JP6233856B2 - 電池制御システム、車両制御システム - Google Patents

Description

本発明は、電池制御システムおよび車両制御システムに関する。

リチウムイオン電池等の二次電池は、充放電によって発熱する。発熱により電池温度が上昇しすぎると、電池の出力特性が低下する等の悪影響がある。そのため、リチウムイオン電池を複数組み合わせて構成された電池パックの内部の最大温度を推定し、その推定結果に基づいて電池パックの入出力電力の制限を行う装置が知られている（特許文献１）。

日本国特開２０１１−２２２１３３号公報

リチウムイオン電池等の二次電池では、電池温度が低くなるほど電池電圧が低下し、それに応じて充放電可能な電流が小さくなる。そのため、電池温度の低い低温状態では充放電電流を制限すると共に、充放電時の発熱により電池温度が上昇したら充放電電流の制限を緩和することで、低温状態での充放電制限を行うことが好ましい。しかし、特許文献１に記載の装置は、電池温度の上昇を防ぐためのものであるため、上記のような低温状態での充放電制限を適切に行うことができない。

本発明の第１の態様によると、電池と接続され、電池の充放電を制御する電池制御システムは、電池に流れる充放電電流を検知して電流値を測定する電流検知部と、電池の電圧を検知する電圧検知部と、電池の温度を検知する温度検知部と、温度検知部により検知された温度の履歴を記録する温度履歴記録部と、温度履歴記録部により記録された温度の履歴に基づいて、低温状態での充放電電流を制限する充放電制限部と、を備え、充放電制限部は、温度の履歴に基づいて、電池が所定の継続時間以上継続的または断続的に充放電されたときの電池の最高温度を求め、最高温度を所定のしきい値と比較することにより、充放電電流を制限するか否かを判断する。
本発明の第２の態様によると、第１の態様の電池制御システムにおいて、継続時間は、電池の温度が充放電中に平衡に達するまでの時間に応じて設定されることが好ましい。
本発明の第３の態様によると、第１または第２の態様の電池制御システムにおいて、継続時間として、長さの異なる複数種類の時間が設定され、しきい値は、継続時間の長さに応じて、継続時間が長いほど大きな値が設定されることが好ましい。
本発明の第４の態様によると、第１乃至第３のいずれか一態様の電池制御システムにおいて、しきい値として、第１のしきい値と、第１のしきい値よりも低い第２のしきい値とが設定され、充放電制限部は、最高温度が第１のしきい値よりも低い場合は、充放電電流を制限するための第１の充放電制限を行い、最高温度が第２のしきい値よりも低い場合は、充放電電流をさらに制限するための第２の充放電制限を行うことが好ましい。
本発明の第５の態様によると、第４の態様の電池制御システムにおいて、充放電制限部は、第１の充放電制限を行った場合は、その後に最高温度が第１のしきい値を超えたときに第１の充放電制限を解除し、第２の充放電制限を行った場合は、その後に最高温度が第２のしきい値を超えても、第２の充放電制限を継続して行うことが好ましい。
本発明の第６の態様によると、第５の態様の電池制御システムにおいて、充放電制限部は、第２の充放電制限を開始してからの経過時間または第２の充放電制限を行った合計時間が所定の制限解除時間を超えたときに、第２の充放電制限を解除することが好ましい。
本発明の第７の態様によると、第６の態様の電池制御システムは、車両内の通信ネットワークに接続されており、充放電制限部は、通信ネットワークを介して経過時間または合計時間の情報を取得することが好ましい。
本発明の第８の態様によると、第１乃至第７のいずれか一態様の電池制御システムは、電流検知部により測定された電流値に基づいて、所定のタイムウインドウにおける実効電流値を算出する実効電流値算出部をさらに備えてもよい。この電池制御システムにおいて、温度履歴記録部は、実効電流値算出部により算出された実効電流値が所定の基準値未満のときには、温度の履歴の記録を行わないことが好ましい。
本発明の第９の態様によると、電池と接続され、電池の充放電を制御する電池制御システムは、電池に流れる充放電電流を検知して電流値を測定する電流検知部と、電池の電圧を検知する電圧検知部と、電池の温度を検知する温度検知部と、温度検知部により検知された温度の履歴を記録する温度履歴記録部と、温度履歴記録部により記録された温度の履歴に基づいて、低温状態での充放電電流を制限する充放電制限部と、電流検知部により測定された電流値に基づいて、所定のタイムウインドウにおける実効電流値を算出する実効電流値算出部と、を備え、温度履歴記録部は、実効電流値算出部により算出された実効電流値が所定の基準値未満のときには、温度の履歴の記録を行わない。
本発明の第１０の態様によると、車両制御システムは、電池と接続され、電池の充放電を制御する電池制御システムと、電池制御システムと接続された車両制御部と、を備え、電池制御システムは、電池に流れる充放電電流を検知する電流検知部と、電池の電圧を検知する電圧検知部と、電池の温度を検知する温度検知部と、温度検知部により検知された温度の履歴を記録する温度履歴記録部と、を有し、車両制御部は、温度履歴記録部により記録された温度の履歴に基づいて、電池が所定の継続時間以上継続的または断続的に充放電されたときの電池の最高温度を求め、最高温度を所定のしきい値と比較することにより、低温状態での充放電電流を制限するか否かを判断し、その判断結果に基づいて、充放電電流の制限を電池制御システムに対して指示する。

本発明によれば、低温状態での充放電制限を適切に行うことができる。

本発明の一実施形態に係る電池制御システム１２０を含む電池システム１００とその周辺の構成を示す図である。 単電池制御部１２１ａの回路構成を示す図である。 電池の温度と実効電流の許容値の関係の一例を示す図である。 電池の使用サイクル数と劣化度の関係の一例を示す図である。 充放電制限に関する組電池制御部１５０の制御ブロックを示す図である。 充放電制限を行うための処理のフローチャートである。 温度履歴テーブルの一例を示す図である。 温度履歴テーブルの他の一例を示す図である。 継続時間および第１、第２のしきい値の設定値の一例を示す図である。 第１段階および第２段階の充放電制限の実施により実効電流が変化する様子の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）の電源を構成する電池システムに対して本発明を適用した場合を例に挙げて説明する。

また、以下の実施形態では、リチウムイオン電池を採用した場合を例に挙げて説明するが、他にもニッケル水素電池、鉛電池、電気二重層キャパシタ、ハイブリッドキャパシタなどを用いることもできる。なお、以下の実施形態では単電池を直列に接続して組電池を構成しているが、単電池を並列接続したものを直列接続して組電池を構成してもよいし、直列接続した単電池を並列接続して組電池を構成してもよい。

図１は、本発明の一実施形態に係る電池制御システム１２０を含む電池システム１００とその周辺の構成を示す図である。電池システム１００は、リレー３００と３１０を介してインバータ４００に接続される。電池システム１００は、組電池１１０と電池制御システム１２０を備える。電池制御システム１２０は、単電池制御部１２１ａ、１２１ｂと、電流検知部１３０と、電圧検知部１４０と、組電池制御部１５０と、記憶部１８０とを備える。

組電池１１０は、複数の単電池１１１からそれぞれ構成された単電池群１１２ａ、１１２ｂを直列に接続して構成されている。単電池制御部１２１ａおよび１２１ｂは、単電池群１１２ａ、１１２ｂとそれぞれ接続されており、これらの単電池群を構成する各単電池１１１の電池電圧（両端電圧）や温度を検知して、その検知結果を示す信号を、信号通信路１６０および絶縁素子１７０を介して組電池制御部１５０に送信する。なお、絶縁素子１７０には、たとえばフォトカプラが用いられる。

電流検知部１３０は、組電池１１０に流れる電流を検知してその電流値を測定する。電圧検知部１４０は、組電池１１０の両端電圧、すなわち組電池１１０において直列接続された単電池１１１の総電圧を検知する。

組電池制御部１５０は、単電池制御部１２１ａ、１２１ｂから送信された信号に基づいて、各単電池１１１の電池電圧および温度を取得する。また、電流検知部１３０からは組電池１１０に流れる電流値を、電圧検知部１４０からは組電池１１０の総電圧値をそれぞれ受け取る。これらの情報に基づいて、組電池制御部１５０は、組電池１１０の状態を検知し、組電池１１０を制御する。組電池制御部１５０による組電池１１０の状態検知の結果は、単電池制御部１２１ａ、１２１ｂや車両制御部２００に送信される。

組電池１１０は、電気エネルギーの蓄積および放出（直流電力の充放電）が可能な複数の単電池１１１を電気的に直列に接続して構成されている。組電池１１０を構成する単電池１１１は、状態の管理・制御を実施する上で、所定の単位数ごとにグループ分けされている。グループ分けされた各単電池１１１は、電気的に直列に接続され、単電池群１１２ａ、１１２ｂを構成している。なお、単電池群１１２を構成する単電池１１１の個数は、全ての単電池群１１２において同数でもよいし、単電池群１１２毎に単電池１１１の個数が異なっていてもよい。本実施形態では、説明を簡略化するために、図１に示すように、４個の単電池１１１を電気的に直列接続して単電池群１１２ａと１１２ｂをそれぞれ構成し、これらの単電池群１１２ａと１１２ｂをさらに電気的に直列接続することで、合計８個の単電池１１１を組電池１１０が備えることとした。

ここで、組電池制御部１５０と、単電池制御部１２１ａおよび１２１ｂとの間の通信方法について説明する。単電池制御部１２１ａおよび１２１ｂは、それぞれが監視する単電池群１１２ａおよび１１２ｂの電位の高い順にしたがって直列に接続されている。組電池制御部１５０から送信された信号は、絶縁素子１７０および信号通信路１６０を介して単電池制御部１２１ａに入力される。単電池制御部１２１ａの出力は、信号通信路１６０を介して単電池制御部１２１ｂに入力される。最下位の単電池制御部１２１ｂの出力は、絶縁素子１７０および信号通信路１６０を介して組電池制御部１５０へと伝送される。なお、本実施形態では、単電池制御部１２１ａと単電池制御部１２１ｂの間には絶縁素子が設けられていないが、絶縁素子を介してこれらの間で信号を送受信することもできる。

記憶部１８０には、組電池制御部１５０が組電池１１０の制御を行うために必要な各種の情報が記憶されて格納されている。たとえば、各単電池１１１の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）に関する情報や、各単電池１１１の内部抵抗に関する情報などが、記憶部１８０に格納されている。

組電池制御部１５０は、単電池制御部１２１ａ、１２１ｂ、電流検知部１３０、電圧検知部１４０、および車両制御部２００からそれぞれ受け取った情報や、記憶部１８０に格納されている情報などを用いて、組電池１１０を制御するための各種の処理や演算を実行する。たとえば、各単電池１１１のＳＯＣや劣化状態（ＳＯＨ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ）の演算、組電池１１０において充放電可能な許容電力の演算、組電池１１０の異常状態の判定、組電池１１０の充放電量を制御するための演算などを実行する。そして、これらの演算結果に基づいて、組電池１１０の制御に必要な情報を単電池制御部１２１ａ、１２１ｂや車両制御部２００に出力する。なお、組電池制御部１５０と車両制御部２００は、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）と呼ばれる車両内の通信ネットワークにそれぞれ接続されており、これを介して互いの情報を送受信することができる。

車両制御部２００は、組電池制御部１５０から送信される情報を用いて、リレー３００と３１０を介して電池システム１００と接続されたインバータ４００を制御する。車両走行中には、電池システム１００はインバータ４００と接続される。インバータ４００は、電池システム１００において組電池１１０に蓄えられているエネルギーを用いて、モータジェネレータ４１０を駆動する。

電池システム１００を搭載した車両システムが始動して走行する場合には、車両制御部２００の管理のもとで、電池システム１００はインバータ４００に接続される。そして、組電池１１０に蓄えられているエネルギーを用いて、インバータ４００によりモータジェネレータ４１０が駆動される。一方、回生時には、モータジェネレータ４１０の発電電力により組電池１１０が充電される。

リレー３２０、３３０を介して電池システム１００が充電器４２０に接続されると、充電器４２０から供給される充電電流により、組電池１１０が所定の条件を満たすまで充電される。充電によって組電池１１０に蓄えられたエネルギーは、次回の車両走行時に利用されると共に、車両内外の電装品等を動作させるためにも利用される。さらに、必要に応じて、家庭用の電源に代表される外部電源へも放出される場合がある。なお、充電器４２０は、家庭用電源、または電気スタンドに代表される外部の電源に搭載されている。電池システム１００を搭載した車両がこれらの電源に接続されると、車両制御部２００が発信する情報に基づき、電池システム１００と充電器４２０が接続される。

図２は、単電池制御部１２１ａの回路構成を示す図である。図２に示すように、単電池制御部１２１ａは、電圧検知部１２２、制御回路１２３、信号入出力回路１２４、および温度検知部１２５を備える。なお、図１の単電池制御部１２１ａと単電池制御部１２１ｂは、同様の回路構成を有している。そのため、図２ではこれらを代表して、単電池制御部１２１ａの回路構成を示している。

電圧検知部１２２は、各単電池１１１の端子間電圧（両端電圧）を測定する。制御回路１２３は、電圧検知部１２２および温度検知部１２５から測定結果を受け取り、信号入出力回路１２４を介して組電池制御部１５０に送信する。なお、図２では図示を省略しているが、単電池制御部１２１ａには、自己放電や消費電流のばらつき等に伴い発生する単電池１１１間の電圧やＳＯＣのばらつきを均等化するための周知の回路構成が設けられている。この回路の動作は、制御回路１２３によって制御される。

図２において、温度検知部１２５は、単電池群１１２ａの温度を測定する機能を有する。温度検知部１２５は、単電池群１１２ａの全体に対して１つの温度を測定し、単電池群１１２ａを構成する各単電池１１１の温度の代表値としてその温度を取り扱う。温度検知部１２５による温度測定結果は、組電池制御部１５０において、単電池１１１、単電池群１１２ａ、および組電池１１０の状態を検知するための各種演算に用いられる。このとき、温度検知部１２５が測定した温度は、単電池群１１２ａの温度だけでなく、単電池群１１２ａの各単電池１１１の温度としても扱われる。さらに、単電池制御部１２１ａの温度検知部１２５で測定された単電池群１１２ａの温度と、単電池制御部１２１ｂの温度検知部１２５で測定された単電池群１１２ｂの温度とに基づいて、たとえばこれらを平均化することで、組電池制御部１５０において組電池１１０の温度を求めてもよい。

なお、図２では、単電池制御部１２１ａに１つの温度検知部１２５を設けた例を示している。これ以外にも、単電池１１１毎に温度検知部１２５を設けて、単電池１１１毎に温度を測定し、その測定結果に基づいて組電池制御部１５０が各種演算を実行することもできる。しかし、このようにした場合は、温度検知部１２５の数が多くなる分、単電池制御部１２１ａの構成が複雑となる。あるいは、組電池１１０の全体に対して１つの温度検知部１２５を設けてもよい。

なお、図２では温度検知部１２５を簡易的に１つのブロックで示しているが、実際は、温度測定対象である単電池群１１２ａに対して温度センサが設置されており、この温度センサが温度情報を電圧信号として出力する。この電圧信号に基づいて、制御回路１２３により単電池群１１２ａの温度を演算することで、単電池群１１２ａの温度測定結果が得られる。制御回路１２３が演算した温度測定結果を信号入出力回路１２４に送信すると、信号入出力回路１２４は、その温度測定結果を単電池制御部１２１ａの外に出力する。この一連の流れを実現するための機能が、単電池制御部１２１ａに温度検知部１２５として実装されている。なお、温度センサから出力される電圧信号の測定を、電圧検知部１２２において行ってもよい。

次に、組電池１１０に対する充放電制限について説明する。図３は、一般的な電池の温度と実効電流の許容値の関係の一例を示す図である。図３に示すように、電池の実効電流の許容値は、温度によって変化する。すなわち、温度が低くなるほど、低い実効電流から高負荷使用時の劣化曲線を示すため、許容値を低く設定する必要がある。

図４は、電池の使用サイクル数と劣化度の関係の一例を示す図である。図４において破線で示すように、実効電流が許容値以下である通常使用時には、電池の使用サイクル数の増加に伴って電池の劣化が徐々に進行していく。一方、図４において実線で示すように、実効電流が許容値を超えている高負荷使用時には、電池の使用サイクル数の増加に伴って一時的に内部抵抗値が上昇することで、電池の劣化が急激に進んだように見えてしまう。このような場合、電池の性能を十分に発揮できなくなる。

そこで、本実施形態の電池制御システム１２０では、低温状態での組電池１１０の性能劣化を防ぐための充放電制限が組電池制御部１５０において行われる。以下では、この充放電制限について詳しく説明する。

図５は、充放電制限に関する組電池制御部１５０の制御ブロックを示す図である。組電池制御部１５０は、組電池１１０の充放電制限を行うための構成として、実効電流値算出部１５１、温度履歴記録部１５２、および充放電制限部１５３の各制御ブロックを機能的に有する。

実効電流値算出部１５１には、電流検知部１３０によって測定された組電池１１０の充放電電流の電流値が入力される。実効電流値算出部１５１は、入力された電流値に基づいて、組電池１１０に流れる充放電電流の実効電流値を算出する。この実効電流値の算出方法の詳細については、後で説明する。実効電流値算出部１５１により算出された実効電流値は、温度履歴記録部１５２に出力される。

温度履歴記録部１５２には、温度検知部１２５によって検知された組電池１１０の温度が入力される。温度履歴記録部１５２は、実効電流値算出部１５１により算出された実効電流値が所定値以上であれば、入力された温度の履歴を所定時間ごとに記録する。なお、実効電流値が所定値未満であれば、温度履歴記録部１５２において温度履歴の記録は行われない。温度履歴記録部１５２により記録された温度の履歴は、充放電制限部１５３に出力される。

なお、温度履歴記録部１５２において、実効電流値が所定値以上であるか否かに関わらず、温度履歴を常に記録してもよい。この場合は、組電池制御部１５０に実効電流値算出部１５１を設けなくてもよい。

充放電制限部１５３は、温度履歴記録部１５２に記録された温度の履歴に基づいて、所定の継続時間における組電池１１０の最高温度を求め、この最高温度に基づいて、組電池１１０の充放電電流を制限すべきか否かを判断する。そして、充放電電流を制限すべきと判断した場合は、制限後の充放電電流に応じた許容電力の値を決定し、単電池制御部１２１ａ、１２１ｂや車両制御部２００に出力する。これにより、組電池１１０に対する充放電制限を行い、充放電電流を制限する。

以上説明したような制御ブロックにより、組電池制御部１５０は、組電池１１０に対して低温状態での二段階の充放電制限を行うことができる。具体的には、第１段階の充放電制限として、組電池１１０の最高温度を所定の第１のしきい値と比較し、第１のしきい値よりも低い場合に充放電制限を行う。また、第２段階の充放電制限として、組電池１１０の最高温度を第１のしきい値よりも低い所定の第２のしきい値と比較し、第２のしきい値よりも低い場合にさらなる充放電制限を行う。

図６は、上記の充放電制限を行うための処理のフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、組電池制御部１５０において、所定の処理周期ごとに実行される。

ステップＳ１１において、組電池制御部１５０は、組電池１１０の充放電が開始されてから、または前回温度履歴を記録してから３０分を経過したか否かを判定する。３０分を経過していればステップＳ１２へ進み、経過していなければ図６のフローチャートの処理を終了する。なお、ここでは３０分間隔で温度履歴を記録する場合を例としているが、温度履歴を記録する時間間隔は３０分に限定されず、たとえば１０分や１時間であってもよい。組電池制御部１５０において温度履歴を記録する時間間隔に応じて、ステップＳ１１の判定が行われる。

ステップＳ１２において、組電池制御部１５０は、電流検知部１３０からの電流測定値を取得する。ここでは、電流検知部１３０から所定のサンプリング間隔で出力される電流測定値をそれぞれ取得して記憶する。

ステップＳ１３において、組電池制御部１５０は、ステップＳ１２で取得した電流測定値に基づいて、実効電流値算出部１５１により、所定のタイムウインドウにおける実効電流値を算出する。ここでは、たとえばタイムウインドウの長さをステップＳ１１の判定に用いた３０分として、直近の３０分間で所定のサンプリング間隔ごとに取得した各電流測定値の二乗平均値を求め、その二乗平均値の平方根を算出することにより、実効電流値を算出することができる。なお、ステップＳ１３において実効電流値を算出するタイムウインドウの長さは、これ以外であってもよい。

ステップＳ１４において、組電池制御部１５０は、温度履歴記録部１５２により、ステップＳ１３で算出した実効電流値を所定の基準値と比較する。ここでは、たとえば基準値を１０Ａとして、実効電流値が１０Ａよりも大きいか否かを判断する。その結果、実効電流値が基準値（１０Ａ）よりも大きければステップＳ１５に進み、基準値未満であれば図６のフローチャートの処理を終了する。

ステップＳ１５において、組電池制御部１５０は、温度履歴記録部１５２により、組電池１１０の温度を測定する。ここでは、温度検知部１２５から出力される温度検知の結果を取得することにより、組電池１１０の温度測定を行う。

ステップＳ１６において、組電池制御部１５０は、温度履歴記録部１５２により、ステップＳ１５で測定した組電池１１０の温度を現在（最新）の温度履歴として、温度履歴を記録する。たとえば、温度履歴記録部１５２において温度履歴がテーブル化して記録されている場合、この温度履歴テーブルの該当する欄にステップＳ１５の温度測定結果を新たに記録して、温度履歴テーブルの内容を更新する。これにより、ステップＳ１６において温度履歴の記録を行うことができる。

図７は、温度履歴記録部１５２に記録されている温度履歴テーブルの一例を示す図である。この図７では、現在（最新）から２時間前までの組電池１１０の温度履歴が３０分間隔で連続的に記録されている温度履歴テーブルの例を示している。

温度履歴記録部１５２は、車両システムが動作状態であり、組電池１１０が継続的に充放電されているときには、図７に例示したような温度履歴テーブルを用いて、所定時間ごとに組電池１１０の温度履歴を記録することができる。なお、図７の温度履歴テーブルを用いた場合、車両システムが動作停止状態となり組電池１１０の充放電が停止されたら、温度履歴記録部１５２は、それまでに温度履歴記録部１５２に記録された温度履歴テーブルの内容を消去することが好ましい。この場合、次に組電池１１０の充放電が開始されたときには、新たな温度履歴テーブルを用いて、組電池１１０の温度履歴の記録を再開することが好ましい。

図８は、温度履歴記録部１５２に記録されている温度履歴テーブルの他の一例を示す図である。この図８では、現在（最新）から３時間前までの組電池１１０の温度履歴が３０分間隔で断続的に記録されている温度履歴テーブルの例を示している。なお、図８において、１時間前の温度履歴を示す欄および２時間前の温度履歴を示す欄には、組電池１１０が非充放電状態であったことを表すために、無効値を示す「×」が記録されている。

温度履歴記録部１５２は、車両システムが動作状態と非動作状態を繰り返しており、組電池１１０が断続的に充放電されているときには、図８に例示したような温度履歴テーブルを用いて、所定時間ごとに組電池１１０の温度履歴を記録することができる。なお、図８の温度履歴テーブルを用いた場合、車両システムが動作停止状態となり組電池１１０の充放電が停止されても、温度履歴記録部１５２は、そのまま温度履歴の記録を続けることが好ましい。この場合、組電池１１０が非充放電状態であったときの温度履歴には、前述のように無効値を記録することが好ましい。

図６に戻り、ステップＳ１７において、組電池制御部１５０は、充放電制限部１５３により、温度履歴記録部１５２において組電池１１０の温度履歴が所定の継続時間以上記録されたか否かを判定する。温度履歴が所定の継続時間、たとえば２時間以上記録されている場合はステップＳ１８に進み、記録されていない場合は図６のフローチャートの処理を終了する。この継続時間は、組電池１１０の温度が充放電中に平衡に達するまでの時間に応じて設定されることが好ましい。

なお、前述の図８のような温度履歴テーブルを用いることで、組電池１１０の非充放電期間においても温度履歴を記録し続けた場合、ステップＳ１７における継続時間の判定は、この非充放電期間を除いて行うことが好ましい。具体的には、図８の温度履歴テーブルにおいて、１時間前および２時間前の温度履歴の欄には、無効値を示す「×」がそれぞれ記録されている。そのため、ステップＳ１７の判定では、これらの欄をスキップして、図８の温度履歴テーブルには２時間分に相当する温度履歴が記録されているものとして取り扱うことができる。

ステップＳ１８において、組電池制御部１５０は、温度履歴記録部１５２に記録されている組電池１１０の温度履歴に基づいて、充放電制限部１５３により、前述の継続時間内における組電池１１０の最高温度を求める。ここでは、現在よりも継続時間だけ前の時点から現在までに記録された温度履歴の中で最も高い温度を選択することで、継続時間内での組電池１１０の最高温度を求めることができる。

たとえば、前述のように継続時間を２時間とした場合、図７の温度履歴テーブルでは、２時間前から現在までの間に連続して記録された２時間分、合計５つの温度履歴の中から最高温度が選択される。この場合、現在の温度（−９℃）が最も高い。そのため、ステップＳ１８において、組電池１１０の最高温度は−９℃であると求められる。

一方、図８の温度履歴テーブルでは、無効値の部分を除いて、３時間前から現在までの間に断続的に記録された２時間分、合計５つの温度履歴の中から最高温度が選択される。この場合も、図７の場合と同様に、現在の温度（−９℃）が最も高い。そのため、ステップＳ１８において、組電池１１０の最高温度は−９℃であると求められる。

以上説明したようにして、温度履歴記録部１５２により記録された組電池１１０の温度履歴に基づいて、充放電制限部１５３において、組電池１１０が所定の継続時間以上継続的または断続的に充放電されたときの組電池１１０の最高温度を求めることができる。

ステップＳ１９において、組電池制御部１５０は、充放電制限部１５３により、ステップＳ１８で求めた組電池１１０の最高温度を所定の第１のしきい値と比較する。その結果、最高温度が第１のしきい値よりも低ければステップＳ２０に進み、第１のしきい値以上であれば図６のフローチャートの処理を終了する。

ステップＳ２０において、組電池制御部１５０は、充放電制限部１５３により、ステップＳ１８で求めた組電池１１０の最高温度を所定の第２のしきい値と比較する。この第２のしきい値には、ステップＳ１９の判定に用いた第１のしきい値よりも低い値が設定される。その結果、最高温度が第２のしきい値以上であればステップＳ２１に進み、第２のしきい値よりも低ければステップＳ２２に進む。

なお、以上説明したステップＳ１９、Ｓ２０の各判定における第１、第２のしきい値は、ステップＳ１７の判定に用いられた継続時間の長さに応じてそれぞれ設定されることが好ましい。図９は、継続時間および第１、第２のしきい値の設定値の一例を示す図である。図９に示すように、継続時間が２時間の場合には、第１のしきい値および第２のしきい値として、たとえば５℃、−５℃がそれぞれ設定される。これに対して、継続時間の設定値が４時間、８時間と長くなるにつれて、第１のしきい値は１５℃、２５℃、第２のしきい値は０℃、５℃と、それぞれの設定値が順次大きくなる。なお、これらの設定値はあくまで一例であるため、実際の設定値はこの限りではない。

ステップＳ２１において、組電池制御部１５０は、充放電制限部１５３により、組電池１１０に対する第１段階の充放電制限を実施する。具体的には、図３に示したような温度と実効電流の許容値の関係に基づいて、制限後の充放電電流に応じた許容電力値を決定し、その値を単電池制御部１２１ａ、１２１ｂや車両制御部２００に出力することで、充放電時の組電池１１０の入出力電力が許容電力以下となるように制御する。ステップＳ２１を実行したら、組電池制御部１５０は図６のフローチャートの処理を終了する。

ステップＳ２２において、組電池制御部１５０は、充放電制限部１５３により、組電池１１０に対する第２段階の充放電制限を実施する。具体的には、上記のステップＳ２１と同様に、制限後の充放電電流に応じた許容電力値を決定し、その値を単電池制御部１２１ａ、１２１ｂや車両制御部２００に出力することで、充放電時の組電池１１０の入出力電力が許容電力以下となるように制御する。なお、このとき制限後の充放電電流としては、ステップＳ２１における制限後の充放電電流よりも低い値とすることが好ましい。ステップＳ２２を実行したら、組電池制御部１５０は図６のフローチャートの処理を終了する。

以上説明したような処理を組電池制御部１５０において実行することで、組電池１１０に対して低温状態での二段階の充放電制限を行うことができる。

図１０は、第１段階および第２段階の充放電制限の実施により実効電流が変化する様子の一例を示す図である。図１０に示すように、充放電制限が行われずに組電池１１０が通常に使用されている時刻Ｔａまでの間は、実効電流が比較的に高いが、時刻Ｔａにおいて第１段階の充放電制限が実施されると、その後は実効電流が低いレベルに抑えられていることが分かる。さらに、その後の時刻Ｔｂにおいて第２段階の充放電制限が実施されると、その後は実効電流がより一層低いレベルに抑えられていることが分かる。

なお、ステップＳ２１により第１段階の充放電制限が実施された場合は、次回以降の処理でステップＳ１９の判定結果が否定判定となることで、充放電制限が解除される。

一方、ステップＳ２２により第２段階の充放電制限が実施された場合は、次回以降の処理でステップＳ１９やステップＳ２０の判定結果が否定判定となっても、第１段階の充放電制限の場合とは異なり、充放電制限が解除されない。この場合は、ステップＳ２２で充放電制限を開始してからの経過時間を算出し、その経過時間が所定の制限解除時間を超えたときに、ステップＳ２２で開始した組電池１１０に対する充放電制限を解除することが好ましい。具体的には、ステップＳ２２で充放電制限を開始する前の許容電力値を単電池制御部１２１ａ、１２１ｂや車両制御部２００に出力することで、充放電時の組電池１１０の入出力電力に対する許容電力を元の状態に戻すように制御すればよい。

なお、上記の処理では、たとえば組電池制御部１５０に内蔵されたタイマを用いて、充放電制限を開始してからの経過時間を算出することができる。あるいは、前述のＣＡＮを介した通信により、充放電制限を開始してからの経過時間の情報を図１の車両制御部２００から取得し、この情報に基づいて経過時間を算出してもよい。なお、充放電制限を開始した後に車両システムが停止しており、電池制御システム１２０が非動作状態であった場合は、その期間も含めて経過時間を算出することが好ましい。

以上説明した本発明の一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）電池制御システム１２０は、組電池１１０と接続され、組電池１１０の充放電を制御する。この電池制御システム１２０は、組電池１１０に流れる電流を検知して電流値を測定する電流検知部１３０と、組電池１１０の電圧を検知する電圧検知部１４０と、組電池１１０の温度を検知する温度検知部１２５と、組電池制御部１５０とを備える。組電池制御部１５０は、温度検知部１２５により検知された温度の履歴を記録する温度履歴記録部１５２と、温度履歴記録部１５２により記録された温度の履歴に基づいて、低温状態での充放電電流を制限する充放電制限部１５３とを機能的に有する。このようにしたので、低温状態での充放電制限を適切に行うことができる。

（２）充放電制限部１５３は、ステップＳ１６で温度履歴記録部１５２により記録された温度の履歴に基づいて、組電池１１０が所定の継続時間以上継続的または断続的に充放電されたときの組電池１１０の最高温度を求め（ステップＳ１７、Ｓ１８）、その最高温度を所定のしきい値と比較する（ステップＳ１９、Ｓ２０）。このようにして、充放電電流を制限するか否かを判断するようにしたので、適切な状況で低温状態での充放電制限を行うことができる。

（３）上記の継続時間は、組電池１１０の温度が充放電中に平衡に達するまでの時間に応じて設定することができる。このようにすれば、低温状態で組電池１１０が充放電されたときの最高温度を正しく求めることができる。

（４）また、図９に示すように、上記の継続時間として、長さの異なる複数種類の時間を設定することもできる。この場合、ステップＳ１９、Ｓ２０の判定で用いられるしきい値は、継続時間の長さに応じて、継続時間が長いほど大きな値が設定される。このようにしたので、組電池１１０が継続的または断続的に充放電されている時間に応じて最適なしきい値を用いて、充放電電流を制限するか否かを判断することができる。

（５）充放電制限部１５３では、ステップＳ１９の判定に用いるための第１のしきい値が設定されると共に、この第１のしきい値よりも低いステップＳ２０の判定に用いるための第２のしきい値が設定される。充放電制限部１５３は、最高温度が第１のしきい値よりも低い場合は、充放電電流を制限するための第１の充放電制限を行い（ステップＳ２１）、最高温度が第２のしきい値よりも低い場合は、充放電電流をさらに制限するための第２の充放電制限を行う（ステップＳ２２）。このようにして、組電池１１０に対して二段階の充放電制限を行うようにしたので、低温状態での組電池１１０の性能劣化を確実に防止することができる。

（６）充放電制限部１５３は、ステップＳ２１で第１の充放電制限を行った場合は、その後に最高温度が第１のしきい値を超えたときに第１の充放電制限を解除する。一方、ステップＳ２２で第２の充放電制限を行った場合は、その後に最高温度が第２のしきい値を超えても、第２の充放電制限を継続して行う。このようにしたので、第２の充放電制限を行った場合はこれを継続して行うことにより、低温状態での組電池１１０の性能劣化をより一層確実に防止することができる。

（７）充放電制限部１５３は、第２の充放電制限を開始してからの経過時間が所定の制限解除時間を超えたときに、第２の充放電制限を解除する。このようにしたので、第２の充放電制限を行った場合に、これを適切なタイミングで解除して元の状態に戻すことができる。

（８）電池制御システム１２０は、車両内の通信ネットワークであるＣＡＮに接続されている。充放電制限部１５３は、このＣＡＮを介して経過時間の情報を取得することもできる。このようにすれば、電池制御システム１２０がタイマ機能を有していなくても、適切なタイミングで第２の充放電制限を解除することができる。

（９）組電池制御部１５０は、電流検知部１３０により測定された電流値に基づいて、所定のタイムウインドウにおける実効電流値を算出する実効電流値算出部１５１をさらに機能的に有する。温度履歴記録部１５２は、実効電流値算出部１５１により算出された実効電流値が所定の基準値未満であるか否かを判定し（ステップＳ１４）、実効電流値が基準値未満のときには、温度の履歴の記録を行わない。このようにしたので、組電池１１０の充放電電流が少なく、そのため低温状態での性能劣化の心配がないような場合は、不要な温度履歴の記録を省略することができる。

なお、図５に示した充放電制限に関する組電池制御部１５０の制御ブロックの一部または全部を車両制御部２００で実現してもよい。たとえば、実効電流値算出部１５１および温度履歴記録部１５２を組電池制御部１５０で実現し、充放電制限部１５３を車両制御部２００で実現する。この場合、組電池制御部１５０は、温度履歴記録部１５２に記録された組電池１１０の温度履歴の情報を車両制御部２００に送信する。車両制御部２００は、組電池制御部１５０から送信された温度履歴の情報に基づいて、充放電制限部１５３により、低温状態での第１の充放電制限や第２の充放電制限を行うか否かを判定し、その判定結果に応じて、これらの充放電制限を電池制御システム１２０に対して指示する。このようにしても、上記のような作用効果を奏することができる。

また、以上説明した実施形態において、温度履歴を記録するか否かを判定するために実効電流値と比較される基準値や、温度履歴を記録する時間間隔、最高温度を求める継続時間の長さなどは一例であり、他の値としてもよい。また、上記の実施形態では、第２段階の充放電制限を開始してからの経過時間を算出し、この経過時間を制限解除時間と比較することで第２段階の充放電制限を解除するか否かを判定することとしたが、第２段階の充放電制限を行った合計時間を算出し、この合計時間を制限解除時間と比較することで第２段階の充放電制限を解除するか否かを判定してもよい。この場合、充放電制限を開始した後に車両システムが停止しており、電池制御システム１２０が非動作状態であった場合は、その期間を除外して合計時間を算出することが好ましい。

本発明は、上記の実施形態や変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

また、上記の各構成や各機能は、それらの全部または一部を、例えば集積回路等を用いたハードウェアとして実現することもできるし、プロセッサにより実行されるプログラムやソフトウェアとして実現することもできる。各機能を実現するためのプログラムやテーブルなどの情報は、メモリやハードディスクなどの記憶装置、ＩＣカード、ＤＶＤなどの記憶媒体に格納することができる。

次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
日本国特許出願２０１３年第１６６８００号（２０１３年８月９日出願）

１００：電池システム、１１０：組電池、１１１：単電池、１１２ａ，１１２ｂ：単電池群、１２０：電池制御システム、１２１ａ，１２１ｂ：単電池制御部、１２２：電圧検出部、１２３：制御回路、１２４：信号入出力回路、１２５：温度検知部、１３０：電流検知部、１４０：電圧検知部、１５０：組電池制御部、１５１：実効電流値算出部、１５２：温度履歴記録部、１５３：充放電制限部、１６０：信号通信路、１７０：絶縁素子、１８０：記憶部、２００：車両制御部、３００，３１０，３２０，３３０：リレー、４００：インバータ、４１０：モータジェネレータ、４２０：充電器

Claims (10)

1. 電池と接続され、前記電池の充放電を制御する電池制御システムであって、
   前記電池に流れる充放電電流を検知して電流値を測定する電流検知部と、
   前記電池の電圧を検知する電圧検知部と、
   前記電池の温度を検知する温度検知部と、
   前記温度検知部により検知された温度の履歴を記録する温度履歴記録部と、
   前記温度履歴記録部により記録された温度の履歴に基づいて、低温状態での前記充放電電流を制限する充放電制限部と、を備え、
   前記充放電制限部は、前記温度の履歴に基づいて、前記電池が所定の継続時間以上継続的または断続的に充放電されたときの前記電池の最高温度を求め、前記最高温度を所定のしきい値と比較することにより、前記充放電電流を制限するか否かを判断する電池制御システム。
2. 請求項１に記載の電池制御システムにおいて、
   前記継続時間は、前記電池の温度が充放電中に平衡に達するまでの時間に応じて設定される電池制御システム。
3. 請求項１または２に記載の電池制御システムにおいて、
   前記継続時間として、長さの異なる複数種類の時間が設定され、
   前記しきい値は、前記継続時間の長さに応じて、前記継続時間が長いほど大きな値が設定される電池制御システム。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電池制御システムにおいて、
   前記しきい値として、第１のしきい値と、前記第１のしきい値よりも低い第２のしきい値とが設定され、
   前記充放電制限部は、前記最高温度が前記第１のしきい値よりも低い場合は、前記充放電電流を制限するための第１の充放電制限を行い、前記最高温度が前記第２のしきい値よりも低い場合は、前記充放電電流をさらに制限するための第２の充放電制限を行う電池制御システム。
5. 請求項４に記載の電池制御システムにおいて、
   前記充放電制限部は、前記第１の充放電制限を行った場合は、その後に前記最高温度が前記第１のしきい値を超えたときに前記第１の充放電制限を解除し、前記第２の充放電制限を行った場合は、その後に前記最高温度が前記第２のしきい値を超えても、前記第２の充放電制限を継続して行う電池制御システム。
6. 請求項５に記載の電池制御システムにおいて、
   前記充放電制限部は、前記第２の充放電制限を開始してからの経過時間または前記第２の充放電制限を行った合計時間が所定の制限解除時間を超えたときに、前記第２の充放電制限を解除する電池制御システム。
7. 請求項６に記載の電池制御システムにおいて、
   前記電池制御システムは、車両内の通信ネットワークに接続されており、
   前記充放電制限部は、前記通信ネットワークを介して前記経過時間または前記合計時間の情報を取得する電池制御システム。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電池制御システムにおいて、
   前記電流検知部により測定された電流値に基づいて、所定のタイムウインドウにおける実効電流値を算出する実効電流値算出部をさらに備え、
   前記温度履歴記録部は、前記実効電流値算出部により算出された実効電流値が所定の基準値未満のときには、前記温度の履歴の記録を行わない電池制御システム。
9. 電池と接続され、前記電池の充放電を制御する電池制御システムであって、
   前記電池に流れる充放電電流を検知して電流値を測定する電流検知部と、
   前記電池の電圧を検知する電圧検知部と、
   前記電池の温度を検知する温度検知部と、
   前記温度検知部により検知された温度の履歴を記録する温度履歴記録部と、
   前記温度履歴記録部により記録された温度の履歴に基づいて、低温状態での前記充放電電流を制限する充放電制限部と、
   前記電流検知部により測定された電流値に基づいて、所定のタイムウインドウにおける実効電流値を算出する実効電流値算出部と、を備え、
   前記温度履歴記録部は、前記実効電流値算出部により算出された実効電流値が所定の基準値未満のときには、前記温度の履歴の記録を行わない電池制御システム。
10. 電池と接続され、前記電池の充放電を制御する電池制御システムと、
    前記電池制御システムと接続された車両制御部と、を備え、
    前記電池制御システムは、前記電池に流れる充放電電流を検知する電流検知部と、前記電池の電圧を検知する電圧検知部と、前記電池の温度を検知する温度検知部と、前記温度検知部により検知された温度の履歴を記録する温度履歴記録部と、を有し、
    前記車両制御部は、前記温度履歴記録部により記録された温度の履歴に基づいて、前記電池が所定の継続時間以上継続的または断続的に充放電されたときの前記電池の最高温度を求め、前記最高温度を所定のしきい値と比較することにより、低温状態での前記充放電電流を制限するか否かを判断し、その判断結果に基づいて、前記充放電電流の制限を前記電池制御システムに対して指示する車両制御システム。

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