JP7295750B2

JP7295750B2 - 電池制御ユニットおよび電池システム

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Publication number: JP7295750B2
Application number: JP2019167284A
Authority: JP
Inventors: ちひろ大野; 隆博荘田
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2019-09-13
Filing date: 2019-09-13
Publication date: 2023-06-21
Anticipated expiration: 2039-09-13
Also published as: JP2021045017A

Description

本発明は、電池制御ユニットおよび電池システム、に関する。

複数の電池を直列に接続して構成される電池システムがある。複数の電池は、例えば製造時のバラツキや動作環境のバラツキに起因して、劣化がばらつく。例えば、熱源に近い電池は早く劣化してしまうが、熱源から離れた電池は劣化が遅い。

このため、充放電時に劣化の進んだ電池が最初に充放電終止電圧に達してしまう。この場合、他の電池に余力が残っていたとしても充放電を停止しなければならず、電池容量を使いきることができない。そこで、充電終了電圧に達した電池をバイパスして充電から切り離し、充電終了電圧に達していない電池の充電を継続させるシステムが提案されている（特許文献１）。また、放電時も同様に、放電終止電圧に達した電池をバイパスして放電から切り離し、放電終止電圧に達してない電池の放電を継続させる電池システムが考えられる。

しかしながら、上述した従来の電池システムでは、放電時において、電池のバイパス状態を切り替えるたびに負荷に対する給電が停止する。そこで、本出願人は、複数の電池から構成される組電池を複数、並列接続して、複数の組電池の１つがバイパス切り替え中でも、残りが負荷への給電を維持できるようにすることを考えた。

特開２０１３－３１２４９号公報

しかしながら、上述した従来技術は、電池をバイパスして利用するため、組電池を並列接続すると、組電池間の総電圧に大きな差異が発生する。このため、総電圧の最も高い組電池からしか放電を行うことができなかった。また、総電圧の最も低い組電池しか充電を行うことができず、充電、放電の効率がよくない、という問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、充電又は放電の効率を向上した電池制御ユニットおよび電池システムを提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る電池制御ユニットおよび電池システムは、下記［１］～［４］を特徴としている。
［１］
互いに並列接続された複数の組電池各々が有する、互いに直列接続された複数の電池、毎に設けられ、対応する前記電池が他の前記電池と直列接続された接続状態と、対応する前記電池が他の前記電池と直列接続から切り離された非接続状態と、に切り替える切替部と、
充電又は放電時に終止電圧に達したと判定した前記電池に対応する前記切替部を前記非接続状態に制御する第１制御部と、
複数の前記組電池の総電圧が同等になるように、前記終止電圧に達していない前記電池の前記切替部を前記非接続状態に制御する第２制御部と、を備え、
前記第２制御部は、前記終止電圧に達していない前記電池のうち、前記非接続状態に制御するものの組み合わせを設定し、設定した組合せ毎に複数の前記組電池の前記総電圧を求め、複数の前記組電池の前記総電圧が同等となる組み合わせに従って前記切替部を制御する、
電池制御ユニットであること。
［２］
［１］に記載の電池制御ユニットにおいて、
前記第２制御部は、充電時において前記同等となる組み合わせ毎に、充電電力を求めて、求めた充電電力が最大となる組み合わせに従って前記切替部を制御する、
電池制御ユニットであること。
［３］
［１］又は［２］に記載の電池制御ユニットにおいて、
前記第２制御部は、放電時において前記同等となる組み合わせのうち前記組電池の放電電力が最大となる組み合わせに従って前記切替部を制御する、
電池制御ユニットであること。
［４］
直列接続された複数の電池を有し、互いに並列接続された複数の組電池と、
［１］～［３］の何れか１項に記載の電池制御ユニットと、を備えた、
電池システムであること。

上記［１］および［４］の構成の電池制御ユニットおよび電池システムによれば、第２制御部が、複数の組電池の総電圧が同等になるように、終止電圧に達していない電池の切替部を非接続状態に制御する。これにより、複数の組電池の総電圧が同等となり、同時に充電又は放電を行うことができ、充電又は放電の効率の向上を図ることができる。
更に、上記［１］および［４］の構成の電池制御ユニットおよび電池システムによれば、第２制御部は、終止電圧に達していない電池のうち、非接続状態に制御するものの組み合わせを設定し、設定した組合せ毎に複数の組電池の総電圧を求め、複数の組電池の総電圧が同等となる組み合わせに従って切替部を制御する。これにより、容易に、複数の組電池の総電圧が同等とすることができる。
上記［２］の構成の電池制御ユニットによれば、第２制御部は、同等となる組み合わせ毎に、充電電力を求めて、求めた充電電力が最大となる組み合わせに従って切替部を制御する。これにより、充電電力を最大とすることができ、より一層、充電の効率の向上を図ることができる。
上記［３］の構成の電池制御ユニットによれば、第２制御部は、同等となる組み合わせのうち組電池の放電電力が最大となる組み合わせに従って切替部を制御する。これにより、放電電力を最大とすることができ、より一層、放電の効率の向上を図ることができる。

本発明によれば、充電又は放電の効率の向上を図ることができる電池制御ユニットおよび電池システムを提供することができる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

図１は、本発明の電池システムを示す回路図である。図２は、図１に示す制御部の放電処理手順を示すフローチャートである。図３は、図１に示す制御部の充電処理手順を示すフローチャートである。

本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。

図１に示す電池システム１は、例えば劣化が進んだ電池を再利用して電力を供給する装置である。

同図に示すように、電池システム１は、複数の組電池２１、２２と、電池制御ユニット３と、を備えている。複数の組電池２１、２２は、互いに並列接続されて、負荷１０及び充電器４０に接続されている。本実施形態では、説明を簡単にするために２つの組電池２１、２２を並列接続した例について説明するが、これに限ったものではない。組電池２１、２２の数は複数あればよく、３つ以上でもよい。

組電池２１は、複数の電池２１ａ～２１ｃを有している。組電池２２は、複数の電池２２ａ～２２ｃを有している。本実施形態では、説明を簡単にするために、３つの電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃを直列接続した例について説明するが、これに限ったものではない。電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃの数は複数あればよく、２つでも、４つ以上でもよい。複数の電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃは各々、充放電可能な蓄電池であり、１つのセルから構成されていてもよいし、複数のセルから構成されていてもよい。

電池制御ユニット３は、複数の切替部４１ａ～４１ｃ、４２ａ～４２ｃと、複数の電圧測定部５１ａ～５１ｃ、５２ａ～５２ｃと、複数の充放電制限部６１、６２と、制御部８と、を備えている。

複数の切替部４１ａ～４１ｃは、複数の電池２１ａ～２１ｃに各々対応して設けられている。複数の切替部４２ａ～４２ｃは、複数の電池２２ａ～２２ｃに各々対応して設けられている。複数の切替部４１ａ～４１ｃ、４２ａ～４２ｃは、互いに同じ構成である。

切替部４１ａ～４１ｃ、４２ａ～４２ｃは、対応する電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃが他の電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃと直列接続された接続状態と、対応する電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃが他の電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃとの直列接続から切り離された非接続状態と、の間で切り替え可能に設けられている。詳しく説明すると、切替部４１ａ～４１ｃ、４２ａ～４２ｃにより接続状態に切り替えられた電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃ同士が直列接続されて電源として用いられる。一方、切替部４１ａ～４１ｃ、４２ａ～４２ｃにより非接続状態に切り替えられた電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃが接続状態の電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃから切り離されて電源として用いられなくなる。

切替部４１ａは、電池２１ａに直列接続された第１スイッチＳＷ１１ａと、電池２１ａ及び第１スイッチＳＷ１１ａに並列接続された第２スイッチＳＷ１２ａと、から構成されている。第１スイッチＳＷ１１ａは、一端Ｔ１１が電池２１ａの一極（例えば正極）に接続されている。第２スイッチＳＷ１２ａは、一端Ｔ２１が電池２１ａの他極（例えば負極）に接続され、その他端Ｔ２２が第１スイッチＳＷ１１ａの他端Ｔ１２に接続されている。切替部４１ｂ、４１ｃについては、上述した切替部４１ａについての説明中の「ａ」を「ｂ」、「ｃ」にそれぞれ置き換えて説明することができるため、詳細な説明を省略する。

切替部４２ａは、電池２２ａに直列接続された第１スイッチＳＷ２１ａと、電池２２ａ及び第１スイッチＳＷ２１ａに並列接続された第２スイッチＳＷ２２ａと、から構成されている。第１スイッチＳＷ２１ａは、一端Ｔ１１が電池２２ａの一極（例えば正極）に接続されている。第２スイッチＳＷ２２ａは、一端Ｔ２１が電池２２ａの他極（例えば負極）に接続され、その他端Ｔ２２が第１スイッチＳＷ２１ａの他端Ｔ１２に接続されている。切替部４２ｂ、４２ｃについては、上述した切替部４２ａについての説明中の「ａ」を「ｂ」、「ｃ」にそれぞれ置き換えて説明することができるため、詳細な説明を省略する。

また、第１スイッチＳＷ１１ｂの他端Ｔ１２は、電池２１ａの負極に接続され、第１スイッチＳＷ１１ｃの他端Ｔ１２は、電池２１ｂの負極に接続されている。即ち、互いに隣接する電池２１ａ－電池２１ｂ間、電池２１ｂ－電池２１ｃ間にそれぞれ、第１スイッチＳＷ１１ｂ、ＳＷ１１ｃが接続されている。

また、第１スイッチＳＷ２１ｂの他端Ｔ１２は、電池２２ａの負極に接続され、第１スイッチＳＷ２１ｃの他端Ｔ１２は、電池２２ｂの負極に接続されている。即ち、互いに隣接する電池２２ａ－電池２２ｂ間、電池２２ｂ－電池２２ｃ間にそれぞれ、第１スイッチＳＷ２１ｂ、ＳＷ２１ｃが接続されている。

以上の構成によれば、第２スイッチＳＷ１２ａ～ＳＷ１２ｃ、ＳＷ２２ａ～ＳＷ２２ｃをオフし、第１スイッチＳＷ１１ａ～ＳＷ１１ｃ、ＳＷ２１ａ～ＳＷ２１ｃをオンすると、対応する電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃが接続状態となる。また、第１スイッチＳＷ１１ａ～ＳＷ１１ｃ、ＳＷ２１ａ～ＳＷ２１ｃをオフすると対応する電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃが非接続状態となる。このとき、第２スイッチＳＷ１２ａ～ＳＷ１２ｃ、ＳＷ２２ａ～ＳＷ２２ｃをオンするとバイパス経路が形成され、接続状態となっている電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃのみが直列に接続される。

複数の電圧測定部５１ａ～５１ｃ、５２ａ～５２ｃは、複数の電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃに各々対応して設けられている。複数の電圧測定部５１ａ～５１ｃ、５２ａ～５２ｃは、対応する電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃの両端電圧を測定して、その測定結果を後述する制御部８に対して出力する。

充放電制限部６１、６２は、２つの組電池２１、２２に各々対応して設けられている。充放電制限部６１は、ダイオードＤ１と、スイッチＳＷ１と、を有している。ダイオードＤ１は、電池放電方向が順方向となるように、組電池２１に直列接続される。スイッチＳＷ１は、組電池２１に直列接続されると共に、ダイオードＤ１に並列接続される。

上述した構成によれば、スイッチＳＷ１をオフすると、組電池２１にダイオードＤ１が接続され、他の組電池２２から組電池２１に対して流れ込む循環電流を遮断することができる。スイッチＳＷ１をオンすると、ダイオードＤ１がバイパスされる。

充放電制限部６２は、ダイオードＤ２と、スイッチＳＷ２と、を有している。ダイオードＤ２は、電池放電方向が順方向となるように、組電池２２に直列接続される。スイッチＳＷ２は、組電池２２に直列接続されると共に、ダイオードＤ２に並列接続される。

上述した構成によれば、スイッチＳＷ２をオフすると、組電池２２にダイオードＤ２が接続され、他の組電池２１から組電池２２に対して流れ込む循環電流を遮断することができる。スイッチＳＷ２をオンすると、ダイオードＤ２がバイパスされる。

制御部８は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭから構成され、電池システム１全体の制御を司る。制御部８は、第１制御部として機能し、各電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃの両端電圧に基づいて第１スイッチＳＷ１１ａ～ＳＷ１１ｃ、ＳＷ２１ａ～ＳＷ２１ｃ及び第２スイッチＳＷ１２ａ～ＳＷ１２ｃ、ＳＷ２２ａ～ＳＷ２２ｃをオンオフ制御する。詳しく説明すると、制御部８は、放電時又は充電時に放電終止電圧又は充電終止電圧に達した電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃを非接続状態としてバイパスさせる。

また、制御部８は、複数の組電池２１、２２の総電圧が同等になるように、放電終止電圧又は充電終止電圧に達していない電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃの切替部４１ａ～４１ｃ、４２ａ～４２ｃを非接続状態に制御する。この制御について簡単に説明する。まず、充電時における制御部８の動作について説明する。

まず、制御部８は、電圧測定部５１ａ～５１ｃ、５２ａ～５２ｃからの測定結果を取り込んで、組電池２１、２２の全電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃをバイパスさせずに使用した場合の総電圧を比較する。組電池２１、２２の総電圧とは、組電池２１、２２のうち接続状態となる電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃの両端電圧の合計である。即ち、制御部８は、全電池２１ａ～２１ｃの両端電圧の合計値を組電池２１の総電圧として求め、全電池２２ａ～２２ｃの両端電圧の合計値を組電池２２の総電圧として求める。そして、制御部８は、求めた組電池２１、２２の総電圧を比較する。

このとき、組電池２１、２２の総電圧が同等であれば、両組電池２１、２２に対して充電電流が流れ、循環電流が流れることはない。制御部８は、組電池２１、２２に直列接続されたスイッチＳＷ１、ＳＷ２をオンして、ダイオードＤ１、Ｄ２をバイパスさせる。これにより、組電池２１、２２の充電電流はオンしたスイッチＳＷ１、ＳＷ２に流れるため、ダイオードＤ１、Ｄ２で発生する順方向電圧Ｖｆによる損失が発生しない。

なお、制御部８は、組電池２１、２２の総電圧の差分がΔＶａ（一定値）以内であれば、同等であると判定する。今、電池内部抵抗や各種デバイスの抵抗成分をＲＬとすると、循環電流ＩＬは下記の式（１）で求められる。
ＩＬ＝ΔＶａ／ＲＬ …（１）

この循環電流ＩＬが、下記の式（２）に示すように、電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃの定格電流Ｉを超えないような範囲でΔＶａが決定される。
Ｉ＞ＩＬ …（２）

一方、組電池２１、２２の総電圧が同等でなければ、制御部８は、充電終止電圧に達していない電池２１ａ～２１ｃ、電池２２ａ～２２ｃのうち、非接続状態に制御するものの組み合わせを設定する。本実施形態では、制御部８は、全ての組み合わせを設定する。その後、制御部８は、組み合わせ毎に複数の組電池２１、２２の総電圧を求め、複数の組電池２１、２２の総電圧が同等となる組み合わせに従って切替部４１ａ～４１ｃ、４２ａ～４２ｃを制御する。

具体的な例を挙げて説明する。今、電池２１ａが充電終止電圧に達していたとする。この場合、電池２１ｂ、２１ｃ、２２ａ～２２ｃが充電終止電圧に達していない。制御部８は、この電池２１ｂ、２１ｃ、２２ａ～２２ｃのうち非接続状態とする組み合わせを設定する。組み合わせとして、例えば、電池２２ａを非接続状態とする組み合わせＡと、電池２２ｂを非接続状態とする組み合わせＢが設定されたとする。制御部８は、組み合わせＡ、Ｂにおいて接続状態となる電池２１ｂ、２１ｃの両端電圧の合計値を組み合わせＡ、Ｂでの組電池２１の総電圧として求める。

また、制御部８は、組み合わせＡにおいて接続状態となる電池２２ｂ、２２ｃの両端電圧の合計値を組み合わせＡでの組電池２２の総電圧として求め、組み合わせＢにおいて接続状態となる電池２１ａ、２１ｃの両端電圧の合計値を組み合わせＢでの組電池２２の総電圧として求める。そして、制御部８は、組み合わせＡ、Ｂでの組電池２１、２２の総電圧が同等であるか否かを判定する。制御部８は、組み合わせＡでの組電池２１、２２の総電圧が同等であると判定すると、組み合わせＡに従って充電終止に達していない電池２２ａを非接続状態にし、電池２１ｂ、２１ｃ、２２ｂ、２２ｃを接続状態に制御する。電池２１ａは、充電終止電圧に達しているため非接続状態に制御される。

一方、制御部８は、例えば、全ての組み合わせのうち組み合わせＡ、Ｂの双方とも組電池２１、２２の総電圧が同等であれば、各組み合わせＡ、Ｂにおける組電池２１、２２の充電電力を求める。制御部８は、組み合わせＡ、Ｂのうち充電電力が最大となる組み合わせに従って、電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃの非接続状態、接続状態を制御する。なお、組み合わせＡ、Ｂにおける組電池２１、２２の充電電力は、例えば、組み合わせＡにおける組電池２１、２２の「総電圧」と、組み合わせＡ、Ｂにおいて接続状態となる電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃの現ＳＯＣ状態における「許容最大充電電流」と、の積として求めることができる。

このように、組電池２１、２２の総電圧が同等となる組み合わせで、電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃの非接続状態、接続状態を制御すれば、両組電池２１、２２に充電電流が供給され、循環電流が流れることはない。制御部８は、組電池２１、２２に直列接続されたスイッチＳＷ１、ＳＷ２をオンして、ダイオードＤ１、Ｄ２をバイパスさせる。これにより、組電池２１、２２の充電電流はオンしたスイッチＳＷ１、ＳＷ２に流れるため、ダイオードＤ１、Ｄ２で発生する順方向電圧Ｖｆによる損失が発生しない。

また、制御部８は、同等となる組み合わせ毎に、充電電力を求めて、求めた充電電力が最大となる組み合わせの電池を非接続状態に制御する。これにより、充電電力を最大とすることができ、より一層、充電の効率の向上を図ることができる。

次に、放電時における制御部８の動作について簡単に説明する。まず、制御部８は、電圧測定部５１ａ～５１ｃ、５２ａ～５２ｃからの測定結果を取り込んで、組電池２１、２２の全電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃをバイパスさせずに使用した場合の総電圧を比較する。総電圧は、組電池２１、２２のうち接続状態となる電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃの両端電圧の合計である。即ち、制御部８は、全電池２１ａ～２１ｃの両端電圧の合計値を組電池２１の総電圧として求め、全電池２２ａ～２２ｃの両端電圧の合計値を組電池２２の総電圧として求める。そして、制御部８は、求めた組電池２１、２２の総電圧を比較する。

このとき、組電池２１、２２の総電圧が同等であれば、両組電池２１、２２から負荷１０に対して放電電流が流れ、循環電流が流れることはない。制御部８は、組電池２１、２２に直列接続されたスイッチＳＷ１、ＳＷ２をオンして、ダイオードＤ１、Ｄ２をバイパスさせる。これにより、組電池２１、２２の放電電流はオンしたスイッチＳＷ１、ＳＷ２に流れるため、ダイオードＤ１、Ｄ２で発生する順方向電圧Ｖｆによる損失が発生しない。なお、制御部８は、充電時と同様に、組電池２１、２２の総電圧の差分がΔＶａ（一定値）以内であれば、同等であると判定する。

一方、組電池２１、２２の総電圧が同等でなければ、制御部８は、放電終止電圧に達していない電池２１ａ～２１ｃ、電池２２ａ～２２ｃのうち、非接続状態に制御するものの組み合わせを設定する。本実施形態では、制御部８は、全ての組み合わせを設定する。その後、制御部８は、全ての組み合わせ毎に複数の組電池２１、２２の総電圧を求め、複数の組電池２１、２２の総電圧が同等となる組み合わせの電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃを非接続状態に制御する。

一方、制御部８は、全ての組み合わせのうち組電池２１、２２の総電圧が同等のものが複数あれば、同等の組み合わせのうち組電池２１、２２の総電圧が最大となる組み合わせに従って、電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃの非接続状態、接続状態を制御する。

このように、組電池２１、２２の総電圧が同等となる組み合わせで、電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃの非接続状態、接続状態を制御すれば、両組電池２１、２２から負荷１０に対して放電電流が流れ、循環電流が流れることはない。制御部８は、組電池２１、２２に直列接続されたスイッチＳＷ１、ＳＷ２をオンして、ダイオードＤ１、Ｄ２をバイパスさせる。これにより、組電池２１、２２の放電電流はオンしたスイッチＳＷ１、ＳＷ２に流れるため、ダイオードＤ１、Ｄ２で発生する順方向電圧Ｖｆによる損失が発生しない。

また、制御部８は、同等となる組み合わせのうち組電池２１、２２の総電圧が最大となる組み合わせの電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃを非接続状態に制御する。総電圧は組電池２１、２２の放電電力にほぼ比例する値である。これにより、放電電力を最大とすることができ、より一層、放電の効率の向上を図ることができる。

次に、上記概略で説明した電池システム１の充電時の動作について図２を参照して説明する。図２は、図１に示す制御部８の充電処理手順を示すフローチャートである。制御部８は、外部システムなどから充電信号を受信すると充電処理を実行する。まず、制御部８は、全第１スイッチＳＷ１１ａ～ＳＷ１１ｃ、ＳＷ２１ａ～ＳＷ２１ｃ、全第２スイッチＳＷ１２ａ～ＳＷ１２ｃ、ＳＷ２２ａ～ＳＷ２２ｃ、スイッチＳＷ１、ＳＷ２をオフにする（ステップＳ１）。その後、制御部８は、全第１スイッチＳＷ１１ａ～ＳＷ１１ｃ、ＳＷ２１ａ～ＳＷ２１ｃをオンする（ステップＳ２）。

次に、制御部８は、充電終止電圧に達していない電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃのうち、非接続状態に制御するものの組み合わせを設定し、設定した組み合わせのうち組電池２１、２２の総電圧が等しく、かつ、充電電力が最も高い組み合わせを１つ選ぶ（ステップＳ３）。なお、充電処理の開始から最初にステップＳ３に進んだ場合、制御部８は、全ての電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃが充電終止電圧に達していないとして、組み合わせを設定する。そのときの組み合わせの１つとして、非接続状態に制御する電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃがないもの(全ての電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃをバイパスしない組み合わせ)も含まれる。

その後、制御部８は、充電終止電圧に達していない電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃが、ステップＳ３で選択した組み合わせに従ったバイパス状態となるように切替部４１ａ～４１ｃ、４２ａ～４２ｃを制御する（ステップＳ４）。次に、制御部８は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２をオンしたダイオードＤ１、Ｄ２をバイパスさせ（ステップＳ５）、組電池２１、２２に充電器４０を接続して充電を開始する（ステップＳ６）。

次に、制御部８は、各組電池２１、２２に流れる充電電流を計測し、計測した各充電電流が「許容最大充電電流」以下になるように充電電流を制御する（ステップＳ７）。具体的には、制御部８は、充電電流が「許容最大充電電流」を超えると、充電器４０の出力電圧を低下させる。

その後、制御部８は、電圧測定部５１ａ～５１ｃ、５２ａ～５２ｃにより測定された電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃを取り込み、充電終止電圧に達した電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃがあるか否かを判定する（ステップＳ８）。充電終止電圧に達した電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃがなければ（ステップＳ８でＮ）、制御部８は、ステップＳ３に戻る。

一方、充電終止電圧に達した電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃがあれば（ステップＳ８でＹ）、制御部８は、全電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃが充電終止電圧に達したか否かを判定する（ステップＳ９）。全電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃが充電終止電圧に達してなければ（ステップＳ９でＮ）、制御部８は、充電終止電圧に達したと判定された電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃに対応する第１スイッチＳＷ１１ａ～ＳＷ１１ｃ、ＳＷ２１ａ～ＳＷ２１ｃをオフ、第２スイッチＳＷ１２ａ～ＳＷ１２ｃ、ＳＷ２２ａ～ＳＷ２２ｃをオンして、充電終止電圧に達した電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃをバイパスした後（ステップＳ１０）、ステップＳ３に戻る。

なお、ステップＳ３～Ｓ６は、毎回、実行されなくてもよい。例えば、制御部８は、組電池２１、２２の総電圧が前回のステップＳ３の実行時に比べて一定値以上変化した場合のみ、ステップＳ３～Ｓ６を実行するようにしてもよい。これにより、電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃのバイパス状態の変更が頻繁に行われることを避けることができる。

また、全ての電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃが充電終止電圧に達していれば（ステップＳ９でＹ）、制御部８は、充電を停止すると共に（ステップＳ１１）、全第１スイッチＳＷ１１ａ～ＳＷ１１ｃ、ＳＷ２１ａ～ＳＷ２１ｃ、全第２スイッチＳＷ１２ａ～ＳＷ１２ｃ、ＳＷ２２ａ～ＳＷ２２ｃ、スイッチＳＷ１、ＳＷ２をオフする（ステップＳ１２）。その後、制御部８は、全第１スイッチＳＷ１１ａ～ＳＷ１１ｃ、ＳＷ２１ａ～ＳＷ２１ｃをオンした後（ステップＳ１３）、充電処理を終了する。

次に、上記概略で説明した電池システム１の放電時の動作について図３を参照して説明する。図３は、図１に示す制御部８の放電処理手順を示すフローチャートである。なお、図３において、上述した図２と同等のステップについては、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。制御部８は、充電処理と同様にステップＳ１、Ｓ２を実行する。

次に、制御部８は、放電終止電圧に達していない電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃのうち、非接続状態に制御するものの組み合わせを設定し、設定した組み合わせのうち組電池２１、２２の総電圧が等しく、かつ、総電圧が最も高い組み合わせを１つ選ぶ（ステップＳ２１）。なお、放電開始から最初にステップＳ２１に進んだ場合、制御部８は、全ての電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃが放電終止電圧に達していないとして、組み合わせを設定する。そのときの組み合わせの１つとして、非接続状態に制御する電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃがないもの(全ての電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃをバイパスしない組み合わせ)も含まれる。

その後、制御部８は、放電終止電圧に達していない電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃが、ステップＳ２１で選択した組み合わせに従ったバイパス状態となるように切替部４１ａ～４１ｃ、４２ａ～４２ｃを制御する（ステップＳ２２）。次に、制御部８は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２をオンしたダイオードＤ１、Ｄ２をバイパスさせ（ステップＳ２３）、放電を開始する（ステップＳ２４）。

その後、制御部８は、電圧測定部５１ａ～５１ｃ、５２ａ～５２ｃにより測定された電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃを取り込み、放電終止電圧に達した電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃがあるか否かを判定する（ステップＳ２５）。放電終止電圧に達した電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃがなければ（ステップＳ２６でＮ）、制御部８は、ステップＳ２１に戻る。

一方、放電終止電圧に達した電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃがあれば（ステップＳ２６でＹ）、制御部８は、全電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃが放電終止電圧に達したか否かを判定する（ステップＳ２７）。全電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃが放電終止電圧に達してなければ（ステップＳ２７でＮ）、制御部８は、放電終止電圧に達したと判定された電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃに対応する第１スイッチＳＷ１１ａ～ＳＷ１１ｃ、ＳＷ２１ａ～ＳＷ２１ｃをオフ、第２スイッチＳＷ１２ａ～ＳＷ１２ｃ、ＳＷ２２ａ～ＳＷ２２ｃをオンして、放電終止電圧に達した電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃをバイパスした後（ステップＳ２７）、ステップＳ２１に戻る。

なお、ステップＳ２１～Ｓ２５は、毎回、実行されなくてもよい。例えば、制御部８は、組電池２１、２２の総電圧が前回のステップＳ３の実行時に比べて一定値以上変化した場合のみ、ステップＳ２１～Ｓ２５を実行するようにしてもよい。これにより、電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃのバイパス状態の変更が頻繁に行われることを避けることができる。

また、全ての電池が放電終止電圧に達していれば（ステップＳ２７でＹ）、制御部８は、充電処理と同様にステップＳ１１～Ｓ１３を実行して、放電処理を終了する。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

上述した実施形態によれば、充電終止電圧又は放電終止電圧に達していない電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃのうち非接続状態に制御するものの組み合わせを設定する際、全ての組み合わせを設定していたが、これに限ったものではない。組電池２１、２２の総電圧を同等とできるようであれば、どのような組み合わせを設定してもよい。

また、上述した実施形態によれば、切替部４１ａ～４１ｃ、４２ａ～４２ｃとしては、２つの第１スイッチＳＷ１１ａ～ＳＷ１１ｃ、ＳＷ２１ａ～ＳＷ２１ｃ、第２スイッチＳＷ１２ａ～ＳＷ１２ｃ、ＳＷ２２ａ～ＳＷ２２ｃとから構成されていたが、これに限ったものではない。切替部４１ａ～４１ｃ、４２ａ～４２ｃとしては、電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃと、電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃに並列接続されたバイパス回路と、の何れかを選択する切替スイッチから構成されていてもよい。

また、上述した実施形態によれば、制御部８は、放電時において、組電池２１、２２の総電圧が同等となる組み合わせのうち組電池２１、２２の総電圧が最大となる組み合わせの電池２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃを非接続状態に制御して、放電電力を最大としていたが、これに限ったものではない。制御部８は、放電時において同等となる組み合わせ毎に、放電電力を求めて、求めた放電電力が最大となる組み合わせに従って切替部４１ａ～４１ｃ、４２ａ～４２ｃを制御するようにしてもよい。なお、放電電力は、電圧測定部５１ａ～５１ｃにより測定された組電池２１、２２の電圧とその状態において、上記組電池２１、２２に予め容易された最大出力電流マップに基づき算出してもよいし、他の方法により決定してもよい。

また、上述した実施形態によれば、充電電力は、組電池２１、２２の総電圧と、許容最大充電電流との積として求めていたが、これに限ったものではない。充電電力は、電圧測定部５１ａ～５１ｃにより測定された組電池２１、２２の電圧とその状態において、上記組電池２１、２２に予め用意された最大入力電流マップに基づき算出してもよいし、他の方法により決定してもよい。

ここで、上述した本発明に係る電池制御ユニットおよび電池システムの実施形態の特徴をそれぞれ以下［１］～［５］に簡潔に纏めて列記する。
［１］
互いに並列接続された複数の組電池（２１、２２）各々が有する、互いに直列接続された複数の電池（２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃ）、毎に設けられ、対応する前記電池（２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃ）が他の前記電池（２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃ）と直列接続された接続状態と、対応する前記電池（２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃ）が他の前記電池（２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃ）と直列接続から切り離された非接続状態と、に切り替える切替部（４１ａ～４１ｃ、４２ａ～４２ｃ）と、
充電又は放電時に終止電圧に達したと判定した前記電池（２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃ）に対応する前記切替部（４１ａ～４１ｃ、４２ａ～４２ｃ）を前記非接続状態に制御する第１制御部（８）と、
複数の前記組電池（２１、２２）の総電圧が同等になるように、前記終止電圧に達していない前記電池（２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃ）の前記切替部（４１ａ～４１ｃ、４２ａ～４２ｃ）を前記非接続状態に制御する第２制御部（８）と、を備えた、
電池制御ユニット（３）。
［２］
［１］に記載の電池制御ユニット（３）において、
前記第２制御部（８）は、前記終止電圧に達していない前記電池（２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃ）のうち、前記非接続状態に制御するものの組み合わせを設定し、設定した組合せ毎に複数の前記組電池（２１、２２）の前記総電圧を求め、複数の前記組電池（２１、２２）の前記総電圧が同等となる組み合わせに従って前記切替部（４１ａ～４１ｃ、４２ａ～４２ｃ）を制御する、
電池制御ユニット（３）。
［３］
［２］に記載の電池制御ユニット（３）において、
前記第２制御部（８）は、充電時において前記同等となる組み合わせ毎に、充電電力を求めて、求めた充電電力が最大となる組み合わせに従って前記切替部（４１ａ～４１ｃ、４２ａ～４２ｃ）を制御する、
電池制御ユニット（３）。
［４］
請求項２又は３に記載の電池制御ユニット（３）において、
前記第２制御部（８）は、放電時において前記同等となる組み合わせのうち前記組電池（２１、２２）の放電電力が最大となる組み合わせに従って前記切替部（４１ａ～４１ｃ、４２ａ～４２ｃ）を制御する、
電池制御ユニット（３）。
［５］
直列接続された複数の電池（２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃ）を有し、互いに並列接続された複数の組電池（２１、２２）と、
［１］～［４］何れか１項に記載の電池制御ユニット（３）と、を備えた、
電池システム（１）。

１電池システム
３電池制御ユニット
８制御部（第１制御部、第２制御部）
２１、２２組電池
２１ａ～２１ｃ電池
２２ａ～２２ｃ電池
４１ａ～４１ｃ切替部
４２ａ～４２ｃ切替部

Claims

互いに並列接続された複数の組電池各々が有する、互いに直列接続された複数の電池、毎に設けられ、対応する前記電池が他の前記電池と直列接続された接続状態と、対応する前記電池が他の前記電池と直列接続から切り離された非接続状態と、に切り替える切替部と、
充電又は放電時に終止電圧に達したと判定した前記電池に対応する前記切替部を前記非接続状態に制御する第１制御部と、
複数の前記組電池の総電圧が同等になるように、前記終止電圧に達していない前記電池の前記切替部を前記非接続状態に制御する第２制御部と、を備え、
前記第２制御部は、前記終止電圧に達していない前記電池のうち、前記非接続状態に制御するものの組み合わせを設定し、設定した組合せ毎に複数の前記組電池の前記総電圧を求め、複数の前記組電池の前記総電圧が同等となる組み合わせに従って前記切替部を制御する、
電池制御ユニット。
請求項１に記載の電池制御ユニットにおいて、
前記第２制御部は、充電時において前記同等となる組み合わせ毎に、充電電力を求めて、求めた充電電力が最大となる組み合わせに従って前記切替部を制御する、
電池制御ユニット。
請求項１又は２に記載の電池制御ユニットにおいて、
前記第２制御部は、放電時において前記同等となる組み合わせのうち前記組電池の放電電力が最大となる組み合わせに従って前記切替部を制御する、
電池制御ユニット。
直列接続された複数の電池を有し、互いに並列接続された複数の組電池と、
請求項１～３の何れか１項に記載の電池制御ユニットと、を備えた、
電池システム。