(57)【要約】【課題】電池モジュールの劣化を均一化して、劣化が進んだ電池モジュールによる影響を低減し電池モジュールの本来の性能を発揮可能とする。【解決手段】複数の電池セルで構成された電池モジュールを複数台、交換可能に接続した電源システムにおいて、電池モジュールを入れ替える方法であって、各電池モジュールに対して、予め付与された固有の識別情報毎に、電源システム内における配置位置を記憶しておき、さらに各配置位置における電池モジュールの劣化度を演算する工程と、劣化度が相対的に大きい第一電池モジュールと、劣化度が相対的に小さい第二電池モジュールとを検出し、第一電池モジュールを、第二電池モジュールが配置されていた第二位置に配置させ、又は第二電池モジュールを、第一電池モジュールが配置されていた第一位置に配置させる工程とを含む。【選択図】図６
2014011060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルで構成された電池モジュールを複数台を交換可能に接続した電源システムにおける、物理的及び電気的に交換可能な電池モジュールを入れ替える方法であって、
各電池モジュールに対して、予め付与された固有の識別情報毎に、電源システム内における配置位置を記憶部に記憶する工程と、記憶した各配置位置における電池モジュールの劣化度を演算する工程と、
劣化度が相対的に大きい第一電池モジュールと、劣化度が相対的に小さい第二電池モジュールとを検出し、前記第一電池モジュールを、前記第二電池モジュールが配置されていた第二位置に配置させ、又は前記第二電池モジュールを、前記第一電池モジュールが配置されていた第一位置に配置させる工程と、
を含むことを特徴とする電池モジュールの入れ替え方法。
【請求項２】
請求項１に記載の電池モジュールの入れ替え方法であって、
いずれかの電池モジュールを新たな電池モジュールと交換する際に、該新たな電池モジュールを前記第一位置に配置し、交換対象の電池モジュールの位置には、前記第一電池モジュールを配置することを特徴とする電池モジュールの入れ替え方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電池モジュールの入れ替え方法であって、
配置変更を行った後も、各電池モジュールの劣化度の演算を継続し、次回の配置変更時には継続された劣化度に基づいて配置変更を行うことを特徴とする電池モジュールの入れ替え方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一に記載の電池モジュールの入れ替え方法であって、
劣化度が相対的に最も大きい第一電池モジュールと、劣化度が相対的に最も小さい第二電池モジュールとを交換することを特徴とする請求項１の限定機能の電池モジュール入れ替え方法 。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一に記載の電池モジュールの入れ替え方法であって、
電池モジュールの劣化度の大きい順に、劣化度の小さい電池モジュールの設置位置へ入れ替えることを特徴とする電池モジュールの入れ替え方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一に記載の電池モジュールの入れ替え方法であって、
電池モジュールの劣化度が、電池モジュールのＳＯＨに基づいて決定されることを特徴とする電池モジュールの入れ替え方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一に記載の電池モジュールの入れ替え方法であって、
各電池モジュールを設置する設置位置に対するＳＯＨが、以下の式で補正されてなることを特徴とする電池モジュールの入れ替え方法。
補正ＳＯＨ＝｛（現在の電池モジュールの設置位置におけるＳＯＨ×α）＋（規定の設置位置におけるＳＯＨ×（１００−α））／１００
（上式においてαは、電池モジュールの使用環境の変化に応じて、変化が大きいほど小さく、変化が小さいほど大きく設定される補正係数である。）
【請求項８】
複数の電池セルで構成された電池モジュールを複数台、交換可能に接続した電源システムであって、
各電池モジュールに対して、予め付与された固有の識別情報毎に、電源システム内における配置位置を記憶する配置位置記憶手段と、
各電池モジュールの設置位置に対して、該電池モジュールの劣化度を演算する劣化度演算手段と、
前記劣化度演算手段により演算された劣化度が相対的に大きい第一電池モジュールと、劣化度が相対的に小さい第二電池モジュールとを検出し、前記第一電池モジュールを、前記第二電池モジュールが配置されていた第二位置に配置させ、又は前記第二電池モジュールを、前記第一電池モジュールが配置されていた第一位置に配置させるよう指示する配置位置指示手段と、
を備えることを特徴とする電源システム。
【請求項９】
請求項８に記載の電源システムを備える車両であって、
前記電源システムから電力供給される走行用のモータと、
前記電源システム及び前記モータを搭載してなる車両本体と、
前記モータで駆動されて前記車両本体を走行させる車輪と
を備えることを特徴とする車両。
【請求項１０】
請求項８に記載の電源システムを備える蓄電装置であって、
前記電源システムへの充放電を制御する電源コントローラを備えており、
前記電源コントローラでもって、外部からの電力により前記電池モジュールへの充電を可能とすると共に、前記電池モジュールに対し充電を行うよう制御することを特徴とする蓄電装置。
【請求項１１】
複数の電池セルで構成された電池モジュールを複数台、交換可能に接続した電源システムにおいて、電池モジュールを入れ替えるための入れ替え管理プログラムであって、
各電池モジュールに対して、予め付与された固有の識別情報毎に、電源システム内における配置位置を記憶する配置位置記憶機能と、
各電池モジュールの設置位置に対して、該電池モジュールの劣化度を演算する劣化度演算機能と、
前記劣化度演算機能により演算された劣化度が相対的に大きい第一電池モジュールと、劣化度が相対的に小さい第二電池モジュールとを検出し、前記第一電池モジュールを、前記第二電池モジュールが配置されていた第二位置に配置させ、又は前記第二電池モジュールを、前記第一電池モジュールが配置されていた第一位置に配置させるよう指示する配置位置指示機能と、
をコンピューターに実現させることを特徴とする電池モジュールの入れ替え管理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池を接続した電池モジュールを複数台接続した電源システムにおいて、電池モジュールを入れ替える方法、このような電池モジュールの入れ替えを管理する入れ替え管理機能を備える電源システム及びこれを備える車両並びに蓄電装置及び入れ替え管理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の電池セルを組み合わせた電池モジュールを使用した車両の駆動用電源システムや定置型の蓄電用の電源システムが普及してきている。このような電源システムにおいては、使用と共に電池セルが劣化していく（例えば特許文献１）。この際、例えば電源システム内の各電池モジュールの温度等は均一とはならないため、その劣化の進行度合いも不均一となる。すなわち複数の電池モジュールの内、例えば熱くなる部位に位置する電池モジュールは、温度が低い電池モジュールに比べてその劣化進行度は一般的に早くなることが知られている。また逆に、氷点下以下になるような、著しく低温の場所では、他の電池モジュールと比べて低温となる位置に配置された電池モジュールも、同様に劣化の進行が他よりも早くなることがある。
【０００３】
このようにして電池モジュールが劣化すると、劣化した電池モジュールの交換が必要となる。しかしながら、１つの電池モジュールを新品に交換したとしても、他の電池モジュールが古いままでは、充電容量が低下した古い電池モジュールの性能がボトルネックとなり、新品の電池モジュールの性能を十分に発揮できないという問題があった。例えば、充電容量が低下した劣化した電池モジュールは、充電時には新品に比べ早く使用上限電圧（オーバーボルテージ）に達し、逆に放電時には新品に比べ早く使用下限電圧（アンダーボルテージ）に達するため、システム全体としては古い電池モジュールの上下限電圧による制限により使用が制限され、新品の電池モジュールは使用上下限電圧に達しない状態（１００％の能力を発揮できない状態）で使い続けられるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許４８６４３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、劣化が進んだ電池モジュールによる影響を低減した電池モジュールの入れ替え方法、電源システム及びこれを備える車両並びに蓄電装置、入れ替え管理プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る電池モジュールの入れ替え方法によれば、複数の電池セルで構成された電池モジュールを複数台を交換可能に接続した電源システムにおける、物理的及び電気的に交換可能な電池モジュールを入れ替える方法であって、各電池モジュールに対して、予め付与された固有の識別情報毎に、電源システム内における配置位置を記憶部に記憶する工程と、記憶した各配置位置における電池モジュールの劣化度を演算する工程と、劣化度が相対的に大きい第一電池モジュールと、劣化度が相対的に小さい第二電池モジュールとを検出し、前記第一電池モジュールを、前記第二電池モジュールが配置されていた第二位置に配置させ、又は前記第二電池モジュールを、前記第一電池モジュールが配置されていた第一位置に配置させる工程とを含むことができる。これにより、上述したように電池モジュールを配置する位置に応じて劣化の度合いが異なるような場合においても、電池モジュールを入れ替えることにより、入れ換え後の劣化度のばらつきに依存した電池モジュールの性能低下を回避して安定的に使用できるようになる。
また第一電池モジュールと、第二電池モジュールとを、物理的、電気的に同じ仕様の電池モジュールとすることが好ましい。これにより、入れ替え対象の電池モジュールとして、同じサイズの電池モジュール同士を選択することにより、サイズが異なり物理的に交換が不可能な電池モジュールを選択する事態を回避できる。
【０００７】
また、電池モジュールの入れ替え方法においては、いずれかの電池モジュールを新たな電池モジュールと交換する際に、該新たな電池モジュールを前記第一位置に配置し、交換対象の電池モジュールの位置には、前記第一電池モジュールを配置してもよい。これにより、電池モジュールの交換に際して、同時に電池モジュール間の残容量を均等化させるように入れ替えを行うことができ、作業効率を向上できる。特に、新たな電池モジュールを、第一位置に配置することで、入れ替えの前後で電池モジュールの劣化度の差を低減できる。
【０００８】
さらに、電池モジュールの入れ替え方法において、配置変更を行った後も、各電池モジュールの劣化度の演算を継続し、次回の配置変更時には継続された劣化度に基づいて配置変更を行ってもよい。これにより、一度の配置変更のみで終了させるのでなく、劣化度の演算を継続することで、その均等化を図ることができる。
【０００９】
さらにまた、電池モジュールの入れ替え方法によれば、劣化度が相対的に最も大きい第一電池モジュールと、劣化度が相対的に最も小さい第二電池モジュールとを交換することができる。
【００１０】
さらにまた、電池モジュールの入れ替え方法によれば、電池モジュールの劣化度の大きい順に、劣化度の小さい電池モジュールの設置位置へ入れ替えることができる。
【００１１】
さらにまた、電池モジュールの入れ替え方法によれば、電池モジュールの劣化度を、電池モジュールのＳＯＨに基づいて決定することができる。これにより、既存の電池モジュールのＳＯＨ（State of Health）でもって劣化度を決定できるので、新たな演算処理を増やすことなく劣化度の把握が可能となる。
【００１２】
さらにまた、電池モジュールの入れ替え方法によれば、各電池モジュールの設置位置に対するＳＯＨを、以下の式で補正することができる。
【００１３】
補正ＳＯＨ＝｛（現在の電池モジュールの設置位置におけるＳＯＨ×α）＋（規定の設置位置におけるＳＯＨ×（１００−α））／１００
（上式においてαは、電池モジュールの使用環境の変化に応じて、変化が大きいほど小さく、変化が小さいほど大きく設定される補正係数である。）
【００１４】
さらにまた、本発明に係る電源システムによれば、複数の電池セルで構成された電池モジュールを複数台、交換可能に接続した電源システムであって、各電池モジュールに対して、予め付与された固有の識別情報毎に、電源システム内における配置位置を記憶する配置位置記憶手段と、各電池モジュールの設置位置に対して、該電池モジュールの劣化度を演算する劣化度演算手段と、前記劣化度演算手段により演算された劣化度が相対的に大きい第一電池モジュールと、劣化度が相対的に小さい第二電池モジュールとを検出し、前記第一電池モジュールを、前記第二電池モジュールが配置されていた第二位置に配置させ、又は前記第二電池モジュールを、前記第一電池モジュールが配置されていた第一位置に配置させるよう指示する配置位置指示手段とを備えることができる。上記構成により、電池モジュールを配置する位置に応じて劣化の度合いが異なるような電源システムにおいても、電池モジュールを入れ替えることにより劣化度を均等化することが可能となり、もって劣化度のばらつきによる性能低下を回避して使用できるようになる。
【００１５】
さらにまた、本発明に係る車両によれば、上記の電源システムを備える車両であって、前記電源システムから電力供給される走行用のモータと、前記電源システム及び前記モータを搭載してなる車両本体と、前記モータで駆動されて前記車両本体を走行させる車輪とを備えることができる。
【００１６】
さらにまた、本発明に係る蓄電装置によれば、上記の電源システムを備えると共に、前記電源システムへの充放電を制御する電源コントローラを備えている。この電源コントローラは、外部からの電力により前記電池モジュールへの充電を可能とすると共に、前記電池モジュールに対し充電を行うよう制御することができる。
【００１７】
さらにまた、本発明に係る入れ替え管理プログラムによれば、複数の電池セルで構成された電池モジュールを複数台、交換可能に接続した電源システムにおいて、電池モジュールを入れ替えるための入れ替え管理プログラムであって、各電池モジュールに対して、予め付与された固有の識別情報毎に、電源システム内における配置位置を記憶する配置位置記憶機能と、各電池モジュールの設置位置に対して、該電池モジュールの劣化度を演算する劣化度演算機能と、前記劣化度演算機能により演算された劣化度が相対的に大きい第一電池モジュールと、劣化度が相対的に小さい第二電池モジュールとを検出し、前記第一電池モジュールを、前記第二電池モジュールが配置されていた第二位置に配置させ、又は前記第二電池モジュールを、前記第一電池モジュールが配置されていた第一位置に配置させるよう指示する配置位置指示機能とをコンピューターに実現させることができる。上記構成により、電池モジュールを配置する位置に応じて劣化の度合いが異なるような電源システムにおいても、電池モジュールを入れ替えることにより劣化度を均等化することが可能となり、もって劣化度のばらつきによる性能低下を回避して使用できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る車両用電源装置を示す分解斜視図である。
【図２】図１の各電池モジュールの分解斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る車両用電源装置を電動車両に接続した電源システムを示すブロック図である。
【図４】電池モジュールのＳＯＨが変化する様子を示すグラフである。
【図５】電池モジュールが充放電される状態におけるΔＳＯＣを示す図である。
【図６】図６（ａ）は電池モジュールの入れ替え前の配置、図６（ｂ）は入れ替え後の配置を示す模式図である。
【図７】図７（ａ）は電池モジュールの入れ替え前の配置、図７（ｂ）は入れ替え後の配置の他の例を示す模式図である。
【図８】図８（ａ）は電池モジュールの入れ替え前の配置、図８（ｂ）は入れ替え後の配置のさらに他の例を示す模式図である。
【図９】配置位置指示画面の例を示すイメージ図である。
【図１０】電源システムを示すブロック図である。
【図１１】エンジンとモータで走行するハイブリッド車に電源装置を搭載する例を示すブロック図である。
【図１２】モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示すブロック図である。
【図１３】蓄電用の電源装置に適用する例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための電池モジュールの入れ替え方法、電源システム及びこれを備える車両並びに蓄電装置、入れ替え管理プログラムを例示するものであって、本発明は電池モジュールの入れ替え方法、電源システム及びこれを備える車両並びに蓄電装置、入れ替え管理プログラムを以下のものに特定しない。また実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに、以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
（実施形態１）
【００２０】
以下、本実施形態に係る電源システムとして、車両用電源装置に適用した例を、図１に基づいて説明する。図１は、電源装置１００から外ケース１及び端面カバー２を外した状態の分解斜視図を示している。この図に示す電源装置１００は、４個の電池モジュール１０を外ケースに収納している。外ケースは断面コ字状として、その両端縁を端面カバー２で各々被覆している。
（電池モジュール１０）
【００２１】
外ケース１に含まれる各電池モジュール１０は、図２の分解斜視図に示すように、複数の電池セル１１をセパレータ６を介して積層している。さらに複数の電池セル１１の内、いくつかには電圧・温度検出手段３０として温度センサ３１が熱結合されており、電池セル１１の温度を温度センサ３１で検出することにより、電池モジュール１０全体の温度を推測する。この電源装置は、電池モジュール１０の温度に基づいて、FANなどで温度制御（主にクーリング）されると共に充放電電流を制御する。
【００２２】
電池モジュール１０は、図２の分解斜視図に示すように、複数枚の電池セル１１を、絶縁性のセパレータ６を介して積層し、側面をエンドプレート７で被覆したブロック体である。エンドプレート７はバインドバー８で連結されて、電池モジュール１０を固定している。バインドバー８は、図２に示すように電池モジュール１０の両側面に配設されて、その両端部を内側に折曲して折曲部をエンドプレート７に止ネジ１６で固定している。
（電池セル１１）
【００２３】
電池モジュール１０は、複数の電池セルを接続している。各電池セル１１は、その厚さを上辺の横幅よりも薄くした薄型の外装缶を利用している。この外装缶は、両側を湾曲面として、外装缶の四隅のコーナ部を面取りした略箱形形状としている。この形状の外装缶は、丸形電池に対する角形電池とも呼ばれる。
【００２４】
電池セル１１を構成する素電池は、リチウムイオン二次電池またはリチウムポリマー電池が利用できる。これらリチウムイオン二次電池やリチウムポリマー電池は、残容量に対する電圧変化が大きく、満充電容量を正確に検出して劣化度を正確に検出できる。特に薄型電池にリチウムイオン二次電池を使用すると、電池モジュール全体の容量に対する充電容量を大きくできる特長がある。ただ、本発明は、電池モジュールを構成する電池セルをリチウムイオン電池やリチウムポリマー電池には特定しない。電池セルは、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池などの充電できる全ての電池とすることができる。
（電池モジュール冷却機構）
【００２５】
電池モジュールの冷却には、例えば電池セル１１同士の間に冷却気体を送風する空冷方式、あるいは電池モジュールと冷却プレートとを熱結合させ、冷却プレートに冷媒を循環させて熱交換を行う冷媒冷却方式などが適宜利用できる。空冷方式の場合は、セパレータ６を送風隙間２１を形成するスペーサとして機能させる。送風隙間には、ファンなどの強制送風機構によって冷却気体が強制送風され、これにより電池セル１１が冷却される。また冷媒冷却方式の場合は、熱伝導率の高い冷却プレートの内部に、冷媒を循環させる冷媒循環機構を設け、冷却プレートの上面に載置した電池モジュールに対して底面から熱交換を行う。冷却プレートは、一枚の冷却プレートに複数の電池モジュールを置く構成の他、各電池モジュール毎に冷却プレートを設けることもできる。また冷却方式はこれらに限らず、種々の方式を適宜利用できる。また、複数の冷却方式を組み合わせて利用することもできる。
（電源システム１０００）
【００２６】
図３に、電動車両ＨＶに接続された車両用電源装置１００の、電池の劣化度の演算を行う電源システム１０００のブロック図を示す。ここでは電動車両ＨＶとしてハイブリッド車を適用する。なお本発明は、電源システムをハイブリッド車や電気自動車、あるいはその他の電動車両等、車両に搭載される電池システムに特定するものではなく、例えば太陽電池等で蓄電される蓄電装置などにも適用できる。
【００２７】
図３に示す電源システム１０００は、電源装置１００と電動車両ＨＶとで構成される。電源装置１００は、電池モジュール１０と、電流検出手段３２と、セルないし電池モジュールに対する電圧・温度検出手段３０と、システム全体に対する電圧検出手段３３と、電源側制御手段３６と、メモリ３７と、通信回線３９とを備えている。また電動車両ＨＶは、双方向電力変換手段９５と、モータ９３と、発電機９４と、車両側制御手段９８とを備えている。
【００２８】
この電源装置１００は、車両の走行用のモータ９３に電力を供給して放電され、また発電機９４で充電される。電池モジュール１０の劣化度は、電源側制御手段３６で検出される。本明細書において電池の劣化度とは、電池モジュールを構成する電池セルの劣化の度合いを示す指標であり、電池セルの内部抵抗や内部インピーダンス等に基づいて決定される。ここでは劣化度としてＳＯＨ（State of Health）を例として用いている。電池モジュールのＳＯＨが変化する様子の一例を図４のグラフに示す。本明細書において初期におけるＳＯＨを１００とし、終期におけるＳＯＨを０としている。ただ、必ずしもＳＯＨをこの範囲に設定する必要はなく、ＳＯＨの初期値や最終値は、任意に設定できる。
（電源側制御手段３６）
【００２９】
電源側制御手段３６は、電池モジュール１０の劣化度を検出するために、電池モジュール１０に流れる充放電の電流を検出する電流検出手段３２と、電池モジュール１０の温度を検出する温度センサと、電池モジュール１０の電圧を検出する電圧検出手段３３とを接続している。電源側制御手段３６は、例えばＭＰＵ等で構成される。この電源側制御手段３６は、劣化度から満充電容量（Ａｈ）を検出し、検出される満充電容量（Ａｈ）と現実の放電可能容量（Ａｈ）との比率から残容量［ＳＯＣ（％）］を演算し、残容量［ＳＯＣ（％）］が所定の範囲、たとえば５０％±２０％となるように、充放電の電流量をコントロールする。
【００３０】
なお、各電池モジュールのＳＯＨは、電池モジュールの電圧、電流、温度に基づいて演算される。電池セルとしてリチウムイオン二次電池を用いる場合は、電池モジュールを構成する電池セル毎に電圧等を測定して、電池セル単位でＳＯＨを演算する。そして、最も低いＳＯＨを、電池モジュールのＳＯＨとして選択する。なお、これらは一例であり、ＳＯＨの測定方法としては既知の方法が適宜利用できる。例えば電池セルとしてニッケル水素電池を用いる場合は、電池モジュールの総電圧を測定して、モジュール単位でＳＯＨを決定することもできる。なお、電池セルのセル電圧やセル温度の計測は、最も単純な例では、電池セル毎に電圧センサや温度センサなどの検出手段を設けて、検出信号線を配線して測定することができる。
【００３１】
電動車両ＨＶは、電池モジュール１０から供給される電力をモータ９３に供給し、また発電機９４の電力を電池モジュール１０に供給する双方向電力変換手段９５を備える。双方向電力変換手段９５は、電池モジュール１０の直流電力を三相の交流電力に変換してモータ９３に供給し、発電機９４から出力される交流を直流に変換して電池モジュール１０に供給する。この双方向電力変換手段９５は、車両側制御手段９８で制御されて、電池モジュール１０からモータ９３への供給電力と、発電機９４から電池モジュール１０への充電電力をコントロールする。車両側制御手段９８は、電源装置１００側の電源側制御手段３６から通信回線３９を介して伝送される電池モジュール１０の劣化度を考慮して、双方向電力変換手段９５をコントロールする。電池モジュール１０の劣化度が予想される正常状態にあるとき、車両側制御手段９８は双方向電力変換手段９５を正常モードでコントロールする。
【００３２】
ただ、電池モジュール１０の劣化度が予想される正常状態よりも小さい、すなわち劣化が甚だしいとき、車両側制御手段９８は双方向電力変換手段９５を正常モードよりも充放電の電力を小さくする制限モードでコントロールする。反対に、電池モジュール１０の劣化度が予想される正常状態よりも大きい、すなわち劣化が少ないときは、車両側制御手段９８は双方向電力変換手段９５を正常モードよりも充放電の電力を大きくする加速モード、あるいは正常モードでコントロールする。このように、車両側制御手段９８が双方向電力変換手段９５を介して、モータ９３や発電機９４の出力をコントロールすることで、電池モジュール１０の寿命を目標年度に近づけることができる。
【００３３】
電源装置１００は、電池モジュール１０の劣化度を検出するために、電池モジュール１０に流れる充放電の電流を検出する電流検出手段３２と、電池モジュール１０の温度を検出する電圧・温度検出手段３０と、電池モジュール１０の電圧を検出する電圧検出手段３３と、これらの回路で検出される検出値から電池モジュール１０の劣化度を検出する電源側制御手段３６を備えている。
【００３４】
さらに、電源側制御手段３６は、メモリ３７としてＥＥＰＲＯＭを接続しており、このＥＥＰＲＯＭに劣化度を記憶し、記憶する劣化度を通信回線３９を介して車両側制御手段９８に伝送する。このメモリ３７は、各電池モジュール１０に対して、予め付与された固有の識別情報毎に、電源システム１０００内における配置位置を記憶する配置位置記憶手段としても機能する。演算された各電池セルの劣化度又は各電池モジュール１０の劣化度は、電源側制御手段３６を構成するＭＰＵがスリープする毎に、メモリ３７に記録し、電源側制御手段３６がウェイクアップする毎に読み出す。なお、各電池セルの劣化度を記録するか、又は各電池モジュール１０の劣化度を記録するかは、劣化度の算出方法に依存する。
【００３５】
さらに電源側制御手段３６は、電池モジュール１０の配置位置毎に設置時の劣化度と、電池モジュール１０のシリアル番号等の識別情報との対応関係を記したテーブルをメモリ３７に保持している。また電池モジュール１０毎に、識別情報と設置時の劣化度及び現在の劣化度を記録している。これらを用いることで、設置位置の劣化度テーブルを作成する。
【００３６】
また電池モジュール１０の識別情報は、電池モジュール１０同士を区別できる任意の情報が利用できる。このような情報としては、例えば電池モジュール１０の製造時や工場出荷時に付与されるシリアル番号が好適に利用できる。他と重複しない固有の情報として予め与えられており、また交換時の不具合の特定などにおいても、製造時の時期や条件等の追跡が容易となる。ただ、識別情報はこれに限らず、例えば電池モジュールのパーツ番号や通し番号など、ユーザーが任意の情報を付与することもできることは言うまでもない。
【００３７】
図３の電源装置１００は、複数の電池セルで構成される電池モジュール１０を複数接続している。この電源システム１０００では、複数の電池モジュール１０を直列に接続している。ただ電源システムは、複数の電池モジュールを並列に接続し、あるいは直列と並列を組み合わせて接続することもできる。複数の電池セルを直列に接続している電池モジュール１０は、各々の電池セルの劣化度を検出して、例えば最低の劣化度を電池モジュール１０の劣化度とする。
【００３８】
さらに、電源側制御手段３６は、第１の劣化度ＳＯＨ１を以下の式で判定する。
第１の劣化度ＳＯＨ１（％）＝
１００×［現在の満充電容量（Ａｈf）−終期の満充電容量（Ａｈe）］／
［初期の満充電容量（Ａｈs）−終期の満充電容量（Ａｈe）］
【００３９】
たとえば、初期の満充電容量（Ａｈs）が５［Ａｈ］、終期の満充電容量（Ａｈe）を２．５［Ａｈ］とする電池の現在の満充電容量（Ａｈf）が３．７５［Ａｈ］であると、前記の式から劣化度ＳＯＨは以下の式で、５０％と演算される。
【００４０】
劣化度ＳＯＨ＝１００×［５−３．７５］／［５−２．５］＝５０％
【００４１】
電源側制御手段３６は、電池モジュールの現在の満充電容量（Ａｈf）を、以下の方法で検出する。図５に示すように、第１の検出タイミング（ｔ１）と第２の検出タイミング（ｔ２）との間において、充放電される電池の充電電流と放電電流の積算値から電池の容量変化値（δＡｈ）を演算する。さらに、第１の検出タイミング（ｔ１）における電池の第１の開放電圧（ＶＯＣＶ１）と第２の検出タイミング（ｔ２）における電池の第２の開放電圧（ＶＯＣＶ２）を検出して、検出される第１の開放電圧（ＶＯＣＶ１）から電池の第１の残容量（ＳＯＣ１［％］）を判定すると共に、第２の開放電圧（ＶＯＣＶ２）から電池の第２の残容量（ＳＯＣ２［％］）を判定する。開放電圧（ＶＯＣＶ）に対する残容量（ＳＯＣ）は、あらかじめ測定して記憶している。判定される第１の残容量（ＳＯＣ１［％］）と第２の残容量（ＳＯＣ２［％］）の差から残容量の変化率（δＳ［％］）を演算する。以上のようにして検出される残容量の変化率（δＳ［％］）と容量変化値（δＡｈ）から、下記の式で電池の現在の満充電容量（Ａｈf）を演算することができる。
【００４２】
満充電容量（Ａｈf）＝（δＡｈ／δＳ）×１００）
【００４３】
以上の方法で電池の満充電容量（Ａｈf）を検出する方法は、たとえば第１の検出タイミング（ｔ１）を、車両のメインスイッチであるイグニッションスイッチをオンに切り換える所定のタイミングであって、電池の負荷電流を遮断するタイミングとし、第２の検出タイミング（ｔ２）を、イグニッションスイッチをオフに切り換えた後とする。また、第１の検出タイミング（ｔ１）と第２の検出タイミング（ｔ２）の間を一定の時間とし、あるいは又、第１の検出タイミング（ｔ１）の後、容量変化値（δＡｈ）が所定の値になったタイミングを第２の検出タイミング（ｔ２）とすることで、現在の満充電容量（Ａｈf）をより正確に検出することができる。
【００４４】
さらに、電源側制御手段３６は、電池の内部抵抗を検出し、内部抵抗から得られる劣化度を考慮して劣化度を演算することもできる。電池モジュールの劣化度ＳＯＨを内部抵抗によって検出する電源側制御手段３６は、内部抵抗以外の検出値から検出される劣化度ＳＯＨ１と、内部抵抗から検出される劣化度ＳＯＨ２の両方から劣化度ＳＯＨを検出する。この電源側制御手段３６は、劣化度ＳＯＨ１と劣化度ＳＯＨ２を加算して劣化度ＳＯＨを検出するのではなく、劣化度ＳＯＨ１と劣化度ＳＯＨ２を所定の比率として、以下の式で電池モジュールのトータルの劣化度ＳＯＨを演算する。
【００４５】
劣化度ＳＯＨ＝ウェイト１×劣化度ＳＯＨ１＋ウェイト２×劣化度ＳＯＨ２
【００４６】
ただし、ウェイト１＋ウェイト２＝１である。
（劣化度の均等化）
【００４７】
電源システムにおいては、電池セルは使用と共に劣化する。すべての電池モジュールにおいて、電池セルの劣化の度合いを均等にすることは容易でない。例えば、一部の電池モジュールの近辺にエンジンなどの発熱体が存在する場合や、冷却機構の冷却能力にむらがある場合など、電池モジュールの配置される位置によって、劣化の度合いが異なることが考えられる。
【００４８】
各電池モジュールは、交換可能としている。これにより、いずれかの電池セルや電池モジュールが劣化しても、劣化した電池モジュールのみを交換することで電源装置を継続して使用でき、メンテナンス作業の効率を高めることができる。
【００４９】
加えて、既存の電池モジュールも、劣化度に応じて、配置位置を変更することができる。特に、電池モジュールの配置位置によって劣化の進行度合いが異なる場合は、電池モジュールの配置位置を一定位置に固定せず、定期的に入れ替えることで、電池モジュールの劣化度を均等化することが可能となる。このような電池モジュールの入れ替え方法を、図６に基づいて説明する。
【００５０】
今、電池モジュール１０が図６（ａ）に示すＭ１〜Ｍ４の位置に配置されており、電池モジュール１０の入れ替えを行わないで使用を継続したと仮定する。各電池モジュール１０には、予め固有の識別情報が与えられている。ここでは識別情報として、工場出荷時に付与された電池モジュール１０のシリアル番号を用いている。この例では、電池モジュール１０として、使用する電池セル数が６個の電池モジュールＳ００１、Ｓ００４を、それぞれ図６（ａ）に示すＭ１、Ｍ４の位置に配置し、また電池セル数が１２個の電池モジュールＷ００２、Ｗ００３を、それぞれＭ２、Ｍ３の位置に配置している。これらのＭ１〜Ｍ４の位置にある電池モジュールの劣化度（ＳＯＨ）が、初期状態の１００％から、電源装置を一定期間（例えば１年後）使用した後に、変化する様子を測定した結果を、表１に示す。この表に示すように、Ｍ１の電池モジュールは８０％、Ｍ２の電池モジュールは８５％であり、Ｍ３、Ｍ４の電池モジュールの９０％と比べて、これらのＭ１、Ｍ２の電池モジュールの劣化度が大きいことが判る。ここでは、Ｍ１の電池モジュールとＭ４の電池モジュールとの劣化度の差は１０％、Ｍ２の電池モジュールとＭ３の電池モジュールとの劣化度の差は５％となっている。
【００５１】
【表１】
2014011060.tif 000003
【００５２】
この電池モジュールを継続して使用すると、さらに電池モジュールの劣化が進み、２回目（例えば１回目の計測時から１年後）にＳＯＨを測定した段階では、表１に示すように、Ｍ４の電池モジュールではＳＯＨが８０％であるのに対し、Ｍ１の電池モジュールのＳＯＨは５５％まで低下しており、これらの劣化度の差が２５％に拡大している。またＭ２の電池モジュールではＳＯＨが７５％、Ｍ３の電池モジュールではＳＯＨが８５％であり、その差は１０％に拡大している。ＳＯＨが初期値から低下する様子を判りやすく示すために、表１を書き換えた結果を、表２に示す。
【００５３】
【表２】
2014011060.tif 000004
【００５４】
このように、使用を継続するにつれて電池モジュールの劣化度の差が拡大していくことが判る。ここで複数の電池モジュールを組み合わせた電源装置においては、使用可能な電力は電池容量ＳＯＣ（State of Charge）の最も低い電池モジュールによって決まる。ＳＯＣはＳＯＨの劣化によって減少するので、結果として一つでも電池モジュールの劣化が進むと、他の電池モジュールが利用可能な状態であっても、劣化した電池モジュールの制約を受けることとなり、電池モジュールの性能を発揮できないこととなる。
【００５５】
そこで、劣化度の大きい電池モジュールを、所定のタイミングで劣化度の少ない電池モジュールと交換することで、このような劣化度の格差が拡大することを抑制する。この一例を、表３に示す。ここでは、図６（ａ）及び表１と同じ電池モジュールを使用する。このため、第一回目のＳＯＨの測定時においては、各電池モジュールの劣化度は、表１と同じとなる。この時点で、電池モジュールの内、サイズや仕様の面から交換可能な電池モジュールを、劣化度の大きいものと小さいものとで配置を入れ替える。ここでは、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、Ｍ１の電池モジュールとＭ４の電池モジュールとを、またＭ２の電池モジュールとＭ３の電池モジュールとを、それぞれ入れ替える。この結果、電池モジュールの劣化度の度合いが変化するため、２回目のＳＯＨ測定時における各電池モジュールの劣化度は、表３に示すようにＭ１の電池モジュールが６５％、Ｍ２とＭ３の電池モジュールが８０％、Ｍ４の電池モジュールが７０％となる。この結果、Ｍ１の電池モジュールとＭ４の電池モジュールとの劣化度の差は、２５％から５％に、またＭ２とＭ３の電池モジュールとの劣化度の差は１０％から０％に、それぞれ低減でき、電池モジュール間の劣化度の均等化が図られたことが確認できる。
【００５６】
【表３】
2014011060.tif 000005
【００５７】
さらに、また表３で用いた各電池モジュールの識別情報毎に、ＳＯＨの変化を示すように表３を書き換えた結果を、表４に示す。この表に示すように、電池モジュール間のＳＯＨの差が、表１では最大２５％あったものが、１５％にまで低減されていることが判る。
【００５８】
【表４】
2014011060.tif 000006
【００５９】
このようにして、電池モジュール間の劣化度の差を低減できる。また、同様にして３回目のＳＯＨ測定時には、Ｍ１の電池モジュールとＭ４の電池モジュールとを再度入れ替える。またＭ２の電池モジュールとＭ３の電池モジュールについては、劣化度が等しいことから、ここでは入れ替えを行わない。このようにして、所定のタイミングでＳＯＨを測定して、その結果に基づいて電池モジュールの入れ替えを行う。図６の各位置Ｍ１〜Ｍ４における電池モジュールの配置例として、ＳＯＨの測定時毎の識別情報を表５に示す。
【００６０】
【表５】
2014011060.tif 000007
【００６１】
また、電池モジュールの配置位置毎の劣化度と、電池モジュールのシリアル番号等の識別情報との対応関係は、テーブルとして配置位置記憶手段に保持される。例えば、上記の例における劣化度のテーブルの例を表６に示す。この表においては電池モジュールの配置位置毎に、１回目の測定時、２回目の測定時におけるＳＯＨを、それぞれ示している。
【００６２】
【表６】
2014011060.tif 000008
【００６３】
なお、上記の例ではＳＯＨの初期値からの低下分でもって記録しているが、ＳＯＨの値でもって管理することも可能であることはいうまでもない。また、上記の例では電池モジュールの劣化度を示す指標としてＳＯＨを用いたが、他の指標を用いることも可能である。例えば、電池の内部抵抗、電池の内部インピーダンス等が適宜利用できる。
【００６４】
また電池モジュールの個数や配置状態も一例に過ぎず、電源装置で使用する電池モジュールの個数や配置は、求められる電力量や容量等に応じて、適宜変更できる。また入れ替えも、図６（ａ）、（ｂ）に示したような、水平面内での幅方向の入れ替えに限らず、例えば図７（ａ）、（ｂ）に示すように、一方向に並べた電池モジュールの長さ方向で順序を入れ替えたり、あるいは図８（ａ）、（ｂ）に示すように、積層した電池モジュールの垂直方向で順序を入れ替えることもできる。
（配置位置指示手段）
【００６５】
電池モジュールの入れ替えの指示は、電源側制御手段３６に接続された配置位置指示手段で行うことができる。電源側制御手段３６は、所定のタイミングで電池モジュールの配置位置を入れ替えるための指示を配置位置指示手段を介して出力する。配置位置指示手段は、例えば配置位置情報を出力する通信手段や、モニターやディスプレイなどに配置位置情報を表示させるための信号を送出するインターフェース等で構成できる。電動車両のメンテナンス時に、電源装置の配置位置指示手段であるインターフェースに、モニターを接続して、図９に示すようなイメージを表示させ、入れ替え対象の電池モジュールを表示させる。あるいは、配置位置表示手段自体をモニターなどの表示手段としてもよい。
【００６６】
図９に示す配置位置指示画面４２の例では、現在の電池モジュールの配置順と、入れ替え後の電池モジュールの配置順とを表示させている。また、入れ替えるべき電池モジュールの組を同じ色でハイライト表示させることで、交換対象の電池モジュールを視覚的に把握することができる。あるいは、入れ替えるべき電池モジュールを移動させるように動画で表示させてもよい。
【００６７】
また、電池モジュールの配置位置の履歴を保存することで、過去の電池モジュールの配置例を読み出し可能とすることもできる。例えば、表示手段上に、現在の電池モジュールの配置位置を示す他、過去の特定の時点における電池モジュールの配置例を示すように表示内容を切り替えることもできる。このような履歴機能によって、各電池モジュールが過去にどの位置に配置されていたかを確認することができる。
（電池モジュールの入れ替え管理システム）
【００６８】
以上の例では、電源装置側に設けた電源側制御手段でもって入れ替え対象の電池モジュールを特定する構成を説明した。ただ、電源側制御手段は必ずしも電源装置側に設ける必要は無く、例えば電動車両側の車両側制御手段９８でもって入れ替え対象の電池モジュールを特定することもできる。この場合は、電源装置側の電源側制御手段で、ＳＯＨに関する情報を収集して、電動車両側の車両側制御手段９８で、入れ替え対象の電池モジュールを特定する。あるいは、外付けの外部機器に入れ替え管理を行うコントローラを持たせることもできる。例えば、メンテナンス時等に電動車両又は電源装置にコントローラを接続し、電源装置側の電源側制御手段で収集したＳＯＨに関する情報を、コントローラで解析して、入れ替え対象の電池モジュールを特定する。このように、入れ替え管理を行う手段は、必ずしも電源装置側に設ける必要は無く、電動車両側、あるいは外部機器に設けてもよい。
（入れ替え管理プログラム）
【００６９】
また、電池モジュールの入れ替え管理プログラムをコンピューターで実行させることでも、入れ替え対象の電池モジュールを管理できる。このような電池モジュールの入れ替え管理システムの例を図１０に示す。この入れ替え管理システムでは、電源装置１００をゲートウェイＧＷを介して、外部のコントローラＣＴと接続している。外部コントローラＣＴは、この例では汎用のコンピューターであり、電池モジュールの入れ替え管理プログラムをインストールして電池モジュールの入れ替え管理システムを実現している。さらにコンピューターの表示手段でもって、配置位置指示手段の機能を実現している。ここでは、電動車両の点検時や整備時に、作業者がコンピューターを電源装置１００と接続して、電池モジュールの入れ替え管理を行うイメージを示している。
【００７０】
図１０に示す電源装置１００も、電池モジュール１００、１００、１００、１００と接続された電源側制御手段３６でもって、各電池モジュールの状態を管理する。また直列接続された電池モジュール１０の出力側にコンタクター３８を接続しており、電源側制御手段３６でもってそのＯＮ／ＯＦＦを制御する。電源側制御手段３６は各電池モジュールの設置位置に対して、電池モジュールの劣化度を演算する劣化度演算手段として機能する。また電源側制御手段３６に接続されたメモリ３７は、各電池モジュール１０に対して、予め付与された固有の識別情報毎に、電源システム内における配置位置を記憶する配置位置記憶手段として機能する。
【００７１】
電源装置１００が電動車両と接続された通常動作時においては、上述の通り各電池モジュール１０は、複数の電池セルと、各電池セルの温度、電圧又は電流、あるいはＳＯＨを検出、演算するモジュール側検出手段を備えている。これら検出手段で検出されたセル温度、電圧又は電流、あるいはＳＯＨは、各電池モジュール１０から電源側制御手段３６に送出される。一方コンタクター３８は、電源側制御手段３６によって高電圧出力のＯＮ／ＯＦＦを制御される。またこの例では、コンタクター３８は充放電電流又は電圧値を検出する電流・電圧検出手段を備えており、これらで検出して電源側制御手段３６に送出する。さらに電源側制御手段３６は、電動車両と通信する。
【００７２】
一方で、故障時やメンテナンス時等、電池モジュールの交換作業を行う際には、図１０に示すように電源側制御手段３６を、ゲートウェイＧＷを介して、コンピューター等の外部コントローラＣＴと接続する。このような交換作業時に、外部コントローラＣＴからの要求に従って、交換のタイミングにおける劣化度を取得することができる。
（電池モジュールの入れ替え方法）
【００７３】
以下、図１０の電池モジュールの入れ替え管理システムを用いて、電池モジュールの入れ替えを行う具体的な手順の一例を説明する。
【００７４】
まず、電源装置１００に外部コントローラＣＴを接続した状態で、電池モジュール入れ替えの開始を行うよう、外部コントローラＣＴから電源側制御手段３６に要求する。
【００７５】
電源側制御手段３６では、交換可能な仕様の電池モジュールの組み合わせに関して、入れ替えの演算を行う。具体的には、各位置の劣化度の悪い順（例えばＳＯＨの小さい順）にソートした（設置位置の劣化度を計るための）リストＡを作成する。ここでは、電源装置の製造時に設置位置ごとに予め規定されたＳＯＨの劣化度を加味して、計測した電池モジュールに対するＳＯＨを次式に示すように補正した設置位置に対する補正ＳＯＨを用いて、リストＡを作成する。
【００７６】
補正ＳＯＨ＝｛（現在の電池モジュールの設置位置におけるＳＯＨ×α）＋（規定の設置位置におけるＳＯＨ×（１００−α））／１００
（上式においてαは、電池モジュールの使用環境の変化に応じて、変化が大きいほど小さく、変化が小さいほど大きく設定される補正係数である。）
【００７７】
このように、実際に得られたデータと、規定のデータとの重み付けによりＳＯＨを補正することで、電源装置の使用環境、例えば電源装置を搭載した電動車両の走行環境が著しく変化した場合にも適切に対応できる。例えば、春先から夏まで使用した電動車両の電池モジュールが故障した場合、冬場のデータがないので、各電池モジュールの規定の設置位置におけるＳＯＨを６０％（α＝４０）加味して、設置位置のＳＯＨ劣化を算出する。また、電動車両の所有者が、毎日過激な運転をする人から温和な運転を休日だけする人に変わった場合など、運転の質が変わる場合も劣化傾向が変わるため補正をすることもできる。あるいは、寒冷地の冬場に使用していた電動車両を、温暖な気候の地で使用する場合のように、過去に利用したデータに基づくＳＯＨを参照できない場合は、α＝０として規定値のみ基づいた、例えば温暖地用に設定された設置位置ＳＯＨを用いることもできる。
【００７８】
一方、交換可能な位置の電池モジュールの個々に対して、計測したＳＯＨの大きい順（モジュールの劣化度の良い順）にリストＢを作成する。
【００７９】
さらに、必要に応じてＳＯＨの初期化を行う。例えば、新品の電池モジュールと交換する場合は、ＳＯＨを１００％とする。これに応じて、テーブルの更新を行う。例えば、図６の例においてＭ４の位置に配置された電池モジュール（シリアル番号Ｓ００４）が故障した場合、新たな電池モジュール（シリアル番号Ｓ００５）に交換して、テーブル中のシリアル番号を書き換えると共に、ＳＯＨを１００％に設定し直す。
【００８０】
なお、このような故障した電池モジュールの交換に際して、単純に故障した電池モジュールを新たな電池モジュールに置き換えるのみならず、この機会を利用して電池モジュールの配置替えを行うことも可能である。例えば、以下の表７に示すように、新たな電池モジュールを、劣化の激しい位置であるＭ１に配置すると共に、元々Ｍ１に配置されていた電池モジュール（シリアル番号Ｓ００１）を、Ｍ４の位置に配置するよう、電池モジュールの再配置を行う。このようにすることでも、劣化度の少ない電池モジュールを、劣化の度合いの大きい位置に配することで、劣化度がバランスするように近付けることが可能となる。また、電池モジュールの交換作業が必要なことを利用して、纏めて電池モジュールの再配置も行うことができ、作業能率も向上できる。
【００８１】
【表７】
2014011060.tif 000009
【００８２】
そして、リストＡとリストＢを順に対応づけて、設置位置と設置すべき電池モジュールの対応表を作成する。
上述の例では２個の入れ替えではあるが、本特許の特徴であるモジュール劣化度の大きい順に、劣化度の小さいモジュール設置位置へ入れ替えることも現している。すなわち、交換可能なモジュールごとに各モジュールに対する計測したＳＯＨの大きい順にリストＢを作り、一方で、上述の手法で算出した各設置位置ＳＯＨの良い順（劣化度の小さい順）にリストＡを作り、２つのリストを頭から対応付けることで容易にどの位置にモジュールを移動させるか決定することできる。
【００８３】
このようにして得られた結果を、電池側制御手段は表示手段上に表示させる。作業者はこの表示例に基づいて、入れ替えを行うべき電池モジュールを特定し、これに従って交換作業を行う。
【００８４】
交換作業完了後、作業者は作業が終了した旨を外部コントローラＣＴを介して、電源側制御手段３６に送信する。これに応じて電源側制御手段３６は、電池モジュールの識別情報を基準として、配置位置記憶手段に保持されたＳＯＨテーブルを再構築する。
【００８５】
この再構築は、電池モジュールの設置位置と、識別情報（電池モジュールのシリアル番号）の対応関係を更新するのみで足りる。例えば、３回目の入れ替え作業直後は、表８のようにシリアル番号の紐付けを変更し、設置ＳＯＨと関連付けされた電池モジュールのＳＯＨとする。
【００８６】
【表８】
2014011060.tif 000010
【００８７】
このようにして、電池モジュールの再配置が終了した後も、更新された情報に基づいて引き続きＳＯＨを管理し、次回の入れ替え作業時にもＳＯＨの低下に基づいて適切な入れ替えの判定を行い、電池モジュール間で劣化度を均等な状態に近付けるように図ることができる。
【００８８】
以上のようにして、電池モジュールの再配置を行うことができ、電池モジュール間の劣化度の拡大を抑制して、電池モジュールの性能を多く引き出せるようになる。すなわち劣化度演算手段として機能する電源側制御手段３６により演算された劣化度が相対的に大きい第一電池モジュールと、劣化度が相対的に小さい第二電池モジュールとを検出し、第一電池モジュールを、第二電池モジュールが配置されていた第二位置に配置させ、又は第二電池モジュールを、第一電池モジュールが配置されていた第一位置に配置させるよう、指示することで、作業者はこれに従って配置換えが必要な電池モジュールを容易に特定して、スムーズに配置換え作業を行える。
【００８９】
このような配置換えを行うタイミングは、所定の周期で、または特定のタイミングとできる。所定の周期で入れ替える方法では、例えば、１〜３年毎に各電池モジュールの劣化度ＳＯＨを考慮して電池モジュールの配置を入れ替える。また特定のタイミングで入れ替える方法は、例えば電源装置を電動車両に搭載する例においては、電動車両のタイヤをローテーションするタイミング、電装用バッテリーを交換するタイミング、エンジンのオイル交換のタイミング等とできる。特に、車検や定期点検、整備など、何らかの作業を伴うタイミングに合わせて電池モジュールの配置換えも行うことで、作業の効率化が図られ、所有者の負担も軽減できる。あるいは、電動車両の使用環境が変わるタイミングで電池モジュールを入れ替えてもよい。例えば、電動車両の使用者が変わったり、電動車両を使用する地域が変化する際に、電池モジュールの入れ替えを行うことで、劣化度合いの変化に対応させた配置換えが行える。もちろん、使用者が望むタイミングなど、任意のタイミングで配置換えすることもできる。
【００９０】
また入れ替え工程において、複数の電池モジュールは、同じサイズの電池モジュール同士を入れ替えする。例えば、４個の電池モジュールを備える電源装置において、電池モジュールＭ１、Ｍ４を６個の電池セルで構成し、電池モジュールＭ２、Ｍ３を１２個の電池セルで構成する構造にあっては、６個の電池セルで構成される電池モジュール同士を入れ替えし、または１２個の電池セルで構成される電池モジュール同士を入れ替えする。さらに、３つの電池モジュールＭ１、Ｍ２、Ｍ３を１２個の電池セルで構成する構造にあっては、これらの電池モジュールを劣化度ＳＯＨに応じて最適な配置となるように入れ替えする。
【００９１】
以上の電源装置は、車載用の電源として利用できる。電源装置を搭載する車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車やプラグインハイブリッド車、あるいはモータのみで走行する電気自動車等の電動車両が利用でき、これらの車両の電源として使用される。
（ハイブリッド車用電源装置）
【００９２】
図１１に、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両ＨＶは、車両ＨＶを走行させるエンジン９６及び走行用のモータ９３と、モータ９３に電力を供給する電源装置１００と、電源装置１００の電池を充電する発電機９４と、これらエンジン９６、モータ９３、電源装置１００及び発電機９４を搭載する車両本体９０と、エンジン９６又はモータ９３で駆動されて車両本体９０を走行させる車輪９７とを備えている。電源装置１００は、双方向電力変換手段９５であるＤＣ／ＡＣインバータを介してモータ９３と発電機９４に接続している。車両ＨＶは、電源装置１００の電池を充放電しながらモータ９３とエンジン９６の両方で走行する。モータ９３は、エンジン効率の悪い領域、例えば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ９３は、電源装置１００から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、エンジン９６で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、電源装置１００の電池を充電する。
（電気自動車用電源装置）
【００９３】
また図１２に、モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両ＥＶは、車両ＥＶを走行させる走行用のモータ９３と、このモータ９３に電力を供給する電源装置１００と、この電源装置１００の電池を充電する発電機９４と、これらモータ９３、電源装置１００、及び発電機９４を搭載する車両本体９０と、モータ９３で駆動されて車両本体９０を走行させる車輪９７とを備えている。電源装置１００は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。モータ９３は、電源装置１００から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、車両ＥＶを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、電源装置１００の電池を充電する。
（蓄電用電源装置）
【００９４】
さらに、この電源装置は、移動体用の動力源としてのみならず、載置型の蓄電用設備としても利用できる。例えば家庭用、工場用の電源として、太陽光や深夜電力等で充電し、必要時に放電する電源システム、あるいは日中の太陽光を充電して夜間に放電する街路灯用の電源や、停電時に駆動する信号機用のバックアップ電源等にも利用できる。このような例を図１３に示す。この図に示す電源装置１００は、複数の電池モジュール８１をユニット状に接続して電池ユニット８２を構成している。各電池モジュール８１は、複数の角型電池セル１が直列及び／又は並列に接続されている。各電池モジュール８１は、電源コントローラ８４により制御される。この電源装置１００は、電池ユニット８２を充電用電源ＣＰで充電した後、負荷ＬＤを駆動する。このため電源装置１００は、充電モードと放電モードを備える。負荷ＬＤと充電用電源ＣＰはそれぞれ、放電スイッチＤＳ及び充電スイッチＣＳを介して電源装置１００と接続されている。放電スイッチＤＳ及び充電スイッチＣＳのＯＮ／ＯＦＦは、電源装置１００の電源コントローラ８４によって切り替えられる。充電モードにおいては、電源コントローラ８４は充電スイッチＣＳをＯＮに、放電スイッチＤＳをＯＦＦに切り替えて、充電用電源ＣＰから電源装置１００への充電を許可する。また充電が完了し満充電になると、あるいは所定値以上の容量が充電された状態で負荷ＬＤからの要求に応じて、電源コントローラ８４は充電スイッチＣＳをＯＦＦに、放電スイッチＤＳをＯＮにして放電モードに切り替え、電源装置１００から負荷ＬＤへの放電を許可する。また、必要に応じて、充電スイッチＣＳをＯＮに、放電スイッチＤＳをＯＮにして、負荷ＬＤの電力供給と、電源装置１００への充電を同時に行うこともできる。
【００９５】
電源装置１００で駆動される負荷ＬＤは、放電スイッチＤＳを介して電源装置１００と接続されている。電源装置１００の放電モードにおいては、電源コントローラ８４が放電スイッチＤＳをＯＮに切り替えて、負荷ＬＤに接続し、電源装置１００からの電力で負荷ＬＤを駆動する。放電スイッチＤＳはＦＥＴ等のスイッチング素子が利用できる。放電スイッチＤＳのＯＮ／ＯＦＦは、電源装置１００の電源コントローラ８４によって制御される。また電源コントローラ８４は、外部機器と通信するための通信インターフェースを備えている。図１３の例では、ＵＡＲＴやＲＳ−２３２Ｃ等の既存の通信プロトコルに従い、ホスト機器ＨＴと接続されている。また必要に応じて、電源システムに対してユーザーが操作を行うためのユーザーインターフェースを設けることもできる。
【００９６】
各電池モジュール８１は、信号端子と電源端子を備える。信号端子は、モジュール入出力端子ＤＩと、モジュール異常出力端子ＤＡと、モジュール接続端子ＤＯとを含む。モジュール入出力端子ＤＩは、他の電池モジュールや電源コントローラ８４からの信号を入出力するための端子であり、モジュール接続端子ＤＯは子モジュールである他の電池モジュールに対して信号を入出力するための端子である。またモジュール異常出力端子ＤＡは、電池モジュールの異常を外部に出力するための端子である。さらに電源端子は、電池モジュール８１同士を直列、並列に接続するための端子である。また電池ユニット８２は並列接続スイッチ８５を介して出力ラインＯＬに接続されて互いに並列に接続されている。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明に係る電池モジュールの入れ替え方法、電源システム及びこれを備える車両並びに蓄電装置、入れ替え管理プログラムは、ＥＶ走行モードとＨＥＶ走行モードとを切り替え可能なプラグイン式ハイブリッド電気自動車やハイブリッド式電気自動車、電気自動車等の電源装置として好適に利用できる。またコンピュータサーバのラックに搭載可能なバックアップ電源装置、携帯電話等の無線基地局用のバックアップ電源装置、家庭内用、工場用の蓄電用電源、街路灯の電源等、太陽電池と組み合わせた蓄電装置、信号機等のバックアップ電源用等の用途にも適宜利用できる。
【符号の説明】
【００９８】
１０００…電源システム
１００…電源装置
１…外ケース
２…端面カバー
６…セパレータ
７…エンドプレート
８…バインドバー
１０…電池モジュール
１１…電池セル
１６…止ネジ
３０…電圧・温度検出手段
３１…温度センサ
３２…電流検出手段
３３…電圧検出手段
３６…電源側制御手段
３７…メモリ
３８…コンタクター
３９…通信回線
４２…配置位置指示画面
８１…電池モジュール
８２…電池ユニット
８４…電源コントローラ
８５…並列接続スイッチ
９０…車両本体
９３…モータ
９４…発電機
９５…双方向電力変換手段
９６…エンジン
９７…車輪
９８…車両側制御手段
ＧＷ…ゲートウェイ
ＣＴ…外部コントローラ
ＨＶ、ＥＶ…車両
ＬＤ…負荷；ＣＰ…充電用電源；ＤＳ…放電スイッチ；ＣＳ…充電スイッチ
ＯＬ…出力ライン；ＨＴ…ホスト機器
ＤＩ…モジュール入出力端子；ＤＡ…モジュール異常出力端子；ＤＯ…モジュール接続端子
【図１】
2014011060.tif 000011
【図２】
2014011060.tif 000012
【図３】
2014011060.tif 000013
【図４】
2014011060.tif 000014
【図５】
2014011060.tif 000015
【図６】
2014011060.tif 000016
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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