JP2016144347A

JP2016144347A - 電池システム

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Publication number: JP2016144347A
Application number: JP2015019677A
Authority: JP
Inventors: 昌利内田; Masatoshi Uchida
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-02-03
Filing date: 2015-02-03
Publication date: 2016-08-08

Abstract

【課題】電池パックにおいて選択された対象電池ごとに、電圧差に応じた適切な放電電力で電圧の均等化処理を行うとともにメモリ効果を除去して電池性能を回復させる。【解決手段】電池システム１は、複数の単電池を有する電池パック１０と、少なくとも１つの単電池を含む対象電池から放電された電力を互いに異なる電力量で消費させるための複数の補機類４１〜４３と、補機類４１〜４３に接続される対象電池を切り換える第１切換装置２０と、対象電池に接続される補機類４１〜４３を切り換える第２切換装置３０と、第１切換装置２０および第２切換装置３０の動作を制御する制御装置５０とを備える。制御装置５０は、対象電池間の電圧にばらつきが生じたとき、その電圧差に応じた消費電力の補機類４１〜４３を選択して対象電池の電圧を均等化するとともに、対象電池に含まれる全ての単電池においてメモリ効果が除去される所定電圧まで放電を継続する。【選択図】図１

Description

本発明は、直列に接続された複数の単電池を含む組電池を備えた電池システムに関する。

例えば、特許文献１には、直列に接続された多数の蓄電セルを含む蓄電装置について各蓄電セル間の電圧にばらつきが生じた場合に、電圧差を解消するように各電池セル間で電荷を移動させて均等化するバランス補正装置が記載されている。

特開２０１４−２０４６３８号公報

特許文献１のバランス補正装置では、各蓄電セル間の電圧のばらつきである電圧差に応じた適切な均等化処理を行うことができず、また、各蓄電セルが二次電池で構成される場合には各蓄電セル間で均等化処理を行った後も二次電池のメモリ効果が継続して電池性能が低下するという問題がある。ここで、メモリ効果とは、二次電池の容量を使い切らない状態で充放電を繰り返すことによって、二次電池の端子間電圧が低下して、見せかけ上の容量が少なくなる現象をいう。

本発明の目的は、選択された対象電池毎に、電圧差に応じた適切な放電電力で均等化処理を行えるとともに、メモリ効果を除去することができる電池システムを提供することにある。

本発明に係る電池システムは、直列に接続された複数の単電池を有する組電池と、少なくとも１つの前記単電池を含む対象電池から放電された電力を互いに異なる値で消費させるための複数の補機類と、前記対象電池に接続されたスイッチ素子を含み、このスイッチ素子のオンおよびオフによって、前記補機類に接続される前記対象電池を切り換える第１切換装置と、前記各補機類に接続されたスイッチ素子を含み、このスイッチ素子のオンおよびオフによって、前記対象電池に接続される前記補機類を切り換える第２切換装置と、前記第１切換装置および第２切換装置の動作を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記対象電池間の電圧にばらつきが生じたとき、その電圧差に応じた消費電力の前記補機類を選択して前記対象電池から放電を行って前記対象電池の電圧を均等化するとともに、前記対象電池に含まれる全ての単電池においてメモリ効果が除去される所定電圧まで放電を継続するものである。

本発明に係る電池システムによれば、選択された対象電池毎に、電圧差に応じた適切な放電電力で均等化処理を行えるとともに、対象電池を構成する単電池のメモリ効果を除去して電池性能を回復させることができる。

本発明の一実施形態である電池システムの構成を示す図である。図１に示した第２切換装置の構成を示す図である。図１に示した電池パックおよび第１切換装置の構成を示す図である。図３に示した電池ブロックおよび第１切換装置の構成を示す図である。図４に示した電池ブロックを充放電するときの電流経路を説明するための図である。図４に示した電池ブロックに含まれる１つの単電池を充放電するときの電流経路を説明するための図である。図４に示した電池ブロックに含まれる別の単電池を充放電するときの電流経路を説明するための図である。図４に示した電池ブロックに含まれる更に別の単電池を充放電するときの電流経路を説明するための図である。図４に示した電池ブロックに含まれるまた更に別の単電池を充放電するときの電流経路を説明するための図である。対象電池について実行される均等化処理を示すフローチャートである。対象電池について実行されるメモリ効果除去処理を示す、図１０の続きのフローチャートである。

以下に、本発明に係る実施の形態（以下、実施形態という）について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。

図1は、本実施形態における電池システム１の構成を示す。電池システム１は、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載される。電池システム１は、電池パック（本発明の組電池に相当する）１０、第１切換装置２０、第２切換装置３０、第１ないし第３補機類４１，４２，４３、および、制御装置５０を備える。

また、車両には、コンバータ２、インバータ４およびモータ６が搭載されている。コンバータは、電池パック１０から出力された直流電力を昇圧してインバータ４に供給できる。インバータ４は、コンバータ２から供給された直流電力を交流電力に変換してモータ６に出力する。これにより、モータ６が駆動されて車両がモータ動力により走行することができる。他方、車両の減速時等には車輪からモータ６に動力が伝達され、このときモータ６は発電機として機能する。モータ６で回生された電力は、インバータ４で交流から直流に変換され、コンバータ２によって降圧されて、電池パック１０に充電される。さらに、車両には、外部電源供給装置が設置されてもよい。この場合、外部電源供給装置を介して車両外部の負荷（例えば、整備のための電動工具や空調機など）に対して放電を行うことができる。

第１切換装置２０は、電池パック１０の正極端子および負極端子に接続されている。第１切換装置２０は、後述するように、電池パック１０内において、充放電の対象となる電池(以下、対象電池という)を切り換える。第１切換装置２０には、第２切換装置３０が接続されている。

第２切換装置３０は、第１切換装置２０（すなわち、対象電池）と接続される補機類を切り換える。具体的には、第２切換装置３０は、第１補機類４１、第２補機類４２および第３補機類４３のうちのいずれかを第１切換装置２０と接続させる。

第１補機類４１、第２補機類４２および第３補機類４３は、第１切換装置２０によって切り換えられた対象電池を放電するために用いられる。第１ないし第３補機類４１，４２，４３は、対象電池から放電される電力を互いに異なる値（電力量）で消費する。具体的には、対象電池からの放電時における第１補機類４１の消費電力は、第２補機類４２の消費電力よりも小さい。対象電池からの放電時における第２補機類４２の消費電力は、第３補機類４３の消費電力よりも小さい。言い換えれば、第３補機類４３の消費電力が「大」で、第２補機類４２の消費電力が「中」で、第１補機類４２の消費電力が「小」である。ここで、例えば、第１補機類４１には車載ラジオ、第２補機類４２にはヘッドライト、第３補機類４３にはエアコンをそれぞれ用いることができる。なお、補機類の数は、適宜設定することができる。

制御装置５０は、第１切換装置２０および第２切換装置３０に接続されている。制御装置５０は、第１切換装置２０に信号を送信して、後述するようにスイッチ素子をオンまたはオフさせる。これにより、第１切換装置２０に接続される対象電池が切り換わる。また、制御装置５０は、第２切換装置３０に信号を送信して、後述するスイッチ素子をオンまたはオフさせる。これにより、第２切換装置３０に接続される補機類４１〜４３が切り換わる。さらに、制御装置５０は、第１ないし第３補機類４１〜４３に図示しない信号線を介してそれぞれ接続されており、各補機類４１〜４３の作動を制御することができる。

電池パック１０には、電圧センサ１８が設けられている。電圧センサ１８は、電池パック１０に含まれる複数の単電池１３の端子間電圧をそれぞれ検出することができる。電圧センサ１８は、検出した電圧を図示しない信号線を介して制御装置５０に送信する。制御装置５０は、この検出電圧に基づいて、後述する電池パック１０、電池スタック１１、電池ブロック１２、単電池１３等の電圧を算出又は取得できる。

また、第１切換装置２０と第２切換装置３０とを接続する電力線には、電流センサ２２が設けられている。電流センサ２２は、対象電池から補機類に放電するときの電流を検出し、その検出電流を制御装置５０に送信する。制御装置５０は、その電流を後述する処理に用いる。なお、電流センサ２２は、適宜の位置に設置されてもよく、例えば、電池パック１０と第１切換装置２０との間の電力線に設置されてもよい。

図２は、図１に示した第２切換装置３０の構成を示す図である。図２に示すように、第２切換装置３０は、スイッチ素子ＳＷ１１〜ＳＷ１６を有する。第２切換装置３０の各スイッチ素子ＳＷ１１〜ＳＷ１６は、制御装置５０からの信号によりオンまたはオフに制御される。各スイッチ素子ＳＷ１１，ＳＷ１２の一端は第１補機類４１に接続され、各スイッチ素子ＳＷ１１，ＳＷ１２の他端は第１切換装置２０に接続されている。スイッチ素子ＳＷ１１，ＳＷ１２だけがオンであるとき、第１補機類４１を第１切換装置２０に接続することができる。

各スイッチ素子ＳＷ１３，ＳＷ１４の一端は第２補機類４２に接続され、各スイッチ素子ＳＷ１３，ＳＷ１４の他端は第１切換装置２０に接続されている。スイッチ素子ＳＷ１３，ＳＷ１４だけがオンであるとき、第２補機類４２を第１切換装置２０に接続することができる。各スイッチ素子ＳＷ１５，ＳＷ１６の一端は第３補機類４３に接続され、各スイッチ素子ＳＷ１５，ＳＷ１６の他端は第１切換装置２０に接続されている。スイッチ素子ＳＷ１５，ＳＷ１６だけがオンであるとき、第３補機類４３を第１切換装置２０に接続することができる。

図３は、図１に示した電池パック１０および第１切換装置２０の構成を示す図である。図３に示すように、電池パック１０は、直列に接続された２つの電池スタック１１を有する。ここで、電池パック１０を構成する電池スタック１１の数（直列接続の数）は、適宜設定できる。電池スタック１１は、直列に接続された２つの電池ブロック１２を有する。電池スタック１１を構成する電池ブロック１２の数（直列接続の数）は、適宜設定できる。

第１切換装置２０は、スイッチ素子ＳＷ２１〜ＳＷ２８を有する。第１切換装置２０のスイッチ素子ＳＷ２１〜ＳＷ２８は、制御装置５０からの信号によってオンまたはオフに制御される。各スイッチ素子ＳＷ２１，ＳＷ２２の一端は電池ブロック１２における正極端子および負極端子にそれぞれ接続され、各スイッチ素子ＳＷ２１，ＳＷ２２の他端は第２切換装置３０に接続されている。スイッチ素子ＳＷ２３〜ＳＷ２８についても同様である。

スイッチ素子ＳＷ２１〜ＳＷ２８のオンおよびオフを制御することにより、任意の１つの電池ブロック１２を第２切換装置３０に接続したり、任意の１つの電池スタック１１を第２切換装置３０に接続したり、電池パック１０を第２切換装置３０に接続したりすることができる。

図４は、図３に示した電池ブロック１２および第１切換装置２０の構成を示す図である。図４に示すように、電池ブロック１２は、直列に接続された４つの単電池１３（１３Ａ〜１３Ｄ）によって構成されている。ここで、電池ブロック１２を構成する単電池１３の数（直列接続の数）は、適宜設定することができる。単電池１３Ａ〜１３Ｄ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、単電池１３としては、いわゆる角形電池を用いたり、いわゆる円筒型電池を用いたりすることができる。

1つの発電要素を１つの電池ケースに収容することにより、単電池１３を構成することもできるし、直列に接続された複数の発電要素を１つの電池ケースに収容することにより、単電池１３を構成することもできる。発電要素とは、充放電を行う要素であり、公知のように、正極板と、負極板と、セパレータと、正極板および負極板の間に配置される電解質とによって構成される。

図４に示す「＋」および「−」は、単電池１３の電極端子（正極端子および負極端子）を示す。単電池１３Ａの負極端子は、電池ブロック１２の負極端子となる。単電池１３Ｄの正極端子は、電池ブロック１２の正極端子となる。隣り合って配置された２つの単電池１３において、一方の単電池１３の正極端子と、他方の単電池１３の負極端子とには、バスバーが接続される。これにより、単電池１３Ａ〜１３Ｄが直列に接続される。

第１切換装置２０は、図３に示すスイッチ素子ＳＷ２１〜ＳＷ２８に加えて、図４に示すスイッチ素子ＳＷ３１〜ＳＷ３８を有する。制御装置５０は、各スイッチ素子ＳＷ３１〜ＳＷ３８のオンおよびオフも制御する。

単電池１３Ａの正極端子には、スイッチ素子ＳＷ３１の一端が接続され、単電池１３Ａの負極端子には、スイッチ素子ＳＷ３２の一端が接続されている。ここで、単電池１３Ａの負極端子には、スイッチ素子ＳＷ２２の一端も接続されている。スイッチ素子ＳＷ３１の他端は、スイッチ素子ＳＷ３２の他端に接続されている。スイッチ素子ＳＷ３１，ＳＷ３２の接続点には、単電池１３Ｂの負極端子が接続されているとともに、スイッチ素子ＳＷ３３の一端が接続されている。

単電池１３Ｂの正極端子には、スイッチ素子ＳＷ３４の一端が接続されており、スイッチ素子ＳＷ３４の他端は、スイッチ素子ＳＷ３３の他端に接続されている。スイッチ素子ＳＷ３３，ＳＷ３４の接続点には、単電池１３Ｃの負極端子が接続されている。単電池1３Ｃの正極端子には、スイッチ素子ＳＷ３５の一端が接続されている。スイッチ素子ＳＷ３５の他端には、スイッチ素子ＳＷ３６の一端が接続されており、スイッチ素子ＳＷ３６の他端は、スイッチ素子ＳＷ３３，ＳＷ３４の接続点と、単電池１３Ｃの負極端子とに接続されている。

単電池１３Ｄの負極端子には、スイッチ素子ＳＷ３７の一端が接続されており、スイッチ素子ＳＷ３７の他端は、スイッチ素子ＳＷ３５，ＳＷ３６の接続点に接続されている。単電池１３Ｄの正極端子には、スイッチ素子ＳＷ３８の一端が接続されており、スイッチ素子ＳＷ３８の他端は、スイッチ素子ＳＷ３５，ＳＷ３６，ＳＷ３７の接続点に接続されている。ここで、単電池１３Ｄの正極端子には、スイッチ素子ＳＷ２１の一端も接続されている。

図４では、図３に示すスイッチ素子ＳＷ２１，ＳＷ２２と接続される電池ブロック１２の構成を示しているが、他の電池ブロック１２の構成についても、図４に示す構成と同様である。図４に示す構成によれば、スイッチ素子ＳＷ３１〜ＳＷ３８のオンおよびオフを制御することにより、単電池１３Ａ〜１３Ｄのいずれか１つを第２切換装置３０に接続することができる。また、各単電池１３Ａ〜１３Ｄを第２切換装置３０に接続するときには、スイッチ素子ＳＷ２１，ＳＷ２２がオンになる。

図５は、図４に示した電池ブロック１２を充放電するときの電流経路を説明するための図である。図５に示すように、スイッチ素子ＳＷ３１，ＳＷ３４，ＳＷ３５，ＳＷ３７だけをオンにすれば、電池ブロック１２（４つの単電池１３Ａ〜１３Ｄ）を第２切換装置３０に接続することができる。これにより、電池ブロック１２を充放電させることができる。図５では、電池ブロック１２を充放電するときの電流経路を点線で示している。

図６は、図４に示した電池ブロック１２に含まれる１つの単電池１３Ａを充放電するときの電流経路を説明するための図である。図６に示すように、スイッチ素子ＳＷ３１，ＳＷ３３，ＳＷ３６，ＳＷ３８だけをオンにすれば、単電池１３Ａを第２切換装置３０に接続することができる。これにより、単電池１３Ａを充放電させることができる。図６では、単電池１３Ａを充放電するときの電流経路を点線で示している。

図７は、図４に示した電池ブロック１２に含まれる別の単電池１３Ｂを充放電するときの電流経路を説明するための図である。図７に示すように、スイッチ素子ＳＷ３２，ＳＷ３４，ＳＷ３６，ＳＷ３８だけをオンにすれば、単電池１３Ｂを第２切換装置３０に接続することができる。これにより、単電池１３Ｂを充放電させることができる。図７では、単電池１３Ｂを充放電するときの電流経路を点線で示している。

図８は、図４に示した電池ブロック１２に含まれる更に別の単電池１３Ｃを充放電するときの電流経路を説明するための図である。図８に示すように、スイッチ素子ＳＷ３２，ＳＷ３３，ＳＷ３５，ＳＷ３８だけをオンにすれば、単電池１３Ｃを第２切換装置３０に接続することができる。これにより、単電池１３Ｃを充放電させることができる。図８では、単電池１３Ｃを充放電するときの電流経路を点線で示している。

図９は、図４に示した電池ブロック１２に含まれるまた更に別の単電池１３Ｄを充放電するときの電流経路を説明するための図である。図９に示すように、スイッチ素子ＳＷ３２，ＳＷ３３，ＳＷ３６，ＳＷ３７だけをオンにすれば、単電池１３Ｄを第２切換装置３０に接続することができる。これにより、単電池１３Ｄを充放電させることができる。図９では、単電池１３Ｄを充放電するときの電流経路を点線で示している。

なお、スイッチ素子の配置は、図４に示す構成に限るものではない。各単電池１３Ａ〜１３Ｄにスイッチ素子を接続し、各単電池１３Ａ〜１３Ｄを充放電できる電流経路を形成できればよい。

図３から図９で説明したように、電池パック１０、電池スタック１１、電池ブロック１２又は単電池１３を、対象電池として、第２切換装置３０に接続することができる。電池パック１０、電池スタック１１、電池ブロック１２および単電池１３のいずれかを、補機類４１〜４３のいずれかに接続して放電を行うことにより、図１に示す制御装置５０にて下記の均等化およびメモリ効果除去処理を行うことができる。

図１０は、対象電池について実行される均等化処理を示すフローチャートである。図１１は、対象電池について実行されるメモリ効果除去処理を示す、図１０の続きのフローチャートである。図１０および図１１に示す処理は、車両に搭載されたモータ駆動システムが稼働状態（Ｒｅａｄｙ−ｏｎ状態）でかつ車両が走行していない状態で実行され、例えばディーラー等における車両点検時に実行されてもよい。以下においては、複数の電池ブロック１２が対象電池として選択された場合の処理例について説明する。このような対象電池の選択は、制御装置５０が自動的に行ってもよいし、あるいは、点検者等が図示しない入力装置を用いて行ってもよい。

図１０に示すように、制御装置５０は、ステップＳ１０において、対象電池の電圧を取得する。制御装置５０は、電圧センサ１８により各単電池１３の電圧を電池ブロック１２ごとに加算することによりブロック電圧を算出できる。

次に、制御装置５０は、ステップＳ１２において、ブロック電圧間の電圧差ΔＶを算出する。具体的には、ステップＳ１０で取得された各ブロック電圧のうち、最大値と最小値との差分を電圧差ΔＶとする。また、制御装置５０は、複数のブロック電圧のうち最小値を電池ブロック１２の放電時における目標電圧Ｖ０に設定する。

続いて、制御装置５０は、ステップＳ１４において、上記電圧差ΔＶが第１電圧閾値Ａ未満か否かを判定する。第１電圧閾値Ａと後述する第２電圧閾値Ｂおよび第３電圧閾値Ｃ（ここでＡ＜Ｂ＜Ｃの関係がある）は、制御装置５０に含まれる記憶部に予め記憶されている。ここで電圧差ΔＶが第１電圧閾値Ａより小さいと判定されると（ステップＳ１４でＹＥＳ）、制御装置５０は図１０および図１１に示す処理を終了する。この場合は、ブロック電圧間の電圧差ΔＶが小さいため、電池ブロック１２間の電圧にばらつきが無いとみなせるからである。

一方、電圧差ΔＶが第１電圧閾値Ａ未満でないと判定されると（ステップＳ１４でＮＯ）、制御装置５０は、続くステップＳ１６において、電圧差ΔＶが第１電圧閾値Ａ以上で第２電圧閾値Ｂ未満か否かを判定する。ここで電圧差ΔＶが第１電圧閾値Ａ以上で第２電圧閾値Ｂ未満であると判定されると（ステップＳ１６でＹＥＳ）、制御装置５０は、ステップＳ２０において、電池ブロック１２からの放電電力を消費するために補機類として、消費電力が小さい第１補機類４１を選択する。具体的には、制御装置５０は、図２を参照して上述したように、第２切換装置３０に信号を送信してスイッチ素子ＳＷ１１，ＳＷ１２だけをオンして、第１補機類４１を第１切換装置２０に接続する。

上記ステップＳ１６において電圧差ΔＶが第１電圧閾値Ａ以上で第２電圧閾値Ｂ未満でないと判定されると（ステップＳ１６でＮＯ）、ステップＳ１８において、電圧差ΔＶが第２電圧閾値Ｂ以上で第３電圧閾値Ｃ未満か否かを判定する。ここで電圧差ΔＶが第２電圧閾値Ｂ以上で第３電圧閾値Ｃ未満であると判定されると（ステップＳ１８でＹＥＳ）、制御装置５０は、ステップＳ２２において、電池ブロック１２からの放電電力を消費するために補機類として、消費電力が中程度である第２補機類４２を選択する。具体的には、制御装置５０は、図２を参照して上述したように、第２切換装置３０に信号を送信してスイッチ素子ＳＷ１３，ＳＷ１４だけをオンして、第２補機類４２を第１切換装置２０に接続する。

他方、上記ステップＳ１８において電圧差ΔＶが第２電圧閾値Ｂ以上で第３電圧閾値Ｃ未満でないと判定された場合（ステップＳ１８でＮＯ）、すなわち、電圧差ΔＶが第３電圧閾値Ｃ以上である場合、制御装置５０は、ステップＳ２４において、電池ブロック１２からの放電電力を消費するために補機類として、消費電力が大きい第３補機類４３を選択する。具体的には、制御装置５０は、図２を参照して上述したように、第２切換装置３０に信号を送信してスイッチ素子ＳＷ１５，ＳＷ１６だけをオンして、第３補機類４３を第１切換装置２０に接続する。

次に、制御装置５０は、ステップＳ２６において、選択された補機類４１〜４３に応じた放電電流Ｉｈを設定するとともに、ブロック電圧間における最小値を目標電圧Ｖ０に設定する。ここで、放電電流Ｉｈは、各補機類４１〜４３の消費電力と同様に、第１補機類４１に対する放電電流Ｉｈ１が最も小さく、第２補機類４２に対する放電電流Ｉｈ２がその次に小さく、第３補機類４３に対する放電電流Ｉｈ３が最大になる。

そして、制御装置５０は、続くステップＳ２８において、ブロック電圧が最小値である電池ブロック１２を除く他の電池ブロック１２について、放電電流Ｉｈで目標電圧Ｖ０まで放電させる。具体的には、図３を参照して上述したように第１切換装置２０に含まれるスイッチ素子ＳＷ２１〜ＳＷ２８をオンおよびオフして、最小値Ｖ０に対応する電池ブロック１２を除く１つ又は複数の電池ブロック１２を対象電池として第２切換装置３０に接続する。これにより、対象電池として選択された電池ブロック１２が第１切換装置２０および第３切換装置３０を介して補機類４１〜４３のいずれかに接続されて放電が行われる。この場合、放電させるべき対象電池として複数の電池ブロック１２がある場合、各電池ブロック１２を１つずつ選択して順次に放電させる。

続いて、制御装置５０は、図１０に示すように、ステップＳ３０において、放電している電池ブロック１２の電圧が目標電圧Ｖ０になったか否かを判定する。ここで、制御装置５０は、放電させるべき１つ又は複数の電池ブロック１２の各電圧が目標電圧Ｖ０になるまで、ステップＳ２８による放電電流Ｉｈでの放電を継続する。そして、制御装置５０は、放電させた１つ又は複数の電池ブロック１２の各電圧が目標電圧Ｖ０になったとき、図１１に示すステップＳ３２に進む。

上述したように図１０に示すステップＳ１０〜Ｓ３０の処理により、電池パック１０に含まれる電池ブロック１２ごとに、電圧差ΔＶに応じて異なる放電電力で放電を行うことで、各電池ブロック１２の電圧を正確に均等化させることができる。また、上記においては、対象電池として電池ブロック１２を選択した場合の例について説明したが、対象電池として単電池１３を選択して各単電池１３の電圧を均等化する処理を同様に行うこともできるし、電池スタック１１を対象電池として選択して各電池スタック１１の電圧を均等化する処理を同様に行うことができる。したがって、本実施形態の電池システム１によれば、任意の対象電池を選択して、対象電池の電圧差に応じた異なる放電電力で放電させることによって、対象電池の電圧均等化処理を正確に行うことができる。

次に、制御装置５０は、図１０に示す処理に続いて、図１１に示す処理を実行する。図１１に示すように、制御装置５０は、ステップＳ３２において、メモリ効果除去電圧（所定電圧）Ｖｍ０を設定する。このメモリ効果除去電圧Ｖｍ０は、上記目標電圧Ｖ０よりも低く、かつ、対象電池となる電池ブロック１２に含まれる単電池１３のメモリ効果を効果的に除去できる電圧値に設定される。メモリ効果除去電圧Ｖｍ０は、電池パック１０、電池スタック１１、電池ブロック１２および単電池１３のそれぞれについて、実機試験やシミュレーション等で得られた電池パック１０、電池スタック１１、電池ブロック１２および単電池１３ごとの値Ｖｐｍ０，Ｖｓｍ０，Ｖｂｍ０，Ｖｃｍ０として制御装置５０の記憶部に予め記憶させておくことができる。また、メモリ効果除去電圧Ｖｍ０は、電池パック１０等の使用状況や使用期間などに応じて適宜に設定されてもよい。

続いて、制御装置５０は、上記ステップＳ３２で設定されたメモリ効果除去電圧Ｖｍ０（すなわちＶｍｂ０）へ向けて電池ブロック１２の放電電流Ｉｈでの放電を継続する。この場合、図１１に示した処理で各電池ブロック１２の電圧が均等化されていることから、ブロック電圧が最小であった電池ブロック１２を含めて各電池ブロック１２を直列接続して一括に放電することができる。

次いで、制御装置５０は、ステップＳ３６において、対象電池に含まれるいずれかの電池ブロック１２の電圧がメモリ効果除去電圧Ｖｍ０に到達したか否かを判定する。ここで、いずれの電池ブロック１２もメモリ効果除去電圧Ｖｍ０に達していないと判定されると（ステップＳ３６でＮＯ）、制御装置５０は、ステップＳ３４による放電を継続する。

そして、ステップＳ３６において、いずれかの電池ブロック１２の電圧がメモリ効果除去電圧Ｖｍ０まで下がったと判定されると（ステップＳ３６でＹＥＳ）、制御装置５０は、ステップＳ３８においてメモリ効果除去電圧Ｖｍ０を維持しながら放電電流Ｉｈを次第に下げて放電を継続する。具体的には、メモリ効果除去電圧Ｖｍ０まで電圧が下がった電池ブロック１２をスイッチ素子ＳＷ２１〜ＳＷ２８のうち対応するスイッチ素子をオフして放電停止させ、他の電池ブロック１２については放電電流Ｉｈを下げながら放電を継続する。続いて、制御装置５０は、ステップＳ４０において放電電流Ｉｈが予め設定される電流下限値Ｉｍｉｎ未満になったか否かを判定する。このように放電電流Ｉｈを次第に下げることで、対象電池である電池ブロック１２の電圧がメモリ効果除去電圧Ｖｍ０を大きく超えて低下するのを抑制することができる。

ここで、上記ステップＳ３８における放電電流Ｉｈの低下は、制御装置５０から各補機類４１に送信される信号によって、各補機類の動作状態を調整することにより実現できる。例えば、第１補機類４１がラジオである場合にはボリュームを下げる、第２補機類４２がヘッドライトである場合には照度を落とす、第３補機類４３がエアコンである場合にはエアコンに含まれるモータの回転数を低下させるといった具合である。また、上記ステップＳ３８における放電電流Ｉｈの低下は、階段状に行われてもよいし、あるいは、直線状または曲線状に連続的に行われてもよい。

そして、ステップＳ４０において放電電流Ｉｈが電流下限値Ｉｍｉｎ未満になったと判定されると、制御装置５０は、対象電池の放電を停止させる。具体的には、制御装置５０は、第１切換装置２０のスイッチ素子ＳＷ２１〜ＳＷ２８をオフさせる。これにより、対象電池となる全ての電池ブロック１２の接続が解除され、放電が停止される。なお、これと同時に制御装置５０は、第２切換装置３０のスイッチ素子ＳＷ１１〜ＳＷ１６をオフして、放電装置である補機類４１〜４３を接続解除してもよい。

このように図１１に示す処理を実行することにより、対象電池となった電池ブロック１２に含まれる全ての単電池１３についてメモリ効果を効果的に除去することができる。その結果、電池ブロック１２がリフレッシュされて、それを含む電池スタック１１や電池パック１０の電池性能が回復する。

上述したように本実施形態の電池システム１によれば、選択された対象電池ごとに、電圧差ΔＶに応じて適切な放電電流Ｉｈで均等化処理を行えるとともに、対象電池を構成する単電池１３のメモリ効果を除去して電池性能を回復させることができる。

なお、本発明は上述した実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲において種々の変更や改良が可能であることはいうまでもない。

１電池システム、２コンバータ、４インバータ、６モータ、１０電池パック、１１電池スタック、１２電池ブロック、１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ単電池、１８電圧センサ、２０第１切換装置、２２電流センサ、３０第２切換装置、４１第１補機類、４２第２補機類、４３第３補機類、５０制御装置、Ａ第１電圧閾値、Ｂ第２電圧閾値、Ｃ第３電圧閾値、Ｉｈ，Ｉｈ１，Ｉｈ２，Ｉｈ３放電電流、Ｉｍｉｎ電流下限値、ＳＷ１１-ＳＷ１６，ＳＷ２１−ＳＷ２８，ＳＷ３１-ＳＷ３８スイッチ素子、Ｖ０目標電圧または最小値、Ｖｍ０，Ｖｐｍ０，Ｖｓｍ０，Ｖｂｍ０，Ｖｃｍ０メモリ効果除去電圧、ΔＶ電圧差。

Claims

直列に接続された複数の単電池を有する組電池と、
少なくとも１つの前記単電池を含む対象電池から放電された電力を互いに異なる値で消費させるための複数の補機類と、
前記対象電池に接続されたスイッチ素子を含み、このスイッチ素子のオンおよびオフによって、前記補機類に接続される前記対象電池を切り換える第１切換装置と、
前記各補機類に接続されたスイッチ素子を含み、このスイッチ素子のオンおよびオフによって、前記対象電池に接続される前記補機類を切り換える第２切換装置と、
前記第１切換装置および第２切換装置の動作を制御する制御装置と、を備える電池システムであって、
前記制御装置は、前記対象電池間の電圧にばらつきが生じたとき、その電圧差に応じた消費電力の前記補機類を選択して前記対象電池から放電を行って前記対象電池の電圧を均等化するとともに、前記対象電池に含まれる全ての単電池においてメモリ効果が除去される所定電圧まで放電を継続する、
電池システム。