JP4843921B2

JP4843921B2 - 組電池の容量調整装置及び組電池の容量調整方法

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Publication number: JP4843921B2
Application number: JP2004255759A
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Inventors: 智永杉本
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Description

本発明は、複数のセル（単電池）が直列接続されてなる組電池の容量調整装置及び組電池の容量調整方法に関する。

近年、電気自動車やハイブリッド自動車の開発がすすめられているが、これら各種車両には、動力源として、複数のセル（単電池）を直列接続した組電池が搭載される。このような組電池を使用するため、各セルの過充電や過放電を防止するための容量調整方法としては、例えば、特許文献１に記載された技術が提案されている。

具体的には、この特許文献１には、各セルの充電容量（ＳＯＣ（（State Of Charge））を検出して平均値を求め、全セルの充電容量ＳＯＣの平均値が、予め設定したセルの充電容量−開放電圧Ｖｏ特性における傾きΔＶｏ／ΔＳＯＣが所定値以上の範囲であるかを判定する。そして、この全セルの充電容量ＳＯＣが、傾きΔＶｏ／ΔＳＯＣが所定値以上の範囲である場合には、容量調整を行うに際しての放電容量と容量調整時間である容量調整条件を決定し、当該容量調整条件に従って組電池の各セルの充電容量を調整している。
特開２００４−３１０１２号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載された技術において、容量調整対象とするセル数が多い場合には、放電抵抗による自己発熱量が多くなる。そのため、コントローラを含めた組電池の小型化を図りつつある現状を鑑みると、密閉度の高い小型ＥＣＵ（Electronic Control Unit）では、放熱性を無視することができず、冷却機能を追加したり、冷却能力を向上させる必要が生じていた。

そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、容量調整時の発熱量を低減することによって、冷却等に必要なコスト低減や、回路構成の高密度化による小型化を図ることができる組電池の容量調整装置及び組電池の容量調整方法を提供することを目的とする。

本発明は、複数のセルが直列に接続された組電池における各セルの充電容量を検出し、各セルごとに接続された放電部と、当該放電部によって各セルの充電電力を放電させて、各セルの充電容量を調整する。このとき、本発明では、放電部等を搭載した基板温度を検出し、当該基板温度が所定温度以上である場合には、複数のセルにおいて充電容量のばらつきが少ないセルの充電容量の調整を停止させることにより、放電部の発熱を抑制して、上述の課題を解決する。

本発明によれば、放電部等を搭載した基板温度が所定温度以上である場合には、複数のセルにおいて充電容量のばらつきが少ないセルの充電容量の調整を停止させることにより、放電部の発熱を抑制することができ、冷却等に必要なコスト低減や、回路構成の高密度化による小型化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

本発明は、図１に示すように、複数のセル（単電池）が直列に接続された組電池の容量調整を行う電気自動車の制御システムに適用される。なお、以下では、説明の便宜上、電気自動車のバッテリに適用した場合について説明するものとするが、本発明は、電気自動車のバッテリに限らず、ハイブリッド車両やエンジン車両のバッテリの他、車両以外の任意の装置に用いられるバッテリに適用することができるものである。

［電気自動車の制御システムの構成］
電気自動車の制御システムは、図１に示すように、組電池１０の充放電を制御する電池制御ユニット２０と、電気自動車の走行に必要な各部からなる車両システム３０とに大別されて構成される。なお、図１において、各部を接続する太実線は、強電ラインを示し、通常の実線は、弱電ラインを示し、破線は、信号ラインを示している。

電池制御ユニット２０は、マイクロコンピュータであるＥＣＵ（Electronic Control Unit）として構成され、組電池１０を構成する各セルの電圧値を検出するセル電圧検出部２１と、各セルの充電容量を調整する容量調整手段である容量調整部２２と、電池制御ユニット２０を統括的に制御する制御手段であるＣＰＵ（Central Processing Unit）２３と、このＣＰＵ２３から供給された各種情報を記憶するメモリ２４とを備える。これらセル電圧検出部２１，容量調整部２２，ＣＰＵ２３及びメモリ２４は、組電池１０と近接して電気的に接続された基板上又は密閉度が高い状態で設けられ、後述するが、容量調整部２２の放電による発熱が伝達される。

セル電圧検出部２１は、容量調整部２２を介して組電池１０と接続され、組電池１０を構成する各セルの電圧値を検出すると、この電圧情報をＣＰＵ２３に供給する。

容量調整部２２は、ＣＰＵ２３の制御に従って、組電池１０を構成する各セル間の容量ばらつきを抑制するように各セルを放電させて、当該容量ばらつきを補正して各セル間の容量を調整する。なお、この容量調整部２２の詳細については、後述するものとする。

ＣＰＵ２３は、セル電圧検出部２１から各セルの電圧情報を収集し、当該各セルにおける車両システム３０の起動時（無負荷時）及び規定容量充放電後の電圧分布状況に基づいて、容量調整部２２に適切な容量調整条件を示す容量調整指示を出力する。また、ＣＰＵ２３は、車両システム３０がオフ状態となったことにともない、容量調整部２２による組電池１０の容量調整が中断した場合には、各セルの残り容量調整条件をメモリ２４に記憶させる。ここで、容量調整条件とは、各セルごとの放電容量や容量調整時間（放電時間）である。

メモリ２４は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）や不揮発性メモリ等から構成され、ＣＰＵ２３から供給された各種情報を記憶する。このメモリ２４に記憶された情報は、ＣＰＵ２３からの要求に応じて読み出される。

車両システム３０は、組電池１０の状態を検出するためのセンサとして、組電池１０の充電電力が強電回路に流れることによる電流値を検出する電流センサ３１と、電圧を検出する電圧センサ３２と、組電池１０の温度を検出する温度センサ３３とを備える。

また、車両システム３０は、電気自動車の駆動力を発生すると共に組電池１０に回生電力を供給する駆動用モータ３４と、電気自動車に搭載される各種補機システム３５と、強電回路の電源のオン／オフを制御する２つのメインリレー３６Ａ，３６Ｂと、車両システム３０を統括的に制御する車両システムＣＰＵ３７と、運転者に警告を行うための警告灯３８と、ＣＰＵ２３及び車両システムＣＰＵ３７に駆動電力を供給する補助電池３９と、この補助電池３９の電力供給を制御するためのキー信号を生成するキースイッチ４０とを備える。

温度センサ３３は、組電池１０が放電するに際して発生する発熱を監視するために設けられ、組電池１０の温度を検出して、当該温度値をＣＰＵ２３に供給する。

電流センサ３１は、組電池１０から放電されて、駆動用モータ３４及び各種補機システム３５に供給される電流値を検出し、当該電流値をＣＰＵ２３に供給する。また、電圧センサ３２は、組電池１０の正極と負極との電位差を検出することにより、組電池１０から駆動用モータ３４及び各種補機システム３５に電力供給を行っているときの電圧を検出し、当該電圧値をＣＰＵ２３に供給する。

メインリレー３６Ａ，３６Ｂは、それぞれ、組電池１０と駆動用モータ３４及び補機システム３５とを接続する強電ラインに設けられ、ＣＰＵ２３の制御に従って開閉動作する。これにより、組電池１０と、駆動用モータ３４及び各種補機システム３５との導通状態を制御する。

駆動用モータ３４は、電気自動車の力行時において、組電池１０の電力を使用して電気自動車の駆動力を発生する駆動源として用いられる。この駆動用モータ３４は、力行時において、メインリレー３６Ａ，３６Ｂがオン状態とされると、組電池１０の直流電力が図示しないインバータによって交流電力に変換されて供給される。また、駆動用モータ３４は、電気自動車の減速時等に交流回生電力を発生させる。この回生電力は、メインリレー３６Ａ，３６Ｂを介して組電池１０に充電される。

補機システム３５は、電気自動車に搭載される空調装置、灯火類、ワイパ等であり、組電池１０から供給される電力に基づいて動作する。

車両システムＣＰＵ３７は、駆動用モータ３４を制御することによって電気自動車の走行を制御すると共に、補機システム３５を制御することによって各種補機の作動を制御する。このとき、車両システムＣＰＵ３７は、駆動用モータ３４と各種補機システム３５のそれぞれで必要な要求電力を計算する。そして、車両システムＣＰＵ３７は、ＣＰＵ２３との間で通信を行い、ＣＰＵ２３によってメインリレー３６Ａ，３６Ｂを動作させることにより、要求電力を駆動用モータ３４及び各種補機システム３５に供給させる。

警告灯３８は、車両システム３０に異常が発生した場合に、車両システムＣＰＵ３７の制御に従って点灯又は点滅され、運転者に対する警告を行う。

補助電池３９は、キースイッチ４０によって生成されたキー信号に基づいて、ＣＰＵ２３及び車両システムＣＰＵ３７に駆動電力を供給する。すなわち、補助電池３９は、運転者によってキースイッチ４０が操作されて、補助電源スイッチ（ＳＷ）４１が導通状態となると、ＣＰＵ２３及び車両システムＣＰＵ３７を動作させるための駆動電力を供給して、電気自動車を起動させる。

「容量調整部の構成」
このように構成される電気自動車の制御システムにおいて、容量調整部２２は、図２に示すように、組電池１０の各セル１０_１，１０_２，１０_３，・・・毎に独立した構成とされる。すなわち、容量調整部２２は、各セル１０_１，１０_２，１０_３，・・・毎の放電抵抗Ｒｎ（ｎ＝１，２，３，・・・）と、各セル１０_１，１０_２，１０_３，・・・毎の制御スイッチＳＷｎ（ｎ＝１，２，３，・・・）とが直列に接続された回路が、組電池１０の各セル１０_１，１０_２，１０_３，・・・に対して並列に設けられて構成される。また、容量調整部２２は、制御スイッチＳＷｎの両端電圧を検出するセル電圧センサＶｎ（ｎ＝１，２，３，・・・）を有する。

放電抵抗Ｒｎ及び制御スイッチＳＷｎからなる直列回路は、組電池１０の各セル１０_１，１０_２，１０_３，・・・の充電電力を放電させて、充電容量（ＳＯＣ（State Of Charge））を調節するための回路である。なお、制御スイッチＳＷｎは、各セルの放電と停止とを切り換えるスイッチであれば、いかなるものであっても用いることができ、例えば、トランジスタやＦＥＴ（Field Effect Transistor）等の半導体スイッチング素子や、リレー等を用いることができる。

ＣＰＵ２３は、充電容量の調整を行う対象としての容量調整実施対象セルの両端に接続された制御スイッチＳＷｎにオン指令を出力し、当該制御スイッチＳＷｎを導通状態にさせる。これにより、容量調整実施対象セルの充電電力は、導通状態とされた制御スイッチＳＷｎと直列接続された放電抵抗Ｒｎによって消費され、当該容量調整実施対象セルの充電容量は、この消費分だけ放電されて、減少する。

また、ＣＰＵ２３は、制御スイッチＳＷｎのオン（導通状態）／オフ（開放状態）を切り換えるに際して、オン時間とオフ時間との比率を調整するデューティ制御を行う。このデューティ制御のデューティ比は、各セル１０_１，１０_２，１０_３，・・・の放電容量と放電時間（容量調整時間）とに基づいて決定される。

このように構成された電池制御ユニット２０において、ＣＰＵ２３は、組電池１０の充電容量を調整するための容量調整電流を放電抵抗Ｒｎに流すことにより、容量調整実施対象セルの容量調整を行う。このとき、ＣＰＵ２３は、制御スイッチＳＷｎの動作状況、すなわち、容量調整実施対象セルの容量調整状況を確認するために、容量調整実施対象セルに対応した制御スイッチＳＷｎの両端電圧をセル電圧センサＶｎによって検出させ、この電圧情報を収集する。

具体的には、容量調整部２２は、制御スイッチＳＷｎがトランジスタからなる場合、当該トランジスタのコレクタとエミッタとの間にセル電圧センサＶｎを接続する。そして、ＣＰＵ２３によりトランジスタがオン状態とされた場合には、コレクタとエミッタとの間の電圧が略０［Ｖ］となり、ＣＰＵ２３によりトランジスタがオフ状態とされた場合には、コレクタとエミッタとの間の電圧がセルの両端電圧となる。したがって、ＣＰＵ２３は、セル電圧センサＶｎによって検出された電圧に基づいて、トランジスタの動作状況、すなわち、容量調整実施対象セルの容量調整状況を確認することができる。

このように、容量調整部２２は、ＣＰＵ２３の制御に従って、組電池１０の各セル１０_１，１０_２，１０_３，・・・単位で容量調整を行い、いずれかのセルが過充電状態又は過放電状態となり、当該組電池１０の容量を十分に利用することができなくなる事態を防止することができる。

なお、電気自動車の制御システムにおいては、セル電圧検出部２１又は電圧センサ３２のいずれかしか搭載していないものも考えられる。そのため、電気自動車の制御システムにおいては、ＣＰＵ２３内に、セル電圧検出部２１によって検出された電圧値の総和、又は電圧センサ３２によって検出された電圧値のいずれかと、組電池１０の充電容量とを対応付けた後述する電圧−充電容量特性テーブルを予め設けておき、電圧−充電容量特性テーブルを参照することにより、組電池１０の充電容量を求めることができる。ここで、本例では、セル電圧検出部２１によって検出された電圧値の総和に基づいて、組電池１０の充電容量を求めるものとする。

［開放電圧推定方式による組電池１０の充電容量演算処理］
つぎに、上述したように構成された電気自動車の制御システムにおいて、ＣＰＵ２３の制御に従って、組電池１０の各セル１０_１，１０_２，１０_３，・・・の開放電圧を検出し、組電池１０の充電容量を求める処理について図３のフローチャートを参照して説明する。

まず、図３に示すように、ステップＳ１において、キースイッチ４０がオン操作されることによって補助電源スイッチ４１がオン状態となり、補助電池３９から電力が供給されると、電池制御ユニット２０及び車両システム３０を含むシステム全体が起動し、ＣＰＵ２３によってステップＳ２以降の処理を開始する。

続いて、ＣＰＵ２３は、ステップＳ２において、メインリレー３６Ａ，３６Ｂをオン状態とさせる前に、セル電圧検出部２１によって各セル１０_１，１０_２，１０_３，・・・の開放電圧を検出させ、検出された開放電圧値の総和を演算する。

そして、ＣＰＵ２３は、ステップＳ３において、ステップＳ２にて演算した開放電圧値の総和に基づいて、各セル１０_１，１０_２，１０_３，・・・の充電容量（ＳＯＣ）の推定を開始する。すなわち、ＣＰＵ２３は、ステップＳ２にて演算した開放電圧値の総和と、開放電圧−充電容量特性テーブルとを照合し、演算開始時における組電池１０の充電容量を確定する。

ここで、開放電圧−充電容量特性は、例えば図４に示すようなものとなる。なお、図４は、各セルとしてリチウムイオン電池を使用し、リチウムイオン電池の充電容量（ＳＯＣ）［％］に対する開放電圧［Ｖ］の一般的な特性を示している。このように、開放電圧は、充電容量に応じて変化し、充電容量が約３０％以下となる範囲と約９５％以上である範囲においては、特性の傾きが大きく、充電容量が約３０％〜約９５％である範囲においては、特性の傾きが小さくなる。ＣＰＵ２３は、このような開放電圧−充電容量特性をマップ化したテーブルを記憶しておき、ステップＳ２で演算した開放電圧値からテーブルを参照して、組電池１０全体での充電容量を求める。

続いて、ＣＰＵ２３は、ステップＳ４において、セル電圧検出部２１によって各セル１０_１，１０_２，１０_３，・・・の開放電圧を検出させると共に、電流センサ３１によって組電池１０の放電電流を検出させ、これら電圧値と電流値との相関に基づいて組電池１０の開放電圧値を推定し、当該開放電圧値の総和と、開放電圧−充電容量特性テーブルとを照合する。

そして、ＣＰＵ２３は、ステップＳ５において、ステップＳ４における照合結果に基づいて、組電池１０の充電容量の値を更新する。

ＣＰＵ２３は、ステップＳ６において、ステップＳ１と同様に、電気自動車の制御システムの起動が継続しているか否かを判定し、車両システム３０の起動が継続しているものと判定した場合には、ステップＳ４からの処理を繰り返す一方で、車両システム３０の起動が継続していないものと判定した場合には、そのまま一連の処理を終了する。

電気自動車の制御システムは、駆動用モータ３４及び各種補機システム３５の駆動時及び後述する容量調整処理中においても、ステップＳ４〜ステップＳ６の処理を繰り返すことにより、常に最新の組電池１０の充電容量を更新する。

［各セルの容量調整処理］
つぎに、上述したように構成された電気自動車の制御システムにより、各セル１０_１，１０_２，１０_３，・・・の充電容量を調整する処理について、図５のフローチャートを参照して説明する。

この各セルの容量調整処理は、各セル１０_１，１０_２，１０_３，・・・間の充電容量のばらつきを少なくするように各セル１０_１，１０_２，１０_３，・・・を放電制御する。このとき、電池制御ユニット２０の基板温度が所定温度以上である場合には、組電池１０の各セル１０_１，１０_２，１０_３，・・・間の充電容量のばらつきが少ないセル１０_１，１０_２，１０_３，・・・の容量調整を停止するような制御を行い、放電抵抗Ｒｎによる発熱量の低減を図る。具体的には、ＣＰＵ２３の制御に従って、図５に示すような処理を行うことにより、組電池１０の各セル１０_１，１０_２，１０_３，・・・の容量調整を制御する。

まず、ＣＰＵ２３は、ステップＳ１１において、上述のステップＳ１と同様に、補助電池３９からの電力供給によって電気自動車の制御システムが起動すると、ステップＳ１２において、温度センサ３３によって検出された組電池１０の温度に基づいて、システム起動時における電池制御ユニット２０の基板表面温度Ｔ０を検出する。

ここで、電池制御ユニット２０を構成する回路基板は、ＣＰＵ２３及びメモリ２４、セル電圧検出部２１及び容量調整部２２が搭載され、一般に、放熱性が高く且つ組電池１０の近傍に配置される。したがって、組電池１０の温度センサ３３とは別個に基板表面上に温度センサを取り付ける必要はなく、ＣＰＵ２３は、組電池１０の温度である温度センサ３３の検出値から、電池制御ユニット２０の基板温度を求める。これにより、ＣＰＵ２３は、温度検出手段として機能し、組電池１０の搭載部雰囲気温度に基づいて、ＣＰＵ２３等の基板表面温度Ｔ０を求めることができる。なお、ＣＰＵ２３は、温度センサ３３の検出値から、回路基板の熱伝導係数等に基づく所定値を減算した値を基板表面温度Ｔ０としても良く、予め実験等によって作成しておいた組電池１０の温度変化に対する基板表面温度Ｔ０の変化を記述したテーブルデータや、演算式によって基板表面温度Ｔ０を求めても良い。

続いて、ＣＰＵ２３は、ステップＳ１３において、セル電圧検出部２１によって検出される組電池１０の各セル１０_１，１０_２，１０_３，・・・の開放電圧値に基づいて、当該セル１０_１，１０_２，１０_３，・・・間の容量ばらつきを検出する。ここで、セル１０_１，１０_２，１０_３，・・・間の容量ばらつきは、例えば図６に示すように検出される。同図における横軸は、各セル１０_１，１０_２，１０_３，・・・の番号を示し、縦軸は、これら各セル１０_１，１０_２，１０_３，・・・の開放電圧値を示している。

すなわち、このように各セル１０_１，１０_２，１０_３，・・・の開放電圧値が検出された場合、ＣＰＵ２３は、複数のセル１０_１，１０_２，１０_３，・・・のうち、最小の開放電圧値であるセル番号「４」のセルを、調整目標容量（電圧）となるセル（容量目標セル）に設定する。そして、ＣＰＵ２３は、例えばセル番号が「５」の調整目標容量（電圧）からの偏差が大きいセルを容量ばらつきが多いセルと認識し、例えばセル番号が「１」や「７」の調整目標容量（電圧）からの偏差が小さいセルを、容量ばらつきが少ないセルと認識する。

そして、ＣＰＵ２３は、容量目標セルを除く他のセルを容量調整実施対象セルとして選択して、ステップＳ１５以降に処理を進めて、充電容量の調整目標容量に合致させるための処理に移行する。

続いて、ＣＰＵ２３は、ステップＳ１４において、ステップＳ１３にて選択した容量調整実施対象セルに対応した制御スイッチＳＷｎをオン状態とし、放電抵抗Ｒｎによって放電を行わせて、充電容量の調整を開始する。ここで、各放電抵抗Ｒｎによって放電を開始すると、各放電抵抗Ｒによる電力消費によって発熱し、電池制御ユニット２０の基板表面温度が上昇開始してしまう。

続いて、ＣＰＵ２３は、ステップＳ１５において、電池制御ユニット２０の基板表面温度が所定温度である許容上限温度Ｔαに到達したか否かを判定する。このとき、ＣＰＵ２３は、基板表面温度Ｔ０に対する電池制御ユニット２０の基板表面温度上昇分を、放電電流と放電抵抗値と放電時間とを乗算することによって推定する。すなわち、ＣＰＵ２３は、ステップＳ１５において、
容量調整開始時の基板表面温度Ｔ０＋放電電流×放電抵抗値×放電時間≧許容上限温度Ｔα
なる式が成立しているか否かを判定することによって、現在の電池制御ユニット２０の基板温度が許容上限温度Ｔαに達しているか否かを判定する。ここで、許容上限温度Ｔαは、予め電池制御ユニット２０の冷却能力の設計事項や実験等によって求められた温度値であって、電池制御ユニット２０の基板温度が過熱して、損傷が発生する恐れがある温度以下に設定されている。

また、このステップＳ１５において、ＣＰＵ２３は、ステップＳ１２で検出した容量調整開始時の基板表面温度Ｔ０が高いほど、短い容量調整時間（放電時間）を設定し、当該設定した容量調整時間を実際の容量調整時間を超えた場合に、電池制御ユニット２０の基板表面温度が所定の許容上限温度Ｔαに到達したと判定しても良い。

そして、ＣＰＵ２３は、基板表面温度が許容上限温度Ｔαに到達していないと判定した場合には、許容上限温度Ｔαに達するまで、容量調整実施対象セルに対する容量調整処理を継続し、許容上限温度Ｔαに達した場合には、容量調整実施対象セルのうち、容量目標セルに対して容量ばらつきが少ないセルの容量調整を停止するための以降の処理に移行する。

ステップＳ１６において、ＣＰＵ２３は、上述の図３での充電容量演算処理で更新されている最新の組電池１０の充電容量を取得し、当該組電池１０の充電容量が例えば９０％程度といった規定容量以上であるか否かを判定する。ここで、規定容量とは、組電池１０の充電容量が高く、これ以上駆動用モータ３４等からの最大の回生電力を充電すると過充電となる可能性がある値が予め設定されている。なお、図３の充電容量演算処理と、図５の容量調整処理とは、並列して行っており、ステップＳ１６で読み込む組電池１０の充電容量は、常に最新の値となっている。

そして、ＣＰＵ２３は、組電池１０の充電容量が規定容量以上であると判定した場合には、容量調整実施対象セルの容量調整を停止させずに継続させる。このように容量調整を停止させないのは、容量調整による放電量が過充電に対するマージンになると考えられ、ステップＳ１４で開始した容量調整による放電によって組電池１０の充電容量を低下させて過放電を防止する。一方、ＣＰＵ２３は、組電池１０の充電容量が規定容量以上ではないと判定した場合には、ステップＳ１７に処理を進める。

続いて、ＣＰＵ２３は、ステップＳ１７において、電池制御ユニット２０の基板表面温度が許容上限温度Ｔαに到達したので、容量調整を停止するセル（容量調整停止セル）を決定する。

このとき、先ずＣＰＵ２３は、許容上限温度Ｔαと基板表面温度Ｔ０との差分（Ｔα−Ｔ０）を算出し、許容上限温度Ｔαに対して許容上限温度Ｔαがどの程度の温度値であったのかを認識する。そして、ＣＰＵ２３は、図７に示すように、差分（Ｔα−Ｔ０）と、容量調整を停止させる低減セル数との関係を記述したテーブルを参照して、容量調整停止セルの数である低減セル数を求める。すなわち、ＣＰＵ２３は、容量調整開始時の基板表面温度Ｔ０が高いほど、許容上限温度Ｔαに到達した際に停止させる容量調整停止セルの数を多く決定する。そしてＣＰＵ２３は、停止させるセル数を決定すると、容量目標セルと充電容量が近く、容量ばらつきが小さいセルを優先して容量調整を停止させるように、制御スイッチＳＷをオフ状態とする。

このように、容量調整実施対象セルの数を低減することにより、放電抵抗Ｒの発熱量が低下し、電池制御ユニット２０の基板表面温度が低下し始めることになる。次にＣＰＵ２３は、ステップＳ１８において、低下する基板表面温度が飽和状態（サチレート）となる温度を、ステップＳ１４で容量調整を開始させた容量調整実施対象セルの数から低減セル数だけ減算したセル数及び実験的に測定された基板放熱性能に基づいて推定し、現在の基板表面温度から基板表面温度が飽和するまでの時間を推定する。

そして、ＣＰＵ２３は、基板表面温度が飽和した場合、すなわち、ステップＳ１８にて推定した時間が経過した場合には、ステップＳ１９において、全てのセルについての容量調整を停止させて、ステップＳ１２に処理を戻す。そして、ＣＰＵ２３は、ステップＳ１８で基板表面温度の飽和した温度を、ステップＳ１２で検出する新たな充電容量調整開始時の基板表面温度Ｔ０’に設定して、ステップＳ１３以降の処理を繰り返し、新たな調整目標容量及び容量目標セル、容量調整の対象となるセルを決定する。

このように、電気自動車の制御システムでは、電池制御ユニット２０の基板表面温度が許容上限温度Ｔα以上である場合には、組電池１０の各セル１０_１，１０_２，１０_３，・・・間の容量ばらつきが少ないセルの容量調整を停止するような制御を行う。これにより、制御システムにおいては、放電抵抗Ｒｎによる発熱量を低減させることができる。

［実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した電気自動車の制御システムによれば、電池制御ユニット２０の基板表面温度が所定温度以上である場合には、組電池１０のセル１０_１，１０_２，１０_３，・・・間の容量ばらつきが少ないセルの容量調整を停止することにより、放電抵抗Ｒｎによる発熱量を低減させることができる。したがって、この電気自動車の制御システムによれば、冷却性能や使用素子のスペックダウン、回路構成の高密度化、及びパッケージの小型化を図ることができる。

また、この電気自動車の制御システムによれば、複数のセル１０_１，１０_２，１０_３，・・・のうち、最小容量のセルの充電容量からの偏差が少ないセルに対する容量調整を停止することにより、各セル１０_１，１０_２，１０_３，・・・の充電容量及び劣化ばらつきや温度特性を考慮した制御を行うことができ、適切なセルを容量調整することが可能となる。

さらに、この電気自動車の制御システムによれば、組電池１０の充電容量が規定容量以上である場合には、容量調整部２２による容量調整を停止しないことにより、組電池１０の充電容量が高い場合に、この容量調整機能を過充電防止機能の１つとして用いることができる。

さらにまた、この電気自動車の制御システムによれば、容量調整開始時における基板表面温度Ｔ０に基づく容量調整時間を、実際の容量調整時間が超えた場合に、基板表面温度が許容上限温度Ｔαに到達したと判定するので、容量調整時の放電電流が略一定であることから、放電抵抗Ｒｎによる自己発熱量を各セルの並列数によって確定することができる。したがって、この電気自動車の制御システムによれば、特に電池制御ユニット２０の基板表面温度を随時モニタすることなく、制御の要否を判断することが可能となる。

また、この電気自動車の制御システムによれば、容量調整開始時における基板表面温度Ｔ０が高いほど、容量調整部２２による容量調整を停止するセル数を多くすることにより、基板表面温度Ｔ０が高く短時間で許容上限温度Ｔαに達することを抑制することができ、常に基板表面温度を考慮した容量調整を実施するセル数とすることができる。

さらに、この電気自動車の制御システムによれば、容量調整を停止させた後の容量調整実施対象セルの数に基づいて、基板表面温度が飽和する温度を推定し、基板表面温度が飽和した場合には、当該温度を新たな基板表面温度Ｔ０’として、新たに調整目標容量及び容量調整を停止するセルを決定するので、車両システム３０の起動中において継続して同一判断条件で容量調整を行うことができる。

なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

本発明を適用した電気自動車の制御システムの構成を説明するブロック図である。容量調整部の構成を示す回路図である。本発明を適用した電気自動車の制御システムによる充電容量演算処理の処理手順を示すフローチャートである。組電池のＳＯＣと放電電圧値との関係を示す図である。本発明を適用した電気自動車の制御システムによる各セルの容量調整処理の処理手順を示すフローチャートである。本発明を適用した電気自動車の制御システムによる各セルの容量調整処理において、調整目標容量及び容量目標セルを決定する処理を説明するための図である。本発明を適用した電気自動車の制御システムによる各セルの容量調整処理において、容量調整を停止させる低減セル数を決定する処理を説明するための図である。

符号の説明

１０組電池
２０電池制御ユニット
２１セル電圧検出部
２２容量調整部
２３ＣＰＵ
２４メモリ
３１電流センサ
３２電圧センサ
３３温度センサ
３４駆動用モータ
３５各種補機システム
３６メインリレー
３７車両システムＣＰＵ
３８警告灯
３９補助電池
４０キースイッチ
４１補助電源スイッチ

Claims

複数のセルが直列に接続された組電池における各セルの充電容量を検出する容量検出手段と、前記各セルごとに接続された放電部と、当該放電部によって各セルの充電電力を放電させて、各セルの充電容量を調整する制御部とを有する容量調整手段と、前記容量調整手段を搭載した基板温度を検出する温度検出手段とを備え、
前記制御部は、前記温度検出手段によって検出された基板温度が所定温度以上である場合には、前記複数のセルのうち、最小の充電容量のセルに対して、各セルの充電容量のばらつきが少ない方から所定数のセルの充電容量の調整を優先して停止させ、各セルの充電容量のばらつきが少ない方から所定数を除いたセルの充電容量の調整は停止しないことを特徴とする組電池の容量調整装置。
前記制御部は、充電容量調整開始時に検出された前記基板温度が高いほど、充電容量の調整を停止させるセル数を多くすることを特徴とする請求項１に記載の組電池の容量調整装置。
前記制御部は、前記組電池の充電容量が規定容量以上である場合には、各セルの充電容量の調整を停止させないことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の組電池の容量調整装置。
前記制御部は、充電容量調整開始時に検出された前記基板温度に基づき、前記基板温度が高いほど短い充電容量調整時間を設定し、当該充電容量調整時間を実際の充電容量調整時間が超えた場合に、前記基板温度が前記所定温度以上であることを判定することを特徴とする請求項１に記載の組電池の容量調整装置。
前記制御部は、充電容量の調整を行っているセル数に基づいて、充電容量の調整を行っている前記セル数が低減するほど、低い前記基板温度が飽和する温度を推定し、前記基板温度が飽和した場合には、当該飽和した温度を前記充電容量調整開始時の基板温度に設定することを特徴とする請求項２又は請求項４に記載の組電池の容量調整装置。
複数のセルが直列に接続された組電池における各セルごとに接続された放電部によって各セルの充電電力を放電させて、各セルの充電容量を調整する組電池の容量調整方法において、
前記放電部を含む容量調整回路を搭載した基板温度を検出し、前記基板温度が所定温度以上である場合には、前記容量調整回路により、前記複数のセルのうち、最小の充電容量のセルに対して、各セルの充電容量のばらつきが少ない方から所定数のセルの充電容量の調整を優先して停止させ、各セルの充電容量のばらつきが少ない方から所定数を除いたセルの充電容量の調整は停止しない組電池の容量調整方法。