(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された複数の二次電池のそれぞれに並列接続された放電手段と、
前記複数の二次電池の端子電圧に基づいて充電状態を検出する充電状態検出手段と、
前記充電状態に応じて前記放電手段のオンオフを制御する制御手段と、
を備える車両用二次電池制御装置であって、
前記充電状態検出手段は、前記放電手段がオン動作した場合には前記二次電池の端子電圧及び前記放電手段の抵抗値に基づいて充電状態を検出することを特徴とする二次電池制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記充電状態検出手段は、
充電状態＝１制御周期前の充電状態＋電流積算値＋補正項
により現在の充電状態を検出するものであり、
前記補正項は、前記１制御周期前の充電状態から推定される前記二次電池の推定端子電圧を前記放電手段の抵抗値による電圧降下分で補正し、補正した推定端子電圧と前記二次電池の実際の端子電圧との差分を用いて算出される
ことを特徴とする二次電池制御装置。
【請求項３】
直列接続された複数の二次電池のそれぞれに並列接続された放電手段と、  
前記複数の二次電池の端子電圧に基づいて充電状態を検出する充電状態検出手段と、
前記充電状態に応じて前記放電手段のオンオフを制御する制御手段と、
を備える車両用二次電池制御装置であって、
前記放電手段がオフ状態において前記二次電池の端子電圧を順次更新しつつ記憶するメモリ
を有し、
前記充電状態検出手段は、前記放電手段がオン動作した場合には、前記メモリに記憶された、前記放電手段がオン直前のオフ時の端子電圧に基づいて充電状態を検出することを特徴とする二次電池制御装置。
【請求項４】
請求項３記載の装置において、
前記充電状態検出手段は、
充電状態＝１制御周期前の充電状態＋電流積算値＋補正項
により現在の充電状態を検出するものであり、
前記補正項は、前記１制御周期前の充電状態から推定される前記二次電池の推定端子電圧と前記放電手段がオン直前のオフ時の端子電圧との差分を用いて算出される
ことを特徴とする二次電池制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は二次電池制御装置、特に並列接続された放電手段（バイパス回路）を有する二次電池の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、二次電池を複数個直列に接続するとともに、各二次電池に抵抗及びスイッチからなる放電回路（あるいはバイパス回路）を並列に接続し、二次電池間の充電状態（ＳＯＣ）のばらつきを軽減する装置が知られている。
【０００３】
例えば、特開平８−１９１８８号公報には、直列接続されたリチウム電池と、抵抗とスイッチとの直列接続からなりリチウム電池の各電池に並列接続されたバイパス回路を備えた回路が記載されており、リチウム電池の端子電圧にばらつきが存在している場合には最も端子電圧の高い電池に接続されたバイパス回路をオンして均等化する構成が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
バイパス回路は電池の端子電圧あるいは充電状態が許容範囲内におさまるまでオン作動させる必要があるが、バイパス回路がオンしている場合にはバイパス電流が流れるため、そのときの端子電圧は本来の電池の端子電圧とは異なることになる（バイパス回路の電圧降下分だけ見かけ上低くなる）。したがって、この端子電圧あるいは充電状態に基づいて制御したのでは、高精度な制御が困難となる問題があった。
【０００５】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みなされたものであり、その目的は、バイパス回路がオン作動している場合にも、二次電池の充電状態を高精度に検出することができる装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、直列接続された複数の二次電池のそれぞれに並列接続された放電手段と、前記複数の二次電池の端子電圧に基づいて充電状態を検出する充電状態検出手段と、前記充電状態に応じて前記放電手段のオンオフを制御する制御手段とを備える車両用二次電池制御装置であって、前記充電状態検出手段は、前記放電手段がオン動作した場合には前記二次電池の端子電圧及び前記放電手段の抵抗値に基づいて充電状態を検出することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、直列接続された複数の二次電池のそれぞれに並列接続された放電手段と、前記複数の二次電池の端子電圧に基づいて充電状態を検出する充電状態検出手段と、前記充電状態に応じて前記放電手段のオンオフを制御する制御手段とを備える車両用二次電池制御装置であって、前記放電手段がオフ状態において前記二次電池の端子電圧を順次更新しつつ記憶するメモリを有し、前記充電状態検出手段は、前記放電手段がオン動作した場合には、前記メモリに記憶された、前記放電手段がオン直前のオフ時の端子電圧に基づいて充電状態を検出することを特徴とする。
【００１０】
このように、本発明の二次電池制御装置では、放電手段（バイパス回路）がオン作動している場合には二次電池の端子電圧が本来の値と異なることに鑑み、端子電圧に基づいて充電状態を算出する処理を禁止する。これにより、精度の低い充電状態算出を防止して誤制御を防ぐことができる。
【００１１】
バイパス回路オン作動時の端子電圧に基づく充電状態算出を禁止した場合、他の処理で二次電池の充電状態を算出する必要がある。そこで、本発明では、バイパス回路の抵抗値による電圧降下分を考慮して充電状態を算出する。より具体的には、電圧降下分を考慮して二次電池の端子電圧を補正し、補正された端子電圧を用いて充電状態を算出する。あるいは、本発明ではバイパス回路オン作動中の端子電圧ではなく、オン直前のオフ状態における端子電圧を用いて充電状態を算出する。あるいは、本発明では、バイパス回路オン作動中の端子電圧ではなく、電流積算値を用いて充電状態を算出する。これにより、不正確な端子電圧に基づく充電状態よりも精度の良い充電状態値を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
＜第１実施形態＞
図１には、本実施形態に係る制御装置の構成が示されている。複数の二次電池Ｄ１〜Ｄ４が直列接続されており、各二次電池Ｄ１〜Ｄ４には抵抗及びスイッチングトランジスタを直列接続してなるバイパス回路１２、１４、１６、１８が並列接続されている。各二次電池Ｄ１〜Ｄ４の端子及びバイパス回路１２、１４、１６、１８のスイッチングトランジスタのベース端子はそれぞれ電子制御装置ＥＣＵ１０に接続される。
【００１４】
電子制御装置ＥＣＵ１０は各二次電池Ｄ１〜Ｄ４の充電状態ＳＯＣを監視し、二次電池の充放電を制御する。電子制御装置ＥＣＵ１０は、通常は二次電池Ｄ１〜Ｄ４のＳＯＣが例えば６０％になるように充放電制御する。一方、電子制御装置ＥＣＵ１０は、各二次電池Ｄ１〜Ｄ４のＳＯＣばらつきを算出し、このばらつきが許容範囲内にあるようにバイパス回路１２、１４、１６、１８のオンオフを制御する。ばらつきを許容範囲内に抑える理由は、ある二次電池のＳＯＣが著しく高い場合には過充電状態となるおそれがあるため充電できる範囲が狭まり、逆にある二次電池のＳＯＣが著しく低い場合には過放電状態となるおそれがあるため放電できる範囲が狭まり、いずれにせよ充放電の範囲を広くとれないからである。電子制御装置ＥＣＵ１０は、ばらつきが許容範囲内にない場合には、二次電池Ｄ１〜Ｄ４のうち、最もＳＯＣの高い二次電池に並列接続されたバイパス回路をオンして放電させ、ＳＯＣを低下させてばらつきを許容範囲内に維持する。
【００１５】
一方、バイパス回路１２、１４、１６、１８をオン作動させて二次電池Ｄ１〜Ｄ４を自己放電させた場合、二次電池の端子電圧はバイパス電流が流れるため正確な値とならず、これに基づいて算出されたＳＯＣの精度が低下する。ＳＯＣの精度低下はバイパス回路のオンオフ動作に影響を与え、また二次電池Ｄ１〜Ｄ４の充放電制御にも影響を及ぼす。
【００１６】
そこで、本実施形態では、ＥＣＵ１０はバイパス回路がオン作動した場合にはバイパス回路がオフである場合に通常行われるＳＯＣ算出処理を実行せず、別の算出処理を実行することでバイパス回路のオン作動中であってもＳＯＣを精度良く算出する。
【００１７】
図２には、本実施形態におけるＥＣＵ１０の処理フローチャートが示されている。まず、ＥＣＵ１０は所定の制御周期で二次電池Ｄ１〜Ｄ４のＳＯＣを算出する（Ｓ１０１）。このＳＯＣ算出は通常の処理アルゴリズムに従った検出であり、以下、これについて説明する。
【００１８】
＜通常のＳＯＣ算出＞
図３には、通常のＳＯＣ算出処理が模式的に示されている。１制御周期前のＳＯＣ（ｊ−１）に対し、制御周期の間の電流値を積算してＳＯＣ（ｊ−１）に加算し、さらに補正項を加算して現在のＳＯＣを算出する。すなわち、
【数１】
現在のＳＯＣ＝１制御周期前のＳＯＣ＋電流積算値＋補正項・・・（１）
である。なお、放電する場合には、電流積算値の符号はマイナスになる。
【００１９】
図４には、図３における補正項の算出処理が模式的に示されている。１制御周期前のＳＯＣ（ｊ−１）から解放回路における端子電圧ＯＣＶを算出し、また二次電池の内部抵抗ｒに基づくドロップ電圧Ｉｒ及び分極電圧を算出してこれらを加算することで二次電池の端子電圧を推定する。この推定電圧をＶPREとする。この推定電圧ＶPREと電圧センサで検出された実際の端子電圧Ｖｍとの差分を算出し、電圧偏差ＶDLTを得る。この電圧偏差ＶDLTを比例積分器（ＰＩ）で比例積分することで補正項（ｊ）を算出する。
【００２０】
以上のようにして通常のＳＯＣ、すなわちバイパス回路１２、１４、１６、１８がオフ状態におけるＳＯＣを算出する（Ｓ１０１）。ＳＯＣは全ての二次電池Ｄ１〜Ｄ４について算出する。ＳＯＣを算出した後、ＳＯＣのばらつきが所定の許容範囲内（例えば５％）であるか否かを判定する（Ｓ１０２）。所定の範囲内であればバイパス回路１２、１４、１６、１８をオンさせる必要はないが、ばらつきが許容範囲外である場合には該当するバイパス回路、すなわち最もＳＯＣの大きい二次電池に接続されたバイパス回路をオンする（Ｓ１０３）。
【００２１】
バイパス回路をオン作動することでそのバイパス回路が接続された二次電池は自己放電しＳＯＣが低下していく。このとき、ＥＣＵ１０は二次電池のＳＯＣを精度良く算出すべく、通常のＳＯＣ算出処理ではなくバイパス回路の抵抗値Ｒに基づく電圧降下分Ｒｉ（ｉはバイパス電流）を算出し（Ｓ１０４）、この電圧降下分Ｒｉを用いてＳＯＣを算出する。
【００２２】
具体的には、図４に示された補正項算出処理において、１制御周期前のＳＯＣからＯＣＶを算出し、また内部抵抗によるドロップ分Ｉｒ並びに分極電圧を算出してこれらに基づき二次電池の推定端子電圧ＶPREを算出する。そして、この推定ＶPREをバイパス回路の電圧降下分で補正する（Ｓ１０５）。すなわち、
【数２】
推定端子電圧Ｖ’PRE＝推定端子電圧ＶPRE＋Ｒｉ・・・（２）
である。ｉはバイパス回路に流れるバイパス電流である。推定端子電圧を補正した後、この補正された推定端子電圧と実際の端子電圧Ｖｍとの差分を演算し、比例積分して補正項を算出する。そして、この補正項を用いて（１）式に従いバイパス回路オン作動中のＳＯＣを算出する（Ｓ１０６）。
【００２３】
ＳＯＣを算出した後、再びばらつきが許容範囲内にあるか否かを判定する（Ｓ１０２）。そして、バイパス回路をオン作動させることでばらつきが許容範囲内におさまった場合には、バイパス回路をオフとし（Ｓ１０７）、通常の動作に戻る。
【００２４】
このように、バイパス回路がオン動作中は通常のＳＯＣ算出処理を行わず、バイパス回路による電圧降下分Ｒｉを考慮して算出することで、高精度にＳＯＣを算出することができる。
【００２５】
＜第２実施形態＞
上述した第１実施形態では、バイパス回路の電圧降下分を考慮してバイパス回路オン作動中のＳＯＣを算出しているが、本実施形態ではバイパス回路オン作動中の端子電圧を用いることなくＳＯＣを算出する例について説明する。
【００２６】
図５には、本実施形態におけるＥＣＵ１０の処理フローチャートが示されている。まず、ＥＣＵ１０は通常の処理に従い二次電池のＳＯＣを算出する（Ｓ２０１）。次に、このときに検出した二次電池の端子電圧ＶをＥＣＵ１０内のメモリに記憶しておく（Ｓ２０２）。
【００２７】
ＳＯＣを算出した後、そのばらつきが許容範囲内にあるか否かを判定し（Ｓ２０３）、許容範囲外であると判定された場合には、ＳＯＣの最も大きい二次電池に接続されたバイパス回路をオン作動させる（Ｓ２０４）。そして、バイパス回路をオン作動させた場合の二次電池の端子電圧を検出するのではなく、Ｓ２０２の処理でメモリに記憶されている端子電圧、すなわちバイパス回路がオフ状態のときの端子電圧をメモリから読み出し（Ｓ２０５）、この端子電圧を用いてＳＯＣを算出する。
【００２８】
すなわち、１制御周期前のＳＯＣ（ｊ−１）から算出されたＯＣＶ、内部抵抗のドロップ電圧及び分極電圧に基づいて推定端子電圧ＶＰＲＥを算出し、この推定端子電圧ＶＰＲＥとメモリから読み出した端子電圧Ｖの差分を演算し、補正項を算出する。そして、この補正項を用いて（１）式に従い現在のＳＯＣを算出する（Ｓ２０６）。
【００２９】
以上のようにして算出されたＳＯＣに基づいて再びばらつきが許容範囲内であるか否かを判定し、許容範囲内となった場合にはバイパス回路をオフとして（Ｓ２０７）、通常動作に戻る。
【００３０】
このように、本実施形態ではバイパス回路がオン作動中である場合にはその端子電圧は本来の二次電池の端子電圧とは異なるためこれを用いることなく、バイパス回路オフ状態における端子電圧で代用することで、精度良くＳＯＣを算出することができる。
【００３１】
なお、Ｓ２０２でメモリに記憶される端子電圧はバイパス回路オフ状態において常に最新の端子電圧に更新され、バイパス回路をオン作動させた直前の端子電圧が用いられることは言うまでもない。
【００３２】
＜第３実施形態＞
図６には、本実施形態におけるＥＣＵ１０の処理フローチャートが示されている。まず、ＥＣＵ１０は第１、第２実施形態と同様に二次電池のＳＯＣを算出する（Ｓ３０１）。すなわち、１制御周期前のＳＯＣに電流の積算値及び補正項を加えて現在のＳＯＣを算出する。そして、ＳＯＣのばらつきが許容範囲内にあるか否かを判定する（Ｓ３０２）。
【００３３】
ばらつきが許容範囲外である場合には、ＥＣＵ１０は該当するバイパス回路をオン作動させる（Ｓ３０３）。このとき、第１実施形態及び第２実施形態では、二次電池の端子電圧に基づいて補正項を算出し、この補正項を用いて現在のＳＯＣを算出しているが、本実施形態では単に電流の積算値を算出し（Ｓ３０４）、この電流積算値に基づいてＳＯＣを算出する（Ｓ３０５）。すなわち、本実施形態では、（１）式に従ってＳＯＣを算出するのではなく、
【数３】
現在のＳＯＣ＝１制御周期前のＳＯＣ＋電流積算値・・・（３）
によりＳＯＣを算出する（Ｓ３０５）。ＳＯＣを算出した後、再びばらつきが許容範囲内であるか否かを判定し、許容範囲内となった場合にはバイパス回路をオフにして通常の動作に戻る（Ｓ３０６）。
【００３４】
このように、本実施形態ではバイパス回路がオン作動中は正確な端子電圧を検出することができず、したがって補正項を正確に算出することができないため、この補正項を用いることなく現在のＳＯＣを算出する。これにより、正確な補正項で補正する場合に比べて精度は低下するものの、不正確な端子電圧に基づいて算出された補正項を用いてＳＯＣを算出する場合に比べて精度の良い値を得ることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、バイパス回路がオン作動している場合にも二次電池の充電状態を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施形態の構成図である。
【図２】  実施形態の処理フローチャートである。
【図３】  ＳＯＣ算出処理の説明図（その１）である。
【図４】  ＳＯＣ算出処理の説明図（その２）である。
【図５】  他の実施形態の処理フローチャートである。
【図６】  さらに他の実施形態の処理フローチャートである。
【符号の説明】
１０  電子制御装置ＥＣＵ、１２、１４、１６、１８  バイパス回路。
【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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