(57)【要約】【課題】組電池を構成する単セルの個数が多い場合でも、各単セルの状態ばらつきを考慮して確実に充放電制御が可能な蓄電池管理装置およびそれを備える車両制御装置を提供することにある。【解決手段】蓄電池１１０は、電気を充放電可能な複数の単セルが接続されている。電池管理ＩＣ１２２は、各単セルの電圧を検出する。電圧センサ１５０は、蓄電池の電圧を検出する。電流センサ１４０は、蓄電池に充放電する電流を検出する。演算手段１３２は、蓄電池が充放電されてない状態において、電池管理ＩＣ１２２によって検出された各単セルのセル電圧を用いて、ＳＯＣのアンバランス度合いを求める。演算手段１３２は、蓄電池が充放電されている状態において、電圧センサ１５０によって検出された蓄電池の電圧から求めた平均ＳＯＣと、ＳＯＣのアンバランス度合いとから最高ＳＯＣと最低ＳＯＣを算出し、充放電電流又は充放電電力を管理する。【選択図】図１
2008104289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気を充放電可能な複数の単セルが接続された蓄電池と、前記各単セルの電圧を検出するセル電圧検出手段と、前記蓄電池の電圧を検出する蓄電池電圧検出手段と、前記蓄電池に充放電する電流を検出する電流検出手段とを有する蓄電池管理装置であって、
前記蓄電池が充放電されてない状態において、前記セル電圧検出手段によって検出された各単セルのセル電圧を用いて、ＳＯＣのアンバランス度合いを求め、
前記蓄電池が充放電されている状態において、前記蓄電池電圧検出手段によって検出された前記蓄電池の電圧から求めた平均ＳＯＣと、前記ＳＯＣのアンバランス度合いとから最高ＳＯＣと最低ＳＯＣを算出し、充放電電流又は充放電電力を管理する演算手段を備えたことを特徴とする蓄電池管理装置。
【請求項２】
請求項１記載の蓄電池管理装置において、
前記演算手段は、
前記蓄電池が充放電されてない状態において、前記セル電圧検出手段によって検出された各単セルのセル電圧をそれぞれＳＯＣへと変換し、
前記複数のＳＯＣの平均値から前記蓄電池の平均ＳＯＣを検出し、
前記複数のＳＯＣから最高ＳＯＣと最低ＳＯＣを検出し、
前記最高ＳＯＣ及び前記平均ＳＯＣを用いてΔＳＯＣ１（最高ＳＯＣ−平均ＳＯＣ）を求め、
前記平均ＳＯＣ及び前記最低ＳＯＣを用いてΔＳＯＣ２（平均ＳＯＣ−最低ＳＯＣ）を求めることで前記蓄電池のＳＯＣアンバランス度合いを検出することを特徴とする蓄電池管理装置。
【請求項３】
請求項２記載の蓄電池管理装置において、
前記演算手段は、
前記蓄電池が充放電されている状態において、前記蓄電池電圧検出手段によって検出された前記蓄電池の電圧から求めた平均ＳＯＣと、ＳＯＣアンバランス度合いΔＳＯＣ１とから、推定最高ＳＯＣ（ＳＯＣｍａｘ）を算出し、
平均ＳＯＣと、ＳＯＣアンバランス度合いΔＳＯＣ２とから、推定最低ＳＯＣ（ＳＯＣｍｉｎ）を算出することを特徴とする蓄電池管理装置。
【請求項４】
請求項３記載の蓄電池管理装置において、
前記演算手段は、前記推定最高ＳＯＣに基づいて許容充電電流又は許容充電電力を決定し、前記推定最低ＳＯＣに基づいて許容放電電流又は許容放電電力を決定することを特徴とする蓄電池管理装置。
【請求項５】
請求項４記載の蓄電池管理装置において、
前記演算手段は、
前記推定最高ＳＯＣに対応する前記蓄電池のインピーダンスを求め、
前記推定最高ＳＯＣのインピーダンスを持つ蓄電池が制御目標である上限電圧に到達しない電流値又は電力値を許容充電電流又は許容充電電力と決定し、
前記推定最低ＳＯＣに対応する前記蓄電池のインピーダンスを求め、
前記推定最低ＳＯＣのインピーダンスを持つ蓄電池が制御目標である下限電圧よりも下回らない電流値又は電力値を許容放電電流又は許容放電電力と決定することを特徴とする蓄電池管理装置。
【請求項６】
電気を充放電可能な複数の単セルが接続された蓄電池と、前記各単セルの電圧を検出するセル電圧検出手段と、前記蓄電池の電圧を検出する蓄電池電圧検出手段と、前記蓄電池に充放電する電流を検出する電流検出手段とを有する蓄電池管理装置と、
前記蓄電池から供給される電力を交流電力にインバータにより変換して車両駆動用のモータに供給し、また、前記モータが発電機として動作するとき出力する電力を前記インバータにより変換して前記蓄電池に蓄電し、前記インバータを制御することで前記モータの駆動を制御する車両制御手段とを有する車両制御装置であって、
前記蓄電池管理装置は、前記蓄電池が充放電されてない状態において、前記セル電圧検出手段によって検出された各単セルのセル電圧を用いて、ＳＯＣのアンバランス度合いを求め、
前記蓄電池が充放電されている状態において、前記蓄電池電圧検出手段によって検出された前記蓄電池の電圧から求めた平均ＳＯＣと、前記ＳＯＣのアンバランス度合いとから最高ＳＯＣと最低ＳＯＣを算出し、充放電電流又は充放電電力を管理する演算手段を備え、
前記車両制御手段は、前記蓄電池管理装置によって決定されて許容充電電流又は許容充電電力や許容放電電流又は許容放電電力の範囲内で前記蓄電池を使用するよう前記インバータを制御することを特徴とする車両制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電池の充放電を管理する蓄電池管理装置およびそれを備える車両制御装置に係り、特に、複数の単セルから構成される組電池の充放電を制御するに好適な蓄電池管理装置およびそれを備える車両制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両には鉛電池，ニッケル水素電池，リチウムイオン電池などの蓄電池が搭載されている。エンジン始動時や電装品の使用時、ハイブリッド自動車或いは電気自動車の走行時に必要となる電力は、蓄電池から供給される。
【０００３】
車両に搭載される蓄電池は、現在の状態に応じて最大に出し入れ可能な許容電流を有している。この最大許容電流を超えて蓄電池の充放電を行うと、電池電圧が通常制御範囲から外れるため、過充電・過放電となる可能性がある。一般的に、蓄電池のＳＯＣ（充電状態）が高いほど最大許容充電電流が小さく、最大許容放電電流が大きい。また、蓄電池のＳＯＣが低いほど最大許容放電電流が小さく、許容充電電流が大きい。蓄電池を安全に、最適に使用するためには、蓄電池の種々の状態に応じて最大許容電流を超えない範囲内において充放電制御を行う必要がある。
【０００４】
ここで、ハイブリッド自動車や電気自動車で用いる蓄電池は、単セルを複数組み合わせた組電池が一般的に用いられる。組電池が備える複数の単セルで状態ばらつきが発生した場合は、各単セルで最大許容電流が異なってくる。このため、状態ばらつきを考慮した充放電制御が必要となる。
【０００５】
そこで、従来、複数のセルから構成され、充放電可能な組電池の充放電制御装置において、各セルのＳＯＣを検出し、検出した各セルのＳＯＣに基づいて、組電池の充電を停止させる目標値となる上限値および放電を停止させる目標値となる下限値を変更するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１１７７２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、組電池を構成する単セルの個数が多くなると、制御装置の処理能力的に、周期的にすべての単セルのＳＯＣを演算して充放電目標値を変更することが実現不能となる。したがって、組電池を構成する単セルの個数が多い場合には、各単セルの状態ばらつきを考慮した充放電制御が困難であるという問題があった。
【０００８】
なお、特許文献１は、ＳＯＣや温度に応じて値が異なる電池のインピーダンスについて考慮がされていないものである。確実に充放電制御を行うためには、電池が持つインピーダンスと電池電圧に応じて充放電電流，充放電電力を管理する必要がある。
【０００９】
本発明の目的は、組電池を構成する単セルの個数が多い場合でも、各単セルの状態ばらつきを考慮して確実に充放電制御が可能な蓄電池管理装置およびそれを備える車両制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、電気を充放電可能な複数の単セルが接続された蓄電池と、前記各単セルの電圧を検出するセル電圧検出手段と、前記蓄電池の電圧を検出する蓄電池電圧検出手段と、前記蓄電池に充放電する電流を検出する電流検出手段とを有する蓄電池管理装置であって、前記蓄電池が充放電されてない状態において、前記セル電圧検出手段によって検出された各単セルのセル電圧を用いて、ＳＯＣのアンバランス度合いを求め、前記蓄電池が充放電されている状態において、前記蓄電池電圧検出手段によって検出された前記蓄電池の電圧から求めた平均ＳＯＣと、前記ＳＯＣのアンバランス度合いとから最高ＳＯＣと最低ＳＯＣを算出し、充放電電流又は充放電電力を管理する演算手段を備えるようにしたものである。  
かかる構成により、組電池を構成する単セルの個数が多い場合でも、各単セルの状態ばらつきを考慮して確実に充放電制御が可能となる。
【００１１】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記演算手段は、前記蓄電池が充放電されてない状態において、前記セル電圧検出手段によって検出された各単セルのセル電圧をそれぞれＳＯＣへと変換し、前記複数のＳＯＣの平均値から前記蓄電池の平均ＳＯＣを検出し、前記複数のＳＯＣから最高ＳＯＣと最低ＳＯＣを検出し、前記最高ＳＯＣ及び前記平均ＳＯＣを用いてΔＳＯＣ１（最高ＳＯＣ−平均ＳＯＣ）を求め、前記平均ＳＯＣ及び前記最低ＳＯＣを用いてΔＳＯＣ２（平均ＳＯＣ−最低ＳＯＣ）を求めることで前記蓄電池のＳＯＣアンバランス度合いを検出するようにしたものである。
【００１２】
（３）上記（２）において、好ましくは、前記演算手段は、前記蓄電池が充放電されている状態において、前記蓄電池電圧検出手段によって検出された前記蓄電池の電圧から求めた平均ＳＯＣと、ＳＯＣアンバランス度合いΔＳＯＣ１とから、推定最高ＳＯＣ（ＳＯＣｍａｘ）を算出し、平均ＳＯＣと、ＳＯＣアンバランス度合いΔＳＯＣ２とから、推定最低ＳＯＣ（ＳＯＣｍｉｎ）を算出するようにしたものである。
【００１３】
（４）上記（３）において、好ましくは、前記演算手段は、前記推定最高ＳＯＣに基づいて許容充電電流又は許容充電電力を決定し、前記推定最低ＳＯＣに基づいて許容放電電流又は許容放電電力を決定するようにしたものである。
【００１４】
（５）上記（４）において、好ましくは、前記演算手段は、前記推定最高ＳＯＣに対応する前記蓄電池のインピーダンスを求め、前記推定最高ＳＯＣのインピーダンスを持つ蓄電池が制御目標である上限電圧に到達しない電流値又は電力値を許容充電電流又は許容充電電力と決定し、前記推定最低ＳＯＣに対応する前記蓄電池のインピーダンスを求め、前記推定最低ＳＯＣのインピーダンスを持つ蓄電池が制御目標である下限電圧よりも下回らない電流値又は電力値を許容放電電流又は許容放電電力と決定するようにしたものである。
【００１５】
（６）また、上記目的を達成するために、本発明は、電気を充放電可能な複数の単セルが接続された蓄電池と、前記各単セルの電圧を検出するセル電圧検出手段と、前記蓄電池の電圧を検出する蓄電池電圧検出手段と、前記蓄電池に充放電する電流を検出する電流検出手段とを有する蓄電池管理装置と、前記蓄電池から供給される電力を交流電力にインバータにより変換して車両駆動用のモータに供給し、また、前記モータが発電機として動作するとき出力する電力を前記インバータにより変換して前記蓄電池に蓄電し、前記インバータを制御することで前記モータの駆動を制御する車両制御手段とを有する車両制御装置であって、前記蓄電池管理装置は、前記蓄電池が充放電されてない状態において、前記セル電圧検出手段によって検出された各単セルのセル電圧を用いて、ＳＯＣのアンバランス度合いを求め、前記蓄電池が充放電されている状態において、前記蓄電池電圧検出手段によって検出された前記蓄電池の電圧から求めた平均ＳＯＣと、前記ＳＯＣのアンバランス度合いとから最高ＳＯＣと最低ＳＯＣを算出し、充放電電流又は充放電電力を管理する演算手段を備え、前記車両制御手段は、前記蓄電池管理装置によって決定されて許容充電電流又は許容充電電力や許容放電電流又は許容放電電力の範囲内で前記蓄電池を使用するよう前記インバータを制御するようにしたものである。  
かかる構成により、組電池を構成する単セルの個数が多い場合でも、各単セルの状態ばらつきを考慮して確実に充放電制御が可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、組電池を構成する単セルの個数が多い場合でも、各単セルの状態ばらつきを考慮して確実に充放電制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図１〜図６を用いて、本発明の一実施形態による蓄電池管理装置の構成及び動作について説明する。  
最初に、図１を用いて、本実施形態による蓄電池管理装置を搭載したハイブリッド自動車のシステム構成について説明する。  
図１は、本発明の一実施形態による蓄電池管理装置を搭載したハイブリッド自動車のシステム構成を示すシステムブロック図である。
【００１８】
本実施形態の蓄電池管理装置（ＢＣＡ）１００は、蓄電池（Ｂ）１１０と、セルコントローラ（ＣＣ）１２０と、バッテリーコントローラ（ＢＣ）１３０と、電流センサ（Ｉ１）１４０と、電圧センサ（Ｖ２）１５０とを備えている。
【００１９】
二次電池である蓄電池１１０は、鉛電池，ニッケル水素電池，リチウムイオン電池，電気二重層キャパシタなど、電気を蓄え放電可能な蓄電デバイスである。ハイブリッド自動車又は電気自動車で用いられる蓄電池１１０は、ニッケル水素電池又はリチウムイオン電池などの電気を蓄電して放電可能な単セルを複数直列又は並列に組み合わせて用いるのが一般的である。本例では、４個の単セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が直列接続されて、セルユニット（ＣＵ）１１２−１，１１２−２，…，１１２−２４が構成される。１２個のセルユニット１１２−１，…，１１２−１２が直列接続された上でケース内に収納され、第１の蓄電池モジュールが構成され、他の１２個のセルユニット１１２−１３，…，１１２−２４が直列接続された上でケース内に収納され、第２の蓄電池モジュールが構成される。第１と第２の蓄電池モジュールは、直列接続される。従って、１個の蓄電池モジュールの中には、４８個の単セルが直列接続されている。単セルの最大電圧を約４Ｖとすると、２個の直列接続された蓄電池モジュールの最大電圧は、約４００Ｖとなる。蓄電池１１０の中には、温度センサ１１４が配置されている。温度センサ１１４は、この例では、８個備えられている。すなわち、第１の蓄電池モジュールの中に４個配置され、第２の蓄電池モジュールの中に４個配置される。第１の蓄電池モジュールについてみると、そのモジュールの中で温度分布が生じ、比較的高温になる領域と、比較的低温になる領域があるため、高温領域付近に２個の温度センサが配置され、低温領域に２個の温度センサが配置される。温度センサ１１４の出力は、バッテリーコントローラ１３０の中の演算手段（ＣＰＵ）１３２に取り込まれる。演算手段１３２は、８個の温度センサによって検出された温度データの平均値により、蓄電池１１０の温度を検出する。
【００２０】
セルコントローラ（ＣＣ）１２０は、２４個の電池管理ＩＣ（ＢＭ−ＩＣ）１２２−１，１２２−２，…，１２２−２４から構成される。電池管理ＩＣ１２２−１は、セルユニット１１２−１に対応して設けられている。電池管理ＩＣ１２２−１は、セルユニット１１２−１を構成する４個の単セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４のそれぞれの電圧を検出する電圧センサを含んでいる。電池管理ＩＣ１２２−２，…，１２２−２４は、それぞれ、セルユニット１１２−２，…，１１２−２４を構成する４個の単セルの電圧を検出する。電池管理ＩＣ１２２−１，１２２−２，…，１２２−２４は、バッテリーコントローラ１３０の中の演算手段（ＣＰＵ）１３２に対して、ディジーチェーン接続されており、各単セルの電圧は、演算手段１３２に取り込まれる。なお、各電池管理ＩＣ１２２−１，１２２−２，…，１２２−２４と、演算手段１３２とは、スター状に接続するようにしてもよいものである。
【００２１】
電池管理ＩＣ１２２は、蓄電池１１０の内部又は外部に設置される。電池管理ＩＣ１２２は、蓄電池１１０が備えるセルユニット１１２を２つ以上選択して設置してもよいものである。
【００２２】
蓄電池１１０の両端電圧は、インバータ２００に供給される。インバータ２００は、直流電圧を交流電圧に変換して、３相同期モータ（Ｍ）２１０に供給する。モータ２１０に供給される電力は、モータコントロールユニット（ＭＣＵ）２２０によって制御される。また、同期モータ２１０がジェネレータとして動作しているとき、インバータは、モータ２１０のその出力電圧を直流電圧に変換して、蓄電池１１０に充電する。
【００２３】
蓄電池１１０からインバータ２００に供給される電流もしくは、インバータ２００から蓄電池１１０に供給される電流は、電流センサ（Ｉ１）１４０によって検出される。電流センサ１４０によって検出された電流は、バッテリーコントローラ１３０の中の演算手段（ＣＰＵ）１３２に取り込まれる。また、蓄電池１１０の両端電圧は、電圧センサ（Ｖ２）１５０によって検出される。電圧センサ１５０によって検出された電圧は、バッテリーコントローラ１３０の中の演算手段（ＣＰＵ）１３２に取り込まれる。
【００２４】
バッテリーコントローラ（ＢＣ）１３０は、演算手段（ＣＰＵ）１３２と、出力手段（Ｉ／Ｏ）１３４とを備えている。
演算手段１３２は、電池管理ＩＣ１２２によって検出された各単セルの電圧データ，電圧センサ１５０によって検出された電圧データ，電流センサ１４０によって検出された電流データ，温度センサ１１４によって検出された温度データに基づいて、蓄電池１１０の状態について演算する。出力手段１３４は、演算手段１３２によって演算された結果を、ＣＡＮバスなどの通信線を介して出力する。
【００２５】
ＣＡＮバスには、エンジン（ＥＮＧ）３１０を制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３００や、モータコントロールユニット２２０や、エンジンコントロールユニット３００を統合制御するハイブリッドコントロールユニット４００が接続されている。
【００２６】
演算手段１３２は、蓄電池１１０に設置された電池管理ＩＣ１２２で取得したセル電圧や、温度センサ１１４で取得した電池温度や、電圧センサ１５０で取得した蓄電池１１０の総電圧や、電流センサ１４０で取得した蓄電池１１０に出入りする電流値や、演算手段１３２内に予め記憶した蓄電池１１０の特性情報に基づいて、蓄電池１１０の状態検知を行う。演算手段１３２は、記憶装置やＣＰＵなどで構成されるコントローラや計算機システム、或いはマイクロコンピュータであり、情報を入力して演算を行い演算した結果を出力することが可能な手段であれば何でもよいものである。また、各種センサと演算手段１３２は同一デバイス上に構成されるマイクロコンピュータとして実現しても良く、各種センサと演算手段１３２とを合わせて蓄電池１１０の内部に設置する形式でもよいものである。
【００２７】
出力手段１３４は、演算手段１３２で求めた蓄電池１１０の状態検知の結果を外部に発信する手段である。出力手段１３４としてはＣＡＮバスに対して情報を出力する手段の他に、ネットワーク、無線ＬＡＮなど、有線通信でも良いし、無線通信でも良く、演算手段１３２が演算した結果を外部に出力可能な手段であれば何でもよいものである。
【００２８】
次に、図２〜図６を用いて、本実施形態による蓄電池管理装置における演算手段１３２の動作について説明する。  
図２は、本発明の一実施形態による蓄電池管理装置における演算手段の動作を示すフローチャートである。図３は、本発明の一実施形態による蓄電池管理装置に用いる二次電池の無負荷時の電池電圧とＳＯＣの関係の説明図である。図４は、本発明の一実施形態による蓄電池管理装置に用いる二次電池のインピーダンスの温度依存もしくはＳＯＣ依存の説明図である。図５及び図６は、本発明の一実施形態による蓄電池管理装置により算出された許容放電電流や許容充電電流のＳＯＣとの関係の説明図である。
【００２９】
まず、演算手段１３２は、車両の起動を検知する。車両が起動されたことを検知する手段としては、演算手段１３２の外部に設置されたＥＣＵなどの車両を制御するコントローラから車両が起動されたことを知らせる信号を受け取って検知しても良いし、ＫｅｙＯＮ信号など車両の起動を検知可能な信号を演算手段１３２が受け取ることで検知してもよい。
【００３０】
車両の起動時には、演算手段１３２は、以下に説明するステップＳ１０〜ステップＳ３０の処理を実行する。
【００３１】
ステップＳ１０において、演算手段１３２は、車両の起動を検知した場合、電池管理ＩＣ１２２を用いて蓄電池１１０が備える複数直列接続された単セルの各セル電圧を検出する。図１では、演算手段１３２から電池管理ＩＣ１２２−１，電池管理ＩＣ１２２−１から電池管理ＩＣ１２２−２，…，電池管理ＩＣ１２２−２４から演算手段１３２までとループ状の通信ラインを設け、ループ状の通信ラインを介して各セル電圧の検出結果を演算手段１３２に送信しているが、複数の電池管理ＩＣ１２２がそれぞれ演算手段１３２に情報を送信してもよく、また、電池管理ＩＣ１２２が検出した複数の結果をまとめて演算手段１３２に送信しても良いものである。
【００３２】
次に、ステップＳ２０において、演算手段１３２は、各セル電圧の受信終了後、受信した全てのセル電圧を用いて、最高電圧，最低電圧，平均セル電圧を求め、求めた結果を（検出）最高ＳＯＣ（充電状態），（検出）最低ＳＯＣ，平均ＳＯＣに変換する。
【００３３】
ここで、図３に示すように、無負荷時の電池電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）とＳＯＣ（充電状態）には強い相関がある。車両起動時は蓄電池１１０は充放電を行っていないため、測定した各セル電圧はＯＣＶとして扱うことができる。演算手段１３２内に備える記憶手段は、図３に示したＯＣＶとＳＯＣの関係を示したテーブルを記憶しており、このテーブルを用いることで、演算手段１３２は、容易にセル電圧をＳＯＣに変換し、（検出）最高ＳＯＣ，（検出）最低ＳＯＣ，平均ＳＯＣを取得することができる。
【００３４】
次に、ステップＳ３０において、演算手段１３２は、ステップＳ２０で求めた最高ＳＯＣ，最低ＳＯＣ，平均ＳＯＣを用いて、以下の式（１），式（２）により、平均ＳＯＣからの（検出）最高ＳＯＣと、（検出）最低ＳＯＣのアンバランス度合いΔＳＯＣ１，ΔＳＯＣ２を求める。
【００３５】
ΔＳＯＣ１＝最高ＳＯＣ−平均ＳＯＣ  …（１）
ΔＳＯＣ２＝平均ＳＯＣ−最低ＳＯＣ  …（２）
以上が、車両起動直後に行う演算手段１３２の動作である。このように、車両起動直後にＳＯＣを算出する処理は、蓄電池１１０内に備えるセル数が多いければ多いほど検出して処理を行うセル電圧数が増えるため、リアルタイムに演算することが困難となる。そこで、あらかじめ、車両起動直後に行うようにしている。
【００３６】
次に、前述したステップＳ１０〜ステップＳ３０における車両起動直後の演算が終了した後、車両走行時などには、演算手段１３２は、ステップＳ４０〜ステップＳ１００の処理を実行する。車両走行時などにおいて、各単セルの電圧等からＳＯＣを算出する方法をとると、蓄電池１１０内に備えるセル数が多いければ多いほど検出して処理を行うセル電圧数が増えるため、リアルタイムに演算することが困難となる。そこで、本実施形態では、演算手段１３２は、車両起動直後に行う電池管理ＩＣ１２２を用いた蓄電池１１０内の各セルのセル電圧検出から、車両走行時等においては、電圧センサ１５０を用いた総電圧Ｖｔの検出へと処理を変更する。
【００３７】
そこで、ステップＳ４０において、演算手段１３２は、電圧センサ１５０を用いて、総電圧Ｖｔを検出する。ここで、総電圧Ｖｔとは、蓄電池１１０内に備える各セル電圧の総和であり、蓄電池１１０内に備えたセル数で割り算することで平均セル電圧を求めることができる。一度のセンシングで蓄電池１１０の平均セル電圧を取得できるため、リアルタイムの演算に適している。
【００３８】
ステップＳ２０では、車両起動直後に無負荷時のセル電圧ＯＣＶを取得したため、ＯＣＶ−ＳＯＣの特性テーブル基づき、ＯＣＶを容易にＳＯＣに変換することができたが、車両走行時などの充放電時では無負荷時の電池電圧ＯＣＶを取得することは困難となる。電流値Ｉで充放電した場合の電池電圧ＣＣＶは、式（３）ようになる。  
ＣＣＶ＝ＯＣＶ＋Ｉ・Ｒ＋Ｖｐ  …（３）
ここで、Ｒは蓄電池１１０の内部抵抗，Ｖｐは分極電圧である。
【００３９】
車両走行時、蓄電池１１０の充放電時には、ＯＣＶは、式（４）の様に、ＣＣＶからＩＲドロップとＶｐを差し引く演算により求められる。  
ＯＣＶ＝ＣＣＶ−Ｉ・Ｒ−Ｖｐ  …（４）
ここで、蓄電池１１０の内部抵抗Ｒと分極電圧Ｖｐは、演算手段１３２の内部或いは外部に設置された記憶装置に格納される蓄電池１１０の特性情報である。特性情報は、蓄電池１１０の温度又はＳＯＣなど、あらゆる状態に応じて共通する一つの値を用いてもよく、蓄電池１１０の温度又はＳＯＣなど、蓄電池１１０の状態に応じて値を持たせてもよいものである。蓄電池１１０の状態に応じて特性情報を持たせれば、より精度の高いＯＣＶを得ることが可能である。
【００４０】
そこで、ステップＳ５０において、演算手段１３２は、電流センサ１４０によって電流値Ｉを取得し、また、ステップＳ６０において、温度センサ１１４によって、内部抵抗Ｒや分極電圧Ｖｐを決定のために使用する電池温度Ｔを取得する。
【００４１】
そして、ステップＳ７０において、演算手段１３２は、電池温度Ｔから、内部抵抗Ｒや分極電圧Ｖｐを求め、さらに、式（４）に基づいて、電池電圧ＣＣＶと、電流値Ｉと、内部抵抗Ｒと、分極電圧Ｖｐとから、電池電圧ＯＣＶを求め、ＯＣＶ−ＳＯＣ特性テーブルを用いることによって、ＳＯＣを算出する。ここで、総電圧Ｖｔに基づいて算出したＳＯＣは、蓄電池１１０が備える複数のセルの、平均ＳＯＣ（以下、ＳＯＣｔと称する）である。以上より、総電圧Ｖｔを用いてＳＯＣｔを求めることができる。
【００４２】
ここで、前述した総電圧Ｖｔを用いたＳＯＣｔでは、リアルタイムに蓄電池１１０内に備えるセルの平均ＳＯＣを取得することはできるが、最高ＳＯＣ，最低ＳＯＣなどのＳＯＣアンバランス情報を取得することができない。そこで、ステップＳ３０で取得した平均ＳＯＣを基準とした（検出）最高ＳＯＣと、（検出）最低ＳＯＣのアンバランス度合いΔＳＯＣ１，ΔＳＯＣ２とを用いる。
【００４３】
ステップＳ８０において、演算手段１３２は、総電圧Ｖｔを用いて求めたＳＯＣｔに、アンバランス度合いΔＳＯＣ１及びΔＳＯＣ２を付加することで、推定最高ＳＯＣ（ＳＯＣＨ）及び推定最低ＳＯＣ（ＳＯＣＬ）を算出する。  
ＳＯＣＨ＝ＳＯＣｔ＋ΔＳＯＣ１  …（５）
ＳＯＣＬ＝ＳＯＣｔ−ΔＳＯＣ２  …（６）
これにより、総電圧Ｖｔからリアルタイムに平均ＳＯＣを取得し、且つ（推定）最高ＳＯＣ，（推定）最低ＳＯＣをも取得することが可能となる。
【００４４】
一方、蓄電池１１０が許容できる充電電流Ｉｃｍａｘは、以下の式（７）により算出でき、また、放電電流Ｉｄｍａｘは、式（８）により算出できる。  
Ｉｃｍａｘ  ＝（Ｖｍａｘ−ＯＣＶ）／Ｒｚ  …（７）
Ｉｄｍａｘ  ＝（ＯＣＶ−Ｖｍｉｎ）／Ｒｚ  …（８）
ここで、Ｒｚは蓄電池１１０のインピーダンスであり、Ｖｍａｘは蓄電池１１０の上限電圧、Ｖｍｉｎは下限電圧である。
【００４５】
図４（Ａ）に示すように、蓄電池１１０のインピーダンスＲｚは、蓄電池１１０のＳＯＣにより異なり、また、図４（Ｂ）に示すように、蓄電池１１０のインピーダンスＲｚは、温度に応じて値が異なる。そこで、蓄電池１１０の温度又はＳＯＣに応じてインピーダンスＲｚを持たせて使い分ければ、より精度の高い許容電流を得ることができる。
【００４６】
また、図５に示すように、算出された許容放電電流は低ＳＯＣで小さく、高ＳＯＣでは大きい。また、許容充電電流は低ＳＯＣで大きく、高ＳＯＣでは小さくなる。さらに、温度が低い場合は、式（７）及び式（８）のインピーダンスＲｚが大きくなるために許容電流が小さく、温度が高い場合はインピーダンスＲｚが小さくなるために許容電流は大きくなる。
【００４７】
ここで、前述した式（７）及び式（８）を変更し、ＳＯＣアンバランス情報をも考慮した許容電流演算とする方法について説明する。ＳＯＣＨ及びＳＯＣＬは、総電圧Ｖｔから求めたＳＯＣｔに、（検出）最高ＳＯＣ及び（検出）最低ＳＯＣの違いΔＳＯＣ１及びΔＳＯＣ２を付加した情報である。演算手段１３２に備えたＯＣＶ−ＳＯＣ特性テーブルを用いて、前述したＯＣＶからＳＯＣへの変換とは逆に、ＳＯＣからＯＣＶへと変換する。すなわち、式（９）のように、ＳＯＣＨに対応したＯＣＶＨを取得し、また、式（１０）のように、ＳＯＣＬに対応したＯＣＶＬを取得する。
【００４８】
ＯＣＶＨ＝ＯＣＶ  Ｍａｐ（ＳＯＣＨ）  …（９）
ＯＣＶＬ＝ＯＣＶ  Ｍａｐ（ＳＯＣＬ）  …（１０）
続いて、ＳＯＣＨ及びＳＯＣＬに対応する蓄電池１１０のインピーダンスＲｚＨ，ＲｚＬを取得する。ＳＯＣに応じた蓄電池１１０のインピーダンス特性をテーブルとして備えれば、ＳＯＣＨ及びＳＯＣＬを入力として、式（１１）や式（１２）により、ＲｚＨ，ＲｚＬを決定することができる。なお、Ｒｚの特性テーブルは、蓄電池１１０の温度Ｔに応じても値を持たせるとよいものである。
ＲｚＨ＝Ｒｚ  Ｍａｐ（ＳＯＣＨ、Ｔ）  …（１１）
ＲｚＬ＝Ｒｚ  Ｍａｐ（ＳＯＣＬ、Ｔ）  …（１２）
そして、ステップＳ９０において、演算手段１３２は、式（９）や式（１０）で求めたＯＣＶＨ及びＯＣＶＬ、式（１１）や式（１２）で求めたＲｚＨ及びＲｚＬに基づいて、以下の式（１３），式（１４）により、許容充電電流ＩｃｍａｘＨ及び許容放電電流ＩｄｍａｘＬを求める。
【００４９】
ＩｃｍａｘＨ  ＝（Ｖｍａｘ−ＯＣＶＨ）／ＲｚＨ  …（１３）
ＩｄｍａｘＬ  ＝（ＯＣＶＬ−Ｖｍｉｎ）／ＲｚＬ  …（１４）
ここで、図６に示すように、式（１３）式（１４）で求めた許容充電電流ＩｃｍａｘＨ及び許容放電電流ＩｄｍａｘＬは、最高ＳＯＣのセルが上限電圧Ｖｍａｘを超えず、最低ＳＯＣのセルが下限電圧Ｖｍｉｎを下回らずに充電，放電できる電流値である。この電流値の範囲内で充放電を行うことにより、ＳＯＣアンバランスが発生しても最適に充放電制御することができる。又、求めた許容電流通電時の電池電圧を乗算することによって、許容電力とすることも可能である。
【００５０】
出力手段１３４は、前記許容電流又は電力をモータコントロールユニット２２０などの上位システムに送信し、上位システムは受信した許容電流又は電力の範囲内で蓄電池１１０を充放電させ、モータ２１０を動作させる。このようにすることで、ＳＯＣアンバランスが発生した蓄電池１１０でも最適に充放電させ、車両を走行させることが可能なハイブリッド自動車を実現することができる。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態によれば、車両起動時など蓄電池が充放電されてない状態における各単セルのセル電圧を用いて、ＳＯＣのアンバランス度合いを求め、車両の走行時等蓄電池が充放電されている状態では、蓄電池の総電圧から求めた平均ＳＯＣと、前述のＳＯＣのアンバランス度合いとから最高ＳＯＣ、最低ＳＯＣを算出し、充放電電流又は充放電電力を制御するようにしているので、組電池を構成する単セルの個数が多い場合でも、各単セルの状態ばらつきを考慮した充放電制御を行えるものとなる。
【００５２】
次に、図７を用いて、本発明の他の実施形態による蓄電池管理装置の構成及び動作について説明する。本実施形態による蓄電池管理装置を搭載したハイブリッド自動車のシステム構成は、図１に示したものと同様である。  
図７は、本発明の他の実施形態による蓄電池管理装置における演算手段の動作を示すフローチャートである。
【００５３】
本実施形態では、図１に示した演算手段１３２は、以下のような動作を行うものである。すなわち、演算手段１３２は、車両起動時などの蓄電池１１０が無負荷の状態にあることを検知した場合は、ステップＳ１０において、電池管理ＩＣ１２２を用いて蓄電池１１０が備える全セルのセル電圧を取得する。全セル電圧を取得した後に、演算手段１３２は、蓄電池１１０が備えるセルの最高セル電圧及び最低セル電圧を取得する。
【００５４】
そして、ステップＳ２５において、次に、最高セル電圧及び最低セル電圧であるセルの位置を記録する。
【００５５】
車両走行時など、リアルタイムに蓄電池１１０の状態検知を行う必要がある場合、逐次全セル電圧を読み取り、全セル電圧の情報を処理するのは困難である。そこで、ステップＳ４５において、蓄電池１１０が無負荷状態の際に記録した最高セル電圧、最低セル電圧を持つセルの位置情報を使用し、最高セル電圧、最低セル電圧を持つセルのみ電圧検出を行う。検出した最高セル電圧位置のセルの電圧と、最低セル電圧位置のセルの電圧の二つをリアルタイムに読み取り、それぞれ、前述の式（４）の計算を行うことで、最高セル電圧から求めた開回路電圧ＯＣＶＨと、最低セル電圧から求めた開回路電圧ＯＣＶＬを取得する。
【００５６】
そして、ステップＳ５５において、開回路電圧ＯＣＶＨからＳＯＣＨへと変換を行うことで、前述の式（１１）より、蓄電池１１０のインピーダンスＲｚＨを取得できるため、式（１３）を用いて、許容充電電流ＩｃｍａｘＨを求めることができる。また、開回路電圧ＯＣＶＬからＳＯＣＬへと変換を行うことで、式（１２）より蓄電池１１０のインピーダンスＲｚＬを取得できるため、式（１４）を用いることで、許容放電電流ＩｄｍａｘＬを求めることができる。また、前記許容電流通電時の電池電圧を乗算することで、許容電力とすることも可能である。
【００５７】
以上のように、本実施形態によれば、車両起動時に最高セル電圧及び最低セル電圧を検知し、その最高セル電圧及び最低セル電圧となるセル位置を記録し、車両走行時などリアルタイム演算が必須となる環境下では、最高セル電圧、最低セル電圧となる２つのセルの情報のみ取得して最高セル電圧を基準に許容充電電流又は許容充電電力、最低セル電圧を基準に許容放電電流又は許容放電電力を求め、求めた許容電流又は許容電力の範囲内で蓄電池１１０を充放電させることによって、ＳＯＣアンバランスが発生した場合でも蓄電池１１０を最適に充放電制御することが可能となる。このようにすることで、蓄電池管理装置が求めた許容電流又は許容電力を用いて蓄電池１１０を使用してインバータ２００からの指示に基づきモータ１０９を動作させることによって、ＳＯＣアンバランスが発生した場合でも車両を走行させることが可能なハイブリッド自動車を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施形態による蓄電池管理装置を搭載したハイブリッド自動車のシステム構成を示すシステムブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による蓄電池管理装置における演算手段の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態による蓄電池管理装置に用いる二次電池の無負荷時の電池電圧とＳＯＣの関係の説明図である。
【図４】本発明の一実施形態による蓄電池管理装置に用いる二次電池のインピーダンスの温度依存もしくはＳＯＣ依存の説明図である。
【図５】本発明の一実施形態による蓄電池管理装置により算出された許容放電電流や許容充電電流のＳＯＣとの関係の説明図である。
【図６】本発明の一実施形態による蓄電池管理装置により算出された許容放電電流や許容充電電流のＳＯＣとの関係の説明図である。
【図７】本発明の他の実施形態による蓄電池管理装置における演算手段の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５９】
１１０…蓄電池
１１２…単セルユニット
１１４…温度センサ
１２０…セルコントローラ
１２２…電池管理ＩＣ（電圧センサ）
１３０…バッテリーコントローラ
１３２…演算手段
１３４…出力手段
１４０…電流センサ
１５０…電圧センサ
２００…インバータ
２１０…モータ
２２０…モータコントロールユニット
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４…単セル
【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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