JP2004015924A

JP2004015924A - 組電池制御装置および制御システム

Info

Publication number: JP2004015924A
Application number: JP2002166986A
Authority: JP
Inventors: Tomonaga Sugimoto; 杉本　智永
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-06-07
Filing date: 2002-06-07
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】負荷の状態によらず組電池の電圧を一定範囲内に維持することができる組電池制御装置の提供。
【解決手段】直列接続された複数のセルＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、スイッチＳ１ａ〜Ｓ３ａ，Ｓ１ｂ〜Ｓ３ｂにより強電ラインである直列接続から切り離すことができる。例えば、スイッチＳ１ｂを開くとともにスイッチＳ１ａを閉じると、セルＣ１が切り離される。切り離されたセルＣ１は、スイッチＳ１ａを開くとともにスイッチＳ１ｂを閉じると、再び接続される。ＣＰＵ１０２は、組電池電圧および充放電電流に応じてセルの直列接続数を変更して、組電池電圧が所定電圧範囲となるようにスイッチＳ１ａ〜Ｓ３ａ，Ｓ１ｂ〜Ｓ３ｂの開閉を制御する。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のセルで構成される組電池の組電池制御装置、および、その組電池制御装置を備えて負荷の出力を制御する制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車等の駆動用モータに電力を供給する電源装置には、所定の電圧を得るために多数のバッテリを直列接続した電源装置が用いられている。この種の電源装置では、電源装置の出力端子電圧を監視することによってバッテリ充電の必要性の有無を調べるようにしている。例えば、複数のバッテリの内の一つが内部抵抗が所定値以上となって過放電状態となった場合には、充電が必要であるという警告が出されることになる。そのような場合、実際には走行が可能であるにもかかわらず、運転者は警告に従って電源装置の充電作業を行うようにしていた。
【０００３】
そこで、このような不必要な充電を防止する電源装置が、特開平７−１６３０５９号公報に開示されている。その電源装置では、内部抵抗が所定値以上となっているバッテリを電源装置から切り離すことにより、上述した不具合が生じるのを防止している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平７−１６３０５９号公報に開示されている電源装置では、内部抵抗が所定値以上のバッテリを切り離すようにしていたので、切り離し後においては組電池の満充電電圧が下がってしまうことになる。そのため、負荷を所定の一定電圧で動作させることができなくなるというおそれがあった。
【０００５】
本発明の目的は、負荷の状態によらず組電池の電圧を一定範囲内に維持することができる組電池制御装置、および、その組電池制御装置を備えて負荷の出力を制御する制御システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数のセルが直列接続される組電池に用いられる組電池制御装置に関するものである。直列接続された各セルは、接続切換手段により強電ラインである直列接続から切り離すことができる。さらに、切り離されたセルは、接続切換手段により再び直列接続に接続することができる。接続切換手段による切り離し・接続動作は制御手段により制御される。制御手段は、組電池の電池状態に応じてセルの直列接続数を変更して、組電池の電圧が所定電圧範囲となるようにする。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、組電池の電池状態に応じてセルの直列接続数を変更することができるので、組電池に接続された負荷の状態によらず組電池の電圧を一定範囲内に維持することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１はハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の駆動制御系の概略構成を示す図であり、本発明による組電池制御装置を備えている。図１に示す駆動制御系は、ＨＥＶの駆動制御系を示したものである。エンジン１の主軸には、電動モータ２の回転子が直結されている。エンジン１および／またはモータ２の駆動力は変速機３を介して車軸に伝達され、車輪４が回転駆動される。
【０００９】
ＨＥＶでは、基本的にエンジン１で走行し、エンジン１への負荷が大きくなる発進時や加速時や登坂時にモータ２を作動させて駆動力をアシストする。モータ２の電力は駆動用電池である組電池５から供給される。組電池５からの直流電力は、インバータ６により交流電力に変換されてモータ２に供給される。
【００１０】
一方、エンジン１の効率が悪い軽負荷時には、モータ２を発電機として動作させて組電池５を充電し、エンジン１の負荷変動を少なくしてエネルギー効率を高めるようにしている。さらに、制動時や降坂時には回生制動により走行エネルギーを電気エネルギーに変換し、組電池２を回生充電する。また、車両停止時にはエンジン１を停止してアイドルストップを行う。モータ２を発電機として用いて組電池５を充電する場合には、インバータ６はモータ２からの交流電力を直流電力に変換して組電池５へ供給する。
【００１１】
電池制御コントローラ７は組電池５を管理・制御するものである。例えば、開放電圧、内部抵抗、電池充電状態などから電池状態を判定し、電池状態に応じて後述するような制御を行う。車両制御コントローラ８は、アクセルセンサ９で検出されたアクセル操作量、ブレーキセンサ１０で検出されたブレーキ操作量および車速センサ１１による車速情報などに基づいて、車両の要求駆動力を演算する。さらに、車両制御コントローラ８は、算出された要求駆動力を達成するのに必要なモータトルクおよびエンジントルクのそれぞれを算出する。インバータ６にはモータトルク情報に基づく電流指令値が送られる。電池制御コントローラ７および車両制御コントローラ８の電源は、補助電池１２から供給される。この電源のオンオフは、イグニッションスイッチ１４のオンオフに連動して開閉するスイッチ１３により制御される。補助電池１２には、例えば、１２ボルトのバッテリが用いられる。
【００１２】
図２は電池制御コントローラ７を説明する図である。本実施の形態の組電池５は１２個のセルＣｘ（ただし、ｘ＝１，２，〜，１２）を備えており、これらのセルＣｘは直列接続される。なお、図２では、１２セル内の一部のセルＣ１〜Ｃ３を示した。各セルＣｘの電圧はセル電圧検出回路１０１により検出される。スイッチＳ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ１ｃは、セルＣ１を組電池５の直列接続（強電ライン）から切り離したり、セルＣ１の容量調整を行うための開閉スイッチである。同様にセルＣ２に対してはスイッチＳ２ａ，Ｓ２ｂ，Ｓ２ｃが、セルＣ３に対してはスイッチＳ３ａ，Ｓ３ｂ，Ｓ３ｃがそれぞれ設けられている。例えば、セルＣ１を強電ラインから切り離す場合には、スイッチＳ１ａを閉状態にするとともにスイッチＳ１ｂを開状態にする。また、セルＣ１の容量調整を行う場合には、スイッチＳ１ａを開状態にするとともにスイッチＳ１ｂ、Ｓ１ｃを閉状態にする。
【００１３】
ＣＰＵ１０２は、セル電圧検出回路１０１で検出された各セル電圧に基づいてスイッチＳ１ａ〜Ｓ１ｃ，Ｓ２ａ〜Ｓ２ｃ，Ｓ３ａ〜Ｓ３ｃの開閉を制御する。メモリ１０３には、電流センサ１０４で検出されたセル電圧やＣＰＵ１０２で演算された各種演算結果が記憶されるとともに、演算に必要なデータが予め記憶されている。抵抗Ｒは容量調整用の抵抗である。スイッチＳ１ａ，Ｓ２ａ，Ｓ３ａはＣＰＵ１０２の制御ポートＰＡに接続され、スイッチＳ１ｂ，Ｓ２ｂ，Ｓ３ｂは制御ポートＰＢに接続され、スイッチＳ１ｃ，Ｓ２ｃ，Ｓ３ｃは制御ポートＰＣに接続されている。電流センサ１０４は組電池を流れる電流の電流値を検出し、その検出データをＣＰＵ１０２に送信する。
【００１４】
《制御動作の説明》
次に、フローチャートを用いて切り離し制御について説明する。図３および図４は電池制御コントローラ７のＣＰＵ１０２で実行されるプログラムの処理手順を示すフローチャートであり、図４は図３に続く処理を示したものである。なお、以下の説明では、組電池５には１２セルが設けられていて、接続セル数の基本設定は１１であるとして説明する。図３の処理スタート時の接続数は１１であり、メモリ１０３内には接続セル数として１１が記憶されている。また、セル切り離しに関しては、（１）切り離しセルがゼロの場合、（２）切り離しセルが１の場合、（３）切り離しセルが２の場合、の３種類から選択されるものとする。
【００１５】
図３の処理は、イグニッションスイッチ１４のオン動作によりスタートする。ステップＳ１０では、セル電圧検出回路１０１により各セルＣｘのセル電圧を検出する。続くステップＳ２０では、電流センサ１０４により組電池５の充放電電流値を検出する。なお、本実施の形態では、放電の場合には電流値の符号をプラスとし、充電の場合には電流値の符号をマイナスとする。ステップＳ３０では、イグニッションスイッチ１４がオンか否か、すなわち車両起動中か否かを判定する。ステップＳ３０でオンと判定されるとステップＳ４０へ進み、オフと判定されると一連の処理を終了する。
【００１６】
ステップＳ４０では、変数ＭがＭ＝０か否かを判定する。この変数Ｍのデフォルト値はゼロであり、ＩＮＧオン後にゼロ以外の数値に置き換えられた場合でも、イグニッションスイッチ１４がオフされるとデフォルト状態に戻される。ステップＳ４０でＭ＝０と判定されると、ステップＳ３００へ進んでＭ＝１とした後に、図４のステップＳ２１０へ進む。一方、ステップＳ４０でＭ≠０と判定されるとステップＳ５０へ進む。ステップＳ５０では、ステップＳ２０で検出された各セル電圧を加算して総電圧（＝組電池電圧）を求める。
【００１７】
ステップＳ６０では、ステップＳ２０で検出された充放電電流値およびステップＳ５０で得られた総電圧と図５に示すマップとを用いて、接続セル数を選択する。図５のマップは、組電池５の電池状態と接続セル数との関係を示すものである。電池状態は組電池５の総電圧（＝組電池電圧）と充放電状態とにより表される。電池状態が図５の領域Ａ１，Ａ３，Ａ５のいずれかに含まれる場合には、接続セル数は基本接続数の１１である。電池状態が領域Ａ２に含まれる場合には、接続セル数は基本接続数よりも１少ない１０とする。電池状態が領域Ａ４，Ａ６，Ａ７のいずれかに含まれる場合には、接続セル数は基本接続数よりも１多い１２とする。
【００１８】
電池状態が一つの領域内にとどまっている間は接続セル数は一定のままである。一方、電池状態が領域を越えて変化した場合には、各領域に応じた接続セル数に変更する。もちろん、図５の接続セル数が等しい領域間で電池状態が変化した場合には、接続セル数に変更はない。本実施の形態では、総電圧３９Ｖ〜４５Ｖの範囲は組電池５の実用電圧範囲であって、この範囲、すなわち領域Ａ２〜Ａ４を総電圧に関する通常領域と呼ぶことにする。また、総電圧が４５Ｖ以上となる領域Ａ１では組電池５は過充電傾向となり、３９Ｖ以下となる領域Ａ５〜Ａ７では過放電傾向となっている。
【００１９】
ステップＳ７０では、メモリ１０３に記憶されている接続セル数を読み込む。ステップＳ８０では、メモリ１０３に記憶されている接続セル数をステップＳ６０で選択された接続セル数に置き換える。本実施の形態では、初期状態として１１が記憶されているが、例えば、ステップＳ６０で接続セル数として１２が選択されると、メモリ１０３内の接続セル数は１１から１２に置き換えられる。また、選択された接続セル数が１１で大きさが変化しない場合でも、メモリ１０３内に記憶されている接続セル数の置き換えは実行される。
【００２０】
ステップＳ９０では、ステップＳ７０でメモリ１０３から読み込まれた接続セル数と、ステップＳ６０で選択されてステップＳ８０でメモリ１０３に記憶された接続セル数とを比較し、次のような判定を行う。すなわち、メモリ１０３内における接続セル数置き換え前後の変化形態が、「変化なし」、「１２から１１へ変化」、「１１から１０へ変化」、「１０から１１へ変化」および「１１から１２へ変化」のいずれであるかを判定する。前述したように、切り離しセルの数は０，１，２のいずれかであるので、接続セル数の変化が１ずつ行われると、接続セル数の変化形態は上述した５種類となる。ステップＳ９０において接続セル数の変化形態が「変化なし」であると判定されると、図４のステップＳ２１０へ進む。
【００２１】
ステップＳ９０で接続セル数の変化形態が「１２→１１」であると判定されると、すなわち、電池状態（組電池５の電圧、充放電電流）が図５の領域Ａ４，Ａ６，Ａ７の状態からＡ１，Ａ３，Ａ５で示す領域の状態に変化した場合には、ステップＳ１００へ進んで接続切換処理１を実行する。同様に、変化形態が「１１→１０」と判定されるとステップＳ１１０に進んで接続切換処理２を実行し、変化形態が「１０→１１」と判定されるとステップＳ１２０に進んで接続切換処理３を実行する。また、ステップＳ９０で変化形態が「１１→１２」と判定されると、ステップＳ１３０に進んで非接続状態のセルＣｘに関するスイッチＳｘｂを閉状態にするとともにスイッチＳｘａ，Ｓｘｃを開状態にして、非接続状態にあったセルＣｘを強電ラインに接続する。
【００２２】
（接続切換処理１の詳細説明）
図６は、ステップＳ１００の接続切換処理１の手順を示すフローチャートである。ステップＳ４１では、セル電圧検出回路１０１により各セルＣｘの電圧をそれぞれ検出する。ステップＳ４２では、ステップＳ４１で検出されたセル電圧の内から最小セル電圧を有するものを特定する。ステップＳ４３では、ステップＳ４２で特定された最小セル電圧をそのセルＣｘの符号とともにメモリ１０３に記憶する。ステップＳ４４では、ステップＳ４３で特定されたセルＣｘに関するスイッチＳｘａを閉状態にするとともに、スイッチＳｘｂ，Ｓｘｃを開状態とする。その結果、セルＣｘは強電ライン（＝直列接続）から切り離されることになる。
【００２３】
例えば、図７のマップに示した矢印（１）のように、大電流（５０Ａ以上）での放電状態において電池状態が領域Ａ４から領域Ａ１に変化した場合を考える。この場合、組電池５の総電圧は通常領域（３９Ｖ〜４５Ｖ）よりも大きくなってしまう。そこで、このような状況においては上述したように接続セル数を１２から１１へと１だけ減少させる。その結果、１セル当たりの放電量が増えて、過充電方向への変化傾向があった組電池電圧を、逆に通常領域側へと変化させることができる。すなわち、セル切り離しは組電池電圧を通常領域に戻すように作用し、組電池電圧が一定に保たれる。
【００２４】
また、矢印（１４）のように充電によって電池状態が領域Ａ６から領域Ａ３に変化した場合も、接続セル数を１２から１１へと１だけ減少させる。この場合には、組電池電圧が過放電傾向（３９Ｖ以下）から通常領域となるので、接続セル数を基本の１１セルに戻す。
【００２５】
図７の矢印（２）のように組電池電圧が通常領域（３９Ｖ〜４５Ｖ）の状態を保ったまま、大電流での放電から通常電流（−５０Ａ〜５０Ａ）による充放電状態に変化する場合にも、接続セル数を１２から基本接続数１１に戻す。セルＣｘは使用するほど劣化すると考えられるので、切り離されたセルＣｘは劣化が抑制される。また、車両走行時においては回生時以外は放電状態となるので、領域Ａ３においても放電状態が続く。この場合、セル電圧が最も低いセルを切り離すことにより、そのセルが過放電状態となるのを防止することができる。
【００２６】
図７の矢印（３）の変化は、組電池電圧が通常領域より低い過放電傾向の状態において、通常の充放電から大電流（大きさが５０Ａ以上）の充電状態に移行した場合である。この場合、充電の継続により組電池電圧は通常領域へと変化するので、接続セル数を１１に戻す。もちろん、１２セルのまま充電を行わせても良いが、１１セルとした方がより早く組電池電圧が通常領域へと戻りやすい。また、充放電回数の増加はセルの劣化を促すので、劣化の観点からも１２セルのままよりも１１セルに減らしたほうが良い。
【００２７】
図７の矢印（１３）の変化は、過放電傾向において大電流（５０Ａ以上）で放電している状態から、通常の充放電状態に移行した場合である。組電池電圧は充電により増加し、通常領域へと変化する。領域Ａ３では通常領域の組電池電圧で通常の充放電が行われるので、接続セル数を１２セルから基本である１１セルへと戻す。
【００２８】
以上のような接続切換処理１によれば、接続セル数を１２から１１へと１だけ減少させることにより、過充電方向への変化傾向があった組電池電圧を通常領域側へと変化させることができ、組電池電圧を一定に保つことができる。また、矢印（２）のような変化の場合にセル電圧が最も低いセルを切り離すことにより、そのセルが過放電状態となるのを防止することができる。
【００２９】
（接続切換処理２の詳細説明）
図８は、ステップＳ１１０の接続切換処理２の手順を示すフローチャートである。接続切換処理２が実行されるのは、図９の矢印（４）のように小電流での充放電状態から大電流での充電状態に変化した場合や、矢印（５）のように組電池電圧が過放電傾向から通常領域へと変化する場合である。このような場合には、セルＣｘを二つ切り離して接続セル数を１０セルとする。本実施の形態では、以下に説明するようにセル電圧の高い方の２セルを切り離すことにする。
【００３０】
図８のステップＳ５１では、セル電圧検出回路１０１により接続されている１１セルのセル電圧をそれぞれ検出する。ステップＳ５２では、ステップＳ５１で検出されたセル電圧の内で、電圧の高いものから順に２つを特定する。ステップＳ５３では、ステップＳ５２で特定された２つのセル電圧を、それらに対応するセルＣｘの符号とともにメモリ１０３に記憶する。ステップＳ５４では、ステップＳ５３で特定された各セルＣｘに関するスイッチＳｘａを閉状態にするとともに、スイッチＳｘｂ，Ｓｘｃを開状態とする。同時に、今まで切り離されていたセルＣｘのスイッチＳｘｂを閉状態にするとともに、スイッチＳｘａ，Ｓｘｃを開状態とする。すなわち、接続されていた１１セルの内のセル電圧が高い２つのセルを切り離すとともに、今まで切り離されていたセルを接続する。
【００３１】
ステップＳ５４のような接続切換動作を行う理由は、セルの切り離し・接続を１セルずつ行った場合には、いつも同じセルが切り離し・接続される可能性が大きくなり、特定のセルの劣化が進んでしまうおそれがある。一方、接続セル数を１だけ減少させる場合に、上述したように２セルを切り離して非接続状態の１セルを接続するようにすれば、切り離し・接続の対象となるセルの偏りが抑制され、セル劣化の均一化を図ることができる。
【００３２】
図９のマップに示した矢印（４）のような変化では、組電池電圧が通常領域の場合において通常（−５０Ａ〜５０Ａ）の充放電が行われている状態から、大電流（電流値の大きさが５０Ａ以上）での充電状態へと移行する。この場合、充電により組電池電圧は増加の傾向となるので、接続セル数を１１から１０へと減らして組電池電圧が通常領域（３９Ｖ〜４５Ｖ）に維持されるようにする。また、セルを切り離す際には、セル電圧が高いものを切り離すようにしているので、セル電圧の高いセルが過充電状態となるのを防止することができる。この場合も、切り離されたセルは充放電繰り返しによる劣化が抑制される。
【００３３】
図９の矢印（５）のような変化は、大充電電流状態で組電池電圧が過放電傾向から通常領域に移行した場合に相当する。この場合には、接続セル数を１２から１１へと減らし、充電により組電池電圧が過充電傾向とならないようにする。
【００３４】
以上のような接続切換処理２によれば、接続セル数を１１から１０へと１だけ減少させることにより、組電池電圧が過充電傾向に変化するのを抑制して、組電池電圧を一定に保つことができる。さらに、セル電圧の高いセルを２つ切り離し、非接続状態のセルを接続することにより、切り離し・接続の対象となるセルの偏りが抑制されてセル劣化の均一化を図ることができる。なお、上述した例では、セル電圧の最も高いセルから順に２つ切り離すようにしたが、所定セル電圧以上のセルの内の２つを選んで切り離しするようにしても良い。
【００３５】
（接続切換処理３の詳細説明）
図１０は、ステップＳ１２０の接続切換処理３の手順を示すフローチャートである。接続切換処理３が実行されるのは、図１１の矢印（６）のように大電流での充電状態において総電圧が通常領域から過放電傾向へと減少した場合や、矢印（７）のように総電圧が通常領域において大電流充電から小電流の充放電状態に変化した場合である。このような場合には、非接続状態にある２つのセルの内の電圧の高い方のセルを接続状態へと切り換える。
【００３６】
図１０のステップＳ６１では、メモリ１０３に記憶されている非接続状態セルのセル電圧を読み込む。このセル電圧は、図７のステップＳ５１で記憶された電圧データである。ステップＳ６２では、読み込んだセル電圧の内でいずれの電圧が高いかを特定する。ステップＳ６３では、ステップＳ６２で特定されたセルＣｘに関するスイッチＳｘｂを閉状態とするとともに、スイッチＳｘａ，Ｓｘｃを開状態にする。その結果、セルＣｘは強電ラインに接続されることになる。
【００３７】
以上のような接続切換処理３によれば、接続セル数を増やすことにより組電池電圧を一定に保つことができる。例えば、図１１のマップの矢印（６）のように組電池電圧が通常領域から過放電傾向へと変化する場合には、接続セル数を１０から１１へと増やすことにより組電池電圧が通常領域となるようにできる。また、矢印（７）のように大電流による充電状態から通常の放電状態に変化した場合にも過放電傾向となるが、接続セル数を増加することにより過放電傾向が防止できる。さらに、接続セル数を基本である１１に戻すことにより、セル劣化の均等化（負担の均等化）も図れる。
【００３８】
なお、図１１のマップには、接続セル数が１１から１２に変化する場合についても矢印（８）〜（１２）で示した。矢印（８）のような変化の場合には、通常の充放電状態において組電池電圧が通常領域から過放電傾向へと変化をするので、接続セル数を１１から１２へと増やして組電池電圧を増加させる。矢印（９）のような変化では、過放電傾向状態において大電流の充電状態から通常の充放電状態に変化しているので、組電池電圧を通常領域を戻すために接続セル数を１１から１２へと増加する。
【００３９】
矢印（１０）や（１１）のような変化を示している場合には、大電流による放電によって組電池電圧は過放電側へと変化する傾向にあるので、接続セル数を１１から１２へと増やして組電池電圧を通常領域に維持する。また、矢印（１２）のように大電流での放電が行われていて、電池状態が領域Ａ１から領域Ａ４に変化した場合には、組電池電圧は放電により低下傾向にあるので、組電池電圧が過放電状態とならないように接続セル数を１１から１２へと増やす。その結果、組電池電圧は通常領域に保たれる。
【００４０】
図３に戻って、ステップＳ１００〜Ｓ１３０のいずれかの処理が終了すると、ステップＳ１４０へ進んで接続切換後の各セルの電圧をそれぞれ検出する。ステップＳ１５０では、ステップＳ１４０で検出されたセル電圧に基づいて総電圧を算出する。ステップＳ１５０の処理が終了すると、図４のステップＳ１６０へ進む。
【００４１】
図４のステップＳ１６０では、現在の接続セル数およびステップＳ１５０で算出された総電圧と、図１２に示す接続セル数−リミット電圧値のテーブルとに基づいて、出力／回生制御が必要か否かを判定する。本実施の形態においては、セル単体での電圧の上限値および下限値は４．２５Ｖおよび２．００Ｖであり、組電池５のリミット電圧値は接続セル数に応じて異なる。図１２に示す例では、組電池リミット電圧値の上限値は、「（リミット電圧上限値）＜（セル単体上限値）×（接続セル数）」のように設定されている。また、組電池リミット電圧値の下限値については、「（セル単体下限値）×（接続セル数）＜（リミット電圧下限値）」のように設定される。
【００４２】
ステップＳ１６０では、例えば接続セル数が１０の場合に、総電圧が４２．０Ｖ〜２２．０Ｖであれば制限が不必要（Ｎｏ）と判定されてステップＳ２１０へと進む。一方、接続セル数が１０であって総電圧が４２．０Ｖ以上の場合、または、総電圧が２２．０Ｖ以下の場合には、制限が必要（ＹＥＳ）と判定されてステップＳ１７０へ進む。ステップＳ１７０では、制限回数を示すカウンタｎをインクリメントする。ステップＳ１８０では、カウンタｎが３以上となったか否かを判定し、ｎ≧３と判定されるとステップＳ１９０へ進み、ｎ＜３と判定されるとステップＳ２００へ進む。
【００４３】
ｎ≧３と判定されてステップＳ１８０からステップＳ１９０へ進んだ場合には、組電池５やセル電圧検出回路１０１に異常が発生している可能性が大きい。そこで、ステップＳ１９０では、車両停止等を要求する制御信号を図１の車両制御コントローラ８に送信する。この制御信号を受信した車両制御コントローラ８は、不図示のインジケータやブザー等により警報報知を行うとともに、車両を停止する。
【００４４】
ステップＳ１８０でｎ＜３と判定されてステップＳ２００へ進んだ場合には、出力値または回生値の大きさを制限する制限率を車両制御コントローラ８へ送信する。例えば、ｎ＝１の場合には制限率を１０％とし、ｎ＝２の場合には制限率を２０％とする。この制限率を受信した車両制御コントローラ８は、各種センサ情報に基づいて算出されるモータトルクに対して、制限率に応じた制限を行う。例えば、制限率が１０％であった場合には、演算されたモータトルクに対して９０％の出力となるように制御する。
【００４５】
ステップＳ２１０では、セル電圧検出回路１０１により各セルの電圧をそれぞれ検出する。ステップＳ２２０では、ステップＳ２１０で検出されたセル電圧に基づいてセル電圧の平均値を算出する。ステップＳ２３０では、ステップＳ２２０で算出されたセル電圧平均値とステップＳ２１０で検出された各セル電圧との差をそれぞれ算出し、容量調整が必要なセルを特定する。
【００４６】
ステップＳ２４０では、ステップＳ２３０において容量調整が必要と特定されたセルＣｘに関するスイッチＳｘｃを閉状態（オン）とする。その結果、容量調整用抵抗Ｒにより放電することにより容量調整が行われる。このような容量調整動作を行うことにより、各セルの充電容量のばらつきを小さくすることができるとともに、各セルの劣化進行程度に極端な差異が生じるのを防止することができる。ステップＳ２４０の処理が終了すると、図３のステップＳ１０へ戻る。
【００４７】
以上説明した実施の形態では、組電池５に設けられたセルの総数は１２セルで、接続セル数の基本設定は１１、セルの切り離しは２個までとしたが、セル総数、基本設定および切り離し数はこれらに限るものではない。また、ステップＳ１１０〜Ｓ１２０の接続切換処理についても一例を示したものであり、組電池５の電圧を所定範囲に保つような接続切換処理であれば上述した処理に限らない。
【００４８】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、スイッチＳ１ａ〜Ｓ３ａ，Ｓ１ｂ〜Ｓ３ｂは接続切換手段を、ＣＰＵ１０２は制御手段および充電状態検出手段を、セル電圧検出回路１０１はセル電圧検出手段を、抵抗Ｒは容量調整手段を、車両制御コントローラ８は制限手段をそれぞれ構成する。また、図５の組電池電圧が３９Ｖから４５Ｖまでの範囲が所定電圧範囲に対応し、電流値が−５０Ａから５０Ａまでの範囲が所定電流範囲に対応する。さらに、図１２の組電池リミット電圧値が閾値に対応する。なお、上述した特徴的な機能作用効果が得られるものであるならば、本発明は上述した実施の形態に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による組電池制御装置を説明する図であり、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の駆動制御系の概略構成を示す。
【図２】電池制御コントローラ７を説明する図である。
【図３】電池制御コントローラ７のＣＰＵ１０２で実行されるプログラムの処理手順を示すフローチャートである。
【図４】図３に続く処理を示したフローチャートである。
【図５】組電池５の電池状態と接続セル数との関係を示す図である。
【図６】接続切換処理１の詳細手順を示すフローチャートである。
【図７】接続切換処理１における電池状態の変化の種類を示す図である。
【図８】接続切換処理２の詳細手順を示すフローチャートである。
【図９】接続切換処理２における電池状態の変化の種類を示す図である。
【図１０】接続切換処理３の詳細手順を示すフローチャートである。
【図１１】接続切換処理３における電池状態の変化の種類を示す図である。
【図１２】接続セル数とリミット電圧値との関係を示す図である。
【符号の説明】
１　エンジン
２　モータ
５　組電池
６　インバータ
７　電池制御コントローラ
８　車両制御コントローラ
１０１　セル電圧検出回路
１０２　ＣＰＵ
１０３　メモリ
１０４　電流センサ
Ｒ　容量調整用抵抗
Ｓ１ａ〜Ｓ３ａ，Ｓ１ｂ〜Ｓ３ｂ，Ｓ１ｃ〜Ｓ３ｃ　スイッチ

Claims

複数のセルが直列接続される組電池の組電池制御装置であって、
前記セルの前記直列接続からの切り離し、および、前記切り離したセルの前記直列接続への接続を各セル毎に行う接続切換手段と、
前記組電池の電池状態に応じて前記接続切換手段を制御し、前記組電池の電圧が所定電圧範囲となるように前記セルの直列接続数を変更する制御手段とを備えることを特徴とする組電池制御装置。
請求項１に記載の組電池制御装置において、
前記電池状態は前記組電池の電圧および充放電電流に基づく状態であって、前記組電池の電圧および充放電電流に応じて前記直列接続数を変更することを特徴とする組電池制御装置。
請求項２に記載の組電池制御装置において、
前記直列接続されたセルのセル電圧を各々検出するセル電圧検出手段を備え、
前記制御手段は、放電電流が所定電流範囲以上である大電流放電状態から前記所定電流範囲の通常放電状態に変化して、前記組電池の電圧が前記所定電圧範囲となった場合に、少なくとも前記セル電圧検出手段により検出されたセル電圧が最も低いセルを前記直列接続から切り離すように制御することを特徴とする組電池制御装置。
請求項２に記載の組電池制御装置において、
前記直列接続されたセルのセル電圧を各々検出するセル電圧検出手段を備え、
前記制御手段は、充放電電流が所定電流範囲である通常充放電状態から前記所定電流範囲以下である大電流充電状態に変化した場合に、前記セル電圧検出手段により検出されたセル電圧が所定値以上の少なくとも２以上のセルを前記直列接続から切り離すとともに、切り離されて非接続状態にあるセルを前記直列接続から切り離されたセルの数よりも少ない数だけ接続するように制御することを特徴とする組電池制御装置。
請求項４に記載の組電池制御装置において、
前記制御手段は、前記大電流充電状態において前記組電池の電圧が前記所定電圧範囲以下の状態から前記所定電圧範囲内に変化した場合にも、前記セル電圧検出手段により検出されたセル電圧が所定値以上の少なくとも２以上のセルを前記直列接続から切り離すとともに、切り離されて非接続状態にあるセルを前記直列接続から切り離されたセルの数よりも少ない数だけ接続するように制御することを特徴とする組電池制御装置。
請求項２に記載の組電池制御装置において、
前記セルのセル電圧を各々検出するセル電圧検出手段を備え、
前記制御手段は、充放電電流が所定電流範囲以下である大電流充電状態から前記所定電流範囲の通常充放電状態に変化した場合に、非接続状態にあるセルの内でセル電圧が最も高いセルを接続するように制御することを特徴とする組電池制御装置。
請求項６に記載の組電池制御装置において、
前記制御手段は、前記大電流充電状態において、前記組電池の電圧が前記所定電圧範囲から前記所定電圧範囲以下の状態に変化した場合にも、非接続状態にあるセルの内でセル電圧が最も高いセルを接続するように制御することを特徴とする組電池制御装置。
請求項１〜７のいずれかに記載の組電池制御装置おいて、
前記複数のセルのセル電圧分布範囲が狭くなるように、前記各セルのセル電圧に応じて当該セルの充電量を調整する容量調整手段を備えたことを特徴とする組電池制御装置。
請求項８に記載の組電池制御装置おいて、
前記容量調整手段による容量調整を、前記制御手段による直列接続数の変更後に行うようにしたことを特徴とする組電池制御装置。
請求項１〜９のいずれかに記載の組電池制御装置と、
前記組電池の電圧に応じて過放電状態または過充電状態を検出する充電状態検出手段と、
前記充電状態検出手段で検出された充電状態に応じて、前記組電池から電力が供給される負荷の出力を制限する制限手段とを備えたことを特徴とする組電池で駆動される負荷の制御システム。
請求項１０に記載の制御システムおいて、
前記充電状態検出手段は、前記直列接続状態にあるセルの数に応じて前記過放電状態および過充電状態検出の閾値を変更することを特徴とする制御システム。