WO2021261360A1

WO2021261360A1 - 管理装置、及び電源システム

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Publication number: WO2021261360A1
Application number: PCT/JP2021/022957
Authority: WO
Inventors: 宏鷹尾
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2020-06-26
Filing date: 2021-06-16
Publication date: 2021-12-30
Also published as: EP4175011A4; EP4175011A1; JPWO2021261360A1; US20230219460A1; CN115769455A

Abstract

管理装置（３０）は、負荷（６０）に対して、それぞれスイッチ（ＲＹ１）を介して並列に接続される複数の蓄電モジュール（Ｍ１）を管理する。管理装置（３０）の判定部（３１３）は、複数の蓄電モジュール（Ｍ１）の内、一部の蓄電モジュール（Ｍ１）に接続されたスイッチ（ＲＹ１）がオン、残りの蓄電モジュール（Ｍ１）に接続されたスイッチ（ＲＹ１）がオフの状態において、前記オフ状態のスイッチ（ＲＹ１）の少なくとも一つをターンオンするとき、当該スイッチ（ＲＹ１）をターンオンした場合の、複数の蓄電モジュール（Ｍ１）全体から負荷（６０）に供給することが許容される電流または電力の上限値が、当該スイッチ（ＲＹ１）をターンオンする前の値以下になるとき、当該スイッチ（ＲＹ１）のターンオンを許可しない。

Description

管理装置、及び電源システム

　本開示は、負荷に対して並列接続された複数の蓄電モジュールを管理する管理装置、及び電源システムに関する。

　近年、電動バイク、電動ゴルフカート、電動ランドカーなど、比較的低出力（例えば、４８Ｖ駆動）の電動車両が普及してきている。このような電動車両の中には、着脱可能な交換式の電池パックを複数並列に接続した電源システムを採用しているものがある。複数の電池パックを並列接続する場合、横流が発生する可能性がある。

　解列している電池パックを並列接続する際、横流により電池パックやリレーに定格を超える電流が流れないようにする制御が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、並列接続された電池間の遮断時の過渡電圧を推定し、リレーの定格電圧を超えそうなときは、リレーをオフする制御が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００９－３３９３６号公報国際公開第２０１２／１６４６３０号

　解列している電池パックを並列接続すると、通常、並列システム全体から負荷に供給することが許容される電流または電力の上限値が増加する。しかしながら、並列接続により発生する横流により、並列システム全体から負荷に供給することが許容される電流または電力の上限値が、並列接続前より低下することがある。この上限値の低下により、電動車両の加速性能が低下する等の悪影響が発生する場合がある。

　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、並列システムから負荷に供給する電流が不足になることを防止す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、負荷に対して、それぞれスイッチを介して並列に接続される複数の蓄電モジュールを管理する管理装置であって、前記複数の蓄電モジュールの内、一部の蓄電モジュールに接続されたスイッチがオン、残りの蓄電モジュールに接続されたスイッチがオフの状態において、前記オフ状態のスイッチの少なくとも一つをターンオンするとき、当該スイッチをターンオンした場合の、前記複数の蓄電モジュール全体から前記負荷に供給することが許容される電流または電力の上限値が、当該スイッチをターンオンする前の値以下になるとき、当該スイッチのターンオンを許可しない判定部、を備える。

　本開示によれば、並列システムから負荷に供給する電流が不足になることを防止することができる。

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。図１の電池パックの内部構成例を示す図である。図１の管理部の内部構成例を示す図である。ある電池パックの０℃におけるＳＯＣ－放電上限電力特性の一例を示す図である。電池パック間の横流を説明するための図である。実施例１に係る並列接続の判定処理を説明するためのフローチャートである。電池パック間の横流とＯＣＶの収束を説明するための図である。新たな電池パックを接続する前後の、並列システム全体の放電上限電力値の変化例を説明するための図である。実施例２に係る並列接続の判定処理を説明するためのフローチャートである。

　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、交換式の電池パック２０を電源として用いる電動車両であり、例えば、電動バイク、電動ゴルフカート、電動ランドカーなどが該当する。電池パック２０は、着脱自在な可搬式・交換式の電池パックであり、電動車両１の装着スロットにユーザにより装着される。

　電源システム１０は、メインリレーＲＹｃ及びインバータ５０を介してモータ６０に接続される。インバータ５０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６０に供給する。回生時、モータ６０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６０は三相交流モータであり、力行時、インバータ５０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５０に供給する。

　車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０は電動車両１全体を制御する制御装置である。メインリレーＲＹｃは、電源システム１０とインバータ５０を繋ぐ配線間に挿入されるコンタクタである。車両ＥＣＵ４０は、電動車両１の走行時、メインリレーＲＹｃ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ＥＣＵ４０は、電動車両１の非走行時、メインリレーＲＹｃ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、複数の電池パック２０ａ－２０ｃ、及び管理部３０を含む。複数の電池パック２０ａ－２０ｃは、電動車両１の負荷（主に、モータ６０）に対して並列に接続される。電池パック２０の並列数は、電動車両１の必要容量、あるいは必要出力に応じて決定される。図１では３つの電池パック２０ａ－２０ｃ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、より多くの電池パック２０が並列接続されてもよい。また、小型の電動車両１の場合、２並列であってもよい。

　図２は、図１の電池パック２０の内部構成例を示す図である。電池パック２０は、パックリレーＲＹ１、リレー駆動部２５、電池モジュールＭ１、シャント抵抗Ｒｓ、温度センサＴ１、Ｔ２、電圧計測部２１、温度計測部２２、電流計測部２３、及び制御部２４を含む。リレー駆動部２５は、管理部３０から制御部２４を介して受信する制御信号に応じて、パックリレーＲＹ１をオン／オフする。

　電池モジュールＭ１は、直列接続された複数のセルＥ１－Ｅｎを含む。電池モジュールＭ１は、並列接続された複数のセルにより構成されるセルブロックを直列に複数接続させて構成してもよい。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。

　電池モジュールＭ１を構成する複数のセルＥ１－Ｅｎと直列にシャント抵抗Ｒｓが接続される。シャント抵抗Ｒｓは電流検出素子として機能する。なおシャント抵抗Ｒｓの代わりにホール素子を用いてもよい。また複数のセルＥ１－Ｅｎの温度を検出するための複数の温度センサＴ１、Ｔ２が設置される。温度センサは電池モジュールＭ１に一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Ｔ１、Ｔ２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Ｅ１－Ｅｎの各ノードと、電圧計測部２１との間は複数の電圧線で接続される。電圧計測部２１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Ｅ１－Ｅｎの電圧を計測する。電圧計測部２１は、計測した各セルＥ１－Ｅｎの電圧を、通信線を介して制御部２４に送信する。

　電圧計測部２１は制御部２４に対して高圧であるため、電圧計測部２１と制御部２４間は必要に応じて絶縁された状態で、通信線で接続される。電圧計測部２１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２１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、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。

　温度計測部２２は、分圧抵抗及びＡ／Ｄ変換器を含む。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、デジタル値に変換して制御部２４に出力する。制御部２４は当該デジタル値をもとに複数のセルＥ１－Ｅｎの温度を推定する。

　電流計測部２３は、差動アンプ及びＡ／Ｄ変換器を含む。差動アンプはシャント抵抗Ｒｓ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して制御部２４に出力する。制御部２４は当該デジタル値をもとに複数のセルＥ１－Ｅｎに流れる電流を推定する。

　なお、制御部２４内にＡ／Ｄ変換器が搭載されており、制御部２４にアナログ入力ポートが設置されている場合、温度計測部２２及び電流計測部２３はアナログ電圧を制御部２４に出力し、制御部２４内のＡ／Ｄ変換器でデジタル値に変換してもよい。

　制御部２４は、電圧計測部２１、温度計測部２２及び電流計測部２３により計測された複数のセルＥ１－Ｅｎの電圧、温度、及び電流をもとに複数のセルＥ１－Ｅｎの状態を管理する。制御部２４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。

　不揮発メモリ内、あるいはマイクロコンピュータのメモリ内に、ＳＯＣ（State OfCharge)－ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）マップ２４１が保持される。ＳＯＣ－ＯＣＶマップ２４１には、セルＥ１－ＥｎのＳＯＣ－ＯＣＶカーブの特性データが記述されている。セルＥ１－ＥｎのＳＯＣ－ＯＣＶカーブは、電池メーカによる特性試験に基づき予め作成され、出荷時に不揮発メモリ内、あるいはマイクロコンピュータのメモリ内に登録される。セルＥ１－ＥｎのＳＯＣ－ＯＣＶ特性は、温度及び劣化度（ＳＯＨ:State Of Health）に依存する場合がある。その場合、電池メーカは、温度区分と劣化度区分の組み合わせごとに、セルＥ１－ＥｎのＳＯＣ－ＯＣＶ特性を導出してマップ化する。なお、マップの代わりに、ＳＯＣを目的変数、ＯＣＶ、温度、劣化度を説明変数とする関数を用いてもよい。

　制御部２４は、複数のセルＥ１－ＥｎのそれぞれのＳＯＣ及びＳＯＨを推定することができる。制御部２４は、ＯＣＶ法、又は電流積算法によりＳＯＣを推定することができる。ＯＣＶ法は、電圧計測部２１により計測される各セルＥ１－Ｅｎの電圧、電流計測部２３により計測される電池モジュールＭ１の電流、及び温度計測部２２により計測される電池モジュールＭ１の温度から算出されるＯＣＶと、ＳＯＣ－ＯＣＶマップ２４１に記述される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、各セルＥ１－Ｅｎの充放電開始時のＯＣＶと、制御部２４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２３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を補正することが好ましい。

　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、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。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、ＳＯＨが低下するほど増加する関係にある。

　制御部２４は、電池パック２０に含まれる複数のセルＥ１－Ｅｎの電圧、温度、電流、ＳＯＣ、ＳＯＨ、及び内部抵抗の少なくとも一つを含む監視データを管理部３０に定期的に送信する。電池パック２０の制御部２４と管理部３０間の通信には例えば、ＲＳ－４８５規格に準拠したシリアル通信を使用することができる。電池パック２０の制御部２４と管理部３０間は、専用の通信線で接続されてもよいし、無線で接続されてもよいし、電力線通信で接続されてもよい。

　図３は、図１の管理部３０の内部構成例を示す図である。管理部３０は、処理部３１、及び記憶部３２を含み、複数の電池パック２０ａ－２０ｃを管理する。

　処理部３１は、取得部３１１、演算部３１２、判定部３１３、及び通知部３１４を含む。処理部３１の機能はハードウェア資源とソフトウェア資源の協働、又はハードウェア資源のみにより実現できる。ハードウェア資源として、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＤＳＰ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、その他のＬＳＩを利用できる。ソフトウェア資源としてファームウェア等のプログラムを利用できる。

　記憶部３２は、フラッシュメモリ等の不揮発性の記録媒体を含む。記憶部３２は、ＳＯＣ－放電上限電流マップ３２１を保持する。ＳＯＣ－放電上限電流マップ３２１には、セルＥ１－ＥｎのＳＯＣ－放電上限電流カーブの特性データが記述されている。セルＥ１－ＥｎのＳＯＣ－放電上限電流カーブは、電池メーカによる特性試験に基づき作成される。ＳＯＣ－放電上限電流カーブは、セルの保護と安全性の観点から、セルからの放電が許容される放電電流の上限値を、ＳＯＣごとに規定した特性データである。一般的なセルでは、ＳＯＣが低いほど、放電が許容される電流の上限値が低くなる。

　セルからの放電時は、放電電流が大きくなるほど、ＣＣＶ（Closed CircuitVoltage）が低下する。放電時のセルのＣＣＶは下記（式１）で定義される。なお、充電時のセルのＣＣＶは下記（式２）で定義される。

　ＣＣＶｄ＝ＯＣＶ－Ｉｄ×Ｒ　・・・（式１）
　ＣＣＶｃ＝ＯＣＶ＋Ｉｃ×Ｒ　・・・（式２）
　Ｉｄは放電電流、Ｉｃは充電電流、Ｒは内部抵抗。

　上記（式１）に示すように放電電流Ｉｄが大きくなるとＣＣＶが低下する。ＣＣＶが過放電領域に入ると電池への負担が大きくなり、劣化の要因となる。上記（式１）に示すようにＣＣＶはＯＣＶが低いほど低くなる。ＯＣＶはＳＯＣが低いほど低くなるため、ＳＯＣが低いほど、放電電流Ｉｄの上限値を低く規定する必要がある。

　セルＥ１－ＥｎのＳＯＣ－放電上限電流特性は、温度及び劣化度（ＳＯＨ）に依存する。電池メーカは、温度区分と劣化度区分の組み合わせごとに、セルＥ１－ＥｎのＳＯＣ－放電上限電流特性を導出してマップ化する。ＳＯＣ－放電上限電流特性は、出荷時に管理部３０の記憶部３２内に登録されてもよいし、電池パック２０の制御部２４内に登録され、当該電池パック２０が最初に電動車両１に装着されたときに、電池パック２０から取得されてもよい。なお、ＳＯＣ－放電上限電流特性の代わりに、ＳＯＣ－放電上限電力特性を用いてもよい。また、マップの代わりに、放電上限電流又は放電上限電力を目的変数、ＳＯＣ、温度、劣化度を説明変数とする関数を用いてもよい。

　図４は、ある電池パックの０℃におけるＳＯＣ－放電上限電力特性の一例を示す図である。図４に示すようにＳＯＣが低くなるほど、放電上限電力が低下する。

　図３に戻る。取得部３１１は、各電池パック２０の制御部２４から、少なくともセルＥ－Ｅｎの電圧とＳＯＣを含む監視データを取得する。演算部３１２は、電池パック２０ごとに、複数のセルＥ－Ｅｎの電圧を加算することにより、電池パック２０内の電池モジュールＭ１の電圧を推定する。通常、低ＳＯＣ時は最も低いセルＳＯＣ、高ＳＯＣ時は最も高いセルＳＯＣをパックＳＯＣとする。

　上述したように本実施の形態では、複数の電池パック２０ａ－２０ｃの内、一部の電池パック２０に接続されたパックリレーＲＹ１がオン、残りの電池パック２０に接続されたパックリレーＲＹ１がオフの状態が発生する。オフ状態のパックリレーＲＹ１の一つ（以下、対象パックリレーＲＹ１という）がターンオンされるべきとき、演算部３１２は、当該対象パックリレーＲＹ１をターンオンした場合の、複数の電池パック２０全体（以下、並列システムという）から、電動車両１の負荷に供給することが許容される電流または電力の上限値を推定する。

　判定部３１３は、演算部３１２により推定された上限値（以下、予測上限値という）と、対象パックリレーＲＹ１をターンオンする前の、並列システムから電動車両１の負荷に供給することが許容される電流または電力の上限値（以下、現上限値という）とを比較する。判定部３１３は、予測上限値が現上限値以上の場合、対象パックリレーＲＹ１のターンオンを許可し、予測上限値が現上限値より低い場合、対象パックリレーＲＹ１のターンオンを許可しない。リレー駆動部２５は、判定部３１３により対象パックリレーＲＹ１のターンオンが許可された場合、対象パックリレーＲＹ１をターンオンする。

　通知部３１４は、並列システムから放電することが許容される電流または電力の上限値（以下、並列システム全体の放電上限電流値または放電上限電力値という）を車両ＥＣＵ４０に通知する。管理部３０と車両ＥＣＵ４０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（LocalInterconnect Network）を使用することができる。車両ＥＣＵ４０は、管理部３０から受信した並列システム全体の放電上限電流値または放電上限電力値をインバータ５０に設定する。インバータ５０は、設定された放電上限電流値または放電上限電力値の範囲内で、モータ６０に供給する出力電流または出力電力を制御する。

　基本的に、電動車両１の負荷に接続される電池パック２０の並列数が増加するほど、並列システム全体の放電上限電流値または放電上限電力値は増加する。しかしながら、並列システムに電池パック２０が追加されても、並列システム全体の放電上限電流値または放電上限電力値が増加しない場合がある。新たな電池パック２０の接続により、複数の電池パック２０間に横流が発生する場合である。

　図５は、電池パック２０間の横流を説明するための図である。図５では説明を分かりやすくするために、２つの電池パック２０の並列接続を示している。左側の状態は、第１電池パック２０ａに接続された第１パックリレーＲＹ１がオン、第２電池パック２０ｂに接続された第２パックリレーＲＹ１がオフの状態であり、第１電池パック２０ａからのみ、負荷に電流を供給している状態である。この場合、並列システム全体の放電上限電流値は、第１電池パック２０ａの放電上限電流値と一致する。

　図５の右側の状態は、第２パックリレーＲＹ１がオンした後の状態を示す図である。第１電池パック２０ａから放電上限電流値で放電する場合のＣＣＶより、第２電池パック２０ｂのＯＣＶが低い場合、第１電池パック２０ａから第２電池パック２０ｂへ横流が発生する。これにより、第１電池パック２０ａから放電された電流が、負荷と第２電池パック２０ｂに分岐され、並列システム全体の放電上限電流値が低下する。電動車両１のモータ６０が当該放電上限電流値の近辺で回転している場合、当該放電上限電流値の低下により、意図しない減速が発生する可能性がある。

　第１電池パック２０ａから放電上限電流値で放電する場合のＣＣＶは、推定値である。第１電池パック２０ａから放電される電流は負荷変動により変動し、第１電池パック２０ａのＣＣＶも負荷変動により変動する。第１電池パック２０ａから放電上限電流値で放電する場合のＣＣＶは、第１電池パック２０ａの放電時の最低電圧を示す値となる。

　次に、第１電池パック２０ａから放電上限電流値で放電する場合のＣＣＶと、第２電池パック２０ｂのＯＣＶが一致している場合において、第２パックリレーＲＹ１がターンオンされる場合について考える。第１電池パック２０ａから負荷に実際に放電されている電流が第１電池パック２０ａの放電上限電流値と一致する場合、第１電池パック２０ａの電圧と第２電池パック２０ｂの電圧が等しくなる。この場合、第１電池パック２０ａと第２電池パック２０ｂ間に横流は発生せず、並列システム全体の放電上限電流値が低下することはない。

　第１電池パック２０ａから負荷に実際に放電されている電流が第１電池パック２０ａの放電上限電流値より低い場合、第１電池パック２０ａから第２電池パック２０ｂに横流が発生する可能性がある。しかしながら、負荷の消費電流が、第１電池パック２０ａの放電上限電流値まで上昇した時点では横流が停止するため、並列システム全体の放電上限電流値が低下することはない。

　次に、第１電池パック２０ａから放電上限電流値で放電する場合のＣＣＶより、第２電池パック２０ｂのＯＣＶが高い場合において、第２パックリレーＲＹ１がターンオンされる場合について考える。第２電池パック２０ｂの放電上限電流値の方が第１電池パック２０ａの放電上限電流値より大きいため、第２パックリレーＲＹ１のターンオン時に、並列システム全体の放電上限電流値が低下することはない。

　なお、以上の説明では、各電池パック２０の放電上限電流値と、並列システム全体の放電上限電流値の両方を管理部３０の演算部３１２で算出する例を説明した。この点、電池パック２０の放電上限電流値は、電池パック２０内の制御部２４で算出してもよい。各電池パック２０内の制御部２４は、算出した電池パック２０の放電上限電流値を管理部３０に送信する。管理部３０の演算部３１２は、複数の電池パック２０から受信した各放電上限電流値をもとに、並列システム全体の放電上限電流値を算出する。

　以下、対象パックリレーＲＹ１の並列接続を許可するか否かを判定する判定処理の２つの実施例を説明する。実施例１は動的な判定処理であり、実施例２は静的な判定処理である。

　図６は、実施例１に係る並列接続の判定処理を説明するためのフローチャートである。電動車両１の電源がオン（エンジン車両のイグニッションオンに相当する）されると（Ｓ１０のＹ）、判定部３１３は、複数の電池パック２０の内、最もＯＣＶが高い電池パック２０に接続されたパックリレーＲＹ１をリレー駆動部２５にターンオンさせる（Ｓ１１）。最もＯＣＶが高い電池パック２０が複数ある場合、判定部３１３は、当該複数の電池パック２０に接続された複数のパックリレーＲＹ１を同時にターンオンさせる。

　並列接続制御の実行中において（Ｓ１２のＮ）、以下の処理を実行する。判定部３１３は、パックリレーＲＹ１がオフ状態の電池パック２０の内、最もＯＣＶが高い電池パック２０を、次にパックリレーＲＹ１をターンオンすべき接続候補として特定する（Ｓ１３）。

　演算部３１２は、パックリレーＲＹ１がオン状態の電池パック２０のＳＯＣをもとに、ＳＯＣ－放電上限電流マップ３２１を参照して、当該電池パック２０の放電上限電流値を導出する。演算部３１２は、当該電池パック２０のＯＣＶ、内部抵抗、放電上限電流値を上記（式１）に適用して、当該電池パック２０の放電上限電流値に対応するＣＣＶを推定する（Ｓ１４）。なお、当該電池パック２０のＳＯＣ、内部抵抗、及び放電上限電流値の導出に際し、演算部３１２は、当該電池パック２０の温度とＳＯＨをパラメータとして考慮する。

　判定部３１３は、推定されたＣＣＶと、接続候補の電池パック２０のＯＣＶを比較する（Ｓ１５）。推定されたＣＣＶが接続候補の電池パック２０のＯＣＶ以下の場合（Ｓ１５のＹ）、判定部３１３は、接続候補の電池パック２０の接続を許可し（Ｓ１６）、接続候補の電池パック２０に接続されたパックリレーＲＹ１をリレー駆動部２５にターンオンさせる。推定されたＣＣＶが接続候補の電池パック２０のＯＣＶより高い場合（Ｓ１５のＮ）、判定部３１３は、接続候補の電池パック２０の接続を許可しない（Ｓ１７）。ステップＳ１２に遷移する。

　なお、パックリレーＲＹ１がオン状態の電池パック２０が複数ある場合、当該複数の電池パック２０の放電上限電流値に対応するＣＣＶは、揃っている。当該ＣＣＶが揃った状態で、演算部３１２は、オン状態の複数の電池パック２０の、放電上限電流値に対応するＣＣＶを推定する。

　ステップＳ１５の判定において、推定されたＣＣＶが接続候補の電池パック２０のＯＣＶより高い場合、接続候補の電池パック２０を接続することができない。しかしながら、オン状態の電池パック２０から負荷に電流が供給される状態が継続すると、オン状態の電池パック２０のＳＯＣが低下してくる。ＳＯＣの低下に伴いＯＣＶが低下し、放電上限電流値に対応するＣＣＶも低下してくる。放電上限電流値に対応するＣＣＶが、接続候補の電池パック２０のＯＣＶまで低下すると、接続候補の電池パック２０が接続可能となる。なお、温度変化により、放電上限電流値に対応するＣＣＶが低下する場合もある。

　次に、並列接続の判定処理の実施例２を説明する。上述したように、並列接続された複数の電池パック２０間のＳＯＣが揃っていない場合、ＳＯＣが高い電池パック２０からＳＯＣが低い電池パック２０へ横流が発生する。横流により、ＳＯＣが高い電池パック２０のＳＯＣが低下し、ＳＯＣが低い電池パック２０のＳＯＣが上昇する。両者の電圧差がなくなると横流が停止する。横流が停止した状態では、並列接続された複数の電池パック２０間のＳＯＣとＯＣＶが揃った状態となる。

　図７は、電池パック２０間の横流とＯＣＶの収束を説明するための図である。図７では説明を分かりやすくするために、２つの電池パック２０の並列接続を示している。左側の状態は、第１電池パック２０ａに接続された第１パックリレーＲＹ１がオン、第２電池パック２０ｂに接続された第２パックリレーＲＹ１がオフの状態であり、第１電池パック２０ａのＯＣＶが第２電池パック２０ｂのＯＣＶより高い状態を示している。

　図７の右側の状態は、第２パックリレーＲＹ１がオンした後の状態を示している。第１電池パック２０ａと第２電池パック２０ｂが導通すると、第１電池パック２０ａから第２電池パック２０ｂに電流が流れ、第１電池パック２０ａのＯＣＶが低下し、第２電池パック２０ｂのＯＣＶが上昇する。やがて両者のＯＣＶが揃うと、第１電池パック２０ａから第２電池パック２０ｂへの横流が停止する。

　横流が停止した状態の第１電池パック２０ａと第２電池パック２０ｂのＯＣＶは、パック容量など条件が揃っていれば、横流が発生する前の第１電池パック２０ａのＳＯＣと第２電池パック２０ｂのＳＯＣの平均値の平均ＳＯＣとなり、その平均ＳＯＣに準じたＯＣＶとなる。なお、ＯＣＶが揃っていない３つ以上の電池パック２０が並列接続された場合も、横流により当該３つ以上の電池パック２０の推定されるＯＣＶが揃う。ＯＣＶが揃った後の当該３つ以上の電池パック２０のＯＣＶは、横流が発生する前の当該３つ以上の電池パック２０のＯＣＶの平均値となる。

　実施例２では、演算部３１２は、並列システムに新たな電池パック２０が接続された後の、ＯＣＶが収束した時点の並列システム全体の放電上限電流値を推定する。判定部３１３は、推定された放電上限電流値が、並列システムに新たな電池パック２０が接続される前の並列システム全体の放電上限電流値以上のとき当該新たな電池パック２０の接続を許可する。判定部３１３は、推定された放電上限電流値が、接続される前の並列システム全体の放電上限電流値より低いとき当該新たな電池パック２０の接続を不許可とする。

　図８は、新たな電池パック２０を接続する前後の、並列システム全体の放電上限電力値の変化例を説明するための図である。例えば、図７の左側の状態のように第１電池パック２０ａが負荷に接続され、第２電池パック２０ｂが負荷に接続されていない状態を考える。以下、同種のセルを使用した電池パックを想定しており、パック容量、ＳＯＨ、温度に関して同一条件下において第１電池パック２０ａのＳＯＣが１５％、第２電池パック２０ｂのＳＯＣが５％とする。図８に示すＳＯＣ－放電上限電力特性を参照すると、ＳＯＣが１５％のときの放電上限電力値は５．８ｋＷである。第１電池パック２０ａのみが接続された状態の並列システム全体の放電上限電力値も同様に、５．８ｋＷとなる。

　次に、図７の右側の状態のように第２電池パック２０ｂが並列システムに接続された後の状態を考える。第２電池パック２０ｂが並列システムに接続されると、第１電池パック２０ａから第２電池パック２０ｂに横流が発生する。横流により、第１電池パック２０ａのＳＯＣが低下し、第２電池パック２０ｂのＳＯＣが上昇する。両者のＳＯＣが１５％に到達すると横流が停止する。図８に示すＳＯＣ－放電上限電力特性を参照すると、ＳＯＣが１０％のときの放電上限電力値は２．０ｋＷである。したがって、第１電池パック２０ａと第２電池パック２０ｂが接続されている状態の並列システム全体の放電上限電力値は、４．０ｋＷ（＝２．０ｋＷ×２）となる。

　この例では、第２電池パック２０ｂを接続すると、並列システム全体の放電上限電力値が５．８ｋＷから４．０ｋＷに低下することになる。図８に示すように、第２電池パック２０ｂを接続前の第１電池パック２０ａの放電上限電力値（５．８ｋＷ）と第２電池パック２０ｂの放電上限電力値（１．０ｋＷ）を直線で結んだ仮想線の下側に、ＳＯＣが揃った状態（ＳＯＣ＝１０％）の放電上限電力値があるとき、並列システム全体の放電上限電力値が低下する場合がある。ＳＯＣが揃った状態（ＳＯＣ＝１０％）の放電上限電力値が当該仮想線の上側にあるとき、並列システム全体の上限電力値は上昇する。

　図９は、実施例２に係る並列接続の判定処理を説明するためのフローチャートである。電動車両１の電源がオンされると（Ｓ２０のＹ）、判定部３１３は、複数の電池パック２０の内、最もＯＣＶが高い電池パック２０に接続されたパックリレーＲＹ１をリレー駆動部２５にターンオンさせる（Ｓ２１）。最もＯＣＶが高い電池パック２０が複数ある場合、判定部３１３は、当該複数の電池パック２０に接続された複数のパックリレーＲＹ１を同時にターンオンさせる。

　並列接続制御の実行中において（Ｓ２２のＮ）、パックリレーＲＹ１がオフ状態の電池パック２０が存在する場合、以下の処理を実行する。判定部３１３は、パックリレーＲＹ１がオフ状態の電池パック２０の内、最もＯＣＶが高い電池パック２０を、次にパックリレーＲＹ１をターンオンすべき接続候補として特定する（Ｓ２３）。

　演算部３１２は、接続候補の電池パック２０をオンした場合の、並列システムに接続される複数の電池パック２０のＳＯＣの収束値を推定する（Ｓ２４）。演算部３１２は、収束したＳＯＣをもとに、ＳＯＣ－放電上限電流マップ３２１を参照して、一つの電池パック２０の放電上限電流値を導出する。演算部３１２は、一つの電池パック２０の放電上限電流値に並列数を掛けて、並列システム全体の放電上限電流値を推定する（Ｓ２５）。なお、電池パック２０のＳＯＣ及び放電上限電流値の導出に際し、演算部３１２は、当該電池パック２０の少なくとも温度とＳＯＨをパラメータとして考慮する。

　判定部３１３は、並列システム全体の放電上限電流値が、接続候補の電池パック２０の接続により低下するか否か判定する（Ｓ２６）。並列システム全体の放電上限電流値が低下しない場合（Ｓ２６のＮ）、判定部３１３は、接続候補の電池パック２０の接続を許可し（Ｓ２７）、接続候補の電池パック２０に接続されたパックリレーＲＹ１をリレー駆動部２５にターンオンさせる。並列システム全体の放電上限電流値が低下する場合（Ｓ２６のＹ）、判定部３１３は、接続候補の電池パック２０の接続を許可しない（Ｓ２８）。ステップＳ２２に遷移する。

　ステップＳ２６の判定において、並列システム全体の放電上限電流値が、接続候補の電池パック２０の接続により低下する場合、接続候補の電池パック２０を接続することができない。しかしながら、オン状態の電池パック２０から負荷に電流が供給される状態が継続すると、オン状態の電池パック２０のＳＯＣが低下してくる。ＳＯＣの低下に伴い並列システム全体の放電上限電流値も低下してくる。いずれ、接続候補の電池パック２０を接続しても並列システム全体の放電上限電流値が低下しない状態になる。また、温度変化により、並列システム全体の放電上限電流値が低下する場合もある。

　以上説明したように本実施の形態によれば、新たな電池パック２０の接続により、並列システム全体の放電上限電流値または放電上限電力値が低下するとき、新たな電池パック２０の接続を禁止することにより、並列システムから負荷に供給する電流が不足になることを防止することができる。これにより、電動車両１の加速性能が低下する等の悪影響が発生す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。

　実施例１に係る並列接続の判定処理と実施例２に係る並列接続の判定処理は併用されてもよい。この場合、両方の判定処理で接続が許可された場合、接続候補の電池パック２０を接続し、少なくとも一方の判定処理で接続が許可されない場合、接続候補の電池パック２０を接続しない。例えば、実施例２に係る判定処理で接続候補の電池パック２０の接続が許可された場合でも、実施例２に係る判定処理で接続が許可されない場合もある。

　実施例２に係る判定処理は将来のある時点の並列システム全体の放電上限電流値をもとに、接続候補の電池パック２０を接続可能か否か判定している。その時点に到達するまでの過程における放電上限電流値は考慮されていない。一方、実施例１に係る判定処理は時々刻々と変化する現時点の放電上限電流値をもとに、接続候補の電池パック２０を接続可能か否か判定している。したがって、両者の判定結果が一致しない場合も発生し得る。実施例１に係る並列接続の判定処理と実施例２に係る並列接続の判定処理を併用した場合、並列システムから負荷に供給する電流の安定性をさらに向上させることができる。

　上述の実施の形態では、複数の電池パック２０の外に管理部３０を設ける例を説明した。この点、管理部３０が複数の電池パック２０のいずれか一つの内部に設けられてもよい。その場合、管理部３０の機能を実現する電池パック２０がマスタ機となり、残りの電池パック２０がスレーブ機となる。

　上述の実施の形態では、着脱可能な交換式の電池パック２０を並列接続する例を説明した。この点、固定式の電池パック２０を並列接続してもよい。固定式の電池パック２０を使用する場合、複数の電池パック２０にそれぞれ設けられる複数の制御部２４と管理部３０の機能を統合することができる。例えば、複数の制御部２４と管理部３０を一つのマイクロコンピュータで実現してもよい。

　上述の実施の形態では、リチウムイオン電池セル、ニッケル水素電池セル、鉛電池セル等を含む電池モジュールＭ１を内蔵する電池パック２０を使用する例を説明した。この点、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含むキャパシタモジュールを内蔵するキャパシタパックを使用してもよい。本明細書では、電池モジュールとキャパシタモジュールを総称して蓄電モジュールと呼び、電池パックとキャパシタパックを総称して蓄電パックと呼ぶ。

　上述の実施の形態では、着脱可能な交換式の蓄電パックを並列接続する例を説明した。この点、本開示は、一つの蓄電パック内における複数の蓄電モジュールの並列接続の判定処理にも適用可能である。なお、上述の実施の形態では、一つの蓄電パック内に一つの蓄電モジュールが設けられる例を想定しているため、複数の蓄電パックの並列接続の判定処理は、複数の蓄電モジュールの並列接続の判定処理を行うことと同義である。

　交換式の電池パック２０を電源とする移動体は、電動車両１に限定されるものではない。例えば、当該移動体には電動船舶も含まれる。例えば、水上バスや水上タクシーの電源を交換式の電池パック２０としてもよい。また、当該移動体には電車も含まれる。例えば、非電化路線で使用される気動車の代わりに、交換式の電池パック２０を搭載した電車を使用することができる。当該移動体には電動の飛行体も含まれる。電動の飛行体には、マルチコプタ（ドローン）が含まれる。当該マルチコプタには、いわゆる空飛ぶ車も含まれる。

　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］
　負荷（６０）に対して、それぞれスイッチ（ＲＹ１）を介して並列に接続される複数の蓄電モジュール（Ｍ１）を管理する管理装置（３０）であって、
　前記複数の蓄電モジュール（Ｍ１）の内、一部の蓄電モジュール（Ｍ１）に接続されたスイッチ（ＲＹ１）がオン、残りの蓄電モジュール（Ｍ１）に接続されたスイッチ（ＲＹ１）がオフの状態において、前記オフ状態のスイッチ（ＲＹ１）の少なくとも一つをターンオンするとき、当該スイッチ（ＲＹ１）をターンオンした場合の、前記複数の蓄電モジュール（Ｍ１）全体から前記負荷（６０）に供給することが許容される電流または電力の上限値が、当該スイッチ（ＲＹ１）をターンオンする前の値以下になるとき、当該スイッチ（ＲＹ１）のターンオンを許可しない判定部（３１３）、
　を備えることを特徴とする管理装置（３０）。
　これによれば、蓄電モジュール（Ｍ１）を新たに接続することに起因して、並列接続された複数の蓄電モジュール（Ｍ１）全体から負荷（６０）に供給する電流が不足になることを防止することができる。
［項目２］
　前記複数の蓄電モジュール（Ｍ１）ごとの、少なくともＳＯＣ（State OfCharge)を取得する取得部（３１１）と、
　前記蓄電モジュール（Ｍ１）のＳＯＣと、前記蓄電モジュール（Ｍ１）から放電することが許容される電流または電力の上限値との関係を規定したＳＯＣ－放電上限特性をもとに、前記複数の蓄電モジュール（Ｍ１）全体から前記負荷（６０）に供給することが許容される電流または電力の上限値を推定する演算部（３１３）と、をさらに備え、
　前記ＳＯＣ－放電上限特性は、前記蓄電モジュール（Ｍ１）のＳＯＣが低いほど、当該蓄電モジュール（Ｍ１）から放電することが許容される電流または電力の上限値が低下する特性である、
　ことを特徴とする項目１に記載の管理装置（３０）。
　これによれば、複数の蓄電モジュール（Ｍ１）全体から負荷（６０）に供給することが許容される電流または電力の上限値を、高精度に特定することができる。
［項目３］
　前記取得部（３１１）は、前記残りの蓄電モジュール（Ｍ１）の中の、接続候補の蓄電モジュール（Ｍ１）のＯＣＶ（Open Circuit Voltage）を取得し、
　前記演算部（３１３）は、前記ＳＯＣ－放電上限特性と、前記負荷（６０）に接続している蓄電モジュール（Ｍ１）のＳＯＣ（State Of Charge)をもとに当該蓄電モジュール（Ｍ１）から放電することが許容される電流または電力の上限値を導出し、当該蓄電モジュール（Ｍ１）から当該上限値で放電する場合の当該蓄電モジュール（Ｍ１）のＣＣＶ（Closed Circuit Voltage）を推定し、
　前記判定部（３１３）は、推定された蓄電モジュール（Ｍ１）のＣＣＶより、前記接続候補の蓄電モジュール（Ｍ１）のＯＣＶが低いとき、前記接続候補の蓄電モジュール（Ｍ１）に接続されたスイッチ（ＲＹ１）のターンオンを許可しない、
　ことを特徴とする項目２に記載の管理装置（３０）。
　これによれば、複数の蓄電モジュール（Ｍ１）全体から負荷（６０）に供給する電流が不足になるか否かを動的に判定することができる。
［項目４］
　前記演算部（３１３）は、前記ＳＯＣ－放電上限特性と、前記負荷（６０）に接続している蓄電モジュール（Ｍ１）のＳＯＣと、接続候補の蓄電モジュール（Ｍ１）のＳＯＣをもとに、前記接続候補の蓄電モジュール（Ｍ１）に接続されたスイッチ（ＲＹ１）がターンオンした後、前記負荷（６０）に接続している蓄電モジュール（Ｍ１）のＳＯＣと、前記接続候補の蓄電モジュール（Ｍ１）のＳＯＣが対応したときの、前記複数の蓄電モジュール（Ｍ１）全体から前記負荷（６０）に供給することが許容される電流または電力の上限値を推定し、
　前記判定部（３１３）は、推定された上限値が、前記スイッチ（ＲＹ１）をターンオンする前の上限値より低いとき、前記スイッチ（ＲＹ１）のターンオンを許可しない、
　ことを特徴とする項目２または３に記載の管理装置（３０）。
　これによれば、複数の蓄電モジュール（Ｍ１）全体から負荷（６０）に供給する電流が不足になるか否かを静的に予測することができる。
［項目５］
　前記複数の蓄電モジュール（Ｍ１）から前記負荷（６０）に電力供給を開始する際、前記複数の蓄電モジュール（Ｍ１）の内、最もＯＣＶが高い蓄電モジュール（Ｍ１）に接続されたスイッチ（ＲＹ１）がターンオンされ、
　スイッチ（ＲＹ１）がオフ状態の蓄電モジュール（Ｍ１）の内、最もＯＣＶが高い蓄電モジュール（Ｍ１）が、次にスイッチ（ＲＹ１）をターンオンすべき接続候補となる、
　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（３０）。
　これによれば、負荷（６０）に供給する電流が不足になることを防止しつつ、複数の蓄電モジュール（Ｍ１）を並列接続することができる。
［項目６］
　負荷（６０）に対して、それぞれスイッチ（ＲＹ１）を介して並列に接続される複数の蓄電モジュール（Ｍ１）と、
　項目１から５のいずれか１項に記載の管理装置（３０）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、蓄電モジュール（Ｍ１）を新たに接続することに起因して、並列接続された複数の蓄電モジュール（Ｍ１）全体から負荷（６０）に供給する電流が不足になることを防止することができる電源システム（１０）を実現することができる。
［項目７］
　前記負荷（６０）は、移動体（１）のモータ（６０）であり、
　前記管理装置（３０）は、前記複数の蓄電モジュール（Ｍ１）全体から前記モータ（６０）に供給することが許容される電流または電力の上限値を、前記移動体（１）内の制御部（４０）に通知する、
　ことを特徴とする項目６に記載の電源システム（１０）。
　これによれば、移動体（１）の加速性能が低下する等の悪影響が発生することを防止することができる。

　１　電動車両、　１０　電源システム、　２０　電池パック、　３０　管理部、　Ｍ１　電池モジュール、　Ｅ１－Ｅｎ　セル、　２１　電圧計測部、　２２　温度計測部、　２３　電流計測部、　２４　制御部、　２４１　ＳＯＣ－ＯＣＶマップ、　２５　リレー駆動部、　３１　処理部、　３１１　取得部、　３１２　演算部、　３１３　判定部、　３１４　通知部、　３２　記憶部、　３２１　ＳＯＣ－放電上限電流マップ、　４０　車両ＥＣＵ、　５０　インバータ、　６０　モータ、　ＲＹｃ　メインリレー、　ＲＹ１　パックリレー、　Ｒｓ　シャント抵抗、　Ｔ１，Ｔ２　温度センサ。

Claims

　負荷に対して、それぞれスイッチを介して並列に接続される複数の蓄電モジュールを管理する管理装置であって、
　前記複数の蓄電モジュールの内、一部の蓄電モジュールに接続されたスイッチがオン、残りの蓄電モジュールに接続されたスイッチがオフの状態において、前記オフ状態のスイッチの少なくとも一つをターンオンするとき、当該スイッチをターンオンした場合の、前記複数の蓄電モジュール全体から前記負荷に供給することが許容される電流または電力の上限値が、当該スイッチをターンオンする前の値以下になるとき、当該スイッチのターンオンを許可しない判定部、
　を備えることを特徴とする管理装置。
　前記複数の蓄電モジュールごとの、少なくともＳＯＣ（State Of Charge)を取得する取得部と、
　前記蓄電モジュールのＳＯＣと、前記蓄電モジュールから放電することが許容される電流または電力の上限値との関係を規定したＳＯＣ－放電上限特性をもとに、前記複数の蓄電モジュール全体から前記負荷に供給することが許容される電流または電力の上限値を推定する演算部と、をさらに備え、
　前記ＳＯＣ－放電上限特性は、前記蓄電モジュールのＳＯＣが低いほど、当該蓄電モジュールから放電することが許容される電流または電力の上限値が低下する特性である、
　ことを特徴とする請求項１に記載の管理装置。
　前記取得部は、前記残りの蓄電モジュールの中の、接続候補の蓄電モジュールのＯＣＶ（OpenCircuit Voltage）を取得し、
　前記演算部は、前記ＳＯＣ－放電上限特性と、前記負荷に接続している蓄電モジュールのＳＯＣ（State Of Charge)をもとに当該蓄電モジュールから放電することが許容される電流または電力の上限値を導出し、当該蓄電モジュールから当該上限値で放電する場合の当該蓄電モジュールのＣＣＶ（Closed Circuit Voltage）を推定し、
　前記判定部は、推定された蓄電モジュールのＣＣＶより、前記接続候補の蓄電モジュールのＯＣＶが低いとき、前記接続候補の蓄電モジュールに接続されたスイッチのターンオンを許可しない、
　ことを特徴とする請求項２に記載の管理装置。
　前記演算部は、前記ＳＯＣ－放電上限特性と、前記負荷に接続している蓄電モジュールのＳＯＣと、接続候補の蓄電モジュールのＳＯＣをもとに、前記接続候補の蓄電モジュールに接続されたスイッチがターンオンした後、前記負荷に接続している蓄電モジュールのＳＯＣと、前記接続候補の蓄電モジュールのＳＯＣが対応したときの、前記複数の蓄電モジュール全体から前記負荷に供給することが許容される電流または電力の上限値を推定し、
　前記判定部は、推定された上限値が、前記スイッチをターンオンする前の上限値より低いとき、前記スイッチのターンオンを許可しない、
　ことを特徴とする請求項２または３に記載の管理装置。
　前記複数の蓄電モジュールから前記負荷に電力供給を開始する際、前記複数の蓄電モジュールの内、最もＯＣＶが高い蓄電モジュールに接続されたスイッチがターンオンされ、
　スイッチがオフ状態の蓄電モジュールの内、最もＯＣＶが高い蓄電モジュールが、次にスイッチをターンオンすべき接続候補となる、
　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。
　負荷に対して、それぞれスイッチを介して並列に接続される複数の蓄電モジュールと、
　請求項１から５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。
　前記負荷は、移動体のモータであり、
　前記管理装置は、前記複数の蓄電モジュール全体から前記モータに供給することが許容される電流または電力の上限値を、前記移動体内の制御部に通知する、
　請求項６に記載の電源システム。