JP7184028B2 - 電力制御システム、電動車両および電力制御方法 - Google Patents

Description

本開示は、電力制御システム、電動車両および電力制御方法に関し、より特定的には、組電池の充放電制御技術に関する。

近年、走行用の電池パックが搭載された電動車両の普及が進んでいる。電動車両は、ハイブリッド車両（ＨＶ：Hybrid Vehicle）および電気自動車などを含み得る。典型的な電動車両には、機能毎に分割された複数の電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）が設けられている。

たとえば、特開２０１９－１５６００７号公報（特許文献１）に開示されたハイブリッド車両は、エンジンＥＣＵと、モータＥＣＵと、バッテリＥＣＵと、ＨＶＥＣＵとを備える。ＨＶＥＣＵは、エンジンＥＣＵ、モータＥＣＵおよび電池ＥＣＵと通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ、モータＥＣＵおよび電池ＥＣＵと各種制御信号およびデータのやり取りを行う。

特開２０１９－１５６００７号公報

以下、電動車両に２つのシステムが設けられた構成を想定する。これらのシステムを「電池システム」および「電力制御システム」と呼ぶ。電池システム（電池パック）は、組電池を含み、組電池の状態を管理する。電力制御システムは、組電池に充放電される電力を制御する。

電池システムは、複数のセルを含む組電池と、複数のセルにそれぞれ対応するように設けられた複数の電圧センサと、電流センサと、第１の制御装置とを備える。複数の電圧センサの各々は、対応するセルの電圧の検出結果を第１の制御装置に出力する。また、電流センサは、組電池に入出力される電流の検出結果を第１の制御装置に出力する。これにより、第１の制御装置は、複数のセルの各々のＳＯＣ（State Of Charge）を算出できる。

電力制御システムは、電池パックに電気的に接続された電力変換装置（コンバータまたはインバータ）と、第２の制御装置とを備える。第２の制御装置は、電池パックのＳＯＣに応じた制御指令を電力変換装置に出力することで、組電池の充放電を制御する。

自動車産業は垂直統合型の産業構造を有するとされている。しかし、今後、電動車両の普及が世界的に一層進むなかで、電動車両の水平分業化が進む可能性がある。本発明者らは、このような産業構造の転換が進む場合、以下のような課題が生じ得る点に着目した。

電池システムの事業者（以下、Ａ社）と電力制御システムの事業者（以下、Ｂ社）とが別々になる状況が考えられる。たとえば、Ｂ社からＡ社に電力制御システムを販売する。Ａ社は、Ｂ社から購入した電池制御システムをＡ社自身で設計した電池システムと組み合わせて電動車両を開発する。

この場合、電池システムと電力制御システムとの間で、どのようなデータをやり取りするかが課題となり得る。より詳細に説明すると、電池パックの使用に伴い、電池パックに含まれる複数のセルの間でＳＯＣばらつきが生じる可能性がある。電池パックの適切な保護および活用の観点からは、電池システムから電力制御システムに、第１の制御装置により算出された、すべてのセルのＳＯＣを出力することも考えられる。しかし、一般に、車載の電池パックは、多くのセル（たとえば数十個～数百個のセル）を含む。そのため、事業者によっては、演算負荷および／または通信負荷が重くなることを懸念して、全セルのＳＯＣのやり取りは望まない場合がある。

本開示は、かかる課題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、電池システムと電力制御システムとの間で全セルのＳＯＣをやり取りしなくとも組電池の充放電を適切に制御可能な技術を提供することである。

（１）本開示のある局面に従う電力制御システムは、電池パック（電池システム）との間で電力を授受する。電池パックは、複数のセルを含む組電池と、複数のセルの電圧を検出する電圧センサと、複数のセルに入出力される電流を検出する電流センサとを含む。電力制御システムは、組電池を充放電するように構成された電力変換装置と、電力変換装置を制御する制御装置とを備える。電池パックは、電圧センサおよび電流センサの検出結果から求まる複数のセルの間でのＳＯＣばらつきを制御装置に出力する。制御装置は、電池パックの出力から算出される複数のセルのＳＯＣのうちの最高ＳＯＣが所定のＳＯＣ領域の上限を下回り、かつ、複数のセルのＳＯＣのうちの最低ＳＯＣがＳＯＣ領域の下限を上回るように、電力変換装置を制御する。

（２）制御装置は、最高ＳＯＣおよび最低ＳＯＣのうちの一方と、最高ＳＯＣと最低ＳＯＣとの間の差分とに基づいて、複数のセルのＳＯＣを単一のＳＯＣに代表させた第１の代表ＳＯＣを算出する。制御装置は、第１の代表ＳＯＣが上限を下回り、かつ、第１の代表ＳＯＣが下限を上回るように、電力変換装置を制御する。

（３）制御装置は、最低ＳＯＣが下限である場合に、第１の代表ＳＯＣも下限であり、かつ、最低ＳＯＣが上限から差分を差し引いた値である場合に、第１の代表ＳＯＣが上限であり、かつ、第１の代表ＳＯＣが下限と上限との間で単調に増加するように、第１の代表ＳＯＣを算出する。

上記（１）の構成においては、電力制御システムに備えられた制御装置（後述するＨＶＥＣＵ）に、複数のセルの間でのＳＯＣばらつきが出力される。制御装置は、ＳＯＣばらつきから算出される最高ＳＯＣおよび最低ＳＯＣに基づいて、組電池の充放電を制御できる。たとえば上記（２），（３）の構成のように、制御装置は、複数のセルのＳＯＣを単一のＳＯＣで代表させた第１の代表ＳＯＣを用いる。詳細は後述するが、これにより、すべてのセルのＳＯＣが所定のＳＯＣ領域から逸脱しないＳＯＣ管理が実現される。したがって、上記（１）～（３）の構成によれば、全セルのＳＯＣをやり取りしなくとも組電池の充放電を適切に制御できる。

（４）電池パックは、複数のセルの平均ＳＯＣを制御装置にさらに出力する。制御装置は、最高ＳＯＣと平均ＳＯＣとの間の第１の差分に対する平均ＳＯＣと最低ＳＯＣとの間の第２の差分の比率が基準値よりも低い場合に、第１の代表ＳＯＣを算出する。一方で、制御装置は、比率が基準値よりも高い場合には、最低ＳＯＣが下限であるときに、第２の代表ＳＯＣも下限であり、かつ、最低ＳＯＣが上限であるときに、第２の代表ＳＯＣも上限であり、かつ、第２の代表ＳＯＣが下限と上限との間で単調に増加するように、第２の代表ＳＯＣを算出する。制御装置は、第２の代表ＳＯＣが下限を上回るように電力変換装置を制御し、最高ＳＯＣが上限に達したときには、組電池への充電を禁止する。

上記（４）の構成においては、比率が基準値との関係（言い換えると、後述するように異常セルの発生の有無）に応じて、第１の代表ＳＯＣと第２の代表ＳＯＣとが使い分けられる。比率が基準値よりも高い場合には、第２の代表ＳＯＣを使用することで、複数のセル間の均等化効果を向上させることができる（詳細は後述）。その結果、充放電に使用可能なＳＯＣ領域を拡大し、組電池をより有効に活用することが可能になる。また、第２の代表ＳＯＣの使用時には最高ＳＯＣがＳＯＣの上限上限を超過する可能性があるので、そのような場合には充電が禁止される。これにより、上記（４）の構成によっても、組電池の充放電を適切に制御できる。

（５）本開示の他の局面に従う電動車両は、上記電力制御システムと、電池パックとを備える。

（６）本開示の他の局面に従う電動車両は、電池システムと、電池システムとの間で電力を授受する電力制御システムとを備える。電池システムは、複数のセルを含む組電池と、複数のセルの電圧を検出する電圧センサと、複数のセルに入出力される電流を検出する電流センサと、電圧センサおよび電流センサの検出結果を受ける第１の制御装置とを含む。電力制御システムは、組電池を充放電するように構成された電力変換装置と、電力変換装置を制御する第２の制御装置とを含む。第１の制御装置は、電圧センサおよび電流センサの検出結果から求まる複数のセルの間のＳＯＣばらつきを第２の制御装置に出力する。第２の制御装置は、第１の制御装置の出力から算出される複数のセルのＳＯＣのうちの最高ＳＯＣが所定のＳＯＣ領域の上限を下回り、かつ、複数のセルのＳＯＣのうちの最低ＳＯＣがＳＯＣ領域の下限を上回るように、電力変換装置を制御する。

上記（５），（６）の構成によれば、上記（１）の構成と同様に、電池システムと電力制御システムとの間で全セルのＳＯＣをやり取りしなくとも組電池の充放電を適切に制御できる。

（７）本開示のさらに他の局面に従う電力制御方法は、電池システムと電力制御システムとの間で電力を授受する方法である。電池システムは、複数のセルを含む組電池と、複数のセルの電圧を検出する電圧センサと、複数のセルに入出力される電流を検出する電流センサと、電圧センサおよび電流センサの検出結果を受ける第１の制御装置とを含む。電力制御システムは、組電池を充放電するように構成された電力変換装置と、電力変換装置を制御する第２の制御装置とを含む。電力制御方法は、電圧センサおよび電流センサの検出結果から求まる複数のセルの間でのＳＯＣばらつきを第１の制御装置から第２の制御装置に出力するステップと、第１の制御装置の出力から算出される複数のセルのＳＯＣのうちの最高ＳＯＣが所定のＳＯＣ領域の上限を下回り、かつ、複数のセルのＳＯＣのうちの最低ＳＯＣがＳＯＣ領域の下限を上回るように、第２の制御装置により電力変換装置を制御するステップとを含む。

上記（７）の方法によれば、上記（１）または（６）の構成と同様に、電池システムと電力制御システムとの間で全セルのＳＯＣをやり取りしなくとも組電池の充放電を適切に制御できる。

本開示によれば、電池システムと電力制御システムとの間で全セルのＳＯＣをやり取りしなくとも電池パックの充放電を適切に制御できる。

本実施の形態に係る電力制御システムが搭載された電動車両の全体構成を概略的に示す図である。 電池パックの構成をより詳細に説明するための図である。 実施の形態１における組電池の充放電制御の処理手順を示すフローチャートである。 ＨＶＥＣＵによるＳ２１，Ｓ２２の処理を説明するための概念図である。 組電池の充放電に使用可能なＳＯＣ領域を説明するための図である。 実施の形態１における代表ＳＯＣの算出手法の一例を説明するための図である。 実施の形態１における代表ＳＯＣの算出手法の他の一例を説明するための図である。 実施の形態２におけるＳＯＣ分布に関する算出処理を説明するための概念図である。 実施の形態２における制御マップを示す概念図である。 実施の形態２における組電池の充放電制御の処理手順を示すフローチャートである。

以下、本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１］
＜電動車両の全体構成＞
図１は、本実施の形態に係る電力制御システムが搭載された電動車両の全体構成を概略的に示す図である。図１を参照して、車両１００は、ハイブリッド車両であって、電池パック１と、ＨＶシステム２とを備える。ただし、本開示に係る電動車両は、ハイブリッド車両に限られず、電気自動車または燃料電池車などであってもよい。

電池パック１は、組電池１０と、監視ユニット２０と、均等化ユニット３０と、システムメインリレー（ＳＭＲ：System Main Relay）４０と、電池ＥＣＵ５０とを備える。ＨＶシステム２は、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ：Power Control Unit）６０と、モータジェネレータ７１，７２と、エンジン７３と、動力分割装置８１と、駆動軸８２と、駆動輪８３と、ＨＶＥＣＵ９０とを備える。なお、電池パック１は本開示に係る「電池システム」に相当し、ＨＶシステム２は本開示に係る「電力制御システム」に相当する。

組電池１０は、複数のセル１０１～１０Ｍ（図２参照）を含む。各セル１０１～１０Ｍは、リチウムイオン電池またはニッケル水素電池などの二次電池である。組電池１０は、モータジェネレータ７１，７２を駆動するための電力を蓄え、ＰＣＵ６０を通じてモータジェネレータ７１，７２へ電力を供給する。また、組電池１０は、モータジェネレータ７１，７２の発電時にＰＣＵ６０を通じて発電電力を受けて充電される。

監視ユニット２０は、電圧センサ２１（後述する複数の電圧センサ２１１～２１Ｍ）と、電流センサ２２と、温度センサ２３とを含む。電圧センサ２１は、組電池１０に含まれる各セルの電圧を検出する。電流センサ２２は、組電池１０に入出力される電流ＩＢを検出する。温度センサ２３は、組電池１０の温度を検出する。各センサは、その検出結果を電池ＥＣＵ５０に出力する。

均等化ユニット３０は、組電池１０に含まれるセル１０１～１０Ｍ間のＳＯＣの不均等を解消するために設けられる。より詳細には、組電池１０では、使用または時間の経過に伴い、ＳＯＣがセル１０１～１０Ｍ間でばらつき得る。ＳＯＣばらつきの要因としては、セル１０１～１０Ｍの自己放電電流のばらつき、または、電圧センサ２１１～２１Ｍの消費電流のばらつきなどが挙げられる。均等化ユニット３０は、電池ＥＣＵ５０からの制御指令に従って、ＳＯＣ不均等を解消するためにセル１０１～１０Ｍのうちのいずれかのセルを放電させる。組電池１０、監視ユニット２０および均等化ユニット３０の詳細な構成については図２にて説明する。なお、ＳＯＣとＯＣＶ（Open Circuit Voltage）との間には、ＳＯＣの増加とともにＯＣＶも単調増加するという相関関係が存在するので、均等化の対象はＯＣＶであってもよい。

ＳＭＲ４０は、ＰＣＵ４０と組電池１０とを結ぶ電力線に電気的に接続されている。ＳＭＲ４０は、電池ＥＣＵ５０からの制御指令に応じて、ＰＣＵ４０と組電池１０との間での電力の供給と遮断とを切り替える。

電池ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサ５１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリ５２と、各種信号を入出力するための入出力ポート（図示せず）とを含む。電池ＥＣＵ５０は、監視ユニット２０の各センサから受ける信号ならびにメモリ５２に記憶されたプログラムおよびマップ（後述する各マップ）に基づいて、組電池１０の状態を監視する。電池ＥＣＵ５０により実行される主要な処理としては、組電池１０に含まれる各セルのＳＯＣを算出する処理が挙げられる。この処理の詳細については後述する。なお、電池ＥＣＵ５０は、本開示に係る「第１の制御装置」に相当する。

ＰＣＵ６０は、ＨＶＥＣＵ９０からの制御信号に従って、組電池１０とモータジェネレータ７１，７２との間で双方向の電力変換を実行する。ＰＣＵ６０は、モータジェネレータ７１，７２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７１を回生状態（発電状態）にしつつ、モータジェネレータ７２を力行状態にすることができる。ＰＣＵ６０は、たとえば、モータジェネレータ７１，７２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組電池１０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）とを含む構成を有する。なお、ＰＣＵ６０は、本開示に係る「電力変換装置」に相当する。

モータジェネレータ７１，７２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７１は、主として、動力分割装置８１を経由してエンジン７３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７１が発電した電力は、ＰＣＵ６０を介してモータジェネレータ７２または組電池１０に供給される。また、モータジェネレータ７１は、エンジン７３のクランキングを行うことも可能である。

モータジェネレータ７２は、主として電動機として動作し、駆動輪８３を駆動する。モータジェネレータ７２は、組電池１０からの電力およびモータジェネレータ７１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７２の駆動力は駆動軸８２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７２は、発電機として動作して回生発電を行う。モータジェネレータ７２が発電した電力は、ＰＣＵ６０を介して組電池１０に供給される。

エンジン７３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。

動力分割装置８１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８１は、エンジン７３から出力される動力を、モータジェネレータ７１を駆動する動力と、駆動輪８３を駆動する動力とに分割する。

ＨＶＥＣＵ９０は、電池ＥＣＵ５０と同様に、ＣＰＵなどのプロセッサ９１と、ＲＯＭおよびＲＡＭなどのメモリ９２と、入出力ポート（図示せず）とを含む。ＨＶＥＣＵ９０は、電池ＥＣＵ５０からのデータならびにメモリ９２に記憶されたプログラムおよびマップに基づいて、ＨＶシステム２内の各機器を制御する。ＨＶＥＣＵ９０により実行される主要な制御としては、組電池１０の充放電制御が挙げられる。この充放電制御についても後述する。なお、ＨＶＥＣＵ９０は、本開示に係る「制御装置」または「第２の制御装置」に相当する。ＨＶＥＣＵ９０は、特許文献１のように機能に応じてさらに複数のＥＣＵ（エンジンＥＣＵなど）に分割されていてもよい。

＜電池パック構成＞
図２は、電池パック１の構成をより詳細に説明するための図である。図２を参照して、組電池１０は、たとえば、直列接続されたＭ個のセル１０１～１０Ｍを含む。Ｍは２以上の自然数であれば特に限定されないが、典型的には、たとえば十数個～数十個である。

図示しないが、隣接するセル間は、バスバーにより電気的に接続されるとともに機械的に連結されている。各セルには直列にヒューズ（図示せず）が接続されている。ヒューズは、過大な電流が流れた場合にセルの電流経路を遮断する。また、各セルの内部には、電流遮断機構（ＣＩＤ：Current Interrupt Device）（図示せず）が設けられている。ＣＩＤは、電池ケース内の圧力が所定値以上になると電流経路を遮断するように構成されている。

電圧センサ２１１は、セル１０１の電圧ＶＢ１を検出する。電圧センサ２１２は、セル１０２の電圧ＶＢ２を検出する。それ以外の電圧センサ２１３～２１Ｍについても同様である。電流センサ２２は、各セル１０１～１０Ｍを流れる電流ＩＢを検出する。

均等化ユニット３０は、均等化回路３０１～３０Ｍを含む。均等化回路３０１は、セル１０１に並列接続されている。均等化回路３０１は、一般的な均等化回路と同様に、バイパス抵抗Ｒｂ１と、スイッチング素子（トランジスタ等）ＳＷ１とを含む。他の均等化回路３０２～３０Ｍについても同様である。

電池ＥＣＵ５０は、電圧センサ２１１～２１Ｍからセル１０１～１０Ｍの電圧ＶＢ１～ＶＢＭを取得すると、電圧ＶＢ１～ＶＢＭがほぼ等しくなるまで各ブロックを放電するように、均等化回路３０１～３０Ｍを制御する。この制御を「均等化制御」と称する。図２では、均等化制御の制御指令をＳ１～ＳＭで示す。均等化制御を適宜実行することで、セル１０１～１０Ｍ間のＳＯＣ不均等（ばらつき）を解消できる。

なお、図２では、全セルが直列接続された組電池１０の構成を例に説明したが、複数のセル間の接続関係はこれに限定されるものではない。たとえば、組電池１０は、複数のセルが直列されたブロックを複数含んでもよい。この場合、各ブロックは並列接続される。あるいは、組電池１０は、複数のセルが並列されたブロックを複数含んでもよい。この場合、各ブロックは直列接続される。また、実施の形態１において均等化ユニット３０は必須の構成要素ではない。

＜電池ＥＣＵとＨＶＥＣＵとのインターフェイス＞
たとえば、ある事業者が別の事業者からＨＶシステム２を購入し、自身で設計または調達した電池パック１と組み合わせて車両１００を開発する状況が考えられる。この場合、電池パック１とＨＶシステム２との間、すなわち、電池ＥＣＵ５０とＨＶＥＣＵ９０との間で、どのようなデータをやり取りするかが課題となり得る。電池ＥＣＵ５０からＨＶＥＣＵ９０に、すべてのセル１０１～１０ＭのＳＯＣを出力することも考えられる。しかし、事業者によっては、演算負荷および／または通信負荷が重くなることを懸念して、全セルのＳＯＣのやり取り（送受信）は望まない場合がある。

そこで、本実施の形態においては、電池ＥＣＵ５０とＨＶＥＣＵ９０に、すべてのセル１０１～１０ＭのＳＯＣの平均値に加えて、セル１０１～１０Ｍ間でのＳＯＣのばらつき度合いを表す指標とを出力する構成を採用する。ＳＯＣの平均値を「平均ＳＯＣ（ＡＶＥ））」または単に「ＡＶＥ」と記載する。ＳＯＣのばらつき度合いを表す指標を「ＳＯＣばらつきＶＡＲ」と記載する。平均ＳＯＣ（ＡＶＥ）だけでなくＳＯＣばらつきＶＡＲを使用することで、以下に説明するように、負荷の増大を避けつつ、組電池１０のＳＯＣの過度の上昇または低下を抑制し、組電池１０を適切に保護することが可能になる。

＜充放電制御フロー＞
図３は、実施の形態１における組電池１０の充放電制御の処理手順を示すフローチャートである。図中左側には電池ＥＣＵ５０により実行される一連の処理を示し、図中左側には、ＨＶＥＣＵ９０により実行される一連の処理を示す。

図３および後述する図１０に示すフローチャートに表される処理は、所定条件が成立した場合または所定の演算周期が経過する毎に、図示しないメインルーチンから呼び出されて実行される。これらのフローチャートの各ステップは、基本的にはＥＣＵ（電池ＥＣＵ５０またはＨＶＥＣＵ９０）によるソフトウェア処理によって実現されるが、ＥＣＵ内に作製された電子回路によるハードウェア処理によって実現されてもよい。なお、以下ではステップを「Ｓ」と略す。

図３を参照して、Ｓ１１において、電池ＥＣＵ５０は、複数の電圧センサ２１１～２１Ｍから複数のセル１０１～１０Ｍの電圧ＶＢ１～ＶＢＭをそれぞれ取得する。また、電池ＥＣＵ５０は、電流センサから組電池１０を流れる電流ＩＢを取得する（Ｓ１２）。

Ｓ１３において、電池ＥＣＵ５０は、複数のセル１０１～１０Ｍの電圧ＶＢ１～ＶＢＭおよび電流ＩＢのうちの少なくとも一方に基づいて、すべてのセル１０１～１０ＭのＳＯＣを算出する。ＳＯＣの算出手法としては、事前に定められたＳＯＣ－ＯＣＶ特性曲線を使用する手法、または、組電池１０に入出力される電流ＩＢを積算する手法など、公知の各種手法を採用できる。

Ｓ１４において、電池ＥＣＵ５０は、すべてのセル１０１～１０Ｍの平均ＳＯＣ（ＡＶＥ）を算出するとともに、セル１０１～１０Ｍ間でのＳＯＣばらつきＶＡＲ（詳細は後述）を算出する。電池ＥＣＵ５０は、平均ＳＯＣ（ＡＶＥ）およびＳＯＣばらつきＶＡＲをＨＶＥＣＵ９０に出力する。ＨＶＥＣＵ９０は、電池ＥＣＵ５０から平均ＳＯＣ（ＡＶＥ）およびＳＯＣばらつきＶＡＲを受けると、組電池１０の充放電制御に使用するＳＯＣを算出するための処理を開始する（Ｓ２１，Ｓ２２）。

図４は、ＨＶＥＣＵ９０によるＳ２１，Ｓ２２の処理を説明するための概念図である。図４ならびに後述する図５および図８において、横軸は、組電池１０に含まれるセル毎のＳＯＣを表す。縦軸は、各ＳＯＣにおけるセルの個数を表す。

図４（Ａ）および図４（Ｂ）を参照して、正常なセル１０１～１０ＭのＳＯＣは正規分布に従うと仮定できる。ＳＯＣの最高値を「最高ＳＯＣ（ＭＡＸ）」または単に「ＭＡＸ」と記載する。ＳＯＣの最低値を「最低ＳＯＣ（ＭＩＮ）」または単に「ＭＩＮ」と記載する。

図４（Ａ）に示す例では、電池ＥＣＵ５０からＨＶＥＣＵ９０に、ＳＯＣばらつきＶＡＲとして、最高ＳＯＣ（ＭＡＸ）および最低ＳＯＣ（ＭＩＮ）そのものが出力される。この場合、ＨＶＥＣＵ９０は、電池ＥＣＵ５０から受けた最高ＳＯＣ（ＭＡＸ）および最低ＳＯＣ（ＭＩＮ）をそのまま使用できる（Ｓ２１）。ただし、この例では、最高ＳＯＣ（ＭＡＸ）および最低ＳＯＣ（ＭＩＮ）の算出にＳＯＣ平均（ＡＶＥ）は使用されないので、電池ＥＣＵ５０からＳＯＣ平均（ＡＶＥ）を出力しなくてもよい。

ＳＯＣばらつきＶＡＲとして使用される指標は、最高ＳＯＣ（ＭＡＸ）および最低ＳＯＣ（ＭＩＮ）に限定されるものではない。図４（Ｂ）に示す例のように、電池ＥＣＵ５０からＨＶＥＣＵ９０に、セル１０１～１０ＭのＳＯＣの標準偏差σを出力してもよい。ＨＶＥＣＵ９０は、平均ＳＯＣ（ＡＶＥ）および標準偏差σに基づき、最高ＳＯＣ（ＭＡＸ）および最低ＳＯＣ（ＭＩＮ）を算出できる（Ｓ２１）。具体的には、下記式（１）および式（２）に従って最高ＳＯＣ（ＭＡＸ）および最低ＳＯＣ（ＭＩＮ）を算出可能である。

ＭＡＸ＝ＡＶＥ＋３σ ・・・（１）
ＭＩＮ＝ＡＶＥ－３σ ・・・（２）
なお、±３σの範囲に代えて±２σの範囲によって最高ＳＯＣ（ＭＡＸ）および最低ＳＯＣ（ＭＩＮ）を算出してもよい。また、統計的ばらつきを表す標準偏差σ以外のパラメータ（たとえば分散）を送受信してもよい。

図３のＳ２２において、ＨＶＥＣＵ９０は、最高ＳＯＣ（ＭＡＸ）と最低ＳＯＣ（ＭＩＮ）との間のＳＯＣの差分ΔＳＯＣを下記式（３）に従って算出する。

ΔＳＯＣ＝ＭＡＸ－ＭＩＮ ・・・（３）
図５は、組電池１０の充放電に使用可能なＳＯＣ領域を説明するための図である。図５を参照して、組電池１０には使用が許容されたＳＯＣ領域が予め定められている。このＳＯＣ領域の下限を「許容下限ＳＯＣ（ＬＬ）」または単に「ＬＬ」と記載し、上記ＳＯＣ領域の上限を「許容上限ＳＯＣ（ＵＬ）」または単に「ＵＬ」と記載する。一例として、ＬＬ＝２０％であり、ＵＬ＝８０％である。なお、図５では、上記ＳＯＣ領域外には斜線を付して使用不可であることを表している。

ＨＶＥＣＵ９０は、最高ＳＯＣ（ＭＡＸ）が許容上限ＳＯＣ（ＵＬ）を上回らず、かつ、最低ＳＯＣ（ＭＩＮ）が許容下限ＳＯＣ（ＬＬ）を上回らないように、組電池１０を充放電制御する。制御の複雑化を避けるため、ＨＶＥＣＵ９０は、組電池１０の充放電制御に、正規分布に従ってばらつくＳＯＣを単一のＳＯＣに代表させた制御用ＳＯＣを用いる。この制御用ＳＯＣを以下では「代表ＳＯＣ」と呼ぶ。

図６は、実施の形態１における代表ＳＯＣの算出手法の一例を説明するための図である。図６および後述する図９において、横軸は最低ＳＯＣ（ＭＩＮ）を表す。縦軸は代表ＳＯＣを表す。

図６を参照して、代表ＳＯＣ（本開示に係る「第１の代表ＳＯＣ」に相当）は最低ＳＯＣ（ＭＩＮ）から算出される。より詳細には、ＨＶＥＣＵ９０は、固定値である許容上限ＳＯＣ（ＵＬ）から、上記式（３）に従って算出された差分ΔＳＯＣを差し引き、（ＵＬ－ΔＳＯＣ）を算出する。そして、ＨＶＥＣＵ９０は、座標（ＬＬ，ＬＬ）と座標（ＵＬ－ΔＳＯＣ，ＵＬ）とを結ぶ直線の関係式を求める。

ＨＶＥＣＵ９０は、この直線関係を規定した制御マップＭＰ１（マップに代えてテーブルまたは関係式を用いてもよい）をメモリ９２に保持している。ＨＶＥＣＵ９０は、電池ＥＣＵ５０から平均ＳＯＣ（ＡＶＥ）およびＳＯＣばらつきＶＡＲを受ける度に制御マップＭＰ１を更新する（図３のＳ２３）。ＨＶＥＣＵ９０は、制御マップＭＰ１を参照することによって、最低ＳＯＣ（ＭＩＮ）を代表ＳＯＣに換算できる（図３のＳ２４）。

代表ＳＯＣが許容下限ＳＯＣ（ＬＬ）に等しい場合、制御マップＭＰ１によれば、最低ＳＯＣ（ＭＩＮ）も許容下限ＳＯＣ（ＬＬ）に等しい（ＭＩＮ＝ＬＬ）。したがって、代表ＳＯＣが許容下限ＳＯＣ（ＬＬ）を下回らないようにＨＶＥＣＵ９０が組電池１０の放電制御を実行することで、すべてのセル１０１～１０Ｍが許容下限ＳＯＣ（ＬＬ）以上である状態が保証される。

代表ＳＯＣが許容上限ＳＯＣ（ＵＬ）に等しい場合、制御マップＭＰ１によれば、最低ＳＯＣ（ＭＩＮ）は（ＵＬ－ΔＳＯＣ）に等しい（ＭＩＮ＝ＵＬ－ΔＳＯＣ）。最高ＳＯＣ（ＭＡＸ）は最低ＳＯＣ（ＭＩＮ）よりもΔＳＯＣだけ高いので、ＭＡＸ＝ＭＩＮ＋ΔＳＯＣ＝（ＵＬ－ΔＳＯＣ）＋ΔＳＯＣ＝ＵＬである。つまり、代表ＳＯＣが許容上限ＳＯＣ（ＵＬ）である場合、最高ＳＯＣ（ＭＡＸ）も許容上限ＳＯＣ（ＵＬ）に等しい（ＭＡＸ＝ＵＬ）。したがって、代表ＳＯＣが許容上限ＳＯＣ（ＵＬ）を上回らないようにＨＶＥＣＵ９０が組電池１０の充電制御を実行することで、すべてのセル１０１～１０Ｍが許容上限ＳＯＣ（ＵＬ）以下である状態が保証される。

なお、図６では、横軸を最低ＳＯＣ（ＭＩＮ）とし、２点（ＬＬ，ＬＬ）と（ＵＬ－ΔＳＯＣ，ＵＬ）とを結ぶ直線関係を使用する例について説明したが、他の手法を採用することも可能である。

図７は、実施の形態１における代表ＳＯＣの算出手法の他の一例を説明するための図である。図７に示すように、横軸を最高ＳＯＣ（ＭＡＸ）とし、座標（ＬＬ＋ΔＳＯＣ，ＬＬ）と座標（ＵＬ，ＵＬ）とを結ぶ直線関係を使用してもよい。

以上のように、実施の形態１においては、電池ＥＣＵ５０からＨＶＥＣＵ９０に、すべてのセル１０１～１０ＭのＳＯＣに代えて、セル１０１～１０Ｍの平均ＳＯＣ（ＡＶＥ）およびＳＯＣばらつきＶＡＲが出力される。ＨＶＥＣＵ９０は、平均ＳＯＣ（ＡＶＥ）およびＳＯＣばらつきＶＡＲから最高ＳＯＣ（ＭＡＸ）および最低ＳＯＣ（ＭＩＮ）を算出するとともに（図３のＳ２１）、最高ＳＯＣ（ＭＡＸ）と最低ＳＯＣ（ＭＩＮ）との差分ΔＳＯＣを算出する（Ｓ２２）。そして、ＨＶＥＣＵ９０は、すべてのセル１０１～１０ＭのＳＯＣを単一のＳＯＣで代表させるための制御マップＭＰ１（図６または図７参照）を最低ＳＯＣ（ＭＩＮ）および差分ΔＳＯＣに基づいて更新する（Ｓ２３）。制御マップＭＰ１を使用することで、すべてのセル１０１～１０ＭのＳＯＣが許容下限ＳＯＣ（ＬＬ）と許容上限ＳＯＣ（ＵＬ）との間のＳＯＣ領域から逸脱しないＳＯＣ管理が実現される。したがって、実施の形態１によれば、組電池１０の充放電を適切に制御できる。

［実施の形態２］
実施の形態１では、すべてのセル１０１～１０Ｍが正常であるとの前提の下での組電池１０の充放電制御を説明した。しかし、セル１０１～１０Ｍのうちの一部に異常が生じる可能性がある。具体例として、電極に混入した異物（溶接スパッタ、切断カス等）により電極が突き破られることで微小短絡が発生する可能性がある。実施の形態２においては、そのような異常が生じたセル（異常セル）が組電池１０に含まれる場合にも対応可能な充放電制御について説明する。

実施の形態２において電池ＥＣＵ５０からＨＶＥＣＵ９０へと出力されるＳＯＣばらつきＶＡＲは、最高ＳＯＣ（ＭＡＸ）および最低ＳＯＣ（ＭＩＮ）である。なお、実施の形態２における電動車両の構成は、実施の形態１における車両１００（図１および図２参照）の構成と同等であるため、説明は繰り返さない。

図８は、実施の形態２におけるＳＯＣ分布に関する算出処理を説明するための概念図である。図８を参照して、この例では、異常セルのＳＯＣは、正常セルのＳＯＣの正規分布からの外れ値である。異常セルのＳＯＣは最低ＳＯＣ（ＭＩＮ）に等しい。

実施の形態２において、ＨＶＥＣＵ９０は、最高ＳＯＣ（ＭＡＸ）と平均ＳＯＣ（ＡＶＥ）との差分αを算出するとともに、平均ＳＯＣ（ＡＶＥ）と最低ＳＯＣ（ＭＩＮ）との差分βを算出する（下記式（４）および式（５）参照）。

α＝ＭＡＸ－ＡＶＥ ・・・（４）
β＝ＡＶＥ－ＭＩＮ ・・・（５）
さらに、ＨＶＥＣＵ９０は、差分αに対する差分βの比率ｋ（＝β／α）を算出する。比率ｋが所定の基準値ＲＥＦよりも高い場合（ｋ＞ＲＥＦ）、ＨＶＥＣＵ９０は、異常セルが生じていると判定する。この場合には、ＨＶＥＣＵ９０は、実施の形態１にて説明した制御マップＭＰ１（図６参照）とは異なる制御マップＭＰ２を更新する。

図９は、実施の形態２における制御マップＭＰ２を示す概念図である。図９を参照して、制御マップＭＰ２は、点（ＬＬ，ＬＬ）と点（ＵＬ，ＵＬ）とを結ぶように規定された直線関係に従って作成される。端的には、制御マップＭＰ２では、最低ＳＯＣ（ＭＩＮ）が代表ＳＯＣとしてそのまま用いられる。

組電池１０に微小短絡などの異常が生じたセルが含まれる場合、そのセルでは組電池１０の充放電に伴うＳＯＣ変化が残りの正常なセルのＳＯＣ変化と異なるので、セル間のＳＯＣばらつきが大きくなり得る。ＳＯＣばらつきが大きいほど、最高ＳＯＣ（ＭＡＸ）が許容上限ＳＯＣ（ＵＬ）に達したり、最低ＳＯＣ（ＭＩＮ）が許容下限ＳＯＣ（ＬＬ）に達したりしやすくなる。つまり、実際に組電池１０の充放電に使用可能なＳＯＣ領域が狭くなる。したがって、ＳＯＣばらつきを低減することが望ましい。そのために均等化ユニット３０を用いて均等化制御を実行することができる。

制御マップＭＰ１と制御マップＭＰ２とを比較すると、制御マップＭＰ２を使用する方が制御マップＭＰ１を使用する場合と比べて、正常セルのＳＯＣが高ＳＯＣ領域内に位置しやすくなる。これにより、均等化制御の効果を向上させることができる。その技術的理由としては下記２点が挙げられる。第１に、セルのＳＯＣが高いほど、セルの自己放電電流が大きいためである。第２に、セルのＳＯＣが高いほど、高電圧でもあるため、均等化制御の実行時にバイパス抵抗（図２に示したＲｂ１～ＲｂＭのうちのいずれか）を流れる放電電流（バイパス電流）が大きくなるためである。自己放電電流およびバイパス電流を増加させることで、ＳＯＣが相対的に高いセルからＳＯＣが相対的に低いセルへの電荷の移動を促進し、セル間のＳＯＣ不均等を効果的に低減できる。

図１０は、実施の形態２における組電池１０の充放電制御の処理手順を示すフローチャートである。実施の形態２における電池ＥＣＵ５０による一連の処理は実施の形態１での処理と同様（図３の左側参照）のため、紙面の都合上、図１０にはＨＶＥＣＵ９０による処理のみが示されている。

図１０を参照して、Ｓ３１において、ＨＶＥＣＵ９０は、電池ＥＣＵ５０から受けた平均ＳＯＣ（ＡＶＥ）およびＳＯＣばらつきＶＡＲに基づき、最高ＳＯＣ（ＭＡＸ）および最低ＳＯＣ（ＭＩＮ）を算出する。なお、前述のように、実施の形態２では、ＳＯＣばらつきＶＡＲは最高ＳＯＣ（ＭＡＸ）および最低ＳＯＣ（ＭＩＮ）そのものである。

Ｓ３２において、ＨＶＥＣＵ９０は、最高ＳＯＣ（ＭＡＸ）と平均ＳＯＣ（ＡＶＥ）との差分αを算出するとともに、平均ＳＯＣ（ＡＶＥ）と最低ＳＯＣ（ＭＩＮ）との差分βを算出する。

Ｓ３３において、ＨＶＥＣＵ９０は、差分αと差分βとの比率ｋ（＝β／α）を算出する。そして、ＨＶＥＣＵ９０は、算出した比率ｋと予め定められた基準値ＲＥＦとを比較する（Ｓ３４）。

比率ｋが基準値ＲＥＦ以下である場合（Ｓ３４においてＮＯ）、ＨＶＥＣＵ９０は、異常セルは発生していないと判定し、処理をＳ４１に進める。Ｓ４１～Ｓ４４の処理は、制御マップＭＰ１を関連する処理であり、実施の形態１におけるＳ２２～Ｓ２５の処理（図３参照）と同等であるため、詳細な説明は繰り返さない。

これに対し、比率ｋが基準値ＲＥＦよりも高い場合（Ｓ３４においてＹＥＳ）、ＨＶＥＣＵ９０は、異常セルが発生していると判定し、処理をＳ５１に進める。制御マップＭＰ２を使用すると、前述のように均等化制御の効果が向上する。その一方で、制御マップＭＰ１の使用時と異なり、最高ＳＯＣ（ＭＡＸ）が許容上限ＳＯＣ（ＵＬ）を超過しないことが保証されなくなる。そのための対策として、ＨＶＥＣＵ９０は、最高ＳＯＣ（ＭＡＸ）が許容上限ＳＯＣ（ＵＬ）を達しているかどうかを判定する（Ｓ５１）。

最高ＳＯＣ（ＭＡＸ）が許容上限ＳＯＣ（ＵＬ）以上である場合（Ｓ５１においてＹＥＳ）には、組電池１０への許容充電電力Ｗｉｎを０に制限する。そうすると、組電池１０への充電が禁止される。このように、最高ＳＯＣ（ＭＡＸ）が許容上限ＳＯＣ（ＵＬ）を超過するのに備えて許容充電電力Ｗｉｎを０にする制御を準備しておくことにより、過充電に至るセルの発生を防止し、組電池１０を適切に保護できる。

最高ＳＯＣ（ＭＡＸ）が許容上限ＳＯＣ（ＵＬ）未満である場合（Ｓ５１においてＮＯ）、ＨＶＥＣＵ９０は、処理をＳ５２に進める。Ｓ５２において、ＨＶＥＣＵ９０は、制御マップＭＰ２を参照して最低ＳＯＣ（ＭＩＮ）から代表ＳＯＣ（第２の代表ＳＯＣ）を算出する。具体的には、ＨＶＥＣＵ９０は、代表ＳＯＣを最低ＳＯＣ（ＭＩＮ）に一致させる。そして、ＨＶＥＣＵ９０は、代表ＳＯＣに応じた組電池１０の充放電制御を実行する（Ｓ５３）。

以上のように、実施の形態２においては、異常セルの発生の有無に応じて制御マップＭＰ１と制御マップＭＰ２とが使い分けられる。比率ｋが基準値ＲＥＦよりも高くなっている場合には、制御マップＭＰ１に代えて制御マップＭＰ２を使用することで、均等化ユニット３０による均等化制御の効果を向上させることができる。その結果、充放電可能なＳＯＣ領域を拡大し、組電池１０をより有効に活用することが可能になる。ただし、制御マップＭＰ２の使用時には最高ＳＯＣ（ＭＡＸ）が許容上限ＳＯＣ（ＵＬ）を超過する可能性があるので、許容充電電力Ｗｉｎを０に設定する充電制限が併用される。これにより、実施の形態２によっても、組電池１０の充放電を適切に制御できる。

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 電池パック、１０ 組電池、１０１～１０Ｍ セル、２０ 監視ユニット、２１１～２１Ｍ 電圧センサ、２２ 電流センサ、２３ 温度センサ、３０ 均等化ユニット、３０１～３０Ｍ 均等化回路、Ｒｂ１～ＲｂＭ バイパス抵抗、ＳＷ１～ＳＷＭ スイッチング素子、４０ ＳＭＲ、５０ 電池ＥＣＵ、５１ プロセッサ、５２ メモリ、２ ＨＶシステム、６０ ＰＣＵ、７１，７２ モータジェネレータ、７３ エンジン、８１ 動力分割装置、８２ 駆動軸、８３ 駆動輪、１００ 車両、９０ ＨＶＥＣＵ、９１ プロセッサ、９２ メモリ。

Claims (7)

1. 電池パックとの間で電力を授受する電力制御システムであって、
   前記電池パックは、
   複数のセルを含む組電池と、
   前記複数のセルの電圧を検出する電圧センサと、
   前記複数のセルに入出力される電流を検出する電流センサとを含み、
   前記電力制御システムは、
   前記組電池を充放電するように構成された電力変換装置と、
   前記電力変換装置を制御する制御装置とを備え、
   前記電池パックは、前記電圧センサおよび前記電流センサの検出結果から求まる前記複数のセルの間でのＳＯＣばらつきを前記制御装置に出力し、
   前記制御装置は、前記電池パックの出力から算出される前記複数のセルのＳＯＣのうちの最高ＳＯＣが所定のＳＯＣ領域の上限を下回り、かつ、前記複数のセルのＳＯＣのうちの最低ＳＯＣが前記ＳＯＣ領域の下限を上回るように、前記電力変換装置を制御する、電力制御システム。
2. 前記制御装置は、
   前記最高ＳＯＣおよび前記最低ＳＯＣのうちの一方と、前記最高ＳＯＣと前記最低ＳＯＣとの間の差分とに基づいて、前記複数のセルのＳＯＣを単一のＳＯＣに代表させた第１の代表ＳＯＣを算出し、
   前記第１の代表ＳＯＣが前記上限を下回り、かつ、前記第１の代表ＳＯＣが前記下限を上回るように、前記電力変換装置を制御する、請求項１に記載の電力制御システム。
3. 前記制御装置は、
   前記最低ＳＯＣが前記下限である場合に、前記第１の代表ＳＯＣも前記下限であり、かつ、
   前記最低ＳＯＣが前記上限から前記差分を差し引いた値である場合に、前記第１の代表ＳＯＣが前記上限であり、かつ、
   前記第１の代表ＳＯＣが前記下限と前記上限との間で単調に増加するように、前記第１の代表ＳＯＣを算出する、請求項２に記載の電力制御システム。
4. 前記電池パックは、前記複数のセルの平均ＳＯＣを前記制御装置にさらに出力し、
   前記制御装置は、
   前記最高ＳＯＣと前記平均ＳＯＣとの間の第１の差分に対する前記平均ＳＯＣと前記最低ＳＯＣとの間の第２の差分の比率が基準値よりも低い場合に、前記第１の代表ＳＯＣを算出する一方で、
   前記比率が前記基準値よりも高い場合には、
   前記最低ＳＯＣが前記下限であるときに、第２の代表ＳＯＣも前記下限であり、かつ、
   前記最低ＳＯＣが前記上限であるときに、前記第２の代表ＳＯＣも前記上限であり、かつ、
   前記第２の代表ＳＯＣが前記下限と前記上限との間で単調に増加するように、前記第２の代表ＳＯＣを算出し、
   前記第２の代表ＳＯＣが前記下限を上回るように前記電力変換装置を制御し、
   前記最高ＳＯＣが前記上限に達したときには、前記組電池への充電を禁止する、請求項３に記載の電力制御システム。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の電力制御システムと、
   前記電池パックとを備える、電動車両。
6. 電池システムと、
   前記電池システムとの間で電力を授受する電力制御システムとを備え、
   前記電池システムは、
   複数のセルを含む組電池と、
   前記複数のセルの電圧を検出する電圧センサと、
   前記複数のセルに入出力される電流を検出する電流センサと、
   前記電圧センサおよび前記電流センサの検出結果を受ける第１の制御装置とを含み、
   前記電力制御システムは、
   前記組電池を充放電するように構成された電力変換装置と、
   前記電力変換装置を制御する第２の制御装置とを含み、
   前記第１の制御装置は、前記電圧センサおよび前記電流センサの検出結果から求まる前記複数のセルの間のＳＯＣばらつきを前記第２の制御装置に出力し、
   前記第２の制御装置は、前記第１の制御装置の出力から算出される前記複数のセルのＳＯＣのうちの最高ＳＯＣが所定のＳＯＣ領域の上限を下回り、かつ、前記複数のセルのＳＯＣのうちの最低ＳＯＣが前記ＳＯＣ領域の下限を上回るように、前記電力変換装置を制御する、電動車両。
7. 電池システムと電力制御システムとの間で電力を授受する電力制御方法であって、
   前記電池システムは、
   複数のセルを含む組電池と、
   前記複数のセルの電圧を検出する電圧センサと、
   前記複数のセルに入出力される電流を検出する電流センサと、
   前記電圧センサおよび前記電流センサの検出結果を受ける第１の制御装置とを含み、
   前記電力制御システムは、
   前記組電池を充放電するように構成された電力変換装置と、
   前記電力変換装置を制御する第２の制御装置とを含み、
   前記電力制御方法は、
   前記電圧センサおよび前記電流センサの検出結果から求まる前記複数のセルの間でのＳＯＣばらつきを前記第１の制御装置から前記第２の制御装置に出力するステップと、
   前記第１の制御装置の出力から算出される前記複数のセルのＳＯＣのうちの最高ＳＯＣが所定のＳＯＣ領域の上限を下回り、かつ、前記複数のセルのＳＯＣのうちの最低ＳＯＣが前記ＳＯＣ領域の下限を上回るように、前記第２の制御装置により前記電力変換装置を制御するステップとを含む、電力制御方法。

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