(57)【要約】【課題】充放電効率を向上することができる電池装置を提供する。【解決手段】電池装置１は、複数の二次電池１０と分配電流制御部２０とを備える。複数の二次電池１０は、互いに並列接続されている。分配電流制御部２０は、複数の二次電池１０のそれぞれにおける充電状態の変化率が互いに均一化されるように、二次電池１０に分配される分配電流Ｉ１、Ｉ２の電流値を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに並列接続された複数の二次電池（１０、１１、１２）と、
上記複数の二次電池のそれぞれにおける充電状態の変化率が互いに均一化されるように、上記二次電池に分配される分配電流の電流値を制御する分配電流制御部（２０）と、
を備える電池装置（１）。
【請求項２】
上記二次電池の電池特性を検出する電池特性検出部（３０）を備え、
上記分配電流制御部は、上記電池特性検出部により検出された電池特性に基づいて、上記分配電流の電流値を制御する、請求項１に記載の電池装置。
【請求項３】
上記電池特性検出部は、上記電池特性として上記二次電池の満充電容量を検出し、
上記分配電流制御部は、上記電池特性検出部により検出された満充電容量から上記複数の二次電池ごとの満充電容量比を算出し、該満充電容量比に基づいて上記分配電流の電流値を制御する、請求項２に記載の電池装置。
【請求項４】
上記分配電流制御部は、上記複数の二次電池に流れる総電流量に上記満充電容量比を掛け合わせて、上記二次電池における分配電流の電流値の目標電流値を設定する、請求項３に記載の電池装置。
【請求項５】
上記電池特性検出部は、上記電池特性として上記二次電池の分配電流の変化を検出し、
上記分配電流制御部は、上記分配電流の変化に基づいて、上記二次電池における上記分配電流に対する抵抗値の相対比率である抵抗比を変化させて、上記分配電流の電流値を制御する、請求項２に記載の電池装置。
【請求項６】
上記電池特性検出部は、上記分配電流の電流値の微分値を検出し、
上記分配電流制御部は、上記微分値が上昇した分配電流における抵抗比を低下させ、上記微分値が低下した分配電流における抵抗比を上昇させて、上記分配電流の電流値を制御する、請求項５に記載の電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の二次電池を備える電池装置が広く利用されるようになってきており、その充放電効率を高めることが求められている。例えば、特許文献１には、互いに並列接続された複数の二次電池に対して個別に温度調整を行って内部抵抗のバラツキを低減して、各二次電池に分配される分配電流を均一化する構成が開示されている。当該構成では、並列接続された二次電池間での充放電電流のアンバランスを抑制して充放電効率の向上が図られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１０９８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示の構成では、互いに並列接続された複数の二次電池に劣化によって満充電容量が低下した二次電池が含まれている場合、各二次電池に分配される分配電流を均一化すると、充放電可能な容量は並列接続された複数の二次電池のうち最も満充電容量が低下した二次電池の容量に制限される。すなわち、最も満充電容量が低下した二次電池の残容量が０となるタイミングでは他の二次電池には容量が残存したり、最も満充電容量が低下した二次電池が満充電となっても他の二次電池は満充電とならないため、他の二次電池の全容量を使い切ることができない。その結果、電池装置全体としての充放電効率が低下することとなる。
【０００５】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、充放電効率を向上することができる電池装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、互いに並列接続された複数の二次電池（１０、１１、１２）と、
上記複数の二次電池のそれぞれにおける充電状態の変化率が互いに均一化されるように、上記二次電池に分配される分配電流の電流値を制御する分配電流制御部（２０）と、
を備える電池装置（１）にある。
【発明の効果】
【０００７】
上記電池装置において、複数の二次電池のそれぞれの充電状態の変化率は互いに均一化されるように、各二次電池に分配される分配電流の電流値が制御される。そして、充電状態は、満充電容量に対する残容量の割合を示す。これにより、並列接続された複数の二次電池の一部に劣化による満充電容量の低下が生じても充電状態の変化率が均一化されているため、並列接続された複数の二次電池において、残容量が０となるタイミングすなわち充電状態が０％となるタイミングを一致させることができ、満充電となるタイミングすなわち充電状態が１００％となるタイミングも一致させることができる。そのため、複数の二次電池の一部に満充電容量の低下が生じたとしても、これにより充放電可能な容量が制限されることを抑制でき、二次電池の容量の使用効率を高めることが可能となる。その結果、電池装置全体としての充放電効率を向上することができる。
【０００８】
以上のごとく、本発明によれば、充放電効率を向上することができる電池装置を提供することができる。
【０００９】
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態１における、電池装置の構成を示す概念図。
【図２】実施形態１における、電池装置による制御フロー図。
【図３】実施形態２における、電池装置の構成を示す概念図。
【図４】実施形態２における、電池装置による制御フロー図。
【図５】実施形態２における、（ａ）分配電流の電流値の変化、（ｂ）電圧値の変化を示す概念図。
【図６】比較形態における、（ａ）分配電流の電流値の変化、（ｂ）電圧値の変化を示す概念図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施形態１）
上記電池装置の実施形態について、図１、図２を用いて説明する。
本実施形態の電池装置１は、複数の二次電池１０と分配電流制御部２０とを備える。
複数の二次電池１０は、互いに並列接続されている。
分配電流制御部２０は、複数の二次電池１０のそれぞれにおける充電状態の変化率が互いに均一化されるように、二次電池１０に分配される分配電流の電流値を制御する。
【００１２】
以下、本実施形態の電池装置１について、詳述する。
図１に示すように、本実施形態では、複数の二次電池１０は、第１電池パック１１と第２電池パック１２とを含んでいる。第１電池パック１１及び第２電池パック１２はいずれも同数の複数の電池セルが直列接続されたものである。第１電池パック１１及び第２電池パック１２は互いに並列に接続されている。第１電池パック１１及び第２電池パック１２は初期状態ではそれぞれの満充電容量は同等となっている。しかしながら、使用に伴って劣化して第１電池パック１１及び第２電池パック１２の一方において他方よりも充放電可能な電池容量が低下する場合がある。例えば、図１に概念的に示すように、第１電池パック１１では劣化容量１３の分だけ満充電容量１４が減少することとなり、両者間で満充電容量１４のバラツキが生じる場合がある。なお、第１電池パック１１及び第２電池パック１２は図１に概念図として示すように残容量１５と内部抵抗１６を有する。複数の二次電池１０は、更に第１電池パック１１及び第２電池パック１２と並列接続される第３電池パック、第４電池パック等を備えていてもよい。各電池パックは通常、同等の構成であって初期の満充電容量は同等である。
【００１３】
図１に示すように、電池装置１は、二次電池１０の電池特性を取得する電池特性検出部３０を備える。本実施形態では、電池特性検出部３０は、電流センサ３１、電圧センサ３２、抵抗値算出部３３、ＳＯＣ算出部３４、満充電容量算出部３５を有する。
【００１４】
図１に示す電流センサ３１は、二次電池１０としての各電池パック１１、１２にそれぞれ分配される分配電流Ｉ１、Ｉ２の電流値を検出する。電圧センサ３２は、二次電池１０としての各電池パック１１、１２にそれぞれ印加される電圧を検出する。電流センサ３１及び電圧センサ３２はいずれも公知のものを採用することができる。
【００１５】
また、図１に示す抵抗値算出部３３は、電流センサ３１及び電圧センサ３２の検出値に基づいて各電池パック１１、１２の抵抗値を算出する。ＳＯＣ算出部３４は、各電池パック１１、１２の充電状態（ＳＯＣ：State of charge）を検出する。ＳＯＣ算出部３４は、記憶部４０に予め記憶された電池パック１１、１２の開回路電圧ＯＣＶと充電状態ＳＯＣとの対応関係を表すＯＣＶ−ＳＯＣ曲線に基づいて、電圧センサ３２により検出された電池電圧からＳＯＣを算出する。記憶部４０及び格納部５０はそれぞれ不揮発性のメモリからなる。満充電容量算出部３５は、現在の電池容量とＳＯＣとから各電池パック１１、１２の満充電容量を算出する。電池特性検出部３０によりそれぞれ検出又は算出された値は格納部５０に格納される。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態では、分配電流制御部２０は、目標電流値設定部２１、比較判定部２２、温度調節部２３を有する。目標電流値設定部２１は、満充電容量算出部３５の算出結果に基づいて、各二次電池１０としての第１電池パック１１及び第２電池パック１２のそれぞれの目標電流値を設定する。目標電流値設定部２１において、目標電流値の設定は、第１電池パック１１及び第２電池パック１２における満充電容量１４の比に基づいて行う。本実施形態では、目標電流値設定部２１は、二次電池１０としての第１電池パック１１及び第２電池パック１２に流れる総電流量Ｉｔに満充電容量算出部３５により算出された満充電容量比を掛け合わせて、目標電流値を設定する。
【００１７】
図１に示す比較判定部２２は、電流センサ３１で検出された分配電流Ｉ１、Ｉ２の電流値と目標電流値設定部２１で設定された目標電流値とを比較し、両者の大小関係を判定する。そして、当該判定結果に基づき温度調節部２３を制御する。温度調節部２３は、二次電池１０としての各電池パック１１、１２を個別に冷却又は加熱することができるように構成されている。温度調節部２３は、冷却手段として例えば水冷機構や空冷機構などを有し、加熱手段としてヒータなどを有する。本実施形態では、分配電流Ｉ１、Ｉ２の電流値が目標電流値と同じである場合は、温度調節部２３の動作を現状維持にする。また、分配電流Ｉ１、Ｉ２の電流値が目標電流値よりも大きい場合は、温度調節部２３を対象の電池パックが加熱されるよう動作させる。また、分配電流Ｉ１、Ｉ２の電流値が目標電流値よりも小さい場合は、温度調節部２３を対象の電池パック１１、１２が冷却されるよう動作させる。
【００１８】
二次電池１０としての各電池パック１１、１２は、加熱されると昇温してその内部抵抗１６が上昇することとなる。その結果、内部抵抗１６が上昇した各電池パック１１、１２に流れる電流値が低下することとなる。一方、二次電池１０としての各電池パック１１、１２は、冷却されると降温してその内部抵抗１６が低下することとなる。その結果、内部抵抗１６が低下した各電池パック１１、１２に流れる電流値が上昇することとなる。
【００１９】
次に、電池装置１の制御フローについて、図２を用いて説明する。
まず、図２に示すステップＳ１において、電流センサ３１、電圧センサ３２により、各二次電池１０としての各電池パック１１、１２の分配電流Ｉ１、Ｉ２の電流値、電圧値を検出し、検出結果を格納部５０に格納する。その後、ステップＳ２において、満充電容量算出部３５により、各電池パック１１、１２の満充電容量を算出し、算出結果を格納部５０に格納する。
【００２０】
そして、図２に示すステップＳ３において、目標電流値設定部２１により、第１電池パック１１及び第２電池パック１２の満充電容量の比を算出し、当該満充電容量の比に総電流値Ｉｔを掛け合わせて、第１電池パック１１及び第２電池パック１２の目標電流値をそれぞれ設定する。
【００２１】
その後、図２に示すステップＳ４において、比較判定部２２により、各電池パック１１、１２において電流センサ３１によって検出された分配電流Ｉ１、Ｉ２の電流値が各電池パック１１、１２の目標電流値と同じであるか否かを電池パックごとに判定する。ステップＳ４において、第１電池パック１１における分配電流Ｉ１の電流値が目標電流値と同じであると判定された場合は、ステップＳ４のＹｅｓに進み、ステップＳ１に戻る。第２電池パック１２についても同様である。
【００２２】
一方、図２に示すステップＳ４において、第１電池パック１１における分配電流Ｉ１の電流値が目標電流値と同じでないと判定された場合は、ステップＳ４のＮｏに進む。そして、ステップＳ５において、第１電池パック１１における分配電流Ｉ１の電流値が目標電流値よりも小さいか否かを判定する。ステップＳ５において、第１電池パック１１における分配電流Ｉ１の電流値が目標電流値よりも小さいと判定した場合は、ステップＳ５のＹｅｓに進む。そして、ステップＳ６において、比較判定部２２が温度調節部２３により第１電池パック１１が加熱されるように制御する。そして、スタートに戻る。第２電池パック１２についても同様に行う。
【００２３】
一方、ステップＳ５において、第１電池パック１１における分配電流Ｉ１の電流値が目標電流値よりも小さくないと判定した場合は、ステップＳ５のＮｏに進む。そして、ステップＳ７において、比較判定部２２が温度調節部２３により第１電池パック１１が冷却されるように制御する。そして、スタートに戻る。第２電池パック１２についても同様に行う。
【００２４】
次に、本実施形態の電池装置１における作用効果について、詳述する。
本実施形態の電池装置１では、複数の二次電池１０としての第１電池パック１１、第２電池パック１２の間で、それぞれの充電状態の変化率が互いに均一化されるように第１電池パック１１、第２電池パック１２に分配される分配電流Ｉ２の電流値を制御する。これにより、並列接続された第１電池パック１１と第２電池パック１２の一部に劣化による満充電容量の低下が生じても充電状態の変化率が互いに均一化されているため、並列接続された第１電池パック１１、第２電池パック１２において、残容量が０となるタイミングすなわち充電状態が０％となるタイミングを一致させることができ、満充電となるタイミングすなわち充電状態が１００％となるタイミングも一致させることができる。そのため、第１電池パック１１、第２電池パック１２において満充電容量１４の低下が生じたとしても、これにより充放電可能な容量が制限されることがなく、第１電池パック１１、第２電池パック１２の容量の使用効率を向上することが可能となる。その結果、電池装置全体としての充放電効率を向上することができる。
【００２５】
また、本実施形態では、電池装置１は、二次電池１０の電池特性を検出する電池特性検出部３０を備える。そして、分配電流制御部２０は、電池特性検出部３０により検出された電池特性に基づいて分配電流の電流値を制御する。これにより、二次電池１０の電池特性に基づいて分配電流の電流値が制御されるため、簡易な構成で充電状態の変化率を均一化することができる。
【００２６】
また、本実施形態では、電池特性検出部３０は、電池特性として二次電池１０の満充電容量を検出し、分配電流制御部２０は、電池特性検出部３０により検出され満充電容量から複数の二次電池１０としての電池パック１１、１２ごとの満充電容量比を算出し、該満充電容量比に基づいて分配電流Ｉ１、Ｉ２の電流値を制御する。これにより、電池パック１１、１２ごとの満充電容量比に基づいて、分配電流Ｉ１、Ｉ２の電流値が制御されるため、簡易な構成で充電状態の変化率を均一化することができる。
【００２７】
また、本実施形態では、分配電流制御部２０は、二次電池１０を構成する第１電池パック１１及び第２電池パック１２に流れる総電流量Ｉｔに満充電容量比を掛け合わせて、分配電流Ｉ１、Ｉ２の電流値の目標電流値を設定する。これにより、分配電流Ｉ１、Ｉ２の電流値の目標電流値が満充電容量比に基づいて設定され、簡易な構成で充電状態の変化率を均一化することができる。
【００２８】
以上のごとく、本実施形態によれば、充放電効率を向上することができる電池装置１を提供することができる。
【００２９】
（実施形態２）
本実施形態では、電池特性検出部３０は、実施形態１における図１に示す抵抗値算出部３３、ＳＯＣ算出部３４及び満充電容量算出部３５に替えて、図３に示す電流量変化検出部３６を備える。電流量変化検出部３６は、電流センサ３１により取得された二次電池１０としての第１電池パック１１及び第２電池パック１２の各分配電流Ｉ１、Ｉ２の変化を検出する。
【００３０】
また、本実施形態では、第１電池パック１１の分配電流Ｉ１の経路上に第１可変抵抗部２４１が設けられており、第２電池パック１２の分配電流Ｉ２の経路上に第２可変抵抗部２４２が設けられている。また、分配電流制御部２０は実施形態１の温度調節部２３に替えて抵抗値制御部２４を有する。抵抗値制御部２４は第１可変抵抗部２４１及び第２可変抵抗部２４２の少なくとも一方の抵抗値を制御して、第１電池パック１１及び第２電池パック１２のそれぞれの分配電流Ｉ１、Ｉ２に対する抵抗値の比率である抵抗比を変更可能な外部回路を形成している。
【００３１】
二次電池１０において、ＳＯＣと開回路電圧（ＯＣＶ）とは相関関係があるため、ＯＣＶの変化率が第１電池パック１１と第２電池パック１２との間で揃うと、互いのＳＯＣの変化率も揃うため、ＳＯＣを均一化しやすくなる。そして、ＯＣＶの変化率を揃えるには、分配電流の電流値が増加したときはその電池パックの抵抗値を低下させ、分配電流の電流値が減少したときにはその電池パックの抵抗値を上昇させることにより、第１電池パック１１及び第２電池パック１２の抵抗比を変更することが有効となる。
【００３２】
かかる観点から、本実施形態では、比較判定部２２は、電流量変化検出部３６により検出された各分配電流Ｉ１、Ｉ２の変化に基づき抵抗値制御部２４を制御するか否かを判定する。例えば、充放電時において、比較判定部２２が第１電池パック１１の分配電流Ｉ１の電流値が増加し、第２電池パック１２の分配電流Ｉ２の電流値が減少したと判定した場合には、電流値が増加した第１電池パック１１の経路上に設けられた第１可変抵抗部２４１の抵抗値を低下させるように抵抗値制御部２４を制御するとともに、電流値が減少した第２電池パック１２の経路上に設けられた第２可変抵抗部２４２の抵抗値を上昇させて、第１電池パック１１と第２電池パック１２との抵抗比を変更するように抵抗値制御部２４を制御する。また、その他の構成要素は実施形態１の場合と同様であり、本実施形態においても実施形態１の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。
【００３３】
次に、電池装置１の制御フローについて、図４を用いて説明する。
まず、図４に示すステップＳ２１において、電流センサ３１により、各電池パック１１、１２の分配電流Ｉ１、Ｉ２の電流値を取得する。そして、ステップＳ２２において、電流量変化検出部３６において、分配電流Ｉ１、Ｉ２の電流値の微分値を取得し、格納部５０に格納する。
【００３４】
その後、図４に示すステップＳ２３において、比較判定部２２により、分配電流Ｉ１、Ｉ２の電流値の微分値が０であるか否かを判定する。ステップＳ２３において、分配電流Ｉ１、Ｉ２の電流値の微分値が０であると判定された場合は、ステップＳ２３のＹｅｓに進み、再度ステップＳ２１に戻る。一方、ステップＳ２３において、分配電流Ｉ１、Ｉ２の電流値の微分値が０でないと判定された場合は、ステップＳ２３のＮｏに進む。
【００３５】
そして、ステップＳ２４において、比較判定部２２により、分配電流Ｉ１、Ｉ２の電流値の微分値が０より小さいか否かを判定する。ステップＳ２４において、分配電流Ｉ１、Ｉ２の電流値の微分値が０より小さいと判定された場合は、ステップＳ２４のＹｅｓに進む。そして、ステップＳ２５において、抵抗値制御部２４により、第１可変抵抗部２４１及び／又は第２可変抵抗部２４２を制御して、分配電流Ｉ１、Ｉ２のうち電流値の微分値が０より小さいと判定された方の抵抗比を上昇させる。その後、スタートに戻る。
【００３６】
一方、ステップＳ２４において、分配電流Ｉ１、Ｉ２の電流値の微分値が０より小さくないと判定された場合は、ステップＳ２４のＮｏに進む。そして、ステップＳ２６において、抵抗値制御部２４により、第１可変抵抗部２４１及び／又は第２可変抵抗部２４２を制御して、分配電流Ｉ１、Ｉ２のうち電流値の微分値が０より小さくないと判定された方の抵抗比を低下させる。その後、スタートに戻る。
【００３７】
本実施形態では、図５（ａ）に示すように第１区間１０１では第１電池パック１１の分配電流Ｉ１と第２電池パック１２の分配電流Ｉ２の電流値は横ばいであって、図５（ｂ）に示す第１電池パック１１のＯＣＶであるＶ１の変化率と、第２電池パック１２のＯＣＶであるＶ２の変化率とは同等で揃った状態となっている。しかしながら、第２区間１０２では、図５（ａ）に示すように第１電池パック１１の分配電流Ｉ１の電流値は増加傾向を示し、第２電池パック１２の分配電流Ｉ２の電流値は減少傾向を示し、図５（ｂ）に示すようにＶ１の変化率とＶ２の変化率は揃わない状態となっている。一方、第３区間１０３において上述の抵抗比の制御を行うことにより、図５（ａ）に示すように第１電池パック１１の分配電流Ｉ１の電流値はさらに増加傾向を示し、第２電池パック１２の分配電流Ｉ２の電流値はさらに減少傾向を示して、図５（ｂ）に示すようにＶ１の変化率とＶ２の変化率が徐々に揃うように変化し、第４区間１０４において両者のＯＣＶの変化率が再度揃った状態となっている。これにより、Ｖ１とＶ２とが同じタイミングで下限に到達している。
【００３８】
一方、本実施形態の抵抗値の制御を行わない場合の比較形態では、図６（ａ）に示すように、第１区間６０１では第１電池パック１１の分配電流Ｉ１’と、第２電池パック１２の分配電流Ｉ２’の電流値は横ばいであって、図６（ｂ）に示す第１電池パック１１のＯＣＶであるＶ１’の変化率と第２電池パック１２のＯＣＶであるＶ２’の変化率とは同等で揃った状態となっている。しかし、第２区間６０２では、図６（ａ）に示すように第１電池パック１１の分配電流Ｉ１’の電流値は増加傾向を示し、第２電池パック１２の分配電流Ｉ２’の電流値は減少傾向を示し、図６（ｂ）に示すようにＶ１’の変化率とＶ２’の変化率は揃わない状態となっている。さらに、当該比較形態では本実施形態における抵抗比の制御を行わないため、以降の第３区間６０３においても両者のＯＣＶの変化率は揃うことがない。これにより、Ｖ２’が下限に到達しても、Ｖ１’は下限に到達しない。
【００３９】
本実施形態では、電池特性検出部３０は電池特性として各電池パック１１、１２の分配電流Ｉ１、Ｉ２の変化を検出し、分配電流制御部２０は分配電流Ｉ１、Ｉ２の変化に基づいて、複数の二次電池１０を構成する各電池パック１１、１２に流れる分配電流Ｉ１、Ｉ２に対する抵抗値の相対比率である抵抗比を変化させて、分配電流Ｉ１、Ｉ２の電流値を制御する。これにより、簡易な構成によりＳＯＣの変化率の均一化を図り、実施形態１の場合と同等の作用効果を奏することができる。
【００４０】
そして、本実施形態では、電池特性検出部３０は、二次電池１０を構成する各電池パック１１、１２の分配電流Ｉ１、Ｉ２の微分値を検出し、分配電流制御部２０は、微分値が上昇した分配電流Ｉ１又はＩ２における抵抗比を低下させ、微分値が低下した分配電流Ｉ１又はＩ２における抵抗比を上昇させて、分配電流Ｉ１、Ｉ２の電流値を制御する。これにより、より高精度に分配電流Ｉ１、Ｉ２の電流値を制御してＳＯＣの変化率の均一化を図ることができ、充放電効率を一層向上することができる。
【００４１】
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１  電池装置
１０  二次電池
１１  第１電池パック
１２  第２電池パック
２０  分配電流制御部
２１  目標電流値設定部
２２  比較判定部
２３  温度調節部
２４  抵抗値制御部
３０  電池特性検出部
３６  電流量変化検出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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