JP6174084B2 - 電池パックおよびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、外部負荷を接続するための電池パックおよびその制御方法に関する。

従来、高出力の電池パックは、安全のために内部電池と外部負荷の間に開閉器を備えており、電池パックを使用しない場合、開閉器を開いて主回路を外部負荷から遮断することが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

また、電池パックを使用する場合、開閉器を閉じることによって、電池パック内の内部電池と外部負荷を接続することができる。しかしながら、内部電池と外部負荷の電圧差（以下、「内外電圧差」と称す。）が大きい場合、接続時に大きな電流が流れるため、例えば、開閉器等の部品が破損する場合がある。

そこで、例えば、特許文献１に示すように、接続時における大きな電流を抑制するために、内外電圧差を測定し、測定された内外電圧差が所定値よりも大きい場合、外部負荷に出力される出力電流を制限するための出力制限抵抗を介して外部負荷を接続し、内外電圧差が小さくなった場合、開閉器を閉じるような制御手法が知られている。

具体的に、この従来の制御手法について、図６を参照して簡単に説明する。図６は、従来の電池パック６０と、電池パック６０に接続される外部負荷部８０との回路例を示している。なお、電池パック６０は、図６に示すような回路の他に、回路を構成する各要素を制御するための制御部（図示せず）を備えている。

電池パック６０は、例えば、リチウムイオン電池等の電池パックに相当する。電池パック６０は、内部電池部６１、開閉器ＳＷ０、内部電圧測定部６５、外部電圧測定部６６、電流測定部６７、正極端子６８、負極端子６９、および、出力制限抵抗部７０を備える。

また、内部電池部６１は、内部電池６２および内部電池抵抗６３を備える。出力制限抵抗部７０は、抵抗値Ｒ０１の出力制限抵抗７２および出力制限抵抗用開閉器ＳＷ１を備える。

一方、電池パック６０に接続される外部負荷部８０は、電池負荷部８２および抵抗／コイル／容量負荷部８３を備える。また、電池負荷部８２は、外部電池８５および外部電池抵抗８４を備える。抵抗／コイル／容量負荷部８３は、抵抗負荷、コイル負荷、または容量負荷の何れかである抵抗／コイル／容量負荷８６を備える。例えば、コイル負荷は、車両等に設けられたスタータ等のコイル負荷である。

このような構成では、外部負荷部８０に電池負荷部８２が含まれていることによって、電池負荷部８２に含まれている内部電圧測定部６５によって計測される内部電圧Ｖ１と、外部電圧測定部６６によって計測される外部電圧Ｖとの間に電圧差（Ｖ１−Ｖ）（以下、「内外電圧差」と称する。）が生じる。

この内外電圧差は、図７に示すように時間経過とともに解消する。図７は、外部負荷部８０が電池負荷部８２を有している場合において、出力制限抵抗ＳＷ１を閉じた場合における内部電圧Ｖ１および外部電圧Ｖの電圧変化の時間推移を模式的に示したグラフの一例である。

初め、内部電圧Ｖ１は１２Ｖを示しており、外部電圧Ｖは８Ｖを示しているため、内外電圧差が生じていることがわかる。そして、電流測定部６７によって計測される電流Ｉ１が出力制限抵抗部７０を介して流れることによって、次第に内外電圧差が解消される。そして、数十時間（例えば１０時間）経過した後、内外電圧差が解消され、開閉器ＳＷ０を閉じることによって、電池パック６０と外部負荷部８０との間の接続が完了する。

特許第５６１５９９５号

しかしながら、上述したような従来の制御手法を用いた場合でも、内外電圧差が大きい場合、電池パック６０を外部負荷部８０に接続すると、大きな電流が流れうるという問題がある。

また、外部負荷が電池負荷、コイル負荷、または容量負荷であれば、上述したように出力制限抵抗を介して内外電圧差を解消することができる。しかしながら、図８に示すように外部負荷部９０が、抵抗負荷部９２または定電流負荷部９３を有している場合、図９および図１０に示すように内外電圧差が一定値を取り続ける。そのため、内外電圧差が一定値以内で解消せず、時間が経過した場合でも、開閉器ＳＷ０を閉じることができない場合がある。

例えば、図８に示すように、外部負荷部９０が、抵抗９４等を有する抵抗負荷部９２および定電流源９５等を有する定電流負荷を備える場合を想定する。また、開閉器ＳＷ０を閉じるか否かを判定するための閉判定条件として内外電圧差のみを用いるような従来の制御方法を想定する。このような場合、例えば、安全に開閉器ＳＷ０を閉じることができるような場合でも、内外電圧差が一定値を取り続けるため、開閉器ＳＷ０を閉じることができないと判定されるという問題がある。

例えば、図９は、外部負荷部９０が抵抗負荷部９２を有している場合において、出力制限抵抗ＳＷ１を閉じた場合における内部電圧Ｖ１および外部電圧Ｖの電圧変化の時間推移を模式的に示したグラフの一例である。

図９に示すように、例えば、内部電圧Ｖ１は１０Ｖを示しており、外部電圧Ｖは約６．５Ｖを示しており、時間が経過した場合でも内外電圧Ｖ１及び外部電圧Ｖは一定値を取り続ける。そのため、内外電圧差が解消されないため、開閉器ＳＷ０を閉じることができず、抵抗負荷を接続することができない。

同様に、図１０は、外部負荷部９０が定電流負荷部９３を有している場合において、出力制限抵抗ＳＷ１を閉じた場合における内部電圧Ｖ１および外部電圧Ｖの電圧変化の時間推移を模式的に示したグラフの一例である。

図１０に示すように、例えば、内部電圧Ｖ１は１０Ｖを示しており、外部電圧Ｖは約９．５Ｖを示しており、時間が経過した場合でも内外電圧Ｖ１及び外部電圧Ｖは一定値を取り続ける。そのため、内外電圧差が解消されず、開閉器ＳＷ０を閉じることができず、定電流負荷を接続することができないという問題がある。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、安全にかつ確実に外部負荷と接続するための電池パックおよびその制御方法を提供することにある。

実施形態の電池パックは、開閉器を介して外部負荷を接続するための電池パックであって、電池パック内の内部電池と外部負荷との間に設けられており、外部負荷に出力される出力電流値を制限するために用いられ、第１、第２、および第３の３つの異なる抵抗値を実現する出力制限抵抗と、出力制限抵抗の抵抗値を第１、第２、および第３の抵抗値の何れかに切替える切替手段と、第１、第２、および第３の抵抗値の各々に対して、出力電流値および外部負荷の電圧値を計測する計測手段と、計測の結果に基づき推定される外部負荷に応じて、出力制限抵抗を介さずに、開閉器を介して電池パックに外部負荷を接続するための制御を行う制御手段と、を備えることを特徴とする。

本実施形態の電池パックの構成例を示すブロック図。 同実施形態の電池パックの回路部および外部負荷部の一例を示す回路構成図。 同実施形態の電池パックによってなされる電池制御手順の一例を示すフローチャート。 同実施形態の電池パックによってなされる電池制御方法を適用した場合において開閉器ＳＷ０を閉じ得るか否かの可否を示している開閉器閉判定達成可否表の一例を示す表。 同実施形態の電池パックによってなされる電池制御方法を適用し、外部負荷部が抵抗負荷部を有している場合における、内部電圧および外部電圧の電圧変化の時間推移の一例を模式的に示したグラフ。 従来の電池パックの回路部および外部負荷部の一例を示す回路構成図。 従来の電池パックによってなされる電池制御方法を適用し、外部負荷部が電池負荷部を有している場合における、内部電圧および外部電圧の電圧変化の時間推移の一例を模式的に示したグラフ。 従来の電池パックの回路部および外部負荷部の別の一例を示す回路構成図。 従来の電池パックによってなされる電池制御方法を適用し、外部負荷部が抵抗負荷部を有している場合における、内部電圧および外部電圧の電圧変化の時間推移の一例を模式的に示したグラフ。 従来の電池パックによってなされる電池制御方法を適用し、外部負荷部が定電流負荷部を有している場合における、内部電圧および外部電圧の電圧変化の時間推移の一例を模式的に示したグラフ。

以下、図面を参照してこの発明に係る実施形態を説明する。
図１は、本実施形態の電池パック８の構成例を示すブロック図である。電池パック８は、制御部１０と、回路部２０とを備えている。なお、電池パック８は、例えば、リチウムイオン電池を備えた電池パック、車両等に搭載されるエンジン起動用のバッテリとして用いられる電池パック、または、携帯用のバッテリとして使用される電池パックが想定される。

図２は、外部負荷部８０に接続された本実施形態の回路部２０の一例を示す回路構成図である。

制御部１０は、例えば、回路部２０を制御するためのバッテリーマネジメントシステム（ＢＭＳ）として実現される。なお、制御部１０は、電池パック８の内部に備えられているものに限らず、電池パック８の外部に設けられていてもよい。

制御部１０は、回路部２０の開閉器ＳＷ０を介して回路部２０を外部負荷部８０に接続するための制御を行う。制御部１０は、この制御を実現するために、ＭＰＵ１２およびアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１４を備える。

ＭＰＵ１２は、Ｓｅｒｉａｌ Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ（ＳＰＩ）等によってＡＤＣ１４と接続されており、ＡＤＣ１４を介して、回路部２０内の内部電圧測定部６５、外部電圧測定部６６、および電流測定部６７と接続されている。

また、ＭＰＵ１２は、内部電圧測定部６５、外部電圧測定部６６、および電流測定部６７のそれぞれによって測定された内部電圧（Ｖ１）、外部電圧（Ｖ）、および電流（Ｉ１）を示す情報（以下、「測定情報」と称す。）を、ＡＤＣ１４を介して取得する。

また、ＭＰＵ１２は、例えばＧｅｎｅｒａｌ Ｐｕｒｐｏｓｅ Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ（ＧＰＩＯ）によって、回路部２０内の開閉器ＳＷ０、出力制限抵抗用開閉器ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３と接続されている。なお、図２の回路構成図に示すように、出力制限抵抗器ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３の各々は、回路部２０内の内部電池６２と外部負荷部８０との間に設けられており、外部負荷部８０に出力される出力電流を制限するために用いられ、３つの異なる抵抗値Ｒ０１，Ｒ０２，Ｒ０３を実現する出力制限抵抗（プリチャージ）の各々を制御するためのスイッチである。なお、出力電流値は、例えば電流（Ｉ１）の値である。また、出力制限抵抗器ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３の各々は、３つの異なる抵抗値を実現する出力制限抵抗の各々に対応付けられている。

そして、ＭＰＵ１２は、開閉器ＳＷ０、出力制限抵抗用開閉器ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３の各々に対して、例えば測定情報に基づき、各々の開閉器を制御するための制御信号を送る。これを実現するために、ＭＰＵ１２は、例えば、切替部１６、計測部１７、算出部１８、及び推定部１９を備える。

切替部１６は、出力制限抵抗の抵抗値を３つの異なる抵抗値の何れかに切替えるための制御を行う。例えば、３つの異なる抵抗値に対応付けられた出力制限抵抗用開閉器ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を切替えるための制御を行う。また、後述する計測部１７からの抵抗値を切替えるための指示に応じて、出力制限抵抗用開閉器ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を切替えるための制御を行う。また、後述する推定部１９からの開閉器ＳＷ０を閉じるための指示に応じて、開閉器ＳＷ０を閉じるための制御を行う。

計測部１７は、切替部１６によって切替えられた３つの異なる抵抗値の各々に対して、少なくとも、測定情報に含まれる出力電流値および外部負荷部８０の電圧値を計測するための制御を行う。例えば、切替部１６によって切替えられた出力制限抵抗用開閉器ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３の各々に対応付けられている各出力制限抵抗に関して、測定情報を取得するために、ＡＤＣ１４を介して、内部電圧測定部６５、外部電圧測定部６６、および電流測定部６７のそれぞれに対して、各測定情報を測定させるための制御を行う。

そして、計測部１７は、ＡＤＣ１４を介して、内部電圧測定部６５、外部電圧測定部６６、および電流測定部６７から測定情報を取得する。また、測定情報が取得されたことに応じて、取得された測定情報と異なる測定情報を取得するために、切替部１６に対して、出力制限抵抗の抵抗値を切替えるための指示を送る。

算出部１８は、計測部１７によって取得された測定情報に基づき、後述する３つの不明な値、すなわち未知数である、外部電池８５に対応する電圧値Ｅ２、外部電池抵抗８４に対応する抵抗値Ｒ２、および抵抗負荷９４に対応する抵抗値Ｒ３を算出する。なお、本実施形態では、従来技術のように外部負荷部８０が有している負荷が予め分かっているのではなく、外部負荷部８０が有している負荷が分からないような場合を想定している。そのため、このような未知数を算出する必要がある。

また、算出部１８は、測定情報に基づき、出力制限抵抗を介さずに開閉器ＳＷ０を介して回路部２０に外部負荷部８０を接続する前における出力電流値（以下、「推定出力電流値」と称す。）を算出する。換言すると、仮に開閉器ＳＷ０を閉じた場合における出力電流値を算出する。

推定部１９は、算出部１８によって算出された電圧値Ｅ２、抵抗値Ｒ２、および抵抗値Ｒ３に基づき、外部負荷部８０の負荷値または外部負荷部８０が有する外部負荷の種類を推定する。以下、このような推定部１９による推定の結果として外部負荷を判定することを「負荷判定」と称す。また、負荷値は、例えば、外部負荷部８０が有する外部負荷に対応付けられた電圧値Ｅ２、抵抗値Ｒ２、または抵抗値Ｒ３等の値である。なお、このような負荷判定等の外部負荷に関する推定方法および判定方法の詳細については図４等を参照して後述する。

また、推定部１９は、推定結果に基づき、開閉器ＳＷ０を閉じるか否かの判定も行う。例えば、算出部１８によって算出された電圧値Ｅ２、抵抗値Ｒ２、および抵抗値Ｒ３に基づき、外部負荷部８０の負荷値を推定し、推定された負荷値に応じて、外部負荷部８０が有する外部負荷の種類を推定する。そして、推定される外部負荷の種類と、算出された推定出力電流値とに基づき、回路部２０と外部負荷部８０とを開閉器ＳＷ０を介して接続してもよいか否か、すなわち開閉器ＳＷ０を閉じるか否かを判定する。

そして、ＭＰＵ１２は、例えば、推定された負荷値または外部負荷の種類、または、推定出力電流値に応じて、出力制限抵抗を介さずに、開閉器ＳＷ０を介して回路部２０に外部負荷部８０を接続するための制御を行う。

例えば、推定部１９は、推定出力電流値が回路部２０の許容電流値よりも小さい場合、開閉器ＳＷ０を閉じてもよいと判定し、切替部１６に対して開閉器ＳＷ０を閉じるための指示を行う。

次に、図２を参照して、回路部２０および外部負荷部８０の回路構成例について説明する。なお、図６または図８と同様の構成または内容については説明を省略する。

回路部２０は、図６および図８に示すような従来技術の電池パック６０と異なり、複数の出力制限抵抗を備えている。例えば、出力制限抵抗部３０が、抵抗値Ｒ０１の出力制限抵抗７２および出力制限抵抗用開閉器ＳＷ１に加えて、さらに、抵抗値Ｒ０２の出力制限抵抗３４および出力制限抵抗用開閉器ＳＷ２、並びに、抵抗値Ｒ０３の出力制限抵抗３６および出力制限抵抗用開閉器ＳＷ３を備える。ここで、抵抗値Ｒ０１，Ｒ０２，Ｒ０３はＲ０１＞Ｒ０２＞Ｒ０３の関係を有し、例えば、それぞれ約３０Ω、２０Ω、１０Ωであるが、外部負荷部８０，９０における外部電池電圧８５、外部電池抵抗８４、または抵抗９４の値に応じて、抵抗値Ｒ０１，Ｒ０２，Ｒ０３が変更されうる。

出力制限抵抗用開閉器ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３は、それぞれ、出力制限抵抗７２，３４，３６の各々を制御するための開閉器である。

開閉器ＳＷ０は、出力制限抵抗部３０と並列に接続されており、出力制限抵抗７２，３４，３６を介さずに、回路部２０と外部負荷部８０とを接続するためのスイッチである。つまり、開閉器ＳＷ０は、出力制限抵抗値が０Ωであることと等価である。

内部電池部６１は、電圧値Ｅ１の内部電池６２と、内部電池６２に接続された抵抗値Ｒ１の内部電池抵抗６３を備える。電圧値Ｅ１は、例えば、約１０Ｖまたは２０Ｖを想定している。

内部電圧測定部６５は、グラウンドに対する内部電池部６１の電圧である内部電圧（Ｖ１）を測定する。

外部電圧測定部６６は、グラウンドに対する外部負荷部８０の電圧、すなわち正極端子６８と負極端子６９との間の電圧である外部電圧（Ｖ）を測定する。

電流測定部６７は、内部電池部６１と、出力制限抵抗部３０または開閉器ＳＷ０との間に接続されており、外部負荷部８０への出力電流（Ｉ１）を測定する。

一方、外部負荷部８０は、電圧値Ｅ２の外部電池８５、外部電池８５と直列に接続されている抵抗値Ｒ２の外部電池抵抗８４、および、外部電池８５および外部電池抵抗８４と並列に接続されている抵抗値Ｒ３の抵抗負荷９４、の３つのパラメータからなるモデル化された回路を含む。

出力制限抵抗部３０によって実現される抵抗値の数は、これらパラメータの数に等しくなるように設定する。すなわち、外部負荷部８０が、前述したように３つのパラメータからなるモデル化された回路である場合、出力制限抵抗７２，３４，３６等を用いて実現される抵抗値の数も３つとする。

３つの抵抗値を実現するために、図２に示す回路構成例では、選択的に使用される３つの並列接続された固定の抵抗値Ｒ０１，Ｒ０２，Ｒ０３を示している。しかしながら、３つの抵抗値を実現するための回路は、このような構成に限られるものではない。

例えば、図２では、３つの出力制限抵抗７２、出力制限抵抗３４、および出力制限抵抗３６を示しているが、少なくとも２つの出力制限抵抗を備えていればよい。例えば、出力制限抵抗３４および出力制限抵抗３６を備えていれば、抵抗値Ｒ０２と、抵抗値Ｒ０３と、抵抗値Ｒ０２および抵抗値Ｒ０３の合成抵抗値とによって、３つの抵抗値を実現することができるからである。

または、１つの可変抵抗を備え、この抵抗値を適宜変化させることによって、３つの抵抗値を実現するようにしても良い。

また、図８に示されているような定電流負荷部９３を有している外部負荷部９０であっても、定電流負荷部９３を図２の電池負荷部８２内の電池部電圧Ｅ２をマイナス値として取り扱うことにより、やはり図２の外部負荷部８０のようなモデルとして取り扱うことができる。

なお、上述したように、外部電池電圧８５、外部電池抵抗８４、または抵抗９４の値に応じて、すなわち電圧値Ｅ２、抵抗値Ｒ２、または抵抗値Ｒ３に応じて、抵抗値Ｒ０１，Ｒ０２，Ｒ０３を変更してもよい。換言すると、外部負荷部８０の負荷値を想定した値に応じて、抵抗値Ｒ０１，Ｒ０２，Ｒ０３を変更してもよい。

例えば、抵抗値Ｒ２または抵抗値Ｒ３がミリオームオーダーの値であることが予め分かっているような場合を想定する。このような場合、例えば、電流値Ｉ１がアンペアオーダーの値（例えば、１０Ａ）になるような抵抗値の範囲において、抵抗値Ｒ０１，Ｒ０２，Ｒ０３の各々の値の差を小さくするように、抵抗値Ｒ０１，Ｒ０２，Ｒ０３を変更してもよい。具体的には、抵抗値Ｒ０１，Ｒ０２，Ｒ０３が３０Ω、２０Ω、１０Ωである場合、抵抗値Ｒ０１，Ｒ０２，Ｒ０３を２５Ω、２０Ω、１５Ωに変更してもよい。

次に、図３を参照して、電池パック８による電池制御方法の手順について説明する。
まず、本実施形態の電池制御方法の概要について説明する。まず、切替部１６によって出力制限抵抗７２，３４，３６が、例えば抵抗値が大きい順に切替えられる。そして、各々の接続状態において測定された内部電圧（Ｖ１）、外部電圧（Ｖ）、および出力電流（Ｉ１）に基づいて、算出部１８によって、モデル化された回路の３つのパラメータである電圧値Ｅ２、抵抗値Ｒ２、および抵抗値Ｒ３が算出される。

次に、算出部１８によって、推定出力電流値として、開閉器ＳＷ０が閉じられた場合における電流値Ｉ１が算出される。そして、推定部１９によって、算出された電流値Ｉ１が規定値以下であるか否かが判定される。算出された電流値Ｉ１が規定値以下である場合、切替部１６によって、開閉器ＳＷ０が閉じられる。

次に、具体的に、電池制御方法の手順について説明する。
まず、切替部１６によって、開閉器ＳＷ０および出力制限抵抗用開閉器ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３が開かれる（ステップＳ３０）。次に、開閉器ＳＷ０、出力制限抵抗用開閉器ＳＷ２，ＳＷ３が開かれたまま、出力制限抵抗用開閉器ＳＷ１が閉じられる（ステップＳ３２）。。

そして、出力制限抵抗用開閉器ＳＷ１が閉じられた状態で、内部電圧（Ｖ１）、外部電圧（Ｖ）、および出力電流（Ｉ１）が計測される（ステップＳ３２）。この計測によって得られる内部電圧（Ｖ１）、外部電圧（Ｖ）、および出力電流（Ｉ１）を、それぞれ、内部電圧（Ｖ１＿１）、外部電圧（Ｖ＿１）、および出力電流（Ｉ１＿１）とする。

同様に、出力制限抵抗用開閉器ＳＷ２に関して、開閉器ＳＷ０、出力制限抵抗用開閉器ＳＷ１，ＳＷ３が開かれたまま、出力制限抵抗用開閉器ＳＷ２が閉じられる（ステップＳ３４）。

そして、出力制限抵抗用開閉器ＳＷ２が閉じられた状態で、内部電圧（Ｖ１）、外部電圧（Ｖ）、および出力電流（Ｉ１）が計測される（ステップＳ３４）。この計測によって得られる内部電圧（Ｖ１）、外部電圧（Ｖ）、および出力電流（Ｉ１）を、それぞれ、内部電圧（Ｖ１＿２）、外部電圧（Ｖ＿２）、および出力電流（Ｉ１＿２）とする。

同様に、出力制限抵抗用開閉器ＳＷ３に関して、開閉器ＳＷ０、出力制限抵抗用開閉器ＳＷ１，ＳＷ２が開かれたまま、出力制限抵抗用開閉器ＳＷ３が閉じられる（ステップＳ３６）。

そして、出力制限抵抗用開閉器ＳＷ３が閉じられた状態で、内部電圧（Ｖ１）、外部電圧（Ｖ）、および出力電流（Ｉ１）が計測される（ステップＳ３６）。この計測によって得られる内部電圧（Ｖ１）、外部電圧（Ｖ）、および出力電流（Ｉ１）を、それぞれ、内部電圧（Ｖ１＿３）、外部電圧（Ｖ＿３）、および出力電流（Ｉ１＿３）とする。

次に、ステップＳ３２，Ｓ３４，Ｓ３６において計測された内部電圧（Ｖ１＿１，Ｖ１＿２，Ｖ１＿３）、外部電圧（Ｖ＿１，Ｖ＿２，Ｖ＿３）、および出力電流（Ｉ１＿１，Ｉ１＿２，Ｉ１＿３）に基づき、推定出力電流値が算出される。

ここで、具体的な推定出力電流値の算出方法について説明する。
内部電圧（Ｖ１＿１，Ｖ１＿２，Ｖ１＿３）、外部電圧（Ｖ＿１，Ｖ＿２，Ｖ＿３）、および出力電流（Ｉ１＿１，Ｉ１＿２，Ｉ１＿３）は、未知数である電圧値Ｅ２、抵抗値Ｒ２、および抵抗値Ｒ３との間に、Ｉ１＝（Ｖ−Ｅ２）／Ｒ２＋Ｖ／Ｒ３の方程式が成り立つ。したがって、Ｉ１＿１＝（Ｖ＿１−Ｅ２）／Ｒ２＋Ｖ／Ｒ３、Ｉ１＿２＝（Ｖ＿２−Ｅ２）／Ｒ２＋Ｖ／Ｒ３、およびＩ１＿３＝（Ｖ＿３−Ｅ２）／Ｒ２＋Ｖ／Ｒ３の３つの連立方程式が成り立つ。よって、これら３つの連立方程式を解くことにより、電圧値Ｅ２、抵抗値Ｒ２、および抵抗値Ｒ３が算出される。

また、（Ｅ１−Ｖ）／Ｒ１＝（Ｖ−Ｅ２）／Ｒ２＋Ｖ／Ｒ３の方程式も成り立つ。この方程式に、算出された電圧値Ｅ２、抵抗値Ｒ２、および抵抗値Ｒ３を代入することにより、開閉器ＳＷ０が閉じられた場合における外部電圧Ｖ（Ｖ＿０）が算出される。そして、開閉器ＳＷ０が閉じられた場合における最大の推定出力電流（Ｉ１ｍａｘ＿０）が、Ｉ１ｍａｘ＿０＝（Ｖ＿０−Ｅ２）／Ｒ２＋Ｖ＿０／Ｒ３の方程式から求められる。

このように、出力制限抵抗用開閉器ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３が開かれた状態で、開閉器ＳＷ０が閉じられた場合に推定される最大の推定出力電流値（Ｉ１ｍａｘ＿０）が算出される（ステップＳ３８）。

次に、算出された最大の推定出力電流値（Ｉ１ｍａｘ＿０）が、開閉器ＳＷ０が有する固有の値である最大電流許容値（Ｉ１ｍａｘ＿ＳＷ０）よりも小さいか否かが判定される（ステップＳ４０）。

Ｉ１ｍａｘ＿０＜Ｉ１ｍａｘ＿ＳＷ０と判定されなかった場合（ステップＳ４０：ＮＯ）、出力制限抵抗用開閉器ＳＷ３が閉じられた状態を維持したまま、内外電圧差（Ｖ１−Ｖ）を解消させるために一定時間（例えば、６０秒）待機する（ステップＳ４２）。そして、一定時間経過した後、ステップＳ３２に戻る。

一方、Ｉ１ｍａｘ＿０＜Ｉ１ｍａｘ＿ＳＷ０と判定された場合（ステップＳ４０：ＹＥＳ）、すなわち、開閉器ＳＷ０を介して回路部２０に外部負荷部８０を接続してもよいと判定された場合、開閉器ＳＷ０が閉じられる（ステップＳ４４）。そして、出力制限抵抗用開閉器ＳＷ３が開かれる（ステップＳ４６）。このように、出力制限抵抗用開閉器ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３が開かれた状態で、開閉器ＳＷ０閉じられた状態になる（ステップＳ４８）。

なお、ステップＳ４２において一定時間待機することによって、例えば、外部負荷部８０の状態が変化することがある。例えば、外部負荷部８０が定電流負荷部９３を有している場合、一定時間経過する間、外部負荷部８０の電源がオフになることによって定電流負荷部９３が外部負荷部８０を有さなくなることがある。他の例として、外部負荷部８０が電池負荷部８２を有している場合、外部電池８５が消費されることもありうる。さらに他の例として、発熱によって抵抗値が変化するようなヒューズ等を外部負荷部８０が有している場合、例えば出力制限抵抗用開閉器ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３の何れかを閉じたことによって、外部負荷部８０の負荷値である抵抗値が変化することもありうる。このような場合、その後のステップＳ４０においては、判定条件が満足され、ステップＳ４４に進むようになることもありうる。

次に、図４を参照して、開閉器ＳＷ０を閉じ得るか否かの判定結果について説明する。図４は、開閉器ＳＷ０を閉じ得るか否かの可否を示している開閉器閉判定達成可否表５０の一例である。

開閉器閉判定達成可否表５０は、開閉器ＳＷ０を閉じるか否かの判定条件を示す開閉器閉判定条件項目ａ、並びに、外部負荷部８０が有していると推定される各外部負荷の種類を示す定電流負荷項目ｂ、抵抗負荷項目ｃ、および電池負荷項目ｄを有する。また、各項目は、従来技術の開閉器閉判定条件と、本実施形態における開閉器閉判定条件と、に関して区別して示されている。

従来技術では、従来技術に対応する開閉器閉判定条件項目ａに示すように、内外電圧差（Ｖ１−Ｖ）の絶対値が所定の電位差ΔＶよりも小さいか否か、すなわち｜Ｖ１−Ｖ｜＜ΔＶ、を開閉器閉判定条件としている。また、上述したように、従来技術では、外部負荷部８０の負荷値、または、外部負荷部８０が有している外部負荷の種類が予め分かる場合しか想定できない。

一方、本実施形態では、本実施形態に対応する開閉器閉判定条件項目ａに示すように、Ｉ１ｍａｘ＿０＜Ｉ１ｍａｘ＿ＳＷ０を開閉器閉判定条件としている。また、上述したように、本実施形態では、外部負荷部８０の負荷値、または、外部負荷部８０が有している外部負荷の種類が予め分からないような場合も想定可能である。

次に、定電流負荷項目ａについて、従来技術では、内外電圧差（Ｖ１−Ｖ）の絶対値が一定値（Ｒ１＊Ｉ１）を維持するため、従来の開閉器閉判定条件の判定基準を満たさない場合がある。このような場合、電池パック６０を外部負荷部８０に接続することができない。

一方、本実施形態では、負荷判定を行うことによって外部負荷部８０が定電流負荷部９３を有すると判定された場合、内外電圧差（Ｖ１−Ｖ）が生じていた場合でも、例えば時間が経過することにより、本実施形態の開閉器閉判定条件を満たすようになる。そのため、従来技術では電池パック６０を外部負荷部８０に接続するができないような場合でも、本実施形態では電池パック６０を外部負荷部８０に接続することが可能となる。

ここで、負荷判定等の外部負荷に関する推定方法および判定方法の詳細について説明する。
例えば、算出された電圧値Ｅ２が負の値（例えば、−１００Ｖ）であり、算出された抵抗値Ｒ２が約１１Ωである場合、外部負荷部８０が有する外部負荷の種類が定電流負荷部９３であると推定されうる。また、例えば、算出された推定出力電流値が数十アンペアオーダーの値であれば、推定された定電流負荷９３の負荷値も数十アンペアオーダーの値であることが推定されうる。なお、定電流負荷９３の負荷値が数十アンペアオーダーであることは、電池パック８が例えばリチウムイオン電池を備えた電池パックである場合を想定すると、比較的小さい電流値であることを意味する。そして、このような場合、開閉器ＳＷ０を閉じた場合でも大きな電流が流れないと推定されるため、回路部２０と外部負荷部８０とを開閉器ＳＷ０を介して接続してもよいと判定されうる。

また、例えば、算出された抵抗値Ｒ３がメガオーダーの値（例えば、１ＭΩ）である場合、外部負荷部８０が有する外部負荷の種類が抵抗負荷部９２であると推定されうる。また、例えば、算出された抵抗値Ｒ３がメガオーダーの値であるため、推定された抵抗負荷部９２の負荷値もメガオーダーの抵抗値を示すことが推定される。そして、このような場合、抵抗値Ｒ３が大きいため開閉器ＳＷ０を閉じた場合でも大きな電流が流れないと推定され、回路部２０と外部負荷部８０とを開閉器ＳＷ０を介して接続してもよいと判定されうる。

また、例えば、算出された電圧値Ｅ２が２０Ｖであり、算出された抵抗値Ｒ２がミリオーダーの値（例えば１０ｍΩ）である場合、外部負荷部８０が有する外部負荷の種類が電池負荷部８２であると推定されうる。また、例えば、算出された抵抗値Ｒ２がミリオーダーの値であるため、推定された電池負荷部８２の負荷値もミリオーダーの抵抗値を示すことが推定されうる。なお、このように外部負荷部８０が電池負荷部８２を有する場合、出力制限抵抗７２，３４，３６等に関する発熱を防ぐために時間を掛けて内外電圧差（Ｖ１−Ｖ）を減少させる必要があるため、後述するように、内外電圧差（Ｖ１−Ｖ）が減少した後でなければ、開閉器ＳＷ０を閉じることができない。

図４を再び参照して、抵抗負荷項目ｂについて説明する。
従来技術では、内外電圧差（Ｖ１−Ｖ）の絶対値が一定値（Ｅ１−Ｅ１（Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ３）））を維持するため、従来の開閉器閉判定条件の判定基準を満たさない場合がある。このような場合、電池パック６０を外部負荷部８０に接続することができない。

一方、本実施形態では、負荷判定を行うことによって外部負荷部８０が抵抗負荷部９２を有すると判定された場合、内外電圧差（Ｖ１−Ｖ）が生じていた場合でも、例えば時間が経過することにより、本実施形態の開閉器閉判定条件を満たすようになる。そのため、従来技術では電池パック６０を外部負荷部８０に接続するができないような場合でも、本実施形態では電池パック６０を外部負荷部８０に接続することができる。

次に、電池負荷項目ｃについて、従来技術では、時間が経過するにつれて、内外電圧差（Ｖ１−Ｖ）の絶対値が減少する。そのため、図７を参照して上述したように、数十時間経過した後、最終的に、開閉器ＳＷ０を介して、電池パック６０を外部負荷部８０に接続することができる。

一方、本実施形態では、負荷判定を行うことによって外部負荷部８０が電池負荷部８２を有すると判定された場合、時間が経過するにつれて、内外電圧差（Ｖ１−Ｖ）の絶対値が減少する。そのため、最終的に、開閉器ＳＷ０を介して、電池パック６０を外部負荷部８０に接続することができる。

さらに、本実施形態では、従来技術とは異なり、負荷判定により負荷値として抵抗値Ｒ２が推定される。また、推定出力電流値が算出される。そして、例えば、抵抗値Ｒ２が大きいような場合、推定出力電流値は小さい値が算出される。そのため、従来のように、数十時間よりも短い時間経過した後、開閉器ＳＷ０を介して、電池パック６０を外部負荷部８０に接続することが可能となる。

次に、図５を参照して、本実施形態の電池パック８の制御方法を適用し、外部負荷部９０が抵抗負荷部９２を有している場合において、開閉器ＳＷ０を閉じた場合における内部電圧Ｖ１および外部電圧Ｖの電圧変化の時間推移の一例を模式的に示したグラフである。

図５では、横軸が秒オーダーの時間を示しており、縦軸が電圧（Ｖ）を示している。初め、内部電圧Ｖ１は１０Ｖを示しており、外部電圧Ｖは約６．５Ｖを示している。その後、本実施形態の電池パック８の制御方法を適用することにより、例えば、秒オーダーで十数秒後（図５では、１０秒後）に、開閉器ＳＷ０を閉じることができる。その後、内部電圧Ｖ１および外部電圧Ｖは、一定値（図５では、約８．３Ｖ）になることが示されている。

以上のような本実施形態によって、次のような効果を得ることができる。
外部負荷部８０を電圧値Ｅ２、抵抗値Ｒ２、および抵抗値Ｒ３からなる３つのパラメータを使ってモデル化し、それに合わせて３つの出力制限抵抗部７２，３４，３６を抵抗値が大きい順に切替えることによって計測された内部電圧（Ｖ１）、外部電圧（Ｖ）、および出力電流（Ｉ１）を用いた方程式から、３つのパラメータを算出することにより、安全に電池パック８を外部負荷部８０に接続する判定を行うことが可能となる。具体的には、外部負荷部８０が有する外部負荷の種類や、開閉器ＳＷ０を閉じた場合における出力電流値である推定出力電流値を推定することができる。そのため、例えば、内外電圧差（Ｖ１−Ｖ）が大きい場合でも、推定される外部負荷が（１）内部抵抗の大きい電池負荷部８２、（２）大きい抵抗値を有する抵抗負荷部９２、または（３）小さい電流値を示す定電流負荷部９３、の何れかであると判定された場合、開閉器ＳＷ０を閉じることが可能となる。

また、電池パック８に備えられた制御部１０によって、接続しようとしている外部負荷を推定することが可能となるため、従来技術よりも短時間に外部負荷部８０との安全で確実な接続が可能となる。

より詳細には、外部負荷部８０が抵抗負荷部９２を有している場合において、安全に開閉器ＳＷ０を閉じることができるような場合でも、従来技術では内部電圧差（Ｖ１−Ｖ）が解消しないため、開閉器ＳＷ０を閉じることができない。しかしながら、本実施形態では、少なくとも数十秒後には、外部負荷の種類を推定し、安全に開閉器ＳＷ０を閉じることができると判定された場合には、開閉器ＳＷ０を閉じることが可能となる。

また、前述したように外部負荷部８０を３つのパラメータを使ってモデル化することにより、例えば外部負荷部８０が定電流負荷部９３を有しているような場合でも、外部負荷の種類を推定することが可能となる。そして、このような場合でも、安全に開閉器ＳＷ０を閉じることができると判定された場合は、開閉器ＳＷ０を閉じることが可能となる。

また、外部負荷の種類等が分からないような場合でも、安全に電池パック８を外部負荷部８０に接続することが可能となる。換言すると、例えばリチウムイオン電池等の電池パック８を多目的な用途で使用することが可能となる。

以上のように、本発明によれば、安全に外部負荷を接続するための電池パックおよびその制御方法が提供される。

要するにこの発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

８…電池パック、１０…制御部、１２…ＭＰＵ、１４…ＡＤＣ、１６…切替部、１７…計測部、１８…算出部、１９…推定部、２０…回路部、３０…出力制限抵抗部、３４…出力制限抵抗、３６…出力制限抵抗、５０…開閉器閉判定達成可否表、６０…電池パック、６１…内部電池部、６２…内部電池、６３…内部電池抵抗、６５…内部電圧測定部（Ｖ１）、６６…外部電圧測定部（Ｖ）、６７…電流測定部（Ｉ１）、６８…正極端子、６９…負極端子、７０…出力制限抵抗部、７２…出力制限抵抗、８０…外部負荷部、８２…電池負荷部、８３…抵抗／コイル／容量負荷部、８４…外部電池抵抗、８５…外部電池、８６…抵抗／コイル／容量負荷、９０…外部負荷部、９２…抵抗負荷部、９３…定電流負荷部、９４…抵抗負荷、９５…定電流源、ＳＷ０…開閉器、ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３…出力制限抵抗用開閉器。

Claims (7)

1. 開閉器を介して外部負荷を接続するための電池パックであって、
   前記電池パック内の内部電池と前記外部負荷との間に設けられており、前記外部負荷に出力される出力電流値を制限するために用いられ、第１、第２、および第３の３つの異なる抵抗値を実現する出力制限抵抗と、
   前記出力制限抵抗の抵抗値を前記第１、第２、および第３の抵抗値の何れかに切替える切替手段と、
   前記第１、第２、および第３の抵抗値の各々に対して、前記出力電流値および前記外部負荷の電圧値を計測する計測手段と、
   前記計測の結果に基づき推定される外部負荷に応じて、前記出力制限抵抗を介さずに、前記開閉器を介して前記電池パックに前記外部負荷を接続するための制御を行う制御手段と、
   を備える電池パック。
2. 前記第１の抵抗値は前記第２の抵抗値よりも大きく、前記第２の抵抗値は前記第３の抵抗値よりも大きく、
   前記切替手段は、前記第１、第２、第３の抵抗値の順に切替えるようにした、請求項１記載の電池パック。
3. 前記外部負荷は、外部電池、前記外部電池と直列に接続されている外部電池抵抗、および、前記外部電池および前記外部電池抵抗と並列に接続されている抵抗負荷、の３つのパラメータからなるモデル化された回路を含み、
   前記パラメータの数は、前記出力制限抵抗によって実現される抵抗値の数に等しい、請求項１または２記載の電池パック。
4. 前記制御手段は、前記出力制限抵抗を介さずに前記開閉器を介して前記電池パックに前記外部負荷を接続する前における前記出力電流値を算出し、前記算出された出力電流値が前記電池パックに関する許容電流値よりも小さい場合、前記電池パックに前記外部負荷を接続する請求項１乃至３の何れか１項に記載の電池パック。
5. 前記外部負荷は、電池負荷、抵抗負荷、および定電流負荷のうちの少なくとも１つを含む請求項１乃至４の何れか１項に記載の電池パック。
6. 前記出力制限抵抗は、少なくとも２つの並列接続された固定抵抗、または可変抵抗である請求項１乃至５の何れか１項に記載の電池パック。
7. 開閉器を介して外部負荷を接続するための電池パックの制御方法であって、
   前記電池パック内の内部電池と前記外部負荷との間に設けられており、前記外部負荷に出力される出力電流値を制限するために用いられ、第１、第２、および第３の３つの異なる抵抗値を実現する出力制限抵抗の抵抗値を前記第１、第２、および第３の抵抗値の何れかに切替え、
   前記第１、第２、および第３の抵抗値の各々に対して、前記出力電流値および前記外部負荷の電圧値を計測し、
   前記計測の結果に基づき推定される外部負荷に応じて、前記出力制限抵抗を介さずに、前記開閉器を介して前記電池パックに前記外部負荷を接続するための制御を行う、
   制御方法。