JP7095587B2 - 電池システム、電動車両およびその制御方法 - Google Patents

Description

本開示は、電池システム、電動車両およびその制御方法に関し、より特定的には、補機と、駆動源としてのモータとを含む電動車両に搭載される電池システムにおける充放電技術に関する。

近年、駆動源としてのモータに電力を供給するための組電池が搭載された電動車両（ハイブリッド車や電気自動車）の普及が進んでいる。これら電動車両に搭載される組電池のなかには以下のような構成を有するものがある。すなわち、組電池は、直列に接続された複数のブロックを含む。そして、複数のブロックの各々は、直列に接続された複数のセルを含む。

上記構成において、複数のブロック間で、あるいは、ブロック内の複数のセル間で電圧ばらつきが生じ得ることが知られている。よって、このような電圧ばらつきを低減するための均等化回路を設け、均等化制御を実行することが提案されている。たとえば特開２０１０－１４１９５７号公報（特許文献１）は、ブロック内の電圧ばらつきを低減するブロック内均等化回路と、ブロック間の電圧ばらつきを低減するブロック間均等化回路との両方を備える装置構成を開示する。

特開２０１０－１４１９５７号公報

たとえば特許文献１に開示された均等化回路においては、均等化制御の際に組電池から放電される電力が抵抗により熱に変換される。この熱は特に利用することができず、単に捨てることになる。そのため、電動車両がハイブリッド車である場合には燃費が悪化するなど、均等化制御の弊害が生じ得る。よって、均等化制御において電力を有効活用することが望ましい。

一方、本発明者は以下のような課題が生じ得ることに着目した。一般に、電動車両は、組電池からモータに電力が供給され車両が走行可能な状態（ＲｅａｄｙＯＮ状態）と、組電池からモータへの電力供給が遮断され車両が走行不能な状態（ＲｅａｄｙＯＦＦ状態）とを取り得る。車両が数ヶ月間放置されるなど、車両が走行不能な状態である期間が長期間に亘ることも考えられる。この期間中にも補機電池の自然放電は徐々に進むので、補機電池に蓄えられた電力が過度に減少し、補機の機能を維持することができなくなる可能性がある。

本開示は、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、均等化制御における電力を有効活用しつつ、補機に必要な電力を長期間に亘り供給可能とすることである。

（１）本開示のある局面に従う電池システムは、補機と、駆動源としてのモータとを含む電動車両に搭載される。電池システムは、補機に電力を供給する補機電池と、モータに電力を供給する組電池とを備える。組電池は、直列に接続された複数のブロックを含む。複数のブロックの各々は、直列に接続された複数のセルを有する。電池システムは、複数のブロックに対応して設けられ、各々が対応するブロックと補機電池との間で電力を変換することが可能に構成された複数のコンバータと、電動車両が走行可能な状態である場合に第１の均等化制御を実行し、電動車両が走行不能な状態である場合に第２の均等化制御を実行するように構成された制御装置とをさらに備える。

第１の均等化制御は、複数のブロック間の電圧ばらつきが閾値を上回る場合に、補機電池から供給される電力により電圧ばらつきが閾値を上回る少なくとも１対のブロックのうちの電圧が低いブロックが充電されるように、電圧が低いブロックに対応するコンバータを動作させる制御である。第２の均等化制御は、複数のブロック間の電圧ばらつきが他の閾値を上回る場合に、電圧ばらつきが他の閾値を上回る少なくとも１対のブロックのうちの電圧が高いブロックから供給される電力により補機電池が充電されるように、電圧が高いブロックに対応するコンバータを動作させる制御である。

（２）本開示の他の局面に従う電動車両は、上記電池システムと、モータと、補機とを備える。

上記（１）,（２）の構成においては、電動車両が走行可能な状態である場合には第１の均等化制御が実行される。第１の均等化制御では、複数のブロック間の電圧ばらつきが閾値を上回る場合に、補機電池から供給される電力により、電圧ばらつきが閾値を上回る少なくとも１対のブロックのうちの電圧が低いブロックが充電される。これにより、当該ブロックの電圧が上昇するので、電圧均等化が実現される。また、抵抗に代えてコンバータを用いることで熱の発生を抑制し、均等化制御における電力を有効活用することができる。

一方、電動車両が走行不能な状態である場合には第２の均等化制御が実行される。第２の均等化制御では、複数のブロック間の電圧ばらつきが他の閾値を上回る場合に、電圧ばらつきが閾値を上回る少なくとも１対のブロックのうちの電圧が低いブロックから供給される電力により、補機電池が充電される。これにより、これにより、当該ブロックの電圧が低下するので、電圧均等化が実現される。第１の均等化制御と同様にコンバータを用いることで熱の発生を抑制し、電力を有効活用することができる。さらに、補機電池を充電することで、補機に必要な電力を長期間に亘り供給することが可能になる。

（３）本開示のさらに他の局面に従う電動車両の制御方法において、電動車両は、駆動源としてのモータに電力を供給する組電池と、補機に電力を供給する補機電池とを備える。組電池は、直列に接続された複数のブロックを含む。複数のブロックの各々は、直列に接続された複数のセルを有する。電動車両は、複数のブロックに対応して設けられ、各々が対応するブロックと補機電池との間で電力を変換することが可能に構成された複数のコンバータをさらに備える。電動車両の制御方法は、電動車両が走行可能な状態である場合に第１の均等化制御を実行するステップと、電動車両が走行不能な状態である場合に第２の均等化制御を実行するステップとを含む。

第１の均等化制御は、複数のブロック間の電圧ばらつきが閾値を上回る場合に、補機電池から供給される電力により電圧ばらつきが閾値を上回る少なくとも１対のブロックのうちの電圧が低いブロックが充電されるように、電圧が低いブロックに対応するコンバータを動作させる制御である。第２の均等化制御は、複数のブロック間の電圧ばらつきが他の閾値を上回る場合に、電圧ばらつきが他の閾値を上回る少なくとも１対のブロックのうちの電圧が高いブロックから供給される電力により補機電池が充電されるように、電圧が高いブロックに対応するコンバータを動作させる制御である。

上記（３）の方法によれば、上記（１）の構成と同様に、均等化制御における電力を有効活用しつつ、補機に必要な電力を長期間に亘り供給することができる。

本開示によれば、電力を有効活用しつつ、均等化制御における補機に必要な電力を長期間に亘り供給することができる。

本実施の形態に係る車両の全体構成を概略的に示すブロック図である。 組電池、補機電池および均等化ユニットの構成をより詳細に説明するためのブロック図である。 均等化ユニットの構成の一例を示す回路図である。 車両がＲｅａｄｙＯＮ状態である場合に実行される均等化制御（第１の均等化制御）を説明するための概念図である。 車両がＲｅａｄｙＯＦＦ状態である場合に実行される均等化制御（第２の均等化制御）を説明するための概念図である。 本実施の形態における均等化制御を示すフローチャートである。 第１の均等化制御を示すフローチャートである。 第２の均等化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。

［実施の形態］
＜車両構成＞
図１は、本実施の形態に係る車両の全体構成を概略的に示すブロック図である。図１を参照して、車両１００は、たとえばハイブリッド車であって、電池システム１を備える。電池システム１は、電池パック２と、補機電池３と、均等化ユニット４と、監視ユニット５と、電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１０とを備える。車両１００は、電池システム１に加えて、システムメインリレー（ＳＭＲ：System Main Relay）６１１と、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ：Power Control Unit）６２と、モータジェネレータ６３，６４と、エンジン６５と、動力分割装置６６と、駆動軸６７と、駆動輪６８とをさらに備える。

電池パック２は、モータジェネレータ６３，６４を駆動するための電力を蓄え、ＰＣＵ６２を通じてモータジェネレータ６３，６４に電力を供給する。電池パック２の出力電圧は、たとえば数百Ｖ程度である。また、電池パック２は、モータジェネレータ６３，６４の発電時にＰＣＵ６２を通じて発電電力を受けて充電される。

電池パック２は、複数のセル９（図２参照）を含んで構成された組電池である。本実施の形態において、複数のセル９の各々は、リチウムイオン二次電池である。しかし、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。

補機電池３は、車両１００に備えられた各種補機（図示せず）を動作させるための二次電池である。補機電池３は、たとえば鉛蓄電池である。補機電池３の出力電圧は、たとえば１２Ｖ程度である。

均等化ユニット４は、電池パック２と補機電池３との間に電気的に接続されている。電池パック２、補機電池３および均等化ユニット４の構成の詳細については図２および図３にて説明する。

監視ユニット５は、電圧センサ５１と、電流センサ５２と、温度センサ５３とを含む。電圧センサ５１は、図示しない複数のセンサを包括的に記載したものであり、各セル９の電圧を検出する。電流センサ５２は、電池パック２に入出力される電流ＩＢを検出する。温度センサ５３は、電池パック２の温度を検出する。各センサは、その検出結果をＥＣＵ１０に出力する。また、補機電池３には電圧センサ３１が設けられている。電圧センサ３１は、補機電池３の電圧を検出し、その検出結果をＥＣＵ１０に出力する。

ＳＭＲ６１は、ＰＣＵ６２と電池パック２とを結ぶ電力線に電気的に接続されている。ＳＭＲ６１は、ＥＣＵ１０からの制御信号に応じて、ＰＣＵ６２と電池パック２との間での電力の供給と遮断とを切り替える。

ＰＣＵ６２は、ＥＣＵ１０からの制御信号に従って、電池パック２とモータジェネレータ６３，６４との間で双方向の電力変換を実行する。ＰＣＵ６２は、モータジェネレータ６３，６４の状態をそれぞれ別々に制御可能に構成されており、たとえば、モータジェネレータ６３を回生状態（発電状態）にしつつ、モータジェネレータ６４を力行状態にすることができる。ＰＣＵ６２は、たとえば、モータジェネレータ６３，６４に対応して設けられる２つのインバータと、各インバータに供給される直流電圧を電池パック２の出力電圧以上に昇圧するコンバータ（いずれも図示せず）とを含んで構成されている。

モータジェネレータ６３，６４の各々は、交流回転電機であり、たとえば、ロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機である。モータジェネレータ６３は、主として、動力分割装置６６を経由してエンジン６５により駆動される発電機として用いられる。モータジェネレータ６３が発電した電力は、ＰＣＵ６２を介してモータジェネレータ６４または電池パック２に供給される。また、モータジェネレータ６３は、エンジン６５のクランキングを行なうことも可能である。

モータジェネレータ６４は、主として電動機として動作し、駆動輪６８を駆動する。モータジェネレータ６４は、電池パック２からの電力およびモータジェネレータ６３の発電電力の少なくとも一方を受けて駆動され、モータジェネレータ６４の駆動力は駆動軸６７に伝達される。一方、車両の制動時や下り斜面での加速度低減時には、モータジェネレータ６４は、発電機として動作して回生発電を行なう。モータジェネレータ６４が発電した電力は、ＰＣＵ６２を介して電池パック２に供給される。

エンジン６５は、空気と燃料との混合気を燃焼させたときに生じる燃焼エネルギーをピストンやロータなどの運動子の運動エネルギーに変換することによって動力を出力する内燃機関である。

動力分割装置６６は、たとえば、サンギヤ、キャリア、リングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構（図示せず）を含む。動力分割装置６６は、エンジン６５から出力される動力を、モータジェネレータ６３を駆動する動力と、駆動輪６８を駆動する動力とに分割する。

ＥＣＵ１０は、図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、メモリと、入出力ポート等とを含んで構成されている。ＥＣＵ１０は、各センサおよび機器からの信号、ならびに、メモリに格納されたマップおよびプログラムに基づいて、車両１００が所望の運転状態となるように各種機器を制御する。本実施の形態においてＥＣＵ１０により実行される主要な制御としては、電池パック２に含まれるブロック間の電圧ばらつきを低減するための均等化制御が挙げられる。この制御については後に詳細に説明する。

なお、図１には車両１００がハイブリッド車である構成を例に示すが、車両１００は、駆動用の組電池が搭載された車両であれば、特に限定されるものではない。車両１００は、プラグインハイブリッド車であってもよいし、電気自動車であってもよいし、燃料電池自動車であってもよい。

＜電池システム構成＞
図２は、電池パック２、補機電池３および均等化ユニット４の構成をより詳細に説明するためのブロック図である。図２を参照して、電池パック２は、直列に接続されたブロック２１～２３を含む。ここでは電池パック２に含まれるブロック数が３つである例について説明するが、ブロック数は２以上であればよい。

ブロック２１～２３の各々は、直列に接続された複数のセル９を含む。セル数も２以上であれば特に限定されるものではない。また、すべてのブロック２１に含まれるセル数が同一でなくてもよい。

均等化ユニット４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１～４３を含む。ＤＣ／ＤＣコンバータ４１～４３は、ブロック２１～２３とそれぞれ対応するように設けられている。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１は、ブロック２１と補機電池３との間に電気的に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ４２は、ブロック２２と補機電池３との間に電気的に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ４３は、ブロック２３と補機電池３との間に電気的に接続されている。

各ＤＣ／ＤＣコンバータ４１～４３は、対応するブロックと補機電池３との間での電力を授受することが可能に構成されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ４１～４３の構成は共通であるため、以下ではＤＣ／ＤＣコンバータ４１の構成について代表的に説明する。

図３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１の構成の一例を示す回路図である。図３を参照して、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１は、入力ノードＨ１，Ｌ１と、出力ノードＨ２，Ｌ２とを有する。入力ノードＨ１，Ｌ１にはブロック２１が電気的に接続され、出力ノードＨ２，Ｌ２には補機電池３が電気的に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ４１は、入力ノードＨ１，Ｌ１間の直流電力を受けて、その直流電力の電圧を異なる電圧に変換し、電圧変換後の直流電力を出力ノードＨ２，Ｌ２間に出力する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４１は、好ましくは絶縁型コンバータである。図３には、その一例としてフライバック型コンバータが示されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ４１は、トランスＴと、トランジスタＱと、ダイオードＤと、コンデンサＣとを含む。

トランスＴの１次側巻線とトランジスタＱとは、入力ノードＨ１，Ｌ１間に直列に接続されている。トランスＴの２次側巻線とダイオードＤとは、出力ノードＨ２，Ｌ２間に直列に接続されている。コンデンサＣは、出力ノードＨ２，Ｌ２間に接続されている。

トランジスタＱは、スイッチング素子であり、たとえばＮチャネルのＭＯＳ（Metal-Oxide Semiconductor）トランジスタである。トランジスタＱのスイッチングによって生じた交流がトランスＴの２次側に伝達される。このとき、ダイオードＤは、トランジスタＱがオン状態のときにトランスＴの２次側に生じた電流を阻止する。コンデンサＣは、トランスＴの２次側の出力電圧を平滑化する。

なお、図２では、ブロック２１～２３毎にＤＣ／ＤＣコンバータが設けられる例を説明した。しかし、電池パック２は、すべてのセル９が直列に接続された構成を有するので、任意の個数のセルをブロックと見なしてＤＣ／ＤＣコンバータを設けることができる。そのため、たとえば、監視ユニット５に含まれる複数の電圧センサ５１が所定の個数毎に監視ＩＣとして一体化（パッケージ化）されている場合には、その監視ＩＣ単位でＤＣ／ＤＣコンバータを設けてもよい。また、各ＤＣ／ＤＣコンバータ４１～４３は、たとえばフルブリッジ型コンバータであってもよい。

＜均等化制御＞
以上のような構成を有する電池パック２の充放電が繰り替えされているうちに、ブロック２１～２３間に電圧ばらつきが発生する場合がある。ＥＣＵ１０は、たとえば、ブロック２１～２３の各々について、そのブロックに含まれる複数のセルの電圧のうちの最低電圧を算出する。そして、ＥＣＵ１０は、ブロック２１～２３間でセルの最低電圧同士を比較し、その電圧差が閾値よりも大きい場合に電圧ばらつきが発生したと判定する。

本実施の形態においては、ＥＣＵ１０は、上記のようにして電圧ばらつきが発生したと判定された場合に、均等化ユニット４を制御して均等化制御を実行する。均等化制御とは、以下に説明するように、複数のブロック２１～２３のうちの少なくとも１つのブロックと補機電池３との間での電力の授受を行なうように、上記少なくとも１つのブロックに対応するＤＣ／ＤＣコンバータを制御することによって、ブロック２１～２３間の電圧差（最低電圧同士の差）を低減（縮小）させる制御である。

車両１００は、車両１００が走行可能な状態であるＲｅａｄｙＯＮ状態と、車両１００が走行可能ではない状態であるＲｅａｄｙＯＦＦ状態とを取り得る。より詳細には、ＲｅａｄｙＯＦＦ状態では、ＳＭＲ６１は非導通状態である。そのため、電池パック２からＰＣＵ６２に電力が供給されない。したがって、モータジェネレータ６３に電力が供給されないので、エンジン６５を始動することができない。また、モータジェネレータ６３，６４を駆動してＥＶ走行を行うこともできない。

図示しないが、ＲｅａｄｙＯＦＦ状態かつシフトレンジがＰ（パーキング）レンジである場合に、ユーザがブレーキペダルを踏みながらパワースイッチを押すと、車両１００はＲｅａｄｙＯＦＦ状態からＲｅａｄｙＯＮ状態へと遷移する。ＲｅａｄｙＯＮ状態では、ＳＭＲ６１は導通状態であるため、電池パック２からＰＣＵ６２に電力が供給され得る。したがって、モータジェネレータ６３を用いてエンジン６５を始動してエンジン６５の動力により走行したり、モータジェネレータ６３，６４を駆動してＥＶ走行を行ったりすることが可能になる。

本実施の形態では、車両１００がＲｅａｄｙＯＮ状態である場合と、車両１００がＲｅａｄｙＯＦＦ状態である場合とで、異なる均等化制御が実行される。以下、これらの制御を「第１の均等化制御」および「第２の均等化制御」と称する。

図４は、車両１００がＲｅａｄｙＯＮ状態である場合に実行される第１の均等化制御を説明するための概念図である。以下では、説明の複雑化を避けるため、３つのブロック２１～２３の各々に含まれるセル数が４個である構成を例に説明する。これら４個のセルについては、各ブロック２１～２３の正極から負極に向けて１個目のセル、２個目のセル、３個目のセルおよび４個目のセルと記載して互いに区別する。なお、各ブロック２１～２３は、実際には、より多く（たとえば十数個～数十個）のセルを含み得る。

図４を参照して、この例では、ブロック２１に含まれる４個のセルのうち３個目のセルの電圧が最も低いものとする。この電圧を「ブロック最低電圧Ｖ１ｍｉｎ」と記載する。同様に、ブロック２２では２個目のセルの電圧が最も低く、「ブロック最低電圧Ｖ２ｍｉｎ」であるとする。また、ブロック２３では１個目のセルの電圧が最も低く、「ブロック最低電圧Ｖ３ｍｉｎ」であるとする。

第１の均等化制御においては、ブロック２１～２３間で最低電圧（ブロック最低電圧）Ｖ１ｍｉｎ，Ｖ２ｍｉｎ，Ｖ３ｍｉｎが比較され、そのうちの最も低い電圧が算出される。つまり、電池パック２のなかで最も低い電圧が算出される。この電圧を「パック最低電圧ＭＩＮ」と記載する（下記式（１）参照）。
ＭＩＮ＝ｍｉｎ｛Ｖ１ｍｉｎ，Ｖ２ｍｉｎ，Ｖ３ｍｉｎ｝ ・・・（１）

さらに、パック最低電圧ＭＩＮとしたブロック最低電圧以外の２つのブロック最低電圧Ｖ１ｍｉｎ，Ｖ２ｍｉｎ，Ｖ３ｍｉｎの各々について、ＭＩＮとの電圧差ΔＶｋが算出される（下記式（２）参照）。ｋは、１～３のうちＭＩＮとしたブロック以外の番号である。
ΔＶｋ＝Ｖｋｍｉｎ－ＭＩＮ ・・・（２）

図４に示す例では、３つのブロック最低電圧Ｖ１ｍｉｎ，Ｖ２ｍｉｎ，Ｖ３ｍｉｎのうちＶ１ｍｉｎが最も低いため、パック最低電圧ＭＩＮ＝Ｖ１ｍｉｎである。また、電圧差ΔＶ２＝Ｖ２ｍｉｎ－ＭＩＮであり、ΔＶ３＝Ｖ３ｍｉｎ－ＭＩＮである。そして、これらの電圧差ΔＶ２，Ｖ３が所定の閾値ＴＨと比較される。図４に示す例では、ΔＶ２＞ＴＨである一方で、ΔＶ３＜ＴＨであるとする。

第１の均等化制御では、ＥＣＵ１０は、ブロック最低電圧が最も低いブロック２１に対応して設けられたＤＣ／ＤＣコンバータ４１を制御することによって、補機電池３を放電させ、その電力によりブロック２１を充電する。この例では、電圧差ΔＶ２が閾値ＴＨに等しくなるまでブロック２１が充電されるものとする。そうすると、ブロック電圧Ｖ１ｍｉｎ（＝最低電圧ＭＩＮ）が上昇するため、電圧差ΔＶ２（＝Ｖ２ｍｉｎ－ＭＩＮ）が低減される。つまり、ブロック２１とブロック２２との間の電圧差が低減され、ブロック２１～２３間の電圧均等化が実現される。

図５は、車両１００がＲｅａｄｙＯＦＦ状態である場合に実行される第２の均等化制御を説明するための概念図である。図５を参照して、第２の均等化制御においても第１の均等化制御と同様に、３つのブロック最低電圧Ｖ１ｍｉｎ，Ｖ２ｍｉｎ，Ｖ３ｍｉｎが算出され、さらに、パック最低電圧ＭＩＮが算出される。

図５に示す例でも、図４に示した例と同様に、３つのブロック最低電圧Ｖ１ｍｉｎ，Ｖ２ｍｉｎ，Ｖ３ｍｉｎのうちＶ１ｍｉｎが最も低く、パック最低電圧ＭＩＮ＝Ｖ１ｍｉｎであるとする。また、電圧差ΔＶ２（＝Ｖ２ｍｉｎ－ＭＩＮ）＞ＴＨである一方で、ΔＶ３（＝Ｖ３ｍｉｎ－ＭＩＮ）＜ＴＨであるとする。

第２の均等化制御では、ＥＣＵ１０は、電圧差ΔＶ２が閾値ＴＨを上回るブロック２２に対応して設けられたＤＣ／ＤＣコンバータ４２を制御することによって、ブロック２２を放電させ、その電力により補機電池３を充電する。この例では、電圧差ΔＶ２が閾値ＴＨに等しくなるまでブロック２２が放電されるものとする。そうすると、ブロック電圧Ｖ２ｍｉｎが低下するため、電圧差ΔＶ２（＝Ｖ２ｍｉｎ－ＭＩＮ）が低減される。つまり、ブロック２２とブロック２１との間の電圧差が低減され、ブロック２１～２３間の電圧均等化が実現される。

このように、車両１００がＲｅａｄｙＯＮ状態である場合には、第１の均等化制御が実行される。この制御では、パック最低電圧ＭＩＮとブロック最低電圧Ｖｋｍｉｎとの電圧差ΔＶｋが閾値ＴＨを上回る場合（すなわち、電圧ばらつきが生じた場合）に、補機電池３から供給される電力により、パック最低電圧ＭＩＮを示すセルが含まれるブロック２１が充電される。これにより、電圧がブロック２１～２３間で均等化される。

一方、車両１００がＲｅａｄｙＯＦＦ状態である場合には、第２の均等化制御が実行されるこの制御では、電圧差ΔＶｋが閾値ＴＨを上回る電圧ばらつきが生じた場合に、電圧差ΔＶ２が閾値ＴＨを上回るブロックから供給される電力により、補機電池３が充電される。これによっても、電圧がブロック２１～２３間で均等化される。

さらに、車両１００がＲｅａｄｙＯＦＦ状態である期間が長期間に亘ると、補機電池３の自然放電は徐々に進み、補機電池３に蓄えられた電力が過度に減少し得る。その結果、補機電池３の電力を消費することで実現される重要な機能（たとえば車両１００に設置されたセキュリティシステムの機能）を維持することができなくなる可能性がある。第２の均等化制御を実行することで補機電池３が充電されるため、そのような状況の発生を抑制することができる。

＜制御フロー＞
図６は、本実施の形態における均等化制御を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、たとえば所定の演算周期毎にＥＣＵ１０によりメインルーチン（図示せず）から呼び出されて繰り返し実行される。図６ならびに後述する図７および図８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ＥＣＵ１０によるソフトウェア処理により実現されるが、その一部または全部がＥＣＵ１０内に作製されたハードウェア（電気回路）により実現されてもよい。

図６を参照して、Ｓ１において、ＥＣＵ１０は、車両１００がＲｅａｄｙＯＮ状態であるか否かを判定する。前述のように、たとえば、車両１００のシフトレンジ（図示せず）がＰレンジである状態でユーザがブレーキペダルを踏みながらパワースイッチを押した場合に、車両１００はＲｅａｄｙＯＮ状態となる。

車両１００がＲｅａｄｙＯＮ状態である場合（Ｓ１においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１０は、処理をＳ１０に進め、第１の均等化制御を実行する。これに対し、車両１００がＲｅａｄｙＯＦＦ状態である場合（Ｓ１においてＮＯ）、ＥＣＵ１０は、処理をＳ２０に進め、第２の均等化制御を実行する。

図７は、第１の均等化制御（Ｓ１０の処理）を示すフローチャートである。図７を参照して、Ｓ１１～Ｓ１４の処理は、ブロック２１～２３間の電圧ばらつきを算出するための処理（ばらつき算出処理）である。

Ｓ１１において、ＥＣＵ１０は、ブロック２１～２３に含まれるすべてのセルの電圧を電圧センサ５１から取得する。図４および図５に示した例においてブロック２ｉ（ｉ＝１，２，３）に含まれるｊ（ｊ＝１～４）個目のセルの電圧をＶｉｊと記載すると、電圧Ｖ１１～Ｖ３４が取得される。

Ｓ１２において、ＥＣＵ１０は、ブロック２１～２３毎にブロック最低電圧Ｖｉｍｉｎを算出する。具体的には、ＥＣＵ１０は、ブロック２１に含まれる４つのセルの電圧Ｖ１１～Ｖ１４のうちの最低の電圧を算出し、この電圧をブロック最低電圧Ｖ１ｍｉｎとする（Ｖ１ｍｉｎ＝ｍｉｎ｛Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ１３，Ｖ１４｝）。残る２つのブロック２２，２３についても同様に、ＥＣＵ１０は、ブロック最低電圧Ｖ２ｍｉｎ，Ｖ３ｍｉｎを算出する。

Ｓ１３において、ＥＣＵ１０は、Ｓ１２にて算出されたブロック最低電圧Ｖ１ｍｉｎ，Ｖ２ｍｉｎ，Ｖ３ｍｉｎのうちの最低電圧をパック最低電圧ＭＩＮとして算出する（上記式（１）参照）。

Ｓ１４において、ＥＣＵ１０は、最低電圧ＭＩＮを示すセルが含まれるブロック以外の２つのブロックのブロック最低電圧と、最低電圧ＭＩＮとの電圧差ΔＶｋを算出する（上記式（２）参照）。

Ｓ１５において、ＥＣＵ１０は、Ｓ１４にて算出された電圧差ΔＶｋが閾値ＴＨを上回るブロックがあるか否かを判定する。閾値ＴＨは、電圧ばらつきを低減することが望ましい値（言い換えると、それ以上の電圧ばらつきの発生は避けることが望ましい値）として、電池パック２の仕様等に応じて予め定められている。

電圧差ΔＶｋが閾値ＴＨよりも大きいブロックが少なくとも１つ存在する場合（Ｓ１５においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１０は、低減すべき電圧ばらつきが生じたとして、補機電池３からの放電電力によりパック最低電圧ＭＩＮを示すセルが含まれるブロックが充電されるように、当該ブロックに対応するＤＣ／ＤＣコンバータを作動させる（Ｓ１６）。なお、上記ブロックの充電は、図４にて説明したように電圧差ΔＶｋが閾値ＴＨに等しくなるまで継続してもよいし、予め定められた電力量が充電された時点で停止してもよい。また、図４に示した例では、１つのＤＣ／ＤＣコンバータのみを作動させる例を説明したが、２つのＤＣ／ＤＣコンバータを作動させてもよい。

一方、すべての電圧差ΔＶｋが閾値ＴＨよりも小さい場合（Ｓ１５においてＮＯ）、ＥＣＵ１０は、Ｓ１６の処理を実行することなく処理をメインルーチンへと戻す。

図８は、第２の均等化制御（Ｓ２０の処理）を示すフローチャートである。図８を参照して、Ｓ２１～Ｓ２４に示すばらつき算出処理は、第１の均等化制御におけるばらつき算出処理（図７のＳ１１～Ｓ１３の処理）と同等であるため、詳細な説明は繰り返さない。

Ｓ２５において、ＥＣＵ１０は、Ｓ１４にて算出された電圧差ΔＶｋが閾値ＴＨを上回るブロックがあるか否かを判定する。なお、この閾値ＴＨは、本開示に係る「他の閾値」に相当する。この閾値ＴＨと、第１の均等化制御における閾値（本開示に係る「閾値」）とは、本実施の形態では同じ値であるが、両者は互いに異なる値であってもよい。

電圧差ΔＶｋが閾値ＴＨよりも大きいブロックが少なくとも１つ存在する場合（Ｓ２５においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１０は、電圧ばらつきが生じたとして、電圧差ΔＶｋが閾値ＴＨよりも大きい１対のブロックのうちブロック最低電圧が高いブロックからの放電電力により補機電池３が充電されるように、当該ブロックに対応するＤＣ／ＤＣコンバータを作動させる（Ｓ２６）。

図示しないが、第２の均等化制御において補機電池３を充電する条件（下記Ｓ２６の処理を実行する条件）として、補機電池３のＳＯＣ（State Of Charge）が所定値を下回るとの条件を含めてもよい。電圧センサ３１を用いて補機電池３の電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）を検出し、ＳＯＣ－ＯＣＶカーブを参照することによって、補機電池３のＳＯＣを算出することができる。補機電池３の充電は、電圧差ΔＶｋが閾値ＴＨに等しくなるまで継続してもよいし、補機電池３のＳＯＣが所定の基準値を上回るまで継続してもよい。あるいは、予め定められた電力量が充電された時点で停止してもよい。第２の均等化制御においても作動させるＤＣ／ＤＣコンバータは１つに限定されず、２つのＤＣ／ＤＣコンバータを作動させてもよい。

すべての電圧差ΔＶｋが閾値ＴＨよりも小さい場合（Ｓ２５においてＮＯ）、ＥＣＵ１０は、Ｓ２６の処理を実行することなく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、抵抗を用いた均等化回路（パッシブ式の均等化回路）に代えてＤＣ／ＤＣコンバータ４１～４３を電池パック２と補機電池３との間に設置することで、第１および第２の均等化制御における発熱を抑制し、電力を有効活用することができる。また、車両１００がＲｅａｄｙＯＦＦ状態である場合に第２の均等化制御を実行することで補機電池３が充電される。これにより、補機に必要な電力を長期間に亘り供給し、補機の機能を維持することが可能になる。

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。本開示の範囲は、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 電池システム、２ 電池パック、２１～２３ ブロック、３ 補機電池、３１ 電圧センサ、４ 均等化ユニット、５ 監視ユニット、９ セル、１００ 車両、４１，４２，４３ ＤＣ／ＤＣコンバータ、５１ 電圧センサ、５２ 電流センサ、５３ 温度センサ、６３，６４ モータジェネレータ、６５ エンジン、６６ 動力分割装置、６７ 駆動軸、６８ 駆動輪、Ｃ コンデンサ、Ｄ ダイオード、Ｈ１，Ｌ１ 入力ノード、Ｈ２，Ｌ２ 出力ノード、Ｑ トランジスタ、Ｔ トランス。

Claims (3)

1. 補機と、駆動源としてのモータとを含む電動車両に搭載される電池システムであって、
   前記補機に電力を供給する補機電池と、
   前記モータに電力を供給する組電池とを備え、
   前記組電池は、直列に接続された複数のブロックを含み、
   前記複数のブロックの各々は、直列に接続された複数のセルを有し、
   前記複数のブロックに対応して設けられ、各々が対応するブロックと前記補機電池との間で電力を変換することが可能に構成された複数のコンバータと、
   前記電動車両が走行可能な状態である場合に第１の均等化制御を実行し、前記電動車両が走行不能な状態である場合に第２の均等化制御を実行するように構成された制御装置とをさらに備え、
   前記第１の均等化制御は、前記複数のブロック間の電圧ばらつきが閾値を上回る場合に、前記補機電池から供給される電力により電圧ばらつきが前記閾値を上回る少なくとも１対のブロックのうちの電圧が低いブロックが充電されるように、前記電圧が低いブロックに対応するコンバータを動作させる制御であり、
   前記第２の均等化制御は、前記複数のブロック間の電圧ばらつきが他の閾値を上回る場合に、電圧ばらつきが前記他の閾値を上回る少なくとも１対のブロックのうちの電圧が高いブロックから供給される電力により前記補機電池が充電されるように、前記電圧が高いブロックに対応するコンバータを動作させる制御である、電池システム。
2. 請求項１に記載の電池システムと、
   前記モータと、
   前記補機とを備える、電動車両。
3. 駆動源としてのモータに電力を供給する組電池と、補機に電力を供給する補機電池とを備える電動車両の制御方法であって、
   前記組電池は、直列に接続された複数のブロックを含み、
   前記複数のブロックの各々は、直列に接続された複数のセルを有し、
   前記電動車両は、前記複数のブロックに対応して設けられ、各々が対応するブロックと前記補機電池との間で電力を変換することが可能に構成された複数のコンバータをさらに備え、
   前記電動車両の制御方法は、
   前記電動車両が走行可能な状態である場合に第１の均等化制御を実行するステップと、
   前記電動車両が走行不能な状態である場合に第２の均等化制御を実行するステップとを含み、
   前記第１の均等化制御は、前記複数のブロック間の電圧ばらつきが閾値を上回る場合に、前記補機電池から供給される電力により電圧ばらつきが前記閾値を上回る少なくとも１対のブロックのうちの電圧が低いブロックが充電されるように、前記電圧が低いブロックに対応するコンバータを動作させる制御であり、
   前記第２の均等化制御は、前記複数のブロック間の電圧ばらつきが他の閾値を上回る場合に、電圧ばらつきが前記他の閾値を上回る少なくとも１対のブロックのうちの電圧が高いブロックから供給される電力により前記補機電池が充電されるように、前記電圧が高いブロックに対応するコンバータを動作させる制御である、電動車両の制御方法。

Images