JPWO2019150836A1

JPWO2019150836A1 - 車両用電源システム、管理装置

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Publication number: JPWO2019150836A1
Application number: JP2019568937A
Authority: JP
Inventors: 力大森
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-01-30
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2020-11-26
Anticipated expiration: 2038-12-21
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Abstract

蓄電部は、複数のセル（Ｅ１１１−Ｅ１ｎｎ、Ｅ２１１−Ｅ２ｎｎ、Ｅ３１１−Ｅ３ｎｎ）が直列に接続されたセルストリング（Ｓｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３）が、複数並列に接続されて構成される。電圧検出部（１１１−１３ｎ）は、複数のセルストリング（Ｓｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３）のそれぞれの電圧を検出する。複数のスイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）は、複数のセルストリング（Ｓｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３）のそれぞれに挿入される。管理部（２０）は、本電源システム（１）が搭載される車両（２）の非走行状態において、複数のスイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）の２つ以上をターンオンして複数のセルストリング（Ｓｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３）間の電圧／容量を均等化させる均等化処理を実行する。

Description

本発明は、複数のセルが多直多並に接続された蓄電部を備える車両用電源システム、管理装置に関する。

近年、ハイブリッド車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）が普及してきている。これらの車両にはキーデバイスとして二次電池が搭載される。車載用の二次電池としては主に、ニッケル水素電池およびリチウムイオン電池が普及している。今後、エネルギー密度が高いリチウムイオン電池の普及が加速すると予想される。

車両用の蓄電部としては、複数のセルを並列接続した並列セルを、多数直列に接続して構成する接続形態が一般的である。これに対して本明細書では、多数のセルを直列接続したセルストリングを、複数並列に接続する接続形態を採用する。前者の接続形態では、直列の電流経路の一部に異常が発生すると蓄電部全体の使用が困難になるが、後者の接続形態では、一部のセルストリングに異常が発生しても残りのセルストリングの使用を継続することができる。純粋なＥＶは内燃機関を搭載しないため、蓄電部を使用できなくなると走行できなくなる。この観点では、後者の接続形態の方が堅牢な車両用電源システムといえる。

複数のセルストリングを並列接続する構成では、個体差や環境条件の違いにより、セルストリング間に電圧ばらつきが発生する可能性がある。セルストリング間の電圧ばらつきを放置した状態で車両用電源システムを起動すると、セルストリング間に過大な電流が流れてセルを劣化させる可能性がある。

並列接続された複数のセルストリングの電圧を揃える方法として、充電時に各セルストリングの充電停止タイミングを個別に制御する方法（例えば、特許文献１参照）や、放電時に各セルストリングの放電開始タイミングを個別に制御する方法などが考えられる。

特開２００８−２２６５１１公報

前者の充電時に揃える方法では、車両を充電器に接続せずに長期間放置される場合、車両用電源システムの起動時にセルストリング間に電圧ばらつきが発生する可能性を排除できない。また後者の放電時に揃える方法では、ＥＶの発進時にモータの駆動電流が不足する可能性がある。

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、並列接続されたセルストリング間の電圧を任意のタイミングで揃えることができる技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両用電源システムは、複数のセルが直列に接続されたセルストリングが、複数並列に接続された蓄電部と、前記複数のセルストリングのそれぞれの電圧を検出する電圧検出部と、前記複数のセルストリングのそれぞれに挿入される複数のスイッチと、本電源システムが搭載される車両の非走行状態において、前記複数のスイッチの２つ以上をターンオンして前記複数のセルストリング間の電圧／容量を均等化させる均等化処理を実行する管理部と、を備える。

本発明によれば、並列接続されたセルストリング間の電圧を任意のタイミングで揃えることができる。

本発明の実施の形態に係る電源システムを搭載した車両を説明するための図である。本発明の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。蓄電モジュールに含まれる複数のセルの放電回路の構成例を示す図である。セルストリング間の均等化処理の第１実施例を説明するためのフローチャートである。図４のステップＳ１８の処理の詳細を示すフローチャートである。セルストリング間の均等化処理の第２実施例を説明するためのフローチャートである。セルストリング間の均等化処理の第３実施例を説明するためのフローチャートである。セルストリング間の均等化処理の第４実施例を説明するためのフローチャートである。

図１は、本発明の実施の形態に係る電源システム１を搭載した車両２を説明するための図である。本実施の形態では車両２として、商用電力系統（以下、単に系統３という）から充電可能な電気自動車（ＥＶ）を想定する。

車両２は、電源システム１、インバータ３０、モータ４０、充電部５０、外部充電スイッチ６０を備える。インバータ３０は力行時、電源システム１から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ４０に供給する。回生時、モータ４０から供給される交流電力を直流電力に変換して電源システム１に供給する。モータ４０は力行時、インバータ３０から供給される交流電力に応じて回転する。回生時、減速による回転エネルギーを交流電力に変換してインバータ３０に供給する。

電源システム１は、車両２の外に設置された充電装置４から充電することができる。充電装置４と車両２間は充電ケーブル５で接続される。車両２内において、充電ケーブル５に接続された給電線は充電部５０に接続される。充電部５０は外部充電スイッチ６０を介して電源システム１に接続され、充電装置４から供給される電力を電源システム１に充電する。外部充電スイッチ６０には例えば、リレー又は半導体スイッチを用いることができる。

充電装置４は、家庭、カーディーラ、サービスエリア、商業施設、公共施設などに設置される。充電装置４は系統３に接続され、ＡＣ１００／２００Ｖの単相交流電力を充電ケーブル５を介して車両２に供給する。なお、ＡＣ１００Ｖで低電流で充電する場合、充電装置４を設けずに、家庭用のコンセントに充電ケーブル５のプラグを直接差し込んでもよい。

図２は、本発明の実施の形態に係る電源システム１の構成を示す図である。電源システム１内に搭載される蓄電部は、複数のセルが直列に接続されたセルストリングが、複数並列に接続されて構成される。図２では、３つのセルストリングＳｔ１−Ｓｔ３が並列接続される例を示している。第１セルストリングＳｔ１は、複数の蓄電モジュールＭ１１、Ｍ１２、・・・、Ｍ１ｎが直列接続されて構成される。各蓄電モジュールＭ１１、Ｍ１２、・・・、Ｍ１ｎはそれぞれ、直列接続された複数のセルＥ１１１−Ｅ１１ｎ、Ｅ１２１−Ｅ１２ｎ、・・・、Ｅ１ｎ１−Ｅ１ｎｎを含む。第２セルストリングＳｔ及び第３セルストリングＳｔ３も、第１セルストリングＳｔ１と同様の構成である。

セルには、リチウムイオン電池セル、ニッケル水素電池セル、鉛電池セル、電気二重層キャパシタセル、リチウムイオンキャパシタセル等を用いることができる。以下、本明細書ではリチウムイオン電池セル（公称電圧：３．６−３．７Ｖ）を使用する例を想定する。各セルストリングＳｔ１−Ｓｔ３を構成するセルの直列数は、モータ４０の駆動電圧に応じて決定される。例えば、モータ４０の駆動電圧が４００Ｖ程度の場合、リチウムイオン電池では１００セル程度を直列接続する必要がある。

複数のセルストリングＳｔ１−Ｓｔ３のそれぞれに、電流センサ１４１−１４３が直列に挿入される。各電流センサ１４１−１４３は、各セルストリングＳｔ１−Ｓｔ３にそれぞれ流れる電流を検出し、管理部２０に出力する。電流センサ１４１−１４３は例えば、シャント抵抗／ホール素子とアンプを組み合わせて構成することができる。

複数の蓄電モジュールＭ１１−Ｍ３ｎのそれぞれに電圧検出部１１１−１３ｎが設けられる。電圧検出部１１１は、直列接続された複数のセルＥ１１１−Ｅ１１ｎの各ノードと複数の電圧線で接続され、隣接する２本の電圧線間の電圧をそれぞれ検出することにより、各セルＥ１１１−Ｅ１１ｎの電圧を検出する。電圧検出部１１１は例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）で構成できる。電圧検出部１１１は、マルチプレクサ及びＡ／Ｄ変換器を含む。マルチプレクサは、複数のセルＥ１１１−Ｅ１１ｎの各電圧値を所定の順番でＡ／Ｄ変換器に出力し、Ａ／Ｄ変換器は、マルチプレクサから入力されるアナログ信号の電圧値をデジタル信号の電圧値に変換する。

第１セルストリングＳｔ１を構成する複数のセルＥ１１１−Ｅ１ｎｎの電圧を検出する複数の電圧検出部１１１−１１ｎは、通信線を介して管理部２０にデイジーチェーン接続される。複数の電圧検出部１１１−１１ｎと管理部２０間は、フォトカプラ等の絶縁回路を介して接続される。複数の電圧検出部１１１−１１ｎの電源は、複数の蓄電モジュールＭ１１−Ｍ１ｎからそれぞれ供給され、管理部２０の電源は、車両２内の補機バッテリ（一般的に、１２Ｖの鉛電池）から供給されるためである。

第２セルストリングＳｔ２を構成する複数のセルＥ２１１−Ｅ２ｎｎの電圧を検出する複数の電圧検出部１２１−１２ｎ、及び第３セルストリングＳｔ３を構成する複数のセルＥ３１１−Ｅ３ｎｎの電圧を検出する複数の電圧検出部１３１−１３ｎの接続形態も、第１セルストリングＳｔ１を構成する複数のセルＥ１１１−Ｅ１ｎｎの電圧を検出する複数の電圧検出部１１１−１１ｎの接続形態と同様である。

蓄電部を構成する複数のセルＥ１１１−Ｅ３ｎｎのそれぞれの温度を検出するために、複数の温度センサＴ１１−Ｔ３ｎが設けられる。温度センサＴ１１−Ｔ３ｎには例えば、サーミスタを使用することができる。設置する温度センサの数が多いほど、複数のセルＥ１１１−Ｅ３ｎｎの各温度をより高精度に推定することができる。図２では図面を簡略化するために、１つの蓄電モジュールＭ１１−Ｍ３ｎごとに、１つの温度センサＴ１１−Ｔ３ｎを設置する例を示しているが、１つの蓄電モジュールＭ１１−Ｍ３ｎごとに、複数の温度センサを設置することが好ましい。複数の温度センサＴ１１−Ｔ３ｎはそれぞれ、検出した温度を管理部２０に出力する。

複数のセルストリングＳｔ１−Ｓｔ３の正側は１つの電流経路に合流された後、メインスイッチＳｍを介して、インバータ３０に繋がる正側の高圧線ＨＶ＋に接続される。メインスイッチＳｍと並列に、直列接続されたプリチャージスイッチＳｐ及びプリチャージ抵抗Ｒｐが接続される。メインスイッチＳｍ及びプリチャージスイッチＳｐには例えば、リレー又は半導体スイッチを用いることができる。

蓄電部とインバータ３０を通電させる際、プリチャージスイッチＳｐを先にターンオンする。これにより、プリチャージ抵抗Ｒｐで制限された電流で負荷側の容量にプリチャージすることができる。その後、メインスイッチＳｍをターンオンすることにより、負荷への突入電流を抑制することができる。メインスイッチＳｍのターンオン後にプリチャージスイッチＳｐをターンオフして、プリチャージ抵抗Ｒｐによる電力消費を解消する。

複数のセルストリングＳｔ１−Ｓｔ３の負側には複数のストリングスイッチＳ１−Ｓ３がそれぞれ直列に挿入される。複数のセルストリングＳｔ１−Ｓｔ３の負側は、複数のストリングスイッチＳ１−Ｓ３を介した後、１つの電流経路に合流される。合流された電流経路は、インバータ３０に繋がる負側の高圧線ＨＶ−に接続される。複数のストリングスイッチＳ１−Ｓ３にも例えば、リレー又は半導体スイッチを用いることができる。

管理部２０は例えば、マイクロプロセッサで構成できる。管理部２０は、電圧検出部１１１−１３ｎ、電流センサ１４１−１４３、温度センサＴ１１−Ｔ３ｎにより検出された複数のセルＥ１１１−Ｅ３ｎｎの電圧、電流、温度をもとに電源システム１全体を管理する。上述のように管理部２０は、車両２内の補機バッテリから電源供給を受けて動作する。管理部２０は、ＣＡＮ（Controller Area Network）等の車載ネットワークを介して車両２内の上位のＥＣＵと通信する。

管理部２０は複数のセルＥ１１１−Ｅ３ｎｎのＳＯＣ(State Of Charge)、ＳＯＨ(State Of Health）を推定する。ＳＯＣは例えば、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）法または電流積算法により推定できる。ＯＣＶ法は、電圧検出部１１１−１３ｎにより検出されるＯＣＶと、ＳＯＣ−ＯＣＶカーブの特性データをもとにＳＯＣを推定する方法である。電流積算法は、電圧検出部１１１−１３ｎにより検出される充放電開始時のＯＣＶと、電流センサ１４１−１４３により検出される電流の積算値をもとにＳＯＣを推定する方法である。

ＳＯＨは、初期の満充電容量に対する現在の満充電容量の比率で規定され、数値が低いほど（０％に近いほど）劣化が進行していることを示す。ＳＯＨは、内部抵抗との相関関係をもとに推定することができる。内部抵抗は、電池に所定の電流を所定時間流した際に発生する電圧降下を、当該電流で割ることにより推定することができる。内部抵抗は温度が上がるほど低下する関係にあり、電池の劣化が進行するほど増加する関係にある。電池の劣化は充放電回数が増加するにつれ進行する。また電池の劣化は個体差や使用環境にも依存する。従って使用期間が長くになるにつれ基本的に、複数のセルＥ１１１−Ｅ３ｎｎの容量のばらつきが大きくなっていく。

管理部２０は、直列接続された複数のセルＥ１１１−Ｅ１ｎｎ、Ｅ２１１−Ｅ２ｎｎ、Ｅ３１１−Ｅ３ｎｎ間の均等化処理をそれぞれ実行する。なお図２には、図面を簡略化するため、セルの均等化処理を行うための放電回路は描かれていない。実際には各セルＥ１１１−３ｎｎの両端にそれぞれ、均等化用の放電回路が接続される。

図３は、蓄電モジュールＭ１１に含まれる複数のセルＥ１１１−Ｅ１１８の放電回路Ｄｉ１の構成例を示す図である。図３では１つの蓄電モジュールＭ１１が、直列接続された８つのセルＥ１１１−Ｅ１１８で構成される例を示している。セルＥ１１１の両端に、直列接続された放電スイッチＳ１１と放電抵抗Ｒ１が並列に接続される。他のセルＥ１１２−Ｅ１１８も同様の構成である。また、他の蓄電モジュールＭ１２−Ｍ３ｎに含まれるセルＥ１２１−Ｅ３ｎｎも同様の構成である。

第１セルストリングＳｔ１を構成する複数のセルＥ１１１−Ｅ１ｎｎの容量は、経時劣化や使用環境によってばらつく。例えば複数のセルＥ１１１−Ｅ１ｎｎ間に温度のばらつきが発生している場合、容量がばらつく。これに対して管理部２０は、複数のセルＥ１１１−Ｅ１ｎｎ間の均等化処理を実行する。放電による均等化処理（パッシブバランシング）では、複数のセルＥ１１１−Ｅ１ｎｎの内、最も容量が少ないセルに他のセルの容量を合わせる。

管理部２０は、最も容量が少ないセルに、他の複数のセルの容量を合わせるために、他の複数のセルの各放電時間を決定する。管理部２０は、各セルの現在の容量と均等化目標容量との差分に基づく放電容量と、放電抵抗の抵抗値をもとに、他の複数のセルの各放電時間を決定する。管理部２０は、決定した各放電時間をもとに、他の複数のセルの各放電スイッチを制御する。なお各セルＥ１１１−Ｅ１ｎｎの容量は、電圧検出部１１１により検出されるＯＣＶにより推定することができる。管理部２０は、第２セルストリングＳｔ２及び第３セルストリングＳｔ３についても、第１セルストリングＳｔ１と同様にセルの均等化処理を実行する。

本実施の形態ではセル間の均等化処理に加えて、ストリング間の均等化処理も実行する。管理部２０は、車両２の非走行状態において、複数のストリングスイッチＳ１−Ｓ３の２つ以上をターンオンして複数のセルストリングＳｔ１−Ｓｔ３間の電圧／容量を均等化させることができる。

図４は、セルストリング間の均等化処理の第１実施例を説明するためのフローチャートである。第１実施例では車両２が駐車状態であり、充電装置４から充電中でない状態を前提とする。即ち、車両２が電源オフ状態（エンジン車のイグニッションオフ状態に相当）にあることを前提とする。管理部２０は定期起動機能を搭載している。

車両２の電源オフ又は前回の起動から所定時間（例えば、数時間）経過すると（Ｓ１０のＹ）、管理部２０は、シャットダウン／スタンバイ状態から起動する（Ｓ１１）。管理部２０は、複数の電圧検出部１１１−１３ｎから取得する電圧値をもとに、各セルストリングＳｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３の電圧を検出する（Ｓ１２）。各セルストリングＳｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３の電圧は、各セルストリングＳｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３を構成するセルＥ１１１−１ｎｎ、Ｅ２１１−２ｎｎ、Ｅ３１１−３ｎｎの電圧を加算することにより求めることができる。なお、各セルストリングＳｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３の両端電圧を検出する電圧検出回路を別に設けてもよい。

管理部２０は、検出した各セルストリングＳｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３の複数の電圧の内、最大電圧と最小電圧との差分電圧ΔＶを算出する（Ｓ１３）。管理部２０は、算出した差分電圧ΔＶと設定値を比較する（Ｓ１４）。当該設定値は、セルストリング間の電圧ばらつきの最大許容値に設定される。当該最大許容値は、電圧ばらつき発生時のセルＥ１１１−３ｎｎへのダメージ、電圧検出部１１１−１３ｎの計測誤差などを考慮して、設計者により決定される。

差分電圧ΔＶが設定値を超える場合（Ｓ１４のＹ）、管理部２０は、全てのセルストリングＳｔ１−Ｓｔ３の各セルストリングＳｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３に流れる電流を予測する（Ｓ１５）。

管理部２０は、各セルストリングＳｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３に含まれるセルＥ１１１−３ｎｎの温度及びＳＯＨをもとに各セルストリングＳｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３の許容電流を特定する（Ｓ１６）。管理部２０は、セルストリングごとに許容電流が最小のセルを特定し、特定した許容電流が最小のセルの許容電流を各セルストリングＳｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３の許容電流とする。セルの許容電流は、温度が低いほど低下し、ＳＯＨが低いほど低下する関係にある。管理部２０は、保持しているセルの電流−温度特性、及び電流−ＳＯＨ特性をもとにセルの許容電流を特定することができる。

管理部２０は、各セルストリングＳｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３に流れる予測電流と、各セルストリングＳｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３の許容電流をそれぞれ比較する（Ｓ１７）。全てのセルストリングＳｔ１−Ｓｔ３において予測電流が許容電流以下の場合（Ｓ１７のＹ）、管理部２０は複数のストリングスイッチＳ１−Ｓ３の全てをターンオンさせて、複数のセルストリングＳｔ１−Ｓｔ３全体の均等化処理を実行する（Ｓ１９）。管理部２０は、最大電圧と最小電圧との差分電圧ΔＶが所定値以下、又は電流センサ１４１−１４３で検出される電流値が所定値以下になると、複数のストリングスイッチＳ１−Ｓ３をターンオフさせて、当該セルストリング間の均等化処理を終了させる。当該均等化処理が終了すると、管理部２０はシャットダウン／スタンバイ状態に移行する（Ｓ１１０）。

上記ステップＳ１４において、最大電圧と最小電圧との差分電圧ΔＶが設定値以下の場合（Ｓ１４のＮ）、複数のセルストリングＳｔ１−Ｓｔ３間の均等化処理は不要であるため、ステップＳ１１０に遷移し、直ちに管理部２０はシャットダウン／スタンバイ状態に移行する（Ｓ１１０）。

上記ステップＳ１７において、予測電流が許容電流を超えるセルストリングが存在する場合（Ｓ１７のＮ）、管理部２０は、２つのセルストリング間の均等化処理を実行する（Ｓ１８）。

図５は、図４のステップＳ１８の処理の詳細を示すフローチャートである。管理部２０は、検出した各セルストリングＳｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３の電圧をもとに、２つのセルストリング間の差分電圧ΔＶが、次に大きくなる２つのセルストリングを特定する（Ｓ１８１）。例えば、第１セルストリングＳｔ１の電圧が４００Ｖ、第２セルストリングＳｔ２の電圧が３９０Ｖ、第３セルストリングＳｔ３の電圧が３７０Ｖの場合、第２セルストリングＳｔ２と第３セルストリングＳｔ３の２つを特定する。

管理部２０は、特定した２つのセルストリングにより形成される電流ループに流れる電流を予測する（Ｓ１８２）。当該電流ループに流れる循環電流Ｉｃは、下記（式１）により予測することができる。

Ｉｃ＝ΔＶ／（Ｒ１＋Ｒ２）・・・（式１）
Ｒ１：最大電圧が検出されたセルストリングに含まれるセルの内部抵抗の総和
Ｒ２：最小電圧が検出されたセルストリングに含まれるセルの内部抵抗の総和

上述のようにセルの内部抵抗は、温度が低いほど増加し、ＳＯＨが低いほど（劣化が進行しているほど）増加する関係にある。

管理部２０は、当該電流ループに流れる予測電流と、当該電流ループの許容電流を比較する（Ｓ１８３）。予測電流が許容電流以下の場合（Ｓ１８３のＹ）、管理部２０は当該２つのセルストリングの２つのストリングスイッチをターンオンさせて、当該２つのセルストリング間の均等化処理を実行する（Ｓ１８４）。予測電流が許容電流を超える場合（Ｓ１８３のＮ）、ステップＳ１８１に遷移して、新たな２つのセルストリングを特定する（Ｓ１８１）。

図５に示した２つのセルストリング間の均等化処理が終了すると、複数のセルストリングＳｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３の内、２つのセルストリングの電圧が変化する。上述の例では、第２セルストリングＳｔ２及び第３セルストリングＳｔ３の電圧がともに３８０Ｖになる。この電圧変化に伴い、図４のステップＳ１３に示す最大電圧と最小電圧との差分電圧ΔＶの値が小さくなる。以上により複数のセルストリングＳｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３全体が均等化される状態に近づく。

図６は、セルストリング間の均等化処理の第２実施例を説明するためのフローチャートである。第２実施例では、電源システム１の内部／外部に、蓄電部を温めるためのヒータを備えていることを前提とする。ステップＳ１０−Ｓ１７、Ｓ１９−Ｓ１１０の処理は、図４に示した第１実施例に係るフローチャートの処理と同じである。第２実施例では、予測電流が許容電流を超える場合（Ｓ１７のＮ）、管理部２０はヒータを稼働させて、蓄電部を所定時間、加熱させる（Ｓ１８ａ）。当該加熱によるセルの温度上昇により、ステップＳ１６におけるセルの許容電流が増加し、ステップＳ１７において予測電流が許容電流以下に収まるようになる（Ｓ１７のＹ）。

図７は、セルストリング間の均等化処理の第３実施例を説明するためのフローチャートである。第３実施例では、直列接続されたセル間の均等化処理と、並列接続されたセルストリング間の均等化処理を同一機会に行う例である。

車両２の電源オフ又は前回の起動から所定時間経過すると（Ｓ１０のＹ）、管理部２０は、シャットダウン／スタンバイ状態から起動する（Ｓ１１）。管理部２０は、複数の電圧検出部１１１−１３ｎから取得するセルＥ１１１−３ｎｎの電圧値をもとに、直列接続された複数のセルＥ１１１−Ｅ１ｎｎ、Ｅ２１１−Ｅ２ｎｎ、Ｅ３１１−Ｅ３ｎｎ間の均等化処理をそれぞれ実行する（Ｓ１１５）。当該セル間の均等化処理の終了後、管理部２０は、並列接続されたセルストリング間の均等化処理を実行する（Ｓ１１−Ｓ１１０）。セルストリング間の均等化処理には、図４に示した第１実施例に係る均等化処理、又は図５に示した第２実施例に係る均等化処理を用いることができる。

並列接続されたセルストリング間の均等化処理は、直列接続されたセル間の均等化処理の終了後に実行する。上述のようにセル間の均等化処理は、放電回路を用いたパッシブバランシング方式が主流である。パッシブバランシング方式では、エネルギー消費が発生するため、均等化処理前のセル電圧の総和より、均等化処理後のセル電圧の総和が低くなる。また、均等化処理によるエネルギー消費量は、セル電圧間のばらつきの程度により異なる。従って、セルストリング間の均等化処理を先に実行し、セル間の均等化処理を後に実行すると、セル間の均等化処理に起因して、セルストリング間の電圧にばらつきが発生する可能性がある。よって、セルストリング間の均等化処理を後に実行した方が、セルストリング間の電圧が揃っている状態を長く維持することができる。

図８は、セルストリング間の均等化処理の第４実施例を説明するためのフローチャートである。第４実施例に係る均等化処理は、走行終了後に運転者が車両２の電源をオフする操作を行った直後に実行される。

車両２の電源がオフされると（Ｓ２０のＹ）、管理部２０は、メインスイッチＳｍをターンオフさせる（Ｓ２１）。管理部２０は、複数のストリングスイッチＳ１−Ｓ３をオン状態に維持したまま、複数の電流センサ１４１−１４３から電流値を取得する（Ｓ２２）。管理部２０は、全セルストリングの電流値と所定値をそれぞれ比較する（Ｓ２３）。所定値は、ゼロ、又はゼロに、電流センサ１４１−１４３の計測誤差などを考慮して決定されたマージンが加えられた値に設定される。

全セルストリングの電流値が所定値未満になると（Ｓ２３のＹ）、管理部２０は、複数のストリングスイッチＳ１−Ｓ３をターンオフさせる（Ｓ２４）。その後、管理部２０はシャットダウン／スタンバイ状態に移行する（Ｓ２５）。複数のセルストリングＳｔ１−Ｓｔ３間に電圧差が発生している場合は、電圧が高いセルストリングから電圧が低いセルストリングに電流が流れる（横流）。複数のセルストリングＳｔ１−Ｓｔ３間の電圧差が解消すると、横流が停止する。

以上説明したように本実施の形態によれば、並列接続されたセルストリングＳｔ１−Ｓｔ３間の電圧を任意のタイミングで揃えることができる。充電装置４に接続された充電状態、及びインバータ３０を介してモータ４０に接続された放電状態以外の状態でも、セルストリングＳｔ１−Ｓｔ３間の均等化処理を実行することができる。従って、車両２の駐車時にもセルストリングＳｔ１−Ｓｔ３間の均等化処理が実行可能であり、車両２の起動時にセルストリングＳｔ１−Ｓｔ３間に過大な循環電流（横流）が発生することを防止できる。これにより、過大電流によるセルＥ１１１−Ｅ３ｎｎの劣化を防止することができる。

またセルストリングＳｔ１−Ｓｔ３間の均等化処理は、アクティブバランシング方式であり、無駄なエネルギー損失が発生しない。また管理部２０が複数のセルストリングＳｔ１−Ｓｔ３の電圧を常時監視するのではなく、定期的に起動したタイミングでセルストリングＳｔ１−Ｓｔ３の電圧をチェックする。これにより、管理部２０が常時起動している状態を回避でき、車両２内の補機バッテリの電力消費を抑えることができる。また、セル間の均等化処理とストリング間の均等化処理を同一機会に実行することにより、管理部２０の起動回数を抑えることができ、管理部２０の消費電力の増加を抑えることができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

例えば、第１−第３実施例のステップＳ１９では、全セルストリングＳｔ１−Ｓｔ３間の均等化処理を一遍に実行する例を説明したが、２つのセルストリング間の均等化処理を順次、実行する方式でもよい。また図５のフローチャートでは、差分電圧ΔＶが大きい２つのセルストリング間の均等化処理を優先的に実行する例を説明したが、差分電圧ΔＶが小さい２つのセルストリング間の均等化処理を優先的に実行してもよいし、任意の２つのセルストリング間の均等化処理をランダムに実行してもよい。

上述のように車両２の駐車時において、管理部２０は定期的に起動してセルストリングＳｔ１−Ｓｔ３の電圧を監視する。前回起動時のセルストリングの電圧と、今回起動時のセルストリングの電圧の差分（低下量）が閾値を超えている場合、当該セルストリングに異常が発生していると推定できる。例えば、微小短絡しているセルが発生している可能性がある。この場合、管理部２０は車載ネットワークを介して、上記のＥＣＵに蓄電部の異常を通知する。管理部２０は、異常が発生していると推定されるセルストリングのストリングスイッチを、異常が解消するまでオフ状態に固定する。なお、異常が発生していないセルストリングの使用は許可することにより、カーディーラや修理工場に自走で移動するための電源を確保することができる。

なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。

［項目１］
複数のセル（Ｅ１１１−Ｅ１ｎｎ、Ｅ２１１−Ｅ２ｎｎ、Ｅ３１１−Ｅ３ｎｎ）が直列に接続されたセルストリング（Ｓｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３）が、複数並列に接続された蓄電部と、
前記複数のセルストリング（Ｓｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３）のそれぞれの電圧を検出する電圧検出部（１１１−１３ｎ）と、
前記複数のセルストリング（Ｓｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３）のそれぞれに挿入される複数のスイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）と、
本電源システム（１）が搭載される車両（２）の非走行状態において、前記複数のスイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）の２つ以上をターンオンして前記複数のセルストリング（Ｓｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３）間の電圧／容量を均等化させる均等化処理を実行する管理部（２０）と、
を備えることを特徴とする車両用電源システム（１）。
これによれば、任意のタイミングで、複数のセルストリング（Ｓｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３）間の均等化処理を実行することができる。
［項目２］
前記車両（２）の駐車時において前記管理部（２０）は定期的に起動し、前記電圧検出部（１１１−１３ｎ）により検出される電圧をもとに前記複数のセルストリング（Ｓｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３）の電圧を検出し、検出した前記複数のセルストリング（Ｓｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３）の電圧の内、最大電圧と最小電圧との差分が設定値を超えるとき、前記均等化処理を実行することを特徴とする項目１に記載の車両用電源システム（１）。
これによれば、車両（２）の駐車中においても、複数のセルストリング（Ｓｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３）間の均等化処理を実行することができる。また管理部（２０）の消費電力の増加を抑えることができる。
［項目３］
前記管理部（２０）は、前記最大電圧と前記最小電圧との差分が前記設定値を超えるとき、前記複数のセルストリング（Ｓｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３）の全てのセルストリング（Ｓｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３）に流れる電流の値を予測し、予測した各セルストリング（Ｓｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３）の電流の値が前記各セルストリング（Ｓｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３）の許容電流の値以下である場合、前記複数のスイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）の全てをターンオンさせることを特徴とする項目２に記載の車両用電源システム（１）。
これによれば、複数のセルストリング（Ｓｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３）間の均等化処理により、セルに許容電流を超える電流が流れることを防止することができる。
［項目４］
前記管理部（２０）は、前記最大電圧と前記最小電圧との差分が前記設定値を超えるとき、前記セルストリングの各々に流れる電流の値を予測し、予測した各セルストリングの電流の値が、前記各セルストリングの許容電流の値を超えるものと、超えないものが混在する場合、前記許容電流の値を超えない２つのセルストリングを特定し、特定した２つのセルストリングに挿入される２つのスイッチをターンオンさせることを特徴とする項目２または３に記載の車両用電源システム（１）。
これによれば、セルに許容電流を超える電流が流れることを回避しつつ、複数のセルストリング（Ｓｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３）間の電圧を近づけることができる。
［項目５］
前記許容電流の値は、セルの温度およびＳＯＨに応じて設定されることを特徴とする項目３または４に記載の車両用電源システム（１）。
これによれば、最適な許容電流の値を適応的に設定することができる。
［項目６］
前記電圧検出部（１１１−１３ｎ）は、前記複数のセルストリング（Ｓｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３）にそれぞれ含まれる複数のセル（Ｅ１１１−Ｅ１ｎｎ、Ｅ２１１−Ｅ２ｎｎ、Ｅ３１１−Ｅ３ｎｎ）の電圧を検出し、
前記車両（２）の駐車時において前記管理部（２０）は定期的に起動し、前記複数のセルストリング（Ｓｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３）ごとに複数のセル（Ｅ１１１−Ｅ１ｎｎ、Ｅ２１１−Ｅ２ｎｎ、Ｅ３１１−Ｅ３ｎｎ）間の均等化処理を実行し、当該セルの均等化処理の終了後、前記複数のセルストリング（Ｓｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３）間の均等化処理を実行することを特徴とする項目１から５のいずれか１項に記載の車両用電源システム（１）。
これによれば、セル（Ｅ１１１−Ｅ１ｎｎ、Ｅ２１１−Ｅ２ｎｎ、Ｅ３１１−Ｅ３ｎｎ）間の均等化処理と、セルストリング（Ｓｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３）間の均等化処理を効率的に実行することができる。
［項目７］
前記複数のセルストリング（Ｓｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３）にそれぞれ流れる電流を検出する電流検出部（１４１、１４２、１４３）をさらに備え、
本電源システム（１）と前記車両（２）内の負荷（３０）が電気的に切り離されて前記車両（２）が駐車状態に移行する際、前記管理部（２０）は、前記電流検出部（１４１、１４２、１４３）により検出される電流の値が、所定値以下になった後、前記複数のスイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）をターンオフさせることを特徴とする項目１から６のいずれか１項に記載の車両用電源システム（１）。
これによれば、複数のセルストリング（Ｓｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３）間の電圧が揃った状態で駐車状態を開始させることができる。
［項目８］
複数のセル（Ｅ１１１−Ｅ１ｎｎ、Ｅ２１１−Ｅ２ｎｎ、Ｅ３１１−Ｅ３ｎｎ）が直列に接続されたセルストリング（Ｓｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３）が、複数並列に接続された蓄電部と、前記複数のセルストリング（Ｓｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３）のそれぞれの電圧を検出する電圧検出部（１１１−１３ｎ）と、前記複数のセルストリング（Ｓｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３）のそれぞれに挿入される複数のスイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）と、を備える車両用電源システム（１）を管理する管理装置（２０）であって、
前記電源システム（１）が搭載される車両（２）の非走行中に、前記複数のスイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）の２つ以上をターンオンして前記複数のセルストリング（Ｓｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３）間の電圧／容量を均等化させる均等化処理を実行することを特徴とする管理装置（２０）。
これによれば、任意のタイミングで、複数のセルストリング（Ｓｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３）間の均等化処理を実行することができる。

１電源システム、２車両、３電力系統、４充電装置、３０インバータ、４０モータ、５０充電部、６０外部充電スイッチ、Ｓｔ１，Ｓｔ２，Ｓｔ３セルストリング、Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ１ｎ，Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２ｎ，Ｍ３１，Ｍ３２，Ｍ３ｎ蓄電モジュール、Ｅ１１１，Ｅ１１２，Ｅ１１ｎ，Ｅ１２１，Ｅ１２２，Ｅ１２ｎ，Ｅ１ｎ１，Ｅ１ｎ２，Ｅ１ｎｎ，Ｅ２１１，Ｅ２１２，Ｅ２１ｎ，Ｅ２２１，Ｅ２２２，Ｅ２２ｎ，Ｅ２ｎ１，Ｅ２ｎ２，Ｅ２ｎｎ，Ｅ３１１，Ｅ３１２，Ｅ３１ｎ，Ｅ３２１，Ｅ３２２，Ｅ３２ｎ，Ｅ３ｎ１，Ｅ３ｎ２，Ｅ３ｎｎセル、１１１，１１２，１１ｎ，１２１，１２２，１２ｎ，１３１，１３２，１３ｎ電圧検出部、１４１，１４２，１４３電流センサ、Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ１ｎ，Ｔ２１，Ｔ２２，Ｔ２ｎ，Ｔ３１，Ｔ３２，Ｔ３ｎ温度センサ、２０管理部、Ｓｍメインスイッチ、Ｓｐプリチャージスイッチ、Ｒｐプリチャージ抵抗、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ストリングスイッチ、Ｄｉ放電回路、Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１４，Ｓ１５，Ｓ１６，Ｓ１７，Ｓ１８放電スイッチ、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８放電抵抗。

Claims

複数のセルが直列に接続されたセルストリングが、複数並列に接続された蓄電部と、
前記複数のセルストリングのそれぞれの電圧を検出する電圧検出部と、
前記複数のセルストリングのそれぞれに挿入される複数のスイッチと、
本電源システムが搭載される車両の非走行状態において、前記複数のスイッチの２つ以上をターンオンして前記複数のセルストリング間の電圧／容量を均等化させる均等化処理を実行する管理部と、
を備えることを特徴とする車両用電源システム。
前記車両の駐車時において前記管理部は定期的に起動し、前記電圧検出部により検出される電圧をもとに前記複数のセルストリングの電圧を検出し、検出した前記複数のセルストリングの電圧の内、最大電圧と最小電圧との差分が設定値を超えるとき、前記均等化処理を実行することを特徴とする請求項１に記載の車両用電源システム。
前記管理部は、前記最大電圧と前記最小電圧との差分が前記設定値を超えるとき、前記複数のセルストリングの全てのセルストリングに流れる電流の値を予測し、予測した各セルストリングの電流の値が前記各セルストリングの許容電流の値以下である場合、前記複数のスイッチの全てをターンオンさせることを特徴とする請求項２に記載の車両用電源システム。
前記管理部は、前記最大電圧と前記最小電圧との差分が前記設定値を超えるとき、前記セルストリングの各々に流れる電流の値を予測し、予測した各セルストリングの電流の値が、前記各セルストリングの許容電流の値を超えるものと、超えないものが混在する場合、前記許容電流の値を超えない２つのセルストリングを特定し、特定した２つのセルストリングに挿入される２つのスイッチをターンオンさせることを特徴とする請求項２または３に記載の車両用電源システム。
前記許容電流の値は、セルの温度およびＳＯＨに応じて設定されることを特徴とする請求項３または４に記載の車両用電源システム。
前記電圧検出部は、前記複数のセルストリングにそれぞれ含まれる複数のセルの電圧を検出し、
前記車両の駐車時において前記管理部は定期的に起動し、前記複数のセルストリングごとに複数のセル間の均等化処理を実行し、当該セルの均等化処理の終了後、前記複数のセルストリング間の均等化処理を実行することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の車両用電源システム。
前記複数のセルストリングにそれぞれ流れる電流を検出する電流検出部をさらに備え、
本電源システムと前記車両内の負荷が電気的に切り離されて前記車両が駐車状態に移行する際、前記管理部は、前記電流検出部により検出される電流の値が、所定値以下になった後、前記複数のスイッチをターンオフさせることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の車両用電源システム。
複数のセルが直列に接続されたセルストリングが、複数並列に接続された蓄電部と、前記複数のセルストリングのそれぞれの電圧を検出する電圧検出部と、前記複数のセルストリングのそれぞれに挿入される複数のスイッチと、を備える車両用電源システムを管理する管理装置であって、
前記電源システムが搭載される車両の非走行中に、前記複数のスイッチの２つ以上をターンオンして前記複数のセルストリング間の電圧／容量を均等化させる均等化処理を実行することを特徴とする管理装置。