(57)【要約】【課題】容量調整回路の温度上昇時に、組電池の温度に関係なく、容量調整回路を冷却する。【解決手段】容量調整回路の温度が第１の所定温度より高くなると（Ｓ２００）、容量調整回路の温度に基づいて、冷却ファンの回転数を制御する。これにより、容量調整回路の温度上昇時に、組電池の温度に関係なく、容量調整回路を冷却することができる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
組電池を構成する複数のセルの容量を均一にするために、セルごとに放電を行う放電手段と、
前記放電手段の温度を取得する第１の温度取得手段と、
少なくとも前記組電池および前記放電手段を冷却するための冷却手段と、
前記第１の温度取得手段によって取得される放電手段の温度が第１の所定温度より高い場合には、前記放電手段の温度に基づいて、前記冷却手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする組電池の冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載の組電池の冷却装置において、
組電池の温度を取得する第２の温度取得手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記第１の温度取得手段によって取得される放電手段の温度が第１の所定温度以下であり、かつ、前記第２の温度取得手段によって取得される組電池の温度が第２の所定温度より低い場合には、前記組電池の温度に基づいて、前記冷却手段を制御することを特徴とする組電池の冷却装置。
【請求項３】
請求項２に記載の組電池の冷却装置において、
前記放電手段の温度に基づいて、前記冷却手段の冷却度合を決定する第１の冷却度合決定手段と、
前記組電池の温度に基づいて、前記冷却手段の冷却度合を決定する第２の冷却度合決定手段とをさらに備え、
前記制御手段は、前記第１の温度取得手段によって取得される放電手段の温度が前記第１の所定温度以下であるが、第３の所定温度より高く、かつ、前記第２の温度取得手段によって取得される組電池の温度が前記第２の所定温度以上である場合には、前記第１の冷却度合決定手段により決定される冷却度合、および、前記第２の冷却度合決定手段により決定される冷却度合のうち、冷却度合が高い方の冷却度合に基づいて、前記冷却手段を制御することを特徴とする組電池の冷却装置。
【請求項４】
請求項３に記載の組電池の冷却装置において、
前記制御手段は、前記第１の温度取得手段によって取得される放電手段の温度が前記第３の所定温度以下であり、かつ、前記第２の温度取得手段によって取得される組電池の温度が前記第２の所定温度以上である場合には、前記組電池の温度に基づいて、前記冷却手段を制御することを特徴とする組電池の冷却装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の組電池の冷却装置において、
前記放電手段の周囲温度を求める周囲温度取得手段と、
前記放電手段によるセルの放電時に発生する熱量に起因する前記放電手段の温度上昇量を求める温度上昇量取得手段とをさらに備え、
前記第１の温度取得手段は、前記周囲温度取得手段によって求められる放電手段の周囲温度、および、前記温度上昇量取得手段によって求められる温度上昇量に基づいて、前記放電手段の温度を推測することを特徴とする組電池の冷却装置。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれかに記載の組電池の冷却装置において、
前記第２の温度取得手段によって取得される組電池の温度が第４の所定温度以上である場合に、組電池の充放電量を制限する充放電量制限手段をさらに備えることを特徴とする組電池の冷却装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載の組電池の冷却装置において、
前記冷却手段の故障を検出する故障検出手段と、
前記故障検出手段によって前記冷却手段の故障が検出された場合に、組電池の充放電量を制限する充放電量制限手段とをさらに備えることを特徴とする組電池の冷却装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載の組電池の冷却装置において、
前記冷却手段の故障を検出する故障検出手段と、
前記故障検出手段によって前記冷却手段の故障が検出された場合に、容量調整を行うセル数を少なくする容量調整セル数変更手段とをさらに備えることを特徴とする組電池の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組電池の冷却装置に関する。
【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容量調整装置が知られている（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】
特許文献１に記載の容量調整装置において、組電池を冷却するための冷却ファンを設けて、組電池の温度に基づいて制御することが行われている。容量調整時に放電回路を介してセルの放電を行うと、放電回路の温度が上昇するが、冷却ファンは、組電池の温度に基づいて制御されるため、放電回路を効果的に冷却することができないという問題が生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による組電池の冷却装置は、組電池を構成する複数のセルの容量を均一にするためにセルごとに放電を行う放電手段の温度が第１の所定温度より高い場合には、放電手段の温度に基づいて、少なくとも組電池および放電手段を冷却するための冷却手段を制御する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明による組電池の冷却装置によれば、放電手段の温度が第１の所定温度より高い場合には、放電手段の温度に基づいて、冷却手段を制御するので、放電手段の温度上昇時に、放電手段を効果的に冷却することができる。
【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冷却装置の構成を示す図である。この組電池の冷却装置は、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。
【０００８】
モジュールＭ１，Ｍ２，…，Ｍｔごとに設けられているセルコントローラ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、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と通信を行うとともに、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。
【００１０】
温度センサ２０は、組電池１００の温度を検出して、バッテリコントローラ３０に出力する。冷却ファン５０は、バッテリコントローラ３０からの指令に基づいて、組電池１００、および、後述する容量調整回路を冷却する。
【００１１】
図２は、冷却ファン５０、バッテリコントローラ３０、セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔ、および、組電池１００の位置関係を示す図である。図２に示すように、冷却ファン５０、バッテリコントローラ３０、セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔ、および、組電池１００は、同一の冷却通路６０内に設けられており、バッテリコントローラ３０、セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔ、および、組電池１００は、冷却ファン５０が作動することによって発生する冷却風の風下に配置されている。バッテリコントローラ３０およびセルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔは、一体化されている。また、セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔは、熱伝導シート７４を介して、冷却通路６０と接触している。
【００１２】
図３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、フォトカプラ１４と、抵抗器Ｒ１〜Ｒ４と、スイッチＳ１〜Ｓ４とを備えている。
【００１３】
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（放電回路）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。
【００１４】
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（放電回路）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、対応するセル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の放電が行われる。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
図４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４に示すデータを、図示しないメモリに予め格納しておく。
【００２１】
第１の実施の形態における組電池の冷却装置では、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、実際の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。
【００２２】
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）
【００２３】
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）
【００２４】
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）
【００２５】
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。
【００２６】
第１の実施の形態における組電池の冷却装置では、セル間の容量調整時に、セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔ内の容量調整回路の温度、および、組電池１００の温度に基づいて、冷却ファン５０を制御する。
【００２７】
図５および図６は、第１の実施の形態における組電池の冷却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Ｓ１２０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されると、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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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４参照）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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。上述したように、所定周期ΔＴごとに、実際の放電両に応じて、バイパス調整量Ｃｃｔ１〜Ｃｃｔｎを減算する処理が行われている。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Ｓ１１０に進む。
【００３３】
ステップＳ８０では、セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔ内に設けられている容量調整回路（放電回路）の温度を推測する。容量調整回路の推定温度（セルコントローラの筐体内の推定温度）Ｔccnは、次式（５）にて表される。
Ｔccn＝周囲温度Ｔ＋容量調整による温度上昇ΔＴup              （５）
【００３４】
式（５）において、周囲温度Ｔは、容量調整回路を含むセルコントローラの周囲温度であり、冷却ファン５０の作動状態、および、温度センサ２０の異常の有無に応じて、以下のように求める。
【００３５】
＝冷却ファンが停止している時（冷却ファンの異常発生時を含む）＝
冷却ファン５０が停止している時には、容量調整回路の周囲温度Ｔは、組電池１００の温度で近似することができる。従って、温度センサ２０によって検出された温度を、周囲温度Ｔとして用いる。ただし、温度センサ２０に異常が発生しており、組電池１００の温度を正確に検出できない場合には、後述する、冷却ファンが回転している場合の方法を利用する。
【００３６】
＝冷却ファンが回転している時＝
冷却ファン５０が回転している場合、冷却通路６０（図２参照）が車室内とつながっていれば、容量調整回路の周囲温度Ｔは、車室内の温度で近似することができる。車室内の温度は、図示しないエアコンコントローラから取得することができる。また、冷却通路６０が車室の外とつながっている場合には、容量調整回路の周囲温度Ｔは、車室外の温度で近似することができる。車室外の温度は、図示しないエンジンコントローラから取得することができる。さらに、冷却通路６０が車室内および車室外とつながっている場合には、冷却通路６０に内気および外気が流入する割合に基づいて、室内温度および室外温度に重み付けをすることにより、周囲温度Ｔを求める。
【００３７】
続いて、式（５）における、容量調整による温度上昇ΔＴupの求め方について説明する。図７（ａ）は、セルコントローラを横方向から見た図であり、図７（ｂ）は、セルコントローラを前方（後方）から見た図である。図７（ｂ）に示すように、セルコントローラの筐体７０には、風を通すためのスリット７１が複数設けられている。これにより、冷却ファン５０によって生じる冷却風は、セルコントローラの中を、図の左側から右側に流れる（図７（ａ）参照）。
【００３８】
図７（ａ）に示すように、セルコントローラ内に設けられている容量調整回路７２は、基板７３上に設けられている。基板７３は、熱伝導シート７４を介して、冷却通路６０と接地している。従って、容量調整回路７２がセルの容量調整（放電）を行うことにより発生する熱量のうちの一部は、筐体７０の下部を介して、冷却通路６０へと放出される。また、容量調整時に発生する熱量のうちの一部は、セルコントローラの筐体内に放出されるが、そのうちの一部は、スリット７１を介して、筐体７０の外に放出される。すなわち、容量調整時に発生する熱量のうち、冷却通路６０へと放出される熱量、および、スリット７１を介して筐体７０の外へ放出される熱量を除いた熱量が、容量調整回路７２の温度上昇に寄与する。
【００３９】
容量調整による温度上昇ΔＴupの算出方法を簡単に説明すると、まず、容量調整回路における容量調整（放電）により発生する発熱量ｑ（Ｗ）を求め、求めた発熱量ｑ（Ｗ）に基づいて、セルコントローラの筐体内の温度を上昇させる熱量ｑｕｐ（Ｗ）を求める。そして、求めた熱量ｑｕｐ（Ｗ）に基づいて、容量調整による温度上昇ΔＴupを求める。以下では、容量調整による温度上昇の過渡状態時、および、定常状態時に分けて、容量調整による温度上昇ΔＴupを求める方法について説明する。
【００４０】
容量調整回路による容量調整（放電）により発生する発熱量ｑ（Ｗ）は、次式（６）から求められる。
ｑ（Ｗ）＝Ｉｂ１（Ａ）×Ｖｃ１（Ｖ）＋Ｉｂ２（Ａ）×Ｖｃ２（Ｖ）＋…＋Ｉｂｎ（Ａ）×Ｖｃｎ（Ｖ）            （６）
ただし、Ｖｃ１〜Ｖｃｎは、各セルＣ１〜Ｃｎの電圧値であり、セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔによって検出する。Ｉｂ１〜Ｉｂｎは、各セルのバイパス電流であり、各セルの電圧値Ｖｃ１〜Ｖｃｎを、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で除算することにより求める。
【００４１】
＝過渡状態時＝
容量調整による温度上昇の過渡状態時では、発熱量ｑ（Ｗ）のうち、容量調整回路を備えているセルコントローラの筐体内の温度を上昇させる熱量ｑｕｐ（Ｗ）を、次式（７）から求める。
ｑｕｐ（Ｗ）＝｛ｑ−（Ａｃｏ×ΔＴｃｏ×Ｔｒ／ｔ）｝×｛（Ｖｏｌ_con−Ｖｏｌ_fan／Ａ×Ｂ）／Ｖｏｌ_con｝                              （７）
ここで、式（７）中の各記号は、以下の通りである。
ｑ（Ｗ）：容量調整による発熱量
Ａｃｏ（ｍ2）：セルコントローラの筐体７０の接地面積
Ｔｒ（Ｗ／ｍ・Ｋ）：セルコントローラの筐体７０の熱伝導率
ｔ（ｍ）：セルコントローラの筐体７０の厚さ
Ａ（ｍ2）：冷却通路６０の断面積
Ｂ（ｍ2）：セルコントローラの筐体７０の空気出入り口（スリット）の総面積
Ｖｏｌ_fan（リッター／ｓ）：冷却ファン５０の単位時間あたりの送風量
Ｖｏｌ_con（リッター）：セルコントローラの筐体体積
ΔＴｃｏ（Ｋ）：セルコントローラの筐体７０内の温度と、筐体７０が接地する冷却通路６０との温度差であり、次式（８）にて表される。ただし、初期値は０である。
ΔＴｃｏ＝（セルコントローラの筐体内の温度の演算前回値）−（セルコントローラＣＣｎと接地する冷却通路６０の温度）                          （８）
【００４２】
式（７）において、（Ａｃｏ×ΔＴｃｏ×Ｔｒ／ｔ）は、セルコントローラの筐体７０の接地部分を介して、冷却通路６０へと放出される熱量を表している。また、式（７）中の｛（Ｖｏｌ_con−Ｖｏｌ_fan／Ａ×Ｂ）／Ｖｏｌ_con｝は、筐体７０内の空気量のうち、スリット７１から流出する空気量を除いて、筐体７０内にとどまる空気量の割合を表している。
【００４３】
温度上昇ΔＴupは、次式（９）にて表される。
ΔＴup＝∫［ｑｕｐ／｛Ｖｏｌ_con×圧力／（ガス定数×温度）×空気の分子量×空気の比熱｝］ｄｔ                              （９）
ただし、
圧力：１気圧
ガス定数：8.31（Ｊ/ｍｏｌ・Ｋ）
温度：２５℃
空気の分子量：２８（ｇ／ｍｏｌ）
空気の比熱：１（Ｗ・ｓ／ｇ・Ｋ）
【００４４】
なお、式（９）における時間積分は、バッテリコントローラ３０の演算周期をΔＴとして近似する。
【００４５】
＝定常状態時＝
定常状態では、式（７）において、ΔＴｃｏは一定値に近づき、ｑｕｐは０に近づく。これにより、セルコントローラの筐体７０内の温度は、ある一定値で飽和する。ｑｕｐが０になるまでに、セルコントローラの筐体７０内に与えられる熱量は、容量調整時のセルの放電量および冷却通路６０内の流速によって決まるので、定常状態における筐体内の温度上昇ΔＴupを実験などにより求めてテーブル化しておき、このテーブルを参照することにより、定常状態時のΔＴupを求めることができる。
【００４６】
図８は、容量調整時のセルの放電量および冷却通路６０の流速と、定常状態時のΔＴupとの関係を示すテーブルである。このテーブルは、図示しないメモリに格納されている。バッテリコントローラ３０は、容量調整時のセルの放電量および冷却通路６０の流速と、図８に示すテーブルとに基づいて、定常状態時のΔＴupを求める。なお、セルの放電量は演算により求めるとともに、冷却通路６０の流速は、冷却ファン５０の作動状況に基づいて求める。
【００４７】
容量調整回路の周囲温度Ｔ、および、容量調整による温度上昇ΔＴupをそれぞれ求めると、上式（５）より、容量調整回路の推定温度Ｔccnを算出する。図５に示すフローチャートのステップＳ８０において、容量調整回路の推定温度Ｔccnを求めると、ステップＳ９０に進む。
【００４８】
ステップＳ９０では、容量調整回路の推定温度Ｔccn、および、温度センサ２０により検出される組電池１００の温度に基づいて、冷却ファン５０を制御する。ステップＳ９０で行う冷却ファン制御の詳細を、図６に示すフローチャートを用いて説明する。
【００４９】
図６に示すフローチャートのステップＳ２００では、容量調整回路の推定温度Ｔccnが第１の所定温度である７０℃より高いか否かを判定する。容量調整回路の推定温度Ｔccnが７０℃より高いと判定すると、ステップＳ２１０に進む。ステップＳ２１０では、容量調整回路の推定温度Ｔccnに基づいて、冷却ファン５０のファン回転数を制御する。図９は、容量調整回路の推定温度Ｔccnと、ファン回転数との関係を示す図である。図９に示すようなテーブルをメモリ（不図示）に予め記憶させておき、容量調整回路の推定温度Ｔccnに基づいて、ファン回転数を求める。そして、冷却ファン５０の回転数が、求めたファン回転数と一致するように、冷却ファン５０を制御する。
【００５０】
一方、ステップＳ２００において、容量調整回路の推定温度Ｔccnが７０℃以下であると判定すると、ステップＳ２２０に進む。ステップＳ２２０では、温度センサ２０によって検出される組電池１００の温度が第２の所定温度である２０℃より低いか否かを判定する。組電池１００の温度が２０℃より低いと判定すると、ステップＳ２３０に進む。ステップＳ２３０では、組電池１００の温度に基づいて、冷却ファン５０の回転数を制御する。図１０は、組電池１００の温度と冷却ファン５０の回転数との関係を示す図である。図１０に示すようなテーブルをメモリ（不図示）に予め記憶させておき、温度センサ２０によって検出される組電池１００の温度に基づいて、ファン回転数を求める。そして、冷却ファン５０の回転数が、求めたファン回転数と一致するように、冷却ファン５０を制御する。
【００５１】
一方、ステップＳ２２０において、組電池１００の温度が２０℃以上であると判定すると、ステップＳ２４０に進む。ステップＳ２４０では、容量調整回路の推定温度Ｔccnが第３の所定温度４０℃より高いか否かを判定する。容量調整回路の推定温度Ｔccnが４０℃より高いと判定すると、ステップＳ２６０に進む。ステップＳ２６０では、図９に示すテーブルを参照して、容量調整回路の推定温度Ｔccnに基づいて求められるファン回転数と、図１０に示すテーブルを参照して、組電池１００の温度に基づいて求められるファン回転数とを比較して、回転数の高い方を選択し、冷却ファン５０の回転数が、選択したファン回転数と一致するように、冷却ファン５０を制御する。
【００５２】
一方、ステップＳ２４０において、容量調整回路の推定温度Ｔccnが４０℃以下であると判定すると、ステップＳ２５０に進む。ステップＳ２５０では、ステップＳ２３０で行う処理と同じ処理、すなわち、組電池１００の温度に基づいてファン回転数を決定し、冷却ファン５０の回転数が、決定したファン回転数と一致するように、冷却ファン５０を制御する処理を行う。冷却ファン５０の回転数を制御する処理を行うと、図５に示すフローチャートのステップＳ１００に進む。
【００５３】
ステップＳ１００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、バイパス調整量が０以下であると判定された後に進むステップＳ１１０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。
【００５４】
セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔは、ステップＳ３において、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。
【００５５】
バッテリコントローラ３０は、ステップＳ１００またはステップＳ１１０の処理を行うと、ステップＳ１２０に進む。ステップＳ１２０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Ｓ１２０までの処理が繰り返し行われる。
【００５６】
第１の実施の形態における組電池の冷却装置によれば、容量調整回路の温度が第１の所定温度である７０℃より高い場合には、容量調整回路の温度に基づいて、冷却ファン５０を制御するので、容量調整回路の温度上昇時には、組電池１００の温度に関係なく、容量調整回路を効果的に冷却することができる。
【００５７】
また、第１の実施の形態における組電池の冷却装置によれば、容量調整回路の温度が第１の所定温度である７０℃以下であり、かつ、組電池１００の温度が第２の温度である２０℃より低い場合には、組電池１００の温度に基づいて冷却ファン５０を制御するので、組電池１００の温度が低下し過ぎるのを防ぐことができる。
【００５８】
さらに、第１の実施の形態における組電池の冷却装置によれば、容量調整回路の温度が第１の所定温度である７０℃以下であるが、第３の温度である４０℃より高く、かつ、組電池１００の温度が第２の温度である２０℃以上の場合には、容量調整回路の温度に基づいて決まるファン回転数、および、組電池１００の温度に基づいて決まるファン回転数のうち、回転数が高い方のファン回転数に基づいて、冷却ファン５０を制御する。これにより、容量調整回路、および、組電池１００の両方の状態を考慮した適切な冷却制御を行うことができる。
【００５９】
第１の実施の形態における組電池の冷却装置によれば、容量調整回路の周囲温度と、容量調整回路における容量調整時（セルの放電時）に発生する熱量に起因する容量調整回路の温度上昇量とに基づいて、容量調整回路の温度を推定するので、容量調整回路の温度を検出するための温度センサを設ける必要がない。これにより、回路全体のコストを低減することができる。
【００６０】
−第２の実施の形態−
第２の実施の形態における組電池の冷却装置の構成は、図１に示す第１の実施の形態における組電池の冷却装置の構成と同じである。第２の実施の形態における組電池の冷却装置が第１の実施の形態における組電池の冷却装置と異なるのは、バッテリコントローラ３０およびセルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔの配置場所である。
【００６１】
図１１は、冷却ファン５０、バッテリコントローラ３０、セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔ、および、組電池１００の位置関係を示す図である。図１１に示すように、一体化されているバッテリコントローラ３０およびセルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔは、組電池１００と接する状態で配置されている。
【００６２】
第２の実施の形態における組電池の冷却装置によって行われる処理は、第１の実施の形態における組電池の冷却装置によって行われる処理と同じである。ただし、図５に示すフローチャートのステップＳ８０において、容量調整回路の推定温度Ｔccnを求めるために必要な容量調整回路の周囲温度Ｔを求める方法が異なる。以下では、温度センサ２０の異常の有無に応じて、容量調整回路の周囲温度Ｔを求める方法について説明する。
【００６３】
＝温度センサの正常時＝
冷却ファンの作動の有無に関わらず、容量調整回路の周囲温度Ｔは、組電池１００の温度で近似することができる。従って、温度センサ２０が正常な場合には、温度センサ２０によって検出された温度を、周囲温度Ｔとして用いる。
【００６４】
＝温度センサの異常時＝
温度センサ２０に異常が発生している場合には、車室内の温度と、組電池１００のＳＯＣとに基づいて、周囲温度Ｔを推測する。車室内の温度は、図示しないエアコンコントローラから取得することができる。また、組電池１００のＳＯＣは、既知の演算方法により求めることができる。図１２は、車室内の温度および組電池１００のＳＯＣと、組電池１００の温度との関係を示す図である。実験等によって、車室内の温度および組電池１００のＳＯＣに対応する組電池の温度を予め求めて、図１２に示すようなテーブルを用意し、図示しないメモリに格納しておく。バッテリコントローラ３０は、車室内の温度および組電池１００のＳＯＣに基づいて、図１２に示すテーブルを参照することにより、組電池１００の温度を求める。上述したように、容量調整回路の周囲温度Ｔは、組電池１００の温度で近似することができるため、求めた組電池１００の温度を周囲温度Ｔとして用いる。
【００６５】
第２の実施の形態における組電池の冷却装置においても、第１の実施の形態における組電池の冷却装置と同様に、容量調整回路を効果的に冷却することができる。
【００６６】
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、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。
【００６７】
容量調整回路の温度は、式（５）から推測するものとして説明したが、式（５）以外の方法により推測してもよい。また、式（５）において、容量調整回路の周囲温度Ｔは、組電池１００の温度で近似したり、車室内温度、または、車室外温度で近似したが、容量調整回路の近辺に温度センサを設けて、温度センサによって検出された値を用いてもよい。さらに、容量調整回路の温度を推定せずに、容量調整回路に温度センサを設けて、温度を直接検出するようにしてもよい。
【００６８】
冷却ファン５０に異常が発生した場合に、セルの充放電量を制限することにより、組電池１００や容量調整回路の温度上昇を抑制することもできる。例えば、冷却ファン５０が停止した状態で組電池１００の充放電を行っても、組電池１００が劣化する温度（例えば、６０℃）まで上昇しない充放電量を、実験等によって車室内温度別に予め求めておく。図１３は、車室内温度と、冷却ファン５０が停止した状態で組電池１００の充放電を行っても、組電池１００が劣化する温度まで上昇しない充放電量との関係を示すテーブルである。エアコンコントローラ（不図示）から得られる車室内温度と、図１３に示すテーブルとに基づいて、充放電可能量を求めて、組電池１００の充放電量を制限することにより、冷却ファン５０に異常が発生した場合でも、組電池１００や容量調整回路の温度上昇を抑制することができる。同様に、組電池１００の温度が所定温度以上に上昇した場合に、充放電量を制限する制御を開始して、組電池１００の温度が６０℃以上に上昇すると、充放電量が０になるように制限するようにしてもよい。
【００６９】
また、冷却ファン５０に異常が発生した場合に、容量調整を行うセル数を制限することもできる。例えば、容量調整を行うセル数を制限した場合の容量調整回路の温度（推定温度）を演算し（式（５）参照）、演算した容量調整回路の温度が所定の温度（例えば、セルコントローラの動作保証温度）以下になるセル数を求めて、容量バラツキの大きいセルから優先的に、求めたセル数だけ容量調整を行う。これにより、冷却ファン５０に異常が発生した場合でも、組電池１００や容量調整回路の温度上昇を抑制することができる。なお、セル数を制限しても容量調整回路の温度が所定の温度を超える場合には、容量調整を一時的に停止するようにしてもよい。
【００７０】
図６に示すフローチャートにおいて、容量調整回路の推定温度Ｔccnと比較する第１の所定温度、および、第３の所定温度をそれぞれ、７０℃および４０℃としたが、これらの温度に限定されることはなく、容量調整回路（セルコントローラ）の構成等に基づいて、適切な値を設定すればよい。同様に、組電池１００の温度と比較する第２の所定温度の値も２０℃に限定されることはない。
【００７１】
なお、図６に示すフローチャートでは、容量調整回路の推定温度Ｔccn、および、組電池１００の温度に基づいて、冷却ファン５０の制御を行ったが、通常制御時は、組電池１００の温度に基づいてファン制御を行い、容量調整回路の推定温度Ｔccnに基づいて、組電池１００の温度に基づいたファン制御を一時的に中止するシステムとしてもよい。すなわち、容量調整回路の推定温度Ｔccnが７０℃を越えると、容量調整回路の推定温度Ｔccnに基づいたファン制御に切り換えたり、容量調整回路の推定温度Ｔccnが４０℃より高いが７０℃未満であり、かつ、組電池１００の温度が２０℃以上の場合に、高い方のファン回転数を選択する制御（ステップＳ２６０）に切り換えるシステムとすることができる。
【００７２】
上述した各実施の形態では、組電池の冷却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。また、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こともできる。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。
【００７３】
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。
【００７４】
上述した各実施の形態では、組電池の冷却装置をハイブリッド自動車に適用した例について説明したが、電気自動車に適用することもできるし、自動車以外のシステムに適用することもできる。
【００７５】
特許請求の範囲の構成要素と第１および第２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、バッテリコントローラ３０が第１の温度取得手段、制御手段、第１の冷却度合決定手段、第２の冷却度合決定手段、周囲温度取得手段、温度上昇量取得手段、故障検出手段、充放電量制限手段、および、セル数変更手段を、冷却ファン５０が冷却手段を、温度センサ２０が第２の温度取得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】
【００７６】
【図１】第１の実施の形態における組電池の冷却装置の構成を示す図
【図２】冷却ファン、バッテリコントローラ、セルコントローラ、および、組電池の位置関係を示す図
【図３】セルコントローラの詳細な回路構成を示す図
【図４】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５】第１の実施の形態における組電池の冷却装置で行われる処理内容を示すフローチャート
【図６】ファン制御の詳細な内容を示すフローチャート
【図７】図７（ａ）は、セルコントローラを横方向から見た図であり、図７（ｂ）は、セルコントローラを前方（後方）から見た図
【図８】容量調整時のセルの放電量および冷却通路の流速と、定常状態時のΔＴupとの関係を示すテーブル
【図９】容量調整回路の推定温度と、ファン回転数との関係を示す図
【図１０】組電池の温度と冷却ファンの回転数との関係を示す図
【図１１】第２の実施の形態における組電池の冷却装置において、冷却ファン、バッテリコントローラ、セルコントローラ、および、組電池の位置関係を示す図
【図１２】車室内の温度および組電池のＳＯＣと、組電池の温度との関係を示す図
【図１３】車室内温度と、冷却ファンが停止した状態で組電池の充放電を行っても、組電池が劣化する温度まで上昇しない充放電量との関係を示す図
【符号の説明】
【００７７】
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（ＩＦ）、１４…フォトカプラ、２０…温度センサ、３０…バッテリコントローラ、５０…冷却ファン、６０…冷却通路、１００…組電池、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】
2007250408.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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