(57)【要約】【課題】複数の電池モジュールを備える電池パックにおいて、各電池モジュールの劣化の均等化を十分に図ることができる電池パックの制御方法を提供する。【解決手段】電池パック１の制御方法は、放充電回路２に接続される複数の電池モジュール３を備える電池パック１の制御方法であって、複数の電池モジュール３から所定の規準よりも劣化度が大きい劣化モジュールを選定する劣化モジュール選定工程と、劣化モジュール選定工程で選定された劣化モジュールを、放充電回路２から離脱させる劣化モジュール離脱工程と、劣化モジュール離脱工程で離脱した離脱モジュールを、放充電回路２に再び接続するモジュール復帰工程と、を備え、モジュール復帰工程では、離脱モジュールの推定劣化度に基づいて、離脱モジュールを放充電回路２に再び接続させるか否か決定される。【選択図】図３
2014212630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池モジュールの放電及び充電を行う放充電回路に接続される複数の電池モジュールを備える電池パックの制御方法であって、
複数の前記電池モジュールから所定の規準よりも劣化度が大きい劣化モジュールを選定する劣化モジュール選定工程と、
前記劣化モジュール選定工程で選定された前記劣化モジュールを、前記放充電回路から離脱させる劣化モジュール離脱工程と、
前記劣化モジュール離脱工程で離脱した離脱モジュールを、前記放充電回路に再び接続するモジュール復帰工程と、を備え、
前記モジュール復帰工程では、
前記離脱モジュールの推定劣化度に基づいて、前記離脱モジュールを前記放充電回路に再び接続させるか否か決定される、電池パックの制御方法。
【請求項２】
前記モジュール復帰工程では、
前記放充電回路に接続されている前記電池モジュールの劣化度のうち最大の劣化度に比較して、前記離脱モジュールの前記推定劣化度が小さい場合に、前記離脱モジュールが前記放充電回路に再び接続される、請求項１に記載の電池パックの制御方法。
【請求項３】
前記モジュール復帰工程では、
前記離脱モジュールの前記推定劣化度が、前記モジュール離脱工程のときの前記離脱モジュールのＳＯＣと、環境温度と、前記モジュール離脱工程からの経過時間と、に基づいて算出される、請求項１又は２に記載の電池パックの制御方法。
【請求項４】
前記モジュール離脱工程は、
前記放充電回路に対する充電器による充電開始が検出されたときに実行される、請求項１〜３の何れか１項に記載の電池パックの制御方法。
【請求項５】
前記モジュール復帰工程は、
前記離脱モジュールの電圧と、前記放充電回路に接続されている前記電池モジュールの電圧の平均電圧と、の差が０．１Ｖ未満のときに実行される、請求項１〜４の何れか１項に記載の電池パックの制御方法。
【請求項６】
前記モジュール復帰工程は、
前記放充電回路に対する充電器による充電開始が検出されたときに実行される、請求項１〜４の何れか１項に記載の電池パックの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池パックの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載の密閉型鉛蓄電池が知られている。この蓄電池は、個別に開放又は接続される複数のセルを有している。そして、複数のセルのうち劣化した一部のセルを開放し一時的に使用しないようにするといった処理を行うことで、各セルの劣化の均等化を図ることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２００２−６３９４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の仕組みにおいては、各セルの劣化の均等化の観点から、開放されたセルと接続されているセルとが同程度の劣化度になった時点で、開放されたセルを再接続することが好ましい。すなわち、開放されたセルを適切なタイミングで再接続することが好ましい。しかしながら、特許文献１では、開放されたセルを再接続するタイミングの調整が十分に考慮されているとは言えず、この蓄電池では、各セルの劣化の均等化が十分に図られるとは言えない。
【０００５】
本発明は、複数の電池モジュールを備える電池パックにおいて、各電池モジュールの劣化の均等化を十分に図ることができる電池パックの制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電池パックの制御方法は、電池モジュールの放電及び充電を行う放充電回路に接続される複数の電池モジュールを備える電池パックの制御方法であって、複数の電池モジュールから所定の規準よりも劣化度が大きい劣化モジュールを選定する劣化モジュール選定工程と、劣化モジュール選定工程で選定された劣化モジュールを、放充電回路から離脱させる劣化モジュール離脱工程と、劣化モジュール離脱工程で離脱した離脱モジュールを、放充電回路に再び接続するモジュール復帰工程と、を備え、モジュール復帰工程では、離脱モジュールの推定劣化度に基づいて、離脱モジュールを放充電回路に再び接続させるか否か決定される。
【０００７】
この制御方法によれば、離脱モジュールの推定劣化度に基づいて、離脱モジュールを放充電回路に再び接続させるか否か決定される。従って、離脱モジュールの推定劣化度が、放充電回路に接続されている電池モジュールの劣化度と適切な関係になったと推定されるときに、離脱モジュールを放充電回路に再び接続することができる。よって各電池モジュールの劣化の均等化を十分に図ることができる。
【０００８】
また、モジュール復帰工程では、放充電回路に接続されている電池モジュールの劣化度のうち最大の劣化度に比較して、離脱モジュールの推定劣化度が小さい場合に、離脱モジュールが放充電回路に再び接続されることとしてもよい。
【０００９】
この制御方法によれば、離脱モジュールの推定劣化度が、放充電回路に接続されている電池モジュールの最大の劣化度よりも小さくなったと推定されるときに、離脱モジュールを放充電回路に再び接続することができる。よって各電池モジュールの劣化の均等化を十分に図ることができる。
【００１０】
具体的には、モジュール復帰工程では、離脱モジュールの推定劣化度が、モジュール離脱工程のときの離脱モジュールのＳＯＣと、環境温度と、モジュール離脱工程からの経過時間と、に基づいて算出されることとしてもよい。
【００１１】
離脱モジュールの劣化度は、モジュール離脱工程のときの離脱モジュールのＳＯＣ(State Of Charge)と、環境温度と、モジュール離脱工程からの経過時間と、に依存すると考えられるので、それらに基づいて離脱モジュールの推定劣化度を算出することができる。
【００１２】
また、モジュール離脱工程は、放充電回路に対する充電器による充電開始が検出されたときに実行されることとしてもよい。
【００１３】
この場合、劣化モジュールは、充電器による充電開始時、すなわち、十分に放電された後に、ＳＯＣが小さい状態で放充電回路から離脱する。従って、離脱モジュールはＳＯＣが小さい状態で保存され、その結果、離脱モジュールの劣化を遅くすることができる。
【００１４】
また、モジュール復帰工程は、離脱モジュールの電圧と、放充電回路に接続されている電池モジュールの電圧の平均電圧と、の差が０．１Ｖ未満のときに実行されることとしてもよい。
【００１５】
この場合、放充電回路に既に接続されていた電池モジュールの電圧と、離脱モジュールから放充電回路に復帰した直後の電池モジュールの電圧と、の差を小さくすることができる。
【００１６】
また、モジュール復帰工程は、放充電回路に対する充電器による充電開始が検出されたときに実行されることとしてもよい。
【００１７】
この場合、充電器による充電開始時、すなわち、放充電回路に接続されている電池モジュールが十分に放電された後に、離脱モジュールが再び放充電回路に接続される。その結果、放充電回路に既に接続されていた電池モジュールのＳＯＣと、離脱モジュールから放充電回路に復帰した直後の電池モジュールのＳＯＣと、の差を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、複数の電池モジュールを備える電池パックにおいて、各電池モジュールの劣化の均等化を十分に図ることができる電池パックの制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の制御方法が適用される電池パックの各構成要素を示すブロック図である。
【図２】図１の電池パックの回路図である。
【図３】図１の電池パックの制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】図１の電池パックが備える劣化速度マップの一例を示す図である。
【図５】図１の電池パックの制御方法の他の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る電池パックの制御方法の実施形態について詳細に説明する。
【００２１】
図１及び図２に示されるように、電池パック１は、複数の電池モジュール３と、電池モジュール３を制御する電池ＥＣＵ５と、を備えている。電池パック１内に構築された放充電回路２において、各電池モジュール３は並列に接続されている。図１及び図２では、電池パック１に４個の電池モジュール３が含まれる例を示しているが、電池パック１に含まれる電池モジュール３の数はこれに限られない。
【００２２】
電池パック１は、二次電池であり、例えば、車両のモータ２１に接続されて使用される。車両の力行時には、各電池モジュール３が放電し、電力がモータ２１に供給される。また、車両の回生制動時には、モータ２１で発生する電力によって、各電池モジュール３が充電される。また、電池パック１には、外部の充電器２３を着脱可能に接続することができる。当該充電器２３によって、各電池モジュール３を充電することができる。なお、放充電回路２に充電器２３が接続された場合には、電池ＥＣＵ５は、充電器２３の接続部（図示せず）から充電器接続信号を受信する。電池ＥＣＵ５は、充電器接続信号を受信することで、充電器２３が放充電回路２に接続されていることを検出し、充電器２３による各電池モジュール３の充電が開始されたことを検出する。
【００２３】
各電池モジュール３は、電池部４とリレー７とを有している。リレー７がＯＮ状態とされることで、各電池モジュール３は放充電回路２に接続され、リレー７がＯＦＦ状態とされることで、各電池モジュール３は放充電回路２から離脱する。リレー７は、電池ＥＣＵ５からの駆動信号により、ＯＮ／ＯＦＦの切替え動作を行う。
【００２４】
更に、各電池モジュール３は、監視ＥＣＵ９を有している。監視ＥＣＵ９は、温度センサーを含んでおり、各電池モジュール３の環境温度を検知することができる。また、監視ＥＣＵ９は、電圧センサーを含んでおり、各電池モジュール３の電圧を検知することができる。監視ＥＣＵ９は、電池モジュール３の環境温度を示す温度信号及び電池モジュール３の電圧を示す電圧信号を電池ＥＣＵ５に送信する。なお、図１では、１つの電池モジュール３についてのみ、電池部４、リレー７及び監視ＥＣＵ９を図示し、他の電池モジュール３については詳細な図示を省略している。
【００２５】
電池ＥＣＵ５は、モジュール容量検知部１１と、モジュール切離司令部１２と、モジュール復帰司令部１３と、劣化速度マップ１４と、演算部１５と、を備えている。モジュール容量検知部１１は、各電池モジュール３のモジュール容量を測定し検知する。モジュール切離司令部１２は、電池モジュール３のリレー７に駆動信号を送信し、リレー７をＯＦＦ状態とすることで、当該電池モジュール３を放充電回路２から離脱させる。モジュール復帰司令部１３は、電池モジュール３のリレー７に駆動信号を送信し、リレー７をＯＮ状態とすることで、当該電池モジュール３を放充電回路２に接続する。劣化速度マップ１４は、電池モジュール３のＳＯＣと、環境温度と、経過時間と、電池モジュール３の劣化度と、の関係を示すマップである。演算部１５は、種々の演算を行う。
【００２６】
なお、モジュール容量検知部１１と、モジュール切離司令部１２と、モジュール復帰司令部１３と、劣化速度マップ１４と、演算部１５と、は、電池ＥＣＵ５が予め定められた所定のアルゴリズムに従って動作することにより達成される機能的な構成要素である。
【００２７】
電池パック１内において、各電池モジュール３は、例えば３次元的に配列される場合がある。従って、電池パック１内での放熱構造により、各電池モジュール３の環境温度はそれぞれ異なり、環境温度の相違に起因して、電池モジュール３ごとの劣化にもバラつきが出てしまう。そこで、この電池パック１は、所定の規準に基づき他のモジュールに比べて劣化が激しい電池モジュール３が存在する場合には、当該電池モジュール３を放充電回路２から一時的に離脱させることで、各電池モジュール３の劣化度の均等化を図る機能を有している。
【００２８】
以下、上記の機能を実現するために電池ＥＣＵ５が行う制御方法について、図３を参照しながら説明する。ここでは、電池モジュール３の劣化度を示す指標として、電池モジュール３のモジュール容量が用いられる。すなわち、電池モジュール３のモジュール容量が小さいほど、当該電池モジュール３の劣化度が大きいものとして取り扱われる。なお、モジュール容量の単位は、例えばＡ・ｈである。
【００２９】
（劣化モジュール選定工程）
まず、電池ＥＣＵ５のモジュール容量検知部１１が、各電池モジュール３のモジュール容量を検知する。そして、モジュール容量検知部１１は、各電池モジュール３のモジュール容量のうちの最小モジュール容量Ｃ_minを取得する。また、モジュール容量検知部１１は、各電池モジュール３の平均モジュール容量Ｃ_aveを取得する（ステップＳ１０１）。
【００３０】
次に、演算部１５は、最小モジュール容量Ｃ_minと平均モジュール容量Ｃ_aveとを比較する（ステップＳ１０３）。そして、電池ＥＣＵ５は、最小モジュール容量Ｃ_minが、平均モジュール容量Ｃ_aveから５％以上乖離している場合には、最小モジュール容量Ｃ_minを示す電池モジュール３を劣化モジュールとして選定し、ステップＳ１０５に処理を進める。すなわち、最小モジュール容量Ｃ_minが平均モジュール容量Ｃ_aveの９５％未満であった場合には、最小モジュール容量Ｃ_minを示す電池モジュール３を劣化モジュールとして選定し、ステップＳ１０５に処理を進める。ここで、最小モジュール容量Ｃ_minが、平均モジュール容量Ｃ_aveから５％以上乖離していない場合には、電池ＥＣＵ５は、処理をステップＳ１０１に戻す。
【００３１】
（劣化モジュール離脱工程）
次に、電池ＥＣＵ５は、充電器接続信号を受信するまで待機する。（ステップＳ１０５）。そして、電池ＥＣＵ５が、充電器接続信号を受信した場合、すなわち、放充電回路２への充電器２３の接続を検出した場合には、モジュール切離司令部１２が、上記の劣化モジュールのリレー７に対して駆動信号を送信する。そうすると、劣化モジュールのリレー７がＯＦＦ状態となり、劣化モジュールが放充電回路２から離脱する（ステップＳ１０７）。なお、劣化モジュールが放充電回路２から離脱する直前に、電池ＥＣＵ５は、当該劣化モジュールのＳＯＣを取得する。ここで取得した劣化モジュールのＳＯＣを、以下では、「離脱時ＳＯＣ」と称する。また、以下では、ステップＳ１０７で離脱した劣化モジュールを、離脱モジュールと称する。
【００３２】
（モジュール復帰工程）
次に、演算部１５は、離脱モジュールの現時点での推定モジュール容量Ｃ_est（離脱モジュールの推定劣化度）を算出する（ステップＳ１０９）。離脱モジュールは、既に放充電回路２から離脱しているので、電池ＥＣＵ５は、離脱モジュールのモジュール容量を直接的に検知することはできない。このため、ステップＳ１０９では、離脱モジュールのモジュール容量を推定することとしたものである。
【００３３】
推定モジュール容量Ｃ_estの具体的な算出方法は次の通りである。この算出方法は、離脱モジュールの劣化速度（モジュール容量の減少速度）が、当該離脱モジュールのＳＯＣと、離脱モジュールの環境温度と、に依存するとの知見に基づく。すなわち、離脱時ＳＯＣと、ステップＳ１０７（劣化モジュール離脱工程）から現時点までの平均環境温度Ｔと、ステップＳ１０７（劣化モジュール離脱工程）からの現時点までの経過時間ｔと、が既知であれば、劣化速度マップ１４を用いて、現時点の離脱モジュールのモジュール容量を推定することができる。なお、離脱モジュールのＳＯＣは、放充電回路２から離脱した時点からほとんど低下しないと考えてよいので、ここでは、現時点の離脱モジュールのＳＯＣに代えて前述の離脱時ＳＯＣを用いる。
【００３４】
劣化速度マップ１４は、離脱モジュールの、離脱時ＳＯＣと環境温度との条件ごとに、経過時間ｔの平方根√ｔと、離脱モジュールのモジュール容量Ｃとの関係を示す。例えば、図４は、劣化速度マップ１４の一例をグラフ化したものであり、ある離脱時ＳＯＣにおいて、環境温度（２０℃、４０℃、６０℃）ごとに、√ｔとモジュール容量Ｃとの相関関係を示したものである。上記のような相関関係が、事前の実験によって求められ、電池ＥＣＵ５に劣化速度マップ１４として保存されている。なお、演算部１５の演算機能を補完するために、電池ＥＣＵ５は、経過時間ｔを√ｔに変換するための変換マップを更に有してもよい。
【００３５】
演算部１５は、離脱モジュールの監視ＥＣＵ９から温度信号を受信することで、離脱モジュールの環境温度を取得することができる。なお、ここで演算に用いられる環境温度は、ステップＳ１０７（劣化モジュール離脱工程）から現時点までの平均環境温度Ｔを使用することができる。また、演算部１５は、ステップＳ１０７（劣化モジュール離脱工程）から現時点までの経過時間をカウントし、経過時間ｔを取得することができる。そして、演算部１５は、上記のような劣化速度マップ１４を参照し、離脱時ＳＯＣと、平均環境温度Ｔと、経過時間ｔと、に基づいて、推定モジュール容量Ｃ_estを算出する。
【００３６】
続いて、図３に示されるように、モジュール容量検知部１１が、放充電回路２に接続されている各電池モジュール３のモジュール容量を検知し、このモジュール容量のうちの最小モジュール容量Ｃ_minを取得する（ステップＳ１１１）。そして、演算部１５は、最小モジュール容量Ｃ_minと推定モジュール容量Ｃ_estとを比較する（ステップＳ１１３）。ステップS１１３において、Ｃ_est＞Ｃ_minでないときには、処理をステップＳ１０９に戻す。一方、ステップS１１３において、Ｃ_est＞Ｃ_minであるときには、処理をステップＳ１１５に進める。なお、Ｃ_est＞Ｃ_minの条件が満たされることは、放充電回路２に接続されている電池モジュール３、すなわち、離脱モジュール以外の電池モジュール３が、離脱モジュールと同程度まで劣化したことを意味する。
【００３７】
次に、電池ＥＣＵ５は、離脱モジュールの監視ＥＣＵ９からの電圧信号に基づき、離脱モジュールの電圧Ｖ_isoを取得する。また、電池ＥＣＵ５は、放充電回路２に接続されている各電池モジュール３の監視ＥＣＵ９からの電圧信号に基づき、当該各電池モジュール３の平均電圧Ｖ_aveを取得する。そして電池ＥＣＵ５は、｜Ｖ_iso−Ｖ_ave｜＜0.1Vになるまで待機する（ステップＳ１１５）。なお、｜Ｖ_iso−Ｖ_ave｜＜0.1Vの条件が満たされることは、放充電回路２に接続されている電池モジュール３、すなわち、離脱モジュール以外の電池モジュール３の電圧が、離脱モジュールの電圧と同程度まで低下したことを意味する。
【００３８】
ステップＳ１１５の条件が満たされた場合、モジュール復帰司令部１３が離脱モジュールのリレー７に対して駆動信号を送信する。そうすると、離脱モジュールのリレー７がＯＮ状態となり、離脱モジュールが放充電回路２に再び接続される（ステップＳ１１７）。その後、電池ＥＣＵ５はステップＳ１０１に処理を戻し、上述した処理が繰り返される。
【００３９】
なお、図５に示されるように、上記のステップＳ１１５の条件を、ステップＳ２１５の条件に差し替えてもよい。ステップＳ２１５では、電池ＥＣＵ５は、充電器接続信号を受信するまで待機する（ステップＳ２１５）。そして、電池ＥＣＵ５が、充電器接続信号を受信した場合、すなわち、放充電回路２への充電器２３の接続を検出した場合には、モジュール復帰司令部１３が離脱モジュールのリレー７に対して駆動信号を送信し、離脱モジュールのリレー７がＯＮ状態となり、離脱モジュールが放充電回路２に再び接続される（ステップＳ１１７）。なお、図５において、図３のフローチャートと同一又は同等の処理には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００４０】
続いて、上述した制御方法による作用効果について説明する。
【００４１】
この制御方法のモジュール復帰工程では、放充電回路２に接続されている電池モジュール３のモジュール容量のうちの最小モジュール容量Ｃ_minに比較して、離脱モジュールの推定モジュール容量Ｃ_estが大きくなった場合に（ステップＳ１１３）、離脱モジュールが放充電回路２に再び接続される。従って、離脱モジュールの劣化度が、放充電回路２に接続されている電池モジュール３の劣化度よりも小さくなったと推定されるときに、離脱モジュールを放充電回路２に再び接続することができる。よって各電池モジュール３の劣化の均等化を十分に図ることができる。
【００４２】
また、この制御方法における劣化モジュールの離脱（ステップＳ１０７）は、放充電回路２に対する充電器２３の接続、すなわち充電器２３による充電開始が検出されたとき（ステップＳ１０５）に実行される。この場合、劣化モジュールは、十分に放電された後で、充電器２３で充電される前に、ＳＯＣが小さい状態で放充電回路２から離脱する。従って、離脱モジュールはＳＯＣが小さい状態で保存され、その結果、離脱モジュールの劣化を遅くすることができる。
【００４３】
また、前述のステップＳ１１５（図３）によれば、離脱モジュールの復帰（ステップＳ１１７）は、離脱モジュールの電圧Ｖ_isoと、放充電回路２に接続されている電池モジュール３の平均電圧Ｖ_aveと、の差が０．１Ｖ未満のときに実行される。その結果、放充電回路２に既に接続されていた電池モジュール３の電圧と、復帰直後の電池モジュール３の電圧と、の差を０．１Ｖ未満と小さくすることができる。
【００４４】
また、前述のステップＳ２１５（図５）によれば、離脱モジュールの復帰（ステップＳ１１７）は、放充電回路２に対する充電器２３の接続が検出されたときに実行される。この場合、充電器２３による充電開始時、すなわち、放充電回路２に接続されている電池モジュール３が十分に放電された後に、離脱モジュールが再び放充電回路２に接続される。その結果、放充電回路２に既に接続されていた電池モジュール３のＳＯＣと、復帰直後の電池モジュール３のＳＯＣと、の差を小さくすることができる。
【００４５】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形したものであってもよい。例えば、実施形態では、並列に接続された電池モジュール３を備える電池パック１において本発明を適用しているが、本発明は、直列に接続された電池モジュールを備える電池パックにも適用することができる。また、実施形態では、電池モジュール３の劣化度の指標としてモジュール容量を用いているが、当該指標としては他の物理量（例えば、電池モジュール３の抵抗）を用いてもよい。また、実施形態では、充電器２３の放充電回路２への接続を検出することによって、充電器による充電開始を検出しているが、充電器による充電開始の検出は、他の手法で実現されてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１…電池パック、２…放充電回路、３…電池モジュール、２３…充電器。
【図１】
2014212630.tif 000003
【図２】
2014212630.tif 000004
【図３】
2014212630.tif 000005
【図４】
2014212630.tif 000006
【図５】
2014212630.tif 000007