組電池の容量調整装置
【課題】調整時又は調整後の電池容量のばらつきを抑制することができる容量調整装置を提供する。
【解決手段】二次電池である複数の単電池が接続された組電池の、単電池の電圧を検出する電圧検出手段と、単電池の容量劣化度を演算する容量劣化度演算手段と、開放電圧及び容量劣化度に基づき、複数の単電池の残存電池容量を演算する残存容量演算手段と、残存電池容量に応じて、単電池の残存電池容量を調整する電池容量調整手段を有する。
【解決手段】二次電池である複数の単電池が接続された組電池の、単電池の電圧を検出する電圧検出手段と、単電池の容量劣化度を演算する容量劣化度演算手段と、開放電圧及び容量劣化度に基づき、複数の単電池の残存電池容量を演算する残存容量演算手段と、残存電池容量に応じて、単電池の残存電池容量を調整する電池容量調整手段を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組電池の容量調整装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の単電池（セル）を接続してなる組電池において、各単電池に設けられた容量調整用放電回路を適宜に放電制御することにより、全ての単電池が所定の電圧又は所定の充電状態（ＳＯＣ，State of Charge）となるように電池容量のばらつきを均一化する容量調整装置が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−８３３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の容量調整装置では、電圧又はＳＯＣを均一化する容量調整法であるため、調整直後においては電圧又はＳＯＣが均一化されるものの、単電池の容量劣化度合いの個体差によりその後の電圧変化の傾向が異なることがある。
【０００５】
その結果、ばらつきが生じて過充電又は過放電となるおそれがあった。
【０００６】
そこで、本発明は、調整時又は調整後の電池容量のばらつきを抑制することができる容量調整装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、単電池の劣化に基づき残存電池容量を調整することにより上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、単電池の劣化に基づく残存電池容量に応じて、単電池の残存容量を調整するため、調整時又は調整後の各単電池の残存電池容量のばらつきを抑制することができる。その結果、組電池の過充電又は過放電を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】発明の一実施の形態を適用したハイブリッド自動車を示すブロック図である。
【図２】図１のバッテリ２１廻りの詳細を示すブロック図である。
【図３】図１のバッテリ２１の容量調整回路の一例を示す電気回路図である。
【図４】図１のバッテリコントローラ２４の制御手順を示すフローチャートである。
【図５】図４のステップＳ２のバッテリの開放電圧の取得方法の一例を示すグラフである。
【図６】図４のステップＳ３のバッテリの開放電圧からＳＯＣの演算する方法の一例を示すグラフである。
【図７】比較例の容量調整方法における、セル毎のＳＯＣを示す特性図である。
【図８】比較例の容量調整方法により調整される前の単電池の電池容量とＳＯＣを示すグラフである。
【図９】比較例の容量調整方法により調整された後の単電池の電池容量とＳＯＣを示すグラフである。
【図１０】変形例の容量調整方法における、バッテリコントローラ２４の制御手順を示すフローチャートである。
【図１１】発明の他の実施形態に係るバッテリコントローラ２４の制御手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は本発明の一実施の形態に係る容量調整装置を含む、ハイブリッド自動車の動力伝達系（パワートレイン）を示すブロック図であり、内燃機関１、モータ２，３、クラッチ４、無段変速機５、減速装置６、差動装置７および駆動輪８から構成されている。モータ３の出力軸と内燃機関１の出力軸とクラッチ４の入力軸は互いに連結されており、また、クラッチ４の出力軸とモータ２の出力軸と無段変速機５の入力軸は互いに連結されている。
【００１２】
本例のハイブリッド自動車は、クラッチ４が締結されると内燃機関１とモータ２が車両の推進源となる一方で、クラッチ４が解放されるとモータ２のみが車両の推進源となる。内燃機関１および／またはモータ２の駆動力は、無段変速機５、減速装置６および差動装置７を介して駆動輪８へ伝達される。
【００１３】
モータ２，３は、三相同期電動機または三相誘導電動機などの交流電動機であり、モータ３は主として内燃機関の始動と発電に用いられ、モータ２は主として車両の推進と制動に用いられる。
【００１４】
なお、モータ２，３には交流電動機に限らず直流電動機を用いることもできる。また、クラッチ４の締結時に、モータ３を車両の推進と制動に用いることもでき、モータ２を内燃機関１の始動や発電に用いることもできる。
【００１５】
クラッチ４はパウダークラッチであり、伝達トルクがほぼ励磁電流に比例するので伝達トルクを調節することができる。無段変速機５はベルト式やトロイダル式などの無段変速機であり、変速比を無段階に調節することができる。
【００１６】
モータ２，３は、それぞれインバータ２２，２３により駆動される。なお、モータ２，３に直流電動機を用いる場合には、インバータ２２，２３に代えてＤＣ／ＤＣコンバーターを用いる。インバータ２２，２３は共通のＤＣリンク２５を介して二次電池であるバッテリ２１に接続されており、バッテリ２１の直流充電電力を交流電力に変換してモータ２，３へ供給するとともに、モータ２，３の交流発電電力を直流電力に変換してバッテリ２１を充電する。
【００１７】
なお、インバータ２２，２３は互いにＤＣリンク２５を介して接続されているので、回生運転中のモータにより発電された電力は、バッテリ２１を介さずに直接、力行運転中のモータ２，３へ供給することができる。
【００１８】
バッテリ２１はリチウムイオン電池である。なお、バッテリ２１には、ニッケル水素電池や鉛電池などの他の種類の電池を用いることができる。
【００１９】
コントローラ９は、マイクロコンピュータとその周辺部品や各種アクチュエータなどを備え、内燃機関１の回転速度や出力トルク、クラッチ４の伝達トルク、モータ２，３の回転速度や出力トルク、無段変速機５の変速比、バッテリ２１のＳＯＣなどを、エンジンコントローラ１１、トランスミッションコントローラ５１及びバッテリコントローラ２４を介して統括的に制御する。
【００２０】
図２は、図１のバッテリ２１廻りの詳細を示すブロック図である。図２に示すようにバッテリ２１にはバッテリコントローラ２４が接続されており、このバッテリコントローラ２４には、バッテリ２１を流れる電流を検出する電流センサ２４１と、バッテリ２１の総電圧を検出する総電圧センサ２４２と、バッテリ２１の温度を検出する温度センサ２４３と、バッテリ２１を構成する組電池のセルコントローラ（不図示）との通信ライン２４４が接続されている。
【００２１】
図３は、図１及び図２のバッテリ２１を構成する組電池の容量調整回路の一例を示す電気回路図である。組電池であるバッテリ２１は、二次電池である複数の単電池２１１が直列及び／又は並列に接続されてなり、同図には複数の単電池２１１が直列に接続された例を示し、便宜的に単電池２１１ａ，２１１ｂ…で表わす。なお、図１に示すハイブリッド自動車システムに関してはバッテリ２１と総称するが、バッテリ２１の全体を指す場合は組電池２１と称し、当該組電池を構成する個々の電池を指す場合は単電池２１１と称し、両者を区別するものとする。
【００２２】
各単電池２１１の両端子には一対の電圧検出線２４５の一端が接続され、その他端は例えばバッテリコントローラ２４（又はセルコントローラ）のＡＤ変換ポートに接続され、これによりバッテリコントローラ２４で直接、各単電池のセル電圧が検出される。
【００２３】
一対の電圧検出線２４５の間には、トランジスタなどのスイッチング素子２４６と、単電池２１１の電力を消費して容量を調整するための抵抗２４７とが接続されている。そして、バッテリコントローラ２４によって各単電池２１１の容量のばらつき調整が必要と判断されたときは、バッテリコントローラ２４からスイッチング素子２４６（トランジスタのベース）にスイッチングＯＮ／ＯＦＦ信号を所定時間だけ入力することで、調整対象の単電池２１１の電力を抵抗２４７により放電させる。
【００２４】
次に本例の容量調整方法について説明する。
【００２５】
図４は、図１のバッテリコントローラ２４で実行される制御手順を示すフローチャートである。
【００２６】
ステップＳ１では、電流センサ２４１により検出される放電電流Ｉｄから放電電流積算値ΔＡｈを演算する。放電電流値Ｉｄの検出時間間隔をΔｔとすると、放電電流積算値ΔＡｈ＝ΣＩｄ・Δｔの関係が成り立つ。
【００２７】
ステップＳ２では、単電池２１１ごとの開放電圧を取得する。ここでいう開放電圧とは、ａ）バッテリ２１が無負荷状態である場合に実測して得られる開放電圧Ｅａ、ｂ）充放電時にサンプリングされた電流値及び電圧値から得られるＩ−Ｖ特性の外挿、すなわちパワー演算により推定される開放電圧Ｅｂ、またはｃ）充放電時に実測された電流値及び総電圧値に基づいて、Ｅｃ＝（総電圧）＋（電流値）×（温度及び劣化補正された内部抵抗）により推定される開放電圧Ｅｃのいずれも採用することができる。
【００２８】
開放電圧Ｅａの計測は無負荷時に行うものであるため、自動車を起動する際の無負荷時（強電系統をＯＮする前）やキーをＯＦＦする際に計測することができる。これに対して、開放電圧ＥｂやＥｃは無負荷時でなくても計測することができるので、これらを適宜選択して開放電圧を取得する。
【００２９】
一例として開放電圧Ｅｂの取得手順について説明する。開放電圧Ｅｂは、自動車の走行時などにおいて単電池２１１の電流変化を捉え、図５に示すように電流値Ｉ及び電圧値Ｖを複数サンプリングする。同図の丸×印が計測されたサンプリング点であり、このＩ−Ｖ特性のサンプリングデータをＩＶ座標において一次回帰演算して特性直線Ｌ（＝Ｒ・Ｉ＋Ｅｂ）を求める。特性直線Ｌと縦軸（電圧軸）との交点が開放電圧Ｅｂとなる。
【００３０】
ステップＳ３では、バッテリコントローラ２４のメモリ領域に設定されている単電池の開放電圧−ＳＯＣマップを参照して、単電池２１１ごとのＳＯＣを演算する。図６は単電池２１１の開放電圧とＳＯＣとの相関関係を示すグラフであり、単電池２１１の温度や容量劣化度が変化しても不変の関係である。したがって、バッテリコントローラ２４に設定された、図５に示す開放電圧−ＳＯＣマップを参照し、ステップＳ１で取得した開放電圧ＥからＳＯＣを演算する。ここで、放電開始時の開放電圧Ｅ１に対するＳＯＣをＳＯＣ１、放電終了時の開放電圧Ｅ２に対するＳＯＣをＳＯＣ２とする。
【００３１】
ステップＳ１〜Ｓ３は、組電池を構成する各単電池２１１ａ，２１１ｂ…について実行する。
【００３２】
ステップ４にて、バッテリコントローラ２４は、ステップ１にて、演算された放電電流積算値Δｔと放電電流の積算前後のＳＯＣの変化であるΔＳＯＣ＝ＳＯＣ１−ＳＯＣ２とに基づいて、単電池２１１毎の現在の満充電容量Ｃを演算する。ここで、電池容量Ｃ（Ａｈ）とΔＳＯＣ（％）との積は、ＳＯＣがΔＳＯＣだけ変化する間の放電電流積算値ΔＡｈに等しいので、満充電電池容量Ｃは、Ｃ＝１００×（ΔＡｈ／ΔＳＯＣ）により演算される。
【００３３】
次に、ステップ５にて、バッテリコントローラ２４は、各単電池２１１の電池容量劣化度β（％）を演算する。ここでいう容量劣化度とは電池の初期容量Ｃ０に対する現在の容量の劣化度合いを示す特性値であって、容量が劣化した割合を示す容量劣化率または残存容量の割合を示す容量維持率の両者を含む意味である。
【００３４】
まず、バッテリコントローラ２４は、メモリ領域に保存されている温度補正係数αを用いて、ステップＳ４で演算される満充電電池容量Ｃの温度条件を、劣化する前の初期電池量容量Ｃ０の基準温度Ｔ０と同一温度条件になるよう補正する。単電池２１１の電池容量は、温度条件により異なるため、温度補正を行うことで、演算の誤差を少なくする。基準温度Ｔ０に合わせて補正される電池容量Ｃ（Ｔ０）は、Ｃ（Ｔ０）＝α・Ｃにより演算される。ここで、αは、単電池２１１の設計時の条件により予め定められており、バッテリコントローラ２４のメモリ領域に格納されている。
【００３５】
そして、バッテリコントローラ２４は、初期電池容量Ｃ０と補正後の電池容量Ｃ（Ｔ０）により、電池容量劣化度βを演算する。電池容量劣化度βは、β＝１００−｛Ｃ（Ｔ０）／Ｃ０）｝×１００により演算される。また容量維持率γ（％）は、γ＝１００−β＝｛Ｃ（Ｔ０）／Ｃ０）｝×１００により演算される。
【００３６】
ステップ６にて、バッテリコントローラ２４は、ステップ２と同様に、調整時の開放電圧Ｅｔを取得し、バッテリコントローラ２４のメモリ領域に設定されている単電池の開放電圧−ＳＯＣマップを参照して、単電池２１１ごとの調整時のＳＯＣｔを演算する。
【００３７】
ステップＳ７にて、バッテリコントローラ２４は、電池容量劣化度β（または容量維持率γ）、初期電池容量Ｃ０及びＳＯＣｔを用いて単電池毎の残存電池容量Ａｈｔ（現在の残存電池容量）を演算する。
【００３８】
次に、バッテリコントローラ２４は、ステップ７にて演算した現在の残存電池容量Ａｈｔを用いて、単電池２１１間の残存電池容量の差を演算し、所定の残存容量の差と比較し、単電池の容量調整が必要か否かを判定する（ステップＳ８）。当該所定の残存容量の差は、例えば、予め電池容量のばらつきを抑制するための値として、バッテリコントローラ２４に設計段階で設定する。また本例により容量調整の前に、単電池２１１の無負荷の状態における、各単電池の残存容量を演算して保存し、当該各単電池２１１の残存容量の差を、当該所定の残存容量の差としてもよい。
【００３９】
単電池２１１間の残存容量の差は、例えば、組電池を構成する単電池２１１の中で、最も残存容量の小さい単電池の容量に対する、それぞれの容量差であり、当該容量差が所定の残存容量の差より大きい場合、バッテリコントローラ２４は、以下に掲げる容量調整を行う。一方、残存容量の差が、所定の残存容量の差より小さい場合、当該単電池に対して容量調整が行われず、バッテリコントローラ２４は、処理を終了する。容量調整は、調整対象となる単電池２１１に電気的に接続される抵抗２４７を通電させることにより行う。容量調整の際の通電時間及び通電電流の大きさは、バッテリコントローラ２４により設定される。
【００４０】
そして、ステップＳ９にて、単電池２１１間の残存容量の差が当該所定の残存容量の差より大きい場合、バッテリコントローラ２４は、例えば最も残存容量の小さい単電池２１１の残存容量を、調整目標値（Ａｈ）として設定する。次に、ステップＳ１０にて、調査委対象となる各単電池２１１の調整に必要な調整電池容量（Ａｈ）を設定する。各単電池２１１の調整電池容量は、単電池２１１の残存容量と当該調整目標値との差分をとることにより、演算される。ステップＳ１１にて、バッテリコントローラ２４は、容量調整の時間を設定する。当該時間は、調整電池容量を予め設定される通電電流で除することで、演算される。そして、ステップＳ９からステップＳ１１により設定された電池容量の調整の条件で、容量調整が行われる（ステップＳ１２）。最後に、容量調整が必要な単電池において、容量調整が終了すると、バッテリコントローラ２４は処理を終了する。
【００４１】
ところで、従来、複数の単電池２１１を含む組電池の容量調整装置は、各単電池２１１の電圧又はＳＯＣに応じて容量調整を行い、容量調整をする単電池２１１の電圧又はＳＯＣを、目標となる単電池の電圧又はＳＯＣと一致するよう容量調整が行われていた。従来の容量調整は、各単電池の電圧又はＳＯＣを一致させることで、調整が行われていたため、調整が終了した時には、各単電池の電圧又はＳＯＣが均一化される。しかし、各単電池において、容量劣化度が異なるため、調整終了後の電圧変化の傾向が異なり、結果として、調整後のばらつきが大きくなる可能性があった。
【００４２】
次に、従来の容量調整装置における、調整後のばらつきについて、図７及び図８を用いて説明する。図７（ａ）及び（ｂ）は、単電池１番目からｎ番目における、ＳＯＣと容量維持率を、それぞれ示す図である。図８（ａ）及び（ｂ）は、単電池ａ番目とｂ番目における、調整前のＳＯＣ及び残存容量を示し、図９（ａ）及び（ｂ）は、単電池ａ番目とｂ番目における、調整後のＳＯＣ及び残存容量を示す図である。
【００４３】
図７（ａ）に示すように、単電池２１１（１〜ｎ番目）の中で、１〜ｎ−１番目の単電池ＡのＳＯＣが３０％で、ｎ番目の電池ＢのＳＯＣが５０％とする。また、図７（ｂ）に示すように、単電池Ａの容量維持率は９５％、電池Ｂの容量維持率は８５％とする。
【００４４】
この時、単電池Ａの残存容量は、各単電池２１１の初期容量を４（Ａｈ）とすると、４（Ａｈ）×３０（％）×９５（％）＝１．１４（Ａｈ）となり、電池Ｂの残存容量は、４（Ａｈ）×５０（％）×８５（％）＝１．７１（Ａｈ）となる（図８（ａ）及び（ｂ）を参照）。従来の容量調整装置は、電池ＢのＳＯＣ（５０％）が単電池ＡのＳＯＣ（３０％）になるように、容量調整を行う。容量調整する時間は、組電池において、単電池の平均的な容量維持率（約９５％）に基づいて、設定される。かかる条件の下、容量調整が行われると、電池ＢのＳＯＣは、図９（ａ）に示すように、３０％となり、単電池ＡのＳＯＣと同一になる。しかし、単電池Ｂは、単電池Ａに対して１０％分（９５（％）−８５（％））、相対的に劣化が進んでいるため、図９（ｂ）に示すように、単電池Ｂの残存容量は、単電池Ａの容量より小さくなる。そして、電池Ｂにおいて、内部抵抗は劣化により大きくなっているため、通電時の電圧が低くなり、過放電のおそれがある下限電圧に達する可能性があった。
【００４５】
上記のように、本例の容量調整装置は、単電池の容量劣化度を演算し、当該容量劣化度に基づき単電池の残存電池容量を演算し、当該残存電池容量に応じて単電池の残存容量を調整する。これにより、単電池間の容量劣化度にばらつきが生じる場合、本例は当該容量劣化度により演算する残存容量に応じて、容量調整を実施するため、調整後の、容量劣化度により生じるばらつきを抑制することができる。その結果として、組電池の過放電又は過充電をより一層低減し、電池としての利用可能範囲を拡大することができる。すなわち、本例は、調整の対象となる単電池の残存容量が、他の単電池の残存容量と等しくなるよう、調整する。これにより、調整後、残存容量のばらつきを抑制することができる。
【００４６】
また、他の単電池と比較して容量劣化度が大きい電池は、本例の容量調整により、他の電池のＳＯＣに比べて高いＳＯＣに調整される。そして、放電時の内部抵抗は、ＳＯＣが高いほど、小さくなるため、当該容量劣化度が大きい電池において、負荷電圧を高くすることができるため、放電のおそれがある下限電圧に達することを抑制することができる。
【００４７】
また本例の容量調整装置は、基準温度である初期電池容量及び当該基準温度に補正された電池容量を用いて容量劣化度を演算し、容量劣化度、初期電池容量及び単電池の電圧（又はＳＯＣ）を用いて単電池の残存容量を演算し、当該残存電池容量に応じて単電池の残存容量を調整する。これにより、単電池２１１間の容量劣化度にばらつきが生じる場合、本例は当該容量劣化度により演算する残存容量に応じて、容量調整を実施するため、調整後の、容量劣化度により生じるばらつきを抑制することができる。その結果として、組電池の過放電又は過充電をより一層低減し、電池としての利用可能範囲を拡大することができる。また単電池２１１毎の容量劣化度を演算する際、温度係数を用いて補正された電池容量を用いるため、温度による容量の変化によって生じる誤差を抑えて、各種パラメータを演算でき、結果として、調整の精度を高めることができる。
【００４８】
なお本例の制御内容における容量劣化度βは、上記の方法に限らず他の方法で演算してもよい。例えば、まず初期の電池特性と劣化後の電池特性として、放電電流の積算値−開放電圧特性を求める。初期の単電池のＳＯＣが１００％の状態から放電され、ＳＯＣが所定の値に下がるまでの電流積算値を演算することにより、初期の電池特性の放電電流の積算値−開放電圧特性は演算され、劣化後の単電池のＳＯＣが１００％の状態から放電され、ＳＯＣが所定の値に下がるまでの電流積算値を演算することにより、劣化後の電池特性の放電電流の積算値−開放電圧特性は演算される。そして、予め放電容量規定用の電圧Ｅｖを定め、電圧Ｅｖに達するまでに放電される電流の積算値を、初期の電池特性と劣化後の電池特性のそれぞれについて演算し、初期電池容量Ｃ０及び劣化後の満充電電池容量Ｃを求める。そして、劣化後の満充電電池容量Ｃを初期電池容量Ｃ０により除算することで、容量劣化度βが演算される。
【００４９】
また本例は、各単電池２１１の調整終了時の電池容量が等しくなるよう、容量調整が行われるが、必ずしも等しくする必要はない。図１０を参照に、本例の変形例を説明する。ステップＳ１〜ステップＳ８は、図４に示すステップと同様であるため、省略する。単電池間の残存電池容量の差が所定値より大きい場合、ステップＳ１０１にて、バッテリコントローラ２４は、単位時間当たりの放電容量を演算する。単位時間当たりの放電容量は、放電電流電流積算値Δｔを積算時間で除することで演算される。次に、バッテリコントローラ２４は、容量調整時から所定時間経過後の残存電池容量である目標電池容量を設定する（ステップＳ１０２）。目標電池容量は、調整時から所定時間（Ｔ）経過後に、各単電池の電池容量が当該目標電池容量に達する値として設定される。ステップＳ１０３にて、バッテリコントローラ２４は、調整電池容量を設定し、ステップＳ１０４にて、容量調整時間を設定する。調整後の単電池２１１の電池容量は、目標電池容量に、調整される単電池２１１の単位時間当たりの放電容量に当該所定時間（Ｔ）を乗じた容量分を加えた、電池容量となる。そして、調整電池容量は、調整前の電池容量と調整後の電池容量との差に相当し、容量調整時間は、調整電池容量を予め設定される通電電流で除することで、演算される。
【００５０】
次に、ステップＳ１０５にて、設定された電池容量の調整の条件で、容量調整が行われる。これにより、容量劣化度の差による単位時間あたりの放電容量の差に応じて、容量調整を行うため、調整終了時から所定時間経過後の各単電池２１１の容量のばらつきを抑制することができる。
【００５１】
また、本例は、容量調整の判断の際、容量劣化度を用いて、ステップ７にて、単電池２１１毎の残存容量を演算するが、ステップＳ４にて、演算した単電池２１１毎の満充電容量を、劣化した単電池２１１毎の満充電電池容量とし、ステップＳ８以降の容量調整の必要性の判断及び容量調整を行ってもよい。ステップ５〜７の制御内容を省くことで、温度係数による補正が行われないが、その分、演算負荷を小さくすることができ、また調整後の容量のばらつきを抑制することができる。
【００５２】
また本例は、温度センサ２４３の検出温度に応じて、容量劣化度を補正するが、電池容量の調整条件を補正し、設定してもよい。単電池２１１の電池容量は、温度依存性を有しているため、容量調整の際、通電時間、通電電流又は調整目標となる調整目標値を温度補正し、調整条件とする。これにより、本例は、各単電池２１１の容量のバラツキを抑制することができる。
【００５３】
なお、本例の容量調整装置は、動力源をモータとする電気自動車であっても、で起用することができる。
【００５４】
なお、上記バッテリコントローラ２４が本発明の「容量劣化度演算手段」、「残存電池容量」、「放電電流演算手段」、「満充電電池容量演算手段」及び「温度補正手段」に相当し、電圧検出線２４５及びバッテリコントローラ２４が「電圧検出手段」に相当し、スイッチング素子２４６、抵抗２４７及びバッテリコントローラ２４が本発明の「電池容量調整手段」に相当し、電流センサ２４１及びバッテリコントローラ２４が本発明の「電流検出手段」に相当する。
【００５５】
また、上記バッテリコントローラ２４が本発明の「放電容量演算手段」及び「目標電池容量設定手段」に相当する。
【００５６】
《第２実施形態》
図１１は発明の他の実施形態に係る容量調整装置の制御手順を示すフローチャートである。本例は上述した第１実施形態に対して、制御内容の一部が異なる。これ以外の構成で上述した第１実施形態と同じ構成は、その記載を適宜、援用する。
【００５７】
ステップＳ１〜ステップＳ７については、第１の実施形態と同様のため、説明を省略する。
【００５８】
ステップＳ２１にて、バッテリコントローラ２４は、ステップＳ５にて取得した容量劣化度を用いて、単電池間の容量劣化度の差を演算する。単電池２１１間の容量劣化度の差が、予め設定されている所定の値より大きい場合、バッテリコントローラ２４は、残存電池容量に応じて電池容量を調整する制御に切り換えて、ステップ８からステップ１２により、第１の実施形態と同様に、残存電池容量に応じて、容量調整を行う。
【００５９】
一方、単電池２１１間の容量劣化度の差が所定の値より小さい場合、バッテリコントローラ２４は、ＳＯＣに応じて電池容量を調整する制御に切り換え、ステップＳ６にて取得した単電池毎のＳＯＣから、単電池間のＳＯＣの差を演算し、予め設定される所定の値と比較する（ステップＳ２２）。そして、当該単電池間のＳＯＣの差が、当該所定の値より大きい場合、バッテリコントローラ２４は、例えば最もＳＯＣの小さい単電池のＳＯＣを、調整目標値となるＳＯＣとして設定する。そして、容量調整される単電池のＳＯＣが当該調整目標値ＳＯＣに到達するまで、バッテリコントローラ２４は、抵抗２４７を通電させ、容量調整を行う。そして、制御処理を終了する。
【００６０】
一方、ＳＯＣの差が、所定の値より小さい場合、当該単電池に対して容量調整が行われず、バッテリコントローラ２４は、処理を終了する。
【００６１】
上記のように、本例の容量調整装置は、電池容量の容量劣化度が小さい場合、単電池のＳＯＣに応じて容量調整を行い、電池容量の容量劣化度が大きい場合、単電池の残存容量に応じて容量調整を行う。電池容量の容量劣化度が小さい場合、容量劣化度による電池容量のばらつきは小さいため、ＳＯＣで容量調整を行うことによる過放電または過充電の可能性は低い。そのため、本例は単電池のＳＯＣに応じて容量調整を行うことにより、演算負荷を抑えることができる。一方、電池容量の容量劣化度が大きい場合、本例は単電池の残存容量に応じて容量調整を行うことにより、ばらつきを調整する精度を高めることができ、結果として、電池としての利用可能範囲を広げることができる。
【００６２】
なお、上記バッテリコントローラ２４が本発明の「ＳＯＣ演算手段」、「調整切替手段」に相当し、上記スイッチング素子２４６、抵抗２４７及びバッテリコントローラ２４が本発明の「ＳＯＣ調整手段」に相当する。
【符号の説明】
【００６３】
１…内燃機関
２，３…モータ
４…クラッチ
５…無段変速機
６…減速装置
７…差動装置
８…駆動輪
９…コントローラ
２１…バッテリ（組電池）
２１１…単電池
２２，２３…インバータ
２４…バッテリコントローラ
２４１…電流センサ
２４２…電圧センサ
２４３…温度センサ
２４４…通信ライン
２４５…電圧検出線
２４６…スイッチング素子
２４７…抵抗
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組電池の容量調整装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の単電池（セル）を接続してなる組電池において、各単電池に設けられた容量調整用放電回路を適宜に放電制御することにより、全ての単電池が所定の電圧又は所定の充電状態（ＳＯＣ，State of Charge）となるように電池容量のばらつきを均一化する容量調整装置が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−８３３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の容量調整装置では、電圧又はＳＯＣを均一化する容量調整法であるため、調整直後においては電圧又はＳＯＣが均一化されるものの、単電池の容量劣化度合いの個体差によりその後の電圧変化の傾向が異なることがある。
【０００５】
その結果、ばらつきが生じて過充電又は過放電となるおそれがあった。
【０００６】
そこで、本発明は、調整時又は調整後の電池容量のばらつきを抑制することができる容量調整装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、単電池の劣化に基づき残存電池容量を調整することにより上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、単電池の劣化に基づく残存電池容量に応じて、単電池の残存容量を調整するため、調整時又は調整後の各単電池の残存電池容量のばらつきを抑制することができる。その結果、組電池の過充電又は過放電を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】発明の一実施の形態を適用したハイブリッド自動車を示すブロック図である。
【図２】図１のバッテリ２１廻りの詳細を示すブロック図である。
【図３】図１のバッテリ２１の容量調整回路の一例を示す電気回路図である。
【図４】図１のバッテリコントローラ２４の制御手順を示すフローチャートである。
【図５】図４のステップＳ２のバッテリの開放電圧の取得方法の一例を示すグラフである。
【図６】図４のステップＳ３のバッテリの開放電圧からＳＯＣの演算する方法の一例を示すグラフである。
【図７】比較例の容量調整方法における、セル毎のＳＯＣを示す特性図である。
【図８】比較例の容量調整方法により調整される前の単電池の電池容量とＳＯＣを示すグラフである。
【図９】比較例の容量調整方法により調整された後の単電池の電池容量とＳＯＣを示すグラフである。
【図１０】変形例の容量調整方法における、バッテリコントローラ２４の制御手順を示すフローチャートである。
【図１１】発明の他の実施形態に係るバッテリコントローラ２４の制御手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は本発明の一実施の形態に係る容量調整装置を含む、ハイブリッド自動車の動力伝達系（パワートレイン）を示すブロック図であり、内燃機関１、モータ２，３、クラッチ４、無段変速機５、減速装置６、差動装置７および駆動輪８から構成されている。モータ３の出力軸と内燃機関１の出力軸とクラッチ４の入力軸は互いに連結されており、また、クラッチ４の出力軸とモータ２の出力軸と無段変速機５の入力軸は互いに連結されている。
【００１２】
本例のハイブリッド自動車は、クラッチ４が締結されると内燃機関１とモータ２が車両の推進源となる一方で、クラッチ４が解放されるとモータ２のみが車両の推進源となる。内燃機関１および／またはモータ２の駆動力は、無段変速機５、減速装置６および差動装置７を介して駆動輪８へ伝達される。
【００１３】
モータ２，３は、三相同期電動機または三相誘導電動機などの交流電動機であり、モータ３は主として内燃機関の始動と発電に用いられ、モータ２は主として車両の推進と制動に用いられる。
【００１４】
なお、モータ２，３には交流電動機に限らず直流電動機を用いることもできる。また、クラッチ４の締結時に、モータ３を車両の推進と制動に用いることもでき、モータ２を内燃機関１の始動や発電に用いることもできる。
【００１５】
クラッチ４はパウダークラッチであり、伝達トルクがほぼ励磁電流に比例するので伝達トルクを調節することができる。無段変速機５はベルト式やトロイダル式などの無段変速機であり、変速比を無段階に調節することができる。
【００１６】
モータ２，３は、それぞれインバータ２２，２３により駆動される。なお、モータ２，３に直流電動機を用いる場合には、インバータ２２，２３に代えてＤＣ／ＤＣコンバーターを用いる。インバータ２２，２３は共通のＤＣリンク２５を介して二次電池であるバッテリ２１に接続されており、バッテリ２１の直流充電電力を交流電力に変換してモータ２，３へ供給するとともに、モータ２，３の交流発電電力を直流電力に変換してバッテリ２１を充電する。
【００１７】
なお、インバータ２２，２３は互いにＤＣリンク２５を介して接続されているので、回生運転中のモータにより発電された電力は、バッテリ２１を介さずに直接、力行運転中のモータ２，３へ供給することができる。
【００１８】
バッテリ２１はリチウムイオン電池である。なお、バッテリ２１には、ニッケル水素電池や鉛電池などの他の種類の電池を用いることができる。
【００１９】
コントローラ９は、マイクロコンピュータとその周辺部品や各種アクチュエータなどを備え、内燃機関１の回転速度や出力トルク、クラッチ４の伝達トルク、モータ２，３の回転速度や出力トルク、無段変速機５の変速比、バッテリ２１のＳＯＣなどを、エンジンコントローラ１１、トランスミッションコントローラ５１及びバッテリコントローラ２４を介して統括的に制御する。
【００２０】
図２は、図１のバッテリ２１廻りの詳細を示すブロック図である。図２に示すようにバッテリ２１にはバッテリコントローラ２４が接続されており、このバッテリコントローラ２４には、バッテリ２１を流れる電流を検出する電流センサ２４１と、バッテリ２１の総電圧を検出する総電圧センサ２４２と、バッテリ２１の温度を検出する温度センサ２４３と、バッテリ２１を構成する組電池のセルコントローラ（不図示）との通信ライン２４４が接続されている。
【００２１】
図３は、図１及び図２のバッテリ２１を構成する組電池の容量調整回路の一例を示す電気回路図である。組電池であるバッテリ２１は、二次電池である複数の単電池２１１が直列及び／又は並列に接続されてなり、同図には複数の単電池２１１が直列に接続された例を示し、便宜的に単電池２１１ａ，２１１ｂ…で表わす。なお、図１に示すハイブリッド自動車システムに関してはバッテリ２１と総称するが、バッテリ２１の全体を指す場合は組電池２１と称し、当該組電池を構成する個々の電池を指す場合は単電池２１１と称し、両者を区別するものとする。
【００２２】
各単電池２１１の両端子には一対の電圧検出線２４５の一端が接続され、その他端は例えばバッテリコントローラ２４（又はセルコントローラ）のＡＤ変換ポートに接続され、これによりバッテリコントローラ２４で直接、各単電池のセル電圧が検出される。
【００２３】
一対の電圧検出線２４５の間には、トランジスタなどのスイッチング素子２４６と、単電池２１１の電力を消費して容量を調整するための抵抗２４７とが接続されている。そして、バッテリコントローラ２４によって各単電池２１１の容量のばらつき調整が必要と判断されたときは、バッテリコントローラ２４からスイッチング素子２４６（トランジスタのベース）にスイッチングＯＮ／ＯＦＦ信号を所定時間だけ入力することで、調整対象の単電池２１１の電力を抵抗２４７により放電させる。
【００２４】
次に本例の容量調整方法について説明する。
【００２５】
図４は、図１のバッテリコントローラ２４で実行される制御手順を示すフローチャートである。
【００２６】
ステップＳ１では、電流センサ２４１により検出される放電電流Ｉｄから放電電流積算値ΔＡｈを演算する。放電電流値Ｉｄの検出時間間隔をΔｔとすると、放電電流積算値ΔＡｈ＝ΣＩｄ・Δｔの関係が成り立つ。
【００２７】
ステップＳ２では、単電池２１１ごとの開放電圧を取得する。ここでいう開放電圧とは、ａ）バッテリ２１が無負荷状態である場合に実測して得られる開放電圧Ｅａ、ｂ）充放電時にサンプリングされた電流値及び電圧値から得られるＩ−Ｖ特性の外挿、すなわちパワー演算により推定される開放電圧Ｅｂ、またはｃ）充放電時に実測された電流値及び総電圧値に基づいて、Ｅｃ＝（総電圧）＋（電流値）×（温度及び劣化補正された内部抵抗）により推定される開放電圧Ｅｃのいずれも採用することができる。
【００２８】
開放電圧Ｅａの計測は無負荷時に行うものであるため、自動車を起動する際の無負荷時（強電系統をＯＮする前）やキーをＯＦＦする際に計測することができる。これに対して、開放電圧ＥｂやＥｃは無負荷時でなくても計測することができるので、これらを適宜選択して開放電圧を取得する。
【００２９】
一例として開放電圧Ｅｂの取得手順について説明する。開放電圧Ｅｂは、自動車の走行時などにおいて単電池２１１の電流変化を捉え、図５に示すように電流値Ｉ及び電圧値Ｖを複数サンプリングする。同図の丸×印が計測されたサンプリング点であり、このＩ−Ｖ特性のサンプリングデータをＩＶ座標において一次回帰演算して特性直線Ｌ（＝Ｒ・Ｉ＋Ｅｂ）を求める。特性直線Ｌと縦軸（電圧軸）との交点が開放電圧Ｅｂとなる。
【００３０】
ステップＳ３では、バッテリコントローラ２４のメモリ領域に設定されている単電池の開放電圧−ＳＯＣマップを参照して、単電池２１１ごとのＳＯＣを演算する。図６は単電池２１１の開放電圧とＳＯＣとの相関関係を示すグラフであり、単電池２１１の温度や容量劣化度が変化しても不変の関係である。したがって、バッテリコントローラ２４に設定された、図５に示す開放電圧−ＳＯＣマップを参照し、ステップＳ１で取得した開放電圧ＥからＳＯＣを演算する。ここで、放電開始時の開放電圧Ｅ１に対するＳＯＣをＳＯＣ１、放電終了時の開放電圧Ｅ２に対するＳＯＣをＳＯＣ２とする。
【００３１】
ステップＳ１〜Ｓ３は、組電池を構成する各単電池２１１ａ，２１１ｂ…について実行する。
【００３２】
ステップ４にて、バッテリコントローラ２４は、ステップ１にて、演算された放電電流積算値Δｔと放電電流の積算前後のＳＯＣの変化であるΔＳＯＣ＝ＳＯＣ１−ＳＯＣ２とに基づいて、単電池２１１毎の現在の満充電容量Ｃを演算する。ここで、電池容量Ｃ（Ａｈ）とΔＳＯＣ（％）との積は、ＳＯＣがΔＳＯＣだけ変化する間の放電電流積算値ΔＡｈに等しいので、満充電電池容量Ｃは、Ｃ＝１００×（ΔＡｈ／ΔＳＯＣ）により演算される。
【００３３】
次に、ステップ５にて、バッテリコントローラ２４は、各単電池２１１の電池容量劣化度β（％）を演算する。ここでいう容量劣化度とは電池の初期容量Ｃ０に対する現在の容量の劣化度合いを示す特性値であって、容量が劣化した割合を示す容量劣化率または残存容量の割合を示す容量維持率の両者を含む意味である。
【００３４】
まず、バッテリコントローラ２４は、メモリ領域に保存されている温度補正係数αを用いて、ステップＳ４で演算される満充電電池容量Ｃの温度条件を、劣化する前の初期電池量容量Ｃ０の基準温度Ｔ０と同一温度条件になるよう補正する。単電池２１１の電池容量は、温度条件により異なるため、温度補正を行うことで、演算の誤差を少なくする。基準温度Ｔ０に合わせて補正される電池容量Ｃ（Ｔ０）は、Ｃ（Ｔ０）＝α・Ｃにより演算される。ここで、αは、単電池２１１の設計時の条件により予め定められており、バッテリコントローラ２４のメモリ領域に格納されている。
【００３５】
そして、バッテリコントローラ２４は、初期電池容量Ｃ０と補正後の電池容量Ｃ（Ｔ０）により、電池容量劣化度βを演算する。電池容量劣化度βは、β＝１００−｛Ｃ（Ｔ０）／Ｃ０）｝×１００により演算される。また容量維持率γ（％）は、γ＝１００−β＝｛Ｃ（Ｔ０）／Ｃ０）｝×１００により演算される。
【００３６】
ステップ６にて、バッテリコントローラ２４は、ステップ２と同様に、調整時の開放電圧Ｅｔを取得し、バッテリコントローラ２４のメモリ領域に設定されている単電池の開放電圧−ＳＯＣマップを参照して、単電池２１１ごとの調整時のＳＯＣｔを演算する。
【００３７】
ステップＳ７にて、バッテリコントローラ２４は、電池容量劣化度β（または容量維持率γ）、初期電池容量Ｃ０及びＳＯＣｔを用いて単電池毎の残存電池容量Ａｈｔ（現在の残存電池容量）を演算する。
【００３８】
次に、バッテリコントローラ２４は、ステップ７にて演算した現在の残存電池容量Ａｈｔを用いて、単電池２１１間の残存電池容量の差を演算し、所定の残存容量の差と比較し、単電池の容量調整が必要か否かを判定する（ステップＳ８）。当該所定の残存容量の差は、例えば、予め電池容量のばらつきを抑制するための値として、バッテリコントローラ２４に設計段階で設定する。また本例により容量調整の前に、単電池２１１の無負荷の状態における、各単電池の残存容量を演算して保存し、当該各単電池２１１の残存容量の差を、当該所定の残存容量の差としてもよい。
【００３９】
単電池２１１間の残存容量の差は、例えば、組電池を構成する単電池２１１の中で、最も残存容量の小さい単電池の容量に対する、それぞれの容量差であり、当該容量差が所定の残存容量の差より大きい場合、バッテリコントローラ２４は、以下に掲げる容量調整を行う。一方、残存容量の差が、所定の残存容量の差より小さい場合、当該単電池に対して容量調整が行われず、バッテリコントローラ２４は、処理を終了する。容量調整は、調整対象となる単電池２１１に電気的に接続される抵抗２４７を通電させることにより行う。容量調整の際の通電時間及び通電電流の大きさは、バッテリコントローラ２４により設定される。
【００４０】
そして、ステップＳ９にて、単電池２１１間の残存容量の差が当該所定の残存容量の差より大きい場合、バッテリコントローラ２４は、例えば最も残存容量の小さい単電池２１１の残存容量を、調整目標値（Ａｈ）として設定する。次に、ステップＳ１０にて、調査委対象となる各単電池２１１の調整に必要な調整電池容量（Ａｈ）を設定する。各単電池２１１の調整電池容量は、単電池２１１の残存容量と当該調整目標値との差分をとることにより、演算される。ステップＳ１１にて、バッテリコントローラ２４は、容量調整の時間を設定する。当該時間は、調整電池容量を予め設定される通電電流で除することで、演算される。そして、ステップＳ９からステップＳ１１により設定された電池容量の調整の条件で、容量調整が行われる（ステップＳ１２）。最後に、容量調整が必要な単電池において、容量調整が終了すると、バッテリコントローラ２４は処理を終了する。
【００４１】
ところで、従来、複数の単電池２１１を含む組電池の容量調整装置は、各単電池２１１の電圧又はＳＯＣに応じて容量調整を行い、容量調整をする単電池２１１の電圧又はＳＯＣを、目標となる単電池の電圧又はＳＯＣと一致するよう容量調整が行われていた。従来の容量調整は、各単電池の電圧又はＳＯＣを一致させることで、調整が行われていたため、調整が終了した時には、各単電池の電圧又はＳＯＣが均一化される。しかし、各単電池において、容量劣化度が異なるため、調整終了後の電圧変化の傾向が異なり、結果として、調整後のばらつきが大きくなる可能性があった。
【００４２】
次に、従来の容量調整装置における、調整後のばらつきについて、図７及び図８を用いて説明する。図７（ａ）及び（ｂ）は、単電池１番目からｎ番目における、ＳＯＣと容量維持率を、それぞれ示す図である。図８（ａ）及び（ｂ）は、単電池ａ番目とｂ番目における、調整前のＳＯＣ及び残存容量を示し、図９（ａ）及び（ｂ）は、単電池ａ番目とｂ番目における、調整後のＳＯＣ及び残存容量を示す図である。
【００４３】
図７（ａ）に示すように、単電池２１１（１〜ｎ番目）の中で、１〜ｎ−１番目の単電池ＡのＳＯＣが３０％で、ｎ番目の電池ＢのＳＯＣが５０％とする。また、図７（ｂ）に示すように、単電池Ａの容量維持率は９５％、電池Ｂの容量維持率は８５％とする。
【００４４】
この時、単電池Ａの残存容量は、各単電池２１１の初期容量を４（Ａｈ）とすると、４（Ａｈ）×３０（％）×９５（％）＝１．１４（Ａｈ）となり、電池Ｂの残存容量は、４（Ａｈ）×５０（％）×８５（％）＝１．７１（Ａｈ）となる（図８（ａ）及び（ｂ）を参照）。従来の容量調整装置は、電池ＢのＳＯＣ（５０％）が単電池ＡのＳＯＣ（３０％）になるように、容量調整を行う。容量調整する時間は、組電池において、単電池の平均的な容量維持率（約９５％）に基づいて、設定される。かかる条件の下、容量調整が行われると、電池ＢのＳＯＣは、図９（ａ）に示すように、３０％となり、単電池ＡのＳＯＣと同一になる。しかし、単電池Ｂは、単電池Ａに対して１０％分（９５（％）−８５（％））、相対的に劣化が進んでいるため、図９（ｂ）に示すように、単電池Ｂの残存容量は、単電池Ａの容量より小さくなる。そして、電池Ｂにおいて、内部抵抗は劣化により大きくなっているため、通電時の電圧が低くなり、過放電のおそれがある下限電圧に達する可能性があった。
【００４５】
上記のように、本例の容量調整装置は、単電池の容量劣化度を演算し、当該容量劣化度に基づき単電池の残存電池容量を演算し、当該残存電池容量に応じて単電池の残存容量を調整する。これにより、単電池間の容量劣化度にばらつきが生じる場合、本例は当該容量劣化度により演算する残存容量に応じて、容量調整を実施するため、調整後の、容量劣化度により生じるばらつきを抑制することができる。その結果として、組電池の過放電又は過充電をより一層低減し、電池としての利用可能範囲を拡大することができる。すなわち、本例は、調整の対象となる単電池の残存容量が、他の単電池の残存容量と等しくなるよう、調整する。これにより、調整後、残存容量のばらつきを抑制することができる。
【００４６】
また、他の単電池と比較して容量劣化度が大きい電池は、本例の容量調整により、他の電池のＳＯＣに比べて高いＳＯＣに調整される。そして、放電時の内部抵抗は、ＳＯＣが高いほど、小さくなるため、当該容量劣化度が大きい電池において、負荷電圧を高くすることができるため、放電のおそれがある下限電圧に達することを抑制することができる。
【００４７】
また本例の容量調整装置は、基準温度である初期電池容量及び当該基準温度に補正された電池容量を用いて容量劣化度を演算し、容量劣化度、初期電池容量及び単電池の電圧（又はＳＯＣ）を用いて単電池の残存容量を演算し、当該残存電池容量に応じて単電池の残存容量を調整する。これにより、単電池２１１間の容量劣化度にばらつきが生じる場合、本例は当該容量劣化度により演算する残存容量に応じて、容量調整を実施するため、調整後の、容量劣化度により生じるばらつきを抑制することができる。その結果として、組電池の過放電又は過充電をより一層低減し、電池としての利用可能範囲を拡大することができる。また単電池２１１毎の容量劣化度を演算する際、温度係数を用いて補正された電池容量を用いるため、温度による容量の変化によって生じる誤差を抑えて、各種パラメータを演算でき、結果として、調整の精度を高めることができる。
【００４８】
なお本例の制御内容における容量劣化度βは、上記の方法に限らず他の方法で演算してもよい。例えば、まず初期の電池特性と劣化後の電池特性として、放電電流の積算値−開放電圧特性を求める。初期の単電池のＳＯＣが１００％の状態から放電され、ＳＯＣが所定の値に下がるまでの電流積算値を演算することにより、初期の電池特性の放電電流の積算値−開放電圧特性は演算され、劣化後の単電池のＳＯＣが１００％の状態から放電され、ＳＯＣが所定の値に下がるまでの電流積算値を演算することにより、劣化後の電池特性の放電電流の積算値−開放電圧特性は演算される。そして、予め放電容量規定用の電圧Ｅｖを定め、電圧Ｅｖに達するまでに放電される電流の積算値を、初期の電池特性と劣化後の電池特性のそれぞれについて演算し、初期電池容量Ｃ０及び劣化後の満充電電池容量Ｃを求める。そして、劣化後の満充電電池容量Ｃを初期電池容量Ｃ０により除算することで、容量劣化度βが演算される。
【００４９】
また本例は、各単電池２１１の調整終了時の電池容量が等しくなるよう、容量調整が行われるが、必ずしも等しくする必要はない。図１０を参照に、本例の変形例を説明する。ステップＳ１〜ステップＳ８は、図４に示すステップと同様であるため、省略する。単電池間の残存電池容量の差が所定値より大きい場合、ステップＳ１０１にて、バッテリコントローラ２４は、単位時間当たりの放電容量を演算する。単位時間当たりの放電容量は、放電電流電流積算値Δｔを積算時間で除することで演算される。次に、バッテリコントローラ２４は、容量調整時から所定時間経過後の残存電池容量である目標電池容量を設定する（ステップＳ１０２）。目標電池容量は、調整時から所定時間（Ｔ）経過後に、各単電池の電池容量が当該目標電池容量に達する値として設定される。ステップＳ１０３にて、バッテリコントローラ２４は、調整電池容量を設定し、ステップＳ１０４にて、容量調整時間を設定する。調整後の単電池２１１の電池容量は、目標電池容量に、調整される単電池２１１の単位時間当たりの放電容量に当該所定時間（Ｔ）を乗じた容量分を加えた、電池容量となる。そして、調整電池容量は、調整前の電池容量と調整後の電池容量との差に相当し、容量調整時間は、調整電池容量を予め設定される通電電流で除することで、演算される。
【００５０】
次に、ステップＳ１０５にて、設定された電池容量の調整の条件で、容量調整が行われる。これにより、容量劣化度の差による単位時間あたりの放電容量の差に応じて、容量調整を行うため、調整終了時から所定時間経過後の各単電池２１１の容量のばらつきを抑制することができる。
【００５１】
また、本例は、容量調整の判断の際、容量劣化度を用いて、ステップ７にて、単電池２１１毎の残存容量を演算するが、ステップＳ４にて、演算した単電池２１１毎の満充電容量を、劣化した単電池２１１毎の満充電電池容量とし、ステップＳ８以降の容量調整の必要性の判断及び容量調整を行ってもよい。ステップ５〜７の制御内容を省くことで、温度係数による補正が行われないが、その分、演算負荷を小さくすることができ、また調整後の容量のばらつきを抑制することができる。
【００５２】
また本例は、温度センサ２４３の検出温度に応じて、容量劣化度を補正するが、電池容量の調整条件を補正し、設定してもよい。単電池２１１の電池容量は、温度依存性を有しているため、容量調整の際、通電時間、通電電流又は調整目標となる調整目標値を温度補正し、調整条件とする。これにより、本例は、各単電池２１１の容量のバラツキを抑制することができる。
【００５３】
なお、本例の容量調整装置は、動力源をモータとする電気自動車であっても、で起用することができる。
【００５４】
なお、上記バッテリコントローラ２４が本発明の「容量劣化度演算手段」、「残存電池容量」、「放電電流演算手段」、「満充電電池容量演算手段」及び「温度補正手段」に相当し、電圧検出線２４５及びバッテリコントローラ２４が「電圧検出手段」に相当し、スイッチング素子２４６、抵抗２４７及びバッテリコントローラ２４が本発明の「電池容量調整手段」に相当し、電流センサ２４１及びバッテリコントローラ２４が本発明の「電流検出手段」に相当する。
【００５５】
また、上記バッテリコントローラ２４が本発明の「放電容量演算手段」及び「目標電池容量設定手段」に相当する。
【００５６】
《第２実施形態》
図１１は発明の他の実施形態に係る容量調整装置の制御手順を示すフローチャートである。本例は上述した第１実施形態に対して、制御内容の一部が異なる。これ以外の構成で上述した第１実施形態と同じ構成は、その記載を適宜、援用する。
【００５７】
ステップＳ１〜ステップＳ７については、第１の実施形態と同様のため、説明を省略する。
【００５８】
ステップＳ２１にて、バッテリコントローラ２４は、ステップＳ５にて取得した容量劣化度を用いて、単電池間の容量劣化度の差を演算する。単電池２１１間の容量劣化度の差が、予め設定されている所定の値より大きい場合、バッテリコントローラ２４は、残存電池容量に応じて電池容量を調整する制御に切り換えて、ステップ８からステップ１２により、第１の実施形態と同様に、残存電池容量に応じて、容量調整を行う。
【００５９】
一方、単電池２１１間の容量劣化度の差が所定の値より小さい場合、バッテリコントローラ２４は、ＳＯＣに応じて電池容量を調整する制御に切り換え、ステップＳ６にて取得した単電池毎のＳＯＣから、単電池間のＳＯＣの差を演算し、予め設定される所定の値と比較する（ステップＳ２２）。そして、当該単電池間のＳＯＣの差が、当該所定の値より大きい場合、バッテリコントローラ２４は、例えば最もＳＯＣの小さい単電池のＳＯＣを、調整目標値となるＳＯＣとして設定する。そして、容量調整される単電池のＳＯＣが当該調整目標値ＳＯＣに到達するまで、バッテリコントローラ２４は、抵抗２４７を通電させ、容量調整を行う。そして、制御処理を終了する。
【００６０】
一方、ＳＯＣの差が、所定の値より小さい場合、当該単電池に対して容量調整が行われず、バッテリコントローラ２４は、処理を終了する。
【００６１】
上記のように、本例の容量調整装置は、電池容量の容量劣化度が小さい場合、単電池のＳＯＣに応じて容量調整を行い、電池容量の容量劣化度が大きい場合、単電池の残存容量に応じて容量調整を行う。電池容量の容量劣化度が小さい場合、容量劣化度による電池容量のばらつきは小さいため、ＳＯＣで容量調整を行うことによる過放電または過充電の可能性は低い。そのため、本例は単電池のＳＯＣに応じて容量調整を行うことにより、演算負荷を抑えることができる。一方、電池容量の容量劣化度が大きい場合、本例は単電池の残存容量に応じて容量調整を行うことにより、ばらつきを調整する精度を高めることができ、結果として、電池としての利用可能範囲を広げることができる。
【００６２】
なお、上記バッテリコントローラ２４が本発明の「ＳＯＣ演算手段」、「調整切替手段」に相当し、上記スイッチング素子２４６、抵抗２４７及びバッテリコントローラ２４が本発明の「ＳＯＣ調整手段」に相当する。
【符号の説明】
【００６３】
１…内燃機関
２，３…モータ
４…クラッチ
５…無段変速機
６…減速装置
７…差動装置
８…駆動輪
９…コントローラ
２１…バッテリ（組電池）
２１１…単電池
２２，２３…インバータ
２４…バッテリコントローラ
２４１…電流センサ
２４２…電圧センサ
２４３…温度センサ
２４４…通信ライン
２４５…電圧検出線
２４６…スイッチング素子
２４７…抵抗
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池である複数の単電池が接続された組電池の、前記単電池の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記単電池の現在の満充電電池容量を演算する満充電電池容量演算手段と、
前記電圧及び前記現在の満充電電池容量に基づき、前記複数の単電池の残存電池容量を演算する残存容量演算手段と、
前記残存電池容量に応じて、前記単電池の残存電池容量を調整する電池容量調整手段を有する
ことを特徴とする容量調整装置。
【請求項２】
前記単電池の放電電流を検出する電流検出手段と
前記放電電流に基づいて放電電流積算値を演算する放電電流演算手段とをさらに有し、
前記満充電電池容量演算手段は、前記放電電流積算値と前記単電池の電圧の変化に基づいて前記現在の満充電電池容量を演算することを特徴とする
請求項１記載の容量調整装置。
【請求項３】
二次電池である複数の単電池が接続された組電池の、前記単電池の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記単電池の容量劣化度を演算する容量劣化度演算手段と、
前記電圧及び前記容量劣化度に基づき、前記複数の単電池の残存電池容量を演算する残存容量演算手段と、
前記残存電池容量に応じて、前記単電池の残存電池容量を調整する電池容量調整手段を有する
ことを特徴とする容量調整装置。
【請求項４】
前記単電池の放電電流を検出する電流検出手段と、
前記放電電流に基づいて放電電流積算値を演算する放電電流演算手段と、
前記放電電流積算値と前記単電池の電圧の変化に基づいて現在の満充電電池容量を演算する満充電電池容量演算手段とをさらに有し、
前記容量劣化度演算手段は、予め設定される初期電池容量及び前記現在の満充電電池容量に基づいて、前記容量劣化度を演算することを特徴とする
請求項３記載の容量調整装置。
【請求項５】
前記電池容量調整手段は、いずれか一の前記単電池の残存電池容量を、他の前記単電池の残存電池容量と等しくすることを特徴とする
請求項１〜４のいずれか一項に記載の容量調整装置。
【請求項６】
前記単電池の単位時間当たりの放電容量を演算する放電容量演算手段と、
調整終了時から所定時間経過後の残存電池容量である目標電池容量を設定する目標電池容量設定手段とをさらに有し、
前記電池容量調整手段は、前記単位時間当たりの放電容量及び前記目標電池容量に応じて、前記単電池の残存電池容量を前記調整終了時の電池容量に調整することを特徴とする
請求項１〜４のいずれか一項に記載の容量調整装置。
【請求項７】
前記単電池の温度を検出する温度センサをさらに有し、
前記電池容量調整手段は、前記温度センサの検出温度に応じて、電池容量の調整条件を設定することを特徴とする
請求項１〜６のいずれか一項に記載する容量調整装置。
【請求項８】
前記単電池の温度を検出する温度センサと、
前記現在の満充電電池容量を前記初期電池容量の温度と同一の温度の条件に補正する温度補正手段とをさらに有し、
前記容量劣化度演算手段は、前記温度補正演算手段により補正された電池容量と前記初期電池容量に基づいて、補正された容量劣化度を演算し、
前記残存容量演算手段は、前記補正された容量劣化度、前記初期電池容量及び前記単電池の電圧に基づいて、前記残存電池容量を演算することを特徴とする
請求項４記載の容量調整装置。
【請求項９】
前記電圧に基づいて、前記単電池のＳＯＣを演算するＳＯＣ演算手段と、
前記ＳＯＣに応じて、前記単電池のＳＯＣを調整するＳＯＣ調整手段と、
前記単電池間の前記容量劣化度の差が所定の値より小さい場合、前記単電池のＳＯＣを前記ＳＯＣ調整手段により調整し、
前記単電池間の前記容量劣化度の差が所定の値より大きい場合、前記単電池の残存電池容量を前記電池容量調整手段により調整する調整切替手段をさらに有することを特徴とする
請求項１〜８のいずれか一項に記載の容量調整装置。
【請求項１】
二次電池である複数の単電池が接続された組電池の、前記単電池の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記単電池の現在の満充電電池容量を演算する満充電電池容量演算手段と、
前記電圧及び前記現在の満充電電池容量に基づき、前記複数の単電池の残存電池容量を演算する残存容量演算手段と、
前記残存電池容量に応じて、前記単電池の残存電池容量を調整する電池容量調整手段を有する
ことを特徴とする容量調整装置。
【請求項２】
前記単電池の放電電流を検出する電流検出手段と
前記放電電流に基づいて放電電流積算値を演算する放電電流演算手段とをさらに有し、
前記満充電電池容量演算手段は、前記放電電流積算値と前記単電池の電圧の変化に基づいて前記現在の満充電電池容量を演算することを特徴とする
請求項１記載の容量調整装置。
【請求項３】
二次電池である複数の単電池が接続された組電池の、前記単電池の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記単電池の容量劣化度を演算する容量劣化度演算手段と、
前記電圧及び前記容量劣化度に基づき、前記複数の単電池の残存電池容量を演算する残存容量演算手段と、
前記残存電池容量に応じて、前記単電池の残存電池容量を調整する電池容量調整手段を有する
ことを特徴とする容量調整装置。
【請求項４】
前記単電池の放電電流を検出する電流検出手段と、
前記放電電流に基づいて放電電流積算値を演算する放電電流演算手段と、
前記放電電流積算値と前記単電池の電圧の変化に基づいて現在の満充電電池容量を演算する満充電電池容量演算手段とをさらに有し、
前記容量劣化度演算手段は、予め設定される初期電池容量及び前記現在の満充電電池容量に基づいて、前記容量劣化度を演算することを特徴とする
請求項３記載の容量調整装置。
【請求項５】
前記電池容量調整手段は、いずれか一の前記単電池の残存電池容量を、他の前記単電池の残存電池容量と等しくすることを特徴とする
請求項１〜４のいずれか一項に記載の容量調整装置。
【請求項６】
前記単電池の単位時間当たりの放電容量を演算する放電容量演算手段と、
調整終了時から所定時間経過後の残存電池容量である目標電池容量を設定する目標電池容量設定手段とをさらに有し、
前記電池容量調整手段は、前記単位時間当たりの放電容量及び前記目標電池容量に応じて、前記単電池の残存電池容量を前記調整終了時の電池容量に調整することを特徴とする
請求項１〜４のいずれか一項に記載の容量調整装置。
【請求項７】
前記単電池の温度を検出する温度センサをさらに有し、
前記電池容量調整手段は、前記温度センサの検出温度に応じて、電池容量の調整条件を設定することを特徴とする
請求項１〜６のいずれか一項に記載する容量調整装置。
【請求項８】
前記単電池の温度を検出する温度センサと、
前記現在の満充電電池容量を前記初期電池容量の温度と同一の温度の条件に補正する温度補正手段とをさらに有し、
前記容量劣化度演算手段は、前記温度補正演算手段により補正された電池容量と前記初期電池容量に基づいて、補正された容量劣化度を演算し、
前記残存容量演算手段は、前記補正された容量劣化度、前記初期電池容量及び前記単電池の電圧に基づいて、前記残存電池容量を演算することを特徴とする
請求項４記載の容量調整装置。
【請求項９】
前記電圧に基づいて、前記単電池のＳＯＣを演算するＳＯＣ演算手段と、
前記ＳＯＣに応じて、前記単電池のＳＯＣを調整するＳＯＣ調整手段と、
前記単電池間の前記容量劣化度の差が所定の値より小さい場合、前記単電池のＳＯＣを前記ＳＯＣ調整手段により調整し、
前記単電池間の前記容量劣化度の差が所定の値より大きい場合、前記単電池の残存電池容量を前記電池容量調整手段により調整する調整切替手段をさらに有することを特徴とする
請求項１〜８のいずれか一項に記載の容量調整装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−７２１５７（Ｐ２０１１−７２１５７Ａ）
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２２６５７（Ｐ２００９−２２２６５７）
【出願日】平成２１年９月２８日（２００９．９．２８）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２８日（２００９．９．２８）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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