JP6693350B2 - 複数の電池スタックの電圧均等化方法 - Google Patents

Description

本開示は、複数の電池スタックの電圧均等化方法に関する。

車両等に搭載される電源装置は、所定の高電圧及び大電流を出力するために、複数の電池スタックを直列及び並列接続して構成される。例えば、特許文献１には、電動機に対しＳＭＲ（Ｓｙｓｔｅｍ Ｍａｉｎ Ｒｅｌａｙ）と呼ばれる電力用リレーを介して、複数の電池スタックが並列接続される例が示される。

電源装置が動作中は、各電池スタックが充放電しているので、各電池スタックの開放回路電圧（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ：ＯＣＶ）が測定できない。電源装置が動作停止するとＳＭＲが遮断されるので、各電池スタックの端子間電圧であるＯＣＶが測定できる。そのときに各電池スタックの端子間電圧の間に電圧差が生じていることがあり、この状態のままで、電源装置を再起動すると、並列接続されている電池スタック間の電圧差によってＳＭＲに突入電流が流れ、ＳＭＲの耐久性が低下する。これを防ぐために、各電池スッタック間の電圧均等化が行われる。

特開２０１０−２４６２８５号公報

従来技術において、複数の電池スタックの電圧均等化方法として、１０数ｍＡ〜数１００ｍＡ程度の均等化電流を必要な電池スタックに流す。この程度の均等化電流では、各電池スタック間の電圧差が大きい場合等のときに電圧均等化が終了するまで長時間を要し、電源装置の次回起動のタイミングに間に合わないことが生じる。均等化電流を増大させるには、均等化回路等のコストが増大する。そこで、ＳＭＲの耐久性を維持しながら、適切な電圧均等化を実行できる複数の電池スタックの電圧均等化方法が要望される。

本開示に係る複数の電池スタックの電圧均等化方法は、正極母線と正極側リレーに接続される正極、及び、負極母線と負極側リレーに接続される負極を有する電池スタックを２つ並列接続し、電流制限抵抗を直列接続したプリチャージリレーを一方側の電池スタックの正極側リレーにのみ並列に接続して構成されて、プリチャージリレー以外をすべてオンして起動し、全てのリレーをオフして動作を停止する電源装置における電池スタックの電圧均等化方法であって、電源装置の動作の停止後において、異なる電池スタック間の電圧差が均等化処理を許可できる所定値範囲内であるか否かを判定し、所定値範囲内の場合には、一方側の電池スタックの正極側リレーをオフのままプリチャージリレーと負極側リレーとをオンし、かつ、他方側の電池スタックの正極側リレーと負極側リレーを共にオンし、電池スタックの間の電圧差が所定の電圧差に低減するまでの所定時間はその状態を維持する。

上記構成に係る複数の電池スタックの電圧均等化方法によれば、プリチャージリレーを用いて電圧均等化を図れるので、ＳＭＲの耐久性を維持しながら、適切な電圧均等化を実行できる。

実施の形態に係る複数の電池スタックの電圧均等化方法が適用される電源装置を含む車両駆動システムの構成図である。 実施の形態に係る複数の電池スタックの電圧均等化方法の手順を示すフローチャートである。 図２において、動作中の電源装置の各リレーのオンオフを示す図である。 図２において、動作停止した電源装置の各リレーのオンオフを示す図である。 図２において、電圧均等化処理中の電源装置の各リレーのオンオフを示す図である。 図５に引き続いて実行されるさらなる電圧均等化処理における電源装置の各リレーのオンオフを示す図である。 図６の構成を用いる電圧均等化方法の手順を示すフローチャートである。

以下に図面を用いて、本実施の形態に付き詳細に説明する。以下では、電源装置の負荷として、車両に搭載される回転電機及びその駆動回路を述べるが、これは例示であって、その他の補機等の負荷を含んでもよい。回転電機の数は１つの場合を述べるがこれは説明のための例示であって、複数の回転電機であってよく、これに合わせて複数の駆動回路であってもよい。車両は、回転電機と共にエンジンを搭載するハイブリッド車両であってもよい。
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、複数の電池スタックの電圧均等化方法が適用される電源装置２０を含む車両駆動システム１０の構成図である。以下では、特に断らない限り、「複数の電池スタックの電圧均等化方法」を、電圧均等化方法と呼ぶ。車両駆動システム１０は、回転電機を駆動源とする車両の駆動システムであって、回転電機１２と、その駆動回路１３を構成するインバータ１４、平滑コンデンサ１６、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８と、電源装置２０と、電池制御部６０とを含む。回転電機１２およびその駆動回路１３は、電源装置２０に対する充放電の対象である負荷である。回転電機１２及びその駆動回路１３の内容は、周知であるので、詳細な説明を省略する。

電源装置２０は、複数の電池スタックとして２つの電池スタック２２，２４が並列接続された高電圧大電力の直流電源である。電源装置２０の正極母線２６は、駆動回路１３の正極母線となり、電源装置２０の負極母線２８は、駆動回路１３の負極母線となる。正極母線２６、負極母線２８は、高電圧電力線であるので、車両の車体から絶縁されてフローティングの電位とされる。

電池スタック２２，２４は、充放電可能な二次電池である。電池スタック２２，２４としては、所定数の電池セルを直列に接続した高電圧組電池が用いられる。電池セルとしては、リチウムイオン電池あるいはニッケル水素電池が用いられる。電池スタック２２，２４の端子間電圧の例を挙げると、約２００Ｖ〜約３００Ｖである。

２つの電池スタック２２，２４を区別するときは、一方側の電池スタック２２、他方側の電池スタック２４と呼ぶ。一方側の電池スタック２２の正極は、電源装置２０の正極母線２６との間に正極側リレー３０が設けられ、負極は、電源装置２０の負極母線２８との間に負極側リレー３２が設けられる。同様に、他方側の電池スタック２４の正極は、電源装置２０の正極母線２６との間に正極側リレー３６が設けられ、負極は、電源装置２０の負極母線２８との間に負極側リレー３８が設けられる。一方側の電池スタック２２と他方側の電池スタック２４の間の相違点は、電流制限抵抗３５を直列接続したプリチャージリレー３４が、一方側の電池スタック２２の正極側リレー３０にのみ並列に設けられることである。

プリチャージリレー３４を含み、正極側リレー３０，３６、負極側リレー３２，３８は、駆動回路１３と電源装置２０との間の大電力のやり取りを遮断または接続する電力用リレーである。これら５つの電力用リレーについて、電池スタック２２，２４との接続関係が分かりやすいように、以下では、特に断らない限り、符号でなく、記号で示す。すなわち、正極側リレー３０，３６は、それぞれＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２と示し、負極側リレー３２，３８は、それぞれＳＭＲ−Ｇ１，ＳＭＲ−Ｇ２と示し、プリチャージリレー３４は、ＳＭＲ−Ｐと示す。ＳＭＲは、システムメインリレーを意味し、Ｂは、電池スタック２２，２４の正極側に接続されることを意味し、Ｇは、電池スタック２２，２４の負極側に接続されることを意味する。Ｂ，Ｇの後の１，２は、それぞれ一方側の電池スタック２２と他方側の電池スタック２４を意味する。Ｐは、プリチャージを意味する。

ＳＭＲ−Ｐは、電源装置２０が起動するに先立って平滑コンデンサ１６を事前充電（プリチャージ）するリレーである。例えば、電源装置２０を起動させるために、一方側の電池スタック２２について、順序はいずれでもよいが、ＳＭＲ−Ｇ１とＳＭＲ−Ｂ１とを順次接続する際に、平滑コンデンサ１６が未充電であると、その充電のために電流が急激に流れる。この突入電流のために、ＳＭＲ−Ｇ１，ＳＭＲ−Ｂ１の内で、後で接続が行われた方のリレーに溶着が生じる恐れがある。これを防止するために、他方側の電池スタック２４におけるＳＭＲ−Ｂ２、ＳＭＲ−Ｇ２をオフし、一方側の電池スタック２２においてＳＭＲ−Ｇ１をオンとし、ＳＭＲ−Ｂ１をオフとして、ＳＭＲ−Ｐをオンする。ＳＭＲ−Ｐと正極母線２６との間には電流制限抵抗３５が接続されているので、電池スタック２２からの電流は、電流制限抵抗３５を介して平滑コンデンサ１６を充電する。電流制限抵抗３５の抵抗値は、ＳＭＲ−Ｇ１を流れる電流が過大にならないように設定される。これによって、ＳＭＲ−Ｇ１の溶着を防止できる。平滑コンデンサ１６に適切な事前充電が行われた後は、ＳＭＲ−Ｐをオフし、ＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｇ２，ＳＭＲ−Ｂ２を定められた順序で順次オンする。これによって、リレーの溶着を防止しながら、電源装置２０が起動される。

なお、電流制限抵抗３５によって制限された一方側の電池スタック２２からの電流は、一般的な電圧均等化処理で用いられる均等化電流と比較すると、例えば、１桁〜数桁程度大きな電流である。

図１では、ＳＭＲ−Ｐは、一方側の電池スタック２２のＳＭＲ−Ｂ１に並列に配置されるものとした。これに代えて、ＳＭＲ−Ｐを一方側の電池スタック２２のＳＭＲ−Ｇ１に並列に配置することもできる。一方側の電池スタック２２は、ＳＭＲ−Ｐが配置される側の電池スタックであるので、図１において、電池スタック２４を一方側の電池スタックと呼ぶ場合には、ＳＭＲ−Ｐは、電池スタック２４のＳＭＲ−Ｂ２に並列に配置される。これに代えて、電池スタック２４のＳＭＲ−Ｇ２に並列に配置してもよい。以下では、図１の配置関係とする。

図１において、電圧検出部４０は、一方側の電池スタック２２の端子間電圧Ｖ１を検出する電圧検出手段である。電流検出部４２は、一方側の電池スタック２２を流れる電流Ｉ１を検出する電流検出手段である。電池温度検出部４４は、一方側の電池スタック２２の電池温度θ１を検出する温度検出手段である。同様に、他方側の電池スタック２４に、端子間電圧Ｖ２を検出する電圧検出部４６、電流Ｉ２を検出する電流検出部４８、電池温度θ２を検出する電池温度検出部５０が設けられる。これらの検出データは、それぞれ適当な信号線で電池制御部６０に伝送される。

起動／停止指令５８は、車両駆動システム１０の動作を全体として制御するシステム制御部から伝送される指令で、電源装置２０を起動する指令、または電源装置２０の動作を停止する指令である。図１ではシステム制御部の図示を省略した。起動／停止指令５８は、適当な信号線で電池制御部６０に伝送される。

電池制御部６０は、電源装置２０の５つのリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｇ１，ＳＭＲ−Ｐ，ＳＭＲ−Ｂ２，ＳＭＲ−Ｇ２の動作を全体として制御する。特に、電源装置２０において一方側の電池スタック２２の端子間電圧Ｖ１と、他方側の電池スタック２４の端子間電圧Ｖ２の間に絶対値としての電圧差ΔＶ＝|Ｖ１−Ｖ２|が生じるときに、ΔＶを小さくする電圧均等化処理を行う。かかる電池制御部６０は、車両搭載に適したコンピュータで構成される。

コンピュータである電池制御部６０の電圧均等化処理の機能は、電池制御部６０がソフトウェアを実行することで実現でき、具体的には、電池制御部６０が、電圧均等化処理プログラムの各処理手順を実行することで実現される。上記機能の一部をハードウェアで実現してもよい。なお、電池制御部６０を独立のコンピュータとして構成することもできるが、図示しないシステム制御部の機能の一部としてもよい。

上記構成の作用効果、特に、電池制御部６０の電圧均等化処理の機能について、図２以下を用いて、詳細に説明する。図２は、電圧均等化処理の手順を示すフローチャートである。各手順は、電圧均等化処理プログラムの各処理手順にそれぞれ対応する。

車両制御プログラムが立ち上がると、初期化の後に、電圧均等化処理プログラムも立ち上がる。車両において、回転電機１２と駆動回路１３を動作させるとき、起動／停止指令５８は、電源装置２０の起動指令を電池制御部６０に伝送する。これを受けて、電池制御部６０は、電源装置２０を動作状態にする（Ｓ１０）。

図３は、動作中の電源装置２０の各リレーのオンオフを示す図である。電源装置２０が動作中のときは、ＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｇ１，ＳＭＲ−Ｂ２，ＳＭＲ−Ｇ２がオンとされる。ＳＭＲ−Ｐは、電源装置２０の起動に先立つプリチャージにおいて平滑コンデンサ１６を充電するときにオンされるが、必要な充電が終了すると、オフ状態となる。図１では、プリチャージが終了した後の動作中の電源装置２０の状態を示すので、ＳＭＲ−Ｐはオフ状態である。

ＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｇ１がオンするので、一方側の電池スタック２２から電流Ｉ１が正極母線２６側に放電する。同様に、ＳＭＲ−Ｂ２，ＳＭＲ−Ｇ２がオンするので、他方側の電池スタック２４から電流Ｉ２が正極母線２６側に放電する。図３において、流れる電流を太線で示し、電流の方向を矢印で示す。したがって、駆動回路１３へは、（Ｉ１＋Ｉ２）の直流放電電流が供給される。これとは逆に、駆動回路１３から直流充電電流が電池スタック２２，２４に供給されるときは、図３の太線の電流の方向が反対方向となり、電池スタック２２，２４が充電される。

なお、図３におけるＶ１，Ｖ２は、電池スタック２２，２４に電流が流れているときの端子間電圧であり、ＣＣＶ（Ｃｌｏｓｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）と呼ばれる。ＣＣＶは、電池スタック２２，２４に電流が流れないときの開放回路電圧ＯＣＶとは異なる。

図２に戻り、車両の回転電機１２と駆動回路１３に電力の供給が不要となるとき、起動／停止指令５８は、停止指令を電池制御部６０に伝送する。これを受けて、電池制御部６０は、電源装置２０の動作を停止させる（Ｓ１２）。図４は、動作停止した電源装置２０の各リレーのオンオフを示す図である。電源装置２０が動作停止すると、全てのリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｇ１，ＳＭＲ−Ｐ，ＳＭＲ−Ｂ２，ＳＭＲ−Ｇ２がオフされる。

このときのＶ１，Ｖ２は、電池スタック２２，２４に電流が流れないときの端子間電圧であり、開放回路電圧ＯＣＶである。開放回路電圧ＯＣＶは、電池スタック２２，２４の充電状態を示すＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈｒａｇｅ）と関連付けることができる。電圧均等化処理は、一方側の電池スタック２２の開放回路電圧ＯＣＶと、他方側の電池スタック２４の開放回路電圧ＯＣＶとの間に電圧差ΔＶがあるときに、その電圧差ΔＶを小さくする処理である。そこで、以下においては、特に断らない限り、電圧すなわち端子間電圧Ｖ１，Ｖ２は、それぞれＳＯＣと関連付けられる開放回路電圧ＯＣＶを指す。

図２に戻り、電源装置２０が動作停止すると、その状態において、一方側の電池スタック２２の端子間電圧Ｖ１と、他方側の電池スタック２４の端子間電圧Ｖ２を取得する（Ｓ１４）。この手順は、電圧検出部４０，４６の検出データを取得することで実行される。Ｖ１，Ｖ２が取得されると、Ｖ１，Ｖ２の間の絶対値としての電圧差ΔＶ＝|Ｖ１−Ｖ２|を算出し、予め定めた第１の所定電圧差ΔＶ_th1以下であるか否かが判定される（Ｓ１６）。第１の所定電圧差は、５つのリレーのオンオフ制御を行うことで電圧均等化処理が可能か否かの観点から設定される。

Ｓ１６の判定が否定されるときは、ΔＶ＞ΔＶ_th1の場合で、電圧差ΔＶが過大すぎて５つのリレーのオンオフ制御によって電圧均等化処理を行うには適さない。この状態のまま、電源装置２０を再起動すると、過大なΔＶのために、一方側の電池スタック２２と他方側の電池スタック２４との間に大きな突入電流が流れる。再起動に先立って行われるプリチャージ処理ではこの電圧差ΔＶは変化しないので、このΔＶに起因する突入電流で、ＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｇ１，ＳＭＲ−Ｂ２，ＳＭＲ−Ｇ２の内の少なくとも１つが溶着する可能性がある。そこで、Ｓ１６の判定が否定されるときは、電源装置２０について、次回の再起動を禁止する（Ｓ１８）。電源装置２０の再起動が禁止されると、駆動回路１３、回転電機１２に電力が供給されないので、予め定めた診断方法によって、対応策が実施される。

Ｓ１６の判定が肯定されると、次にΔＶが予め定めた第２の所定電圧差ΔＶ_th2以上であるか否かが判定される（Ｓ１８）。第２の所定電圧差は、誤差範囲よりも大きな電圧差であって、５つのリレーのオンオフ制御を行うことで電圧均等化処理が可能な比較的小さな電圧差であるか否かの観点から設定される。

Ｓ１８が否定されるときは、ΔＶがごく小さい値であって、電圧均等化処理を行う必要がない場合であるので、電圧検出部４０，４６の電源をオフする（Ｓ２２）。そして、適当な待機時間の経過を待って（Ｓ２４）、再び電圧検出部４０，４６の電源をオンし（Ｓ２６）、Ｓ１４の手順に戻る。

Ｓ１８が肯定されるときは、ΔＶ_th1＞ΔＶ＞ΔＶ_th2であって、ΔＶが予め定めた所定値範囲内にある。この場合にＳ３０以下の電圧均等化処理が進められる。Ｓ３０とＳ３２は、第１の電圧均等化処理の手順である。第１の電圧均等化処理において、各リレーのオンオフ設定が以下のように行われる（Ｓ３０）。すなわち、一方側の電池スタック２２については、ＳＭＲ−Ｂ１はオフのままで、ＳＭＲ−Ｇ１とＳＭＲ−Ｐをオンする。他方側の電池スタック２４については、ＳＭＲ−Ｂ１とＳＭＲ−Ｇ１をオンする。

図５は、第１の電圧均等化処理における電源装置２０の各リレーのオンオフを示す図である。ここでは、Ｖ１＞Ｖ２の例を示す。第１の電圧均等化処理においては、ＳＭＲ−Ｂ１はオフであるが、ＳＭＲ−Ｇ１とＳＭＲ−Ｇ１がオンするので、一方側の電池スタック２２から電流制限抵抗３５を通る電流が正極母線２６側に流れる。一方側の電池スタック２４においては、ＳＭＲ−Ｂ２，ＳＭＲ−Ｇ２がオンであるので、一方側の電池スタック２２から正極母線２６に流れてきた電流は、他方側の電池スタック２４に流れ込む。図５において、流れる電流を太線で示し、電流の方向を矢印で示す。すなわち、高い端子間電圧Ｖ１の状態の一方側の電池スタック２２から、低い端子間電圧Ｖ２の他方側の電池スタック２４に向かって電流が流れ、これにより、電圧差ΔＶ＝|Ｖ１−Ｖ２|を少なくする方向に電圧均等化が行われる。Ｖ１＜Ｖ２のときは、電流の方向が反対方向となる。

第１の電圧均等化処理においてＳＭＲ−Ｐを用いることで、一方側の電池スタック２２の端子間電圧Ｖ１と他方側の電池スタック２４の端子間電圧Ｖ２の間の電圧差ΔＶのために流れる電流Ｉ２を電流制限抵抗３５で抑えることができる。これによって、ＳＭＲ−Ｇ１，ＳＭＲ−Ｂ２，ＳＭＲ−Ｇ２にΔＶによる過大な突入電流が流れることを防止し、リレーの溶着や耐久性低下等を防止できる。

なお、第１の電圧均等化処理においてＳＭＲ−Ｐを用いることは、電源装置２０の起動に先立って行われるプリチャージ処理に似ているが以下の相違点がある。プリチャージ処理の場合は、他方側の電池スタック２４のＳＭＲ−Ｂ２，ＳＭＲ−Ｇ２がオフであるが、第１の電圧均等化処理においては、他方側の電池スタック２４のＳＭＲ−Ｂ２，ＳＭＲ−Ｇ２がオンである。なお、電流制限抵抗３５によって制限された一方側の電池スタック２２からの電流は、一般的な電圧均等化処理で用いられる均等化電流と比較すると、１桁から２桁程度大きな電流である。したがって、一般的な電圧均等化方法に比較して、短時間で電圧均等化を実行することができる。

Ｓ３０において、各リレーのオンオフ設定が行われると、その状態は、予め定めた所定時間の間、維持される（Ｓ３２）。予め定めた所定時間は、リレーの耐久性の観点から、次のようにして定める。まず、電池スタック２２，２４の端子間電圧Ｖ１，Ｖ２と、電池スタック２２，２４の内部抵抗と、電池スタック２２，２４の電池容量とに基づき、電圧差ΔＶ＝|Ｖ１−Ｖ２|がリレーの耐久性の観点から許容できる目標電圧差ΔＶ₀になるまでの時間を求める。そして、求められた時間を所定時間とする。電池スタック２２，２４の内部抵抗は、電池温度θ１，θ２から概算でき、電池スタック２２，２４の電池容量は、予め定まっている値を用いることができる。

所定時間に達したか否かの判定方法の１つは、電流の時間積分値と開放回路電圧ＯＣＶの変化量との関係を予め求めておき、初期の電圧差ΔＶからΔＶ₀に下降するのに要する電流の時間積分値を求める。そして、時々刻々の電流Ｉ２を時間積分し、その実積分値が、求められた電流の時間積分値以上となる時間を所定時間とし、その時間に達すると、次のＳ３４に進む。もう１つの判定方法は、実験又はシミュレーション等で、初期の電圧差ΔＶからΔＶ₀に下降するのに要する時間を予め求めて、これを所定時間とし、その時間に達すると、次のＳ３４に進む。

第１の電圧均等化処理における目標電圧差ΔＶ₀は、リレーの耐久性の観点から定められるが、一例を挙げると、電池スタック２２，２４の各端子間電圧の数％〜１％程度である。例えば、電池スタック２２，２４の各端子間電圧Ｖ１，Ｖ２を約２００Ｖとし、その２％が目標電圧差ΔＶ₀となる場合では、目標電圧差ΔＶ₀は約４Ｖ以下である。

Ｓ３０の状態を所定時間維持すると、電池スタック２２，２４の端子間電圧の差である電圧差ΔＶは、目標電圧差ΔＶ₀まで低減するので、電源装置２０の次の再起動のために、電源装置２０の動作停止状態に戻り、全リレーがオフとされ（Ｓ３４）。電圧均等化処理を終了する（Ｓ３６）。

ここで、第１の電圧均等化処理は、電流制限抵抗３５を経由して電圧差ΔＶの低減が行われるので、電流制限抵抗３５における損失が発生し、エネルギを無駄に捨てていることになって、車両の燃費低下につながる。

図６は、電流制限抵抗３５によるエネルギ損失なしで電圧差ΔＶを低減できる電源装置２０の各リレーのオンオフを示す図である。ここでは、Ｖ１＞Ｖ２の例を示す。この場合、ＳＭＲ−Ｐはオフであるが、ＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｇ１がオンであるので、一方側の電池スタック２２からの電流は電流制限抵抗３５を介さずに正極母線２６側に流れる。一方側の電池スタック２４においては、ＳＭＲ−Ｂ２，ＳＭＲ−Ｇ２がオンであるので、一方側の電池スタック２２から正極母線２６に流れてきた電流は、他方側の電池スタック２４に流れ込む。図６において、流れる電流を太線で示し、電流の方向を矢印で示す。図５と比較すると、流れる電流が電流制限抵抗３５を介さないので、電流制限抵抗３５によるエネルギ損失がない。また、電圧差ΔＶを低減するように流れる電流は、図５の場合に比較して大きい電流となるので、電圧差ΔＶ＝|Ｖ１−Ｖ２|は、図５における低減速度よりも速く、短時間で、電圧差ΔＶを低減できる。以下では、図６のオンオフ状態を用いる電圧均等化方法を、単に、図６を用いる方法と呼ぶ。

しかし、図６を用いる方法においては、電池スタック２２，２４に通電するので、電池スタック２２，２４の自己発熱量が増大する。これにより電池温度θ１，θ２が上昇し、電池スタック２２，２４の早期劣化を生じやすくなる。これを防止するために電池スタック２２，２４について冷却手段を設け、これを駆動させることが考えられるが、ブロワや冷却器等の冷却手段を駆動させると、却って、車両の燃費低下や航続距離低下を招く恐れがある。そこで、図６の各リレーの設定を用いて電圧均等化処理を実行するに当たっては、電池温度θ１，θ２の上昇を考慮することが好ましい。

図７は、電流制限抵抗３５による損失を最小限にしながら、電池温度θ１，θ２の上昇も考慮に入れた第２の電圧均等化処理の手順を示すフローチャートである。第２の電圧均等化処理は、第１の電圧均等化処理におけるＳ３０までの手順を前提として、電圧差ΔＶが目標電圧差ΔＶ₀まで低減した状態から行う。そして、図６を用いる方法によって、電流制限抵抗３５によるエネルギ損失なしで、目標電圧差ΔＶ₀をさらに低減して、例えば、ΔＶを、電池スタック２２，２４の各端子間電圧の１％程度以下とする。

図７において、図２のフローチャートと相違する処理は太枠で囲み、図２のフローチャートと相違する処理の流れは矢印付き太線で示す。Ｓ２０以前の処理は、図２のフローチャートで述べた内容と同じであるので、これらの詳細な説明を省略する。Ｓ２０の判定が肯定されると、図２ではＳ３０の第１の電圧均等化処理に進むが、図７では、Ｓ２０の判定が肯定されると、電池温度θ１，θ２の取得が行われる（Ｓ４０）。そして、Ｓ３０，Ｓ３２の第１の電圧均等化処理を実行し、その後に、再度、電池温度θ１，θ２の取得が行われる（Ｓ４２）。Ｓ４２，Ｓ４４と２回に分けて電池温度θ１，θ２の取得を行うのは、電池温度θ１，θ２を慎重に考慮するためである。電池温度θ１，θ２の取得は、電池温度検出部４４，５０から伝送されてくる検出データを電池制御部６０が取得することで実行される。

次に、電池温度θ１，θ２のいずれか高い方の電池温度が予め定めた所定温度θ_th以下であるか否かが判定される。これを言い換えると、電池温度θ１及び電池温度θ２のいずれもが所定温度θ_th以下であるか否かが判定される（Ｓ４４）。所定温度θ_thは、図６を用いる方法を実行すると上昇する電池温度を予め実験やシミュレーションで見積っておき、その見積られた温度上昇があっても、電池冷却手段を駆動しなくて済む温度である。

Ｓ４４の判定が肯定されると、図６を用いる方法を実行しても電池冷却手段を駆動させることがないので、Ｓ４８に進む。Ｓ４８では、図６で述べた内容に従って、各リレーのオンオフ設定が以下のように行われる。すなわち、第１の電圧均等化処理において、オンであったＳＭＲ−Ｐをオフし、オフであったＳＭＲ−Ｂ１をオンする。すなわち、一方側の電池スタック２２については、ＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｇ１がオンで、ＳＭＲ−Ｐはオフである。他方側の電池スタック２４については、ＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｇ１はオンのままである。

Ｓ４８の実行によって、電圧差ΔＶがさらに低減する。例えば、目標電圧差ΔＶ₀が電池スタック２２，２４の各端子間電圧の１％程度以下となれば、電圧均等化は十分に行われているので、Ｓ３４、Ｓ３６に進む。Ｓ３４、Ｓ３６の内容は、図２で述べたので、詳細な説明を省略する。

Ｓ４４の判定が否定されるときは、その状態で図６を用いる方法を実行すると電池冷却手段を駆動する可能性が高いので、Ｓ３０の状態をそのまま維持し（Ｓ４８）、電池温度θ１，θ２の推移を監視する。監視時間は数ｓから１０ｓ程度である。監視時間が経過すると、電池温度θ１及び電池温度θ２のいずれもが所定温度θ_th以下であるか否かが判定される（Ｓ５０）。Ｓ５０の内容はＳ４４と同じであるので、詳細な説明を省略する。Ｓ５０の判定が肯定されると、Ｓ４６，Ｓ３４，Ｓ３６に進む。Ｓ５０の判定が否定されると、図６を用いる方法が実行できないので、目標電圧差ΔＶ₀をさらに低減せずに、電源装置２０の動作停止状態に戻り、全リレーがオフとされるＳ３４に進む。そして、図７の第２の電圧均等化処理が終了する（Ｓ３６）。

なお、図６を用いる方法における各リレーのオンオフ設定の状態は、図３の電源装置２０が動作中のときの各リレーのオンオフ設定の状態と同じである。異なるのは、電源装置２０が動作中のときのＶ１，Ｖ２はＣＣＶであるので、並列接続された電池スタック２２，２４の各開放回路電圧ＯＣＶではなく、したがって、開放回路電圧ＯＣＶの電圧差ΔＶが現れないことである。電源装置２０が図６を用いる方法によって第２の電圧均等化処理を実行するときは、開放回路電圧ＯＣＶの電圧差ΔＶが現れ、一方側の電池スタック２２と他方側の電池スタック２４との間にΔＶを低減する電流が流れて、電圧均等化が行われる。

本実施の形態における電池スタックの電圧均等化方法は、正極母線２６と正極側リレーに接続される正極、及び、負極母線２８と負極側リレーに接続される負極を有する電池スタック２２，２４を２つ並列接続した電源装置２０に関する。電源装置２０は、さらに、電流制限抵抗３５を直列接続したプリチャージリレー３４を一方側の電池スタックの正極側リレーにのみ並列に接続して構成されて、プリチャージリレー３４以外をすべてオンして起動する。そして、全てのリレーをオフして動作を停止する。電源装置２０における電池スタックの電圧均等化方法は、電源装置２０の動作の停止後において（Ｓ１２）、異なる電池スタック２２，２４間の電圧差ΔＶが均等化処理を許可できる所定値範囲内であるか否かを判定する（Ｓ１６、Ｓ２０）。所定値範囲内の場合には、一方側の電池スタックの正極側リレーをオフのままプリチャージリレー３４と負極側リレーとをオンし、かつ、他方側の電池スタックの正極側リレーと負極側リレーを共にオンする（Ｓ３０）。そして、電池スタック２２，２４の間の電圧差ΔＶが所定の電圧差に低減するまでの所定時間はその状態を維持する（Ｓ３２）。

１０ 車両駆動システム、１２ 回転電機、１３ 駆動回路、１４ インバータ、１６ 平滑コンデンサ、１８ ＤＣ／ＤＣコンバータ、２０ 電源装置、２２，２４ 電池スタック、２６ 正極母線、２８ 負極母線、３０，３６ ＳＭＲ−Ｂ（正極側リレー）、３２，３８ ＳＭＲ−Ｇ（負極側リレー）、３４ ＳＭＲ−Ｐ（プリチャージリレー）、３５ 電流制限抵抗、４０，４６ 電圧検出部、４２，４８ 電流検出部、４４，５０ 電池温度検出部、５８ 起動／停止指令、６０ 電池制御部。

Claims (1)

1. 正極母線と正極側リレーに接続される正極、及び、負極母線と負極側リレーに接続される負極を有する電池スタックを２つ並列接続し、電流制限抵抗を直列接続したプリチャージリレーを一方側の前記電池スタックの前記正極側リレーにのみ並列に接続して構成されて、前記プリチャージリレー以外をすべてオンして起動し、全てのリレーをオフして動作を停止する電源装置における前記電池スタックの電圧均等化方法であって、
   前記電源装置の前記動作の停止後において、異なる前記電池スタック間の電圧差が均等化処理を許可できる所定値範囲内であるか否かを判定し、
   前記所定値範囲内の場合には、前記一方側の電池スタックの前記正極側リレーをオフのまま前記プリチャージリレーと前記負極側リレーとをオンし、かつ、他方側の前記電池スタックの前記正極側リレーと前記負極側リレーを共にオンし、前記電池スタックの間の電圧差が所定の電圧差に低減するまでの所定時間はその状態を維持する、複数の電池スタックの電圧均等化方法。

Images