３０内ではほぼ同じものとして扱ったが、ある電池モジュール３０を構成する複数の二次電池２それぞれのセル温度とＳＯＣを比較して電池モジュール３０についてのセル温度とＳＯＣを算出してもよい。以下にその変形例について説明する。
図１に示したとおり、例えば電池モジュール３０ａは、２つの二次電池２ａ、２ｂが直列に接続されている。そこで、ＢＭＵ２０は、ステップＳ１０２において各二次電池２ａおよび２ｂからそれぞれセル温度ＴａおよびＴｂを取得するとともに、各二次電池２ａ、２ｂにおけるＳＯＣａ、ＳＯＣｂを上記した公知の手法により演算する。
より具体的には、ＣＭＵ１０ａが、電池モジュール３０ａを構成する二次電池２ａのセル温度については温度計５ａより、二次電池２ｂのセル温度については温度計５ｂよりそれぞれのセル温度を取得し、取得した温度値をＢＭＵ２０へ出力する。
また、ＣＭＵ１０ｂおよびＣＭＵ１０ｃも、ＣＭＵ１０ａと同様な処理を行い、それぞれに接続された二次電池２のセル温度を取得してＢＭＵ２０へ出力する。
続いて、ＢＭＵ２０は、ステップＳ１０３において、電池モジュール３０ａに関しては許容電流値テーブル６から各二次電池２ａ、２ｂの許容電流値を取得する。そして、ＢＭＵ２０は、取得した２つの許容電流値のうち小さい方の値を電池モジュール３０ａにおける第一許容電流値として決定する。
仮に大きい方の値を第一許容電流値としてしまうと、電池モジュール３０ａを構成する二次電池２ａ、２ｂのうちの１つは許容電流値を超える電流が流れることになってしまうからである。
そして、ＢＭＵ２０は、電池モジュール３０ｂおよび電池モジュール３０ｃに関しても、上記と同様に二次電池２ｃ〜２ｆのそれぞれについてセル温度を検出するとともにＳＯＣを演算し、各電池モジュール３０毎に第一許容電流値を決定する。
このように本変形例１によれば、電池モジュール３０を構成する二次電池２毎にセル温度とＳＯＣを算出し、二次電池２それぞれの許容電流値を比較して第一許容電流値を決定している。
従って、電池モジュール毎に求めた第一許容電流値が電池モジュールを構成するいずれかの二次電池の許容電流値を超えることがなくなり、より正確な各電池モジュール３０における第一許容電流値を算出することができる。
＜変形例２＞
上述した実施の形態においては、ＢＭＵ２０から許容電流値の通知を受けた上位システム制御部２００は、電力負荷９が要求する要求電流を許容電流値で制限する例について説明したが、これに限らない。
例えば、電池制御システムが電気自動車でなくエンジンも搭載したハイブリッド車両である場合には、電力負荷９の要求電流と許容電流値との差分、すなわち電流の不足分をエンジンからの動力で実質的に補うように制御してもよい。以下、本変形例２について説明する。
ハイブリッド車両に搭載された上位システム制御部２００は、ＢＭＵ２０から許容電流値の通知を受けた後、図示しないメモリ等の記憶手段に許容電流値を保持する。一方で、上位システム制御部２００は電力負荷９からの要求電流の値を監視しており、この要求電流がＢＭＵ２０から通知された許容電流値Ｉｍａｘを超えるか否かを随時監視している。
そして、例えば運転者のアクセルワーク等により電力負荷９からの要求電流が増加してＢＭＵ２０から通知された許容電流値Ｉｍａｘを超える場合には、上位システム制御部２００は上記差分に関するエンジンの必要動力を算出する。
続いて、上位システム制御部２００は、算出した上記差分に関する必要動力に基づいて、不足した電流（上記した差分）分に相当する動力をエンジンから得るように制御信号を生成してエンジンを駆動させる。
このように本変形例２によれば、ＢＭＵ２０から通知された許容電流値Ｉｍａｘによりハイブリッド車両の動力が不足してしまうことをエンジンによって補完でき、さらには組電池の出力が低下してしまうことや電池モジュールを構成する二次電池の寿命が劣化してしまうことを防止することができる。
＜実施例＞
次に本発明を具体的に適用した実施例を示す。
例えば、電池制御システムを図１のように構成し、ある時点における電池モジュール３０ａ〜３０ｃに流れる電流値がそれぞれ１２Ａ、８Ａ、４Ａだったとする。この場合において、まずＢＭＵ２０は、ＣＭＵ１０を介して各電池モジュール３０におけるセル温度とＳＯＣの値から、許容電流値参照テーブル６に基づき第一許容電流値を取得する。
この第一許容電流値の算出にあたっては、電池モジュール３０を構成する二次電池２はほぼ同様なセル温度およびＳＯＣとしてもよいし、各二次電池２毎にセル温度とＳＯＣを求めて第一許容電流値を決定してもよい。
例えば、電池モジュール３０ａ〜ｃにおける第一許容電流値はそれぞれ、１５Ａ、１４Ａ、１６Ａだったとする。
次に、ＢＭＵ２０は、各電池モジュール３０の第一許容電流値を基準として、その基準となる電池モジュールに第一許容電流が流れた場合の他の電池モジュール３０における電流値（第二許容電流値）を算出する。
具体的に各電池モジュール３０各々を基準としたケースにおける第二許容電流値は以下のとおりとなる。
（ケース１）電池モジュール３０ａの第一許容電流値を基準としてこの電池モジュール３０ａに第一許容電流値が流れたときの他の電池モジュール３０ｂおよび３０ｃに流れる電流
電池モジュール３０ｂに流れる電流：８Ａ×１５／１２＝１０Ａ
電池モジュール３０ｃに流れる電流：４Ａ×１５／１２＝５Ａ
（ケース２）電池モジュール３０ｂの第一許容電流値を基準としてこの電池モジュール３０ｂに第一許容電流値が流れたときの他の電池モジュール３０ａおよび３０ｃに流れる電流
電池モジュール３０ａに流れる電流：１２Ａ×１４／８＝２１Ａ
電池モジュール３０ｃに流れる電流：４Ａ×１４／８＝７Ａ
（ケース３）電池モジュール３０ｃの第一許容電流値を基準としてこの電池モジュール３０ｃに第一許容電流値が流れたときの他の電池モジュール３０ａおよび３０ｂに流れる電流
電池モジュール３０ａに流れる電流：１２Ａ×１６／４＝４８Ａ
電池モジュール３０ｂに流れる電流：８Ａ×１６／４＝３２Ａ
続いて、ＢＭＵ２０は、算出した第一許容電流値および第二許容電流値に基づいて、上記ケース毎に、すべての電池モジュール３０で各々の第二許容電流値が対応する第一許容電流値を超えないケースが１つ以上あるか判定する。ケース２では電池モジュール３０ａの第二許容電流値が対応する第一許容電流値を超えてしまい、また、ケース３では電池モジュール３０ａおよび電池モジュール３０ｂのそれぞれの第二許容電流値がそれぞれ対応する第一許容電流値を超えてしまうので、ケース１のみが許容される組合わせに該当すると判定する。
続いてＢＭＵ２０は、ケース１における許容電流値Ｉｍａｘを計算する。具体的には、電池モジュール３０ａ、電池モジュール３０ｂおよび電池モジュール３０ｃにおける各第二許容電流値の合計値（１５Ａ＋１０Ａ＋５Ａ＝３０Ａ）を求め、この合計値を電池パックの許容電流値Ｉｍａｘとして上位システム制御部２００へ通知する。
そして、ＢＭＵ２０から許容電流値Ｉｍａｘの通知を受けた上位システム制御部２００は、この許容電流値Ｉｍａｘ（３０Ａ）を上限として電力負荷９の要求電流を制限する制御を行う。すなわち、この許容電流値Ｉｍａｘを超える電流値が電力負荷９から要求された場合に、上位システム制御部２００は許容電流値Ｉｍａｘで電力負荷９を動作させる。
なお、上述の電池制御システム１００におけるＣＭＵ１０やＢＭＵ２０は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。
また、ＣＭＵ１０がＢＭＵ２０の処理機能の一部（例えば電流値の計測等）を備えるようにしてもよいし、ＢＭＵ２０がＣＭＵ１０の処理機能の一部を備えるようにしてもよい。
１・・・ＢＭＳ
２・・・二次電池
３・・・電流計
４・・・電圧計
５・・・温度計
６・・・許容電流値参照テーブル
１０・・・ＣＭＵ
２０・・・ＢＭＵ
２００・・・上位システム制御部
３００・・・表示部

Claims (4)

  1. 直列に接続された複数の二次電池からなる電池モジュールが、並列に複数接続されて電流の出力を行う組電池と、
    前記電流の許容電流値を算出する電池管理部と、を有し、
    前記電池管理部は、
    前記電池モジュールを構成する二次電池の複数の状態パラメータと、その複数の状態パラメータと前記電池モジュールに流すことが許容される第一許容電流値との予め定められた関係を示す情報とに基づいて前記複数の電池モジュールの各々の第一許容電流値を算出する第一許容電流値算出部と、
    前記複数の電池モジュールのうち１つの電池モジュールの前記第一許容電流値が当該電池モジュールに流れた場合の他の電池モジュールにおいて流れる電流値を示す第二許容電流値を、前記１つの電池モジュールに前記第一許容電流値に示される電流値が流れた場合における電流の増加率と、前記他の電池モジュールにおいて検出した電流値とに基づいて算出する第二許容電流値算出部と、
    前記他の電池モジュールについて算出した第二許容電流値が対応する前記電池モジュールの前記第一許容電流値以下の値の場合には、前記１つの電池モジュールについて算出した第一許容電流値と前記他の電池モジュールについて算出した第二許容電流値の和に対応する値を前記許容電流値とする算出部と、
    前記算出部が算出した前記和に対応する値を外部へ通知する許容電流値通知部と、
    を備える
    ことを特徴とする電池パック。
  2. 前記電池管理部は、
    前記複数の二次電池のそれぞれの前記状態パラメータの１つである温度値を取得する温度値取得部と、
    前記複数の二次電池のそれぞれの前記状態パラメータの１つである充電率を算出する充電率算出部と、
    前記複数の状態パラメータと前記電池モジュールに流すことが許容される第一許容電流値との予め定められた関係を示す情報として、前記二次電池の温度および充電率と予め対応づけられた第一許容電流値を格納した許容電流値参照テーブルを保持する許容電流値参照テーブル保持部と、
    前記他の電池モジュールについて算出した第二許容電流値が対応する前記電池モジュールの前記第一許容電流値以下の値かを判定する判定部と、をさらに備え、
    前記第一許容電流値算出部は、前記許容電流値参照テーブル、前記温度値、および前記充電率に基づいて、前記電池モジュール毎に前記第一許容電流値を算出し、
    前記判定部は、前記１つの電池モジュールと前記他の電池モジュールの組合わせの各々に対し、前記他の電池モジュールについて算出した第二許容電流値が対応する前記電池モジュールの前記第一許容電流値以下の値かを判定し、
    前記算出部は、前記判定部による判定を満たす前記組合わせにおける前記１つの電池モジュールについて算出した第一許容電流値と前記他の電池モジュールについて算出した第二許容電流値の和に対応する値を算出すること
    を特徴とする請求項１に記載の電池パック。
  3. 電力負荷と、
    直列に接続された複数の二次電池からなる電池モジュールが、並列に複数接続されて前記電力負荷に対して電流の出力を行う組電池と、
    前記電池モジュールを構成する二次電池の複数の状態パラメータと、その複数の状態パラメータと前記電池モジュールに流すことが許容される第一許容電流値との予め定められた関係を示す情報とに基づいて前記複数の電池モジュールの各々の第一許容電流値を算出する第一許容電流値算出部と、
    前記複数の電池モジュールのうち１つの電池モジュールの前記第一許容電流値が当該電池モジュールに流れた場合の他の電池モジュールにおいて流れる電流値を示す第二許容電流値を、前記１つの電池モジュールに前記第一許容電流値に示される電流値が流れた場合における電流の増加率と、前記他の電池モジュールにおいて検出した電流値とに基づいて算出する第二許容電流値算出部と、
    前記他の電池モジュールについて算出した第二許容電流値が対応する前記電池モジュールの前記第一許容電流値以下の値の場合には、前記１つの電池モジュールについて算出した第一許容電流値と前記他の電池モジュールについて算出した第二許容電流値の和に対応する値を前記許容電流値とする算出部と、
    前記許容電流値を受け、前記電力負荷に対して前記許容電流値以下で動作するよう制御する上位システム制御部と、
    を有することを特徴とする電池制御システム。
  4. 前記電力負荷に接続された車輪と、
    前記車輪に接続されたエンジンとをさらに有し、
    前記上位システム制御部は、前記エンジンの駆動を制御するとともに、
    前記電力負荷の要求する要求電流値が前記許容電流値より大きい場合には、前記要求電流値と前記許容電流値との差分に相当する電流分を前記エンジンの駆動で補う制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の電池制御システム。
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