(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単電池を直列接続した組電池ブロックを、複数個直列に又は並列に又は直列と並列を組み合わせて接続した組電池システムにおける制御方法であって、各組電池ブロック毎に、電池ブロック温度に対する冷却ファンの風量の変化を規定した複数の制御マップから選択された任意の制御マップに基づいて当該組電池ブロックを冷却するとともに、任意の組電池ブロックと他の組電池ブロックとの間の温度差が闘値を越えたときに、任意の又は他の組電池ブロックで選択された制御マップを変更し、各組電池ブロックの温度差を闘値以下に制御することを特徴とする組電池システムの制御方法。
【請求項２】
前記任意の又は他の組電池ブロックにおける、温度の高い方の組電池ブロックの冷却手段の制御マップを、冷却能力の高い制御マップに変更することを特徴とする請求項１に記載の組電池システムの制御方法。
【請求項３】
任意の組電池ブロックと他の組電池ブロックとの間の温度差が闘値を越えたときに任意の又は他の組電池ブロックにおける、温度の高い方の組電池ブロックで選択された制御マップを変更して温度の高い方の組電池ブロックを冷却し、最高の冷却能力の制御マップに基づいて冷却しても温度差が闘値を越えたときに異常として検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の組電池システムの制御方法。
【請求項４】
複数の単電池を直列接続した組電池ブロックを、複数個直列に又は並列に又は直列と並列を組み合わせて接続した組電池システムにおいて、各組電池ブロック毎に温度検出手段と冷却手段を設け、各冷却手段を、電池ブロック温度に対する冷却ファンの風量の変化を規定した複数の制御マップの何れかを選択して制御し、かつ任意の組電池ブロックと他の組電池ブロックとの間の温度差が闘値を越えたときに、任意の又は他の組電池ブロックの冷却手段の制御マップを変更して前記温度差を闘値以下に制御する制御手段を設けたことを特徴とする組電池システムの制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、最高の冷却能力の前記制御マップに基づいて任意の又は他の組電池ブロックにおける、温度の高い方の組電池ブロックを冷却しても前記温度差が闘値を越えたときに異常として検出するように構成したことを特徴とする請求項４に記載の組電池システムの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の単電池を直列接続した組電池ブロックを、複数個直列に又は並列に又は直列と並列を組み合わせて接続した組電池システムにおける制御方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の組電池システムにおいては、図６（ａ）に示すように、複数の単電池を直列接続した組電池ブロック１１と、この組電池ブロック１１を冷却する冷却ファン２と、組電池ブロック１１に装着した各種センサ（図示せず）からの出力信号にて組電池ブロック１１の温度や電圧や電流を検出する温度・電圧・電流検出部１３と、その検出結果に応じて冷却ファン２の作動制御を含めて各種制御や警告などを行う制御部１４を備えている。１５ａ、１５ｂは組電池ブロック１１の出力端子である。
【０００３】
そして、組電池ブロック１１の温度制御に関しては、図６（ｂ）に示すように、組電池ブロック１１の温度が高くなると、略比例的に冷却ファン２の風量を増加させて冷却能力を高くし、組電池ブロック１１の温度が所定温度以上に上昇するのを抑制するように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記組電池ブロック１１の具体構成例としては、例えば６個の単電池を直列接続して単一のモジュールとし、この電池モジュールを２０〜３０個並列して配設して直列に接続することにより、百数十Ｖ〜数百Ｖの出力電圧を得るようにしたものが知られているが、さらに大容量・大出力の組電池システムの要請に対して、このような組電池ブロックを複数個直列に又は並列に又は直列と並列を組み合わせて接続した組電池システムが構想されている。
【０００５】
ところが、そのような組電池システムでは複数の組電池ブロックの各冷却ファン２を同じ冷却モードで動作制御することになるため、組電池ブロック１１間で温度のばらつきが発生するのを避けることができず、そのため組電池ブロック１１のＳＯＣがばらついて、組電池ブロック１１毎に劣化速度のばらつきが発生し、また一部の組電池ブロック１１の交換によりＳＯＣのばらつきが発生した場合においても劣化速度のばらつきが生じる。
【０００６】
また、組電池ブロック１１間の温度ばらつきのために一部の組電池ブロック１１の劣化が著しく進み、それが他の組電池ブロック１１に悪影響を与えて組電池システムの寿命が低下するという問題がある。
【０００７】
また、各組電池ブロック１１の異常をその温度によって検出する方法としては、電流・電圧から求めた充放電量から演算した発熱量と冷却ファン２による冷却能力から推定した電池温度と、センサにて検出した実温度との差を求め、それが闘値以上になったときにその組電池ブロック１１の異常を検出することが考えられるが、推定温度を計算するために計算用メモリの確保が必要となるため、コスト高になるとともに推定値にも誤差が生じ易く、異常検出の精度にも問題がある。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、各組電池ブロック間の温度のばらつきを小さくし、劣化速度を均等にして全体の寿命を向上でき、また各組電池ブロックの異常を安価に精度良く検出することができる組電池システムの制御方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１発明は、複数の単電池を直列接続した組電池ブロックを、複数個直列に又は並列に又は直列と並列を組み合わせて接続した組電池システムにおける制御方法において、各組電池ブロック毎に、電池ブロック温度に対する冷却ファンの風量の変化を規定した複数の制御マップから選択された任意の制御マップに基づいて当該組電池ブロックを冷却するとともに、任意の組電池ブロックと他の組電池ブロックとの間の温度差が闘値を越えたときに、任意の又は他の組電池ブロックで選択された制御マップを変更し、各組電池ブロックの温度差を闘値以下に制御するものである。
【００１４】
また、第２発明は、複数の単電池を直列接続した組電池ブロックを、複数個直列に又は並列に又は直列と並列を組み合わせて接続した組電池システムにおいて、各組電池ブロック毎に温度検出手段と冷却手段を設け、各冷却手段を、電池ブロック温度に対する冷却ファンの風量の変化を規定した複数の制御マップの何れかを選択して制御し、かつ任意の組電池ブロックと他の組電池ブロックとの間の温度差が闘値を越えたときに、任意の又は他の組電池ブロックの冷却手段の制御マップを変更して前記温度差を闘値以下に制御する制御手段を設けたものである。
【００１５】
これら第１又は第２発明によれば、各組電池ブロック間の温度のばらつきを小さくし、劣化速度を均等にして全体の寿命を向上できる。また、任意の又は他の組電池ブロックにおける、温度の高い方の組電池ブロックの冷却手段の制御マップを、冷却能力の高い制御マップに変更するのが効果的である。
【００１６】
また、最高の冷却能力の制御マップに基づいて任意の又は他の組電池ブロックにおける、温度の高い方の組電池ブロックを冷却しても任意の組電池ブロックと他の組電池ブロックとの間の温度差が闘値を越えたときに異常として検出するように構成すると、各組電池ブロックの温度ばらつきを小さくして劣化速度を均等にしながら、それが出来ないような異常を適切に検出することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の組電池システムにおける冷却制御と異常検出の方法及び装置の一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
【００２３】
図１において、１０は組電池システムで、複数の単電池を直列接続した４つの組電池ブロック１ａ〜１ｄを備えており、組電池ブロック１ａと１ｃ、及び１ｂと１ｄをそれぞれ直列接続したものを並列に接続して構成されている。各組電池ブロック１ａ〜１ｄは、例えば６個の単電池を直列接続した電池モジュールを２０〜３０個並列配置して直列接続して構成されている。そして、各組電池ブロック１ａ〜１ｄには、それぞれを冷却する冷却手段としての冷却ファン２ａ〜２ｄが配設されている。
【００２４】
各組電池ブロック１ａ〜１ｄに対応して、それぞれに装着した各種センサ（図示せず）からの出力信号にて組電池ブロック１ａ〜１ｄの温度や電圧や電流を検出する温度・電圧・電流検出部３ａ〜３ｄが設けられている。各温度・電圧・電流検出部３ａ〜３ｄの検出結果は制御部４に入力され、その検出結果に応じて各々の組電池ブロック１ａ〜１ｄの各種制御や警告などを行うとともに、冷却ファン２ａ〜２ｄの作動制御を行うように構成されている。５ａ、５ｂは組電池システム１０の出力端子である。
【００２５】
次に、以上の構成における制御部４による冷却制御及び異常検出動作について、図２〜図４を参照して説明する。
【００２６】
制御部４は、入力された電圧と電流値などから各組電池ブロック１ａ〜１ｄのＳＯＣ（State Of Charge:充電容量）を演算してその容量差を算出している。また入力された各組電池ブロック１ａ〜１ｄの温度を読みだし、それらの温度差を算出している。
【００２７】
また、制御部４には、図３に示すように、冷却モードとして、通常時におけるモード１と容量ばらつきがある場合のモード２が設定されており、モード１では温度の高低に応じて流量を大と小の間で大きく変化させるのに対して、モード２では温度の高低に対して流量を中〜小の範囲で小さく変化させるように設定されている。
【００２８】
また、制御部４には、図４に示すように、温度に対する風量の変化を規定する複数段階のマップ１〜マップ４が別に設定されている。最初は最も風量の少ない、即ち冷却能力の小さい第１段階のマップ１が選択されており、順次風量の大きい第２〜第４段階のマップ２〜４に変更される。また、制御部４から冷却ファン２ａ〜２ｄに出力される実際の風量データは、上記冷却モード１、２とこのマップ１〜４の両者の積によって規定されたものとなる。
【００２９】
そして、図２のフロー図に基づいて各冷却ファン２ａ〜２ｄの作動及び異常報知の制御を所定時間間隔毎に繰り返し行っており、以下順次説明する。
【００３０】
まず、ステップ＃１で、各組電池ブロック１ａ〜１ｄ間の容量（ＳＯＣ）差が所定の闘値Ａ以上であるかを判定し、闘値Ａより小さい場合はステップ＃３に移行して冷却モードをモード１に設定する。一方、闘値Ａ以上の場合はステップ＃２で電池温度が、それ以上の高温になるのは好ましくない温度として設定したＴ℃（例えば、５０℃）より低いか否かを判定し、Ｔ℃以上の場合はステップ＃３に移行して冷却モードをモード１に設定し、Ｔ℃より低い場合はステップ＃４に移行して冷却モードをモード２に設定する。
【００３１】
次に、ステップ＃５で、各組電池ブロック１ａ〜１ｄについて、最も温度が低い基準となる組電池ブロックとの間の温度差が所定の闘値ｔ℃以上であるかを判定し、闘値ｔ℃より低い場合ステップ＃６に移行してマップの変更は行わず、冷却ファン２ａ〜２ｄの作動制御を継続する。一方、闘値ｔ℃以上になっていると、現在採用しているマップの番号をチェックし、既に最大風量の最終のマップ４になっている場合はステップ＃９に移行して当該組電池ブロックの温度が冷却制御不可能な高温になる恐れがあるとして異常報知を行う。逆に、最終のマップ４になっていない場合は、ステップ＃８に移行して当該組電池ブロックの冷却ファンの制御マップを流量が１段階上のマップに変更し、冷却ファン２ａ〜２ｄの作動制御を継続する。
【００３２】
以上の制御動作を繰り返すことによって、各組電池ブロック１ａ〜１ｄ間のＳＯＣのばらつきを抑制して充電効率を向上でき、また各組電池ブロック１ａ〜１ｄ間の温度のばらつきを小さくし、劣化速度を均等にして組電池システム１０の全体の寿命を向上できる。
【００３３】
また、任意の組電池ブロックと他の組電池ブロックとの間の温度差が闘値を越えたときに異常報知するので、組電池ブロック１ａ〜１ｄ間の温度差のみを検出すればよいため、従来のように推定温度を計算するための計算用メモリやプログラムが不要となり、かつ誤差の生じやすい推定値を用いないので、安価に精度よく異常を検出することができる。
【００３４】
上記実施形態では、ステップ＃１〜＃４で、ＳＯＣの差が所定の闘値を越えると冷却モードを変更するとともに、ステップ＃５〜＃８で、組電池ブロック間の温度差が所定の闘値を越えると冷却制御マップを変更するという制御動作を所定時間間隔ごとに繰り返す例を示したが、組電池ブロックの温度差を小さくし、劣化速度の均一化と全体の寿命の向上を優先する場合には、図５に示すように、温度差が所定の闘値を越えなくなるまでステップ＃５〜＃８を繰り返すような制御を行うようにすればよい。
【００３５】
また、上記実施形態では組電池ブロック間のＳＯＣのばらつきを少なくする制御と、組電池ブロック間の温度差が小さくなる制御を統括して行う例を示したが、ＳＯＣのばらつきを少なくする制御と温度差を小さくする制御をそれぞれ単独で行っても良いことは言うまでもない。また、組電池システムの使用条件、使用状態、その他の各種条件によって選択的に何れかの制御を行うようにすることもできる。
【００３６】
また、上記実施形態の説明では４つの組電池ブロック１ａ〜１ｄを２つづつ直列接続したものを並列に接続した例を示したが、組電池ブロックの数は複数であれば任意で良く、接続方式も直列、並列、又は並列と直列の任意の組み合わせを採用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の組電池システムにおける制御方法及び装置によれば、各組電池ブロック毎に複数の制御マップから選択された任意の制御マップに基づいて当該組電池ブロックを冷却するとともに、任意の組電池ブロックと他の組電池ブロックとの間の温度差が闘値を越えたときに任意の又は他の組電池ブロックを冷却する制御マップを変更し、各組電池ブロックの温度差を闘値以下に制御するようにしたので、各組電池ブロック間の温度のばらつきを小さくし、劣化速度を均等にして全体の寿命を向上できる。
【００４０】
また、任意の組電池ブロックと他の組電池ブロックとの間の温度差が闘値を越えたときにその組電池ブロックを冷却する制御マップを変更して冷却し、最高の冷却能力の制御マップに基づいて冷却しても温度差が闘値を越えたときに異常として検出するようにすると、各組電池ブロックの温度ばらつきを小さくして劣化速度を均等にしながら、それが出来ないような異常を適切に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の組電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】同実施形態の制御部における制御フロー図である。
【図３】同実施形態における容量ばらつきによる冷却モードの説明図である。
【図４】同実施形態における温度差に応じて選択される温度と風量の制御マップの説明図である。
【図５】同実施形態の制御部における他の制御フロー図である。
【図６】従来例の組電池システムを示し、（ａ）は概略構成を示すブロック図、（ｂ）は冷却制御における温度と風量の制御マップの説明図である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｄ  組電池ブロック
２ａ〜２ｄ  冷却ファン（冷却手段）
３ａ〜３ｄ  温度・電圧・電流検出部（温度検出手段及びＳＯＣ検出手段）
４  制御部（制御手段）
１０  組電池システム
【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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