WO2015019873A1 - 電池制御システム、車両制御システム - Google Patents

Abstract

　電池と接続され、電池の充放電を制御する電池制御システムは、電池に流れる充放電電流を検知して電流値を測定する電流検知部と、電池の電圧を検知する電圧検知部と、電池の温度を検知する温度検知部と、電流検知部により測定された電流値に基づいて、所定のタイムウインドウにおける実効電流値を算出する実効電流値算出部と、実効電流値算出部により算出された実効電流値に基づいて、充放電電流を制限するための第１の充放電制限を行う充放電制限部と、を備える。

Description

電池制御システム、車両制御システム

　本発明は、電池制御システムおよび車両制御システムに関する。

　リチウムイオン電池等の二次電池は、大電流での放電が継続的に行われると、電池劣化時と同様に内部抵抗値が一時的に上昇し、その電池が本来持っている性能を十分に発揮できなくなってしまう。そこで、こうした性能劣化を防ぐために、特許文献１には、電池の放電継続に起因する電池の劣化度合いを示す評価値を積算し、この積算値が所定の許容値を超えた場合に、電池の放電を制限する電池制御方法が開示されている。

日本国特開２０１３－５１１１５号公報

　特許文献１に開示された電池制御方法では、前回の評価値算出時からの経過時間や放電電流の大きさなどに基づいて、電池の劣化度合いを示す評価値を算出し、この評価値の積算値に基づいて、電池の放電を制限するか否かを判断している。しかし、電流が連続的に変化しながら電池が継続的に充放電している場合、このような評価値の算出方法では、電池の劣化度合いを正しく求めることができず、そのため電池の性能劣化を確実に防止することができない。

　本発明の第１の態様によると、電池と接続され、電池の充放電を制御する電池制御システムは、電池に流れる充放電電流を検知して電流値を測定する電流検知部と、電池の電圧を検知する電圧検知部と、電池の温度を検知する温度検知部と、電流検知部により測定された電流値に基づいて、所定のタイムウインドウにおける実効電流値を算出する実効電流値算出部と、実効電流値算出部により算出された実効電流値に基づいて、充放電電流を制限するための第１の充放電制限を行う充放電制限部と、を備える。
　本発明の第２の態様によると、第１の態様の電池制御システムにおいて、実効電流値算出部は、互いに異なる複数のタイムウインドウにおける複数の実効電流値をそれぞれ算出し、充放電制限部は、複数の実効電流値に基づいて、第１の充放電制限を行うことが好ましい。
　本発明の第３の態様によると、第１または第２の態様の電池制御システムは、実効電流値が所定の許容値を超えた時間の積算値である積算時間を算出する積算時間算出部をさらに備えてもよい。この電池制御システムにおいて、充放電制限部は、積算時間算出部により算出された積算時間に基づいて、充放電電流をさらに制限するための第２の充放電制限を行うことが好ましい。
　本発明の第４の態様によると、第３の態様の電池制御システムにおいて、充放電制限部は、実効電流値の大きさに応じて積算時間に対するしきい値を設定し、積算時間としきい値の比較結果に基づいて、第２の充放電制限を行うことが好ましい。
　本発明の第５の態様によると、第３または第４の態様の電池制御システムにおいて、充放電制限部は、第２の充放電制限を開始してからの経過時間または第２の充放電制限を行った合計時間が所定の制限解除時間を超えたときに、第２の充放電制限を解除することが好ましい。
　本発明の第６の態様によると、第５の態様の電池制御システムは、車両内の通信ネットワークに接続されており、充放電制限部は、通信ネットワークを介して経過時間または合計時間の情報を取得することが好ましい。
　本発明の第７の態様によると、車両制御システムは、電池と接続され、電池の充放電を制御する電池制御システムと、電池制御システムと接続された車両制御部と、を備え、電池制御システムは、電池に流れる充放電電流を検知して電流値を測定する電流検知部と、電池の電圧を検知する電圧検知部と、電池の温度を検知する温度検知部と、電流検知部により測定された電流値に基づいて所定のタイムウインドウにおける実効電流値を算出する実効電流値算出部と、を有し、車両制御部は、実効電流値算出部により算出された実効電流値に基づいて、充放電電流を制限するための第１の充放電制限を電池制御システムに対して指示する。

　本発明によれば、充放電電流が連続的に変化しながら電池が継続的に充放電している場合でも、電池の性能劣化を確実に防止することができる。

本発明の一実施形態に係る電池制御システム１２０を含む電池システム１００とその周辺の構成を示す図である。 単電池制御部１２１ａの回路構成を示す図である。 電池の実効電流のタイムウインドウと許容値の関係の一例を示す図である。 電池の使用サイクル数と劣化度の関係の一例を示す図である。 充放電制限に関する組電池制御部１５０の制御ブロックを示す図である。 第１段階の充放電制限を行うための処理のフローチャートである。 第１段階の充放電制限の実施により実効電流が変化する様子の一例を示す図である。 第２段階の充放電制限を行うための処理のフローチャートである。 積算時間の算出方法を説明するための図である。 切り替え時間の設定方法を説明するための図である。 第１段階および第２段階の充放電制限の実施により実効電流が変化する様子の一例を示す図である。 第２段階の充放電制限の解除により実効電流が変化する様子の一例を示す図である。

　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）の電源を構成する電池システムに対して本発明を適用した場合を例に挙げて説明する。

　また、以下の実施形態では、リチウムイオン電池を採用した場合を例に挙げて説明するが、他にもニッケル水素電池、鉛電池、電気二重層キャパシタ、ハイブリッドキャパシタなどを用いることもできる。なお、以下の実施形態では単電池を直列に接続して組電池を構成しているが、単電池を並列接続したものを直列接続して組電池を構成してもよいし、直列接続した単電池を並列接続して組電池を構成してもよい。

　図１は、本発明の一実施形態に係る電池制御システム１２０を含む電池システム１００とその周辺の構成を示す図である。電池システム１００は、リレー３００と３１０を介してインバータ４００に接続される。電池システム１００は、組電池１１０と電池制御システム１２０を備える。電池制御システム１２０は、単電池制御部１２１ａ、１２１ｂと、電流検知部１３０と、電圧検知部１４０と、組電池制御部１５０と、記憶部１８０とを備える。

　組電池１１０は、複数の単電池１１１からそれぞれ構成された単電池群１１２ａ、１１２ｂを直列に接続して構成されている。単電池制御部１２１ａおよび１２１ｂは、単電池群１１２ａ、１１２ｂとそれぞれ接続されており、これらの単電池群を構成する各単電池１１１の電池電圧（両端電圧）や温度を検知して、その検知結果を示す信号を、信号通信路１６０および絶縁素子１７０を介して組電池制御部１５０に送信する。なお、絶縁素子１７０には、たとえばフォトカプラが用いられる。

　電流検知部１３０は、組電池１１０に流れる電流を検知してその電流値を測定する。電圧検知部１４０は、組電池１１０の両端電圧、すなわち組電池１１０において直列接続された単電池１１１の総電圧を検知する。

　組電池制御部１５０は、単電池制御部１２１ａ、１２１ｂから送信された信号に基づいて、各単電池１１１の電池電圧および温度を取得する。また、電流検知部１３０からは組電池１１０に流れる電流値を、電圧検知部１４０からは組電池１１０の総電圧値をそれぞれ受け取る。これらの情報に基づいて、組電池制御部１５０は、組電池１１０の状態を検知し、組電池１１０を制御する。組電池制御部１５０による組電池１１０の状態検知の結果は、単電池制御部１２１ａ、１２１ｂや車両制御部２００に送信される。

　組電池１１０は、電気エネルギーの蓄積および放出（直流電力の充放電）が可能な複数の単電池１１１を電気的に直列に接続して構成されている。組電池１１０を構成する単電池１１１は、状態の管理・制御を実施する上で、所定の単位数ごとにグループ分けされている。グループ分けされた各単電池１１１は、電気的に直列に接続され、単電池群１１２ａ、１１２ｂを構成している。なお、単電池群１１２を構成する単電池１１１の個数は、全ての単電池群１１２において同数でもよいし、単電池群１１２毎に単電池１１１の個数が異なっていてもよい。本実施形態では、説明を簡略化するために、図１に示すように、４個の単電池１１１を電気的に直列接続して単電池群１１２ａと１１２ｂをそれぞれ構成し、これらの単電池群１１２ａと１１２ｂをさらに電気的に直列接続することで、合計８個の単電池１１１を組電池１１０が備えることとした。

　ここで、組電池制御部１５０と、単電池制御部１２１ａおよび１２１ｂとの間の通信方法について説明する。単電池制御部１２１ａおよび１２１ｂは、それぞれが監視する単電池群１１２ａおよび１１２ｂの電位の高い順にしたがって直列に接続されている。組電池制御部１５０から送信された信号は、絶縁素子１７０および信号通信路１６０を介して単電池制御部１２１ａに入力される。単電池制御部１２１ａの出力は、信号通信路１６０を介して単電池制御部１２１ｂに入力される。最下位の単電池制御部１２１ｂの出力は、絶縁素子１７０および信号通信路１６０を介して組電池制御部１５０へと伝送される。なお、本実施形態では、単電池制御部１２１ａと単電池制御部１２１ｂの間には絶縁素子が設けられていないが、絶縁素子を介してこれらの間で信号を送受信することもできる。

　記憶部１８０には、組電池制御部１５０が組電池１１０の制御を行うために必要な各種の情報が記憶されて格納されている。たとえば、各単電池１１１の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ　Ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ）に関する情報や、各単電池１１１の内部抵抗に関する情報などが、記憶部１８０に格納されている。

　組電池制御部１５０は、単電池制御部１２１ａ、１２１ｂ、電流検知部１３０、電圧検知部１４０、および車両制御部２００からそれぞれ受け取った情報や、記憶部１８０に格納されている情報などを用いて、組電池１１０を制御するための各種の処理や演算を実行する。たとえば、各単電池１１１のＳＯＣや劣化状態（ＳＯＨ：Ｓｔａｔｅ　ｏｆ　Ｈｅａｌｔｈ）の演算、組電池１１０において充放電可能な許容電力の演算、組電池１１０の異常状態の判定、組電池１１０の充放電量を制御するための演算などを実行する。そして、これらの演算結果に基づいて、組電池１１０の制御に必要な情報を単電池制御部１２１ａ、１２１ｂや車両制御部２００に出力する。なお、組電池制御部１５０と車両制御部２００は、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）と呼ばれる車両内の通信ネットワークにそれぞれ接続されており、これを介して互いの情報を送受信することができる。

　車両制御部２００は、組電池制御部１５０から送信される情報を用いて、リレー３００と３１０を介して電池システム１００と接続されたインバータ４００を制御する。車両走行中には、電池システム１００はインバータ４００と接続される。インバータ４００は、電池システム１００において組電池１１０に蓄えられているエネルギーを用いて、モータジェネレータ４１０を駆動する。

　電池システム１００を搭載した車両システムが始動して走行する場合には、車両制御部２００の管理のもとで、電池システム１００はインバータ４００に接続される。そして、組電池１１０に蓄えられているエネルギーを用いて、インバータ４００によりモータジェネレータ４１０が駆動される。一方、回生時には、モータジェネレータ４１０の発電電力により組電池１１０が充電される。

　リレー３２０、３３０を介して電池システム１００が充電器４２０に接続されると、充電器４２０から供給される充電電流により、組電池１１０が所定の条件を満たすまで充電される。充電によって組電池１１０に蓄えられたエネルギーは、次回の車両走行時に利用されると共に、車両内外の電装品等を動作させるためにも利用される。さらに、必要に応じて、家庭用の電源に代表される外部電源へも放出される場合がある。なお、充電器４２０は、家庭用電源、または電気スタンドに代表される外部の電源に搭載されている。電池システム１００を搭載した車両がこれらの電源に接続されると、車両制御部２００が発信する情報に基づき、電池システム１００と充電器４２０が接続される。

　図２は、単電池制御部１２１ａの回路構成を示す図である。図２に示すように、単電池制御部１２１ａは、電圧検知部１２２、制御回路１２３、信号入出力回路１２４、および温度検知部１２５を備える。なお、図１の単電池制御部１２１ａと単電池制御部１２１ｂは、同様の回路構成を有している。そのため、図２ではこれらを代表して、単電池制御部１２１ａの回路構成を示している。

　電圧検知部１２２は、各単電池１１１の端子間電圧（両端電圧）を測定する。制御回路１２３は、電圧検知部１２２および温度検知部１２５から測定結果を受け取り、信号入出力回路１２４を介して組電池制御部１５０に送信する。なお、図２では図示を省略しているが、単電池制御部１２１ａには、自己放電や消費電流のばらつき等に伴い発生する単電池１１１間の電圧やＳＯＣのばらつきを均等化するための周知の回路構成が設けられている。この回路の動作は、制御回路１２３によって制御される。

　図２において、温度検知部１２５は、単電池群１１２ａの温度を測定する機能を有する。温度検知部１２５は、単電池群１１２ａの全体に対して１つの温度を測定し、単電池群１１２ａを構成する各単電池１１１の温度の代表値としてその温度を取り扱う。温度検知部１２５による温度測定結果は、組電池制御部１５０において、単電池１１１、単電池群１１２ａ、および組電池１１０の状態を検知するための各種演算に用いられる。このとき、温度検知部１２５が測定した温度は、単電池群１１２ａの温度だけでなく、単電池群１１２ａの各単電池１１１の温度としても扱われる。さらに、単電池制御部１２１ａの温度検知部１２５で測定された単電池群１１２ａの温度と、単電池制御部１２１ｂの温度検知部１２５で測定された単電池群１１２ｂの温度とに基づいて、たとえばこれらを平均化することで、組電池制御部１５０において組電池１１０の温度を求めてもよい。

　なお、図２では、単電池制御部１２１ａに１つの温度検知部１２５を設けた例を示している。これ以外にも、単電池１１１毎に温度検知部１２５を設けて、単電池１１１毎に温度を測定し、その測定結果に基づいて組電池制御部１５０が各種演算を実行することもできる。しかし、このようにした場合は、温度検知部１２５の数が多くなる分、単電池制御部１２１ａの構成が複雑となる。あるいは、組電池１１０の全体に対して１つの温度検知部１２５を設けてもよい。

　なお、図２では温度検知部１２５を簡易的に１つのブロックで示しているが、実際は、温度測定対象である単電池群１１２ａに対して温度センサが設置されており、この温度センサが温度情報を電圧信号として出力する。この電圧信号に基づいて、制御回路１２３により単電池群１１２ａの温度を演算することで、単電池群１１２ａの温度測定結果が得られる。制御回路１２３が演算した温度測定結果を信号入出力回路１２４に送信すると、信号入出力回路１２４は、その温度測定結果を単電池制御部１２１ａの外に出力する。この一連の流れを実現するための機能が、単電池制御部１２１ａに温度検知部１２５として実装されている。なお、温度センサから出力される電圧信号の測定を、電圧検知部１２２において行ってもよい。

　次に、組電池１１０に対する充放電制限について説明する。図３は、一般的な電池の実効電流のタイムウインドウと許容値の関係の一例を示す図である。図３に示すように、電池の実効電流の許容値は、実効電流を算出するタイムウインドウによって変化する。すなわち、実効電流を算出するタイムウインドウが長時間であるほど、その間に電池の劣化が進行しやすくなるため、許容値を低く設定する必要がある。

　図４は、電池の使用サイクル数と劣化度の関係の一例を示す図である。図４において破線で示すように、実効電流が許容値以下である通常使用時には、電池の使用サイクル数の増加に伴って電池の劣化が徐々に進行していく。一方、図４において実線で示すように、実効電流が許容値を超えている高負荷使用時には、電池の使用サイクル数の増加に伴って一時的に内部抵抗値が上昇することで、電池の劣化が急激に進んだように見えてしまう。このような場合、電池の性能を十分に発揮できなくなる。

　そこで、本実施形態の電池制御システム１２０では、比較的大きな充放電電流で組電池１１０が継続的に充放電しているような場合に、組電池１１０の性能劣化を防ぐための充放電制限が組電池制御部１５０において行われる。以下では、この充放電制限について詳しく説明する。

　図５は、充放電制限に関する組電池制御部１５０の制御ブロックを示す図である。組電池制御部１５０は、組電池１１０の充放電制限を行うための構成として、実効電流値算出部１５１、積算時間算出部１５２、および充放電制限部１５３の各制御ブロックを機能的に有する。

　実効電流値算出部１５１には、電流検知部１３０によって測定された組電池１１０の充放電電流の電流値が入力される。実効電流値算出部１５１は、入力された電流値に基づいて、組電池１１０に流れる充放電電流の実効電流値を算出する。この実効電流値の算出方法の詳細については、後で説明する。実効電流値算出部１５１により算出された実効電流値は、積算時間算出部１５２および充放電制限部１５３に出力される。

　積算時間算出部１５２は、実効電流値算出部１５１から出力された実効電流値を所定の許容値と比較して、実効電流値が許容値を超えた時間の積算値（積算時間）を求める。積算時間算出部１５２により算出された積算時間は、充放電制限部１５３に出力される。

　充放電制限部１５３は、実効電流値算出部１５１から出力された実効電流値と、積算時間算出部１５２から出力された積算時間とに基づいて、組電池１１０の充放電電流を制限すべきか否かを判断する。そして、充放電電流を制限すべきと判断した場合は、制限後の充放電電流に応じた許容電力の値を決定し、単電池制御部１２１ａ、１２１ｂや車両制御部２００に出力する。これにより、組電池１１０に対する充放電制限を行い、充放電電流を制限する。

　以上説明したような制御ブロックにより、組電池制御部１５０は、組電池１１０に対して二段階の充放電制限を行うことができる。具体的には、第１段階の充放電制限として、実効電流値が所定の許容値を超えた場合に充放電制限を行う。また、第２段階の充放電制限として、実効電流値が所定の許容値を超えた時間の積算値が所定のしきい値を超えた場合にさらなる充放電制限を行う。

　図６は、上記の二段階の充放電制限のうち、第１段階の充放電制限を行うための処理のフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、組電池制御部１５０において、所定の処理周期ごとに実行される。

　ステップＳ１１において、組電池制御部１５０は、電流検知部１３０からの電流測定値を取得する。ここでは、電流検知部１３０から所定のサンプリング間隔で出力される電流測定値をそれぞれ取得して記憶する。

　ステップＳ１２において、組電池制御部１５０は、ステップＳ１１で取得した電流測定値に基づいて、実効電流値算出部１５１により、第１のタイムウインドウにおける実効電流値を算出する。ここでは、たとえば第１のタイムウインドウの長さを１０分間として、直近の１０分間で所定のサンプリング間隔ごとに取得した各電流測定値の二乗平均値を求め、その二乗平均値の平方根を算出することにより、第１のタイムウインドウにおける実効電流値を算出することができる。

　ステップＳ１３において、組電池制御部１５０は、充放電制限部１５３により、ステップＳ１２で算出した実効電流値を所定の第１の許容値と比較する。ここでは、たとえば第１の許容値を５０Ａとして、第１のタイムウインドウにおける実効電流値が５０Ａよりも大きいか否かを判断する。その結果、実効電流値が第１の許容値（５０Ａ）以下であればステップＳ１４に進み、第１の許容値よりも大きければステップＳ１６に進む。

　なお、前回の処理でステップＳ１２を実行してからの経過時間が第１のタイムウインドウに満たなければ、上記のステップＳ１２およびＳ１３の処理をスキップして次のステップＳ１４に進んでもよい。

　ステップＳ１４において、組電池制御部１５０は、ステップＳ１１で取得した電流測定値に基づいて、実効電流値算出部１５１により、第２のタイムウインドウにおける実効電流値を算出する。ここでは、たとえば第２のタイムウインドウの長さを１時間として、直近の１時間で所定のサンプリング間隔ごとに取得した各電流測定値を用いて、ステップＳ１２と同様の方法により、第２のタイムウインドウにおける実効電流値を算出することができる。

　ステップＳ１５において、組電池制御部１５０は、充放電制限部１５３により、ステップＳ１４で算出した実効電流値を所定の第２の許容値と比較する。ここでは、たとえば第２の許容値を３０Ａとして、第２のタイムウインドウにおける実効電流値が３０Ａよりも大きいか否かを判断する。その結果、実効電流値が第２の許容値（３０Ａ）以下であれば図６のフローチャートの処理を終了し、第２の許容値よりも大きければステップＳ１６に進む。

　なお、前回の処理でステップＳ１４を実行してからの経過時間が第２のタイムウインドウに満たなければ、上記のステップＳ１４およびＳ１５の処理をスキップして図６のフローチャートを終了してもよい。

　ステップＳ１６において、組電池制御部１５０は、充放電制限部１５３により、組電池１１０に対する充放電制限を実施する。具体的には、制限後の充放電電流に応じた許容電力値を決定し、その値を単電池制御部１２１ａ、１２１ｂや車両制御部２００に出力することで、充放電時の組電池１１０の入出力電力が許容電力以下となるように制御する。なお、このとき制限後の充放電電流としては、前述の第１の許容値および第２の許容値よりも低い値とすることが好ましい。ステップＳ１６を実行したら、組電池制御部１５０は図６のフローチャートの処理を終了する。

　以上説明したような処理を組電池制御部１５０において実行することで、組電池１１０に対して第１段階の充放電制限を行うことができる。なお、第１段階の充放電制限が実施された場合、次回以降の処理でステップＳ１３およびＳ１５の判定結果がいずれも否定判定となることで、充放電制限が解除される。

　図７は、第１段階の充放電制限の実施により実効電流が変化する様子の一例を示す図である。図７に示すように、充放電制限が行われずに組電池１１０が通常に使用されている時刻Ｔａまでの間は、実効電流が比較的に高いが、時刻Ｔａにおいて第１段階の充放電制限が実施されると、その後は実効電流が低いレベルに抑えられていることが分かる。

　図８は、上記の二段階の充放電制限のうち、第２段階の充放電制限を行うための処理のフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、組電池制御部１５０において、所定の処理周期ごとに実行される。

　ステップＳ２１において、組電池制御部１５０は、積算時間算出部１５２により、実効電流値が許容値を超えた時間を積算した積算時間を算出する。ここでは、たとえば以下で説明するような方法により、積算時間を算出することができる。

　図９は、積算時間の算出方法を説明するための図である。この図９では、前述の第２のタイムウインドウが１時間である場合に、２４時間前から現在まで１時間ごとに行われた図６のステップＳ１５の判定結果の一例を表形式で示している。

　第２のタイムウインドウにおける実効電流値が第２の許容値を超えており、そのためステップＳ１５が肯定判定された場合、図９の表の該当する欄には「×」が記録される。すなわち、図９の表は、現在から２時間前、４時間前、５時間前、２３時間前および２４時間前の各タイムウインドウにおいて、実効電流値が第２の許容値を上回っていたことを示している。なお、車両システムが停止しており、電池制御システム１２０が非動作状態であった場合、図９の表において、該当する欄には何も記録されない。

　図８のステップＳ２１では、図９の表において「×」が記録されている欄を数えることにより、実効電流値が許容値を超えた積算時間を算出することができる。すなわち、図９の表に示した例では、「×」が記録されている欄の数が５であることから、実効電流値が許容値を超えた積算時間を５時間と求めることができる。

　なお、以上説明したような積算時間の算出方法はあくまで一例であり、これ以外の算出方法を用いてもよい。たとえば、図６のステップＳ１２やＳ１４で算出された実効電流値を記録しておき、その中で許容値を上回るものの個数を数えてタイムウインドウを掛けても、積算時間を算出することができる。

　図８に戻り、ステップＳ２２において、組電池制御部１５０は、充放電制限部１５３により、ステップＳ２１で算出した積算時間に対するしきい値としての切り替え時間を設定する。ここでは、図６のステップＳ１２やＳ１４で算出された実効電流値に基づいて、以下のようにして切り替え時間を設定することができる。

　図１０は、切り替え時間の設定方法を説明するための図である。この図１０では、前述の第１のタイムウインドウ、第２のタイムウインドウがそれぞれ１０分間、１時間である場合に、これらのタイムウインドウにおける実効電流値と切り替え時間との関係の一例を表形式で示している。

　図１０の表から、直近の第１、第２のタイムウインドウにおける各実効電流値がそれぞれ許容値の５０Ａ、３０Ａ未満である場合は、図８のステップＳ２２の判定に用いる切り替え時間を５時間と設定することができる。同様に、直近の第１、第２のタイムウインドウにおける各実効電流値がそれぞれ５５Ａ、３３Ａ未満である場合は、切り替え時間を４時間と設定することができる。その他の実効電流値についても、図１０の表に基づいて、その実効電流値の大きさに応じて切り替え時間をそれぞれ設定することができる。

　なお、以上説明したような切り替え時間の設定方法はあくまで一例であり、これ以外の設定方法を用いてもよい。たとえば、直近の実効電流値ではなく、過去の複数のタイムウインドウにおける実効電流値に基づいて切り替え時間を設定してもよい。また、第１のタイムウインドウにおける実効電流値と、第２のタイムウインドウにおける実効電流値とのいずれか一方のみを用いて、切り替え時間を設定することもできる。

　図８に戻り、ステップＳ２３において、組電池制御部１５０は、充放電制限部１５３により、ステップＳ２１で算出した積算時間と、ステップＳ２２で設定した切り替え時間とを比較する。その結果、積算時間が切り替え時間よりも大きければステップＳ２４に進み、切り替え時間以下であればステップＳ２５に進む。

　ステップＳ２４において、組電池制御部１５０は、充放電制限部１５３により、組電池１１０に対する充放電制限を開始する。具体的には、前述の図６のステップＳ１６と同様に、制限後の充放電電流に応じた許容電力値を決定し、その値を単電池制御部１２１ａ、１２１ｂや車両制御部２００に出力することで、充放電時の組電池１１０の入出力電力が許容電力以下となるように制御する。なお、このとき制限後の充放電電流としては、ステップＳ１６における制限後の充放電電流よりも低い値とすることが好ましい。ステップＳ２４を実行したら、ステップＳ２５へ進む。

　以上説明したステップＳ２１～Ｓ２４の処理を組電池制御部１５０において実行することで、組電池１１０に対して第２段階の充放電制限を行うことができる。なお、前回以前の処理においてステップＳ２４が実行されており、既に第２段階の充放電制限を実施中である場合は、ステップＳ２１～Ｓ２４の処理をスキップしてもよい。

　図１１は、第１段階および第２段階の充放電制限の実施により実効電流が変化する様子の一例を示す図である。図１１に示すように、充放電制限が行われずに組電池１１０が通常に使用されている時刻Ｔｂまでの間は、実効電流が比較的に高いが、時刻Ｔｂにおいて第１段階の充放電制限が実施されると、その後は実効電流が低いレベルに抑えられていることが分かる。さらに、その後の時刻Ｔｃにおいて第２段階の充放電制限が実施されると、その後は実効電流がより一層低いレベルに抑えられていることが分かる。

　図８に戻り、ステップＳ２５において、組電池制御部１５０は、充放電制限部１５３により、ステップＳ２４で充放電制限を開始してからの経過時間を算出する。ここでは、たとえば組電池制御部１５０に内蔵されたタイマを用いて、充放電制限を開始してからの経過時間を算出することができる。あるいは、前述のＣＡＮを介した通信により、充放電制限を開始してからの経過時間の情報を図１の車両制御部２００から取得し、この情報に基づいて経過時間を算出してもよい。なお、充放電制限を開始した後に車両システムが停止しており、電池制御システム１２０が非動作状態であった場合は、その期間も含めて経過時間を算出することが好ましい。

　ステップＳ２６において、組電池制御部１５０は、充放電制限部１５３により、ステップＳ２５で算出した経過時間を所定の制限解除時間と比較する。ここでは、たとえば制限解除時間を１２時間として、ステップＳ２４で充放電制限を開始してからの経過時間が１２時間よりも長いか否かを判断する。その結果、充放電制限を開始してからの経過時間が制限解除時間（１２時間）以下であれば図８のフローチャートの処理を終了し、制限解除時間よりも長ければステップＳ２７に進む。

　ステップＳ２７において、組電池制御部１５０は、充放電制限部１５３により、ステップＳ２４で開始した組電池１１０に対する充放電制限を解除する。具体的には、ステップＳ２４で充放電制限を開始する前の許容電力値を単電池制御部１２１ａ、１２１ｂや車両制御部２００に出力することで、充放電時の組電池１１０の入出力電力に対する許容電力を元の状態に戻すように制御する。ステップＳ２７を実行したら、組電池制御部１５０は図８のフローチャートの処理を終了する。

　以上説明したステップＳ２５～Ｓ２７の処理を組電池制御部１５０において実行することで、組電池１１０に対して行った第２段階の充放電制限を解除することができる。なお、第２段階の充放電制限を実施中でない場合は、ステップＳ２５～Ｓ２７の処理をスキップしてもよい。

　図１２は、第２段階の充放電制限の解除により実効電流が変化する様子の一例を示す図である。図１２に示すように、時刻Ｔｄにおいて第２段階の充放電制限が実施されることで実効電流が抑えられた後、時刻Ｔｅにおいて電池制御システム１２０が停止状態になると、実効電流が０となることが分かる。また、その後の時刻Ｔｆにおいて、時刻Ｔｄからの経過時間が１２時間となって充放電制限が解除されると、再び実効電流が上昇することが分かる。

　以上説明した本発明の一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）電池制御システム１２０は、組電池１１０と接続され、組電池１１０の充放電を制御する。この電池制御システム１２０は、組電池１１０に流れる電流を検知して電流値を測定する電流検知部１３０と、組電池１１０の電圧を検知する電圧検知部１４０と、組電池１１０の温度を検知する温度検知部１２５と、組電池制御部１５０とを備える。組電池制御部１５０は、電流検知部１３０により測定された電流値に基づいて、所定のタイムウインドウにおける実効電流値を算出する実効電流値算出部１５１と、実効電流値算出部１５１により算出された実効電流値に基づいて、充放電電流を制限するための第１の充放電制限を行う充放電制限部１５３とを機能的に有する。このようにしたので、充放電電流が連続的に変化しながら組電池１１０が継続的に充放電している場合でも、実効電流値に基づいて充放電電流を制限することで、組電池１１０の性能劣化を確実に防止することができる。

（２）実効電流値算出部１５１は、第１のタイムウインドウにおける実効電流値を算出する（ステップＳ１２）と共に、第１のタイムウインドウとは異なる第２のタイムウインドウにおける実効電流値を算出する（ステップＳ１４）ことで、二つのタイムウインドウにおける実効電流値をそれぞれ算出する。充放電制限部１５３は、これらの実効電流値に基づいて、第１の充放電制限を行う（ステップＳ１３、Ｓ１５、Ｓ１６）。このようにしたので、タイムウインドウによって変化する実効電流の許容値を考慮して、適切な状況で第１の充放電制限を確実に行うことができる。

（３）組電池制御部１５０は、実効電流値が所定の許容値を超えた時間の積算値である積算時間を算出する積算時間算出部１５２をさらに機能的に有する。充放電制限部１５３は、この積算時間算出部１５２により算出された積算時間（ステップＳ２１）に基づいて、充放電電流をさらに制限するための第２の充放電制限を行う（ステップＳ２３、Ｓ２４）。このようにしたので、短期間に大きな充放電電流が流れるのを第１の充放電制限で抑制しても、それより長い期間で大きな充放電電流が断続的に流れてしまうような場合に、組電池１１０の性能劣化を防止することができる。

（４）充放電制限部１５３は、実効電流値の大きさに応じて積算時間に対するしきい値を設定する（ステップＳ２２）。このしきい値をステップＳ２３で積算時間と比較し、その比較結果に基づいて、ステップＳ２４で第２の充放電制限を行う。このようにしたので、実効電流値の大きさに応じて、第２の充放電制限を行うか否かを適切に判断することができる。

（５）充放電制限部１５３は、第２の充放電制限を開始してからの経過時間が所定の制限解除時間を超えたときに、第２の充放電制限を解除する（ステップＳ２５～Ｓ２７）。このようにしたので、第２の充放電制限を行った場合に、これを適切なタイミングで解除して元の状態に戻すことができる。

（６）電池制御システム１２０は、車両内の通信ネットワークであるＣＡＮに接続されている。充放電制限部１５３は、このＣＡＮを介して経過時間の情報を取得することもできる。このようにすれば、電池制御システム１２０がタイマ機能を有していなくても、適切なタイミングで第２の充放電制限を解除することができる。

　なお、図５に示した充放電制限に関する組電池制御部１５０の制御ブロックの一部または全部を車両制御部２００で実現してもよい。たとえば、実効電流値算出部１５１を組電池制御部１５０で実現し、積算時間算出部１５２および充放電制限部１５３を車両制御部２００で実現する。この場合、組電池制御部１５０は、実効電流値算出部１５１で算出した実効電流値の情報を車両制御部２００に送信する。車両制御部２００は、組電池制御部１５０から送信された実効電流値の情報を用いて、積算時間算出部１５２により、実効電流値が許容値を超えた積算時間を算出する。また、組電池制御部１５０から送信された実効電流値や、積算時間算出部１５２で算出された積算時間に基づいて、充放電制限部１５３により、第１の充放電制限や第２の充放電制限を行うか否かを判定し、その判定結果に応じて、これらの充放電制限を電池制御システム１２０に対して指示する。このようにしても、上記のような作用効果を奏することができる。

　以上説明した実施形態において、第１段階の充放電制限を行うための処理において実効電流値を算出するタイムウインドウの長さや、算出された実効電流値と比較するための許容値などは一例であり、他の値としてもよい。また、上記の実施形態では２種類のタイムウインドウについて実効電流値を算出することとしたが、１種類のタイムウインドウについてのみ実効電流値を算出し、図６のステップＳ１４、Ｓ１５の処理を省略してもよい。あるいは、３種類以上のタイムウインドウについて実効電流値を算出し、それぞれに対して定められた許容値と比較して、充放電制限を実施するか否かを判定してもよい。たとえば、１０秒～８時間までの間で任意の数および長さのタイムウインドウを選択し、各タイムウインドウについて実効電流値を算出して、それぞれの許容値との比較結果に基づいて第１段階の充放電制限を行うことができる。

　また、以上説明した実施形態において、第２段階の充放電制限を行うための処理において積算時間を算出する時間の長さや、算出された積算時間に対するしきい値としての切り替え時間の長さ、制限解除時間などは一例であり、他の値としてもよい。また、上記の実施形態では、第２段階の充放電制限を開始してからの経過時間を算出し、この経過時間を制限解除時間と比較することで第２段階の充放電制限を解除するか否かを判定することとしたが、第２段階の充放電制限を行った合計時間を算出し、この合計時間を制限解除時間と比較することで第２段階の充放電制限を解除するか否かを判定してもよい。この場合、充放電制限を開始した後に車両システムが停止しており、電池制御システム１２０が非動作状態であった場合は、その期間を除外して合計時間を算出することが好ましい。

　本発明は、上記の実施形態や変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

　また、上記の各構成や各機能は、それらの全部または一部を、例えば集積回路等を用いたハードウェアとして実現することもできるし、プロセッサにより実行されるプログラムやソフトウェアとして実現することもできる。各機能を実現するためのプログラムやテーブルなどの情報は、メモリやハードディスクなどの記憶装置、ＩＣカード、ＤＶＤなどの記憶媒体に格納することができる。

　次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
　日本国特許出願２０１３年第１６６７９９号（２０１３年８月９日出願）

　１００：電池システム、１１０：組電池、１１１：単電池、１１２ａ，１１２ｂ：単電池群、１２０：電池制御システム、１２１ａ，１２１ｂ：単電池制御部、１２２：電圧検出部、１２３：制御回路、１２４：信号入出力回路、１２５：温度検知部、１３０：電流検知部、１４０：電圧検知部、１５０：組電池制御部、１５１：実効電流値算出部、１５２：積算時間算出部、１５３：充放電制限部、１６０：信号通信路、１７０：絶縁素子、１８０：記憶部、２００：車両制御部、３００，３１０，３２０，３３０：リレー、４００：インバータ、４１０：モータジェネレータ、４２０：充電器

Claims (7)

1. 　電池と接続され、前記電池の充放電を制御する電池制御システムであって、
   　前記電池に流れる充放電電流を検知して電流値を測定する電流検知部と、
   　前記電池の電圧を検知する電圧検知部と、
   　前記電池の温度を検知する温度検知部と、
   　前記電流検知部により測定された電流値に基づいて、所定のタイムウインドウにおける実効電流値を算出する実効電流値算出部と、
   　前記実効電流値算出部により算出された実効電流値に基づいて、前記充放電電流を制限するための第１の充放電制限を行う充放電制限部と、を備える電池制御システム。
2. 　請求項１に記載の電池制御システムにおいて、
   　前記実効電流値算出部は、互いに異なる複数のタイムウインドウにおける複数の実効電流値をそれぞれ算出し、
   　前記充放電制限部は、前記複数の実効電流値に基づいて、前記第１の充放電制限を行う電池制御システム。
3. 　請求項１または２に記載の電池制御システムにおいて、
   　前記実効電流値が所定の許容値を超えた時間の積算値である積算時間を算出する積算時間算出部をさらに備え、
   　前記充放電制限部は、前記積算時間算出部により算出された積算時間に基づいて、前記充放電電流をさらに制限するための第２の充放電制限を行う電池制御システム。
4. 　請求項３に記載の電池制御システムにおいて、
   　前記充放電制限部は、前記実効電流値の大きさに応じて前記積算時間に対するしきい値を設定し、前記積算時間と前記しきい値の比較結果に基づいて、前記第２の充放電制限を行う電池制御システム。
5. 　請求項３または４に記載の電池制御システムにおいて、
   　前記充放電制限部は、前記第２の充放電制限を開始してからの経過時間または前記第２の充放電制限を行った合計時間が所定の制限解除時間を超えたときに、前記第２の充放電制限を解除する電池制御システム。
6. 　請求項５に記載の電池制御システムにおいて、
   　前記電池制御システムは、車両内の通信ネットワークに接続されており、
   　前記充放電制限部は、前記通信ネットワークを介して前記経過時間または前記合計時間の情報を取得する電池制御システム。
7. 　電池と接続され、前記電池の充放電を制御する電池制御システムと、
   　前記電池制御システムと接続された車両制御部と、を備え、
   　前記電池制御システムは、前記電池に流れる充放電電流を検知して電流値を測定する電流検知部と、前記電池の電圧を検知する電圧検知部と、前記電池の温度を検知する温度検知部と、前記電流検知部により測定された電流値に基づいて所定のタイムウインドウにおける実効電流値を算出する実効電流値算出部と、を有し、
   　前記車両制御部は、前記実効電流値算出部により算出された実効電流値に基づいて、前記充放電電流を制限するための第１の充放電制限を前記電池制御システムに対して指示する車両制御システム。

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