(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１個以上のセルからなる電池モジュールを複数直列に接続してなる組電池に対し、前記電池モジュールごとの充電状態に応じて充放電を行う充放電回路の制御システムであって、
前記電池モジュールごとに前記充電状態を検出するモジュール電圧検出回路と、
複数の前記電池モジュールのうちの任意の電池モジュールの充電状態を仮目標充電状態とし、前記任意の電池モジュールを除く前記電池モジュールを充放電して当該充電状態を前記仮目標充電状態に平準化するときの平準化損失量を、前記任意の電池モジュールごとに算出する損失量算出手段と、
前記損失量算出手段が算出した前記電池モジュールごとの前記平準化損失量が最小となる前記仮目標充電状態を探索し、探索した前記仮目標充電状態に基づき、前記電池モジュールごとに当該電池モジュールの前記充電状態を前記仮目標充電状態にするための充放電量を算出する目標充電状態探索手段と
前記電池モジュールごとに、前記目標充電状態探索手段によって算出された充電量を部分充電する部分充電回路と、
前記電池モジュールごとに、前記目標充電状態探索手段によって算出された放電量を部分放電させる部分放電回路と、
を有することを特徴とする充放電回路の制御システム。
【請求項２】
前記損失量算出手段は、
前記仮目標充電状態を超える充電状態の前記電池モジュールについては前記部分放電回路によって放電されるときの損失量を放電損失量として加算し、
前記仮目標充電状態量未満の充電状態の前記電池モジュールについては前記部分充電回路によって充電されるときの損失量を充電損失量として加算し、
前記放電損失量と前記充電損失量とに基づいて前記平準化損失量を算出することを特徴とする請求項１に記載の充放電回路の制御システム。
【請求項３】
前記損失量算出手段は、
前記モジュール電圧検出回路によって検出した複数の前記電池モジュールの充電状態を基に当該複数の電池モジュール全体としての平均充電状態を算出し、
前記充電状態が前記平均充電状態よりも大きな値の電池モジュールを前記任意の電池モジュールの候補として前記平準化損失量を算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の充放電回路の制御システム。
【請求項４】
前記損失量算出手段は、
前記モジュール電圧検出回路によって検出した複数の前記電池モジュールの充電状態を基に当該複数の電池モジュール全体としての平均充電状態を算出し、
前記充電状態が前記平均充電状態を超え当該平均充電状態から所定範囲以下の前記電池モジュールを前記任意の電池モジュールの候補として前記平準化損失量を算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の充放電回路の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組電池を構成する電池モジュールの充電状態（ＳＯＣ）を平準化（均一化）するための充放電回路の制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車、ハイブリッド車、燃料電池車など、電気モータを駆動して走行する車両には、例えば、複数の単電池からなる電池モジュールを直列に複数接続し、所要の電圧を得られるようにした組電池が積載されている。組電池を構成する多数の単電池は、同一の規格で製造されたものではあるが、充放電特性などの電気的特性に若干のばらつきがあることが避けられない。また、温度など、使用時の環境によっても、ばらつきが生じうる。そこで、組電池全体の容量を有効に活用するために、電池モジュール相互の充電量のばらつきを減少させる「平準化（均一化）」を行うことが考えられた。
【０００３】
従来、組電池を構成する電池の充電量のばらつきを平準化する方法として、平準化する電池の単位（例えば、電池モジュールを分割したセル）ごとに放電用のバイパス回路を並列に接続して、充電量が他よりも多いセルを選択して放電させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、セルごとに定電圧電源を接続して充電量の少ないセルにより多く充電を行う方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
さらに、部分放電と部分充電を併用する方式として、充電量の多いセルを選択的に放電し、充電量の少ないセルを選択的に充電してセル電圧の平準化を行う方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。
また、部分充電と部分放電を併用して、充電量の多いセルの電力をＤＣ−ＤＣ変換回路に入力して放電し、そこで得られた電力を充電量の少ないセルに供給して充電を行うことによってセル電圧の平準化を行う方法が知られている（例えば、特許文献４参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３２２９２５号公報（段落［００１１］〜［００１２］、図２）
【特許文献２】特開平４−３２２１３１号公報（段落［０００４］〜［０００５］、図２）
【特許文献３】特開２００１−３３９８６５号公報（段落［００１０］、図１）
【特許文献４】特開平１０−３２９３６号公報（段落［００２２］〜［００３１］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
部分充電と部分放電を併用して充電状態を平準化する場合には、平準化操作に伴ってエネルギー損失が発生する。
例えば、部分放電手段として抵抗によるバイパス回路を用いた場合には、充電状態の変化量が全て抵抗でのジュール熱に転換される。
また、部分充電手段としてＤＣ／ＤＣ変換器を用いた場合には、ＤＣ／ＤＣ変換器での変換損失が発生するが、充電状態の変化量全てが損失となることはない。
充電量が任意にばらついた複数の電池モジュールを平準化するにあたっては、部分放電による損失と部分充電による損失との和が最小となるように目標とする充電量を設定することが望ましい。
しかしながら、損失を最小にする目標充電量を求めることは、目標充電量と各モジュールの充電量を変数とする多変数関数の最小値を求めることであり、演算内容は複雑なものとなる。
例えば、目標充電量を微小に変化させて全体の損失量の変化を算出し、損失量を小さくする方向にさらに目標充電量を変化させるといった手法は容易に着想されるものの、最適目標値を決定するまでに多数の繰り返し演算を実施する必要があり、高価な演算処理装置が必要となる。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高価な演算処理装置を用いることなく簡易な探索手法によって、組電池全体での平準化損失量が最小となるような目標充電量を決定し、その目標充電量を基準にしてそれぞれの電池モジュールに対して適正に充電または放電を行うように充放電制御を行う充放電回路の制御システム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】
前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、１個以上のセルからなる電池モジュールを複数直列に接続してなる組電池に対し、電池モジュールごとの充電状態に応じて充放電を行う充放電回路の制御システムであって、電池モジュールごとに充電状態を検出するモジュール電圧検出回路と、複数の電池モジュールのうちの任意の電池モジュールの充電状態を仮目標充電状態とし、その他の電池モジュールを充放電してこの充電状態を仮目標充電状態に平準化するときの平準化損失量を、電池モジュールごとに算出する損失量算出手段と、損失量算出手段が算出した電池モジュールごとの平準化損失量が最小となる仮目標充電状態を探索し、探索した仮目標充電状態に基づき、電池モジュールごとにこの電池モジュールの充電状態を仮目標充電状態にするための充放電量を算出する目標充電状態探索手段と電池モジュールごとに、目標充電状態探索手段によって算出された充電量を部分充電する部分充電回路と、電池モジュールごとに、目標充電状態探索手段によって算出された放電量を部分放電させる部分放電回路と、を有することを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、任意の電池モジュールの充電状態を仮目標充電状態としたとき、損失量算出手段が、その他の電池モジュールの充電状態が仮目標充電状態になるように充電または放電させたときの充放電損失量を算出している。そして、目標充電量探索手段が、損失量算出手段の算出した充放電損失量をすべての電池モジュールにて比較し、最小の充放電損失量となる電池モジュールを探索してその電池モジュールの充電状態を最適目標充電状態と決定している。これによって、組電池の電圧モジュールを平準化するための充放電時の平準化損失量を最小にすることができる。
【０００９】
また、請求項２にかかる発明は、請求項１に記載の発明において、損失量算出手段は、仮目標充電状態を超える充電状態の電池モジュールについては部分放電回路によって放電されるときの損失量を放電損失量として加算し、仮目標充電状態未満の充電状態の電池モジュールについては部分充電回路によって充電されるときの損失量を充電損失量として加算し、放電損失量と充電損失量とに基づいて平準化損失量を算出することを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、損失量算出手段が、仮目標充電状態を超える充電量の電池モジュールに対して放電を行ったときの合計放電損失量と、仮の目標充電状態未満の充電量の電池モジュールに対して充電を行ったときの合計充電損失量とを加算してトータルの充放電損失量を算出している。したがって、トータルの充放電損失量を電池モジュールごとに比較することにより、平準化損失量が最小となる損失量の電池モジュールを一義的に見出すことができる。
【００１１】
また、請求項３に係る発明は、請求項１に記載の発明において、損失量算出手段は、モジュール電圧検出回路によって検出した複数の電池モジュールの充電状態を基にこの複数の電池モジュール全体としての平均充電状態を算出し、充電状態が平均充電状態よりも大きな値の電池モジュールを任意の電池モジュールの候補として平準化損失量を算出する、ことを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、充電状態が平均充電状態よりも大きな値の電池モジュールを任意の電池モジュールの候補として平準化損失量を算出しているので、より小さい演算負荷で平準化損失量を算出できる。
【００１３】
また、請求項４に係る発明は、請求項１に記載の発明において、損失量算出手段は、モジュール電圧検出回路によって検出した複数の電池モジュールの充電状態を基にこの複数の電池モジュール全体としての平均充電状態を算出し、充電状態が平均充電状態を超え当該平均充電状態から所定範囲以下の電池モジュールを任意の電池モジュールの候補として平準化損失量を算出する、ことを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、充電状態が平均充電状態を超え当該平均充電状態から所定範囲以下の電池モジュールを任意の電池モジュールの候補として平準化損失量を算出しているので、より小さい演算負荷で平準化損失量を算出できる。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、組電池を構成するすべての電池モジュールで充放電損失量を比較して最小の充放電損失量となる電池モジュールを探索し、その電池モジュールの充電量を最適目標充電量と決定しているので、組電池の電圧を平準化するための充放電の平準化損失量を最小にすることができる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、複数の電池モジュールの合計充電損失量と合計放電損失量を加算してトータルの充放電損失量としているので、平準化損失量が最小となる損失量の電池モジュールを簡単に見出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、添付した各図を参照し、本発明を実施するための最良の形態（実施形態という）について詳細に説明する。
図１は、本発明による一実施形態の充放電回路の制御システム１００を示す全体構成図である。
この充放電回路の制御システム１００は、組電池３に接続されている。組電池３は、複数の電池モジュール２を直列に接続したものであり、１個の電池モジュール２は、１個以上のセル１を直列に接続したものである。つまり、セル１が１個または複数個（例えば、３個）直列に接続されて電池モジュール２が構成され、複数個（例えば、４個）の電池モジュール２が直列に接続されて組電池３が構成されている。セル１は、１個の単電池、または、直列または並列に接続された複数の単電池からなる（いずれも図示せず）。
【００１８】
電池モジュール２を直列に４段接続した例を図示するが、電池モジュール２は、これより少ない段数または多い段数を直列接続し、組電池３を構成してもよい。これによって、組電池３の両端の端子電圧を所望の値に設定できる。なお、本実施形態において、単に「組電池３の端子」という場合、組電池３の両端の端子、すなわち、組電池３において最も大きい電位差が得られる端子を指す。
【００１９】
組電池３は、典型的には、電気自動車、ハイブリッド車、燃料電池車などに搭載され、電動モータの駆動回路、各種の車載電装機器などの負荷（いずれも図示せず）が接続されている。さらに、組電池３には、充電スタンド、オルタネータ（整流器を含む）などからなる充電機構（いずれも図示せず）が、一時的に、または、常時接続される。このように、組電池３を使用する場合、組電池３の両端の端子を通じて充放電を行うため、組電池３を構成する電池モジュール２相互間で、充電状態が均一にならず、ばらつきを生じることがある。
【００２０】
この充放電回路の制御システム１００は、各電池モジュール２にそれぞれ並列に接続された部分放電回路ＣＤと、同様に各電池モジュール２にそれぞれ並列に接続された部分充電回路ＣＣと、これらの各要素および組電池３の両端子に接続された電圧監視装置ＤＤとを備え、電圧監視装置ＤＤは組電池３の両端子からの電力を基にＤＣ／ＤＣ変換回路により部分充電回路ＣＣに充電のための電力を供給する。
【００２１】
部分放電回路ＣＤは、電圧監視装置ＤＤの制御に従い、接続先の電池モジュール２を放電させる機能を有する。このとき、放電電流のエネルギーは、部分放電回路ＣＤに含まれる抵抗器、パワーＦＥＴなどの負荷によってジュール熱に変換され、負荷に付設されたヒートシンクを介して大気中に放出され、損失となる（いずれも図示せず）。
【００２２】
部分充電回路ＣＣは、電圧監視装置ＤＤの制御に従い、接続先の電池モジュール２を充電する機能を有する。このとき、部分充電回路ＣＣに供給する充電電力を生成するためにＤＣ／ＤＣ変換回路において変換損失が発生し変換回路部品にてジュール熱として消費される。有効に充電されるエネルギーに対する損失となるエネルギーの割合を損失効率と称し、パーセンテージで表す。
【００２３】
モジュール電圧検出回路ＭＶは、接続先の電池モジュール２の端子電圧を検出し、この端子電圧を表す電圧検出信号を電圧監視装置ＤＤへ送出する。
電圧監視装置ＤＤは、典型的には、制御プログラムをロードされ、制御のためのデータを記憶したマイクロコンピュータ（図示せず）を含んで構成され、モジュール電圧検出回路ＭＶからの電圧検出信号に基づいて、対応する部分放電回路ＣＤおよび部分充電回路ＣＣを制御する機能を有する。つまり、組電池３において、電池モジュール２は、充放電に関する最小制御単位である。
【００２４】
図２は、充放電回路の制御システム１００によって、組電池３の各電池モジュール２を最適目標充電状態ｐに向けて充電しまたは放電する概念を示すグラフである。このグラフでは、横軸方向に時刻を示し、縦軸方向に電池モジュール２の充電状態（％）を示す。
【００２５】
なお、充電状態とは、電池モジュール２の電気容量に対して、充電している（電池モジュール２内に化学エネルギーとして保持され、通常取り出せる）電気量を比率で表したものである。また、本説明において、充電量とは、１個の電池モジュール２の標準容量を１として正規化した電気量を意味する。
【００２６】
この例では、組電池３は、８個の電池モジュール２で構成され、これらの電池モジュール２の充電状態は、それぞれ、３０％，４０％，４３％，４５％，４５％，４７％，５０％，６０％である。この例では、各電池モジュール２の充電状態の平均値（以下、平均充電状態という）を算出すると、４５％となる。
【００２７】
組電池３の各電池モジュール２を平均充電状態（４５％）に平準化する例について説明する。
この例では、平均充電状態（４５％）より少ない充電状態の電池モジュール２（つまり、充電状態が３０％，４０％，４３％の電池モジュール２）に対して部分充電を行い、また、平均充電状態４５％より多い充電状態の電池モジュール２（つまり、充電状態が４７％，５０％，６０％の電池モジュール２）に対して部分放電を行い、組電池３の各電池モジュール２の充電状態が平均充電状態（４５％）となるように平準化を行う。
【００２８】
この場合、部分充電処理において有効に電池モジュール２に充電されずジュール熱などの形態で充電損失となった電気エネルギーと、部分放電処理においてジュール熱として損失となった電気エネルギーとは同量である。つまり、部分充電では、電気エネルギーの一部が電池モジュール２に蓄えられ（つまり、損失とならない）、その残余がジュール熱として損失となるのに対し、部分放電では、電気エネルギーの実質的にすべてがジュール熱に変換され損失となる。
【００２９】
具体的には、充電状態が平均充電状態ｐｖ（４５％）より少ない３個の電池モジュール２に対して、それぞれ、平均充電状態ｐｖから充電量を減算した分を充電する部分充電処理を行う。部分充電処理によって増加する充電量は、それぞれ、０．４５−０．３＝０．１５、０．４５−０．４＝０．０５、０．４５−０．４３＝０．０２である。部分充電処理における損失効率は、３０％であるとする。すなわち、電気エネルギーの電気量のうち１が電池モジュール２に充電されたとすると、０．３がジュール熱に変換され損失となる。したがって、電池モジュール２の容量は１であるから、それぞれ、０．１５×０．３＝０．０４５、０．０５×０．３＝０．０１５、０．０２×０．３＝０．００６が損失となる。つまり、部分充電処理における合計損失は、１個の電池モジュール２の容量を１とすると、０．０４５＋０．０１５＋０．００６＝０．０６６である。
【００３０】
他方、充電状態が平均充電状態（４５％）より多い電池モジュール２は３個あり、これらの３個の電池モジュール２に対して、それぞれ、０．４７−０．４５＝０．０２、０．５−０．４５＝０．０５、０．６−０．４５＝０．１５の放電を行う場合、部分放電処理における損失効率は１００％であるから、それぞれ、０．０２×１＝０．０２、０．０５×１＝０．０５、０．１５×１＝０．１５の損失となる。つまり、部分放電処理における合計損失は０．０２＋０．０５＋０．１５＝０．２２である。
【００３１】
すなわち、各電池モジュール２の充電状態が平均充電状態ｐｖ（４５％）となるように、各電池モジュール２に部分充電処理または部分放電処理を行った場合、部分充電処理による合計損失は０．０６６であり、部分放電処理による合計損失は０．２２である。したがって、部分充電処理および部分放電処理による合計損失を算出すると、０．２８６となる。このように、すべての電池モジュール２の充電状態の平均値（つまり、平均充電状態ｐｖ）を仮目標充電状態ｐｘとした場合は、部分放電処理における合計損失と部分充電処理における合計損失との差が最小とはならず、部分充電処理における合計損失と部分放電処理における合計損失の総和が大きくなって組電池３全体での平準化損失量ｓが大きくなってしまう。言い換えると、平均充電状態ｐｖを仮目標充電状態ｐｘとすると、組電池３全体での平準化損失量ｓを最小にすることができない。
【００３２】
つまり、部分充電処理における損失効率（７０％）が部分放電処理における損失効率（１００％）より小さい場合、組電池３全体での平準化損失量ｓを最小にするためには、部分放電処理を施す電池モジュール２の個数を減らし、部分放電処理を行う電池モジュール２の個数を増やすように、仮目標充電状態ｐｘを決定し、この仮目標充電状態ｐｘである電池モジュール２の充電状態を最適目標充電状態ｐに設定し、この最適目標充電状態ｐより低い充電状態の電池モジュール２に対して部分充電処理を行い、この最適目標充電状態ｐより高い充電状態の電池モジュール２に対して部分放電処理を行えばよいことが分かる。
【００３３】
図３は、目標充電状態ｐｘに対する平準化損失量（正規化値）ｓｎの関係例を示すグラフである。このグラフでは、横軸方向に目標充電状態ｐｘ（％）の大きさを示し、縦軸方向に目標充電状態ｐｘが５０（％）であるときを“１”として正規化した平準化損失量ｓｎの大きさを示している。この例では、同一量のエネルギーを電池モジュール２に対して有効に充放電したとき、（部分充電処理における損失）：（部分放電処理における損失）＝０．３：１の関係があるものとする。つまり、部分充電処理において、損失効率が３０％である。
【００３４】
このグラフを参照すると、少なくとも目標充電状態ｐｘが４５（％）から５５（％）の範囲内で、目標充電状態ｐｘが５０％のとき、平準化損失量（正規化値）ｓｎは１．００で最小であり、目標充電状態ｐｘをこの値より高くした場合および低くした場合のいずれも、平準化損失量ｓｎが大きくなることが分かる。例えば、目標充電状態ｐｘを平均充電状態ｐｖ（４５％）とした場合の平準化損失量ｓｎは１．１４であり、また例えば、目標充電状態ｐｘを５５％とした場合の平準化損失量ｓｎは１．２２であり、いずれも目標充電状態ｐｘを５０％とした場合より平準化損失量ｓｎは大きくなることが分かる。したがって、この条件の下で平準化損失量ｓｎを最小にして電池モジュール２相互の平準化を行うには、目標充電状態ｐｘを５０％に設定すればよい。
【００３５】
図２に戻り、前記したとおり最適目標充電状態ｐを５０％に設定した場合、次の（１）〜（３）のとおり、平準化を行う。
（１）充電状態が最適目標充電状態ｐに等しい電池モジュール２（つまり、充電状態が５０％の電池モジュール２）に対しては、平準化のための充放電を行わない。
（２）最適目標充電状態ｐ（５０％）より充電状態が低い電池モジュール２（つまり、充電状態が３０％，４０％，４３％，４５％，４５％，４７％の電池モジュール２）に対しては、充電状態が５０％になるまで部分充電を行う。
（３）最適目標充電状態ｐ（５０％）より充電状態が高い電池モジュール２（つまり、充電状態が６０％の電池モジュール２）に対しては、充電状態が５０％になるまで部分放電を行う。
【００３６】
前記したとおり、電池モジュール２の１個あたりの電気容量を１として、電池モジュール２にかかる電気量を正規化して表記する。
この場合、最適目標充電状態ｐ（５０％）の電池モジュール２の充電量は、０．５である。最適目標充電状態ｐ（５０％）より低い充電状態の電池モジュール２は６個あり、これらの充電量は、それぞれ、０．３、０．４、０．４３、０．４５、０．４５、０．４７、である。
【００３７】
これらの６個の電池モジュール２に対して、それぞれ、０．５−０．３＝０．２、０．５−０．４＝０．１、０．５−０．４３＝０．０７、０．５−０．４５＝０．０５、０．５−０．４５＝０．０５、０．５−０．４７＝０．０３の電気量の充電を行う。この場合、部分充電処理における損失が部分放電処理の損失の３０％であるとする。すると、それぞれ、０．２×０．３＝０．０６、０．１×０．３＝０．０３、０．０７×０．３＝０．０２１、０．０５×０．３＝０．０１５、０．０５×０．３＝０．０１５、０．０３×０．３＝０．００９、の損失となる。つまり、部分充電処理における平準化損失量ｓは０．０６＋０．０３＋０．０２１＋０．０１５＋０．０１５＋０．００９＝０．１５である。
【００３８】
一方、最適目標充電状態ｐ（５０％）より多い充電状態の電池モジュール２は１個あり、この１個の電池モジュール２の充電状態（６０％）を５０％にするため、１０％分の放電を行う場合、部分放電処理における損失効率は１００％であるので、部分放電処理における損失量は０．１である。つまり、部分充電処理による損失量と、部分放電処理における損失量との合計は、０．１５＋０．１０＝０．２５である。したがって、前記した平均充電状態ｐｖを目標充電状態ｐｘとした場合の平準化損失量ｓが０．２８６であるのに対して、本例のように最適目標充電状態ｐ（５０％）を目標充電状態ｐｘとした場合の平準化損失量ｓは０．２５となるので、最適目標充電状態ｐ（５０％）に対して各電池モジュール２の充電または放電を行えば、平準化損失量ｓをより小さくして組電池３の電圧の平準化を行うことができる。
【００３９】
したがって、このように部分充電処理における損失量が部分放電処理における損失量より小さい場合は、組電池３全体での平準化損失量ｓを最小にするためには、部分放電処理を行う電池モジュール２の個数を少なくして、部分放電処理を行う電池モジュール２の個数を多くするように目標充電状態ｐｘとして基準となる電池モジュール２の充電状態を決定し、その電池モジュール２の充電状態を最適目標充電状態ｐに設定して、その最適目標充電状態ｐより少ない電池モジュール２に対して部分充電処理を行い、最適目標充電状態ｐより多い電池モジュール２に対して部分放電処理を行う。
【００４０】
すなわち、ｎ個の電池モジュール２で構成される（つまり、電池モジュールの個数ｎの）組電池３において、最適目標充電状態をｐ、最適目標充電状態ｐよりも充電状態が多い電池モジュール２の個数をｍ、その中で最適目標充電状態ｐに最も近い電池モジュール２の充電状態をｑとする。また、最適目標充電状態ｐよりも充電状態が少ない電池モジュール２の個数はｎ−ｍ個であり、その中で最適目標充電状態ｐに最も近い電池モジュール２の充電状態をｒとする。つまり、ｒ＜ｐ＜ｑである。また、放電損失と充電損失の比率を１：ｚとする。充電損失効率比ｚが１より小さい場合について説明するが、ｚは１より大きくても小さくてもよい。なお、ｚ＝１のときは、充放電可能な範囲で、最適目標充電状態を任意に選ぶことができる。
【００４１】
ここで、最適目標充電状態ｐをΔｐだけ変化させたとき、平準化損失量ｓの変化量である平準化損失変化量Δｓは、次の式（１）で示される。
【００４２】
Δｓ＝Δｐ×（ｎ−ｍ）×ｚ−Δｐ×ｍ
＝Δｐ×（ｎｚ−ｍ（１−ｚ））          …（１）
【００４３】
式（１）から分かるように、平準化損失変化量Δｓの傾きは、組電池３をなす電池モジュール２の個数ｎと、最適目標充電状態ｐより充電状態が高い電池モジュール２の個数ｍと、充電損失効率比ｚと、によって決定される。
【００４４】
ここで、個数ｎは電池モジュール２の数であって定数とみなせる。また、充電損失効率比ｚの値は、組電池３の状態によらず、ほぼ一定である。したがって、ｒ＜ｐ＜ｑとなる範囲で、最適目標充電状態ｐよりも充電状態が高い電池モジュール２の個数ｍは変化しないので（つまり、ｎ、ｚ、ｍは一定であるので）、式（１）が１次式であることから分かるように、平準化損失変化量Δｓの傾きは一様である。よって、最適目標充電状態ｐの値は、直ぐ下の充電状態ｒと直ぐ上の充電状態ｑとの中間値とはならず、最適目標充電状態ｐは直ぐ下の充電状態ｒまたは直ぐ上の充電状態ｑのどちらかと等しくなる。つまり、最適目標充電状態ｐはｎ個の電池モジュール２の充電状態のうちいずれかの電池の充電状態と等しくなる。
【００４５】
このことから、最適目標充電状態ｐの値は、任意の数値を解析的に求める必要はない。つまり、ｎ個の電池モジュール２の各充電状態の中のいずれかの電池モジュール２の充電状態の中に、最適目標充電状態ｐの候補が必ず存在するため、組電池３を構成するすべての電池モジュール２の充電状態を順次当てはめて平準化損失量ｓを演算し、平準化損失量ｓが最小となる充電状態の値を選び、最適目標充電状態ｐに設定すればよい。
【００４６】
なお、このように、最適目標充電状態ｐは、平均充電状態ｐｖより高いので、平均充電状態ｐｖより充電状態が高い電池モジュール２の充電状態を基に、最適目標充電状態ｐを演算してもよい。さらに、平均充電状態ｐｖより大きく平均充電状態ｐｖから所定範囲以下の充電状態の電池モジュール２の充電状態を基に、最適目標充電状態ｐを演算してもよい。
【００４７】
図４は、本発明に係る充放電回路の制御システム１００における最適目標充電状態探索処理の手順を示すフローチャートである。
この手順では、最適目標充電状態ｐを探索するために、ｎ個の電池モジュール２の充電状態に対し、まず、１番目の電池モジュール２の充電状態（例えば、図２における充電状態が３０％の電池モジュール２）を仮目標充電状態ｐｘとしたときの平準化損失量ｓ（以下、単に損失量という）を算出し、この損失量をＸｍｉｎとする（ステップＳ１）。
また、インデックスｊを１とする（ｊ＝１）とし、２番目の電池モジュール２（ｉ＝２）の充電状態（例えば、図２に示す充電状態が４０％の電池モジュール２）を目標としたときの損失量を算出し、それがＸｍｉｎよりも小さい場合はその値をＸｍｉｎに代入する（ステップＳ２）。なお、損失量Ｘｍｉｎを算出する手順については、図５を参照し、後で詳細に説明する。
【００４８】
このように、順次、各電池モジュール２について損失量を求めてゆき、ｉ番目の電池モジュール２の充電状態（例えば、図２に示す充電状態がおける５０％の電池モジュール２）を目標としたときの損失量Ｘｉを算出する（ステップＳ３）。
【００４９】
そして、その損失量ＸｉがＸｍｉｎより小さいか否か（Ｘｉ＜Ｘｍｉｎ？）を判定する（ステップＳ４）。
損失量ＸｉがＸｍｉｎより小さい場合（ステップＳ４でＹｅｓ）、その損失量ＸｉをＸｍｉｎに代入し、インデックスｊをｉとする（ステップＳ５）。
損失量ＸｉがＸｍｉｎより小さくない場合、つまり損失量ＸｉがＸｍｉｎ以上である場合（ステップＳ４でＮｏ）、ステップＳ６へ移る。
【００５０】
このような探索操作を繰り返し、ｎ個の電池モジュール２の充電状態についてすべての探索操作が終了したか否か（ｉ＝ｎ？）を判断する（ステップＳ６）。
ｎ個の電池モジュール２の充電状態についてすべての探索操作が終了していなければ（ステップＳ６でＮｏ）、ｉに１をインクリメントし（ｉ＝ｉ＋１）（ステップＳ７）、前記したステップＳ３に戻って以降の処理を繰り返す。
【００５１】
このようにして、ｎ個の電池モジュール２の充電状態についてすべての探索操作が終了したら、すなわち、ｉ＝ｎになったら（ステップＳ６でＹｅｓ）、インデックスｊが示すｊ番目の電池モジュール２の損失量ＸｊがＸｍｉｎとなるので、ｊ番目の電池モジュール２の充電状態を、最適目標充電状態ｐとする（ステップＳ８）。
そして、充電状態の変動などに応じて、適宜、ステップＳ１に戻り、前記した処理を繰り返す。
【００５２】
次に、図５を参照して前記した損失量算出を求める手順について詳細に説明する。
図５は、図４に示す手順において、充放電による平準化損失量ｓを求める手順を示すフローチャートである。
この手順は、具体的には、ステップＳ１（図４参照）において損失量Ｘｍｉｎを求めるサブルーチン、および、ステップＳ３（図４参照）において損失量Ｘｉを求めるサブルーチンとして実行される。
【００５３】
なお、図５に示すフローチャートにおける各符号は、次の通りである。ｐｘは仮目標充電状態、Ｙｉはｉ番目の電池モジュール２の充電状態（したがって、Ｙ１は１番目の電池モジュール２の充電状態、Ｙ２は２番目の電池モジュール２の充電状態、…Ｙｎはｎ番目の電池モジュール２の充電状態である。）、Ｘｐは放電側損失量、Ｘｎは充電側損失量、ｚは充電損失比率（但し、ｚ＜１）、Ｘは合計損失量である。
【００５４】
まず、１番目の電池モジュール２（例えば、図２で最も充電状態の少ない充電状態が３０％の電池モジュール２を１番目の電池モジュール２とする）をｉ＝１として、この電池モジュール２の放電側損失量Ｘｐをゼロ（Ｘｐ＝０）、充電側損失量Ｘｎをゼロ（Ｘｎ＝０）にリセットする（ステップＳ１１）。
【００５５】
次に、ｉ番目の電池モジュール２の充電状態Ｙｉが仮目標充電状態ｐｘより大きいか否か（ｐｘ＜Ｙｉ？）を判定する（ステップＳ１２）。
ここで、ｉ番目の電池モジュール２の充電状態Ｙｉが仮目標充電状態ｐｘより大きい場合（ｐｘ＜Ｙｉ）（ステップＳ１２でＹｅｓ）、ｉ番目の電池モジュール２の充電状態Ｙｉを仮目標充電状態ｐｘに対して位置づけるために、１番目の電池モジュール２を放電処理すべき側に区分する。そして、これまでの放電側損失量Ｘｐ（１番目の電池モジュール２の放電側損失量ＸｐはＸｐ＝０である。）に対して、ｉ番目の電池モジュール２の充電状態Ｙｉと仮目標充電状態ｐｘとの差分（Ｙｉ−ｐｘ）を加算して、新たな放電側損失量Ｘｐとする。つまり、Ｘｐ＝Ｘｐ＋（Ｙｉ−ｐｘ）の計算を行う（ステップＳ１３）。
【００５６】
一方、ｉ番目の電池モジュール２の充電状態Ｙｉが仮目標充電状態ｐｘより大きくない場合（ｐｘ≧Ｙｉ）（ステップＳ１２でＮｏ）、１番目の電池モジュール２の充電状態Ｙｉが仮目標充電状態ｐｘより小さい（ｐｘ＞Ｙｉ？）か否かを判定する（ステップＳ１４）。
【００５７】
ここで、ｉ番目の電池モジュール２の充電状態Ｙｉが仮目標充電状態ｐｘより小さい場合（ｐｘ＞Ｙｉ）（ステップＳ１４でＹｅｓ）、ｉ番目の電池モジュール２の充電状態Ｙｉを仮目標充電状態ｐｘに対して位置づけるために、ｉ番目の電池モジュール２を充電処理すべき側に区分する。そして、これまでの充電側損失量Ｘｎ（１番目の電池モジュール２の充電側損失量ＸｎはＸｎ＝０である。）に対して、仮目標充電状態ｐｘとｉ番目の電池モジュール２の充電状態Ｙｉとの差分（ｐｘ − Ｙｉ）を加算して新たな充電側損失量Ｘｎとする。つまり、Ｘｎ＝Ｘｎ＋（ｐｘ − Ｙｉ）の計算を行う（ステップＳ１５）。
【００５８】
ステップＳ１４でｐｘ＞Ｙｉでない場合（ステップＳ１４でＮｏ）、ｉ番目の電池モジュール２の充電状態Ｙｉは仮目標充電状態ｐｘ（つまり、ｐｘ＝Ｙｉ）であり、放電操作および充電操作を行う必要がないので、１番目の電池モジュール２（ｉ＝１）の損失量算出の処理を終了する。
【００５９】
このようにしてｉ番目の電池モジュール２について、ステップＳ１３で放電側損失量Ｘｐの計算が終了し、または、ステップＳ１５で充電側損失量Ｘｎの計算が終了したときは、ｉに１をインクリメントし（ｉ＝ｉ＋１）（ステップＳ１６）、ｉがｎに達したか否かの判定を行う（ステップＳ１７）。
例えば、図２に示す例では（適宜、図５参照）、電池モジュール２の数がｎ＝８であるので、８個の電池モジュール２についての計算が終了したか否かの判定を行う（ステップＳ１７）。
ｉ＝ｎでない場合、つまり、例えば８個の電池モジュール２についての計算が未だ終了していない場合（ステップＳ１７でＮｏ）、ステップＳ１６に戻ってｉ＋１番目の電池モジュール２について前記したとおり計算を行う。
【００６０】
図５に戻り、ｎ番目まで処理を行ったか否かを判断する（ｉ＝ｎ？）（ステップＳ１７）。
ｎ番目の電池モジュール２について計算が終了した場合（ステップＳ１７でＹｅｓ）、ステップＳ１３で計算したｉ＝ｎまでの電池モジュール２の放電側損失量Ｘｐ、つまり、８個の電池モジュール２の合計の放電側損失量Ｘｐと、ステップＳ１５で計算したｉ＝ｎまでの電池モジュール２の充電側損失量Ｘｎ、つまり、８個の電池モジュール２の合計の充電側損失量Ｘｎに充電損失効率比ｚを掛けた値とを加算し、平準化処理のための合計損失量Ｘを求める。すなわち、Ｘ＝Ｘｐ＋Ｘｎ×ｚの計算を行う（ステップＳ１８）。
【００６１】
すなわち、ｉ番目の電池モジュール２の充電状態Ｙｉと目標充電状態ｐｘとの大小関係を調べ（ステップＳ１２およびステップＳ１４）、ｉ番目の電池モジュール２の充電状態Ｙｉの方が大きければ（ステップＳ１２でＹｅｓ）、（Ｙｉ−ｐｘ）を放電側損失量Ｘｐに加算し（ステップＳ１３）、目標充電状態ｐｘの方が大きければ（ステップＳ１４でＹｅｓ）、（ｐｘ − Ｙｉ）を充電側損失量Ｘｎに加算する。このような計算をｎ番目の電池モジュール２（図２では８番目の電池モジュール２）まで行う処理を繰り返す。そして、合計の充電側損失量Ｘｎに充電損失効率比ｚを乗じた値と、合計の放電側損失量Ｘｐとを加算した値が、各電池モジュール２について仮目標充電状態ｐｘまで充電または放電を行って電池モジュール２電圧の平準化を図ったときの最小の損失量Ｘ（最小の平準化損失量ｓ）となる。
【００６２】
以上の処理が終了したら、図４に示す最適目標充電状態探索処理（ステップＳ１またはステップＳ３）へ値を返し、次の値が入力されたら、ステップＳ１１以下の処理を繰り返す。
【００６３】
なお、本実施形態では、すべての電池モジュール２について損失量を計算して最小の損失量となる電池モジュール２の充電状態を最適目標充電状態ｐに決定した。しかし、実際には、すべての電池モジュール２について損失量を計算しなくても、平均充電状態ｐｖより多い充電状態の電池モジュール２のみについて損失量を計算すれば最適目標充電状態ｐを求めることができる。その理由は、放電処理に比べて充電処理の方が損失効率が少ない場合、必ず、すべての電池モジュール２の充電状態の平均値より高い充電状態の電池モジュール２の充電状態が最適目標充電状態ｐとして最小の平準化損失量ｓを与えるので、平均充電状態ｐｖより高い充電状態の電池モジュール２から最適目標充電状態ｐを探索すればよいからである。
【００６４】
本実施形態の充放電回路の制御システム１００によれば、各電池モジュール２の充電状態と目標充電状態ｐｘとの各差分と、各電池モジュール２の部分充電処理および部分放電処理における損失とを乗算して、その総和が最小となるように最適目標充電状態ｐを設定している。これによって、電池モジュール２で構成される組電池３全体における平準化損失量ｓを最小にすることができる。
【００６５】
つまり、本実施形態の充放電回路の制御システム１００によれば、電池モジュール２を部分放電させるときは、電池モジュール２から放電される電気エネルギーがジュール熱に変換され、実質的にその電気エネルギーのすべてが損失となるが、電池モジュール２を部分充電するときは、充電に用いられる電気エネルギーの一部が電池モジュール２に有効に充電されるので、この分は損失とはならず、その残りがジュール熱に変換され損失となる。そこで、各電池モジュール２の充電状態のみならず、部分充電時の充電損失効率比ｚを勘案して目標充電状態ｐｘを探索し、この目標充電状態ｐｘになるように各電池モジュール２を部分充放電することによって、平準化損失量ｓを少なくして、組電池３の平準化を行える。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明による一実施形態の充放電回路の制御システムを示す全体構成図である。
【図２】充放電回路の制御システムによって、組電池３の各電池モジュールを最適目標充電状態に向けて充電しまたは放電する概念を示すグラフである。
【図３】目標充電状態に対する平準化損失量（正規化値）ｓｎの関係例を示すグラフである。
【図４】本発明に係る充放電回路の制御システムにおける最適目標充電状態探索処理の手順を示すフローチャートである。
【図５】図４に示す手順において、充放電による平準化損失量を求める手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６７】
１    セル
２    電池モジュール
３    組電池
ＣＤ  部分放電回路
ＣＣ  部分充電回路
ＤＤ  電圧監視装置
ＭＶ  モジュール電圧検出回路
１００  充放電回路の制御システム
ＣＣ    部分充電回路
ＣＤ    部分放電回路
ＤＤ    電圧監視装置
ＭＶ    モジュール電圧検出回路
【図１】
0004594979.tif 000002
【図２】
0004594979.tif 000003
【図３】
0004594979.tif 000004
【図４】
0004594979.tif 000005
【図５】
0004594979.tif 000006