WO2023195548A1 - 電池制御装置および電池システム - Google Patents

Abstract

複数の電池を接続した組電池を制御する電池制御装置は、複数の電池の電圧ばらつきを検知し、組電池の充電率および電圧ばらつきに基づいて制限係数を演算し、制限係数に基づいて組電池の入出力可能な最大電力である入出力可能電力を制限する。

Description

電池制御装置および電池システム

　本発明は、電池制御装置および電池システムに関する。

　電気自動車（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｖｅｈｉｃｌｅ）やプラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ：Ｐｌｕｇ－ｉｎ　Ｈｙｂｒｉｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｖｅｈｉｃｌｅ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ：Ｈｙｂｒｉｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｖｅｈｉｃｌｅ）等の車両に搭載される電動車両システムは、駆動源へ電力を供給する電池と、電池制御装置を備えている。電池制御装置は、電池の性能を最大限に引き出すために、電池の電圧、温度、および電流を検出し、これらに基づいて電池の充電状態（充電率、ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ　ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ）、劣化状態（劣化率、ＳＯＨ：Ｓｔａｔｅ　ｏｆ　Ｈｅａｌｔｈ）、および電池の充放電の際の入出力可能な電力（入出力可能電力）を演算する。

　電池の入出力可能電力は、電池の上限電圧または下限電圧と電池の内部抵抗を用いて、電池電圧が上下限電圧を逸脱しない範囲で入出力が可能な最大の電力として演算される。電池を複数個直列に接続した多直列電池システムの場合は、充放電の際、電池の温度、ＳＯＣ、および電圧が各使用範囲内となるように、入出力可能電力が予め設定された制限値付近になるように制限される。

　しかし、多直列電池システムの全ての電池を１つの電池と見なし、全ての電池の平均ＳＯＣのみを入出力可能電力の制限の実施を判断する指標として用いて入出力可能電力を制限すると、次のような不都合がある。すなわち、多直列電池システムにおいて、特定の電池のみが劣化が進行し内部抵抗が大きくなった結果として容量が小さくなった場合には、充放電の際、当該特定の電池がＳＯＣの使用範囲を逸脱する可能性がある。

　そこで、特許文献１には、電池に電流が流れたときの各電池の電圧変化のばらつきをもとに抽出した内部抵抗のばらつきを入出力可能電力の演算に反映させる従来技術が開示されている。この従来技術によれば、各電池の内部抵抗のばらつきによって発生し得る電池の上下限電圧の逸脱を回避できる。

特許第３５２８４２８号公報

　しかし、内部抵抗による電圧変化が比較的小さい電流でＳＯＣを大きく変化させる充放電時には、容量の小さな電池が、ＳＯＣの使用範囲を逸脱する可能性がある。そこで、多直列電池システムを構成する各電池のＳＯＣを個別に推定し、入出力可能電力の演算に反映することが考えられる。

　しかし、ＳＯＣ推定に必要な温度を計測する温度センサを電池毎に設ける必要があり、電池システムのコストアップにつながり、また演算負荷が高くなるという問題がある。

　本発明は、上述を考慮してなされたものであり、電池システムのコストアップや演算負荷増大を回避しつつ、電池の入出力性能を確保しながら、電池システムの全ての電池のＳＯＣの使用範囲の逸脱を回避して、電池システムの信頼性を確保することを目的とする。

　上述の従来技術の問題を解決するため、本発明による電池制御装置は、複数の電池を接続した組電池を制御する電池制御装置であって、前記複数の電池の電圧ばらつきを検知し、前記組電池の充電率および前記電圧ばらつきに基づいて制限係数を演算し、前記制限係数に基づいて前記組電池の入出力可能な最大電力である入出力可能電力を制限することを特徴とする。

　本発明によれば、電池システムのコストアップや演算負荷増大を回避しつつ、電池の入出力性能を確保しながら、電池システムの全ての電池のＳＯＣの使用範囲の逸脱を回避でき、電池システムの信頼性を確保できる。

実施形態１における自動車の電動システムの構成例を示すブロック図。 実施形態１における単電池制御部の構成例を示すブロック図。 実施形態１における組電池制御部の構成例を示すブロック図。 ＳＯＣとＯＣＶの関係を示すＳＯＣテーブルの構成例を示す図。 単電池の電圧の挙動をモデル化した電圧等価回路モデルの一例を示す図。 多直列電池に容量低下の電池が存在する場合のＳＯＣおよび電圧の波形の例を示す図。 電力制限値演算部における入力制限係数の演算方法の例を説明するための図。 電力制限値演算部における出力制限係数の演算方法の例を説明するための図。 平均ＳＯＣに基づく電力制限制御の課題を説明するための図。 実施形態１における電圧ばらつきに応じたＳＯＣ制限開始タイミングの例を説明するための図。 実施形態１における電圧ばらつきに応じた制限開始点および制限終了点の例を説明するための図。 実施形態１を適用前の電力、電圧、ＳＯＣ、入出力制限係数、および入出力制限条件の波形の例を示す図。 実施形態１を適用後の電力、電圧、ＳＯＣ、入出力制限係数、および入出力制限条件の波形の例を示す図。 実施形態２における組電池制御部の構成例を示すブロック図。 実施形態２における電圧ばらつき検知タイミングの例を示す図。 実施形態２を適用後の電流、電圧、ＳＯＣ、および入出力制限係数の波形の例を示す図。 電圧ばらつき検知における課題を説明するための図。 実施形態３における電圧ばらつきおよびＳＯＣに応じた入出力制限条件の決定方法の例を説明するための図。

　以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、ハイブリッド自動車の電源を構成する電池システムに対して本発明を適用した場合を説明する。但し、以下に説明する実施形態の構成はこれに限らずプラグインハイブリッド自動車、電気自動車等の乗用車、ハイブリッドトラック等の産業用車両、あるいは鉄道車両の電源を構成する蓄電装置の蓄電器制御回路等にも適用できる。

　また、以下の実施形態では、リチウムイオン電池を採用した場合を例に挙げて説明するが、充放電可能な二次電池であれば、鉛電池、ニッケル水素電池、多価カチオン電池、電気二重層キャパシタ、ハイブリッドキャパシタ等も用いることができる。更に、以下の実施形態では、複数の単電池を直列に接続して組電池を構成しているが、複数の単電池を並列接続したものを複数個直列に接続した組電池で構成したシステムや、直列接続した複数の単電池を複数個並列に接続した組電池で構成したシステムにも適用できる。

　以下の説明では、同種の要素を区別して説明する場合には、本体部分に添え字を付加した参照符号を用いる。同種の要素を区別しないで説明する場合には、添え字を除いた本体部分のみの参照符号を用いる。また、実施形態の説明において、既出の構成および処理の説明を省略し、または、既出の実施形態と同一の構成および処理の説明を省略し、差分を中心に説明する。

　また、以下の説明で例示する各種構成の個数は、例示に過ぎない。

（実施形態１）
　図１～図１０に基づいて、本発明の実施形態１を説明する。

（実施形態１の電動システム１の構成）
　図１は、実施形態１における自動車の電動システム１の構成例を示すブロック図である。本実施形態における電動システム１は、電池システム１００と、リレー３００，３１０を介して電池システム１００に接続されるインバータ４００と、インバータ４００によって駆動されるモータ４１０とを有する。車両制御部２００は、ＳＯＣを始めとする電池システム１００の情報や、インバータ４００やモータ４１０からの情報、エンジン（不図示）の情報等をもとに駆動力の配分等を決定する。

　電池システム１００は、組電池１１０と、単電池管理部１２０と、電流検知部１３０と、組電池１１０の総電圧を検知する電圧検知部１４０と、組電池制御部１５０と、記憶部１８０とを有する。組電池１１０は、複数の単電池１１１を有する。単電池１１１は、セルともいう。

　単電池管理部１２０は、単電池１１１の状態を監視する。電流検知部１３０は、電池システム１００に流れる電流を検知する。組電池制御部１５０は、組電池１１０の制御を行う。記憶部１８０は、組電池１１０、単電池１１１、および単電池群１１２の電池特性に関する情報を格納する。

　組電池制御部１５０は、単電池１１１の電池電圧および温度、バッテリに流れる電流値、組電池１１０の総電圧値、単電池１１１が過充電または過放電であるかの診断結果、単電池管理部１２０等において通信エラーが発生した場合に出力される異常信号等が入力される。

　単電池１１１の電池電圧および温度は、単電池管理部１２０から出力される。バッテリに流れる電流値は、電流検知部１３０から出力される。組電池１１０の総電圧値は、電圧検知部１４０から出力される。単電池１１１が過充電または過放電であるかの診断結果、および、単電池管理部１２０において通信エラーが発生した場合に出力される異常信号は、単電池管理部１２０から出力される。組電池制御部１５０は、入力された情報をもとに組電池１１０の状態検知等を行う。また、組電池制御部１５０が行う処理の結果は、単電池管理部１２０および車両制御部２００に送信される。

　組電池１１０は、電気エネルギーの蓄積および放出（直流電力の充放電）が可能な複数の単電池１１１を電気的に直列に接続して構成される。１つの単電池１１１は、出力電圧が３．０～４．２Ｖ（平均出力電圧：３．６Ｖ）である。単電池１１１のＯＣＶ（Ｏｐｅｎ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　Ｖｏｌｔａｇｅ）とＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ　Ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ）には、図４に示す相関関係があるとする。しかし、これに限定されず、その他の電圧仕様でもよい。

　組電池１１０を構成する単電池１１１は、単電池１１１の状態の管理および制御を行う上で、所定の単位数にグループ分けされている。グループ分けされた単電池１１１は、電気的に直列に接続され、単電池群１１２を構成する。所定の単位数は、例えば１個、４個、６個、・・・のように等区分とする場合もあれば、４個と６個とを組合せる、というように、複合区分とする場合もある。

　単電池管理部１２０は、組電池１１０を構成する単電池１１１の状態を監視する。単電池管理部１２０は、複数の単電池制御部１２１から構成されており、上述のようにグループ分けされた単電池群１１２に対して１つの単電池制御部１２１が割り当てられている。単電池制御部１２１は割り当てられた単電池群１１２から電力を受けて動作し、単電池群１１２を構成する単電池１１１の電池電圧や温度を監視する。

　図１では、単電池群１１２ａと１１２ｂに対応して、単電池制御部１２１ａと１２１ｂが設けられた構成となっている。本実施形態では、説明を簡単にするために、単電池群１１２は、４個の単電池１１１が電気的に直列に接続された構成であるものとし、さらに、４個の単電池１１１を１つの単電池制御部１２１が監視する構成としているが、これに限定されない。

（実施形態１の単電池制御部１２１の構成）
　図２は、実施形態１における単電池制御部１２１の構成例を示すブロック図である。単電池制御部１２１は、電圧検出回路１２２と、制御回路１２３と、信号入出力回路１２４と、温度検知部１２５とを有する。

　電圧検出回路１２２は、各単電池１１１の端子間電圧を測定する。温度検知部１２５は、単電池群１１２の温度を測定する。制御回路１２３は、電圧検出回路１２２および温度検知部１２５から受け取った各測定結果を、信号入出力回路１２４を介して組電池制御部１５０に送信する。なお、単電池制御部１２１の説明において、自己放電や消費電流ばらつき等に伴い発生する単電池１１１間の電圧やＳＯＣのばらつきを均等化する回路構成は、周知として省略した。

　温度検知部１２５は、単電池群１１２の温度を測定する機能を有する。温度検知部１２５は、単電池群１１２全体として１つの温度を測定し、測定した温度を、単電池群１１２を構成する単電池１１１の温度代表値として取り扱う。温度検知部１２５が測定した温度は、単電池１１１、単電池群１１２、または組電池１１０の状態を検知するための各種演算に用いられる。この前提に立って、図２には、単電池制御部１２１に１つの温度検知部１２５を設けた例を示している。単電池１１１毎に温度検知部１２５を設けて温度を測定し、単電池１１１毎の温度に基づいて各種演算を実行することもできるが、温度検知部１２５が多数となるため、単電池制御部１２１の構成が複雑となる。

　図２では、簡易的に温度検知部１２５を示している。実際は、温度測定対象に温度センサが設置され、温度センサが温度情報を電圧として出力する。温度センサから出力された測定結果の電圧は、制御回路１２３を介して信号入出力回路１２４に送信される。信号入出力回路１２４は、単電池制御部１２１の外部に測定結果を出力する。この一連の処理を実現する機能が、温度検知部１２５として単電池制御部１２１に実装される。電圧検出回路１２２を用いて温度情報（電圧）を測定することもできる。

　組電池制御部１５０および単電池管理部１２０は、フォトカプラのような絶縁素子１７０を介して、信号通信部１６０により信号の送受信を行う。絶縁素子１７０を設けるのは、組電池制御部１５０と単電池管理部１２０とで、動作電源が異なるためである。すなわち、単電池管理部１２０は、組電池１１０から電力をうけて動作するのに対して、組電池制御部１５０は、車載補機用のバッテリ（例えば１２Ｖ系バッテリ）を電源として用いている。絶縁素子１７０は、単電池管理部１２０を構成する回路基板に実装してもよいし、組電池制御部１５０を構成する回路基板に実装してもよい。なお、システム構成によっては、絶縁素子１７０を省略することも可能である。

　次に、本実施形態における組電池制御部１５０と、単電池制御部１２１ａ，１２１ｂとの通信部について説明する。単電池制御部１２１ａ，１２１ｂは、それぞれが監視する単電池群１１２ａ，１１２ｂの電位の高い順に従って直列に接続されている。

　組電池制御部１５０が出力した信号は、絶縁素子１７０を介して信号通信部１６０により単電池制御部１２１ａに入力される。単電池制御部１２１ａの出力と単電池制御部１２１ｂの入力との間も、同様に、信号通信部１６０により接続され、信号が伝送される。単電池制御部１２１ｂの出力は、絶縁素子１７０を介して信号通信部１６０により組電池制御部１５０に入力される。

　このように、組電池制御部１５０と、単電池制御部１２１ａ，１２１ｂとは、信号通信部１６０により、ループ状に接続されている。このループ接続は、デイジーチェーン接続、数珠繋ぎ接続、または芋づる式接続とも呼ばれる。

　なお、本実施形態では、単電池制御部１２１ａと単電池制御部１２１ｂの間は、絶縁素子１７０を介していないが、絶縁素子１７０を介していてもよい。

（実施形態１の組電池制御部１５０の構成）
　図３は、実施形態１における組電池制御部１５０の構成例を示すブロック図である。本実施形態では、単電池１１１に関する診断結果や単電池管理部１２０に通信エラー等が発生した場合に出力される異常信号に基づく処理内容については、説明を省略する。組電池制御部１５０は、ＳＯＣ／ＳＯＨ演算部１５１と、入出力可能電力演算部１５２と、電圧ばらつき検知部１５３と、電力制限値演算部１５４とを有する。

　ＳＯＣ／ＳＯＨ演算部１５１は、組電池１１０を構成する単電池１１１の平均電圧、組電池１１０に流れる電流、および温度検知部１２５が検知した単電池１１１の平均温度を入力として、ＳＯＣおよびＳＯＨを演算し出力する。本実施形態では、ＳＯＨ（劣化率）はＳＯＨＲ（Ｓｔａｔｅ　Ｏｆ　Ｈｅａｌｔｈ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）とするが、ＳＯＨＣ（Ｓｔａｔｅ　Ｏｆ　Ｈｅａｌｔｈ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｃａｐａｃｉｔｙ）でもよい。

　入出力可能電力演算部１５２は、ＳＯＣ／ＳＯＨ演算部１５１が演算するＳＯＣおよびＳＯＨＲと、組電池１１０の電流、電池システム１００内の最低温度を入力として、電池の入出力可能な最大電力（入出力可能電力（入力可能電力Ｗｍａｘ＿ｃ，出力可能電力Ｗｍａｘ＿ｄ））を演算し、出力する。

　電圧ばらつき検知部１５３は、各単電池１１１の電圧および平均電圧を入力として、各セルの電圧のばらつき情報、例えば、最高セル電圧と平均電圧の差分および最低セル電圧と平均電圧の差分を演算し、これらに基づく電圧ばらつきを出力する。

　電力制限値演算部１５４は、入出力可能電力演算部１５２が出力する入力可能電力Ｗｍａｘ＿ｃおよび出力可能電力Ｗｍａｘ＿ｄ、ＳＯＣ／ＳＯＨ演算部１５１が出力するＳＯＣ、各セルの最低温度と最高温度、各セル電圧、電圧ばらつき検知部１５３が出力する電圧ばらつきを入力として、電力制限値（入力可能電力Ｐｍａｘ＿ｃ，出力可能電力Ｐｍａｘ＿ｄ）を出力する。

　記憶部１８０は、組電池１１０、単電池１１１、および単電池群１１２の内部抵抗特性、満充電時の容量、分極抵抗特性、劣化特性、個体差情報、およびＳＯＣとＯＣＶの対応関係等の情報を格納する。なお、本実施形態では、記憶部１８０は組電池制御部１５０または単電池管理部１２０の外部に設置されている構成としたが、組電池制御部１５０または単電池管理部１２０が記憶部を備える構成でもよい。

（ＳＯＣテーブル１８１の構成）
　図４は、ＳＯＣとＯＣＶの関係を示すＳＯＣテーブル１８１の構成例を示す図である。ＳＯＣテーブル１８１は、単電池１１１におけるＯＣＶとＳＯＣとの対応関係を温度毎に記述したデータテーブルである。図４は、ある温度におけるＯＣＶとＳＯＣとの対応関係を示し、他の温度におけるＯＣＶとＳＯＣとの対応関係は図示を省略している。図４に示す数値は一例であり、ＳＯＣが小さいほど電池のＯＣＶも小さいことを例示する。

　記憶部１８０は、ＳＯＣテーブル１８１と同様に、他にも内部抵抗特性、分極抵抗特性といった各種電池特性情報と、ＳＯＣ、温度等といった各種パラメータとの対応関係を記述したデータテーブルを格納する。なお、本実施形態では、ＳＯＣテーブル１８１にてＳＯＣとＯＣＶの対応関係を示すが、データテーブルに限定されず、対応関係を数式等で表してもよい。

　図３に説明を戻す。入出力可能電力演算部１５２は、記憶部１８０に格納された電池パラメータ、ＳＯＣ、ＳＯＨＲ、電流、および電池システム１００内の最低温度を入力として、電池の入出力可能な最大電流（入出力可能電流（入力可能電流Ｉｍａｘ＿ｃ，出力可能電流Ｉｍａｘ＿ｄ））を演算し、入力可能電流が通電したときのそれぞれの電池電圧を乗算することで、入力可能電力Ｗｍａｘ＿ｃおよび出力可能電力Ｗｍａｘ＿ｄを出力する。

　図５に基づいて、入出力可能電力演算部１５２による、入力可能電流Ｉｍａｘ＿ｃおよび出力可能電流Ｉｍａｘ＿ｄの演算方法を説明する。図５は、単電池１１１の電圧の挙動をモデル化した等価回路モデルの一例を示す図である。図５の等価回路は、単電池１１１のＯＣＶを示す起電力成分と、時間に依存しない直流抵抗成分Ｒｏと、時間に依存する分極抵抗成分Ｒｐおよび容量Ｃの並列回路とを直列に接続した構成になっている。

　図５に示す等価回路のパラメータ（ＯＣＶ，Ｒｏ，Ｒｐ，Ｃ）は、実際の電池を使った試験結果から抽出される。本実施形態では、新品時の電池においてこれらのパラメータを抽出する。そして、新品時の時間に依存しない内部抵抗成分である直流抵抗成分Ｒｏ＿ｎｅｗ、時間に依存する内部抵抗成分である分極抵抗成分Ｒｐ＿ｎｅｗ、および分極時定数τ（ＲｐとＣの積）のそれぞれを、ＳＯＣまたは温度に応じたマップとして記憶部１８０に格納しておく。

　式（１）のように、記憶部１８０に格納されている直流抵抗成分Ｒｏ＿ｎｅｗに対して、ＳＯＣ／ＳＯＨ演算部１５１によって推定されたＳＯＨが反映されることで、直流抵抗成分Ｒｏが演算される。同様に、式（２）のように、記憶部１８０に格納されている分極抵抗成分Ｒｐ＿ｎｅｗに対して、ＳＯＣ／ＳＯＨ演算部１５１によって推定されたＳＯＨが反映されることで、分極抵抗成分Ｒｐが演算される。

　また、分極抵抗成分Ｒｐによる電圧変化Ｖｐは、充放電時間をｔｓとし、分極抵抗成分Ｒｐと分極時定数τを用いて、式（３）のように演算される。式（３）のように、分極抵抗成分Ｒｐによる電圧変化Ｖは、電圧（Ｉ×Ｒｐ）と容量Ｃの電圧Ｖｐ＿ｚの加重平均として求められる。

　式（１）～式（３）により演算された直流抵抗成分Ｒｏ、分極抵抗成分Ｒｐ、分極抵抗成分Ｒｐによる電圧変化Ｖｐ、および記憶部１８０に格納されたτをもとに、式（４）および式（５）のように、入力可能電流Ｉｍａｘ＿ｃおよび出力可能電流Ｉｍａｘ＿ｄが演算される。

　ここで、式（４）および式（５）において、ｔｃｏｎｔは連続通電秒数（ｓｅｃ）を、Ｉｌｉｍｉｔは電池システム１００の構成部材であるリレーやヒューズ等の耐性を考慮して決まる上限電流値を、Ｖｍａｘは上限電圧を、Ｖｍｉｎは下限電圧をそれぞれ示す。連続通電秒数ｔｃｏｎｔは、連続して通電可能な電流および電力を規定する際に設定する秒数であり、例えば５秒間連続して通電可能な電流または電力を演算する場合には、ｔｃｏｎｔ＝５とする。

　次に、入出力可能電力演算部１５２による、演算した入力可能電流Ｉｍａｘ＿ｃおよび出力可能電流Ｉｍａｘ＿ｄを用いて、入出力可能電力を演算する手法について説明する。入出力可能電力演算部１５２は、入力可能電流Ｉｍａｘ＿ｃおよび出力可能電流Ｉｍａｘ＿ｄを入力として、式（６）および式（７）により、入力可能な最大電力（入力可能電力Ｗｍａｘ＿ｃ）および出力可能な最大電力（出力可能電力Ｗｍａｘ＿ｄ）を演算する。式（６）および式（７）中のＮは、電池システム１００を構成するセルの数を示す。

（電圧ばらつき検知部１５３について）
　次に、図６を参照して、電圧ばらつき検知部１５３を説明する。図６は、多直列電池に容量低下の電池が存在する場合のＳＯＣおよび電圧の波形の例を示す図である。図６では、図の左側に示すように、複数の単電池１１１を直列に接続した多直列電池内に、一つの容量劣化したセル＃１が存在した場合を仮定している。この多直列電池に対して図６上段に示す電流を通電したときのＳＯＣの波形を図６中段に、電圧の波形を図６下段にそれぞれ示している。

　図６中段に示すように、時間の経過と共に、セル＃１のＳＯＣが多直列電池を構成する全セルの平均ＳＯＣを下回って低下すると共に、セル＃１の電圧も平均電圧を下回って低下していることが分かる。これは、セル＃１が、劣化に伴って容量だけでなく内部抵抗も上昇しており、電流通電時の電圧変化が大きいことが原因である。また、図４に示すように、一般にＳＯＣが小さいほど電池のＯＣＶも小さくなることから、ＳＯＣが他のセルと比較して低下しているセル＃１のＯＣＶが低下していることが原因である。

　このように、多直列電池内に容量の小さいセルが混在している場合、電池の電圧にばらつきが発生し得る。このため、電池の電圧ばらつきを検知することで、多直列電池を構成するセルに劣化が進行した容量の小さいセルが存在することを検知できる。本実施形態では、電池の電圧ばらつきとして、例えば式（８）に示す指標を採用する。

　式（８）によれば、多直列電池を構成する全セルの平均電圧と全セル内の最高セル電圧との差分の絶対値、および平均電圧と全セル内の最低セル電圧との差分の絶対値のうちの値が大きい方が、電池の電圧ばらつきとして出力される。電圧ばらつきが所定値以上の場合に、多直列電池を構成する全セル内に容量の小さいセルが存在することを検知する。なお、電圧ばらつきは、多直列電池を構成する全セルの平均電圧と全セル内の最高セル電圧との差分の絶対値、または、平均電圧と全セル内の最低セル電圧との差分の絶対値の何れか一つを固定で用いてもよい。

（電力制限値演算部１５４について）
　次に、図７～１１を参照して、電力制限値演算部１５４を説明する。電力制限値演算部１５４は、入出力可能電力演算部１５２が出力する入力可能電力Ｗｍａｘ＿ｃおよび出力可能電力Ｗｍａｘ＿ｄと、電池システム１００を構成する単電池１１１の最高温度および最低温度と、各単電池１１１の電圧と、電圧ばらつき検知部１５３が検知する電圧ばらつきと、ＳＯＣとを入力とする。そして、電力制限値演算部１５４は、各入力値に応じて、入力可能電力Ｗｍａｘ＿ｃに入力制限係数ｋｃｈｇ（ｋｃｈｇ≦１）を乗じ、出力可能電力Ｗｍａｘ＿ｄに出力制限係数ｋｄｉｓ（ｋｄｉｓ≦１）を乗じて、入出力可能電力を制限する。その結果、全ての単電池１１１がＳＯＣの使用範囲を逸脱しないように制御される。

　図７は、電力制限値演算部１５４における入力制限係数ｋｃｈｇの演算方法の例を説明するための図である。図７は、充電の際の、入力可能電力Ｗｍａｘ＿ｃに対する各入力値に応じた入力制限係数の一例を示す。

　図７（ａ）では、平均ＳＯＣに応じた入力制限係数（第１入力制限係数）を示し、入力制限係数を、平均ＳＯＣが閾値Ｔｈ１１以下で１、閾値Ｔｈ１１で１から低下させていき、閾値Ｔｈ１２以上で０にする。

　図７（ｂ）では、多直列電池のセル中の最高セル電圧に応じた入力制限係数（第２入力制限係数）を示し、入力制限係数を、最高セル電圧が閾値Ｔｈ２１以下で１、閾値Ｔｈ２１で１から低下させていき、閾値Ｔｈ２２以上で０にする。

　図７（ｃ）では、多直列電池のセル中の最低セル温度に応じた入力制限係数（第３入力制限係数）を示し、入力制限係数を、最低セル温度が閾値Ｔｈ３１以下で０、閾値Ｔｈ３１で０から上昇させていき、閾値Ｔｈ３２以上で１にする。

　図７（ｄ）では、多直列電池のセル中の最高セル温度に応じた入力制限係数（第４入力制限係数）を示し、入力制限係数を、最高セル温度が閾値Ｔｈ４１以下で１、閾値Ｔｈ４１で１から低下させていき、閾値Ｔｈ４２以上で０にする。

　電力制限値演算部１５４は、図７（ａ）～図７（ｄ）に示す各入力値に応じた入力制限係数を全て計算し、全ての入力制限係数のうちの最小値を最終的な入力制限係数ｋｃｈｇとする。電力制限値演算部１５４は、式（９）のように、入力可能電力Ｗｍａｘ＿ｃに入力制限係数ｋｃｈｇを乗算して最終的な入力可能電力Ｐｍａｘ＿ｃを演算し、出力する。

　なお、図７（ａ）～図７（ｄ）に示す全ての入力制限係数を計算せず、平均ＳＯＣに応じた入力制限係数のみを計算し、最終的な入力制限係数ｋｃｈｇとしてもよい。

　図８は、電力制限値演算部１５４における出力制限係数ｋｄｉｓの演算方法の例を説明するための図である。図８は、放電の際の、出力可能電力Ｗｍａｘ＿ｄに対する各入力値に応じた出力制限係数の一例を示す。

　図８（ａ）では、平均ＳＯＣに応じた出力制限係数（第１出力制限係数）を示し、出力制限係数を、平均ＳＯＣが閾値Ｔｈ５１以上で１、閾値Ｔｈ５１で１から低下させていき、閾値Ｔｈ５２以下で０にする。

　図８（ｂ）では、多直列電池のセル中の最低セル電圧に応じた出力制限係数（第２出力制限係数）を示し、出力制限係数を、最低セル電圧が閾値Ｔｈ６１以上で１、閾値Ｔｈ６１で１から低下させていき、閾値Ｔｈ６２以下で０にする。

　図８で（ｃ）では、多直列電池のセル中の最低セル温度に応じた出力制限係数（第３出力制限係数）を示し、出力制限係数を、最低セル温度が閾値Ｔｈ７１以上で１、閾値Ｔｈ７１で１から低下させていき、閾値Ｔｈ７２以下で０にする。

　図８（ｄ）では、多直列電池のセル中の最高セル温度に応じた出力制限係数（第４出力制限係数）を示し、出力制限係数を、最高セル温度が閾値Ｔｈ８１以上で０、閾値Ｔｈ８１で０から上昇させていき、閾値Ｔｈ８２以下で１にする。

　電力制限値演算部１５４は、図８（ａ）～図８（ｄ）に示す各入力値に応じた出力制限係数を全て計算し、全ての出力制限係数のうちの最小値を最終的な出力制限係数ｋｄｉｓとする。電力制限値演算部１５４は、式（１０）のように、出力可能電力Ｗｍａｘ＿ｄに出力制限係数ｋｄｉｓを乗算して最終的な出力可能電力Ｐｍａｘ＿ｄを演算し、出力する。

　なお、図８（ａ）～図８（ｄ）に示す全ての出力制限係数を計算せず、ＳＯＣに応じた出力制限係数のみを計算し、最終的な出力制限係数ｋｄｉｓとしてもよい。

（ＳＯＣに応じた入出力制限係数の計算方法）
　次に、本実施形態におけるＳＯＣに応じた入出力制限係数の計算方法を図９～図１１に基づき説明する。

　図９は、平均ＳＯＣに基づく電力制限制御の課題を説明するための図である。図９は、多直列電池を構成する複数の電池の中に容量小の単電池１１１（セル＃１）がある場合に、図９下段に示すような多直列電池の平均ＳＯＣが例えば下限３０％および上限８０％のＳＯＣ使用範囲内を変動するように電流（図９上段）を入力したときの電圧（図９中段）およびＳＯＣ（図９下段）の波形を示す。

　図９中段の電圧の波形を参照すると、セル＃１の電圧は、多直列電池の平均電圧と比較して、電圧の上下の変動幅が大きくなっている。よって、セル＃１のＳＯＣは、平均ＳＯＣが下限３０％および上限８０％のＳＯＣ使用範囲内を変動する場合に、ＳＯＣ使用範囲を逸脱してしまうことが分かる。

　容量小の電池のＳＯＣも含め、全ての電池のＳＯＣがＳＯＣ使用範囲を逸脱しないように制御するには、多直列電池を構成する各電池のＳＯＣを演算し、演算したＳＯＣの最大値に応じた入力制限係数（図７（ａ））および出力制限係数（図８（ａ））を採用することが考えられる。

　しかし、各電池のＳＯＣを演算する際に電池の温度を計測する温度センサを各電池に設置する必要があり、高コストになる。そこで、以下では、各電池のＳＯＣを演算することなく、平均ＳＯＣのみで全ての電池のＳＯＣがＳＯＣ使用範囲を逸脱しないように制御する制限手法について述べる。

　図１０は、実施形態１における電圧ばらつきに応じたＳＯＣ制限開始タイミングの例を説明するための図である。図１０では、横軸にＳＯＣをとり、縦軸に制限係数を示す。図１０（ａ）は充電側、つまりＳＯＣに応じた入力制限係数を示し、図７（ａ）に対応する。また、図１０（ｂ）は放電側、つまりＳＯＣに応じた出力制限係数を示し、図８（ａ）に対応する。

　図１０（ａ）に示すように、充電時に、電圧ばらつきが大きくなるに従い、制限開始点（制限係数が下がり始める点）および制限終了点（制限係数が下がって０となる点）が全体的に図の左側、つまりＳＯＣが低くなる方向にシフトされる。これは、充電の際、多直列電池の各電池の電圧ばらつきが大きくなるに応じて、ＳＯＣに応じた制限開始を早めることを意味している。

　具体的には、電圧ばらつきが小のとき、ＳＯＣに応じた入力制限係数（第１入力制限係数）を、ＳＯＣがＳＯＣ＿ｃｈｇ＿ｓｔａｒｔ１以下で１、ＳＯＣ＿ｃｈｇ＿ｓｔａｒｔ１で１から低下させていき、ＳＯＣ＿ｃｈｇ＿ｅｎｄ１以上で０にする。また、電圧ばらつきが中のとき、ＳＯＣに応じた入力制限係数を、ＳＯＣがＳＯＣ＿ｃｈｇ＿ｓｔａｒｔ２以下で１、ＳＯＣ＿ｃｈｇ＿ｓｔａｒｔ２で１から低下させていき、ＳＯＣ＿ｃｈｇ＿ｅｎｄ２以上で０にする。また、電圧ばらつきが大のとき、ＳＯＣに応じた入力制限係数を、ＳＯＣがＳＯＣ＿ｃｈｇ＿ｓｔａｒｔ３以下で１、ＳＯＣ＿ｃｈｇ＿ｓｔａｒｔ３で１から低下させていき、ＳＯＣ＿ｃｈｇ＿ｅｎｄ３以上で０にする。

　また、図１０（ｂ）に示すように、放電時に、電圧ばらつきが大きくなるに従い、制限開始点（制限係数が下がり始める点）および制限終了点（制限係数が下がって１となる点）が全体的に図の右側、つまりＳＯＣが高くなる方向にシフトされる。これは、放電の際、多直列電池のセルの電圧ばらつきが大きくなるにつれて、ＳＯＣに応じた制限開始を早めることを意味している。

　具体的には、電圧ばらつきが小のとき、ＳＯＣに応じた出力制限係数（第１出力制限係数）を、ＳＯＣがＳＯＣ＿ｄｉｓ＿ｓｔａｒｔ１以上で１、ＳＯＣ＿ｄｉｓ＿ｓｔａｒｔ１で１から低下させていき、ＳＯＣ＿ｄｉｓ＿ｅｎｄ１以下で０にする。また、電圧ばらつきが中のとき、ＳＯＣに応じた出力制限係数を、ＳＯＣがＳＯＣ＿ｄｉｓ＿ｓｔａｒｔ２以上で１、ＳＯＣ＿ｄｉｓ＿ｓｔａｒｔ２で１から低下させていき、ＳＯＣ＿ｄｉｓ＿ｅｎｄ２以下で０にする。また、電圧ばらつきが大のとき、ＳＯＣに応じた出力制限係数を、ＳＯＣがＳＯＣ＿ｄｉｓ＿ｓｔａｒｔ３以上で１、ＳＯＣ＿ｄｉｓ＿ｓｔａｒｔ３で１から低下させていき、ＳＯＣ＿ｄｉｓ＿ｅｎｄ３以下で０にする。

　図１０（ａ）および（ｂ）に示すように、電圧ばらつきが大きければ大きい程、ＳＯＣに応じた入出力電力の制限をより早い段階から開始することで、容量小の電池のＳＯＣがＳＯＣ使用範囲を逸脱しないように、入力可能電力Ｗｍａｘ＿ｃおよび出力可能電力Ｗｍａｘ＿ｄを制御できる。

　図１１は、電圧ばらつきに応じた制限開始点（ＳＯＣ＿ｃｈｇ＿ｓｔａｒｔ，ＳＯＣ＿ｄｉｓ＿ｓｔａｒｔ）および制限終了点（ＳＯＣ＿ｃｈｇ＿ｅｎｄ，ＳＯＣ＿ｄｉｓ＿ｅｎｄ）を、充電側（図１１（ａ））と放電側（図１１（ｂ））とでそれぞれ示したものである。図１１では、横軸を電圧ばらつき、縦軸をＳＯＣとする。

　図１１（ａ）に示すように、充電側では、電圧ばらつきが大きければ大きい程、ＳＯＣ＿ｃｈｇ＿ｓｔａｒｔおよびＳＯＣ＿ｃｈｇ＿ｅｎｄを低い値に設定する。また、図１１（ｂ）に示すように、放電側では、電圧ばらつきが大きければ大きい程、ＳＯＣ＿ｄｉｓ＿ｓｔａｒｔおよびＳＯＣ＿ｄｉｓ＿ｅｎｄを高い値に設定する。図１１に示す関係を、電圧ばらつき毎のＳＯＣ制限マップとして記憶部１８０に格納しておく。電力制限値演算部１５４は、電圧ばらつき検知部１５３が検知した電圧ばらつきに対応するＳＯＣ制限マップを参照して、ＳＯＣに応じた入力制限条件（ＳＯＣ＿ｃｈｇ＿ｓｔａｒｔ，ＳＯＣ＿ｃｈｇ＿ｅｎｄ）および出力制限条件（ＳＯＣ＿ｄｉｓ＿ｓｔａｒｔ，ＳＯＣ＿ｄｉｓ＿ｅｎｄ）を取得し、ＳＯＣに応じた入出力制限係数の演算に用いる。

（実施形態１の効果）
　本実施形態の効果を図１２および図１３をもとに説明する。図１２は、実施形態１を適用前の電力、電圧、ＳＯＣ、入出力制限係数、および入出力制限条件の波形の例を示す図である。図１３は、実施形態１を適用後の電力、電圧、ＳＯＣ、入出力制限係数、および入出力制限条件の波形の例を示す図である。

　図１２および図１３は、多直列電池を構成する複数の電池のうち、他の電池に比べて、劣化により容量が小さくなっている電池（セル＃１）を含む多直列電池に対して、ある負荷パターンを入力した場合の各値の時系列変化を示す。

　図１２および図１３に時系列変化を示す各値とは、電池の電力、電圧、ＳＯＣ、入力制限係数ｋｃｈｇ、出力制限係数ｋｄｉｓ、入力制限条件（ＳＯＣ＿ｃｈｇ＿ｓｔａｒｔおよびＳＯＣ＿ｃｈｇ＿ｅｎｄ）、および出力制限条件（ＳＯＣ＿ｄｉｓ＿ｓｔａｒｔおよびＳＯＣ＿ｄｉｓ＿ｅｎｄ）である。

　また、ある負荷パターンとは、図１２および図１３に示すように、時刻ｔ１１～ｔ１３の所定時間だけ多直列電池に放電電力を入力後に、時刻ｔ１３～ｔ１４の休止期間をおき、その後、時刻ｔ１４～ｔ１６の所定時間だけ多直列電池に充電電力を入力するパターンとしている。多直列電池に入力する電力波形は、入力可能電力Ｐｍａｘ＿ｃおよび出力可能電力Ｐｍａｘ＿ｄの範囲内となるよう制限される。

　本実施形態の適用前では、図１２（ａ）に示すように時刻ｔ１１に放電電力が入力されると、図１２（ｂ）に示すように放電時間の経過に伴い電池電圧が低下すると共に、図１２（ｃ）に示すようにＳＯＣも低下する。時刻ｔ１２に平均ＳＯＣが閾値ＳＯＣ＿ｄｉｓ＿ｓｔａｒｔ（図１２（ｆ））を下回ると、図１２（ｄ）に示すように出力制限係数ｋｄｉｓが「１」から「０」に低下する。

　そして、図１２（ｃ）に示すように、時刻ｔ１３に平均ＳＯＣが閾値ＳＯＣ＿ｄｉｓ＿ｅｎｄ（図１２（ｆ））の３０％になると、図１２（ｄ）に示すように出力制限係数ｋｄｉｓが「０」となる。出力可能電力Ｐｍａｘ＿ｄは、図１２（ｄ）の出力制限係数ｋｄｉｓによる制限を受けて、図１２（ａ）に示すように時刻ｔ１２から小さくなり、平均ＳＯＣが３０％（図１２（ｃ））となった時刻ｔ１３で「０」となり、放電が終了する。

　このとき、図１２（ｃ）を参照すると、平均ＳＯＣは下限の３０％を下回らずに出力可能電力を制限できているが、セル＃１のＳＯＣは、他のセルに比べ容量が小さい分、ＳＯＣが大きく変化し、下限の３０％を下回って放電されていることが分かる。

　同様に、図１２（ａ）に示すように、時刻ｔ１４に充電電力が入力されると、図１２（ｂ）および図１２（ｃ）に示すように充電と共に電圧およびＳＯＣが上昇する。時刻ｔ１５に平均ＳＯＣが閾値ＳＯＣ＿ｃｈｇ＿ｓｔａｒｔ（図１２（ｅ））を超えると、図１２（ｄ）に示すように入力制限係数ｋｃｈｇが「１」から「０」に低下する。

　そして、図１２（ｃ）に示すように、時刻ｔ１６に平均ＳＯＣが閾値ＳＯＣ＿ｃｈｇ＿ｅｎｄ（図１２（ｅ））の８０％になると、図１２（ｄ）に示すように入力制限係数ｋｃｈｇが「０」となる。入力可能電力Ｐｍａｘ＿ｃは、図１２（ｄ）の入力制限係数ｋｃｈｇによる制限を受けて、図１２（ａ）に示すように時刻ｔ１５から小さくなり、平均ＳＯＣが８０％（図１２（ｃ））となった時刻ｔ１６で「０」となり、充電が終了する。

　このとき、図１２（ｃ）を参照すると、平均ＳＯＣは上限の８０％を上回らずに充電ができているが、セル＃１が他のセルに比べ容量が小さい分、ＳＯＣが大きく変化するため、８０％を上回って充電されていることが分かる。

　一方で、本実施形態の適用後では、図１１に示す電圧ばらつきとＳＯＣに応じた入出力制限条件との関係に基づいて、図１３（ｅ）および図１３（ｆ）に示すように、入力制限条件（ＳＯＣ＿ｃｈｇ＿ｓｔａｒｔおよびＳＯＣ＿ｃｈｇ＿ｅｎｄ）および出力制限条件（ＳＯＣ＿ｄｉｓ＿ｓｔａｒｔおよびＳＯＣ＿ｄｉｓ＿ｅｎｄ）が変化する。入力制限条件（ＳＯＣ＿ｃｈｇ＿ｓｔａｒｔおよびＳＯＣ＿ｃｈｇ＿ｅｎｄ）に基づいて入力制限係数ｋｃｈｇが決定され、出力制限条件（ＳＯＣ＿ｄｉｓ＿ｓｔａｒｔおよびＳＯＣ＿ｄｉｓ＿ｅｎｄ）に基づいて出力制限係数ｋｄｉｓが決定される。

　本実施形態では、図１２（ｄ）と図１３（ｄ）の比較から分かるように、本実施形態の適用前と比べて、より早いタイミングで制限係数が「１」より小さくなるように設定される。すなわち、充電時はより低い平均ＳＯＣの時から入力制限係数ｋｃｈｇが「１」より小さくなるように設定され、放電時はより高い平均ＳＯＣの時から出力制限係数ｋｄｉｓが「１」より小さくなるように設定される。これに応じて、入力可能電力Ｐｍａｘ＿ｃおよび出力可能電力Ｐｍａｘ＿ｄも小さくなる。

　すなわち、図１３（ｃ）および図１３（ｄ）から分かるように、放電側では、平均ＳＯＣに基づいて演算される出力制限係数ｋｄｉｓを、ＳＯＣが下限３０％よりも高い時刻ｔ２２で「１」から低下させ時刻ｔ１３で「０」とすることで、容量の小さい電池（セル＃１）のＳＯＣが下限を下回らないように出力可能電力Ｐｍａｘ＿ｄを制御できる。同様に、充電側でも、平均ＳＯＣに基づいて演算される入力制限係数ｋｃｈｇを、ＳＯＣが上限８０％よりも低い時刻ｔ２５で「１」から低下させ時刻ｔ１６で「０」とすることで、容量の小さい電池（セル＃１）のＳＯＣが上限を上回らないように入力可能電力Ｐｍａｘ＿ｃを制御できる。

　本実施形態では、平均電圧と各セル電圧の最高電圧および最低電圧との差分の絶対値のうちの大きい値に応じて、平均ＳＯＣによる入力制限係数ｋｃｈｇおよび出力制限係数ｋｄｉｓを決定する。これにより、多直列電池のＳＯＣを単電池毎に演算することなく、容量の最も小さな電池のＳＯＣがＳＯＣ使用範囲を逸脱しないようにする入力可能電力Ｐｍａｘ＿ｃおよび出力可能電力Ｐｍａｘ＿ｄを演算することができる。

　なお、本実施形態では、入力可能電力Ｐｍａｘ＿ｃおよび出力可能電力Ｐｍａｘ＿ｄに対して、入力制限係数ｋｃｈｇおよび出力制限係数ｋｄｉｓをそれぞれ乗算する例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、式（１１）および式（１２）に示すように、入力可能電流Ｉｍａｘ＿ｃおよび出力可能電流Ｉｍａｘ＿ｄに対して、入力制限係数ｋｃｈｇおよび出力制限係数ｋｄｉｓをそれぞれ乗算した結果を、入力可能電力Ｐｍａｘ＿ｃおよび出力可能電力Ｐｍａｘ＿ｄの代わりに出力してもよい。

　以上の本実施形態では、複数の電池を接続した組電池を制御する電池制御装置は、複数の電池の電圧ばらつきを検知し、組電池の充電率（平均ＳＯＣ）および電圧ばらつきに基づいて演算した制限係数に基づいて組電池の入出力可能電力を制限する。よって、電圧ばらつきをもとに複数の電池のうちの最も容量低下した電池を検出し、電圧ばらつきに応じて異なる制限開始点および制限終了点を規定した平均ＳＯＣに応じた制限係数を軽負荷で計算できる。また、組電池を充放電する際、組電池の中の容量が最も小さい電池がＳＯＣの使用範囲を逸脱しないように制御できる。

　また、本実施形態では、電圧ばらつきを、複数の電池の平均電圧と最高電圧との差分、または、平均電圧と最低電圧との差に基づく指標とする。よって、複数の電池の中に劣化により容量低下と共に内部抵抗が上昇し、充放電の際にＳＯＣ使用範囲を逸脱する電池が存在することを、簡易な計算で推定することができる。

　また、本実施形態では、電圧ばらつきおよび平均ＳＯＣに基づいて入出力電力の制限係数を演算し、入出力可能電力に制限係数を乗算することで入出力可能電力を制限するので、軽負荷の計算で入出力可能電力を制限できる。

　また、本実施形態では、平均ＳＯＣに応じた入力可能電力の制限係数は、平均ＳＯＣが、第１閾値以下で１であり、第１閾値で１から低下が開始して第３閾値より大の第２閾値で０になり、第２閾値以上で０であり、第１閾値および第２閾値は、電圧ばらつきが大きいほど小さい値である。よって、電圧ばらつきが大きいほど、入力可能電力を、平均ＳＯＣの上昇に伴ってある時点から小さくし、さらにある時点以降で０にする制限を早めに実施できる。

　また、本実施形態では、平均ＳＯＣに応じた入力制限係数、電池の最高電圧に応じた入力制限係数、最低温度に応じた入力制限係数、および最高温度に応じた入力制限係数のうちの最小値を、最終的な入力制限係数とする。よって、平均ＳＯＣ、最高電圧、最低温度、および最高温度の４つの指標の面から電池の安全性を最も高めるように入出力可能電力を制限できる。

　また、本実施形態では、平均ＳＯＣに応じた出力可能電力の制限係数は、平均ＳＯＣが、第３閾値以上で１であり、第３閾値で１から低下が開始して第３閾値より小の第４閾値で０になり、第４閾値以下で０であり、第３閾値および第４閾値は、電圧ばらつきが大きいほど大きい値である。よって、電圧ばらつきが大きいほど、出力可能電力を、平均ＳＯＣの低下に伴ってある時点から小さくし、さらにある時点以降で０にする制御を早めに実施できる。

　また、本実施形態では、平均ＳＯＣに応じた出力制限係数、電池の最低電圧に応じた出力制限係数、最低温度に応じた出力制限係数、および最高温度に応じた出力制限係数のうちの最小値を、最終的な出力制限係数とする。よって、平均ＳＯＣ、最高電圧、最低温度、および最高温度の４つの指標の面から電池の安全性を最も高めるように出力可能電力を制限できる。

（実施形態２）
　図１４～図１６に基づいて、本発明の実施形態２を説明する。

　実施形態１では、多直列電池を構成する各電池電圧の最大値と平均電圧の偏差と、各電池電圧の最小値と平均電圧の偏差のうち、絶対値の大きな値を電圧ばらつきとし、電圧ばらつきに応じて平均ＳＯＣに基づく入出力可能電力の制限係数を決定した。ここで、実施形態１では、電圧ばらつきを検知する条件については規定していない。

　本発明では、多直列電池を構成する各電池のＳＯＣのばらつきを検知し、各電池のＳＯＣがＳＯＣ使用範囲を逸脱しないようにすることを目的としている。このため、ＳＯＣばらつきを検知するのに好適な条件で電圧ばらつきを検知して入出力可能電力の制限係数を決定することが望ましい。

　ところが、電流通電時の電圧には、内部抵抗による電圧変化を含むため、これを含む電圧ばらつきとＳＯＣのばらつきが一致するとは限らない。そこで、本実施形態では、多直列電池を構成する各電池の電圧ばらつきをＳＯＣばらつきとしてより正確に取り扱うための電圧ばらつきの検知条件について述べる。

　本実施形態は、実施形態１と比較して、電池システム１００は、組電池制御部１５０に代えて組電池制御部１５０Ｂを有する。組電池制御部１５０Ｂは、電圧ばらつき検知部１５３に代えて電圧ばらつき検知部１５３Ｂを有する。

（実施形態２の組電池制御部１５０Ｂの構成）
　まず、図１４を参照して、組電池制御部１５０Ｂについて説明する。図１４は、実施形態２における組電池制御部１５０Ｂの構成例を示すブロック図である。電圧ばらつき検知部１５３Ｂは、実施形態１の電圧ばらつき検知部１５３と比較して、組電池１１０を流れる電流値が入力として追加されている。

　本発明では、多直列電池を構成する各電池のＳＯＣがＳＯＣ使用範囲を逸脱しないようにすることが目的であるため、各電池のＳＯＣばらつきを高精度に検知できる条件で、各電池の電圧ばらつきを検知することが好ましい。そこで、本実施形態では、電圧ばらつき検知部１５３Ｂは、入力として追加した電流値が所定値以下であるという条件で電圧ばらつきを検知し、入力制限係数ｋｃｈｇおよび出力制限係数ｋｄｉｓを決定する。

　図１５は、実施形態２における電圧ばらつき検知タイミングの例を示す図である。多直列電池を構成する複数の電池のうちの一つの電池（セル＃１）が他と比較して容量の小さい電池とする。多直列電池において、セル＃１は、他の電池と比較して、ＳＯＣが大きく変化する。電流が流れていない時刻０において全ての電池電圧（＝ＯＣＶ）が同一の状態から、所定時間放電すると、セル＃１のＳＯＣは他の電池と比較して低下する。その後、放電を停止すると、電圧はＯＣＶへと近づく。

　図４に示したようにＯＣＶとＳＯＣには相関関係がある。また、電流値が所定値以下という条件で検知した電圧ばらつきはＯＣＶのばらつきと略同一である。よって、電流値が所定値以下という条件で検知した電圧ばらつきは、ＳＯＣのばらつきとみなすことができる。本実施形態では、電流値が所定値以下の小さい値であるという電圧ばらつき検知条件が充足される電圧ばらつき検知タイミングにおいて、式（８）に基づいて電圧ばらつきを検知する。そして、図１０および図１１で示したように、ＳＯＣに応じた入出力制限条件を決定する。

（実施形態２の効果）
　図１６を参照して本実施形態による効果を説明する。図１６は、実施形態２を適用後の電流、電圧、ＳＯＣ、および入出力制限係数の波形の例を示す図である。実施形態１における効果の説明図（図１３）と同様に、容量の小さい電池（セル＃１）を１つ含む多直列電池に対し、放電と充電を繰り返す負荷パターンを入力したときの波形を示している。

　本実施形態では、図１６（ａ）に示す、電流が流れていない無負荷状態である放電と充電の間の休止期間中を電圧ばらつき検知タイミングとして検知した電圧ばらつきに応じて入力制限係数ｋｃｈｇおよび出力制限係数ｋｄｉｓを決定する。そして、実施形態１と同様に、入力可能電力Ｐｍａｘ＿ｃおよび出力可能電力Ｐｍａｘ＿ｄを小さくなるように制限する。結果として、図１６（ｃ）に示すように、容量の小さいセル＃１を含む全ての電池のＳＯＣがＳＯＣ使用範囲を逸脱しないように、充放電を行うことができる。

　本実施形態によれば、電流値が所定値以下という条件が充足される場合に電圧ばらつきを検知することで、より正確に電圧ばらつきおよびＳＯＣばらつきを評価できる。そして、正確な電圧ばらつきに基づいてＳＯＣに応じた入出力制限係数を決定するので、容量の最も小さな電池のＳＯＣがＳＯＣ使用範囲を逸脱しないような入力可能電力Ｐｍａｘ＿ｃおよび出力可能電力Ｐｍａｘ＿ｄを、より正確に演算することができる。

（実施形態３）
　図１７～図１８に基づいて、本発明の実施形態３を説明する。

　実施形態２では、多直列電池を構成する複数の電池の最高電圧および最低電圧と、平均電圧との偏差である電圧ばらつきを、電池に流れる電流値が所定値以下という条件が充足される場合に限定して検知する。そして、検知した電圧ばらつきをもとに、平均ＳＯＣによる入出力可能電力の制限係数を決定する。

　ところが、各電池の電圧およびＳＯＣは、常にばらつきがある訳ではない。図１７を参照して理由を説明する。図１７は、電圧ばらつき検知における課題を説明するための図である。

　図１７（ａ）は多直列電池に入力する電流波形を、図１７（ｂ）は図１７（ａ）の電流を入力したときの電圧を、図１７（ｃ）は図１７（ａ）の電流を入力したときのＳＯＣ波形をそれぞれ示す。電圧（＝ＯＣＶ）およびＳＯＣが全ての電池で均一になっている状態にある時刻０の直後の放電開始時点で放電を開始すると、容量の小さい電池は、他の電池に比べＳＯＣが大きく変化し、結果として電圧（＝ＯＣＶ）のばらつきも大きくなる。その状態から、放電開始時点のＳＯＣまで充電すると、放電開始時点の全ての電池の電圧およびＳＯＣが均一となっている状態を基準として、充電と放電の電力収支が差し引き「０」となり、ＳＯＣは再び均一な状態に戻ることになる。

　このように、全ての電池のＳＯＣが均一となっている時点を基準として、ＳＯＣの変化が大きくなればなるほど容量の小さい電池を特定しやすくなるが、ＳＯＣの変化が小さい範囲ではＳＯＣが均一に見えてしまう場合がある。このため、電圧ばらつきを検知する際に、ＳＯＣばらつきは発生していない、つまり、容量小の電池は存在しないと誤検知し、ＳＯＣに応じた入出力制限条件を緩和してしまうおそれがある。

　そこで、本実施形態では、電池の稼働開始以後に検知した電圧ばらつきの中で、最大の電圧ばらつきで決定したＳＯＣに応じた入出力制限条件を維持し続けることで、上述した誤検知を防止する例について述べる。

　本実施形態における実施形態１との差分は、電池システム１００が組電池制御部１５０に代えて組電池制御部１５０Ｃを有し、組電池制御部１５０Ｃが電力制限値演算部１５４に代えて電力制限値演算部１５４Ｃを有する点である（図３）。電池システム１００にいて、電力制限値演算部１５４Ｃの処理内容が電力制限値演算部１５４と異なるのみで、その他の構成は同一である。

　電力制限値演算部１５４Ｃは、図１０および図１１に基づいて電圧ばらつきに応じた平均ＳＯＣによる制限条件を決定する際に、今回検知した電圧ばらつきが過去に検知した電圧ばらつきよりも大きい値の場合にのみ今回検知した電圧ばらつきを採用する。今回検知した電圧ばらつきが過去に検知した電圧ばらつきよりも小さい値の場合には、過去に検知した電圧ばらつきの中で最大の電圧ばらつきを採用する。過去に検知された電圧ばらつきは、記憶部１８０などの記憶領域に格納されている。これにより、上述したような、充放電中に容量の小さい電池を特定しにくい条件のときに検知した電圧差分を、電圧ばらつきの演算に採用しないようにし、ＳＯＣばらつきが発生していないとする誤検知を防止できる。

　図１８は、実施形態３における電圧ばらつきおよびＳＯＣに応じた入出力制限条件の決定方法の例を説明するための図である。図１８（ａ）は多直列電池に入力する電流波形を、図１８（ｂ）は電流を入力したときの電圧を、図１８（ｃ）は電流を入力したときのＳＯＣに応じた入力制限条件を、図１８（ｄ）はＳＯＣに応じた出力制限条件をそれぞれ示す。

　図２８（ａ）に示すように、電池システム１００に対して、電圧およびＳＯＣが均一となっている時刻０の放電開始前から、放電、休止、放電と経たのち、休止をおいて、充電、休止、充電となる電流が入力される。実施形態２の電流値が所定値以下という条件で電圧差分を検知する手法を適用し、休止後から電流が入力される直前の電圧ばらつきからＳＯＣに応じた入出力制限条件を決定する方法を採用する場合、１回目の放電直後の休止期間中に検知した電圧ばらつきからＳＯＣに応じた入出力制限条件を決定する。

　そして、１回目の放電直後の休止中では、時刻０の時と比較して、電圧ばらつきが拡大している。よって、図１８（ｃ）に示すように入力制限条件（ＳＯＣ＿ｃｈｇ＿ｓｔａｒｔ，ＳＯＣ＿ｃｈｇ＿ｅｎｄ）はより小さい値となり、図１８（ｄ）に示すように出力制限条件（ＳＯＣ＿ｄｉｓ＿ｓｔａｒｔ，ＳＯＣ＿ｄｉｓ＿ｅｎｄ）はより大きい値となる。２回目の放電後においても、ＳＯＣばらつきおよび電圧ばらつきはさらに拡大するので、電圧ばらつきに応じた入出力制限条件はより厳しい条件となる。

　一方で、２回目の放電直後の休止期間後、充電に伴い、時刻０で電圧ばらつきがない状態でのＳＯＣを基準として充電と放電の電力収支が小さくなると、ＳＯＣばらつきおよび電圧ばらつきは縮小する。新規に検知した電圧ばらつきよりも、過去に検知した電圧ばらつきの方が大きい場合は、新規に検知した電圧ばらつきを採用せず、過去の最大の電圧ばらつきを採用し、この電圧ばらつきに応じた入出力制限条件を設定する。

（実施形態３の効果）
　本実施形態によれば、検知した電圧ばらつきの時系列の中で最大の電圧ばらつきに応じて決定した入出力制限条件を維持し続ける。これにより、電圧ばらつきが存在するにもかかわらず存在しないとする誤検知を防止しつつ、容量の小さい電池をＳＯＣ使用範囲の逸脱なく充放電させることができる。

　以上の説明はあくまで一例であり、本発明は上述の実施形態の構成に何ら限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成で置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成に関し、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１００：電池システム、１１０：組電池、１１１：単電池、１１２：単電池群、１２０：単電池管理部、１２１：単電池制御部、１２２：電圧検出回路、１２３：制御回路、１２４：信号入出力回路、１２５：温度検知部、１３０：電流検知部、１４０：電圧検知部、１５０，１５０Ｂ，１５０Ｃ：組電池制御部、１５１：ＳＯＣ／ＳＯＨ演算部、１５２：入出力可能電力演算部、１５３，１５３Ｂ：電圧ばらつき検知部、１５４，１５４Ｃ：電力制限値演算部、１８０：記憶部、２００：車両制御部
 

Claims (10)

1. 　複数の電池を接続した組電池を制御する電池制御装置であって、
   　前記複数の電池の電圧ばらつきを検知し、
   　前記組電池の充電率および前記電圧ばらつきに基づいて制限係数を演算し、
   　前記制限係数に基づいて前記組電池の入出力可能な最大電力である入出力可能電力を制限する
   　ことを特徴とする電池制御装置。
2. 　請求項１に記載の電池制御装置であって、
   　前記電圧ばらつきは、前記複数の電池の平均電圧と最高電圧との差分、または、前記平均電圧と前記複数の電池の最低電圧との差分である
   　ことを特徴とする電池制御装置。
3. 　請求項１または２に記載の電池制御装置であって、
   　前記充電率、前記組電池の劣化率と電流、および前記複数の電池の最低温度に基づいて前記入出力可能電力を演算する入出力可能電力演算部と、
   　前記複数の電池の平均電圧および各電圧に基づいて前記電圧ばらつきを検知する電圧ばらつき検知部と、
   　前記電圧ばらつきおよび前記充電率に基づいて前記制限係数を演算し、前記入出力可能電力に前記制限係数を乗算することで前記入出力可能電力を制限する電力制限値演算部と
   　を有することを特徴とする電池制御装置。
4. 　請求項３に記載の電池制御装置であって、
   　前記電力制限値演算部は、
   　前記制限係数として、前記充電率に応じて前記入出力可能電力のうちの入力可能電力を制限する第１入力制限係数を演算し、
   　前記第１入力制限係数は、前記充電率が、第１閾値以下で１であり、前記第１閾値で１から低下が開始して前記第１閾値より大の第２閾値で０になり、前記第２閾値以上で０であり、
   　前記第１閾値および前記第２閾値は、前記電圧ばらつきが大きいほど小さい値である
   　ことを特徴とする電池制御装置。
5. 　請求項４に記載の電池制御装置であって、
   　前記電力制限値演算部は、
   　さらに、前記複数の電池の最高電圧に応じて前記入力可能電力を制限する第２入力制限係数、前記複数の電池の最低温度に応じて前記入力可能電力を制限する第３入力制限係数、および前記複数の電池の最高温度に応じて前記入力可能電力を制限する第４入力制限係数を演算し、
   　前記第１入力制限係数乃至第４入力制限係数のうちの最小値を前記制限係数とする
   　ことを特徴とする電池制御装置。
6. 　請求項３～５の何れか１項に記載の電池制御装置であって、
   　前記電力制限値演算部は、
   　前記制限係数として、前記充電率に応じて前記入出力可能電力のうちの出力可能電力を制限する第１出力制限係数を演算し、
   　前記第１出力制限係数は、前記充電率が、第３閾値以上で１であり、前記第３閾値で１から低下が開始して前記第３閾値より小の第４閾値で０になり、前記第４閾値以下で０であり、
   　前記第３閾値および前記第４閾値は、前記電圧ばらつきが大きいほど大きい値である
   　ことを特徴とする電池制御装置。
7. 　請求項６に記載の電池制御装置であって、
   　前記電力制限値演算部は、
   　さらに、前記複数の電池の最低電圧に応じて前記出力可能電力を制限する第２出力制限係数、前記複数の電池の最低温度に応じて前記出力可能電力を制限する第３出力制限係数、および前記複数の電池の最高温度に応じて前記出力可能電力を制限する第４出力制限係数を演算し、
   　前記第１出力制限係数乃至第４出力制限係数のうちの最小値を前記制限係数とする
   　ことを特徴とする電池制御装置。
8. 　請求項１～７の何れか１項に記載の電池制御装置であって、
   　前記電圧ばらつきを、前記組電池の電流の絶対値が所定値以下ある場合に検知する
   　ことを特徴とする電池制御装置。
9. 　請求項１～８の何れか１項に電池制御装置であって、
   　前記複数の電池の電圧が均一のある時点以降に検知した前記電圧のばらつきの最大値に基づいて前記制限係数を演算する
   　ことを特徴とする電池制御装置。
10. 　前記組電池と、
    　請求項１～９の何れか１項記載の電池制御装置と
    　を有することを特徴とする電池システム。

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