(57)【要約】【課題】  蓄電装置のＳＯＣの変化量が大きくならないと、蓄電ブロックに含まれる蓄電素子において、電流経路が遮断されているか否かが分からない。【解決手段】  蓄電装置（１０）は、直列に接続された複数の蓄電ブロック（１１）を有しており、各蓄電ブロックは、並列に接続された複数の蓄電素子（１２）を有する。複数の蓄電ブロックにおけるＳＯＣの変化量を比較することにより、各蓄電ブロックにおいて、電流経路が遮断された蓄電素子が含まれているか否かを判別する。蓄電装置又は各蓄電ブロックにおけるＳＯＣの変化量が所定変化量よりも小さい状態のままで、所定時間が経過したとき、蓄電装置の入力又は出力を許容する上限電力を低下させる。所定時間が経過したときには、電流経路が遮断されていることを想定して、上限電力を低下させることにより、電流経路が遮断されていない蓄電素子に過大な電流が流れることを抑制する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に接続された複数の蓄電素子をそれぞれ含む複数の蓄電ブロックが直列に接続された蓄電装置と、
前記蓄電装置の充放電を制御するコントローラと、を有し、
前記コントローラは、
前記蓄電装置又は前記各蓄電ブロックにおけるＳＯＣの変化量が所定変化量以上であるとき、前記複数の蓄電ブロックにおけるＳＯＣの変化量を比較することにより、前記各蓄電ブロックにおいて、電流経路が遮断された前記蓄電素子が含まれているか否かを判別し、
前記蓄電装置又は前記各蓄電ブロックにおけるＳＯＣの変化量が前記所定変化量よりも小さい状態のままで、所定時間が経過したとき、前記蓄電装置の入力又は出力を許容する上限電力を低下させることを特徴とする蓄電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の蓄電素子が並列に接続された蓄電ブロックに対して、入力や出力を制御する蓄電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の電池ブロックを直列に接続することにより、組電池を構成しているものがある。ここで、各電池ブロックは、並列に接続された複数の単電池を有する。
【０００３】
上述した組電池では、特定の電池ブロックに含まれる特定の単電池の電流経路だけが遮断されるおそれがある。例えば、各単電池に過大な電流が流れることを防止するために、電流遮断器（ヒューズなど）を各単電池に設けることがあり、電流遮断器が作動したときには、この電流遮断器に対応する単電池の電流経路だけが遮断されてしまう。また、各単電池を接続する配線において、意図しない断線が発生したときには、この単電池の電流経路だけが遮断されてしまう。
【０００４】
電池ブロックでは、複数の単電池が並列に接続されているため、電流経路が遮断された単電池に電流が流れなくなると、この単電池に流れる電流が、並列に接続された他の単電池に流れる。これにより、他の単電池の電流値は、単電池の電流経路が遮断されていないときの電流値よりも大きくなる。ここで、電流値が大きくなるほど、単電池において、塩濃度の偏りに伴う抵抗上昇が発生しやすくなる。また、単電池としてリチウムイオン二次電池を用いたときには、電流値が大きくなるほど、リチウムの析出が発生しやすくなる。
【０００５】
そこで、抵抗上昇やリチウム析出の発生などを抑制するためには、単電池の電流経路が遮断されているか否かを判別する必要がある。
【０００６】
ここで、電流経路が遮断された単電池を含む電池ブロック（第１電池ブロックという）と、すべての単電池の電流経路が遮断されていない電池ブロック（第２電池ブロックという）とでは、上述した理由により、単電池の電流値が異なる。これに伴い、これらの電池ブロックにおけるＳＯＣ（State of Charge）の変化量が互いに異なる。例えば、組電池を充電するとき、第１電池ブロックにおけるＳＯＣの上昇量は、第２電池ブロックにおけるＳＯＣの上昇量よりも大きくなる。
【０００７】
このため、各電池ブロックにおいて、ＳＯＣの変化量を把握すれば、電池ブロックに含まれる単電池の電流経路が遮断されているか否かを判別することができる。すなわち、２つの電池ブロックにおいて、ＳＯＣの変化量を比較すれば、単電池の電流経路が遮断されているか否かを判別できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−１３５６５７号公報
【特許文献２】特開２００９−２１６４４８号公報
【特許文献３】特開２０１３−１６０５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、単電池の電流経路が遮断されているか否かを判別するときにおいて、組電池や電池ブロックのＳＯＣが変化しにくい状態では、ＳＯＣの変化量を比較しにくくなり、単電池の電流経路が遮断されているか否かを判別しにくくなる。
【００１０】
電流経路の遮断を判別できないと、実際には、電流経路が遮断されているにもかかわらず、電流経路が遮断されていることを無視した状態で、組電池の充放電が行われてしまうことがある。この場合には、単電池の電流値が上昇してしまい、上述したように、抵抗上昇やリチウム析出を発生させてしまうおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の蓄電システムは、蓄電装置と、蓄電装置の充放電を制御するコントローラと、を有する。蓄電装置は、直列に接続された複数の蓄電ブロックを有しており、各蓄電ブロックは、並列に接続された複数の蓄電素子を有する。コントローラは、蓄電装置又は各蓄電ブロックにおけるＳＯＣの変化量が所定変化量以上であるとき、複数の蓄電ブロックにおけるＳＯＣの変化量を比較することにより、各蓄電ブロックにおいて、電流経路が遮断された蓄電素子が含まれているか否かを判別する。また、コントローラは、蓄電装置又は各蓄電ブロックにおけるＳＯＣの変化量が所定変化量よりも小さい状態で、所定時間が経過したとき、蓄電装置の入力又は出力を許容する上限電力を低下させる。
【００１２】
本発明によれば、ＳＯＣの変化量が所定変化量よりも小さい状態で、所定時間が経過したときには、蓄電素子の電流経路が遮断されていることを想定した上で、上限電力を低下させている。これにより、蓄電素子の電流経路が遮断されているか否かを判別できない状態において、実際に電流経路が遮断されたとしても、蓄電素子に過大な電流が流れることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】電池システムの構成を示す図である。
【図２】充電電力又は放電電力を制限する処理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】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１５】
本実施例における電池システム（本発明の蓄電システムに相当する）について、図１を用いて説明する。図１は、電池システムの構成を示す概略図である。本実施例の電池システムは、ハイブリッド自動車に搭載することができる。ハイブリッド自動車は、車両を走行させる動力源として、後述する組電池に加えて、エンジン又は燃料電池を備えている。
【００１６】
なお、ハイブリッド自動車では、車両の外部に設置された電源（例えば、商用電源）からの電力を用いて、後述する組電池を充電することもできる。また、ハイブリッド自動車に搭載される電池システムは、特許文献１〜３などに記載されているように公知であるため、詳細な説明は省略する。
【００１７】
組電池１０は、正極ラインＰＬおよび負極ラインＮＬを介して、負荷２０と接続されている。負荷２０としては、モータ・ジェネレータが用いられる。モータ・ジェネレータは、組電池１０から出力された電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。また、モータ・ジェネレータは、車両の制動時に発生する運動エネルギを電力に変換し、この電力を組電池１０に出力する。
【００１８】
正極ラインＰＬは、組電池１０の正極端子と接続され、負極ラインＮＬは、組電池１０の負極端子と接続される。正極ラインＰＬおよび負極ラインＮＬのそれぞれには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇが設けられており、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇは、コントローラ４０からの制御信号を受けて、オンおよびオフの間で切り替わる。
【００１９】
電流センサ３１は、組電池１０の電流値を検出し、検出結果をコントローラ４０に出力する。ここで、組電池１０を放電しているときの電流値を正の値とし、組電池１０を充電しているときの電流値を負の値とする。電圧センサ３２は、組電池１０の電圧値を検出し、検出結果をコントローラ４０に出力する。コントローラ４０は、メモリ４１を有しており、メモリ４１には所定情報が記憶されている。また、コントローラ４０は、時間の計測に用いられるタイマ４２を有する。
【００２０】
組電池１０は、直列に接続された複数の電池ブロック（本発明の蓄電ブロックに相当する）１１を有する。各電池ブロック１１は、並列に接続された複数の単電池（本発明の蓄電素子に相当する）１２を有する。単電池１２としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタを用いることができる。なお、電池ブロック１１の数や、各電池ブロック１１内の単電池１２の数は、適宜設定することができる。
【００２１】
各単電池１２には、電流遮断器を設けることができる。電流遮断器は、各単電池１２の電流経路を遮断するために用いられ、単電池１２の内部又は外部に設けることができる。電流遮断器としては、例えば、ヒューズや電流遮断弁を用いることができる。
【００２２】
電流遮断弁は、単電池１２の内圧上昇に応じた変形によって、単電池１２の電流経路を遮断する。単電池１２の内部は密閉状態となっており、単電池１２の内部からガスが発生すると、ガスの発生に伴って単電池１２の内圧が上昇し、単電池１２が異常状態となる。単電池１２の内圧が上昇したときに、電流遮断弁を変形させて、単電池１２の電流経路を遮断することにより、異常状態の単電池１２に電流が流れることを防止できる。なお、電流遮断弁の構造については、例えば、特開２０１３−１４５７３７号公報に記載されている。
【００２３】
次に、本実施例の電池システムにおいて、組電池１０の入力電力や出力電力を制限する処理について、図２に示すフローチャートを用いて説明する。図２に示す処理は、コントローラ４０によって実行される。
【００２４】
ステップＳ１０１において、コントローラ４０は、組電池１０のＳＯＣの変化量ΔＳＯＣを算出する。具体的には、コントローラ４０は、互いに異なるタイミングにおいて、組電池１０のＳＯＣをそれぞれ算出し、これらのＳＯＣの差を変化量ΔＳＯＣとして算出する。組電池１０のＳＯＣは、電流センサ３１や電圧センサ３２を用いて算出（推定）することができる。ＳＯＣの算出方法は、公知であるため、詳細な説明は省略する。
【００２５】
また、ステップＳ１０１において、コントローラ４０は、変化量ΔＳＯＣが所定変化量ΔＳＯＣ＿ｔｈよりも小さいか否かを判別する。所定変化量ΔＳＯＣ＿ｔｈは、変化量ΔＳＯＣに関する閾値であり、電池ブロック１１に含まれる単電池１２の電流経路が遮断されているか否かを判別できる観点に基づいて予め設定される。
【００２６】
背景技術で説明したように、変化量ΔＳＯＣが小さくなるほど、単電池１２の電流経路が遮断されているか否かを判別しにくくなる。ここで、所定変化量ΔＳＯＣ＿ｔｈは、電流経路の遮断を判別することができる変化量ΔＳＯＣの下限値となる。所定変化量ΔＳＯＣ＿ｔｈを特定する情報は、メモリ４１に記憶しておくことができる。
【００２７】
組電池１０の変化量ΔＳＯＣが所定変化量ΔＳＯＣ＿ｔｈ以上であるとき、コントローラ４０は、単電池１２の電流経路の遮断を判別できると判断し、図２に示す処理を終了する。一方、組電池１０の変化量ΔＳＯＣが所定変化量ΔＳＯＣ＿ｔｈよりも小さいとき、コントローラ４０は、単電池１２の電流経路の遮断を判別できないと判断し、ステップＳ１０２以降の処理を行う。なお、本実施例では、組電池１０のＳＯＣの変化量ΔＳＯＣを把握しているが、電池ブロック１１のＳＯＣの変化量ΔＳＯＣを把握することもできる。
【００２８】
各電池ブロック１１の電圧値を検出する電圧センサを設ければ、各電池ブロック１１のＳＯＣを算出（推定）することができる。そして、電池ブロック１１のＳＯＣの変化に基づいて、ＳＯＣの変化量ΔＳＯＣを算出することができる。電池ブロック１１の変化量ΔＳＯＣを算出するときには、上述したステップＳ１０１の処理と同様に、電池ブロック１１の変化量ΔＳＯＣが所定変化量ΔＳＯＣ＿ｔｈよりも小さいか否かを判別すればよい。
【００２９】
ステップＳ１０２において、コントローラ４０は、タイマ４２を用いて、時間ｔｍのカウントアップを行う。ステップＳ１０３において、コントローラ４０は、ステップＳ１０２の処理で得られた時間ｔｍが所定時間ｔ＿ｔｈよりも長いか否かを判別する。所定時間ｔ＿ｔｈは、時間ｔｍに関する閾値であり、単電池１２において、電流経路の遮断が発生する確率が高くなる時間を考慮して予め設定される。所定時間ｔ＿ｔｈを特定する情報は、メモリ４１に記憶しておくことができる。
【００３０】
具体的には、予め実験などを行うことにより、所定数（例えば、１つ）の単電池１２において、電流経路が遮断されてしまうまでの時間を測定しておき、この時間を所定時間ｔ＿ｔｈとして設定することができる。本実施例では、時間ｔｍが所定時間ｔ＿ｔｈに到達したときに、所定数の単電池１２において、電流経路が遮断されていると想定するようにしている。
【００３１】
時間ｔｍが所定時間ｔ＿ｔｈよりも長いとき、コントローラ４０は、単電池１２の電流経路が遮断されていると判別し、ステップＳ１０４以降の処理を行う。一方、時間ｔｍが所定時間ｔ＿ｔｈ以下であるとき、コントローラ４０は、単電池１２の電流経路が遮断されていないと判別し、図２に示す処理を終了する。
【００３２】
ステップＳ１０４において、コントローラ４０は、現在における組電池１０の許容入力電力Ｗｉｎが下限値Ｗｉｎ＿ｍｉｎよりも高いか否かを判別する。許容入力電力Ｗｉｎとは、組電池１０の入力（充電）を許容する上限電力である。ここで、組電池１０に要求される入力電力が許容入力電力Ｗｉｎを超えないように、組電池１０の充電が制御される。下限値Ｗｉｎ＿ｍｉｎは、許容入力電力Ｗｉｎの下限値であり、車両の走行性能などを考慮して適宜設定することができる。下限値Ｗｉｎ＿ｍｉｎを特定する情報は、メモリ４１に記憶しておくことができる。
【００３３】
許容入力電力Ｗｉｎが下限値Ｗｉｎ＿ｍｉｎよりも高いとき、コントローラ４０は、ステップＳ１０５の処理を行い、許容入力電力Ｗｉｎが下限値Ｗｉｎ＿ｍｉｎ以下であるとき、コントローラ４０は、ステップＳ１０６の処理を行う。ステップＳ１０５において、コントローラ４０は、現在設定されている許容入力電力Ｗｉｎから所定電力Ｘを減算した電力を、新たな許容入力電力Ｗｉｎとして設定する。
【００３４】
上述したように、組電池１０を充電するときの電流値は負の値となるため、許容入力電力Ｗｉｎも負の値となる。ここで、所定電力Ｘを減算することとは、絶対値としての許容入力電力Ｗｉｎから所定電力Ｘを減算することである。
【００３５】
所定電力Ｘは、所定数の単電池１２において、電流経路が遮断されているときにも、単電池１２に過大な充電電流が流れることを抑制することを考慮して設定される。ステップＳ１０３の処理からステップＳ１０４の処理に進むときには、所定数の単電池１２において、電流経路が遮断されていることを想定している。ステップＳ１０５の処理では、この想定の下で、単電池１２に過大な充電電流が流れることを抑制するために、所定電力Ｘの分だけ、許容入力電力Ｗｉｎを低下させている。
【００３６】
ここで、所定電力Ｘは、電流経路が遮断される単電池１２の数（想定される数）に応じて予め設定しておけばよい。所定電力Ｘを特定する情報は、メモリ４１に記憶しておくことができる。
【００３７】
ステップＳ１０５の処理によれば、所定電力Ｘの分だけ、許容入力電力Ｗｉｎを低下させることにより、組電池１０の入力電力を制限しやすくし、単電池１２に流れる充電電流を制限しやすくできる。これにより、電流経路が遮断された単電池１２を含む電池ブロック１１において、充電される単電池１２の塩濃度が充電側に偏ることを抑制して、塩濃度の偏りに伴う抵抗上昇を抑制できる。また、単電池１２がリチウムイオン電池であるときには、充電電流を制限することにより、リチウムの析出を抑制しやすくなる。
【００３８】
ステップＳ１０６において、コントローラ４０は、現在における組電池１０の許容出力電力Ｗｏｕｔが下限値Ｗｏｕｔ＿ｍｉｎよりも高いか否かを判別する。許容出力電力Ｗｏｕｔとは、組電池１０の出力（放電）を許容する上限電力である。ここで、組電池１０の出力電力が許容出力電力Ｗｏｕｔを超えないように、組電池１０の放電が制御される。下限値Ｗｏｕｔ＿ｍｉｎは、車両の走行性能などを考慮して適宜設定することができる。下限値Ｗｏｕｔ＿ｍｉｎを特定する情報は、メモリ４１に記憶しておくことができる。
【００３９】
許容出力電力Ｗｏｕｔが下限値Ｗｏｕｔ＿ｍｉｎよりも高いとき、コントローラ４０は、ステップＳ１０７の処理を行い、許容出力電力Ｗｏｕｔが下限値Ｗｏｕｔ＿ｍｉｎ以下であるとき、コントローラ４０は、ステップＳ１０８の処理を行う。ステップＳ１０７において、コントローラ４０は、現在設定されている許容出力電力Ｗｏｕｔから所定電力Ｙを減算した電力を、新たな許容出力電力Ｗｏｕｔとして設定する。
【００４０】
所定電力Ｙは、所定数の単電池１２において、電流経路が遮断されているときにも、単電池１２に過大な放電電流が流れることを抑制することを考慮して設定される。ステップＳ１０３の処理からステップＳ１０４の処理に進むときには、所定数の単電池１２において、電流経路が遮断されていることを想定している。ステップＳ１０７の処理では、この想定の下で、単電池１２に過大な放電電流が流れることを抑制するために、所定電力Ｙの分だけ、許容出力電力Ｗｏｕｔを低下させている。
【００４１】
ここで、所定電力Ｙは、電流経路が遮断される単電池１２の数（想定される数）に応じて予め設定しておけばよい。所定電力Ｙを特定する情報は、メモリ４１に記憶しておくことができる。
【００４２】
ステップＳ１０７の処理によれば、所定電力Ｙの分だけ、許容出力電力Ｗｏｕｔを低下させることにより、組電池１０の出力電力を制限しやすくし、単電池１２に流れる放電電流を制限しやすくできる。これにより、電流経路が遮断された単電池１２を含む電池ブロック１１において、放電される単電池１２の塩濃度が放電側に偏ることを抑制して、塩濃度の偏りに伴う抵抗上昇を抑制できる。
【００４３】
ステップＳ１０８において、コントローラ４０は、時間ｔｍをリセットする。図２に示す処理によれば、組電池１０の変化量ΔＳＯＣが所定変化量ΔＳＯＣ＿ｔｈよりも小さい間は、時間ｔｍのカウントアップが継続される。そして、時間ｔｍが所定時間ｔ＿ｔｈよりも長くなったときには、許容入力電力Ｗｉｎが下限値Ｗｉｎ＿ｍｉｎよりも高いことを条件として、許容入力電力Ｗｉｎが低下したり、許容出力電力Ｗｏｕｔが下限値Ｗｏｕｔ＿ｍｉｎよりも高いことを条件として、許容出力電力Ｗｏｕｔが低下したりする。
【００４４】
また、組電池１０の変化量ΔＳＯＣが所定変化量ΔＳＯＣ＿ｔｈよりも小さいままであるとき、所定時間ｔ＿ｔｈが経過するたびに、所定電力Ｘの減算（ステップＳ１０５の処理）や、所定電力Ｙの減算（ステップＳ１０７の処理）が行われる。すなわち、所定時間ｔ＿ｔｈが経過するたびに、許容入力電力Ｗｉｎや許容出力電力Ｗｏｕｔが低下し続ける。ただし、許容入力電力Ｗｉｎが下限値Ｗｉｎ＿ｍｉｎ以下であるとき、許容入力電力Ｗｉｎは、下限値Ｗｉｎ＿ｍｉｎに維持される。また、許容出力電力Ｗｏｕｔが下限値Ｗｏｕｔ＿ｍｉｎ以下であるとき、許容出力電力Ｗｏｕｔは、下限値Ｗｏｕｔ＿ｍｉｎに維持される。
【００４５】
本実施例によれば、組電池１０の変化量ΔＳＯＣが所定変化量ΔＳＯＣ＿ｔｈよりも小さく、単電池１２の電流経路が遮断されているか否かを判別できない状態であっても、所定時間ｔ＿ｔｈの経過に応じて、単電池１２の電流経路が遮断されていることを想定している。そして、この想定の下で、組電池１０の入力電力や出力電力を制限するようにしている。これにより、電流経路の遮断を判別できないまま、組電池１０の入力電力や出力電力が制限されないことを抑制できる。
【００４６】
また、所定時間ｔ＿ｔｈは、電流経路が遮断される確率が高くなる時間であるため、組電池１０の入力電力や出力電力が必要以上に制限されてしまうことを抑制できる。ここで、電流経路が遮断される確率を考慮しなければ、電流経路が遮断される確率が低いにもかかわらず、組電池１０の入力電力や出力電力を制限してしまう。これに伴い、組電池１０の入力電力や出力電力が不必要に制限されてしまう。本実施例では、電流経路が遮断されていることを高い確率で把握しながら、組電池１０の入力電力や出力電力を制限することができる。
【００４７】
本実施例において、組電池１０の変化量ΔＳＯＣが所定変化量ΔＳＯＣ＿ｔｈ以上であるときには、複数の電池ブロック１１において、変化量ΔＳＯＣを比較することにより、各電池ブロック１１において、電流経路が遮断された単電池１２が含まれているか否かを判別できる。ここで、例えば、特許文献３に記載された技術を用いることにより、電流経路が遮断された単電池１２の数を特定することができる。
【００４８】
この場合には、電流経路が遮断された単電池１２の数に応じて、許容入力電力Ｗｉｎや許容出力電力Ｗｏｕｔを低下させればよい。具体的には、電流経路が遮断された単電池１２の数が増えるほど、許容入力電力Ｗｉｎや許容出力電力Ｗｏｕｔを低下させる量を増やすことができる。
【００４９】
また、電流経路が遮断されていないと判別したときには、図２に示すステップＳ１０５，Ｓ１０７の処理による設定を解除することができる。この場合には、所定電力Ｘが減算される前の値に、許容入力電力Ｗｉｎを戻すことができる。また、所定電力Ｙが減算される前の値に、許容出力電力Ｗｏｕｔを戻すことができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０：組電池（蓄電装置）、１１：電池ブロック（蓄電ブロック）、
１２：単電池（蓄電素子）、２０：負荷、３１：電流センサ、３２：電圧センサ、
４０：コントローラ、４１：メモリ、４２：タイマ、ＰＬ：正極ライン、
ＮＬ：負極ライン、ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇ：システムメインリレー
【図１】
2015061505.tif 000003
【図２】
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