(57)【要約】【課題】従来の電池パック交換方法では、電池パック間の電圧差に起因する不具合を回避できない問題があった。【解決手段】本発明の電池システムの電池パック交換方法は、新規電池パックを組み込み（Ｓ１、Ｓ２）、非交換電池ストリングの電圧と、交換対象電池ストリングの電圧と、の差が予め設定した許容電圧差以下となるように非交換電池ストリングの電圧を調整し（Ｓ３〜Ｓ７）と、非交換電池ストリングの電圧と、交換対象電池ストリングの電圧と、の差が許容電圧差以下となったことに応じて、交換対象電池ストリングに含まれる電池パックのサブリレーを接続状態に切り替え（Ｓ９）と、非交換電池ストリングの電圧と、交換対象電池ストリングの電圧と、の差が実質的に同電圧となったことに応じて交換対象電池ストリングに含まれる電池パックのメインリレーを接続状態に切り替える（Ｓ１０、Ｓ１１）。【選択図】図２
2016170938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池パックが、
負荷に対して電源を与える電池と、
前記電池と前記負荷との間の接続状態と遮断状態とを切り替えるサブリレーと、
前記サブリレーと直列に接続される抵抗と、
前記電池と前記負荷との間の接続状態と遮断状態とを切り替え、かつ、前記サブリレー及び抵抗と並列に接続されるメインリレーと、
前記電池の電圧の測定と、前記メインリレー及び前記サブリレーの開閉状態の制御と、を行う制御部と、を有し、
負荷に接続される高電圧側電源配線と低電圧側電源配線との間に少なくとも１つの前記電池パックが直列に接続される電池ストリングが、前記高電圧側電源配線と前記低電圧側電源配線との間に複数個並列に接続される電池システムの電池パックの交換方法であって、
前記電池パックすべてにおいて前記メインリレーと前記サブリレーとを遮断状態とした上で、交換対象の電池パックを新規電池パックと交換する電池パック交換工程と、
前記新規電池パックを含まない非交換電池ストリングに含まれる前記電池パックの前記メインリレーを接続状態とした状態で、前記非交換電池ストリングの電圧と、前記新規電池パックを含む交換対象電池ストリングの電圧と、の差が予め設定した許容電圧差以下となるように前記非交換電池ストリングの電圧を調整する非交換電池ストリング電圧調整工程と、
前記非交換電池ストリングの電圧と、前記交換対象電池ストリングの電圧と、の差が前記許容電圧差以下となったことに応じて、前記交換対象電池ストリングに含まれる前記電池パックの前記サブリレーを遮断状態から接続状態に切り替える交換対象電池ストリング電圧調節工程と、
前記非交換電池ストリングの電圧と、前記交換対象電池ストリングの電圧と、の差が実質的に同電圧となったことに応じて前記交換対象電池ストリングに含まれる前記電池パックの前記メインリレーを接続状態に切り替える新規電池パック有効化工程と、
を有する電池システムの電池パック交換方法。
【請求項２】
前記電池パック交換工程において複数の前記電池パックの前記メインリレーと前記サブリレーとを遮断状態とする指示は、複数の前記電池パックに対して充放電を行う充放電装置から与えられる請求項１に記載の電池パック交換方法。
【請求項３】
負荷に接続される高電圧側電源配線と低電圧側電源配線との間に少なくとも１つの電池パックが直列に接続される電池ストリングが、前記高電圧側電源配線と前記低電圧側電源配線との間に複数個並列に接続される電池システムにおいて用いられる電池パックであって、
前記負荷に対して電源を与える電池と、
前記電池と前記負荷との間の接続状態又は遮断状態を切り替えるサブリレーと、
前記サブリレーと直列に接続される抵抗と、
前記電池と前記負荷との間の接続状態と遮断状態とを切り替え、かつ、前記サブリレー及び抵抗と並列に接続されるメインリレーと、
前記電池の電圧の測定と、前記メインリレー及び前記サブリレーの開閉状態の制御と、を行う制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記サブリレー及び前記メインリレーを遮断状態とした状態で、自電池パックが属する自電池ストリングの電圧と、前記自電池ストリング以外の他の電池ストリングの電圧との差が予め設定した許容電圧差以下となったことに応じて前記サブリレーを接続状態に切り替え、
前記他の電池ストリングの電圧と前記自電池ストリングの電圧との差が実質的に同電圧となったことに応じて前記メインリレーを接続状態に切り替える電池パック。
【請求項４】
前記制御部は、前記電池システムに含まれる前記電池パックを制御する電池システム制御部から前記他の電池ストリングに関する情報を取得する請求項３に記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電池システムの電池パック交換方法及び電池パックに関し、特に、負荷に対して並列に接続される複数の電池パックを有する電池システムの電池パック交換方法及び電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機を駆動源として用いる電動車両の普及が近年進んでいる。このような電動車両では、複数の電池セルを直列に接続した組電池を電源として用いることが多い。そこで、電動車両に用いられる組電池の例が特許文献１に開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示されている電源装置では、入力端子間に平滑用コンデンサが設けられたインバータに対して直流電力を給電する組電池と、組電池の正極とインバータとを断接する正側メインコンタクタと、その正側メインコンタクタ（例えば、メインリレー）に並列接続されたプリチャージコンタクタ（例えば、サブリレー）及びプリチャージ抵抗（例えば、抵抗）と、を備える。そして、特許文献１の電源装置では、こうした電源装置のプリチャージコンタクタとプリチャージ抵抗との接続部と、組電池の負極と、の電圧を検出する電圧計を設け、その電圧計のプリチャージ直前の電圧検出値とプリチャージ中の電圧検出値とに基づいてプリチャージ完了判定を行う。
【０００４】
これにより特許文献１に記載の電源装置では、製造コストを増加させずに、より正確なプリチャージ完了判定を行うことを実現する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１９３８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、電動車両では、電源の更なる高出力化への要求が高まっている。このような場合、複数の組電池を用いて高出力化への要求に応えることもある。しかしながら、組電池を複数用いた場合、組電池の劣化が組電池毎に異なるため、複数の電池の一部を交換する必要が生じる。複数の組電池の一部を交換する場合、交換する組電池の電圧を他の既存組電池の電圧と合わせる必要がある。
【０００７】
ここで、特許文献１では、平滑コンデンサの両端の電圧が組電池の電圧と同等の電圧となるまで抵抗を介して平滑コンデンサをプリチャージ（つまり、組電池の電圧と平滑コンデンサとの電圧均等化）することができる。平滑コンデンサは、組電池に比べて蓄えられるエネルギー量が少ないため、電圧均等化が短時間で完了しメインリレーが接続したときにアーク放電等を生じることはない。一方、並列接続された組電池の一部を交換する場合、異なる電圧の組電池が並列接続される場合がある。ここで、組電池は平滑コンデンサよりも大きなエネルギーを蓄えるため、電圧均等化をプリチャージ抵抗を介して行おうとすると時間がかかり、プリチャージリレーとプリチャージ抵抗との直列回路の破損の危険がある。また、電圧均等化が未完了のままメインリレーを閉じると組電池間の電圧差によりアーク放電が発生し、メインリレーの破損の危険がある。つまり、特許文献１に記載の技術では、安全に組電池の交換を行うことができない問題がある。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、負荷に接続された複数の組電池の一部を安全に交換することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の電池システムの電池パック交換方法の一態様は、電池パックが、負荷に対して電源を与える電池と、前記電池と前記負荷との間の接続状態と遮断状態とを切り替えるサブリレーと、前記サブリレーと直列に接続される抵抗と、前記電池と前記負荷との間の接続状態と遮断状態とを切り替え、かつ、前記サブリレー及び抵抗と並列に接続されるメインリレーと、前記電池の電圧の測定と、前記メインリレー及び前記サブリレーの開閉状態の制御と、を行う制御部と、を有し、負荷に接続される高電圧側電源配線と低電圧側電源配線との間に少なくとも１つの前記電池パックが直列に接続される電池ストリングが、前記高電圧側電源配線と前記低電圧側電源配線との間に複数個並列に接続される電池システムの電池パックの交換方法であって、前記電池パックすべてにおいて前記メインリレーと前記サブリレーとを遮断状態とした上で、交換対象の電池パックを新規電池パックと交換する電池パック交換工程と、前記新規電池パックを含まない非交換電池ストリングに含まれる前記電池パックの前記メインリレーを接続状態とした状態で、前記非交換電池ストリングの電圧と、前記新規電池パックを含む交換対象電池ストリングの電圧と、の差が予め設定した許容電圧差以下となるように前記非交換電池ストリングの電圧を調整する非交換電池ストリング電圧調整工程と、前記非交換電池ストリングの電圧と、前記交換対象電池ストリングの電圧と、の差が前記許容電圧差以下となったことに応じて、前記交換対象電池ストリングに含まれる前記電池パックの前記サブリレーを遮断状態から接続状態に切り替える交換対象電池ストリング電圧調節工程と、前記非交換電池ストリングの電圧と、前記交換対象電池ストリングの電圧と、の差が実質的に同電圧となったことに応じて前記交換対象電池ストリングに含まれる前記電池パックの前記メインリレーを接続状態に切り替える新規電池パック有効化工程と、を有する。
【００１０】
また、本発明の電池パックの一態様は、負荷に接続される高電圧側電源配線と低電圧側電源配線との間に少なくとも１つの電池パックが直列に接続される電池ストリングが、前記高電圧側電源配線と前記低電圧側電源配線との間に複数個並列に接続される電池システムにおいて用いられる電池パックであって、前記負荷に対して電源を与える電池と、前記電池と前記負荷との間の接続状態又は遮断状態を切り替えるサブリレーと、前記サブリレーと直列に接続される抵抗と、前記電池と前記負荷との間の接続状態と遮断状態とを切り替え、かつ、前記サブリレー及び抵抗と並列に接続されるメインリレーと、前記電池の電圧の測定と、前記メインリレー及び前記サブリレーの開閉状態の制御と、を行う制御部と、を有し、前記制御部は、前記サブリレー及び前記メインリレーを遮断状態とした状態で、自電池パックが属する自電池ストリングの電圧と、前記自電池ストリング以外の他の電池ストリングの電圧との差が予め設定した許容電圧差以下となったことに応じて前記サブリレーを接続状態に切り替え、前記他の電池ストリングの電圧と前記自電池ストリングの電圧との差が実質的に同電圧となったことに応じて前記メインリレーを接続状態に切り替える。
【００１１】
本発明にかかる電池システムの電池パック交換方法及び電池パックでは、既に電池システムに組み込まれている電池パックの電圧を、交換後に新たに組み込まれる新規電池パックの電圧に調整した後に、新規電池パックの抵抗を介した新規電池パックと他の電池パックとの間の電圧差の調整を行う。また、本発明にかかる電池システムの電池パック交換方法及び電池パックでは、新規電池パックの抵抗を介した新規電池パックと他の電池パックとの間の電圧差の調整を行った後に、新規電池パックのメインリレーを接続状態とする。これにより、本発明にかかる電池システムの電池パック交換方法及び電池パックでは、電池パック間の電圧差により生じるアーク放電の発生を防止することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電池システムの電池パック交換方法及び電池パックによれば、負荷に接続された複数の組電池の一部を安全に交換することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１にかかる電池システムのブロック図である。
【図２】実施の形態１にかかる電池パックの交換手順を説明するフローチャートである。
【図３】実施の形態２にかかる電池システムのブロック図である。
【図４】実施の形態２にかかる電池パックの交換手順を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
【００１５】
実施の形態１にかかる電池システム１では、負荷に接続される高電圧側電源配線と低電圧側電源配線との間に複数の電池ストリングが接続され、複数の電池ストリングのそれぞれが１つの電池パックを含む例について説明する。
【００１６】
実施の形態１にかかる電池システム１のブロック図を図１に示す。図１に示す例では、電池システム１を制御する電池システム制御部（例えば、車両部側電池制御部１１）と、電池システム１により電源が供給される負荷（例えば、モータ）を含む車両部１０を示した。なお、電池システム１は、車両部１０に含まれるモータを発電機として機能させた場合には当該発電機により充電される。つまり、車両部１０に含まれるモータは、電池システム１に対する充放電装置としても機能するものである。また、車両部側電池制御部１１は、車両部１０のモータの状態と電池システム１に含まれる電池の状態に応じて電池システム１内の電池パック制御部に対してリレーを制御するための指示を行う。
【００１７】
図１に示すように、実施の形態１にかかる電池システム１は、電池パックＰ１〜Ｐｎ（ｎは、電池ストリングの数を表す整数）、高電位側電源配線１３、低電位側電源配線１４を有する。電池パックＰ１〜Ｐｎは、それぞれ高電位側電源配線１３と低電位側電源配線１４との間に並列に接続される。なお、電池パックＰ１〜Ｐｎは、電池ストリングＳＴ１〜ＳＴｎに対応するものである。
【００１８】
電池パックＰ１〜Ｐｎは、同じ構成を有するものであるため、個々では電池パックの説明として電池パックＰ１を説明する。なお、図１では、電池パックＰ２〜Ｐｎにおいて電池パックＰ１内の構成と対応する構成について符号の末尾以外の符号を電池パックＰ１の符号と同じにした。
【００１９】
電池パックＰ１は、正側メインリレー１１１、負側メインリレー１２１、サブリレー１３１、抵抗（例えば、抵抗ＰＲ１）、電池（例えば、組電池２０１）、電池パック制御部３０１を有する。
【００２０】
組電池２０１は、車両部１０のモータに対して電源を与えると共に発電機として機能する車両部１０のモータにより充電される。組電池２０１は、複数の電池セル（或いは単位電池）を直列に接続したものである。組電池２０１は、正極が高電位側電源配線１３を介して車両部１０に接続され、負極が低電位側電源配線１４を介して車両部１０に接続される。
【００２１】
正側メインリレー１１１は、組電池２０１の正極と高電位側電源配線１３との間に接続される。この正側メインリレー１１１は、組電池２０１の正極と車両部１０との間の接続状態と遮断状態とを切り替える。
【００２２】
サブリレー１３１と抵抗ＰＲ１とは、直列回路を構成する。そして、当該直列回路は、正側メインリレー１１１と並列に接続される。サブリレー１３１は、組電池２０１と車両部１０との間の接続状態と遮断状態とを切り替える。また、抵抗ＰＲ１は、組電池２０１の充放電電流を制限する。なお、上記直列回路はプリチャージ回路としても機能する。
【００２３】
負側メインリレー１２１は、組電池２０１の負極と低電位側電源配線１４との間に接続される。負側メインリレー１２１は、組電池２０１の正極と車両部１０との間の接続状態と遮断状態とを切り替える。
【００２４】
電池パック制御部３０１は、組電池２０１の電圧測定を行う。また、電池パック制御部３０１は、他の制御部と測定した電圧の送受信を行う。この測定した電圧の送受信についての詳細は後述する。また、電池パック制御部３０１は、正側メインリレー１１１、負側メインリレー１２１及びサブリレー１３１の開閉状態を制御する。なお、電池パック制御部３０１は、正側メインリレー１１１とサブリレー１３１の少なくともいずれか一方がオン状態（例えば、スイッチが閉じた状態であり、スイッチの電極間が導通した状態）となった場合に負側メインリレー１２１をオン状態とする。従って、以下の説明におけるリレーの開閉状態の説明では、正側メインリレー１１１とサブリレー１３１の開閉状態についてのみ説明する。
【００２５】
ここで、電池パック制御部３０１の電圧測定及び他の制御部との通信について詳細に説明する。電池パック制御部３０１は、組電池２０１の最上段の正極の電圧ＶＳと、最下段の負極の電圧ＶＤとの電圧差を組電池２０１の電圧Ｖ１として測定する。
【００２６】
電池パック制御部３０１は、車両部側電池制御部１１及び他の電池パックの電池パック制御部と信号配線１２を介して接続される。電池パック制御部３０１は、信号配線１２を介して測定した電圧値等の送受信を行う。そして、電池パック制御部３０１は、車両部側電池制御部１１及び他の電池パックの電池パック制御部の少なくとも一方との通信結果に応じて正側メインリレー１１１及びサブリレー１３１を制御する。
【００２７】
具体的には、電池パック制御部３０１は、サブリレー１３１及び正側メインリレー１１１を遮断状態とした状態で、自電池パックの電圧と、他の電池パックの電圧と、の差が予め設定した許容電圧差以下となったことに応じてサブリレー１３１を接続状態に切り替える。その後、電池パック制御部３０１は、他の電池パックの電圧と自電池パックの電圧との差が実質的に同電圧となったことに応じて正側メインリレー１１１を接続状態に切り替える。
【００２８】
電池パック制御部３０１による上記のようなリレースイッチの制御は、電池パック制御部３０１が他の電池パックの電池パック制御部から取得した電圧値に基づき行っても良い。また、車両部側電池制御部１１が電池システム１内の各電池パックから取得した電圧値に基づき判断したリレースイッチの切替タイミング信号に基づき、電池パック制御部３０１が上記リレースイッチの制御を行うとしても良い。実施の形態１にかかる電池システム１の説明では、電池パック制御部３０１が電池システム１内の他の電池パックから取得した電圧値に基づきリレースイッチを制御する例について説明する。
【００２９】
続いて、実施の形態１にかかる電池システム１における電池パックの交換手順について説明する。そこで、図２に実施の形態１にかかる電池パックの交換手順を説明するフローチャートを示す。図２に示す例では、図１の電池パックＰ１を新規な電池と交換する例を示した。
【００３０】
図２に示すように、実施の形態１にかかる電池システム１では、まず、電池パックＰ１〜Ｐｎのメインリレー及びサブリレーを遮断状態とした状態で、新規な電池パックＰ１を組み込む（ステップＳ１）。その後、電池パックＰ１〜Ｐｎ及び車両部に対して電池パック交換モードへの移行を指示する（ステップＳ２）。なお、電池パック交換モードへの移行指示は、車両部１０で電池パックを交換する者が所定の操作を行うことで車両部側電池制御部１１から各電池パックに対して与えられる。
【００３１】
続いて、実施の形態１にかかる電池システム１は、交換対象外の電池パックＰ２〜Ｐｎのメインリレーを接続状態とする（ステップＳ３）。このステップＳ３の処理は、交換された電池パックＰ１の電池パック制御部３０１から他の電池パックの電池パック制御部に与えられる指示に基づき実行される。
【００３２】
続いて、各電池パックは、それぞれ自電池パック内の組電池の電圧を測定し、測定した電圧値を互いに送受信する。そして、電池パックＰ１は、他の電池パックから得た電圧値Ｖ２〜Ｖｎと、自電池パックの電圧Ｖ１と、の電圧差が予め設定した所定の電圧差（例えば、許容電圧）以下であるか否かを判断する（ステップＳ４）。このステップＳ４の比較では、電圧Ｖ２〜Ｖｎの平均値、或いは、その代表値と、電圧Ｖ１と、を比較する。そして、ステップＳ４において、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２〜Ｖｎとの電圧差が許容電圧差よりも大きく、かつ、電圧Ｖ１より電圧Ｖ２〜Ｖｎが小さければ、電池パックＰ１の電池パック制御部３０１が車両部側電池制御部１１に充電要求を送信する（ステップＳ５、Ｓ６）。このとき、電池パック制御部３０１は、例えば、電圧Ｖ２〜Ｖｎから推測される電池パックＰ２〜Ｐｎの充電率（ＳＯＣ：State Of Charge）よりも少し低い充電率を車両部側電池制御部１１に通知する。これにより、電池パックＰ２〜Ｐｎに車両部１０からの充電が行われる。一方、ステップＳ４において、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２〜Ｖｎとの電圧差が許容電圧差よりも大きく、かつ、電圧Ｖ１より電圧Ｖ２〜Ｖｎが大きければ、電池パックＰ１の電池パック制御部３０１が車両部側電池制御部１１に放電要求を送信する（ステップＳ５、Ｓ７）。このとき、電池パック制御部３０１は、電圧Ｖ２〜Ｖｎから推測される電池パックＰ２〜Ｐｎの充電率（ＳＯＣ：State Of Charge）よりも少し高い充電率を車両部側電池制御部１１に通知する。これにより、電池パックＰ２〜Ｐｎから車両部１０への放電が行われる。そして、ステップＳ４〜Ｓ７の処理により、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２〜Ｖｎとの電圧差が許容電圧差以下となったことに応じて、電池パックＰ１の電池パック制御部３０１はステップＳ８以降の処理を行う。
【００３３】
ステップＳ８では、電池パックＰ１の電池パック制御部３０１が車両部側電池制御部１１に充放電停止要求を行う。その後、電池パック制御部３０１は、電池パックＰ１のサブリレー１３１を遮断状態から接続状態に切り替える（ステップＳ９）。これにより、電池パックＰ１と電池パックＰ２〜Ｐｎとの間の電圧差を縮める電圧均等化動作が行われる。そして、電池パックＰ１の電池パック制御部３０１は、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２〜Ｖｎとが実質的に等しくなるまで当該電圧均等化動作を行う（ステップＳ１０）。なお、電圧の測定誤差が含まれる程度の電圧差の範囲内であれば、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２〜Ｖｎが実質的に等しいと判断するものとする。その後、電池パックＰ１の電池パック制御部３０１は、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２〜Ｖｎとが実質的に等しくなったことに応じて、電池パックＰ１の正側メインリレー１１１を遮断状態から接続状態に切り替える（ステップＳ１１）。これにより、実施の形態１にかかる電池システム１における電池パックの交換が完了する。
【００３４】
上記説明より、実施の形態１にかかる電池システム１に含まれる電池パックは、車両部１０に対して電源を与える組電池と、組電池と車両部１０との間の接続状態又は遮断状態を切り替えるサブリレーと、サブリレーと直列に接続される抵抗と、組電池２０１と車両部１０との間の接続状態と遮断状態とを切り替え、かつ、サブリレー及び抵抗と並列に接続されるメインリレーと、組電池の電圧の測定と、メインリレー及びサブリレーの開閉状態の制御と、を行う電池パック制御部３０１と、を有する。そして、電池パック制御部３０１は、サブリレー及びメインリレーを遮断状態とした状態で、自電池パックが属する自電池ストリングの電圧と、自電池ストリング以外の他の電池ストリングの電圧との差が予め設定した許容電圧差以下となったことに応じてサブリレーを接続状態に切り替える。その後、電池パック制御部３０１は、他の電池ストリングの電圧と自電池ストリングの電圧との差が実質的に同電圧となったことに応じてメインリレーを接続状態に切り替える。
【００３５】
また、実施の形態１にかかる電池システム１では、電池パック交換工程と、非交換電池ストリング電圧調整工程と、交換対象電池ストリング電圧調節工程と、新規電池パック有効化工程と、を実施することで電池システム１内の電池パックの交換を行う。ここで、電池パック交換工程は、例えば、図２のステップＳ１、Ｓ２の工程であって、電池システム１を構成する電池パックのメインリレーとサブリレーとを遮断状態とした上で、交換対象の電池パックを新規電池パックと交換する工程である。非交換電池ストリング電圧調整工程は、例えば、図２のステップＳ３〜Ｓ７の工程であって、新規電池パックを含まない非交換電池ストリング（例えば、電池ストリングＳＴ２〜ＳＴｎ）に含まれる電池パックＰ２〜Ｐｎのメインリレーを接続状態とした状態で、非交換電池ストリングの電圧と、新規電池パックを含む交換対象電池ストリング（例えば、電池ストリングＰ１）の電圧と、の差が予め設定した許容電圧差以下となるように非交換電池ストリングの電圧を調整する工程である。交換対象電池ストリング電圧調節工程は、例えば、図２のステップＳ９の工程であって、非交換電池ストリングの電圧と、交換対象電池ストリングの電圧と、の差が許容電圧差以下となったことに応じて、交換対象電池ストリングに含まれる電池パックＰ１のサブリレー１３１を遮断状態から接続状態に切り替える工程である。新規電池パック有効化工程は、例えば、図２のステップＳ１０、Ｓ１１の工程であって、非交換電池ストリングの電圧と、交換対象電池ストリングの電圧と、の差が実質的に同電圧となったことに応じて交換対象電池ストリングに含まれる電池パックＰ１のメインリレー１１１を接続状態に切り替える工程である。
【００３６】
実施の形態１にかかる電池システム１に含まれる電池パック及び電池システム１の電池パック交換方法によれば、新規に電池システム１に組み込む新規電池パックと、既に電池システム１に組み込まれている電池パックと、の電圧差を許容電圧差以下に調整した状態で新規電池パックのサブリレーを接続状態とする。また、実施の形態１にかかる電池システム１に含まれる電池パック及び電池システム１の電池パック交換方法では、電圧均等化動作を経て新規電池パックと、既に電池システム１に組み込まれている電池パックと、の電圧差がほぼなくなった状態で新規電池パックのメインリレーを接続状態とする。
【００３７】
これにより、実施の形態１にかかる電池システム１に含まれる電池パック及び電池システム１の電池パック交換方法では、新規電池パックと既存の電池パックとの間の電圧差に起因するアーク放電の発生を防止することができる。つまり、実施の形態１にかかる電池システム１に含まれる電池パック及び電池システム１の電池パック交換方法によれば、電池パックの交換時に発生する不具合を防止すると共に電池パック交換時の安全性を向上させることができる。
【００３８】
特に組電池では、多数の電池が直列接続されるため、電池パック間の電圧差が大きくなる傾向がある。さらに、既に利用されている電池パックと新規の電池パックとでは電圧差が大きくなる傾向がある。このようなことから、組電池を含む電池パックでは、電池パック間の電圧差に起因したアーク放電による不具合発生の確率が高く、かつ、電池交換時の安全性の確保が難しい。このようなことから、実施の形態１にかかる電池システム１に含まれる電池パック及び電池システム１の電池パック交換方法による不具合の回避及び安全性の向上の効果は、組電池を含む電池パックの交換においては非常に大きいものである。
【００３９】
実施の形態２
実施の形態２では、高電位側電源配線１３と低電位側電源配線１４との間に並列接続される複数の電池ストリングがそれぞれ複数の電池パックにより構成される例について説明する。そこで、実施の形態２にかかる電池システム２のブロック図を図３に示す。
【００４０】
図３に示すように、実施の形態２にかかる電池システム２では、電池ストリングＳＴ１〜ＳＴｎがそれぞれ３つの直列接続された電池パックを有する。この電池パックは、それぞれ図１で説明した電池パックＰ１と同等の構成を有するものである。なお、電池ストリングＳＴ１〜ＳＴｎは、それぞれが直列接続された電池パックを有する場合だけでなく、並列接続された電池パックを有する場合や、直並列に接続された電池パックを有する場合も本発明に含まれる。
【００４１】
また、図３に示すように、実施の形態２にかかる電池システム２では、車両部１０に代えて車両部２０を示した。車両部２０は、車両部１０の車両部側電池制御部１１を車両部側電池制御部２１に置き換えたものである。そして、実施の形態２では、複数の電池パックと車両部側電池制御部２１とが互いに通信可能なように信号配線１２により接続される。
【００４２】
実施の形態２にかかる電池システム２では、車両部側電池制御部２１から各電池パックの電池パック制御部に対して、リレースイッチを制御する切替タイミング信号を出力し、当該切替タイミング信号に基づき各電池パックがリレースイッチを制御するものとする。
【００４３】
なお、実施の形態２にかかる電池システム２においても、実施の形態１にかかる電池システム１と同様に、各電池パックの電池パック制御部の間で電圧値等を送受信し、電池パック制御部内の処理に基づきリレースイッチを制御することも可能である。この場合、電池ストリング毎に電池ストリングの電圧値に基づくリレースイッチの開閉状態を制御する代表電池パックを決めておくことが好ましい。
【００４４】
また、実施の形態２にかかる電池システム２では、電池ストリングに含まれる電池パックのうち最上段に位置する電池パックの正極側電圧と、最下段に位置する電池パックの負極側電圧と、の電圧差を各電池ストリングの電圧とする。
【００４５】
続いて、実施の形態２にかかる電池システム２における電池パックの交換手順について説明する。そこで、実施の形態２にかかる電池システム２の電池パック交換手順を示すフローチャートを図４に示す。図４に示す例では、図３に示した電池パックＰ１１を交換する例を示すものである。
【００４６】
図４に示すように、実施の形態２にかかる電池システム２では、電池ストリング毎の電圧値に基づき、電池ストリング毎にリレースイッチを制御するものであり、実質的な交換手順は実施の形態１にかかる電池システム１と変わらない。そのため、ここでは実施の形態２にかかる電池システム２における電池パック交換手順を簡単に説明する。以下の説明では、実施の形態２と実施の形態１とで処理の違いが比較的大きな処理について具体的な説明を行う。
【００４７】
実施の形態２にかかる電池システム２では、実施の形態１と同様に、電池システム２内の電池パックのメインリレーとサブリレーとを遮断状態とした状態で交換対象の電池パックを新規な電池パックに交換する（ステップＳ１、Ｓ２）。
【００４８】
続いて、実施の形態２にかかる電池システム２では、車両部側電池制御部２１から電池ストリングＳＴ２〜ＳＴｎに属する電池パックＰ２１〜Ｐｎ３に対してメインリレーを接続状態とする切替タイミング信号を送信し、電池パックＰ２１〜Ｐｎ３のメインリレーを接続状態とする（ステップＳ２３）。
【００４９】
続いて、実施の形態２にかかる電池システム２では、車両部側電池制御部２１が各電池パックから組電池の電圧計測結果を取得して、電池ストリング毎の電圧値を算出する。そして、車両部側電池制御部２１は、電池ストリング毎の電圧値に基づき、非交換対象の電池ストリングＳＴ２〜ＳＴｎの電圧Ｖ２〜Ｖｎと、交換対象の電池ストリングＳＴ１の電圧Ｖ１と、の電圧差が許容電圧差以下になるまで電圧調整を行う（ステップＳ３４、Ｓ３５、Ｓ６、Ｓ７）。
【００５０】
続いて、実施の形態２にかかる電池システム２では、電圧Ｖ２〜Ｖｎと、電圧Ｖ１と、の電圧差が許容電圧差以下となったことに応じて車両部側電池制御部２１により充電を停止する（ステップＳ８）。その後、車両部側電池制御部２１が、電池ストリングＳＴ１に属する電池パックＰ１１〜Ｐ１３に対してサブリレーを遮断状態から接続状態に切り替える切替タイミング信号を送信する。これにより、電池パックＰ１１〜Ｐ１３内のサブリレーが接続状態に切り替えられる（ステップＳ２９）。
【００５１】
その後、車両部側電池制御部２１が各電池パックから組電池の電圧計測結果を取得する。そして、電池ストリング間の電圧差がほぼなくなったことに応じて、車両部側電池制御部２１が電池ストリングＳＴ１の電池パックにメインリレーを遮断状態から接続状態に切り替える切替タイミング信号を送信する。これにより、電池パックＰ１１〜Ｐ１３内のメインリレーが接続状態に切り替えられる（ステップＳ４０、Ｓ４１）。
【００５２】
上記説明より、実施の形態２にかかる電池システム２では、１つの電池ストリングに複数の電池パックが含まれる場合であっても、電池ストリングの電圧に応じて各電池パック内のリレースイッチを制御することで、実施の形態１と同様に、電池パック交換時の不具合の回避及び安全性の向上という効果をえることができる。
【００５３】
また、実施の形態２にかかる電池システム２では、車両部側電池制御部２１において電池ストリング毎の電圧の計算及びリレースイッチの制御処理を行う。このような処理方法とすることで、各電池パックの電池パック制御部間及び電池パック制御部内で行われる処理を簡略化することができる。
【００５４】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記実施の形態では、車両へ本発明を適用しているが、電池を充放電する装置であれば、車両以外にも適用可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１、２  電池システム
１０、２０  車両部
１１、２１  車両部側電池制御部
１２  信号配線
１３  高電位側電源配線
１４  低電位側電源配線
１１１〜１１ｎ  正側メインリレー
１２１〜１２ｎ  負側メインリレー
１３１〜１３ｎ  サブリレー
２０１〜２０ｎ  組電池
３０１〜３０ｎ  電池パック制御部
ＰＲ１〜ＰＲｎ  抵抗
Ｐ１〜Ｐｎ  電池パック
Ｐ１１〜Ｐｎ３  電池パック
ＳＴ１〜ＳＴ３  電池ストリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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