JP5610652B2 - 蓄電器制御回路 - Google Patents

Description

本発明は、リチウム二次電池やニッケル水素電池、鉛電池、電気二重層キャパシタなどの蓄電手段を用いた電源装置に搭載する電池制御回路に関する。

電気自動車(ＥＶ)やプラグインハイブリッド自動車(ＰＨＥＶ)、ハイブリッド自動車(ＨＥＶ)に搭載する蓄電装置では、複数の蓄電器を直列に接続して蓄電部を構成するのが一般的である。ここで、蓄電器間に容量のバラツキや自己放電バラツキといった蓄電器の個体差がある場合、蓄電装置が備える各蓄電器の充電状態（State of Charge：ＳＯＣ）にバラツキが生じてしまう。このバラツキが発生すると、複数個の蓄電器の中で最もＳＯＣの高い蓄電器を基準に充電制御が行われ、ＳＯＣが最も低い蓄電器を基準に放電制御が行われるため、蓄電部としての利用可能なエネルギーが小さくなってしまう。また、ＰＨＥＶ若しくはＥＶのようにＳＯＣの利用範囲が広範囲になることが想定される場合、ＳＯＣが高い若しくは低い状況では、蓄電器の劣化が進行しやすくなるため、ＳＯＣが高過ぎる場合はＳＯＣを低下させる、若しくはＳＯＣが低過ぎる場合は、それ以上のＳＯＣの低下を防ぐ等の対策が必要である。そこで、複数の蓄電器を直列に接続した場合に生じ得る蓄電器間のＳＯＣのバラツキを解消するために、蓄電器に並列に接続されたバイパス抵抗とバイパススイッチから構成されるバランシング回路と、蓄電器の状態を監視する蓄電器制御手段とを実装し、蓄電器制御手段が電圧のバラツキ量に基づいてバランシング回路のバイパススイッチを制御する方法が提案されている。即ち、電圧が高い蓄電器を強制的に放電し、電圧の均等化を行うバランシング方法である。

特開２００４−３１０１２号公報には、組電池の全セルの充電容量の平均値が、セルの充電容量ＳＯＣ−開放電圧Ｖｏ特性における傾き｜ΔＶｏ／ΔＳＯＣ｜が所定値以上の範囲にある場合のみ、組電池の各セルの容量調整条件を決定し、その条件に従って容量調整を行うこと、及び容量調整が中断されたときは、容量調整の残り情報を記憶手段に記憶し、容量調整が可能になったら記憶手段から容量残り情報を読み出して容量調整を再開することが記載されている。

特開２００４−３１０１２号公報

ＰＨＥＶやＥＶに搭載される蓄電器のように広範なＳＯＣで利用される蓄電器の場合、高ＳＯＣ状態で蓄電器間にＳＯＣバラツキが存在する状態で放置されると、劣化バラツキが懸念される。一方、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage：開回路電圧）−ＳＯＣカーブの電池特性上、高ＳＯＣ域で電池情報を取得し、バランシングは継続して終了まで行うのが望ましい。すなわち、バランシングが中断されたときは、中断された状態からバランシングを継続再開し、起動ごとに新規にバランシングを開始することはしない。しかし、常に中断された状態からの継続バランシングを実施すると、電池状態の変化、バイパス抵抗誤差などによって、バラツキが悪化する場合がある。また、より劣化バラツキが懸念される電池状態（高ＳＯＣ等）となった場合でも新規に容量調整条件を取得することができず、良好なバランシングを行うチャンスを逃してしまうという問題がある。

本発明では、蓄電器の情報を用いてバランシングを実施する際に、記憶装置に記憶されている前回のバランシング中断時の情報（旧状態情報）と、今回起動時に取得した蓄電器の情報（新状態情報）のいずれを利用するかを選択し、選択した情報に基づいてバランシングを実行する。

すなわち、本発明の蓄電器制御回路は、記憶装置を有し、直列接続された複数の蓄電器の状態監視及びバランシング制御を行う制御手段を備え、制御手段は、複数の蓄電器の状態をもとに計算したバランシング制御のための情報を前記記憶装置に記憶し、記憶装置に記憶された情報に基づいてバランシング制御を行う。バランシング制御が中断されたとき、制御手段はバランシングに関する中断時の情報を記憶装置に記憶し、中断後にバランシング制御を開始するに際し、複数の蓄電器の状態に関する最新の情報を取得し、記憶装置に記憶された中断時の情報に基づいてバランシング制御を再開するか、最新の情報に基づいてバランシングを新規に開始するかを予め決められた条件に基づいて選択し、バランシングを新規に開始する場合には、取得した最新の情報をもとに計算したバランシング制御のための情報を記憶装置に記憶する。

より具体的な一態様においては、直列接続されて蓄電部を構成する複数の蓄電器群に対応して複数の蓄電器制御手段が設けられ、各蓄電器制御手段は対応する蓄電器群に属する個々の蓄電器の状態の監視及びバランシング制御を行う。監視する蓄電器の状態には、電圧、ＳＯＣ及び温度がある。蓄電部制御手段は、複数の蓄電器制御手段からの情報をもとに複数の蓄電器制御手段を制御する。蓄電部制御手段は、充電状態が所定の充電状態よりも高い蓄電器が存在する蓄電器群の蓄電器制御手段に、当該電器制御手段からの情報をもとに計算したバランシング制御のための情報を送る。蓄電器制御手段は記憶装置を有し、受信した情報を記憶装置に記憶し、記憶装置に記憶された情報に基づいてバランシング制御を行う。

バランシング制御が中断されたとき、蓄電器制御手段はバランシングに関する中断時の情報を記憶装置に記憶する。蓄電部制御手段は、その後、再びバランシング制御を行うとき、各蓄電器制御手段からそれぞれの蓄電器群に属する個々の蓄電器の状態に関する最新の情報を取得する。そして、記憶装置に記憶された中断時の情報に基づいてバランシング制御を再開するか、最新の状態に基づいてバランシングを新規に開始するかを決定する。バランシングを新規に開始する場合には、蓄電部制御手段は、取得した最新の情報をもとに新たに計算したバランシング制御のための情報を対応する蓄電器制御手段に送り、蓄電器制御手段は受信した情報を記憶装置に記憶する。蓄電器制御手段は、いずれの場合においても、記憶装置に記憶されている情報に基づいてバランシング制御を実行する。新旧いずれの情報に基づいてバランシングを行うかの判定条件は、蓄電部制御手段内に保持する。

本発明によると、良好にバランシングを実施することができる。

上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明によるＰＨＥＶの蓄電装置の構成例を示すブロック図。 単電池制御手段の回路構成例を示すブロック図。 ＳＯＣとＯＣＶの相関関係を表す特性図。 放電手段によるＳＯＣの変化の一例を示す図。 組電池制御手段の動作例を説明するフローチャート。 単電池制御手段の動作例を説明するフローチャート。 バランシングが中断されたとき、中断時の情報を用いてバランシングを再開するバランシング制御の様子を示す説明図。 図７において、電池状態が変化した場合のバランシング制御の様子を示す説明図。 本発明の実施例によるバランシング制御の様子を示す説明図。 バッテリ起動時に、バランシング制御を開始する前に実行する処理の一例を示すフローチャート。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。以下の実施例では、プラグインハイブリッド自動車(ＰＨＥＶ)の電源を構成する蓄電装置に対して本発明を適用した場合を例に挙げて説明するが、本発明は、ハイブリッド自動車(ＨＥＶ)、電気自動車(ＥＶ)などの乗用車やハイブリッド鉄道車両といった産業用車両の電源を構成する蓄電装置の蓄電器制御回路にも適用できる。

また、以下の実施例では、蓄電部を構成する蓄電器にリチウムイオン電池を適用した場合を例に挙げて説明するが、蓄電器としては、他にもニッケル水素電池や鉛電池、電気二重層キャパシタ、ハイブリッドキャパシタなどを用いることもできる。なお、以下の実施例中の組電池は蓄電部に、単電池は蓄電器に、単電池群は蓄電器群に、単電池制御手段は蓄電器制御手段に、組電池制御手段は蓄電部制御手段にそれぞれ対応する。単電池制御手段及び組電池制御手段は、回路基板上の集積回路として実現される。また、単電池制御手段と組電池制御手段を合わせたものは、制御手段に対応する。

図１に、本発明の一実施例におけるＰＨＥＶの蓄電装置の構成例を示す。

最初に蓄電装置１００の構成について説明する。蓄電装置１００は、複数の単電池１１１から構成される組電池１１０、単電池１１１の状態を監視する単電池管理手段１２０、蓄電装置１００に流れる電流を検知する電流検知手段１３０、組電池１１０の総電圧を検知する電圧検知手段１４０、及び組電池１１０の制御を行う組電池制御手段１５０を備える。組電池制御手段１５０は、単電池管理手段１２０から送信される単電池１１１の電池電圧や温度、電流検知手段１３０から送信される蓄電装置１００に流れる電流値、電圧検知手段１４０から送信される組電池１１０の総電圧値が入力されており、入力された情報をもとに組電池１１０の状態検知などを行う。また、組電池制御手段１５０が行う処理の結果は、単電池管理手段１２０や車両制御手段２００に送信される。

車両制御手段２００は、組電池制御手段１５０の情報をもとに、蓄電装置１００とリレー３００，３１０を介して接続されるインバータ４００及びリレー３２０，３３０を介して接続される充電器４２０の制御を行う。車両走行中には、蓄電装置１００はインバータ４００と接続され、組電池１１０が蓄えているエネルギーをもとに、モータジェネレータ４１０を駆動する。充電の際には、蓄電装置１００は充電器４２０と接続され、家庭用の電源又は電気スタンドからの電力供給で充電される。

組電池１１０は、電気エネルギーの蓄積及び放出（直流電力の充放電）が可能な複数の単電池１１１（リチウムイオン電池）を電気的に直列に接続して構成される。１つの単電池１１１は、出力電圧が３．０〜４．２Ｖ（平均出力電圧：３．６Ｖ）であり、単電池１１１の開回路電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）とＳＯＣには図３に示すような相関関係があるとした場合を例に挙げて説明するが、これ以外の電圧仕様のものでも構わない。

組電池１１０を構成する単電池１１１は、状態の管理・制御を行う上で、所定の単位数にグループ分けが行われている。グループ分けされた単電池１１１は、電気的に直列に接続され、単電池群１１２ａ，１１２ｂを構成する。所定の単位数は、例えば１個、４個、６個‥‥というように、等区分とする場合もあれば、４個と６個とを組み合わせる、というように、複合区分とする場合もある。また、高電位側の単電池群１１２ａと低電位側の単電池群１１２ｂはスイッチとヒューズが直列接続された保守・点検用のサービスディスコネクタ１８０を介して、電気的に直列に接続される。

組電池１１０を構成する単電池１１１の状態を監視する単電池管理手段１２０は、複数の単電池制御手段１２１ａ，１２１ｂから構成されており、上記のようにグループ分けされた単電池群１１２ａ，１１２ｂに対して１つの単電池制御手段１２１ａ，１２１ｂが割り当てられている。単電池制御手段１２１ａ，１２１ｂは割り当てられた単電池群１１２ａ，１１２ｂからの電力を受けて動作し、単電池群１１２ａ，１１２ｂを構成する単電池１１１の状態を監視及び制御する。

本実施例では、説明を簡単にするために、組電池１１０は合計８個の単電池１１１を備え、４個の単電池１１１を電気的に直列に接続して２つの単電池群１１２ａ，１１２ｂを構成し、さらに単電池群同士をサービスディスコネクタ１８０を介して、電気的に直列に接続するものとした。また、単電池群１１２ａ，１１２ｂには、単電池１１１の状態を監視するための単電池制御手段１２１ａ，１２１ｂがそれぞれ設置されている。

組電池制御手段１５０には、単電池管理手段１２０から出力される単電池１１１の電池電圧や温度の計測値、更には単電池１１１が過充電若しくは過放電であるかの診断結果や単電池管理手段１２０に通信エラーなどが発生した場合に出力される異常信号と、電流検知手段１３０からの電流値と、電圧検出手段１４０から出力される組電池１１０の総電圧値と、上位の制御装置である車両制御手段２００から出力された信号とを含む複数の信号が入力されている。ここで、入力された情報と、予め記憶されている単電池１１１の内部抵抗や、ＳＯＣとＯＣＶの関係（図３）に基づいて、単電池１１１のＳＯＣ演算や、後に説明する放電終了条件を含んだバランシング制御を行うための演算、充放電量を制御するための演算などを実行する。そして、その演算結果やこれに基づく指令を、単電池管理手段１２０や車両制御手段２００に出力する。

組電池制御手段１５０と単電池管理手段１２０は、フォトカプラのような絶縁素子１７０を介して、信号通信手段１６０により信号の送受信を行う。絶縁素子１７０を設けるのは、組電池制御手段１５０と単電池管理手段１２０とで、動作電源が異なるためである。すなわち、単電池管理手段１２０は、組電池１１０から電力をうけて動作するのに対して、組電池制御手段１５０は、車載補機用のバッテリ（例えば１４Ｖ系バッテリ）を電源として用いている。絶縁素子１７０は、単電池管理手段１２０を構成する回路基板に実装してもよいし、組電池制御手段１５０を構成する回路基板に実装してもよい。もちろん、単電池管理手段１２０と組電池制御手段１５０を１つの回路基板に実装してもよい。なお、システム構成によっては、絶縁素子１７０を省略することも可能である。

本実施例における組電池制御手段１５０と、単電池制御手段１２１ａ，１２１ｂとの通信手段について説明する。単電池制御手段１２１ａ，１２１ｂは、それぞれが監視する単電池群１１２ａ，１１２ｂの電位の高い順に従って直列に接続されている。組電池制御手段１５０が送信した信号は、絶縁素子１７０を介して、信号通信手段１６０により単電池制御手段１２１ａに入力される。単電池制御手段１２１ａの出力と単電池制御手段１２１ｂの入力との間も同様に、信号通信手段１６０により接続され、信号の伝送を行う。なお、本実施例では、単電池制御手段１２１ａと単電池制御手段１２１ｂ間は、絶縁素子１７０を介していないが、絶縁素子１７０を介していてもよい。そして、単電池制御手段１２１ｂの出力は、絶縁素子１７０を介して、組電池制御手段１５０の入力を経て、信号通信手段１６０により伝送される。このように、組電池制御手段１５０と、単電池制御手段１２１ａと単電池制御手段１２１ｂは、信号通信手段１６０によりループ状に接続されている。このループ接続は、デイジーチェーン接続あるいは数珠繋ぎ接続若しくは芋づる式接続と呼ぶ場合もある。なお、ここでは単電池制御手段１２１ａと単電池制御手段１２１ｂがループ状に接続された例を示しているが、必ずしもループ状である必要はなく、組電池制御手段１５０と単電池制御手段１２１ａと単電池制御手段１２１ｂが接続されていればどのような形態であってもよい。

図２に、本実施例における単電池制御手段１２１ａ，１２１ｂの回路構成を示す。単電池制御手段１２１ａ，１２１ｂは、バイパス抵抗１２２とバイパススイッチ１２３から構成されるバランシング回路、バイパススイッチ１２３を駆動するＢＳＷ駆動回路１２５、管理対象とする単電池１１１の電池電圧を計測する電圧検出回路１２４、単電池制御手段１２１ａ，１２１ｂを動作させるための電源１２６、組電池制御手段１５０からの情報をもとに単電池制御手段１２１ａ，１２１ｂの制御を行う制御回路１２８、組電池制御手段１５０又は隣り合う単電池制御手段１２１との間で信号の送受信を行う信号入出力回路１２９を有する。

ＥＥＰＲＯＭなどの記憶装置１２７には、予め計測された各単電池の容量、組電池制御手段１５０により演算されたバランシングのための情報等が記憶される。詳細は後述するが、目標ＳＯＣ値に到達するまでに必要な各単電池のバイパス抵抗１２２を介した放電時間が記憶される。バランシング動作が完了前に中断された場合には、記憶装置１２７にバランシング中断時の状態、例えばバランシング開始からの経過時間（放電時間）、バランシング完了までの残り時間、残バランシング容量、単電池毎にバランシングが完了したか否かの情報、バランシング開始時の電池温度等が書き込まれる。なお、ここでは単電池制御手段１２１ａ，１２１ｂに記憶装置１２７を含む構成を示したが、例えば組電池制御手段１５０が含む記憶装置に上記情報を記憶する構成であってもよい。

制御回路１２８は、組電池制御手段１５０から送信された電圧取得命令やバランシング制御に関する情報を、信号入出力回路１２９を介して受信し、電圧検出回路１２４で検出された電池電圧やこれに基づく情報を信号入出力回路１２９に出力する。そして、制御回路１２８は、検出された電池電圧と、記憶装置１２７に記憶されている情報をもとにＢＳＷ駆動回路１２５の制御を行う。

次に、バランシング回路の放電手段について説明する。放電手段は、単電池群１１２を構成する単電池１１１の中で、ＳＯＣの高い単電池１１１を、バイパス抵抗１２２とバイパススイッチ１２３から構成されるバランシング回路を利用して、放電する手段である。つまり、放電の対象となった単電池１１１に並列に接続されたバイパススイッチ１２３をオンにし、バイパス抵抗１２２を用いることで、単電池１１１を強制的に放電させ、目標となるＳＯＣ（目標ＳＯＣ）まで低下させる。ここで、目標ＳＯＣとは、前述したように、組電池１１０を構成する複数の単電池１１１のうち何れかが、過充電となってしまった場合、あるいは単電池群１１２を構成する単電池１１１のＳＯＣに許容限度を超えたバラツキが生じている場合などに、これを解消するために設定される所定のＳＯＣであり、詳細は後述する。なお、本実施例で説明する放電終了条件は、下記に限定されるものではない。

放電終了条件は、単電池１１１の放電に必要な時間を算出し、その結果に基づいて決定する。所定の放電量を確保するのに必要な時間を算出し、算出した時間が経過したら放電を終了とする。このため、単電池制御手段１２１に、算出した時間が経過したかを判断するために、タイマーなどの時間計測手段を設置する。なお、放電終了条件を決定するための算出式の説明は、単電池１１１の個数８個をＮ個、単電池群１１２の個数２個をＭ個、単電池群１１２を構成する単電池１１１の個数４個をＬ個（＝Ｎ／Ｍ）と置き換えて、行うものとする。

まず、組電池無負荷状態におけるすべての単電池１１１のＯＣＶ測定結果から、ＳＯＣとＯＣＶの相関関係に基づいてＳＯＣを推定し、各単電池１１１のＳＯＣと目標ＳＯＣとの差ΔＳＯＣを以下の式(1)に従って求める。

求めたΔＳＯＣより、調整に必要な時間ｔを以下の式(2)から求める。

ここで、Ｑmaxは、単電池１１１の満充電容量[Ａｈ]を、Ｉ_Bは、バイパス抵抗に流れるバイパス電流 [Ａ]を、Ｘは単電池群を構成する単電池１１１の番号を表す。上記調整時間ｔが、それぞれの単電池の放電終了条件となる。式(2)の結果に基づいて、放電対象の単電池１１１を放電させ、所定の放電量を確保するのに必要な時間が経過したとき、放電を終了する。なお、調整時間ｔの代わりに各単電池１１１のバランシング容量ΔＳＯＣ×Ｑmax[Ａｈ]を求めておき、そこから単位時間毎に放電量[Ａｈ]を減算し、バランシング容量が０[Ａｈ]以下となることを放電終了条件としてもよい。

放電手段によるＳＯＣの変化の一例を図４により説明する。図の例では、放電手段は、単電池群１１２を構成する単電池１１１の電池電圧が、単電池群１１２ごとに設定された目標値と、全て一致するようにバランシング回路を利用してＳＯＣの高い単電池１１１を放電させる。図示した例の場合、単電池群１１２ａの目標ＳＯＣはＡ、単電池群１１２ｂの目標ＳＯＣはＢである。従って、図４のように単電池群１１２を構成する単電池１１１の中で放電対象となった単電池１１１のＳＯＣが低下し、単電池群１１２を構成する全ての単電池１１１のＳＯＣが目標値と一致したとき放電を終了する。なお、全ての単電池群１１２に設定される目標ＳＯＣを、最も低い目標ＳＯＣ、図４の場合にはＢに合わせてバランシングを行うと、組電池１１０を構成する全ての単電池１１１のＳＯＣをＢに一致させることができる。

続いて、本実施例における組電池制御手段１５０の放電終了条件を決定する動作の流れを、図５のフローチャートに基づいて説明する。図５は、車両の走行中又は充電中における組電池制御手段１５０の動作フロー図である。

まず、ステップ１１で、全ての単電池１１１の無負荷時若しくは電流が微弱で無負荷時とみなせる場合の電圧（ＯＣＶ）を取得する。ＯＣＶは図３の関係を用いてＳＯＣに変換される。次にステップ１２へ進み、単電池群１１２を構成する単電池１１１のＳＯＣと、目標とするＳＯＣにバラツキがあるかを判定する。バラツキがあると判定されれば、ステップ１３へ進む。

ステップ１３では、バイパス抵抗１２２とバイパススイッチ１２３からなるバランシング回路を利用した放電手段の放電終了条件を決定し、ステップ１４で放電終了条件を単電池制御手段１２１に送信する。

次に、本実施例における単電池制御手段１２１の放電手段の動作の流れを、図６のフローチャートに基づいて説明する。図６は、車両の走行中若しくは充電中における単電池制御手段１２１の動作を説明するフローチャートである。

まず、ステップ２１で単電池制御手段１２１は、組電池制御手段１５０から送信された放電終了条件を受信し、受信した放電終了条件を記憶装置１２７に記憶する。次に、ステップ２２へ進み、バイパス抵抗１２２とバイパススイッチ１２３からなるバランシング回路を利用して、放電対象となった単電池１１１からの放電を開始する。なお、放電は必ずしも連続である必要はなく、パルス信号やデューティ制御などを用いて断続的に行ってもよい。その場合、調整時間ｔもしくは調整放電量ΔＳＯＣ×Ｑmaxは、放電している時間や放電量のみを積算して判定する。

ステップ２３では、単電池群１１２を構成する全ての単電池の放電が終了したかを判定する。終了したと判定されれば、単電池制御手段１２１は処理を終了する。ステップ２３の判定で全ての単電池１１１の放電が終了していないと判定された場合には、ステップ２４へ進み、放電終了条件を満たした単電池１１１があるかを判定する。放電が終了した単電池１１１があれば、ステップ２５に進み、放電が終了した単電池１１１から順番にバイパススイッチ１２３をオフにする。その後、ステップ２３に戻り、単電池群１１２を構成する全ての単電池１１１の放電が終了するまで処理を続ける。

以上は、一般的なバランシング制御の説明である。ここで、組電池１１０を構成している各単電池１１１の電池容量には個体差によって多少のバラツキがあるが、組電池１１０の充電直後など高ＳＯＣ領域においてＳＯＣバラツキがある状態で長時間使用・放置すると、電池が劣化することにより更に容量バラツキが拡大する。本実施例では、高ＳＯＣ領域での劣化による容量バラツキ拡大を防ぐためにバランシング制御を行う。例えば、高ＳＯＣ領域において、ＳＯＣの値が最低の単電池を基準に、その単電池のＳＯＣより０．５％以上高いＳＯＣを有する単電池をバランシング対象単電池として選定する。そして、バランシング対象単電池のＳＯＣを最低ＳＯＣに一致させるために必要な放電量、及び放電時間を上記の式(1)、(2)によって計算し、計算によって決定された放電時間だけ対応する単電池１１１に付随するバイパススイッチ１２３をオンにし、バイパス抵抗１２２を介して放電させる。こうして、バランシング後の単電池ＳＯＣのバラツキを０．５％に抑える。バランシングの完了前に車両がキー・オフ（メインスイッチ・オフ）されるとバランシングが中断されるが、その時は、バランシング中断時の途中情報、すなわちバランシング開始からの経過時間、あるいは各単電池の残り放電時間、残容量などを記憶装置１２７に記憶し、組電池制御手段１５０を停止する。次回、車両がキー・オン（メインスイッチ・オン）されると、記憶装置１２７から前回中断時に記憶したバランシング途中情報を読み出し、その情報に基づいてバランシングを再開継続する。

図７は、バランシングが中断されたとき、中断時の情報を用いてバランシングを再開するバランシング制御の様子を示す説明図である。横軸は時間、縦軸はＳＯＣである。図には、個体差に基づく容量大の単電池のＳＯＣ変化を実線で示し、容量小の単電池のＳＯＣ変化を破線で示した。説明を簡単にするため、区間（Ｔ１，Ｔ２）、区間（Ｔ３，Ｔ４）は車両が走行中であり、組電池制御手段１５０（図ではシステムと記述）が動作しているものとする。また、区間（Ｔ５，Ｔ６）は充電中であり、組電池制御手段１５０が動作しているものとする。その間の区間（Ｔ２，Ｔ３）及び区間（Ｔ４，Ｔ５）では、組電池制御手段１５０は停止しているものとする。時刻Ｔ１の初期状態は、充電が終了した状態であるとする。バランシング制御は、組電池制御手段１５０が動作中の時間に実行される。

時刻Ｔ１のＳＯＣから分かるように、全ての単電池１１１は直列接続されていて同じ充電電流で充電されるため、充電終了後の初期状態では、破線で示す容量の小さい単電池の方が実線で示す容量の大きな単電池よりＳＯＣが高くなり、ＳＯＣに矢印で示すようなバラツキが生じている。このようにＳＯＣが高い領域でバラツキの存在を放置すると、単電池の劣化により容量バラツキが拡大するため好ましくない。そこで、ＳＯＣが高いとき、例えば単電池群１１２を構成する複数の単電池１１１の平均ＳＯＣが７５％以上のとき、バランシングを開始する。いま、時刻Ｔ１で新規にバランシングを開始したとする。バランシングの開始に当たっては、前述のように、組電池１１０が無負荷とみなせる状態で測定したＯＣＶから換算して得た各単電池１１１のＳＯＣを目標値に調整して均一化するのに必要な放電量、及びその放電量をバイパス抵抗１２２を介して放電させるのに必要な時間を計算し、それを記憶装置１２７（図ではメモリと記述）に記憶する。その後、記憶した単電池毎の放電時間に基づいてバランシング制御を開始する。

時刻Ｔ２で車両が停止し、キー・オフされると、組電池制御手段１５０はバランシング動作を中断させ、そのときのバランシング情報を記憶装置１２７に記憶させてから、動作を停止する。記憶装置１２７に記憶する情報は、例えば、バランシング開始からの経過時間（放電時間）、あるいは単電池毎に計算されたＳＯＣ調整に必要な放電時間からその経過時間を差し引いた残りの調整時間である。時刻Ｔ３で車両が再びキー・オンされ、組電池制御手段１５０が動作すると、組電池制御手段１５０は記憶装置１２７からバランシング中断時の途中情報を読み出し、その情報を利用してバランシングを再開する。再び時刻Ｔ４に車両が停止し、キー・オフされると、組電池制御手段１５０は中断時のバランシング途中情報、すなわちバランシング開始からの経過時間、あるいは単電池毎の残り時間を記憶装置１２７に記憶させてから動作を停止する。同じ放電電流では、破線で示した容量の小さい単電池の方が実線で示した容量の大きな単電池よりＳＯＣの低下速度が速く、時刻Ｔ４では容量の大きな単電池と小さな単電池のＳＯＣの大小関係が時刻Ｔ１のときと逆転している。更に、時刻Ｔ５で蓄電装置１００が充電器４２０に接続され、組電池制御手段１５０が動作を再開すると、再び記憶装置１２７から時刻Ｔ４で中断したバランシング途中情報を読み出す。そして、その情報を利用して中断した状態からバランシングを再開する。その結果、充電終了時である時刻Ｔ６には、高ＳＯＣ領域で容量の異なる単電池のＳＯＣがそろい、単電池の劣化による容量バラツキの拡大が防止される。

図７には理想的な状態を示した。しかし、常にバランシング途中情報を利用してバランシングを継続再開すると、電池状態の変化などによって、ＳＯＣのバラツキが悪化する場合がある。また電池が交換された場合も、バランシング途中情報が実際の電池状態と整合しないため、ＳＯＣのバラツキを悪化させる原因となる。例えば、図８に示すように、時刻Ｔ１に存在していた矢印のＳＯＣバラツキを解消すべく新規にバランシングを開始したとする。あとは、図７の場合と同様に、時刻Ｔ２，Ｔ４などでキー・オフされたときにバランシング中断時の途中情報を記憶装置１２７に記憶しておき、時刻Ｔ３，Ｔ５などのキー・オン時に、記憶装置１２７に記憶されたバランシング途中情報を用いてバランシングを再開したとする。バランシング中断時の途中情報を引き継いでバランシングを継続する方法は、バランシング中断時と再開時で各単電池のＳＯＣが変化しないことが前提である。ここで、時刻Ｔ２からＴ３の組電池制御手段１５０停止中に、何らかの原因で電池状態が変化したとすると、時刻Ｔ３でバランシングを再開したときの単電池のＳＯＣが時刻Ｔ２でバランシングを中断したときのＳＯＣと異なってしまう。そのため、時刻Ｔ５の状態に示すように、高ＳＯＣ状態で単電池間のＳＯＣバラツキを解消することができない。

そこで、本実施例では、記憶装置１２７に記憶された前回のバッテリ起動時のバランシングによる単電池の旧状態情報と、今回のバッテリ起動によって得られた単電池の新状態情報のいずれの情報を用いるかを判定する判定部を組電池制御手段１５０に設けた。そして、今回のバッテリ起動においてバランシングを開始するにあたり、そのバランシングを、旧状態情報に基づいて行うか、新状態情報に基づいて行うかを判定部によって決定する。今回のバッテリ起動時、組電池制御手段１５０は、単電池制御手段１２１から現在の各単電池１１１のＳＯＣを再取得し、再取得したＳＯＣに基づいて、ＳＯＣ調整に必要な各単電池１１１のバイパス抵抗１２２を介した放電時間を計算する。判定部は、格納されている判定条件と照合して、電池のＳＯＣが前回バランシング中断時から所定量以上乖離していると推定される場合には、現在のＳＯＣから計算された放電終了条件の情報を記憶装置１２７に上書きする。そうでなければ、記憶装置１２７に記憶されているバランシング中断時の途中情報を利用してバランシングを再開させる。このように、現在の各単電池１１１の状態情報と、前回バランシング中断時の各単電池１１１の旧状態情報のいずれかを選択してバランシング制御を実施することにより、組電池制御手段１５０停止中に電池状態などの変化があっても、良好にＳＯＣの均等化を行うことが可能になる。

図９は、記憶装置１２７に記憶された前回のバッテリ起動時のバランシングによる単電池１１１の旧状態情報と、今回のバッテリ起動時に得られた単電池１１１の新状態情報とのいずれを用いるかの判定を行った場合のバランシング制御の例を示す説明図である。図１０は、バッテリ起動時に、バランシング制御を開始する前に実行する処理の一例を示すフローチャートである。

時刻Ｔ１にバランシングを新規に開始し、時刻Ｔ２でキー・オフされたとき、組電池制御手段１５０がバランシング動作を中断し、そのときのバランシング途中情報を記憶装置１２７に記憶してから動作を停止するまでは、図７の場合と同じである。次に、時刻Ｔ３で車両がキー・オンされ、組電池制御手段１５０が動作すると、組電池制御手段１５０は最初に図１０に示した処理を実行する。即ち、ステップ３１において、単電池１１１のＯＣＶを取得し、それから図３の関係を用いてＳＯＣを求める。次にステップ３２に進み、今回取得した最新のＳＯＣ情報に基づいてバランシング制御を新規に開始すべきか、記憶装置１２７に記憶されているバランシングの途中情報を用いて中断したバランシングを再開すべきかの判定を行う。

この判定において、以下のような条件を満たす場合には、新たに取得した単電池１１１のＳＯＣに基づいて新規にバランシング制御を開始する。

（１）新規に取得した各単電池ＳＯＣのうち、最高ＳＯＣが予め定めた所定値以上のとき。

最高ＳＯＣの値は、電池の劣化が促進されるＳＯＣ領域や、ＰＨＥＶやＥＶでユーザーがどの程度のＳＯＣ領域まで充電するかを勘案して決定すればよいが、例えば７０％以上とすればよい。

これは、ＳＯＣが高い領域では電池の劣化が激しいため、ＳＯＣがそのような高い領域にある場合には、各単電池のＳＯＣを均等化しＳＯＣバラツキを避けるのが好ましいためである。逆に、ＳＯＣが低いところでＳＯＣを均等化しても、充電によってＳＯＣが高い状態になると均等化が崩れる。従って、最高ＳＯＣが所定値以上の場合には、最新の情報に基づいてバランシングを実行する。この条件により、ＳＯＣが高い領域でのバラツキを検知してバランシングするため、電池劣化を良好に抑えることができる。なお、ＳＯＣを高精度に検出するために、図３のＳＯＣ−ＯＣＶ特性を用いて、傾き｜ΔＯＣＶ／ΔＳＯＣ｜が所定値以上という条件としてもよい。

（２）残バランシング容量／開始時の全バランシング容量が所定値以下のとき。

バランシング容量とは、単電池のＳＯＣと目標ＳＯＣとの差ΔＳＯＣと、単電池の満充電容量Ｑmaxとの積 ΔＳＯＣ×Ｑmax である。前回キー・オフ時までに全バランシング容量のどの程度が完了した場合に、新規にバランシングを開始すべきかは、全バランシング容量のバランシング完了までにかかる時間や、ユーザーが車両を使用する頻度、電池の自己放電特性のバラツキ、各単電池が接続されている回路の暗電流のバラツキ等を考慮して決定すればよいが、例えば全バランシング容量の８０％が完了している場合に、ステップ３１で取得したＳＯＣに基づいて新規にバランシングを開始するようにすればよい。

これは、中断時の情報を用いてバランシングを継続し続けると、その間の環境の変化、電池特性の変化、バランシング精度の誤差が増加してしまい、均等化が正しく行われずにバラツキが拡大してしまう恐れがあるためである。この判定基準に基づいて、バランシング工程が完了に近づいていた場合には、新規にバランシングを開始することでバランシング精度の悪化、バラツキ拡大を防ぐことが可能になる。

（３）前回のバランシング開始時から所定時間（所定日数）が経過しているとき、あるいはバランシング開始時から所定キーサイクル回数が経過しているとき。

前回のバランシング開始時からどの程度の時間（日数）が経過したら新規にバランシングを開始すべきかは、全バランシング容量のバランシング完了までにかかる時間や、ユーザーが車両を使用する頻度、電池の自己放電特性のバラツキ、各単電池が接続されている回路の暗電流のバラツキ等を考慮して決定すればよいが、例えば前回のバランシング開始時から３０日が経過している場合に、ステップ３１で取得したＳＯＣに基づいて新規にバランシングを開始するようにすればよい。

これは、中断時の情報を用いてバランシングを継続し続けると、その間の環境の変化、電池特性の変化、バランシング精度の誤差が増加してしまい、均等化が正しく行われずにバラツキが拡大してしまう恐れがあるためである。この判定基準に基づいて、前回のバランシング開始時から所定時間（所定日数）、あるいはバランシング開始時から所定キーサイクル回数時間（所定日数）が経過した場合には、新規にバランシング開始することでバランシング精度の悪化、バラツキ拡大を防ぐことができる。

（４）前回バランシングの残バランシング対象単電池数よりも、新規に計算した今回のバランシング対象単電池数が多いとき。

これは、上記（３）と同じ問題を回避するためであるが、特に、電池特性の変化（微小短絡などによる単電池の電圧低下）や、バランシング精度の誤差によるバラツキ拡大を防ぐためである。この判定基準に基づいて、電池特性の変化があった場合には最新の情報に基づいて新規にバランシングを開始することで、バランシング精度の悪化やバラツキ拡大を防ぐことができる。

（５）記憶装置に記憶されている残バランシング容量よりも、新規に計算した今回のバランシング容量が多いとき。

これは、上記（４）と同じ問題を回避するためである。この判定基準に基づいて、電池特性の変化があった場合には最新の情報に基づいて新規にバランシングを開始することで、バランシング精度の悪化やバラツキ拡大を防ぐことができる。

（６）各単電池の残バランシング容量の最大値よりも、新規に計算した今回の各単電池のバランシング容量の最大値が大きいとき。

これは、上記（４）と同じ問題を回避するためである。この判定基準に基づいて、電池特性の変化があった場合には最新の情報に基づいて新規にバランシングを開始することで、バランシング精度の悪化やバラツキ拡大を防ぐことができる。

（７）バランシング開始時の温度バラツキ（電池温度、周囲温度）よりも、新規にＳＯＣを取得した今回の温度バラツキが少ないとき。

これは、温度によって電池特性は異なるため、温度バラツキがあると、その時点でのＳＯＣバラツキ（ＯＣＶバラツキ）は真のバラツキでない可能性があるためである。この判定基準によると、温度バラツキがより少ない状態の電池情報に基づいて新規にバランシング開始するため、均等化を良好に行うことができる。

（８）前回バランシング開始時の平均ＳＯＣより、新規に取得した平均ＳＯＣの方が高いとき。

これは、ＳＯＣが高い領域では電池劣化が激しいため、その領域での電圧バラツキは早期に均等化したいためである。逆に、ＳＯＣが低いところで均等化しても、充電によってＳＯＣが高い状態になると均等化が崩れてしまう。この判定基準によると、ＳＯＣがより高い領域で新規にバランシング開始するため、均等化を良好に行うことができる。

（９）制御手段（単電池管理手段１２０又は単電池制御手段１２１又は組電池制御手段１５０）又は電池が交換されたとき。

これは、前記制御手段又は電池が交換された場合には、記憶装置１２７に記憶されている情報が実際の電池の状態と相違し、バラツキを拡大させる恐れがあるためである。この判定基準によると、前記制御手段又は電池が交換された場合でも、バラツキ拡大を防いで均等化を良好に行うことができる。

なお、前回キー・オフから所定時間が経過していない場合には、記憶装置１２７に記憶された情報に基づいてバランシングを再開する。所定時間は電池の分極特性やそのバラツキを考慮して決めれば良く、例えば数分〜数時間である。これは、放置時間が短い場合、分極の影響などにより電池の状態が安定していない。このときに新規にバランシング開始すると、正確でない電池バラツキを検知する可能性あるためである。この基準によると、電池状態が安定してないときに取得したＳＯＣに基づいてバランシング開始するのを防ぐことができ、バランシング精度の悪化、バラツキ拡大を防ぐことができる。

また、記憶装置１２７に記憶されている情報に対する乖離が単電池容量の個体差から想定される範囲である場合には、新規にバランシングを開始せず、記憶装置１２７に記憶された途中情報を用いてバランシングを再開する。

図９及び図１０に戻って、ステップ３２の判定がＮＯ、すなわちステップ３１で新たに取得した情報に基づいて新規にバランシングを開始する場合には、ステップ３３に進み、新たに求めたＳＯＣを用い、上記式(1)(2)に従って放電終了条件を計算する。そして、ステップ３４で、計算した放電終了条件を各単電池制御手段１２１に送信する。

単電池制御手段１２１は、図６に示した手順に従い、ステップ２１において、送信された放電終了条件を受信し、記憶装置１２７に上書き記憶する。その後は、先に説明したように、各単電池１１１が放電終了条件を満たすまで、バイパススイッチ１２３を開閉制御し、バイパス抵抗１２２を介した放電を継続させる。

以上説明したように、本実施例によると、継続再開バランシングにおいて、新／旧の電池状態情報のいずれかを選択してバランシングを実施することにより、電池状態の変化、バイパス抵抗誤差などによるバラツキ悪化を抑えることが可能である。また、より良い電池状態（高ＳＯＣ等）となった場合に新規に容量調整条件を取得することができ、良好なバランシングを行うことが可能になる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部や全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、又はＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

１００…蓄電装置
１１０…組電池
１１１…単電池
１１２…単電池群
１２０…単電池管理手段
１２１…単電池制御手段
１２２…バイパス抵抗
１２３…バイパススイッチ
１２４…電圧検出回路
１２５…ＢＳＷ駆動回路
１２６…電源回路
１２７…記憶装置
１２８…制御回路
１２９…信号入出力回路
１３０…電流検知手段
１４０…電圧検知手段
１５０…組電池制御手段
１６０…信号通信手段
１７０…絶縁素子
２００…車両制御手段
４００…インバータ
４１０…モータジェネレータ
４２０…充電器

Claims (11)

1. 記憶装置を有し、直列接続された複数の蓄電器の状態監視及びバランシング制御を行う制御手段を備え、
   前記制御手段は、前記複数の蓄電器の状態をもとに計算したバランシング制御のための情報を前記記憶装置に記憶し、前記記憶装置に記憶された情報に基づいてバランシング制御を行い、
   前記バランシング制御が中断されたとき、前記制御手段はバランシングに関する中断時の情報を前記記憶装置に記憶し、中断後にバランシング制御を開始するに際し、前記複数の蓄電器の状態に関する最新の情報を取得し、前記記憶装置に記憶された前記中断時の情報に基づいてバランシング制御を再開するか、前記最新の情報に基づいてバランシングを新規に開始するかを予め決められた条件に基づいて選択し、前記バランシングを新規に開始する場合には、前記取得した最新の情報をもとに計算したバランシング制御のための情報を前記記憶装置に記憶することを特徴とする蓄電器制御回路。
2. 請求項１に記載の蓄電器制御回路において、前記制御手段は、前記中断後にバランシング制御を開始するに際し、取得した各蓄電器のＳＯＣのうち最高のＳＯＣが所定値以上のときは、バランシングを新規に開始することを選択することを特徴とする蓄電器制御回路。
3. 請求項１に記載の蓄電器制御回路において、前記制御手段は、前記中断後にバランシング制御を開始するに際し、残バランシング容量／開始時の全バランシング容量が所定値以下のときは、バランシングを新規に開始することを選択することを特徴とする蓄電器制御回路。
4. 請求項１に記載の蓄電器制御回路において、前記制御手段は、前記中断後にバランシング制御を開始するに際し、前回のバランシング開始時から所定時間が経過しているとき、又はバランシング開始時から所定キーサイクル回数が経過しているときは、バランシングを新規に開始することを選択することを特徴とする蓄電器制御回路。
5. 請求項１に記載の蓄電器制御回路において、前記制御手段は、前記中断後にバランシング制御を開始するに際し、前回バランシングの残バランシング対象蓄電器数よりも、新規に計算した今回のバランシング対象蓄電器数が多いときは、バランシングを新規に開始することを選択することを特徴とする蓄電器制御回路。
6. 請求項１に記載の蓄電器制御回路において、前記制御手段は、前記中断後にバランシング制御を開始するに際し、前記記憶装置に記憶されている残バランシング容量よりも、新規に計算したバランシング容量が多いときは、バランシングを新規に開始することを選択することを特徴とする蓄電器制御回路。
7. 請求項１に記載の蓄電器制御回路において、前記制御手段は、前記中断後にバランシング制御を開始するに際し、各蓄電器の残バランシング容量の最大値よりも、新規に計算した各蓄電器のバランシング容量の最大値が大きいときは、バランシングを新規に開始することを選択することを特徴とする蓄電器制御回路。
8. 請求項１に記載の蓄電器制御回路において、前記制御手段は、前記中断後にバランシング制御を開始するに際し、バランシング開始時の温度バラツキよりも今回の温度バラツキが少ないときは、バランシングを新規に開始することを選択することを特徴とする蓄電器制御回路。
9. 請求項１に記載の蓄電器制御回路において、前記制御手段は、前記中断後にバランシング制御を開始するに際し、前回バランシング開始時の平均ＳＯＣより新規に取得した平均ＳＯＣの方が高いときは、バランシングを新規に開始することを選択することを特徴とする蓄電器制御回路。
10. 請求項１に記載の蓄電器制御回路において、前記制御手段は、前記中断後にバランシング制御を開始するに際し、前記蓄電器、又は前記制御手段の一部又は全部が交換されたときは、バランシングを新規に開始することを選択することを特徴とする蓄電器制御回路。
11. 請求項１に記載の蓄電器制御回路において、前記制御手段は、前記中断後にバランシング制御を開始するに際し、前回のキー・オフから所定時間が経過していないときは、前記記憶装置に記憶された前記中断時の情報に基づいてバランシング制御を再開することを選択することを特徴とする蓄電器制御回路。

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