特許 7662364 電池システムおよび組電池の均等化方法

(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】2025-04-07

(45)【発行日】2025-04-15

(54)【発明の名称】電池システムおよび組電池の均等化方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/02 20160101AFI20250408BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20250408BHJP

【ＦＩ】

H02J7/02 H

H01M10/48 P

H01M10/48 301

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021048041

(22)【出願日】2021-03-23

(65)【公開番号】P2022146985

(43)【公開日】2022-10-06

【審査請求日】2024-02-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000005348

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉田 寛史

(72)【発明者】

【氏名】中川 宇彦

(72)【発明者】

【氏名】上井 健太

【審査官】高野 誠治

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－２４４０５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０３４６５５２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－０１８０８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０００８８８６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ７／００ － ７／１２

Ｈ０２Ｊ ７／３４ － ７／３６

Ｈ０１Ｍ １０／４２ －１０／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直列接続された複数のブロックを含む組電池と、
前記複数のブロックの電圧を均等化する均等化制御を実行するように構成された均等化装置と、
定められた均等化時間を取得し、前記均等化制御の開始時から前記均等化時間が経過した場合に前記均等化制御を終了するように前記均等化装置を制御する制御装置と、
前記複数のブロックの各々の電圧を検出する電圧センサと、
前記組電池と負荷との間の電気的な接続と遮断とを切り替えるように構成されたリレーとを備え、
前記均等化装置は、
前記複数のブロックにそれぞれ並列接続された複数のスイッチング素子と、
前記複数のスイッチング素子にそれぞれ直列接続された複数の放電抵抗とを含み、
前記均等化時間は、前記複数の放電抵抗の抵抗値と、前記電圧センサの検出誤差とに基
づいて定められ、
前記均等化制御は、前記複数のブロックのうちの第１のブロックと第２のブロックとの間の電圧差が閾値よりも大きい場合に、前記複数のスイッチング素子のうち前記第２のブロックと比べて高電圧である前記第１のブロックに並列接続されたスイッチング素子を導通させることによって前記第１のブロックを放電させる処理であり、
前記制御装置は、前記組電池と前記負荷との間が電気的に遮断されてから接続されるまでの経過時間に応じて前記閾値を算出する、電池システム。

【請求項2】

前記均等化時間は、前記複数のブロックの電圧使用範囲の上限値にさらに基づいて定められる固定値である、請求項１に記載の電池システム。

【請求項3】

前記組電池の温度を検出する温度センサをさらに備え、
前記制御装置は、前記経過時間と、前記組電池の温度とに応じて、前記閾値を算出する、請求項１に記載の電池システム。

【請求項4】

前記均等化時間は、前記組電池と前記負荷との間を前記リレーにより電気的に接続するのに先立って取得された前記複数のブロック間の電圧差にさらに基づいて定められる可変値である、請求項１に記載の電池システム。

【請求項5】

直列接続された複数のブロックを含む組電池と、
前記複数のブロックの電圧を均等化する均等化制御を実行するように構成された均等化装置と、
定められた均等化時間を取得し、前記均等化制御の開始時から前記均等化時間が経過した場合に前記均等化制御を終了するように前記均等化装置を制御する制御装置と、
前記複数のブロックの各々の電圧を検出する電圧センサと、
前記組電池と負荷との間の電気的な接続と遮断とを切り替えるように構成されたリレーとを備え、
前記均等化装置は、
前記複数のブロックにそれぞれ並列接続された複数のスイッチング素子と、
前記複数のスイッチング素子にそれぞれ直列接続された複数の放電抵抗とを含み、
前記均等化時間は、前記複数の放電抵抗の抵抗値と、前記電圧センサの検出誤差と、前記組電池と前記負荷との間を前記リレーにより電気的に接続するのに先立って取得された前記複数のブロック間の電圧差とに基づいて定められる可変値であり、
前記均等化制御は、前記複数のブロックのうちの第１のブロックと第２のブロックとの間の電圧差が閾値よりも大きい場合に、前記複数のスイッチング素子のうち前記第２のブロックと比べて高電圧である前記第１のブロックに並列接続されたスイッチング素子を導通させることによって前記第１のブロックを放電させる処理であり、
前記制御装置は、前記組電池と前記負荷との間が電気的な遮断されてから接続されるまでの経過時間に応じて前記閾値を設定する、電池システム。

【請求項6】

前記組電池の温度を検出する温度センサをさらに備え、
前記制御装置は、前記経過時間と、前記組電池の温度とに応じて、前記閾値を設定する、請求項５に記載の電池システム。

【請求項7】

組電池の均等化方法であって、
前記組電池は、直列接続された複数のブロックを含み、均等化装置により均等化制御が実行されるように構成され、
前記均等化装置は、
前記複数のブロックにそれぞれ並列接続された複数のスイッチング素子と、
前記複数のスイッチング素子にそれぞれ直列接続された複数の放電抵抗とを含み、
前記複数のブロックの各々の電圧は、電圧センサにより検出され、
前記均等化制御は、前記複数のブロックのうちの第１のブロックと第２のブロックとの間の電圧差が閾値よりも大きい場合に、前記複数のスイッチング素子のうち前記第２のブロックと比べて高電圧である前記第１のブロックに並列接続されたスイッチング素子を導通させることによって前記第１のブロックを放電させる処理であり、
前記均等化方法は、
前記組電池と負荷との間が電気的に遮断されてから接続されるまでの経過時間に応じて前記閾値を算出するステップと、
前記均等化制御を開始するステップと、
定められた均等化時間を取得するステップと、
前記均等化制御の開始時から前記均等化時間が経過した場合に前記均等化制御を終了するステップとを含み、
前記均等化時間は、前記複数の放電抵抗の抵抗値と、前記電圧センサの検出誤差とに基づいて定められる、組電池の均等化方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電池システムおよび組電池の均等化方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特開２０１５－１７７６１５号公報（特許文献１）に開示された電圧均等化装置は、複数の電池が直列に接続された組電池の各電池に対して、それぞれ充電または放電を行って、各電池の電圧を均等化する。この電圧均等化装置は補正値設定手段を備える。補正値設定手段は、各電池の電圧が均等となる均等化目標電圧に対して、第１の補正値および第２の補正値を設定する。第１の補正値は、各電池の充電または放電の直流電流により発生する電池の内部抵抗による電圧変化分である。第２の補正値は、分極による電圧変化分である。第２の補正値は、均等化目標電圧の所定の精度を画定する精度閾値以下の値であって、０よりも大きい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－１７７６１５号公報

【文献】特開２０１５－４１５１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

たとえば特許文献１に開示された電圧均等化装置は、電池の電圧が目標電圧に到達したか否かを監視しながら均等化制御を実行する。そして、電圧均等化装置は、電池の電圧が目標電圧に到達した場合に均等化制御を終了する。

【0005】

しかしながら、一般に、電池の通電時には、電池の無通電時と比べて、電圧検出精度が低下する。そのため、電池の通電時には、均等化制御を終了してよいかどうかを正確に判定できない可能性がある。

【0006】

本開示は、このような課題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、均等化制御を終了してよいかどうかを高精度に判定することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１）本開示の第１の局面に係る電池システムは、組電池と、均等化装置と、制御装置とを備える。組電池は、直列接続された複数のブロックを含む。均等化装置は、複数のブロックの電圧を均等化する均等化制御を実行するように構成されている。制御装置は、定められた均等化時間を取得し、均等化制御の開始時から均等化時間が経過した場合に均等化制御を終了するように均等化装置を制御する。

【0008】

上記（１）の構成において、制御装置は、電圧に代えて時間（均等化時間）に基づいて均等化制御を終了させる。これにより、組電池の通電が各ブロックの電圧検出精度に及ぼす影響に無関係に均等化制御の終了タイミングを判定できる。よって、上記（１）の構成によれば、均等化制御を終了してよいかどうかを高精度に判定できる。

【0009】

（２）電池システムは、複数のブロックの各々の電圧を検出する電圧センサを備える。均等化装置は、複数のブロックにそれぞれ並列接続された複数のスイッチング素子と、複数のスイッチング素子にそれぞれ直列接続された複数の放電抵抗とを含む。均等化時間は、複数の放電抵抗の抵抗値と、電圧センサの検出誤差とに基づいて定められる。

【0010】

目標電圧差を過度に小さく設定した場合、必要以上に長く均等化制御が継続され、組電池に蓄えられた電力が無駄に消費される可能性がある（詳細は後述）。これに対し、上記（２）の構成においては、目標電圧差が複数の電圧センサの検出誤差に基づいて定められるため、不必要に長く均等化制御が継続されることを抑制できる。よって、上記（２）の構成によれば、組電池に蓄えられた電力が無駄に消費されないうちに均等化制御を終了できる。

【0011】

（３）均等化時間は、複数のブロックの電圧使用範囲の上限値に基づいて定められる固定値である。

【0012】

上記（３）の構成によれば、均等化時間を固定値とすることで均等化時間を算出する演算処理が不要になるため、制御装置の演算負荷を低減できる。

【0013】

（４）電池システムは、組電池と負荷との間の電気的な接続と遮断とを切り替えるように構成されたリレーをさらに備える。均等化制御は、複数のブロックのうちの第１のブロックと第２のブロックとの間の電圧差が閾値よりも大きい場合に、複数のスイッチング素子のうち第２のブロックと比べて高電圧である第１のブロックに並列接続されたスイッチング素子を導通させることによって第１のブロックを放電させる処理である。制御装置は、組電池と負荷との間が電気的に遮断されてから接続されるまでの経過時間に応じて閾値を設定する。

【0014】

上記（４）の構成においては、組電池と負荷との間が電気的に遮断されてから接続されるまでの経過時間を考慮して、均等化制御を開始してよいかどうかが判定される。この経過時間が長いほど、組電池の分極緩和が進むため、ブロック間の電圧差を高精度に検出できる。よって、上記（４）の構成によれば、経過時間の長さ（つまり、組電池の分極の影響の低減度合い）を考慮することで、均等化制御を開始してよいかどうかを高精度に判定できる。

【0015】

（５）電池システムは、組電池の温度を検出する温度センサをさらに備える。制御装置は、経過時間と、組電池の温度とに応じて、閾値を設定する。

【0016】

上記（５）の構成によれば、組電池の分極緩和の温度依存性がさらに考慮されるため、均等化制御を開始してよいかどうかを一層高精度に判定できる。

【0017】

（６）電池システムは、組電池と負荷との間の電気的な接続と遮断とを切り替えるように構成されたリレーをさらに備える。均等化時間は、組電池と負荷との間をリレーにより電気的に接続するのに先立って取得された複数のブロック間の電圧差に基づいて定められる可変値である。

【0018】

上記（６）の構成によれば、均等化時間が可変値であるため、均等化時間を固定値とする場合と比べて、制御装置の演算負荷は増大し得るものの、複数のブロック間の電圧差に応じて均等化時間を高精度に設定できる。

【0019】

（７）均等化制御は、複数のブロックのうちの第１のブロックと第２のブロックとの間の電圧差が閾値よりも大きい場合に、複数のスイッチング素子のうち第２のブロックと比べて高電圧である第１のブロックに並列接続されたスイッチング素子を導通させることによって第１のブロックを放電させる処理である。制御装置は、組電池と負荷との間が電気的な遮断されてから接続されるまでの経過時間に応じて閾値を設定する。

【0020】

上記（７）の構成によれば、上記（４）の構成と同様に、均等化制御を開始してよいかどうかを高精度に判定できる。

【0021】

（８）電池システムは、組電池の温度を検出する温度センサをさらに備える。制御装置は、経過時間と、組電池の温度とに応じて、閾値を設定する。

【0022】

上記（８）の構成によれば、上記（５）の構成と同様に、均等化制御を開始してよいかどうかを一層高精度に判定できる。

【0023】

（９）本開示の第２の局面に係る組電池の均等化方法において、組電池は、直列接続された複数のブロックを含み、均等化装置により均等化制御が実行されるように構成されている。均等化方法は、均等化制御を開始するステップと、定められた均等化時間を取得するステップと、均等化制御の開始時から均等化時間が経過した場合に均等化制御を終了するステップとを含む。

【0024】

上記（９）の方法によれば、上記（１）の構成と同様に、均等化制御を終了してよいかどうかを高精度に判定できる。

【発明の効果】

【0025】

本開示によれば、均等化制御を終了してよいかどうかを高精度に判定できる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本実施の形態に係る電池システムが搭載された車両の全体構成を概略的に示す図である。

【図2】電池システムの構成をより詳細に説明するための図である。

【図3】本実施の形態における均等化制御に関連する一連の処理を示すタイムチャートである。

【図4】本実施の形態における均等化制御に関連する一連の処理の一例を示すフローチャートである。

【図5】本実施の形態における均等化制御に関連する一連の処理の他の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

【0028】

以下では、本実施の形態に係る電池システムが電気自動車に搭載された構成を例に説明する。ただし、本実施の形態に係る電池システムは、電気自動車に限らず、走行用の組電池が搭載される車両全般（ハイブリッド車、プラグインハイブリッド車、燃料電池車など）に適用可能である。さらに、本実施の形態に係る電池システムの用途は車両用に限定されるものではなく、たとえば定置用であってもよい。

【0029】

［実施の形態］
＜車両の全体構成＞
図１は、本実施の形態に係る電池システムが搭載された車両の全体構成を概略的に示す図である。図１を参照して、車両１は、電気自動車であって、電池システム２を備える。電池システム２は、組電池１０と、監視ユニット２０と、均等化ユニット３０と、システムメインリレー（ＳＭＲ：System Main Relay）４０と、電池ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０とを備える。車両１は、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ：Power
Control Unit）６０と、モータジェネレータ７０と、駆動輪８０と、統合ＥＣＵ９０
とをさらに備える。

【0030】

組電池１０は、直列接続された複数のブロック１０１～１０Ｍ（図２参照）を含む。組電池１０は、モータジェネレータ７０を駆動するための電力を蓄え、ＰＣＵ６０を通じてモータジェネレータ７０に電力を供給する。また、組電池１０は、モータジェネレータ７０の発電時にＰＣＵ６０を通じて発電電力を受けて充電される。

【0031】

監視ユニット２０は、電圧センサ群２１（後述する複数の電圧センサ２１１～２１Ｍ）と、電流センサ２２と、温度センサ２３とを含む。電圧センサ群２１は、組電池１０を構成する各ブロックの電圧を検出する。電流センサ２２は、組電池１０に入出力される電流ＩＢを検出する。温度センサ２３は、組電池１０の温度を検出する。各センサは、その検出結果を電池ＥＣＵ５０に出力する。

【0032】

均等化ユニット（均等化装置）３０は、組電池１０を構成する複数のブロック間のＳＯＣ（State Of Charge）の不均等を解消するために設けられている。より詳細には、組電池１０では、時間の経過に伴い、自己放電電流のバラつき、または、電圧センサ群２１の消費電流のバラつき等に起因して、複数のブロック間のＳＯＣがバラつき得る。複数のブロック間の電圧バラつきは、充電効率のバラつきによっても生じ得る。均等化ユニット３０は、電池ＥＣＵ５０からの制御指令に従って、ＳＯＣ不均等を解消するために複数のブロックのうちのいずれかのブロック（１以上のブロック）を放電させる。組電池１０、監視ユニット２０および均等化ユニット３０の詳細な構成については図２にて説明する。なお、ＳＯＣとＯＣＶ（Open Circuit Voltage）との間には、ＳＯＣの増加とともにＯＣＶも単調増加するという相関関係が存在するので、均等化の対象はＯＣＶであってもよい。

【0033】

ＳＭＲ４０は、組電池１０とＰＣＵ６０とを結ぶ電力線に電気的に接続されている。ＳＭＲ４０は、電池ＥＣＵ５０からの制御指令に応じて、組電池１０とＰＣＵ６０との間での電力の供給と遮断とを切り替える。なお、ＳＭＲ４０は、本開示に係る「リレー」に相当する。

【0034】

電池ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサ５１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリ５２と、各種信号を入出力するための入出力ポート（図示せず）とを含む。電池ＥＣＵ５０は、監視ユニット２０の各センサから受ける信号ならびにメモリ５２に記憶されたプログラムおよびマップ（後述）に基づいて、組電池１０を管理する。電池ＥＣＵ５０により実行される主要な制御としては組電池１０の「均等化制御」が挙げられる。均等化制御の詳細については後述する。なお、電池ＥＣＵ５０は、本開示に係る「制御装置」に相当する。

【0035】

ＰＣＵ６０は、統合ＥＣＵ９０からの制御指令に従って、組電池１０とモータジェネレータ７０との間で双方向の電力変換を実行する。ＰＣＵ６０は、たとえば、組電池１０の直流電力を昇圧するコンバータと、コンバータにより昇圧された直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータ７０に出力するインバータ（いずれも図示せず）とを含む。なお、ＰＣＵ６０は、本開示に係る「負荷」の一例である。

【0036】

モータジェネレータ７０は、交流回転電機であり、たとえば、ロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機である。モータジェネレータ７０は、組電池１０からの電力を用いて駆動される。モータジェネレータ７０の駆動力は駆動輪８０に伝達される。一方、車両１の制動時または下り斜面での加速度低減時等には、モータジェネレータ７０は回生発電を行う。モータジェネレータ７０により発電された電力は、ＰＣＵ６０を介して組電
池１０に供給される。

【0037】

統合ＥＣＵ９０は、電池ＥＣＵ５０と同様に、プロセッサと、メモリと、入出力ポート（いずれも図示せず）とを含む。統合ＥＣＵ９０は、各種センサから受ける信号ならびにメモリに記憶されたプログラムおよびマップに基づいて、電池ＥＣＵ５０と協調しながら車両１全体を制御する。統合ＥＣＵ９０は、機能毎に分割されて構成されていてもよいし、電池ＥＣＵ５０と一体的に構成されていてもよい。

【0038】

＜電池システムの構成＞
図２は、電池システム２の構成をより詳細に説明するための図である。組電池１０においては、複数のセルが並列接続されることによりブロック（スタック、モジュールとも称される）が構成されている。そして、複数のブロックが直列接続されることにより組電池１０が構成されている。

【0039】

より具体的には、組電池１０は、直列接続されたＭ個のブロック１０１～１０Ｍを含む。ブロック１０１～１０Ｍの各々は、並列接続されたＮ個のセルを含む。Ｍ，Ｎは２以上の自然数である。ただし、本開示において組電池が並列接続されたセルを含むことは必須ではなく、Ｎ＝１であってもよい。

【0040】

各セルはリチウムイオン電池である。図示しないが、隣接するセル間は、バスバーにより電気的に接続されるとともに機械的に連結されている。各セルには直列にヒューズ（図示せず）が接続されている。ヒューズは、過大な電流が流れた場合にセルの電流経路を遮断する。また、各セルの内部には、電流遮断機構（ＣＩＤ：Current Interrupt Device）（図示せず）が設けられている。ＣＩＤは、電池ケース内の圧力が所定値以上になると電流経路を遮断するように構成されている。

【0041】

電圧センサ２１１は、ブロック１０１の電圧ＶＢ１を検出する。すなわち、電圧センサ２１１は、ブロック１０１を構成するＮ個のセルの電圧を検出する。電圧センサ２１２～２１Ｍについても同様である。電流センサ２２は、各ブロック１０１～１０Ｍを流れる電流ＩＢを検出する。温度センサ２３は、所定位置における組電池１０の温度ＴＢを検出する。

【0042】

均等化ユニット３０は、均等化回路３０１～３０Ｍを含む。均等化回路３０１は、ブロック１０１に並列接続され、一般的な均等化回路と同様に、放電抵抗Ｒｂ１と、スイッチング素子（トランジスタ等）ＳＷ１とを含む。他の均等化回路３０２～３０Ｍについても同様である。

【0043】

電池ＥＣＵ５０は、電圧センサ２１１～２１Ｍからブロック１０１～１０Ｍの電圧ＶＢ１～ＶＢＭを取得すると、電圧ＶＢ１～ＶＢＭがほぼ等しくなるまで各ブロックが放電されるように、均等化回路３０１～３０Ｍを制御する。この制御を「均等化制御」と称する。図２では、均等化制御のための制御指令をＳ１～ＳＭで示す。均等化制御を実行することで、ブロック１０１～１０Ｍ間のＳＯＣ不均等を解消できる。

【0044】

＜均等化制御の終了条件＞
ブロック１０１～１０Ｍの電圧ＶＢ１～ＶＢＭを監視しながら均等化制御を実行し、均等化制御の対象とするブロックの電圧が目標電圧に到達した場合に均等化制御を終了することも考えられる。しかしながら、組電池１０の通電時には、電圧降下および分極が生じるため、組電池１０の無通電時と比べて、電圧検出精度が低下する。そのため、組電池１０の通電時には、均等化制御を終了してよいかどうかを正確に判定できない可能性がある。

【0045】

そこで、本実施の形態においては、均等化制御の終了条件を、ブロック１０１～１０Ｍの電圧ＶＢ１～ＶＢＭに代えて、均等化制御の実行開始時からの経過時間によって定める構成を採用する。より詳細には、電池ＥＣＵ５０は、均等化制御の実行開始時から、放電抵抗Ｒｂ１～ＲｂＭの抵抗値および電圧センサ群２１の検出誤差等に応じて定められる均等化時間が経過した場合に均等化制御を終了する。以下、この制御について詳細に説明する。

【0046】

図３は、本実施の形態における均等化制御に関連する一連の処理を示すタイムチャートである。図３において、横軸は経過時間を表す。縦軸は、組電池１０に含まれる代表的なブロックの分極電圧を模式的に表す。図３には車両１のＩＧ－ＯＮ（イグニッションオン）／ＩＧ－ＯＦＦ（イグニッションオフ）の状態が示されるとともに、ＳＭＲ４０の閉成（ＯＮ）／開放（ＯＦＦ）の状態も示されている。

【0047】

図３では理解を容易にするため、組電池１０を構成するブロック数が２つ（すなわち、組電池１０に含まれるブロックがブロック１０１，１０２のみ）であると想定する。

【0048】

初期時刻ｔ０において、車両１はＩＧ－ＯＮされており、ＳＭＲ４０は閉成されている。時刻ｔ１においてユーザにより車両１のＩＧ－ＯＦＦ操作が行われると、ＳＭＲ４０が開放される（時刻ｔ２）。これにより、ブロック１０１，１０２がＰＣＵ６０から電気的に遮断されるので、ブロック１０１，１０２は無負荷状態（無通電状態）となる。なお、車両１がＩＧ－ＯＦＦされてから次にＩＧ－ＯＮされるまでに経過した時間を「ＩＧ－ＯＦＦ時間Ｔ１」と記載する。ＩＧ－ＯＦＦ時間Ｔ１は、ブロック１０１，１０２が無負荷状態で放置された時間とみることができる。

【0049】

時刻ｔ２以降、ブロック１０１，１０２の分極電圧は時間の経過とともに小さくなる。なお、一般に、電池の分極がある程度緩和されるまでには通常、電池を数十分間放置することを要する。電池の分極が十分に緩和される（分極が解消する）までには通常、数時間を要する。

【0050】

時刻ｔ３においてユーザにより車両１のＩＧ－ＯＮ操作が行われる。そうすると、車両１はＲｅａｄｙＯＮ状態へと移行し、ＳＭＲ４０が閉成される（時刻ｔ４）。これにより、ブロック１０１，１０２とＰＣＵ６０とが電気的に接続され、ブロック１０１，１０２が通電状態（充放電が可能な状態）になる。

【0051】

ＩＧ－ＯＮ操作が行われてからＳＭＲ４０が閉成されるまでの短時間（時刻ｔ３と時刻ｔ４との間の期間）にブロック１０１の電圧ＶＢ１とブロック１０２の電圧ＶＢ２との間の電圧差ΔＶ（＝｜ＶＢ１－ＶＢ２｜）が取得される。そして、取得された電圧差ΔＶが閾値ＴＨよりも大きかった場合、均等化制御を実行することが決定される。

【0052】

組電池１０の満充電容量を推定する際には各ブロック１０１～１０ＭのＳＯＣが用いられる。ブロック１０１～１０ＭのＳＯＣには使用範囲が予め定められている。すべてのブロック１０１～１０Ｍは、ＳＯＣが使用範囲内に収まるように充放電される。ブロック１０１～１０ＭのうちのいずれかのブロックのＳＯＣ（すなわち最も高いＳＯＣ）が使用範囲の上限値に達すると、それ以上、組電池１０を充電することができない。また、いずれかのブロックのＳＯＣ（すなわち最も低いＳＯＣ）が使用範囲の下限値に達すると、それ以上、組電池１０を放電することができない。したがって、ブロック１０１～１０Ｍ間にＳＯＣ不均等が生じている場合には、ＳＯＣが均等である場合と比べて、ＳＯＣの使用範囲が実質的に狭くなり、その結果、車両１のＥＶ走行距離が短くなる。よって、車両１のＥＶ走行距離が影響を受ける（端的にはＥＶ走行距離が過度に短くなる）のに先立ち、均
等化制御を実行することが望ましい。閾値ＴＨを適切な値とすることで、分極の影響を考慮してもＳＯＣ不均等が生じていることを検出できるようになるため、均等化制御の要否を正確に判定することが可能になる。閾値ＴＨは、後述のようにすることで算出される可変値としてもよいし、事前実験の結果に基づいて設定された固定値であってもよい。

【0053】

図３に示す例では、電圧差ΔＶが閾値ＴＨよりも大きかったため、時刻ｔ５において均等化制御が開始される。本実施の形態においては、均等化制御が開始された時刻ｔ５から「均等化時間Ｔ２」が経過した時刻ｔ６に均等化制御が終了する。均等化時間Ｔ２は以下のように定めることができる。

【0054】

図２を再び参照して、ここでは均等化制御の対象がブロック１０１である例について説明する。電池ＥＣＵ５０から均等化ユニット３０に対して均等化指令Ｓ１が出力されると、スイッチング素子ＳＷ１がオンされ、電流が放電抵抗Ｒｂ１を流れる。この電流Ｉの大きさは、オームの法則に従い、電圧差ΔＶと目標電圧差ΔＶｔａｇとの差分値を放電抵抗Ｒｂ１の抵抗値で除した値となる（下記式（１）参照）。
Ｉ＝（ΔＶ－ΔＶｔａｇ）／Ｒｂ１ ・・・（１）

【0055】

目標電圧差ΔＶｔａｇとは、ブロック１０１の均等化制御を実行することで、ブロック１０１の電圧ＶＢ１と他のブロックの電圧との間の電圧差を、どの程度まで減少させたいかを事前に定めた値である。目標電圧差ΔＶｔａｇについて、より詳細に説明する。

【0056】

電圧センサ群２１を構成する各電圧センサ２１１～２１Ｍには検出誤差が存在する。電圧センサ２１１～２１Ｍの検出誤差は、たとえば約５ｍＶである。電圧差ΔＶが電圧センサ２１１～２１Ｍの検出誤差よりも小さい場合、その電圧差ΔＶが実際に生じているのか、電圧差ΔＶが電圧センサ２１１～２１Ｍの検出誤差に起因するものなのかを区別することはできない。したがって、目標電圧差ΔＶｔａｇを電圧センサ２１１～２１Ｍの検出誤差よりも小さな値に設定することは過剰な目標設定であると言える。むしろ、目標電圧差ΔＶｔａｇを電圧センサ２１１～２１Ｍの検出誤差よりも小さな値に設定した場合、必要な時間よりも長く均等化制御が実行され、その結果、組電池１０に蓄えられた電力が無駄に消費され、車両１のＥＶ走行距離が短くなる可能性がある。よって、目標電圧差ΔＶｔａｇは、電圧センサ２１１～２１Ｍの検出誤差以上の値に設定でき、好ましくは、電圧センサ２１１～２１Ｍの検出誤差と同等の値（この例では５ｍＶ）に設定できる。

【0057】

式（１）において、放電抵抗Ｒｂ１の抵抗値は、放電抵抗Ｒｂ１の仕様値である。また、目標電圧差ΔＶｔａｇは、電圧センサ２１１～２１Ｍの検出誤差に応じて事前に定められた値である。このように、放電抵抗Ｒｂ１の抵抗値も目標電圧差ΔＶｔａｇも既知の固定値である。したがって、電圧差ΔＶが定まれば電流Ｉの大きさも定まる。ブロック１０１の均等化に要する時間は電流Ｉの大きさに依存する。電流Ｉが大きいほど、ブロック１０１の均等化に要する時間は短くなる。よって、ブロック１０１の均等化に要する時間（均等化時間Ｔ２）と電流Ｉの大きさとの間の関係を予め実験的に求めておくことにより、電圧差ΔＶに応じた均等化時間Ｔ２を算出できる。この場合、電圧差ΔＶが大きいほど均等化時間Ｔ２は長く設定される。

【0058】

ただし、均等化時間Ｔ２を電圧差ΔＶに応じて可変に設定することは必須ではない。均等化時間Ｔ２は固定値であってもよい。前述のように、電圧差ΔＶが解消された以降も均等化制御を継続した場合、組電池１０に蓄えられた電力が無駄に消費される可能性があるため、均等化制御は過度に長く実行しない方が望ましい。ここで、電流Ｉが大きいほど、均等化に要する時間は短くなる。したがって、電流Ｉが通常使用される電流範囲の上限値である場合を想定することで、過度に長くならないように均等化時間Ｔ２を設定できる。本実施の形態では各セルはリチウムイオン電池であるため、ブロック１０１の電圧がリチ
ウムイオン電池の電圧使用範囲の上限値（約４Ｖ）である場合に流れる電流Ｉを想定して均等化時間Ｔ２を設定すればよい。

【0059】

＜制御フロー＞
図４は、本実施の形態における均等化制御に関連する一連の処理の一例を示すフローチャートである。図４（および後の図５）に示すフローチャートは、予め定められた条件成立時（具体的にはＩＧ－ＯＮ操作時）に実行される。各ステップは、電池ＥＣＵ５０によるソフトウェア処理により実現されるが、電池ＥＣＵ５０内に作製されたハードウェア（電気回路）により実現されてもよい。以下、ステップをＳと略す。

【0060】

Ｓ１０１において、電池ＥＣＵ５０は、組電池１０を構成する各ブロック１０１～１０Ｍの電圧ＶＢ１～ＶＢＭを電圧センサ群２１から取得する。そして、電池ＥＣＵ５０は、電圧ＶＢ１～ＶＢＭ間の電圧差ΔＶを算出する（Ｓ１０２）。この電圧差ΔＶとは、より詳細には、電圧ＶＢ１～ＶＢＭのうちの最高電圧と最低電圧との間の電圧差である。

【0061】

Ｓ１０３において、電池ＥＣＵ５０は、組電池１０の温度ＴＢを温度センサ２３から取得する。さらに、電池ＥＣＵ５０は、車両１におけるＩＧ－ＯＦＦ時間Ｔ１をタイマ（図示せず）を用いて取得する（Ｓ１０４）。

【0062】

Ｓ１０５において、電池ＥＣＵ５０は、Ｓ１０３にて取得した温度ＴＢと、Ｓ１０４にて取得したＩＧ－ＯＦＦ時間Ｔ１とに基づいて、閾値ＴＨを算出する。温度ＴＢとＩＧ－ＯＦＦ時間Ｔ１と閾値ＴＨとの間の関係が定められたマップ（図示せず）を事前実験を実施することで作成し、メモリ５２に格納しておく。このマップを参照することで、電池ＥＣＵ５０は、温度ＴＢおよびＩＧ－ＯＦＦ時間Ｔ１から閾値ＴＨを算出できる。

【0063】

組電池１０の温度ＴＢが高いほど組電池１０の分極の緩和が進みやすい。また、ＩＧ－ＯＦＦ時間Ｔ１が長いほど組電池１０の分極の緩和が進みやすい。したがって、組電池１０の温度ＴＢが高いほど、また、ＩＧ－ＯＦＦ時間Ｔ１が長いほど、分極の影響が小さくなる。そうすると、各ブロックの電圧を高精度に検出でき、電圧差ΔＶの誤差が小さくなる。よって、上記マップにおいて、組電池１０の温度ＴＢが高いほど、また、ＩＧ－ＯＦＦ時間Ｔ１が長いほど、閾値ＴＨを小さく定めることができる。

【0064】

Ｓ１０６において、電池ＥＣＵ５０は、Ｓ１０２にて算出した電圧差ΔＶが閾値ＴＨよりも大きいかどうかを判定する。電圧差ΔＶが閾値ＴＨ以下である場合（Ｓ１０６においてＮＯ）には、ブロック１０１～１０Ｍ間のＳＯＣ不均等が小さいため、均等化制御を実行しなくてよい。したがって、電池ＥＣＵ５０は、以降の処理を実行することなく、一連の処理を終了する。電圧差ΔＶが閾値ＴＨよりも大きい場合（Ｓ１０６においてＹＥＳ）、電池ＥＣＵ５０は、均等化制御を実行することを決定する（Ｓ１０７）。

【0065】

Ｓ１０８において、電池ＥＣＵ５０は、予め定められた均等化時間Ｔ２（固定値）をメモリから読み出す。均等化時間Ｔ２は、各ブロック１０１～１０Ｍの電圧が通常の電圧使用範囲の上限値（リチウムイオン電池では約４Ｖ）である場合を想定し、過度に長くならないように定められた値である。

【0066】

Ｓ１０９において、電池ＥＣＵ５０は均等化制御を開始する。均等化制御は、均等化制御の実行開始時から均等化時間Ｔ２が経過するまで継続される（Ｓ１１０においてＮＯ）。均等化時間Ｔ２が経過すると（Ｓ１１０においてＹＥＳ）、電池ＥＣＵ５０は均等化制御を終了する（Ｓ１１１）。これにより、一連の処理が終了する。なお、ブロック１０１～１０Ｍのうちの任意の２つのブロック間の電圧差が閾値ＴＨよりも小さくなるように、同様の制御を２以上のブロックに対して実施できる。

【0067】

図５は、本実施の形態における均等化制御に関連する一連の処理の他の一例を示すフローチャートである。Ｓ２０１～Ｓ２０７の処理は、図４におけるＳ１０１～Ｓ１０７の処理と同等であるため、説明は繰り返さない。

【0068】

電圧差ΔＶが閾値ＴＨよりも大きいため均等化制御を実行することを決定した場合、電池ＥＣＵ５０は、Ｓ２０２にて算出された電圧差ΔＶに応じて、均等化時間Ｔ２を算出する（Ｓ２０８）。前述のように、放電抵抗Ｒｂ１の抵抗値と、電圧センサ２１１～２１Ｍの検出誤差に応じて事前に定められた目標電圧差ΔＶｔａｇとは固定値である。そのため、電圧差ΔＶが定まれば、均等化制御時に流れる電流Ｉの大きさも定まる。よって、均等化時間Ｔ２と電流Ｉの大きさとの間の対応関係を実験的に求めておくことで、電圧差ΔＶから均等化時間Ｔ２を算出できる。

【0069】

以降のＳ２０９～Ｓ２１１の処理は、図４におけるＳ１０９～Ｓ１１１の処理と同等であるため、説明は繰り返さない。

【0070】

均等化制御の実行中には、ＳＭＲ４０が閉成されており、組電池１０は、ＰＣＵ６０との間で充放電され得る。組電池１０の充放電時には、各ブロック１０１～１０Ｍの電圧を高精度に検出することは困難であるため、均等化制御を終了してよいかどうかを正確に判定できない可能性がある。これに対し、本実施の形態において、電池ＥＣＵ５０は、均等化制御の開始時から均等化時間Ｔ２が経過したことを条件に均等化制御を終了させる。均等化時間Ｔ２を用いることで、組電池１０の充放電が電圧センサ２１１～２１Ｍによるブロック１０１～１０Ｍの電圧検出精度に及ぼす影響によらずに均等化制御の終了タイミングを判定できる。よって、本実施の形態によれば、均等化制御を終了してよいかどうかを高精度に判定できる。

【0071】

さらに、均等化時間Ｔ２は、均等化制御によりブロック１０１～１０Ｍを流れる電流に関連するパラメータ、より詳細には、放電抵抗Ｒｂ１～ＲｂＭの抵抗値と、目標電圧差ΔＶｔａｇとに基づいて定められている。目標電圧差ΔＶｔａｇは、電圧センサ群２１を構成する各センサの検出誤差以上の値であり、過度に小さな値ではない。したがって、不必要に長く均等化制御が継続されることを抑制できる。よって、本実施の形態によれば、組電池１０に蓄えられた電力が無駄に消費されないうちに均等化制御を終了できる。これにより、車両１のＥＶ走行距離をできるだけ長く確保することが可能になる。

【0072】

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0073】

１ 車両、２ 電池システム、１０ 組電池、１０１～１０Ｍ ブロック、２０ 監視ユニット、２１ 電圧センサ群、２１１～２１Ｍ 電圧センサ、２２ 電流センサ、２３
温度センサ、３０ 均等化ユニット、３０１～３０Ｍ 均等化回路、５０ 電池ＥＣＵ、５１ プロセッサ、５２ メモリ、６０ ＰＣＵ、７０ モータジェネレータ、８０ 駆動輪、９０ 統合ＥＣＵ、ＳＷ１～ＳＷＭ スイッチング素子、Ｒｂ１～ＲｂＭ 放電抵抗。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】