JP2004031013A - 組電池の容量調整装置および方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】直並列に接続された組電池における並列ブロック内のセルの容量バラツキを抑制する。
【解決手段】複数のセルを並列に接続した並列ブロックを複数組直列に接続した組電池に対して、並列ブロック単位で組電池の充電容量を調整する際に、組電池の各並列ブロックのセル開放電圧を検出し、予め記憶したセル開放電圧に対する放電深度の特性データーから各並列ブロックのセル開放電圧に対応する放電深度を読み出し、放電深度が所定値以下の並列ブロックがある場合には、組電池の並列ブロック単位での容量調整を禁止する。
【選択図】 図６
【解決手段】複数のセルを並列に接続した並列ブロックを複数組直列に接続した組電池に対して、並列ブロック単位で組電池の充電容量を調整する際に、組電池の各並列ブロックのセル開放電圧を検出し、予め記憶したセル開放電圧に対する放電深度の特性データーから各並列ブロックのセル開放電圧に対応する放電深度を読み出し、放電深度が所定値以下の並列ブロックがある場合には、組電池の並列ブロック単位での容量調整を禁止する。
【選択図】 図６
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のセル（単電池）が直並列に接続された組電池の容量調整装置および容量調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数のセルを直列に接続した組電池における容量調整方法が知られている（例えば特開２０００−０４０５３０号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、複数のセルを並列に接続したブロックを複数組直列に接続して組電池を構成した場合に、並列ブロック内のセルの容量が異なるとセルどうしで電圧差に応じた自己調整が自動的に行われる。
【０００４】
しかし、並列ブロック内における容量自己調整は、セルどうしの電圧差が小さいほど自己調整時間が長くかかるため、自己調整が終了していない段階でこれらの並列ブロックが直列に接続された組電池に対して並列ブロック単位の容量調整を開始すると、並列ブロック内のセルの容量バラツキが増大してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、直並列に接続された組電池における並列ブロック内のセルの容量バラツキを抑制することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１） 本発明は、複数のセルを並列に接続した並列ブロックを複数組直列に接続した組電池に対して、並列ブロック単位で組電池の充電容量を調整する際に、組電池の各並列ブロックのセル開放電圧を検出し、予め記憶したセル開放電圧に対する放電深度の特性データーから各並列ブロックのセル開放電圧に対応する放電深度を読み出し、放電深度が所定値以下の並列ブロックがある場合には、組電池の並列ブロック単位での容量調整を禁止する、ものである。
（２） また、本発明は、複数のセルを並列に接続した並列ブロックを複数組直列に接続した組電池に対して、並列ブロック単位で組電池の充電容量を調整する際に、組電池の各並列ブロックのセル開放電圧を検出し、予め記憶したセル開放電圧に対する放電深度の特性データから各並列ブロックのセル開放電圧に対応する放電深度を読み出し、放電深度が所定値より大きい並列ブロックが２組以上ある場合には、それらの放電深度が所定値より大きい並列ブロックのみに対して並列ブロック単位で容量調整を行う、ものである。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、直並列に接続された組電池における並列ブロック内のセルの容量バラツキを抑制することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本願発明の組電池の容量調整装置を電気自動車（ＥＶ）のバッテリーに適用した一実施の形態を説明する。なお、本願発明の組電池の容量調整装置および方法は電気自動車のバッテリーに限定されず、ハイブリッド車両のバッテリーや、車両以外の多くの装置に用いられるバッテリーに応用することができる。
【０００９】
図１は一実施の形態の構成を示す。一実施の形態の組電池１は、一般にセルと呼ばれる単電池２を２個ずつ並列に接続して並列ブロック１ａ〜１ｄを構成し、さらにこの並列ブロック１ａ〜１ｄを４組直列に接続したものである。この一実施の形態では、バッテリーコントローラー３および車両コントローラー４へ制御電源を供給する補助バッテリー５と区別するため、組電池１をメインバッテリーと呼ぶ。
【００１０】
なお、この一実施の形態では２個のセルを並列に接続して複数の並列ブロックを形成し、これらの並列ブロックを４組直列に接続した組電池を例に上げて説明するが、組電池を構成するセルの並列接続数と並列ブロックの直列接続数はこの一実施の形態の数量に限定されない。
【００１１】
このメインバッテリー１は電流センサー６とメインリレー７を介してインバーター８と補機システム１０に接続され、インバーター８と補機システム１０へ直流電力を供給する。インバーター８は、メインバッテリー１の直流電力を交流電力に変換して走行駆動用交流モーター９に印加し、モーター９を駆動して車両を走行させる。インバーター８はまた、車両の制動時にモーター９で発生した交流回生電力を直流電力に変換し、メインバッテリー１を充電する。
【００１２】
バッテリーコントローラー３はＣＰＵ３ａ、メモリ３ｂ、タイマー３ｃ、セル電圧検出部３ｄ、容量調整部３ｅなどから構成され、メインバッテリー１の充放電と容量調整を制御する。セル電圧検出部３ｄは、メインバッテリー１の各並列ブロック１ａ〜１ｄごとの２個のセル２の平均端子電圧を検出する。容量調整部３ｅは、セル電圧検出部３ｄで検出された各並列ブロック１ａ〜１ｄのセル平均端子電圧に基づいて並列セルブロック間の容量バラツキを補正する。この容量調整部３ｅの詳細については後述する。
【００１３】
車両コントローラー４は、インバーター８と補機システム１０を制御して車両の走行と補機の作動を制御する。なお、補機システム１０には空調装置、灯火類、ワイパーなどが含まれる。電流センサー６は、バッテリー１からインバーター８へ流れる放電電流と、インバーター８からバッテリー１へ流れる充電電流とを検出し、ＣＰＵ３ａへ出力する。メインリレー７はＣＰＵ３ａにより開閉され、メインバッテリー１の電源とモーター９および補機システム１０の負荷との間の断接を行う。
【００１４】
電圧センサー１１はバッテリー１の両端電圧を検出し、ＣＰＵ３ａへ出力する。また、温度センサー１２はバッテリー１の温度を検出し、ＣＰＵ３ａへ出力する。メインスイッチ１３は、エンジンを走行駆動源とする従来の自動車のイグニッションスイッチに相当するものであり、電気自動車のメインキーが走行位置に設定されると閉路する。
【００１５】
図２は容量調整部３ｅの詳細を示す。メインバッテリー１の並列ブロック１ａには、抵抗器Ｒ１とトランジスターＴｒ１の直列回路が並列に接続される。同様に、並列ブロック１ｂ〜１ｄにもそれぞれ、抵抗器Ｒ２〜Ｒ４とトランジスターＴｒ２〜Ｔｒ４の直列回路が並列に接続される。この抵抗器Ｒ１〜Ｒ４とトランジスターＴｒ１〜Ｔｒ４の直列回路は、各並列ブロック１ａ〜１ｄ内のセル２の充電容量を放電するための回路であり、抵抗器Ｒ１〜Ｒ４は放電抵抗、トランジスターＴｒ１〜Ｔｒ４は放電と停止を行うためのスイッチである。なお、この一実施の形態では放電回路のスイッチにトランジスターＴｒ１〜Ｔｒ４を用いた例を示すが、トランジスター以外のＦＥＴなどの半導体スイッチング素子や、リレーなどを用いてもよい。
【００１６】
ＣＰＵ３ａは、各並列ブロック１ａ〜１ｄに接続される各トランジスターＴｒ１〜Ｔｒ４のベースへ信号を送り、トランジスターＴｒ１〜Ｔｒ４ごとにオン（導通）とオフ（非導通）を制御する。トランジスターＴｒ１〜Ｔｒ４がオンすると、各並列ブロック１ａ〜１ｄのセル２の充電電力が抵抗器Ｒ１〜Ｒ４を介して放電し、放電分だけ充電容量ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が減少する。ＣＰＵ３ａは、各トランジスターＴｒ１〜Ｔｒ４のオンとオフを繰り返してデューティー制御を行う。このデューティーは、各並列ブロック１ａ〜１ｄの放電目標容量と容量調整時間とに基づいて決定する。
【００１７】
各トランジスターＴｒ１〜Ｔｒ４のコレクターとエミッター間にはそれぞれ、電圧センサー２１〜２４が接続される。トランジスターＴｒ１〜Ｔｒ４がオンするとコレクター〜エミッター間電圧がほぼ０Ｖになり、オフするとコレクター〜エミッター間電圧が並列ブロック１ａ〜１ｄのセル両端電圧になる。ＣＰＵ３ａは、電圧センサー２１〜２４によりトランジスターＴｒ１〜Ｔｒ４のコレクター〜エミッター間電圧をモニターし、各トランジスターＴｒ１〜Ｔｒ４の動作状況、つまり各並列ブロック１ａ〜１ｄの容量調整状況を確認する。
【００１８】
容量調整部３ｅは、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位で容量調整を行い、いずれかの並列ブロックが過充電状態または過放電状態になってメインバッテリー１の容量を十分に利用できなくなるのを防止する。しかし、容量調整部３ｅでは各並列ブロック１ａ〜１ｄ内のセルどおしの容量バラツキを調整することはできない。各並列ブロック１ａ〜１ｄ内のセルどうしの容量バラツキは、容量自己調整により解消される。
【００１９】
ここで、各並列ブロック内の並列に接続されたセルどうしの容量自己調整について説明する。図３（ａ）に示すように並列に接続された２個のセルＡとＢの間に容量のバラツキがあると、容量が高い側すなわち端子電圧が高い側のセルＡの容量が容量の低い側すなわち端子電圧が低い側のセルＢへ徐々に移動し、図３（ｂ）に示すように２個の並列セルは等容量になろうとする性質がある。この性質は容量自己調整と呼ばれ、容量差（セル開放電圧の差）が大きいほど等容量に近い状態になるまでの容量の変化速度は速く、容量差が小さくなって等容量に近い状態になると容量変化速度は遅くなる。
【００２０】
並列ブロック１ａ〜１ｄ内での容量自己調整は、並列ブロック１ａ〜１ｄ内における各セル２の電圧差を自己調整する機能に依存することになるため、容量自己調整時間は電圧差により変化する。このため、並列ブロック１ａ〜１ｄ内の並列接続セルどうしの容量自己調整が終了しない段階でメインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を開始すると、並列ブロック１ａ〜１ｄ内における並列接続セルどうしの容量バラツキが増大してしまうという問題がある。
【００２１】
一方、セルの開放電圧は図４に示すように放電深度（ＤＯＤ；Ｄｅｐｔｈ Ｏｆ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）に応じて変化し、放電深度ＤＯＤが小さいほど（充電容量ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が大きいほど）放電深度ＤＯＤに対する開放電圧変化が小さく、放電深度ＤＯＤが大きいほど（充電容量ＳＯＣが小さいほど）放電深度に対する開放電圧変化が大きくなる。したがって、並列に接続されたセルの放電深度ＤＯＤが小さい場合にはセルどうしの電圧差（容量差）が小さくなり、容量変化速度が遅いので等容量になるまでに時間がかかる。なお、充分に長い時間、容量自己調整が行われたとしても完全に等容量にはならないため、放電深度ＤＯＤが非常に小さいと容量自己調整は行われない。
【００２２】
このように放電深度ＤＯＤが小さい場合は容量自己調整が十分に行われないため、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を行うと、並列ブロック１ａ〜１ｄ内における並列接続セルどうしの容量バラツキが増大してしまうという問題がある。
【００２３】
そこで、この一実施の形態ではメインスイッチが投入された時点において各並列ブロック１ａ〜１ｄのセル開放電圧を検出し、検出電圧に基づいて各並列ブロック１ａ〜１ｄの放電深度ＤＯＤを把握する。そして、放電深度ＤＯＤが判定基準値Ｋ［％］以下の並列ブロックがある場合には、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を禁止する。
【００２４】
メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を実施するか否かを判定するための判定基準値Ｋ［％］には、電池の種類に応じた最適な値を設定する。例えば負極にハードカーボン系材料を用いるリチウムイオン電池に対しては、図４に示すようにＫ＝３０％とするのが適当である。しかし、負極にグラファイト系材料を用いるリチウムイオン電池では、放電深度ＤＯＤに対する開放電圧特性が、図４に破線で示すように電圧変化が小さい領域が大きくなるので、判定基準値Ｋ［％］を大きくする必要がある。
【００２５】
一方、図４に示すように、放電深度ＤＯＤが判定基準値Ｋ［％］よりも大きい領域では、放電深度ＤＯＤに対する開放電圧変化が大きいため、並列ブロック１ａ〜１ｄ内のセルどうしの充電容量ＳＯＣの差も大きくなる傾向がある。並列ブロック１ａ〜１ｄ内のセルどうしの充電容量ＳＯＣの差が大きいほど、セルどうしの容量自己調整に要する時間が長くなる。
【００２６】
したがって、放電深度ＤＯＤが判定基準値Ｋ［％］より大きい場合に、並列ブロック１ａ〜１ｄ内のセルどうしの容量自己調整が終了していない段階でメインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位の容量調整を開始すると、並列ブロック１ａ〜１ｄ内のセルどうしの容量バラツキが増大するという問題がある。
【００２７】
並列ブロック１ａ〜１ｄ内のセルどおしの容量自己調整はメインスイッチ１３のオフ時、すなわちメインリレー７が開放されてメインバッテリー１がインバーター８と補機システム１０から切り離された無負荷状態において行われる。
【００２８】
そこで、この一実施の形態ではメインバッテリー１の無負荷状態の継続時間をタイマー３ｃにより計時し、放電深度ＤＯＤが判定基準値Ｋ［％］より大きい場合は、タイマー３ｃの計時時間、つまりメインバッテリー１の無負荷時間が予め設定した基準時間Ｔ［ｈｒ］以上か否かを判定する。
【００２９】
タイマー３ｃの計時時間が基準時間Ｔ［ｈｒ］以上のときは、並列ブロック１ａ〜１ｄ内のセルどうしの容量自己調整が終了していると判断し、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を許可する。しかし、タイマー３ｃの計時時間が予め設定した基準時間Ｔ［ｈｒ］未満のときは、並列ブロック１ａ〜１ｄ内のセルどうしの容量自己調整が終了していないと判断し、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を禁止する。
【００３０】
図５は、並列ブロック１ａ〜１ｄ内のセルどうしのＳＯＣ差をパラメーターとした、各並列ブロック１ａ〜１ｄの並列接続セル２の開放電圧に対する容量自己調整時間［ｈｒ］の特性データを示す。セル開放電圧ＯＣＶが高くなるほど容量自己調整時間は徐々に長くなるが、放電深度ＤＯＤが３０％以下の開放電圧になると容量自己調整時間が急激に増大する。また、並列ブロック１ａ〜１ｄ内のセルどおしのＳＯＣ差が大きくなるほど容量自己調整時間が長くなる。
【００３１】
放電深度ＤＯＤが判定基準値Ｋ［％］より大きい場合に、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を実施するか否かを決定するための基準時間Ｔ［ｈｒ］は、次のようにして設定する。一般的な使用条件に対する所定値を実験などにより求め、基準時間Ｔ［ｈｒ］にその所定値を設定する方法がある。他の設定方法としては、セル開放電圧ＯＣＶに対する容量自己調整時間の基準時間Ｔ［ｈｒ］を設定し、マップデータ化しておく方法がある。後者の設定方法では、並列ブロック１ａ〜１ｄ内の並列接続セルのＳＯＣ差を検出するのは容易でないため、セル開放電圧ＯＣＶに対する並列接続セルのＳＯＣ差を想定し、想定したＳＯＣ差を考慮して基準時間Ｔ［ｈｒ］のマップデータを設定する。
【００３２】
図６〜図７は、一実施の形態の容量調整プログラムを示すフローチャートである。これらのフローチャートにより、一実施の形態の動作を説明する。バッテリーコントローラー３のＣＰＵ３ａは、メインスイッチ１３がオン（閉路）するとこの容量調整プログラムの実行を開始する。
【００３３】
メインスイッチ１３がオンしてからメインリレー７がオン（閉路）するまでの間、すなわちメインバッテリー１が無負荷状態にあるステップ１において、セル電圧検出部３ｄにより各並列ブロック１ａ〜１ｄのセル開放電圧ＯＣＶを測定し、メモリ３ｂに予め記憶されているセル２の開放電圧ＯＣＶに対する放電深度ＤＯＤの特性データ（図４参照）から、各並列ブロック１ａ〜１ｄの開放電圧ＯＣＶに対応する放電深度ＤＯＤを読み出す。
【００３４】
続くステップ２で、並列ブロック１ａ〜１ｄの中に、放電深度ＤＯＤがメモリ３ｂに記憶されている判定基準値Ｋ［％］以下の並列ブロックがあるか否かを確認し、Ｋ［％］以下の並列ブロックがある場合はステップ３へ進み、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を禁止する。そして、ステップ４でメインスイッチ１３がオフされたか否かを確認し、オフされていなければステップ１へ戻る。メインスイッチ１３がオフされた場合はステップ５へ進み、タイマー３ｃをリセットしてスタートさせ、メインバッテリー１の無負荷時間の計時を開始する。
【００３５】
このように、メインバッテリー１の無負荷状態において検出した各並列ブロック１ａ〜１ｄの放電深度ＤＯＤのいずれか１つが判定基準値Ｋ［％］以下である場合には、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を禁止するようにしたので、並列ブロック１ａ〜１ｄ内の並列に接続されたセルどうしの容量自己調整が終了していない段階でメインバッテリー１の容量調整を開始することによって、セルどうしの容量バラツキが増大するのを防止することができ、複数のセルが直並列に接続されたバッテリーにおける並列ブロック内のセルの容量バラツキを抑制することができる。
【００３６】
一方、並列ブロック１ａ〜１ｄの中に放電深度ＤＯＤが判定基準値Ｋ［％］以下のブロックがない場合はステップ６へ進み、メモリ３ｂに記憶されているマップデータからセル２の開放電圧ＯＣＶに応じた基準時間Ｔ［ｈｒ］を読み出し、タイマー３ｃの計時時間、すなわちメインバッテリー１の無負荷状態の継続時間と比較する。このメインバッテリー１の無負荷状態の継続時間は、前回メインスイッチ１３がオフされてメインバッテリー１が無負荷状態になってから、今回メインスイッチ１３がオンされるまでの時間であり、今回、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位で容量調整を開始する直前のメインバッテリー１の無負荷時間である。
【００３７】
タイマー３ｃにより計時されたメインバッテリー１の無負荷時間が基準時間Ｔ［ｈｒ］未満のときはステップ３へ進み、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を禁止する。そして、ステップ４でメインスイッチ１３がオフされたか否かを確認し、オフされていなければステップ１へ戻る。メインスイッチ１３がオフされた場合はステップ５へ進み、タイマー３ｃをリセットしてスタートさせ、メインバッテリー１の無負荷時間の計時を開始する。
【００３８】
このように、すべての並列ブロック１ａ〜１ｄの放電深度ＤＯＤが判定基準値Ｋ［％］を超えている場合でも、メインスイッチ１３がオンされるまでのメインスイッチ１３のオフ時間、つまりメインバッテリー１の無負荷時間が基準時間Ｔ［ｈｒ］以上経過していない場合には、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を禁止するようにしたので、並列ブロック１ａ〜１ｄ内のセルどうしの容量自己調整が終了してからメインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整が実施されることになり、放電深度ＤＯＤが大きい場合のセル容量の均一化を図ることができ、複数のセルが直並列に接続されたバッテリーにおける並列ブロック内のセルの容量バラツキを抑制することができる。
【００３９】
一方、すべての並列ブロック１ａ〜１ｄの放電深度ＤＯＤが判定基準値Ｋ［％］より大きく、かつメインバッテリー１の無負荷時間が基準時間Ｔ［ｈｒ］以上の場合はステップ７以降へ進み、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を行う。まずステップ７で、セル電圧検出部３ｄにより、メインリレー７がオン（閉路）される前のメインバッテリー１の無負荷状態における各並列ブロック１ａ〜１ｄの開放電圧ＯＣＶを検出する。
【００４０】
続くステップ８では、各並列ブロック１ａ〜１ｄの容量調整目標値を決定する。この一実施の形態では、並列ブロック１ａ〜１ｄの中で、最も開放電圧ＯＣＶが低い並列ブロックの容量（ＳＯＣ）を目標容量とし、この並列ブロックの容量との差を他の各並列ブロックの容量調整目標値とする。ステップ９において、容量調整時間と各並列ブロック１ａ〜１ｄの容量調整目標値とに基づいて、放電回路トランジスターＴｒ１〜Ｔｒ４をオン、オフするデューティーを決定する。
【００４１】
ステップ１０で、容量調整部３ｅにより各並列ブロック１ａ〜１ｄごとのデューティーにしたがってトランジスターＴｒ１〜Ｔｒ４をオン、オフさせ、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を開始する。ステップ１１で容量調整時間が経過したか否かを確認し、容量調整時間が経過したらステップ１２へ進み、容量調整を終了する。その後、メインスイッチ１３がオフされるのを待ち、メインスイッチ１３がオフされたらステップ１４でタイマー３ｃをリセットしてスタートし、メインバッテリー１の無負荷時間の計時を開始する。
【００４２】
《発明の一実施の形態の変形例》
上述した一実施の形態では、並列ブロック１ａ〜１ｄの放電深度ＤＯＤのいずれか１つが判定基準値Ｋ［％］以下である場合は、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を禁止する例を示したが、放電深度ＤＯＤが判定基準値Ｋ以下の並列ブロック以外の並列ブロックにおいて、メインバッテリー１の並列ブロック単位での容量調整を実施するようにした変形例を説明する。なお、この変形例の構成は図１および図２に示す構成と同様であり、図示と説明を省略する。
【００４３】
図８は変形例の容量調整プログラムを示すフローチャートである。なお、図６〜図７に示すフローチャートと同様な処理を行うステップに対しては同一のステップ番号を付して相違点を中心に説明する。並列ブロック１ａ〜１ｄの中に放電深度ＤＯＤが判定基準値Ｋ［％］以下の並列ブロックがある場合はステップ２からステップ２１へ進み、その並列ブロックをメインバッテリー１の並列ブロック単位での容量調整を禁止するブロックとしてメモリ３ｂに記憶する。
【００４４】
続くステップ２２で、並列ブロック１ａ〜１ｄの中で放電深度ＤＯＤが判定基準値Ｋより大きい並列ブロックが２個以上あるか否かを確認する。放電深度ＤＯＤが判定基準値Ｋより大きい並列ブロックが２個以上ない場合は、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整ができないのでステップ３へ進み、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を禁止する。一方、放電深度ＤＯＤが判定基準値Ｋより大きい並列ブロックが２個以上あればステップ６へ進む。
【００４５】
放電深度ＤＯＤが判定基準値Ｋ［％］より大きい並列ブロックが２個以上あり、かつメインバッテリー１の無負荷時間が基準時間Ｔ［ｈｒ］以上の場合はステップ７Ａ以降へ進み、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を行う。まずステップ７Ａで、セル電圧検出部３ｄにより、メインリレー７がオン（閉路）される前のメインバッテリー１の無負荷状態における並列ブロック１ａ〜１ｄの開放電圧ＯＣＶを検出する。なお、ステップ２１で容量調整禁止ブロックとしてメモリ３ｂに記憶した並列ブロックに対しては、セル開放電圧ＯＣＶを測定する必要はない。
【００４６】
続くステップ８Ａでは、容量調整対称の各並列ブロック１ａ〜１ｄの容量調整目標値を決定する。この変形例では、容量調整対称の並列ブロック１ａ〜１ｄの中で、最も開放電圧ＯＣＶが低い並列ブロックの充電容量（ＳＯＣ）を目標容量とし、この並列ブロックの充電容量との差を他の容量調整ブロックの容量調整目標値とする。ステップ９Ａにおいて、容量調整時間と容量調整対称ブロック１ａ〜１ｄの容量調整目標値とに基づいて、放電回路トランジスターＴｒ１〜Ｔｒ４をオン、オフするデューティーを決定する。
【００４７】
ステップ１０Ａで、容量調整部３ｅにより容量調整対称ブロック１ａ〜１ｄごとのデューティーにしたがってトランジスターＴｒ１〜Ｔｒ４をオン、オフさせ、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を開始する。
【００４８】
このように、放電深度ＤＯＤが判定基準値Ｋ以下の並列ブロックをメインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整対称ブロックから外し、放電深度ＤＯＤが判定基準値Ｋよりも大きい容量調整対称の並列ブロックが２個以上ある場合のみ、それらの並列ブロック単位でメインバッテリー１の容量調整を実施するようにしたので、容量調整が不要な並列ブロックでは並列接続セルどうしの容量バラツキを増大させることがなく、容量調整が必要な並列ブロックのみにおいて容量調整を実施することができ、複数のセルが直並列に接続されたバッテリーにおけるセル容量の均一化を合理的かつ短時間に達成することができる。
【００４９】
特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、メインバッテリー１が組電池を、容量調整部３ｅが容量調整手段を、セル電圧検出部３ｄが電圧検出手段を、メモリ３ｂが記憶手段を、ＣＰＵ３ａが制御手段を、メインスイッチ１３およびメインリレー７が無負荷状態検出手段を、タイマー３ｃが計時手段をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態の構成を示す図である。
【図２】容量調整部の詳細を示す図である。
【図３】並列接続されたセル間の容量自己調整を説明するための図である。
【図４】放電深度ＤＯＤに対するセル開放電圧の特性を示す図である。
【図５】セル開放電圧ＯＣＶと並列接続セルどうしのＳＯＣ差に対する容量自己調整時間の特定データを示す図である。
【図６】一実施の形態の容量調整プログラムを示すフローチャートである。
【図７】図６に続く、一実施の形態の容量調整プログラムを示すフローチャートである。
【図８】変形例の容量調整プログラムを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ メインバッテリー
１ａ〜１ｄ 並列ブロック
２ セル
３ バッテリーコントローラー
３ａ ＣＰＵ
３ｂ メモリ
３ｃ タイマー
３ｄ セル電圧検出部
３ｅ 容量調整部
４ 車両コントローラー
５ 補助バッテリー
６ 電流センサー
７ メインリレー
８ インバーター
９ モーター
１０ 補機システム
１１，２１〜２４ 電圧センサー
１２ 温度センサー
１３ メインスイッチ
Ｒ１〜Ｒ４ 放電抵抗
Ｔｒ１〜Ｔｒ２ トランジスター
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のセル（単電池）が直並列に接続された組電池の容量調整装置および容量調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数のセルを直列に接続した組電池における容量調整方法が知られている（例えば特開２０００−０４０５３０号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、複数のセルを並列に接続したブロックを複数組直列に接続して組電池を構成した場合に、並列ブロック内のセルの容量が異なるとセルどうしで電圧差に応じた自己調整が自動的に行われる。
【０００４】
しかし、並列ブロック内における容量自己調整は、セルどうしの電圧差が小さいほど自己調整時間が長くかかるため、自己調整が終了していない段階でこれらの並列ブロックが直列に接続された組電池に対して並列ブロック単位の容量調整を開始すると、並列ブロック内のセルの容量バラツキが増大してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、直並列に接続された組電池における並列ブロック内のセルの容量バラツキを抑制することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１） 本発明は、複数のセルを並列に接続した並列ブロックを複数組直列に接続した組電池に対して、並列ブロック単位で組電池の充電容量を調整する際に、組電池の各並列ブロックのセル開放電圧を検出し、予め記憶したセル開放電圧に対する放電深度の特性データーから各並列ブロックのセル開放電圧に対応する放電深度を読み出し、放電深度が所定値以下の並列ブロックがある場合には、組電池の並列ブロック単位での容量調整を禁止する、ものである。
（２） また、本発明は、複数のセルを並列に接続した並列ブロックを複数組直列に接続した組電池に対して、並列ブロック単位で組電池の充電容量を調整する際に、組電池の各並列ブロックのセル開放電圧を検出し、予め記憶したセル開放電圧に対する放電深度の特性データから各並列ブロックのセル開放電圧に対応する放電深度を読み出し、放電深度が所定値より大きい並列ブロックが２組以上ある場合には、それらの放電深度が所定値より大きい並列ブロックのみに対して並列ブロック単位で容量調整を行う、ものである。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、直並列に接続された組電池における並列ブロック内のセルの容量バラツキを抑制することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本願発明の組電池の容量調整装置を電気自動車（ＥＶ）のバッテリーに適用した一実施の形態を説明する。なお、本願発明の組電池の容量調整装置および方法は電気自動車のバッテリーに限定されず、ハイブリッド車両のバッテリーや、車両以外の多くの装置に用いられるバッテリーに応用することができる。
【０００９】
図１は一実施の形態の構成を示す。一実施の形態の組電池１は、一般にセルと呼ばれる単電池２を２個ずつ並列に接続して並列ブロック１ａ〜１ｄを構成し、さらにこの並列ブロック１ａ〜１ｄを４組直列に接続したものである。この一実施の形態では、バッテリーコントローラー３および車両コントローラー４へ制御電源を供給する補助バッテリー５と区別するため、組電池１をメインバッテリーと呼ぶ。
【００１０】
なお、この一実施の形態では２個のセルを並列に接続して複数の並列ブロックを形成し、これらの並列ブロックを４組直列に接続した組電池を例に上げて説明するが、組電池を構成するセルの並列接続数と並列ブロックの直列接続数はこの一実施の形態の数量に限定されない。
【００１１】
このメインバッテリー１は電流センサー６とメインリレー７を介してインバーター８と補機システム１０に接続され、インバーター８と補機システム１０へ直流電力を供給する。インバーター８は、メインバッテリー１の直流電力を交流電力に変換して走行駆動用交流モーター９に印加し、モーター９を駆動して車両を走行させる。インバーター８はまた、車両の制動時にモーター９で発生した交流回生電力を直流電力に変換し、メインバッテリー１を充電する。
【００１２】
バッテリーコントローラー３はＣＰＵ３ａ、メモリ３ｂ、タイマー３ｃ、セル電圧検出部３ｄ、容量調整部３ｅなどから構成され、メインバッテリー１の充放電と容量調整を制御する。セル電圧検出部３ｄは、メインバッテリー１の各並列ブロック１ａ〜１ｄごとの２個のセル２の平均端子電圧を検出する。容量調整部３ｅは、セル電圧検出部３ｄで検出された各並列ブロック１ａ〜１ｄのセル平均端子電圧に基づいて並列セルブロック間の容量バラツキを補正する。この容量調整部３ｅの詳細については後述する。
【００１３】
車両コントローラー４は、インバーター８と補機システム１０を制御して車両の走行と補機の作動を制御する。なお、補機システム１０には空調装置、灯火類、ワイパーなどが含まれる。電流センサー６は、バッテリー１からインバーター８へ流れる放電電流と、インバーター８からバッテリー１へ流れる充電電流とを検出し、ＣＰＵ３ａへ出力する。メインリレー７はＣＰＵ３ａにより開閉され、メインバッテリー１の電源とモーター９および補機システム１０の負荷との間の断接を行う。
【００１４】
電圧センサー１１はバッテリー１の両端電圧を検出し、ＣＰＵ３ａへ出力する。また、温度センサー１２はバッテリー１の温度を検出し、ＣＰＵ３ａへ出力する。メインスイッチ１３は、エンジンを走行駆動源とする従来の自動車のイグニッションスイッチに相当するものであり、電気自動車のメインキーが走行位置に設定されると閉路する。
【００１５】
図２は容量調整部３ｅの詳細を示す。メインバッテリー１の並列ブロック１ａには、抵抗器Ｒ１とトランジスターＴｒ１の直列回路が並列に接続される。同様に、並列ブロック１ｂ〜１ｄにもそれぞれ、抵抗器Ｒ２〜Ｒ４とトランジスターＴｒ２〜Ｔｒ４の直列回路が並列に接続される。この抵抗器Ｒ１〜Ｒ４とトランジスターＴｒ１〜Ｔｒ４の直列回路は、各並列ブロック１ａ〜１ｄ内のセル２の充電容量を放電するための回路であり、抵抗器Ｒ１〜Ｒ４は放電抵抗、トランジスターＴｒ１〜Ｔｒ４は放電と停止を行うためのスイッチである。なお、この一実施の形態では放電回路のスイッチにトランジスターＴｒ１〜Ｔｒ４を用いた例を示すが、トランジスター以外のＦＥＴなどの半導体スイッチング素子や、リレーなどを用いてもよい。
【００１６】
ＣＰＵ３ａは、各並列ブロック１ａ〜１ｄに接続される各トランジスターＴｒ１〜Ｔｒ４のベースへ信号を送り、トランジスターＴｒ１〜Ｔｒ４ごとにオン（導通）とオフ（非導通）を制御する。トランジスターＴｒ１〜Ｔｒ４がオンすると、各並列ブロック１ａ〜１ｄのセル２の充電電力が抵抗器Ｒ１〜Ｒ４を介して放電し、放電分だけ充電容量ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が減少する。ＣＰＵ３ａは、各トランジスターＴｒ１〜Ｔｒ４のオンとオフを繰り返してデューティー制御を行う。このデューティーは、各並列ブロック１ａ〜１ｄの放電目標容量と容量調整時間とに基づいて決定する。
【００１７】
各トランジスターＴｒ１〜Ｔｒ４のコレクターとエミッター間にはそれぞれ、電圧センサー２１〜２４が接続される。トランジスターＴｒ１〜Ｔｒ４がオンするとコレクター〜エミッター間電圧がほぼ０Ｖになり、オフするとコレクター〜エミッター間電圧が並列ブロック１ａ〜１ｄのセル両端電圧になる。ＣＰＵ３ａは、電圧センサー２１〜２４によりトランジスターＴｒ１〜Ｔｒ４のコレクター〜エミッター間電圧をモニターし、各トランジスターＴｒ１〜Ｔｒ４の動作状況、つまり各並列ブロック１ａ〜１ｄの容量調整状況を確認する。
【００１８】
容量調整部３ｅは、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位で容量調整を行い、いずれかの並列ブロックが過充電状態または過放電状態になってメインバッテリー１の容量を十分に利用できなくなるのを防止する。しかし、容量調整部３ｅでは各並列ブロック１ａ〜１ｄ内のセルどおしの容量バラツキを調整することはできない。各並列ブロック１ａ〜１ｄ内のセルどうしの容量バラツキは、容量自己調整により解消される。
【００１９】
ここで、各並列ブロック内の並列に接続されたセルどうしの容量自己調整について説明する。図３（ａ）に示すように並列に接続された２個のセルＡとＢの間に容量のバラツキがあると、容量が高い側すなわち端子電圧が高い側のセルＡの容量が容量の低い側すなわち端子電圧が低い側のセルＢへ徐々に移動し、図３（ｂ）に示すように２個の並列セルは等容量になろうとする性質がある。この性質は容量自己調整と呼ばれ、容量差（セル開放電圧の差）が大きいほど等容量に近い状態になるまでの容量の変化速度は速く、容量差が小さくなって等容量に近い状態になると容量変化速度は遅くなる。
【００２０】
並列ブロック１ａ〜１ｄ内での容量自己調整は、並列ブロック１ａ〜１ｄ内における各セル２の電圧差を自己調整する機能に依存することになるため、容量自己調整時間は電圧差により変化する。このため、並列ブロック１ａ〜１ｄ内の並列接続セルどうしの容量自己調整が終了しない段階でメインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を開始すると、並列ブロック１ａ〜１ｄ内における並列接続セルどうしの容量バラツキが増大してしまうという問題がある。
【００２１】
一方、セルの開放電圧は図４に示すように放電深度（ＤＯＤ；Ｄｅｐｔｈ Ｏｆ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）に応じて変化し、放電深度ＤＯＤが小さいほど（充電容量ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が大きいほど）放電深度ＤＯＤに対する開放電圧変化が小さく、放電深度ＤＯＤが大きいほど（充電容量ＳＯＣが小さいほど）放電深度に対する開放電圧変化が大きくなる。したがって、並列に接続されたセルの放電深度ＤＯＤが小さい場合にはセルどうしの電圧差（容量差）が小さくなり、容量変化速度が遅いので等容量になるまでに時間がかかる。なお、充分に長い時間、容量自己調整が行われたとしても完全に等容量にはならないため、放電深度ＤＯＤが非常に小さいと容量自己調整は行われない。
【００２２】
このように放電深度ＤＯＤが小さい場合は容量自己調整が十分に行われないため、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を行うと、並列ブロック１ａ〜１ｄ内における並列接続セルどうしの容量バラツキが増大してしまうという問題がある。
【００２３】
そこで、この一実施の形態ではメインスイッチが投入された時点において各並列ブロック１ａ〜１ｄのセル開放電圧を検出し、検出電圧に基づいて各並列ブロック１ａ〜１ｄの放電深度ＤＯＤを把握する。そして、放電深度ＤＯＤが判定基準値Ｋ［％］以下の並列ブロックがある場合には、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を禁止する。
【００２４】
メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を実施するか否かを判定するための判定基準値Ｋ［％］には、電池の種類に応じた最適な値を設定する。例えば負極にハードカーボン系材料を用いるリチウムイオン電池に対しては、図４に示すようにＫ＝３０％とするのが適当である。しかし、負極にグラファイト系材料を用いるリチウムイオン電池では、放電深度ＤＯＤに対する開放電圧特性が、図４に破線で示すように電圧変化が小さい領域が大きくなるので、判定基準値Ｋ［％］を大きくする必要がある。
【００２５】
一方、図４に示すように、放電深度ＤＯＤが判定基準値Ｋ［％］よりも大きい領域では、放電深度ＤＯＤに対する開放電圧変化が大きいため、並列ブロック１ａ〜１ｄ内のセルどうしの充電容量ＳＯＣの差も大きくなる傾向がある。並列ブロック１ａ〜１ｄ内のセルどうしの充電容量ＳＯＣの差が大きいほど、セルどうしの容量自己調整に要する時間が長くなる。
【００２６】
したがって、放電深度ＤＯＤが判定基準値Ｋ［％］より大きい場合に、並列ブロック１ａ〜１ｄ内のセルどうしの容量自己調整が終了していない段階でメインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位の容量調整を開始すると、並列ブロック１ａ〜１ｄ内のセルどうしの容量バラツキが増大するという問題がある。
【００２７】
並列ブロック１ａ〜１ｄ内のセルどおしの容量自己調整はメインスイッチ１３のオフ時、すなわちメインリレー７が開放されてメインバッテリー１がインバーター８と補機システム１０から切り離された無負荷状態において行われる。
【００２８】
そこで、この一実施の形態ではメインバッテリー１の無負荷状態の継続時間をタイマー３ｃにより計時し、放電深度ＤＯＤが判定基準値Ｋ［％］より大きい場合は、タイマー３ｃの計時時間、つまりメインバッテリー１の無負荷時間が予め設定した基準時間Ｔ［ｈｒ］以上か否かを判定する。
【００２９】
タイマー３ｃの計時時間が基準時間Ｔ［ｈｒ］以上のときは、並列ブロック１ａ〜１ｄ内のセルどうしの容量自己調整が終了していると判断し、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を許可する。しかし、タイマー３ｃの計時時間が予め設定した基準時間Ｔ［ｈｒ］未満のときは、並列ブロック１ａ〜１ｄ内のセルどうしの容量自己調整が終了していないと判断し、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を禁止する。
【００３０】
図５は、並列ブロック１ａ〜１ｄ内のセルどうしのＳＯＣ差をパラメーターとした、各並列ブロック１ａ〜１ｄの並列接続セル２の開放電圧に対する容量自己調整時間［ｈｒ］の特性データを示す。セル開放電圧ＯＣＶが高くなるほど容量自己調整時間は徐々に長くなるが、放電深度ＤＯＤが３０％以下の開放電圧になると容量自己調整時間が急激に増大する。また、並列ブロック１ａ〜１ｄ内のセルどおしのＳＯＣ差が大きくなるほど容量自己調整時間が長くなる。
【００３１】
放電深度ＤＯＤが判定基準値Ｋ［％］より大きい場合に、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を実施するか否かを決定するための基準時間Ｔ［ｈｒ］は、次のようにして設定する。一般的な使用条件に対する所定値を実験などにより求め、基準時間Ｔ［ｈｒ］にその所定値を設定する方法がある。他の設定方法としては、セル開放電圧ＯＣＶに対する容量自己調整時間の基準時間Ｔ［ｈｒ］を設定し、マップデータ化しておく方法がある。後者の設定方法では、並列ブロック１ａ〜１ｄ内の並列接続セルのＳＯＣ差を検出するのは容易でないため、セル開放電圧ＯＣＶに対する並列接続セルのＳＯＣ差を想定し、想定したＳＯＣ差を考慮して基準時間Ｔ［ｈｒ］のマップデータを設定する。
【００３２】
図６〜図７は、一実施の形態の容量調整プログラムを示すフローチャートである。これらのフローチャートにより、一実施の形態の動作を説明する。バッテリーコントローラー３のＣＰＵ３ａは、メインスイッチ１３がオン（閉路）するとこの容量調整プログラムの実行を開始する。
【００３３】
メインスイッチ１３がオンしてからメインリレー７がオン（閉路）するまでの間、すなわちメインバッテリー１が無負荷状態にあるステップ１において、セル電圧検出部３ｄにより各並列ブロック１ａ〜１ｄのセル開放電圧ＯＣＶを測定し、メモリ３ｂに予め記憶されているセル２の開放電圧ＯＣＶに対する放電深度ＤＯＤの特性データ（図４参照）から、各並列ブロック１ａ〜１ｄの開放電圧ＯＣＶに対応する放電深度ＤＯＤを読み出す。
【００３４】
続くステップ２で、並列ブロック１ａ〜１ｄの中に、放電深度ＤＯＤがメモリ３ｂに記憶されている判定基準値Ｋ［％］以下の並列ブロックがあるか否かを確認し、Ｋ［％］以下の並列ブロックがある場合はステップ３へ進み、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を禁止する。そして、ステップ４でメインスイッチ１３がオフされたか否かを確認し、オフされていなければステップ１へ戻る。メインスイッチ１３がオフされた場合はステップ５へ進み、タイマー３ｃをリセットしてスタートさせ、メインバッテリー１の無負荷時間の計時を開始する。
【００３５】
このように、メインバッテリー１の無負荷状態において検出した各並列ブロック１ａ〜１ｄの放電深度ＤＯＤのいずれか１つが判定基準値Ｋ［％］以下である場合には、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を禁止するようにしたので、並列ブロック１ａ〜１ｄ内の並列に接続されたセルどうしの容量自己調整が終了していない段階でメインバッテリー１の容量調整を開始することによって、セルどうしの容量バラツキが増大するのを防止することができ、複数のセルが直並列に接続されたバッテリーにおける並列ブロック内のセルの容量バラツキを抑制することができる。
【００３６】
一方、並列ブロック１ａ〜１ｄの中に放電深度ＤＯＤが判定基準値Ｋ［％］以下のブロックがない場合はステップ６へ進み、メモリ３ｂに記憶されているマップデータからセル２の開放電圧ＯＣＶに応じた基準時間Ｔ［ｈｒ］を読み出し、タイマー３ｃの計時時間、すなわちメインバッテリー１の無負荷状態の継続時間と比較する。このメインバッテリー１の無負荷状態の継続時間は、前回メインスイッチ１３がオフされてメインバッテリー１が無負荷状態になってから、今回メインスイッチ１３がオンされるまでの時間であり、今回、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位で容量調整を開始する直前のメインバッテリー１の無負荷時間である。
【００３７】
タイマー３ｃにより計時されたメインバッテリー１の無負荷時間が基準時間Ｔ［ｈｒ］未満のときはステップ３へ進み、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を禁止する。そして、ステップ４でメインスイッチ１３がオフされたか否かを確認し、オフされていなければステップ１へ戻る。メインスイッチ１３がオフされた場合はステップ５へ進み、タイマー３ｃをリセットしてスタートさせ、メインバッテリー１の無負荷時間の計時を開始する。
【００３８】
このように、すべての並列ブロック１ａ〜１ｄの放電深度ＤＯＤが判定基準値Ｋ［％］を超えている場合でも、メインスイッチ１３がオンされるまでのメインスイッチ１３のオフ時間、つまりメインバッテリー１の無負荷時間が基準時間Ｔ［ｈｒ］以上経過していない場合には、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を禁止するようにしたので、並列ブロック１ａ〜１ｄ内のセルどうしの容量自己調整が終了してからメインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整が実施されることになり、放電深度ＤＯＤが大きい場合のセル容量の均一化を図ることができ、複数のセルが直並列に接続されたバッテリーにおける並列ブロック内のセルの容量バラツキを抑制することができる。
【００３９】
一方、すべての並列ブロック１ａ〜１ｄの放電深度ＤＯＤが判定基準値Ｋ［％］より大きく、かつメインバッテリー１の無負荷時間が基準時間Ｔ［ｈｒ］以上の場合はステップ７以降へ進み、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を行う。まずステップ７で、セル電圧検出部３ｄにより、メインリレー７がオン（閉路）される前のメインバッテリー１の無負荷状態における各並列ブロック１ａ〜１ｄの開放電圧ＯＣＶを検出する。
【００４０】
続くステップ８では、各並列ブロック１ａ〜１ｄの容量調整目標値を決定する。この一実施の形態では、並列ブロック１ａ〜１ｄの中で、最も開放電圧ＯＣＶが低い並列ブロックの容量（ＳＯＣ）を目標容量とし、この並列ブロックの容量との差を他の各並列ブロックの容量調整目標値とする。ステップ９において、容量調整時間と各並列ブロック１ａ〜１ｄの容量調整目標値とに基づいて、放電回路トランジスターＴｒ１〜Ｔｒ４をオン、オフするデューティーを決定する。
【００４１】
ステップ１０で、容量調整部３ｅにより各並列ブロック１ａ〜１ｄごとのデューティーにしたがってトランジスターＴｒ１〜Ｔｒ４をオン、オフさせ、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を開始する。ステップ１１で容量調整時間が経過したか否かを確認し、容量調整時間が経過したらステップ１２へ進み、容量調整を終了する。その後、メインスイッチ１３がオフされるのを待ち、メインスイッチ１３がオフされたらステップ１４でタイマー３ｃをリセットしてスタートし、メインバッテリー１の無負荷時間の計時を開始する。
【００４２】
《発明の一実施の形態の変形例》
上述した一実施の形態では、並列ブロック１ａ〜１ｄの放電深度ＤＯＤのいずれか１つが判定基準値Ｋ［％］以下である場合は、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を禁止する例を示したが、放電深度ＤＯＤが判定基準値Ｋ以下の並列ブロック以外の並列ブロックにおいて、メインバッテリー１の並列ブロック単位での容量調整を実施するようにした変形例を説明する。なお、この変形例の構成は図１および図２に示す構成と同様であり、図示と説明を省略する。
【００４３】
図８は変形例の容量調整プログラムを示すフローチャートである。なお、図６〜図７に示すフローチャートと同様な処理を行うステップに対しては同一のステップ番号を付して相違点を中心に説明する。並列ブロック１ａ〜１ｄの中に放電深度ＤＯＤが判定基準値Ｋ［％］以下の並列ブロックがある場合はステップ２からステップ２１へ進み、その並列ブロックをメインバッテリー１の並列ブロック単位での容量調整を禁止するブロックとしてメモリ３ｂに記憶する。
【００４４】
続くステップ２２で、並列ブロック１ａ〜１ｄの中で放電深度ＤＯＤが判定基準値Ｋより大きい並列ブロックが２個以上あるか否かを確認する。放電深度ＤＯＤが判定基準値Ｋより大きい並列ブロックが２個以上ない場合は、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整ができないのでステップ３へ進み、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を禁止する。一方、放電深度ＤＯＤが判定基準値Ｋより大きい並列ブロックが２個以上あればステップ６へ進む。
【００４５】
放電深度ＤＯＤが判定基準値Ｋ［％］より大きい並列ブロックが２個以上あり、かつメインバッテリー１の無負荷時間が基準時間Ｔ［ｈｒ］以上の場合はステップ７Ａ以降へ進み、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を行う。まずステップ７Ａで、セル電圧検出部３ｄにより、メインリレー７がオン（閉路）される前のメインバッテリー１の無負荷状態における並列ブロック１ａ〜１ｄの開放電圧ＯＣＶを検出する。なお、ステップ２１で容量調整禁止ブロックとしてメモリ３ｂに記憶した並列ブロックに対しては、セル開放電圧ＯＣＶを測定する必要はない。
【００４６】
続くステップ８Ａでは、容量調整対称の各並列ブロック１ａ〜１ｄの容量調整目標値を決定する。この変形例では、容量調整対称の並列ブロック１ａ〜１ｄの中で、最も開放電圧ＯＣＶが低い並列ブロックの充電容量（ＳＯＣ）を目標容量とし、この並列ブロックの充電容量との差を他の容量調整ブロックの容量調整目標値とする。ステップ９Ａにおいて、容量調整時間と容量調整対称ブロック１ａ〜１ｄの容量調整目標値とに基づいて、放電回路トランジスターＴｒ１〜Ｔｒ４をオン、オフするデューティーを決定する。
【００４７】
ステップ１０Ａで、容量調整部３ｅにより容量調整対称ブロック１ａ〜１ｄごとのデューティーにしたがってトランジスターＴｒ１〜Ｔｒ４をオン、オフさせ、メインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整を開始する。
【００４８】
このように、放電深度ＤＯＤが判定基準値Ｋ以下の並列ブロックをメインバッテリー１の並列ブロック１ａ〜１ｄ単位での容量調整対称ブロックから外し、放電深度ＤＯＤが判定基準値Ｋよりも大きい容量調整対称の並列ブロックが２個以上ある場合のみ、それらの並列ブロック単位でメインバッテリー１の容量調整を実施するようにしたので、容量調整が不要な並列ブロックでは並列接続セルどうしの容量バラツキを増大させることがなく、容量調整が必要な並列ブロックのみにおいて容量調整を実施することができ、複数のセルが直並列に接続されたバッテリーにおけるセル容量の均一化を合理的かつ短時間に達成することができる。
【００４９】
特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、メインバッテリー１が組電池を、容量調整部３ｅが容量調整手段を、セル電圧検出部３ｄが電圧検出手段を、メモリ３ｂが記憶手段を、ＣＰＵ３ａが制御手段を、メインスイッチ１３およびメインリレー７が無負荷状態検出手段を、タイマー３ｃが計時手段をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態の構成を示す図である。
【図２】容量調整部の詳細を示す図である。
【図３】並列接続されたセル間の容量自己調整を説明するための図である。
【図４】放電深度ＤＯＤに対するセル開放電圧の特性を示す図である。
【図５】セル開放電圧ＯＣＶと並列接続セルどうしのＳＯＣ差に対する容量自己調整時間の特定データを示す図である。
【図６】一実施の形態の容量調整プログラムを示すフローチャートである。
【図７】図６に続く、一実施の形態の容量調整プログラムを示すフローチャートである。
【図８】変形例の容量調整プログラムを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ メインバッテリー
１ａ〜１ｄ 並列ブロック
２ セル
３ バッテリーコントローラー
３ａ ＣＰＵ
３ｂ メモリ
３ｃ タイマー
３ｄ セル電圧検出部
３ｅ 容量調整部
４ 車両コントローラー
５ 補助バッテリー
６ 電流センサー
７ メインリレー
８ インバーター
９ モーター
１０ 補機システム
１１，２１〜２４ 電圧センサー
１２ 温度センサー
１３ メインスイッチ
Ｒ１〜Ｒ４ 放電抵抗
Ｔｒ１〜Ｔｒ２ トランジスター
Claims (17)
- 複数のセルを並列に接続した並列ブロックを複数組直列に接続した組電池と、
前記組電池の各並列ブロックの充電容量を調整する容量調整手段と、
前記組電池の各並列ブロックのセル開放電圧を検出する電圧検出手段と、
セル開放電圧に対する放電深度の特性データを記憶する記憶手段と、
前記容量調整手段による前記組電池の並列ブロック単位での容量調整を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記電圧検出手段で検出した各並列ブロックのセル開放電圧に対応する放電深度を前記記憶手段の特性データから読み出し、放電深度が所定値以下の並列ブロックがある場合には、前記容量調整手段による前記組電池の並列ブロック単位での容量調整を禁止することを特徴とする組電池の容量調整装置。 - 請求項１に記載の組電池の容量調整装置において、
前記組電池の無負荷状態を検出する無負荷状態検出手段と、
前記組電池の無負荷状態の継続時間を計時する計時手段とを備え、
前記制御手段は、放電深度が所定値以下の並列ブロックがない場合でも、前記組電池の並列ブロック単位での容量調整を開始する直前の前記計時手段による計時時間が所定時間以上でない場合には、前記容量調整手段による前記組電池の並列ブロック単位での容量調整を禁止することを特徴とする組電池の容量調整装置。 - 請求項１に記載の組電池の容量調整装置において、
前記記憶手段はセル開放電圧に対する容量自己調整基準時間のマップデータを記憶するとともに、
前記組電池の無負荷状態を検出する無負荷状態検出手段と、
前記組電池の無負荷状態の継続時間を計時する計時手段とを備え、
前記制御手段は、前記電圧検出手段で検出したセル開放電圧に対応する容量自己調整基準時間を前記記憶手段の前記マップデータから読み出し、放電深度が所定値以下の並列ブロックがない場合でも、前記組電池の並列ブロック単位での容量調整を開始する直前の前記計時手段による計時時間が前記容量自己調整基準時間以上でない場合には、前記容量調整手段による前記組電池の並列ブロック単位での容量調整を禁止することを特徴とする組電池の容量調整装置。 - 複数のセルを並列に接続した並列ブロックを複数組直列に接続した組電池と、
前記組電池の各並列ブロックの充電容量を調整する容量調整手段と、
前記組電池の各並列ブロックのセル開放電圧を検出する電圧検出手段と、
セル開放電圧に対する放電深度の特性データを記憶する記憶手段と、
前記容量調整手段による前記組電池の並列ブロック単位での容量調整を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記電圧検出手段で検出した各並列ブロックのセル開放電圧に対応する放電深度を前記記憶手段の特性データから読み出し、放電深度が所定値より大きい並列ブロックが２組以上ある場合には、それらの放電深度が所定値より大きい並列ブロックのみを前記容量調整手段による容量調整対称とすることを特徴とする組電池の容量調整装置。 - 請求項４に記載の組電池の容量調整装置において、
前記制御手段は、放電深度が所定値より大きい並列ブロックが２組以上ない場合には、前記容量調整手段による前記組電池の並列ブロック単位での容量調整を禁止することを特徴とする組電池の容量調整装置。 - 請求項４に記載の組電池の容量調整装置において、
前記組電池の無負荷状態を検出する無負荷状態検出手段と、
前記組電池の無負荷状態の継続時間を計時する計時手段とを備え、
前記制御手段は、放電深度が所定値より大きい並列ブロックが２組以上ある場合でも、前記組電池の並列ブロック単位での容量調整を開始する直前の前記計時手段による計時時間が所定時間以上でない場合には、前記容量調整手段による前記組電池の並列ブロック単位での容量調整を禁止することを特徴とする組電池の容量調整装置。 - 請求項４に記載の組電池の容量調整装置において、
前記記憶手段はセル開放電圧に対する容量自己調整基準時間のマップデータを記憶するとともに、
前記組電池の無負荷状態を検出する無負荷状態検出手段と、
前記組電池の無負荷状態の継続時間を計時する計時手段とを備え、
前記制御手段は、前記電圧検出手段で検出したセル開放電圧に対応する容量自己調整基準時間を前記記憶手段の前記マップデータから読み出し、放電深度が所定値より大きい並列ブロックが２組以上ある場合でも、前記組電池の並列ブロック単位での容量調整を開始する直前の前記計時手段による計時時間が前記容量自己調整基準時間以上でない場合には、前記容量調整手段による前記組電池の並列ブロック単位での容量調整を禁止することを特徴とする組電池の容量調整装置。 - 請求項２、３、６、７のいずれかの項に記載の組電池の容量調整装置において、
前記無負荷状態検出手段は、前記組電池とその負荷との間に設置される開閉器が開路している状態を無負荷状態とすることを特徴とする組電池の容量調整装置。 - 請求項２、３、６、７のいずれかの項に記載の組電池の容量調整装置において、
前記組電池は走行用モーターの電源として電気自動車に搭載される組電池であり、
前記無負荷状態検出手段は、電気自動車のメインキーがオフされている状態を無負荷状態とすることを特徴とする組電池の容量調整装置。 - 請求項１〜９のいずれかの項に記載の組電池の容量調整装置において、
前記組電池はリチウムイオン電池であり、放電深度の前記所定値を略３０％とすることを特徴とする組電池の容量調整装置。 - 複数のセルを並列に接続した並列ブロックを複数組直列に接続した組電池に対して、並列ブロック単位で充電容量を調整する組電池の容量調整方法であって、
前記組電池の各並列ブロックのセル開放電圧を検出し、予め記憶したセル開放電圧に対する放電深度の特性データーから各並列ブロックのセル開放電圧に対応する放電深度を読み出し、放電深度が所定値以下の並列ブロックがある場合には、前記組電池の並列ブロック単位での容量調整を禁止することを特徴とする組電池の容量調整方法。 - 請求項１１に記載の組電池の容量調整方法において、
前記組電池の無負荷状態を検出してその継続時間を計時し、放電深度が所定値以下の並列ブロックがない場合でも、前記組電池の並列ブロック単位での容量調整を開始する直前の無負荷状態の継続時間が所定時間以上でない場合には、前記組電池の並列ブロック単位での容量調整を禁止することを特徴とする組電池の容量調整方法。 - 請求項１１に記載の組電池の容量調整方法において、
セル開放電圧に対する容量自己調整基準時間のマップデータを予め記憶しておくとともに、前記組電池の無負荷状態を検出してその継続時間を計時し、検出したセル開放電圧に対応する容量自己調整基準時間を前記マップデータから読み出し、放電深度が所定値以下の並列ブロックがない場合でも、前記組電池の並列ブロック単位での容量調整を開始する直前の前記組電池の無負荷状態の継続時間が前記容量自己調整基準時間以上でない場合には、前記組電池の並列ブロック単位での容量調整を禁止することを特徴とする組電池の容量調整方法。 - 複数のセルを並列に接続した並列ブロックを複数組直列に接続した組電池に対して、並列ブロック単位で充電容量を調整する組電池の容量調整方法であって、
前記組電池の各並列ブロックのセル開放電圧を検出し、予め記憶したセル開放電圧に対する放電深度の特性データから各並列ブロックのセル開放電圧に対応する放電深度を読み出し、放電深度が所定値より大きい並列ブロックが２組以上ある場合には、それらの放電深度が所定値より大きい並列ブロックのみに対して並列ブロック単位で容量調整を行うことを特徴とする組電池の容量調整装置。 - 請求項１４に記載の組電池の容量調整方法において、
放電深度が所定値より大きい並列ブロックが２組以上ない場合には、前記組電池の並列ブロック単位での容量調整を禁止することを特徴とする組電池の容量調整方法。 - 請求項１４に記載の組電池の容量調整方法において、
前記組電池の無負荷状態を検出してその継続時間を計時し、放電深度が所定値より大きい並列ブロックが２組以上ある場合でも、前記組電池の並列ブロック単位での容量調整を開始する直前の前記組電池の無負荷時間の継続時間が所定時間以上でない場合には、前記組電池の並列ブロック単位での容量調整を禁止することを特徴とする組電池の容量調整方法。 - 請求項１４に記載の組電池の容量調整方法において、
セル開放電圧に対する容量自己調整基準時間のマップデータを予め記憶しておくとともに、前記組電池の無負荷状態を検出してその継続時間を計時し、検出したセル開放電圧に対応する容量自己調整基準時間を前記マップデータから読み出し、放電深度が所定値より大きい並列ブロックが２組以上ある場合でも、前記組電池の並列ブロック単位での容量調整を開始する直前の前記組電池の無負荷状態の継続時間が前記容量自己調整基準時間以上でない場合には、前記組電池の並列ブロック単位での容量調整を禁止することを特徴とする組電池の容量調整方法。
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| JP2002182919A JP2004031013A (ja) | 2002-06-24 | 2002-06-24 | 組電池の容量調整装置および方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007012584A (ja) * | 2005-06-01 | 2007-01-18 | Nissan Motor Co Ltd | 組電池およびこれを搭載した車両 |
| US7516726B2 (en) | 2005-04-15 | 2009-04-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Battery device, internal combustion engine system including battery device, and motor vehicle equipped with internal combustion engine system |
| US7839116B2 (en) | 2005-04-15 | 2010-11-23 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Power supply device, control method of power supply device, and motor vehicle equipped with power supply device |
| CN102035226A (zh) * | 2009-09-28 | 2011-04-27 | 三洋电机株式会社 | 车辆用电源装置及具备该装置的车辆、车辆用电源装置的容量均匀化方法 |
| CN104242382A (zh) * | 2014-08-20 | 2014-12-24 | 湖南南车时代电动汽车股份有限公司 | 车用复合电池系统及电能管理方法 |
-
2002
- 2002-06-24 JP JP2002182919A patent/JP2004031013A/ja active Pending
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