JP3849541B2

JP3849541B2 - 組電池の充放電制御方法

Info

Publication number: JP3849541B2
Application number: JP2002043216A
Authority: JP
Inventors: 晃生石下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2006-11-22
Anticipated expiration: 2022-02-20
Also published as: EP1340992B1; EP1340992B8; US20030155891A1; EP1340992A1; US6828758B2; JP2003244860A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の電池セルが直列に接続された組電池の充放電制御方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両駆動用モータの他に、エンジン駆動される発電機を搭載したハイブリッド車が知られている。このようなハイブリッド車には、複数の電池セルが直列に接続された組電池が搭載されており、この組電池からの電力により駆動用モータが駆動されると共に、発電機からの電力が組電池に充電される。
【０００３】
図２には、このような組電池の充放電制御を行う場合の構成例が示される。図２において、複数の電池セル１０が直列に接続された組電池１２には、電池セル１０の電圧を検出するための電圧検出器１４が接続されている。この電圧検出器１４の出力に基づき、電池ＥＣＵ１６により電池セル１０の充電状態（ＳＯＣ；ＳｔａｔｅｏｆＣｈａｒｇｅ）が算出される。なお、電圧検出器１４で検出される電圧値としては、上記のように各電池セル１０の電圧値でも良いが、組電池１２は、通常複数の電池セル１０が直列に接続された電池ブロックをさらに複数直列接続した構成となっているので、各電池ブロック毎の電圧値でもよい。この場合、各電池ブロック毎の電圧値から電池ＥＣＵ１６により電池ブロック毎のＳＯＣを算出することになる。このようにして算出されたＳＯＣに基づき、駆動用モータ、発電機駆動用エンジン、発電機、インバータなどからなる負荷２０をＨＶＥＣＵ１８が制御し、組電池１２の充放電量を調節して、組電池１２のＳＯＣが所定範囲に入るように制御する。このＳＯＣの制御範囲としては、例えば２０％〜８０％の範囲が採用される。このような組電池１２のＳＯＣの制御方法の例は、例えば特開２０００−１４０２９号公報等に開示されている。
【０００４】
上記従来の制御方法においては、組電池１２のＳＯＣを所定の範囲例えば２０％〜８０％の間に制御する場合に、図３（ａ）、（ｂ）に示されるように制御範囲の下限（２０％）と上限（８０％）とで組電池１２のＳＯＣの代表値が異なっている。すなわち、制御範囲の下限値で組電池１２のＳＯＣを制御する場合には、各電池セル１０あるいは電池ブロック毎の電圧からそれぞれの残存容量を求め、それらの残存容量のうち最小のものを組電池１２のＳＯＣを制御する場合の代表ＳＯＣとし、この代表ＳＯＣが下限値を下回らないように制御している。また、制御範囲の上限値で組電池１２のＳＯＣを制御する場合には、各電池セル１０あるいは電池ブロック毎の残存容量のうち最大容量値を組電池１２の代表ＳＯＣとし、この代表ＳＯＣが上限値を超えないように制御している。
【０００５】
各電池セル１０毎の充放電能力には、組電池１２の使用時間の増加と共にばらつきが生じる。このため、組電池１２の使用開始当時には、図３（ａ）に示されるように、各電池セル１０あるいは電池ブロック間のＳＯＣのばらつきが小さかったものが、時間の経過とともに、図３（ｂ）に示されるように、ＳＯＣのばらつきが大きくなってくる。しかし、上述した制御方法では、ＳＯＣのばらつきのうちの最小値、最大値により制御範囲の下限、上限の制御を行うので、全ての電池セル１０あるいは電池ブロックのＳＯＣが必ず制御範囲内に入っていることになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の充放電制御方法を実施する場合には、各電池セル１０あるいは電池ブロック間のＳＯＣのばらつきのうちの最小値、最大値の両方を算出する必要があり、しかも、この最小値によりＳＯＣの下限値の制御を、最大値によりＳＯＣの上限値の制御を別々に行う必要がある。このため、演算処理が煩雑になるという問題があった。
【０００７】
また、図３（ｂ）に示されるように、組電池１２の各電池セル１０あるいは電池ブロックのＳＯＣのばらつきが大きくなってくると、ＳＯＣの制御精度が低下するので、各電池セル１０あるいは電池ブロックを過充電し、電池セル間のＳＯＣのばらつきを低減させる均等化制御を行う必要が出てくる。このような均等化制御は、上述の通り電池を過充電するので、電池寿命が短くなるという問題もあった。
【０００８】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、簡易な演算処理でＳＯＣの制御を行うことができ、かつＳＯＣのばらつきを抑制することができる組電池の充放電制御方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、組電池の充放電制御方法であって、組電池中の電池セルまたは電池ブロック毎の残存容量から最小容量値を算出し、最小容量値または最小容量値の満充電容量に対する百分率をその組電池を代表する充電状態として採用し、採用された代表値に基づき充電状態の上限値の制御を行うことを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、組電池中の電池セルまたは電池ブロックの最小容量値のみで組電池の充放電制御を行うので、ＳＯＣの算出演算を簡易なものとすることができ、また、上記最小容量値によりＳＯＣの上限値の制御を行うと、最大容量値及びこれに近い容量の電池セルは充電量がさらに高くなるが、自己放電量の増加及び充電効率の低下により実際のＳＯＣの上昇が抑制されるので、電池セルを過充電する事による均等化制御を行わなくてもＳＯＣのばらつきを抑制することができる。
【００１１】
また、本発明は、組電池の充放電制御方法であって、組電池中の電池セルまたは電池ブロック毎の残存容量から最小容量値を算出し、最小容量値または最小容量値の満充電容量に対する百分率をその組電池を代表する充電状態として採用し、採用された代表値が所定の範囲に入るように充放電制御を行い、電池セルまたは電池ブロックが充放電制御によって過充電になっていないかを判定する過充電判定については、電池セルまたは電池ブロック毎の残存容量から最大容量値を算出し、最大容量値または最大容量値の満充電容量に対する百分率に基づき過充電判定を行うことを特徴とする。
また、上記組電池の充放電制御方法において、過充電判定によって過充電となる電池セルまたは電池ブロックがあると判定された場合に、所定の範囲の上限値をより低い値に変更することを特徴とする。
【００１２】
上記構成によれば、組電池中の電池セルまたは電池ブロック毎の最大容量値により、過充電判定を行うので、組電池を構成する各電池セルが過充電されることにより電池寿命が短くなることを防止できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００１４】
図１（ａ）、（ｂ）には、図２に示されたＨＶＥＣＵ１８で使用される制御用ＳＯＣの決定方法が示される。図１（ａ）、（ｂ）において、いずれの場合にも組電池１２中の電池セル１０あるいは複数の電池セルが直列に接続された電池ブロック毎の電圧を電圧検出器１４で検出し、この値から電池ＥＣＵ１６が各電池セル１０あるいは電池ブロック毎の残存容量を算出し、これらの残存容量のうち最小容量値から制御用ＳＯＣすなわち組電池１２を代表するＳＯＣを求める。この制御用ＳＯＣは、上述したように、各電池セル１０あるいは電池ブロックのＳＯＣのうち最小のものであり、最小容量値の満充電容量に対する百分率で表される。なお、最小ＳＯＣの代わりに電池ＥＣＵ１６で求めた各電池セル１０あるいは電池ブロックの最小容量値で制御することも可能である。
【００１５】
上記のようにして求めた制御用ＳＯＣに基づき、ＨＶＥＣＵ１８が前述したような方法により所定の制御範囲例えば２０％〜８０％の間に上記ＳＯＣが入るように組電池１２の充放電制御を行う。
【００１６】
このような制御方法によると、常に組電池１２を構成する電池セル１０あるいはブロックのうち最小のＳＯＣのみを使って充放電制御が行われるので、制御用ＳＯＣの算出処理が簡略化できる。
【００１７】
また、組電池１２の使用時間が長くなると、図１（ｂ）に示されるように、各電池セル１０あるいは電池ブロック間のＳＯＣのばらつきが大きくなり、それらばらつきのうちの最大のＳＯＣは組電池１２の使用開始直後の値すなわち図１（ａ）に示される最大のＳＯＣよりも大きな値となる。この場合に、上述した最小のＳＯＣのみを使って充放電制御を行うと、最大のＳＯＣあるいはこれに近いＳＯＣの電池セル１０あるいは電池ブロックの充電量が制御範囲を超えて大きくなる場合がある。しかし、各電池セル１０はＳＯＣが高くなるほど充電効率が低下し、また自己放電量も多くなる。このため、電池セル１０あるいは電池ブロック間のばらつきのうち最小のＳＯＣによって充放電制御を行っても、ばらつきのうち大きい方のＳＯＣとなっている電池セル１０あるいは電池ブロックのＳＯＣの増加が抑制される。これにより、各電池セル１０を過充電状態にしてＳＯＣの均等化を行わなくても、ＳＯＣのばらつきが一定値を超え大きくなり続けることはない。従って、均等化制御を行う必要がなくなり、過充電による電池寿命の劣化を防止することができる。
【００１８】
さらに、常にＳＯＣのばらつきの最小値で制御を行うことにより、組電池１２を構成する各電池セル１０の過放電を防止することができる。
【００１９】
なお、上述のように、ＳＯＣのばらつきのうち最小値で組電池１２の充放電制御を行っているので、電池セル１０の中には、過充電になるものが出てくる可能性がある。このため、組電池１２中の電池セル１０またはブロック毎の残存容量から最大容量値またはこの最大容量値の満充電容量に対する百分率としての最大ＳＯＣを算出し、この最大容量値または最大ＳＯＣに基づいてガード判定すなわち電池セル１０が過充電となっていないかを判定することも好適である。この場合に、電池セル１０のうち過充電となるものがある場合には、ＨＶＥＣＵ１８により、組電池１２のＳＯＣの制御範囲の上限値を所定量例えば１０％程度低い値に変更することにより、電池セル１０の過充電を防止できる。
【００２０】
次に、図１（ｃ）、（ｄ）に示されるように、当初組電池１２を構成する各電池セル１０の全てが正常で、ＳＯＣのばらつきが小さかったものが、図１（ｄ）に示されるように１個の電池セル１０のみがそのＳＯＣが大きく低下した場合にも、全ての電池セル１０あるいは電池ブロックのうちの最小のＳＯＣによりＨＶＥＣＵ１８が充放電制御を行う。このような制御を行うと、前述したように、ＳＯＣが高い電池セル１０では充電効率の低下、自己放電量の増加があるので、図１（ｄ）に示された状態が徐々に解消され、図１（ｃ）の状態に近い状態まで復帰させることができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、組電池を構成する電池セルあるいは電池ブロックのＳＯＣのうち最小のＳＯＣにより組電池の充放電制御を行うので、制御用ＳＯＣの算出を容易に行うことができると共に、ＳＯＣが高い電池セルのＳＯＣの上昇を抑制できるので、ＳＯＣのばらつきも抑制することができる。
【００２２】
また、ＳＯＣのばらつきのうち最大値により過充電判定を行い、過充電となっている電池セルがある場合には、組電池のＳＯＣの制御範囲の上限値を低い値に変更するので、電池セルの過充電を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる組電池の充放電制御方法に使用される制御用ＳＯＣの算出方法の説明図である。
【図２】組電池の充放電制御を行うための構成例を示す図である。
【図３】従来における組電池の充放電制御を行う場合の制御用ＳＯＣの説明図である。
【符号の説明】
１０電池セル、１２組電池、１４電圧検出器、１６電池ＥＣＵ、１８ＨＶＥＣＵ、２０負荷。

Claims

組電池中の電池セルまたは電池ブロック毎の残存容量から最小容量値を算出し、
前記最小容量値または前記最小容量値の満充電容量に対する百分率をその組電池を代表する充電状態として採用し、
採用された代表値に基づき充電状態の上限値の制御を行うことを特徴とする組電池の充放電制御方法。
組電池中の電池セルまたは電池ブロック毎の残存容量から最小容量値を算出し、
前記最小容量値または前記最小容量値の満充電容量に対する百分率をその組電池を代表する充電状態として採用し、
採用された代表値が所定の範囲に入るように充放電制御を行い、
前記電池セルまたは電池ブロックが前記充放電制御によって過充電になっていないかを判定する過充電判定については、
前記電池セルまたは電池ブロック毎の残存容量から最大容量値を算出し、
前記最大容量値または前記最大容量値の満充電容量に対する百分率に基づき前記過充電判定を行うことを特徴とする組電池の充放電制御方法。
請求項２記載の組電池の充放電制御方法において、前記過充電判定によって過充電となる電池セルまたは電池ブロックがあると判定された場合に、前記所定の範囲の上限値をより低い値に変更することを特徴とする組電池の充放電制御方法。