JP5696028B2 - 電池制御装置および蓄電装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の二次電池が電気的に接続されてなる組電池に流れる電流を制御する電池制御装置およびこの電池制御装置を備えた蓄電装置に関する。

ハイブリッド電気自動車や純粋な電気自動車に搭載される蓄電装置は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の多数の二次電池（単電池）が接続されてなる組電池と、組電池に流れる電流を制御する電池制御装置とを備えている。蓄電装置は車両の運転にしたがって充電と放電とを繰り返し行う。二次電池は、充放電の際、内部抵抗に起因した発熱が生じ、温度が上昇するほど、容量減少等の寿命に関する性能劣化が起こりやすくなる。二次電池の温度上昇は、電池寿命の観点からできるだけ小さくすることが望ましい。

蓄電装置では、二次電池の温度上昇を抑えるために、電流を制限する制御が行われることがある。特許文献１には、組電池に流れる電流を二乗し、さらにその値を時系列にしたがって積算して得られた電流二乗積算値に基づいて、組電池から放電される電流を制限する制御を行う電流制御装置が記載されている。

特開２００６−１４９１８１号公報

二次電池は、内部抵抗に起因して発熱するとともに、充放電の際の化学反応により発熱あるいは吸熱する。たとえば、リチウムイオン電池における放電反応は発熱反応であり、充電反応は吸熱反応である。ニッケル水素電池における放電反応は吸熱反応であり、充電反応は発熱反応である。つまり、二次電池の発熱量は充電時と放電時とで異なる。

しかしながら、特許文献１に記載の電流制御装置を車両に搭載される蓄電装置に適用した場合、蓄電装置では充電と放電とが頻繁に切り替えられるにもかかわらず、特許文献１に記載の電流制御装置では充放電時の発熱量の違いについては考慮されていないため、過度な電流制限制御が行われて、二次電池の性能を十分に発揮できないという問題がある。

請求項１に係る発明は、複数の単電池が接続されてなる組電池に流れる電流を制御する電池制御装置であって、組電池に流れる充放電電流を検出する電流検出手段と、単電池の充電時の発熱量と放電時の発熱量との比に基づいて予め決定された重み係数により、電流検出手段で検出された充放電電流に重み付けを行い、重み付けられた充放電電流を時間積分する時間積分手段と、時間積分手段で時間積分された電流積分値に基づいて組電池に流れる電流を制限する制御を行う電流制限制御手段とを備え、電流制限制御手段は、電流積分値を所定時間ごとに所定の閾値と比較し、電流積分値が所定の閾値よりも大きい場合に、組電池に流れる電流を制限する制御を行うことを特徴とする電池制御装置である。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の電池制御装置において、時間積分手段は、組電池が充電状態にあるのか、放電状態にあるのかを判定する充放電判定手段と、充放電判定手段により組電池が充電状態にあると判定されると、電流検出手段により検出された充電電流に充電時用の重み係数により重み付けを行い、充放電判定手段により組電池が放電状態にあると判定されると、電流検出手段により検出された放電電流に放電時用の重み係
数により重み付けを行う重み付け手段とを含んで構成され、単電池は、放電時には発熱反応が生じ、充電時には吸熱反応が生じる構成とされ、充電時用の重み係数は、放電時用の重み係数よりも小さいことを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の電池制御装置において、単電池の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、電流制限制御手段は、温度検出手段により検出された電池温度に基づいて閾値を決定することを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電池制御装置と、組電池とを備えることを特徴とする蓄電装置である。

本発明によれば、充電時と放電時との発熱量を考慮して電流制限の制御が行われるため、精度よく電流制限の制御を行うことができる。その結果、二次電池の性能を効果的に発揮させることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る電池制御装置を組み込んだ蓄電装置を備えたハイブリッド電気自動車用の駆動システムの構成例を示す図。 単電池の充放電発熱比を示す図。 積分時間と閾値との関係を示す図。 本発明の第１の実施の形態に係る電池制御装置による処理動作を示したフローチャート。 本発明の第１の実施の形態に係る電池制御装置による処理動作を示したフローチャート。 時間と出力制限値との関係を示す図。 本発明の第２の実施の形態に係る電池制御装置を組み込んだ蓄電装置を備えたハイブリッド電気自動車用の駆動システムの構成例を示す図。 電池温度と閾値との関係を示す図。 本発明の第２の実施の形態に係る電池制御装置による処理動作を示したフローチャート。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。以下に説明する実施の形態は、本発明による電池制御装置を備えた蓄電装置を、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）に搭載した場合の例である。以下の実施形態では、制御の最小単位となる蓄電・放電デバイスとして３．０〜４．２Ｖ（平均出力電圧：３．６Ｖ）の範囲に電圧を持つリチウムイオン電池を想定しているが、それ以外でもＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）の高すぎる場合（過充電）や低すぎる場合（過放電）に使用を制限するような、電気を蓄え放電可能なデバイスであれば何でもよく、本明細書では、それらを総称して単電池と呼ぶ。以下に説明する実施形態では、単電池を複数個（概ね数個から十数個）直列に接続したものをセルグループと呼び、セルグループを複数個直列または直並列に接続したものを電池システムと呼ぶ。セルグループおよび電池システムを総称して組電池と呼ぶ。

−第１の実施の形態−
図１を参照して、本発明による蓄電装置をハイブリッド電気自動車用駆動システムに適用した例について説明する。

蓄電装置１００Ａは、リレー６００，６１０を介してインバータ７００に接続され、インバータ７００はモータ８００に接続されている。車両の発進・加速時には蓄電装置１００Ａから放電電力がインバータ７００を通じてモータ８００に供給され、モータ駆動力により図示されないエンジンがアシストされる。車両減速時には、モータ８００からの回生電力がインバータ７００を通じて蓄電装置１００Ａに充電される。図示しないが、インバータ７００は複数の半導体スイッチング素子を備えたインバータ回路と、半導体スイッチング素子のゲート駆動回路と、ゲート駆動回路をＰＷＭ制御するパルス信号を発生するモーターコントローラとを備えている。

蓄電装置１００Ａは、電池システム１０４と、セルコントローラ２００と、バッテリコントローラ５００と、電池システム１０４に流れる充放電電流を検出する電流センサ５０３とを含んで構成されている。電池システム１０４は複数のセルグループ１０２が直列または直並列に接続されてなり、各セルグループ１０２は複数の単電池１０１が直列接続されてなる。

セルコントローラ２００は、セルコントローラＩＣ３０１を複数備えている。セルコントローラＩＣ３０１は、セルグループ１０２ごとに設けられ、セルコントローラＩＣ３０１とセルグループ１０２とは電圧検出線により接続されている。各セルコントローラＩＣ３０１は、各単電池１０１の電圧を検出し、セル電圧のバランシング動作を行う。

バッテリコントローラ５００は、絶縁素子群４００を介して複数のセルコントローラＩＣ３０１と通信を行って、セルコントローラＩＣ３０１の動作を制御する。

バッテリコントローラ５００は、マイクロコンピュータ５０４と、電池システム１０４の総電圧を検出する総電圧検出回路５０１と、電流センサ５０３に接続された充放電電流検出回路５０２とを備えている。電流センサ５０３により検出された充放電電流は、充放電電流検出回路５０２を介してマイクロコンピュータ５０４に入力される。マイクロコンピュータ５０４は、セルコントローラ２００、インバータ７００および上位コントローラである車両制御システムとの通信を行って、バッテリコントローラ５００の全体の制御を行う。

バッテリコントローラ５００は、セルコントローラ２００が全単電池１０１のＯＣＶ（開路電圧）測定を行う指令を絶縁素子群４００を介して送信する。測定された各単電池１０１のＯＣＶのデータは、セルコントローラ２００からセルグループ１０２単位で絶縁素子群４００を介して、バッテリコントローラ５００に送信される。バッテリコントローラ５００は受信した各単電池１０１のＯＣＶをＳＯＣ（充電状態）に変換し、全単電池１０１のＳＯＣの偏差を算出する。ＳＯＣの偏差が所定の値、たとえば全単電池１０１のＳＯＣの平均よりも大きい単電池１０１がバランシング放電を行う対象となる。バランシング放電の対象となった単電池１０１のＳＯＣの偏差が０となるまでの時間が計算され、この時間だけセルコントローラＩＣ３０１内のバランシングスイッチをオンとする制御動作を行う指令が、バッテリコントローラ５００からセルコントローラ２００に送られ、バランシング対象の単電池１０１のバランシング放電が行われる。

各単電池１０１のＯＣＶから、電池システム１０４のＳＯＣが算出（算出方法は省略）された後、上位コントローラである車両制御システムによりリレー６００とリレー６１０とがオンされると、蓄電装置１００Ａがインバータ７００に接続される。蓄電装置１００Ａがインバータ７００に接続されると、インバータ７００が車両制御システムからの充放電指令を受けて動作し、インバータ７００によりモータ８００が駆動されるとともに、蓄電装置１００Ａの充放電動作が行われる。

リレー６００およびリレー６１０がオンされ、蓄電装置１００Ａの充放電動作が開始されると、バッテリコントローラ５００は一定時間ごとに充放電電流と総電圧を測定する。得られた総電圧と充放電電流の値から、バッテリコントローラ５００は組電池の充電状態（ＳＯＣ）と電池の内部抵抗（ＤＣＲ）をリアルタイムに算出（算出方法は省略）する。バッテリコントローラ５００は、ＳＯＣとＤＣＲとから電池システム１０４が充放電可能な電流あるいは電力をリアルタイムに算出して、インバータ７００に送信し、インバータ７００はその範囲内で充放電電流あるいは電力を制御する。

マイクロコンピュータ５０４は、上記したように、バッテリコントローラ５００の全体の制御を行うものであり、ＣＰＵや記憶部５４５であるＲＡＭやＲＯＭ、その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成される。マイクロコンピュータ５０４は、電流制限制御を実行するために、充放電判定部５４１と、時間積分部５４２と、条件判定部５４３と、電流制限指令部５４４とを機能的に備えている。

本実施の形態では、単電池１０１は、放電時には発熱反応が生じ、充電時には吸熱反応が生じる構成とされたリチウムイオン電池を想定している。マイクロコンピュータ５０４は、電池システム１０４の充放電状態を判定して、充電時と放電時とで異なる重み係数を充放電電流に乗算し、重み付けられた充放電電流を時間積分することで電流積分値Ｓ_ｎを演算し、電流積分値Ｓ_ｎが所定の閾値Ｕｓ_ｎよりも大きい場合に電池システム１０４に流れる充放電電流を制限する制御を実行する構成とされている。以下、具体的に説明する。

充放電判定部５４１は、電流センサ５０３により検出された電流の方向に基づいて、電池システム１０４が充電状態にあるのか、放電状態にあるのか、あるいは電池システム１０４がインバータ７００に接続されていないかを判定する。充放電判定部５４１は、検出された電流Ｉが０であるとき（Ｉ＝０）には電池システム１０４がインバータ７００に接続されていないと判定する。充放電判定部５４１は、検出された電流Ｉが０未満であるとき（Ｉ＜０）には電池システム１０４が放電状態にあると判定し、検出された電流Ｉが０を超えているとき（Ｉ＞０）には電池システム１０４が充電状態にあると判定する。

時間積分部５４２は、電流センサ５０３により検出された充放電電流に対して所定の重み係数により重み付けを行い、重み付けられた充放電電流を時間積分する。重み係数は、単電池１０１の充電時の発熱量と放電時の発熱量との比に基づいて予め以下のようにして決定され、記憶部５４５に記憶されている。

図２は、単電池１０１の充放電発熱比Ｑｒを示す図である。図２において、横軸は単電池１０１に流れる電流の値を示し、縦軸は放電時の発熱量Ｑｄに対する充電時の発熱量Ｑｃの割合、すなわち充電時の発熱量Ｑｃと放電時の発熱量Ｑｄとの比（Ｑｒ＝Ｑｃ／Ｑｄ）を示している。

図２に示される特性は、実験により得られるものであり、複数のチャンネルあるいはボリュームにより電流調整が可能な定電流電源装置（不図示）に単電池１０１を接続して、所定の電流を単電池１０１に流したときに測定された単電池１０１の充電時の発熱量Ｑｃと放電時の発熱量Ｑｄとによって得られる。

図２に示されるように、単電池１０１に流れる電流が大きくなるほど、充放電発熱比Ｑｒが大きくなっている。充放電発熱比Ｑｒは、電流が５０Ａ程度までは電流に対する充放電発熱比Ｑｒの変化率が大きく、５０Ａ程度を超えると電流に対する変化率が小さくなっている。５００Ａまでの実験条件では、充放電発熱比Ｑｒは５００Ａで最大値０．９となった。

通常、車両に搭載する蓄電装置１００Ａに使用される単電池１０１に流れる電流は、５００Ａを超えることはない。そこで、本実施の形態では、放電時用の重み係数Ｗｄを１とし、充電時用の重み係数Ｗｃを０．９と決定し、予め記憶部５４５に記憶させた。

条件判定部５４３は、時間積分部５４２により算出された電流積分値Ｓ_ｎを所定時間ごとに閾値Ｕｓ_ｎと比較し、電流積分値Ｓ_ｎが閾値Ｕｓ_ｎよりも大きいか否かを判定する。閾値Ｕｓ_ｎは、連続放電時に単電池１０１が発熱して許容上限温度に達するまでの電流積分値を実験値として計測し、この計測値に基づいて決定され、予め記憶部５４５に記憶されている。

図３は、積分時間ｔと閾値Ｕｓ_ｎとの関係を示す図である。図３において、横軸は時間ｔを示し、縦軸は閾値Ｕｓ_ｎを示している。図３に示される特性は、電池表面温度が２５℃の単電池１０１を定電流電源装置（不図示）に接続し、所定時間、所定の電流を流して、所定時間分だけ電流を時間積分することで実験的に得られた。電流を単電池１０１に流す時間は、温度が急上昇する直前、あるいは、所定温度（たとえば、６０℃）を超える直前までの時間であり、単電池１０１に所定の電流を流した状態における時間と温度の関係から実験的に得られる。

たとえば、２５０Ａの定電流を単電池１０１に流したときには、１０秒までは急激な温度上昇がみられず、かつ、所定の温度を超えなかったことが実験でわかった。よって、２５０Ａの定電流を単電池１０１に流したときの１０秒分の電流積分値Ｕｓ_１は、２５００Ａとなる（Ｕｓ_１＝２５００）。
たとえば、１５０Ａの定電流を単電池１０１に流したときには、６０秒までは急激な温度上昇がみられず、かつ、所定の温度を超えなかったことが実験でわかった。よって、１５０Ａの定電流を単電池１０１に流したときの６０秒分の電流積分値Ｕｓ_６は、９０００Ａとなる（Ｕｓ_６＝９０００）。
たとえば、１２０Ａの定電流を単電池１０１に流したときには、１２０秒までは急激な温度上昇がみられず、かつ、所定の温度を超えなかったことが実験でわかった。よって、１２０Ａの定電流を単電池１０１に流したときの１２０秒分の電流積分値Ｕｓ_１２は、１４４００Ａとなる（Ｕｓ_１２＝１４４００）。

多数の電流条件において、急激な温度上昇がみられず、かつ、所定の温度を超えない時間をそれぞれ実験的に求め、実験的に得られた時間分だけ電流を積分することで、図３の特性が得られる。本実施の形態では、このようにして実験的に得られた電流積分値Ｕｓ_ｎを閾値として採用した。したがって、閾値Ｕｓ_ｎよりも実測された電流積分値Ｓ_ｎが大きい場合に、電流を制限する制御を実行することで、単電池１０１の温度上昇を効果的に抑制することができる。

予め実験的に得られた閾値Ｕｓ_ｎは、ルックアップテーブル形式で記憶部５４５に記憶されている。本実施の形態では、１０秒ごとに１２０秒分までの閾値Ｕｓ_ｎ（ｎ＝１，２，・・・Ｎ）が記憶されている。ｎは閾値の番号を示している。Ｎは閾値の個数を示し、本実施の形態では閾値の個数Ｎは１２個である。

電流制限指令部５４４は、条件判定部５４３により電流積分値Ｓ_ｎが閾値Ｕｓ_ｎよりも大きいと判定されたとき、電池システム１０４に流れる電流を制限するために、車両制御システムに電流制限指令を出力する。車両制御システムは、電流制限指令に基づいて、電流制限制御を実行する。

以下、電池の電流制限制御を図４および図５のフローチャートを用いて説明する。図４および図５は、本発明の第１の実施の形態に係る電池制御装置による処理動作を示したフローチャートである。図示しない車両のイグニッションスイッチがオンされると、図４および図５に示す処理を行うプログラムが起動され、マイクロコンピュータ５０４で繰り返し実行される。図４に示すステップＳ１１１〜Ｓ１９１の処理は、内蔵タイマカウンタの１０秒のサンプリングタイムごとに周期的に実行される。なお、充放電判定部５４１は、マイクロコンピュータ５０４に入力された充放電電流値Ｉが０のとき（Ｉ＝０）には、電池システム１０４がインバータ７００に接続されていないと判定するが、図４において充放電電流値Ｉが０のときの制御については省略している。換言すれば、図４のフローチャートは、電池システム１０４に充電電流または放電電流のいずれかが流れている場合を想定した処理内容を示している。

ステップＳ１０１では、電流制限制御の実行判定を開始するための初期設定が行われる。ステップＳ１０１の初期設定では、サンプリング回数ｉをリセットし、ｉ＝０とする。ステップＳ１１１では、サンプリング回数ｉに１を加算して、サンプリング回数をカウントする。

ステップＳ１２１において、電流センサ５０３で検出された電流Ｉの情報を取得して、ステップＳ１３１へ進む。ステップＳ１３１では、充放電判定部５４１がステップＳ１２１で取得した電流Ｉが０未満であるか否か、すなわち、電池システム１０４が放電状態にあるのか、充電状態にあるのかを判定する。

ステップＳ１３１で肯定判定されると、すなわち、充放電判定部５４１により電池システム１０４が放電状態にあると判定されると、ステップＳ１４１へ進む。ステップＳ１４１では、時間積分部５４２が放電時に電流センサ５０３により検出された電流Ｉ、すなわち放電電流Ｉｄに放電時用の重み係数Ｗｄにより重み付けを行い（Ｉｄｗ＝Ｉｄ×Ｗｄ）、ステップＳ１４６へ進む。

ステップＳ１４６において、時間積分部５４２は重み付けされた放電電流Ｉｄｗの絶対値を積分用電流値Ｉ_ｉとして求め、ステップＳ１７１へ進む。

ステップＳ１３１で否定判定されると、すなわち、充放電判定部５４１により電池システム１０４が充電状態にあると判定されると、ステップＳ１５１へ進む。ステップＳ１５１では、時間積分部５４２が充電時に電流センサ５０３により検出された電流Ｉ、すなわち充電電流Ｉｃに充電時用の重み係数Ｗｃにより重み付けを行い（Ｉｃｗ＝Ｉｃ×Ｗｃ）、ステップＳ１５６へ進む。

ステップＳ１５６において、時間積分部５４２は重み付けされた充電電流Ｉｃｗの絶対値を積分用電流値Ｉ_ｉとして求め、ステップＳ１７１へ進む。

積分用電流値Ｉ_ｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）は、サンプリング回数ｉごとに求められ、記憶部５４５（ＲＡＭ）に記憶される。

ステップＳ１７１では、時間積分部５４２が重み付けられた充放電電流の絶対値である積分用電流値Ｉ_ｊ（ｊ＝ｉ−Ｎ＋１，ｉ−Ｎ＋２，・・・，ｉ）を時間積分して、電流積分値Ｓ_ｎを算出する。電流積分値Ｓ_ｎは、以下の式（１）のように表すことができる。ここで、ｎは記憶部５４５に記憶された閾値Ｕｓ_ｎの番号（図３参照）に対応しており、閾値Ｕｓ_ｎと比較する電流積分値Ｓ_ｎの番号を示している。電流積分値Ｓ_ｎ（ｎ＝１，２，３，・・・，Ｎ＝１２）は、それぞれサンプリング回数ｎ回分の電流積分値である。Ｎは閾値と比較するための電流積分値Ｓ_ｎの数を示している。すなわち、電流積分値Ｓ_ｎの数は、記憶部５４５に記憶された閾値Ｕｓ_ｎの数と同数（１２個）である。
・・・・（１）

一例として、２回目のサンプリング時（ｉ＝２）の電流積分値Ｓ_ｎについて説明する。電流積分値Ｓ_ｎ（ｎ＝１，２，３，・・・，Ｎ＝１２）は１０秒分ずつ求められる。１０秒分の電流積分値、すなわちサンプリング１回分（ｎ＝１）の電流積分値Ｓ_１＝Ｉ_２となる。２０秒分の電流積分値、すなわちサンプリング１回目から２回目までのサンプリング２回分（ｎ＝２）の電流積分値Ｓ_２＝Ｉ_１＋Ｉ_２となる。なお、積分用電流値Ｉ_ｊ（ｊ≦０）は０として設定されており、サンプリング３回分〜１２回分の電流積分値Ｓ_３〜Ｓ_１２は、Ｓ_２と同一とされる。たとえば、サンプリング３回分（ｎ＝３）の電流積分値Ｓ_３＝Ｉ_０＋Ｉ_１＋Ｉ_２となるが、Ｉ_０＝０であるため、Ｓ_３＝Ｉ_１＋Ｉ_２となる。サンプリング４回分（ｎ＝４）の電流積分値Ｓ_４＝Ｉ_−１＋Ｉ_０＋Ｉ_１＋Ｉ_２となるが、Ｉ_−１＝Ｉ_０＝０であるため、Ｓ_４＝Ｉ_１＋Ｉ_２となる。

他の一例として、１４回目のサンプリング時（ｉ＝１４）の電流積分値Ｓ_ｎについて説明する。電流積分値Ｓ_ｎ（ｎ＝１，２，３，・・・，Ｎ＝１２）は１０秒分ずつ求められる。１０秒分の電流積分値、すなわちサンプリング回数１回分（ｎ＝１）の電流積分値Ｓ１＝Ｉ１４となる。２０秒分の電流積分値、すなわちサンプリング１３回目から１４回目までのサンプリング２回分（ｎ＝２）の電流積分値Ｓ_２＝Ｉ_１３＋Ｉ_１４となる。３０秒分（ｎ＝３）の電流積分値Ｓ_３＝Ｉ_１２＋Ｉ_１３＋Ｉ_１４となる。

１２０秒分の電流積分値Ｓ_１２は、サンプリング３回目から１４回目までの積分用電流値Ｉ_ｊ（ｊ＝３，４，・・・，１３，１４）を積算することで得られる。すなわち、サンプリング１２回分（ｎ＝１２）の電流積分値Ｓ_１２＝Ｉ_３＋Ｉ_４＋・・・＋Ｉ_１３＋Ｉ_１４となる。

このように、サンプリングしたときから１２０秒前までの範囲において、１０秒分ずつ積分用電流値Ｉ_ｊを積算することで、１０秒分、２０秒分、・・・、１２０秒分の電流積分値Ｓ_ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ＝１２）が算出される。

ステップＳ１９１では、条件判定部５４３がステップＳ１７１で算出された電流積分値Ｓ_ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ＝１２）のそれぞれと、閾値Ｕｓ_ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ＝１２）のそれぞれとを比較し、電流積分値Ｓ_ｎが対応する閾値Ｕｓ_ｎよりも大きいか否かを判定する。たとえば、電流積分値Ｓ_１が閾値Ｕｓ_１よりも大きいか否かを判定し、電流積分値Ｓ_２が閾値Ｕｓ_２よりも大きいか否かを判定する。すなわち、１２個の閾値Ｕｓ_ｎと１２個の電流積分値Ｓ_ｎとを比較して、一つでも電流積分値Ｓ_ｎが対応する閾値Ｕｓ_ｎよりも大きい場合には、肯定判定されて、ステップＳ２００へ進む。ステップＳ１９１において、１２個の閾値Ｕｓ_ｎと１２個の電流積分値Ｓ_ｎとを比較して、全ての電流積分値Ｓ_ｎが対応する閾値Ｕｓ_ｎよりも小さい場合には、条件判定部５４３により否定判定され、電流制限処理は行われずにステップＳ１１１へ戻る。ステップＳ２００では、電流制限処理を実行する。

図５は電流制御処理を示すフローチャートであり、図６は時間と出力制限値との関係を示す図である。電流制限処理（ステップＳ２００）が開始されると、ステップＳ２０１において、マイクロコンピュータ５０４から車両制御システムへ電流制限指令が出力される。電流制限指令が車両制御システムに入力されると、車両制御システムは、図６に示す出力制限テーブルを参照して、出力制限値ＰＬを電流に乗じることにより、インバータ７００に対して電池システム１０４の出力を制限するリミッタ制御を行う。車両制御システムによるリミッタ制御により、電池システム１０４に流れる電流は、時間の経過にしたがって徐々に減少するように制御される。

マイクロコンピュータ５０４は、車両制御システムによるリミッタ制御が実行されている間、ステップＳ２１１において所定のサンプリングタイムごとに電流Ｉの情報を取得し、ステップＳ２３１において電流Ｉの絶対値が予め決められた電流制限値未満となったか否かを判定する。

ステップＳ２３１で否定判定されると、ステップＳ２１１へ戻る。ステップＳ２３１で肯定判定されると、電流制限処理を終了して、図４に示すようにリターンする。電流制限処理（ステップＳ２００）が終了すると、マイクロコンピュータ５０４は再びステップＳ１０１〜ステップＳ１９１の処理を実行し、電流制限を行うか否かを判定する。

以上説明した本実施の形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
単電池１０１の充電時の発熱量Ｑｃと放電時の発熱量Ｑｄとの比に基づいて予め重み係数Ｗｃ，Ｗｄを決定し、記憶部５４５に記憶させた。マイクロコンピュータ５０４は、重み係数Ｗｃ，Ｗｄを用いて、検出された充放電電流Ｉｃ，Ｉｄに重み付けを行い、重み付けられた充放電電流Ｉｃｗ，Ｉｄｗを時間積分することで求められた電流積分値Ｓ_ｎが閾値Ｕｓ_ｎよりも大きい場合に電流を制限する制御を行うこととした。充電時と放電時との発熱量を考慮して電流制限の制御が行われるため、精度よく電流制限の制御を行うことができる。その結果、単電池１０１の性能を効果的に発揮させることができる。

−第２の実施の形態−
本発明の第２の実施の形態を図７〜図９を参照して説明する。図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当の機能を有する構成要素には同一符号を付し、説明を省略する。以下、第１の実施の形態との相違点について詳しく説明する。第２の実施の形態では、電池温度Ｔに応じて閾値Ｕｔ_ｎ（Ｔ）を決定するようにした。

図７は、本発明の第２の実施の形態に係る蓄電装置１００Ｂを備えたハイブリッド電気自動車用の駆動システムの構成例を示す図である。第２の実施の形態の蓄電装置１００Ｂは、図７に示すように、セルグループ１０２を構成する所定の単電池１０１の電池表面温度を検出する温度センサ５０６を備えている。

第２の実施の形態の蓄電装置１００Ｂのバッテリコントローラ５００には、温度センサ５０６に接続された温度検出回路５０５が設けられている。温度センサ５０６により検出された電池温度Ｔは、温度検出回路５０５を介してマイクロコンピュータ５０４に送信される。マイクロコンピュータ５０４は、温度センサ５０６により検出された電池温度Ｔに基づいて閾値Ｕｔ_ｎ（Ｔ）を決定する。

図８は、電池温度と閾値との関係を示す図である。図８において、横軸は電池温度Ｔを示し、縦軸は電流積分値Ｕｔ_ｎ（Ｔ）を示している。

図８に示される特性は、第１の実施の形態と同様に実験的に得られるものである。第１の実施の形態では、電池表面温度Ｔが２５℃の単電池１０１を定電流電源装置（不図示）に接続した状態で、通電開始から温度が急上昇する直前、あるいは、所定温度を超える直前までの時間を実験的に求め、その時間分の電流値を積算することで、図３に示す特性が得られた。

これに対して、第２の実施の形態では、温度条件（電池表面温度Ｔが−３０℃〜５０℃）ごとに図３で示した特性に相当する特性を得た（不図示）。つまり、第２の実施の形態では、電池表面温度Ｔごとに図３で示した特性に相当する特性を得ることにより、図８に示すような特性を決定した。

図８に示す特性は、１２０Ａの定電流を単電池１０１に流す条件の下、１２０秒分の電流積分値を温度条件ごとにプロットすることで得られた特性である。図８に示す２５℃の電流積分値Ｕｔ１２（２５）は図３に示したＵｓ_１２に相当する。電池温度Ｔが低い領域では、電池抵抗が高く、急激に温度が上昇しやすいので、電流積分値は低めの値となっている。

本実施の形態では、このようにして実験で得られた電流積分値Ｕｔ_ｎ（Ｔ）を閾値とした。したがって、温度センサ５０６で検出された電池温度Ｔに基づいて閾値Ｕｔ_ｎ（Ｔ）を決定し、閾値Ｕｔ_ｎ（Ｔ）よりも実測された電流積分値Ｓ_ｎが大きい場合に、電流を制限する制御を実行することで、単電池１０１の温度上昇を効果的に抑制することができる。予め実験的に得られた閾値Ｕｔ_ｎ（Ｔ）は、ルックアップテーブル形式で記憶部５４５に記憶されている。本実施の形態では、電池温度Ｔを−３０℃〜５０℃の範囲で５℃間隔ごとに１２個の閾値Ｕｔ_ｎ（Ｔ）を記憶部５４５に記憶させた。すなわち、記憶部５４５には、２０４個の閾値Ｕｔ_ｎ（Ｔ）が記憶されている。

図９は本発明の第２の実施の形態に係る電池制御装置による処理動作を示したフローチャートである。図９は、図４のフローチャートのステップＳ１２１に代えてステップＳ１２６を追加し、ステップＳ１９１に代えてステップＳ１９６を追加し、さらにステップＳ１８１を追加したものである。

第２の実施の形態では、マイクロコンピュータ５０４は、閾値Ｕｔ_ｎ（Ｔ）を電池温度Ｔに応じて決定する。マイクロコンピュータ５０４は、ステップＳ１２６において、電流センサ５０３で検出された電流Ｉの情報、ならびに、温度センサ５０６で検出された電池温度Ｔの情報を取得する。

第２の実施の形態では、ステップＳ１７１で電流積分値Ｓ_ｎを算出した後、ステップＳ１８１において、記憶部５４５に記憶されている閾値Ｕｔ_ｎ（Ｔ）のテーブルを参照して、ステップＳ１２６で取得した電池温度Ｔに基づき閾値Ｕｔ_ｎ（Ｔ）を決定する。たとえば、検出された電池温度Ｔが２５℃であれば、図３に示したテーブルが閾値Ｕｔ_ｎ（Ｔ）として決定される。

ステップＳ１９６では、条件判定部５４３がステップＳ１７１で算出された電流積分値Ｓ_ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ＝１２）のそれぞれと、所定温度における閾値Ｕｔｎ（Ｔ）（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ＝１２）のそれぞれとを比較し、電流積分値Ｓ_ｎが対応する閾値Ｕｔｎ（Ｔ）よりも大きいか否かを判定する。すなわち、所定温度における１２個の閾値Ｕｔｎ（Ｔ）と１２個の電流積分値Ｓ_ｎとを比較して、一つでも電流積分値Ｓ_ｎが対応する閾値Ｕｔｎ（Ｔ）よりも大きい場合には、肯定判定されて、ステップＳ２００へ進み、第１の実施の形態と同様に電流制限処理（図５参照）を実行する。ステップＳ１９６において、１２個の閾値Ｕｔｎ（Ｔ）と１２個の電流積分値Ｓ_ｎとを比較して、全ての電流積分値Ｓ_ｎが対応する閾値Ｕｓ_ｎよりも小さい場合には、条件判定部５４３により否定判定され、電流制限処理は行われずにステップＳ１１１へ戻る。

以上説明した本発明の第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の作用効果を奏する。さらに、第２の実施の形態では、電池温度Ｔに応じて閾値Ｕｔ_ｎ（Ｔ）が決定されるため、より効率的な電流制限の制御を行うことができる。その結果、第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態よりも単電池１０１の性能を効果的に発揮させることができる。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を前述の実施形態と組み合わせることも可能である。
（１）上記実施の形態では、放電時用の重み係数Ｗｄは１とし（Ｗｄ＝１）、充電時用の重み係数Ｗｃは０．９とした（Ｗｃ＝０．９）が、本発明はこれに限定されない。放電時用の重み係数Ｗｄを１．０とした場合、充電時用の重み係数Ｗｃは放電時用の重み係数Ｗｄ＝１．０よりも小さい０．９〜１．０の範囲で決定することができる。

（２）上記実施の形態では、実験で得られた放電時の電流積分値から閾値を決定したが、本発明はこれに限定されない。実験により充電時の電流積分値を算出して、充電時の電流積分値に基づいて閾値を決定してもよい。この場合、重み係数は、充電時の発熱量Ｑｃに対する放電時の発熱量Ｑｄの割合、すなわち放電時の発熱量Ｑｄと充電時の発熱量Ｑｃとの比（Ｑｄ／Ｑｃ）に基づいて求められ、充電時用の重み係数Ｗｃを１とし、放電時用の重み係数Ｗｄを１〜１．１１の範囲で決定することができる。

（３）第１の実施の形態では１２個の閾値Ｕｓ_ｎを記憶部５４５に記憶させ、第２の実施の形態では電池温度Ｔを−３０℃〜５０℃の範囲で５℃間隔ごとに１２個の閾値Ｕｔ_ｎ（Ｔ）、すなわち２０４個の閾値Ｕｔ_ｎ（Ｔ）を記憶部５４５に記憶させることとしたが、本発明はこれに限定されない。閾値の数は任意に決定することができる。
（４）上記実施の形態では、サンプリングタイムを１０秒とし、サンプリング回数を１２回とし、１０秒ごとに１０秒分〜１２０秒分の電流積分値Ｓ_ｎを算出して閾値Ｕｓ_ｎ，Ｕｔ_ｎ（Ｔ）と比較することとしたが、本発明はこれに限定されない。サンプリングタイム、サンプリング回数、積分時間は任意に決定することができる。

（５）上記実施の形態では、閾値Ｕｓ_ｎ，Ｕｔ_ｎ（Ｔ）をルックアップテーブル形式で記憶部５４５に記憶させておくこととしたが、本発明はこれに限定されない。閾値Ｕｓ_ｎ，Ｕｔ_ｎ（Ｔ）を近似式で記憶部５４５に記憶させておいてもよい。

（６）上記実施の形態では、単電池１０１として、リチウムイオン二次電池を一例に説明したが本発明はこれに限定されない。リチウムイオン二次電池以外に、ニッケル水素電池などの種々の電池に本発明を適用できる。単電池１０１がニッケル水素電池である場合、単電池１０１は、放電時には吸熱反応が生じ、充電時には発熱反応が生じる。したがって、予め記憶される充電時用の重み係数Ｗｃは、放電時用の重み係数Ｗｄよりも大きく、上記実施の形態とは、充放電時の重み係数の大小関係が逆となる。

（７）第２の実施の形態では、電池温度Ｔに応じて閾値Ｕｔ_ｎ（Ｔ）を決定することとしたが、本発明はこれに限定されない。ＳＯＣにより閾値を決定してもよいし、ＳＯＣと電池温度を複合的に用いて閾値を決定してもよい。

（８）上記実施の形態で説明したバッテリコントローラ５００で実行される処理内容は、バッテリコントローラ５００に代えて車両制御システムによって実行されることとしてもよいし、車両制御システムによって実行されるとした電流制限制御をバッテリコントローラ５００で実行させることとしてもよい。

（９）上記実施の形態では、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）に搭載される蓄電装置に組み込まれる電池制御装置について説明したが本発明はこれに限定されない。本発明はハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）に限らず、プラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）や純粋な電気自動車（ＥＶ）などの自動車に搭載される蓄電装置に本発明を適用してもよい。普通自動車に限定されるものでもなく、鉄道車両、バスなどの乗合自動車、トラックなどの貨物自動車、バッテリ式フォークリフトトラックなどの産業車両などの蓄電装置に本発明を適用してもよい。

本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

１００Ａ，１００Ｂ 蓄電装置、１０１ 単電池、１０２ セルグループ、 １０４ 電池システム、２００ セルコントローラ、４００ 絶縁素子群、５００ バッテリコントローラ、５０１ 総電圧検出回路、５０２ 充放電電流検出回路、５０３ 電流センサ、５０４ マイクロコンピュータ、５０５ 温度検出回路、５０６ 温度センサ、５４１ 充放電判定部、５４２ 時間積分部、５４３ 条件判定部、５４４ 電流制限指令部、５４５ 記憶部、６００，６１０ リレー、７００ インバータ、８００ モータ、３０１ セルコントローラＩＣ

Claims (4)

1. 複数の単電池が接続されてなる組電池に流れる電流を制御する電池制御装置であって、
   前記組電池に流れる充放電電流を検出する電流検出手段と、
   単電池の充電時の発熱量と放電時の発熱量との比に基づいて予め決定された重み係数により、前記電流検出手段で検出された充放電電流に重み付けを行い、前記重み付けられた充放電電流を時間積分する時間積分手段と、
   前記時間積分手段で時間積分された電流積分値に基づいて前記組電池に流れる電流を制限する制御を行う電流制限制御手段とを備え、
   前記電流制限制御手段は、前記電流積分値を所定時間ごとに所定の閾値と比較し、前記電流積分値が前記所定の閾値よりも大きい場合に、前記組電池に流れる電流を制限する制御を行うことを特徴とする電池制御装置。
2. 請求項１に記載の電池制御装置において、
   前記時間積分手段は、
   前記組電池が充電状態にあるのか、放電状態にあるのかを判定する充放電判定手段と、
   前記充放電判定手段により前記組電池が充電状態にあると判定されると、前記電流検出手段により検出された充電電流に充電時用の重み係数により重み付けを行い、前記充放電判定手段により前記組電池が放電状態にあると判定されると、前記電流検出手段により検出された放電電流に放電時用の重み係数により重み付けを行う重み付け手段とを含んで構成され、
   前記単電池は、放電時には発熱反応が生じ、充電時には吸熱反応が生じる構成とされ、
   前記充電時用の重み係数は、前記放電時用の重み係数よりも小さいことを特徴とする電池制御装置。
3. 請求項１または２に記載の電池制御装置において、
   前記単電池の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
   前記電流制限制御手段は、前記温度検出手段により検出された電池温度に基づいて前記閾値を決定することを特徴とする電池制御装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電池制御装置と、
   前記組電池とを備えることを特徴とする蓄電装置。