JP6422466B2 - バッテリーマネジメント装置 - Google Patents
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Description
この発明は、バッテリーパックの各バッテリーセル電圧を均等化するセルバランス方法を用いたバッテリーマネジメント装置に関するものである。
近年、２次電池は、家庭用または工業用の非常用電源や電気自動車の駆動用電源として用いられるようになってきた。この２次電池は、起電圧や電気容量に制限があるため、上記の用途に応じて複数の２次電池を直並列に接続して使用することが一般的である。このような構造の電池を組電池または単にバッテリーパックとも言う。（以下バッテリーパックと称す。）また、バッテリーパックを構成する単位となる電池をバッテリーセルと言う。
ところで、バッテリーパックの長時間の使用や、一部のバッテリーセルを新しい電池に交換した場合にバッテリーセル間で容量のばらつきが生じることになる。この容量のばらつきが生じると、バッテリーパックの充放電時に特定のバッテリーセルが過放電や過充電を発生することになる。この結果、バッテリーパックの容量が減少することになるとともに、バッテリーパックを劣化させ、寿命を短縮させることになる。
このようなバッテリーパック内の容量のばらつきを解消するために、従来、バッテリーパックが満充電時に全てのバッテリーパックが満充電状態になるよう、バッテリーセルのバランス制御が行なわれている。（特許文献１参照）
ところで、バッテリーパックの長時間の使用や、一部のバッテリーセルを新しい電池に交換した場合にバッテリーセル間で容量のばらつきが生じることになる。この容量のばらつきが生じると、バッテリーパックの充放電時に特定のバッテリーセルが過放電や過充電を発生することになる。この結果、バッテリーパックの容量が減少することになるとともに、バッテリーパックを劣化させ、寿命を短縮させることになる。
このようなバッテリーパック内の容量のばらつきを解消するために、従来、バッテリーパックが満充電時に全てのバッテリーパックが満充電状態になるよう、バッテリーセルのバランス制御が行なわれている。（特許文献１参照）
しかしながら、上述のような特許文献１のセルバランス制御方法では、各バッテリーセルの中で最も低い電圧をセルバランス目標値として、各バッテリーセルに設置されたセルバランス抵抗を制御するものであり、一方、バッテリーセルには上述のとおり容量に差があるため、充電時の個々のバッテリーセルの充電率は、一様に変化しない。つまり、充電量が変化すると、電圧が最低となるバッテリーセルも変化する。
したがって、充電前の最低電圧であったバッテリーセルに対し、充電中に最低電圧となるバッテリーセルが変化するため、本来セルバランスする必要のないバッテリーセルまでセルバランスの制御を行うことになり、無駄な充電エネルギーの消費や、充電時間が延びるといった問題がある。
したがって、充電前の最低電圧であったバッテリーセルに対し、充電中に最低電圧となるバッテリーセルが変化するため、本来セルバランスする必要のないバッテリーセルまでセルバランスの制御を行うことになり、無駄な充電エネルギーの消費や、充電時間が延びるといった問題がある。
このような従来のセルバランス制御動作について、図１３および図１４のタイミングチャートに基づき説明する。なお、動作を分かり易くするため、バッテリーパックとして２つのバッテリーセルＡ, Ｂが直列に接続された場合について説明する。
ここで、２つのバッテリーセルＡ, Ｂの特性を、
バッテリーセルＡの容量＞バッテリーセルＢの容量、
充電前におけるバッテリーセルＡの端子間電圧Ｖａ１＞バッテリーセルＢの端子間電圧Ｖｂ１、
とする。
ここで、２つのバッテリーセルＡ, Ｂの特性を、
バッテリーセルＡの容量＞バッテリーセルＢの容量、
充電前におけるバッテリーセルＡの端子間電圧Ｖａ１＞バッテリーセルＢの端子間電圧Ｖｂ１、
とする。
まず、セルバランス制御を実施しない場合、図１３に示すように、バッテリーセルＡの容量がバッテリーセルＢの容量より大きいため、充電が進むにつれてバッテリーセルＡに比べてバッテリーセルＢの充電率が早く増加する。言い換えれば、バッテリーセルＡに比べてバッテリーセルＢの端子間電圧が早く上昇する。時刻ｔ１において、バッテリーセルＡの端子間電圧とバッテリーセルＢの端子間電圧が同じＶ２となり、その後、バッテリーセルＡの端子間電圧がバッテリーセルＢの端子間電圧より小となる。次に、時刻ｔ２において、バッテリーセルＢの端子間電圧が先に満充電電圧(ここでは４．１Ｖとする)に到達し、バッテリーセルＡは、満充電とならない状態のまま充電を停止することになる。
このような事象を解決するため特許文献１においては、図１４に示すように、充電開始から時刻ｔ３までの間、バッテリーセルＡの端子間電圧がバッテリーセルＢの端子間電圧より大であり、セルバランス目標電圧がバッテリーセルＢの端子間電圧と同じとしてバッテリーセルＡのセルバランス制御を行う。バッテリーセルＡにおけるセルバランサ制御の実施時は、充電電流がバランサに流れるため、セルバランサ制御の未実施に比べ充電度合い、すなわち、端子間電圧上昇の度合いが低下する。
次いで、時刻ｔ３になると、バッテリーセルＡの端子間電圧とバッテリーセルＢの端子間電圧が同じＶ３となり、時刻ｔ３以降は、セルバランス目標電圧がバッテリーセルＡの端子間電圧と同じとして、バッテリーセルＢのセルバランス制御を行う。
その後、時刻ｔ４において、バッテリーセルＡ, Ｂが満充電となり、充電が停止することになる。しかしながら、この場合、セルバランスが不要なバッテリーセルＡに対してセルバランス制御を行うことになり、充電の延長および不要なセルバランスによる充電エネルギーの消費が発生してしまうことが分かる。
その後、時刻ｔ４において、バッテリーセルＡ, Ｂが満充電となり、充電が停止することになる。しかしながら、この場合、セルバランスが不要なバッテリーセルＡに対してセルバランス制御を行うことになり、充電の延長および不要なセルバランスによる充電エネルギーの消費が発生してしまうことが分かる。
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、バッテリーセルの容量にばらつきが生じていても、充電の延長および不要な充電エネルギーの消費を無くしつつ、バッテリーパックの充電完了時に各バッテリーセルの端子間電圧のばらつきを抑制することができるバッテリーマネジメント装置を提供することを目的としている。
この発明に係るバッテリーマネジメント装置は、バッテリーパックを構成する複数のバッテリーセルにおける端子間電圧（Ｖｎ）を検出するセル電圧検出手段と、前記バッテリーパックの充放電電流を検出する電流検出手段と、前記各バッテリーセルの劣化度合いに応じた容量（ＣＰｎ）を推定するセル容量推定手段と、前記電流検出手段が検出した電流値と前記セル容量推定手段が推定した前記各バッテリーセルの容量（ＣＰｎ）とに基づき前記各バッテリーセルの残充電量（Ｑｒｅｍｎ）を算出するセル残充電量算出手段と、前記各バッテリーセルの残充電量（Ｑｒｅｍｎ）から最大値（Ｑｒｅｍ＿ｍａｘ）を算出する残充電量最大値算出手段と、前記各バッテリーセルの残充電量が最大値（ＦＱｒｅｍ＿ｍａｘ）となる目標充電率（ＳＯＣ＿ｔｇｎ）を次式により算出するセル目標充電率算出手段と、
前記セル目標充電率算出手段による各バッテリーセルの目標充電率（ＳＯＣ＿ｔｇｎ）から前記各バッテリーセルの目標電圧（Ｖｔｇｎ）を算出するセル目標電圧算出手段と、前記セル電圧検出手段による端子間電圧（Ｖｎ）および前記セル目標電圧算出手段による前記各バッテリーセルの目標電圧（Ｖｔｇｎ）の差分を算出し、バランサ駆動を行うか否かを判定するバランサ駆動判定手段とを備え、前記バランサ駆動判定手段の判定結果に基づいて前記端子間電圧（Ｖｎ）が前記目標電圧（Ｖｔｇｎ）より大きい場合にバランサ駆動を行い、前記端子間電圧（Ｖｎ）が前記目標電圧（Ｖｔｇｎ）以下である場合にバランサ駆動を停止し、前記各バッテリーセルのそれぞれに個別のセルバランス制御を実行するように構成したことを特徴とするものである。
この発明のバッテリーマネジメント装置によれば、バッテリーパックの長時間使用や一部のバッテリーセルを新しい電池に交換した場合などバッテリーセル間で容量のばらつきが生じた場合においても、各バッテリーセルの充電状態に応じた目標セル電圧を設定することによって、バッテリーパックの充電完了時に各バッテリーセルの端子間電圧のばらつきを抑制することが可能となる。
実施の形態１．
以下、この発明を図に基づいて説明する。
図１は、この発明の実施の形態１に係るバッテリーマネジメント装置を適用した電気自動車を示す概要図、図２は、図１におけるバッテリーマネジメント装置の具体的な構成を示すブロック図である。
以下、この発明を図に基づいて説明する。
図１は、この発明の実施の形態１に係るバッテリーマネジメント装置を適用した電気自動車を示す概要図、図２は、図１におけるバッテリーマネジメント装置の具体的な構成を示すブロック図である。
図１において、電気自動車１００は、電気自動車の走行・充電制御を行う車両制御装置１０１と、車輪を駆動する駆動用モータ１０２と、駆動用モータを制御するインバータ１０３と、インバータ１０３へ電力を供給するバッテリーパック１０４と、バッテリーパック１０４を監視するバッテリーマネジメント装置１０５と、外部よりバッテリーパック１０４を充電するための充電器１０６とを備えている。
ここで、車両制御装置１０１は、電気自動車を走行させるために、インバータ１０３へモータ１０２の駆動要求を行い、インバータ１０３は、バッテリーパック１０４の電力を使用してモータ１０２を駆動する。また、バッテリーパック１０４は、バッテリーマネジメント装置１０５により監視され、このバッテリーマネジメント装置１０５によるバッテリー状態が車両制御装置１０１へ送られることになり、車両制御装置１０１は、バッテリー状態に応じた走行制御を実現するように構成されている。
さらに、車両制御装置１０１は、外部からの充電要求により充電器１０６へバッテリーパック１０４の充電指示を行い、バッテリーパック１０４への充電を制御する。
さらに、車両制御装置１０１は、外部からの充電要求により充電器１０６へバッテリーパック１０４の充電指示を行い、バッテリーパック１０４への充電を制御する。
図２は、図１におけるバッテリーマネジメント装置の具体的な構成を示すもので、図２において、車両制御装置１０１は、走行、充電制御を行うマイクロコンピュータ（以下、マイコンと称す）２０１を備えており、このマイコン２０１には、充電制御を行うための充電制御モード判定手段２０２が設けられている。
また、バッテリーパック１０４は、複数のバッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎにより構成されている。このようなバッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎの出力電圧は、それぞれ低いものであるため、通常直列に接続して車両駆動に必要な出力電圧が得られるようにバッテリーパック１０４が構成されている。このバッテリーパック１０４には、バッテリーパック１０４の充放電電流を検出する電流検出手段３０６が接続されている。
また、バッテリーパック１０４は、複数のバッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎにより構成されている。このようなバッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎの出力電圧は、それぞれ低いものであるため、通常直列に接続して車両駆動に必要な出力電圧が得られるようにバッテリーパック１０４が構成されている。このバッテリーパック１０４には、バッテリーパック１０４の充放電電流を検出する電流検出手段３０６が接続されている。
また、バッテリーマネジメント装置１０５は、バッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎのそれぞれの端子間電圧を検出するセル電圧検出手段３０３ａ，３０３ｂ，…３０３ｎと、バッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎのセル電圧を調整するバランサ３０２と、セルバランス制御を行うマイコン４０１を備え、各バッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎのセル電圧を監視し、全バッテリーセルのセル電圧を均一化するセルバランス制御を行うように構成されている。
ここで、バランサ３０２は、バランサ抵抗３０４とトランジスタ等のバランサ抵抗断続手段３０５の直列回路を各バッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎ間に接続して構成され、マイコン４０１からのセルバランス制御指示によりバランサ制御を行う。
さらに、セル電圧検出手段３０３ａ，３０３ｂ，…３０３ｎは、バッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎ間にそれぞれ並列に接続されており、各バッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎの端子間電圧を検出してマイコン４０１に出力する。
さらに、セル電圧検出手段３０３ａ，３０３ｂ，…３０３ｎは、バッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎ間にそれぞれ並列に接続されており、各バッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎの端子間電圧を検出してマイコン４０１に出力する。
このマイコン４０１は、上位制御装置である車両制御装置１０１と通信により接続されており、車両制御装置１０１からの情報に基づいてセルバランス制御の実施可否を判定し、セル電圧検出手段３０３ａ，３０３ｂ，…３０３ｎにより検出した各バッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎの電圧からバランサ３０２の駆動制御を行うものである。
具体的には、マイコン４０１は、セル電圧検出手段３０３ａ，３０３ｂ，…３０３ｎからのセル電圧を各バッテリーセル毎にＲＡＭ（Random Access Memory）に格納するセル電圧値格納手段４０２と、バッテリーパック１０４の充放電電流を検出する電流検出手段３０６からの電流値をＲＡＭへ格納する電流値格納手段４０３と、各バッテリーセルの容量を推定するセル容量推定手段４０４と、車両制御装置１０１の充電制御モード判定手段２０２からの情報に基づきセルバランス制御の実施可否を判定するセルバランス制御実施判定手段４０５と、セルバランス制御を行うセルバランス制御手段４０６とを備えている。
なお、各バッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎは、長時間の使用に伴い容量にばらつきが生じてバッテリーパック１０４を劣化させることになるため、セル容量推定手段４０４により推定する各バッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎの容量は、各バッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎの劣化度合いに応じたものとなる。
具体的には、マイコン４０１は、セル電圧検出手段３０３ａ，３０３ｂ，…３０３ｎからのセル電圧を各バッテリーセル毎にＲＡＭ（Random Access Memory）に格納するセル電圧値格納手段４０２と、バッテリーパック１０４の充放電電流を検出する電流検出手段３０６からの電流値をＲＡＭへ格納する電流値格納手段４０３と、各バッテリーセルの容量を推定するセル容量推定手段４０４と、車両制御装置１０１の充電制御モード判定手段２０２からの情報に基づきセルバランス制御の実施可否を判定するセルバランス制御実施判定手段４０５と、セルバランス制御を行うセルバランス制御手段４０６とを備えている。
なお、各バッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎは、長時間の使用に伴い容量にばらつきが生じてバッテリーパック１０４を劣化させることになるため、セル容量推定手段４０４により推定する各バッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎの容量は、各バッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎの劣化度合いに応じたものとなる。
このセルバランス制御手段４０６は、電流値格納手段４０３からの電流値と、セル容量推定手段４０４からの各バッテリーセルの容量と、セル電圧値格納手段４０２からのセル電圧とに基づき、各バッテリーセルの残充電量を算出する各セル残充電量算出手段５０１と、各セル残充電量より最大値を算出する残充電量最大値算出手段５０２と、残充電量最大値と各バッテリーセルの容量から各セル目標充電率を算出する各セル目標充電率算出手段５０３と、各セル目標充電率から各セル目標電圧を算出する各セル目標電圧算出手段５０４と、各セル電圧および各セル目標電圧よりバランサ駆動の判定を行うバランサ駆動判定手段５０５とを備えている。
次に、このように構成されたバッテリーマネジメント装置の動作について説明する。
まず、バッテリーマネジメント装置１０５のセル電圧検出手段３０３ａ，３０３ｂ，…３０３ｎは、接続されているバッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎから読み取ったセル電圧をセル電圧値格納手段４０２へ出力する。この出力に基づき、セル電圧値格納手段４０２は、一定周期毎に各バッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎのセル電圧を格納し、各バッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎのセル電圧を一括してバランサ駆動判定手段５０５へ出力する。
また、セル容量推定手段４０４は、各バッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎの容量を推定し、セルバランス制御手段４０６へ出力する。
なお、バッテリーセル容量の推定方法は、例えば、特開２０１２−１８１０６６号公報に記載された方法が知られている。
まず、バッテリーマネジメント装置１０５のセル電圧検出手段３０３ａ，３０３ｂ，…３０３ｎは、接続されているバッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎから読み取ったセル電圧をセル電圧値格納手段４０２へ出力する。この出力に基づき、セル電圧値格納手段４０２は、一定周期毎に各バッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎのセル電圧を格納し、各バッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎのセル電圧を一括してバランサ駆動判定手段５０５へ出力する。
また、セル容量推定手段４０４は、各バッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎの容量を推定し、セルバランス制御手段４０６へ出力する。
なお、バッテリーセル容量の推定方法は、例えば、特開２０１２−１８１０６６号公報に記載された方法が知られている。
一方、充電器１０６は、電源（例えば商用交流２００Ｖ電源）が接続されると、充電器接続信号が車両制御装置１０１の充電制御モード判定手段２０２へ出力される。
この充電器接続信号が充電制御モード判定手段２０２に入力されると、車両が充電動作にあると判定し、充電制御モード判定信号をバッテリーマネジメント装置１０５のセルバランス制御実施判定手段４０５に出力する。セルバランス制御実施判定手段４０５は、充電制御モード判定信号が入力されると、セルバランス制御の実施が可能であると判定して、セルバランス制御実施可能信号をセルバランス制御手段４０６へ出力してセルバランス制御手段４０６を動作させる。
この充電器接続信号が充電制御モード判定手段２０２に入力されると、車両が充電動作にあると判定し、充電制御モード判定信号をバッテリーマネジメント装置１０５のセルバランス制御実施判定手段４０５に出力する。セルバランス制御実施判定手段４０５は、充電制御モード判定信号が入力されると、セルバランス制御の実施が可能であると判定して、セルバランス制御実施可能信号をセルバランス制御手段４０６へ出力してセルバランス制御手段４０６を動作させる。
このセルバランス制御手段４０６において、各セル残充電量算出手段５０１は、電流値格納手段４０３から出力された電流値とセル容量推定手段４０４から出力された各バッテリーセルの容量とに基づき、各バッテリーセルの充電率を求め、さらに、前記充電率により各バッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎの満充電までの残りの充電量を算出し、これを各セル残充電量として残充電量最大値算出手段５０２へ出力する。
残充電量最大値算出手段５０２は、各セル残充電量算出手段５０１から出力された各セル残充電量に基づき、その最大値を算出し、これを残充電量最大値として各セル目標充電率算出手段５０３へ出力する。
さらに、各セル目標充電率算出手段５０３は、セル容量推定手段４０４から出力された各バッテリーセルの容量と、残充電量最大値算出手段５０２から出力された残充電量最大値とに基づき、各バッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎの目標充電率を算出し、これを各セル目標充電率として各セル目標電圧算出手段５０４に出力する。
さらに、各セル目標充電率算出手段５０３は、セル容量推定手段４０４から出力された各バッテリーセルの容量と、残充電量最大値算出手段５０２から出力された残充電量最大値とに基づき、各バッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎの目標充電率を算出し、これを各セル目標充電率として各セル目標電圧算出手段５０４に出力する。
各セル目標電圧算出手段５０４は、各セル目標充電率算出手段５０３から出力された各セル目標充電率から図１２に示すようなテーブルデータを参照して各バッテリーセルの目標電圧を算出し、これを各セル目標電圧としてバランサ駆動判定手段５０５へ出力する。
なお、図１２に示すテーブルデータは、ｘ軸データを充電率、ｙ軸データをセル目標電圧とした２次元テーブルで示されており、ｘ軸データに応じてｙ軸データが予め設定されている。
なお、図１２に示すテーブルデータは、ｘ軸データを充電率、ｙ軸データをセル目標電圧とした２次元テーブルで示されており、ｘ軸データに応じてｙ軸データが予め設定されている。
次に、バランサ駆動判定手段５０５は、セル電圧値格納手段４０２から出力された各バッテリーセルのセル電圧と各セル目標電圧算出手段５０４から出力された各バッテリーセルの目標電圧より、バッテリーセル毎に電圧差を求め、この電圧差がしきい値以上である場合、バランサ３０２に対してバランサ駆動信号を出力する。この出力されたバランサ駆動信号は、バランサ３０２内の該当するセルのバランサ抵抗断続手段３０５をオンし、セルバランス制御を実行することになる。
次に、各バッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎの目標電圧の算出方法について説明する。
ここで、各バッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎを各バッテリーセルｎとし、バッテリーセルｎに流れる電流値をＩ［Ａ］、バッテリーセルｎの容量をＣｐｎ［Ａｈ］とすると、バッテリーセルｎの充電率ＳＯＣｎ［％］は、電流値Ｉ（ｔ）［Ａ］の時間積分から求まり、次式で表される。
ここで、各バッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎを各バッテリーセルｎとし、バッテリーセルｎに流れる電流値をＩ［Ａ］、バッテリーセルｎの容量をＣｐｎ［Ａｈ］とすると、バッテリーセルｎの充電率ＳＯＣｎ［％］は、電流値Ｉ（ｔ）［Ａ］の時間積分から求まり、次式で表される。
ところで、従来技術においては、電池容量によって最低セル電圧であるバッテリーセルの残充電量が最大になるとは限らないため、最低セル電圧を基準値としたセルバランス制御では、無駄なセルバランスによる充電エネルギー消費の発生が問題であった。この無駄なセルバランスを無くすためには、全てのバッテリーセルにおいて残充電量が同じになるようセルバランス制御を行えばよく、複数のバッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎが直列に接続されたバッテリーパック１０４においては、全てのバッテリーセルで等しく充電量が加算されることから、残充電量の目標を残充電量最大値Ｑｒｅｍ＿ｍａｘとすればよい。
次に、残充電量最大値Ｑｒｅｍ＿ｍａｘからバッテリーセルｎにおける目標電圧Ｖｔｇｎを算出する方法について説明する。
まず、バッテリーセルｎにおいて残充電量最大値Ｑｒｅｍ＿ｍａｘ［Ａｈ］に充電したとき、満充電となる目標充電率ＳＯＣｔｇｎ［％］は、次式で表される。
まず、バッテリーセルｎにおいて残充電量最大値Ｑｒｅｍ＿ｍａｘ［Ａｈ］に充電したとき、満充電となる目標充電率ＳＯＣｔｇｎ［％］は、次式で表される。
また、各バッテリーセルｎにおける目標電圧Ｖｔｇｎ［Ｖ］は、図１２に示すテーブルデータを参照する処理ｍａｐ（ＳＯＣ）を用い、次式で求めることができる。
次に、実施の形態１におけるセルバランス制御動作について図３〜図１１に示すワークフローを用いて説明する。
図３は、バッテリーマネジメント装置１０５の動作を説明するワークフローで、この動作は、マイコン４０１などに設定された所定時間毎に実行される。
まず、ステップＳ１において、セル電圧検出手段３０３より取得したセル電圧をセル電圧値格納手段２１０にてセル毎に順次ＲＡＭに格納する。
次に、ステップＳ２において、電流検出手段３０６より取得したバッテリーパック１０４の充放電電流を電流値格納手段４０３に格納する。
図３は、バッテリーマネジメント装置１０５の動作を説明するワークフローで、この動作は、マイコン４０１などに設定された所定時間毎に実行される。
まず、ステップＳ１において、セル電圧検出手段３０３より取得したセル電圧をセル電圧値格納手段２１０にてセル毎に順次ＲＡＭに格納する。
次に、ステップＳ２において、電流検出手段３０６より取得したバッテリーパック１０４の充放電電流を電流値格納手段４０３に格納する。
次に、ステップＳ３において、各バッテリーセルの容量をセル容量推定手段４０４により推定し、ＲＡＭへ格納する。
なお、セル容量の推定方法は、例えば、特開２０１２−１８１０６６号公報に記載された方法が知られている。
なお、セル容量の推定方法は、例えば、特開２０１２−１８１０６６号公報に記載された方法が知られている。
次に、ステップＳ４において、車両制御装置１０１の充電制御モード判定手段２０２からの情報に基づき、セルバランス制御を行うか判定する。具体的には、充電器１０６が充電動作中であるか否かを判定し、充電動作中の場合は、セルバランス制御が必要であると判定し、充電動作中でない場合は、セルバランス制御が不要であると判定する。
ここで、セルバランス制御が不要と判定した場合は、ステップＳ１０へ進み、処理を終了する。一方、セルバランス制御が必要と判定した場合、ステップＳ５へ進み、ステップＳ１にて格納した各バッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎのセル電圧とステップＳ３にて格納した各バッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎの容量より各セル充電率を算出し、さらに各セル充電率から各セル残充電量を算出する。
ここで、セルバランス制御が不要と判定した場合は、ステップＳ１０へ進み、処理を終了する。一方、セルバランス制御が必要と判定した場合、ステップＳ５へ進み、ステップＳ１にて格納した各バッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎのセル電圧とステップＳ３にて格納した各バッテリーセル３０１ａ，３０１ｂ，…３０１ｎの容量より各セル充電率を算出し、さらに各セル充電率から各セル残充電量を算出する。
次に、ステップＳ６において、各セル残充電量から残充電量最大値を算出し、ステップＳ７において、各バッテリーセルが残充電量最大値を充電したときに満充電となる各セル目標充電率を残充電量最大値から算出する。
次に、ステップＳ８では、各セル目標充電率に基づき、各セル目標電圧を算出し、最後に、ステップＳ９において、ステップＳ１にて格納した各バッテリーセルのセル電圧とステップＳ８にて算出した各セル目標電圧値よりバランサ制御を駆動するか否かの判定を行う。
次に、ステップＳ８では、各セル目標充電率に基づき、各セル目標電圧を算出し、最後に、ステップＳ９において、ステップＳ１にて格納した各バッテリーセルのセル電圧とステップＳ８にて算出した各セル目標電圧値よりバランサ制御を駆動するか否かの判定を行う。
次に、図３におけるステップＳ１〜Ｓ３およびステップＳ５〜Ｓ９の詳細について説明する。
図４は、ステップＳ１（バランサ駆動制御）の詳細を示すワークフロー図である。
ステップＳ１１において、通信手段等を介してセル電圧検出手段３０３により検出されたセル電圧をマイコン４０１に読み込み、ステップＳ１２において、読み込んだセル電圧を対象のセル電圧格納用ＲＡＭへ記憶する。なお、ステップＳ１の処理は、セル電圧値格納手段４０２で行う。
図４は、ステップＳ１（バランサ駆動制御）の詳細を示すワークフロー図である。
ステップＳ１１において、通信手段等を介してセル電圧検出手段３０３により検出されたセル電圧をマイコン４０１に読み込み、ステップＳ１２において、読み込んだセル電圧を対象のセル電圧格納用ＲＡＭへ記憶する。なお、ステップＳ１の処理は、セル電圧値格納手段４０２で行う。
図５は、ステップＳ２（電流値格納処理）の詳細を示すワークフロー図である。
ステップＳ２１において、通信手段等を介して電流検出手段３０６により検出された、バッテリーパック１０４の充放電電流をマイコン４０１にて読み込み、ステップＳ２２において、読み込んだ電流を電流値格納用ＲＡＭへ記憶する。なお、ステップＳ２の処理は、電流値格納手段４０３で行う。
ステップＳ２１において、通信手段等を介して電流検出手段３０６により検出された、バッテリーパック１０４の充放電電流をマイコン４０１にて読み込み、ステップＳ２２において、読み込んだ電流を電流値格納用ＲＡＭへ記憶する。なお、ステップＳ２の処理は、電流値格納手段４０３で行う。
図６は、ステップＳ３（各セル容量算出）の詳細を示すワークフロー図である。
ステップＳ３１において、各バッテリーセルｎの様々な情報に基づいて各バッテリーセルｎの容量推定を行い、ステップＳ３２において、各セル容量格納用ＲＡＭへ記憶する。なお、ステップＳ３の処理は、セル容量推定手段４０４で行う。
ステップＳ３１において、各バッテリーセルｎの様々な情報に基づいて各バッテリーセルｎの容量推定を行い、ステップＳ３２において、各セル容量格納用ＲＡＭへ記憶する。なお、ステップＳ３の処理は、セル容量推定手段４０４で行う。
図７は、ステップＳ５（各セル残充電量算出）の詳細を示すワークフロー図である。
まず、ステップＳ５１において、電流値Ｉと各セル容量ＣＰｎを入力として、（式１）に基づき各バッテリーセルｎの充電率ＳＯＣｎを求め、次に、ステップＳ５２において、各バッテリーセルｎの充電率ＳＯＣｎより（式２）に基づき、各バッテリーセルｎの残充電量Ｑｒｅｍｎを算出する。この算出した各バッテリーセルｎの残充電量Ｑｒｅｍｎを、ステップＳ５３において、各セル残充電量ＲＡＭへ格納する。なお、ステップＳ５の処理は、各セル残充電量算出手段５０１で行う。
まず、ステップＳ５１において、電流値Ｉと各セル容量ＣＰｎを入力として、（式１）に基づき各バッテリーセルｎの充電率ＳＯＣｎを求め、次に、ステップＳ５２において、各バッテリーセルｎの充電率ＳＯＣｎより（式２）に基づき、各バッテリーセルｎの残充電量Ｑｒｅｍｎを算出する。この算出した各バッテリーセルｎの残充電量Ｑｒｅｍｎを、ステップＳ５３において、各セル残充電量ＲＡＭへ格納する。なお、ステップＳ５の処理は、各セル残充電量算出手段５０１で行う。
図８は、ステップＳ６（残充電量最大値算出）の詳細を示すワークフロー図である。
ステップＳ６１において、各セル残充電量Ｑｒｅｍｎから（式３）に基づいて残充電量最大値Ｑｒｅｍ＿ｍａｘを算出し、ステップＳ６２において、前記最大値を残充電量最大値ＲＡＭへ格納する。なお、ステップＳ６の処理は、残充電量最大値算出手段５０２で行う。
ステップＳ６１において、各セル残充電量Ｑｒｅｍｎから（式３）に基づいて残充電量最大値Ｑｒｅｍ＿ｍａｘを算出し、ステップＳ６２において、前記最大値を残充電量最大値ＲＡＭへ格納する。なお、ステップＳ６の処理は、残充電量最大値算出手段５０２で行う。
図９は、ステップＳ７（各セル目標充電率算出）の詳細を示すワークフロー図である。
ステップＳ７１において、各セル容量ＣＰｎと残充電量最大値Ｑｒｅｍ＿ｍａｘを入力として、（式４）に基づいて各バッテリーセルｎの目標充電率ＳＯＣｔｇｎを算出し、ステップＳ７２において、各バッテリーセルｎの目標充電率ＳＯＣｔｇｎを各セル目標充電率ＲＡＭへ格納する。なお、ステップＳ７の処理は、各セル目標充電率算出手段５０３で行う。
ステップＳ７１において、各セル容量ＣＰｎと残充電量最大値Ｑｒｅｍ＿ｍａｘを入力として、（式４）に基づいて各バッテリーセルｎの目標充電率ＳＯＣｔｇｎを算出し、ステップＳ７２において、各バッテリーセルｎの目標充電率ＳＯＣｔｇｎを各セル目標充電率ＲＡＭへ格納する。なお、ステップＳ７の処理は、各セル目標充電率算出手段５０３で行う。
図１０は、ステップＳ８（各セル目標電圧算出）の詳細を示すワークフロー図である。
ステップＳ８１において、図１２に示すテーブルデータを参照し、各セル目標充電率ＳＯＣｔｇｎから各バッテリーセルｎの目標電圧Ｖｔｇｎを算出する。その後、ステップＳ８２において、各バッテリーセルｎの目標電圧Ｖｔｇｎを各セル目標電圧ＲＡＭへ格納する。なお、ステップＳ８の処理は、図２の各セル目標電圧算出手段５０４で行う。
ステップＳ８１において、図１２に示すテーブルデータを参照し、各セル目標充電率ＳＯＣｔｇｎから各バッテリーセルｎの目標電圧Ｖｔｇｎを算出する。その後、ステップＳ８２において、各バッテリーセルｎの目標電圧Ｖｔｇｎを各セル目標電圧ＲＡＭへ格納する。なお、ステップＳ８の処理は、図２の各セル目標電圧算出手段５０４で行う。
図１１は、ステップＳ９（バランサ駆動判定）の詳細を示すワークフロー図である。
まず、ステップＳ９１にて、各バッテリーセルｎのセル電圧Ｖｎ［Ｖ］と各バッテリーセルｎの目標電圧Ｖｔｇｎの差分を各バッテリーセルｎのバランサ駆動判定値ΔＶｎ［Ｖ］として算出する。なお、各バッテリーセルｎのバランサ駆動判定値ΔＶｎは、次式に基づき算出する。
まず、ステップＳ９１にて、各バッテリーセルｎのセル電圧Ｖｎ［Ｖ］と各バッテリーセルｎの目標電圧Ｖｔｇｎの差分を各バッテリーセルｎのバランサ駆動判定値ΔＶｎ［Ｖ］として算出する。なお、各バッテリーセルｎのバランサ駆動判定値ΔＶｎは、次式に基づき算出する。
次に、ステップＳ９２において、ステップＳ９１で算出された各バッテリーセルｎのバランサ駆動判定値ΔＶｎに基づき、バランサ駆動判定を行う。ステップＳ９２において、各バッテリーセルｎのバランサ駆動判定値ΔＶｎが０よりも大きい場合は、ステップＳ９３へ進み、バッテリーセルｎのバランサ駆動開始指示をオンとする。バッテリーセルｎのバランサ駆動開始指示がオンになると、バッテリーセルｎのスイッチング素子からなるバランサ抵抗断続手段３０５がオンし、バランサ制御を行うことになる。
一方、バランサ駆動判定値ΔＶｎが０以下である場合、ステップＳ９４へ進み、このバッテリーセルｎのバランサ駆動開始指示をオフとする。バッテリーセルｎのバランサ駆動開始指示がオフになると、バッテリーセルｎのバランサ抵抗断続手段３０５がオフし、バランサ制御を停止する。なお、ステップＳ９の処理は、バランサ駆動判定手段５０５で行う。
一方、バランサ駆動判定値ΔＶｎが０以下である場合、ステップＳ９４へ進み、このバッテリーセルｎのバランサ駆動開始指示をオフとする。バッテリーセルｎのバランサ駆動開始指示がオフになると、バッテリーセルｎのバランサ抵抗断続手段３０５がオフし、バランサ制御を停止する。なお、ステップＳ９の処理は、バランサ駆動判定手段５０５で行う。
次に、以上のような処理を図１５に示すタイミングチャートに基づいて説明する。
図１５（ａ）は、充電開始から充電終了における特定のバッテリーセルＡ, Ｂの残充電量、図１５（ｂ）は、バッテリーセルＡ, Ｂの目標充電率、図１５（ｃ）は、バッテリーセルＡ, Ｂの端子間電圧と目標電圧、図１５（ｄ）は、バッテリーセルＡ, Ｂのバランサ駆動状態を示す。
ここでは、充電前におけるバッテリーセルＡの端子間電圧をＶａ１、充電率ＳＯＣＡを６０．０［％］、容量ＣｐＡを１００［Ａｈ］、バッテリーセルＢの端子間電圧をＶｂ１、充電率ＳＯＣＢを４０［％］、容量ＣｐＢを５０［Ａｈ］として説明する。なお、端子間電圧Ｖａ１とＶｂ１の関係は、ＳＯＣＡ＞ＳＯＣＢによりＶａ１＞Ｖｂ１である。また、車両は、充電動作状態とし、バランサ駆動制御の実施判定が成立してステップＳ５〜ステップＳ９が実行されているものとする。
図１５（ａ）は、充電開始から充電終了における特定のバッテリーセルＡ, Ｂの残充電量、図１５（ｂ）は、バッテリーセルＡ, Ｂの目標充電率、図１５（ｃ）は、バッテリーセルＡ, Ｂの端子間電圧と目標電圧、図１５（ｄ）は、バッテリーセルＡ, Ｂのバランサ駆動状態を示す。
ここでは、充電前におけるバッテリーセルＡの端子間電圧をＶａ１、充電率ＳＯＣＡを６０．０［％］、容量ＣｐＡを１００［Ａｈ］、バッテリーセルＢの端子間電圧をＶｂ１、充電率ＳＯＣＢを４０［％］、容量ＣｐＢを５０［Ａｈ］として説明する。なお、端子間電圧Ｖａ１とＶｂ１の関係は、ＳＯＣＡ＞ＳＯＣＢによりＶａ１＞Ｖｂ１である。また、車両は、充電動作状態とし、バランサ駆動制御の実施判定が成立してステップＳ５〜ステップＳ９が実行されているものとする。
初めに、充電開始時におけるバッテリーセルＡ, Ｂの残充電量、目標充電率および目標電圧について説明する。
まず、ステップＳ５において、バッテリーセルＡ, Ｂの残充電量ＱｒｅｍＡ, ＱｒｅｍＢを算出し、上記の条件より、（式２）からＱｒｅｍＡ＝４０［Ａｈ］, ＱｒｅｍＢ＝３０［Ａｈ］が求められる。
まず、ステップＳ５において、バッテリーセルＡ, Ｂの残充電量ＱｒｅｍＡ, ＱｒｅｍＢを算出し、上記の条件より、（式２）からＱｒｅｍＡ＝４０［Ａｈ］, ＱｒｅｍＢ＝３０［Ａｈ］が求められる。
次に、ステップＳ６において、残充電量最大値を算出する。ここでは、残充電量最大値Ｑｒｅｍ＿ｍａｘ＝ＱｒｅｍＡ＝４０［Ａｈ］となる。
次に、ステップＳ７において、バッテリーセルＡ, Ｂの目標充電率を算出する。上記の条件より、式４からバッテリーセルＡの目標充電率ＳＯＣｔｇＡ＝ＳＯＣＡ＝６０［％］、バッテリーセルＢの目標充電率ＳＯＣｔｇＢ＝２０［％］となる。
次に、ステップＳ８において、バッテリーセルＡの目標電圧ＶｔｇＡ、およびバッテリーセルＢの目標電圧ＶｔｇＢを算出する。ここで、バッテリーセルＡの残充電量ＱｒｅｍＡが残充電量最大値Ｑｒｅｍ＿ｍａｘと等しい間は、バッテリーセルＡの充電率ＳＯＣＡと目標充電率ＳＯＣｔｇＡが一致する。そして、図１２に示すように充電率ＳＯＣと端子間電圧は、一意の関係にあることから、バッテリーセルＡの端子間電圧ＶＡと目標電圧ＶｔｇＡが一致することが分かる。
一方、バッテリーセルＢでは残充電量ＱｒｅｍＢが残充電量最大値Ｑｒｅｍ＿ｍａｘより小さいため、バッテリーセルＢの充電率ＳＯＣＢは、バッテリーセルＢの目標充電率ＳＯＣｔｇＢより大きく、すなわち、バッテリーセルＢの端子間電圧Ｖｂ１は、目標電圧ＶｔｇＢより大となる。
その後、充電が実施され、充電中は、ステップＳ５からステップＳ９が繰り返し実行され、バッテリーセルＡ, Ｂの残充電量、目標充電率および目標電圧を更新して行く。
その後、充電が実施され、充電中は、ステップＳ５からステップＳ９が繰り返し実行され、バッテリーセルＡ, Ｂの残充電量、目標充電率および目標電圧を更新して行く。
充電開始から充電終了におけるバッテリーセルＡ, Ｂの残充電量の変化を図１５（ａ）に、目標充電率の変化を図１５（ｂ）に、端子間電圧と目標電圧の変化を図１５（ｃ）に、バッテリーセルＡ, Ｂのバランサ駆動状態を図１５（ｄ）に示す。
充電中は、バッテリーセルＡの残充電量ＱｒｅｍＡと残充電量最大値Ｑｒｅｍ＿ｍａｘが一致、すなわち、バッテリーセルＡの端子間電圧ＶＡとバッテリーセルＡの目標電圧ＶｔｇＡが一致するため、バッテリーセルＡのバランサ３０２は駆動せず、セルバランスは実行されない。
充電中は、バッテリーセルＡの残充電量ＱｒｅｍＡと残充電量最大値Ｑｒｅｍ＿ｍａｘが一致、すなわち、バッテリーセルＡの端子間電圧ＶＡとバッテリーセルＡの目標電圧ＶｔｇＡが一致するため、バッテリーセルＡのバランサ３０２は駆動せず、セルバランスは実行されない。
一方、バッテリーセルＢの残充電量ＱｒｅｍＢは、残充電量最大値Ｑｒｅｍ＿ｍａｘより小であるため、バッテリーセルＢの充電率ＳＯＣＢは、バッテリーセルＢの目標充電率ＳＯＣｔｇＢよりも大、すなわち、バッテリーセルＢの端子間電圧ＶｂがバッテリーセルＢの目標電圧ＶｔｇＢより大となって、バッテリーセルＢのバランサ３０２が駆動し、セルバランスが実行される。そして、時刻ｔ５でバッテリーセルＡ, Ｂの残充電量が一致し、バッテリーセルＢのバランサ３０２は停止する。その後、時刻ｔ６で満充電状態となり充電が終了する。
以上説明したように、充電開始から充電終了の動作において、バッテリーセルＡの残充電量ＱｒｅｍＡである４０［Ａｈ］の充電で、バッテリーセルＡをセルバランスすることなくバッテリーセルＢを満充電にすることができることが分かる。すなわち、図１４に示すバッテリーセルＡのセルバランスが実施されなくなり、無駄な充電エネルギーの消費を抑制することができるとともに、充電時間を短縮することができる。
実施の形態２．
上述の実施の形態１においては、各セルの残充電量が同じになるまで残充電量最大値Ｑｒｅｍ＿ｍａｘ以外のセルのバランサ３０２を駆動するものであるが、この場合、単位時間当たりにバランサ３０２で消費する充電量が最大の状態でセルバランス制御を行うため、バランサ抵抗３０４が発熱、劣化し、故障の原因となる。また、充電途中で各セルの残充電量が同じになる(図１５の時刻ｔ５)ケースにおいて、充電を中断した場合、満充電時に各セルの残充電量が同じになるケースに比べて、単位時間当たりに充電中バランサ抵抗３０４で消費する充電量は余剰となってしまう。
このような問題を解決するため、この発明の実施の形態２においては、満充電時に各セルの残充電量が同じになるよう残充電量最大値Ｑｒｅｍ＿ｍａｘ以外のセルのバランサ３０２を間欠駆動するようにしたものである。
上述の実施の形態１においては、各セルの残充電量が同じになるまで残充電量最大値Ｑｒｅｍ＿ｍａｘ以外のセルのバランサ３０２を駆動するものであるが、この場合、単位時間当たりにバランサ３０２で消費する充電量が最大の状態でセルバランス制御を行うため、バランサ抵抗３０４が発熱、劣化し、故障の原因となる。また、充電途中で各セルの残充電量が同じになる(図１５の時刻ｔ５)ケースにおいて、充電を中断した場合、満充電時に各セルの残充電量が同じになるケースに比べて、単位時間当たりに充電中バランサ抵抗３０４で消費する充電量は余剰となってしまう。
このような問題を解決するため、この発明の実施の形態２においては、満充電時に各セルの残充電量が同じになるよう残充電量最大値Ｑｒｅｍ＿ｍａｘ以外のセルのバランサ３０２を間欠駆動するようにしたものである。
まず、実施の形態１における、各セル残充電量、各セル満充電消費充電量、各セル単位時間当り消費充電電流およびバランサ駆動状態についてタイミングチャートである図２４を用いて説明する。
図２４（ａ）は、充電開始から充電終了におけるバッテリーセルＡ,Ｂの端子間電圧と目標電圧、図２４（ｂ）は、バッテリーセルＡ,Ｂのバランサ駆動状態、図２４（ｃ）は、バッテリーセルＡ,Ｂの満充電消費充電量，図２４（ｄ）は、バッテリーセルＡ,Ｂの単位時間当りの消費充電電流を示す。
図２４（ａ）は、充電開始から充電終了におけるバッテリーセルＡ,Ｂの端子間電圧と目標電圧、図２４（ｂ）は、バッテリーセルＡ,Ｂのバランサ駆動状態、図２４（ｃ）は、バッテリーセルＡ,Ｂの満充電消費充電量，図２４（ｄ）は、バッテリーセルＡ,Ｂの単位時間当りの消費充電電流を示す。
ここで、満充電消費充電量とは，満充電までに消費する充電量を示す。また、単位時間当たり消費充電電流は、単位時間当りの消費充電量を示し、満充電消費充電量の勾配と等しい。また、充電開始時(ｔ＝０)における各バッテリーセルの端子間電圧、充電率、容量は、上述した実施の形態１と同じとする。
まず、充電開始時刻ｔ＝０において、バッテリーセルＢの端子間電圧Ｖｂ１が目標電圧ＶｔｇＢより大となって、バッテリーセルＢのバランサ３０２がオンとなる。その後、バッテリーセルＢの端子間電圧Ｖｂ１が目標電圧ＶｔｇＢと等しくなる時刻ｔ５までバッテリーセルＢのバランサ３０２がオンとなり、バッテリーセルＢのバランサ３０２に常に電流が流れ続け、バッテリーセルＢの充電量が消費される。その後、時刻ｔ５において、バッテリーセルＡの残充電量とバッテリーセルＢの残充電量が同じとなってバッテリーセルＢの満充電消費充電量がゼロとなる。さらに、バッテリーセルＢの端子間電圧Ｖｂ１が目標電圧ＶｔｇＢと同じとなり、バランサ３０２が停止する。
ここで、充電開始時刻（ｔ＝０）から時刻（ｔ＝５）の間に充電が停止した場合、満充電で満充電消費充電量がゼロとなる場合に比べて、バッテリーセルＢの単位時間当りにおける消費充電電流が多くなる。すなわち、バッテリーセルＢの充電量を余剰に消費することになる。また、バランサ抵抗３０４に余剰な電流を流すため、バランサ抵抗３０４が発熱し劣化、故障を促進することになる。
このような問題に鑑みて、実施の形態２においては、満充電時に充電消費充電量がゼロとなるよう、バランサ３０２の間欠駆動を行うことを特徴としている。
図１６は、この発明の実施の形態２に係るバッテリーマネジメント装置の具体的な構成を示す要部ブロック図で、バッテリーマネジメント装置１０５内におけるマイコン４０１の要部構成を示し、車両制御装置１０１、バッテリーパック１０４、バランサ３０２などの構成は、図１と同一であるため、省略している。
図１６は、この発明の実施の形態２に係るバッテリーマネジメント装置の具体的な構成を示す要部ブロック図で、バッテリーマネジメント装置１０５内におけるマイコン４０１の要部構成を示し、車両制御装置１０１、バッテリーパック１０４、バランサ３０２などの構成は、図１と同一であるため、省略している。
また、マイコン４０１において、セル電圧値格納手段４０２と、電流値格納手段４０３と、セル容量推定手段４０４と、セルバランス制御実施判定手段４０５とは、実施の形態１に記載の構成とほぼ同じである。このマイコン４０１には、満充電までの時間である充電時間Ｔｃｈｇを推定する充電時間推定手段５１１と、各セルの内部抵抗Ｒｉｎｎを推定する各セル内部抵抗推定手段５１２とが設けられている。
また、マイコン４０１のセルバランス制御手段４０６には、各セル残充電量算出手段５０１と、残充電量最大値算出手段５０２と、各セル目標充電率算出手段５０３と、各セル目標電圧算出手段５０４に加えて次の構成が追加されている。
また、マイコン４０１のセルバランス制御手段４０６には、各セル残充電量算出手段５０１と、残充電量最大値算出手段５０２と、各セル目標充電率算出手段５０３と、各セル目標電圧算出手段５０４に加えて次の構成が追加されている。
すなわち、各セル残充電量算出手段５０１からの各セル残充電量Ｑｒｅｍｎおよび残充電量最大値算出手段５０２からの残充電量最大値Ｑｒｅｍ＿ｍａｘにより、各セル満充電消費充電量Ｑｃｎを算出する各セル満充電消費充電量算出手段５０６と、充電時間Ｔｃｈｇおよび各セル満充電消費充電量Ｑｃｎにより単位時間当たりの消費充電電流Ｉｃｃｎを算出する各セル単位時間当り消費充電電流算出手段５０７と、電流値格納手段４０３から得られるバッテリーセルｎに流れる電流値Ｉ、セル電圧値格納手段４０２から得られるセル電圧Ｖｎ、各セル内部抵抗Ｒｉｎｎおよびマイコン内部で固有値として記録されたバランサ抵抗値Ｒｂにより各セルバランサ消費充電電流Ｉｂｎを算出する各セルバランサ消費充電電流算出手段５０８と、各セル単位時間当たりの消費充電電流Ｉｃｃｎ、各セルバランサ消費充電電流Ｉｂｎ、セル電圧Ｖｎおよび各セル目標電圧Ｖｔｇｎにより各セルバランサ駆動割合Ｄｕｔｙｎを算出する各セルバランサ駆動割合算出手段５０９と、各セルバランサ駆動割合Ｄｕｔｙｎに応じてバランサを駆動するバランサ駆動手段５１０とが設けられている。
次に、このようなバッテリーマネジメント装置の動作について説明する。
まず、充電時間推定手段５１１は、満充電までの時間Ｔｃｈｇを推定し、各セル単位時間当り消費充電電流算出手段５０７へ出力する。また、各セル内部抵抗推定手段５１２は、各セル内部抵抗Ｒｉｎｎを推定し、各セルバランサ消費充電電流算出手段５０８へ出力する。なお、充電時間の推定方法は、例えば、特許第５７４２９９９号公報に、セル内部抵抗の推定方法は、例えば、特開２０１４−６２４５号公報などにより知られている。
まず、充電時間推定手段５１１は、満充電までの時間Ｔｃｈｇを推定し、各セル単位時間当り消費充電電流算出手段５０７へ出力する。また、各セル内部抵抗推定手段５１２は、各セル内部抵抗Ｒｉｎｎを推定し、各セルバランサ消費充電電流算出手段５０８へ出力する。なお、充電時間の推定方法は、例えば、特許第５７４２９９９号公報に、セル内部抵抗の推定方法は、例えば、特開２０１４−６２４５号公報などにより知られている。
一方、各セル満充電消費充電量算出手段５０６は、残充電量最大値算出手段５０２より出力された残充電量Ｑｒｅｍ＿ｍａｘと各セル残充電量算出手段５０１より算出された各セル残充電量Ｑｒｅｍｎとの差分より、各セルの満充電までに消費すべき充電量である各セル満充電消費充電量Ｑｃｎを算出し、各セル単位時間当り消費充電電流算出手段５０７へ出力する。
これらの充電時間Ｔｃｈｇおよび各セル満充電消費充電量Ｑｃｎの出力を受けて、各セル単位時間当り消費充電電流算出手段５０７は、満充電で各セル満充電消費充電量Ｑｃｎを消費するために各セルの単位時間当りの消費充電電流Ｉｃｃｎを算出し、各セルバランサ駆動割合算出手段５０９へ出力する。
これらの充電時間Ｔｃｈｇおよび各セル満充電消費充電量Ｑｃｎの出力を受けて、各セル単位時間当り消費充電電流算出手段５０７は、満充電で各セル満充電消費充電量Ｑｃｎを消費するために各セルの単位時間当りの消費充電電流Ｉｃｃｎを算出し、各セルバランサ駆動割合算出手段５０９へ出力する。
次に、各セルバランサ消費充電電流算出手段５０８は、電流値Iと、セル電圧Ｖｎと、各セル内部抵抗Ｒｉｎｎおよびマイコン内部に記録されたバランサ抵抗値Ｒｂより各セルバランサ消費充電電流Ｉｂｎを算出し、各セルバランサ駆動割合算出手段５０９へ出力する。各セルバランサ駆動割合算出手段５０９は、セル電圧Ｖｎが各セル目標電圧Ｖｔｇｎ以上である場合には、各セル単位時間当たりの消費充電電流Ｉｃｃｎと各セルバランサ消費充電電流Ｉｂｎの割合を各セルバランサ駆動割合Ｄｕｔｙｎとし、一方、セル電圧Ｖｎが各セル目標電圧Ｖｔｇｎ未満である場合には、各セルバランサ駆動割合Ｄｕｔｙｎをゼロとし、バランサ駆動手段５１０へ出力する。この出力を受けてバランサ駆動手段５１０は、各セルバランサ駆動割合Ｄｕｔｙｎに応じて予め定められた周期にてバランサ抵抗断続手段３０５の切断、接続を繰り返し行うことになる。
次に、各セルバランサ駆動割合Ｄｕｔｙｎの算出方法について説明する。
まず、各バッテリーセルｎにおいて満充電までにバランサで消費すべき充電量を求める。この各バッテリーセルｎにおける満充電消費充電量Ｑｃｎ［Ａｈ］は、残充電量Ｑｒｅｍｎ［Ａｈ］と残充電量最大値Ｑｒｅｍ＿ｍａｘ［Ａｈ］との差であり、次式で表される。
まず、各バッテリーセルｎにおいて満充電までにバランサで消費すべき充電量を求める。この各バッテリーセルｎにおける満充電消費充電量Ｑｃｎ［Ａｈ］は、残充電量Ｑｒｅｍｎ［Ａｈ］と残充電量最大値Ｑｒｅｍ＿ｍａｘ［Ａｈ］との差であり、次式で表される。
次に、各バッテリーセルｎが満充電に要する時間、すなわち、充電開始から充電終了に至る時間において、満充電消費充電量をバランサ３０２で消費するために、バランサ３０２に流すべき電流を単位時間当りの消費充電電流Ｉｃｃｎ［Ａ］として求める。ここで、充電時間をＴｃｈｇ［ｈｒ］とすると、各セル満充電消費充電量Ｑｃｎより各セル単位時間当り消費充電電流Ｉｃｃｎ［Ａ］は、次式で表される。
次に、バランサ３０２が単位時間当りに消費できる充電量を求める。
まず、各バッテリーセルｎの現時点での充電状態において、バランサ３０２のバランサ抵抗断続手段３０５が閉の状態でバランサ３０２に流れる電流値Ｉｂｎ［Ａ］を求める。
なお、図１６には示していないが、バッテリーセルｎには、内部抵抗すなわち電圧源に対して直列成分の抵抗が存在しており、バランサ抵抗３０４との並列回路が構成されている。このため、バッテリーセルｎに流れる電流をＩ［Ａ］、各セル電圧をＶｎ［Ｖ］、各セル内部抵抗をＲｉｎｎ[Ω]、バランサ抵抗をＲｂ[Ω]とすると、各バッテリーセルｎのバランサ３０２に流れる電流Ｉｂｎ［Ａ］は、キルヒホッフの第１法則や重ね合わせの原理を用いて次式で表される。
まず、各バッテリーセルｎの現時点での充電状態において、バランサ３０２のバランサ抵抗断続手段３０５が閉の状態でバランサ３０２に流れる電流値Ｉｂｎ［Ａ］を求める。
なお、図１６には示していないが、バッテリーセルｎには、内部抵抗すなわち電圧源に対して直列成分の抵抗が存在しており、バランサ抵抗３０４との並列回路が構成されている。このため、バッテリーセルｎに流れる電流をＩ［Ａ］、各セル電圧をＶｎ［Ｖ］、各セル内部抵抗をＲｉｎｎ[Ω]、バランサ抵抗をＲｂ[Ω]とすると、各バッテリーセルｎのバランサ３０２に流れる電流Ｉｂｎ［Ａ］は、キルヒホッフの第１法則や重ね合わせの原理を用いて次式で表される。
次に、この実施の形態２におけるセルバランス制御動作を図１７に示すワークフローに基づいて説明する。
図１７は、バッテリーマネジメント装置１０５が実行するワークフローを示し、ここにおける処理は、所定時間毎に実行される。
ここで、ステップＳ１〜Ｓ３は、実施の形態１における処理と同じであり、説明を省略する。
このステップＳ３に続くステップＳ１１において、充電時間を推定し、ＲＡＭへ格納する。また、ステップＳ1２において、各バッテリーセルｎの内部抵抗を推定し、ＲＡＭへ格納する。なお、充電時間の推定方法およびセル内部抵抗の推定方法は、例えば、特許第５７４２９９９号公報および特開２０１４−６２４５号公報などにより知られている。
図１７は、バッテリーマネジメント装置１０５が実行するワークフローを示し、ここにおける処理は、所定時間毎に実行される。
ここで、ステップＳ１〜Ｓ３は、実施の形態１における処理と同じであり、説明を省略する。
このステップＳ３に続くステップＳ１１において、充電時間を推定し、ＲＡＭへ格納する。また、ステップＳ1２において、各バッテリーセルｎの内部抵抗を推定し、ＲＡＭへ格納する。なお、充電時間の推定方法およびセル内部抵抗の推定方法は、例えば、特許第５７４２９９９号公報および特開２０１４−６２４５号公報などにより知られている。
次に、ステップＳ４において、セルバランス制御演算の実施を必要と判定した場合、ステップＳ５に進み、不要と判定した場合は、ステップＳ１０へ進み、処理を終了する。ステップＳ４に続くステップＳ５からステップＳ８は、実施の形態１における処理と同じであり、説明を省略する。
ステップＳ８の処理を受けてステップＳ１３においては、ステップＳ５にて算出した各バッテリーセルｎの残充電量と、ステップＳ６にて算出した残充電量最大値とより満充電消費充電量を算出する。
ステップＳ８の処理を受けてステップＳ１３においては、ステップＳ５にて算出した各バッテリーセルｎの残充電量と、ステップＳ６にて算出した残充電量最大値とより満充電消費充電量を算出する。
次に、ステップＳ１４において、ステップＳ１１にて算出した充電時間と、ステップＳ１３で算出した各セル満充電消費充電量とより各セル単位時間当り消費充電電流を算出する。
その後、ステップＳ１５において、ステップＳ１で格納したセル電圧と、ステップＳ２で格納した電流値と、ステップＳ１２で算出した各セル内部抵抗と、予めマイコン４０１に記録されたバランサ抵抗とより各セルバランサ消費充電電流を算出する。
ステップＳ１６において、ステップＳ１４で算出した各セル単位時間当り消費充電電流と、ステップＳ１５で算出した各セルバランサ消費充電電流と、ステップＳ１にて格納した各バッテリーセルｎのセル電圧と、ステップＳ８で算出した各セル目標電圧とより各セルバランサ駆動割合を算出する。
その後、ステップＳ１５において、ステップＳ１で格納したセル電圧と、ステップＳ２で格納した電流値と、ステップＳ１２で算出した各セル内部抵抗と、予めマイコン４０１に記録されたバランサ抵抗とより各セルバランサ消費充電電流を算出する。
ステップＳ１６において、ステップＳ１４で算出した各セル単位時間当り消費充電電流と、ステップＳ１５で算出した各セルバランサ消費充電電流と、ステップＳ１にて格納した各バッテリーセルｎのセル電圧と、ステップＳ８で算出した各セル目標電圧とより各セルバランサ駆動割合を算出する。
次に、このようなステップＳ１１〜Ｓ１６における処理の詳細を図１８〜図２３を用いて説明する。
図１８は、ステップＳ１１（充電時間推定）の詳細を示すワークフロー図である。
まず、ステップＳ１１１において、各バッテリーセルの様々な情報に基づいて、充電時間の推定を行い、ステップＳ１１２において充電時間格納用ＲＡＭへ記憶する。なお、このステップＳ１１の処理は、充電時間推定手段５１１によって行う。
図１９は、ステップＳ１２（セル内部抵抗推定）の詳細を示すワークフロー図である。
ステップＳ１２１において、各バッテリーセルの様々な情報に基づいて、各バッテリーセルの内部抵抗の推定を行い、ステップＳ１２２で各セル内部抵抗格納用ＲＡＭへ記憶する。なお、ステップＳ１２の処理は、セル内部抵抗推定手段５１２によって行う。
図１８は、ステップＳ１１（充電時間推定）の詳細を示すワークフロー図である。
まず、ステップＳ１１１において、各バッテリーセルの様々な情報に基づいて、充電時間の推定を行い、ステップＳ１１２において充電時間格納用ＲＡＭへ記憶する。なお、このステップＳ１１の処理は、充電時間推定手段５１１によって行う。
図１９は、ステップＳ１２（セル内部抵抗推定）の詳細を示すワークフロー図である。
ステップＳ１２１において、各バッテリーセルの様々な情報に基づいて、各バッテリーセルの内部抵抗の推定を行い、ステップＳ１２２で各セル内部抵抗格納用ＲＡＭへ記憶する。なお、ステップＳ１２の処理は、セル内部抵抗推定手段５１２によって行う。
次に、ステップＳ１３からステップＳ１６において実施するセルバランス制御演算について説明する。
図２０は、ステップＳ１３（各セル満充電消費充電量算出）の詳細を示すワークフロー図である。
ステップＳ１３１において、各セル残充電量Ｑｒｅｍｎと、残充電量最大値Ｑｒｅｍ＿ｍａｘを入力として、（式７）に基づき、各バッテリーセルのセル満充電消費充電量Ｑｃｎを算出する。続くステップＳ１３２において、各バッテリーセルｎのセル満充電消費充電量Ｑｃｎを各セル満充電消費充電量ＲＡＭへ格納する。なお、ステップＳ１３の処理は、各セル満充電消費充電量算出手段５０６によって行う。
図２０は、ステップＳ１３（各セル満充電消費充電量算出）の詳細を示すワークフロー図である。
ステップＳ１３１において、各セル残充電量Ｑｒｅｍｎと、残充電量最大値Ｑｒｅｍ＿ｍａｘを入力として、（式７）に基づき、各バッテリーセルのセル満充電消費充電量Ｑｃｎを算出する。続くステップＳ１３２において、各バッテリーセルｎのセル満充電消費充電量Ｑｃｎを各セル満充電消費充電量ＲＡＭへ格納する。なお、ステップＳ１３の処理は、各セル満充電消費充電量算出手段５０６によって行う。
図２１は、ステップＳ１４（各セル単位時間当り消費充電電流算出）の詳細を示すワークフロー図である。
ステップＳ１４１において、充電時間Ｔｃｈｇと、各セル満充電消費充電量Ｑｃｎ入力として、（式８）に基づき、各バッテリーセルｎの単位時間当りの消費充電電流Ｉｃｃｎを算出し、ステップＳ１４２において、各バッテリーセルｎの単位時間当りの消費充電電流Ｉｃｃｎを各セル単位時間当り消費充電電流ＲＡＭへ格納する。
なお、ステップＳ１４の処理は、各セル単位時間当り消費充電電流算出手段５０７によって行う。
ステップＳ１４１において、充電時間Ｔｃｈｇと、各セル満充電消費充電量Ｑｃｎ入力として、（式８）に基づき、各バッテリーセルｎの単位時間当りの消費充電電流Ｉｃｃｎを算出し、ステップＳ１４２において、各バッテリーセルｎの単位時間当りの消費充電電流Ｉｃｃｎを各セル単位時間当り消費充電電流ＲＡＭへ格納する。
なお、ステップＳ１４の処理は、各セル単位時間当り消費充電電流算出手段５０７によって行う。
図２２は、ステップＳ１５（各セルバランサ消費充電電流算出）の詳細を示すワークフロー図である。
ステップＳ１５１において、各セル電圧Ｖｎと、電流値Ｉと、各セル内部抵抗Ｒｉｎｎと、予めマイコン４０１に記録されたバランサ抵抗値Ｒｂを入力として、式（９）に基づき、各バッテリーセルｎのバランサ消費充電電流Ｉｂｎを算出し、ステップＳ１５２において、各バッテリーセルｎのバランサ消費充電電流Ｉｂｎを各セルバランサ消費充電電流ＲＡＭへ格納する。なお、ステップＳ１５の処理は、図１６の各セルバランサ消費充電電流算出手段５０８によって行う。
ステップＳ１５１において、各セル電圧Ｖｎと、電流値Ｉと、各セル内部抵抗Ｒｉｎｎと、予めマイコン４０１に記録されたバランサ抵抗値Ｒｂを入力として、式（９）に基づき、各バッテリーセルｎのバランサ消費充電電流Ｉｂｎを算出し、ステップＳ１５２において、各バッテリーセルｎのバランサ消費充電電流Ｉｂｎを各セルバランサ消費充電電流ＲＡＭへ格納する。なお、ステップＳ１５の処理は、図１６の各セルバランサ消費充電電流算出手段５０８によって行う。
図２３は、ステップＳ１６（各セルバランサ駆動割合算出）の詳細を示すワークフロー図である。
ステップＳ１６１において、各セル電圧Ｖｎと各セル目標電厚Ｖｔｇｎに基づき、バランサ駆動判定を行う。各セル電圧Ｖｎが各セル目標電圧Ｖｔｇｎ未満である場合には、バランサ３０２を停止させるために、ステップＳ１６２に進み、各セルバランサ駆動割合を０［％］とする。一方、各セル電圧Ｖｎが各セル目標電圧Ｖｔｇｎ未満でない場合には、バランサ３０２を駆動させるために、ステップＳ１６３に進む。
このステップＳ１６３においては、各セル単位時間当り消費充電電流Ｉｃｃｎと各セルバランサ消費充電電流Ｉｂｎを入力として、（式１０）に基づき、各セルバランサ駆動割合Ｄｕｔｙｎを算出し、ステップＳ１６４において、各セルバランサ駆動割合Ｄｕｔｙｎの上限値判定を行う。各セルバランサ駆動割合Ｄｕｔｙｎが１００［％］以上である場合には、ステップＳ１６５に進み、各セルバランサ駆動割合Ｄｕｔｙｎ＝１００［％］とする。一方、各セルバランサ駆動割合Ｄｕｔｙｎが１００［％］以上でない場合には、ステップＳ１６６に進み、各セルバランサ駆動割合ＤｕｔｙｎをステップＳ１６３における算出結果のままとする。なお、ステップＳ１６の処理は、図１６の各セルバランサ駆動割合算出手段５０９によって行う。
ステップＳ１６１において、各セル電圧Ｖｎと各セル目標電厚Ｖｔｇｎに基づき、バランサ駆動判定を行う。各セル電圧Ｖｎが各セル目標電圧Ｖｔｇｎ未満である場合には、バランサ３０２を停止させるために、ステップＳ１６２に進み、各セルバランサ駆動割合を０［％］とする。一方、各セル電圧Ｖｎが各セル目標電圧Ｖｔｇｎ未満でない場合には、バランサ３０２を駆動させるために、ステップＳ１６３に進む。
このステップＳ１６３においては、各セル単位時間当り消費充電電流Ｉｃｃｎと各セルバランサ消費充電電流Ｉｂｎを入力として、（式１０）に基づき、各セルバランサ駆動割合Ｄｕｔｙｎを算出し、ステップＳ１６４において、各セルバランサ駆動割合Ｄｕｔｙｎの上限値判定を行う。各セルバランサ駆動割合Ｄｕｔｙｎが１００［％］以上である場合には、ステップＳ１６５に進み、各セルバランサ駆動割合Ｄｕｔｙｎ＝１００［％］とする。一方、各セルバランサ駆動割合Ｄｕｔｙｎが１００［％］以上でない場合には、ステップＳ１６６に進み、各セルバランサ駆動割合ＤｕｔｙｎをステップＳ１６３における算出結果のままとする。なお、ステップＳ１６の処理は、図１６の各セルバランサ駆動割合算出手段５０９によって行う。
次に、上述した動作を図２５のタイミングチャートに基づいて説明する。
図２５（ａ）は、充電開始から充電終了におけるバッテリーセルＡ, Ｂの満充電消費充電量、図２５（ｂ）は、バッテリーセルＡ, Ｂの単位時間当消費充電電流、図２５（ｃ）は、バッテリーセルＡ, Ｂのバランサ駆動割合、図２５（ｄ）は、バッテリーセルＡ, Ｂのバランサ駆動状態を示す。
ここで、この実施の形態２における充電率ＳＯＣｎおよび容量Ｃｐｎは、実施の形態１における値と同じとする。また、充電前におけるバッテリーセルＡの端子間電圧ＶＡは、３．８［Ｖ］、バッテリーセルＢの端子間電圧ＶＡは、４．０［Ｖ］、充電時間Ｔｃｈｇは、１０［ｈｒ］、充電時の電流値Ｉは、４［Ａ］、バランサ抵抗値Ｒｂは、２［Ω］、バッテリーセルＡの内部抵抗ＲｉｎＡは、１［ｍΩ］、バッテリーセルＢの内部抵抗ＲｉｎＢは、１［ｍΩ］とする。また、車両は、充電動作状態とし、バランサ駆動制御実施判定が成立してステップＳ５〜ステップＳ８およびステップＳ１３〜ステップＳ１６が実行されているものとする。
図２５（ａ）は、充電開始から充電終了におけるバッテリーセルＡ, Ｂの満充電消費充電量、図２５（ｂ）は、バッテリーセルＡ, Ｂの単位時間当消費充電電流、図２５（ｃ）は、バッテリーセルＡ, Ｂのバランサ駆動割合、図２５（ｄ）は、バッテリーセルＡ, Ｂのバランサ駆動状態を示す。
ここで、この実施の形態２における充電率ＳＯＣｎおよび容量Ｃｐｎは、実施の形態１における値と同じとする。また、充電前におけるバッテリーセルＡの端子間電圧ＶＡは、３．８［Ｖ］、バッテリーセルＢの端子間電圧ＶＡは、４．０［Ｖ］、充電時間Ｔｃｈｇは、１０［ｈｒ］、充電時の電流値Ｉは、４［Ａ］、バランサ抵抗値Ｒｂは、２［Ω］、バッテリーセルＡの内部抵抗ＲｉｎＡは、１［ｍΩ］、バッテリーセルＢの内部抵抗ＲｉｎＢは、１［ｍΩ］とする。また、車両は、充電動作状態とし、バランサ駆動制御実施判定が成立してステップＳ５〜ステップＳ８およびステップＳ１３〜ステップＳ１６が実行されているものとする。
始めに、充電開始時におけるバッテリーセルＡ, Ｂの残充電量、残充電量最大値の算出動作について説明する。
まず、ステップＳ５において、バッテリーセルＡ, Ｂの残充電量ＱｒｅｍＡ, ＱｒｅｍＢを算出する。前記の条件より、(式２)からＱｒｅｍＡ＝４０［Ａｈ］、ＱｒｅｍＢ＝３０［Ａｈ］となる。
次に、ステップＳ６において、残充電量最大値を算出する。ここでは、残充電量最大値Ｑｒｅｍ＿ｍａｘ＝ＱｒｅｍＡ＝４０［Ａｈ］となる。
まず、ステップＳ５において、バッテリーセルＡ, Ｂの残充電量ＱｒｅｍＡ, ＱｒｅｍＢを算出する。前記の条件より、(式２)からＱｒｅｍＡ＝４０［Ａｈ］、ＱｒｅｍＢ＝３０［Ａｈ］となる。
次に、ステップＳ６において、残充電量最大値を算出する。ここでは、残充電量最大値Ｑｒｅｍ＿ｍａｘ＝ＱｒｅｍＡ＝４０［Ａｈ］となる。
次に、ステップＳ１３において、バッテリーセルＡ, Ｂの満充電消費充電量を算出する。前記の条件より、（式７）からバッテリーセルＡの満充電消費充電量ＱｃＡ＝０［Ａｈ］、バッテリーセルＢの満充電消費充電量ＱｃＢ＝１０［Ａｈ］となる。
次に、ステップＳ１４において、バッテリーセルＡ, Ｂの単位時間当たりの消費充電電流を算出する。前記の条件より、(式８)からバッテリーセルＡの単位時間当りの消費充電電流ＩｃｃＡ＝０．０［Ａ］、バッテリーセルＢの満充電消費充電電流ＩｃｃＢ＝１．０［Ａ］となる。
次に、ステップＳ１４において、バッテリーセルＡ, Ｂの単位時間当たりの消費充電電流を算出する。前記の条件より、(式８)からバッテリーセルＡの単位時間当りの消費充電電流ＩｃｃＡ＝０．０［Ａ］、バッテリーセルＢの満充電消費充電電流ＩｃｃＢ＝１．０［Ａ］となる。
次に、ステップＳ１５において、バッテリーセルＡ,Ｂのバランサ消費充電電流を算出する。前記の条件より、（式９）よりバッテリーセルＡのバランサ消費充電電流ＩｂＡ＝１．９［Ａ］、バッテリーセルＢのバランサ消費充電電流ＩｂＢ＝２．０［Ａ］となる。
次に、ステップＳ１６において、バッテリーセルＡ,Ｂのバランサ駆動割合を算出する。
まず、バッテリーセルＡの端子間電圧ＶＡ＝バッテリーセルＡの目標電圧ＶｔｇＡ、バッテリーセルＢの端子間電圧ＶＢ＞バッテリーセルＡの目標電圧ＶｔｇＢであり、バッテリーセルＡのバランサ駆動割合ＤｕｔｙＡ＝０［％］、バッテリーセルＢのバランサ駆動割合ＤｕｔｙＢ＝５０［％］となる。
その後、充電が実施され、充電中は、ステップＳ５からステップＳ９の処理が繰り返し実行され、バッテリーセルＡ, Ｂの満充電消費充電量、単位時間当りの消費充電電流、バランサ消費充電電流およびバランサ駆動割合を更新して行く。
また、充電中は、バッテリーセルＡの残充電量ＱｒｅｍＡと残充電量最大値Ｑｒｅｍ＿ｍａｘとが一致し、バッテリーセルＡの満充電消費充電量ＱｃＡは、０［Ａｈ］、単位時間当りの消費充電電流ＩｃｃＡは、０［Ａ］、バランサ駆動割合は、０［％］となってバッテリーセルＡのバランサ３０２は駆動されず、セルバランスは実行されない。
まず、バッテリーセルＡの端子間電圧ＶＡ＝バッテリーセルＡの目標電圧ＶｔｇＡ、バッテリーセルＢの端子間電圧ＶＢ＞バッテリーセルＡの目標電圧ＶｔｇＢであり、バッテリーセルＡのバランサ駆動割合ＤｕｔｙＡ＝０［％］、バッテリーセルＢのバランサ駆動割合ＤｕｔｙＢ＝５０［％］となる。
その後、充電が実施され、充電中は、ステップＳ５からステップＳ９の処理が繰り返し実行され、バッテリーセルＡ, Ｂの満充電消費充電量、単位時間当りの消費充電電流、バランサ消費充電電流およびバランサ駆動割合を更新して行く。
また、充電中は、バッテリーセルＡの残充電量ＱｒｅｍＡと残充電量最大値Ｑｒｅｍ＿ｍａｘとが一致し、バッテリーセルＡの満充電消費充電量ＱｃＡは、０［Ａｈ］、単位時間当りの消費充電電流ＩｃｃＡは、０［Ａ］、バランサ駆動割合は、０［％］となってバッテリーセルＡのバランサ３０２は駆動されず、セルバランスは実行されない。
一方、バッテリーセルＢの満充電消費充電量ＱｃＢは、１０［Ａｈ］、単位時間当りの消費充電電流ＩｃｃＢは、１．０［Ａ］である。また、バッテリーセルＢのバランサ消費充電電流ＩｂＢは、２．０［Ａ］であることから、バッテリーセルＢのバランサ駆動割合ＤｕｔｙＢは、５０［％］となって、バッテリーセルＢのバランサ３０２が駆動され、セルバランスが実行される。
その後、満充電で充電停止時(時刻ｔ７)には、バッテリーセルＢの単位時間当りの消費充電電流ＩｃｃＢが０．０［Ａ］となって、バッテリーセルＢのバランサは、動作を停止する。
以上のような充電開始から充電終了の動作において、図２５に示すようにバッテリーセルＡの残充電量ＱｒｅｍＡである４０［Ａｈ］の充電で、バッテリーセルＡをセルバランスすることなくバッテリーセルＢを満充電とすることができることが分かる。
すなわち、バッテリーセルＡのセルバランス制御が実行されなくなり、無駄な充電エネルギーの消費を抑制することができるとともに、充電時間を短縮することができる。
以上のような充電開始から充電終了の動作において、図２５に示すようにバッテリーセルＡの残充電量ＱｒｅｍＡである４０［Ａｈ］の充電で、バッテリーセルＡをセルバランスすることなくバッテリーセルＢを満充電とすることができることが分かる。
すなわち、バッテリーセルＡのセルバランス制御が実行されなくなり、無駄な充電エネルギーの消費を抑制することができるとともに、充電時間を短縮することができる。
以上説明したように、実施の形態２によれば、各バッテリーセルのバランサを間欠駆動することによって満充電時に残充電量最大値以外のバッテリーセルの残充電量を同じになるようにすることができ、バッテリーセルの充電を効率的に行わせることができる。また、バランサ抵抗に余剰な電流を流すことがないため、バランサ抵抗の発熱による劣化、故障を抑制することができる。
なお、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜、変形、省略することが可能である。
１００：電気自動車、 １０１：車両制御装置、 １０２：駆動用モータ、
１０３：インバータ、 １０４：バッテリーパック、
１０５：バッテリーマネジメント装置、 １０６：充電器、
２０１：車両制御装置マイコン、 ２０２：充電制御モード判定手段、
３０１：バッテリーセル、 ３０２：バランサ、 ３０３：セル電圧検出手段、
３０４：バランサ抵抗、 ３０５：バランサ抵抗断続手段、
３０６：電流検出手段、 ４０１：バッテリーマネジメント装置マイコン、
４０２：セル電圧値格納手段、 ４０３：電流値格納手段、
４０４：セル容量推定手段、 ４０５：セルバランス制御実施判定手段、
４０６：セルバランス制御手段、 ５０１：セル残充電量算出手段、
５０２：残充電量最大値算出手段、 ５０３：セル目標充電率算出手段、
５０４：セル目標電圧算出手段、 ５０５：バランサ駆動判定手段、
５０６：満充電消費充電量算出手段、 ５０７：単位時間当り消費充電電流算出手段、
５０８：バランサ消費充電電流算出手段、 ５０９：バランサ駆動割合算出手段
５１０：バランサ駆動手段、 ５１１：充電時間推定手段、
５１２：セル内部抵抗推定手段
１０３：インバータ、 １０４：バッテリーパック、
１０５：バッテリーマネジメント装置、 １０６：充電器、
２０１：車両制御装置マイコン、 ２０２：充電制御モード判定手段、
３０１：バッテリーセル、 ３０２：バランサ、 ３０３：セル電圧検出手段、
３０４：バランサ抵抗、 ３０５：バランサ抵抗断続手段、
３０６：電流検出手段、 ４０１：バッテリーマネジメント装置マイコン、
４０２：セル電圧値格納手段、 ４０３：電流値格納手段、
４０４：セル容量推定手段、 ４０５：セルバランス制御実施判定手段、
４０６：セルバランス制御手段、 ５０１：セル残充電量算出手段、
５０２：残充電量最大値算出手段、 ５０３：セル目標充電率算出手段、
５０４：セル目標電圧算出手段、 ５０５：バランサ駆動判定手段、
５０６：満充電消費充電量算出手段、 ５０７：単位時間当り消費充電電流算出手段、
５０８：バランサ消費充電電流算出手段、 ５０９：バランサ駆動割合算出手段
５１０：バランサ駆動手段、 ５１１：充電時間推定手段、
５１２：セル内部抵抗推定手段
Claims (5)
- バッテリーパックを構成する複数のバッテリーセルにおける端子間電圧（Ｖｎ）を検出するセル電圧検出手段と、
前記バッテリーパックの充放電電流を検出する電流検出手段と、
前記各バッテリーセルの劣化度合いに応じた容量（ＣＰｎ）を推定するセル容量推定手段と、
前記電流検出手段が検出した電流値と前記セル容量推定手段が推定した前記各バッテリーセルの容量（ＣＰｎ）とに基づき前記各バッテリーセルの残充電量（Ｑｒｅｍｎ）を算出するセル残充電量算出手段と、
前記各バッテリーセルの残充電量（Ｑｒｅｍｎ）から最大値（Ｑｒｅｍ＿ｍａｘ）を算出する残充電量最大値算出手段と、
前記各バッテリーセルの残充電量が最大値（ＦＱｒｅｍ＿ｍａｘ）となる目標充電率（ＳＯＣ＿ｔｇｎ）を次式により算出するセル目標充電率算出手段と、
前記セル電圧検出手段による端子間電圧（Ｖｎ）および前記セル目標電圧算出手段による前記各バッテリーセルの目標電圧（Ｖｔｇｎ）の差分を算出し、バランサ駆動を行うか否かを判定するバランサ駆動判定手段とを備え、
前記バランサ駆動判定手段の判定結果に基づいて前記端子間電圧（Ｖｎ）が前記目標電圧（Ｖｔｇｎ）より大きい場合にバランサ駆動を行い、前記端子間電圧（Ｖｎ）が前記目標電圧（Ｖｔｇｎ）以下である場合にバランサ駆動を停止し、前記各バッテリーセルのそれぞれに個別のセルバランス制御を実行するように構成したことを特徴とするバッテリーマネジメント装置。 - 前記各バッテリーセルの単位時間当りに消費すべき消費充電電流（Ｉｃｃｎ）を算出する消費充電電流算出手段と、
前記各バッテリーセルのバランサが単位時間当りに消費できるバランサ消費充電電流（Ｉｂｎ）を算出するバランサ消費充電電流算出手段と、
前記消費充電電流算出手段による消費充電電流（Ｉｃｃｎ）および前記バランサ消費充電電流算出手段によるバランサ消費充電電流（Ｉｂｎ）の割合に応じて、前記各バッテリーセルの単位時間当りのバランサ駆動割合（Ｄｕｔｙｎ）を算出するバランサ駆動割合算出手段とを備え、
前記バランサ駆動割合算出手段によるバランサ駆動割合（Ｄｕｔｙｎ）に基づいてセルバランス制御を実行するように構成したことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーマネジメント装置。 - 前記バッテリーセルにおける端子間電圧（Ｖｎ）が前記セル目標電圧算出手段による目標電圧（Ｖｔｇｎ）以下になったとき、前記バランサ駆動割合算出手段のバランサ駆動割合（Ｄｕｔｙｎ）をゼロとするように構成したことを特徴とする請求項２に記載のバッテリーマネジメント装置。
- 前記バッテリーパックは、車両に搭載された車両駆動用のものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のバッテリーマネジメント装置。
- 前記車両には、前記バッテリーセルの充電制御モードを判定する充電制御モード判定手段が設けられ、前記充電制御モード判定手段により前記車両が充電動作中であると判定されたとき、セルバランス制御を実行するように構成したことを特徴とする請求項４に記載のバッテリーマネジメント装置。
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| JP2020048318A (ja) | 二次電池装置 |
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