WO2021010113A1

WO2021010113A1 - 管理装置、及び電源システム

Info

Publication number: WO2021010113A1
Application number: PCT/JP2020/024754
Authority: WO
Inventors: 石井　洋平
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2019-07-18
Filing date: 2020-06-24
Publication date: 2021-01-21
Also published as: CN114080331A; CN114080331B; US20220355700A1; JPWO2021010113A1

Abstract

複数の直列セル群が並列接続された蓄電用の並列システムを管理する管理装置において、制御部（１６）は、複数の直列セル群にそれぞれ流れる電流の偏差を導出し、導出した電流偏差をもとに、並列システム全体の充電電流もしくは充電電力の上限値、または並列システム全体の放電電流もしくは放電電力の上限値を算出する。制御部（１６）は、電流偏差の導出時の条件に応じて、上限値に係数α（０≦α≦１）を掛けて、上限値を調整する。

Description

管理装置、及び電源システム

　本発明は、複数の直列セル群が並列接続された蓄電用の並列システムを管理する管理装置、及び電源システムに関する。

　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。これらの電動車両にはキーデバイスとして、二次電池が搭載される。

　電池の容量を増加させるために、複数の電池モジュールを並列接続した並列システムが構築されることがある。各電池モジュールは、直列接続された複数のセルを含む。並列接続された電池モジュール間において、各電池モジュールに含まれるセルの種類・数が同じであっても、セルの電圧差、容量差、温度差などにより、セルの内部抵抗が異なることがある。この場合、電池モジュール間に抵抗差が発生し、電池モジュール間に電流ばらつきが発生する。電池モジュール間に電流ばらつきが発生すると、特定の電池モジュールに電流が集中し、当該電池モジュールの最大許容電流を超過する可能性がある。

　これに対して、並列接続された電池システムにて、充放電開始前は内部抵抗を用い、充放電開始後は電流の計測値を用いて電流偏差を算出し、各電池モジュールの上限電流を超過しないように電池システム全体の上限電力を設定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、並列接続された二次電池にて、二次電池間の抵抗ばらつきやＯＣＶ（Open Circuit Voltage）差を考慮して、並列接続された二次電池に分散して流れる電流のうちの最大電流を推定する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

国際公開第２０１９／０４９５７１号特開２０１８－１２９１９０号公報

　しかしながら、内部抵抗やＯＣＶを用いて電池の内部状態を常時、高精度に推定することは難しい。また電流の計測値を用いる場合においても、並列接続されたシステム全体に流れる電流が小さい場合、電流センサの計測誤差の影響が大きくなる。また、電流の変動が激しい場合、計測系の応答時間の遅延の影響を受ける。特に車載用途では、電流が短時間に大きく変動することがある。

　並列間の電流偏差の予測に誤差が含まれる場合、並列システム全体の上限値の範囲内で充放電していても、並列システムを構成する特定の直列モジュールに最大許容電流を超過する電流が流れる可能性がある。

　本開示はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、並列システムを構成する各直列モジュールに最大許容電流を超過する電流が流れることを防止しつつ、並列システム全体の電流または電力の上限値をできるだけ高く維持す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、本開示のある態様の管理装置は、複数の直列セル群が並列接続された蓄電用の並列システムを管理する管理装置であって、並列システム内のセルの電圧、電流、温度を計測する計測部と、複数の直列セル群にそれぞれ流れる電流の偏差を導出し、導出した電流偏差をもとに、並列システム全体の充電電流もしくは充電電力の上限値、または並列システム全体の放電電流もしくは放電電力の上限値を算出する制御部と、を備える。制御部は、電流偏差の導出時の条件に応じて、上限値に係数α（０≦α≦１）を掛けて、上限値を調整する。

　なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本開示の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

　本開示によれば、並列システムを構成する各直列モジュールに最大許容電流を超過する電流が流れることを防止しつつ、並列システム全体の電流または電力の上限値をできるだけ高く維持することができる。

実施の形態に係る電源システムを搭載した電動車両を説明するための図である。上限電流値の設定処理の流れを示すフローチャートである。電流偏差をセルの内部状態から推定する場合において、係数αの算出に使用するテーブルの一例を示す図である。電流偏差を電流計測値から導出する場合において、係数αの算出に使用するテーブルの一例を示す図である。

　図１は、実施の形態に係る電源システム１０を搭載した電動車両１を説明するための図である。電動車両１は、外部に設置された充電器３から充電が可能なＥＶを想定する。

　電源システム１０は、第１リレーＲＹ１及びインバータ４０を介してモータ５０に接続される。インバータ４０は力行時、電源システム１０から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ５０に供給する。回生時、モータ５０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１０に供給する。モータ５０は三相交流モータであり、力行時、インバータ４０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４０に供給する。

　車両ＥＣＵ３０は電動車両１全体を制御する。車両ＥＣＵ３０は例えば、統合型のＶＣＭ（Vehicle Control Module）で構成されていてもよい。第１リレーＲＹ１は、電源システム１０とインバータ４０を繋ぐ配線間に挿入されるコンタクタである。車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０は、走行時、第１リレーＲＹ１をオン状態（閉状態）に制御し、電源システム１０と電動車両１の動力系を電気的に接続する。車両ＥＣＵ３０は非走行時、原則として第１リレーＲＹ１をオフ状態（開状態）に制御し、電源システム１０と電動車両１の動力系を電気的に遮断する。なおリレーの代わりに、半導体スイッチなどの他の種類のスイッチを用いてもよい。

　電源システム１０は、電動車両１の外に設置された充電器３と充電ケーブル４で接続することにより商用電力系統２から充電することができる。充電器３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。充電器３は商用電力系統２に接続され、充電ケーブル４を介して電動車両１内の電源システム１０を充電する。電動車両１において、電源システム１０と充電器３を繋ぐ配線間に第２リレーＲＹ２が挿入される。なおリレーの代わりに、半導体スイッチなどの他の種類のスイッチを用いてもよい。車両ＥＣＵ３０は充電開始前に、第２リレーＲＹ２をオン状態（閉状態）に制御し、充電終了後にオフ状態（開状態）に制御する。

　一般的に、普通充電の場合は交流で、急速充電の場合は直流で充電される。交流で充電される場合、第２リレーＲＹ２と電源システム１０との間に挿入されるＡＣ／ＤＣコンバータ（不図示）により、交流電力が直流電力に変換される。

　電源システム１０は、並列接続された複数の直列モジュールＭ１－Ｍ３と、複数の直列モジュールＭ１－Ｍ３を管理する管理装置を備える。管理装置は、複数の直列モジュールＭ１－Ｍ３を管理する制御系の構成要素の総称であり、本実施の形態では、電圧計測部１３ａ－１３ｃ、温度計測部１４ａ－１４ｃ、電流計測部１５ａ－１５ｃ及び制御部１６を含む。

　各直列モジュールＭ１、Ｍ２、Ｍ３は、直列接続された複数のＥ１１－Ｅ１ｎ、Ｅ２１－Ｅ２ｎ、Ｅ３１－Ｅ３ｎを含む。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。

　各直列モジュールのセルの直列数は、モータ５０の駆動電圧に応じて決定される。例えば、４００Ｖ以上の高圧の電源システム１０が構築される場合もあれば、６０Ｖ未満の低圧の電源システム１０が構築される場合もある。また直列モジュールの並列数は、電動車両１の必要容量に応じて決定される。図１では３つの直列モジュールＭ１、Ｍ２、Ｍ３が並列接続される例を示しているが、３並列に限るものではない。航続距離を伸ばすために、より多くの直列モジュールが並列接続されてもよい。

　管理装置を構成する電圧計測部１３ａ－１３ｃ、温度計測部１４ａ－１４ｃ、電流計測部１５ａ－１５ｃ及び制御部１６は、１つの制御基板に実装されてもよいし、複数の制御基板に実装されてもよい。例えば、直列モジュールごとに制御基板が設けられ、それぞれの制御基板に電圧計測部１３、温度計測部１４及び電流計測部１５がそれぞれ設けられてもよい。制御部１６は、それらの制御基板と別の制御基板に実装されてもよいし、それらの制御基板のいずれか１つに実装されてもよい。なお、各直列モジュールの制御基板にそれぞれ制御部が実装されていてもよい。例えば、直列モジュールと制御基板が着脱可能な可搬式の電池パック内に収納されている場合、各電池パックの制御基板には制御部が実装される。この場合には、並列接続された電池パック全体を制御する制御部が実装され、各電池パックからの情報を集めて全体の制御を行う。

　第１直列モジュールＭ１を構成する複数のセルＥ１１－Ｅ１ｎと直列にシャント抵抗Ｒｓ１が接続される。シャント抵抗Ｒｓ１は電流検出素子として機能する。なおシャント抵抗Ｒｓ１の代わりにホール素子を用いてもよい。また複数のセルＥ１１－Ｅ１ｎの温度を検出するための複数の温度センサＴ１１、Ｔ１２が設置される。温度センサは第１直列モジュールＭ１に１つ設置されてもよいし、複数設置されてもよい。温度センサＴ１１、Ｔ１２には例えば、サーミスタを使用することができる。

　直列接続された複数のセルＥ１１－Ｅ１ｎの各ノードと、電圧計測部１３ａとの間は複数の電圧線で接続される。電圧計測部１３ａは、隣接する２本の電圧線間の電圧をそれぞれ計測することにより、各セルＥ１１－Ｅ１ｎの電圧を計測する。電圧計測部１３ａは、計測した各セルＥ１１－Ｅ１ｎの電圧を、通信線を介して制御部１６に送信する。

　電圧計測部１３ａは、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）または汎用のアナログフロントエンドＩＣで構成することができる。電圧計測部１３ａはマルチプレクサ、Ａ／Ｄ変換器、及び通信回路を含む。マルチプレクサは、隣接する２本の電圧線間の電圧を上から順番にＡ／Ｄ変換器に出力する。Ａ／Ｄ変換器は、マルチプレクサから入力されるアナログ電圧をデジタル値に変換する。通信回路は、変換されたデジタル値を、通信線を介して制御部１６に送信する。

　温度計測部１４ａは分圧抵抗、Ａ／Ｄ変換器、及び通信回路を含む。Ａ／Ｄ変換器は、複数の温度センサＴ１、Ｔ２と複数の分圧抵抗によりそれぞれ分圧された複数のアナログ電圧を順次、デジタル値に変換する。通信回路は、変換されたデジタル値を、通信線を介して制御部１６に送信する。制御部１６は当該デジタル値をもとに複数のセルＥ１１－Ｅ１ｎの温度を推定する。例えば制御部１６は、各セルＥ１１－Ｅ１ｎの温度を、各セルＥ１１－Ｅ１ｎに最も隣接する温度センサＴ１１、Ｔ１２で計測された値をもとに推定する。

　電流計測部１５は差動アンプ、Ａ／Ｄ変換器、及び通信回路を含む。差動アンプはシャント抵抗Ｒｓ１の両端電圧を増幅してＡ／Ｄ変換器に出力する。Ａ／Ｄ変換器は、差動アンプから入力されるアナログ電圧をデジタル値に変換する。通信回路は、変換されたデジタル値を、通信線を介して制御部１６に送信する。制御部１６は当該デジタル値をもとに第１直列モジュールＭ１に流れる電流を推定する。

　第２直列モジュールＭ２のセルＥ２１－Ｅ２ｎの電圧、温度、及び電流、並びに第３直列モジュールＭ３のセルＥ３１－Ｅ３ｎの電圧、温度、及び電流も、第１直列モジュールＭ１のセルＥ１１－Ｅ１ｎの電圧、温度、及び電流と同様に計測され、制御部１６に送信される。

　制御部１６はマイクロコンピュータ及び不揮発メモリ（例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、フラッシュメモリ）により構成することができる。制御部１６と車両ＥＣＵ３０間は、車載ネットワークにより接続される。車載ネットワークとして例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）やＬＩＮ（Local Interconnect Network）を使用することができる。

　制御部１６は、電圧計測部１３ａ－１３ｃ、温度計測部１４ａ－１４ｃ及び電流計測部１５ａ－１５ｃにより計測された複数のセルＥ１１－Ｅ１ｎ、Ｅ２１－Ｅ２ｎ、Ｅ３１－Ｅ３ｎの電圧、温度、及び電流をもとに、複数のセルＥ１１－Ｅ１ｎ、Ｅ２１－Ｅ２ｎ、Ｅ３１－Ｅ３ｎの状態を管理する。

　制御部１６は、複数のＥ１１－Ｅ１ｎ、Ｅ２１－Ｅ２ｎ、Ｅ３１－Ｅ３ｎのそれぞれのＳＯＣ(State Of Charge)及びＳＯＨ(State Of Health）を推定する。制御部１６は、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）法と電流積算法を組み合わせて、ＳＯＣを推定する。ＯＣＶ法は、電圧計測部１３ａ－１３ｃにより計測される各セルＥ１１－Ｅ１ｎ、Ｅ２１－Ｅ２ｎ、Ｅ３１－Ｅ３ｎのＯＣＶと、ＳＯＣ－ＯＣＶカーブをもとにＳＯＣを推定する方法である。電流積算法は、各セルＥ１１－Ｅ１ｎ、Ｅ２１－Ｅ２ｎ、Ｅ３１－Ｅ３ｎの充放電開始時のＯＣＶと、電流計測部１５ａ－１５ｃにより計測される電流の積算値をもとにＳＯＣを推定する方法である。電流積算法は、充放電時間が長くなるにつれて、電流計測部１５ａ－１５ｃの計測誤差が累積していく。従って、ＯＣＶ法により推定されたＳＯＣを用いて、電流積算法により推定されたＳＯＣを補正する必要がある。

　ＳＯＨは、初期のＦＣＣ(Full Charge Capacity）に対する現在のＦＣＣ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、完全充放電による容量計測により求めてもよいし、保存劣化とサイクル劣化を合算することにより求めてもよい。保存劣化はＳＯＣ、温度、及び保存劣化速度をもとに推定することができる。サイクル劣化は、使用するＳＯＣ範囲、温度、電流レート、及びサイクル劣化速度をもとに推定することができる。保存劣化速度およびサイクル劣化速度は、予め実験やシミュレーションにより導出することができる。ＳＯＣ、温度、ＳＯＣ範囲、及び電流レートは計測により求めることができる。

　またＳＯＨは、セルの内部抵抗との相関関係をもとに推定することもできる。セルの内部抵抗は、セル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、当該電流値で割ることにより算出することができる。またセルの内部抵抗は、予め実験やシミュレーションにより得られた当該セルの内部抵抗と、ＳＯＣ、温度、ＳＯＨの組み合わせとの関係が記述されたマップを参照して推定することもできる。セルの内部抵抗は基本的に、温度が上がるほど低下し、ＳＯＨが低下するほど増加する関係にある。

　制御部１６は、複数の直列モジュールＭ１－Ｍ３で構成される並列システム全体に流れる電流を計測する。各直列モジュールＭ１－Ｍ３に流れる電流の計測値を合算して求めてよいし、放電電流の合流後（充電電流の分岐前）の電流経路に電流センサを設けて、当該電流センサにより計測される値を使用してもよい。

　制御部１６は、複数の直列モジュールＭ１－Ｍ３にそれぞれ流れる電流の偏差を導出し、導出した電流偏差をもとに、並列システム全体の充電電流及び放電電流の上限値を算出する。なお、充電電流及び放電電流の上限値の代わりに、充電電力及び放電電力の上限値を算出してもよい。制御部１６は、当該電流偏差を、複数の直列モジュールＭ１－Ｍ３の内部状態からの予測に基づき、または、複数の直列モジュールＭ１－Ｍ３に流れる電流の計測値から導出する。以下、具体的に説明する。

　制御部１６は、直列モジュールの放電用ＳＯＰ（State Of Power）および充電用ＳＯＰを決定する。直列モジュールの放電用ＳＯＰは、直列モジュールから放電可能な最大電力を示し、直列モジュールの充電用ＳＯＰは、直列モジュールに対して充電可能な最大電力を示す。放電用ＳＯＰは、直列モジュールが下限電圧に到達するとゼロになり、充電用ＳＯＰは、直列モジュールが上限電圧に到達するとゼロになる。

　ＳＯＰは、予め実験やシミュレーションにより得られたＳＯＣとＳＯＰの関係が記述されたテーブルを参照して推定することができる。ＳＯＰは、ＳＯＨの低下に従い減少する。従って、テーブル参照により特定した初期のＳＯＰに現在のＳＯＨを掛けることにより現在のＳＯＰを推定することができる。

　直列モジュールのＳＯＰは、簡易的に直列モジュールＭ１の最大定格電力と等しいものと扱ってもよい。その場合、直列モジュール単体において放電終止時（ＳＯＣ＝０％）の直列モジュールの放電用ＳＯＰを０に設定し、例えばＳＯＣ＝２％となった時点で、放電用ＳＯＰを直列モジュールの最大定格電力と等しい値に復帰させる。また、満充電時（ＳＯＣ＝１００％）の直列モジュールの充電用ＳＯＰを０に設定し、例えばＳＯＣ＝９８％となった時点で、直列モジュールの充電用ＳＯＰを直列モジュールの最大定格電力と等しい値に復帰させる。また、充電方式が疑似ＣＣ／ＣＶの場合、充電用ＳＯＰを直列モジュールの最大定格電力から小さい値に絞っていく場合もある。

　制御部１６は、並列接続された複数の直列モジュールＭ１－Ｍ３全体の放電用ＳＯＰ（以下、放電用システムＳＯＰという）、及び複数の直列モジュールＭ１－Ｍ３全体の充電用ＳＯＰ（以下、充電用システムＳＯＰという）を算出する。複数の直列モジュールＭ１－Ｍ３間のＳＯＰと電流値が理想的に同じであれば、システムＳＯＰはモジュールＳＯＰに並列接続数（図１の例では３）を掛けた値になる。これに対して、複数の直列モジュールＭ１－Ｍ３間の電流偏差が大きくなるほど、システムＳＯＰは低下する。

　そのため、システムＳＯＰは下記（式１）－（式４）により算出することができる。
　放電用システムＳＯＰ＝ｍｉｎ（放電用システムＳＯＰｎ）　・・・（式１）
　放電用システムＳＯＰｎ＝放電用モジュールＳＯＰｎ×Ｉ／Ｉｎ　・・・（式２）
　充電用システムＳＯＰ＝ｍｉｎ（充電用システムＳＯＰｎ）　・・・（式３）
　充電用システムＳＯＰｎ＝充電用モジュールＳＯＰｎ×Ｉ／Ｉｎ　・・・（式４）
　Ｉｎは、第ｎ直列モジュールに流れる電流、
　Ｉは、並列接続された複数の直列モジュールに流れる電流の合計（システム電流）。

　放電用システムＳＯＰ及び充電用システムＳＯＰを算出するには、各直列モジュールＭ１－Ｍ３に流れる電流の値が必要である。電源システム１０が充放電していない状態では、各直列モジュールＭ１－Ｍ３に流れる電流の値を計測することができない。その場合、各直列モジュールＭ１－Ｍ３の内部状態から電流偏差を予測する必要がある。

　制御部１６は、直列モジュールごとに、直列モジュールに含まれる複数のセルの内部抵抗を合成して直列モジュールの内部抵抗を推定し、直列モジュールに含まれる複数のセルのＯＣＶを合成して直列モジュールのＯＣＶを推定する。制御部１６は、各直列モジュールＭ１－Ｍ３の内部抵抗およびＯＣＶから各直列モジュールに流れる電流を予測する。

　各直列モジュールに流れると予測される電流は、下記（式５）－（式７）に記載の連立方程式を解くことにより算出することができる。下記（式５）－（式７）では、並列接続される直列モジュールの数をｍ個としている。電流が流れていないときは、各直列モジュールのＯＣＶ１、ＯＣＶ２、ＯＣＶ３、・・・、ＯＣＶｍと、各直列モジュールの内部抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、・・・、Ｒｍが既知であり、各直列モジュールの電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、・・・、Ｖｍと、各直列モジュールに流れる電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、・・・、Ｉｍが未知である。

　Ｖ１＝ＯＣＶ１＋Ｉ１×Ｒ１、Ｖ２＝ＯＣＶ２＋Ｉ２×Ｒ２、Ｖ３＝ＯＣＶ３＋Ｉ３×Ｒ３、・・・、Ｖｍ＝ＯＣＶｍ＋Ｉｍ×Ｒｍ　・・・（式５）
　Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖ３・・・＝Ｖｍ　・・・（式６）
　Ｉ＝Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３・・・＋Ｉｍ　・・・（式７）

　上記（式５）－（式７）に記載の連立方程式を解くことにより、各直列モジュールに流れると予測される電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、・・・、Ｉｍを算出することができる。下記（式８）、（式９）では、電流Ｉ１、Ｉｍの算出式を示しているが、電流Ｉ２、Ｉ３、・・・、Ｉ（ｍ－１）も同様に算出可能である。

　Ｉ１＝（Ｉ－（（ＯＣＶ１－ＯＣＶ２）／Ｒ２）－（（ＯＣＶ１－ＯＣＶ３）／Ｒ３）－・・・－（（ＯＣＶ１－ＯＣＶｍ）／Ｒｍ））／（１＋Ｒ１／Ｒ２＋Ｒ１／Ｒ３＋・・・＋Ｒ１／Ｒｍ）　・・・（式８）
　Ｉｍ＝Ｉ１＊Ｒ１／Ｒｍ＋（（ＯＣＶ１－ＯＣＶｍ）／Ｒｍ）　・・・（式９）

　制御部１６は、算出した放電用システムＳＯＰ及び充電用システムＳＯＰを、並列システム全体の放電電力及び充電電力の上限値に設定する。なお制御部１６は、算出した放電用システムＳＯＰ及び充電用システムＳＯＰを、並列システム全体の端子間電圧で割って、並列システム全体の放電電流及び充電電流の上限値を導出してもよい。並列システム全体の端子間電圧は、直列接続された複数のセルの電圧を加算して求めてもよいし、並列システムの両端に電圧センサを接続して、当該電圧センサにより計測される値を使用してもよい。

　制御部１６は、当該電流偏差の導出時の条件に応じて、当該上限値に係数α（０≦α≦１）を掛けて、当該上限値を調整する。その際、制御部１６は、当該電流偏差の信頼度が低いほど、係数αを低く設定する。

　図２は、上限電流値の設定処理の流れを示すフローチャートである。制御部１６は、並列システム全体に流れる電流を計測する（Ｓ１０）。なお、充放電中でない場合は、計測値は０である。制御部１６は、並列システムの全体電流の計測値の絶対値と、所定の設定値を比較する（Ｓ１１）。所定の設定値は０Ａに設定されてもよいし、低電流の値（例えば、０．５Ａ）に設定されてもよい。上述したように全体電流が低い場合、電流センサの計測誤差の影響が大きくなり、導出する電流偏差の信頼度が低くなる。

　全体電流の計測値の絶対値が設定値以下のとき（Ｓ１１のＮ）、制御部１６は、複数の直列モジュールＭ１－Ｍ３の電流偏差を、複数の直列モジュールＭ１－Ｍ３内のセルＥ１１－Ｅ１ｎ、Ｅ２１－Ｅ２ｎ、Ｅ３１－Ｅ３ｎの内部状態からの予測に基づき導出する（Ｓ１２ａ）。制御部１６は、複数の直列モジュールＭ１－Ｍ３内のセルＥ１１－Ｅ１ｎ、Ｅ２１－Ｅ２ｎ、Ｅ３１－Ｅ３ｎの内部状態から、係数αを算出する（Ｓ１３ａ）。

　全体電流の計測値の絶対値が設定値を超えるとき（Ｓ１１のＹ）、制御部１６は、複数の直列モジュールＭ１－Ｍ３の電流偏差を、複数の直列モジュールＭ１－Ｍ３の電流計測値に基づき導出する（Ｓ１２ｂ）。制御部１６は、複数の直列モジュールＭ１－Ｍ３の電流計測値に基づき、係数αを算出する（Ｓ１３ｂ）。電流計測値には、直近の瞬時値を使用してもよいし、直近所定時間の平均値を使用してもよい。なお、並列システム全体の電流計測値には、複数の直列モジュールＭ１－Ｍ３の直近所定時間の重み付け和を使用してもよい。

　図３は、電流偏差をセルの内部状態から推定する場合において、係数αの算出に使用するテーブルの一例を示す図である。図４は、電流偏差を電流計測値から導出する場合において、係数αの算出に使用するテーブルの一例を示す図である。図３、図４に示すテーブルでは、セルの内部状態から推定する場合（予測手法が内部状態推定）の電流偏差の信頼度は０．９５になり、電流計測値から導出する場合（予測手法が電流計測値）の電流偏差の信頼度は１．００になる。即ち、電流偏差の信頼度は、電流計測値から導出する場合より、セルの内部状態から推定する場合の方が低くなる。

　どちらの予測手法でも、ＳＯＨが低いほど電流偏差の信頼度が低くなる。制御部１６は例えば、並列システムのＳＯＨを、全セルのＳＯＨの平均値または最低値に決定してもよい。また、直列モジュールごとのＳＯＨを決定し、全直列モジュールのＳＯＨの平均値または最低値に決定してもよい。図３、図４に示す例では、ＳＯＨが９０％を超える範囲では信頼度が１．００になり、８０－９０％の範囲では０．９５になり、８０％未満の範囲では０．９０になる。

　どちらの予測手法でも、最低温度が低いほど電流偏差の信頼度が低くなる。制御部１６は例えば、並列システムの最低温度を、全セルの温度の内、最低の温度に決定してもよい。また、直列モジュールごとの平均温度を決定して、全直列モジュールの平均温度の内、最低の温度に決定してもよい。図３、図４に示す例では、最低温度が５℃を超える範囲では信頼度が１．００になり、０－５℃の範囲では０．９０になり、０℃未満の範囲では０．８０になる。

　電流偏差をセルの内部状態から推定する場合、ＳＯＣが所定の範囲を逸脱しているとき、電流偏差の信頼度が低くなる。制御部１６は例えば、並列システムのＳＯＣを、並列システム全体の満充電容量と、各セルのＳＯＣをもとに決定する。図３に示す例では、ＳＯＣが９５％を超える範囲および１０％未満の範囲では信頼度が０．９５になり、１０－９５％の範囲では１．００になる。

　電流偏差を電流計測値から導出する場合、電流計測値の絶対値が低いほど電流偏差の信頼度が低くなる。図４に示す例では、並列システム全体に流れる電流の計測値が５０Ａを超える範囲では信頼度が１．００になり、５－５０Ａの範囲では０．９５になり、５Ａ未満の範囲では０．９０になる。

　電流偏差を電流計測値から導出する場合、電流計測値の変化が大きいほど電流偏差の信頼度が低くなる。図４に示す例では、電流計測値の変化が０．８を超える範囲では信頼度が１．００になり、０．５－０．８の範囲では０．９０になり、０．５未満の範囲では０．８０になる。当該電流変化を示す指標は、過去２秒の電流計測値の最小値／最大値で算出している。従って、この指標では過去２秒の電流変化が小さいほど１．０に近づき、大きいほど０．０に近づく。

　以下、電流偏差をセルの内部状態から推定する場合の係数αの算出例を示す。並列システムの電流計測値が０Ａ（予測手法が内部状態推定）、ＳＯＨが９３％、最低温度が３℃、ＳＯＣが５０％の場合、図３を参照すると各信頼度が０．９５、０．９５、０．９０、１．００になる。係数αを各信頼度の最低値とした場合、係数αは０．９０となる。係数αを各信頼度の乗算値とした場合、係数αは０．８１となる。係数αを各信頼度の平均値とした場合、係数αは０．９５となる。なお係数αを、各信頼度の重み付け平均値としてもよい。

　次に、電流偏差を電流計測値から導出する場合の係数αの算出例を示す。並列システムの電流計測値が８０Ａ、電流変化が０．７８、ＳＯＨが９３％、最低温度が２８℃の場合、図４を参照すると各信頼度が１．００、０．９０、０．９５、１．００になる。係数αを各信頼度の最低値とした場合、係数αは０．９０となる。係数αを各信頼度の乗算値とした場合、係数αは０．８６となる。係数αを各信頼度の平均値とした場合、係数αは０．９６となる。なお、係数αを各信頼度の重み付け平均値としてもよい。なお、信頼度の最低値と乗算値を比較し、大きいほうを選択する実装でもよい。

　図３、図４に示したパラメータは一例であり、用途やシステム系によって適宜変更することができる。例えば、直列モジュール間の温度差をパラメータとして使用してもよい。直列モジュール間の温度差が大きいほど電流偏差の信頼度を低く設定する。

　また図３、図４では、テーブルに予め定義された条件によって信頼度を設定したが、重回帰分析により生成された信頼度導出関数（モデル）に基づき信頼度を設定してもよい。この信頼度導出関数（モデル）は、実際に計測された電流偏差を教師データとして、機械学習により更新されていってもよい。

　図２に戻る。制御部１６は、導出した電流偏差をもとに、並列システム全体の上限電流値を算出する（Ｓ１４）。制御部１６は算出した上限電流値に、算出した係数αを掛けて、上限電流値を調整する（Ｓ１５）。電流偏差の信頼度が高い場合は上限電流値の低下が小さくなり、信頼度が低いほど上限電流値の低下が大きくなる。

　制御部１６は、調整後の上限電流値を、車載ネットワーク２０を介して車両ＥＣＵ３０に通知する（Ｓ１６）。車両ＥＣＵ３０は、制御部１６から受信した上限電流値をインバータ４０に設定する。なおインバータ４０と第１リレーＲＹ１との間にＤＣ／ＤＣコンバータが設置され、当該ＤＣ／ＤＣコンバータにより電流が制御されている場合は、車両ＥＣＵ３０は受信した上限電流値を当該ＤＣ／ＤＣコンバータに設定する。インバータ４０又は当該ＤＣ／ＤＣコンバータは、設定された上限電流値の範囲内で電流を制御する。

　以上に説明したステップＳ１０－ステップＳ１６の処理は、電源システム１０の稼働中（Ｓ１７のＮ）、繰り返し実行される。

　以上説明したように本実施の形態によれば、電流偏差の導出時の信頼度が低いほど、並列システム全体の上限電流値を抑制する。これにより、各直列モジュールに最大許容電流を超過する電流が流れることを防止しつつ、並列システム全体の上限電流値をできるだけ高く維持することができる。従って、利便性と電池保護を両立することができる。電流が急変しやすい車載用途においても、電流変化が大きいほど上限電流値が抑制される仕組みになっているため、１つの直列モジュールに最大許容電流を超過する電流が流れることを防止することができる。

　以上、本開示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開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

　上述の実施の形態では、電源システム１０を電動車両１に搭載して使用する例を説明した。この点、電源システム１０は車載用途以外の用途にも適用できる。例えば、定置型蓄電システムにも適用可能である。この場合、パワーコンディショナが上限電流値の範囲内で並列システムを運転する。また、サーバ、ＰＣ、スマートフォン等の情報機器の電源にも適用可能である。

　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］
　複数の直列セル群（Ｍ１－Ｍ３）が並列接続された蓄電用の並列システムを管理する管理装置であって、
　前記並列システム内のセルの電圧、電流、温度を計測する計測部（１３－１５）と、
　前記複数の直列セル群（Ｍ１－Ｍ３）にそれぞれ流れる電流の偏差を導出し、導出した電流偏差をもとに、前記並列システム全体の充電電流もしくは充電電力の上限値、または前記並列システム全体の放電電流もしくは放電電力の上限値を算出する制御部（１６）と、を備え、
　前記制御部（１６）は、前記電流偏差の導出時の条件に応じて、前記上限値に係数α（０≦α≦１）を掛けて、前記上限値を調整することを特徴とする管理装置。
　これによれば、並列システム全体の上限値を、電流偏差の導出時の条件に応じて、適切に設定することができる。
［項目２］
　前記制御部（１６）は、前記導出した電流偏差の信頼度が低いほど、前記係数αを低く設定することを特徴とする項目１に記載の管理装置。
　これによれば、電流偏差の信頼度が低いほど上限値を抑制し、並列システムを構成する直列セル群を保護することができる。
［項目３］
　前記制御部（１６）は、
　前記並列システム全体に流れる電流の計測値の絶対値が設定値より大きいとき、前記電流偏差を、前記複数の直列セル群（Ｍ１－Ｍ３）にそれぞれ流れる電流の計測値から導出し、
　前記並列システム全体に流れる電流の計測値の絶対値が前記設定値以下の場合、前記電流偏差を、前記複数の直列セル群（Ｍ１－Ｍ３）の内部状態からの予測に基づき導出し、
　前記制御部（１６）は、前記複数の直列セル群（Ｍ１－Ｍ３）にそれぞれ流れる電流の計測値から導出する場合より、前記複数の直列セル群（Ｍ１－Ｍ３）の内部状態からの予測に基づき導出する場合の前記係数αを低く設定することを特徴とする項目１に記載の管理装置。
　これによれば、電流偏差を内部状態からの予測に基づき導出している場合は、上限値を抑制し、並列システムを構成する直列セル群を保護することができる。
［項目４］
　前記制御部（１６）は、前記電流偏差を、前記複数の直列セル群（Ｍ１－Ｍ３）にそれぞれ流れる電流の計測値から導出し、
　前記制御部（１６）は、計測される電流の変化値が大きいほど、前記係数αを低く設定することを特徴とする項目１から３のいずれか１項に記載の管理装置。
　これによれば、電流の変化値が大きいほど上限値を抑制し、並列システムを構成する直列セル群を保護することができる。
［項目５］
　前記制御部（１６）は、前記電流偏差を、前記複数の直列セル群（Ｍ１－Ｍ３）にそれぞれ流れる電流の計測値から導出し、
　前記制御部（１６）は、計測される電流の絶対値が小さいほど、前記係数αを低く設定することを特徴とする項目１から４のいずれか１項に記載の管理装置。
　これによれば、電流計測値の絶対値が大きいほど上限値を抑制し、並列システムを構成する直列セル群を保護することができる。
［項目６］
　前記制御部（１６）は、前記電流偏差を、前記複数の直列セル群（Ｍ１－Ｍ３）の内部状態からの予測に基づき導出し、
　前記制御部（１６）は、前記複数の直列セル群（Ｍ１－Ｍ３）のＳＯＣが所定の範囲を逸脱しているとき、前記係数αを低く設定することを特徴とする項目１から３のいずれか１項に記載の管理装置。
　これによれば、ＳＯＣ範囲が所定の範囲を逸脱している場合は、上限値を抑制し、並列システムを構成する直列セル群を保護することができる。
［項目７］
　前記制御部（１６）は、前記複数の直列セル群（Ｍ１－Ｍ３）のＳＯＨが低いほど、前記係数αを低く設定することを特徴とする項目１から６のいずれか１項に記載の管理装置。
　これによれば、ＳＯＨが低いほど上限値を抑制し、並列システムを構成する直列セル群を保護することができる。
［項目８］
　前記制御部（１６）は、前記複数の直列セル群（Ｍ１－Ｍ３）の温度が低いほど、前記係数αを低く設定することを特徴とする項目１から７のいずれか１項に記載の管理装置。
　これによれば、温度が低いほど上限値を抑制し、並列システムを構成する直列セル群を保護することができる。
［項目９］
　複数の直列セル群（Ｍ１－Ｍ３）が並列接続された蓄電用の並列システムと、
　前記並列システムを管理する項目１から８のいずれか１項に記載の管理装置と、
　を備えることを特徴とする電源システム（１０）。
　これによれば、並列システム全体の上限値が、電流偏差の導出時の条件に応じて、適切に設定された電源システム（１０）を構築することができる。
［項目１０］
　前記電源システム（１０）は、電動車両（１）に搭載され、
　前記管理装置は、前記上限値を前記電動車両内の車両制御部（１６）に通知することを特徴とする項目９に記載の電源システム（１０）。
　これによれば、並列システム全体の上限値が、電流偏差の導出時の条件に応じて、適切に設定された車載用の電源システム（１０）を構築することができる。

　１　電動車両、　２　商用電力系統、　３　充電器、　４　充電ケーブル、　１０　電源システム、　Ｍ１－Ｍ３　直列モジュール、　１２　管理部、　１３ａ，１３ｂ，１３ｃ　電圧計測部、　１４ａ，１４ｂ，１４ｃ　温度計測部、　１５ａ，１５ｂ，１５ｃ　電流測定部、　１６　制御部、　Ｅ１１－Ｅ１ｎ，Ｅ２１－Ｅ２ｎ，Ｅ３１－Ｅ３ｎ　セル、　Ｒｓ１－Ｒｓ３　シャント抵抗、　Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２，Ｔ３１，Ｔ３２　温度センサ、　３０　車両ＥＣＵ、　４０　インバータ、　５０　モータ、　ＲＹ１　第１リレー、　ＲＹ２　第２リレー。

Claims

　複数の直列セル群が並列接続された蓄電用の並列システムを管理する管理装置であって、
　前記並列システム内のセルの電圧、電流、温度を計測する計測部と、
　前記複数の直列セル群にそれぞれ流れる電流の偏差を導出し、導出した電流偏差をもとに、前記並列システム全体の充電電流もしくは充電電力の上限値、または前記並列システム全体の放電電流もしくは放電電力の上限値を算出する制御部と、を備え、
　前記制御部は、前記電流偏差の導出時の条件に応じて、前記上限値に係数α（０≦α≦１）を掛けて、前記上限値を調整することを特徴とする管理装置。
　前記制御部は、前記導出した電流偏差の信頼度が低いほど、前記係数αを低く設定することを特徴とする請求項１に記載の管理装置。
　前記制御部は、
　前記並列システム全体に流れる電流の計測値の絶対値が設定値より大きいとき、前記電流偏差を、前記複数の直列セル群にそれぞれ流れる電流の計測値から導出し、
　前記並列システム全体に流れる電流の計測値の絶対値が前記設定値以下の場合、前記電流偏差を、前記複数の直列セル群の内部状態からの予測に基づき導出し、
　前記制御部は、前記複数の直列セル群にそれぞれ流れる電流の計測値から導出する場合より、前記複数の直列セル群の内部状態からの予測に基づき導出する場合の前記係数αを低く設定することを特徴とする請求項１に記載の管理装置。
　前記制御部は、前記電流偏差を、前記複数の直列セル群にそれぞれ流れる電流の計測値から導出し、
　前記制御部は、計測される電流の変化値が大きいほど、前記係数αを低く設定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の管理装置。
　前記制御部は、前記電流偏差を、前記複数の直列セル群にそれぞれ流れる電流の計測値から導出し、
　前記制御部は、計測される電流の絶対値が小さいほど、前記係数αを低く設定することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の管理装置。
　前記制御部は、前記電流偏差を、前記複数の直列セル群の内部状態からの予測に基づき導出し、
　前記制御部は、前記複数の直列セル群のＳＯＣ（State Of Charge)が所定の範囲を逸脱しているとき、前記係数αを低く設定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の管理装置。
　前記制御部は、前記複数の直列セル群のＳＯＨ(State Of Health）が低いほど、前記係数αを低く設定することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の管理装置。
　前記制御部は、前記複数の直列セル群の温度が低いほど、前記係数αを低く設定することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の管理装置。
　複数の直列セル群が並列接続された蓄電用の並列システムと、
　前記並列システムを管理する請求項１から８のいずれか１項に記載の管理装置と、
　を備えることを特徴とする電源システム。
　前記電源システムは、電動車両に搭載され、
　前記管理装置は、前記上限値を前記電動車両内の車両制御部に通知することを特徴とする請求項９に記載の電源システム。