(57)【要約】【課題】電源システムにおいて、複数の電池セルの一部が過充電セルとなったときでも、さらなる劣化を抑制する。【解決手段】電源システム１０は、厚さ方向に１列に整列して配置された複数の電池セル２０毎に設けられる複数の電力変換器３２と、複数の電力変換器３２の動作を個別に制御し、電池セル２０のそれぞれのＳＯＣを個別に変更する制御装置６０を備える。制御装置６０は、電池セル２０毎にそれぞれのＳＯＣを推定し、複数の電池セル２０において、推定されたＳＯＣが予め定めた過充電用の所定値以上の電池セル２０である過充電セルと、推定されたＳＯＣが所定値未満の電池セル２０である通常セルとを含んでおり、過充電セルの個数が複数の半数以下であるときに、過充電セルに対応する電力変換器３２の動作を制御して過充電セルのＳＯＣを減少させ、通常セルに対応する電力変換器３２を制御して通常セルのＳＯＣを増大させる。【選択図】図１
2017112736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電状態を示すＳＯＣが大きいほど厚さ方向の寸法が大きくなる特性を有する電池セルの複数が前記厚さ方向に１列に整列して配置され、前記１列に整列した両端部の間隔が拘束部材で拘束された電池ブロックと、
前記電池セル毎に該電池セルの両端子に接続された電力変換器の複数が互いに直列に電気的に接続され、複数の前記電力変換器が前記直列に接続された両端部に、外部の充放電装置と接続される端子を有する電力変換器ブロックと、
複数の前記電力変換器の動作を個別に制御し、前記電池セルのそれぞれの前記ＳＯＣを個別に変更する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記電池セル毎についてそれぞれの前記ＳＯＣを推定し、
複数の前記電池セルにおいて、推定された前記ＳＯＣが予め定めた過充電用の所定値以上の前記電池セルである過充電セルと、推定された前記ＳＯＣが前記所定値未満の前記電池セルである通常セルとを含んでおり、前記過充電セルの個数が前記複数の半数以下であるときに、前記電池ブロックが単セル過充電型であるとし、
前記単セル過充電型とされたときに、前記過充電セルに対応する前記電力変換器の動作を制御して前記過充電セルの前記ＳＯＣを減少させ、前記通常セルに対応する前記電力変換器を制御して前記通常セルの前記ＳＯＣを増大させることを特徴とする電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池セルを有する電池ブロックを含む電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される電気機器に必要な高電圧、大電流を出力可能とした電池ブロックは、電池セルと呼ばれる単電池の複数個を、直列及び並列に接続して構成される。電池ブロックは、過充電や過放電になると劣化するので、劣化防止や劣化回復等の対応が必要になる。
【０００３】
特許文献１には、複数の電池セルを有する電池ブロックにおいて、過充電となった電池セルの数、過充電の回数に応じて電池ブロックの充電電圧及び充電電流を３段階として、さらなる劣化を抑制することが開示されている。また、複数の電池セルの中で１つでも過放電になると、電池ブロックの過放電とされる閾値を上げて無理のない放電として、さらなる劣化を抑制することも述べている。
【０００４】
特許文献２には、複数の電池セルを有する電池ブロックについて、劣化が少なく内部抵抗が平均値以下である電池セルの充電状態を示すＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）の許容範囲を広げて、各電池セルの劣化を均等に進ませることが開示されている。また、上記電池ブロックについて、電池セル毎にバイパス回路を設け、過充電となった電池セルをバイパスし他の電池セルに充電を行い、あるいは、過放電となった電池セルをバイパスし他の電池セルで放電を行うことも述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−２９３８８号公報
【特許文献２】特開２０１３−８５３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電池ブロックが過充電となったときに、以後の充電電流や放電電流の設定を変更する等でさらなる劣化を抑制することができる。この方法は、電池ブロックの全体を単位として充放電を制御するので、電池ブロックを構成する複数の電池セルの全部が過充電になるときに有効である。しかし、例えば、１つの電池セルのみが過充電状態の過充電セルとなった場合には、その１つの過充電セルについて劣化がさらに進行することを抑制することが困難である。そこで、複数の電池セルの一部が過充電セルとなったときでも、さらなる劣化を抑制できる電源システムが要望される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの形態に係る電源システムは、充電状態を示すＳＯＣが大きいほど厚さ方向の寸法が大きくなる特性を有する電池セルの複数が厚さ方向に１列に整列して配置され、１列に整列した両端部の間隔が拘束部材で拘束された電池ブロックと、電池セル毎に該電池セルの両端子に接続された電力変換器の複数が互いに直列に電気的に接続され、複数の電力変換器が直列に接続された両端部に、外部の充放電装置と接続される端子を有する電力変換器ブロックと、複数の電力変換器の動作を個別に制御し、電池セルのそれぞれのＳＯＣを個別に変更する制御装置と、を備え、制御装置は、電池セル毎についてそれぞれのＳＯＣを推定し、複数の電池セルにおいて、推定されたＳＯＣが予め定めた過充電用の所定値以上の電池セルである過充電セルと、推定されたＳＯＣが所定値未満の電池セルである通常セルとを含んでおり、過充電セルの個数が複数の半数以下であるときに、電池ブロックが単セル過充電型であるとし、単セル過充電型とされたときに、過充電セルに対応する電力変換器の動作を制御して過充電セルの前記ＳＯＣを減少させ、通常セルに対応する電力変換器を制御して通常セルの前記ＳＯＣを増大させることを特徴とする。
【０００８】
過充電セルは、膨張が大きいほど劣化が進行することが知られている。上記構成によれば、電池セルの特性として、ＳＯＣが大きいほど厚さ方向の寸法が大きくなるので、過充電セルのＳＯＣを減少させて通常セルのＳＯＣを増大させると、通常セルの厚さ方向の寸法が大きくなり、過充電セルを押し付ける。このように、通常セルからの押付力によって、過充電セルの膨張を抑制するので、過充電セルのさらなる劣化を抑制できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る電源システムによれば、複数の電池セルの一部が過充電セルとなったときでも、さらなる劣化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る実施の形態の電源システムの構成図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の電源システムに用いられる電池セルにおける厚さ方向の寸法とＳＯＣとの関係を示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の電源システムに用いられる電力変換器の内部構成図である。
【図４】電池ブロックにおいて電池セルが過充電となるときの厚さ方向の寸法の状態を示す図である。図４（ａ）は、全部の電池セルが過充電セルである状態を示す図であり、（ｂ）は、１つの電池セルのみが過充電セルである単セル過充電の状態を示す図である。
【図５】本発明に係る実施の形態の電源システムにおいて、電池ブロックが単セル過充電型のときの過充電劣化を抑制する手順を示すフローチャートである。
【図６】図５の手順の内容の一例を示す図である。
【図７】図５におけるＳＯＣの減少処理及びＳＯＣの増大処理に関する手順を示すフローチャートである。
【図８】図５に示す単セル過充電型のときの過充電劣化の抑制方法の作用効果を示す図である。図８（ａ）は、単セル過充電型への対応処理を行う前の過充電セルの厚さ方向の寸法を示す図で、（ｂ）は、単セル過充電型への対応処理を行った後の過充電セルの厚さ方向の寸法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、車両に搭載される電源システムを述べるが、これは説明のための例示である。複数の電池セルを有する電池ブロックを含む電源システムであれば、車両に搭載される以外の用途であってもよい。例えば、据置型の電源システムでもよい。
【００１２】
以下で述べる形状、寸法、個数、配置関係等は、説明のための例示であって、電源システムの仕様等に合わせ、適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
図１は、車両に搭載される電源システム１０の構成図である。電源システム１０は、電池ブロック１２と、電力変換器ブロック１４と、制御装置６０とを含む。図１には、電源システム１０の構成要素ではないが、電力変換器ブロック１４に接続される充放電装置１６を示す。
【００１４】
電池ブロック１２は、複数の電池セル２０を１列に整列して配置し、電力変換器ブロック１４を介して電気的に直列に接続された組電池である。電池ブロック１２は、複数の電池セル２０を直列に接続することで、車両に搭載される電気機器に必要な高電圧、大電流を出力可能とした高圧電池である。図１の例では、８個の電池セル２０のみを図示したが、全体では、例えば１０個以上の電池セル２０が１列に整列して配置されて電池ブロック１２を構成する。以下では、電池ブロック１２は４０個の電池セル２０を有するものとする。電池セル２０の個数は例示であって、４０個以外でもよい。特別な例としては、２個の電池セル２０であってもよい。
【００１５】
電池セル２０は、略矩形の側壁を有する薄板状の単電池である。複数の電池セル２０は、薄板状の厚さ方向に沿って１列に整列して配置され、電池ブロック１２となる。図１に、電池ブロック１２について厚さ方向を示す。厚さ方向は、電池セル２０の薄板状の厚さの方向であるが、電池ブロック１２における複数の電池セル２０の整列方向でもある。
【００１６】
それぞれの電池セル２０は、正極端子２２と負極端子２４とを有する。正極端子２２と負極端子２４との間の両端電圧は、単電池の種類によって異なるが、約１Ｖ〜４Ｖ程度である。単電池の種類としては、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等を用いることができる。
【００１７】
電池ブロック１２を構成する４０個の電池セル２０の両端電圧、充放電電流、温度等は、ＳＯＣ情報１８として、適当な信号線を用いて制御装置６０に伝送される。
【００１８】
略矩形の側壁を有する薄板状の電池セル２０は、内部における電気化学反応によって、ＳＯＣが大きいほど厚さ方向の寸法が大きくなる特性を有する。図２に、電池セル２０の厚さ方向の寸法とＳＯＣとの関係を示す。図２の横軸はＳＯＣ、縦軸は電池セル２０の厚さ方向の寸法である。電池セル２０の厚さ方向の寸法は、ＳＯＣが増大するにつれて大きくなるが、ＳＯＣが増大するほど厚さ方向の寸法の増加量が次第に小さくなる非線形の特性を有する。
【００１９】
拘束板２６，２７は、４０個の電池セル２０を１列に整列した両端部にそれぞれ配置される平板である。拘束部材２８，２９は、４０個の電池セル２０の端子側において、拘束板２６，２７の間を結合する細長い部材である。同様に、拘束部材３０，３１は、４０個の電池セル２０の端子側とは反対側の底面側において、拘束板２６，２７の間を結合する細長い部材である。拘束板２６，２７が拘束部材２８，２９，３０，３１によって結合されることで、複数の電池セル２０の１列に整列した両端部の間隔が所定値Ｌ０（図４参照）に拘束される。
【００２０】
この拘束作用によって、複数の電池セル２０のそれぞれのＳＯＣが充放電によって変動しても、電池ブロック１２の厚さ方向に沿った全体寸法は一定の値に維持される。換言すると、複数の電池セル２０は、充放電によってＳＯＣが変動することで図２に示す特性に従って厚さ方向の寸法が変化するが、上記の拘束作用によって厚さ方向の寸法の変化が抑制される。例えば、全部の電池セル２０のＳＯＣが増大するときは、上記拘束作用によって、全部の電池セル２０が厚さ方向の押付力を受ける。
【００２１】
電力変換器ブロック１４は、複数の電池セル２０の個数と同数の電力変換器３２を含む。図１の例では、電池セル２０の個数が４０個であるので、電力変換器ブロック１４は、４０個の電力変換器３２を含む。４０個の電力変換器３２は同じ構成を有する。
【００２２】
図３に、１つの電力変換器３２の内部構成を示す。電力変換器３２は、小型のＤＣＤＣコンバータである。電力変換器３２は４つの端子３４，３６，３８，４０を有する。１つの電力変換器３２は、１つの電池セル２０に対応して配置され、電力変換器３２の端子３４は、電池セル２０の正極端子２２に接続され、端子３６は、電池セル２０の負極端子２４に接続される。
【００２３】
４０個の電力変換器３２は、各電力変換器３２の端子３８，４０を用いて互いに電気的に直列接続される。図１の例では、直列に接続された４０個の電力変換器３２のうち、両端の電力変換器３２ａ，３２ｂを除き、隣接する２つの電力変換器３２は、一方側の電力変換器３２の端子４０と他方側の電力変換器３２の端子３８が互いに電気的に接続される。電力変換器３２ａの端子３８及び電力変換器３２ｂの端子４０は、それぞれ引き出されて、電力変換器ブロック１４の一方側端子５０及び他方側端子５２とされる。一方側端子５０は、充放電装置１６の正極側端子に接続され、他方側端子５２は充放電装置１６の負極側端子に接続される。
【００２４】
電力変換器３２は、内部にコイル４２、２つのスイッチング素子４４，４６、コンデンサ４８を含む。コイル４２とスイッチング素子４４は互いに直列に接続されて、端子３６と端子３８との間に配置される。スイッチング素子４６は、コイル４２とスイッチング素子４４の接続点と、端子３６との間に配置される。コンデンサ４８は、端子３８と端子４０との間に設けられる。
【００２５】
スイッチング素子４４，４６は、それぞれ制御装置６０の制御の下で動作する半導体トランジスタと、半導体トランジスタに逆接続されたダイオードとを含む。半導体トランジスタに逆接続されたダイオードとは、半導体トランジスタがオンのときに流れる電流の方向の逆方向に電流が流れるようにダイオードが接続されることを示す。図３では、半導体トランジスタにＮチャネル型のＭＯＳトランジスタを用いるので、Ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタのドレインにダイオードのカソードが接続され、Ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタのソースにダイオードのアノードが接続される。電力変換器３２の動作と作用の詳細については、後述する。
【００２６】
充放電装置１６は、電力変換器ブロック１４の一方側端子５０と他方側端子５２との間に並列に接続される。充放電装置１６は、電力変換器ブロック１４を介して電池ブロック１２に充電電流を供給する充電電源と、電力変換器ブロック１４を介して電池ブロック１２からの放電電流を受け取る放電負荷とを含む装置である。充放電装置１６は、回転電機５４とインバータ５６とを含む。回転電機５４は、車両の駆動源となるモータ・ジェネレータ（ＭＧ）である。モータ・ジェネレータは、電池ブロック１２から電力が供給されるときはモータとして機能し、車両の制動時には発電機として機能する三相同期型の回転電機である。インバータ５６は、電池ブロック１２の直流電力と回転電機５４の三相交流電力との間で交直変換を行う回路である。交直変換は、電池ブロック１２の直流電力を回転電機５４の三相交流電力への変換、または、回転電機５４の三相交流電力を電池ブロック１２の直流電力への変換を含む。インバータ５６は、複数のスイッチング素子と複数のダイオードとを含む。
【００２７】
充放電装置１６として、回転電機５４とインバータ５６の組合せに代えて、あるいはこれに加えて、蓄電装置等の直流電源、商用電源等の交流電源、電気機器等の負荷装置等を用いることができる。例えば、車両が、充電ステーション等から電力供給を受けるプラグイン型のハイブリッド車両の場合は、充放電装置１６として、充電ステーション等における電源装置が用いられる。また、外部の負荷に電力を供給することができる電力出力ポートを有する車両では、外部の負荷が充放電装置１６における放電負荷となる。
【００２８】
制御装置６０は、電池ブロック１２からＳＯＣ情報１８を取得し、電力変換器ブロック１４と交信して、電源システム１０の動作を全体として制御する。かかる制御装置６０は、車両の搭載に適したコンピュータが用いられる。
【００２９】
制御装置６０は、電力変換器ブロック１４を構成する４０個の電力変換器３２を個別に制御する電力変換器制御部６２を含む。さらに、電池セル２０が過充電となったときにさらなる劣化を抑制するために、ＳＯＣ推定部６４と、単セル過充電型判定部６６と、単セル過充電型のときの過充電劣化の抑制処理部６８とを含む。以下では、単セル過充電型のときの過充電セルのさらなる劣化の抑制を、特に断らない限り、過充電劣化の抑制と呼ぶ。これらの機能は、コンピュータである制御装置６０に、ソフトウェアを実行させることで実現される。具体的には、過充電劣化の抑制プログラムを制御装置６０に実行させることで実現される。
【００３０】
電力変換器制御部６２は、電力変換器３２におけるスイッチング素子４４，４６のオンオフを制御し、電力変換器３２に接続される電池セル２０のＳＯＣの増大または減少を制御する。図３を用いて、電力変換器制御部６２の制御の下での電力変換器３２の動作と作用を述べる。
【００３１】
図３に示すように、コンデンサ４８の両端電圧をＶOUT、コンデンサ４８を流れる充放電電流をＩOUTとし、電池セル２０の両端電圧をＶB、電池セル２０の充放電電流をＩBとする。隣接する２つの電力変換器３２は、一方側の電力変換器３２の端子４０と他方側の電力変換器３２の端子３８が互いに電気的に接続されるので、電力変換器ブロック１４においては、４０個のコンデンサ４８が直列に接続される。これによって、４０個の電力変換器３２は、交流的に直列に接続される。４０個のコンデンサ４８において、ＩOUTは同じ値で、充放電装置１６からの充電電流または充放電装置１６への放電電流と同じ値である。
【００３２】
電力変換器３２において内部損失がないとして、（ＶOUT×ＩOUT）＝（ＶB×ＩB）である。これを書き直すと、ＩB＝｛（ＶOUT×ＩOUT）／ＶB｝となるので、ＶOUTを制御することで、電池セル２０の充放電電流ＩBを制御できる。４０個の電力変換器３２について、それぞれのコンデンサ４８の両端電圧ＶOUTを個別に制御することで、４０個の電池セル２０の充放電電流ＩBを制御でき、これにより、４０個の電池セル２０のＳＯＣを個別に増減することができる。電力変換器３２におけるコンデンサ４８の両端電圧ＶOUTは、コイル４２と２つのスイッチング素子４４，４６を有する一般的な昇圧コンバータと同じ制御方法で制御できる。
【００３３】
図３の電力変換器３２において、スイッチング素子４６をオンし、スイッチング素子４４をオフすると、電池セル２０からの放電電流ＩBがコイル４２に流れ込み、コイル４２に電磁エネルギとして蓄積される。これにより、（コイル４２とスイッチング素子４４との接続点の電位）が次第に上昇し、｛（スイッチング素子４４と端子３８との接続点の電位）＋（スイッチング素子４４に逆接続されたダイオードの順方向の立上り電圧）｝よりも大きくなる。その状態でスイッチング素子４６をオフすると、コイル４２に蓄積された電磁エネルギがコンデンサ４８に流れる。これを繰り返すことで、コンデンサ４８の両端電圧ＶOUTは次第に上昇する。このように、ＶOUTを上昇させる昇圧制御によって電池セル２０は放電して、電池セル２０のＳＯＣが減少する。
【００３４】
これに対し、スイッチング素子４６をオフしてスイッチング素子４４をオンすると、コンデンサ４８からコイル４２を介して電池セル２０に充電電流が流れる。このように、コンデンサ４８から電流を流出させてＶOUTを降下させる降圧制御によって電池セル２０は充電され、電池セル２０のＳＯＣが増大する。
【００３５】
これをまとめると、スイッチング素子４４がオンする時間である充電時間に応じて電池セル２０のＳＯＣが増大し、スイッチング素子４６がオンする時間である放電時間に応じて電池セル２０のＳＯＣが減少する。１つの電池セル２０について充電と放電とは同時に生じないので、スイッチング素子４４がオンするときはスイッチング素子４６がオフされ、スイッチング素子４６がオンするときはスイッチング素子４４がオフされる。したがって、充放電制御のサイクル時間において、充電時間比率を増大させ放電時間比率を減少させると、電池セル２０のＳＯＣが増大し、逆に充電時間比率を減少させ放電時間比率を増大させると、電池セル２０のＳＯＣが減少する。なお、スイッチング素子４４，４６が同時にオンする期間があると、端子３８，４０の間が短絡して過大な貫通電流が流れるので、スイッチング素子４４，４６のオンオフの切替において、スイッチング素子４４，４６が共にオフするデッドタイム期間を設ける。この場合、（充電時間比率＋放電時間比率）＜１である。
【００３６】
このように、スイッチング素子４４，４６について、充電時間比率及び放電時間比率を設定することで、電池セル２０のＳＯＣの増減を制御することができる。電力変換器３２は、電池セル２０毎に設けられるので、４０個の電力変換器３２のそれぞれについて、充電時間比率及び放電時間比率を制御することで、４０個の電池セル２０のそれぞれのＳＯＣの増減を制御することができる。なお、スイッチング素子４４もスイッチング素子４６もオフになると、電池セル２０はコンデンサ４８と遮断状態となり、端子３８，４０と電池セル２０との間も遮断状態となる。このときでも、端子３８と端子４０との間はコンデンサ４８で接続されているので、隣接する電力変換器３２の間では、交流的な接続状態が維持される。
【００３７】
次に、電池セル２０が単セル過充電型となったときにさらなる劣化を抑制するためのＳＯＣ推定部６４、単セル過充電型判定部６６、過充電劣化の抑制処理部６８について、図４から図８を用いて説明する。
【００３８】
最初に、単セル過充電型の意味を説明する。図４に、一般的な過充電と単セル過充電型との相違を模式図で示す。図４は、電池ブロック１２において電池セル２０が過充電となるときの厚さ方向の寸法の状態を示す図である。以下では、過充電となった電池セル２０を過充電セル２０Ａと呼び、過充電となっていない電池セル２０を通常セル２０Ｓと呼ぶ。
【００３９】
図４（ａ）は、全部の電池セル２０が過充電セル２０Ａとなるときを示す図であり、これを、一般的な過充電と呼ぶ。（ｂ）は、１つの電池セル２０のみが過充電セル２０Ａとなるが、残りの各電池セル２０は通常セル２０Ｓのままであるときを示す図で、これは「単セル過充電」と呼ばれる。これらの図において、拘束板２６，２７の向かい合う間隔は、拘束部材２８〜３１によって所定値のＬ０に固定される。
【００４０】
図４（ａ）においては、全ての電池セル２０が過充電セル２０Ａであるので、図２で述べたように、全ての過充電セル２０Ａは、厚さ方向に膨張しようとする。しかし、拘束板２６，２７の向かい合う間隔は所定値のＬ０であるので、全ての過充電セル２０Ａは互いに厚さ方向に押し付けられる。これにより、各過充電セル２０Ａのそれぞれの厚さ方向の膨張が抑制され、全ての過充電セル２０Ａの厚さ方向の寸法は少し増大するだけである。
【００４１】
これに対し、図４（ｂ）においては、１つの電池セル２０のみが過充電セル２０Ａであるので、その１つの過充電セル２０Ａは、厚さ方向に膨張しようとする。他の電池セル２０は通常セル２０Ｓであり、厚さ方向の寸法はそのままである。このときも拘束板２６，２７の向かい合う間隔は所定値のＬ０であるので、１つの過充電セル２０Ａは、他の通常セル２０Ｓからの押付力をほとんど受けない。これにより、１つの過充電セル２０Ａのみが厚さ方向に膨張し、１つの過充電セル２０Ａの厚さ方向の寸法は、図４（ａ）の場合に比べ、かなり増大する。
【００４２】
電池セル２０は、過充電状態ではその電池特性が劣化する過充電劣化の状態になる。電池セル２０は、過充電状態において膨張すると、膨張しないときに比べ過充電劣化がさらに進行することが知られており、過充電状態では膨張を抑制するように押付力を与えることが好ましい。図４（ａ）のように、電池ブロック１２を構成する４０個の電池セル２０が全て過充電セル２０Ａであるときは、拘束板２６，２７の拘束作用によって各過充電セル２０Ａの膨張が抑制され、さらなる劣化の進行が抑制される。これに対し、図４（ｂ）のように、電池ブロック１２を構成する４０個の電池セル２０の内の１つが過充電セル２０Ａとなるときは、拘束板２６，２７の拘束作用があっても過充電セル２０Ａの膨張が抑制されず、さらなる劣化が進行する。
【００４３】
上記では、電池ブロック１２を構成する４０個の電池セル２０の内の１つのみが過充電セル２０Ａとなる例を述べた。過充電セル２０Ａが１個でなくて数個であっても、１つのみが過充電セル２０Ａである場合に比べると、拘束作用によって過充電セル２０Ａの膨張がいくらかは抑制されるが、やはり過充電セル２０Ａは厚さ方向に膨張し、さらなる劣化が進行する。そこで、電池ブロック１２において、過充電セル２０Ａの数に関わらず、過充電セルが膨張してさらなる劣化が進行するものを単セル過充電型とする。一般的に、単セル過充電型とは、４０個の電池セル２０において、過充電セル２０Ａと通常セル２０Ｓとが混在するときである。通常セル２０Ｓの個数に比べて過充電セル２０Ａの個数が多いときは、過充電セル２０Ａが互いに押し付け合う効果が大きい。以下では、電池ブロック１２の複数の電池セル２０のうち、半数以下が過充電セル２０Ａであるときに、電池ブロック１２が単セル過充電型であるとする。複数が４０個のとき、過充電セル２０Ａが２０個以下で通常セル２０Ｓが２０個以上のときを単セル過充電型とする。複数が２個のときは、１個が過充電セル２０Ａで、１個が通常セル２０Ｓである。
【００４４】
図５は、単セル過充電型のときのさらなる劣化を抑制する手順を示すフローチャートである。各手順は、制御装置６０によって実行される過充電劣化の抑制プログラムの各処理手順に対応する。制御装置６０において過充電劣化の抑制プログラムが立ち上がると、電源システム１０の各要素の状態の初期化が実行される。その後、各電池セル２０のＳＯＣの推定が行われる（Ｓ１０）。この処理手順は、制御装置６０のＳＯＣ推定部６４の機能によって実行される。
【００４５】
各電池セル２０のＳＯＣの推定は、電池ブロック１２から伝送されるＳＯＣ情報１８に基づいて行われる。ＳＯＣ情報１８には、各電池セル２０の時々刻々における充電電流または放電電流のデータが含まれるので、（充電電流×充電時間）の積算値から（放電電流×放電時間）の積算値を差し引いて各電池セル２０のＳＯＣを推定する。推定されたＳＯＣをＳＯＣ1とする。この方法に代えて、各電池セル２０が無負荷のときの電圧である開放回路電圧（Ｏｐｅｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ：ＯＣＶ）が含まれるときは、ＯＣＶに基づいて各電池セル２０のＳＯＣを推定してもよい。これら以外の適当なＳＯＣ推定法を用いることもできる。
【００４６】
次に、各電池セル２０の推定されたＳＯＣ1のデータに基づいて、電池ブロック１２が単セル過充電型であるか否かの判定が行われる（Ｓ１２）。この処理手順は、制御装置６０の単セル過充電型判定部６６の機能によって実行される。具体的には、電池ブロック１２を構成する複数の電池セル２０の内で、過充電セル２０Ａが半数以下のときを単セル過充電型であると判定する。電池セル２０が過充電セル２０Ａか通常セル２０Ｓかの判定には、電池セル２０のＳＯＣ1に対して予め定めた過充電用の所定値であるＳＯＣthを用いる。ＳＯＣ1がＳＯＣth以上のときに過充電セル２０Ａとし、ＳＯＣ1がＳＯＣth未満のときに通常セル２０Ｓとする。例えば、直列に整列された順番で最初の電池セル２０のＳＯＣ1をＳＯＣthと比較し、それが通常セル２０Ｓであれば、過充電セル２０Ａが出るまで、２番目以降の電池セル２０のＳＯＣ1をＳＯＣthと順次に比較する。１つの過充電セル２０Ａが出れば、そこで電池ブロック１２が単セル過充電型であると判定し、次の手順に進む。４０個の電池セル２０の全てが通常セル２０Ｓであるときは、過充電劣化を抑制する手順を終了する。
【００４７】
Ｓ１２において単セル過充電型であると判定されると、次に、各電池セル２０を過充電セル２０Ａか通常セル２０Ｓかに分類する（Ｓ１４）。この手順は、４０個の電池セル２０について、それぞれのＳＯＣ1がＳＯＣth以上か否かを判定する（Ｓ１６）ことで行われる。Ｓ１６の判定が肯定されるときは、その電池セル２０は過充電セル２０Ａとされ（Ｓ１８）、Ｓ１６の判定が否定されるときは、その電池セル２０は通常セル２０Ｓとされる（Ｓ２２）。
【００４８】
図６に、Ｓ１２，Ｓ１４，Ｓ１６，Ｓ１８，Ｓ２０，Ｓ２２の処理の一例を示す。この例では、４０個の電池セル２０について、直列に整列された順番に電池セル番号をＣ１〜Ｃ４０と付す。そして、過充電用の所定値ＳＯＣthを７０％として、４０個の電池セル２０についてＣ１から順番に、各電池セル２０のＳＯＣ1をＳＯＣthと比較してゆく。電池セル番号Ｃ１からＣ６までは、ＳＯＣ1がＳＯＣth未満であるが、電池セル番号Ｃ７でＳＯＣ1＝７５％となり、ＳＯＣth以上の過充電セル２０Ａが現わる。このことでＳ１２の判定が肯定され、電池ブロック１２が単セル過充電型であると判定される。そこで、電池セル番号Ｃ１〜Ｃ４０についてそれぞれＳＯＣ1を求める。図６では、過充電セル２０Ａの近傍の電池セル番号Ｃ５〜Ｃ９についてのＳＯＣ1を示す。この結果に基づいて、Ｓ１４，Ｓ１６の電池セル２０の分類を行う。図２では、電池セル番号Ｃ５，Ｃ６，Ｃ８，Ｃ９が通常セル２０Ｓとされ、電池セル番号Ｃ７が過充電セル２０Ａとされる。
【００４９】
再び図５に戻り、Ｓ１８の過充電セル２０Ａについては、ＳＯＣの減少処理が行われ（Ｓ２２）、Ｓ２０の通常セル２０Ｓについては、ＳＯＣの増大処理が行われる（Ｓ２４）。この処理手順は、制御装置６０の過充電劣化の抑制処理部６８の機能によって実行される。ここでは、通常セル２０ＳのＳＯＣの増大により生じる通常セル２０Ｓの厚さ方向の寸法の増大によって過充電セル２０Ａの厚さ方向に押付力を与え、過充電セル２０Ａの過充電による厚さ方向の寸法の増大を抑制し、電池特性のさらなる劣化を抑制する。
【００５０】
図７は、ＳＯＣの減少または増大処理が行われる手順を示すフローチャートである。Ｓ３０では、単セル過充電型への対応が必要か否かの判定を行う。ここでは、図５におけるＳ１２の判定が肯定されるときに単セル過充電型への対応が必要とされ、Ｓ１２の判定が否定されるときに単セル過充電型への対応が不要とされる。図６の例では、Ｓ１２の判定が肯定されるので、Ｓ３０の判定も肯定される。
【００５１】
次に、過充電セル２０Ａについて、充電時間比率を０に近づけ、同時に放電時間比率を増大させる処理を行う（Ｓ３２）。この処理は、図５のＳ２２に対応し、過充電セル２０ＡのＳＯＣを減少させる。
【００５２】
一方、通常セル２０Ｓについては、単セル過充電型への対応処理におけるＳＯＣの増大処理の目標とする所定値であるＳＯＣ0を用いて、通常セル２０ＳのＳＯＣ1がＳＯＣ0未満であるか否かが判定される（Ｓ３４）。Ｓ３４の判定が否定されると、ＳＯＣの増大処理を行う手順を終了させる。Ｓ３４の判定が肯定されると、通常セル２０Ｓについて、充電時間比率を増大させ、同時に放電時間比率を減少させる処理を行う（Ｓ３６）。この処理は、図５のＳ２４に対応し、通常セル２０ＳのＳＯＣを増大させる。この処理は、増大させたＳＯＣがＳＯＣ0以上とならない範囲で行う。
【００５３】
Ｓ３２，Ｓ３４で、各電池セル２０について、充電時間比率と放電時間比率の設定が行われると、これらに基づいて、各電池セル２０に対応する電力変換器３２におけるスイッチング素子４４，４６のデューティ制御が実行される（Ｓ３８）。デューティとは、充放電制御のサイクル時間に対するスイッチング素子４４，４６のオン時間の比率である。スイッチング素子４４についてのデューティは、充電時間比率に対応し、スイッチング素子４６についてのデューティは、放電時間比率に対応する。Ｓ３８の実行によって、過充電セル２０ＡのＳＯＣは、当初のＳＯＣ1より減少し、通常セル２０ＳのＳＯＣは、当初のＳＯＣ1より増大する。
【００５４】
単セル過充電型への対応処理後のＳＯＣを図６に示す。ここでは、過充電セル２０Ａである電池セル番号Ｃ７の電池セル２０のＳＯＣは、当初のＳＯＣ1＝７５％から、単セル過充電型への対応処理後では、４５％に減少する。また、通常セル２０Ｓである電池セル番号Ｃ５，Ｃ６，Ｃ８，Ｃ９の電池セル２０のＳＯＣは、それぞれ当初のＳＯＣ1＝６０％から、単セル過充電型への対応処理後では、６５％に増大する。この値は、過充電時のＳＯＣの増大処理の目標とする所定値であるＳＯＣ0を６５％として、その限度一杯に増大させている。
【００５５】
図８は、図５に示す単セル過充電型のときの過充電劣化の抑制方法の作用効果を示す図である。図８（ａ）は、単セル過充電型への対応処理を行う前の過充電セル２０Ａの厚さ方向の寸法を示す図で、（ｂ）は、単セル過充電型への対応処理を行った後の過充電セル２０Ａの厚さ方向の寸法を示す図である。これらの図は、図４に対応する図であるが、図６の例の電池セル番号Ｃ５〜Ｃ９の部分を示す。Ｃ７が過充電セル２０Ａであり、Ｃ５，Ｃ６，Ｃ８，Ｃ９が通常セル２０Ｓである。単セル過充電型への対応処理を行う前は、過充電セル２０Ａが厚さ方向にかなり膨張しているのに対し、単セル過充電型への対応処理を行うと、他の通常セル２０Ｓからの押付力を受けて、過充電セル２０Ａの膨張が抑制される。これによって、過充電セル２０Ａのさらなる劣化が抑制される。
【符号の説明】
【００５６】
１０  電源システム、１２  電池ブロック、１４  電力変換器ブロック、１６  充放電装置、１８  ＳＯＣ情報、２０  電池セル、２０Ａ  過充電セル、２０Ｓ  通常セル、２２  正極端子、２４  負極端子、２６，２７  拘束板、２８，２９，３０，３１  拘束部材、３２，３２ａ，３２ａ，３２ｂ  電力変換器、３４，３６，３８，４０  端子、４２  コイル、４４，４６  スイッチング素子、４８  コンデンサ、５０  一方側端子、５２  他方側端子、５４  回転電機、５６  インバータ、６０  制御装置、６２  電力変換器制御部、６４  ＳＯＣ推定部、６６  単セル過充電型判定部、６８  過充電劣化の抑制処理部。
【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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