JP2004349186A

JP2004349186A - 電池パック

Info

Publication number: JP2004349186A
Application number: JP2003147078A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Nagase; 和久永瀬
Original assignee: NEC Tokin Tochigi Ltd; NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2003-05-26
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2023-05-26
Also published as: JP4079428B2

Abstract

【課題】抵抗の発熱等も抑え、セル電圧を効率良く調整できるようにする。
【解決手段】複数直列のセル組１にて構成される電池パックにおいて、各セルに並列に接続されるセル電圧調整スイッチ２と抵抗からなるセル電圧調整回路と、セル組１と出力端子との間に接続される電池オン／オフ制御スイッチ３と、電池オン／オフ制御スイッチ３に並列に接続されるプリチャージスイッチと抵抗からなるプリチャージ回路４と、セル組の電圧差を検出して各スイッチのオン／オフを制御する制御回路５とを備える。制御回路５は、充電中に電圧が最も低いセル以外のセルに対応するセル電圧調整スイッチ２をオンにし、また、セル電圧調整スイッチ２をオンにして充電を行う場合には、電池オン／オフ制御スイッチ３をオフにしプリチャージ回路４のプリチャージスイッチをオンにする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数直列のセル組にて構成される電池パックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数直列接続されたセル組により構成される電池パックにおいて、セル組を実施する時に微小なセル電圧崩れがあると、充放電を繰り返すことにより、セル電圧崩れが大きくなる場合がある。直列数が増えれば、セル電圧崩れの発生する可能性も大きくなる。
【０００３】
各セルの電圧が崩れた場合、満充電時には、セルの電圧が最も高い（充電量が多い）セルにより充電が停止され、放電終止は、セルの電圧が最も低い（充電量が少ない）セルによって判断されるため、セル電圧崩れが大きくなると、セル組全体の容量は、各セルが本来持っている容量よりも小さくなってしまう。
【０００４】
そこで、本来の容量に戻すために、トリクル充電してそれぞれの電圧を検出し、所定のバランス電圧より高いセルをバランス放電させることにより、各セル電圧を揃えるようにする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１０６２２０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来提案されている方法において、セル電圧が崩れたのを検知するのは放電末期電圧よりセル電圧が下がった場合のみで、容量の領域の中央付近にて充放電サイクルを繰り返している場合には、ほとんど動作することがない。したがって、実使用ではあまり動作しないことになり、動作した場合には、電圧差が大きくなってからとなる。そのため、セル電圧の調整に時間がかかり、充電時間が非常に長くなるという不具合が生じる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するものであって、抵抗の発熱等も抑え、セル電圧を効率良く調整できるようにするものである。
【０００８】
そのために本発明は、複数直列のセル組にて構成される電池パックにおいて、各セルに並列に接続されるセル電圧調整スイッチと抵抗からなるセル電圧調整回路と、前記セル組と出力端子との間に接続される電池オン／オフ制御スイッチと、前記電池オン／オフ制御スイッチに並列に接続されるプリチャージスイッチと抵抗からなるプリチャージ回路と、前記セル組の電圧差を検出して前記各スイッチのオン／オフを制御する制御回路とを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
さらに、前記制御回路は、充電中に電圧が最も低いセル以外のセルに対応する前記セル電圧調整スイッチをオンにすることを特徴とし、セル電圧調整スイッチをオンにして充電を行う場合には、前記電池オン／オフ制御スイッチをオフにし前記プリチャージスイッチをオンにすることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る電池パックの実施の形態を示す図であり、１はセル組、２はセル電圧調整スイッチ、３は電池Ｏｎ／Ｏｆｆ制御スイッチ、４はプリチャージ回路、５は制御回路を示す。
【００１１】
図１において、セル組１は、複数のセルを直列に接続した複数直列のセル組であり、各セルには、それぞれ並列にセル電圧調整スイッチ２と抵抗とからなるセル電圧調整回路が接続され、セル電圧調整スイッチ２のオンによりそのセルと並列に抵抗が接続される。そのセルと並列に接続された抵抗が充電電流をバイパスすることによりセル電圧の調整が行われる。
【００１２】
セル組１と出力（＋）との間には、電池Ｏｎ／Ｏｆｆ制御スイッチ３が接続され、さらにその電池Ｏｎ／Ｏｆｆ制御スイッチ３に並列にプリチャージスイッチと抵抗からなるプリチャージ回路４が接続される。電池Ｏｎ／Ｏｆｆ制御スイッチ３は、本充放電のオン／オフを行うものであり、プリチャージ回路４では、セルの電圧が低くなりすぎた場合や充電開始時に、微小な電流で充電を行う場合にプリチャージスイッチがオンされ、抵抗を通したプリチャージが実行される。
【００１３】
制御回路５は、充電、放電、放置（充電も放電もしていない状態）、電圧、電流、各セル間のバラツキなどを検知し、セル電圧調整スイッチ２、電池Ｏｎ／Ｏｆｆ制御スイッチ３、プリチャージ回路４のプリチャージスイッチのオン／オフにより各種制御を行うものである。例えば過大な電流が流れた場合には、電池Ｏｎ／Ｏｆｆ制御スイッチ３をオフに制御して電流を遮断し、また、セルの電圧が低くなりすぎた場合や充電開始時に、微小な電流で充電を行えるように、プリチャージ回路４のプリチャージスイッチと電池Ｏｎ／Ｏｆｆ制御スイッチ３のオン／オフを制御してプリチャージを行う。さらに、充放電の回数が増え、各セルの電圧がバラツキ始め、最大と最小の電圧差がある一定の範囲を超えた場合には、セル電圧調整スイッチ２のオン／オフを制御する。
【００１４】
上記のように本実施形態では、出力（＋）−（−）より本電池パックの充放電が行われ、電池パックの制御回路５により電池パックが危険な状態になる前に、充放電が停止される。また、セルの電圧が低くなりすぎた場合や充電開始時に、微小な電流で充電を行うためのプリチャージ回路４が内蔵される。さらに各直列毎のセルにセルの電圧崩れが発生したときに、電圧を調整できるよう、セルをショートする形で抵抗が挿入され、それを制御するためのセル電圧調整スイッチ２が挿入される。なお、図示していないが、各セルの電圧を測定する回路、充放電電流を測定する回路も本電池パックに内蔵される。
【００１５】
そして、直列接続の各セルの電圧が崩れた場合、充電中に電圧が最も低いセル以外のセルに流れる電流を、各セルに並列に接続したセル電圧調整スイッチ２をオンにすることにより抵抗にバイパスさせ、電圧が最も低いセルのみ充電を実施する。他方、このときプリチャージ機能を用い、電池Ｏｎ／Ｏｆｆ制御スイッチ３をオフにしてプリチャージ回路４のプリチャージスイッチをオンにすることにより充電電流を少なく制限する。このことにより、充電電流を少なく制限して、バイパスする電流も小さくするので、セルに並列に接続されるセル電圧調整回路の抵抗値を大きくすることができ、抵抗の発熱等も抑え、セル電圧を効率良く調整することができる。
【００１６】
因みに定格充電の大部分の電流をバイパスさせるには、セルに並列に接続する抵抗を小さくする必要があり、例えばセルの電圧３．６Ｖ、充電電流２Ａとし、全ての電流を抵抗に流すとすると、抵抗は１．８Ω、電力量は７．２Ｗ、実際には１０Ｗ程度の定格の抵抗を使うことになり、安全性（発熱等）の確保も難しく現実的なものにはならない。セル電圧崩れの修正効果は少なくなるが、安全性と比較的安価な部品ということで選定を行うと抵抗値は大きくなる。プリチャージ機能を用いると、充電電流を小さく制限し、充電時間の延長によるセル電圧崩れの修正時間も長くなるが、バイパス電流が小さくてもセル電圧崩れの修正の効果も上がる。
【００１７】
図２は制御回路による制御フローを説明するための図であり、まず、各セル電圧の測定を実施し（ステップＳ１）、セルの最小電圧と最大電圧の差が、例えば３０ｍＶ以上あるか否かを判定する（ステップＳ２）。
【００１８】
ＹＥＳの場合（セルの最小電圧と最大電圧の差が３０ｍＶ以上ある場合）には、プリチャージ回路４のプリチャージスイッチをオン、電池Ｏｎ／Ｏｆｆ制御スイッチ３をオフにして、充電電流を制限しバランス回路動作準備を行う。同時に、最小電圧のセル以外のセル電圧調整スイッチ２をオンにして、最小電圧のセル以外のセルに流れる充電電流をバイパスし、最小電圧のセルとそれ以外のセルの充電電流に差をつけ、電圧差を小さくする方向に充電を行う（ステップＳ３）。
【００１９】
ステップＳ３の制御状態を保持したまま一定時間ウエイトした後（ステップＳ４）、全セルのセル電圧調整スイッチ２をオフにしてバイパスしていた最小電圧のセル以外のセルの電流を通常に戻すことにより、通常状態に復帰させ（ステップＳ５）、ステップＳ１に戻り同様の制御を繰り返し実行する。
【００２０】
他方、ステップＳ２の判定処理がＮＯの場合（セルの最小電圧と最大電圧の差が３０ｍＶ以上ない場合）には、プリチャージ回路４のプリチャージスイッチをオフ、電池Ｏｎ／Ｏｆｆ制御スイッチ３をオンにし、全セルのセル電圧調整スイッチ２をオフにする（ステップＳ６）。つまり、電圧差がないので、プリチャージ回路４のプリチャージスイッチ、セル電圧調整スイッチ２を共にオフにして通常状態とし、ステップＳ１に戻り同様の制御を繰り返し実行する。
【００２１】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、セル電圧調整スイッチ２をオンにして充電中に電圧が最も低いセル以外に流れる電流を抵抗にバイパスさせて電圧が最も低いセルのみ充電を実施したが、充電開始に先立って電圧が最も高いセルのみセル電圧調整スイッチ２を一定時間オンにした後、充電を実行するように制御してもよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、直列接続の各セルの電圧が崩れた場合、充電中に電圧が最も低いセル以外に流れる電流を各セルに並列に接続した抵抗にバイパスさせて、電圧が最も低いセルのみ充電を実施することで、セル電圧崩れを修正することができ、本来の容量を取り戻すことができる。
【００２３】
その際、定格充電の大部分の電流をバイパスさせるには、セルに並列に接続される抵抗を小さくすることが必要になり、現実的なものにならないが、プリチャージ機能を用いて充電電流を小さく制限することにより、セルに並列に接続されるセル電圧調整回路の抵抗値を大きくすることができ、抵抗の発熱等も抑え、セル電圧を効率良く調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電池パックの実施の形態を示す図である。
【図２】制御回路による制御フローを説明するための図である。
【符号の説明】
１…セル組、２…セル電圧調整スイッチ、３…電池Ｏｎ／Ｏｆｆ制御スイッチ、４…プリチャージ回路、５…制御回路

Claims

複数直列のセル組にて構成される電池パックにおいて、各セルに並列に接続されるセル電圧調整スイッチと抵抗からなるセル電圧調整回路と、前記セル組と出力端子との間に接続される電池オン／オフ制御スイッチと、前記電池オン／オフ制御スイッチに並列に接続されるプリチャージスイッチと抵抗からなるプリチャージ回路と、前記セル組の電圧差を検出して前記各スイッチのオン／オフを制御する制御回路とを備えたことを特徴とする電池パック。
前記制御回路は、充電中に電圧が最も低いセル以外のセルに対応する前記セル電圧調整スイッチをオンにすることを特徴とする請求項１記載の電池パック。
前記制御回路は、セル電圧調整スイッチをオンにして充電を行う場合には、前記電池オン／オフ制御スイッチをオフにし前記プリチャージスイッチをオンにすることを特徴とする請求項２記載の電池パック。