JP2020025411A - 電池制御システムおよび電池制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放電制御に起因して特定の電池の劣化度合いが大きくなることを抑制することが可能な電池制御システムおよび電池制御装置を提供する。【解決手段】電池制御システムは、容量部に接続される複数の電池と、容量部を蓄電する際、複数の電池を順次放電させる放電制御を行う制御部と、を備え、制御部は、複数の電池の劣化度合いに応じて、放電制御において最初に放電させる電池を可変に設定する。【選択図】図１

Description

本開示は、電池制御システムおよび電池制御装置に関する。

従来、複数の電池が並列に接続されたバッテリーが知られている（例えば、特許文献１参照）。各電池の正極は、それぞれ第１配線、および、放電抵抗が配置される第２配線に接続されており、第１配線および第２配線のそれぞれに切替部が設けられている。当該切替部の切替制御が行われることで電池毎に充放電することが可能となっている。

また、このようなバッテリーでは、後段回路の容量部を蓄電するために放電制御が行われることが一般的に知られている。具体的には、第１配線を非接続状態とし、かつ、第２配線を接続状態として電池を放電することで容量部が蓄電される。

特表２０１４−５０６１０５号公報

しかしながら、放電制御が電池毎に順に行われる場合、最初に放電制御を行う電池の放電量が、それ以降に放電制御を行う電池の放電量と比較して多くなる。そのため、容量部を蓄電する毎に、特定の電池から最初に放電制御が行われると、当該電池の劣化度合いが他の電池と比べて大きくなってしまうという問題が生じる。

本開示の目的は、放電制御に起因して特定の電池の劣化度合いが大きくなることを抑制することが可能な電池制御システムおよび電池制御装置を提供することである。

本開示に係る電池制御システムは、
容量部に接続される複数の電池と、
前記容量部を蓄電する際、前記複数の電池を順次放電させる放電制御を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記複数の電池の劣化度合いに応じて、前記放電制御において最初に放電させる電池を可変に設定する。

本開示に係る電池制御装置は、
容量部に接続される複数の電池を有する電池制御システムの電池制御装置であって、
前記容量部を蓄電する際、前記複数の電池を順次放電させる放電制御を行う制御部を備え、
前記制御部は、前記複数の電池の劣化度合いに応じて、前記放電制御において最初に放電させる電池を可変に設定する。

本開示によれば放電制御に起因して特定の電池の劣化度合いが大きくなることを抑制することができる。

本開示の実施の形態に係る電池制御システムを示す図である。 電池における使用時間と内部抵抗の値との関係を示す図である。 電池制御システムにおける制御の動作例を示すフローチャートである。

以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本開示の実施の形態に係る電池制御システム１００を示す図である。

図１に示すように、電池制御システム１００は、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両１（電動車両）に搭載され、例えばインバータ等の後段回路２に電力を出力する。なお、図１では、後段回路２は、モータ３に接続され、モータ３に電力を出力する。

電池制御システム１００は、複数の電池１１０と、複数の放電抵抗１２０と、複数の第１切替部１３０と、複数の第２切替部１４０と、複数の第３切替部１５０と、制御部１６０と、記憶部１７０とを有する。

複数の電池１１０は、外部の交流電源等から電力を供給されることにより充電される車両用駆動電池であり、例えば、リチウムイオン電池等の二次電池である。各電池１１０の正極は、第１配線１１１および第２配線１１２で後段回路２に接続され、各電池１１０の負極は、第３配線１１３で後段回路２に接続される。

放電抵抗１２０は、後段回路２に過剰な突入電流が流れることを防止するために用いられる抵抗であり、各電池１１０の第２配線１１２に１つずつ配置される。

第１切替部１３０は、各電池１１０の第１配線１１１に配置されたリレーであり、制御部１６０の制御の下、第１配線１１１を接続状態と非接続状態とに切り替える。

第２切替部１４０は、各電池１１０の第２配線１１２に配置されたリレーであり、制御部１６０の制御の下、第２配線１１２を接続状態と非接続状態とに切り替える。

第３切替部１５０は、各電池１１０の第３配線１１３に配置されたリレーであり、制御部１６０の制御の下、第３配線１１３を接続状態と非接続状態とに切り替える。

制御部１６０は、例えば、電子制御ユニットであり、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）および入出力回路を備えている。制御部１６０は、予め設定されたプログラムに基づいて、第１切替部１３０、第２切替部１４０および第３切替部１５０を制御することで、複数の電池１１０の充放電を制御する。制御部１６０は、本開示の「電池制御装置」に対応する。

また、制御部１６０は、例えば、車両１のシステム起動時に、各電池１１０が接続される後段回路２に設けられる容量部４を蓄電する制御を行う。容量部４は、各電池１１０の正極に接続される配線と、各電池１１０の負極に接続される配線とを繋ぐように配置される。

具体的には、制御部１６０は、容量部４を蓄電する際、複数の電池１１０を順次放電させる放電制御を行う。放電制御は、各電池１１０の第３配線１１３を接続状態とした状態で、第１配線１１１を非接続状態にし、かつ、第２配線１１２を接続状態にすることで行われる。

制御部１６０が、例えば、上に位置する電池１１０を最初に放電させる場合について説明する。図１における一番上の電池１１０Ａの電圧値はＶ１であり、真ん中の電池１１０Ｂの電圧値はＶ２であり、一番下の電池１１０Ｃの電圧値はＶ３である。なお、以下の説明では、放電制御を行う前の各第１配線１１１、各第２配線１１２および各第３配線１１３は、全て非接続状態であることを前提とする。

まず、制御部１６０は、一番上の電池１１０Ａに対応する第３配線１１３を第３切替部１５０により接続状態とする。そして、制御部１６０は、一番上の電池１１０Ａに対応する第２配線１１２を第２切替部１４０により接続状態とする。これにより、電池１１０Ａの正極が放電抵抗１２０を介して容量部４に接続される。

ここで、容量部４が蓄電されていない状態で、第１配線１１１により電池１１０の正極に接続されると、過剰な突入電流が発生し、後段回路２に影響を与えてしまう。しかし、第２配線１１２により放電抵抗１２０を介して電池１１０の正極を容量部４に接続することで、過剰な突入電流を防止することができる。

そして、制御部１６０は、電池１１０Ａにおける電圧値と、容量部４の部分の電圧値とが等しくなった後、第２配線１１２を第２切替部１４０により非接続状態とし、第１配線１１１を第１切替部１３０により接続状態とする。これにより、放電対象の電池１１０Ａの放電が終了する。このときの電池１１０Ａの放電量は、容量部４の容量をＣとすると、Ｃ×Ｖ１となる。なお、電池１１０Ａにおける電圧値や容量部４の部分の電圧値は、図示しない電圧計等によって検出可能である。

その後、制御部１６０は、同様の放電を真ん中の電池１１０Ｂと、一番下の電池１１０Ｃにおいて順に行う。真ん中の電池１１０Ｂの放電量は、Ｃ×｜Ｖ１−Ｖ２｜となり、一番下の電池１１０Ｃの放電量は、Ｃ×｜Ｖ３−（Ｖ１＋Ｖ２）／２｜となる。

このように、電池１１０Ｂの放電量および電池１１０Ｃの放電量は、放電対象の電池１１０の電圧値と、すでに放電が終了した電池１１０の電圧値（放電制御が終了した電池が複数ある場合、その平均電圧値）との差分値と容量部４の容量の積となる。

これらの放電量は、すでに電池１１０Ａの放電により、容量部４がある程度蓄電されていることから、電池１１０Ａの放電量と比べると、少ない放電量となる。つまり、最初に放電させる電池１１０の放電量は、それ以降に放電させる電池１１０の放電量よりも多くなる。

また、制御部１６０は、複数の電池１１０の劣化度合いに応じて、放電制御において最初に放電させる電池１１０を可変に設定する。具体的には、制御部１６０は、容量部４を蓄電する際、複数の電池１１０のうち、最も劣化度合いが小さい電池１１０を最初に放電させる。

上述したように、最初に放電させる電池１１０の放電量が、それ以降に放電させる電池１１０の放電量よりも多いので、容量部４を蓄電する毎に、同じ電池１１０を最初に放電させると、当該電池１１０の劣化度合いが他の電池１１０と比べて大きくなってしまうという問題が生じる。

そこで、本実施の形態では、容量部４を蓄電する際、最も劣化度合いが小さい電池１１０を最初に放電させる。具体的には、制御部１６０は、容量部４を蓄電する際に、各電池１１０の内部抵抗に基づいて、複数の電池１１０の劣化度合いを判定する。

複数の電池１１０の劣化度合いは、例えば、各電池１１０の内部抵抗の上昇率である。電池１１０の内部抵抗の値は、図２に示すように、電池１１０の使用時間が増大するにつれ上昇することが確認されている。なお、図２におけるＴ０は、電池１１０の使用開始時間であり、Ｒ０は、電池１１０の内部抵抗の初期値である。

制御部１６０は、容量部４を蓄電する際、各電池１１０の内部抵抗の初期値と現在値との差分値と、各電池１１０の使用時間とから、各電池１１０の内部抵抗の上昇率（時間変化）を算出する。制御部１６０は、複数の電池１１０の各内部抵抗の上昇率を比較して、内部抵抗の上昇率が最も小さい電池１１０を最初に放電させる。

このようにすることで、劣化度合いが最も小さい電池１１０を最初に放電させることができるので、特定の電池１１０を最初に放電することに起因して、当該電池１１０の劣化度合いが他の電池１１０と比べて大きくなってしまうことを抑制することができる。

また、劣化度合いが最も小さい電池１１０を最初に放電させるので、各電池１１０の劣化量の差を比較的小さくすることができ、ひいては各電池１１０の劣化の進行を均等にしやすくすることができる。

なお、電池１１０の内部抵抗の値（現在値）は、例えば、電池１１０における電流値および電圧値に基づいて算出され得る。また、内部抵抗の初期値は、電池制御システム１００の初期使用時に算出した内部抵抗の値としても良いし、予め測定された値としても良い。また、制御部１６０は、記憶部１７０等に記憶された値を参照して、電池１１０の内部抵抗の初期値や、電池１１０の使用時間を取得して、内部抵抗の上昇率を算出しても良い。

また、制御部１６０は、容量部４を蓄電する際、劣化度合いが小さい順に、複数の電池１１０を放電させる。例えば、電池１１０Ｂ、電池１１０Ａ、電池１１０Ｃの順番で、劣化度合いが小さい場合、この順番で、各電池１１０が放電される。そして、次に容量部４を蓄電する際に、上記と劣化度合いが小さい順番が変動しない場合、上記と同じ順番で、各電池１１０が放電される。また、電池１１０Ｃ、電池１１０Ａ、電池１１０Ｂの順番で劣化度合いが小さい場合、この順番で、各電池１１０が放電される。

このようにすることで、劣化度合いが大きい電池１１０の使用時間を、劣化度合いが小さい電池１１０の使用時間よりも短くできるので、劣化度合いが大きい電池１１０における劣化が進行しすぎることを抑制することができる。

以上のように構成された電池制御システム１００における放電制御の動作例について説明する。図３は、電池制御システム１００における制御の動作例を示すフローチャートである。図３における処理は、例えば、車両１が動作を開始した際に実行される。

図３に示すように、制御部１６０は、容量部４を蓄電する際、各電池１１０の内部抵抗の上昇率を算出する（ステップＳ１０１）。次に、制御部１６０は、各電池１１０の劣化度合いを判定する（ステップＳ１０２）。次に、制御部１６０は、判定した劣化度合いに基づいて、劣化度合いが小さい順位各電池１１０の放電制御を開始する（ステップＳ１０３）。

次に、制御部１６０は、全ての電池１１０の放電が終了したか否かについて判定する（ステップＳ１０４）。判定の結果、全ての電池１１０の放電が終了していない場合（ステップＳ１０４、ＮＯ）、ステップＳ１０４の処理を繰り返す。一方、全ての電池１１０の放電が終了した場合（ステップＳ１０４、ＹＥＳ）、本制御は終了する。

以上のように構成された本実施の形態によれば、劣化度合いが最も小さい電池１１０を最初に放電させるので、特定の電池１１０を最初に放電することに起因して、当該電池１１０の劣化度合いが他の電池１１０と比べて大きくなってしまうことを抑制することができる。

また、劣化度合いが最も小さい電池１１０を最初に放電させるので、各電池１１０の劣化量の差を比較的小さくすることができ、ひいては各電池１１０の劣化の進行を均等にしやすくすることができる。

なお、上記実施の形態では、内部抵抗の上昇率に基づいて各電池１１０の劣化度合いを判定していたが、本開示はこれに限定されない。例えば、電池１１０に流れた電流と、電池１１０の使用時間との積に基づいて、制御部１６０が各電池１１０の劣化度合いを判定しても良いし、電池１１０の内部抵抗の値そのものに基づいて、制御部１６０が各電池１１０の劣化度合いを判定しても良い。なお、各電池１１０には個体差があるため、各電池１１０の劣化度合いの判定精度向上の観点から、内部抵抗の上昇率を各電池１１０の劣化度合いの判定に用いるのが好ましい。

また、内部抵抗の値と、温度やＳＯＣ（State of charge）とに関連付けた電池１１０の劣化度合いを示すマップに基づいて、制御部１６０は電池１１０の劣化度合いを判定しても良い。当該マップは、記憶部１７０等に予め記憶される。これによれば、内部抵抗の上昇率等の、劣化度合いの判定に用いられるパラメータを算出する手間を省くことができる。

また、制御部１６０は、内部抵抗の上昇率、電池１１０に流れた電流と電池１１０の使用時間との積、およびマップのうち、二つ以上を用いて、電池１１０の劣化度合いを判定しても良い。

また、上記実施の形態では、制御部１６０が、容量部４を蓄電する際、劣化度合いが小さい順に、複数の電池１１０を放電させていたが、本開示はこれに限定されない。例えば、２番目以降に放電させる電池１１０の順番は、任意に決定されても良い。また、複数の電池１１０の劣化度合いが全て同じである場合についても、放電させる電池１１０の順番は、任意に決定されても良い。

また、上記実施の形態では、制御部１６０が、最も劣化度合いが小さい電池１１０を最初に放電させていたが、本開示はこれに限定されない。例えば、最も劣化度合いが小さい第１電池と、その次に劣化度合いが小さい第２電池との、劣化度合いの差が微少である場合、第２電池を最初に放電させるようにしても良い。

また、上記実施の形態では、電池制御システム１００が３つの電池１１０で構成されていたが、本開示はこれに限定されず、２つの電池１１０で構成されていても良いし、４つ以上の電池１１０で構成されていても良い。

その他、上記実施の形態は、何れも本開示を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本開示の電池制御システムは、放電制御に起因して特定の電池の劣化度合いが大きくなることを抑制することが可能な電池制御システムおよび電池制御装置として有用である。

１ 車両
２ 後段回路
３ モータ
４ 容量部
１００ 電池制御システム
１１０ 電池
１１１ 第１配線
１１２ 第２配線
１１３ 第３配線
１２０ 放電抵抗
１３０ 第１切替部
１４０ 第２切替部
１５０ 第３切替部
１６０ 制御部
１７０ 記憶部

Claims (7)

1. 容量部に接続される複数の電池と、
   前記容量部を蓄電する際、前記複数の電池を順次放電させる放電制御を行う制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記複数の電池の劣化度合いに応じて、前記放電制御において最初に放電させる電池を可変に設定する、
   電池制御システム。
2. 前記制御部は、前記容量部を蓄電する際、前記複数の電池のうち、最も劣化度合いが小さい電池を最初に放電させる、
   請求項１に記載の電池制御システム。
3. 前記制御部は、前記容量部を蓄電する際、劣化度合いが小さい順に、前記複数の電池を放電させる、
   請求項２に記載の電池制御システム。
4. 前記制御部は、前記電池の内部抵抗に基づいて、前記劣化度合いを判定する、
   請求項１〜３の何れか１項に記載の電池制御システム。
5. 前記制御部は、放電対象の電池の電圧値と、前記容量部の電圧値との関係に基づいて、前記放電対象の電池の放電制御を終了する、
   請求項１〜４の何れか１項に記載の電池制御システム。
6. 前記複数の電池は何れも、電動車両に設けられた車両駆動用電池であり、
   前記制御部は、前記電動車両のシステム起動時に前記容量部を蓄電する際、前記放電制御を行う、
   請求項１〜５の何れか１項に記載の電池制御システム。
7. 容量部に接続される複数の電池を有する電池制御システムの電池制御装置であって、
   前記容量部を蓄電する際、前記複数の電池を順次放電させる放電制御を行う制御部を備え、
   前記制御部は、前記複数の電池の劣化度合いに応じて、前記放電制御において最初に放電させる電池を可変に設定する、
   電池制御装置。

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