JP5521795B2 - 電池制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電池制御装置に関するものである。

組電池を構成する複数間の容量調整を行う容量調整装置において、特定のセルの電圧を電圧源として作動する複数の電流消費機器の消費電流の差を、当該電流消費機器の構成であるフォトカプラの有無に応じて演算し、当該消費電流の差に基づいて、セルを放電しセルの容量を調整するものが知られている（特許文献１）。

特開２００７−２４４０５８号公報

しかしながら、従来の容量調整装置において、電流消費機器における消費電流は、フォトカプラの有無以外の要因でも差を生じてしまうため、消費電流の差による演算の際に十分な演算精度を得ることができない、という可能性があった。

本発明が解決しようとする課題は、電池セルを電源として作動する監視手段における消費量を正確に演算することができる電池制御装置を提供する。

本発明は、電池の電圧に応じて監視手段により消費される、電池の第１の消費量を、電池の電圧を用いて推定することによって上記課題を解決する。

本発明によれば、監視手段の電源となる電池の電圧に応じて、当該監視手段における消費量を推定するため、電池の電圧により監視手段の消費量が変化した場合であっても、正確に当該消費量を推定することができる、という効果を奏する。

発明の実施形態に係る電池制御装置を示すブロック図である。 図１のセルコントローラＣＣ２を示すブロック図である。 図１の電池セルの検出電圧に対するＳＯＣの特性を示すグラフである。 図１の各セルコントローラに対する消費容量の特性を示すグラフである。 図１の電池制御装置の制御手順を示すフローチャートである。 図１の電池セルの容量の変化を説明するグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

《第１実施形態》
図１は、本実施形態に係る電池制御装置を示すブロック図、図２は、図１のセルコントローラＣＣ２を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施形態に係る電池制御装置は、直列接続されたｍ個（ｍは任意の正の整数，図１に示す例ではｍ＝４)の電池セル１を１単位とする電池モジュールＭ１，Ｍ２，Ｍｎ（ｎは任意の正の整数）と、それぞれの電池モジュールＭ１，Ｍ２〜Ｍｎの電池容量（具体的には各単電池の電圧ＶＣ１〜ＶＣ４）を監視するｎ個のセルコントローラＣＣ１，ＣＣ２〜ＣＣｎとを備える。組電池３は、電池モジュールＭ１，Ｍ２〜Ｍｎを備える。電池モジュールＭ１，Ｍ２〜Ｍｎ及びセルコントローラＣＣ１，ＣＣ２〜ＣＣｎは、それぞれ対応して接続されている。

ｎ個の電池モジュールＭ１〜Ｍｎは直列に接続され、その両端に電気自動車等のモータである電池負荷２が、図示しないインバータなどの電力変換装置を介して接続されている。リレースイッチ４は、組電池３と電池負荷２の間に接続される。バッテリコントローラ１０は、フォトカプラＰＣ１等を介して、セルコントローラＣＣ１、ＣＣ２〜ＣＣｎに接続される。

セルコントローラＣＣ１、ＣＣ２〜ＣＣｎは、各セルコントローラＣＣ１、ＣＣ２〜ＣＣｎに接続される電池セル１の電圧を検出し保存し、検出電圧をバッテリコントローラ１０に送信する。またセルコントローラＣＣ１、ＣＣ２〜ＣＣｎは、バッテリコントローラ１０からの信号に基づき、接続される電池セル１の電池容量を調整する。セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎは、それぞれ接続されている電池セル１から電力供給を受けて作動する。すなわち、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎは、それぞれ接続されている電池セル１を動力源とする。なお、電池容量の調整については、後述する。

バッテリコントローラ１０は、各電池セル１を制御する制御部であって、電池容量演算部１１及び消費量推定部１２を含む。電池容量演算部１１は、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎから送信される、各電池セル１の検出電圧を用いて、各電池セル１の電池容量を演算する。消費量推定手段１２は、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎにおける、接続されている電池の消費量を演算する。バッテリコントローラ１０は、セルコントローラＣＣ１、ＣＣ２〜ＣＣｎを介して各電池セル１の状態を管理し、電池セル１の電圧を検出するための指令信号及び電池セル１の容量を調整するための制御信号等をセルコントローラＣＣ１、ＣＣ２〜ＣＣｎに送信する。またバッテリコントローラ１０は、セルコントローラＣＣ１、ＣＣ２、ＣＣ３から電池セル１の検出電圧を読み出し、組電池３に接続された電流センサ（図示しない）からの検出電流等の情報を加えて、電池セル１の充電状態（ＳＯＣ）等を演算する。なお、電池セル１の電池容量の演算方法は、後述する。

またバッテリコントローラ１０とセルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎとの間には、フォトカプラＰＣ１及びフォトカプラＰＣ２が、接続され、バッテリコントローラ１０とセルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎで通信が行われる。フォトカプラＰＣ１は、バッテリコントローラ１０に接続される、送信側のフォトダイオードＰＤ１と、セルコントローラＣＣ１に接続される、受信側のフォトトランジスタＰＴ１とを有する。フォトカプラＰＣ２は、セルコントローラＣＣｎに接続される、送信側のフォトダイオードＰＤ２と、バッテリコントローラ１０に接続される、受信側のフォトトランジスタＰＴ２とを有する。そして、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎの間は、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ３１、Ｒ３２を介して、通信用の配線により接続される。すなわち、バッテリコントローラ１０とセルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎとの間は、絶縁されつつ、セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎはカスケード接続されている。そして、バッテリコントローラ１０は、フォトカプラＰＣ１を介して、信号をセルコントローラＣＣ１に送信し、当該信号は、セルコントローラＣＣ１から順にセルコントローラＣＣｎに送信され、バッテリコントローラ１０は、セルコントローラＣＣｎから送信される信号を受信する。これにより、バッテリコントローラ１０とセルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎとの間において、通信が行われる。

ｎ個の電池モジュールＭ１〜Ｍｎから電池負荷２へ電力が供給されると、各電池セル１の製造上の個体差などによって電池容量にバラツキが生じる。このため、各電池セル１の電池容量の差に応じて、バッテリコントローラ１０からセルコントローラＣＣ１，ＣＣ２，ＣＣ３に指令を送信し、スイッチング素子６を閉じて、電池容量が高い電池セルの電力を容量調整用抵抗５（図２を参照）に供給することで、所定のタイミングで電池容量を調整することが行われる。

制御部１００は、リレースイッチ４のＯＮ、ＯＦＦ操作を制御し、またバッテリコントローラ１０からの信号に基づき組電池３の状態に応じて、電池負荷２を含めた車両全体の制御を行う。後述するように演算された、電池セル１の電池容量から、組電池１が過放電になる可能性が有る場合には、当該制御部１００は、インバータを制御することでモータの出力トルクに制限をかけ、電池セル１の過放電を防止する。

図２にセルコントローラＣＣ２の内部構造を示す。他のセルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎも基本的な構造は同じであるが、セルコントローラＣＣ１と、セルコントローラＣＣｎには、フォトカプラＰＣ１及びフォトカプラＰＣ２がそれぞれ接続されている点が異なる。

セルコントローラＣＣ２は、４つの電池セル１からなる電池モジュールＭ２の各電池セル１の電圧を入力する入力端子ＶＣ１〜ＶＣ４およびその接地端子ＧＮＤと、電圧検出回路２１と、ＣＰＵ２２とを有する。電圧検出回路２１は、入力端子ＶＣ１〜ＶＣ４に入力された電圧値を検出し保持し、ＣＰＵ２２へ送信する。ＣＰＵ２２は、セルコントローラＣＣ１からの信号を受信し、セルコントローラＣＣ３に信号を送信する。セルコントローラＣＣ１から送信される信号は、バッテリコントローラ１０から送信される信号であり、セルコントローラＣＣ２は、当該信号に基づき、電圧検出部２１による電圧の検出、後述するスイッチング６のオン、オフ制御による電池容量の調整を行う。またセルコントローラＣＣ２は、セルコントローラＣＣ３に信号を送信する際に、電圧検出回路２１による検出電圧のデータを信号に書き込んだ上で、送信する。

また各電池セル１には、直列接続された、容量調整用抵抗５及びスイッチング素子６が、電池セル１の両端子に接続される。スイッチング素子６は、ＣＰＵ２２により制御され、スイッチング素子６がＯＮ状態になると、電池セル１から電流が容量調整用抵抗５に流れ、電池セル１の容量が調整され、当該電池セル１の電圧が降下する。これにより、他の電池セル１と比較して容量の大きい電池セル１の電力を、容量調整抵抗５で消費させて、電池セル１の出力電圧を降下させる機能を、容量調整用抵抗５及びスイッチング素子６は有する。

なお、容量調整用抵抗５及びスイッチング６素子は、最上段の電池セル１以外の電池セル１にも接続されているが、図２においては、最上段の電池セル１に接続される容量調整用抵抗５及びスイッチング６素子を記載し、それ以外の容量調整用抵抗５及びスイッチング６素子の記載を省略している。また、図１においても、容量調整用抵抗５及びスイッチング６素子の記載を省略している。またセルコントローラＣＣ２以外の、他のセルコントローラＣＣｎについても、同様に、容量調整用抵抗５及びスイッチング素子６が、それぞれの電池セル１の両端子に接続される。

次に、バッテリコントローラ１０とセルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎとの間の通信について、説明する。バッテリコントローラ１０から送信される信号には、セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎ毎に付されているアドレス、及び、電池セル１毎に付されているアドレスが格納されている。そして、例えばセルコントローラＣＣ２のＣＰＵ２２は、受信する信号に、セルコントローラＣＣ２のアドレス又は接続された各電池セル１のアドレスを含むか否かを判定する。そして、当該アドレスを含む場合には、受信した信号に含まれる制御指令に基づいて、制御を行う。制御指令に、例えば容量調整をする旨の指令が含まれる場合には、ＣＰＵ２２は、アドレスに基づき容量調整の対象となる電池セル１を特定し、対象となる電池セル１に接続されているスイッチング素子６を制御する。スイッチング素子６をオンにする時間は、バッテリコントローラ１０からの信号に含まれており、ＣＰＵ２２は、当該時間、スイッチング素子６をオンにする。これにより、ＣＰＵ２２は、特定の電池セル１に対して容量を調整する。

次に、図３〜図６を用いて、本例の電池制御装置における、電池容量の調整方法について、説明する。図３は電池セル１の充電状態（ＳＯＣ（％）：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）に対する電圧（Ｖ）の特性を示し、図４は各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎに対する消費容量（Ａｈ）の特性を示す。ここで、図４について、セルコントローラの番号は、最上段のセルコントローラＣＣ１を１番目として、最下段のセルコントローラＣＣｎをｎ番目としている。

最初に、各電池セル１の電池容量（電池セル１の残容量）の演算方法について説明する。

各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎは、所定のサンプリング周期で各電池セル１の電圧を検出する。電池セル１の電圧の検出は、少なくとも組電池１に対して負荷がかかる前から始めており、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎは、電池セル１に対し少なくとも無負荷時の電圧を検出する。

図３に示すように、無負荷時の電圧と充電状態（以下ＳＯＣ（％）と称す。）には、所定の関係が成り立つことが知られている。そのため、バッテリコントローラ１０は、図３に示す関係を、電池セル１の検出電圧とＳＯＣとを対応させたテーブルとして格納し、セルコントローラＣＣｎから送信される制御信号から、各電池セル１の無負荷時の電圧を検出し、当該電圧に対応するＳＯＣを導き出す。各電池セル１の満充電の時の電池容量（Ａｈ_ｍ）は、使用される電池の特性により予め定まるため、以下の（式１）により、電圧検出時の各電池セル１の電池容量（Ａｈ_０）が導き出される。

Ａｈ_０＝ＳＯＣ（％）×Ａｈ_ｍ （式１）
なお、満充電の時の電池容量（Ａｈ_ｍ）は、電池セル１の経時的な劣化により変化するため、初期の電池セル１の満充電容量に劣化度を加えて、電池容量（Ａｈ_ｍ）としてもよい。

次に、各電池セル１の現在の電池容量（Ａｈ_ｔ）について説明する。電池容量（Ａｈ_ｔ）は、電池負荷２を駆動させることで変化するが、本例では、電池セル１が、セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎの電源となっているため、セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎを駆動させることで消費される容量を容量演算に反映させなければならない。

ここで、セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎを駆動させることで、各電池セル１が消費する消費容量（Ａｈｃ）について、図４を用いて、説明する。セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎにおける消費容量（Ａｈｃ）は、電源となる電池セル１の電圧に応じて異なり、また各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎ間でも異なる。例えば、セルコントローラＣＣ１について、接続される複数の電池セル１の検出電圧がＶ_１である場合に消費容量はＡｈ_１となり、検出電圧Ｖ_２である場合に消費容量はＡｈ_２となり、検出電圧Ｖ_３である場合に消費容量はＡｈ_３となる。ただし、Ｖ_１＜Ｖ_２＜Ｖ_３、Ａｈ_１＜Ａｈ_２＜Ａｈ_３である。そして、他のセルコントローラＣＣ２〜ＣＣｎについても、接続される複数の電池セル１の検出電圧に応じて、消費容量（Ａｈｃ）が異なる。すなわち、接続される複数の電池セル１の検出電圧と、消費容量（Ａｈｃ）は、図４に示すような、予め設計段階で定まる関係が成立する。そのため、本例は、セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎ毎に、検出電圧に対する消費容量（Ａｈｃ）を予め設定する。なお、本例において、図４に示す消費容量の時間成分は、サンプリング周期に対応しており、例えば、セルコントローラＣＣ１について、対応する複数の電池セル１の電圧がＶ_１の場合に、サンプリング周期の間に、当該対応する複数の電池セル１は、容量（Ａｈ_１）分を消費することになる。

本例において、バッテリコントローラ１０は、消費用量推定部１２において、図４に示す関係を、セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎ毎に、電池セル１の検出電圧と消費容量（Ａｈｃ）とを対応させたテーブルとして格納する。そして、バッテリコントローラ１０が、セルコントローラＣＣｎから送信される制御信号から各電池セル１の電圧を検出し、消費用量推定部１２は、当該テーブルを参照して、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎにおける、検出電圧に対応する消費容量（Ａｈｃ）を推定する。

またセルコントローラＣＣ１及びセルコントローラＣＣｎには、通信用の抵抗Ｒ１１，Ｒ１２が接続され、フォトカプラＰＣ１及びＰＣ２がそれぞれ接続されている。他のセルコントローラＣＣ２〜ＣＣｎ−１には、通信用の抵抗Ｒ２１、Ｒ２２等が接続されている。そのため、電池セル１の電池容量（Ａｈ_ｔ）を演算する際には、フォトカプラＰＣ１、ＰＣ２及び通信用の抵抗Ｒ１１，Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ３１、Ｒ３２等の、各セルコントローラに接続される回路構成による、消費量を加えた方がよい。当該回路構成によって消費される、電池セル１の消費容量（Ａｈｐ）は、使用される回路部品に応じて決まり、セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎ毎に予め設定されている。

また、本例は容量調整により、電池セル１を放電させるため、容量調整による電池の消費量も容量演算に反映させた方がよい。容量調整による電池の消費容量（Ａｈａ）は、電池のバラツキに応じて、バッテリコントローラ１０により、各電池セル１に接続されるスイッチング素子６のオン時間と当該スイッチング素子の抵抗値により決まる。なお、容量調整の具体的な方法は、後述する。

そして、電池容量（Ａｈ_０）が導きだされた後の現在の電池容量（Ａｈ_ｔ）、言い換えると、最初の無負荷時の電池セル１の電圧が検出された後、サンプリング周期分、経過後の電池容量（Ａｈ_ｔ）は、式２により導き出される。

Ａｈ_ｔ＝Ａｈ_０−Ａｈｃ−Ａｈｐ−Ａｈａ （式２）
つまり、バッテリコントローラ１０は、無負荷時の電池セル１の電圧を各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎからの信号により検出し、電池容量演算部１１により、当該検出電圧から各電池セル１の電池容量（Ａｈ_０）を演算する。バッテリコントローラ１０は、次の周期で検出される検出電圧を検出し、消費量推定部１２により当該検出電圧から消費容量（Ａｈｃ）を推定し、電池容量演算部１１により消費容量（Ａｈａ）及び消費容量（Ａｈｐ）を演算する。そして、バッテリコントローラ１０は、式２に基づき、現在の電池容量（Ａｈ_ｔ）を演算する。

次に、バッテリコントローラ１０により演算された電池容量（Ａｈ_ｔ）を用いた、電池セル１の容量調整の方法について説明する。

上記の通り、組電池３に含まれる各電池セル１の電池容量（Ａｈ_ｔ）は、電池容量演算部１１及び消費量推定部１２により演算される。バッテリコントローラ１０は、各電池セル１の電池容量（Ａｈ_ｔ）の中で、最も電池容量の小さい電池セル１を特定する。そして、特定された電池セル１の電池容量（Ａｈ_ｔ）と、その他の電池セル１の電池容量（Ａｈ_ｔ）との容量差を演算し、所定の閾値と比較する。

ここで、当該所定の閾値とは、容量のバラツキの大きさに相当し、当該閾値を小さくすることでバラツキ条件は厳しくなり、当該閾値を大きくすることでバラツキ条件は緩くなる閾値である。本例において、所定の閾値は予め設定された値とするが、任意に可変できるようにしてもよい。

そして、電池容量の差が所定の閾値より大きい場合に、バッテリコントローラ１０は、バラツキが大きいと判断し、容量調整の対象の電池セル１として特定する。容量の調整量は、電池セル１の放電時間により調整されるため、バッテリコントローラ１０は、容量調整の時間に相当する時間分、スイッチング素子６をオンにし、バラツキの大きい電池セル１を放電させる。容量調整用抵抗５の抵抗値は、設計の段階で設定されているため、スイッチング素子６をオンにする時間は、調整対象の電池セル１の容量と最も低い電池容量の電池セル１の容量との差と、当該容量調整用抵抗５の抵抗値とを用いて、演算される。上記の通り、バッテリコントローラ１０は、電池容量演算部１１により演算された電池容量（Ａｈｔ）と所定の閾値との比較により、調整対象となる電池セル１を特定し、調整対象となる電池セル１毎に、スイッチング素子６をオンにする時間を設定し、対応するスイッチング素子６をオンにする。これにより、バラツキの大きい電池セル１の電池容量が調整され、各電池セル１のバラツキが解消される。

なお、本例は、最も低い電池容量との差に応じて容量調整を行うが、例えば、複数の電池セル１の電池容量の平均値を基準として、当該平均値より高い容量の電池セル１の容量を調整してもよい。また、他の周知な方法を用いて、容量調整を行ってもよい。

次に、図５を用いて、本例の電池制御装置の制御手順を説明する。図５は、本例の電池制御装置の制御手順のフローチャートである。

ステップＳ１にて、バッテリコントローラ１０は、セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎに制御信号を送信し、各電池セル１の電圧を検出する。ステップＳ２にて、バッテリコントローラ１０は、電池セル１の電池容量（Ａｈ_０）又は電池容量（Ａｈ_ｔ）が演算されているか否かを判定する。例えば、電池セル１が無負荷の状態で、初めて電池セル１の電圧を検出した場合には、電池容量（Ａｈ_０）は電池容量演算部１１にて演算されておらず、後述するステップＳ７にて電池容量（Ａｈ_ｔ）も演算されていないため、ステップＳ３に進む。ステップＳ３にて、電池容量演算部１１は、図３に相当する、検出電圧とＳＯＣとを対応させたテーブルを参照し、ステップＳ１にて検出された検出電圧を用いて、各電池セルの電池容量（Ａｈ_ｍ）を演算し、式１を用いて各電池セルの電池容量（Ａｈ_０）を演算し、ステップＳ１に戻る。

一方、ステップＳ２にて、電池容量（Ａｈ_０）又は電池容量（Ａｈ_ｔ）が演算されている場合には、ステップＳ４に進む。そして、消費量推定手段１２は、図４に相当する、検出電圧と消費容量（Ａｈｃ）とを対応させたテーブルを参照して、ステップＳ１にて検出された検出電圧を用いて、対応する電池セル１の検出電圧に応じて、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎの消費容量（Ａｈｃ）を推定する。ステップＳ５にて、バッテリコントローラ１０は電池容量演算部１１にて消費容量（Ａｈｐ）を演算する。上記の通り、消費容量（Ａｈｐ）はセルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎ毎に予め設定されており、ステップＳ１のサンプリング周期の間に、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎの通信による消費量である。なお、セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎに、図示しない総電圧センサや電流センサ等を接続し、当該センサを電池セル１の電力により駆動する場合には、当該センサを駆動させることによる消費量も、消費容量（Ａｈｐ）に含まれる。

ステップＳ６にて、バッテリコントローラ１０は電池容量演算部１１により消費容量（Ａｈａ）を演算する。消費容量（Ａｈａ）は、容量調整による電池セル１の放電容量に相当し、後述するステップＳ１１により設定される、スイッチング素子６のオン時間と容量調整用抵抗５の抵抗値から演算される。ステップＳ７にて、バッテリコントローラ１０は電池容量演算部１１により、式２を用いて、各電池セル１の電池容量（Ａｈｔ）を演算する。

次に、バッテリコントローラ１０は、ステップＳ８にて、ステップＳ７による、各電池セル１の電池容量（Ａｈ_ｔ）から、最も電池容量の小さい電池セル１を特定する。ステップＳ９にて、バッテリコントローラ１０は、ステップＳ８により特定された電池セル１の電池容量に対する、各電池セル１の容量差を演算する。ステップＳ１０にて、バッテリコントローラ１０はステップＳ９の電池容量の差と、予め設定されている所定の閾値を比較する。電池容量の差が所定の閾値より大きい電池セル１については、ステップＳ１１及びステップＳ１２の制御処理が行われ、電池容量の差が所定の閾値以下の電池セル１については、制御処理を終了する。

ステップＳ１１にて、バッテリコントローラ１０は、ステップＳ１０による電池容量の差から、スイッチング素子６のオン時間を設定する。ステップＳ１２にて、バッテリコントローラ１０は、容量調整される電池セル１のアドレスとオン時間とを対応させた上、容量調整をする旨の制御信号を、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎに送信する。当該制御信号を受信したセルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎは制御信号を解析し、バッテリコントローラ１０の指令に応じて、スイッチング素子６をオンにし、容量調整を行う。そして、全ての電池セル１について、上記の処理を終了すると、再びステップＳ１に戻る。

次に、図６を用いて、本例の電池制御装置における、各電池セル１の容量変化について説明する。図６は、各電池セル１に対する電池容量の特性を示し、電圧検出のタイミングに伴う、電池容量の変化を示す。図６について、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎにおける、検出電圧のサンプリング時の電池容量を示している。セル_１１はセルコントローラＣＣ１に接続される最上段の電池セル１を示し、セル_１２はセルコントローラＣＣ１に接続される最上段から２番目の電池セル１を示し、セル_ｎ１はセルコントローラＣＣｎに接続される最上段の電池セル１を示し、セル_ｎ２はセルコントローラＣＣｎに接続される最上段から２番目の電池セル１を示す。各電池セル１の検出のタイミングについて、Ｔ_１は最初に検出するタイミングを示し、Ｔ_２はＴ_１からサンプリング周期経過後に検出するタイミングを示し、Ｔ_３はＴ_２からサンプリング周期経過後に検出するタイミングを示す。Ｔ_ＸはＴ_３後であって、所定の検出タイミングを示し、Ｔ_ＹはＴ_Ｘ後であって、所定の検出タイミングを示す。ただし、Ｘ、Ｙは自然数である。

そして、横軸は各セルコントローラ及びスイッチング素子６のオン、オフを示し、縦軸は各電池セル１の残存容量である電池容量（Ａｈｔ）を示す。なお、消費容量（Ａｈｐ）による減少分は省略されている。

時間Ｔ_１で検出される電池セル１は無負荷の状態であるが、図６に示すように、各電池セル１は、電池の経時劣化等により、ある程度のバラツキが生じている。

そして、電池セル１の電圧が時間Ｔ_２で検出されるまでに、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎについて、接続される電池セル１の電圧に応じて、電池の容量を消費される。検出電圧に応じて消費される消費量は、消費容量（Ａｈｃ）に相当する。同じセルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎに接続される電池セル１間では、同じ容量分、消費するため、セル_１１及びセル_１２の消費容量（Ａｈｃ）はそれぞれ等しく、セル_ｎ１及びセル_ｎ２の消費容量（Ａｈｃ）はそれぞれ等しい。図４に示すように、セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎ毎に、消費容量（Ａｈｃ）は異なるため、図６において、時間Ｔ_２における、消費容量（Ａｈｃ）は、セルコントローラＣＣ１及びセルコントローラＣＣｎで異なる。すなわち、バッテリコントローラ１０は、時間Ｔ_１から時間Ｔ_２までに消費される消費容量（Ａｈｃ）を、時間Ｔ_２に検出される各電池セル１の検出電圧から演算する。そして、バッテリコントローラ１０は、時間Ｔ_１の検出電圧に基づく電池容量（Ａｈｔ）から消費容量（Ａｈｃ）を減算することで、時間Ｔ_２の電池容量（Ａｈｔ）を演算する。演算された、時間Ｔ_２の電池容量（Ａｈｔ）から、バッテリコントローラ１０は、容量調整の対象となる電池セル１を特定し、スイッチング素子６のオン時間を設定する。図６においては、セル_ｎ２の容量が最も小さいため、当該容量に合わせるように、セル_ｎ２の容量の容量を基準にして、セル_１１、セル_１２及びセル_ｎ１の容量が調整される。

時間Ｔ_２から時間Ｔ_３までに、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎにより、消費容量（Ａｈｃ）が消費される。ここで、時間Ｔ_３の検出電圧は時間Ｔ_２の検出電圧より低いため、時間Ｔ_２から時間Ｔ_３までの消費容量（Ａｈｃ）は、時間Ｔ_１から時間Ｔ_２までの消費容量（Ａｈｃ）より小さい。また、時間Ｔ_２から時間Ｔ_３までの間は、時間Ｔ_２の時点で特定された電池セル１の容量調整が行われるため、消費容量（Ａｈａ）が消費される。すなわち、時間Ｔ_３の電池セル１の電池容量（Ａｈｔ）は、時間Ｔ_２の電池セル１の電池容量（Ａｈｔ）から、時間Ｔ_２から時間Ｔ_３の間の消費容量（Ａｈｃ）と、時間Ｔ_２から時間Ｔ_３の間の消費容量（Ａｈａ）とを減算した容量となる。そして、演算された、時間Ｔ_３の電池容量（Ａｈｔ）から、容量調整の対象となる電池セル１を特定する。図６において、セル_ｎ２が最も小さい容量の電池セル１となる。セル_１１はセル_ｎ２に対する容量差が小さいため調整の対象とならず、セル_１２及びセル_ｎ１はセル_ｎ２に対する容量差が大きいため調整の対象となる。

時間Ｔ_Ｘについて、時間Ｔ_Ｘの電池容量（Ａｈｃ）は、時間Ｔ_ｘ-１の電池容量から、時間Ｔ_ｘ−１からＴ_ｘの間に消費される消費容量（Ａｈｃ）及び消費容量（Ａｈａ）を減算した容量値となる。図６において、セル_ｎ２が最も小さい容量の電池セル１となるため、容量調整のための基準の電池セル１となる。そして、セル_１１及びセル_ｎ１はセル_ｎ２に対する容量差が小さいため調整の対象とならず、セル_１２はセル_ｎ２に対する容量差が大きいため調整の対象となる。

時間Ｔ_Ｙについて、時間Ｔ_Ｙの電池容量（Ａｈｃ）は、時間Ｔ_Ｙ-１の電池容量から、時間Ｔ_Ｙ−１からＴ_Ｙの間に消費される消費容量（Ａｈｃ）及び消費容量（Ａｈａ）を減算した容量値となる。図６において、セル_１２が最も小さい容量の電池セル１となるため、容量調整のための基準の電池セル１となる。そして、セル_１１、セル_ｎ１及びセル_ｎ２は、はセル_１２に対する容量差が小さいため調整の対象とならない。

上記のように、本例は、電池セル１の検出電圧に応じてセルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎにより消費される、電池セル１の消費量（Ａｈｃに相当）を推定する。これにより、電池の電圧により監視手段の消費量が変化した場合であっても、正確に当該消費量を推定することができる。その結果として、電池の制御の精度を高めることができる。

また本例は、当該消費量（Ａｈｃに相当）を用いて、各電池セル１の電池容量を演算し、演算された電池容量に応じて電池セル１を制御する。例えば図４及び６に示すように、電池セル１のサンプリング周期の間に、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎは、接続される電池セル１を電源とするため、電池容量を消費させる。この際、電池セル１の消費量は、電池セル１の検出電圧に応じて変化する。そのため、本例では、電池セル１の検出電圧に応じて、当該消費量を推定し、電池容量を演算する。これにより、本例は、電池の残容量を精度よく把握することできるため、電池セル１の制御の精度を向上させることができる。

また本例は、消費量（Ａｈｃに相当）を用いて演算された、電池セル１の電池容量Ａｈｔを用いて、電池セル１の容量調整を行う。これにより、消費量（Ａｈｃに相当）を反映させた電池容量に基づいて容量調整を行うため、より精度よく調整を行うことができ、バラツキを防ぐことができる。

本例において、例えばＴ_ｎのタイミングにおける、各電池セル１の電池容量は、Ｔ_ｎ-２のタイミングにおいて演算された電池容量から、Ｔ_ｎ-１のタイミングで検出された検出電圧に対応する消費量（Ａｈｃに相当）と、Ｔ_ｎのタイミングで検出された検出電圧に対応する消費量（Ａｈｃに相当）とを減算することにより、演算される（ｎは自然数であり、Ｔはサンプリング周期に相当する。例えばｎ＝１の場合は、図６のＴ_１に相当し、ｎ＝ＸはＴ_Ｘに相当する。）。これにより、時間Ｔ_２以降は、各電池セル１の電池容量自体を直接的に演算せずに、検出電圧に応じた消費量を減算させることで電池量（Ａｈｔに相当）を演算するため、演算負荷を軽減させることができ、早く精度よく電池制御を行うことができる。なお、この際、Ｔ_ｎ-２からＴ_ｎの間に、容量調整を行う場合には、消費量（Ａｈａに相当）を演算に加えてもよく、消費量（Ａｈｐに相当）を演算に加えてもよい。

また本例は、セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎの通信により消費される消費量（Ａｈｐに相当）を用いて、消費量（Ａｈｔ）を演算する。これにより、セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎとバッテリコントローラ１０との間の通信による消費される、各電池セル１の消費量を容量の演算に反映させることができるため、より演算精度を高めることができる。

また本例は、容量調整用抵抗５に電流の流すことにより消費される電池セル１の消費量（Ａｈａ）を用いて、消費量（Ａｈｔ）を演算する。これにより、容量調整のための放電による消費量を容量の演算に反映させることができるため、より演算精度を高めることができる。

なお本例において、バッテリコントローラ１０の消費量推定部１２は、予め電池セル１の検出電圧と消費容量とを対応させるテーブルを格納するが、検出電圧に応じて消費電流を推定し、消費量を推定してもよい。この際、消費量推定部１２は、例えば、検出電圧と消費電流とを対応させるテーブルを格納してもよい。消費容量（Ａｈｃ）は、検出電圧に応じてセルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎにより消費される消費電流にサンプリング周期を乗じたものに相当ため、消費量推定部１２は、検出電圧に応じた消費電流を推定することにより、消費容量（Ａｈｃ）を演算することができる。そして、当該消費電流は、検出電圧に応じて設計段階で予め設定される。

なお本例において、例えば時間Ｔ_２における消費容量（Ａｈｃ）は、時間Ｔ_２の検出電圧に応じて推定するが、時間Ｔ_１の検出電圧に応じて推定してもよく、時間Ｔ_１から時間Ｔ_２への検出電圧の変化量に応じて、推定してもよい。時間Ｔ_ｎにおける消費容量（Ａｈｃ）は、時間Ｔ_ｎの検出電圧に応じて推定するが、時間Ｔ_ｎ-１の検出電圧に応じて推定してもよく、時間Ｔ_ｎ-１から時間Ｔ_ｎへの検出電圧の変化量に応じて、推定してもよい。

なお、本例のセルコントローラＣＣ１〜ＣＣｎが本発明の「監視手段」に相当し、消費量推定部１２が「推定手段」に、電池容量演算部１１が「容量演算手段」に、バッテリコントローラ１０が「制御手段」に、容量調整用抵抗５が「容量調整抵抗」に相当する。また本発明における第１のタイミングを本例のＴ_ｎ-２とすると、第２のタイミングは本例のＴ_ｎ-１に相当し、第３のタイミングは本例のＴ_ｎに相当する。また本発明における第１のタイミングを本例のＴ_１とすると、第２のタイミングは本例のＴ_２に相当し、第３のタイミングは本例のＴ_３に相当する。

また本例の消費容量（Ａｈｃ）は本発明の「第１の消費量」に相当し、本例の消費容量（Ａｈａ）は本発明の「第２の消費量」に、本例の消費容量（ＡＨｐ）は本発明の「第３の消費量」に相当する。

１…電池セル
Ｍｌ、Ｍ２、Ｍｎ…電池モジュール
２…電池負荷
３…組電池
４…リレースイッチ
５…容量調整用抵抗
６…スイッチング素子
１０…バッテリコントローラ
１１…電池容量演算部
１２…消費量推定部
ＣＣ１、ＣＣ２、ＣＣｎ…セルコントローラ
Ｒｌｌ、Ｒ１２…通信用抵抗
Ｒ２１、Ｒ２２…通信用抵抗
Ｒ３１、Ｒ３２…通信用抵抗
ＰＣ１、ＰＣ２…フォトカプラ
ＰＤ１、ＰＤ２…フォトダイオード、
ＰＴ１、ＰＴ２…フォトトランジスタ
２１…電圧検出部
２２…ＣＰＵ
１００…制御部

Claims (9)

1. 組電池に含まれる電池に接続され、前記電池を動力源として作動し、前記電池の状態を監視する監視手段と、
   前記電池の電圧に応じて前記監視手段により消費される、前記電池の第１の消費量を、前記電池の電圧を用いて推定する推定手段とを備える
   ことを特徴とする電池制御装置。
2. 前記電池の電圧と前記第１の消費量を用いて、前記電池の容量を演算する容量演算手段と、
   前記電池の容量に応じて前記単電池を制御する制御手段とをさらに備える
   ことを特徴とする請求項１記載の電池制御装置。
3. 前記監視手段は、所定のタイミングで前記電池の電圧を検出し、
   前記容量演算手段は、
   前記監視手段により第１のタイミングで検出された前記電池の電圧を用いて、前記電池の第１の電池容量を演算し、
   前記第１の電池容量から前記第１の消費量を減算し前記電池の第２の電池容量を演算する
   ことを特徴とする請求項２記載の電池制御装置。
4. 前記推定手段は、
   前記監視手段により第２のタイミングで検出された前記電池の電圧を用いて、前記第１の消費量を推定する
   ことを特徴とする請求項３記載の電池制御装置。
5. 前記推定手段は、
   前記監視手段により第２のタイミングで検出された前記電池の電圧を用いて、１回目の前記第１の消費量を推定し、
   前記監視手段により第３のタイミングで検出された前記電池の電圧を用いて、２回目の前記第１の消費量を推定し、
   前記容量演算手段は、前記第１の電池容量から、前記１回目の第１の消費量及び前記２回目の第１の消費量を減算し前記第２の電池容量を演算する
   ことを特徴とする請求項３記載の電池制御装置。
6. 複数の前記監視手段は、前記組電池に含まれる複数の前記電池に対応して接続され、対応する前記電池の電圧を検出し、
   前記推定手段は、前記複数の監視手段により消費される前記第１の消費量を、対応する前記電池の電圧を用いて、それぞれ推定し、
   前記容量演算手段は、
   前記複数の監視手段により前記第１のタイミングで検出された前記電池の電圧を用いて、前記対応する電池の前記第１の電池容量をそれぞれ演算し、
   前記第１の電池容量から前記第１の消費量を減算し前記対応する電池の前記第２の電池容量をそれぞれ演算する
   ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の電池制御装置。
7. 前記制御手段は、
   前記第２の電池容量を用いて、前記電池を放電させて容量を調整することを特徴とする
   請求項６記載の電池制御装置。
8. 前記電池に接続される容量調整抵抗をさらに備え、
   前記容量演算手段は、
   前記第１の電池容量から、前記制御手段により容量調整の対象となった前記電池から前記容量調整抵抗に流れて消費される第２の消費量を減算し、前記容量調整の対象となった電池の前記第２の電池容量を演算することを特徴とする
   請求項７に記載の電池制御装置。
9. 複数の前記監視手段は、前記組電池に含まれる複数の前記電池に対応して接続され、前記制御手段は、前記複数の監視手段のうち、少なくとも一つの監視手段と通信し、
   前記容量演算手段は、前記第１の電池容量から、前記制御手段と前記監視手段との通信により消費される第３の消費量を減算し、前記制御手段と通信する前記監視手段に接続されている前記電池の前記第２の電池容量を演算することを特徴とする
   請求項３〜５のいずれか一項に記載の電池制御装置。

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