特許 7501261 電池システム

(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】2024-06-10

(45)【発行日】2024-06-18

(54)【発明の名称】電池システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/02 20160101AFI20240611BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20240611BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20240611BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20240611BHJP

【ＦＩ】

H02J7/02 J

H02J7/02 H

H02J7/02 G

H02J7/00 P

H02J7/00 S

H01M10/44 P

H01M10/48 P

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020153497

(22)【出願日】2020-09-14

(65)【公開番号】P2022047615

(43)【公開日】2022-03-25

【審査請求日】2022-12-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】110004185

【氏名又は名称】インフォート弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(74)【代理人】

【識別番号】100138391

【弁理士】

【氏名又は名称】天田 昌行

(74)【代理人】

【識別番号】100074099

【弁理士】

【氏名又は名称】大菅 義之

(72)【発明者】

【氏名】前 伸一

(72)【発明者】

【氏名】家岡 昇一

(72)【発明者】

【氏名】広瀬 慎司

(72)【発明者】

【氏名】三宅 圭二

【審査官】新田 亮

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１３７１７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１８００８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－００９９０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１５０８３６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ７／０２

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０１Ｍ １０／４４

Ｈ０１Ｍ １０／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電池モジュールを備える電池システムであって、
前記複数の電池モジュールの電圧をそれぞれ測定する電圧センサと、
前記複数の電池モジュールを直列または並列に接続する電気回路と、
前記複数の電池モジュールが前記電気回路により並列に接続されるときに、前記複数の電池モジュールの電圧を均等化する電圧均等化処理を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記複数の電池モジュールそれぞれについて、予め定められている許容電流値と、当該電池システムに接続する負荷の最大駆動電流または最大回生電流と当該電池モジュールの内部抵抗とに依存して決まる最大稼働電流との差分に基づいて許容還流電流値を計算し、
前記電圧センサによりそれぞれ測定される前記複数の電池モジュールの電圧に基づいて、前記複数の電池モジュールそれぞれについて、前記複数の電池モジュールが並列に接続されるときに発生する還流電流の推定値を計算し、
少なくとも１つの電池モジュールについての前記還流電流の推定値が対応する前記許容還流電流値を超えるときに前記電圧均等化処理を実行する
ことを特徴とすることを特徴とする電池システム。

【請求項2】

前記制御部は、前記電圧均等化処理を実行したときは、すべての電池モジュールについての前記還流電流の推定値が所定の閾値以下になったときに前記電圧均等化処理を終了する
ことを特徴とする請求項１に記載の電池システム。

【請求項3】

前記制御部は、前記電圧均等化処理を実行したときは、前記還流電流の推定値が対応する前記許容還流電流値を超える電池モジュールがなくなるまで前記電圧均等化処理を継続する
ことを特徴とする請求項１に記載の電池システム。

【請求項4】

前記複数の電池モジュールが前記電気回路により並列に接続されるときに、前記還流電流の推定値が対応する前記許容還流電流値を超える電池モジュールが存在しなければ、前記制御部は、前記電圧均等化処理を実行しない
ことを特徴とする請求項１に記載の電池システム。

【請求項5】

前記制御部は、
前記複数の電池モジュールのうちで前記還流電流が放電電流となる電池モジュールについては、前記内部抵抗および前記負荷の最大駆動電流に基づいて、前記最大稼働電流を算出し、
前記複数の電池モジュールのうちで前記還流電流が充電電流となる電池モジュールについては、前記内部抵抗および前記負荷の最大回生電流に基づいて、前記最大稼働電流を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の電池モジュールを備える電池システムに係わる。

【背景技術】

【0002】

充電可能な二次電池は、様々な分野において広く実用化されている。例えば、電気自動車またはプラグインハイブリッド車などの電動車両は、走行用モータに電力を供給するための大容量の二次電池を備える。

【0003】

大容量の二次電池は、多くのケースにおいて、並列に接続される複数の電池モジュールを備える。そして、並列に接続される複数の電池モジュールからモータ等の負荷に電力が供給される。なお、複数の電池を並列に接続する構成は、例えば、特許文献１～４に記載されている。

【0004】

ただし、複数の電池モジュールを供える二次電池を充電する際には、それら複数の電池モジュールを直列に接続した方が、充電効率が高くなることがある。よって、複数の電池モジュールを備える電池システムは、直列接続と並列接続とを切り替える機能を備える。

【0005】

ところで、並列に接続される複数の電池モジュールから負荷に電力を供給するときは、それら複数の電池モジュールの電圧が互いに同じであることが好ましい。このため、直列接続から並列接続に切り替えるときに、複数の電池モジュールの電圧を均等化する方法が提案されている。例えば、特許文献１には、複数のバッテリの並列切り替えに先立ち、複数のバッテリ間の電位差が所定の閾値以下となるように、１つ以上のバッテリと充電器または負荷の少なくとも一方との間で充電／放電を行う電圧均等化処理が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１９－０８０４７４号公報

【文献】特開２０１４－１８００８０号公報

【文献】特開２０１９－００９９０９号公報

【文献】特開２０１４－１０３８３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

複数の電池モジュールの電圧がばらついている状態でそれらを並列に接続すると、複数の電池モジュールの電圧を均等化するように還流電流が発生する。そして、この状態で電池モジュールから負荷に電力を供給すると、負荷を駆動する駆動電流に還流電流が加わった合計電流が流れる。

【0008】

したがって、還流電流の推定値のみに基づいて電圧均等化処理が必要か否かを判定すると、負荷が接続されたときに、想定を超える過剰な電流が流れることがある。このとき、駆動電流に還流電流が加わった合計電流が許容値を超えると、電池モジュールおよび／または電池モジュールの周辺の回路部品がダメージを受ける。

【0009】

この問題は、負荷を駆動する駆動電流を制限すれば解決し得る。しかし、駆動電流を制限すると、負荷の出力が低下してしまう。また、電圧均等化処理の要否の判定において大きなマージンを設ける方法でも、過剰な電流を回避し得る。しかし、この方法では、還流電流が十分に小さい場合においても電圧均等化処理が実行されることがあり、負荷への電力の供給の開始が遅延してしまう。なお、この問題は、負荷を駆動するときだけでなく、負荷がモータ等である場合には、負荷からの回生電流が発生するときにも生じ得る。

【0010】

本発明の１つの側面に係る目的は、複数の電池モジュールを並列に接続する際に、電圧均等化処理を実行するか否かを適切に判定することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の１つの態様の電池システムは、複数の電池モジュールと、前記複数の電池モジュールの電圧をそれぞれ測定する電圧センサと、前記複数の電池モジュールを直列または並列に接続する電気回路と、前記複数の電池モジュールが前記電気回路により並列に接続されるときに、前記複数の電池モジュールの電圧を均等化する電圧均等化処理を制御する制御部を備える。前記制御部は、前記複数の電池モジュールそれぞれについて、予め定められている許容電流値と、当該電池システムに接続する負荷の最大駆動電流または最大回生電流と当該電池モジュールの内部抵抗とに依存して決まる最大稼働電流との差分に基づいて許容還流電流値を計算し、前記電圧センサによりそれぞれ測定される前記複数の電池モジュールの電圧に基づいて、前記複数の電池モジュールそれぞれについて、前記複数の電池モジュールが並列に接続されるときに発生する還流電流の推定値を計算し、少なくとも１つの電池モジュールについての前記還流電流の推定値が対応する前記許容還流電流値を超えるときに前記電圧均等化処理を実行する。

【0012】

このように、本発明の１つの態様の電池システムにおいては、各電池モジュールについて、最大稼働電流に還流電流の推定値を加えた合計電流が許容値を超えるか否かがモニタされる。そして、このモニタ結果に応じて、電圧均等化処理を実行するか否かが判定される。したがって、複数の電池モジュールを並列に接続するときに、電圧均等化処理を実行するか否かを適切に判定できる。この結果、負荷の稼働電流（駆動電流および／または回生電流）を過剰に制限することなく、電池モジュールおよび／または電池モジュールの周辺の回路部品のダメージを回避または抑制できる。

【0013】

制御部は、電圧均等化処理を実行したときは、すべての電池モジュールの還流電流の推定値が所定の閾値以下になったときに電圧均等化処理を終了してもよい。或いは、制御部は、電圧均等化処理を実行したときは、還流電流の推定値が対応する許容還流電流値を超える電池モジュールがなくなるまで電圧均等化処理を継続してもよい。この場合、複数の電池モジュールを並列に接続する際に発生する還流電流が許容値以下になるので、電池モジュールおよび／または電池モジュールの周辺の回路部品のダメージを抑制できる。

【0014】

また、複数の電池モジュールが並列に接続されるときに、還流電流の推定値が対応する許容還流電流値を超える電池モジュールが存在しなければ、制御部は、電圧均等化処理を実行しない。この場合、負荷を駆動するときに、不要な待ち時間が発生しない。

【発明の効果】

【0015】

上述の態様によれば、複数の電池モジュールを並列に接続する際に、電圧均等化処理を実行するか否かを適切に判定できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施形態に係わる電池システムの一例を示す図である。

【図2】複数の電池モジュールを並列に接続したときに流れる電流の一例を示す図である。

【図3】電圧均等化処理の要否を判定する方法の一例を示す図である。

【図4】電圧均等化処理を実行するケースの一例を示す図である。

【図5】電圧均等化処理の要否を判定する処理の一例を示すフローチャートである。

【図6】電圧均等化処理の一例を示すフローチャートである。

【図7】電池システムの等価回路を示す図である。

【図8】電圧均等化処理の要否を判定する方法のバリエーションを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

図１は、本発明の実施形態に係わる電池システムの一例を示す。本発明の実施形態に係わる電池システム１００は、複数の電池モジュール１（１ａ～１ｎ）および制御部１０を備える。なお、電池システム１００は、図１に示していない他の回路またはデバイスを備えてもよい。また、電池システムを「電池パック」と呼ぶことがある。

【0018】

電池モジュール１は、充電可能な二次電池である。図１に示す例では、電池モジュール１は、充電装置２００により充電される。なお、電池モジュール１は、特に限定されるものではないが、例えば、直列に接続される複数の電池セルにより構成される。また、複数の電池モジュール１ａ～１ｎは、互いに実質的に同じ構成である。ただし、電池モジュール１ａ～１ｎの特性（例えば、内部抵抗の抵抗値）は、製造誤差等に起因するばらつきを有する。

【0019】

各電池モジュール１に対して、電圧センサＶ、電流センサＡ、およびスイッチＳＷ１～ＳＷ３が設けられる。電圧センサＶは、電池モジュール１の電圧を検知する。電流センサＡは、電池モジュール１の電流を検知する。スイッチＳＷ１は、電池モジュール１の正極と正側電源ラインとの間に設けられる。正側電源ラインは、電源装置２００の正極および負荷３００に接続される。スイッチＳＷ２は、電池モジュール１の負極と負側電源ラインとの間に設けられる。負側電源ラインは、電源装置２００の負極および負荷３００に接続される。また、負側電源ラインは、グランドに接続されてもよい。スイッチＳＷ３は、互いに隣接する電池モジュール１間に設けられる。例えば、電池モジュール１ａのスイッチＳＷ３は、電池モジュール１ａの負極と電池モジュール１ｂの正極との間に設けられる。なお、スイッチＳＷ１～ＳＷ３は、複数の電池モジュール１ａ～１ｎを直列または並列に接続する電気回路の一例である。

【0020】

制御部１０は、スイッチＳＷ１～ＳＷ３を制御することにより、複数の電池モジュール１ａ～１ｎを直列または並列に接続する。すなわち、制御部１０は、電池モジュール１ａ～１ｎに対して、直列接続から並列接続への切替え、及び、並列接続から直列接続への切替えを制御することができる。また、制御部１０は、電池モジュール１ａ～１ｎが並列に接続されるときに、電池モジュール１ａ～１ｎの電圧を均等化する電圧均等化処理を制御する。

【0021】

制御部１０は、例えば、プロセッサおよびメモリを含むプロセッサシステムにより実現される。この場合、上述した切替え処理および電圧均等化に係わる処理を記述したプログラムがメモリに格納される。そして、プロセッサがこのプログラムを実行することで、切替え処理および電圧均等化に係わる処理が実現される。ただし、制御部１０の機能の一部または全部は、ハードウェア回路で実現してもよい。

【0022】

上記構成の電池システム１００において、電池モジュール１ａ～１ｎを充電するときには、制御部１０は、電池モジュール１ａ～１ｎを直列に接続する。この場合、制御部１０は、電池モジュール１ａ～１ｎの中で最も正極側に配置される電池モジュール１（図１では、電池モジュール１ａ）のスイッチＳＷ１、及び、電池モジュール１ａ～１ｎの中で最も負極側に配置される電池モジュール１（図１では、電池モジュール１ｎ）のスイッチＳＷ２をオン状態に制御すると共に、他のスイッチＳＷ１、ＳＷ２をオフ状態に制御する。加えて、制御部１０は、各スイッチＳＷ３をオン状態に制御する。これにより、電池モジュール１ａ～１ｎが直列に接続される。

【0023】

電池モジュール１ａ～１ｎから負荷３００に電力を供給するときは、制御部１０は、電池モジュール１ａ～１ｎを並列に接続する。この場合、制御部１０は、すべてのスイッチＳＷ１、ＳＷ２をオン状態に制御すると共に、すべてのスイッチＳＷ３をオフ状態に制御する。これにより、電池モジュール１ａ～１ｎが並列に接続される。

【0024】

ただし、上述したように、電池モジュール１ａ～１ｎの特性（例えば、内部抵抗の抵抗値）は、製造誤差等に起因するばらつきを有する。このため、充電動作が終了した後、電池モジュール１ａ～１ｎを直列接続から並列接続に切り替えるときに、電池モジュール１ａ～１ｎの電圧が均等化されていないことがある。そして、電池モジュール１ａ～１ｎの電圧が均等化されていない状態で電池モジュール１ａ～１ｎを並列に接続すると、還流電流が発生する。

【0025】

図２は、複数の電池モジュールを並列に接続したときに流れる電流の一例を示す。この例では、電池モジュール１ａ～１ｎを直列接続から並列接続に切り替えるときに、電池モジュール１ｂの電圧が最も高いものとする。また、電池モジュール１ａ、１ｎの電圧は、それぞれ、電池モジュール１ａ～１ｎの電圧の平均より低いものとする。なお、図２においては、図面を見やすくするために、スイッチＳＷ１～ＳＷ３、電圧センサＶ、電流センサＡは省略されている。

【0026】

電池モジュール１ａ～１ｎが並列に接続されると、電池モジュール１ａ～１ｎの電圧が均等化されるように還流電流が発生する。すなわち、電池モジュール１ｂの電圧が高く、電池モジュール１ａ、１ｎの電圧が低いときは、図２（ａ）に示す還流電流が発生する。このとき、電池モジュール１ｂには放電電流が流れ、電池モジュール１ａ、１ｎには充電電流が流れる。すなわち、電池モジュール１ｂから出力され、電池モジュール１ａ、１ｎを通過して電池モジュール１ｂに戻ってくる還流電流が発生する。

【0027】

ここで、電池モジュール１ａ～１ｎを並列に接続すると同時に、電池モジュール１ａ～１ｎから負荷３００に電力を供給するものとする。この場合、図２（ｂ）に示す駆動電流が流れる。なお、駆動電流は、負荷３００の稼働時に流れる稼働電流の一例である。

【0028】

したがって、電池モジュール１ａ～１ｎを並列に接続すると同時に、電池モジュール１ａ～１ｎから負荷３００に電力を供給するケースでは、図２（ａ）に示す還流電流および図２（ｂ）に示す駆動電流が流れる。すなわち、各電池モジュール１ａ～１ｎには、駆動電流に還流電流が加わった合計電流が流れる。ここで、電圧が高い電池モジュール（図２では、電池モジュール１ｂ）においては、駆動電流が流れる方向および還流電流が流れる方向が互いに同じである。このため、電圧が高い電池モジュールにおいては、負荷３００の稼働時に想定されている電流よりも大きな合計電流が発生するおそれがある。そして、この合計電流が許容値を越えると、電池モジュールおよび／または電池モジュールの周辺の回路部品（例えば、スイッチＳＷ１、ＳＷ２）がダメージを受ける。

【0029】

なお、負荷３００がモータである場合には、図２（ｃ）に示すように、回生電流が発生する。この場合、各電池モジュール１ａ～１ｎには、回生電流に還流電流が加わった合計電流が流れる。ここで、電圧が低い電池モジュール（図２では、電池モジュール１ａまたは１ｎ）においては、回生電流が流れる方向および還流電流が流れる方向が互いに同じである。したがって、電圧が低い電池モジュールにおいては、負荷３００による回生時に想定されている電流よりも大きな合計電流が発生するおそれがある。なお、回生電流も、負荷３００の稼働時に流れる稼働電流の一例である。

【0030】

そこで、電池システム１００は、電池モジュール１ａ～１ｎを並列に接続するときに発生し得る還流電流および負荷３００の稼働電流（駆動電流および／または回生電流）を考慮して、電圧均等化処理を実行するか否かを判定する。そして、電圧均等化処理を実行すると判定したときは、電池システム１００は、電池モジュール１ａ～１ｎを並列に接続する前に電圧均等化処理を実行する。この場合、電圧均等化処理が実行された後は、還流電流は、発生しないか、発生したとしても非常に小さい値になる。したがって、電池モジュール１ａ～１ｎを並列に接続するときに過剰な電流が発生する可能性は低くなる。一方、電圧均等化処理を実行しないと判定したときは、電池システム１００は、電圧均等化処理を実行することなく、即座に、電池モジュール１ａ～１ｎを並列に接続する。この場合、電池システム１００は、遅延なく負荷３００への電力の供給を開始できる。

【0031】

図３は、電圧均等化処理の要否を判定する方法の一例を示す。この例では、電池システム１００は、４個の電池モジュールＭ１～Ｍ４を備える。そして、電池モジュールＭ１～Ｍ４を並列に接続するときに、電池モジュールＭ１、Ｍ４の電圧が電池モジュールＭ２、Ｍ３の電圧より高いものとする。

【0032】

許容電流値は、電池モジュールがダメージを受けることなく流すことができる電流の上限値を表す。すなわち、電池モジュールに許容電流値よりも大きい電流が流れると、その電池モジュールがダメージを受けるおそれがある。なお、許容電流値は、電池モジュールの構造および特性に依存するものであり、この例では、電池モジュールＭ１～Ｍ４に対して同じであるものとする。また、電池モジュールが放電する際の許容電流値および電池モジュールを充電する際の許容電流値は、互いに同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。

【0033】

Ｃ１～Ｃ４は、電池モジュールＭ１～Ｍ４を並列に接続するときに電池モジュールＭ１～Ｍ４に流れる還流電流を表す。この例では、電池モジュールＭ１、Ｍ４の電圧が、電池モジュールＭ２、Ｍ３の電圧より高い。よって、電池モジュールＭ１、Ｍ４には放電電流が流れ、電池モジュールＭ２、Ｍ３には充電電流が流れる。ここで、各電池モジュールの還流電流は、制御部１０により推定される。このとき、制御部１０は、電圧センサＶによりそれぞれ測定される電圧に基づいて、各電池モジュールについて、複数の電池モジュールが並列に接続されるときに発生する還流電流を推定する。なお、還流電流を推定または計算する方法は、後で説明する。

【0034】

Ｄ１～Ｄ４は、電池モジュールＭ１～Ｍ４の最大駆動電流を表す。各電池モジュールＭ１～Ｍ４の最大駆動電流は、負荷３００の最大駆動電流に基づいて決定される。負荷３００の最大駆動電流は、負荷３００を駆動するために流れる電流の最大値であり、仕様等により予め設定されている。よって、負荷３００の最大駆動電流を、電池システム１００が備える電池モジュールの個数で割算することで、各電池モジュールの最大駆動電流が算出される。この例では、負荷３００の最大駆動電流を「４」で割算することにより、各電池モジュールＭ１～Ｍ４の最大駆動電流Ｄ１～Ｄ４が算出される。

【0035】

ただし、電池モジュールＭ１～Ｍ４の特性（例えば、内部抵抗の抵抗値）は、製造誤差等に起因するばらつきを有する。このため、各電池モジュールＭ１～Ｍ４の最大駆動電流Ｄ１～Ｄ４は、電池モジュールＭ１～Ｍ４の内部抵抗の抵抗値を考慮して計算することが好ましい。

【0036】

Ｅ１～Ｅ４は、電池モジュールＭ１～Ｍ４の最大回生電流を表す。各電池モジュールＭ１～Ｍ４の最大回生電流は、負荷３００の最大回生電流に基づいて決定される。負荷３００の最大回生電流は、負荷３００から回生される電流の最大値であり、仕様等により予め設定されている。よって、負荷３００の最大回生電流を、電池システム１００が備える電池モジュールの個数で割算することで、各電池モジュールの最大回生電流が算出される。この例では、負荷３００の最大回生電流を「４」で割算することにより、各電池モジュールＭ１～Ｍ４の最大回生電流Ｅ１～Ｅ４が算出される。なお、各電池モジュールＭ１～Ｍ４の最大回生電流Ｅ１～Ｅ４も、電池モジュールＭ１～Ｍ４の内部抵抗の抵抗値を考慮して計算することが好ましい。

【0037】

制御部１０は、各電池モジュールＭ１～Ｍ４について、還流電流Ｃ１～Ｃ４と対応する許容還流電流値ＴＨ１～ＴＨ４とを比較する。許容還流電流値は、この実施例では、許容電流値と最大駆動電流Ｄ１～Ｄ４または最大回生電流Ｅ１～Ｅ４との差分を表す。具体的には、還流電流として放電電流が発生する電池モジュール（Ｍ１、Ｍ４）においては、負荷３００の稼働時の許容電流値ＴＨＤと対応する最大駆動電流（Ｄ１、Ｄ４）との差分が計算される。還流電流として充電電流が発生する電池モジュール（Ｍ２、Ｍ３）においては、負荷３００の回生時の許容電流値ＴＨＥと対応する最大回生電流（Ｅ１、Ｅ４）との差分が計算される。すなわち、電池モジュールＭ１～Ｍ４に対して下記の許容還流電流値ＴＨ１～ＴＨ４が計算される。

【0038】

電池モジュールＭ１：ＴＨ１＝ＴＨＤ－Ｄ１
電池モジュールＭ２：ＴＨ２＝ＴＨＥ－Ｅ２
電池モジュールＭ３：ＴＨ３＝ＴＨＥ－Ｅ３
電池モジュールＭ４：ＴＨ４＝ＴＨＤ－Ｄ４

【0039】

そして、還流電流Ｃ１～Ｃ４が対応する許容還流電流値ＴＨ１～ＴＨ４より大きい電池モジュールが存在するときは、制御部１０は、電圧均等化処理を実行する。ただし、図３に示す例では、還流電流は、いずれも対応する許容還流電流値より小さい。すなわち、還流電流Ｃ１は許容還流電流値ＴＨ１より小さく、還流電流Ｃ２は許容還流電流値ＴＨ２より小さく、還流電流Ｃ３は許容還流電流値ＴＨ３より小さく、還流電流Ｃ４は許容還流電流値ＴＨ４より小さい。よって、この場合、制御部１０は、電圧均等化処理を実行することなく、電池モジュールＭ１～Ｍ４を並列に接続する。そして、電池システム１００は、電池モジュールＭ１～Ｍ４を用いて負荷３００に電力を供給する。

【0040】

図４は、電圧均等化処理を実行するケースの一例を示す。この例では、図４（ａ）に示すように、電池モジュールＭ１の還流電流Ｃ１が対応する許容還流電流値ＴＨ１より大きくなる。この場合、制御部１０は、電池モジュールＭ１～Ｍ４を並列に接続する前に電圧均等化処理を実行する。このとき、制御部１０は、電源装置２００を利用して、電圧が最も低い電池モジュールを充電してもよい。

【0041】

この後、制御部１０は、還流電流Ｃ１～Ｃ４の変化をリアルタイムでモニタする。または、制御部１０は、還流電流Ｃ１～Ｃ４を再計算する。そして、すべての還流電流Ｃ１～Ｃ４がそれぞれ対応する許容還流電流値ＴＨ１～ＴＨ４よりも小さくなると、制御部１０は、電圧均等化処理を終了して電池モジュールＭ１～Ｍ４を並列に接続する。

【0042】

或いは、図４（ｂ）に示すように、許容還流電流値ＴＨ１～ＴＨ４とは別に、均等化終了閾値ＴＨＦ、ＴＨＧを設けてもよい。この場合、すべての還流電流Ｃ１～Ｃ４が均等化終了閾値ＴＨＦ、ＴＨＧより小さくなると、制御部１０は、電圧均等化処理を終了して電池モジュールＭ１～Ｍ４を並列に接続する。なお、均等化終了閾値ＴＨＦ、ＴＨＧは、許容還流電流値ＴＨ１～ＴＨ４の最小値以下であることが好ましい。

【0043】

このように、本発明の実施形態に係わる電池システム１００においては、負荷３００の最大稼働電流および各電池モジュールの内部抵抗の抵抗値に基づいて各電池モジュールの許容還流電流値が計算される。また、各電池モジュールの電圧に基づいて、各電池モジュールに流れる還流電流が推定される。そして、１以上の電池モジュールにおいて還流電流が対応する許容還流電流値を超えるときは、電圧均等化処理が実行される。一方、すべての電池モジュールにおいて還流電流が対応する許容還流電流値以下であるときは、電圧均等化処理を実行することなく、即座に、電池モジュールＭ１～Ｍ４が並列に接続される。すなわち、製造誤差等に起因するばらつきを考慮して、電池モジュール毎に還流電流の推定値と許容還流電流値とが比較され、それらの比較に基づいて電圧均等化処理の要否が判定されるので、必要な電圧均等化処理が確実に実行され、還流電流に起因する過電流が抑制される。加えて、不必要な電圧均等化処理が抑制されるので、負荷３００への電力供給の開始が早くなる。

【0044】

なお、図３～図４に示す例では、負荷３００を駆動する際の電流（放電電流）および負荷３００が電流を回生する際の電流（充電電流）の双方をモニタして電圧均等化処理の要否が判定されるが、本発明はこの手順に限定されるものではない。例えば、電池システム１００により電力が供給される負荷が回生電流を発生させないときは、負荷３００を駆動する際の電流（放電電流）のみに対して電圧均等化処理の要否を判定してもよい。

【0045】

図５は、電圧均等化処理の要否を判定する処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、複数の電池モジュールを並列に接続する前に制御部１０により実行される。

【0046】

Ｓ１において、制御部１０は、負荷３００の最大稼働電流および各電池モジュールの内部抵抗の抵抗値に基づいて、各電池モジュールの最大稼働電流を計算する。負荷３００の最大稼働電流は、既知であり、例えば、不図示のメモリに予め保存されている。また、各電池モジュールの内部抵抗の抵抗値は、予め測定されて不図示のメモリに予め保存されている。なお、このフローチャートの説明において、最大稼働電流は、最大駆動電流および最大回生電流を含むものとする。

【0047】

Ｓ２において、制御部１０は、電池モジュール毎に、許容電流値および最大稼働電流から許容還流電流値を計算する。一例としては、許容電流値から最大稼働電流を引算することで許容還流電流値が得られる。許容電流値は、すべての電池モジュールにおいて同じであり、不図示のメモリに予め保存されている。

【0048】

Ｓ３において、制御部１０は、各電池モジュールの還流電流を推定する。各電池モジュールの還流電流を推定する方法については、後で記載する。

【0049】

Ｓ４～Ｓ５において、制御部１０は、並列化判定処理を実行する。すなわち、制御部１０は、電池モジュール毎に、許容還流電流値と還流電流の推定値とを比較する。そして、１以上の電池モジュールにおいて還流電流の推定値が対応する許容還流電流値より大きいときには、制御部１０は、複数の電池モジュールを並列に接続する前に電圧均等化処理が必要であると判定する。この場合、制御部１０は、Ｓ６において電圧均等化処理を実行する。一方、すべての電池モジュールにおいて還流電流の推定値が対応する許容還流電流値以下であれば、Ｓ６の電圧均等化処理はスキップされる。

【0050】

Ｓ７において、制御部１０は、複数の電池モジュールを並列に接続する。このとき、制御部１０は、各電池モジュールのスイッチＳＷ１およびＳＷ２をそれぞれオン状態に制御すると共に、各スイッチＳＷ３をオフ状態に制御する。

【0051】

図６は、電圧均等化処理の一例を示すフローチャートである。なお、図６に示す電圧均等化は、図５に示すＳ６に相当する。すなわち、図６に示すフローチャートの処理は、１以上の電池モジュールにおいて還流電流の推定値が対応する許容還流電流値より大きいときに実行される。

【0052】

Ｓ１１において、制御部１０は、電圧均等化処理を実行する。例えば、制御部１０は、電源装置２００を利用して、電圧が最も低い電池モジュールを充電する。この場合、制御部１０は、充電すべき電池モジュールのスイッチＳＷ１、ＳＷ２をオン状態に制御する。また、充電量は、例えば、電池システム１００が備える複数の電池モジュールなかでの最大電圧と最低電圧との差分に応じて決定される。

【0053】

Ｓ１２において、制御部１０は、各電池モジュールの還流電流を推定する。なお、Ｓ３の処理およびＳ１２の処理は、実質的に同じである。

【0054】

Ｓ１３～Ｓ１４において、制御部１０は、電圧均等化処理を継続するか終了するかを判定する。ここでは、制御部１０は、図４（ｂ）を参照して説明した均等化終了閾値を使用するものとする。この場合、制御部１０は、電池モジュール毎に、均等化終了閾値と還流電流の推定値とを比較する。そして、１以上の電池モジュールにおいて還流電流の推定値が均等化終了閾値より大きいときは、制御部１０の処理はＳ１１に戻る。即ち、電圧均等化処理が継続される。この後、すべての電池モジュールにおいて還流電流の推定値が均等化終了閾値以下になるまでＳ１２～Ｓ１４が繰り返し実行される。そして、すべての電池モジュールにおいて還流電流の推定値が均等化終了閾値以下になると（Ｓ１４：Ｎｏ）、電圧均等化処理が終了する。この後、図５に示すＳ７において、複数の電池モジュールが並列に接続される。

【0055】

次に、各電池モジュールの還流電流を推定する方法を説明する。以下では、図７に示す等価回路を利用して還流電流を推定する方法を説明する。尚、Ｖ１～Ｖｎは、各電池モジュールＭ１～Ｍｎの電圧を表す。Ｒ１～Ｒｎは、各電池モジュールＭ１～Ｍｎの抵抗（内部抵抗＋配線抵抗）を表す。Ｃ１～Ｃｎは、電池モジュールＭ１～Ｍｎを並列に接続したときに発生する、各電池モジュールＭ１～Ｍｎの還流電流の推定値を表す。ｎは、電池システム１００が備える電池モジュールの数を表す。

【0056】

図７に示す等価回路においては、下記の電圧関係式および電流関係式が得られる。

【0057】

【数1】

【0058】

【数2】

【0059】

これらの関係式をまとめると、下記の連立方程式が得られる。

【0060】

【数3】

【0061】

この連立方程式は、下記のように、行列演算で表される。

【0062】

【数4】

【0063】

したがって、各電池モジュールＭ１～Ｍｎの還流電流Ｃ１～Ｃｎは下式で表される。

【0064】

【数5】

【0065】

このように、各電池モジュールの還流電流Ｃ１～Ｃｎは、各電池モジュールの抵抗Ｒ１～Ｒｎおよび各電池モジュールの電圧Ｖ１～Ｖｎから計算される。ここで、各電池モジュールの抵抗Ｒ１～Ｒｎは、この実施例では、既知であり、予め不図示のメモリに保存されている。したがって、制御部１０は、電圧センサＶを用いて各電池モジュールの電圧Ｖ１～Ｖｎの測定値を取得することにより、各電池モジュールの還流電流Ｃ１～Ｃｎを推定することができる。

【0066】

なお、図７に示す等価回路において、負荷３００の最大駆動電流がＫである場合、各電池モジュールＭ１～Ｍｎの最大駆動電流Ｄ１～Ｄｎは、下式で計算してもよい。また、各電池モジュールＭ１～Ｍｎの最大回生電流Ｅ１～Ｅｎも、同様の計算式で得られる。

【0067】

【数6】

【0068】

＜バリエーション１＞
図３～図５に示す実施例においては、製造誤差等に起因する電池モジュール１ａ～１ｎの特性（例えば、内部抵抗の抵抗値）のばらつきを考慮して、電池モジュール毎に許容還流電流値が計算される。ただし、電池モジュール１ａ～１ｎの特性のばらつきが十分に小さいときは、全ての電池モジュールに対して共通する許容還流電流値を設定してもよい。例えば、負荷３００の最大稼働電流を、電池システム１００が備える電池モジュールの個数で割算することにより、各電池モジュールに共通する電池モジュール最大稼働電流が計算される。そして、許容電流値から電池モジュール最大稼働電流を引算することにより、各電池モジュールに共通する許容還流電流値が得られる。

【0069】

図８は、電圧均等化処理の要否を判定する方法のバリエーションを示す。この例では、各電池モジュールに共通する許容還流電流値が設定されている。ＴＨ５は、放電に対する許容還流電流値を表し、ＴＨ６は、充電に対する許容還流電流値を表す。

【0070】

この場合、制御部１０は、各電池モジュールの還流電流を推定する。そして、１以上の電池モジュールの還流電流の推定値が許容還流電流値（ＴＨ５、ＴＨ６）を超えるときには、制御部１０は、電圧均等化処理を実行する。一方、すべての電池モジュールの還流電流の推定値が許容還流電流値（ＴＨ５、ＴＨ６）以下であれば、制御部１０は、電圧均等化処理を実行しない。図８に示す例では、還流電流Ｃ１、Ｃ４がいずれも許容還流電流値ＴＨ５より小さく、還流電流Ｃ２、Ｃ３がいずれも許容還流電流値ＴＨ６より小さい。よって、制御部１０は、電圧均等化処理を実行しない。

【0071】

＜バリエーション２＞
電池モジュールの内部抵抗の変化が小さいときは、内部抵抗の最小値に基づいて還流電流を推定してもよい。この場合、温度範囲ごと（例えば、５度ごと）に内部抵抗の最小抵抗値を設定してもよい。

【0072】

＜バリエーション３＞
電池モジュールへの突入電流は、電池モジュールの内部抵抗が小さいほど大きくなる。よって、内部抵抗の最小値に基づいて還流電流を推定すれば、電圧均等化処理を実行するか否かについて安全サイドで判定が行われる。ここで、図７に示す等価回路を利用して、内部抵抗の最小値に基づいて還流電流を推定する。なお、下記の計算において、Ｒは、Ｒ１～Ｒｎのうちの最小値を表す。

【0073】

この場合、図７に示す等価回路において、下記の電圧関係式および電流関係式が得られる。

【0074】

【数7】

【0075】

【数8】

【0076】

ここで、電池モジュールＭ１の還流電電流Ｃ１を求める。まず、電圧関係式を下記のように変形する。

【0077】

【数9】

【0078】

これら式を足し合わせると、下記の式が得られる。

【0079】

【数10】

【0080】

そして、上述した電流関係式を代入すると、下記の式が得られる。

【0081】

【数11】

【0082】

したがって、電池モジュールＭ１の還流電流Ｃ１は下式で表される。また、電池モジュールＭ２～Ｍｎの還流電流Ｃ２～Ｃｎも同様の方法で得られる。

【0083】

【数12】

【0084】

このように、各電池モジュールの還流電流Ｃ１～Ｃｎは、電池モジュールの抵抗Ｒおよび各電池モジュールの電圧Ｖ１～Ｖｎから計算される。ここで、電池モジュールの抵抗Ｒは、予め不図示のメモリに保存されている。したがって、制御部１０は、電圧センサＶを用いて各電池モジュールの電圧Ｖ１～Ｖｎの測定値を取得することにより、各電池モジュールの還流電流Ｃ１～Ｃｎを推定することができる。この方法によれば、各電池モジュール個々の抵抗値を用いる方法と比べて、還流電流を推定するための計算が簡単になり、また、電圧均等化処理を実行するか否かについて安全サイドで判定が行われる。

【符号の説明】

【0085】

１（１ａ～１ｎ） 電池モジュール
１０ 制御部
１００ 電池システム
３００ 負荷

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】