(57)【要約】【課題】簡単な構成により群電池を構成する個々の電池におけるＳＯＣを揃えること。【解決手段】複数の電池１１ａ，１１ｂが並列に接続された群電池１２の充放電を制御する制御装置２０において、電池１１ａ，１１ｂを流れる電流を検出する電流検出部２１ａ，２１ｂと、電池１１ａ，１１ｂの充電状態を検出するＳＯＣ検出部２２ａ，２２ｂと、群電池１２に流入する電流を検出すると共に、群電池１２に流入する電流を調整する電流検出調整部２３と、を有し、予め設定された充電状態の目標値との差が最も小さい電池１１ａまたは電池１１ｂを流れる電流の値がほぼゼロに近づくように制御する制御部２４を有する構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池が並列に接続された群電池の充放電を制御する制御装置において、
前記電池を流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電池の充電状態を検出する充電状態検出手段と、
前記群電池に流入する電流を検出する群電池電流検出手段と、
前記群電池に流入する電流を調整する電流調整手段と、
を有し、
予め設定された充電状態の目標値との差が最も小さい前記電池を流れる電流の値がほぼゼロに近づくように制御する手段を有する、
ことを特徴とする制御装置。
【請求項２】
第一の電池と第二の電池とが並列に接続される第一の群電池と、
第三の電池と第四の電池とが並列に接続される第二の群電池と、
前記第一の群電池と前記第二の群電池とが直列に接続される群電池の充放電を制御する制御装置において、
前記電池を流れる電流を検出する電流検出手段と、
電池の充電状態を検出する充電状態検出手段と、
群電池に流入する電流を検出する群電池電流検出手段と、
群電池に流入する電流を調整する電流調整手段と、
を有し、
予め設定された充電状態の目標値との差が最も小さい電池を流れる電流の値がほぼゼロに近づくように制御する手段を有する、
ことを特徴とする制御装置。
【請求項３】
第一の電池と第二の電池とが並列に接続される群電池と、
前記群電池の充放電を制御する請求項１または２記載の制御装置と、
を有する、
ことを特徴とする電源装置。
【請求項４】
第一の電池と第二の電池とが並列に接続される第一の群電池と、
第三の電池と第四の電池とが並列に接続される第二の群電池と、
前記群電池の充放電を制御する請求項１または２記載の制御装置と、
を有し、
前記第一の群電池と前記第二の群電池とが直列に接続される、
ことを特徴とする電源装置。
【請求項５】
第一の電池と第二の電池とが並列に接続される第一の群電池と、
前記第一の群電池から電力を供給される第一の補機と、
第三の電池と第四の電池とが並列に接続される第二の群電池と、
前記第二の群電池から電力を供給される第二の補機と、
前記群電池の充放電を制御する請求項１または２記載の制御装置と、
を有し、
前記第一の群電池と前記第二の群電池とが直列に接続される、
ことを特徴とする車載装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、群電池の充放電を制御する制御装置および電源装置ならびに車載装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車や電気自動車が急速に普及しつつあるが、これらのＥＶ（Electric Vehicle）には、複数の電池を並列または直列に接続して構成する群電池が使われている。
【０００３】
群電池を構成する個々の電池は、充放電特性にバラつきを有する。そのため、群電池を構成する個々の電池における状電状態（ＳＯＣ：state of charge）を揃えるための制御が実施される（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１４１９７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、群電池を構成する個々の電池におけるＳＯＣを揃えるための制御を行うためには、個々の電池にそれぞれ制御回路や抵抗器を設けるなどの複雑な構成が必要になる。これは群電池の小型化や低価格化を妨げる原因になる。
【０００６】
本発明は、このような背景の下に行われたものであって、簡単な構成により群電池を構成する個々の電池におけるＳＯＣを揃えることができる制御装置および電源装置ならびに車載装置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】
【０００７】
本発明は、複数の電池が並列に接続された群電池の充放電を制御する制御装置において、電池を流れる電流を検出する電流検出手段と、電池の充電状態を検出する充電状態検出手段と、群電池に流入する電流を検出する群電池電流検出手段と、群電池に流入する電流を調整する電流調整手段と、を有し、予め設定された充電状態の目標値との差が最も小さい電池を流れる電流の値がほぼゼロに近づくように制御する手段を有するものである。
【０００８】
本発明は、第一の電池と第二の電池とが並列に接続される第一の群電池と、第三の電池と第四の電池とが並列に接続される第二の群電池と、第一の群電池と第二の群電池とが直列に接続される群電池の充放電を制御する制御装置において、電池を流れる電流を検出する電流検出手段と、電池の充電状態を検出する充電状態検出手段と、群電池に流入する電流を検出する群電池電流検出手段と、群電池に流入する電流を調整する電流調整手段と、を有し、予め設定された充電状態の目標値との差が最も小さい電池を流れる電流の値がほぼゼロに近づくように制御する手段を有するものである。
【０００９】
本発明の他の観点は、電源装置としての観点である。本発明の電源装置は、第一の電池と第二の電池とが並列に接続される群電池と、群電池の充放電を制御する本発明の制御装置と、を有するものである。
【００１０】
あるいは、本発明の電源装置は、第一の電池と第二の電池とが並列に接続される第一の群電池と、第三の電池と第四の電池とが並列に接続される第二の群電池と、群電池の充放電を制御する本発明の制御装置と、を有し、第一の群電池と第二の群電池とが直列に接続されるものである。
【００１１】
本発明のさらに他の観点は、車載装置としての観点である。本発明の車載装置は、第一の電池と第二の電池とが並列に接続される第一の群電池と、第一の群電池から電力を供給される第一の補機と、第三の電池と第四の電池とが並列に接続される第二の群電池と、第二の群電池から電力を供給される第二の補機と、群電池の充放電を制御する本発明の制御装置と、を有し、第一の群電池と第二の群電池とが直列に接続されるものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、簡単な構成により群電池を構成する個々の電池におけるＳＯＣを揃えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第一の実施の形態に係る電源装置の構成図である。
【図２】図１の電源装置におけるＳＯＣの均等化の原理を説明するための図であり、並列接続された２つの電池のＳＯＣに比例する起電力が等しい場合を示す図である。
【図３】図１の電源装置におけるＳＯＣの均等化の原理を説明するための図であり、並列接続された２つの電池のＳＯＣに比例する起電力にバラツキが生じている場合を示す図である。
【図４】図３のＳＯＣの状態において、ＳＯＣに比例する起電力が高い側の電池に流れ込む電流をほぼゼロの状態に調整した例を示す図である。
【図５】図３のＳＯＣの状態において、ＳＯＣに比例する起電力が低い側の電池に流れ込む電流をほぼゼロの状態に調整した例を示す図である。
【図６】本発明の第二の実施の形態に係る電源装置の構成図である。
【図７】本発明の第三の実施の形態に係る車載装置の構成図である。
【図８】図１および図６に示す制御部の動作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】
【００１４】
（第一の実施の形態）
本発明の第一の実施の形態に係る電源装置１は、図１に示すように、電池１１ａ，１１ｂが並列に接続された群電池１２（破線の囲み）と、群電池１２の充放電を制御する制御装置２０（一点鎖線の囲み）とを有する。
【００１５】
制御装置２０は、電池１１ａ，１１ｂ（以下、個々に区別する必要がない場合、単に、電池１１と称する。他の場合も同様とする）を流れる電流を検出する電流検出部２１ａ，２１ｂと、電池１１ａ，１１ｂの充電状態（ＳＯＣ）を検出するＳＯＣ検出部２２ａ，２２ｂと、群電池１２に流入する電流を検出すると共に、群電池１２に流入する電流を調整する電流検出調整部２３と、を有する。なお、ＳＯＣ検出部２２ａ，２２ｂは、電流検出部２１ａ，２１ｂの内部にあり、電流検出部２１ａ，２１ｂが検出する電池１１ａ，１１ｂに流れ込む電流を積算することで、電池１１ａ，１１ｂの充電状態（ＳＯＣ）を検出する。
【００１６】
制御装置２０は、さらに、予め設定されたＳＯＣの目標値との差が最も小さい電池１１ａまたは電池１１ｂを流れる電流の値がほぼゼロに近づくように群電池１２に流入する電流を調整する制御部２４を有する。この例の場合、電池１１ａ，１１ｂのＳＯＣは電池１１ａ，１１ｂの起電力に比例するので、ＳＯＣ検出部２２ａ，２２ｂは、電流検出部２１ａ，２１ｂにより得られた電流を積算することで電池１１ａ，１１ｂのＳＯＣを検出し、電池１１ａ，１１ｂの起電力を測定することと同じ機能を有することとなる。
【００１７】
このようなＳＯＣ検出により、電池１１の起電力に相応した制御を実現できる理由を以下に説明する。
【００１８】
たとえば電池１１の起電力と電池１１の充電電力供給源から印加される電圧とがほぼ等しくなると、充電または放電に必要な電圧差が無くなり、電池１１へ流れ込む電流はゼロになる。このとき電池１１は、充電状態でもなく放電状態でもないためＳＯＣに変化は発生しない。
【００１９】
反対に、電池１１のＳＯＣが低下し、比例特性である起電力が低くなり、充電電力供給源との印加電圧に差が生じると、電圧差に応じた充電電流が発生する。このとき電池１１は、充電状態となり、ＳＯＣは増加をする。つまり、特定の電池１１に対し、電流検出部２１により検出した電流がゼロになるようにフィードバック制御することにより、特定の電池１１における起電力と等しくなる電圧を印加する制御が可能になる。これにより、起電力と比例特性にあるＳＯＣが大きい電池１１に対しては充電することなく、一方、ＳＯＣが小さい電池１１に対しては充電できるため、電池１１の間のＳＯＣの差（バラツキ）を、目標ＳＯＣを維持したまま小さくすることができる。
【００２０】
このような制御のために、制御部２４は、たとえば、電流検出調整部２３から上記の充電電力供給源に対し、群電池１２に流れ込む電流が所定の電流、すなわち電池１１ａまたは電池１１ｂへ流れ込む電流がゼロであるとしたときに群電池１２に流れ込む電流になるように、充電電圧のフィードバック制御を行う指示を出す。さらに具体的に説明すると、電流検出調整部２３は、不図示の充電電力供給源に対し、電圧の降下または上昇を指示し、特定の電池１１の起電力と充電電力供給源の電圧とが等しくなるため、特定の電池１１へ流れ込む電流がゼロである状態を実現することができる。
【００２１】
次に、電源装置１の制御の原理を図２〜図４を参照しながら説明する。図２〜図４は、電池１１ａおよび電池１１ｂからなる群電池１２を模式的に示している。電池１１ａおよび電池１１ｂの中にある矢示は、電池１１ａおよび電池１１ｂを流れる電流を示し、矢示の本数が多いほど電流値が高いことを意味している。また、模式的に示す電池１１ａ，１１ｂの幅（図中、縦方向の幅）は起電力（ＳＯＣ）の大きさを表しており、幅が狭いほど起電力（ＳＯＣ）は大きいことを表す。
【００２２】
図２の例では、電池１１ａおよび電池１１ｂの起電力が等しいため（図中、縦方向の幅が等しい）、電池１１ａおよび電池１１ｂに等しい値の電流が流れている。
【００２３】
図３の例では、電池１１ａの起電力が電池１１ｂの起電力よりも高いため、電池１１ｂには電池１１ａよりも大きな電流が流れている。
【００２４】
図３に示すように、電池１１ａよりも電池１１ｂにより大きな電流が流れている状態において、電池１１ａに流れている電流を電流検出部２１ａで検出し、制御部２４および電流検出調整部２３が電池１１ａに流れる電流がゼロとなる目標を入力したフィードバック制御を行うことで、電池１１ａの起電力と充電電力供給源から印加される電圧を等しくさせると、図４に示すように、あるところで電池１１ａに流れ込む電流がほぼゼロになる状態になる。このとき、電池１１ｂに流れ込む電流は、図３に示した状態に比べると小さくなるが、電池１１ｂには電池１１ａよりも大きな電流が流れるため、ゼロにはならない。すなわち、電池１１ａにはほとんど電流が流れずに充電は行われないが電池１１ｂには電流が流れて充電が行われる。
【００２５】
このような原理により、制御部２４は、ＳＯＣ検出部２２により検出された電池１１の起電力により、予め設定されたＳＯＣの目標値との差が小さい電池を決定し、電流検出調整部２３を制御して、その電池１１ａを流れる電流の値がほぼゼロに近づくように群電池１２に流入する電流を調整する。このような制御部２４の制御により、ＳＯＣの目標値に近い電池１１ａにはほとんど電流が流れずに充電は行われないがＳＯＣの目標値よりもＳＯＣが低い電池１１ｂには電流が流れて充電が行われるようにすることができる。その結果、ＳＯＣの目標値との差が最も小さい電池１１ａのＳＯＣはほとんど変化しないまま電池１１ｂのＳＯＣが高くなり、やがて電池１１ｂのＳＯＣもＳＯＣの目標値に近づくことができる。
【００２６】
また、図４に示す状態からさらに電流検出調整部２３により群電池１２に流れ込む電流を徐々に絞り込んで行くと、図５に示すように、あるところで電池１１ｂに流れ込む電流がほぼゼロになる状態になる。このとき、電池１１ａは放電状態になる。このように、ＳＯＣが低い状態の電池１１ｂのＳＯＣを目標値とした場合には、ＳＯＣが高い状態の電池１１ａは放電状態になる。これによれば、電池１１ａのＳＯＣは低下するが電池１１ｂのＳＯＣは低下しないので、やがて電池１１ａのＳＯＣも電池１１ｂのＳＯＣの目標値に近づくことができる。
【００２７】
このように、予め設定されたＳＯＣの目標値との差が小さい側の電池１１ａまたは電池１１ｂを流れる電流の値がほぼゼロに近づくように群電池１２に流入する電流を調整することで、電池１１ａと電池１１ｂのＳＯＣをほぼ等しくすることができる。
【００２８】
このようにして、個々の電池１１ａ，１１ｂを個別に充放電させるような複雑な構成や制御を用いることなく、上述した簡単な構成や制御により群電池１２を構成する個々の電池１１ａ，１１ｂにおけるＳＯＣを揃えることができる。
【００２９】
（第二の実施の形態）
本発明の第二の実施の形態の電源装置１ａを図６を参照しながら説明する。電源装置１ａは、２つの群電池１２ａ，１２ｂを直列に接続したものである。制御装置２０ａは、電池１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆを流れる電流を検出する電流検出部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄと、電池１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆの充電状態（ＳＯＣ）を検出するＳＯＣ検出部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄと、群電池１２ａ，１２ｂに流入する電流を検出すると共に、群電池１２ａ，１２ｂに流入する電流を調整する電流検出調整部２３ａと、を有し、予め設定されたＳＯＣの目標値との差が最も小さい電池１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，または１１ｆを流れる電流の値がほぼゼロに近づくように群電池１２ａに流入する電流を調整する制御部２４ａを有する。
【００３０】
電源装置１ａは、図１で説明した電源装置１における群電池１２を直列に接続したものであり、ＳＯＣを調整する原理は、既に説明した事項から容易に類推できるので詳細な説明は省略する。
【００３１】
（第三の実施の形態）
本発明の第三の実施の形態の車載装置１ｂについて、図７を参照しながら説明する。車載装置１ｂは、電気自動車またはハイブリッド自動車に搭載され、図６に示す電源装置１ａに、補機３０，３１およびインバータ４０が接続された構成である。インバータ４０は、電動機４１に接続される。よって、図７の構成において、図６と同じ部材には同じ符号を付与する。
【００３２】
補機３０は、群電池１２ａに接続され、補機３１は、群電池１２ｂに接続される。さらに、群電池１２ａと群電池１２ｂとが直列に接続された群電池１２ｃには、インバータ４０が接続される。
【００３３】
補機３０，３１は、たとえばエアーコンディショナである。電動機４１は、電気自動車またはハイブリッド自動車の動力となるものである。
【００３４】
このような構成を有する車載装置１ｂでは、補機３０と補機３１とは個別に動作する。したがって、補機３０と補機３１とが同じ消費電力であるとは限らない。
【００３５】
このため、群電池１２ａと群電池１２ｂとの間で、互いのＳＯＣに大きく差が生じる場合がある。したがって、制御部２４ａによるＳＯＣの均等化は有用である。
【００３６】
以上説明した制御部２４，２４ａの動作を図８のフローチャートに示す。なお、図８のフローチャートの説明において、制御部２４と制御部２４ａとは同じ動作なので、電源装置１ａの制御部２４ａの動作について説明することとする。
【００３７】
図８のフローチャートにおいて、ＳＴＡＲＴの条件は、電源装置１ａがＯＮ状態であるという条件である。なお、図８のフローチャートの処理は、１周期分の処理であって、１周期分の処理が終了（ＥＮＤ）したときに、ＳＴＡＲＴの条件が満たされているときには、処理は、再び開始される。ＳＴＡＲＴの条件が満たされると、処理は、ステップＳ１に進む。
【００３８】
ステップＳ１において、制御部２４ａは、ＳＯＣ検出部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄの検出結果に基づき、電池１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆのＳＯＣのバラツキが許容範囲外であるか否かを判定する。ステップＳ１において、ＳＯＣのバラツキが許容範囲外であると判定されると、処理は、ステップＳ２に進む。一方、ステップＳ１において、ＳＯＣのバラツキが許容範囲であると判定されると、処理は、ステップＳ１を繰り返す。
【００３９】
ステップＳ２において、制御部２４ａは、電池１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆの中からＳＯＣの目標値との差が最も小さい電池を特定する。なお、ＳＯＣの目標値については、電源装置１ａの使用形態等によって、ユーザが適宜設定するものとする。ステップＳ２において、ＳＯＣの目標値との差が最も小さい電池が特定されると、処理は、ステップＳ３に進む。
【００４０】
ステップＳ３において、制御部２４ａは、電流検出調整部２３ａを制御することで、特定した電池に流れる電流がほぼゼロになるように、群電池１２１，１２ｂに流れ込む電流を調整する。ステップＳ３において、特定した電池に流れる電流がほぼゼロになるように、群電池１２１，１２ｂに流れ込む電流が調整されると、処理は、ステップＳ４に進む。
【００４１】
ステップＳ４において、制御部２４ａは、ＳＯＣ検出部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄの検出結果に基づき、電池１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆのＳＯＣのバラツキが許容範囲であるか否かを判定する。ステップＳ４において、ＳＯＣのバラツキが許容範囲であると判定されると、１周期分の処理を終了（ＥＮＤ）する。一方、ステップＳ４において、ＳＯＣのバラツキが許容範囲でないと判定されると、処理は、ステップＳ３に戻る。
【００４２】
以上説明したように、電源装置１ａによれば、電池１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆのそれぞれについて、充放電を行うような複雑な構成を有することなく、単に、群電池１２ａ，１２ｂに流れ込む電流を調整するという簡単な構成によって、電池１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆのＳＯＣのバラツキを改善することができる。
【００４３】
特に、図７に示すように、群電池１２ａと群電池１２ｂに、それぞれ異なる補機３０と補機３１を接続して使用するような場合、補機３０と補機３１とが異なる消費電力であれば、ＳＯＣのバラツキが頻繁に大きくなる。このようなときに、放電器を用いずに、補機３０，３１による放電を行いながらＳＯＣのバラツキを調整することができるので、エネルギの有効利用の観点からも有用である。
【００４４】
また、以上説明した制御部２４，２４ａは、情報処理装置が予めインストールされている所定のプログラムを実行することによって実現することができる。このような情報処理装置は、たとえば、メモリ、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、入出力ポートなどを有する。情報処理装置のＣＰＵは、メモリなどから所定のプログラムとして制御プログラムを読み込んで実行する。これにより、情報処理装置には、制御部２４，２４ａの機能が実現される。なお、ＣＰＵの代わりにＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)、マイクロプロセッサ（マイクロコンピュータ）、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)などを用いてもよい。
【００４５】
また、上述の所定のプログラムは、制御部２４，２４ａの出荷前に、情報処理装置のメモリなどに記憶されたものであっても、制御部２４，２４ａの出荷後に、情報処理装置のメモリなどに記憶されたものであってもよい。また、プログラムの一部が、制御部２４，２４ａの出荷後に、情報処理装置のメモリなどに記憶されたものであってもよい。制御部２４，２４ａの出荷後に、情報処理装置のメモリなどに記憶されるプログラムは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭなどのコンピュータ読取可能な記録媒体に記憶されているものをインストールしたものであっても、インターネットなどの伝送媒体を介してダウンロードしたものをインストールしたものであってもよい。
【００４６】
また、上述の所定のプログラムは、情報処理装置によって直接実行可能なものだけでなく、ハードディスクなどにインストールすることによって実行可能となるものも含む。また、圧縮されたり、暗号化されたりしたものも含む。
【００４７】
このように、情報処理装置とプログラムによって制御部２４，２４ａを実現することにより、大量生産や仕様変更（または設計変更）に対して柔軟に対応可能となる。
【００４８】
なお、情報処理装置が実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであってもよいし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであってもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１，１ａ…電源装置、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ…電池、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…群電池、２０，２０ａ…制御装置、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ…電流検出部（電流検出手段）、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ…ＳＯＣ検出部（充電状態検出手段）、２３，２３ａ…電流検出調整部（群電池電流検出手段、電流調整手段、制御する手段の一部）、２４，２４ａ…制御部（制御する手段）
【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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【図７】
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【図８】
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