特許 7447748 電池の制御方法及び制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-04

(45)【発行日】2024-03-12

(54)【発明の名称】電池の制御方法及び制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/02 20160101AFI20240305BHJP

   B60L 58/22 20190101ALI20240305BHJP

   B60L 58/26 20190101ALI20240305BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20240305BHJP

【ＦＩ】

H02J7/02 H

B60L58/22

B60L58/26

H02J7/00 H

H02J7/00 P

H02J7/00 X

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020154845

(22)【出願日】2020-09-15

(65)【公開番号】P2022048813

(43)【公開日】2022-03-28

【審査請求日】2023-02-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大路 潔

(72)【発明者】

【氏名】富岡 沙絵子

(72)【発明者】

【氏名】山本 嵩

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼橋 敏貴

【審査官】下林 義明

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－００５６７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１２３２７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２１６４２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１１３８６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ７／００ － ７／１２

Ｈ０２Ｊ ７／３４ － ７／３６

Ｂ６０Ｌ １／００ － ３／１２

Ｂ６０Ｌ ７／００ － １３／００

Ｂ６０Ｌ １５／００ － ５８／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

並設された複数の充放電可能なセルを直列に接続してなる電池の制御方法であって、
上記複数のセルの相隣るセル間に、通電によってその一方のセルから他方のセルに熱を移動させるペルチェ素子を備えていて、
上記複数のセル各々のＳＯＣ又は電圧を検出するステップと、
上記複数のセル各々の温度を検出するステップと、
上記複数のセルのＳＯＣ又は電圧にばらつきがあり、且つ上記複数のセルのなかに温度が所定の閾値を越える高温セルがあるときに、該高温セルからその隣の温度が相対的に低い低温セルに熱を移動させるべく、上記ＳＯＣ又は電圧が最も高いセルから上記高温セルと上記低温セルの間の上記ペルチェ素子に通電するステップと、
上記ペルチェ素子への通電ステップの後に、上記ＳＯＣ又は電圧が最も高いセルの電荷を当該電池の各セルに再分配するステップとを備えていることを特徴とする電池の制御方法。

【請求項2】

請求項１において、
上記複数のセル各々の温度を検出するステップでは、各セルの温度をセンサによって検出し、その検出温度に、上記電荷の再分配を行なったときの各セルの発熱によって上昇すると見込まれる温度上昇量を加味して各セルの温度を求めることを特徴とする電池の制御方法。

【請求項3】

請求項１又は請求項２において、
上記ＳＯＣ又は電圧が最も高いセルの温度が所定値以下であるときは、該セルから上記ペルチェ素子への通電及び上記電荷の再分配を禁止することを特徴とする電池の制御方法。

【請求項4】

請求項３において、
上記ペルチェ素子への通電及び上記電荷の再分配の禁止は、上記ＳＯＣ又は電圧が最も高いセルの当該ＳＯＣ又は電圧が所定値以下であり、且つ上記ＳＯＣ又は電圧が最も低いセルの当該ＳＯＣ又は電圧が所定値以上であることを条件とすることを特徴とする電池の制御方法。

【請求項5】

請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
上記電池は車両を駆動するモータへの電力の供給に使用され、
上記車両の上記モータを含むパワートレインの作動及びその停止を操作するスイッチがオフであるときとオンであるときのセルの温度に係る上記閾値が相違し、オフであるときの閾値がオンであるときの閾値よりも高いことを特徴とする電池の制御方法。

【請求項6】

請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
上記高温セルの温度に基づいて該セルの冷却要求度が高いか低いかを判定するステップを備え、
上記冷却要求度が高いときは、上記高温セルの両側の低温セル各々と上記高温セルの間の上記ペルチェ素子に通電し、上記冷却要求度が低いときは上記高温セルの両側の低温セルのうちの温度が低い方の低温セルと上記高温セルの間の上記ペルチェ素子に通電することを特徴とする電池の制御方法。

【請求項7】

並設された複数の充放電可能なセルを直列に接続してなる電池の制御装置であって、
上記複数のセルの相隣るセルの間に設けられ、通電によってその一方のセルから他方のセルに熱を移動させるペルチェ素子と、
上記複数のセルのうちのＳＯＣ又は電圧が最も高いセルの電荷を当該電池の各セルに再分配するセルバランシング回路と、
上記複数のセルのうちの上記ＳＯＣ又は電圧が最も高いセルの電荷を上記ペルチェ素子に流して上記熱の移動をさせる熱移動回路と、
上記複数のセル各々のＳＯＣ又は電圧、並びに温度を検出し、上記複数のセルのＳＯＣ又は電圧にばらつきがあり、且つ上記複数のセルのなかに温度が所定の閾値を越える高温セルがあるときに、該高温セルから隣接する温度が相対的に低い低温セルに当該両セル間の上記ペルチェ素子を介して熱が移動するように、上記ＳＯＣ又は電圧が最も高いセルと当該ペルチェ素子を上記熱移動回路に接続して、上記高温セルの温度を低下させる処理を実行した後に、上記電荷の再分配が行なわれるように、上記ＳＯＣ又は電圧が最も高いセルを上記セルバランシング回路に接続するコントローラとを備えていることを特徴とする電池の制御装置。

【請求項8】

請求項７において、
上記複数のセル各々の温度は、センサによって検出した温度に、上記電荷の再分配を行なったときの各セルの発熱によって上昇すると見込まれる温度上昇量を加味して求められることを特徴とする電池の制御装置。

【請求項9】

請求項７又は請求項８において、
上記コントローラは、上記ＳＯＣ又は電圧が最も高いセルの温度が所定値以下であるときは、該セルから上記ペルチェ素子への通電及び上記電荷の再分配を禁止することを特徴とする電池の制御装置。

【請求項10】

請求項９において、
上記ペルチェ素子への通電及び上記電荷の再分配の禁止は、上記ＳＯＣ又は電圧が最も高いセルの当該ＳＯＣ又は電圧が所定値以下であり、且つ上記ＳＯＣ又は電圧が最も低いセルの当該ＳＯＣ又は電圧が所定値以上であることを条件とすることを特徴とする電池の制御装置。

【請求項11】

請求項７乃至請求項１０のいずれか一において、
上記電池は車両を駆動するモータに電力を供給する電池であり、
上記車両の上記モータを含むパワートレインの作動及びその停止を操作するスイッチがオフであるときとオンであるときのセルの温度に係る上記閾値が相違し、オフであるときの閾値がオンであるときの閾値よりも高いことを特徴とする電池の制御装置。

【請求項12】

請求項７乃至請求項１１のいずれか一において、
上記コントローラは、上記高温セルの温度に基づいて該セルの冷却要求度が高いか低いかを判定し、上記冷却要求度が高いときは、上記高温セルの両側の低温セル各々と上記高温セルの間の上記ペルチェ素子に通電し、上記冷却要求度が低いときは上記高温セルの両側の低温セルのうちの温度が低い方の低温セルと上記高温セルの間の上記ペルチェ素子に通電することを特徴とする電池の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は電池の制御方法及び制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電池（二次電池）はその使用状況に応じて放電又は充電されるが、電池の劣化を抑えるべく、過充電、過放電にならないようにする必要がある。そのため、電池のＳＯＣ（満充電容量に対する残容量の割合）を例えば３０％から７０％の範囲に制限することが行なわれている。

【0003】

複数のセルを直列に接続してなる電池にあっては、各セルの充電状態が時間の経過と共に個々に変化して、セル間でばらつきを生ずる。充電容量が小さいセルは、電池が放電するとき先に放電終止電圧に達するため、他のセルに余力があってもその時点で放電を停止して充電サイクルに移行する必要がある。一方、充電容量が大きいセルは、電池を充電するとき先に充電終止電圧に達するため、他のセルに充電の余地があってもその時点で充電を停止する必要がある。

【0004】

特許文献１には、直列接続された複数のセル間の電圧をバランスさせるために、各セルの電圧を検出して高電圧セルと低電圧セルを特定し、高電圧セルから低電圧セルに電荷を移動させることが記載されている。

【0005】

特許文献２には、複数のセルを直列に接続してなる電池を冷却するためのファン又はペルチェ素子を備え、ＳＯＣが高いセルからファン又はペルチェ素子に通電して、電池の冷却及びセルバランスをすることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１３－７０４８６号公報

【文献】特開２０１５－１１９６０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

電池の実効容量を大きくする観点からはセルバランスを適宜実施することが好ましい。しかし、その一方で、電池においては、一部のセルの温度が電池反応に伴う自己発熱によって他のセルよりも上昇していくことがある。その場合、当該セルの劣化が早期に進むことによって電池全体の寿命が短くなってしまう。特許文献２のように、ＳＯＣが高いセルを電池の冷却に利用することは電池寿命を延ばす一つの対策であるが、電池全体を冷却することは効率的でなく、また、大きな電力を必要とする。

【0008】

そこで、本発明は、できるだけ少ない電力でセルの温度上昇に伴う電池の劣化に対策しつつ、セルバランスを実行することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、上記課題を解決するために、ＳＯＣが高いセルの余分な電力を利用して、温度が高くなったセルのみを冷却し、その余分な電力の残りでセルバランスを行なう。

【0010】

ここに開示する電池の制御方法は、並設された複数の充放電可能なセルを直列に接続してなる電池の制御方法であって、
上記複数のセルの相隣るセル間に、通電によってその一方のセルから他方のセルに熱を移動させるペルチェ素子を備えていて、
上記複数のセル各々のＳＯＣ又は電圧を検出するステップと、
上記複数のセル各々の温度を検出するステップと、
上記複数のセルのＳＯＣ又は電圧にばらつきがあり、且つ上記複数のセルのなかに温度が所定の閾値を越える高温セルがあるときに、該高温セルからその隣の温度が相対的に低い低温セルに熱を移動させるべく、上記ＳＯＣ又は電圧が最も高いセルから上記高温セルと上記低温セルの間の上記ペルチェ素子に通電するステップと、
上記ペルチェ素子への通電ステップの後に、上記ＳＯＣ又は電圧が最も高いセルの電荷を当該電池の各セルに再分配するステップとを備えていることを特徴とする。

【0011】

また、ここに開示する電池の制御装置は、並設された複数の充放電可能なセルを直列に接続してなる電池の制御装置であって、
上記複数のセルの相隣るセルの間に設けられ、通電によってその一方のセルから他方のセルに熱を移動させるペルチェ素子と、
上記複数のセルのうちの上記ＳＯＣ又は電圧が最も高いセルの電荷を当該電池の各セルに再分配するセルバランシング回路と、
上記複数のセルのうちの上記ＳＯＣ又は電圧が最も高いセルの電荷を上記ペルチェ素子に流して上記熱の移動をさせる熱移動回路と、
上記複数のセル各々のＳＯＣ又は電圧、並びに温度を検出し、上記複数のセルのＳＯＣ又は電圧にばらつきがあり、且つ上記複数のセルのなかに温度が所定の閾値を越える高温セルがあるときに、該高温セルから隣接する温度が相対的に低い低温セルに当該両セル間の上記ペルチェ素子を介して熱が移動するように、上記ＳＯＣ又は電圧が最も高いセルと当該ペルチェ素子を上記熱移動回路に接続して、上記高温セルの温度を低下させる処理を実行した後に、上記電荷の再分配が行なわれるように、上記ＳＯＣ又は電圧が最も高いセルを上記セルバランシング回路に接続するコントローラとを備えていることを特徴とする。

【0012】

このような制御方法又は制御装置によれば、ＳＯＣ又は電圧が最も高いセルから、閾値を越える高温セルを冷却するペルチェ素子のみに通電するから、当該高温セルを少ない電力で冷却して電池全体の寿命を延ばすことができる。そうして、当該高温セルの冷却処理を実行した後に、当該ＳＯＣ又は電圧が最も高いセルの電荷を各セルに再分配するから、このセルバランスによって電池の実効容量を高めることができる。ここに、上記ペルチェ素子への通電は、パッシブ（放電式）バランシングとなり、上記電荷の再分配はアクティブバランシングとなる。従って、本発明では、この両者によって、セルバランスが行なわれることになる。

【0013】

上記制御方法及び制御装置の一実施形態では、各セルの温度をセンサによって検出し、その検出温度に、上記電荷の再分配を行なったときの各セルの発熱によって上昇すると見込まれる温度上昇量を加味して各セルの温度を求める。

【0014】

これによれば、セルの温度上昇による劣化を確実に抑えるうえで有利になる。

【0015】

上記制御方法及び制御装置の一実施形態では、上記ＳＯＣ又は電圧が最も高いセルの温度が所定値以下であるときは、該セルから上記ペルチェ素子への通電及び上記電荷の再分配を禁止する。

【0016】

セルの温度が低いときはその内部抵抗が大きくなるため、ペルチェ素子への通電及び電荷の再分配のための電力消費量が増大する。エネルギー効率の悪化を避けるべく、ペルチェ素子への通電及び電荷の再分配を禁止する趣旨である。

【0017】

上記制御方法及び制御装置の一実施形態では、上記ペルチェ素子への通電及び上記電荷の再分配の禁止は、上記ＳＯＣ又は電圧が最も高いセルの当該ＳＯＣ又は電圧が所定値以下であり、且つ上記ＳＯＣ又は電圧が最も低いセルの当該ＳＯＣ又は電圧が所定値以上であることを条件とする。

【0018】

すなわち、ＳＯＣ又は電圧が過度に高いセルがあるとき、又はＳＯＣ又は電圧が過度に高いセルがあるときは、上記セルの温度に基づくペルチェ素子への通電及び電荷の再分配の禁止をしない。

【0019】

ＳＯＣ又は電圧が過度に高いセルがあるときは、外部エネルギーを当該電池に電力として蓄えようとしても、当該セルのためにすぐに容量オーバーとなって、蓄積できないエネルギーが無駄になる。例えば、当該電池が車両を駆動するモータへの電力の供給に使用される場合、その車両の走行状態の変化に伴ってそのモータを発電機として用いる回生運転にしたとき、すぐに容量オーバーとなって回生運転をすることができなくなる。この場合、回生運転をすることができないことによるエネルギー損失と、セル温度が低い状態（内部抵抗が大きい状態）での電力移動によるエネルギー損失を比べると、前者の方が損失が大きいのが通常である。

【0020】

そこで、ＳＯＣ又は電圧が過度に高いセルがあるときは、そのセルの温度の如何に拘わらず、充電枠の確保を優先するべくペルチェ素子への通電及び電荷の再分配を実行することができるようにする。

【0021】

また、ＳＯＣ又は電圧が過度に低いセルがあるときは、他のセルに放電の余力があっても、電池からの放電することができなくなる。そこで、上記電荷の再分配を可能にすることで、放電余力がある他のセルを利用して電池の放電状態を可能な限り維持できるようにする。

【0022】

上記制御方法及び制御装置の一実施形態では、上記電池は車両を駆動するモータへの電力の供給に使用され、
上記車両の上記モータを含むパワートレインの作動及びその停止を操作するスイッチがオフであるときとオンであるときの上記セルの温度に係る上記閾値が相違し、オフであるときの閾値がオンであるときの閾値よりも高い。

【0023】

車両走行中は、電池が高負荷で使われてセルが高温になる（劣化が進む）可能性がある。そこで、これを避けるべく、上記スイッチのオン時にはペルチェ素子による冷却のための上記閾値を低くするものである。一方、車両を走行させないときは、セルの温度が高くなる可能性は低く、かえって自然放冷によって温度が低下することが見込まれる。そこで、上記閾値を高くすることで、電力移動（ペルチェ素子への通電）をできるだけ避けて、電力消費を抑えるものである。

【0024】

上記制御方法及び制御装置の一実施形態では、上記高温セルの温度に基づいて該セルの冷却要求度が高いか低いかを判定し、
上記冷却要求度が高いときは、上記高温セルの両側の低温セル各々と上記高温セルの間の上記ペルチェ素子に通電し、上記冷却要求度が低いときは上記高温セルの両側の低温セルのうちの温度が低い方の低温セルと上記高温セルの間の上記ペルチェ素子に通電する。

【0025】

ペルチェ素子による熱移動は、セル間の温度差が大きいほど効率が良くなるが、セルの急冷を要するときは、効率よりも、セルの速やかな冷却を優先する趣旨である。

【発明の効果】

【0026】

本発明によれば、ＳＯＣ又は電圧が最も高いセルの電力を用いて、高温になったセルを特定してセル間のペルチェ素子による冷却を行ない、そのＳＯＣ又は電圧が最も高いセルの電荷を各セルに再分配するから、最小の電力でセルの冷却を行ないつつ、セルバランスを効率良く進めることができる、すなわち、電池の劣化防止及び電池の実効容量を向上を効率良く行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】電池を搭載する車両の要部の構成図。

【図2】電池のファンによる冷却構造を示す概略平面図。

【図3】電池モジュールの一部を示す正面図。

【図4】セルバランシング・熱移動の回路図。

【図5】セルバランシング・熱移動に制御系を示す図。

【図6】セルバランシング・熱移動の制御フロー図。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

【0029】

＜電池を搭載する車両＞
図１に例示の車両１はいわゆるハイブリッド車である。車両１には、エンジン２、電動発電機３、電池４、ＰＣＭ５などが搭載されている。電動発電機３は、インバータ２０、モータ３０などで構成されている。エンジン２は、燃料を燃焼することによって車両１の動力を発生させる周知の内燃機関である。エンジン２のクランクシャフト２ａは、クラッチ６を介してモータ３０の回転軸３０ａに連結されている。モータ３０の回転軸３０ａは、トランスミッション７及びデファレンシャルギア８を介して、車両１の駆動輪１ａに接続されている。エンジン２、電動発電機３、クラッチ６、トランスミッション７及びデファレンシャルギア８が車両１のパワートレインを構成している。

【0030】

クラッチ６を連結した状態で、エンジン２を作動させると、車両１をエンジン２によって駆動する（走行させる）ことができる。クラッチ６を切り離した状態で、モータ３０を作動させると、車両１をモータ３０によって駆動することができる。クラッチ６を連結した状態で、エンジン２及びモータ３０を作動させると、車両１をエンジン２とモータ３０の双方で駆動することができる。

【0031】

車両１の制動時に、クラッチ６を切り離した状態にすることで、駆動輪１ａの回転力でモータ３０を回転させることができる。それにより、モータ３０を発電機として機能させ、運動エネルギーを電気エネルギーとして電池４に回収することもできる。この車両１はパラレル式ハイブリッド車である。

【0032】

電池４は充放電が可能な二次電池である。電池４はインバータ２０を介してモータ３０と電気的に接続（以下、単に接続ともいう）されている。インバータ２０は直流電力を交流電力に変換して出力する。インバータ２０はモータ３０の作動を制御する。

【0033】

ＰＣＭ５は、パワートレイン制御モジュールであり、エンジン２、インバータ２０などと接続されている。ＰＣＭ５には、パワートレインの制御のために、エンジン２やモータ３０の運転状態を検出する各種のセンサが接続されている。

【0034】

＜電池全体の冷却装置＞
図２に示すように、電池４は、電池モジュール５１乃至５９と、該各電池モジュール５１乃至５９を内部に収容するとともに、車両１の図示しないフロアパネルの車両前後方向略中央部に固定された電池ケース６０とを有している。

【0035】

電池モジュール５１乃至５９各々には、各々の温度を検出するためのモジュール温度センサ６１及びそれぞれの電圧を検出するためのモジュール電圧センサ６２が付設されている。電池モジュール５１乃至５９は直列に接続されており、一つの電池モジュール５７に、各電池モジュール５１乃至５９に流れる電流値を検出するためのモジュール電流センサ６３が付設されている。

【0036】

電池ケース６０は、内部に収容空間６０ａを有する直方体状に形成されていて、その長手方向を車幅方向に一致させ且つ高さ方向を上下方向に一致させた状態で配設されている。

【0037】

電池モジュール５１乃至５９は、車両前後方向に並ぶ３つの電池モジュール５１乃至５３からなる第１モジュール列９０、同様に並ぶ３つの電池モジュール５４乃至５６からなる第２モジュール列９１、並びに同様に並ぶ３つの電池モジュール５７乃至５９からなる第３モジュール列９２の３列になっている。この３列は車幅方向に並んでいる。

【0038】

電池ケース６０の車両前側面６０ｂには、後述の冷却ファン６５の駆動により該電池ケース６０内に空気を導入する３つの空気取込口７０乃至７２が形成されている。電池ケース６０の車両後側面６０ｃには、空気取込口７０乃至７２から該ケース６０内に取り込まれた空気を排出する３つの空気排出口７３乃至７５が形成されている。

【0039】

空気取込口７０乃至７２各々はモジュール列９０乃至９２各々と前後に相対するように配設されている。同様に、空気排出口７３乃至７５各々もモジュール列９０乃至９２各々と前後に相対するように配設されている。

【0040】

空気取込口７０乃至７２各々には、上下にスライドして該取込口７０乃至７２を開閉するシャッター８０乃至８２が設けられている。空気排出口７３乃至７５各々には、上下にスライドして該排出口７３乃至７５を開閉するシャッター８３乃至８５が設けられている。シャッター８０乃至８５は、モータによって駆動されるものであり、電池ケース６０に収容された電池コントローラ６４により作動が制御される。

【0041】

電池ケース６０の車両前側面６０ｂには、空気取込口７０乃至７２に空気を導くための空気導入ダクト７６が接続されている。電池ケース６０の車両後側面６０ｃには上記３つの空気排出口７３乃至７５から排出された空気を車両後方へ導く空気排出ダクト７７が接続されている。空気排出ダクト７７には、電池ケース６０内に空気を導くための冷却ファン６５が設けられている。冷却ファン６５は電池コントローラ６４によって作動が制御される。

【0042】

＜電池モジュールの構造＞
図３に示すように、電池モジュール５１乃至５９各々は、複数の充放電可能な角型セル１１とペルチェ素子１２をモジュールケース１０に収容してなる。複数のセル１１は、面積が最も広い前面と後面が相対するように並設されていて、直列に接続されている。ペルチェ素子１２は、相対するセラミック板の間に複数のｎ型半導体、複数の金属及び複数のＰ型半導体を組み合わせて介装したものである。

【0043】

ペルチェ素子１２は、相隣るセル１１の間に介装され、片側のセラミック板が一方のセル１１の前面に、反対側のセラミック板が他方のセル１１の後面にそれぞれ接している。ペルチェ素子１２は、一方向への通電によって、片側のセラミック板が吸熱面に、反対側のセラミック板が放熱面となり、他方向への通電によって、片側のセラミック板が放熱面に、反対側のセラミック板が吸熱面となる。

【0044】

＜セルアクティブバランシング・冷却回路＞
電池コントローラ６４は、図４に示すバランシング・熱移動回路４０によって電池モジュール５１乃至５９各々のセル１１のバランシング及びペルチェ素子１２によるセル１１の冷却を行なう。端的に言えば、セルバランシング回路の電力取出回路を利用して、高ＳＯＣセルの余剰エネルギーをペルチェ素子１２によるセル１１の冷却に用いるものである。回路４０は、電池モジュール５１乃至５９各々（以下では、総称して「電池モジュールＭ」という。）に設けられている。

【0045】

本例の回路４０は、トランス方式のセルバランシング回路４１に熱移動回路４２を追加してなる。セルバランシング回路４１は、１つのトランス４３と、トランス４３の１次コイル４３ａの一端に設けた１次コイルスイッチＳＷ１と、トランス４３の２次コイル４３ｂの一端に設けた２次コイルスイッチＳＷ２と、１次コイル切換回路４４を備えている。スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチであって、電池コントローラ６４からの信号によってオンオフ動作が制御される。

【0046】

トランス４３の１次コイル４３ａは、電池モジュールＭの選択された一つのセル（高ＳＯＣセル）１１の正極と負極に接続される。１次コイル４３ａに対するセル１１の択一的接続は１次コイル切換回路４４によって行なう。すなわち、１次コイル切換回路４４は、１次コイルスイッチＳＷ１を介して１次コイル４３ａを接続するセル１１を択一的に切り換える回路であり、電池コントローラ６４からの信号によって動作が制御される。トランス４３の２次コイル４３ｂは、２次コイルスイッチＳＷ２及び切換スイッチＳＷ３を介して電池モジュールＭの正極と負極に接続されている。

【0047】

切換スイッチＳＷ３は、トランス４３の２次コイル４３ｂの接続をセルバランシング回路４１と熱移動回路４２との間で択一的に切り換えるスイッチである。

【0048】

熱移動回路４２は、トランス４３の２次コイル４３ｂから通電するペルチェ素子１２を択一的に切り換える２次コイル切換回路４５と、２次コイル４３ｂからペルチェ素子１２への通電方向を切り換える通電方向切換回路４６を備えている。２次コイル切換回路４５は、２次コイルスイッチＳＷ２を介して２次コイル４３ｂを接続するペルチェ素子１２を択一的に切り換える回路であり、電池コントローラ６４からの信号によって動作が制御される。通電方向切換回路４６は、通電方向を切り換えるための２つの連動スイッチＳＷ４，ＳＷ５を備えたものであり、各ペルチェ素子１２に設けられている。連動スイッチＳＷ４，ＳＷ５はコントローラ６４からの信号によって動作が制御される。

【0049】

熱移動回路４２は、トランス４３の１次コイル４３ａを電池モジュールＭのセル（高ＳＯＣセル）１１に１次コイル切換回路４４によって択一的に接続する回路と、トランス４３の２次コイル４３ｂをセル間のペルチェ素子１２に２次コイル切換回路４５によって択一的に接続する回路によって構成されているということができる。

【0050】

上記バランシング・熱移動回路４０において、トランス４３の１次コイル４３ａを特定のセル（高ＳＯＣセル）１１に接続し、その２次コイル４３ｂを切換スイッチＳＷ３によって鎖線で示すようにセルバランシング回路４１に接続すると、セルバランシングを行なうことができる。すなわち、次のとおりである。

【0051】

１次コイルスイッチＳＷ１と２次コイルスイッチＳＷ２を交互にオンにする。１次コイルスイッチＳＷ１がオン（２次コイルスイッチＳＷ２はオフ）のときには、特定のセル１１からトランス４３の１次コイル４３ａに電流Ａ１が流れて、トランス４３のコアが磁化される。２次コイルスイッチＳＷ２がオン（１次コイルスイッチＳＷ１はオフ）になると、磁化したトランス４３のコアによって２次コイル４３ｂに誘導電流を生じ、その誘導電流が矢符Ａ２のように電池モジュールＭに流れる。

【0052】

これにより、特定のセル１１から電池モジュールＭの全てのセル１１に対して電荷が再分配される。スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２を交互にオンにする時間をコントロールすることにより、セル１１のアクティブバランシングが達成される。

【0053】

次にトランス４３の２次コイル４３ｂを切換スイッチＳＷ３によって実線で示すように熱移動回路４２に接続すると、隣り合うセル１１間でペルチェ素子１２を介して熱移動を行なうことができる。すなわち、次のとおりである。通電方向切換回路４６の連動スイッチＳＷ４，ＳＷ５が図４に実線で示す状態にあるときは、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２の交互オンにより、トランス４３の２次コイル４３ｂで生ずる誘導電流が矢符Ａ３のようにペルチェ素子１２に流れる。これにより、当該ペルチェ素子１２を挟んで隣り合う一方のセル１１から他方のセル１１に熱が移動する。この場合、一方のセル１１が冷却され、他方のセル１１が加熱される。

【0054】

通電方向切換回路４６の連動スイッチＳＷ４，ＳＷ５を図４に鎖線で示すように切り換えると、トランス４３の２次コイル４３ｂで生ずる誘導電流が矢符Ａ４のようにペルチェ素子１２に対して逆方向に流れる。これにより、当該ペルチェ素子１２を挟んで隣り合う他方のセル１１から一方のセル１１に熱が移動する。すなわち、一方のセル１１が加熱され、他方のセル１１が冷却される。

【0055】

＜電池コントローラによる電池のセルバランス・セル冷却制御＞
図５に示すように、電池コントローラ６４によるセルバランシング及びセル冷却の制御のために、セル電圧検出回路４７、セル温度検出回路４８、運転スイッチ４９、電池モジュールＭの内部抵抗検出手段が電池コントローラ６４に接続されている。

【0056】

セル電圧検出回路４７は、直列接続された複数のセル１１各々のノードと複数の電圧線で接続され、隣接する２本の電圧線間の電圧を検出することにより、各セル１１の電圧を検出する。

【0057】

セル温度検出回路４８は、各セル１１に設けたＮＴＣサーミスタ等の温度検出素子（温度センサ）の抵抗変化によって各セル１１の温度を検出する。

【0058】

運転スイッチ４９は、車両１のパワートレインの作動及びその停止を操作するスイッチである。また、電池コントローラ６４には、不図示の電流検出回路により検出された電池モジュールＭに流れる電流値が入力される。

【0059】

電池コントローラ６４は、マイクロコンピュータ及びメモリ（例えば、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ）を備える。メモリには、ＳＯＣ－ＯＣＶ（開路電圧）マップが含まれる。

【0060】

各セル１１の電圧、電流、温度に基づいて各セル１１のＳＯＣを推定する。ＳＯＣは、例えば、ＯＣＶ法又は電流積算法により推定できる。ＯＣＶ法は、検出されたセルのＯＣＶと、ＳＯＣ－ＯＣＶカーブの特性データをもとにＳＯＣを推定する方法である。電流積算法は、検出されたセル１１の充放電開始時のＯＣＶと、検出された電流の積算値をもとにＳＯＣを推定する方法である。

【0061】

電池コントローラ６４は、電池モジュールＭの各セル１１のＳＯＣ、各セル１１の温度、並びに電池モジュールＭの内部抵抗に基いてセルバランス処理、熱移動処理、並び冷却ファンの作動処理を実行する。

【0062】

セルバランス処理は、セル間でＳＯＣに所定値α（例えば、３％）を越えるばらつきがあるときに実行される。すなわち、ＳＯＣが最も高い高ＳＯＣセル１１とＳＯＣが最も低い低ＳＯＣセル１１のＳＯＣの差ΔＳＯＣが所定値α越えるときに、セルバランシング回路４１によるセルバランス処理が実行される。

【0063】

熱移動処理は、セル間のＳＯＣに上記ばらつきがあり、且つ次に述べる予測温度が所定値Ｔcを越えるセル１１（冷却を必要とするセル）があるときに、後述の電池モジュールＭの予測温度が所定値Ｔb以下であるという条件下で、セルバランス処理に先んじて、熱移動回路４２によって実行される。

【0064】

「予測温度」は、セル温度検出回路４８によるセル１１の検出温度（実測値）に、セルバランスを実行したときのセル１１の発熱よって上昇すると見込まれる温度上昇量を加味した温度である。なお、セル１１の検出温度を熱移動等の冷却処理を実行するか否かの判定に用いるようにしてもよい。

【0065】

上記所定値Ｔcは、車両の運転スイッチ４９がオンかオフかで相違し、「オン時の所定値Ｔcd＜オフ時の所定値Ｔcs」である。Ｔcdは例えば４５℃、Ｔcsは例えば５５℃とすることができる。

【0066】

熱移動処理は、セル１１の急冷を要するか否かで、その熱移動の態様が変わる。すなわち、セル１１の急冷を要するときは、当該セル１１の両側のセル１１に熱が移動するように、当該セル１１の両側に配置されたペルチェ素子１２に通電される。一方、セル１１の急冷を要しないときは、当該セル１１の両側のセル１１のうち温度が低い方のセル１１に熱が移動するように、温度が低いセル１１が存する片側のペルチェ素子１２に通電される。ペルチェ素子１２への通電は、当該セル１１の予測温度が所定値Ｔｃ以下に低下するに必要な時間実施される。その時間は、当該セル１１の予測温度と所定値Ｔｃの温度差と、予め実験的に求められたペルチェ素子１２への通電時間とセル温度降下量の関係を表すデータに基づいて算出される。

【0067】

セル１１の急冷を要するか否かはセル１１の予測温度に基いて決定される。すなわち、運転スイッチ４９がオンであるときは、セル１１の予測温度が、所定値Ｔcd（例えば４５℃）よりも高い温度（例えば、５０℃）を越えるときに、急冷要とされる。運転スイッチ４９がオフであるときは、セル１１の予測温度が、所定値Ｔcs（例えば５５℃）よりも高い温度（例えば、６０℃）を越えるときに、急冷要とされる。

【0068】

熱移動処理が必要時間実行された後、熱移動処理からセルバランス処理に移行する。

【0069】

冷却ファン６５は、電池モジュールＭの内部抵抗が所定値以上であるときに作動される。すなわち、電池モジュール５１乃至５９のうちに内部抵抗が大きいモジュールが検出されると、当該モジュールの劣化を遅らせるべく、そのモジュールが存するモジュール列の空気取込口及び空気排出口のシャッターが開動されるとともに、冷却ファン６５が作動される。

【0070】

また、冷却ファン６５は、電池モジュールＭの予測温度が所定値Ｔbを越えるときに作動される。この所定値Ｔbは、車両の運転スイッチ４９がオンかオフかで相違し、「オン時の所定値Ｔbd＜オフ時の所定値Ｔbs」である。Ｔbdは例えば４５℃、Ｔbsは例えば５５℃とすることができる。

【0071】

電池モジュールＭの予測温度は、特定のセル１１の予測温度に基づいて推定される。例えば電池モジュールＭの端に位置するセル１１は中央側に位置するセル１１よりも温度が低くなることが見込まれる。そこで、端に位置するセル１１の予測温度が所定値Ｔbを越えるとき、電池モジュールＭの予測温度が所定値Ｔbを越えると推定する。或いは、複数のセル１１の予測温度が所定値Ｔbを越えるとき、電池モジュールＭの予測温度が所定値Ｔbを越えると推定する。

【0072】

この場合、電池モジュールＭの予測温度が所定値Ｔbを越えるときは、そのモジュールが存するモジュール列の空気取込口及び空気排出口のシャッターが開動されるとともに、冷却ファン６５が作動される。電池モジュールＭの内部抵抗に基いて既に当該モジュール列の空気取込口及び空気排出口のシャッターが開動し冷却ファン６５が作動しているときは、冷却ファン６５は風量が増大するように制御される。他のモジュール列の空気取込口及び空気排出口のシャッターが開動しているときは、当該モジュール列の空気取込口及び空気排出口のシャッターが開動して、冷却ファン６５は風量が増大するように制御される。

【0073】

セルバランス処理及び熱移動処理は、高ＳＯＣセル１１の検出温度が所定値ＴＬ（例えば１０℃）以下であるときは、禁止される。但し、高ＳＯＣセル１１のＳＯＣ（高ＳＯＣ）が所定値ＳＨ（例えば７０％）を越えて高いとき、又は低ＳＯＣセル１１のＳＯＣ（低ＳＯＣ）が所定値ＳＬ未満であるときは、高ＳＯＣセル１１の温度如何に拘わらず、当該禁止は行われない。

【0074】

＜電池コントローラによる制御フロー＞
当該制御フローを図６に示す。スタート後のステップＳ１において、各セル１１の電圧、電流、温度に基づいて各セル１１のＳＯＣが把握され、ステップＳ２において、各セル１１の温度が把握される。続くステップＳ３において、高ＳＯＣセル１１と低ＳＯＣセル１１のＳＯＣ差ΔＳＯＣが所定値α越えるか否かが判別される。

【0075】

ΔＳＯＣが所定値α越えるときはステップＳ４に進んで、高ＳＯＣセル１１のＳＯＣである高ＳＯＣが所定値ＳＨを越えるか否か、又は低ＳＯＣセル１１のＳＯＣである低ＳＯＣが所定値ＳＬ未満であるか否かが判別される。高ＳＯＣが所定値ＳＨ以下であり且つ低ＳＯＣが所定値ＳＬ以上であるときは、ステップＳ５に進んで高ＳＯＣセルの検出温度が所定値ＴＬを越えるか否かが判別される。高ＳＯＣセルの検出温度が所定値ＴＬを越えるときは、ステップＳ６（セル温度予測ステップ）に進む。

【0076】

また、ステップＳ４において、高ＳＯＣが所定値ＳＨを越えるとき、又は低ＳＯＣが所定値ＳＬ未満であるときは、ステップＳ５のセル温度の確認をすることなく、ステップＳ６（セル温度予測ステップ）に進む。

【0077】

ステップＳ６のセル温度予測は、先に述べたようにセルバランスを実行したときの各セル１１の温度の予測である。この予測温度に基づいて、冷却ファン６５を作動させるか否か、並びにセルバランス前にペルチェ素子１２によるセル１１の冷却を行なうか否かが決められる。

【0078】

ステップＳ５において、高ＳＯＣセルの検出温度が所定値ＴＬ以下であるとき、ステップＳ６（セル温度予測ステップ）に進まずにリターンする。これは、セル温度が低いときはその内部抵抗が大きいため、ペルチェ素子１２への通電及び電荷の再分配（セルバランス）のための電力消費量が大きくなるためである。エネルギー効率の悪化を避けるべく、ペルチェ素子１２への通電及び電荷の再分配を禁止する趣旨である。

【0079】

一方、高ＳＯＣが所定値ＳＨを越えるとき、又は低ＳＯＣが所定値ＳＬ未満であるときに、セル温度を確認することなく、セル温度予測ステップに進むのは（ステップＳ４－Ｓ６）、セルバランス実行の要求が高いためである。

【0080】

具体的には、ＳＯＣが過度に高いセル１１があるときは、車両１の走行状態の変化に伴ってモータ３０を発電機として用いる回生運転にしたとき、すぐに容量オーバーとなって回生運転をすることができなくなる。そこで、セル１１のＳＯＣが過度に高いときは、そのセル温度の如何に拘わらず、充電枠の確保を優先するべくペルチェ素子への通電及び電荷の再分配を実行することができるようにする。

【0081】

また、ＳＯＣが過度に低いセル１１があるときは、他のセル１１に放電の余力があっても、放電をすることができなくなる。そこで、上記電荷の再分配を可能にすることで、放電余力がある他のセル１１を利用して電池の放電状態を可能な限り維持できるようにする。

【0082】

セル温度予測ステップに続くステップＳ７では、車両１の運転スイッチ４９がオンか否かが判別される。運転スイッチ４９がオンであるときは、ステップＳ８に進んで、電池モジュールＭの予測温度が所定値Ｔbd（４５℃）を越えるか否かが判別される。電池モジュールＭの予測温度が所定値Ｔbd以下であるときは、ステップＳ９に進んで、予測温度が所定値Ｔcd（４５℃）を越える高温セル１１の有無が判別される。

【0083】

高温セル１１があるときは、ステップＳ１０に進んで、高温セル１１の急冷の要否が判別される。急冷を要するときは、ステップＳ１１に進んで、高温セル１１からその両側の相対的に温度が低い低温セル１１に熱が移動するように、高ＳＯＣセル１１から当該セル１１の両側に配置されたペルチェ素子１２に通電する処理が実行される。

【0084】

すなわち、図４に示すバランシング・熱移動回路４０において、トランス４３の１次コイル４３ａが１次コイル切換回路４４によって高ＳＯＣセル１１に接続され、トランス４３の２次コイル４３ｂが切換スイッチＳＷ３によって熱移動回路４２に接続され、１次コイルスイッチＳＷ１，ＳＷ２のオン・オフ制御が実行される。これにより、図５に示すように、高ＳＯＣセル１１から余剰電力によりバランシング・熱移動回路４０のトランス４３を介して高温セル１１の両側のペルチェ素子１２に通電される。この通電は、当該セル１１の予測温度が所定値Ｔcd以下に低下するに必要な時間実施される。

【0085】

ペルチェ素子１２への通電が必要時間行なわれた後、ステップＳ１１からステップＳ１２に進んで、セルバランス処理が実行される。すなわち、図４に示すバランシング・熱移動回路４０において、トランス４３の１次コイル４３ａが１次コイル切換回路４４によって高ＳＯＣセル１１に接続された状態で、トランス４３の２次コイル４３ｂが切換スイッチＳＷ３によってセルバランシング回路４１に接続され、１次コイルスイッチＳＷ１，ＳＷ２のオン・オフ制御が実行される。これにより、図５に示すように、先の高ＳＯＣセル１１から他の低ＳＯＣセル１１に対して残りの余剰電力がバランシング・熱移動回路４０のトランス４３を介して当該電池モジュールＭの各セル１１に再分配される。

【0086】

一方、当該セル１１が急冷を要しないときは、ステップＳ１０からステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、当該セル１１の両側のセル１１のうち温度が低い方のセル１１に熱が移動するように、高ＳＯＣセル１１から余剰電力によりトランス４３を介してその温度が低いセル１１が存する片側のペルチェ素子１２に通電する処理が実行される。この通電は、当該セル１１の予測温度が所定値Ｔcd以下に低下するに必要な時間実施される。しかる後、ステップＳ１２に進んで、上記高ＳＯＣセル１１から残りの余剰電力をバランシング・熱移動回路４０のトランス４３を介して当該電池モジュールＭの各セル１１に再分配するセルバランス処理が実行される。

【0087】

ステップＳ７において、車両１の運転スイッチ４９のオフが判別されたときは、ステップＳ１４に進んで、電池モジュールＭの予測温度が所定値Ｔbs（５５℃）を越えるか否かが判別される。電池モジュールＭの予測温度が所定値Ｔbs以下であるときは、ステップＳ１５に進んで、予測温度が所定値Ｔcs（５５℃）を越える高温セル１１の有無が判別される。

【0088】

高温セル１１があるときは、先に説明した車両１の運転スイッチ４９がオンの場合と同様に、高温セル１１の急冷の要否が判別され、急冷を要するときは、高温セル１１からその両側の低温セル１１に熱が移動するように、急冷を要しないときは高ＳＯＣセル１１からその片側の低温セル１１に熱が移動するように、ペルチェ素子１２への通電処理が実行され、しかる後、セルバランス処理が実行される（ステップＳ１０～Ｓ１３）。

【0089】

ステップＳ９及びＳ１５の各々において、予測温度が所定値Ｔcd（又はＴcs）を越える高温セル１１がないと判別されたときは、ペルチェ素子１２による熱移動処理が実行されることなく、ステップＳ１２に進んで、セルバランス処理が実行される。

【0090】

ステップＳ８及びＳ１４の各々において、電池モジュールＭの予測温度が所定値bd（又はＴbs）を越えると判別されたときは、ステップＳ１６に進んで、当該電池モジュールＭが冷却されるように、冷却ファン６５がオン（ファン作動及びシャッターの開動）とされ、又は冷却ファン６５が既に作動しているときは、その風量の増大が実行される。

【0091】

以上のように、上記制御によれば、高ＳＯＣセル１１から、閾値を越える高温セル１１を冷却するペルチェ素子１２のみに通電するから、当該高温セル１１を少ない電力で冷却して電池寿命を延ばすことができる。そうして、高温セルの冷却処理を実行した後に、当該高ＳＯＣセルの電荷を各セルに再分配するから、このセルバランスによって電池の実効容量を高めることができる。ここに、上記ペルチェ素子への通電は、パッシブバランシングとなり、上記電荷の再分配はアクティブバランシングとなる。すなわち、この両者によって、セルバランスが行なわれることになる。

【0092】

また、上記制御によれば、車両１の運転スイッチ４９がオンかオフかでペルチェ素子１２によるセル１１の冷却を行なう温度閾値が相違し、オンであるときはオフであるときよりも閾値が低い。つまり、車両走行中は、セル１１の温度上昇がみられるとき、早めにその冷却処理が実行される。従って、車両の加速運転等によって電池の負荷が高くなったときに、セル１１が過度の温度上昇によって劣化することを未然に防ぐことができる。一方、車両１を走行させないときは、上記温度閾値が高いから、セル１１の冷却のための電力消費が抑えられる。

【0093】

また、上記制御によれば、セル１１の冷却要求度が高いときは、当該高温セル１１からその両側のセル１１への熱移動を実行するから、セル１１の急冷が可能になる。上記冷却要求度が低いときは、当該高温セル１１の両側の低温セル１１のうちの温度が低い方の低温セル１１に熱を移動させるから、すなわち、温度差が大きいセル間でペルチェ素子１２による熱移動を実行するから、冷却効率が高くなる。

【0094】

＜その他＞
上記実施形態では、熱移動及びセルバランスにおける電力（電荷）供給源となるセル１１をＳＯＣに基づいて特定するようにしたが、セル電圧に基づいて特定（電圧が最も高いセルが電力供給源となるように）してもよい。

【0095】

上記実施形態では、電力供給源となるセル１１からトランス４３を用いて電力移動を行なうようにしたが、キャパシタを用いて電力移動を行なうようにしてもよい。

【0096】

上記実施形態では、高ＳＯＣセル１１の温度が所定値以下であるときに、ペルチェ素子１２によるセル１１の冷却及びセルバランスを禁止するようにしが、低ＳＯＣセル１１の温度が低いときにもセルバランスを禁止（ペルチェ素子１２によるセル１１の冷却は実行）するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0097】

１ 車両
２ エンジン
４ 電池
１１ セル
１２ ペルチェ素子
３０ モータ
４０ バランシング・熱移動回路
４１ セルバランシング回路
４２ 熱移動回路
６４ コントローラ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】