JP2004031014A - 並列接続電池を含む組電池の最大充放電電力演算方法および装置 - Google Patents
並列接続電池を含む組電池の最大充放電電力演算方法および装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】並列に接続された電池を適切な領域で使用するように最大充放電電力を演算する方法を提供する。
【解決手段】単電池Ｃ１およびＣ２を並列に接続した並列電池と、単電池Ｃ３およびＣ４を並列に接続した並列電池と、単電池Ｃ５およびＣ６を並列に接続した並列電池と、単電池Ｃ７およびＣ８を並列に接続した並列電池とをそれぞれ直列に接続して組電池を構成する。組電池に流れる電流を電流センサ２０１で検出し、それぞれの並列電池の端子電圧をセル電圧検出部１０１で検出する。ＣＰＵ１０２は、直線回帰演算により並列電池ごとに最大放電電力Ｐｍａｘ（Ｐ）および最大充電電力ＰＣｍａｘ（Ｐ）を算出する。組電池の最大放電電力を算出するとき、並列電池ごとの最大放電電力Ｐｍａｘ（Ｐ）が最小となるの並列電池の放電電力に応じて組電池の最大放電電力を算出する。組電池の最大充電電力を算出するとき、並列電池ごとの最大充電電力ＰＣｍａｘ（Ｐ）が最小となる並列電池の放電電力に応じて組電池の最大充電電力を算出する。
【選択図】図１
【解決手段】単電池Ｃ１およびＣ２を並列に接続した並列電池と、単電池Ｃ３およびＣ４を並列に接続した並列電池と、単電池Ｃ５およびＣ６を並列に接続した並列電池と、単電池Ｃ７およびＣ８を並列に接続した並列電池とをそれぞれ直列に接続して組電池を構成する。組電池に流れる電流を電流センサ２０１で検出し、それぞれの並列電池の端子電圧をセル電圧検出部１０１で検出する。ＣＰＵ１０２は、直線回帰演算により並列電池ごとに最大放電電力Ｐｍａｘ（Ｐ）および最大充電電力ＰＣｍａｘ（Ｐ）を算出する。組電池の最大放電電力を算出するとき、並列電池ごとの最大放電電力Ｐｍａｘ（Ｐ）が最小となるの並列電池の放電電力に応じて組電池の最大放電電力を算出する。組電池の最大充電電力を算出するとき、並列電池ごとの最大充電電力ＰＣｍａｘ（Ｐ）が最小となる並列電池の放電電力に応じて組電池の最大充電電力を算出する。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、並列に接続された電池を含む組電池の最大充放電電力演算方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車などのように、充電可能な二次電池を電源として負荷を駆動する技術が知られている。電池は、負荷を駆動する放電動作と電池を充電する充電動作とを繰り返し行う。このような電池の放電電力および充電電力は、それぞれが最大放電電力および最大充電電力以下となるように制御される。最大放電電力および最大充電電力を算出する方法として、電池の放電中に測定した端子電圧Ｖおよび放電電流Ｉに基づいてＩＶ特性を直線回帰演算する方法が提案されている（たとえば、特開平９−２１８２５１号公報参照）。一般に、リチウムイオン電池やニッケル水素電池は、電池の放電深度（ＤＯＤ）が所定の領域（たとえば、０〜６０％）で充電時と放電時の内部抵抗がほぼ一致する上に、充放電時のＩＶ特性の直線性がよい。そこで、電池の放電中に測定した端子電圧Ｖを縦軸に、放電電流Ｉを横軸にそれぞれ記し、得られたＩＶ特性から回帰直線を求める。この回帰直線を放電側の領域および充電側の領域へそれぞれ延長すると、Ｖ軸切片が電池の開放電圧を表す。最大放電電力は、回帰直線と放電時の放電停止電圧Ｖｍｉｎとの交点が示す電流Ｉｍａｘ、および放電停止電圧Ｖｍｉｎの積で与えられる。一方、最大充電電力は、回帰直線と許容最大電圧Ｖｍａｘとの交点が示す電流Ｉｃｍａｘ、および許容最大電圧Ｖｍａｘの積で与えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
複数の二次単電池を並列に接続した電池を上記電源に使用したいという要求がある。電池を並列に接続すると、電圧が高い側の電池から電圧が低い側の電池へ電流が流れる。この電流は調整電流と呼ばれ、電池間の端子電圧を合わせるように流れる。したがって、単電池を並列に接続した並列電池の端子電圧を測定しても単電池ごとの実際の開放電圧がわからないため、従来の方法では個々の単電池の状態を考慮して最大放電電力および最大充電電力を求めることが困難である。
【０００４】
本発明の目的は、並列に接続された二次単電池を適切な領域で使用するための最大放電電力と最大充電電力の少なくとも一方を演算する並列接続電池を含む組電池の最大充放電電力演算方法および装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の二次単電池を並列に接続した並列電池を直列に複数接続した組電池の最大充放電電力を演算する方法に関し、組電池の放電時の並列電池ごとの電圧値、および放電時の組電池の電流値による特性から並列電池ごとに内部抵抗をそれぞれ算出し、算出した内部抵抗の最大値、および最大値に対応する並列電池以外の並列電池の内部抵抗値を用いて上記内部抵抗が最大値を有する並列電池を構成する単電池の内部抵抗の最大値を推定し、推定した内部抵抗の最大値に応じて最大放電電力と最大充電電力の少なくとも一方を算出するようにしたものである。
【０００６】
また、本発明は並列接続電池を含む組電池の最大充放電電力演算装置に関し、複数の二次単電池を並列に接続し、前記並列電池を直列に複数接続した組電池の放電時に、前記並列電池ごとの電圧を検出するとともに、組電池の放電時に、組電池を流れる電流を検出し、この検出された電圧および電流に基づいて、前記並列電池ごとの内部抵抗を算出し、この内部抵抗が最大の並列電池を抽出し、この抽出された並列電池の内部抵抗と、前記抽出された並列電池以外の並列電池の内部抵抗とを用いて、抽出された並列電池を構成する単電池の内部抵抗の最大値を推定し、この推定された内部抵抗の最大値に応じて、組電池の最大放電電力と最大充電電力の少なくとも一方を演算するようにしたものである。
【０００７】
【発明の効果】
本発明で並列接続電池を含む組電池の最大充放電電力を演算すると、組電池を構成する並列電池の単電池を適切な領域で使用できるので、電池の劣化を防止できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明による方法で組電池の充放電電力を演算する制御ユニットを搭載した車両の全体構成図である。以下の実施の形態では、組電池を電気自動車の電源として適用した例を説明する。図１において、車両の制御システムは、車両システムと電池制御ユニットとで構成される。図中の太い実線は強電ライン（強電系の配線）を表し、通常の実線は弱電ライン（弱電系の配線）を示す。破線は各ブロック間で送受される信号ラインを示す。
【０００９】
車両システムは、電流センサ２０１と、電圧センサ２０２と、温度センサ２０３と、駆動用モータ３０１と、補機システム３０２と、メインリレー３０３Ａ，３０３Ｂとを有する。組電池は、二次単電池（セル）Ｃ１〜Ｃ８によって構成される。単電池Ｃ１およびＣ２、単電池Ｃ３およびＣ４、単電池Ｃ５およびＣ６、ならびに単電池Ｃ７およびＣ８は、それぞれ並列に接続されている。組電池は、これら４組の並列電池（Ｃ１，Ｃ２）、並列電池（Ｃ３，Ｃ４）、並列電池（Ｃ５，Ｃ６）、並列電池（Ｃ７，Ｃ８）が直列に接続されている。電池制御ユニットは、セル電圧検出部１０１と、ＣＰＵ１０２と、メモリ１０３とを有する。
【００１０】
駆動用モータ３０１は、組電池の直流電力が図示しないインバータを介して交流電力として供給されることで駆動し、車両の駆動力を発生する一方、組電池に対する回生電力を発生する。補機システム３０２は、組電池から供給される電力によって車両に搭載される不図示のエアコンディショナ（Ａ／Ｃ）などを駆動する。メインリレー３０３Ａ，３０３Ｂは、ＣＰＵ１０２の指令により開閉制御され、駆動モータ３０１および補機システム３０２への電力供給をオン／オフする。
【００１１】
電流センサ２０１は、強電ライン（＝組電池）を流れる電流を検出し、検出信号をＣＰＵ１０２へ送出する。電圧センサ２０２は、組電池の電圧（総電圧）を検出し、検出信号をＣＰＵ１０２へ送出する。温度センサ２０３は、組電池の温度を検出し、温度検出信号をＣＰＵ１０２へ送出する。
【００１２】
セル電圧検出部１０１は、並列電池（Ｃ１，Ｃ２）の端子電圧と、並列電池（Ｃ３，Ｃ４）の端子電圧と、並列電池（Ｃ５，Ｃ６）の端子電圧と、並列電池（Ｃ７，Ｃ８）の端子電圧とをそれぞれ検出し、４組の電圧情報をＣＰＵ１０２へ送出する。ＣＰＵ１０２は、４組の並列電池の電圧情報を用いて充電（回生）時の最大充電電力および放電時の最大放電電力を演算する。最大充放電電力の演算は、車両走行時（ＩＧＮスイッチオン時）、組電池の充電時に行う。最大充放電電力の演算結果は、ＣＰＵ１０２から車両システムＣＰＵ３０４へ送信される。ＣＰＵ１０２はさらに、組電池の温度が異常の場合に車両システムＣＰＵ３０４へ温度異常を報知する。
【００１３】
メモリ１０３は、ＣＰＵ１０２に入力された４組の並列電池の電圧情報や強電ライン（＝組電池）の電流の情報などを記憶する。
【００１４】
車両システムＣＰＵ３０４は、駆動用モータ３０１および補機システム３０２へ出力される電力がＣＰＵ１０２から受信した最大放電電力以下になるように、組電池から出力される電力を制限して車両システムを制御する。また、車両システムＣＰＵ３０４は、駆動モータ３０１から回生される電力がＣＰＵ１０２から受信した最大充電電力以下になるように、組電池を充電する電力を制限して車両システムを制御する。車両警告灯３０５は、車両システムＣＰＵ３０４の指令により点灯し、車両システムの異常発生を運転者に報知する。補助電池４０１は、ＣＰＵ１０２および車両システムＣＰＵ３０４へ電力を供給する。スイッチＳＷは、運転者によるイグニション（ＩＧＮ）スイッチ４０２のオン／オフに連動し、補助電池４０１からの電力供給をオン／オフする。
【００１５】
本発明は、上記組電池の放電時の最大放電電力および充電（回生）時の最大充電電力の演算方法に特徴を有する。
【００１６】
ＣＰＵ１０２は、最大放電電力の演算を以下の手順で行う。
▲１▼並列電池ごとに端子電圧および電流を測定する。
▲２▼並列電池ごとに最大放電電力を算出する。
▲３▼最大放電電力が最小のものを抽出する。
▲４▼抽出した並列電池を構成する単電池の中で最も大きい内部抵抗ＲＣｍａｘを推定する。
▲５▼内部抵抗ＲＣｍａｘと、他の単電池の内部抵抗ＲＣａｖｅとの比を算出する。
▲６▼組電池の最大放電電力を算出する。
【００１７】
１．並列電池ごとの端子電圧および電流の測定
ＣＰＵ１０２は、セル電圧検出部１０から４組の並列電池Ｃ（Ｐ１）（単電池Ｃ１およびＣ２で構成）、並列電池Ｃ（Ｐ２）（単電池Ｃ３およびＣ４で構成）、並列電池Ｃ（Ｐ３）（単電池Ｃ５およびＣ６で構成）、および並列電池Ｃ（Ｐ４）（単電池Ｃ７およびＣ８で構成）の端子電圧を示す情報をそれぞれ入力するとともに、電流センサ２０１から強電ラインの電流を示す情報を入力する。強電ラインに流れる電流値は、各並列電池の電流値（たとえば、単電池Ｃ１を流れる電流値と単電池Ｃ２を流れる電流値との合計の電流値）に等しい。
【００１８】
２．並列電池ごとの最大放電電力の算出
ＣＰＵ１０２は、放電中の複数回の測定によって得た電圧情報が示す電圧値、および電流情報が示す電流値を用いて各並列電池ごとにＩＶ特性を直線回帰演算する。図２は、回帰直線を説明する図であり、放電中の並列電池の電流Ｉ，電圧Ｖを測定し、その測定データから得たものである。リチウムイオン電池やニッケル水素電池などのように充電時と放電時とで電池の内部抵抗がほぼ一致し、さらに充放電時のＩＶ特性の直線性がよい電池は、放電側で測定したデータをもとに回帰直線を充電側に延長することができる。図中の×印は測定データを表している。
【００１９】
図２の回帰直線は、次式（１）で表わすことができる。
【数１】
Ｖ（Ｐ）＝Ｅ０（Ｐ）−Ｉ×Ｒ（Ｐ） （１）
ただし、Ｖ（Ｐ）は並列電池の端子電圧、Ｖ軸切片Ｅ０（Ｐ）は並列電池の開放電圧、回帰直線の傾きＲ（Ｐ）は並列電池の内部抵抗である。
【００２０】
本実施の形態では、並列電池の開放電圧Ｅ０（Ｐ）を回帰直線によって推定する。無負荷時の電圧を測定して開放電圧を得る方法もあるが、充放電ＩＶ特性の直線性がよい電池は推定開放電圧と実際の開放電圧とがよく一致するので、放電中の測定値によるＩＶ特性を用いて推定する。
【００２１】
図２において、回帰直線と放電時の放電停止電圧Ｖｍｉｎ（Ｐ）との交点Ｂの電流Ｉｍａｘ（Ｐ）は、並列電池の最大放電電流となる。並列電池の最大放電電力Ｐｍａｘ（Ｐ）は、上式（１）により次式（２）で算出される。
【数２】
【００２２】
３．最大放電電力が最小の並列電池を抽出
ＣＰＵ１０２は、上述したように算出した４組の並列電池Ｃ（Ｐ１）〜Ｃ（Ｐ４）の最大放電電力Ｐｍａｘ（Ｐ１）、Ｐｍａｘ（Ｐ２）、Ｐｍａｘ（Ｐ３）、Ｐｍａｘ（Ｐ４）の中で、最小値のものを抽出する。以後、抽出した最小値をＰｍａｘ（Ｐｍｉｎ）と記す。また、Ｐｍａｘ（Ｐｍｉｎ）に対応する並列電池をＣ（Ｐｍｉｎ）、この並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）の内部抵抗をＲ（Ｐｍｉｎ）と記す。
【００２３】
４．並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）を構成する単電池の中で最も大きい内部抵抗ＲＣｍａｘを推定ＣＰＵ１０２は、抽出した並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）を構成する単電池のうち、１つの単電池のみが他の単電池に比べて内部抵抗が大きくなったと仮定する。つまり、単電池Ｃ１〜Ｃ８の８つの単電池で組電池を構成する場合を例にとれば、１つの単電池が劣化してその内部抵抗ＲＣｍａｘが上昇し、他の７つの単電池の内部抵抗は同一の正常値をとることを想定する。並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）の内部抵抗Ｒ（Ｐｍｉｎ）は、次式（３）で与えられる。
【数３】
Ｒ（Ｐｍｉｎ）＝（ＲＣｍａｘ×ＲＣａｖｅ（ｎ−１））／（ＲＣｍａｘ＋（ｎ−１）×ＲＣａｖｅ） （３）
ただし、ＲＣａｖｅは正常な単電池の内部抵抗の平均値である。ｎは並列電池を構成する単電池の数である。図１の例ではｎ＝２である。
【００２４】
各単電池の内部抵抗の平均値ＲＣａｖｅは、次式（４）で与えられる。
【数４】
Ｒ（Ｐ）ａｖｅ＝ＲＣａｖｅｎ／（ｎ×ＲＣａｖｅ） （４）
ただし、Ｒ（Ｐ）ａｖｅは、並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）以外の並列電池Ｃ（Ｐ）の内部抵抗Ｒ（Ｐ）の平均値である。ｎは並列電池を構成する単電池の数である。
【００２５】
ＣＰＵ１０２は、並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）以外の並列電池Ｃ（Ｐ）の内部抵抗Ｒ（Ｐ）をそれぞれ求め、これら内部抵抗Ｒ（Ｐ）の平均値を算出して上式（４）の左辺に代入し、単電池の内部抵抗の平均値ＲＣａｖｅを算出する。算出した平均値ＲＣａｖｅをさらに上式（３）へ代入し、内部抵抗ＲＣｍａｘを算出する。
【００２６】
５．内部抵抗ＲＣｍａｘと他の単電池の内部抵抗ＲＣａｖｅとの比の算出
ＣＰＵ１０２は、ＲＣｍａｘ／ＲＣａｖｅを算出する。ＲＣｍａｘ／ＲＣａｖｅを内部抵抗最大セル比（Ｒ（Ｐｍｉｎ）ｒａｔｉｏ）と呼ぶ。
【００２７】
６．組電池の最大放電電力の算出
ＣＰＵ１０２は、次式（５）により組電池の最大放電電力ＰＭＡＸを算出する。
【数５】
ＰＭＡＸ
＝Ｖｍｉｎ（Ｐ）×（Ｅ０（Ｐｍｉｎ）×ｍ−Ｖｍｉｎ（Ｐ））／（Ｒ（Ｐ）ａｖｅ×ｍ×Ｒ（Ｐｍｉｎ）ｒａｔｉｏ） （５）
ただし、Ｖｍｉｎ（Ｐ）は、並列電池の放電停止電圧である。Ｅ０（Ｐｍｉｎ）は、並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）の開放電圧である。ｍは並列電池の組数である。図１の例ではｍ＝４である。Ｒ（Ｐ）ａｖｅは、並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）以外の並列電池Ｃ（Ｐ）の内部抵抗Ｒ（Ｐ）の平均値である。Ｒ（Ｐｍｉｎ）ｒａｔｉｏは、内部抵抗最大セル比である。
【００２８】
ＣＰＵ１０２は、最大充電電力の演算を以下の手順で行う。
▲１▼並列電池ごとに端子電圧および電流を測定する。
▲２▼並列電池ごとに最大充電電力を算出する。
▲３▼最大充電電力が最小のものを抽出する。
▲４▼抽出した並列電池を構成する単電池の中で最も大きい内部抵抗ＲＣｍａｘを推定する。
▲５▼内部抵抗ＲＣｍａｘと、他の単電池の内部抵抗ＲＣａｖｅとの比を算出する。
▲６▼組電池の最大充電電力を算出する。
このうち、▲１▼、▲４▼および▲５▼は上述した最大放電電力の演算の場合と同様であるので説明を省略する。
【００２９】
２．並列電池ごとの最大放電電力の算出
図２において、回帰直線と充電時の許容最大電圧Ｖｍａｘ（Ｐ）との交点Ａの電流ＩＣｍａｘ（Ｐ）は、並列電池の最大充電電流を与える。ＣＰＵ１０２は、並列電池の最大充電電力ＰＣｍａｘを次式（６）で算出する。
【数６】
【００３０】
３．最大充電電力が最小の並列電池を抽出
ＣＰＵ１０２は、上述したように算出した４組の並列電池Ｃ（Ｐ１）〜Ｃ（Ｐ４）の最大充電電力ＰＣｍａｘ（Ｐ１）、ＰＣｍａｘ（Ｐ２）、ＰＣｍａｘ（Ｐ３）、ＰＣｍａｘ（Ｐ４）の中で、最小値のものを抽出する。以後、抽出した最小値をＰＣｍａｘ（Ｐｍｉｎ）と記す。また、ＰＣｍａｘ（Ｐｍｉｎ）に対応する並列電池をＣ（Ｐｍｉｎ）、この並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）の内部抵抗をＲ（Ｐｍｉｎ）と記す。
【００３１】
６．組電池の最大充電電力の算出
ＣＰＵ１０２は、次式（７）により組電池の最大充電電力ＰＣＭＡＸを算出する。
【数７】
ＰＣＭＡＸ
＝Ｖｍａｘ（Ｐ）×（Ｅ０（Ｐｍｉｎ）×ｍ−Ｖｍａｘ（Ｐ））／（Ｒ（Ｐ）ａｖｅ×ｍ×Ｒ（Ｐｍｉｎ）ｒａｔｉｏ）（７）
ただし、Ｖｍａｘ（Ｐ）は、並列電池の許容最大電圧である。Ｅ０（Ｐｍｉｎ）は、並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）の開放電圧である。ｍは並列電池の組数である。Ｒ（Ｐ）ａｖｅは、並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）以外の並列電池Ｃ（Ｐ）の内部抵抗Ｒ（Ｐ）の平均値である。Ｒ（Ｐｍｉｎ）ｒａｔｉｏは、内部抵抗最大セル比である。
【００３２】
以上説明した実施の形態についてまとめる。
（１）単電池Ｃ１およびＣ２を並列に接続した並列電池Ｃ（Ｐ１）と、単電池Ｃ３およびＣ４を並列に接続した並列電池Ｃ（Ｐ２）と、単電池Ｃ５およびＣ６を並列に接続した並列電池Ｃ（Ｐ３）と、単電池Ｃ７およびＣ８を並列に接続した並列電池Ｃ（Ｐ４）とをそれぞれ直列に接続して組電池を構成する。
（２）上記組電池に流れる電流を電流センサ２０１で検出し、上記組電池を構成するそれぞれの並列電池の端子電圧をセル電圧検出部１０１で検出する。ＣＰＵ１０２は、直線回帰演算により並列電池ごとに最大放電電力Ｐｍａｘ（Ｐ）および最大充電電力ＰＣｍａｘ（Ｐ）を算出する。
【００３３】
（３）組電池としての最大放電電力ＰＭＡＸを算出するとき、並列電池ごとの最大放電電力Ｐｍａｘ（Ｐ）が最小の並列電池を選び、この並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）の放電電力に応じて組電池としての最大放電電力ＰＭＡＸを算出するようにした。並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）の内部抵抗Ｒ（Ｐ）は、組電池を構成する並列電池の中で最大である。並列電池の最大放電電力Ｐｍａｘ（Ｐ）が最小Ｐｍａｘ（Ｐｍｉｎ）の並列電池に着目して算出することにより、いずれの並列電池でも電池電圧が下限値を下回らないように適切な領域で電池を使用することができ、電池の劣化を防止することができる。
【００３４】
（４）上記並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）について、当該並列電池を構成する単電池のうち１つの単電池の内部抵抗が他の単電池の内部抵抗に比べて上昇して最大値ＲＣｍａｘを有し、他の単電池の内部抵抗が同一の正常値をとると仮定して内部抵抗最大セル比ＲＣｍａｘ／ＲＣａｖｅを算出するようにした。ＲＣａｖｅは、並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）以外の並列電池の内部抵抗Ｒ（Ｐ）から算出した他の単電池の内部抵抗である。内部抵抗最大セル比を用いて組電池の最大放電電力ＰＭＡＸを算出するので、並列電池を構成する単電池の容量が低い方の電池に応じた放電制限値を得ることができる。さらに、並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）を構成する単電池のうち１つの単電池の内部抵抗が上昇して最大値ＲＣｍａｘをとる仮定をしたので、内部抵抗の最悪値を想定して最大放電電力を算出できる。この結果、組電池を構成するいずれの単電池でも電池電圧が下限値を下回らないように適切な領域で電池を使用することができ、電池の劣化を防止できる。
【００３５】
上記（４）について補足説明する。図３は、２つの単電池Ｖ１およびＶ２が並列に接続された並列電池を示す図である。この並列電池に負荷を接続すると、並列電池は電流Ｉを負荷へ流す。セル電圧検出部１０１は、負荷時の端子電圧Ｖを検出する。単電池Ｖ１のＳＯＣ（充電状態）が単電池Ｖ２のＳＯＣより高く、単電池Ｖ１から単電池Ｖ２側へ容量調整電流が流れる状態では、単電池Ｖ１の電流Ｉ１の一部が単電池Ｖ２側へ流れる。並列電池の中で単電池の電圧のばらつきに起因して電圧が高い側の電池から電圧が低い側の電池へ調整電流が流れる場合、２つの単電池の開放電圧は異なる値をとる。図４は、時間の経過とともにセル電圧検出部１０１で検出される端子電圧、および各単電池の開放電圧を示す図である。図４において、横軸は時間を表し、縦軸は電圧を表す。曲線Ｖは並列電池の端子電圧を、曲線Ｅ０１は単電池Ｖ１の開放電圧を、曲線Ｅ０２は単電池Ｖ２の開放電圧をそれぞれ示す。図４は、並列電池の端子電圧Ｖが電池使用時の電圧下限値を下回らない状態でも、単電池Ｖ２の開放電圧が電圧下限値より低くなる場合があることを示している。本発明による演算方法は、並列電池のうち電池電圧が低い方の単電池の電池電圧が下限値を下回らないように最大放電電力を演算するものである。
【００３６】
（５）組電池としての最大充電電力ＰＣＭＡＸを算出するとき、並列電池ごとの最大充電電力ＰＣｍａｘ（Ｐ）が最小の並列電池を選び、この並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）の充電電力に応じて組電池としての最大充電電力ＰＣＭＡＸを算出するようにした。並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）の内部抵抗Ｒ（Ｐ）は、組電池を構成する並列電池の中で最大である。並列電池の最大充電電力ＰＣｍａｘ（Ｐ）が最小ＰＣｍａｘ（Ｐｍｉｎ）の並列電池に着目して算出することにより、いずれの並列電池でも電池電圧が上限値を上回らないように適切な領域で電池を使用することができ、電池の劣化を防止することができる。
【００３７】
（６）上記並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）について、上記（４）と同様に内部抵抗最大セル比ＲＣｍａｘ／ＲＣａｖｅを算出するようにした。内部抵抗最大セル比を用いて組電池の最大充電電力ＰＣＭＡＸを算出するので、並列電池を構成する単電池の容量が低い方の電池に応じた充電制限値を得ることができる。さらに、並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）を構成する単電池のうち１つの単電池の内部抵抗が上昇して最大値ＲＣｍａｘをとる仮定をしたので、内部抵抗の最悪値を想定して最大充電電力を算出できる。この結果、組電池を構成するいずれの単電池でも電池電圧が上限値を上回らないように適切な領域で電池を使用することができ、電池の劣化を防止できる。
【００３８】
上記の説明で用いた並列電池を構成する単電池の数ｎ、および直列接続した並列電池の数ｍは、上述した例に限らず適宜設定してよい。
【００３９】
特許請求の範囲における各構成要素と、発明の実施の形態における各構成要素との対応について説明する。組電池は、たとえば、単電池Ｃ１〜Ｃ８によって構成される。並列接続電池は、たとえば、単電池Ｃ１およびＣ２を並列に接続した並列電池Ｃ（Ｐ１）、単電池Ｃ３およびＣ４を並列に接続した並列電池Ｃ（Ｐ２）、単電池Ｃ５およびＣ６を並列に接続した並列電池Ｃ（Ｐ３）、および単電池Ｃ７およびＣ８を並列に接続した並列電池Ｃ（Ｐ４）によって構成される。また、電圧センサ２０２が電圧検出手段を、電流センサ２０１が電流検出手段を、ＣＰＵ１０２が内部抵抗算出手段、抽出手段、推定手段、および最大充放電電力演算手段をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方法で組電池の充放電電力を演算する制御ユニットを搭載した車両の全体構成図である。
【図２】回帰直線を説明する図である。
【図３】２つの単電池が並列に接続された並列電池を示す図である。
【図４】並列電池の端子電圧および各単電池の開放電圧を示す図である。
【符号の説明】
１０１…セル電圧検出部、 １０２…ＣＰＵ、
１０３…メモリ、 ２０１…電流センサ、
３０４…車両システムＣＰＵ、 Ｃ１〜Ｃ８…単電池
【発明の属する技術分野】
本発明は、並列に接続された電池を含む組電池の最大充放電電力演算方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車などのように、充電可能な二次電池を電源として負荷を駆動する技術が知られている。電池は、負荷を駆動する放電動作と電池を充電する充電動作とを繰り返し行う。このような電池の放電電力および充電電力は、それぞれが最大放電電力および最大充電電力以下となるように制御される。最大放電電力および最大充電電力を算出する方法として、電池の放電中に測定した端子電圧Ｖおよび放電電流Ｉに基づいてＩＶ特性を直線回帰演算する方法が提案されている（たとえば、特開平９−２１８２５１号公報参照）。一般に、リチウムイオン電池やニッケル水素電池は、電池の放電深度（ＤＯＤ）が所定の領域（たとえば、０〜６０％）で充電時と放電時の内部抵抗がほぼ一致する上に、充放電時のＩＶ特性の直線性がよい。そこで、電池の放電中に測定した端子電圧Ｖを縦軸に、放電電流Ｉを横軸にそれぞれ記し、得られたＩＶ特性から回帰直線を求める。この回帰直線を放電側の領域および充電側の領域へそれぞれ延長すると、Ｖ軸切片が電池の開放電圧を表す。最大放電電力は、回帰直線と放電時の放電停止電圧Ｖｍｉｎとの交点が示す電流Ｉｍａｘ、および放電停止電圧Ｖｍｉｎの積で与えられる。一方、最大充電電力は、回帰直線と許容最大電圧Ｖｍａｘとの交点が示す電流Ｉｃｍａｘ、および許容最大電圧Ｖｍａｘの積で与えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
複数の二次単電池を並列に接続した電池を上記電源に使用したいという要求がある。電池を並列に接続すると、電圧が高い側の電池から電圧が低い側の電池へ電流が流れる。この電流は調整電流と呼ばれ、電池間の端子電圧を合わせるように流れる。したがって、単電池を並列に接続した並列電池の端子電圧を測定しても単電池ごとの実際の開放電圧がわからないため、従来の方法では個々の単電池の状態を考慮して最大放電電力および最大充電電力を求めることが困難である。
【０００４】
本発明の目的は、並列に接続された二次単電池を適切な領域で使用するための最大放電電力と最大充電電力の少なくとも一方を演算する並列接続電池を含む組電池の最大充放電電力演算方法および装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の二次単電池を並列に接続した並列電池を直列に複数接続した組電池の最大充放電電力を演算する方法に関し、組電池の放電時の並列電池ごとの電圧値、および放電時の組電池の電流値による特性から並列電池ごとに内部抵抗をそれぞれ算出し、算出した内部抵抗の最大値、および最大値に対応する並列電池以外の並列電池の内部抵抗値を用いて上記内部抵抗が最大値を有する並列電池を構成する単電池の内部抵抗の最大値を推定し、推定した内部抵抗の最大値に応じて最大放電電力と最大充電電力の少なくとも一方を算出するようにしたものである。
【０００６】
また、本発明は並列接続電池を含む組電池の最大充放電電力演算装置に関し、複数の二次単電池を並列に接続し、前記並列電池を直列に複数接続した組電池の放電時に、前記並列電池ごとの電圧を検出するとともに、組電池の放電時に、組電池を流れる電流を検出し、この検出された電圧および電流に基づいて、前記並列電池ごとの内部抵抗を算出し、この内部抵抗が最大の並列電池を抽出し、この抽出された並列電池の内部抵抗と、前記抽出された並列電池以外の並列電池の内部抵抗とを用いて、抽出された並列電池を構成する単電池の内部抵抗の最大値を推定し、この推定された内部抵抗の最大値に応じて、組電池の最大放電電力と最大充電電力の少なくとも一方を演算するようにしたものである。
【０００７】
【発明の効果】
本発明で並列接続電池を含む組電池の最大充放電電力を演算すると、組電池を構成する並列電池の単電池を適切な領域で使用できるので、電池の劣化を防止できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明による方法で組電池の充放電電力を演算する制御ユニットを搭載した車両の全体構成図である。以下の実施の形態では、組電池を電気自動車の電源として適用した例を説明する。図１において、車両の制御システムは、車両システムと電池制御ユニットとで構成される。図中の太い実線は強電ライン（強電系の配線）を表し、通常の実線は弱電ライン（弱電系の配線）を示す。破線は各ブロック間で送受される信号ラインを示す。
【０００９】
車両システムは、電流センサ２０１と、電圧センサ２０２と、温度センサ２０３と、駆動用モータ３０１と、補機システム３０２と、メインリレー３０３Ａ，３０３Ｂとを有する。組電池は、二次単電池（セル）Ｃ１〜Ｃ８によって構成される。単電池Ｃ１およびＣ２、単電池Ｃ３およびＣ４、単電池Ｃ５およびＣ６、ならびに単電池Ｃ７およびＣ８は、それぞれ並列に接続されている。組電池は、これら４組の並列電池（Ｃ１，Ｃ２）、並列電池（Ｃ３，Ｃ４）、並列電池（Ｃ５，Ｃ６）、並列電池（Ｃ７，Ｃ８）が直列に接続されている。電池制御ユニットは、セル電圧検出部１０１と、ＣＰＵ１０２と、メモリ１０３とを有する。
【００１０】
駆動用モータ３０１は、組電池の直流電力が図示しないインバータを介して交流電力として供給されることで駆動し、車両の駆動力を発生する一方、組電池に対する回生電力を発生する。補機システム３０２は、組電池から供給される電力によって車両に搭載される不図示のエアコンディショナ（Ａ／Ｃ）などを駆動する。メインリレー３０３Ａ，３０３Ｂは、ＣＰＵ１０２の指令により開閉制御され、駆動モータ３０１および補機システム３０２への電力供給をオン／オフする。
【００１１】
電流センサ２０１は、強電ライン（＝組電池）を流れる電流を検出し、検出信号をＣＰＵ１０２へ送出する。電圧センサ２０２は、組電池の電圧（総電圧）を検出し、検出信号をＣＰＵ１０２へ送出する。温度センサ２０３は、組電池の温度を検出し、温度検出信号をＣＰＵ１０２へ送出する。
【００１２】
セル電圧検出部１０１は、並列電池（Ｃ１，Ｃ２）の端子電圧と、並列電池（Ｃ３，Ｃ４）の端子電圧と、並列電池（Ｃ５，Ｃ６）の端子電圧と、並列電池（Ｃ７，Ｃ８）の端子電圧とをそれぞれ検出し、４組の電圧情報をＣＰＵ１０２へ送出する。ＣＰＵ１０２は、４組の並列電池の電圧情報を用いて充電（回生）時の最大充電電力および放電時の最大放電電力を演算する。最大充放電電力の演算は、車両走行時（ＩＧＮスイッチオン時）、組電池の充電時に行う。最大充放電電力の演算結果は、ＣＰＵ１０２から車両システムＣＰＵ３０４へ送信される。ＣＰＵ１０２はさらに、組電池の温度が異常の場合に車両システムＣＰＵ３０４へ温度異常を報知する。
【００１３】
メモリ１０３は、ＣＰＵ１０２に入力された４組の並列電池の電圧情報や強電ライン（＝組電池）の電流の情報などを記憶する。
【００１４】
車両システムＣＰＵ３０４は、駆動用モータ３０１および補機システム３０２へ出力される電力がＣＰＵ１０２から受信した最大放電電力以下になるように、組電池から出力される電力を制限して車両システムを制御する。また、車両システムＣＰＵ３０４は、駆動モータ３０１から回生される電力がＣＰＵ１０２から受信した最大充電電力以下になるように、組電池を充電する電力を制限して車両システムを制御する。車両警告灯３０５は、車両システムＣＰＵ３０４の指令により点灯し、車両システムの異常発生を運転者に報知する。補助電池４０１は、ＣＰＵ１０２および車両システムＣＰＵ３０４へ電力を供給する。スイッチＳＷは、運転者によるイグニション（ＩＧＮ）スイッチ４０２のオン／オフに連動し、補助電池４０１からの電力供給をオン／オフする。
【００１５】
本発明は、上記組電池の放電時の最大放電電力および充電（回生）時の最大充電電力の演算方法に特徴を有する。
【００１６】
ＣＰＵ１０２は、最大放電電力の演算を以下の手順で行う。
▲１▼並列電池ごとに端子電圧および電流を測定する。
▲２▼並列電池ごとに最大放電電力を算出する。
▲３▼最大放電電力が最小のものを抽出する。
▲４▼抽出した並列電池を構成する単電池の中で最も大きい内部抵抗ＲＣｍａｘを推定する。
▲５▼内部抵抗ＲＣｍａｘと、他の単電池の内部抵抗ＲＣａｖｅとの比を算出する。
▲６▼組電池の最大放電電力を算出する。
【００１７】
１．並列電池ごとの端子電圧および電流の測定
ＣＰＵ１０２は、セル電圧検出部１０から４組の並列電池Ｃ（Ｐ１）（単電池Ｃ１およびＣ２で構成）、並列電池Ｃ（Ｐ２）（単電池Ｃ３およびＣ４で構成）、並列電池Ｃ（Ｐ３）（単電池Ｃ５およびＣ６で構成）、および並列電池Ｃ（Ｐ４）（単電池Ｃ７およびＣ８で構成）の端子電圧を示す情報をそれぞれ入力するとともに、電流センサ２０１から強電ラインの電流を示す情報を入力する。強電ラインに流れる電流値は、各並列電池の電流値（たとえば、単電池Ｃ１を流れる電流値と単電池Ｃ２を流れる電流値との合計の電流値）に等しい。
【００１８】
２．並列電池ごとの最大放電電力の算出
ＣＰＵ１０２は、放電中の複数回の測定によって得た電圧情報が示す電圧値、および電流情報が示す電流値を用いて各並列電池ごとにＩＶ特性を直線回帰演算する。図２は、回帰直線を説明する図であり、放電中の並列電池の電流Ｉ，電圧Ｖを測定し、その測定データから得たものである。リチウムイオン電池やニッケル水素電池などのように充電時と放電時とで電池の内部抵抗がほぼ一致し、さらに充放電時のＩＶ特性の直線性がよい電池は、放電側で測定したデータをもとに回帰直線を充電側に延長することができる。図中の×印は測定データを表している。
【００１９】
図２の回帰直線は、次式（１）で表わすことができる。
【数１】
Ｖ（Ｐ）＝Ｅ０（Ｐ）−Ｉ×Ｒ（Ｐ） （１）
ただし、Ｖ（Ｐ）は並列電池の端子電圧、Ｖ軸切片Ｅ０（Ｐ）は並列電池の開放電圧、回帰直線の傾きＲ（Ｐ）は並列電池の内部抵抗である。
【００２０】
本実施の形態では、並列電池の開放電圧Ｅ０（Ｐ）を回帰直線によって推定する。無負荷時の電圧を測定して開放電圧を得る方法もあるが、充放電ＩＶ特性の直線性がよい電池は推定開放電圧と実際の開放電圧とがよく一致するので、放電中の測定値によるＩＶ特性を用いて推定する。
【００２１】
図２において、回帰直線と放電時の放電停止電圧Ｖｍｉｎ（Ｐ）との交点Ｂの電流Ｉｍａｘ（Ｐ）は、並列電池の最大放電電流となる。並列電池の最大放電電力Ｐｍａｘ（Ｐ）は、上式（１）により次式（２）で算出される。
【数２】
３．最大放電電力が最小の並列電池を抽出
ＣＰＵ１０２は、上述したように算出した４組の並列電池Ｃ（Ｐ１）〜Ｃ（Ｐ４）の最大放電電力Ｐｍａｘ（Ｐ１）、Ｐｍａｘ（Ｐ２）、Ｐｍａｘ（Ｐ３）、Ｐｍａｘ（Ｐ４）の中で、最小値のものを抽出する。以後、抽出した最小値をＰｍａｘ（Ｐｍｉｎ）と記す。また、Ｐｍａｘ（Ｐｍｉｎ）に対応する並列電池をＣ（Ｐｍｉｎ）、この並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）の内部抵抗をＲ（Ｐｍｉｎ）と記す。
【００２３】
４．並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）を構成する単電池の中で最も大きい内部抵抗ＲＣｍａｘを推定ＣＰＵ１０２は、抽出した並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）を構成する単電池のうち、１つの単電池のみが他の単電池に比べて内部抵抗が大きくなったと仮定する。つまり、単電池Ｃ１〜Ｃ８の８つの単電池で組電池を構成する場合を例にとれば、１つの単電池が劣化してその内部抵抗ＲＣｍａｘが上昇し、他の７つの単電池の内部抵抗は同一の正常値をとることを想定する。並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）の内部抵抗Ｒ（Ｐｍｉｎ）は、次式（３）で与えられる。
【数３】
Ｒ（Ｐｍｉｎ）＝（ＲＣｍａｘ×ＲＣａｖｅ（ｎ−１））／（ＲＣｍａｘ＋（ｎ−１）×ＲＣａｖｅ） （３）
ただし、ＲＣａｖｅは正常な単電池の内部抵抗の平均値である。ｎは並列電池を構成する単電池の数である。図１の例ではｎ＝２である。
【００２４】
各単電池の内部抵抗の平均値ＲＣａｖｅは、次式（４）で与えられる。
【数４】
Ｒ（Ｐ）ａｖｅ＝ＲＣａｖｅｎ／（ｎ×ＲＣａｖｅ） （４）
ただし、Ｒ（Ｐ）ａｖｅは、並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）以外の並列電池Ｃ（Ｐ）の内部抵抗Ｒ（Ｐ）の平均値である。ｎは並列電池を構成する単電池の数である。
【００２５】
ＣＰＵ１０２は、並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）以外の並列電池Ｃ（Ｐ）の内部抵抗Ｒ（Ｐ）をそれぞれ求め、これら内部抵抗Ｒ（Ｐ）の平均値を算出して上式（４）の左辺に代入し、単電池の内部抵抗の平均値ＲＣａｖｅを算出する。算出した平均値ＲＣａｖｅをさらに上式（３）へ代入し、内部抵抗ＲＣｍａｘを算出する。
【００２６】
５．内部抵抗ＲＣｍａｘと他の単電池の内部抵抗ＲＣａｖｅとの比の算出
ＣＰＵ１０２は、ＲＣｍａｘ／ＲＣａｖｅを算出する。ＲＣｍａｘ／ＲＣａｖｅを内部抵抗最大セル比（Ｒ（Ｐｍｉｎ）ｒａｔｉｏ）と呼ぶ。
【００２７】
６．組電池の最大放電電力の算出
ＣＰＵ１０２は、次式（５）により組電池の最大放電電力ＰＭＡＸを算出する。
【数５】
ＰＭＡＸ
＝Ｖｍｉｎ（Ｐ）×（Ｅ０（Ｐｍｉｎ）×ｍ−Ｖｍｉｎ（Ｐ））／（Ｒ（Ｐ）ａｖｅ×ｍ×Ｒ（Ｐｍｉｎ）ｒａｔｉｏ） （５）
ただし、Ｖｍｉｎ（Ｐ）は、並列電池の放電停止電圧である。Ｅ０（Ｐｍｉｎ）は、並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）の開放電圧である。ｍは並列電池の組数である。図１の例ではｍ＝４である。Ｒ（Ｐ）ａｖｅは、並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）以外の並列電池Ｃ（Ｐ）の内部抵抗Ｒ（Ｐ）の平均値である。Ｒ（Ｐｍｉｎ）ｒａｔｉｏは、内部抵抗最大セル比である。
【００２８】
ＣＰＵ１０２は、最大充電電力の演算を以下の手順で行う。
▲１▼並列電池ごとに端子電圧および電流を測定する。
▲２▼並列電池ごとに最大充電電力を算出する。
▲３▼最大充電電力が最小のものを抽出する。
▲４▼抽出した並列電池を構成する単電池の中で最も大きい内部抵抗ＲＣｍａｘを推定する。
▲５▼内部抵抗ＲＣｍａｘと、他の単電池の内部抵抗ＲＣａｖｅとの比を算出する。
▲６▼組電池の最大充電電力を算出する。
このうち、▲１▼、▲４▼および▲５▼は上述した最大放電電力の演算の場合と同様であるので説明を省略する。
【００２９】
２．並列電池ごとの最大放電電力の算出
図２において、回帰直線と充電時の許容最大電圧Ｖｍａｘ（Ｐ）との交点Ａの電流ＩＣｍａｘ（Ｐ）は、並列電池の最大充電電流を与える。ＣＰＵ１０２は、並列電池の最大充電電力ＰＣｍａｘを次式（６）で算出する。
【数６】
３．最大充電電力が最小の並列電池を抽出
ＣＰＵ１０２は、上述したように算出した４組の並列電池Ｃ（Ｐ１）〜Ｃ（Ｐ４）の最大充電電力ＰＣｍａｘ（Ｐ１）、ＰＣｍａｘ（Ｐ２）、ＰＣｍａｘ（Ｐ３）、ＰＣｍａｘ（Ｐ４）の中で、最小値のものを抽出する。以後、抽出した最小値をＰＣｍａｘ（Ｐｍｉｎ）と記す。また、ＰＣｍａｘ（Ｐｍｉｎ）に対応する並列電池をＣ（Ｐｍｉｎ）、この並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）の内部抵抗をＲ（Ｐｍｉｎ）と記す。
【００３１】
６．組電池の最大充電電力の算出
ＣＰＵ１０２は、次式（７）により組電池の最大充電電力ＰＣＭＡＸを算出する。
【数７】
ＰＣＭＡＸ
＝Ｖｍａｘ（Ｐ）×（Ｅ０（Ｐｍｉｎ）×ｍ−Ｖｍａｘ（Ｐ））／（Ｒ（Ｐ）ａｖｅ×ｍ×Ｒ（Ｐｍｉｎ）ｒａｔｉｏ）（７）
ただし、Ｖｍａｘ（Ｐ）は、並列電池の許容最大電圧である。Ｅ０（Ｐｍｉｎ）は、並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）の開放電圧である。ｍは並列電池の組数である。Ｒ（Ｐ）ａｖｅは、並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）以外の並列電池Ｃ（Ｐ）の内部抵抗Ｒ（Ｐ）の平均値である。Ｒ（Ｐｍｉｎ）ｒａｔｉｏは、内部抵抗最大セル比である。
【００３２】
以上説明した実施の形態についてまとめる。
（１）単電池Ｃ１およびＣ２を並列に接続した並列電池Ｃ（Ｐ１）と、単電池Ｃ３およびＣ４を並列に接続した並列電池Ｃ（Ｐ２）と、単電池Ｃ５およびＣ６を並列に接続した並列電池Ｃ（Ｐ３）と、単電池Ｃ７およびＣ８を並列に接続した並列電池Ｃ（Ｐ４）とをそれぞれ直列に接続して組電池を構成する。
（２）上記組電池に流れる電流を電流センサ２０１で検出し、上記組電池を構成するそれぞれの並列電池の端子電圧をセル電圧検出部１０１で検出する。ＣＰＵ１０２は、直線回帰演算により並列電池ごとに最大放電電力Ｐｍａｘ（Ｐ）および最大充電電力ＰＣｍａｘ（Ｐ）を算出する。
【００３３】
（３）組電池としての最大放電電力ＰＭＡＸを算出するとき、並列電池ごとの最大放電電力Ｐｍａｘ（Ｐ）が最小の並列電池を選び、この並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）の放電電力に応じて組電池としての最大放電電力ＰＭＡＸを算出するようにした。並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）の内部抵抗Ｒ（Ｐ）は、組電池を構成する並列電池の中で最大である。並列電池の最大放電電力Ｐｍａｘ（Ｐ）が最小Ｐｍａｘ（Ｐｍｉｎ）の並列電池に着目して算出することにより、いずれの並列電池でも電池電圧が下限値を下回らないように適切な領域で電池を使用することができ、電池の劣化を防止することができる。
【００３４】
（４）上記並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）について、当該並列電池を構成する単電池のうち１つの単電池の内部抵抗が他の単電池の内部抵抗に比べて上昇して最大値ＲＣｍａｘを有し、他の単電池の内部抵抗が同一の正常値をとると仮定して内部抵抗最大セル比ＲＣｍａｘ／ＲＣａｖｅを算出するようにした。ＲＣａｖｅは、並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）以外の並列電池の内部抵抗Ｒ（Ｐ）から算出した他の単電池の内部抵抗である。内部抵抗最大セル比を用いて組電池の最大放電電力ＰＭＡＸを算出するので、並列電池を構成する単電池の容量が低い方の電池に応じた放電制限値を得ることができる。さらに、並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）を構成する単電池のうち１つの単電池の内部抵抗が上昇して最大値ＲＣｍａｘをとる仮定をしたので、内部抵抗の最悪値を想定して最大放電電力を算出できる。この結果、組電池を構成するいずれの単電池でも電池電圧が下限値を下回らないように適切な領域で電池を使用することができ、電池の劣化を防止できる。
【００３５】
上記（４）について補足説明する。図３は、２つの単電池Ｖ１およびＶ２が並列に接続された並列電池を示す図である。この並列電池に負荷を接続すると、並列電池は電流Ｉを負荷へ流す。セル電圧検出部１０１は、負荷時の端子電圧Ｖを検出する。単電池Ｖ１のＳＯＣ（充電状態）が単電池Ｖ２のＳＯＣより高く、単電池Ｖ１から単電池Ｖ２側へ容量調整電流が流れる状態では、単電池Ｖ１の電流Ｉ１の一部が単電池Ｖ２側へ流れる。並列電池の中で単電池の電圧のばらつきに起因して電圧が高い側の電池から電圧が低い側の電池へ調整電流が流れる場合、２つの単電池の開放電圧は異なる値をとる。図４は、時間の経過とともにセル電圧検出部１０１で検出される端子電圧、および各単電池の開放電圧を示す図である。図４において、横軸は時間を表し、縦軸は電圧を表す。曲線Ｖは並列電池の端子電圧を、曲線Ｅ０１は単電池Ｖ１の開放電圧を、曲線Ｅ０２は単電池Ｖ２の開放電圧をそれぞれ示す。図４は、並列電池の端子電圧Ｖが電池使用時の電圧下限値を下回らない状態でも、単電池Ｖ２の開放電圧が電圧下限値より低くなる場合があることを示している。本発明による演算方法は、並列電池のうち電池電圧が低い方の単電池の電池電圧が下限値を下回らないように最大放電電力を演算するものである。
【００３６】
（５）組電池としての最大充電電力ＰＣＭＡＸを算出するとき、並列電池ごとの最大充電電力ＰＣｍａｘ（Ｐ）が最小の並列電池を選び、この並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）の充電電力に応じて組電池としての最大充電電力ＰＣＭＡＸを算出するようにした。並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）の内部抵抗Ｒ（Ｐ）は、組電池を構成する並列電池の中で最大である。並列電池の最大充電電力ＰＣｍａｘ（Ｐ）が最小ＰＣｍａｘ（Ｐｍｉｎ）の並列電池に着目して算出することにより、いずれの並列電池でも電池電圧が上限値を上回らないように適切な領域で電池を使用することができ、電池の劣化を防止することができる。
【００３７】
（６）上記並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）について、上記（４）と同様に内部抵抗最大セル比ＲＣｍａｘ／ＲＣａｖｅを算出するようにした。内部抵抗最大セル比を用いて組電池の最大充電電力ＰＣＭＡＸを算出するので、並列電池を構成する単電池の容量が低い方の電池に応じた充電制限値を得ることができる。さらに、並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）を構成する単電池のうち１つの単電池の内部抵抗が上昇して最大値ＲＣｍａｘをとる仮定をしたので、内部抵抗の最悪値を想定して最大充電電力を算出できる。この結果、組電池を構成するいずれの単電池でも電池電圧が上限値を上回らないように適切な領域で電池を使用することができ、電池の劣化を防止できる。
【００３８】
上記の説明で用いた並列電池を構成する単電池の数ｎ、および直列接続した並列電池の数ｍは、上述した例に限らず適宜設定してよい。
【００３９】
特許請求の範囲における各構成要素と、発明の実施の形態における各構成要素との対応について説明する。組電池は、たとえば、単電池Ｃ１〜Ｃ８によって構成される。並列接続電池は、たとえば、単電池Ｃ１およびＣ２を並列に接続した並列電池Ｃ（Ｐ１）、単電池Ｃ３およびＣ４を並列に接続した並列電池Ｃ（Ｐ２）、単電池Ｃ５およびＣ６を並列に接続した並列電池Ｃ（Ｐ３）、および単電池Ｃ７およびＣ８を並列に接続した並列電池Ｃ（Ｐ４）によって構成される。また、電圧センサ２０２が電圧検出手段を、電流センサ２０１が電流検出手段を、ＣＰＵ１０２が内部抵抗算出手段、抽出手段、推定手段、および最大充放電電力演算手段をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方法で組電池の充放電電力を演算する制御ユニットを搭載した車両の全体構成図である。
【図２】回帰直線を説明する図である。
【図３】２つの単電池が並列に接続された並列電池を示す図である。
【図４】並列電池の端子電圧および各単電池の開放電圧を示す図である。
【符号の説明】
１０１…セル電圧検出部、 １０２…ＣＰＵ、
１０３…メモリ、 ２０１…電流センサ、
３０４…車両システムＣＰＵ、 Ｃ１〜Ｃ８…単電池
Claims (6)
- 複数の二次単電池を並列に接続し、前記並列電池を直列に複数接続した組電池の最大充放電電力を演算する方法であって、
前記組電池の放電時に前記並列電池ごとの電圧をそれぞれ検出し、
前記放電時に前記組電池を流れる電流を検出し、
前記検出した電流値および電圧値による特性から前記並列電池ごとに内部抵抗をそれぞれ算出し、
前記算出した内部抵抗が最大値を有する並列電池を抽出し、
前記抽出した並列電池の内部抵抗値、および前記抽出した並列電池以外の並列電池の内部抵抗値を用いて前記抽出した並列電池を構成する単電池の内部抵抗の最大値を推定し、
前記推定した内部抵抗の最大値に応じて最大放電電力と最大充電電力の少なくとも一方を算出することを特徴とする並列接続電池を含む組電池の最大充放電電力演算方法。 - 請求項１に記載の組電池の最大充放電電力の演算方法において、
前記抽出した並列電池の検出電圧および前記検出した電流値による特性から当該並列電池の開放電圧を推定し、
前記最大放電電力の算出は、前記推定した開放電圧、前記並列電池の放電停止電圧、前記直列接続した前記並列電池の数、前記推定した内部抵抗の最大値、および前記並列電池ごとの内部抵抗の平均値を用いて算出することを特徴とする並列接続電池を含む組電池の最大充放電電力演算方法。 - 請求項１に記載の組電池の最大充放電電力の演算方法において、
前記抽出した並列電池の検出電圧および前記検出した電流値による特性から当該並列電池の開放電圧を推定し、
前記最大充電電力の算出は、前記推定した開放電圧、前記並列電池の最大許容電圧、前記直列接続した前記並列電池の数、前記推定した内部抵抗の最大値、および前記並列電池ごとの内部抵抗の平均値を用いて算出することを特徴とする並列接続電池を含む組電池の最大充放電電力演算方法。 - 請求項１〜３のいずれかに記載の組電池の最大充放電電力の演算方法において、
前記並列電池ごとの内部抵抗の算出および前記開放電圧の推定は、直線回帰演算を用いることを特徴とする並列接続電池を含む組電池の最大充放電電力演算方法。 - 請求項１〜４のいずれかに記載の組電池の最大充放電電力の演算方法において、
前記抽出した並列電池を構成する単電池の内部抵抗の最大値の推定は、前記組電池を構成する全単電池のうち１つの単電池の内部抵抗が上昇し、前記１つの単電池以外は同一の内部抵抗値を有するとみなして行うことを特徴とする並列接続電池を含む組電池の最大充放電電力演算方法。 - 複数の二次単電池を並列に接続し、前記並列電池を直列に複数接続した組電池と、
前記組電池の放電時に、前記並列電池ごとの電圧を検出する電圧検出手段と、
前記組電池の放電時に、前記組電池を流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電圧検出手段および前記電流検出手段により検出された電圧および電流に基づいて、前記並列電池ごとの内部抵抗を算出する内部抵抗算出手段と、
前記内部抵抗算出手段により算出された内部抵抗が最大の並列電池を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段によって抽出された並列電池の内部抵抗と、前記抽出された並列電池以外の並列電池の内部抵抗とを用いて、前記抽出された並列電池を構成する単電池の内部抵抗の最大値を推定する推定手段と、
前記推定手段によって推定された内部抵抗の最大値に応じて、前記組電池の最大放電電力と最大充電電力の少なくとも一方を算出する最大充放電電力演算手段と、
を備えたことを特徴とする並列接続電池を含む組電池の最大充放電電力演算装置。
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