JP5682708B2 - 蓄電システム - Google Patents
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Description
本発明は、第１蓄電装置および第２蓄電装置が並列に接続された蓄電システムに関する。
２つの組電池を並列に接続したシステムがある。このシステムでは、各組電池に対して、リレーが設けられている。このようにリレーを設けることにより、並列に接続された２つの組電池を負荷と接続したり、２つの組電池の一方だけを負荷と接続したりすることができる。
２つの組電池を並列に接続するシステムでは、２つの組電池の間において、起電圧の差が発生することがある。ここで、２つの組電池を並列に接続すると、起電圧が高い側の組電池から、起電圧が低い側の組電池に、循環電流（突入電流）が流れることがある。循環電流が流れると、各組電池に設けられたリレーが劣化してしまうおそれがある。
本発明の蓄電システムは、充放電を行い、並列に接続された第１蓄電装置および第２蓄電装置と、第１リレーおよび第２リレーと、電流センサと、コントローラとを有する。第１リレーは、第１蓄電装置の充放電を許容するオン状態と、第１蓄電装置の充放電を禁止するオフ状態の間で切り替わる。第２リレーは、第２蓄電装置の充放電を許容するオン状態と、第２蓄電装置の充放電を禁止するオフ状態の間で切り替わる。第１蓄電装置および第１リレーと、第２蓄電装置および第２リレーとは、並列に接続されている。電流センサは、第１蓄電装置および第２蓄電装置の間で流れる循環電流を検出する。コントローラは、第１蓄電装置および第２蓄電装置の間で流れる循環電流を許容し、電流センサによって検出された電流値が閾値以下であるとき、第１リレーおよび第２リレーをオン状態からオフ状態に切り替える。
第１蓄電装置および第２蓄電装置における起電圧の差が各リレーの定格電圧以下となるまで、循環電流を許容することにより、起電圧の差がリレーの定格電圧を超えるのを抑制でき、リレーの劣化を防止することができる。
蓄電システムには、第３リレーを設けることができる。第３リレーは、第１蓄電装置および第２蓄電装置の充放電を許容するオン状態と、第１蓄電装置および第２蓄電装置の充放電を禁止するオフ状態の間で切り替わる。コントローラは、第３リレーをオン状態からオフ状態に切り替えた後に、第１リレーおよび第２リレーをオン状態からオフ状態に切り替えることができる。第３リレーをオフ状態に切り替えれば、第１蓄電装置および第２蓄電装置を、負荷との接続から遮断することができる。このとき、第１リレーおよび第２リレーがオン状態のままであり、第１蓄電装置および第２蓄電装置の間には、循環電流が流れることになる。
電流センサによって検出された電流値が閾値以下となれば、循環電流を低下させて、第１蓄電装置および第２蓄電装置の間における起電圧の差を、リレーの定格電圧以下にすることができる。
閾値としては、下記式（Ｉ）に基づいて決定される。
Ｉｔｈ＝Ｖr／（Ｒ１＋Ｒ２） ・・・（Ｉ）
Ｉｔｈ＝Ｖr／（Ｒ１＋Ｒ２） ・・・（Ｉ）
ここで、Ｉｔｈは、閾値であり、Ｖrは、リレーの定格電圧であり、Ｒ１およびＲ２は、第１蓄電装置および第２蓄電装置のそれぞれの内部抵抗である。
内部抵抗Ｒ１，Ｒ２は、各蓄電装置の温度およびＳＯＣの少なくとも一方に応じて、変更することができる。内部抵抗Ｒ１，Ｒ２は、温度やＳＯＣに依存することがあるため、温度やＳＯＣに応じて内部抵抗Ｒ１，Ｒ２を変更することができる。これにより、実際の内部抵抗Ｒ１，Ｒ２に対応した閾値Ｉｔｈを設定することができる。
第１蓄電装置としては、第２蓄電装置よりも大きな電流で充放電を行うことができる蓄電装置を用いることができる。また、第２蓄電装置は、第１蓄電装置よりも蓄電容量が大きい蓄電装置を用いることができる。各蓄電装置は、車両の走行に用いられるエネルギを出力することができる。これにより、第１蓄電装置および第２蓄電装置の少なくとも一方を用いることにより、車両を走行させることができる。各蓄電装置としては、複数の単電池が直列に接続された組電池を用いることができる。
本発明によれば、第１蓄電装置および第２蓄電装置の間で循環電流を流してから、第１リレーおよび第２リレーをオン状態からオフ状態に切り替えている。これにより、第１蓄電装置および第２蓄電装置の間における起電圧の差を縮めることができる。そして、第１リレーおよび第２リレーを再びオン状態に切り替えても、第１蓄電装置および第２蓄電装置の間で流れる循環電流（突入電流）を抑制でき、循環電流（突入電流）によるリレーの劣化を抑制することができる。
以下、本発明の実施例について説明する。
本発明の実施例１である電池システム（蓄電システムに相当する）について説明する。図１は、本実施例の電池システムの構成を示す図である。本実施例の電池システムは、車両に搭載することができる。
本実施例の電池システムは、並列に接続された２つの組電池１０，２０を有する。組電池（第１蓄電装置に相当する）１０は、直列に接続された複数の単電池１１を有する。組電池（第２蓄電装置に相当する）２０は、直列に接続された複数の単電池２１を有する。単電池１１，２１としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタを用いることができる。
組電池１０，２０を構成する単電池１１，２１の数は、要求出力などに基づいて、適宜設定することができる。また、組電池１０，２０の少なくとも一方は、並列に接続された単電池１１，２１を含んでいてもよい。なお、単電池１１，２１を一つずつ用い、これらの単電池１１，２１を並列に接続するだけでもよい。
組電池１０，２０は、サービスプラグ（電流遮断器）１２，２２をそれぞれ有する。サービスプラグ１２，２２は、組電池１０，２０に流れる電流を遮断するために用いられる。具体的には、サービスプラグ１２，２２を組電池１０，２０から取り外すことにより、組電池１０，２０における電流経路を遮断することができる。また、組電池１０，２０は、ヒューズ１３，２３を有する。
電圧センサ３１は、組電池１０の端子間電圧（総電圧）を検出し、検出結果をコントローラ４０に出力する。電圧センサ３２は、組電池２０の端子間電圧（総電圧）を検出し、検出結果をコントローラ４０に出力する。コントローラ４０は、メモリ４０ａを備えている。本実施例では、メモリ４０ａがコントローラ４０に内蔵されているが、コントローラ４０の外部にメモリ４０ａが設けられていてもよい。
組電池１０およびシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１と、組電池２０およびシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂ２とは、並列に接続されている。
システムメインリレー（第１リレーに相当する）ＳＭＲ−Ｂ１は、オン状態において、組電池１０の充放電を許容し、オフ状態において、組電池１０の充放電を禁止する。本実施例において、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１は、組電池１０の正極端子と接続されている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１は、コントローラ４０からの制御信号を受けて、オン状態およびオフ状態の間で切り替わる。コントローラ４０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１をオフ状態からオン状態に切り替えることにより、組電池１０をインバータ４１と接続することができる。
システムメインリレー（第２リレーに相当する）ＳＭＲ−Ｂ２は、オン状態において、組電池２０の充放電を許容し、オフ状態において、組電池２０の充放電を禁止する。本実施例において、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ２は、組電池２０の正極端子と接続されている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ２は、コントローラ４０からの制御信号を受けて、オン状態およびオフ状態の間で切り替わる。コントローラ４０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ２をオフ状態からオン状態に切り替えることにより、組電池２０をインバータ４１と接続することができる。
電流センサ３３は、組電池１０に流れる充放電電流を検出し、検出結果をコントローラ４０に出力する。電流センサ３４は、組電池２０に流れる充放電電流を検出し、検出結果をコントローラ４０に出力する。
システムメインリレー（第３リレーに相当する）ＳＭＲ−Ｇは、組電池１０，２０の負極端子と接続されている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｇは、コントローラ４０からの制御信号を受けて、オン状態およびオフ状態の間で切り替わる。システムメインリレーＳＭＲ−Ｐおよび制限抵抗３５は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇと並列に接続されている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｐは、コントローラ４０からの制御信号を受けて、オン状態およびオフ状態の間で切り替わる。制限抵抗３５は、組電池１０，２０をインバータ４１と接続するときに、突入電流が流れるのを抑制するために用いられる。
インバータ４１は、組電池１０，２０からの直流電力を交流電力に変換して、モータ・ジェネレータ４２に出力する。モータ・ジェネレータ４２としては、三相交流モータを用いることができる。モータ・ジェネレータ４２は、インバータ４１からの交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。モータ・ジェネレータ４２によって生成された運動エネルギは、車輪に伝達される。
車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータ・ジェネレータ４２は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギに変換する。モータ・ジェネレータ４２によって生成された交流電力は、インバータ４１によって直流電力に変換された後に、組電池１０，２０に供給される。組電池１０，２０は、回生電力を蓄えることができる。ここで、充電器を用いて、組電池１０，２０を充電することもできる。充電器は、外部電源（例えば、商用電源）からの電力を組電池１０，２０に供給することにより、組電池１０，２０を充電することができる。
本実施例では、組電池１０，２０がインバータ４１に接続されているが、これに限るものではない。具体的には、組電池１０，２０の少なくとも一方を昇圧回路（図示せず）に接続し、昇圧回路をインバータ４１に接続することができる。昇圧回路を用いることにより、組電池１０，２０の出力電圧を昇圧して、昇圧後の電力をインバータ４１に供給することができる。また、インバータ４１の出力電圧を降圧して、降圧後の電力を組電池１０，２０に供給することができる。
次に、組電池１０，２０をインバータ４１と接続するときの動作について、図２に示すフローチャートを用いて説明する。図２に示す処理は、コントローラ４０によって実行される。図２に示す処理を開始するとき、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２，ＳＭＲ−Ｇ，ＳＭＲ−Ｐはオフである。
ステップＳ１０１において、コントローラ４０は、車両のイグニッションスイッチがオフからオンに切り替わったか否かを判別する。イグニッションスイッチのオンおよびオフに関する情報は、コントローラ４０に入力される。イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わると、ステップＳ１０２に進む。
ステップＳ１０２において、コントローラ４０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２をオフからオンに切り替える。システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２は、互いに異なるタイミングにおいて、オンに切り替えることができる。
ステップＳ１０３において、コントローラ４０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐをオフからオンに切り替える。システムメインリレーＳＭＲ−Ｐがオンになることで、組電池１０，２０は、インバータ４１と接続される。ここで、組電池１０，２０の充放電電流は、制限抵抗３５を流れる。
コントローラ４０は、ステップＳ１０４において、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇをオフからオンに切り替えるとともに、ステップＳ１０５において、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐをオンからオフに切り替える。これにより、組電池１０，２０およびインバータ４１の接続が完了する。
本実施例では、組電池１０，２０の両者をインバータ４１と接続しているが、これに限るものではない。具体的には、組電池１０，２０の一方だけを、インバータ４１と接続することもできる。この場合には、インバータ４１と接続される組電池１０（又は組電池２０）に対応するシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１（又はシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂ２）をオフからオンに切り替えればよい。
ステップＳ１０６において、コントローラ４０は、組電池１０．２０の充放電を制御する。組電池１０，２０の充放電制御としては、公知の制御を適宜採用することができる。例えば、各組電池１０，２０の電圧が、予め設定された上限電圧および下限電圧の範囲内で変化するように、組電池１０，２０の充放電を制御することができる。
次に、組電池１０，２０およびインバータ４１の接続を遮断するときの動作について、図３に示すフローチャートを用いて説明する。図２に示す処理が行われた後に、図３に示す処理が行われる。図３に示す処理は、コントローラ４０によって実行される。
ステップＳ２０１において、コントローラ４０は、車両のイグニッションスイッチがオンからオフに切り替わったか否かを判別する。イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わると、ステップＳ２０２に進む。
ステップＳ２０２において、コントローラ４０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り替える。これにより、組電池１０，２０およびインバータ４１の接続が遮断される。
ここで、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２は、オンのままであり、組電池１０，２０は、並列に接続されたままである。このため、組電池１０の起電圧と、組電池２０の起電圧（ＯＣＶ；Open Circuit Voltage）が異なっていると、組電池１０および組電池２０の間で電流（循環電流）が流れることがある。具体的には、起電圧が高い側の組電池から、起電圧が低い側の組電池に、電流が流れることがある。
ステップＳ２０３において、コントローラ４０は、電流センサ３３，３４の出力に基づいて、組電池１０および組電池２０の間で流れる電流（循環電流）Ｉｊを検出する。組電池１０および組電池２０の間でＯＣＶの差が発生してしまう原因としては、以下のことが考えられる。
組電池１０および組電池２０の間では、温度の差や、単電池１１，２２の劣化状態の差などにより、抵抗の差が発生してしまう。一方、組電池１０，２０が並列に接続されているときには、組電池１０．２０のＣＣＶ（Closed Circuit Voltage）は、互いに等しくなる。ここで、ＣＣＶおよびＯＣＶは、下記式（１）の関係を有する。
ＣＣＶ＝ＯＣＶ＋ＩＲ ・・・（１）
ここで、Ｉは、各組電池１０，２０に流れる電流を示し、Ｒは、各組電池１０．２０の内部抵抗を示す。
ここで、Ｉは、各組電池１０，２０に流れる電流を示し、Ｒは、各組電池１０．２０の内部抵抗を示す。
組電池１０，２０の間で抵抗Ｒの差が発生すると、組電池１０，２０のＣＣＶが互いに等しくても、組電池１０，２０のＯＣＶが互いに異なってしまう。また、組電池１０，２０のそれぞれにおいて、電圧を均等化させる処理を行う構成では、独立した均等化処理によって、組電池１０，２０のＯＣＶが互いに異なってしまうことがある。
ＯＣＶの差が発生していると、ＯＣＶの高い側の組電池から、ＯＣＶの低い側の組電池に循環電流Ｉｊが流れる。ＯＣＶの差が発生しているままで、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２をオンからオフに切り替えると、以下に説明する不具合が発生するおそれがある。
すなわち、次回のイグニッションスイッチのオンに応じて、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２をオフからオンに切り替えたときに、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２に突入電流が流れてしまう。突入電流が流れることによって、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２は、熱的負荷を受けて劣化してしまうおそれがある。互いに異なるタイミングにおいて、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２をオフからオンに切り替えるときには、最後にオフからオンに切り替えるシステムメインリレーが、突入電流によって熱的負荷を受けてしまう。
そこで、本実施例では、以下に説明するように、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２に突入電流が流れて、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２が劣化するのを抑制している。
ステップＳ２０４において、コントローラ４０は、ステップＳ２０３で検出された循環電流Ｉｊが閾値Ｉｔｈよりも小さいか否かを判別する。組電池１０，２０の間でＯＣＶの差が発生しているときには、組電池１０，２０の間で循環電流Ｉｊが流れる。循環電流Ｉｊは、時間の経過とともに低下する。
コントローラ４０は、循環電流Ｉｊが閾値Ｉｔｈよりも小さいと判別すれば、ステップＳ２０５に進み、そうでなければ、ステップＳ２０３に戻る。閾値Ｉｔｈは、組電池１０，２０の間におけるＯＣＶの差ΔＶと、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２の定格電圧Ｖｒとに基づいて決定される。具体的には、以下に説明するように、閾値Ｉｔｈが決定される。
組電池１０，２０の間におけるＯＣＶの差ΔＶは、下記式（２）で表される。
ΔＶ＝Ｉｊ（Ｒ１＋Ｒ２） ・・・（２）
式（２）において、Ｒ１は、組電池１０の内部抵抗を示し、Ｒ２は、組電池２０の内部抵抗を示す。
ΔＶ＝Ｉｊ（Ｒ１＋Ｒ２） ・・・（２）
式（２）において、Ｒ１は、組電池１０の内部抵抗を示し、Ｒ２は、組電池２０の内部抵抗を示す。
ΔＶが、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２の定格電圧Ｖｒよりも低ければ、組電池１０，２０の間で循環電流が流れても、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２の劣化を抑制することができる。具体的には、下記式（３）の条件を満たせばよい。
ΔＶ≦Ｖｒ ・・・（３）
ΔＶ≦Ｖｒ ・・・（３）
式（２）および式（３）から、下記式（４）が導かれる。
Ｉｊ≦Ｖｒ／（Ｒ１＋Ｒ２）＝Ｉｔｈ ・・・（４）
Ｉｊ≦Ｖｒ／（Ｒ１＋Ｒ２）＝Ｉｔｈ ・・・（４）
システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２の定格電圧Ｖｒは、予め特定しておくことができるため、抵抗Ｒ１，Ｒ２の値を予め決めておけば、閾値Ｉｔｈを特定することができる。閾値Ｉｔｈの具体的な数値は、式（４）を満たす範囲内において、適宜設定することができる。式（４）によれば、閾値Ｉｔｈの最小値としては、Ｖｒ／（Ｒ１＋Ｒ２）となる。
抵抗Ｒ１，Ｒ２の具体的な値としては、様々な使用環境において、組電池１０，２０が取り得る抵抗値を予め測定しておき、これらの抵抗値の最大値を用いることができる。一方、組電池１０，２０の温度や充電状態（ＳＯＣ；State of Charge）に基づいて、抵抗Ｒ１，Ｒ２を特定することもできる。
例えば、組電池１０の温度、ＳＯＣおよび抵抗Ｒ１の対応関係を示すマップを予め用意しておき、組電池１０の温度およびＳＯＣの情報を取得することにより、抵抗Ｒ１を特定することができる。上述したマップは、メモリ４０ａに格納しておくことができる。抵抗Ｒ１を、組電池１０の温度およびＳＯＣの関数として表すことができれば、この関数を用いた演算によって、抵抗Ｒ１を特定することもできる。
組電池１０の温度情報を取得するためには、例えば、組電池１０に温度センサを設けておけばよい。また、組電池１０のＳＯＣ情報を取得するためには、電圧センサ３１の検出結果を用いて組電池１０のＳＯＣを推定したり、組電池１０の充放電電流の積算値に基づいて組電池１０のＳＯＣを推定したりすることができる。充放電電流の積算値は、電流センサ３３の出力に基づいて特定することができる。
組電池１０の温度およびＳＯＣの少なくとも一方に基づいて、抵抗Ｒ１を特定することができる。抵抗Ｒ２についても、抵抗Ｒ１と同様に特定することができる。抵抗Ｒ１，Ｒ２は、組電池１０，２０の温度やＳＯＣに依存することもあるため、温度やＳＯＣを考慮することにより、抵抗Ｒ１，Ｒ２として、精度の良い値を用いることができる。
循環電流Ｉｊが、閾値Ｉｔｈよりも小さいときには、組電池１０および組電池２０の間で循環電流が流れたとしても、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２の劣化を抑制することができる。
ステップＳ２０５において、コントローラ４０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２をオンからオフに切り替える。システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２は、互いに異なるタイミングにおいて、オンからオフに切り替えることができる。
本実施例では、２つの組電池１０，２０を並列に接続しているが、これに限るものではない。３つ以上の組電池を並列に接続した構成であっても、本発明を適用することができる。ここで、各組電池には、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２に相当するシステムメインリレーが接続されている。
３つ以上の組電池が並列に接続された構成であっても、３つ以上の組電池において、ＯＣＶの差が発生しているときには、ＯＣＶが高い側の組電池からＯＣＶの低い側の組電池に循環電流が流れてしまう。このため、循環電流が流れる２つの組電池において、図３で説明した処理を行えば、突入電流によるシステムメインリレーの劣化を抑制することができる。
本実施例では、ＯＣＶの差ΔＶが定格電圧Ｖｒ以下となるようにしているが、これに限るものではない。すなわち、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２をオンからオフに切り替える前に、組電池１０，２０の間で循環電流を流すことにより、ＯＣＶの差ΔＶを縮めることができればよい。このようにＯＣＶの差ΔＶを縮めておけば、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２を再びオンにしたときに、組電池１０，２０の間で、循環電流が流れるのを抑制することができる。
本実施例では、同一特性の組電池１０，２０を用いているが、これに限るものではない。例えば、組電池１０として、高出力型組電池を用い、組電池２０として、高容量型組電池を用いることができる。高出力型組電池１０は、高容量型組電池２０よりも大きな電流で充放電を行うことができる組電池である。高容量型組電池２０は、高出力型組電池１０よりも大きな蓄電容量を有する組電池である。
単電池１１，２１として、リチウムイオン電池を用いるとき、例えば、単電池１１の負極活物質として、ハードカーボン（難黒鉛化炭素材料）を用い、単電池１１の正極活物質として、リチウム・マンガン系複合酸化物を用いることができる。また、単電池２１の負極活物質として、グラファイト（黒鉛）を用い、単電池２１の正極活物質として、リチウム・ニッケル系複合酸化物を用いることができる。
高出力型組電池１０の単電池１１および高容量型組電池２０の単電池２１は、互いに比較したときに、以下の表１に示す関係を有する。
表１において、単電池１１，２１の出力は、例えば、単電池１１，２１の単位質量当たりの電力（単位［Ｗ／ｋｇ］）や、単電池１１，２１の単位体積当たりの電力（単位［Ｗ／Ｌ］）として表すことができる。単電池の出力に関して、単電池１１は、単電池２１よりも高い。ここで、単電池１１，２１の質量又は体積を等しくしたとき、単電池１１の出力［Ｗ］は、単電池２１の出力［Ｗ］よりも高くなる。
単電池１１，２１の容量は、例えば、単電池１１，２１の単位質量当たりの容量（単位［Ｗｈ／ｋｇ］）や、単電池１１，２１の単位体積当たりの容量（単位［Ｗｈ／Ｌ］）として表すことができる。単電池の容量に関して、単電池２１は、単電池１１よりも大きい。ここで、単電池１１，２１の質量又は体積を等しくしたとき、単電池２１の容量［Ｗｈ］は、単電池１１の容量［Ｗｈ］よりも大きくなる。
表１において、単電池１１，２１の電極の出力は、例えば、電極の単位面積当たりの電流値（単位［ｍＡ／ｃｍ＾２］）として表すことができる。電極の出力に関して、単電池１１は、単電池２１よりも高い。ここで、電極の面積が等しいとき、単電池１１の電極に流れる電流値は、単電池２１の電極に流れる電流値よりも大きくなる。
単電池１１，２１の電極の容量は、例えば、電極の単位質量当たりの容量（単位［ｍＡｈ／ｇ］）や、電極の単位体積当たりの容量（単位［ｍＡｈ／ｃｃ］）として表すことができる。電極の容量に関して、単電池２１は、単電池１１よりも大きい。ここで、電極の質量又は体積が等しいとき、単電池２１の電極の容量は、単電池１１の電極の容量よりも大きくなる。
本発明の実施例２である電池システムについて説明する。本実施例は、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替えられたときの処理に関して、実施例１（図３）と異なる。以下、実施例１と異なる点について、主に説明する。ここで、実施例１で説明した構成と同一の構成については、同一符号を用いて説明を省略する。
図４は、本実施例の電池システムにおいて、組電池１０，２０およびインバータ４１の接続を遮断するときの動作を示すフローチャートである。図４に示す処理は、コントローラ４０によって実行される。
ステップＳ３０１において、コントローラ４０は、車両のイグニッションスイッチがオンからオフに切り替わったか否かを判別する。イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わると、ステップＳ３０２に進む。
ステップＳ３０２において、コントローラ４０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り替える。これにより、組電池１０，２０およびインバータ４１の接続が遮断される。ここで、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２は、オンのままであるため、組電池１０および組電池２０は、並列に接続されたままとなる。
ステップＳ３０３において、コントローラ４０は、タイマを用いて、時間のカウントを開始する。本実施例において、コントローラ４０は、タイマを備えている。
ステップＳ３０４において、コントローラ４０は、タイマのカウント時間Ｔｊが閾値Ｔｔｈよりも長いか否かを判別する。すなわち、コントローラ４０は、カウント時間Ｔｊが閾値Ｔｔｈよりも長くなるまで、待機する。ここで、組電池１０，２０の間において、ＯＣＶの差が発生しているときには、ＯＣＶの高い側の組電池から、ＯＣＶの低い側の組電池に循環電流が流れる。
閾値Ｔｔｈは、例えば、以下に説明するように設定することができる。
まず、組電池１０，２０の間におけるＯＣＶの差が最大となるときの値ΔＶmaxを予測しておく。電圧差ΔＶmaxが発生する場合としては、例えば、組電池１０の劣化状態が最大であり、組電池２０の劣化状態が最小となる場合がある。この場合において、組電池１０の抵抗をＲmaxとし、組電池２０の抵抗をＲminとする。初期状態（製造直後）における組電池１０，２０の抵抗Ｒiniが互いに等しいとすると、抵抗Ｒiniに対する抵抗Ｒmaxの変化量が最も大きく、抵抗Ｒiniに対する抵抗Ｒminの変化量が最も小さくなる。
組電池１０，２０に電流Ｉが流れるとき、電圧差ΔＶmaxは、下記式（５）で表すことができる。
ΔＶmax＝Ｉ（Ｒmax−Ｒmin）／２ ・・・（５）
ΔＶmax＝Ｉ（Ｒmax−Ｒmin）／２ ・・・（５）
電圧差ΔＶmaxがシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２の定格電圧Ｖｒ以下であれば、組電池１０．２０の間で流れる循環電流（突入電流）によって、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２が劣化してしまうのを抑制することができる。
電圧差ΔＶmaxが定格電圧Ｖｒに到達するまでの時間を予め測定しておけば、この時間が閾値Ｔｔｈとなる。組電池１０，２０の間に流れる電流Ｉは、時間の経過とともに減少するため、電圧差ΔＶmaxが定格電圧Ｖｒに到達するまでの時間を予め特定しておくことができる。予め特定された閾値Ｔｔｈは、メモリ４０ａに格納しておくことができる。
一方、組電池１０，２０の間におけるＯＣＶの電圧差ΔＶは、下記式（６）で表すことができる。
ΔＶ＝ΔＶmax×ｅ＾（−２ｋｔ／（Ｒmax＋Ｒmin）） ・・・（６）
ここで、ΔＶmaxは、組電池１０，２０の間におけるＯＣＶの差が最大となるときの値である。また、ΔＶmaxは、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り替えたときのＯＣＶの差である。ｋは定数であり、ｔは時間である。Ｒmaxは、劣化状態が最大となる組電池１０の抵抗であり、Ｒminは、劣化状態が最小となる組電池２０の抵抗である。
ここで、ΔＶmaxは、組電池１０，２０の間におけるＯＣＶの差が最大となるときの値である。また、ΔＶmaxは、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り替えたときのＯＣＶの差である。ｋは定数であり、ｔは時間である。Ｒmaxは、劣化状態が最大となる組電池１０の抵抗であり、Ｒminは、劣化状態が最小となる組電池２０の抵抗である。
抵抗Ｒmax，Ｒminおよび電圧差ΔＶmaxを予め決めておけば、電圧差ΔＶが定格電圧Ｖｒに到達するまでの時間ｔを算出することができる。この時間ｔが閾値Ｔｔｈとなる。
上述した２つの方法（例示）によって、閾値Ｔｔｈを特定することができるが、これに限るものではない。すなわち、組電池１０，２０の間におけるＯＣＶの差が、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２の定格電圧Ｖｒ以下となるまでの時間として、閾値Ｔｔｈが設定されていればよい。
タイマのカウント時間Ｔｊが閾値Ｔｔｈよりも長くなったときには、ステップＳ３０５に進む。ステップＳ３０５において、コントローラ４０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２をオンからオフに切り替える。システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２は、互いに異なるタイミングにおいて、オンからオフに切り替えることができる。
本実施例においても、実施例１と同様に、組電池１０，２０の間におけるＯＣＶの差が、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２の定格電圧Ｖｒ以下となったときに、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２をオンからオフに切り替えることができる。これにより、次回のイグニッションスイッチのオンに応じて、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２をオフからオンに切り替えたときに、循環電流によってシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２が劣化してしまうのを抑制することができる。
Claims (6)
- 充放電を行い、並列に接続された第１蓄電装置および第２蓄電装置と、
前記第１蓄電装置の充放電を許容するオン状態と、前記第１蓄電装置の充放電を禁止するオフ状態の間で切り替わる第１リレーと、
前記第２蓄電装置の充放電を許容するオン状態と、前記第２蓄電装置の充放電を禁止するオフ状態の間で切り替わる第２リレーと、
前記第１蓄電装置および前記第２蓄電装置の間で流れる循環電流の電流値を検出する電流センサと、
前記第１リレーおよび前記第２リレーのオン状態およびオフ状態を制御するコントローラと、を有し、
前記第１蓄電装置および前記第１リレーと、前記第２蓄電装置および前記第２リレーとは、並列に接続されており、
前記コントローラは、前記第１蓄電装置および前記第２蓄電装置の間で流れる循環電流を許容し、前記電流センサによって検出された電流値が閾値以下であるとき、前記第１リレーおよび前記第２リレーをオン状態からオフ状態に切り替え、
前記閾値は、下記式（Ｉ）で表される、
Ｉｔｈ＝Ｖr／（Ｒ１＋Ｒ２） ・・・（Ｉ）
ここで、Ｉｔｈは、前記閾値であり、Ｖrは、前記１リレーおよび前記第２リレーの定格電圧であり、Ｒ１およびＲ２は、前記第１蓄電装置および前記第２蓄電装置のそれぞれの内部抵抗である、
ことを特徴とする蓄電システム。 - 前記第１蓄電装置および前記第２蓄電装置の充放電を許容するオン状態と、前記第１蓄電装置および前記第２蓄電装置の充放電を禁止するオフ状態の間で切り替わる第３リレーを有し、
前記コントローラは、前記第３リレーをオン状態からオフ状態に切り替えた後に、前記第１リレーおよび前記第２リレーをオン状態からオフ状態に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。 - 前記内部抵抗Ｒ１，Ｒ２は、前記各蓄電装置の温度およびＳＯＣの少なくとも一方に応じて変化することを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電システム。
- 前記第１蓄電装置は、前記第２蓄電装置よりも大きな電流で充放電を行うことができ、
前記第２蓄電装置は、前記第１蓄電装置よりも蓄電容量が大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の蓄電システム。 - 前記各蓄電装置は、車両の走行に用いられるエネルギを出力することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の蓄電システム。
- 前記各蓄電装置は、複数の単電池が直列に接続された組電池であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の蓄電システム。
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