JP6844460B2

JP6844460B2 - 二次電池システム

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Publication number: JP6844460B2
Application number: JP2017139791A
Authority: JP
Inventors: 広規田代
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-07-19
Filing date: 2017-07-19
Publication date: 2021-03-17
Anticipated expiration: 2037-07-19
Also published as: JP2019022359A

Description

本開示は二次電池システムに関し、より特定的には、並列接続された複数の電池ユニットを有する二次電池の充放電制御に関する。

二次電池の出力電圧および容量を確保するために、電池セルを直列および並列に接続した組電池が用いられる。特開２０１２−１５０９０２号公報（特許文献１）には、並列接続された複数の単位電池を有する組電池において、組電池全体に対応して配置されたメインヒューズとともに、各単位電池と直列接続されたヒューズがさらに配置される構成が記載される。特許文献１の構成では、各ヒューズと並列にダイオードが接続されることによって、いずれかの単位電池に内部短絡が発生した場合に、短絡が生じた単位電池のみを回路系から切り離すことができる。

特開２０１２−１５０９０２号公報

特許文献１の構成では、組電池外部での短絡発生時にはメインヒューズが溶断することにより、組電池内部での大電流の発生を回避して電池の損傷を防止することができる。また、特定の単位電池の内部短絡等によって大電流が生じたときには、単位電池毎のヒューズが溶断することによって、当該電流経路を遮断することができる。

一方で、電池内部でのヒューズ遮断によって並列使用される単位電池の数が少なくなったときに組電池外部で短絡が発生すると、短絡電流によって、メインヒューズの溶断よりも先に単位電池毎のヒューズが溶断する可能性がある。この場合には、当該ヒューズの溶断個所でアーク発生がすると電池の損傷が懸念される。

本開示はこのような問題点を解決するためになされたものであって、本開示の目的は、並列接続された複数の電池ユニットを有する二次電池において、一部の電池ユニットのみの使用時に電池を十分に保護することである。

本開示のある局面では、二次電池システムは、並列に接続された複数の電池ユニットを有する二次電池と、複数の第１の電流遮断機構と、第２の電流遮断機構と、制御回路とを備える。複数の第１の電流遮断機構は、複数の電池ユニットにそれぞれ対応して配置される。第２の電流遮断機構は、二次電池に対して直列に接続される。制御回路は、二次電池と負荷との間の充放電を制御することによって二次電池のＳＯＣを制御する。制御回路は、複数の第１の電流遮断機構のうちの遮断状態である遮断機構の個数である遮断個数が予め定められた閾値よりも多い場合には、遮断個数が閾値よりも少ない場合と比較して、二次電池のＳＯＣを低下させる。

上記二次電池システムによれば、遮断個数が多く、少ない個数の電池ユニットが並列使用されている場合に、短絡電流の発生によって第１の電流遮断機構が溶断しても、電池ユニットのＳＯＣが低いために溶断個所に高電圧が印可されることを防止できる。この結果、一部の電池ユニットのみの使用中における短絡電流の発生時にアークの発生を防止することができる。

本開示によれば、並列接続された複数の電池ユニットを有する二次電池において、一部の電池ユニットのみの使用時に短絡電流が発生しても電池を保護することができる。

本実施の形態に従う二次電池システムの構成を説明するブロック図である。二次電池システムの負荷の一例であるハイブリッド車両の駆動システムの構成例を説明するブロック図である。ハイブリッド車両の走行制御による車両駆動力の配分を説明する概念図である。ハイブリッド車両の走行制御による車両制動力の配分を説明する概念図である。二次電池のＳＯＣに応じた充放電制限を説明する概念図である。本実施の形態に従う二次電池システムにおけるＳＯＣ制御を説明するフローチャートである。

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、以下では図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。

図１は、本実施の形態に従う二次電池システムの構成を説明するブロック図である。
図１を参照して、二次電池システム１００は、１個または複数個の電池ブロック１０１と、メインヒューズＭＦＳと、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１１０とを含む。電池ブロック１０１は、並列接続された複数の電池ユニットＣＵと、各電池ユニットＣＵに対応して直列に接続されたセルヒューズＦＳとを有する。各電池ユニットＣＵは、１個または複数個の単電池セルによって構成される。以下では、二次電池システム１００に含まれる電池ユニットＣＵの集合体を、二次電池１０２と称する。また、並列接続された電池ユニットＣＵの個数をＮ（Ｎ：２以上の整数）とする。

セルヒューズＦＳおよびメインヒューズＭＦＳは、「第１の電流遮断機構」および「第２の電流遮断機構」の一実施例に対応する。公知のように、ヒューズは、大電流通過時にジュール熱によって溶断されることによって電流経路を遮断することができる。本実施の形態では、ＥＣＵ１１０等からの制御信号によることなく、過電流等の異常に応じて電流経路を自己遮断する素子であれば、ヒューズに代えて任意の素子を「第１および／または第２の電流遮断機構」として適用することができる。たとえば、第１の電流遮断機構として、電池ユニットＣＵの内部圧力上昇に応じて電流経路を遮断するように構成されたＣＩＤ（Circuit Interrupt Device）を用いることができる。

図１の例では、２個の電池ブロック１０１が直列に接続される構成が例示されるが、電池ブロック１０１の個数は任意である。ただし、少なくとも１個の電池ブロック１０１が具備されることによって、二次電池システム１００は、並列接続された複数の電池ユニットＣＵを有する二次電池１０２、および、複数の電池ユニットＣＵのそれぞれに対応して配置された第１の電流遮断機構（セルヒューズＦＳ）を有する構成となっている。

電池ブロック１０１に対応して、電圧センサ１０５が設けられる。電圧センサ１０５によって、当該電池ブロック１０１において並列接続された電池ユニットＣＵの電池電圧ＶＢを検出することができる。

電池ブロック１０１は、高電圧側の電力線１２０および低電圧側の電力線１３０によって負荷１１と接続される。負荷１１との間での電力の授受により、二次電池１０２は充電または放電される。電力線１２０または１３０には、二次電池１０２全体での電池電流ＩＢを検出するための電流センサ１０６が配置される。以下では、電池電流ＩＢの極性について、二次電池１０２の放電時にＩＢ＞０、充電時にはＩＢ＜０であるものとする。

さらに、メインヒューズＭＦＳは、電力線１２０または１３０において、負荷１１に対して二次電池１０２と直列に接続される。したがって、二次電池１０２の外部で短絡が発生すると、過電流によりメインヒューズＭＦＳが遮断状態となることによって、二次電池１０２の保護を図ることができる。すなわち、各セルヒューズＦＳの溶断電流がメインヒューズＭＦＳの溶断電流のＮ倍よりも小さくなるように、メインヒューズＭＦＳおよび各セルヒューズＦＳは設計される。

電流センサ１０６によって検出された電池電流ＩＢおよび電圧センサ１０５によって検出された電池電圧ＶＢは、ＥＣＵ１１０へ入力される。電池ブロック１０１には、１個または複数個の温度センサ（図示せず）が配置されてもよい。温度センサによって検出された電池温度は、ＥＣＵ１１０へ入力することができる。

一般に、二次電池の残存容量は、満充電容量に対する現在の充電量の比率を百分率で示したＳＯＣ（State of Charge）によって管理される。ＥＣＵ１１０は、電池電流ＩＢおよび電池電圧ＶＢを用いて、二次電池１０２のＳＯＣを算出する。一般的に、二次電池のＳＯＣは開放電圧（ＯＣＶ）に依存して変化することが知られている。したがって、二次電池システム１００の起動時に電池電圧ＶＢから求めたＯＣＶによってＳＯＣの初期値を算出するとともに、二次電池１０２の充放電時には、電池電流ＩＢに基づくクーロンカウントによってＳＯＣの変化量を算出することができる。この結果、ＳＯＣの初期値と、変化量の積算値とによって、現在のＳＯＣを逐次算出することができる。

なお、ＳＯＣは、電池ブロック１０１毎に算出することが可能である。各電池ブロック１０１での電池電圧は、各電圧センサ１０５によって検出することができる。また、電池電流ＩＢによる各電池ブロック１０１でのクーロンカウントによるＳＯＣ変化量の算出は、セルヒューズＦＳの遮断個数を反映して算出される。

すなわち、Ｎ個の電池ユニットＣＵおよびセルヒューズＦＳが並列接続された電池ブロック１０１において、ｎ本（０≦ｎ＜Ｎの整数）のセルヒューズＦＳが遮断状態であれば、電池電流ＩＢが（Ｎ−ｎ）個の電池ユニットＣＵに分流されるため、電池電流ＩＢに対する各電池ユニットＣＵの充放電電流は、ＩＢ／Ｎに対してＩＢ／（Ｎ−ｎ）に増加する。すなわち、ｎ本（ｎ＞１）のセルヒューズＦＳが遮断状態であると、ｎ＝０の場合と比較して、充放電電流は、Ｎ／（Ｎ−ｎ）倍となるので、同一の電池電流ＩＢに対するＳＯＣ変化量もＮ／（Ｎ−ｎ）倍に算出される。すなわち、対応のセルヒューズＦＳが遮断状態となって切り離された電池ユニットＣＵの満充電容量については、ＳＯＣ算出の際の分母（満充電容量）から差し引かれる。

ＥＣＵ１１０は、セルヒューズＦＳについて、遮断状態の本数を管理することができる。管理されたセルヒューズＦＳの遮断状態の本数は、ＥＣＵ１１０によって不揮的に記憶される。

たとえば、電流センサ１０６および各電圧センサ１０５の検出値から算出される、並列接続された電池ユニットＣＵの電気抵抗に基づいて、セルヒューズＦＳの断線（遮断状態への遷移）を検知することができる。たとえば、Ｎｆ本（２≦Ｎｆ≦Ｎ）のセルヒューズＦＳが導通状態であるところからセルヒューズＦＳが１本断線した後では、並列接続された電池ユニットＣＵの電気抵抗値は、ｎ＝０（すなわち、Ｎ本のセルヒューズＦＳとも導通状態）のときに対して、Ｎ／（Ｎｆ−１）倍となる。このような電気抵抗の変化を捉えることにより、セルヒューズＦＳの断線（遮断状態への遷移）を検知することができる。また、このような現象の発生回数をカウントすることで、セルヒューズＦＳの遮断状態の本数（断線本数）を管理することができる。

また、上述のように、並列接続された電池ユニットＣＵによる満充電容量についてもセルヒューズＦＳの遮断状態の本数に依存して変化する。具体的には、導通状態のセルヒューズＦＳがＮｆ本である状態からセルヒューズＦＳが１本断線した後では、満充電容量は、ｎ＝０のときに対して、（Ｎｆ−１）／Ｎ倍となる。したがって、満充電容量の変化を捉えることによって、セルヒューズＦＳの断線の発生、および、遮断状態の本数の管理が可能である。

ＥＣＵ１１０は、さらに、二次電池１０２のＳＯＣに応じて、過充電および過放電を回避するように、負荷１１および二次電池１０２の間の充放電を制御する。

図２は、図１に示された負荷１１の一例を説明するブロック図である。図２には、ハイブリッド車両に本実施の形態に従う二次電池システムが搭載された場合の負荷の構成例が示される。

図２を参照して、二次電池システム１００が搭載されたハイブリッド車両１０は、エンジン２と、動力分割装置４と、モータジェネレータ６，７と、伝達ギヤ８と、駆動軸１２と、車輪１４とを備える。さらに、ハイブリッド車両１０は、電力変換器１８，２０と、ＥＣＵ２５と、ブレーキペダルセンサ２８と、アクセルペダルセンサ２９とをさらに備える。

エンジン２は、燃料の燃焼による熱エネルギをピストンやロータなどの運動子の運動エネルギに変換することによって動力を出力する内燃機関である。モータジェネレータ６，７は、交流回転電機であり、たとえば、３相交流同期電動機によって構成される。

動力分割装置４は、たとえば、サンギヤ、キャリア、リングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を含む。動力分割装置４は、エンジン２の駆動力をモータジェネレータ６の回転軸に伝達される動力と、伝達ギヤ８に伝達される動力とに分割する。伝達ギヤ８は、車輪１４を駆動するための駆動軸１２に連結される。また、伝達ギヤ８は、モータジェネレータ７の回転軸にも連結される。

モータジェネレータ７は、主として電動機として動作して、ハイブリッド車両１０の駆動軸１２を駆動するように用いられる。一方で、ハイブリッド車両１０の減速時には、モータジェネレータ７は、発電機として動作して回生発電を行う。

さらに、ハイブリッド車両１０には、摩擦制動装置１５が配置される。摩擦制動装置１５は、円板形状のブレーキディスク１６と、ブレーキキャリパ１７とを含む。ブレーキディスク１６は、駆動軸１２に回転軸が一致するように固定される。ブレーキキャリパ１７は、図示しないホイールシリンダとブレーキパッドとを含む。図示しないブレーキ液圧回路からの液圧の供給に応じて、ホイールシリンダがブレーキパッドをブレーキディスク１６に押し付けることによって、ブレーキディスク１６の回転が制限される。ホイールシリンダに供給される液圧はＥＣＵ２５によって制御される。このように、ハイブリッド車両１０では、回生発電を伴う回生制動力と、摩擦制動装置１５による摩擦制動力との和によって、車両制動力を確保することができる。

モータジェネレータ６は、動力分割装置４を経由して伝達されたエンジン２の出力を用いて二次電池システム１００（二次電池１０２）の充電電力を生成する発電機としての動作モードを有する。さらに、モータジェネレータ６は、エンジン２を始動するための電動機としても用いることができる。

なお、ハイブリッド車両１０では、図示しない充電器をさらに搭載することによって、車両外部の電源（たとえば、商用系統電源）からの電力によって、二次電池システム１００（二次電池１０２）を外部充電することも可能である。なお、上述した満充電容量の変化に基づき、外部充電時における満充電状態までの充電量（エネルギ）に基づいて、セルヒューズＦＳの断線本数を管理することができる。

二次電池システム１００は、図１に示したように、電力線１２０，１３０の間に接続された二次電池１０２を有する。ＥＣＵ２５は、二次電池システム１００のＥＣＵ１１０から二次電池１０２についての情報（代表的には、ＳＯＣ）を取得することができる。

電力変換器１８は、ＥＣＵ２５から受ける制御信号に基づいて、モータジェネレータ６および二次電池１０２の間で双方向の直流／交流電力変換を実行する。同様に、電力変換器２０は、ＥＣＵ２５から受ける制御信号に基づいて、モータジェネレータ７および二次電池１０２の間で双方向の直流／交流電力変換を実行する。これにより、モータジェネレータ６，７は、二次電池１０２との間での電力の授受を伴って、電動機として動作するための正トルクまたは発電機として動作するための負トルクを出力することができる。なお、二次電池１０２と電力変換器１８，２０との間に、直流電圧変換のための昇圧コンバータを配置することも可能である。

このように、ハイブリッド車両１０では、モータジェネレータ６，７および電力変換器１８，２０によって、二次電池システム１００の負荷１１が構成される。すなわち、モータジェネレータ７の負トルク出力による回生発電時、および、エンジン２の出力によるモータジェネレータ６の発電時において、二次電池システム１００（二次電池１０２）は、負荷１１からの電力により充電される。一方で、モータジェネレータ７による車両駆動力（正トルク）の発生時において、二次電池システム１００（二次電池１０２）は、負荷１１の電力消費により放電される。

ＥＣＵ２５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置、入出力バッファ等を含み（いずれも図示せず）、ハイブリッド車両１０における各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。なお、ＥＣＵ１１０についても、ＥＣＵ２５と同様に構成することができる。なお、以下では、ＥＣＵ２５およびＥＣＵ１１０のいずれによっても実行可能な制御処理を説明する場合等において、ＥＣＵ２５およびＥＣＵ１１０を包括的に表現する場合には、単にＥＣＵとも表記する。

ＥＣＵ２５は、ブレーキペダルセンサ２８によって検出されたブレーキ操作量Ｂｒｋおよびアクセルペダルセンサ２９によって検出されたアクセル操作量Ａｃｃに応じて、車両駆動力または車両制動力を発生するように、エンジン２およびモータジェネレータ６，７の出力を調整することによって走行制御を実行する。たとえば、走行制御により、停車時や低速走行時のように走行負荷が小さくエンジン２の効率が低下するときは、ＥＣＵ２５は、エンジン２を停止させてモータジェネレータ７のみで走行（ＥＶ走行）するように電力変換器２０を制御する。走行負荷が上昇しエンジン２を効率よく運転できるときは、ＥＣＵ２５は、エンジン２を始動してエンジン２およびモータジェネレータ７を用いて走行（ＨＶ走行）するようにエンジン２および電力変換器１８，２０を制御する。

ＥＣＵ２５は、二次電池１０２のＳＯＣが目標値よりも低下すると、エンジン２の出力を用いたモータジェネレータ６による発電によって二次電池１０２を充電するように、エンジン２および電力変換器１８を制御することができる。すなわち、二次電池システム１００では、負荷１１からの電力によって、二次電池１０２を充電することができる。このように、ハイブリッド車両１０の走行中においても、ＨＶ走行でのエンジン２の出力調整によって、二次電池１０２のＳＯＣを制御することができる。

ここで、図３を用いて、ハイブリッド車両の走行制御による車両駆動力の配分を説明する。以下では、ハイブリッド車両１０を加速する方向のパワーを正値で示し、減速する方向のパワーを負値で示すこととする。

図３を参照して、車両駆動パワーＰｄｖは、ハイブリッド車両１０の走行に必要な走行駆動力（要求トルク）と、駆動軸１２の回転数との積に基づいて算出することができる。たとえば、必要な走行駆動力（要求トルク）は、運転者によるアクセル操作量Ａｃｃと、車速とに基づいて設定される。

エンジン要求パワーＰｅｇは、ハイブリッド車両１０の走行に必要な車両駆動パワーＰｄｖと、二次電池１０２の充放電要求パワーＰｃｈｇとの和で示される。エンジン要求パワーＰｅｇが所定の閾値よりも低い場合には、エンジン２が停止されてモータジェネレータ７の出力のみによるＥＶ走行が選択される。一方で、エンジン要求パワーＰｅｇが所定の閾値よりも高い場合には、エンジン２の運転を伴うＨＶ走行が選択される。

充放電要求パワーＰｃｈｇは、ＳＯＣ制御のための二次電池１０２の充放電電力を示す。以下では、充放電要求パワーＰｃｈｇは、二次電池１０２の放電を促す場合にはＰｃｈｇ＞０に設定され、二次電池１０２の充電を促す場合にはＰｃｈｇ＜０に設定されるものとする。したがって、Ｐｅｇ＝Ｐｄｖ−Ｐｃｈｇで示される。たとえば、充放電要求パワーＰｃｈｇは、現在のＳＯＣが、ＳＯＣ目標値（または、目標範囲）よりも高ＳＯＣ領域内であるときはＰｃｈｇ＞０（放電要求）に設定される一方で、ＳＯＣ目標値（または、目標範囲）よりも低ＳＯＣ領域内であるときはＰｃｈｇ＜０（充電要求）に設定される。

したがって、Ｐｃｈｇ＜０に設定されて、エンジン２の出力による二次電池１０２の充電が要求されると（エンジン充電要求時）、エンジン２は、車両走行のための車両駆動パワーＰｄｖと、二次電池１０２の充電電力との和を出力するように制御される（Ｐｅｇ＞Ｐｄｖ）。

一方で、Ｐｃｈｇ＞０に設定されて二次電池１０２の放電が要求されると（放電要求時）、二次電池１０２の放電電力（Ｐｃｈｇ）と、エンジン要求パワーＰｅｇとの和によって、車両走行のための車両駆動パワーＰｄｖが確保されるように、エンジン２の出力は制御される（Ｐｅｇ＜Ｐｄｖ）。

走行制御によって、エンジン２の動作点は、エンジン回転数およびエンジントルクをｘ軸およびｙ軸とするｘ−ｙ平面上に予め設定された最適動作線上において、エンジン出力パワー（回転数×トルク）が上述のエンジン要求パワーＰｅｇとなるように設定される。この結果、エンジン２を高効率で動作させることができる。

さらに、当該最適動作線上に設定されたエンジン動作点に従うエンジントルクによる車両駆動力と、上述の必要な走行駆動力（要求トルク）との間での過不足は、モータジェネレータ７の出力トルクによって補償される。たとえば、エンジントルクの不足時には、モータジェネレータ７が二次電池１０２からの電力によって正トルクを出力することで、所望の走行駆動力（トルク）が確保される。

図４には、ハイブリッド車両の走行制御による車両制動力の配分を説明する概念図が示される。

図４を参照して、車両制動パワーＰｂｒｋは、ドライバ操作に基づく要求制動力（要求制動トルク）と、駆動軸１２の回転数との積に基づいて算出することができる。たとえば、要求制動トルクは、運転者によるブレーキ操作量Ｂｒｋと、車速とに基づいて設定される。

二次電池１０２に充電電力の受け入れ余地がある場合（回生許可時）には、車両制動パワーＰｂｒｋは、モータジェネレータ７の回生発電による回生制動パワーＰｒｇと、摩擦制動装置１５による摩擦制動パワーＰｆｂとの和によって確保される。回生制動パワーＰｒｇは、二次電池１０２の充電電力上限値を超えない範囲内で設定される。すなわち、二次電池１０２の充電許容範囲内であれば、回生制動パワーＰｒｇのみによって車両制動パワーＰｂｒｋを確保することも可能である。

一方で、二次電池１０２の充電禁止時には、Ｐｒｇ＝０であり、摩擦制動パワーＰｆｂのみによって車両制動パワーＰｂｒｋが確保される（Ｐｂｒｋ＝Ｐｆｂ）。

図５は、二次電池１０２のＳＯＣに応じた充放電制限を説明する概念図である。図５には、ＳＯＣに対する充電電力上限値Ｗｉｎおよび放電電力上限値Ｗｉｎの設定が示される。

図５を参照して、放電電力上限値Ｗｏｕｔは０または正値に設定される（Ｗｏｕｔ≧０）。Ｗｏｕｔ＝０では、二次電池１０２の放電が禁止されている。たとえば、制御下限値Ｓｌよりも低ＳＯＣ範囲では、これ以上の放電を禁止するために、Ｗｏｕｔ＝０に設定される。また、ＳＯＣ＞Ｓｌの領域では、Ｗｏｕｔ＞０に設定されて、二次電池１０２の放電が許容されるが、制御下限値Ｓｌに近いＳＯＣ領域では、それよりも高ＳＯＣの領域と比較して、Ｗｏｕｔを小さく設定することで放電を制限することができる。

図３で説明した車両駆動パワーの配分において、モータジェネレータ７によるトルクアシスト（正トルク）は、放電電力上限値Ｗｏｕｔによって制限される。たとえば、Ｗｏｕｔ＝０のときに、当該最適動作線上に設定されたエンジン動作点に従うエンジントルクによる車両駆動力が、必要な走行駆動力（要求トルク）よりも小さい場合には、エンジン動作点を等パワー線上でエンジントルク増加側へシフトさせることによって、所望の車両駆動力（要求トルク）が確保される。また、Ｗｏｕｔ＝０のときには、ＥＶ走行が禁止されるので、エンジン要求パワーＰｅｇが所定の閾値より低い場合にも、エンジン２の出力を用いた走行が行われる。

一方で、充電電力上限値Ｗｉｎは０または負値に設定される（Ｗｉｎ≦０）。Ｗｉｎ＝０では、二次電池１０２の充電が禁止されている。たとえば、制御上限値Ｓｕよりも高ＳＯＣ範囲では、これ以上の充電を禁止するためにＷｉｎ＝０に設定される。また、ＳＯＣ＜Ｓｕの領域では、Ｗｉｎ＜０に設定されて、二次電池１０２の充電が許容されるが、制御上限値Ｓｕに近いＳＯＣ領域では、それよりも低ＳＯＣの領域と比較して、｜Ｗｉｎ｜を小さく設定することで充電を制限することができる。

図４で説明した回生制動パワーＰｒｇ（Ｐｒｇ≦０）は、充電電力上限値Ｗｉｎ（Ｗｉｎ≦０）を超えないように設定される（Ｗｉｎ≦Ｐｒｇ）。すなわち、Ｗｉｎ＝０のときには、Ｐｒｇ＝０とされて回生発電が禁止される（Ｐｂｒｋ＝Ｐｆｂ）。一方で、Ｗｉｎ＞０のとき（回生許可時）には、Ｗｉｎの範囲内でＰｒｇを設定することで、エネルギ回収を図ることができる。

このように、図２に示された負荷１１の構成例に対して、二次電池１０２のＳＯＣに応じて、充電電力上限値Ｗｉｎ、放電電力上限値Ｗｏｕｔ、および、充放電要求パワーＰｃｈｇを設定することで、負荷１１および二次電池１０２の間の充放電を制御することができる。なお、充電電力上限値Ｗｉｎ、放電電力上限値Ｗｏｕｔ、および、充放電要求パワーＰｃｈｇの各々は、ＥＣＵ１１０およびＥＣＵ２５のいずれにもよっても設定することができる。

なお、図４および図５の横軸に示されたＳＯＣは、代表的には、二次電池１０２全体でのＳＯＣとすることができる。あるいは、電池ブロック１０１毎にＳＯＣを管理する場合には、電池ブロック毎のＳＯＣのうちの最大値（Ｗｉｎ設定時）または最小値（Ｗｏｕｔ設定時）を用いて、二次電池１０２の充電電力上限値Ｗｉｎおよび放電電力上限値Ｗｏｕｔを設定することができる。

本実施の形態に従う二次電池システム１００では、図１に示されたように、複数（Ｎ個）の電池ユニットＣＵおよびセルヒューズＦＳが並列接続されている。したがって、一部（ｎ本：０≦ｎ＜Ｎ）のセルヒューズＦＳが遮断されている状態で、二次電池システム１００の外部で短絡が発生すると、導通状態である残りの（Ｎ−ｎ）本のセルヒューズＦＳによって短絡電流が分流されるので、メインヒューズＭＦＳよりも先にいずれかのセルヒューズＦＳが溶断する可能性がある。

このとき、断線したセルヒューズＦＳの接点間には、対応の電池ユニットＣＵの出力電圧が印可される。このため、当該出力電圧が高いときには、アークの発生等により二次電池１０２の保護が不十分となることが懸念される。

したがって、本実施の形態に従う二次電池システムでは、図６に説明するようなＳＯＣ制御を実行する。図６に示されたフローチャートによる制御処理は、二次電池システム１００の作動中に、ＥＣＵ（すなわち、ＥＣＵ１１０および／またはＥＣＵ２５）によって周期的に実行することができる。

ＥＣＵは、ステップＳ１００において、Ｎ本のセルヒューズＦＳのうちの断線本数、すなわち、並列接続されたＮ個の電池ユニットＣＵにそれぞれ対応して配置されたＮ個の第１の電流遮断機構のうちの遮断状態の個数（以下、遮断個数ｎとも称する）を取得する。すなわち、遮断個数ｎは、Ｎ個の電池ユニットＣＵのうちの充放電から切り離された電池ユニットの個数に相当する。

ステップＳ１００では、上述した、並列接続された電池ユニットＣＵの電気抵抗および／または満充電容量に基づいて管理された、セルヒューズＦＳの断線本数の記憶データを読出すことによって、遮断個数を取得することができる。

なお、図１のように、複数の電池ブロック１０１が直列接続されている構成では、各電池ブロック１０１での遮断個数ｎのうちの最大値が、ステップＳ１００で取得される遮断個数ｎとされる。

ＥＣＵは、さらに、ステップＳ１１０により、ステップＳ１００で取得された遮断個数ｎが、予め定められた判定値Ｎｔよりも大きいかどうかを判定する。判定値Ｎｔは、遮断個数ｎの増加に応じて、導通状態である残りのセルヒューズＦＳの各々の通過電流が増加することを考慮して、たとえば、メインヒューズＭＦＳの溶断電流の１／（Ｎ−ｎ）倍が、セルヒューズＦＳの溶断電流よりも高くなるときにステップＳ１１０がＹＥＳ判定となるように定めることができる。

ＥＣＵは、遮断個数がＮｔ以下であるとき（Ｓ１１０のＮＯ判定時）には、ステップＳ１２０により、通常のＳＯＣ制御を行なう。通常のＳＯＣ制御では、図５に示したように、制御下限値Ｓｌ〜制御上限値Ｓｕの範囲内で二次電池１０２の充放電が許可されるように、二次電池１０２の充放電が制御される。さらに、低ＳＯＣ時には、Ｐｃｈｇ＜０に設定することによって、エンジン充電を許容するように、二次電池１０２の充放電が制御される。

これに対して、ＥＣＵは、遮断個数がＮｔよりも多いとき（Ｓ１１０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１３０により、現在のＳＯＣが基準値Ｓ１よりも高いかどうかを判定する。基準値Ｓ１は、図５に示した制御上限値Ｓｕよりも低く設定される。

ＥＣＵは、ＳＯＣ＞Ｓ１のとき（Ｓ１３０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１４０により、二次電池１０２の充電を禁止する。これにより、図２に示したハイブリッド車両１０では、回生発電が禁止される。たとえば、遮断個数がＮｔよりも多いときには、図５中に点線で示されるように充電電力上限値Ｗｉｎを設定することで、ＳＯＣ＞Ｓ１の領域でＷｉｎ＝０に設定することができる。さらに、図３に示したＰｃｈｇ＞０に設定して、二次電池１０２の放電を要求することにより、ＳＯＣをＳ１よりも低くすることができる。

ＥＣＵは、ＳＯＣ≦Ｓ１のとき（Ｓ１３０のＮＯ判定時）には、ステップＳ１５０により、エンジン充電を禁止する。ステップＳ１５０では、Ｗｉｎ＜０に設定されるので、回生発電は許可されるが、Ｐｃｈｇ＝０（または、Ｐｃｈｇ＞０）に設定されて、エンジン２の出力を用いた二次電池１０２の充電電力の発生は禁止される。

この結果、ステップＳ１４０，Ｓ１５０によるＳＯＣ制御では、二次電池１０２のＳＯＣは基準値Ｓ１を上限とするように制限される。一方で、ステップＳ１２０による通常のＳＯＣ制御での制御上限値Ｓｕは基準値Ｓ１よりも高い。この結果、遮断個数ｎが判定値Ｎｔよりも多いときには、遮断個数ｎが判定値Ｎｔよりも少ないときと比較して、二次電池１０２のＳＯＣを低下する制御を実現することができる。

このように本実施の形態に従う二次電池システムによれば、複数（Ｎ個）の電池ユニットＣＵが並列接続される構成において、判定値Ｎｔよりも多い個数の電池ユニットＣＵの経路が遮断されている場合には、ＳＯＣを低下させることができる。この結果、二次電池システム１００の外部での短絡発生時に、メインヒューズＭＦＳよりも先にセルヒューズＦＳが溶断しても、電池ユニットＣＵの蓄積エネルギ（ＳＯＣ）が抑制されていることから、アークの発生等を抑制することができるので、二次電池の保護を図ることができる。

なお本実施の形態では、二次電池システムがハイブリッド車両に搭載される例を説明したが、二次電池システムの適用例はハイブリッド自動車のみなく、電気自動車等に搭載してもよい。この場合にも、ステップＳ１４０では、二次電池の充電を禁止することにより、回生ブレーキの使用を禁止することができる。あるいは、本実施の形態に従う二次電池システムは、ハイブリッド車両や電気自動車等の車両以外を負荷１１としても適用することができる。

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。本発明の範囲は上記した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。

２エンジン、４動力分割装置、６，７モータジェネレータ、８伝達ギヤ、１０ハイブリッド車両、１１負荷、１２駆動軸、１４車輪、１５摩擦制動装置、１６ブレーキディスク、１７ブレーキキャリパ、１８，２０電力変換器、２８ブレーキペダルセンサ、２９アクセルペダルセンサ、１００二次電池システム、１０１電池ブロック、１０２二次電池、１０５電圧センサ、１０６電流センサ、１２０，１３０電力線、Ａｃｃアクセル操作量、Ｂｒｋブレーキ操作量、ＣＵ電池ユニット、ＦＳセルヒューズ、ＩＢ電池電流、ＭＦＳメインヒューズ、Ｐｂｒｋ車両制動パワー、Ｐｃｈｇ充放電要求パワー、Ｐｄｖ車両駆動パワー、Ｐｅｇエンジン要求パワー、Ｐｆｂ摩擦制動パワー、Ｐｒｇ回生制動パワー、Ｓｌ制御下限値（ＳＯＣ）、Ｓｕ制御上限値（ＳＯＣ）、ＶＢ電池電圧、Ｗｉｎ充電電力上限値、Ｗｏｕｔ放電電力上限値、ｎ遮断個数。

Claims

並列に接続された複数の電池ユニットを有する二次電池と、
前記複数の電池ユニットにそれぞれ対応して配置された複数の第１の電流遮断機構と、
前記二次電池に対して直列に接続された第２の電流遮断機構と、
二次電池と負荷との間の充放電を制御することによって前記二次電池のＳＯＣを制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、
前記複数の第１の電流遮断機構のうちの遮断状態である遮断機構の個数である遮断個数が予め定められた閾値以下の場合には、前記二次電池のＳＯＣが第１の制御上限値を超えない範囲内で前記二次電池の充電及び放電を制御する一方で、前記遮断個数が前記閾値より多い場合には、前記ＳＯＣが第２の制御上限値よりも高いときには前記二次電池の充電を禁止するとともに、前記ＳＯＣが前記第２の制御上限値を超えない範囲内で前記二次電池の充電及び放電を制御し、
前記第２の制御上限値は、前記第１の制御上限値よりも低い、二次電池システム。
前記二次電池システムは、エンジンを備えるハイブリッド車両に搭載されるとともに、前記エンジンの出力の少なくとも一部を用いて充電可能に構成され、
前記制御回路は、前記遮断個数が前記閾値以下の場合には、前記エンジンの出力を用いた前記二次電池の充電を許可する一方で、前記遮断個数が前記閾値より多く、かつ、前記ＳＯＣが前記第２の制御上限値以下である場合には、前記エンジンの出力を用いた前記二次電池の充電を禁止する、請求項１記載の二次電池システム。