JP6677033B2

JP6677033B2 - 電池制御システム

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Publication number: JP6677033B2
Application number: JP2016053777A
Authority: JP
Inventors: 勇二西; 宏昌田中; 康隆花岡
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-03-17
Filing date: 2016-03-17
Publication date: 2020-04-08
Anticipated expiration: 2036-03-17
Also published as: JP2017169389A

Description

本発明は電池制御システムに関し、より特定的には、複数のセルにそれぞれ接続された複数の電圧変換装置を備える電池制御システムに関する。

複数のセルを含むバッテリの充放電を制御する電池制御システムが広く普及している。このような電池制御システムにおいて、複数のセルにそれぞれ接続された複数の電圧変換装置（ＤＣ／ＤＣコンバータ）を備える構成が提案されている。たとえば特開２０１３−１９２３８９号公報（特許文献１）に開示された放電制御システムは、互いに直列に接続された複数のセルの各々に並列に接続された降圧コンバータを備える。各降圧コンバータを独立に制御することで、各セルを個別に放電させることが可能である。これにより、セル間の電圧のばらつきを解消したり、セル間のＳＯＣ（State Of Charge）のばらつきを解消したりすることができる（たとえば特許文献１の段落［００１９］参照）。

特開２０１３−１９２３８９号公報特開２０１５−０８０３２８号公報

バッテリの使用環境によっては（たとえば極低温の環境においては）、バッテリから供給可能な電力（供給電力）が低下し得る。あるいは、バッテリが劣化することでバッテリの供給電力が低下する場合もある。このような場合には、たとえＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧または降圧コンバータ）を用いて各セルの電圧を個別に調整可能であっても、バッテリ全体としての供給電力が低下してしまう可能性がある。

バッテリの供給電力を確保するための対策として、バッテリ内で直列に接続されたセルの数を必要最低数以上に設定すること、いわばセル数にマージンを設けることも考えられる。しかし、そうすると、負荷への出力電圧が、負荷が動作可能な電圧範囲よりも高くなってしまう可能性がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、負荷への出力電圧を負荷が動作可能な電圧範囲内に維持しつつ、バッテリからの供給電力の低下を抑制可能な電池制御システムを提供することである。

本発明のある局面に従う電池制御システムは、負荷に電力を供給する。電池制御システムは、複数のセルを含むバッテリと、複数のセルにそれぞれ接続された複数の電圧変換装置と、切替装置と、制御装置とを備える。切替装置は、複数の電圧変換装置と負荷との間に電気的に接続され、複数のセルのうちの少なくとも一部が負荷に直列に接続される一方で残部が負荷にいずれも接続されない「第１の状態」と、複数のセルのうち第１の状態で接続されるセル数よりも多いセルが負荷に並列に接続される「第２の状態」とを切り替え可能に構成される。制御装置は、バッテリから供給可能な電力が所定値よりも大きい場合に「第１の状態」に切替装置を制御する。一方で、制御装置は、供給可能な電力が所定値よりも小さい場合には「第２の状態」に切替装置を制御するとともに、複数の電圧変換装置から負荷への出力電圧が負荷が動作可能な電圧範囲内になるように複数の電圧変換装置を制御する。

上記構成によれば、バッテリから供給可能な電力が所定値よりも大きい場合には、複数のセルを負荷に直列に接続させる「第１の状態」が選択される一方で、バッテリから供給可能な電力が所定値よりも大きい場合には、複数のセルを負荷に並列に接続させる「第２の状態」が選択される。「第２の状態」で負荷に接続されるセル数は、「第１の状態」で負荷に接続されるセル数よりも大きい。多くのセルを直列に接続すると負荷への出力電圧が、負荷が動作可能な電圧範囲を超えてしまう可能性があるところ、複数のセルを負荷に並列に接続させることにより、セル数を増加させてバッテリからの供給電力の低下を抑制しつつ、負荷への出力電圧を上記電圧範囲内に維持することが可能になる。

本実施の形態に係る電池制御システムが搭載されたハイブリッド車両の全体構成を概略的に示すブロック図である。比較例に係る電池制御システムにおける補機系の構成を詳細に示す回路ブロック図である。本実施の形態に係る電池制御システムにおける補機系の構成を詳細に示す回路ブロック図である。補機バッテリの通常時における切替装置の構成を示す図である。補機バッテリの出力電力低下時における切替装置の構成を示す図である。切替装置の切替効果を説明するための図である。本実施の形態において実行される補機系の制御を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

また、以下に説明する実施の形態では、本発明に係る電池制御システムがハイブリッド車両に搭載される構成を例に説明する。しかし、電池制御システムが搭載可能な車両はハイブリッド車両に限定されず、電気自動車または燃料自動車であってもよい。また、電池制御システムの用途は車両用に限定されるものではなく、各種電気機器用または定置用であってもよい。

＜ハイブリッド車両の構成＞
図１は、本実施の形態に係る電池制御システムが搭載されたハイブリッド車両の全体構成を概略的に示すブロック図である。車両１は、モータジェネレータ１０，２０と、動力分割機構３０と、エンジン４０と、駆動輪５０と、電力制御ユニット（ＰＣＵ：Power Control Unit）６０と、電池制御システム１００とを備える。電池制御システム１００は、メインバッテリ１５０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６０と、補機系２００と、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３００とを備える。

モータジェネレータ１０，２０の各々は、たとえば三相交流永久磁石型モータである。モータジェネレータ１０は、エンジン４０を始動させる際にはメインバッテリ１５０の電力を用いてエンジン４０のクランクシャフトを回転させる。また、モータジェネレータ１０は、エンジン４０の動力を用いて発電することも可能である。モータジェネレータ１０によって発電された交流電力は、ＰＣＵ６０により直流電力に変換されてメインバッテリ１５０に充電される。また、モータジェネレータ１０によって発電された交流電力がモータジェネレータ２０に供給される場合もある。

モータジェネレータ２０は、メインバッテリ１５０からの供給電力およびモータジェネレータ１０による発電電力のうちの少なくとも一方を用いて駆動軸を回転させる。また、モータジェネレータ２０は、車両１の回生制動によって発電することも可能である。モータジェネレータ２０によって発電された交流電力は、ＰＣＵ６０により直流電力に変換されてメインバッテリ１５０に充電される。

動力分割機構３０は、たとえば遊星歯車機構であり、エンジン４０のクランクシャフト、モータジェネレータ１０の回転軸および駆動軸を機械的に連結する。動力分割機構３０およびモータジェネレータ２０のうちの少なくとも一方からの動力は駆動輪５０に伝達される。また、路面から駆動輪５０が受けた反力はモータジェネレータ２０に伝達される。これにより、モータジェネレータ２０は回生制動時に発電する。

エンジン４０は、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジン等の内燃機関である。エンジン４０は、ＥＣＵ３００からの制御信号に応じて車両１が走行するための動力を発生する。エンジン４０により発生した動力は動力分割機構３０に出力される。

ＰＣＵ６０は、メインバッテリ１５０に蓄えられた直流電力を昇圧し、昇圧された電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ１０，２０に供給する。また、ＰＣＵ６０は、モータジェネレータ１０，２０により発電された交流電力を直流電力に変換して、メインバッテリ１５０に供給する。

メインバッテリ１５０は、再充電が可能に構成された直流電源である。メインバッテリ１５０は、代表的にはニッケル水素電池またはリチウムイオン電池などの二次電池を含んで構成される。メインバッテリ１５０の電圧は、たとえば約２００Ｖの高電圧である。なお、二次電池に代えて、電気二重層キャパシタなどのキャパシタをメインバッテリ１５０に用いてもよい。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１６０および補機系２００は、ＰＣＵ６０とメインバッテリ１５０とを結ぶ電力線間に互いに直列に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１６０は、メインバッテリ１５０と補機系２００との間で直流電圧を変換する。補機系２００の構成の詳細については後述する。

ＥＣＵ３００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０１と、メモリ３０２と、入出力バッファ（図示せず）とを含んで構成される。ＥＣＵ３００は、各センサから受ける信号ならびにメモリ３０２に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、車両１が所望の状態となるように各機器を制御する。ＥＣＵ３００により実行される主要な制御として補機系２００の充放電制御が挙げられるが、この制御の詳細については後述する。

［比較例］
以下では、本実施の形態に係る電池制御システム１００の特徴をより明確にするために、まず、比較例に係る電池制御システムの構成について説明する。比較例に係る電池制御システムは、以下に説明するように、補機系２００に代えて補機系９００を備える点において、電池制御システム１００と異なる。

図２は、比較例に係る電池制御システムにおける補機系９００の構成を詳細に示す回路ブロック図である。補機系９００は、補機バッテリ９１０と、監視ユニット９２０と、コンバータ９３１〜９３３と、補機負荷９５０とを含む。

補機バッテリ９１０は、互いに直列に接続された３つのセル９１１〜９１３を含む。各セル９１１〜９１３はリチウムイオン電池であるが、セルの種類は特に限定されるものではなく、たとえばニッケル水素電池であってもよい。また、セル数は複数であればよく、２つであっても４つ以上であってもよい。

監視ユニット９２０は、電圧センサ９２１〜９２３と、温度センサ９２５とを含む。電圧センサ９２１〜９２３は、セル９１１〜９１３にそれぞれ並列に接続され、接続されたセルの電圧を検出する。電圧センサ９２１〜９２３による検出結果（電圧Ｖ１〜Ｖ３）は、ＥＣＵ３００へと出力される。温度センサ９２５は、補機バッテリ９１０の温度（電池温度）ＴＢを検出し、その検出結果をＥＣＵ３００へと出力する。

コンバータ９３１〜９３３は、双方向コンバータであって、セル９１１〜９１３にそれぞれ並列に接続される。コンバータ９３１〜９３３の各々は、コンバータをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御するための制御信号ＰＷＭ１〜ＰＷＭ３をＥＣＵ３００から受けると、接続されたセル（対応するセル）の電圧を昇圧または降圧する。一方、コンバータ９３１〜９３３が制御信号ＰＷＭ１〜ＰＷＭ３をそれぞれ受けていない状態では、コンバータ９３１〜９３３の入力側と出力側とが直結される。その結果、セル９１１〜９１３の電圧は、昇圧または降圧されることなく、そのまま出力される。

補機負荷９５０は、１０数Ｖの低電圧で動作する電子機器であり、たとえばヘッドランプまたは駐車灯などのランプ類に代表される電子機器である。なお、補機負荷９５０にＥＣＵ３００を含んでもよい。

このように、補機系９００では、コンバータ９３３〜９３３をセル９１１〜９１３にそれぞれ設けることにより、各セル９１１〜９１３を個別に充放電させることが可能である。これにより、セル９１１〜９１３間の電圧（Ｖ１〜Ｖ３）のばらつきを解消したり、セル９１１〜９１３間のＳＯＣ（State Of Charge）のばらつきを解消したりすることができる。

しかしながら、補機バッテリ９１０の使用環境によっては、補機バッテリ９１０から供給可能な電力（供給電力）が低下し所定値を下回り得る。一例として、ハイブリッド車両が極低温の環境下（たとえば−３０℃以下の環境下）に置かれた場合には、補機バッテリ９１０を保護するために補機バッテリ９１０の充放電が制限され、補機バッテリ９１０の供給電力が低下し得る。あるいは、継続的な大電流での充放電に伴い補機バッテリ９１０の劣化（いわゆるハイレート劣化）または補機バッテリ９１０の経年劣化により、補機バッテリ９１０の供給電力が低下する場合もある。このような場合には、たとえコンバータ９３１〜９３３を用いてセル９１１〜９１３の電圧を個別に調整可能であっても、補機バッテリ９１０全体としての供給電力が低下し、補機負荷９５０に十分な電力を供給できない可能性がある。

補機バッテリ９１０の供給電力を確保するための対策として、セル数に「マージン」を設けること、すなわち、図示しないが４つ目のセルを直列に接続することも考えられる。しかしながら、そうすると、補機負荷９１０への出力電圧が、補機負荷９５０が動作可能な電圧範囲よりも高くなってしまう可能性がある。数値を用いて説明すると、補機負荷９５０が動作可能な電圧範囲が１１Ｖから１５Ｖまでの場合に、各４Ｖの４つのセルを直列に接続することで補機負荷９５０への出力電圧は１６Ｖになり、上記電圧範囲の上限値（１５Ｖ）よりも高くなってしまう。

そこで、本実施の形態においては、コンバータ２３１〜２３４と補機負荷２５０との間に、セル２１１〜２１４の直列接続と並列接続とを切り替え可能に構成される切替装置２４０（いずれも図３参照）を設ける構成を採用する。

［本実施の形態］
図３は、本実施の形態に係る電池制御システム１００における補機系の構成を詳細に示す回路ブロック図である。電池制御システム１００における補機系２００は、セル数が４である点、および、切替装置２４０をさらに備える点において、比較例における補機系９００（図２参照）と異なる。補機バッテリ２１０に含まれる各セル２１１〜２１４、ならびに、監視ユニット２２０に含まれる電圧センサ２２１〜２２４および温度センサ２２５の構成は、比較例における対応する構成と同等であるため、説明は繰り返さない。

コンバータ２３１〜２３４の構成は基本的に共通であるため、以下ではコンバータ２３１の構成について代表的に説明する。コンバータ２３１は、セル２１１の電圧を昇圧または降圧して電力線ＰＬ１，ＧＬ１間に出力する。また、コンバータ２３１は、電力線ＰＬ１，ＧＬ１間の電圧を昇圧または降圧してセル２１１に供給することも可能である。コンバータ２３１は、コンデンサＣ１〜Ｃ３と、スイッチＳ１と、インダクタＬ１と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。

コンデンサＣ１は、セル２１１の正極と負極との間に電気的に接続される。スイッチＳ１は、セル２１１の正極とインダクタＬ１の一方端との間に電気的に接続される。コンデンサＣ２は、インダクタＬ１の一方端とセル２１１の負極との間に電気的に接続される。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、電力線ＰＬ１，ＧＬ１間に互いに直列に接続される。ダイオードＤ１，Ｄ２は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ逆並列に接続される。インダクタＬ１の他方端は、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との接続ノードに電気的に接続される。コンデンサＣ３は、電力線ＰＬ１，ＧＬ１間に電気的に接続される。なお、コンバータ２３１の上記構成は例示に過ぎず、他の構成を採用することも可能である。

切替装置２４０は、各々がＳＰＤＴ（single pole double throw）スイッチであるスイッチＳＷ１〜ＳＷ７を含む。各スイッチＳＷ１〜ＳＷ７は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等のスイッチング素子を用いて実現される。各スイッチＳＷ１〜ＳＷ７は、１つの入力ノードＩｎ（ｎ＝１〜７）と、２つの出力ノードＯｎ１，Ｏｎ２とを有する。

スイッチＳＷ１について、入力ノードＩ１は電力線ＰＬ１に電気的に接続される。一方の出力ノードＯ１１は電気的に浮いた状態である。他方の出力ノードＯ１２は、補機負荷２５０へと電力を供給するための電力線ＰＬに電気的に接続される。

スイッチＳＷ２について、入力ノードＩ２は電力線ＧＬ１に電気的に接続される。一方の出力ノードＯ２１は接地電位ＧＮＤに接続される。他方の出力ノードＯ２２は、スイッチＳＷ３の出力ノードＯ３１に電気的に接続される。

スイッチＳＷ３について、入力ノードＩ３は電力線ＰＬ２に電気的に接続される。一方の出力ノードＯ３１は、スイッチＳＷ２の出力ノードＯ２２に電気的に接続される。他方の出力ノードＯ３２は電力線ＰＬに電気的に接続される。

スイッチＳＷ４について、入力ノードＩ４は電力線ＧＬ２に電気的に接続される。一方の出力ノードＯ４１は接地電位ＧＮＤに接続される。他方の出力ノードＯ４２は、スイッチＳＷ５の出力ノードＯ５１に電気的に接続される。

スイッチＳＷ５について、入力ノードＩ５は電力線ＰＬ３に電気的に接続される。一方の出力ノードＯ５１は、スイッチＳＷ４の出力ノードＯ４２に電気的に接続される。他方の出力ノードＯ５２は電力線ＰＬに電気的に接続される。

スイッチＳＷ６について、入力ノードＩ６は電力線ＧＬ３に電気的に接続される。一方の出力ノードＯ６１は接地電位ＧＮＤに接続される。他方の出力ノードＯ６２は、スイッチＳＷ７の出力ノードＯ７１に電気的に接続される。

スイッチＳＷ７について、入力ノードＩ７は電力線ＰＬ４に電気的に接続される。一方の出力ノードＯ７１は、スイッチＳＷ６の出力ノードＯ６２に電気的に接続される。他方の出力ノードＯ７２は電力線ＰＬに電気的に接続される。なお、電力線ＧＬ４は接地電位ＧＮＤに接続される。

各スイッチＳＷ１〜ＳＷ７では、ＥＣＵ３００からの接続指令に従って、出力ノードＯｎ１，Ｏｎ２のうちのいずれか一方と入力ノードＩｎとが電気的に接続される。なお、本実施の形態において切替装置２４０に７つのスイッチＳＷ１〜ＳＷ７が含まれることは例示に過ぎず、スイッチの数は適宜変更可能である。

以上のように構成された切替装置２４０においては、補機バッテリ２１０から補機負荷２５０へ供給可能な電力が低下していない状態（以下「通常状態」とも記載する）と、補機バッテリ２１０から補機負荷２５０へ供給可能な電力が低下した状態（以下「出力電力低下状態」とも記載する）とで、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ７の接続が切り替えられる。供給電力低下の要因としては、電池温度ＴＢの低下または補機バッテリ２１０の劣化などが挙げられる。以下では、通常状態における切替装置２４０の構成と、出力電力低下状態における切替装置２４０の構成とを順に説明する。

＜通常状態＞
図４は、通常状態における切替装置２４０の構成を示す図である。なお、図４および後述する図５では、図面が煩雑になるのを防ぐため、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ７のノード（Ｉｎ，Ｏｎ１，Ｏｎ２）の参照符号の記載を省略するとともに、各コンバータ２３１〜２３４の構成要素の記載を省略する。

図３および図４を参照して、補機バッテリ２１０の通常状態において、切替装置２４０は、３つのセル２１１〜２１３が補機負荷２５０に直列に接続されるとともに、セル２１４が他のセル２１１〜２１３および補機負荷２５０から電気的に遮断される（接続されない）ように制御される。より具体的には、スイッチＳＷ１〜ＳＷ７では、出力ノードＯ１２，Ｏ２２，Ｏ３１，Ｏ４２，Ｏ５１，Ｏ６１，Ｏ７１がそれぞれ選択される。なお、補機負荷２５０に直列に接続されるセルは、セル２１１〜２１３に代えて、セル２１２〜２１４であってもよい。

また、コンバータ２３１〜２３３において昇圧動作または降圧動作は行なわれず、各セル２１１〜２１３の電圧がそのまま出力される。すなわち、コンバータ２３１〜２３３の各々において、スイッチＳ１は導通状態であるとともに、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング動作（ＰＷＭ動作）は行なわれない。また、コンバータ２３４においてもスイッチング動作は行なわれない。

＜出力電力低下状態＞
図５は、出力電力低下状態における切替装置２４０の構成を示す図である。図３および図５を参照して、補機バッテリ２１０の出力電力低下状態において、切替装置２４０は、４つすべてのセル２１１〜２１４が補機負荷２５０に並列に接続されるように制御される。より具体的には、スイッチＳＷ１〜ＳＷ７では、出力ノードＯ１２，Ｏ２１，Ｏ３２，Ｏ４１，Ｏ５２，Ｏ６１，Ｏ７２がそれぞれ選択される。

また、コンバータ２３１〜２３４においては、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング動作（ＰＷＭ動作）が行なわれ、対応するセルの電圧が変換されて出力される。各コンバータ２３１〜２３４から補機負荷２５０への出力電圧は、補機負荷２５０の動作電圧の範囲内（本実施の形態では１１Ｖ〜１５Ｖの範囲内）になるように制御される。

なお、図４に示す切替装置４４０の状態は本発明に係る「第１の状態」に相当し、図５に示す切替装置４４０の状態は本発明に係る「第２の状態」に相当する。ただし、「第２の状態」では少なくとも一部のセルが補機負荷２５０に並列に接続されていればよいので、たとえば２並列×２直列の構成であってもよい。すなわち、セル２１１，２１２が互いに並列され、かつセル２１３，２１４が互いに並列されるとともに、セル２１１，２２２とセル２１３，２１４とが直列に接続されてもよい。

図６は、切替装置２４０の切替効果を説明するための図である。切替効果の理解を容易にするため、本実施の形態においては下記数値を用いて説明するが、これらの数値は例示に過ぎず適宜変更することができる。

図６（Ａ）に示すように、補機負荷９５０が動作可能な電圧範囲は、上述のように１１Ｖから１５Ｖまでの範囲である。各セルの電圧は４Ｖであり、かつ、各セルの電流供給能力（供給可能な最大電流）は、本来、たとえば１２Ａである。しかし、電池温度ＴＢの低下等に起因して各セルから供給可能な電力が低下すると、各セルの電流供給能力は、たとえば１０Ａになる。この場合、各セルの電力供給能力（供給可能な最大電力）は、４Ｖ×１０Ａ＝４０Ｗになる。また、各コンバータ２３１〜２３４の電力変換効率を９０％とする。

切替装置２４０の構成を通常状態のままにすると、セル２１１〜２１４のうちの３つのセル（図４に示す例ではセル２１１〜２１３）が補機負荷２５０に直列に接続される。一方で、コンバータ２３１〜２３４による電圧変換は行なわれない。そのため、補機負荷２５０への出力電圧は４Ｖ×３＝１２Ｖである。また、補機バッテリ２１０の電流供給能力は、各セル２１１〜２１３の電流供給能力と等しく、１０Ａである。したがって、補機バッテリ２１０の電力供給能力は、１２Ｖ×１０Ａ＝１２０Ｗである。

これに対し、図６（Ｂ）に示すように、切替装置２４０の構成を出力電力低下状態に対応するように変化させると、セル２１１〜２１４が補機負荷２５０に並列に接続される。さらに、コンバータ２３１〜２３４による電圧変換が行なわれ、各セル２１１〜２１４の電圧は、たとえば４Ｖから１２Ｖに昇圧される。ここでコンバータ２３１〜２３４の電力変換効率９０％を用いて逆算すると、各セル２１１〜２１４の電流供給能力は４０Ｗ×０．９０／１２Ｖ＝３Ａである。セル２１１〜２１４は互いに並列に接続されるので、補機バッテリ２１０（およびコンバータ２３１〜２３４）の電流供給能力はセル数倍になり、３Ａ×４＝１２Ａである。したがって、補機バッテリ２１０の電力供給能力は、１２Ｖ×１２Ａ＝１４４Ｗであり、通常状態のままの場合（図６（Ａ）参照）と比べて大きくなる。

このように、本実施の形態によれば、出力電力低下状態では切替装置２４０を用いてセル２１１〜２１４を補機負荷２５０に並列に接続する。多くのセルを直列に接続すると補機負荷２５０への出力電圧が補機負荷２５０が動作可能な電圧範囲（動作電圧範囲）を超えてしまう可能性があるところ、セル２１１〜２１４を補機負荷２５０に並列に接続させることにより、セル数を増加させて補機バッテリ２１０からの供給電力の低下を抑制しつつ、補機バッテリ２１０の出力電圧を動作電圧範囲内に維持することが可能になる。

＜制御フロー＞
図７は、本実施の形態において実行される補機系２００の制御を示すフローチャートである。このフローチャートは、所定周期毎または所定条件が成立する度にメインルーチンから呼び出されて実行される。このフローチャートに含まれる各ステップ（「Ｓ」と略す）は、基本的にはＥＣＵ３００によるソフトウェア処理によって実現されるが、その一部または全部がＥＣＵ３００内に作製されたハードウェア（電気回路）によって実現されてもよい。

まず、ＥＣＵ３００は、補機バッテリ２１０から補機負荷２５０への供給電力を低下させる条件が成立しているか否かを判定する。より具体的には、Ｓ１０において、ＥＣＵ３００は、補機バッテリ２１０の温度（電池温度）ＴＢが所定の基準値（たとえば極低温）未満であるか否かを判定する。

電池温度ＴＢが基準値以上である場合（Ｓ１０においてＮＯ）、ＥＣＵ３００は、Ｓ２０において、補機バッテリ２１０の劣化が進行しているか否か、すなわち、補機バッテリ２１０の劣化の進行度合いを示す指数（劣化指数）が所定値よりも大きいか否かをさらに判定する。より具体的に、劣化指数としては、たとえば、補機バッテリ２１０の製造時からの経過年数を用いてもよいし、各セル２１１〜２１４の内部抵抗の増加量を用いてもよいし、補機バッテリ２１０の容量（または容量維持率）を用いてもよいし、補機バッテリ２１０の劣化積算値ΣＤを用いてもよい。これら劣化指数の算出には公知の手法を用いることができるため、詳細な説明は繰り返さない。

電池温度ＴＢが基準値以上であり（Ｓ１０においてＮＯ）、かつ、補機バッテリ２１０の劣化指数が所定値以下である場合（Ｓ２０においてＮＯ）、ＥＣＵ３００は、補機バッテリ２１０からの供給電力を低下させる条件は成立していないとして処理をＳ３０に進める。

Ｓ３０において、ＥＣＵ３００は、３つのセル２１１〜２１３が補機負荷２５０に直列に接続されるように切替装置２４０を制御する。一方、セル２１４は、スイッチＳＷ７の出力ノードＯ７１が選択されることにより、セル２１１〜２１３および補機負荷２５０とは電気的に遮断される。Ｓ４０において、ＥＣＵ３００は、セル２１１〜２１４の出力電圧がそのまま出力されるようにコンバータ２３１〜２３４を制御する。

これに対し、電池温度ＴＢが基準値未満である場合（Ｓ１０においてＹＥＳ）、または補機バッテリ２１０の劣化指数が所定値よりも大きい場合（Ｓ２０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、補機バッテリ２１０の出力電力を低下させる条件が成立しているとして処理をＳ５０に進める。

Ｓ５０において、ＥＣＵ３００は、セル２１１〜２１４が補機負荷２５０に並列に接続されるように切替装置２４０を制御する。Ｓ６０において、ＥＣＵ３００は、コンバータ２３１〜２３４から補機負荷２５０への出力電圧が補機負荷２５０の動作電圧範囲内になるようにコンバータ２３１〜２３４を制御する。

Ｓ４０またはＳ６０の処理が終了すると、ＥＣＵ３００は、処理をメインルーチンへと戻す。

以上のように、本実施の形態によれば、補機バッテリ２１０から供給可能な電力を低下させる条件が成立していない場合には、セル２１１〜２１３を補機負荷２５０に直列に接続させる一方で、上記条件が成立した場合においては、セル２１１〜２１４を補機負荷２５０に並列に接続させる。すべてのセル２１１〜２１４を直列に接続すると補機負荷２５０への出力電圧が、補機負荷２５０の動作電圧範囲（１１Ｖから１５Ｖまでの範囲）を超えてしまう可能性があるところ、セル２１１〜２１４を補機負荷２５０に並列に接続させることにより、セル数を増加させても補機負荷２５０への出力電圧を上記動作電圧範囲内に維持することが可能になる。したがって、補機バッテリ２１０からの供給電力の低下を抑制することができる。

なお、セル２１１〜２１４が補機負荷２５０に並列に接続されている場合に、いずれかのセルの異常を検出したときには、ＥＣＵ３００は、当該セルに接続されたコンバータを停止させ、当該セルを他のセルから電気的に切り離してもよい。また、いずれかのセル（および当該セルに接続されたコンバータ）に故障が生じた場合には、当該セル（およびコンバータ）のみを交換することが可能であるので、故障時の修理コストを低減することができる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１車両、１０，２０モータジェネレータ、３０動力分割機構、４０エンジン、５０駆動輪、６０ＰＣＵ、１００電池制御システム、１５０メインバッテリ、１６０ＤＣ／ＤＣコンバータ、２００，９００補機系、２１０，９１０補機バッテリ、２１１〜２１４，９１１〜９１３セル、２２０，９２０監視ユニット、２２１〜２２４，９２１〜９２３電圧センサ、２２５，９２５温度センサ、２３１〜２３４，９３１〜９３３コンバータ、Ｓ１スイッチ、Ｃ１〜Ｃ３コンデンサ、ＧＬ１〜ＧＬ４，ＰＬ，ＰＬ１〜ＰＬ４電力線、Ｌ１インダクタ、Ｑ１，Ｑ２スイッチング素子、Ｄ１，Ｄ２ダイオード、２４０切替装置、ＳＷ１〜ＳＷ７スイッチ、Ｉ１〜Ｉ７入力ノード、Ｏ１１〜Ｏ７２出力ノード、２５０，９５０補機負荷、３００ＥＣＵ、３０１ＣＰＵ、３０２メモリ。

Claims

負荷に電力を供給するための電池制御システムであって、
複数のセルを含むバッテリと、
前記複数のセルにそれぞれ接続された複数の電圧変換装置と、
前記複数の電圧変換装置と前記負荷との間に電気的に接続され、前記複数のセルのうちの少なくとも一部が前記負荷に直列に接続される一方で残部が前記負荷にいずれも接続されない第１の状態と、前記複数のセルのうち前記第１の状態で接続されるセル数よりも多いセルが前記負荷に並列に接続される第２の状態とを切り替え可能に構成された切替装置と、
前記バッテリから前記負荷への供給電力を低下させる条件が成立していない場合に前記第１の状態に前記切替装置を制御する一方で、前記条件が成立している場合には前記第２の状態に前記切替装置を制御するとともに、前記複数の電圧変換装置から前記負荷への出力電圧が前記負荷が動作可能な電圧範囲内になるように前記複数の電圧変換装置を制御する制御装置とを備える、電池制御システム。