JP2002010512A

JP2002010512A - 組電池の容量調整方法

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Publication number: JP2002010512A
Application number: JP2000194122A
Authority: JP
Inventors: Kohei Suzuki; 康平鈴木
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-06-28
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2002-01-11
Anticipated expiration: 2020-06-28
Also published as: JP3709766B2

Abstract

(57)【要約】【課題】組電池の容量調整において、セル異常の誤判
定を防止し、別途の検出系統なしに容量調整機能の異常
検出を可能とする。【解決手段】組電池を構成するセルの開放電圧の最低
電圧値ＶＭＩＮを容量調整目標値Ｖｇとし、各セルを目
標値との偏差に対応した時間だけ放電させる。他の多数
のセルよりも相対的に電圧低下量が大きいけれども異常
ではないセル１２ａの電圧は、時間の経過に対応して
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に順次示されるように、他の多
数のセルの電圧と同レベルへ近づいていく。一方、最大
電圧値と最低電圧値を除くセル電圧の平均で求めるセル
異常判定基準値Ｖｍａから第１のしきい値Ｖｄを越える
ほどに開放電圧が低下する場合は、電圧低下量が異常で
あると判断でき、正常な電圧低下量にあるセルと電圧低
下量異常のセルとを明確に識別できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、組電池のセル容量
のばらつきを補正する組電池の容量調整方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】複数のセルで構成される組電池では、各
セルの電圧がその使用の経過に伴って当該セルの自己放
電電流のばらつきやセルに付設されるセル電圧検出回路
の消費電流のばらつきなどに起因して個々にばらついて
くる。そして、電池容量が開放電圧と一定の比例関係に
ある組電池では、開放電圧のばらつき自体が各セルの容
量のばらつきとなる。組電池を充電する際には、上記の
ような各セルのばらつきに応じて容量調整を行ない、容
量を均一化する必要がある。

【０００３】この容量調整として、従来、各セルごとに
容量調整放電回路を設けて、組電池の全セルの平均電圧
を容量調整目標値とし、組電池の充放電の間に容量調整
目標値より電圧の高いセルについて容量調整目標値との
偏差に応じて放電させることにより、組電池の平均電圧
に近づけるようにするものがある。そして、容量調整の
間には、上記の容量調整目標値を基準にしてそれから所
定値だけ上下に異常判定レベルを設定し、異常判定レベ
ルを越えているかどうかによって個別セルの異常判定を
行うようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような容量調整方法では、異常ではないけれども他の多
数のセルより相対的に電圧低下量の大きいセルがある場
合、この相対的に電圧低下量の大きいセルが異常と誤判
定されてしまうという問題がある。すなわち、容量調整
目標値の全セル平均電圧より電圧が高いセルだけを放電
させるものとしているので、図８に示すように、全セル
の平均電圧が高めに推移し、相対的に電圧低下量の大き
い図中塗りつぶしのセルＣｘが、いずれ容量調整目標値
から下Ｖｄに設定された異常判定レベルを下方へ越えて
しまうのである。

【０００５】図８は各セルの電圧位置を○で表わしてお
り、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は時間経過にそったセル電
圧の変化を示す。（ａ）において容量調整目標値より高
いセルＣａ、Ｃｂ、Ｃｄが放電されて（ｂ）の状態とな
り、（ｃ）はさらに時間経過した状態を示している。セ
ルＣｘは他のセルよりも相対的に大きく低下するので、
全セルの平均電圧から離れていく。

【０００６】さらに、いずれかのセルで、容量調整目標
値より電圧が高いセルを放電させるための容量調整放電
回路がオフのままとなる故障などにより容量調整機能異
常が発生した場合には、そのセルの電圧値は全セルの平
均電圧との間に所定の偏差を保持したまま推移すること
があるので、その偏差が異常判定レベル幅のＶｄ以内の
ときには異常が検知できないという問題がある。

【０００７】すなわち、容量調整目標値の全セル平均電
圧より電圧が高いセルだけを放電させるものとしている
ので、図９に示すように、（ａ）の状態から、容量調整
機能異常のセルＣｙを残して、容量調整目標値より高い
セルＣａ、Ｃｂが放電されて（ｂ）の状態となり、その
後（ｃ）のようにセルＣｙを残して他のセルが容量調整
目標値に調整されたあとは、容量調整機能異常のセルＣ
ｙは全セルの平均電圧との間に所定の偏差を保持したま
ま推移することとなる。そのため、容量調整放電回路の
オン／オフ故障等を判定するための別途の検出系統が必
要となる。

【０００８】したがって、本発明は上記従来の問題点に
鑑み、セル異常の誤判定が防止され、また容量調整機能
の異常検出を別途の検出系統なしに可能とした組電池の
容量調整方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１の本
発明は、複数個のセルを直列に接続して構成し、各セル
ごとに放電回路を備えた組電池の容量調整方法であっ
て、所定時間ごとに、各セルの開放電圧を検出し、セル
の開放電圧の最低電圧値を容量調整目標値とし、容量調
整目標値とセルの開放電圧とに基づいて調整放電時間を
決定し、当該調整放電時間だけ当該セルを放電させるこ
とを繰り返すものとした。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１の構成に加
え、さらにセルの開放電圧の最低電圧値と最高電圧値を
除いて求めた平均値をセル異常判定基準値とし、セル異
常判定基準値と開放電圧の差が所定のしきい値を越える
セルを異常であると判断するものとした。

【００１１】請求項３の発明は、より具体的に、上記の
しきい値がセル異常判定基準値より低い開放電圧のセル
に適用される第１のしきい値であり、セル異常判定基準
値と開放電圧の差が第１のしきい値を越えたとき当該セ
ルが電圧低下量異常であると判断するものであり、請求
項４の発明は、しきい値がセル異常判定基準値より高い
開放電圧のセルに適用される第２のしきい値であり、セ
ル異常判定基準値と開放電圧の差が第２のしきい値を越
えたとき当該セルが容量調整機能異常であると判断する
ものである。

【００１２】請求項５の発明は、セルが異常であると判
断されたとき、当該異常のセルを除くセルの開放電圧の
最低電圧値を次回の容量調整目標値とするものとした。

【００１３】

【発明の効果】請求項１の発明は、セルの開放電圧の最
低電圧値を容量調整目標値とし、各セルを容量調整目標
値との偏差に対応した時間だけ放電させるので、その放
電のみによって容量調整目標値へ近づけることができ、
充電時か放電時かにかかわらず、各セルの電圧が速やか
に均一化されるという効果を有する。

【００１４】請求項２の発明では、セル異常判定基準値
としきい値によりセルの異常を判断できる。例えば、他
の多数のセルよりも相対的に電圧低下量が大きいけれど
も異常ではないセルの電圧は、最低電圧値を全体の容量
調整目標値とすることにより他の多数のセルの電圧と同
レベルへ近づいていくので、請求項３のように、多数の
セルのレベルへ近づかないでむしろセル異常判定基準値
から第１のしきい値を越えるほどに開放電圧が低下する
場合は、電圧低下量が異常であると判断でき、正常な電
圧低下量にあるセルと電圧低下量異常のセルとを明確に
識別できる。

【００１５】また、請求項４のように、多数のセルが容
量調整目標値のレベルに集まるなかでセル異常判定基準
値から第２のしきい値を越えるほどに開放電圧が高くな
る場合は、容量調整機能が異常であると判断でき、容量
調整の放電回路故障等を判定するための別途の検出系統
を備えなくても、正常に容量調整が機能しているセルと
容量調整機能が異常状態にあるセルとを明確に識別でき
る。これにより、上記別途の検出系統の削減とともに、
故障診断プログラムも簡単化される。

【００１６】請求項５の発明では、異常のセルを除いた
他のセルの開放電圧のうちの最低電圧値を次回の容量調
整目標値とするので、電圧低下量異常のセルの開放電圧
を容量調整目標値としてほぼすべてのセルに対して極端
な容量調整を行なってしまうということが回避され、大
きなエネルギーロスが防止される。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例により説明する。図１は実施例の容量調整方法が適用
される組電池の制御装置の構成を示す図である。組電
池１０はｎ個のセル１２を直列に接続して構成され、各
セル１２の両端子間に容量調整放電回路１４が接続され
ている。容量調整放電回路１４は放電用抵抗１５とスイ
ッチング回路１６で構成されている。なお、図中、セル
１２（）の（）内はセル番号を示している。

【００１８】各セル１２の両端子はさらにセルコントロ
ーラ１８に接続されている。セルコントローラ１８は図
示しないセル電圧検出回路を含み、セルコントローラ１
８にはさらに内部に充電部を備えるバッテリコントロー
ラ２０が通信線で接続されている。バッテリコントロー
ラ２０は組電池の充放電情報など組電池にかかわる種々
の情報を管理する。組電池の両端子はバッテリコントロ
ーラ２０に接続されている。なお、図にはセル両端子の
セルコントローラ１８との接続は１つのみを示し、他の
接続は矢印で簡略に示している。

【００１９】セルコントローラ１８はバッテリコントロ
ーラ２０による充電の間ならびに放電の間、逐次に各セ
ル１２の開放電圧を求め、組電池１０を構成する全セル
のなかの最低電圧値ＶＭＩＮを算出し、これを容量調整
目標値Ｖｇとする。そして、この容量調整目標値Ｖｇと
各セル１２の電圧との偏差に対応した調整放電時間Ｔｃ
を算出し、容量調整放電回路１４を上記調整放電時間Ｔ
ｃだけオンさせて、容量調整目標値Ｖｇより大きい電圧
のセルを放電させる。なお、以下において、個別のセル
等を示すため、必要に応じて添字ｉ（ｉ＝１、２、−−
−、ｎ）を付して説明する。

【００２０】図２、図３は主としてセルコントローラに
おける容量調整の制御の流れを示すフローチャートであ
る。まずステップ１０１では、組電池１０内のセル１２
を順次に数えるための変数ｉを１にセットして、次のス
テップ１０２へ進む。ステップ１０２では、変数ｉがセ
ル１２の総個数に該当するｎ以下であるかどうかをチェ
ックする。変数ｉがｎ以下であるときは、ステップ１０
３において、第ｉ番目のセル１２ｉの開放電圧Ｖｃｉを
検出するとともに、ステップ１０４で変数ｉを１だけ増
加させる。

【００２１】変数ｉがｎ以下の間上記を繰り返し、全セ
ルのＶｃｉ検出が終わって変数ｉがｎを越えると、ステ
ップ１０２からステップ１０５へ進む。ステップ１０５
では、検出した開放電圧Ｖｃｉのなかの最大電圧値ＶＭ
ＡＸと最低電圧値ＶＭＩＮを求めて、最低電圧値ＶＭＩ
Ｎを容量調整目標値Ｖｇとする。つぎのステップ１０６
において、上記の最大電圧値ＶＭＡＸおよび最低電圧値
ＶＭＩＮを除いた全セルの平均値をセル異常判定基準値
Ｖｍａとして算出する。このあと、ステップ１０７で変
数ｉを１にリセットするとともに、ステップ１０８で変
数ｉがｎ以下であるかどうかをチェックする。

【００２２】変数ｉがｎ以下であるときは、ステップ１
０９において、第ｉ番目のセル１２ｉの開放電圧Ｖｃｉ
とセル異常判定基準値Ｖｍａの差が０以下であるかどう
かをチェックする。差が０以下であるときは、ステップ
１１０へ進んで、その差分を反転した値が予め設定され
た第１のしきい値としての電圧低下量異常判定しきい値
Ｖｄより小さいかどうかをチェックし、電圧低下量異常
判定しきい値Ｖｄ内であれば、ステップ１１５で変数ｉ
を１だけ増加させたうえでステップ１０８へ戻る。

【００２３】セル異常判定基準値Ｖｍａと開放電圧Ｖｃ
ｉとの差が電圧低下量異常判定しきい値Ｖｄ以上であれ
ば、ステップ１１１で当該セル１２ｉが電圧低下量異常
である旨の判定出力をバッテリコントローラ２０へ行う
とともに、続いて、ステップ１１２において、当該異常
セル１２ｉを除いたなかでの最低電圧値ＶＭＩＮｄを求
めて、容量調整目標値Ｖｇの内容をこの最低電圧値ＶＭ
ＩＮｄに置き換えたうえで、ステップ１１５へ進む。な
お、バッテリコントローラ２０では必要に応じて異常セ
ルの発生を表示する。

【００２４】先のステップ１０９のチェックにおいて、
セルの開放電圧Ｖｃｉとセル異常判定基準値Ｖｍａの差
が０以下でない場合は、ステップ１１３へ進む。ステッ
プ１１３では、上記の差が予め設定された第２のしきい
値としての容量調整機能異常判定しきい値Ｖｅより小さ
いかどうかをチェックし、容量調整機能異常判定しきい
値Ｖｅ内であれば、そのままステップ１１５へ進む。

【００２５】セルの開放電圧Ｖｃｉとセル異常判定基準
値Ｖｍａの差が容量調整機能異常判定しきい値Ｖｅ以上
であれば、ステップ１１４で当該セル１２ｉが容量調整
機能異常である旨の判定出力をバッテリコントローラ２
０へ行って、その後、ステップ１１５へ進む。ステップ
１１５のあとはステップ１０８へ戻り、変数ｉがｎを越
えるまで上記のステップを繰り返す。

【００２６】変数ｉがｎを越えると、ステップ１０８か
らステップ１１６へ進む。ステップ１１６では再び変数
ｉを１にリセットするとともに、ステップ１１７で変数
ｉがｎ以下であるかどうかをチェックする。変数ｉがｎ
以下であるときは、ステップ１１８において、第ｉ番目
のセル１２ｉの開放電圧Ｖｃｉと容量調整目標値Ｖｇの
差を当該セルの容量調整電圧量Ｖａｉとして算出し、続
いて、ステップ１１９で、図４に示すようなあらかじめ
用意された変換テーブルを用いて、容量調整電圧量Ｖａ
ｉを調整容量Ｃｉ（Ａｈ）に変換演算する。

【００２７】つぎのステップ１２０においては、調整容
量Ｃｉに対応する調整時間Ｔｃｉ（ｈ）を算出する。調
整時間は次式で求められる。Ｔｃｉ＝Ｃｉ／Ｉｄなお、Ｉｄは当該セルの容量調整放電回路１４ｉを流れ
る電流値であり、当該セルの開放電圧と容量調整放電回
路のインピーダンスによって決定される。ステップ１２
１では、当該セルの容量調整放電回路１４ｉを上記調整
時間Ｔｃｉだけオンさせて、セル電圧（開放電圧Ｖｃ
ｉ）を容量調整目標値Ｖｇに一致させる。それから、ス
テップ１２２で変数ｉを１だけ増加させたうえで、ステ
ップ１１７へ戻る。ステップ１１７以降を繰り返して、
変数ｉがｎを越えると制御は終了する。

【００２８】以上の容量調整制御による各セルの電圧の
推移は、例えば図５に示される。まず、制御開始時点に
おいて（ａ）のようにセル電圧が分布していたとすれ
ば、セル異常判定基準値Ｖｍａが全体の平均値付近に設
定されるとともに、最低の位置にあるセル１２ａの電圧
値ＶＭＩＮを容量調整目標値Ｖｇとして、他のセルがそ
れぞれ容量調整目標値Ｖｇとの電圧差に応じた調整時間
で放電される。これにより、放電による調整後は、
（ｂ）のように、ほとんどのセル電圧がＶｍａに近い略
同レベルに揃うことになる。

【００２９】ここで、先の（ａ）における最低電圧値Ｖ
ＭＩＮを示す塗りつぶしのセル１２ａが、異常ではない
けれども他の多数のセルよりも相対的に電圧低下量が大
きいものであったとすると、（ｂ）に示すように当該塗
りつぶしのセル１２ａだけは他の多数のセルよりも低い
電圧へ低下していることになる。しかし、元来異常では
ないから、セル異常判定基準値Ｖｍａとの差は小さくな
っている。

【００３０】次回の調整も同様に最低電圧値ＶＭＩＮを
新たな容量調整目標値Ｖｇ’とするが、この最低電圧値
を示しているのは他のセルよりも低く最低の位置にある
塗りつぶしのセル１２ａである。これより高い電圧のセ
ルがこの最低電圧値ＶＭＩＮになるように放電されるか
ら、（ｃ）のように調整を重ねるごとに塗りつぶしのセ
ル１２ａの電圧は他の多数のセルと同レベルへ近づいて
いくことになる。したがって、他の多数のセルよりも相
対的に電圧低下量が大きいものの異常ではないセル１２
ａが誤って異常と判断されることが回避される。

【００３１】他方、図６の（ａ）に示す最低電圧値ＶＭ
ＩＮを示す塗りつぶしのセル１２ｂの電圧低下量が異常
である場合は、当該最低電圧値ＶＭＩＮを容量調整目標
値Ｖｇとして、他のセルをそれぞれ所定の調整時間で放
電しても、（ｂ）に示すように塗りつぶしのセル１２ｂ
は他の多数のセルのレベルから一層離れて低い電圧へ低
下する。このため、調整を重ねるごとに異常セルである
塗りつぶしのセル１２ｂの電圧はセル異常判定基準値Ｖ
ｍａから離れていき、いずれは（ｃ）に示されるよう
に、電圧低下量異常判定しきい値Ｖｄを下方へ越えて電
圧低下量が異常であることが検出される。なお、（ｃ）
には異常セル１２ｂを除いたなかでの新たな最低電圧値
ＶＭＩＮｄが示されている。このＶＭＩＮｄが新たな容
量調整目標値Ｖｇ”となる。

【００３２】つぎに、図７の（ａ）に示すように、塗り
つぶしのセル１２ｃに例えば容量調整放電回路１４の故
障が発生して容量調整機能異常となった場合には、全セ
ル中の最低電圧値ＶＭＩＮを容量調整目標値Ｖｇとし
て、他のセルをそれぞれ所定の調整時間で放電すると、
（ｂ）に示すように多数のセルの電圧はＶｍａ付近の略
同レベルに揃うが、塗りつぶしのセル１２ｃだけは放電
されないために上方に取り残される。

【００３３】同様にして（ｂ）の状態における最低電圧
値ＶＭＩＮを新たな容量調整目標値Ｖｇ’としてさらに
調整を重ねると、塗りつぶしのセル１２ｃを除く他のセ
ルの平均電圧は低下していき、当該塗りつぶしのセル１
２ｃとセル異常判定基準値Ｖｍａの差が拡大していく。
こうして（ｃ）に示されるように、容量調整機能異常判
定しきい値Ｖｅを上方へ越えて容量調整機能が異常であ
ることが検出される。

【００３４】本実施例は以上のように構成され、複数個
のセル１２を直列に接続して構成した組電池１０におい
て、セル開放電圧の最低電圧値ＶＭＩＮを容量調整目標
値Ｖｇとし、各セルの容量調整放電回路１４を容量調整
目標値Ｖｇとセルの開放電圧との偏差に対応した調整放
電時間Ｔｃだけオンさせることにより、容量調整目標値
Ｖｇより大きい電圧のセルを放電させるものとしたの
で、充電時、放電時にかかわらず、各セルの電圧が速や
かに均一化される。

【００３５】そして、最大電圧値ＶＭＡＸおよび最低電
圧値ＶＭＩＮを除いた全セルの平均をセル異常判定基準
値Ｖｍａとして、これと各セルの電圧の偏差が所定のし
きい値を越えた場合を異常と判断することにより、他の
多数のセルよりも相対的に電圧低下量が大きいものの異
常ではないセルが誤って異常と判断されることが回避さ
れ、また、容量調整放電回路の故障等により容量調整機
能異常となったセルは確実に検出される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかる組電池の制御装置の構
成を示す図である。

【図２】実施例による容量調整の制御の流れを示すフロ
ーチャートである。

【図３】実施例による容量調整の制御の流れを示すフロ
ーチャートである。

【図４】容量調整電圧量と調整容量間の変換テーブルを
示す図である。

【図５】容量調整制御による各セルの電圧の推移を示す
図である。

【図６】電圧低下量異常がある場合のセルの電圧の推移
を示す図である。

【図７】容量調整機能異常がある場合のセルの電圧の推
移を示す図である。

【図８】従来例におけるセルの電圧の推移を示す図であ
る。

【図９】従来例において容量調整機能異常がある場合の
セルの電圧の推移を示す図である。

【符号の説明】

１０組電池１２セル１４容量調整放電回路（放電回路）１５放電用抵抗１６トランジスタ１８セルコントローラ２０バッテリコントローラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数個のセルを直列に接続して構成し、
各セルごとに放電回路を備えた組電池の容量調整方法で
あって、所定時間ごとに、各セルの開放電圧を検出し、
セルの開放電圧の最低電圧値を容量調整目標値とし、容
量調整目標値とセルの開放電圧とに基づいて調整放電時
間を決定し、当該調整放電時間だけ当該セルを放電させ
ることを繰り返すことを特徴とする組電池の容量調整方
法。
【請求項２】複数個のセルを直列に接続して構成し、
各セルごとに放電回路を備えた組電池の容量調整方法で
あって、所定時間ごとに、各セルの開放電圧を検出し、
セルの開放電圧の最低電圧値を容量調整目標値とし、セ
ルの開放電圧の最低電圧値と最高電圧値を除いて求めた
平均値をセル異常判定基準値とし、容量調整目標値とセ
ルの開放電圧とに基づいて調整放電時間を決定し、当該
調整放電時間だけ当該セルを放電させることを繰り返す
とともに、前記セル異常判定基準値と開放電圧の差が所
定のしきい値を越えるセルを異常であると判断すること
を特徴とする組電池の容量調整方法。
【請求項３】前記しきい値が前記セル異常判定基準値
より低い開放電圧のセルに適用される第１のしきい値で
あり、前記セル異常判定基準値と開放電圧の差が第１の
しきい値を越えたとき当該セルが電圧低下量異常である
と判断することを特徴とする請求項２記載の組電池の容
量調整方法。
【請求項４】前記しきい値が前記異常判定基準値より
高い開放電圧のセルに適用される第２のしきい値であ
り、前記セル異常判定基準値と開放電圧の差が第２のし
きい値を越えたとき当該セルが容量調整機能異常である
と判断することを特徴とする請求項２または３記載の組
電池の容量調整方法。
【請求項５】セルが異常であると判断されたときは、
当該異常のセルを除くセルの開放電圧の最低電圧値を次
回の容量調整目標値とすることを特徴とする請求項２、
３または４記載の組電池の容量調整方法。