JP5709824B2 - 電池システム、充電制御装置及び充電制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電池システム、充電制御装置及び充電制御方法に関する。

充電と放電を繰り返して行なうことができるリチウム電池や鉛電池等の二次電池には、環境温度が低いと本来の定格容量まで充電できなくなることがある。すなわち、外気温の影響を受けやすい環境下で用いられる電池システムに備えられる二次電池は、寒冷環境では定格容量（フル容量）まで充電されないことがある。そのため、二次電池から出力される電力が、期待される電力よりも不足することがある。例えば、電気自動車の電池パック等では、１回の充電で該電気自動車が走行できる距離が短くなってしまう。

また、温度が低い場合、二次電池を構成する電解質中のイオンが還元されることがある。例えば、負極に金属リチウムを用いるリチウムイオン電池では金属リチウムの結晶であるリチウムデンドライドが析出して正極と短絡することがある。そのため、電池の寿命や安全性を確保するために、充電電流を少なくせざるを得ず充電時間が長時間にわたるため利便性を損なうことがある。または、充電そのものができないこともある。

そこで、特許文献１に記載の二次電池の充電システムは、二次電池ボックスを外部から加熱するシートヒータ、電池温度を測定する温度センサ、充電装置、シートヒータのＯＮ−ＯＦＦを切り替える開閉器及び制御部を備える。制御部は、温度センサが計測した電池温度が所定の設定温度以下である場合に、予め定められた許容充電時間内において、充電装置を非動作状態とする一方で、開閉器を閉じてシートヒータを動作状態とする加熱制御を行う。よって、二次電池ボックスは、シートヒータで加熱され定格容量まで充電される。

特開２０１１−２３８４２８号公報

電気自動車に用いる電池パック等は、通例、十分な出力電力と容量を確保するために複数の電池セルを直列に配列した直列組電池（電池列）を複数個並列に接続した構成をとる。ここで、直列組電池のそれぞれの間に起電力の差（直列組電池の総電圧の差）が生じると、起電力が高い直列組電池から起電力が低い直列組電池に向かって突入電流が生じる。突入電流が過大になると、直列組電池からの電力の供給を開閉するコンタクタの開閉、過電流によるセルの損傷等の障害を引き起こすおそれがある。そのため、直列組電池間の総電圧の差を許容値内にすることが必要である。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、温度が低い場合でも複数の電池列間で起電力を均等にすることができる電池システム及び充電制御方法を提供する。

（１）本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、互いに並列に接続された複数の電池列のそれぞれを加熱する複数の加熱部と、前記複数の加熱部のいずれかと前記複数の電池列のいずれかとの間を導通又は遮断する第１開閉部と、前記複数の電池列のうち電圧が最高である第１電池列と、前記第１電池列よりも電圧が低い他の電池列であって所定温度よりも温度が低い電池列を加熱する加熱部との間の第１開閉部を、前記第１電池列の電圧と前記複数の電池列のうち電圧が最低である電池列との電圧差が所定の電圧差以上である場合に、閉状態とする制御を行う制御部と、を備えることを特徴とする電池システムである。

（２）本発明のその他の態様は、上述の電池システムであって、電力を供給する電力供給部と、前記複数の加熱部のそれぞれと前記電力供給部との間を導通又は遮断する第２開閉部とを備え、前記制御部は、前記少なくとも１の電池列の電圧と前記他の電池列の電圧との関係に基づいて、前記第２開閉部を制御することを特徴とする。

（３）本発明のその他の態様は、上述の電池システムであって、前記複数の電池列のそれぞれと前記電力供給部との間を導通又は遮断する第３開閉部とを備え、前記制御部は、前記少なくとも１の電池列の電圧と前記他の電池列の電圧との関係に基づいて、前記第３開閉部を制御することを特徴とする。

（４）本発明のその他の態様は、上述の電池システムであって、前記制御部は、前記複数の電池列の温度が前記所定温度よりも温度が高いとき、前記第２開閉部に前記複数の加熱部のそれぞれと前記電力供給部との間を遮断させ、前記第３開閉部に前記複数の電池列のそれぞれと前記電力供給部との間を導通させることを特徴とする。

（５）本発明のその他の態様は、互いに並列に接続された複数の電池列のそれぞれを加熱する複数の加熱部のいずれかと前記複数の電池列のいずれかとの間を導通又は遮断する第１開閉部であって、前記複数の電池列のうち電圧が最高である第１電池列と、前記第１電池列よりも電圧が低い他の電池列であって所定温度よりも温度が低い電池列を加熱する加熱部との間の第１開閉部を、前記第１電池列の電圧と前記複数の電池列のうち電圧が最低である電池列との電圧差が所定の電圧差以上である場合に、閉状態とする制御を行う制御部と、を備えることを特徴とする充電制御装置である。

（６）本発明のその他の態様は、互いに並列に接続された複数の電池列のそれぞれを加熱する複数の加熱部と、前記複数の加熱部のいずれかと前記複数の電池列のいずれかとの間を導通又は遮断する第１開閉部、及び制御部とを備える電池システムにおける充電制御方法において、前記制御部は、前記複数の電池列のうち電圧が最高である第１電池列と、前記第１電池列よりも電圧が低い電池列であって所定温度よりも温度が低い電池列を加熱する加熱部との間の第１開閉部を、前記第１電池列の電圧と前記前記複数の電池列のうち電圧が最低である電池列との電圧差が所定の電圧差以上である場合に、閉状態とする制御を行う制御過程を有することを特徴とする充電制御方法である。

本発明によれば、複数の電池列間で起電力を均等にすることができる。

本発明の第１の電池システムの構成を示す概略ブロック図である。 本実施形態に係る充電制御処理を示すフローチャートである。 本実施形態に係る充電制御処理の一部を示すフローチャートである。 本実施形態に係るリチウムイオン電池の温度特性の一例を示す表である。

（電池システムの構成）
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図１は、本実施形態に係る電池システム１の構成を示す概略ブロック図である。
電池システム１は、充電器（電力供給部）１０１、Ｎ個（Ｎは、１よりも大きい整数、例えば、３）の電池ユニット１０２−１〜１０２−Ｎ、Ｎ個の電池制御回路１０３−１〜１０３−Ｎ、Ｎ個の加熱器１０４−１〜１０４−Ｎ、上位制御部１０５、Ｎ個の切替ユニット１０６−１〜１０６−Ｎ、充電器接続用スイッチ１０７、Ｎ個の充電器加熱器間接続用スイッチ（第２開閉部）１０８−１〜１０８−Ｎ、Ｎ個の整流器１０９−１〜１０９−Ｎ、Ｎ個の組電池列用スイッチ（第３開閉部）１１０−１〜１１０−Ｎ、負荷接続用スイッチ１１１、及び負荷部１１２を含んで構成される。
本実施形態に係る、電池システム１は、例えば、充電及び放電が可能な複数の電池セルが直列に接続された組電池列を複数個並列に備えた電池パックを含んで構成される。また、電池システム１は、充電器１０１、負荷部１１２、又はこれらのうちの両方を含んで構成されてもよいし、省略して構成されてもよい。

以下の説明では、Ｎ個の電池ユニット１０２−１〜１０２−Ｎ、Ｎ個の電池制御回路１０３−１〜１０３−Ｎ、Ｎ個の加熱器１０４−１〜１０４−Ｎ、Ｎ個の切替ユニット１０６−１〜１０６−Ｎ、Ｎ個の充電器加熱器間接続用スイッチ１０８−１〜１０８−Ｎ、Ｎ個の整流器１０９−１〜１０９−Ｎ、及びＮ個の組電池列用スイッチ１１０−１〜１１０−Ｎを、それぞれ、電池ユニット１０２−１等、電池制御回路１０３−１等、加熱器１０４−１等、切替ユニット１０６−１等、充電器加熱器間接続用スイッチ１０８−１等、整流器１０９−１等、及び組電池列用スイッチ１１０−１等と呼ぶことがある。また、特定の１個又は複数の構成を指す場合には、−１等の子番号を省略することがある。

充電器１０１は、電池に対して電力を供給して電荷を蓄積させる機器である。充電器１０１は、出力端を備え、該出力端は充電器接続用スイッチ１０７の一端に接続されている。充電器１０１は、例えば、発電機その他の電源から供給された電力を所定の電圧及び電流に調整する整流器や、該電力が交流である場合には直流に変換する交流直流変換器を含んで構成されていてもよい。充電器１０１は、電気自動車等の車両に搭載されていてもよいし、車両とは別個であってもよい。
電池ユニット１０２−１等は、それぞれ充電器１０１及び負荷部１１２に対して並列に配列されている。電池ユニット１０２−１等は、電池監視・セルバランス回路１０２１−１等を含んで構成される。電池ユニット１０２−１等は、組電池列１０２２−１等を着脱可能に固定することができる固定部（図示せず）を備える。

電池監視・セルバランス回路１０２１−１等は、組電池列１０２２−１等の状態、例えば、温度及び電圧を検出（監視）し、検出した状態を示す状態信号を電池制御回路１０３−１等に出力する。電池監視・セルバランス回路１０２１−１等は、温度を検出する温度センサとして、例えば、熱電対、サーミスタといった接触式の温度センサを備える。電池監視・セルバランス回路１０２１−１等が検出する電圧は、例えば、組電池列１０２２−１等を形成する複数の電池セルの総電圧（組電池列電圧）及び各電池セルの電圧である。
また、電池監視・セルバランス回路１０２１−１等は、組電池列１０２２−１等を形成する複数の電池セル間の電圧を均一化する。この電圧を均一化する制御をセルバランス制御ともいう。電池監視・セルバランス回路１０２１−１等がセルバランス制御を行う契機は、例えば、電池制御回路１０３−１等からセルバランス制御を実行させることを示すセルバランス制御指示信号が入力されたときである。

組電池列１０２２−１等は、Ｍ個（Ｍは、０よりも大きい整数、例えば、４）の電池セルを含んで構成される。Ｍが１よりも大きい場合には、Ｍ個の電池セルが互いに直列に接続されて形成される。電池セルは、各１個の正極端子と負極端子の対と、その両者が電解質を挟む電池の構成単位である。電池セルは、セル電池、又は単にセルと呼ばれることがある。本実施形態では、電池セルは、充電と放電を繰り返し行なうことができる二次電池である。電池セルは、電解質として、例えば、六フッ化燐酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ_４）、といったリチウム塩を用いたリチウムイオン電池である。組電池列１０２２−１等もしくは各電池セルに蓄積されている電荷が大きくなるほど、一般に両極端子間の電圧が大きくなるため、その電圧は、起電力と呼ばれることもあり、蓄積されている電荷の容量の目安となる。
組電池列１０２２−１等の正極端子は、それぞれ組電池列用スイッチ１１０−１等の他端に接続され、組電池列１０２２−１等の負極端子は、それぞれ接地されている。

電池制御回路１０３−１等は、電池監視・セルバランス回路１０２１−１等から入力された状態信号又は上位制御部１０５から入力された制御信号に基づいて、組電池列１０２２−１等の充電又は放電を制御する。一例として、組電池列１０２２−１等を形成する電池セルの少なくともいずれか２つの間の電圧差が予め定めた電圧差の閾値を越え、かつ、組電池列用スイッチ１１０−１等が開状態である場合、電池制御回路１０３−１等は、セルバランス制御指示信号を生成する。電池制御回路１０３−１等は、生成したセルバランス制御指示信号を、組電池列１０２２−１等に対応する電池監視・セルバランス回路１０２１−１等に出力する。また、上位制御部１０５からセルバランス制御指示信号が入力された場合には、電池制御回路１０３−１等は、入力されたセルバランス制御指示信号を電池監視・セルバランス回路１０２１−１等に出力する。これにより、電池監視・セルバランス回路１０２１−１等にセルバランス制御を実行させる。

加熱器１０４−１等は、それぞれ対応する組電池列１０２２−１等との間で熱が伝導するように近接して設けられている。
加熱器１０４−１等の一端は、切替ユニット１０６−１等の他端及び整流器１０９−１等の他端に接続され、加熱器１０４−１等の他端は、接地されている。加熱器１０４−１等は、その一端から電力が供給されたとき、供給された電力を熱に変換する抵抗素子を含んで構成され、それぞれ対応する組電池列１０２２−１等を加熱する。

上位制御部１０５は、それぞれ、電池制御回路１０３−１等、切替ユニット１０６−１等、充電器接続用スイッチ１０７、充電器加熱器間接続用スイッチ１０８−１等、組電池列用スイッチ１１０−１等、及び負荷接続用スイッチ１１１と接続され、これらの動作を制御する。上位制御部１０５と各構成との間の接続は、例えば通信バスを用いた有線で行なわれてもよいし、例えば無線で行われてもよい。上位制御部１０５が行う制御については、後述する充電制御処理において説明する。

切替ユニット１０６−１等は、加熱器１０４−１等とそれぞれ直列に接続されている。切替ユニット１０６−１等は、Ｎ個の組電池列加熱器間接続用スイッチ（第１の開閉部）１０６１−１−１〜１０６１−１−Ｎ等及びＮ個の整流器１０６２−１−１〜１０６２−１−Ｎ等を含んで構成される。
組電池列加熱器間接続用スイッチ１０６１−１−１〜１０６１−１−Ｎ等は、その一端が、それぞれ組電池列１０２２−１〜１０２２−Ｎの正極端子に接続されている。組電池列加熱器間接続用スイッチ１０６１−１−１〜１０６１−１−Ｎ等の他端は、整流器１０６２−１−１〜１０６２−１−Ｎ等の一端に接続されている。即ち、組電池列加熱器間接続用スイッチ１０６１−ｋ−ｌ（ｋ、ｌは、それぞれ１以上Ｎ以下の整数）は、組電池列１０２２−ｋの正極端子と、整流器１０６２−ｋ−ｌの他端との間が開いている状態（開状態、ＯＦＦ）又は閉じている状態（閉状態、ＯＮ）のいずれかの状態をとる。開状態は、その一端及び他端との間で電流が流れずに遮断されている状態である。閉状態は、その一端及び他端との間で電流が流れ、導通している状態である。ここで、ｋとｌは同一であってもよいし、異なっていてもよい。組電池列加熱器間接続用スイッチ１０６１−１−１〜１０６１−１−Ｎ等は、上位制御部１０５から入力された制御信号に基づいて開状態又は閉状態に切り替える。整流器１０６２−１−１〜１０６２−１−Ｎ等の他端は、それぞれ加熱器１０４−１等の一端に接続されているところ、組電池列１０２２−１〜１０２２−Ｎのいずれかと加熱器１０４−１〜１０４−Ｎのいずれかとの間の開閉が制御される。

整流器１０６２−１−１〜１０６２−１−Ｎ等は、組電池列加熱器間接続用スイッチ１０６１−１−１〜１０６１−１−Ｎ等とそれぞれ直列に接続されている。整流器１０６２−１−１〜１０６２−１−Ｎ等の一端は、それぞれ組電池列加熱器間接続用スイッチ１０６１−１−１〜１０６１−１−Ｎ等の他端と接続されている。整流器１０６２−１−１〜１０６２−１−Ｎ等の他端は、それぞれ加熱器１０４−１等の一端と接続されている。整流器１０６２−１−１〜１０６２−１−Ｎ等の一端及び他端は、それぞれ正極端子（アノード）及び負極端子（カソード）であり、その一端から他端への電流を通過させるが、その他端から一端への電流を遮断する。この整流作用により、加熱器１０４−１等の一端から組電池列１０２２−１等の負極端子への電流の逆流を防止する。

充電器接続用スイッチ１０７は、充電器１０１から加熱器１０４−１等及び組電池列１０２２−１等のいずれかへの電力の供給の有無を制御するスイッチである。充電器接続用スイッチ１０７の一端には充電器１０１の出力端に接続され、充電器接続用スイッチ１０７の他端には、充電器加熱器間接続用スイッチ１０８−１等の一端及び組電池列用スイッチ１１０−１等の一端に接続されている。即ち、充電器接続用スイッチ１０７は、充電器１０１と充電器加熱器間接続用スイッチ１０８−１等ならびに組電池列用スイッチ１１０−１等の少なくともいずれかとの間を開状態又は閉状態に制御する。充電器接続用スイッチ１０７は、上位制御部１０５から入力された制御信号に基づいて開状態又は閉状態に切り替える。

充電器加熱器間接続用スイッチ１０８−１等は、充電器１０１から加熱器１０４−１等のそれぞれへの電力の供給の有無を制御するスイッチである。充電器加熱器間接続用スイッチ１０８−１等の一端には、充電器接続用スイッチ１０７の他端が接続され、充電器加熱器間接続用スイッチ１０８−１等の他端には、整流器１０９−１等の一端が接続されている。整流器１０９−１等の他端が加熱器１０４−１等の一端に接続されているところ、充電器加熱器間接続用スイッチ１０８−１等は、充電器接続用スイッチ１０７の他端と加熱器１０４−１等の一端との間を開状態又は閉状態に制御する。充電器加熱器間接続用スイッチ１０８−１等は、上位制御部１０５から入力された制御信号に基づいて開状態又は閉状態に切り替える。

整流器１０９−１等は、充電器加熱器間接続用スイッチ１０８−１等とそれぞれ直列に接続されている。整流器１０９−１等の一端は、それぞれ充電器加熱器間接続用スイッチ１０８−１等の他端と接続されている。整流器１０９−１等の他端は、それぞれ加熱器１０４−１等の一端と接続されている。整流器１０９−１等の一端及び他端は、それぞれ正極端子及び負極端子であり、ある加熱器１０４の一端から他の加熱器１０４の一端への電流の逆流を防止する。

組電池列用スイッチ１１０−１等は、充電器１０１から組電池列１０２２−１等のそれぞれへの電力の供給の有無や、組電池列１０２２−１等のそれぞれから負荷部１１２への電力の供給の有無を制御するスイッチである。
組電池列用スイッチ１１０−１等の一端には、充電器接続用スイッチ１０７の他端と負荷接続用スイッチ１１１の他端が接続されている。組電池列用スイッチ１１０−１等の他端には、組電池列１０２２−１等の正極端子が接続されている。これにより、組電池列用スイッチ１１０−１等は、充電器接続用スイッチ１０７の他端もしくは負荷接続用スイッチ１１１の他端と、組電池列１０２２−１等の正極端子との間を開状態又は閉状態に制御する。組電池列用スイッチ１１０−１等は、上位制御部１０５から入力された制御信号に基づいて開状態又は閉状態に切り替える。

負荷接続用スイッチ１１１は、組電池列１０２２−１等から負荷部１１２への電力の供給の有無を制御するスイッチである。負荷接続用スイッチ１１１の一端は負荷部１１２の入力端に接続され、負荷接続用スイッチ１１１の他端は、組電池列用スイッチ１１０−１等の一端が接続されている。即ち、負荷接続用スイッチ１１１は、組電池列１０２２−１等の少なくともいずれかと負荷部１１２との間を開状態又は閉状態に切り替える。負荷接続用スイッチ１１１は、上位制御部１０５から入力された制御信号に基づいて開状態又は閉状態に切り替える。
なお、組電池列１０２２−１等から負荷部１１２に電力を供給しない場合や、充電器１０１から組電池列１０２２−１等に電力を供給する場合には、負荷接続用スイッチ１１１は、その一端と他端との間を開状態に制御されるようにする。

負荷部１１２は、組電池列１０２２−１等から負荷接続用スイッチ１１１を介して供給される電力を消費する構成である。例えば、電気自動車等の車両における動力源となる電動機（モータ）、走行その他の処理を制御する制御系、照明装置、空調機、等である。

（充電制御処理）
次に、本実施形態に係る充電制御処理について説明する。
図２は、本実施形態に係る充電制御処理を示すフローチャートである。
（ステップＳ１０１）上位制御部１０５は、初期状態として電池システム１が備える各スイッチを開状態に設定する（初期設定）。ここで、上位制御部１０５は、充電器接続用スイッチ（ＳＷ：Ｓｗｉｔｃｈ）１０７、組電池列用スイッチ１１０−１〜１１０−Ｎ、充電器加熱器間接続用スイッチ１０８−１〜１０８−Ｎ、及び組電池列加熱器間接続用スイッチ１０６１−１−１〜１０６１−Ｎ−Ｎのそれぞれの一端と他端との間を開状態に制御することを示す制御信号を生成する。上位制御部１０５は、生成した制御信号を充電器接続用スイッチ１０７、組電池列用スイッチ１１０−１〜１１０−Ｎ、充電器加熱器間接続用スイッチ１０８−１〜１０８−Ｎ、組電池列加熱器間接続用スイッチ１０６１−１−１〜１０６１−Ｎ−Ｎに送信する。
充電器接続用スイッチ１０７、組電池列用スイッチ１１０−１〜１１０−Ｎ、充電器加熱器間接続用スイッチ１０８−１〜１０８−Ｎ、組電池列加熱器間接続用スイッチ１０６１−１−１〜１０６１−Ｎ−Ｎは、それぞれ上位制御部１０５から入力された制御信号に基づいて、それぞれの一端と他端との間を開状態に設定する。その後、ステップＳ１０２に進む。

（ステップＳ１０２）電池監視・セルバランス回路１０２１−１〜１０２１−Ｎは、それぞれ組電池列１０２２−１〜１０２２−Ｎの温度を計測し、計測した温度を示す状態信号を電池制御回路１０３−１〜１０３−Ｎを介して上位制御部１０５に出力する。その後、ステップＳ１０３に進む。
（ステップＳ１０３）電池監視・セルバランス回路１０２１−１〜１０２１−Ｎは、それぞれ組電池列１０２２−１〜１０２２−Ｎの総電圧を計測し、計測した総電圧を示す状態信号を上位制御部１０５に出力する。その後、ステップＳ１０４に進む。

（ステップＳ１０４）上位制御部１０５は、電池監視・セルバランス回路１０２１−１〜１０２１−Ｎからそれぞれ入力された状態信号が示す組電池列１０２２−１等の温度のうち最も低い温度（最低組電池列温度）が予め定めた最低温度Ｔ_ｍｉｎ（例えば、０°Ｃ）以下の温度であるか否かを判定する。最低組電池列温度が予め定めた最低温度Ｔ_ｍｉｎ以下の温度であると判定された場合には（ステップＳ１０４ ＹＥＳ）、ステップＳ１０５に進む。最低組電池列温度が予め定めた最低温度Ｔ_ｍｉｎより高いと判定された場合には（ステップＳ１０４ ＮＯ）、ステップＳ１１０に進む。

（ステップＳ１０５）上位制御部１０５は、電池監視・セルバランス回路１０２１−１〜１０２１−Ｎからそれぞれ入力された状態信号が示す組電池列１０２２−１等間の電圧の範囲を示す指標値として、例えば、組電池列間電圧範囲を算出する。組電池列間電圧範囲は、組電池列１０２２−１等間における総電圧の最高値から総電圧の最低値の差分である。上位制御部１０５は、算出した組電池列間電圧範囲が予め定めた電圧範囲Ｖ_ｄｅｆ（例えば、０．１Ｖ）以上の範囲であるか否かを判定する。組電池列間電圧範囲が、予め定めた電圧範囲Ｖ_ｄｅｆ以上の範囲であると判定された場合には（ステップＳ１０５ ＹＥＳ）、ステップＳ１０６に進む。組電池列間電圧範囲が、予め定めた電圧範囲Ｖ_ｄｅｆよりも狭い範囲であると判定された場合には（ステップＳ１０５ ＮＯ）、ステップＳ１０７に進む。

（ステップＳ１０６）上位制御部１０５は、組電池列加熱器間接続用スイッチ１０６１の一端と他端との間を閉状態に制御することを示す制御信号を生成する。上位制御部１０５は、総電圧が最高である組電池列１０２２と、温度が最低温度Ｔ_ｍｉｎ以下の組電池列１０２２に対応した加熱器１０４に係る組電池列加熱器間接続用スイッチ１０６１に生成した制御信号を出力する。該組電池列加熱器間接続用スイッチ１０６１は、上位制御部１０５から入力された制御信号に応じて、その一端と他端との間を閉状態に切り替える。
これにより、総電圧が最高である組電池列１０２２から温度が最低温度Ｔ_ｍｉｎ以下の組電池列１０２２に対応した加熱器１０４に電流が生じ、温度が最低温度Ｔ_ｍｉｎ以下の組電池列１０２２が加熱される。また、総電圧が最高である組電池列１０２２の電圧が低下して組電池列間電圧範囲が狭くなる。ここで、総電圧が最高である組電池列１０２２と温度が最低温度Ｔ_ｍｉｎ以下の組電池列１０２２は、異なる場合もあるし、両者が同一である場合もある。その後、ステップＳ１０９に進む。

（ステップＳ１０７）上位制御部１０５は、充電器接続用スイッチ１０７の一端と他端との間を閉状態に制御することを示す制御信号を生成する。上位制御部１０５は、生成した制御信号を充電器接続用スイッチ１０７に出力する。充電器接続用スイッチ１０７は、上位制御部１０５から入力された制御信号に応じて、その一端と他端との間を閉状態に切り替える。その後、ステップＳ１０８に進む。
（ステップＳ１０８）上位制御部１０５は、充電器加熱器間接続用スイッチ１０８の一端と他端との間を閉状態に制御することを示す制御信号を生成する。生成した制御信号を温度が最低温度Ｔ_ｍｉｎ以下の組電池列１０２２に対応した加熱器１０４に係る充電器加熱器間接続用スイッチ１０８に出力する。該充電器加熱器間接続用スイッチ１０８には、上位制御部１０５から入力された制御信号に応じて、その一端と他端との間を閉状態に切り替える。これにより、充電器１０１から温度が最低温度Ｔ_ｍｉｎ以下の組電池列１０２２に対応した加熱器１０４に電流が生じる。従って、組電池列間電圧範囲が予め定めた電圧範囲Ｖ_ｄｅｆよりも狭い範囲である場合には、組電池列１０２２の電力は用いられない。
その後、ステップＳ１０９に進む。

（ステップＳ１０９）ステップＳ１０６又はステップＳ１０８において、電流が生じた加熱器１０４は、発熱し、対応する組電池列１０２２を加熱する。これによって、温度が最低温度Ｔ_ｍｉｎ以下の組電池列１０２２は、少なくとも最低温度Ｔ_ｍｉｎよりも温度が高くなるまで加熱され、充電又は電力の供給が可能になる。その後、ステップＳ１０１に戻る。
（ステップＳ１１０）電池システム１は、後述する充電処理を行う。その後、ステップＳ１０１に戻る。

なお、本実施形態では、ステップＳ１０１〜Ｓ１０９を予め定めた時間間隔、例えば、１分間隔で繰り返すようにしてもよい。これにより、組電池列１０２２毎の温度や電圧等による温度が最低である組電池列１０２２の変化、組電池列間の電圧範囲の変化に応じて最適な処理が行われる。また、組電池列１０２２の温度が最低温度Ｔ_ｍｉｎ以下の場合には、充電を行わないことで組電池列の故障その他の障害が回避される。

次に、図２に示す充電制御処理の一部である充電処理について説明する。
図３は、本実施形態に係る充電制御処理の一部を示すフローチャートである。
（ステップＳ１１１）上位制御部１０５は、電池監視・セルバランス回路１０２１−１〜１０２１−Ｎからそれぞれ入力された状態信号に基づいて組電池列間電圧範囲を算出する。
上位制御部１０５は、算出した組電池列間電圧範囲が、予め定めた電圧範囲Ｖ_ｄｅｆ以上の範囲であるか否かを判定する。組電池列間電圧範囲が、予め定めた電圧範囲Ｖ_ｄｅｆ以上の範囲であると判定された場合には（ステップＳ１１１ ＹＥＳ）、ステップＳ１１２に進む。組電池列間電圧範囲が、予め定めた電圧範囲Ｖ_ｄｅｆよりも狭い範囲であると判定された場合には（ステップＳ１１１ ＮＯ）、ステップＳ１２１に進む。

（ステップＳ１１２）上位制御部１０５は、組電池列加熱器間接続用スイッチ１０６１の一端と他端との間を閉状態に制御することを示す制御信号を生成する。上位制御部１０５は、総電圧が最高である組電池列１０２２と、温度が最低である組電池列１０２２に対応した加熱器１０４に係る組電池列加熱器間接続用スイッチ１０６１に生成した制御信号を出力する。この組電池列加熱器間接続用スイッチ１０６１は、上位制御部１０５から入力された制御信号に応じて、その一端と他端との間を閉状態に切り替える。これにより、総電圧が最高である組電池列１０２２から温度が最低である組電池列１０２２に対応した加熱器１０４に電流が生じ、総電圧が最高である組電池列１０２２の電圧が低下して、組電池列間電圧範囲が狭くなる。ここで、総電圧が最高である組電池列１０２２と温度が最低である組電池列１０２２が異なる場合もあるし、両者が同一の場合もある。その後、ステップＳ１１３に進む。

（ステップＳ１１３）ステップＳ１１２において、電流が生じた加熱器１０４は、発熱し、対応する組電池列１０２２を加熱する。上位制御部１０５は、総電圧が最高であった組電池列１０２２と、温度が最低であった組電池列１０２２にそれぞれ対応する電池監視・セルバランス回路１０２１から、新たにそれぞれ入力された状態信号が示す温度差を算出する。
上位制御部１０５は、算出した温度差が予め定めた温度差ΔＴ（例えば、１°Ｃ）以下になったとき、上位制御部１０５は、組電池列加熱器間接続用スイッチ１０６１の一端と他端との間を開状態に制御することを示す制御信号を新たに生成する。上位制御部１０５は、総電圧が最高であった組電池列１０２２と、温度が最低であった組電池列１０２２に対応した加熱器１０４に係る組電池列加熱器間接続用スイッチ１０６１に新たに生成した制御信号を出力する。
該組電池列加熱器間接続用スイッチ１０６１は、上位制御部１０５から入力された制御信号に応じて、その一端と他端との間を開状態に切り替える。これにより、電流が生じていた加熱器１０４の電流を遮断し、加熱が停止される。その後、ステップＳ１１４に進む。

（ステップＳ１１４）上位制御部１０５は、組電池列用スイッチ１１０の一端と他端との間を閉状態に制御することを示す制御信号を生成する。上位制御部１０５は、電池監視・セルバランス回路１０２１−１〜１０２１−Ｎから、それぞれ入力された状態信号が示す総電圧が最低である組電池列１０２２に対応した組電池列用スイッチ１１０に生成した制御信号を出力する。該組電池列用スイッチ１１０は、上位制御部１０５から入力された制御信号に応じて、その一端と他端との間を閉状態に切り替える。その後、ステップＳ１１５に進む。
（ステップＳ１１５）上位制御部１０５は、充電器接続用スイッチ１０７の一端と他端との間を閉状態に制御することを示す制御信号を生成する。上位制御部１０５は、生成した制御信号を充電器接続用スイッチ１０７に出力する。充電器接続用スイッチ１０７は、上位制御部１０５から入力された制御信号に応じて、その一端と他端との間を閉状態に切り替える。その後、ステップＳ１１６に進む。
（ステップＳ１１６）ステップＳ１１４及びステップＳ１１５を実行した後、総電圧が最低である組電池列１０２２には、充電器１０１から電力が供給されることにより充電がなされる。これにより、総電圧が最低である組電池列１０２２の電圧が上昇し、組電池列間電圧範囲が狭くなる。その後、ステップＳ１０１に戻る。

（ステップＳ１２１）上位制御部１０５は、組電池列用スイッチ１１０−１〜１１０−Ｎのそれぞれの一端と他端との間を閉状態に制御することを示す制御信号を生成し、組電池列用スイッチ１１０−１〜１１０−Ｎに生成した制御信号を出力する。組電池列用スイッチ１１０−１〜１１０−Ｎのそれぞれは、上位制御部１０５から入力された制御信号に応じて、その一端と他端との間を閉状態に切り替える。その後、ステップＳ１２２に進む。

（ステップＳ１２２）上位制御部１０５は、充電器接続用スイッチ１０７の一端と他端との間を閉状態に制御することを示す制御信号を生成し、生成した制御信号を充電器接続用スイッチ１０７に出力する。充電器接続用スイッチ１０７は、上位制御部１０５から入力された制御信号に応じて、その一端と他端との間を閉状態に切り替える。その後、ステップＳ１２３に進む。
（ステップＳ１２３）ステップＳ１２１及びステップＳ１２２を実行した後、組電池列１０２２−１〜１０２２−Ｎのそれぞれには、充電器１０１から電力が供給されることにより一斉に充電がなされる。その後、ステップＳ１２４に進む。
（ステップＳ１２４）上位制御部１０５は、充電停止動作の有無を判定する。ここで、上位制御部１０５は、例えば、利用者が充電停止を指示して生成された操作入力信号が入力されたかを判定する。充電停止動作があると判定された場合には（ステップＳ１２４ ＹＥＳ）、Ｓ１２６に進む。充電停止動作がないと判定された場合には（ステップＳ１２４ ＮＯ）、Ｓ１２５に進む。

（ステップＳ１２５）上位制御部１０５は、電池監視・セルバランス回路１０２１−１〜１０２１−Ｎからそれぞれ入力された状態信号に基づいて充電停止条件に到達したか否かを判定する。充電停止条件として、例えば、組電池列１０２２−１〜１０２２−Ｎの全てについて総電圧と定格電圧（リチウムイオン電池の場合、例えば３．６Ｖ）との残差が予め定めた誤差（例えば、０．１Ｖ）よりも小さくなったことを用いてもよい。その他、充電停止条件として、組電池列１０２２−１〜１０２２−Ｎの全てについて予め定めた目標ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ、充電状態、例えば９５％）を越えたことを用いてもよい。ＳＯＣとは、実際に電池に蓄えられている電荷量（充電残量）のフル充電時における容量又は定格容量に対する比率である。一般に、ＳＯＣが高いなるほど、電圧が高くなるという関係がある。そのため、目標ＳＯＣを電圧に換算した値を、計測された総電圧と比較対象となる充電停止条件の要素として用いてもよい。
充電停止条件に到達したと判定された場合には（ステップＳ１２５ ＹＥＳ）、ステップＳ１２６に進む。充電停止条件に到達していないと判定された場合には（ステップＳ１２５ ＮＯ）、ステップＳ１２３に戻る。

（ステップＳ１２６）上位制御部１０５は、充電器接続用スイッチ１０７の一端と他端との間を開状態に制御することを示す制御信号を生成し、生成した制御信号を充電器接続用スイッチ１０７に出力する。充電器接続用スイッチ１０７は、上位制御部１０５から入力された制御信号に応じて、その一端と他端との間を開状態に切り替える。これにより、充電器１０１から各組電池列１０２２−１〜１０２２−Ｎへの充電が停止する。その後、処理を停止する。

次に、上述の充電制御処理（例えば、ステップＳ１０４）で用いた最低温度Ｔ_ｍｉｎについて説明する。最低温度Ｔ_ｍｉｎは、組電池列１０２２に充電を行わず加熱を行うか否かを判定する際の閾値である。最低温度Ｔ_ｍｉｎ以下の温度のもとで充電を行う場合、充電時間がより高い温度の場合よりも著しく大きくなることや、充電残量が定格容量に至らないことがある。

ここで、リチウムイオン電池の温度特性の一例について説明する。
図４は、リチウムイオン電池の温度特性の一例を示す表である。
図４において、左列、右列は、それぞれ温度、充電可能容量率を示す。充電可能容量率とは、充電可能な容量（充電可能容量）の定格容量に対する比率である。
図４によれば、温度が２０〜３０°Ｃである場合、充電可能容量率は１００％である。この温度帯では、充電残量が定格容量に達するまで充電できることを示す。温度が３０、２０、１０、５、０、−１０°Ｃの場合、充電可能容量率は１００、１００、９８、９４、９０、８０％となる。つまり、温度が０°Ｃ以下になると充電可能容量率は急激に低下する。最低温度Ｔ_ｍｉｎは、充電可能容量率が１００％よりも低くなる温度、例えば５°Ｃ以下でもよいし、０°Ｃでもよい。その理由として、温度が０°Ｃよりも低くなると正極から生じたリチウムイオンが負極に吸収されにくくなり金属リチウムが析出しやすくなることが挙げられる。金属リチウムは活性が高い金属であるため、析出すると正負両極の端子同士が短絡する等、障害が発生する原因になる。

（変形実施例）
次に、本実施形態に係る変形実施例について説明する。
ステップＳ１０６（図２）において、総電圧が最高である組電池列１０２２と、温度が最低温度Ｔ_ｍｉｎ以下の組電池列１０２２に対応した加熱器１０４に係る組電池列加熱器間接続用スイッチ１０６１が複数個存する場合がある。その場合には、その複数個の該組電池列加熱器間接続用スイッチ１０６１のうちの全部が閉状態に切り替えられてもよいし、一部（例えば１個）が閉状態に切り替えられてもよい。一部が閉状態に切り替える場合でも、ステップＳ１０１−Ｓ１０９間の処理が繰り替えされるため、組電池列１０２２間の電圧範囲が一定の範囲内に収束し、かつ、最低温度Ｔ_ｍｉｎ以下の温度の組電池列１０２２が存しなくなる。

ステップＳ１０８（図２）において、温度が最低温度Ｔ_ｍｉｎ以下の組電池列１０２２に対応した加熱器１０４に係る充電器加熱器間接続用スイッチ１０８が複数個存する場合がある。そこで、上位制御部１０５は、その複数個の充電器加熱器間接続用スイッチ１０８のうちの全部が閉状態に切り替えられてもよいし、一部（例えば１個）が閉状態に切り替えられてもよい。一部が閉状態に制御する場合でも、ステップＳ１０１−Ｓ１０９間の処理が繰り返されるため、最低温度Ｔ_ｍｉｎ以下の温度の組電池列１０２２が存しなくなる。

ステップＳ１１２（図３）において、総電圧が最高である組電池列１０２２と、温度が最低である組電池列１０２２に対応した加熱器１０４に係る組電池列加熱器間接続用スイッチ１０６１が複数個存する場合がある。そこで、上位制御部１０５は、その複数個の組電池列加熱器間接続用スイッチ１０６１のうちの全部を閉状態に切り替えてもよいし、一部（例えば１個）を閉状態に切り替えてもよい。一部を閉状態に切り替える場合でも、ステップＳ１０１−Ｓ１０９間の処理が繰り替えされるため、組電池列１０２２−１等間の電圧範囲が一定の範囲内に収束する。

温度が最低である組電池列１０２２は、電極が供給され充電が行われると、熱が発生し自器自身（組電池列１０２２）を加熱する。しかし、充電中に周囲の温度が最低温度Ｔ_ｍｉｎよりも低くなった場合には、充電時に発生する熱では、自器の温度を最低温度Ｔ_ｍｉｎよりも高くすることはおろか、発生した熱では現在の温度を維持することもできなくなることがある。たとえ、自器の温度を最低温度Ｔ_ｍｉｎよりも高くすることができても、温度が最低温度Ｔ_ｍｉｎに達するまで時間を不相応に費やすことがある。そこで、ステップＳ１２５（図３）において、充電停止条件に到達していないと判定された場合に（ステップＳ１２５ ＮＯ）、上位制御部１０５は、最低組電池列温度が最低温度Ｔ_ｍｉｎ以下の温度であるか否かを判定してもよい。そして、最低組電池列温度が予め定めた最低温度Ｔ_ｍｉｎより高いと判定された場合には、ステップＳ１２３に戻り、最低組電池列温度が予め定めた最低温度Ｔ_ｍｉｎ以下の温度であると判定された場合には、ステップＳ１２６に進むようにしてもよい。これにより、最低温度Ｔ_ｍｉｎ以下の組電池列が生じた場合には充電を停止することで、非効率な充電を停止し安全性を確保することができる。

このように、本実施形態によれば、互いに並列に接続された複数の電池列のそれぞれを加熱する複数の加熱部と、複数の加熱部のいずれかと複数の電池列のいずれかとの間を導通又は遮断する第１開閉部と、複数の電池列の少なくとも１の電池列を備える。また、本実施形態は、該少なくとも１の電池列よりも電圧が低い他の電池列であって所定温度よりも温度が低い電池列を加熱する加熱部との間の第１開閉部を、前記少なくとも１の電池列の電圧と前記他の電池列の電圧との関係に基づいて制御する。
これにより、該少なくとも１の電池列から該他の電池列であって所定温度よりも温度が低い電池列を加熱する加熱部へ電力が供給されるので、温度が低い場合でも第１開閉部を複数の電池列間で起電力を均等化することができる。

上位制御部１０５は、電池システム１において充電器１０１、負荷部１１２及び電池ユニット１０２−１〜１０２−Ｎ等とは別体の充電制御装置に備えられていてもよい。また、電池システム１において充電器１０１及び負荷部１１２のうちの一方又は両方が省略されてもよい。

なお、上述した実施形態における充電制御装置の一部、例えば、上位制御部１０５をコンピュータで実現するようにしても良い。その場合、この制御機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現しても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、充電制御装置に内蔵されたコンピュータシステムであって、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでも良い。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
また、上述した実施形態における充電制御装置の一部、または全部を、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の集積回路として実現しても良い。電池システム１の各機能ブロックは個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化しても良い。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いても良い。

以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。

１…電池システム、１０１…充電器、１０２（１０２−１〜１０２−Ｎ）…電池ユニット、
１０２１（１０２１−１〜１０２１−Ｎ）…電池監視・セルバランス回路、
１０２２（１０２２−１〜１０２２−Ｎ）…組電池列、
１０３（１０３−１〜１０３−Ｎ）…電池制御回路、
１０４（１０４−１〜１０４−Ｎ）…加熱器、
１０５…上位制御部、１０６（１０６−１〜１０６−Ｎ）…切替ユニット、
１０６１（１０６１−１−１〜１０６１−Ｎ−Ｎ）…組電池列加熱器間接続用スイッチ、
１０６２（１０６２−１−１〜１０６２−Ｎ−Ｎ）…整流器、
１０７…充電器接続用スイッチ、
１０８（１０８−１〜１０８−Ｎ）…充電器加熱器間接続用スイッチ、
１０９（１０９−１〜１０９−Ｎ）…整流器、
１１０（１１０−１〜１１０−Ｎ）…組電池列用スイッチ、１１１…負荷接続用スイッチ、
１１２…負荷部

Claims (6)

1. 互いに並列に接続された複数の電池列のそれぞれを加熱する複数の加熱部と、
   前記複数の加熱部のいずれかと前記複数の電池列のいずれかとの間を導通又は遮断する第１開閉部と、
   前記複数の電池列のうち電圧が最高である第１電池列と、前記第１電池列よりも電圧が低い他の電池列であって所定温度よりも温度が低い電池列を加熱する加熱部との間の第１開閉部を、前記第１電池列の電圧と前記複数の電池列のうち電圧が最低である電池列との電圧差が所定の電圧差以上である場合に、閉状態とする制御を行う制御部と、
   を備えることを特徴とする電池システム。
2. 電力を供給する電力供給部と、
   前記複数の加熱部のそれぞれと前記電力供給部との間を導通又は遮断する第２開閉部とを備え、
   前記制御部は、前記少なくとも１の電池列の電圧と前記他の電池列の電圧との関係に基づいて、前記第２開閉部を制御することを特徴とする請求項１に記載の電池システム。
3. 前記複数の電池列のそれぞれと前記電力供給部との間を導通又は遮断する第３開閉部とを備え、
   前記制御部は、前記少なくとも１の電池列の電圧と前記他の電池列の電圧との関係に基づいて、前記第３開閉部を制御することを特徴とする請求項２に記載の電池システム。
4. 前記制御部は、前記複数の電池列の温度が前記所定温度よりも温度が高いとき、前記第２開閉部に前記複数の加熱部のそれぞれと前記電力供給部との間を遮断させ、前記第３開閉部に前記複数の電池列のそれぞれと前記電力供給部との間を導通させることを特徴とする請求項３に記載の電池システム。
5. 互いに並列に接続された複数の電池列のそれぞれを加熱する複数の加熱部のいずれかと前記複数の電池列のいずれかとの間を導通又は遮断する第１開閉部であって、前記複数の電池列のうち電圧が最高である第１電池列と、前記第１電池列よりも電圧が低い他の電池列であって所定温度よりも温度が低い電池列を加熱する加熱部との間の第１開閉部を、前記第１電池列の電圧と前記複数の電池列のうち電圧が最低である電池列との電圧差が所定の電圧差以上である場合に、閉状態とする制御を行う制御部と、
   を備えることを特徴とする充電制御装置。
6. 互いに並列に接続された複数の電池列のそれぞれを加熱する複数の加熱部と、前記複数の加熱部のいずれかと前記複数の電池列のいずれかとの間を導通又は遮断する第１開閉部、及び制御部とを備える電池システムにおける充電制御方法において、
   前記制御部は、前記複数の電池列のうち電圧が最高である第１電池列と、前記第１電池列よりも電圧が低い電池列であって所定温度よりも温度が低い電池列を加熱する加熱部との間の第１開閉部を、前記第１電池列の電圧と前記複数の電池列のうち電圧が最低である電池列との電圧差が所定の電圧差以上である場合に、閉状態とする制御を行う制御過程
   を有することを特徴とする充電制御方法。

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