WO2022024836A1

WO2022024836A1 - 管理装置、電源システム、電動移動体、及び管理方法

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Publication number: WO2022024836A1
Application number: PCT/JP2021/026951
Authority: WO
Inventors: 洋平石井; 佑輔板倉
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2020-07-28
Filing date: 2021-07-19
Publication date: 2022-02-03
Also published as: EP4191741A1; EP4191741A4; US20230307925A1; JPWO2022024836A1; CN116195111A

Abstract

管理部（３０）の取得部は、並列接続された複数の蓄電パック（２０）の電圧及びＳＯＣ（ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）の少なくとも一方を含む監視データを取得する。スイッチ制御部は、複数の蓄電パック（２０）間の電圧差または複数の蓄電パック（２０）間のＳＯＣ差をもとに、複数のスイッチを個別にオン／オフ制御可能である。容量算出部は、複数の蓄電パック（２０）全体の容量を算出する際、オフ状態のスイッチに接続された蓄電パック（２０）の容量も、当該スイッチが将来においてオン状態に制御されることが可能である場合、加味する。

Description

管理装置、電源システム、電動移動体、及び管理方法

　本開示は、並列接続された複数の蓄電パックを管理する管理装置、電源システム、電動移動体、及び蓄電パックの管理方法に関する。

　電気を動力源とする移動体（例えば、ＥＶや電動船舶）において、複数の電池パックを並列接続することにより、大容量化を図り、電源の使用時間を長くすることが考えられる。共通の電力線に複数の電池パックが並列接続される構成において、電池パック間にＯＣＶ（Ｏｐｅｎ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　Ｖｏｌｔａｇｅ）差があると、リレーをオンした際に、電力線を通じて、ＯＣＶが高い電池パックからＯＣＶが低い電池パックに突入電流が流れる。そこで、複数の電池パック間にＯＣＶ差がある場合、使用開始時に全てのリレーをオンさせずに、電池パックの使用に伴うＯＣＶ差の縮小に従い、リレーを順次オンしていくことが考えられる。

　従来、電動移動体には製造時に新品の電池が固定的に搭載されることが多く、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ　Ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ）やＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ　Ｏｆ　Ｈｅａｌｔｈ）が揃っていない複数の電池が並列接続される状況が発生することは少なかった。これに対して近年、可搬型の電池パックを共通化し、複数の電動移動体間で使い回す使用形態が提案されている。この場合、ＳＯＣやＳＯＨが揃っていない複数の電池パックが並列接続される状況が発生しやすくなる。

　特許文献１は、並列接続された２つの蓄電装置の全体の残容量を、２つの蓄電装置の残容量の違いを考慮して算出する方法を開示する。特許文献１は、電力線に接続されていない蓄電装置の残容量を考慮するものではない。

特開２０１１－２２６８０５号公報

　上述したように、電力線に複数の電池パックが並列接続される構成では、電力線に接続されている電池パックと電力線に接続されていない電池パックが混在する状況が発生し得る。例えば、電池パック間にＯＣＶ差があるとき、横流回避のために、電圧が低い電池パックは電力線に接続されないことがある。また、異常が発生している電池パックも電力線に接続されないことがある。前者の場合、ＯＣＶ差が縮小すれば電力線に接続されることになるが、後者の場合、異常が解消しない限り、原則として電力線に接続されない。

　ユーザは、電動移動体の走行可能距離や走行可能時間を把握するために、並列接続された電池パック全体の容量を正確に把握したいというニーズを有している。

　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、並列接続された複数の蓄電パック全体の容量を適切に通知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パックを管理する管理装置であって、前記複数の蓄電パックの電圧及びＳＯＣの少なくとも一方を含む監視データを取得する取得部と、前記複数の蓄電パック間の電圧差または前記複数の蓄電パック間のＳＯＣ差をもとに、前記複数のスイッチを個別にオン／オフ制御可能なスイッチ制御部と、前記複数の蓄電パック全体の容量を算出する容量算出部と、を備える。前記容量算出部は、前記複数の蓄電パック全体の容量を算出する際、オフ状態のスイッチに接続された蓄電パックの容量も、当該スイッチが将来においてオン状態に制御されることが可能である場合、加味する。

　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、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本開示の態様として有効である。

　本開示によれば、並列接続された複数の蓄電パック全体の容量を適切に通知することができる。

実施の形態に係る電源システムを搭載した電動移動体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。図４Ａは、システム容量の第１算出例を説明するための図である。図４Ｂは、システム容量の第１算出例を説明するための図である。図５Ａは、システム容量の第２算出例を説明するための図である。図５Ｂは、システム容量の第２算出例を説明するための図である。システム容量の第３算出例を説明するための図である。システム容量の第３算出例を説明するためのフローチャートである。変形例に係る電池パックの内部構成例を示す図である。

　図１は、実施の形態に係る電源システム１０を搭載した電動移動体１を説明するための図である。電動移動体１は、着脱自在な可搬式・交換式の電池パック２０を電源として使用する移動体である。電動移動体１には、ＥＶ、ＰＨＥＶ、ＨＶなどの電動車両が含まれる。電動車両は一般的な乗用車や商用車であってもよいし、最高速度が２０ｋｍ／ｈ程度に制限される低速の電動車両であってもよい。低速の電動車両には、ゴルフカートやランドカーが含まれる。また電動車両には建機車両も含まれる。また電動車両には、二輪の電動バイク（電動スクータ）や電気自転車も含まれる。

　電動移動体１には、主に非電化路線で使用される気動車と代替可能な鉄道車両も含まれる。また電動移動体１には電動船舶も含まれる。また電動移動体１にはマルチコプタ（ドローン）も含まれる。

　電源システム１０は、メインリレーＲＹｍ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、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。電動移動体１が電動車両の場合、モータ６０は車輪を回転させる。電動移動体１が電動船舶の場合、モータ６０はスクリュを回転させる。電動移動体１がマルチコプタの場合、モータ６０はプロペラを回転させる。

　移動体制御部４０は電動移動体１全体を制御する制御装置である。メインリレーＲＹｍ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。移動体制御部４０は、電動移動体１の移動時、メインリレーＲＹｍをオン状態（閉状態）に制御し、電源システム１０と電動移動体１の動力系を電気的に接続する。移動体制御部４０は、電動移動体１の停止時、メインリレーＲＹｍをオフ状態（開状態）に制御し、電源システム１０と電動移動体１の動力系を電気的に遮断する。

　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、電動移動体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、電動移動体１の必要容量または必要出力に応じて決定される。

　メータパネル７０は、電動移動体１の状態指標（速度、回転数、電池残量など）を運転者または操縦者に通知するためのユーザインタフェースである。メータパネル７０は、電動移動体１の各種の状態指標を針の動きで指し示してもよいし、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイに表示させてもよい。

　着脱自在な可搬型の電池パック２０を動力源として使用する場合、充電スタンドにて、予め充電された電池パック２０と、残容量が少なくなった電池パック２０とを交換することにより、エネルギ補給（具体的には、充電または給油）にかかる時間を短縮することができる。しかしながら、電池パック２０を交換できる充電スタンドが存在しない場合、固定式の電池パック２０と同様に、電動移動体１に電池パック２０を搭載したまま外部から充電できると便利である。

　図１に示す電動移動体１は外部充電機能を備えている。電動移動体１と、商用電力系統２に接続された外部の充電器３を充電ケーブル４で接続することにより、電源システム１０を商用電力系統２から充電することができる。電動移動体１内において、電源システム１０と充電器３を繋ぐ配線間に充電用リレーＲＹｃが挿入される。電源システム１０の管理部３０は、充電開始前に充電用リレーＲＹｃをオン状態に制御し、充電終了後に充電用リレーＲＹｃをオフ状態に制御する。

　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、充電用リレーＲＹｃ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、交流電力から直流電力に変換される。なお、充電ケーブル４のプラグを、建物などに設置されている一般的なＡＣコンセントに直接挿入して充電することも可能である。

　なお、外部充電機能は必須ではない。外部充電機能を備えない電動移動体１では、充電用リレーＲＹｃ、及び充電ケーブル４を接続するための充電口は省略される。

　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。

　マイクロコンピュータ又は不揮発メモリ内に、ＳＯＣ－ＯＣＶ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、出荷時にマイクロコンピュータ又は不揮発メモリ内に登録される。セルＥ１－ＥｎのＳＯＣ－ＯＣＶ特性は、温度及びＳＯＨ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ＳＯＨ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、ＳＯＨ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、ＦＣＣ（Ｆｕｌｌ　Ｃｈａｒｇｅ　Ｃａｐａｃｉｔｙ）及びＳＯＨを推定する。制御部２４は、ＯＣＶ法、電流積算法、又は両者を組み合わせてＳＯＣを推定する。ＯＣＶ法は、電圧計測部２１により計測される各セルＥ１－Ｅｎの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、電流計測部２３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。

　制御部２４は、ＳＯＣ－ＯＣＶマップ２４１に記述されるＳＯＣ－ＯＣＶカーブの特性データと、電圧計測部２１により計測されるセルの２点のＯＣＶをもとに当該セルのＦＣＣを推定することができる。

　制御部２４は、電流計測部２３により計測される電流の推移をもとに、２点のＯＣＶを取得した２点の時刻の間の期間の電流積算量（＝充放電容量）Ｑを算出する。制御部２４は、下記（式１）を算出してＦＣＣを推定することができる。

　ＦＣＣ＝Ｑ／ΔＳＯＣ　・・・（式１）
　ＳＯＨは、初期のＦＣＣ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。制御部２４は、下記（式２）を算出してＳＯＨを推定することができる。

　ＳＯＨ＝現在のＦＣＣ／初期のＦＣＣ　・・・（式２）
　また、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。保存劣化速度及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を含む監視データを管理部３０に所定の頻度で送信する。また制御部２４は、これらのデータ項目に加えて、電池パック２０全体の電圧、実容量、ＳＯＣの少なくとも一つを監視データに含めて送信してもよい。また制御部２４は、電池パック２０に含まれる複数のセルＥ１－ＥｎのＦＣＣ、ＳＯＨ、内部抵抗の少なくとも一つを含む状態データを上記監視データより低頻度で管理部３０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、リレー制御部３１２、容量算出部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み、各種のプログラム及びデータを記録する。

　取得部３１１は、複数の電池パック２０ａ－２０ｃの電圧及びＳＯＣの少なくとも一方を含む監視データを取得する。リレー制御部３１２は、複数の電池パック２０ａ－２０ｃ間の電圧差またはＳＯＣ差をもとに、複数のパックリレーＲＹ１ａ－ＲＹ１ｃを個別にオン／オフ制御するための制御信号を生成し、複数の電池パック２０ａ－２０ｃの制御部２４ａ－２４ｃに送信する。

　容量算出部３１３は、複数の電池パック２０ａ－２０ｃの各実容量または各ＳＯＣをもとに、複数の電池パック２０ａ－２０ｃ全体の容量（以下、システム容量という）を算出する。容量算出部３１３は、システム容量を算出する際、オフ状態のパックリレーＲＹ１に接続された電池パックの容量も、当該パックリレーＲＹ１が将来においてオン状態に制御されることが可能である場合、システム容量に加味する。

　システム容量を実容量で算出する場合、容量算出部３１３は、オン状態のパックリレーＲＹ１に接続された電池パック２０の実容量と、将来においてオン状態に制御されることが可能なパックリレーＲＹ１に接続された電池パック２０の実容量を合計した容量を、システム容量として算出する。

　システム容量をＳＯＣで算出する場合、容量算出部３１３は、オン状態のパックリレーＲＹ１に接続された電池パック２０と、将来においてオン状態に制御されることが可能なパックリレーＲＹ１に接続された電池パック２０の各実容量と各ＳＯＣとの積の合計を、各ＳＯＣの合計で割って求めたＳＯＣを、システム容量として算出する。

　異常が発生している電池パック２０の容量は、システム容量を算出する際、除外して考える。電池パック２０から取得される監視データをもとに、当該電池パック２０内のセルＥ１－Ｅｎのいずれかに、過電圧、過小電圧、過電流、温度異常、短絡、断線などが発生していると推定される場合、当該電池パック２０に異常が発生していると判定される。

　通知部３１４は、容量算出部３１３により算出されたシステム容量を移動体制御部４０に通知する。管理部３０と移動体制御部４０間は、例えば、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）などのネットワークにより接続される。移動体制御部４０は、受信したシステム容量をメータパネル７０に提示させて、運転者または操縦者に通知する。なお、移動体制御部４０はシステム容量を音声合成により、運転者または操縦者に音声で通知してもよい。

　図４Ａ、図４Ｂは、システム容量の第１算出例を説明するための図である。図４Ａに示す例は、実容量が４７［Ａｈ］でＳＯＣが３０［％］の第１電池パック２０ａと、実容量が４８［Ａｈ］でＳＯＣが５０［％］の第２電池パック２０ｂと、実容量が５０［Ａｈ］でＳＯＣが８０［％］の第３電池パック２０ｃが並列接続されている例である。交換式の電池パック２０の場合、ＳＯＨが大きく異なる複数の電池パック２０が並列接続される状態が発生し得る。従って、複数の電池パック２０間の実容量が近似していても、ＳＯＣが大きく乖離している状態が発生し得る。

　リレー制御部３１２は、複数の電池パック２０ａ－２０ｃ間の電圧またはＳＯＣが異なる場合、基本的に、最も電圧またはＳＯＣが高い電池パック２０に接続されたパックリレーＲＹ１からターンオンする。最も電圧またはＳＯＣが高い電池パック２０の電圧またはＳＯＣが、次に電圧またはＳＯＣが高い電池パック２０の電圧またはＳＯＣに近づくと、リレー制御部３１２は、次に電圧またはＳＯＣが高い電池パック２０に接続されたパックリレーＲＹ１をターンオンする。以下、同様に繰り返していく。

　図４Ａは、最も電圧またはＳＯＣが高い第３電池パック２０ｃに接続されたパックリレーＲＹ１ｃがオン状態に制御され、第１電池パック２０ａに接続されたパックリレーＲＹ１ａ及び第２電池パック２０ｂに接続されたパックリレーＲＹ１ｂがオフ状態に制御されている。この状態において実際に負荷に導通している実容量は、第３電池パック２０ｃの５０［Ａｈ］のみである。

　しかしながら、第３電池パック２０ｃの容量が負荷で消費されていくと、いずれ第２電池パック２０ｂの電圧またはＳＯＣ、及び第１電池パック２０ａの電圧またはＳＯＣと揃う状態が発生する。即ち、第２電池パック２０ｂ及び第１電池パック２０ａは、現在はオフ状態に制御されているが、将来においてオン状態に制御されることが可能なパックリレーＲＹ１に接続された電池パック２０と言える。本実施の形態では、将来においてオン状態に制御されることが可能なパックリレーＲＹ１に接続された電池パック２０の容量も、システム容量に加味する。

　実容量で規定されるシステム容量は、接続可能な電池パック２０の実容量の和で算出されるため、図４Ａに示す例では、１４５（＝４７＋４８＋５０）［Ａｈ］となる。ＳＯＣで規定されるシステム容量は、接続可能な電池パック２０のＳＯＣの重み付け和で算出されるため、図４Ａに示す例では５４（＝（３０＊４７＋５０＊４８＋８０＊５０）／１４５）［％］となる。

　図４Ｂは、デジタル値で表示されるメータパネル７０の一例を示す。運転者または操縦者は、現在の複数のパックリレーＲＹ１の接続状態に依存しない、実際に使用可能なシステム容量を把握することができる。

　図５Ａ、図５Ｂは、システム容量の第２算出例を説明するための図である。図５Ａに示す例は、図４Ａに示した状態から、第２電池パック２０ｂに異常が発生した場合の例である。本実施の形態では、異常が発生している電池パック２０の容量は、システム容量を算出する際に加味しない。

　従って図５Ａに示す例では、実容量で規定されるシステム容量は、９７（＝４７＋５０）［Ａｈ］となる。ＳＯＣで規定されるシステム容量は、５６（＝（３０＊４７＋８０＊５０）／９７）［％］となる。

　ＳＯＣでは、図５Ａに示す状態のほうが図４Ａに示した状態より低くなるが、ＳＯＣの低下速度は図５Ａに示す状態のほうが速くなる。図４Ｂ及び図５Ｂに示すように、システム容量を実容量とＳＯＣの両方で通知すれば、運転者または操縦者は、量的かつ比率的に電池残量を把握することができる。

　図６は、システム容量の第３算出例を説明するための図である。図６では、８並列の例を示す。具体的には、実容量が５０［Ａｈ］でＳＯＣが７０［％］の第１電池パック２０ａと、実容量が４８［Ａｈ］でＳＯＣが９０［％］の第２電池パック２０ｂと、実容量が４９［Ａｈ］でＳＯＣが６５［％］の第３電池パック２０ｃと、実容量が４８［Ａｈ］でＳＯＣが６８［％］の第４電池パック２０ｄと、実容量が４５［Ａｈ］でＳＯＣが７１［％］の第５電池パック２０ｅと、実容量が４６［Ａｈ］でＳＯＣが３５［％］の第６電池パック２０ｆと、実容量が４５［Ａｈ］でＳＯＣが７１［％］の第５電池パック２０ｅと、実容量が４６［Ａｈ］でＳＯＣが３５［％］の第６電池パック２０ｆと、実容量が４６［Ａｈ］でＳＯＣが６５［％］の第７電池パック２０ｇと、実容量が４７［Ａｈ］でＳＯＣが６９［％］の第８電池パック２０ｈが並列接続されている例である。

　図６に示す例では、負荷を動作させるために必要な電力を確保するための最低並列数が設定されている。具体的には、５並列以上が必要と設定されている。また、同時に並列接続される複数の電池パック２０間のＳＯＣ差が所定の範囲内（図６に示す例では１５％以内）に収まるように制御される。また上述したように、異常が発生している電池パック２０（図６に示す例では第４電池パック２０ｄ）は接続候補から除外される。リレー制御部３１２は、これらの条件を満たすように複数のパックリレーＲＹ１ａ－ＲＹ１ｈのオン／オフを制御する。

　図７は、システム容量の第３算出例を説明するためのフローチャートである。電源システム１０からモータ６０への放電が開始されると、取得部３１１は、複数の電池パック２０ａ－２０ｈから監視データを取得する（Ｓ１０）。リレー制御部３１２は、異常が発生している電池パック２０（図６に示す例では第４電池パック２０ｄ）を接続候補から除外する（Ｓ１１）。リレー制御部３１２は、接続条件を満たす電池パック２０の組み合わせを特定する（Ｓ１２）。

　具体的にはリレー制御部３１２は、接続候補の電池パック２０の内、ＳＯＣが高い順に５つの電池パック２０を抽出する。リレー制御部３１２は、抽出した５つの電池パック２０のＳＯＣ差が１５％以内に収まるか否か判定する。５つの電池パック２０のＳＯＣ差が１５％以内に収まらない場合は、ＳＯＣが最も高い電池パック２０を接続候補から除外する。

　リレー制御部３１２は、新たな接続候補の電池パック２０の内、ＳＯＣが高い順に５つの電池パック２０を抽出する。リレー制御部３１２は、抽出した５つの電池パック２０のＳＯＣ差が１５％以内に収まるか否か判定する。リレー制御部３１２は、当該条件を満たす５つの電池パック２０を特定できるまで、この処理を繰り返し実行する。

　リレー制御部３１２は、特定した５つの電池パック２０に加えて、ＳＯＣ順で次の電池パック２０を加えた６つの電池パック２０のＳＯＣ差が１５％以内に収まるか否か判定する。収まる場合、リレー制御部３１２は、特定した６つの電池パック２０に加えて、ＳＯＣ順でさらに次の電池パック２０を加えた７つの電池パック２０のＳＯＣ差が１５％以内に収まるか否か判定する。このようにして、ＳＯＣ差が１５％以内に収まる最大の並列数を特定する。

　図６に示す例では、初期においてリレー制御部３１２は、第１電池パック２０ａ、第３電池パック２０ｃ、第５電池パック２０ｅ、第７電池パック２０ｇ、第８電池パック２０ｈを特定する。第２電池パック２０ｂはＳＯＣが高すぎるため、接続候補から除外される。

　リレー制御部３１２は、特定した複数の電池パック２０のパックリレーＲＹ１をオン状態に制御する（Ｓ１３）。容量算出部３１３は、実容量とＳＯＣでシステム容量を算出する（Ｓ１４）。図６に示す例では、容量算出部３１３は、接続候補から除外された第２電池パック２０ｂと異常が発生している第４電池パック２０ｄを除く６つの電池パックのシステム容量を、実容量とＳＯＣで算出する。通知部３１４は、算出されたシステム容量を移動体制御部４０に通知する。移動体制御部４０は、受信したシステム容量をメータパネル７０に提示する（Ｓ１５）。

　以上に説明したステップＳ１０－ステップＳ１５までの処理が、放電が終了するまで（Ｓ１６のＹ）、繰り返し実行される（Ｓ１６のＮ）。モータ６０の電力消費により、第１電池パック２０ａ、第３電池パック２０ｃ、第５電池パック２０ｅ、第７電池パック２０ｇ、第８電池パック２０ｈのＳＯＣが低下し、第１電池パック２０ａ、第３電池パック２０ｃ、第５電池パック２０ｅ、第７電池パック２０ｇ、第８電池パック２０ｈに第６電池パック２０ｆを加えた６つの電池パックのＳＯＣ差が１５％以内に収まるようになると、リレー制御部３１２は、第６パックリレーＲＹ１ｆをオン状態に制御する。

　図７に示した例ではリレー制御部３１２は、複数の電池パック２０間のＳＯＣ差をもとに、各電池パック２０が接続可能な電池パック２０であるか否かを判定した。この点、リレー制御部３１２は、複数の電池パック２０間の電圧差もとに、各電池パック２０が接続可能な電池パック２０であるか否かを判定してもよい。さらに、リレー制御部３１２は、複数の電池パック２０間の内部抵抗も考慮し、電圧差と内部抵抗をもとに、パックリレーＲＹ１をターンオンした際に突入電流が発生するか否かを基準に、各電池パック２０が接続可能な電池パック２０であるか否かを判定してもよい。

　図７に示したフローチャートでは放電時の制御を示した。以下、充電時の制御を説明する。リレー制御部３１２は、初期において最もＳＯＣが低い電池パック２０を接続させ、ＳＯＣ差が１５％の範囲内で徐々に、接続させる電池パック２０の並列数を増加させていく。放電の場合と同様に、異常が発生している電池パック２０は接続候補から除外する。

　容量算出部３１３は、複数の電池パック２０の各接続状態を問わず、異常が発生している電池パック２０を除く全ての電池パック２０の容量を加味してシステム容量を算出する。充電の場合は、容量算出部３１３は、異常が発生している電池パック２０を除く全ての電池パック２０全体が満充電に到達するまでの所要時間も算出する。移動体制御部４０は、異常が発生している電池パック２０を除く全ての電池パック２０のシステム容量と満充電までの所要時間を、メータパネル７０に提示する。

　以上説明したように本実施の形態によれば、運転者または操縦者に通知すべき、並列接続された交換式の複数の電池パック２０のシステム容量を適切に算出することができる。即ち、パックリレーＲＹ１がオフ状態の電池パック２０であっても、使用途中に接続可能な電池パック２０であれば、使用開始時からシステム容量に加味する。これにより、運転者または操縦者は、複数の電池パック２０の接続状態に関係なく、実際に使用可能な電池残量を常に把握することができる。

　また、新たな電池パック２０の接続により、メータパネル７０に提示されている容量値が突然、不連続に変化することを防止することができる。これにより、運転者または操縦者が、電池残量の提示に関して違和感を感じ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。

　図８は、変形例に係る電池パック２０の内部構成例を示す図である。変形例では、パックリレーＲＹ１と並列に、プリチャージリレーＲＹｐとプリチャージ抵抗Ｒｐが接続される。この構成例では、リレー制御部３１２は、複数の電池パック２０間のＳＯＣ差が第１の所定の範囲（例えば、１５％）外であるが、第１の所定の範囲より広い第２の所定の範囲（例えば、３０％）内であれば、パックリレーＲＹ１をオフ状態、プリチャージリレーＲＹｐをオン状態に制御する。この状態では、プリチャージ抵抗Ｒｐを介して放電または充電されるため、突入電流が抑制される。

　第２の所定の範囲は、プリチャージ抵抗Ｒｐの抵抗値に依存する。抵抗値を大きく設定すれば、放電または充電時の損失が大きくなるが、第２の所定の範囲を広げることができる。リレー制御部３１２は、複数の電池パック２０間のＳＯＣ差が第１所定の範囲に到達すると、プリチャージリレーＲＹｐをターンオフして、パックリレーＲＹ１をターンオンする。変形例によれば、同時に接続可能な電池パック２０の並列数を増加させることができる。

　上述の実施の形態における、メインリレーＲＹｍ、充電用リレーＲＹｃ、パックリレーＲＹ１、プリチャージリレーＲＹｐの少なくとも一つは、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で代替されてもよい。

　上述の実施の形態では、着脱自在な可搬式・交換式の複数の電池パック２０が並列接続される構成例を説明した。この点、固定式の複数の電池パック２０が並列接続される構成例に、本開示を適用することを排除するものではない。

　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。

　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パック（２０）を管理する管理装置（３０）であって、
　前記複数の蓄電パック（２０）の電圧及びＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ　Ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ）の少なくとも一方を含む監視データを取得する取得部（３１１）と、
　前記複数の蓄電パック（２０）間の電圧差または前記複数の蓄電パック（２０）間のＳＯＣ差をもとに、前記複数のスイッチ（ＲＹ１）を個別にオン／オフ制御可能なスイッチ制御部（３１２）と、
　前記複数の蓄電パック（２０）全体の容量を算出する容量算出部（３１３）と、を備え、
　前記容量算出部（３１３）は、前記複数の蓄電パック（２０）全体の容量を算出する際、オフ状態のスイッチ（ＲＹ１）に接続された蓄電パック（２０）の容量も、当該スイッチ（ＲＹ１）が将来においてオン状態に制御されることが可能である場合、加味する、
　ことを特徴とする管理装置（３０）。

　これによれば、ユーザに通知すべき、並列接続された複数の蓄電パック（２０）全体の容量を適切に算出することができる。

　［項目２］
　前記容量算出部（３１３）は、オン状態のスイッチ（ＲＹ１）に接続された蓄電パック（２０）の実容量と、将来においてオン状態に制御されることが可能なスイッチ（ＲＹ１）に接続された蓄電パック（２０）の実容量を合計した実容量を、ユーザに通知するための実容量として算出する、
　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、ユーザに通知すべき、並列接続された複数の蓄電パック（２０）全体の実容量を適切に算出することができる。

　［項目３］
　前記容量算出部（３１３）は、オン状態のスイッチ（ＲＹ１）に接続された蓄電パック（２０）と、将来においてオン状態に制御されることが可能なスイッチ（ＲＹ１）に接続された蓄電パック（２０）の各ＳＯＣと各実容量との積の合計を、各ＳＯＣの合計で割って求めたＳＯＣを、ユーザに通知するためのＳＯＣとして算出する、
　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、ユーザに通知すべき、並列接続された複数の蓄電パック（２０）全体のＳＯＣを適切に算出することができる。

　［項目４］
　前記容量算出部（３１３）は、前記複数の蓄電パック（２０）全体の容量を算出する際、異常が発生している蓄電パック（２０）の容量を除外する、
　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（３０）。

　［項目５］
　前記スイッチ制御部（３１２）は、前記負荷（６０）を動作させるために必要な電力を確保するための最低並列数を満たし、かつ前記複数の蓄電パック（２０）間の電圧差または前記複数の蓄電パック（２０）間のＳＯＣ差が所定の範囲に収まる組み合わせの複数のスイッチ（ＲＹ１）をオン状態に制御する、
　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、横流を抑制しつつ、可及的に多くの蓄電パック（２０）から同時に放電、または可及的に多くの蓄電パック（２０）に同時に充電することができる。

　［項目６］
　前記複数の蓄電パック（２０）はそれぞれ、着脱自在な可搬型の蓄電パック（２０）である、
　ことを特徴とする項目１から５のいずれか１項に記載の管理装置（３０）。

　これによれば、ＳＯＣまたはＳＯＨが乖離しやすい可搬型の複数の蓄電パック（２０）全体の容量を、適切に算出することができる。

　［項目７］
　並列接続された、着脱自在な可搬型の複数の蓄電パック（２０）と、
　項目１から６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、ユーザに通知すべき、並列接続された複数の蓄電パック（２０）全体の容量を適切に算出することができる電源システム（１０）を構築できる。

　［項目８］
　前記負荷（６０）としてのモータ（６０）と、
　前記モータ（６０）に電力を供給する項目７に記載の電源システム（１０）と、
　を備えることを特徴とする電動移動体（１）。

　これによれば、ユーザに通知すべき、並列接続された複数の蓄電パック（２０）全体の容量を適切に算出することができる電動移動体（１）を実現できる。

　［項目９］
　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パック（２０）を管理する管理方法であって、
　前記複数の蓄電パック（２０）の電圧及びＳＯＣの少なくとも一方を取得するステップと、
　前記複数の蓄電パック（２０）間の電圧差または前記複数の蓄電パック（２０）間のＳＯＣ差をもとに、前記複数のスイッチ（ＲＹ１）を個別にオン／オフ制御するステップと、
　前記複数の蓄電パック（２０）全体の容量を算出するステップと、
　算出した容量をユーザに向けて通知するステップと、を有し、
　前記容量を算出するステップは、前記複数の蓄電パック（２０）全体の容量を算出する際、オフ状態のスイッチ（ＲＹ１）に接続された蓄電パック（２０）の容量も、当該スイッチ（ＲＹ１）が将来においてオン状態に制御されることが可能である場合、加味する、
　ことを特徴とする管理方法。

　１　電動移動体、　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、　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　リレー制御部、　３１３　容量算出部、　３１４　通知部、　３２　記憶部、　４０　移動体制御部、　５０　インバータ、　６０　モータ、　７０　メータパネル、　ＲＹｍ　メインリレー、　ＲＹｃ　充電用リレー、　ＲＹ１　パックリレー、　Ｒｓ　シャント抵抗、　ＲＹｐ　プリチャージリレー、　Ｒｐ　プリチャージ抵抗、　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パックを管理する管理装置であって、
　前記複数の蓄電パックの電圧及びＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ　Ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ）の少なくとも一方を含む監視データを取得する取得部と、
　前記複数の蓄電パック間の電圧差または前記複数の蓄電パック間のＳＯＣ差をもとに、前記複数のスイッチを個別にオン／オフ制御可能なスイッチ制御部と、
　前記複数の蓄電パック全体の容量を算出する容量算出部と、を備え、
　前記容量算出部は、前記複数の蓄電パック全体の容量を算出する際、オフ状態のスイッチに接続された蓄電パックの容量も、当該スイッチが将来においてオン状態に制御されることが可能である場合、加味する、
　ことを特徴とする管理装置。
　前記容量算出部は、オン状態のスイッチに接続された蓄電パックの実容量と、将来においてオン状態に制御されることが可能なスイッチに接続された蓄電パックの実容量を合計した実容量を、ユーザに通知するための実容量として算出する、
　ことを特徴とする請求項１に記載の管理装置。
　前記容量算出部は、オン状態のスイッチに接続された蓄電パックと、将来においてオン状態に制御されることが可能なスイッチに接続された蓄電パックの各ＳＯＣと各実容量との積の合計を、各ＳＯＣの合計で割って求めたＳＯＣを、ユーザに通知するためのＳＯＣとして算出する、
　ことを特徴とする請求項１に記載の管理装置。
　前記容量算出部は、前記複数の蓄電パック全体の容量を算出する際、異常が発生している蓄電パックの容量を除外する、
　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。
　前記スイッチ制御部は、前記負荷を動作させるために必要な電力を確保するための最低並列数を満たし、かつ前記複数の蓄電パック間の電圧差または前記複数の蓄電パック間のＳＯＣ差が所定の範囲に収まる組み合わせの複数のスイッチをオン状態に制御する、
　請求項１から４のいずれか１項に記載の管理装置。
　前記複数の蓄電パックはそれぞれ、着脱自在な可搬型の蓄電パックである、
　ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の管理装置。
　並列接続された、着脱自在な可搬型の複数の蓄電パックと、
　請求項１から６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。
　前記負荷としてのモータと、
　前記モータに電力を供給する請求項７に記載の電源システムと、
　を備えることを特徴とする電動移動体。
　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パックを管理する管理方法であって、
　前記複数の蓄電パックの電圧及びＳＯＣの少なくとも一方を取得するステップと、
　前記複数の蓄電パック間の電圧差または前記複数の蓄電パック間のＳＯＣ差をもとに、前記複数のスイッチを個別にオン／オフ制御するステップと、
　前記複数の蓄電パック全体の容量を算出するステップと、
　算出した容量をユーザに向けて通知するステップと、を有し、
　前記容量を算出するステップは、前記複数の蓄電パック全体の容量を算出する際、オフ状態のスイッチに接続された蓄電パックの容量も、当該スイッチが将来においてオン状態に制御されることが可能である場合、加味する、
　ことを特徴とする管理方法。