(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
組電池を構成する複数のセル間の容量調整を行う装置において、
各セルの電圧を検出するセル電圧検出手段と、
前記セル電圧検出手段によって検出された各セルの開放電圧に基づいて、セルごとに必要な容量調整量を算出する容量調整量算出手段と、
前記容量調整量算出手段によって算出された容量調整量に基づいて、セルごとに放電を行う放電制御手段と、
前記放電制御手段による放電時に、各セルの放電量を算出する放電量算出手段と、
セルごとに、前記セル電圧検出手段によって異なるタイミングで検出された複数のセル電圧に基づいて、時間平均電圧を算出する平均電圧算出手段と、
前記平均電圧算出手段によって算出された時間平均電圧、および、各セルの放電時の放電抵抗に基づいて、セルごとに、放電時の放電電流を算出する放電電流算出手段と、を備え、
前記放電量算出手段は、前記放電電流算出手段によって算出された放電電流を積算することによって、各セルの放電量を算出し、
前記放電制御手段は、前記放電量算出手段によって算出された放電量が前記容量調整量算出手段によって算出された容量調整量と一致するまで、各セルの放電を行うことを特徴とする組電池の容量調整装置。
【請求項２】
請求項１に記載の組電池の容量調整装置において、
前記平均電圧算出手段は、前記セル電圧検出手段によって所定時間ごとに検出された複数のセル電圧に基づいて、セルごとの時間平均電圧を算出することを特徴とする組電池の容量調整装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の組電池の容量調整装置において、
前記平均電圧算出手段は、容量調整を行っているセル数が変化しない状態で前記セル電圧検出手段によって異なるタイミングで検出された複数のセル電圧に基づいて、時間平均電圧を算出することを特徴とする組電池の容量調整装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の組電池の容量調整装置において、
組電池の充電および放電の切り替わりを検出する充放電切替検出手段をさらに備え、
前記平均電圧算出手段は、前記充放電切替検出手段によって、組電池の充電および放電の切り替わりが検出されると、前記セル電圧検出手段によって異なるタイミングで検出された複数のセル電圧のうち、充電および放電が切り替わってから所定時間内に検出されたセル電圧を除外して、前記時間平均電圧を算出することを特徴とする組電池の容量調整装置。
【請求項５】
請求項４に記載の組電池の容量調整装置において、
組電池の充放電電流を検出する電流検出手段と、
前記充放電切替検出手段によって、充電から放電への切り替わりが検出される前に前記電流検出手段によって検出された充電電流値に基づいて、前記所定時間を決定する所定時間決定手段とをさらに備えることを特徴とする組電池の容量調整装置。
【請求項６】
請求項５に記載の組電池の容量調整装置において、
前記所定時間決定手段は、前記電流検出手段によって検出された充電電流値が大きいほど、前記所定時間を長くすることを特徴とする組電池の容量調整装置。
【請求項７】
請求項４に記載の組電池の容量調整装置において、
組電池の充放電電流を検出する電流検出手段と、
前記充放電切替検出手段によって、放電から充電への切り替わりが検出される前に前記電流検出手段によって検出された放電電流値に基づいて、前記所定時間を決定する所定時間決定手段とをさらに備えることを特徴とする組電池の容量調整装置。
【請求項８】
請求項７に記載の組電池の容量調整装置において、
前記所定時間決定手段は、前記電流検出手段によって検出された放電電流値が大きいほど、前記所定時間を長くすることを特徴とする組電池の容量調整装置。
【請求項９】
組電池を構成する複数のセル間の容量調整を行う装置において、
各セルの電圧を検出するセル電圧検出手段と、
前記セル電圧検出手段によって検出された各セルの開放電圧に基づいて、セルごとに必要な容量調整量を算出する容量調整量算出手段と、
前記容量調整量算出手段によって算出された容量調整量に基づいて、セルごとに放電を行う放電制御手段と、
前記放電制御手段による放電時に、各セルの放電量を算出する放電量算出手段と、
組電池の総電圧を検出する総電圧検出手段と、
前記総電圧検出手段によって異なるタイミングで検出された複数の総電圧に基づいて、セルの時間平均電圧を算出する平均電圧算出手段と、
前記平均電圧算出手段によって算出された時間平均電圧、および、各セルの放電を行う際の放電抵抗に基づいて、セルごとに、放電時の放電電流を算出する放電電流算出手段と、を備え、
前記放電量算出手段は、前記放電電流算出手段によって算出された放電電流を積算することによって、各セルの放電量を算出し、
前記放電制御手段は、前記放電量算出手段によって算出された放電量が前記容量調整量算出手段によって算出された容量調整量と一致するまで、各セルの放電を行うことを特徴とする組電池の容量調整装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の組電池の容量調整装置において、
前記平均電圧算出手段は、前記総電圧検出手段によって所定時間ごとに検出された複数の総電圧に基づいて、各セルの時間平均電圧を算出することを特徴とする組電池の容量調整装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の組電池の容量調整装置において、
前記平均電圧算出手段によって算出された時間平均電圧が所定の下限値以下の場合には、算出した時間平均電圧を所定の電圧値に置き換える電圧置換手段をさらに備え、
前記放電電流算出手段は、前記電圧置換手段によって置き換えられた所定の電圧値、および、各セルの放電時の放電抵抗に基づいて、セルごとに、放電時の放電電流を算出することを特徴とする組電池の容量調整装置。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれかに記載の組電池の容量調整装置において、
前記平均電圧算出手段によって算出された時間平均電圧が所定の上限値以上の場合には、算出した時間平均電圧を所定の電圧値に置き換える電圧置換手段をさらに備え、
前記放電電流算出手段は、前記電圧置換手段によって置き換えられた所定の電圧値、および、各セルの放電時の放電抵抗に基づいて、セルごとに、放電時の放電電流を算出することを特徴とする組電池の容量調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組電池を構成する複数のセル間の容量調整を行う装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各セルごとに容量調整量を算出し、算出した容量調整量に基づいて放電時間を求めて、求めた放電時間の分だけ、各セルごとに放電を行うことによって、セル間の容量調整を行う技術が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３２２９２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、容量調整時のバイパス電流は変動するため、従来の技術では、バイパス調整量に基づいて求めた放電時間分だけ放電を行った後でも、セル間の容量が均一にならない場合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による組電池の容量調整装置は、各セルの開放電圧に基づいて、各セルごとに必要な容量調整量を算出して、各セルごとに放電を行うものであって、各セルの容量調整時に放電量を算出し、算出した放電量が容量調整量と一致するまで、セルの放電を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明による組電池の容量調整装置によれば、各セルの容量調整時に放電量を算出し、算出した放電量が容量調整量と一致するまで、セルの放電を行うので、容量調整時に放電電流が変動しても、容量調整後の各セルの容量を均一にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
−第１の実施の形態−
図１は、第１の実施の形態における組電池の容量調整装置の構成を示す図である。この組電池の容量調整装置は、例えば、ハイブリッド自動車に搭載されて使用される。組電池１００は、例えば、リチウムイオン電池であり、充放電可能なｎ（ｎ：自然数）個のセルＣ１〜Ｃｎを直列に接続して構成されている。各セルＣ１〜Ｃｎは４個ずつにまとめられて、モジュールＭ１，Ｍ２，…，Ｍｔを構成する。総電圧センサ１０は、組電池１００の総電圧を検出する。電流センサ２０は、組電池１００の充放電電流を検出する。
【０００８】
セルコントローラＣＣ１，ＣＣ２，…，ＣＣｔは、対応するモジュールＭ１，Ｍ２，…，Ｍｔごとに、セルを管理する。例えば、セルコントローラＣＣ１は、モジュールＭ１に含まれる４個のセルＣ１〜Ｃ４の充放電を制御する。
【０００９】
バッテリコントローラ３０は、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔを制御して、組電池１００を管理する。また、バッテリコントローラ３０は、送信端子ＳＤと受信端子ＲＤを介して、シリアル通信により、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔと通信を行う。
【００１０】
図２は、セルコントローラの詳細な回路構成を示す図である。ここでは、セルコントローラＣＣ１を取り上げて説明するが、他のセルコントローラＣＣ２〜ＣＣｔも、同じ回路構成となっている。セルコントローラＣＣ１は、ＩＣ１１と、Ａ／Ｄコンバータ１２と、インタフェース（ＩＦ）１３と、抵抗器Ｒ１〜Ｒ４と、スイッチＳ１〜Ｓ４とを備えている。
【００１１】
Ａ／Ｄコンバータ１２は、各セルＣ１〜Ｃ４の端子間電圧をデジタル信号に変換して、ＩＣ１１に送信する。インタフェース１３は、シリアル通信により、バッテリコントローラ３０と通信を行う。なお、インタフェース１３とＩＣ１１との間は、フォトカプラ１４により絶縁されている。また、組電池１００の内部回路は、最大４００Ｖ程度の高電圧であり、Ａ／Ｄコンバータ１２への電圧検出回路の配線や、抵抗器Ｒ１〜Ｒ４およびスイッチＳ１〜Ｓ４から構成される容量調整回路は、セルコントローラＣＣ１に内蔵し、高電圧回路の引き回しを避ける。
【００１２】
各セルＣ１〜Ｃ４にはそれぞれ、抵抗器とスイッチの直列回路が並列に接続される。抵抗器とスイッチからなる直列回路は、それぞれのセルの容量調整回路であり、例えば、抵抗器Ｒ１およびスイッチＳ１からなる直列回路は、セルＣ１の容量調整回路を構成する。各抵抗器Ｒ１〜Ｒ４を介して、各セルＣ１〜Ｃ４の充電電荷を放電することによって、各セルの充電容量を調整することができる。スイッチＳ１〜Ｓ４はそれぞれ、ＩＣ１１により開閉が制御される。例えば、スイッチＳ１が閉じられると、抵抗器Ｒ１を介してセルＣ１が放電する。
【００１３】
なお、各抵抗器Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値は同一であり、例えば、２００Ωとする。各セルの容量調整量（放電量）は、対応して設けられているスイッチＳ１〜Ｓ４の閉路時間に依存し、スイッチの開閉時間をコントロールすることにより、容量調整量を制御する。容量調整量は、例えばリチウムイオン電池の場合、組電池１００の定格容量の例えば０．１％以下程度で、セル間充電量のばらつきの拡大を十分に抑制できる。
【００１４】
ここで、各セルＣ１〜Ｃｎの開放電圧Ｖｃ１〜Ｖｃｎの検出方法について説明する。各セルＣ１〜Ｃｎの開放電圧Ｖｃ１〜Ｖｃｎは、セルコントローラのＡ／Ｄコンバータにより検出され、ディジタル信号に変換された後、セルコントローラＣＣのＩＣに送られ、さらにインタフェースＩＦを介して、バッテリコントローラ３０に送られる。
【００１５】
セル開放電圧Ｖｃ１〜Ｖｃｎの検出タイミングは、（Ｉ）組電池１００の放電開始直前、（ＩＩ）満充電終了直前の電流減衰域、（ＩＩＩ）放電中、などが考えられる。
（Ｉ）放電開始直前のタイミングでは、開放電圧を検出することができるが、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔにおける電圧検出動作と、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔからバッテリコントローラ３０への検出結果の送信動作とが行なわれている間は、組電池１００から負荷への放電を待たなければならないため、高速のＡ／Ｄ変換と通信速度が要求される。しかし、検出タイミングに制限は少ない。
（ＩＩ）満充電終了直前の電流減衰域では、充電電流が小さくなっているので各セルの内部抵抗による電圧降下が小さく、開放電圧に近い電圧を検出できる。充電時であるから、高速のＡ／Ｄ変換と通信を行なう必要はないが、検出タイミングが充電終了時に限定される。
（ＩＩＩ）放電中は、各セルの放電電圧Ｖｃ１〜Ｖｃｎと放電電流Ｉを測定してセルごとの電圧−電流特性（Ｖ＝Ｅ−ＩＲ）を直線回帰し、セルの開放電圧Ｅを推定することができる。しかし、各セルごとに演算を行うため、演算負荷が増大する。
【００１６】
なお、開放電圧Ｖｃ１〜Ｖｃｎの検出中にスイッチＳ１〜Ｓｎを閉じて抵抗器Ｒ１〜Ｒｎによるセルの放電を行なうと、開放電圧Ｖｃの測定誤差が大きくなるので、開放電圧の検出中は、スイッチＳ１〜Ｓｎの閉路を禁止する。
【００１７】
各セルコントローラーＣＣ１〜ＣＣｔは、各セルの開放電圧Ｖｃ１〜Ｖｃｎを検出して、インタフェースＩＦを介して、バッテリコントローラ３０に送る。バッテリコントローラ３０は、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔから取得した開放電圧Ｖｃ１〜Ｖｃｎのうち、最小セル電圧を容量調整目標電圧Ｖｖに設定するとともに、各セルの電圧を容量調整目標電圧Ｖｖの値にそろえるために必要なバイパス調整量（容量調整量）Ｃｃｔ１〜Ｃｃｔｎを求める。
【００１８】
図３は、各セルの開放電圧Ｖｃ１〜Ｖｃｎおよび容量調整目標電圧Ｖｖから、バイパス調整量Ｃｃｔ１〜Ｃｃｔｎを求めるための図である。例えば、セルの開放電圧が3.45Ｖであり、容量調整目標電圧Ｖｖが3.25Ｖの場合には、バイパス調整量は、0.6（＝1.6−1.0）Ａｈとなる。バッテリコントローラ３０は、図３に示すデータを、図示しないメモリに予め格納しておく。
【００１９】
第１の実施の形態における組電池の容量調整装置では、所定周期ΔＴごとに、容量調整時の放電量を算出し、算出した放電量がセルの開放電圧に基づいて求めたバイパス調整量Ｃｃｔ１〜Ｃｃｔｎと一致するまで、各セルＣ１〜Ｃｎに対応して設けられているスイッチＳ１〜Ｓｎをオンして、バイパス調整電流を流す。ここでは、セルの開放電圧に基づいて求めたバイパス調整量Ｃｃｔ１〜Ｃｃｔｎから、放電量を減算する処理を繰り返し行い、減算後のバイパス調整量Ｃｃｔ１〜Ｃｃｔｎが０になるまで、セルの放電を行う。バイパス調整量Ｃｃｔ１〜Ｃｃｔｎを減算する処理は、バッテリコントローラ３０によって行われる。
【００２０】
例えば、セルＣｎのバイパス調整量Ｃｃｔｎは、次式（１）により求める。なお、式（１）において、平均バイパス電流値にバイパス時間（放電時間）を乗じた値は、容量調整時の放電量となる。
Ｃｃｔｎ＝Ｃｃｔｎ−平均バイパス電流Ｉｎ×バイパス時間            （１）
ただし、平均バイパス電流Ｉｎは、セルＣｎの容量調整時（放電時）に流れるバイパス電流であり、セルＣｎの時間平均電圧Ｖcan、および、セルＣｎに対応して設けられている抵抗器Ｒｎの抵抗値Ｒに基づいて、次式（２）により求めることができる。
Ｉｎ＝Ｖcan／Ｒ                （２）
【００２１】
各セルの時間平均電圧を求める方法について説明する。バッテリコントローラ３０は、容量調整中に、各セルの電圧を所定周期ΔＴごとに取得することにより、各セルの時間平均電圧を求める。例えば、所定周期ΔＴごとに検出されるセルＣｎの電圧をそれぞれ、Ｖｃｎ_smp1，Ｖｃｎ_smp2，…，Ｖｃｎ_smpk（ｋはサンプリング数）とすると、セルＣｎの時間平均電圧Ｖcanは、次式（３）により求められる。
Ｖcan＝（Ｖｃｎ_smp1＋Ｖｃｎ_smp2＋…＋Ｖｃｎ_smpk）／ｋ        （３）
【００２２】
上式（３）による時間平均電圧の演算は、全てのセルＣ１〜Ｃｎに対して、所定周期ΔＴごとに行う。また、バッテリコントローラ３０は、演算した各セルの時間平均電圧Ｖca1〜Ｖcanに基づいて、異常判定を行う。ここでは、次式（４）の関係を満たす場合に、異常は発生しておらず、式（４）の関係を満たしていない場合に、サンプリングの失敗、電圧検出時の累積誤差、電圧検出誤差等の理由により、時間平均電圧の値が異常であると判定する。ただし、Ｖminは所定の下限値であり、Ｖmaxは所定の上限値である。
Ｖmin＜Ｖca1，Ｖca2，…，Ｖcan＜Ｖmax                      （４）
【００２３】
時間平均電圧Ｖca1〜Ｖcanが式（４）の関係を満たしておらず、値が異常であると判定された場合には、異常と判定された時間平均電圧の値を、所定値に置き換える。所定値は、充放電制御を行う際の平均的な電圧値とし、例えば、セルのＳＯＣが５０％の時の電圧値とする。
【００２４】
図４は、第１の実施の形態における組電池の容量調整装置で行われる処理内容を示すフローチャートである。ステップＳ１〜ステップＳ４の処理は、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔによって行われる処理であり、ステップＳ１０〜ステップＳ１００の処理は、バッテリコントローラ３０によって行われる処理である。システムの電源が投入すると、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔは、ステップＳ１の処理を開始する。
【００２５】
ステップＳ１において、各セルコントローラＣＣ１〜Ｃｃｔは、各セルＣ１〜Ｃｎの開放電圧Ｖｃ１〜Ｖｃｎを検出して、ステップＳ２に進む。ステップＳ２では、ステップＳ１で検出した各セルの開放電圧Ｖｃ１〜Ｖｃｎをバッテリコントローラ３０に送信する。
【００２６】
ステップＳ１０において、バッテリコントローラ３０は、全てのセルＣ１〜Ｃｎの開放電圧Ｖｃ１〜Ｖｃｎを受信したか否かを判定する。全てのセルの開放電圧Ｖｃ１〜Ｖｃｎを受信していないと判定するとステップＳ１０で待機し、全てのセルの開放電圧Ｖｃ１〜Ｖｃｎを受信したと判定すると、ステップＳ２０に進む。
【００２７】
ステップＳ２０では、ステップＳ１０で受信した全セルの開放電圧Ｖｃ１〜Ｖｃｎのうち、最小セル電圧を容量調整目標電圧Ｖｖに設定して、ステップＳ３０に進む。ステップＳ３０では、各セルの開放電圧Ｖｃ１〜Ｖｃｎおよび容量調整目標電圧Ｖｖと、図示しないメモリに格納しているバイパス調整量（容量調整量）に関するデータ（図３参照）とに基づいて、各セルの電圧を容量調整目標電圧Ｖｖにそろえるために必要なバイパス調整量Ｃｃｔ１〜Ｃｃｔｎを求める。
【００２８】
ステップＳ３０に続くステップＳ４０では、各セルの時間平均電圧Ｖca1〜Ｖcanを求める。上述したように、所定周期Δｔごとに検出されたセル電圧に基づいて、各セルごとに、時間平均電圧を求める。各セルごとの時間平均電圧を求めると、ステップＳ５０に進む。ステップＳ５０では、ステップＳ４０で求めた時間平均電圧Ｖca1〜Ｖcanに異常が発生していないか否かを判定する。上述したように、時間平均電圧が所定の下限値Ｖminより大きく、かつ、所定の上限値Ｖmaxより小さければ、時間平均電圧の値は正常であると判定し、所定の下限値Ｖmin以下、または、所定の上限値Ｖmax以上の場合には、時間平均電圧の値は異常であると判定する。時間平均電圧の値が異常であると判定するとステップＳ６０に進み、正常であると判定するとステップＳ７０に進む。
【００２９】
ステップＳ６０では、異常と判定された時間平均電圧の値を、所定値に置き換えて、ステップＳ７０に進む。ステップＳ７０では、各セルのバイパス調整量Ｃｃｔ１〜Ｃｃｔｎが０より大きいか否かを判定する。バイパス調整量が０より大きいと判定するとステップＳ８０に進み、０以下であると判定すると、ステップＳ９０に進む。ステップＳ８０では、バイパス調整量が０より大きいと判定されたセルに対応して設けられているスイッチをオンさせる信号を、該当セルを管理しているセルコントローラに送信する。一方、ステップＳ９０では、バイパス調整量が０以下であると判定されたセルに対応して設けられているスイッチをオフさせる信号を、該当セルを管理しているセルコントローラに送信する。
【００３０】
ステップＳ３において、セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔは、バッテリコントローラ３０から、スイッチＳ１〜Ｓｎをオン／オフさせるための信号を受信したか否かを判定する。スイッチＳ１〜Ｓｎをオン／オフさせるための信号を受信していないと判定するとステップＳ３で待機し、受信したと判定すると、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、受信した信号に基づいて、スイッチＳ１〜Ｓｎをオン／オフさせる。例えば、セルコントローラＣＣ１がスイッチＳ２をオンさせるための信号を受信すると、スイッチＳ２をオンさせることにより、セルＣ２の放電を行う。
【００３１】
バッテリコントローラ３０は、ステップＳ８０またはステップＳ９０の処理を行うと、ステップＳ１００に進む。ステップＳ１００では、全てのセルＣ１〜Ｃｎのバイパス調整量が０になったか否かを判定する。全てのセルのバイパス調整量が０であると判定すると、セル間の容量調整処理を終了する。一方、少なくともいずれか１つのバイパス調整量が０ではないと判定すると、ステップＳ３０に戻って、バイパス調整量を演算する処理を行う。ステップＳ１００からステップＳ３０に戻った場合には、上式（１）により、バイパス調整量を求める。以後、全てのセルのバイパス調整量が０になるまで、ステップＳ３０からステップＳ１００までの処理が繰り返し行われる。
【００３２】
図５（ａ）は、容量調整が行われる前の各セルの電圧を示す図、図５（ｂ）は、第１の実施の形態における組電池の容量調整装置によって、容量調整が行われた後の各セルの電圧を示す図である。図５（ｂ）に示すように、各セルの開放電圧および容量調整目標電圧Ｖｖに基づいて算出するバイパス調整量と、容量調整時の放電量とが一致するまで、各セルの放電を行うことにより、容量調整後のセル電圧を均一にすることができる。
【００３３】
第１の実施の形態における組電池の容量調整装置によれば、各セルの開放電圧に基づいて、各セルごとに必要な容量調整量を算出し、算出した容量調整量に基づいて、各セルごとに放電を行う。この時、各セルごとに放電量を算出し、算出する放電量が容量調整量と一致するまで、セルごとの放電を行う。これにより、容量調整時（放電時）にバイパス電流が変動しても、各セルの容量を均一にすることができる。
【００３４】
特に、第１の実施の形態における組電池の容量調整装置によれば、各セルごとに異なるタイミングで検出された複数のセル電圧に基づいて求められる時間平均セル電圧、および、各セルの放電を行う際の放電抵抗に基づいて、各セルごとに、放電時の放電電流を算出し、算出した放電電流を積算することによって、各セルの放電量を算出する。各セルごとに異なるタイミングで検出された複数のセル電圧に基づいて、セルの時間平均電圧を算出することにより、セル電圧が変動する場合でも、放電量を精度良く算出することができる。
【００３５】
第１の実施の形態における組電池の容量調整装置によれば、異なるタイミングで複数検出されたセル電圧に基づいて求められる時間平均セル電圧が所定の下限値Ｖmin以下の場合には、算出した時間平均電圧を所定の電圧値に置き換えてから、放電時の放電電流を算出する。同様に、異なるタイミングで複数検出されたセル電圧に基づいて求められる時間平均セル電圧が所定の上限値Ｖmax以上の場合には、算出した時間平均電圧を所定の電圧値に置き換えてから、放電時の放電電流を算出する。これにより、サンプリングの失敗、電圧検出時の累積誤差、電圧検出誤差等の理由によって、時間平均電圧の値が異常な値となる場合に、異常な値に基づいて、誤った放電量が算出されてしまうのを防ぐことができる。
【００３６】
−第２の実施の形態−
第１の実施の形態における組電池の容量調整装置では、異なるタイミングで複数検出されたセル電圧に基づいて、セルの時間平均電圧を算出し、算出した時間平均電圧および放電時の放電抵抗に基づいて、放電電流を算出することによって、容量調整時の放電量を算出した。第２の実施の形態における組電池の容量調整装置では、各セルの電圧を検出する代わりに、異なるタイミングにおいて、組電池１００の総電圧を複数検出し、検出した複数の電圧値に基づいて、各セルの時間平均電圧を算出する。
【００３７】
第２の実施の形態における組電池の容量調整装置において、バッテリコントローラ３０は、容量調整中に、総電圧センサ１０によって検出される組電池１００の総電圧を所定周期ΔＴごとに取得して、セルの時間平均電圧を求める。例えば、所定周期ΔＴごとに検出される組電池１００の総電圧をそれぞれ、Ｖsum_smp1，Ｖsum_smp2，…，Ｖsum_smpkとすると、セルの時間平均電圧Ｖcanは、次式（５）により求められる。
Ｖcan＝（Ｖsum_smp1＋Ｖsum_smp2＋…＋Ｖsum_smpk）／ｎ／ｋ        （５）
ただし、ｎは組電池１００を構成するセル数であり、ｋは総電圧のサンプリング数である。
【００３８】
各セルごとの電圧を検出することによって、各セルの時間平均電圧を算出する方法に比べると、組電池１００の総電圧に基づいて、セルの時間平均電圧を求める方法では、各セルの時間平均電圧を算出する精度が低くなる。しかし、各セルの電圧バラツキは非常に小さい値であるため、セル間の電圧差はバイパス電流の大きさにほとんど影響を与えない。例えば、セル間の電圧差の最大値が１００ｍＶ、各セルに対応して設けられている抵抗器Ｒ１〜Ｒｎの抵抗値Ｒが２００Ωの場合の最大電圧セルと最小電圧セルのバイパス電流差は、０．５ｍＡ（＝１００／２００）となる。
【００３９】
第２の実施の形態における組電池の容量調整装置では、容量調整時の放電量を算出する際に用いるセルの時間平均電圧を、組電池１００の総電圧に基づいて算出するので、セルの時間平均電圧を算出する際の演算負荷を低減させることができる。
【００４０】
−第３の実施の形態−
第１の実施の形態における組電池の容量調整装置では、所定周期ΔＴごとに、各セルの電圧を検出し、検出した複数の電圧に基づいて、セルの時間平均電圧を算出して、放電時の放電量を求めた。しかし、各セルごとに容量調整を行っている際に、あるセルの放電量がバイパス調整量に達して、容量調整が終了すると、容量調整が終了したセルと隣接しているセルの電圧検出値が変動する。このことを図６を用いて説明する。
【００４１】
図６において、各セルＣ１〜ＣｎとセルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔとの間を結ぶ接続線上には、ノイズやサージを抑制するためのフィルタＦ１〜Ｆｎが設けられている。これらのフィルタＦ１〜Ｆｎには、抵抗成分が含まれている。例えば、フィルタＦ３の抵抗成分をＲf3とし、セルＣ２からバイパス電流ｉ２を流して、セルＣ２の容量調整を行っているもとの仮定すると、セルＣ２の容量調整が終了すると、セルＣ３の端子間電圧は、Ｒf3×ｉ２だけ変動する。
【００４２】
従って、第３の実施の形態における組電池の容量調整装置では、容量調整を行っているセルの数が変動しない状態で検出された複数のセル電圧を用いて、セルの時間平均電圧を算出する。これにより、セルの時間平均電圧の算出精度を向上させることができるので、容量調整時の放電量の算出精度も向上させることができる。なお、バッテリコントローラ３０は、式（１）に基づいて、各セルのバイパス調整量Ｃｃｔ１〜Ｃｃｔｎを演算しているので、バイパス調整量Ｃｃｔ１〜Ｃｃｔｎに基づいて、容量調整セル数が変化するタイミングを把握する。
【００４３】
図７は、所定周期（サンプリング周期）ΔＴごとに検出されるセル電圧のうち、セルの時間平均電圧を算出するために用いるセル電圧の演算適用範囲を示す図である。図７では、時刻Ｔ１およびＴ２において、容量調整を行っているセル数が変化している。従って、セルの時間平均電圧を算出する際は、容量調整を行っているセル数が変動しない時刻Ｔ１からＴ２の間に検出されたセル電圧を用いる。すなわち、各サンプル時刻Ｔsmp2，Ｔsmp3，…，Ｔsmp8において検出されたセル電圧を用いて、セルの時間平均電圧を算出する。また、時刻Ｔ２において、容量調整を行っているセル数が変わっているので、時刻Ｔ２から、次に容量調整セル数が変わる時刻までの間に検出されたセル電圧を用いて、時間平均電圧を算出する。
【００４４】
第３の実施の形態における組電池の容量調整装置によれば、容量調整を行っているセル数が変化しない状態で検出された複数のセル電圧に基づいて、セルの時間平均電圧を算出するので、より正確な時間平均電圧を算出することができる。これにより、容量調整時の放電量の算出精度を向上させることができるので、容量調整精度をさらに向上させることができる。
【００４５】
−第４の実施の形態−
組電池１００を構成する各セルＣ１〜Ｃｎの容量調整は、組電池１００の充放電を行っている間も行うことができる。しかし、組電池１００の充電が行われている状態から放電が行われる状態に切り替わった直後は、放電電流の立ち上がり時間遅れに起因して、正確なセル電圧を検出することができない。また、組電池１００の放電が行われている状態から充電が行われる状態に切り替わった直後は、充電電流の立ち上がり時間遅れに起因して、正確なセル電圧を検出することができない。
【００４６】
従って、第４の実施の形態における組電池の容量調整装置では、組電池１００の充放電が切り替わってから、所定時間Ｔｖ内に検出されたセル電圧は除外して、他の複数のセル電圧に基づいて、セルの時間平均電圧を算出する。なお、組電池１００の充放電の切り替わりは、例えば、電流センサ２０によって検出される電流値に基づいて判断する。
【００４７】
ただし、充放電が切り替わった後の正確なセル電圧が検出できない期間は、充放電が切り換わる前の充放電電流値の大きさによって変化するため、ここでは、充放電が切り替わるタイミングを基準として、所定時間Ｔｘ前に検出された充放電電流値に基づいて、所定時間Ｔｖを変更する。以下では、所定時間Ｔｖを、サンプリング無視時間Ｔｖと呼ぶ。
【００４８】
図８は、組電池１００の充電が行われている状態から放電が行われる状態に切り替わったタイミングを基準として、所定時間Ｔｘ前に検出された充電電流値と、サンプリング無視時間Ｔｖとの関係を示す図である。図８に示すように、充電から放電に切り替わる前の充電電流値が大きいほど、サンプリング無視時間Ｔｖを大きくする。ここでは、図８に示すような、充電電流値とサンプリング無視時間Ｔｖとの対応関係を定めたデータを予め求めて、バッテリコントローラ３０内の図示しないメモリに格納しておく。
【００４９】
図９は、組電池１００の放電が行われている状態から充電が行われる状態に切り替わったタイミングを基準として、所定時間Ｔｘ前に検出された放電電流値と、サンプリング無視時間Ｔｖとの関係を示す図である。図９に示すように、放電から充電に切り替わる前の放電電流値が大きいほど、サンプリング無視時間Ｔｖを大きくする。ここでは、図８に示すような、放電電流値とサンプリング無視時間Ｔｖとの対応関係を定めたデータを予め求めて、バッテリコントローラ３０内の図示しないメモリに格納しておく。
【００５０】
図１０は、所定周期（サンプリング周期）ΔＴごとに検出されるセル電圧のうち、セルの時間平均電圧を算出するために用いるセル電圧の演算適用範囲を示す図である。時刻Ｔ３より前では、組電池１００の充電が行われているが、時刻Ｔ３以後では、放電が行われている。バッテリコントローラ３０は、時刻Ｔ３から所定時間Ｔｘ前に、電流センサ２０によって検出された充電電流値と、図示しないメモリに格納されている充電電流−サンプリング無視時間Ｔｖ（図８参照）のデータとに基づいて、サンプリング無視時間Ｔｖを決定する。そして、時刻Ｔ３から、決定したサンプリング無視時間Ｔｖ内に検出されたセル電圧値は、セルの時間平均電圧を算出する際に除外する。なお、図１０に示す例では、時刻Ｔ３からサンプリング無視時間Ｔｖ内に検出されたセル電圧値が存在していない。
【００５１】
図１０に示す時刻Ｔ３から時刻Ｔ４の間は、組電池１００の放電が行われているが、時刻Ｔ４以後では、充電が行われている。バッテリコントローラ３０は、時刻Ｔ４から所定時間Ｔｘ前に、電流センサ２０によって検出された放電電流値と、図示しないメモリに格納されている放電電流−サンプリング無視時間Ｔｖ（図９参照）のデータとに基づいて、サンプリング無視時間Ｔｖを決定する。そして、時刻Ｔ４から、決定したサンプリング無視時間Ｔｖ内に検出されたセル電圧値は、セルの時間平均電圧を算出する際に除外する。図１０に示す例では、時刻Ｔ４からサンプリング無視時間Ｔｖ内において、セル電圧が１回検出されているので、このセル電圧値を除外した他の複数のセル電圧値に基づいて、セルの時間平均電圧を算出する。
【００５２】
第４の実施の形態における組電池の容量調整装置によれば、異なるタイミングで検出された複数のセル電圧のうち、組電池１００の充電および放電が切り替わってから所定時間（サンプリング無視時間Ｔｖ）内に検出されたセル電圧を除外して、時間平均電圧を算出するので、各セルの時間平均電圧の算出精度を向上させることができる。これにより、各セルごとの放電電流、および、容量調整時の放電量の算出精度を向上させることができるので、容量調整精度をさらに向上させることができる。
【００５３】
第４の実施の形態における組電池の容量調整装置によれば、組電池１００が充電されている状態から放電される状態に切り替わると、切り替わる前の充電電流値に基づいて、サンプリング無視時間Ｔｖを決定する。特に、充電電流値が大きいほど、サンプリング無視時間Ｔｖを長くするので、値が正確ではないセル電圧値を確実に除外することができるとともに、値が正確なセル電圧値まで除外されてしまうのを防ぐことができる。同様に、組電池１００が放電されている状態から充電される状態に切り替わると、切り替わる前の放電電流値に基づいて、サンプリング無視時間Ｔｖを決定する。特に、放電電流値が大きいほど、サンプリング無視時間Ｔｖを長くするので、値が正確ではないセル電圧値を確実に除外することができるとともに、値が正確なセル電圧値まで除外されてしまうのを防ぐことができる。
【００５４】
本発明は、上述した各実施の形態に限定されることはない。例えば、第１〜第４の実施の形態では、各セルごとの時間平均電圧の演算や、バイパス調整量Ｃｃｔ１〜Ｃｃｔｎの演算をバッテリコントローラ３０が行ったが、セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔが行ってもよい。
【００５５】
容量調整目標電圧Ｖｖとして、各セルＣ１〜Ｃｎの開放電圧Ｖｃ１〜Ｖｃｎのうち、最小セル電圧を設定したが、最小セル電圧とは別の電圧値に設定してもよい。
【００５６】
上述した各実施の形態では、組電池の容量調整装置をハイブリッド自動車に適用した例を挙げて説明した。各セルＣ１〜Ｃｎの容量調整は、車両のキーオフ時にも行うことができるが、予め定められた時間ごとに、各種演算を行うと、キーオフ時のバッテリ消費電力が大きくなる。従って、回路にクロック生成回路を設けて、クロック生成回路で生成される動作クロック信号に基づいて、各種演算を行うようにし、車両のキーオフ時には、動作クロック信号の生成間隔を長くして、消費電力を低減させるようにしてもよい。図１１は、クロック生成回路５０で生成される動作クロック信号に基づいて、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔが動作する回路構成を示す図である。図１１に示す回路構成において、バッテリコントローラ３０は、車両のキーオフ時にクロック生成回路５０で生成される動作クロック信号の生成間隔を長くする。これにより、キーオフ時のバッテリ電力の低減を抑制することができる。図１２は、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔがクロック生成回路で生成する動作クロック信号の生成タイミングを制御する例である。この場合には、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔが、車両のキーオフ時にクロック生成回路で生成される動作クロック信号の生成間隔を長くすればよい。
【００５７】
第４の実施の形態における組電池の容量調整装置では、組電池１００の充放電が切り替わってから、サンプリング無視時間Ｔｖ内に検出されたセル電圧値は、セルの時間平均電圧を算出する際に除外した。この方法に対して、組電池１００の充放電が切り替わると、セル電圧の検出を中止し、サンプリング無視時間Ｔｖ経過後に、再び、セル電圧の検出処理を開始するようにしてもよい。この方法によれば、充放電が切り替わってから、サンプリング無視時間Ｔｖ内に、セル電圧が検出されることはないので、検出電圧の中から、特定の検出電圧値を除外する処理を省略することができる。図１３は、組電池１００の充放電が切り替わると、セル電圧の検出を中止し、サンプリング無視時間Ｔｖ経過後に、再び、セル電圧の検出処理を開始する様子を示す図である。
【００５８】
第４の実施の形態における組電池の容量調整装置では、充放電が切り替わる前に検出された充電電流値とサンプリング無視時間Ｔｖとの対応関係を定めたデータ（図８参照）、および、充放電が切り替わる前に検出された放電電流値とサンプリング無視時間Ｔｖとの対応関係を定めたデータ（図９参照）を予め用意して、バッテリコントローラ３０の図示しないメモリに格納するようにした。しかし、充放電電流値とサンプリング無視時間Ｔｖとの対応関係を定めたデータを１つだけ用意して、充電電流検出時と放電電流検出時とで併用することもできる。ただし、充電特性と放電特性とが異なる場合には、充電から放電に切り替わる際に用いるデータ、および、放電から充電に切り替わる際に用いるデータの２つのデータを用意しておくことが好ましい。
【００５９】
第３の実施の形態における組電池の容量調整装置では、容量調整を行っているセル数が変化しない状態で検出された複数のセル電圧に基づいて、セルの時間平均電圧を算出し、第４の実施の形態における組電池の容量調整装置では、組電池１００の充放電が切り替わってから所定時間内に検出されたセル電圧を除外して、時間平均電圧を算出した。これら第３および第４の実施の形態の特徴を組み合わせることもできる。すなわち、容量調整を行っているセル数が変化しない状態で検出された複数のセル電圧のうち、組電池１００の充放電が切り替わってから所定時間内に検出されたセル電圧を除外して、時間平均電圧を算出することができる。
【００６０】
組電池１００の一例として、リチウムイオン電池を挙げたが、本発明が組電池の種類によって限定されることはない。例えば、組電池は、ニッケル水素電池や、鉛酸電池であってもよい。
【００６１】
特許請求の範囲の構成要素と第１〜第４の実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔがセル電圧検出手段を、バッテリコントローラ３０が容量調整量算出手段、放電量算出手段、平均電圧算出手段、放電電流算出手段、充放電切替検出手段、所定時間決定手段、および、電圧置換手段を、セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔ、抵抗器Ｒ１〜Ｒｎ、および、スイッチＳ１〜Ｓｎが放電制御手段を、総電圧センサ１０が総電圧検出手段を、電流センサ２０が電流検出手段をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する上で、上記の実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係に何ら限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】第１の実施の形態における組電池の容量調整装置の構成を示す図
【図２】セルコントローラの詳細な回路構成を示す図
【図３】各セルの開放電圧および容量調整目標電圧から、バイパス調整量を求めるための図
【図４】第１の実施の形態における組電池の容量調整装置で行われる処理内容を示すフローチャート
【図５】図５（ａ）は、容量調整が行われる前の各セルの電圧を示す図、図５（ｂ）は、第１の実施の形態における組電池の容量調整装置によって、容量調整が行われた後の各セルの電圧を示す図
【図６】容量調整セル数の変化によって、セルの電圧検出値が変動することを説明するための図
【図７】所定周期ごとに検出されるセル電圧のうち、セルの時間平均電圧を算出するために用いるセル電圧の演算適用範囲を示す図
【図８】組電池の充電が行われている状態から放電が行われる状態に切り替わったタイミングを基準として、所定時間前に検出された充電電流値と、サンプリング無視時間との関係を示す図
【図９】組電池の放電が行われている状態から充電が行われる状態に切り替わったタイミングを基準として、所定時間前に検出された放電電流値と、サンプリング無視時間との関係を示す図
【図１０】所定周期ごとに検出されるセル電圧のうち、セルの時間平均電圧を算出するために用いるセル電圧の演算適用範囲を示す図
【図１１】バッテリコントローラからの指示に基づいてクロック生成回路で生成される動作クロック信号に基づいて、各セルコントローラが動作する回路構成を示す図
【図１２】セルコントローラからの指示に基づいてクロック生成回路で生成される動作クロック信号に基づいて、各セルコントローラが動作する回路構成を示す図
【図１３】組電池の充放電が切り替わると、セル電圧の検出を中止し、サンプリング無視時間経過後に、再び、セル電圧の検出処理を開始する様子を示す図
【符号の説明】
【００６３】
１０…総電圧センサ、１１…ＩＣ、１２…Ａ／Ｄコンバータ、１３…インタフェース、２０…電流センサ、３０…バッテリコントローラ、５０…クロック生成回路、１００…組電池、ＣＣ１〜ＣＣｔ…セルコントローラ、Ｒ１〜Ｒｎ…抵抗器、Ｓ１〜Ｓｎ…スイッチ
【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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【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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