JP2013146159A - 組電池の充電制御システムおよび充電制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の二次電池を組電池として使用する場合に、二次電池の放電量を抑制しつつ、より適正に充電する。
【解決手段】 各セル２の充電電圧を監視する電圧計４と、各セル２を個別に放電させる複数の放電用抵抗３１、３２を備えたバイパス回路３と、各セル２の充電電圧に基づいて各バイパス回路３を制御するコントローラ６と、を備える。放電用抵抗３１、３２は、それぞれの抵抗値に応じた放電電流でセル２を放電させ、コントローラ６は、セル２の充電電圧が第１の所定電圧よりも高い場合に、第１の放電用抵抗３１によってこのセル２を放電させるとともに、各セル２の充電電圧が所定状態の場合には、第２の放電用抵抗３２によって、もしくは第１の放電用抵抗３１と第２の放電用抵抗３２とによって所定のセル２を放電させる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、二次電池を複数直列に接続した組電池の充電を制御する、組電池の充電制御システムおよび充電制御方法に関する。

例えば、リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高い、自己放電量が少ない、などという利点を有し、これまで、携帯電話やラップトップパソコン等の小型電子機器用の電源として使用されてきた。さらに、近年では、電気自動車用電池として有力視されており、産業用のバックアップ電池としての用途も広がりつつある。使用に当たっては、使用目的に応じた電圧や容量を得るために、単電池であるリチウムイオンセルを複数直列接続して組電池を構成したり、さらに、それらの組電池を並列に接続して使用する場合がある。このような組電池を使用する場合、組電池電圧が充電完了電圧に到達し、各リチウムイオンセルの充電が完了した状態において、各リチウムイオンセルの充電状態、すなわち、各リチウムイオンセルの端子電圧にバラツキが生じる場合がある。すなわち、一部のリチウムイオンセルの充電電圧が高く過充電状態となり、他の一部のリチウムイオンセルでは充電電圧が低い充電不足状態（満充電に至らない状態）となる場合がある。

このため、リチウムイオン二次電池を組電池として使用する場合には、バラツキをなくして各リチウムイオンセルの端子電圧を極力等しい状態として適正に充電するため、バイパス回路（抵抗）を設けた技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この技術では、複数のリチウムイオンセルが直列に接続され、各リチウムイオンセルにバイパス回路が設けられている。そして、充電時に、あるリチウムイオンセルの電圧が適正な充電電圧範囲（許容充電電圧範囲）の上限を超えた場合に、このセルに対応するバイパス回路によってこのリチウムイオンセルを放電（バイパス放電）させて、リチウムイオンセルの端子電圧を下げ、電圧が低いリチウムイオンセルの充電を促進する、というものである。

特開２００２−０６４９４７号公報

ところで、上記のようなバイパス回路に使用される抵抗としては、通常、一定値に揃ったものが使用される。この結果、バイパス回路をＯＮさせた時、各リチウムイオンセルからのバイパス放電電流値も一定となっている。しかしながら、一定の放電電流値でバイパス放電を継続しても、各リチウムイオンセルの充電状態や内部状態（充電受入特性等）などによっては、電圧が低いリチウムイオンセルの充電が促進されない場合が生じ得る。一方、放電電流を一律に大きくすると、バイパス放電対象のリチウムイオンセルが過放電状態（低電圧状態）となったり、異常昇温を生じたりするおそれがあり、また、無駄なバイパス放電量が大きくなり経済的ではない。

そこでこの発明は、複数の二次電池を直列接続した組電池として使用する場合に、各二次電池の放電量を抑制しつつ、より適正に充電することを可能にする組電池の充電制御システムおよび充電制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、二次電池が複数直列に接続された組電池の充電を制御する、組電池の充電制御システムであって、前記各二次電池の充電電圧を監視する監視手段と、前記各二次電池に設けられ、複数の負荷を備えて前記二次電池を個別に放電させる個別放電手段と、前記各二次電池の充電電圧に基づいて前記各個別放電手段を制御する制御手段と、を備え、前記複数の負荷は、それぞれが前記二次電池を放電させ、前記制御手段は、前記二次電池の充電電圧が第１の所定電圧よりも高い場合に、該二次電池の個別放電手段の第１の負荷によって該二次電池を第１の放電電流で放電させるとともに、前記各二次電池の充電電圧が所定状態の場合には、前記第１の負荷とは異なる負荷を利用して前記第１の放電電流と異なる放電電流で所定の二次電池を放電させる、
ことを特徴とする。

この発明によれば、監視手段によって各二次電池の充電電圧が監視され、ある二次電池の充電電圧が第１の所定電圧よりも高い場合には、第１の負荷によってこの二次電池が第１の放電電流で放電され、これにより、他の二次電池の充電が促進される。また、各二次電池の充電電圧が所定状態の場合には、第１の放電電流と異なる放電電流で、所定の二次電池が放電される。ここで、「前記第１の負荷とは異なる負荷を利用して」には、異なる負荷のみを作用させる場合と、異なる負荷と第１の負荷とをともに作用させる場合とを含む。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の充電制御システムにおいて、前記制御手段は、所定数の二次電池の充電電圧が第２の所定電圧以下の状態が所定時間継続した場合、所定数の二次電池の充電電圧が第３の所定電圧以上の状態が所定時間継続した場合、各二次電池間の充電電圧の差が所定差以上の場合、および、いずれかの二次電池の充電電圧が第４の所定電圧以上に達した場合、の少なくともひとつの場合に、前記第１の放電電流よりも放電電流が大きくなるような負荷によって所定の二次電池を放電させる、ことを特徴とする。

この発明によれば、
（１）所定数の二次電池の充電電圧が第２の所定電圧以下の状態が所定時間継続した場合、
（２）所定数の二次電池の充電電圧が第３の所定電圧以上の状態が所定時間継続した場合、
（３）各二次電池間の充電電圧の差が所定差以上の場合、
（４）いずれかの二次電池の充電電圧が第４の所定電圧以上に達した場合、
の少なくともひとつの場合に、第１の放電電流よりも放電電流が大きくなるような負荷によって所定の二次電池が放電される。この結果、所定の二次電池が大きく放電し、他の二次電池の充電がより促進等される。

請求項３に記載の発明は、二次電池が複数直列に接続された組電池の充電を制御する、組電池の充電制御方法であって、前記各二次電池に、該二次電池を放電させる複数の負荷を配設し、前記各二次電池の充電電圧を監視し、前記二次電池の充電電圧が第１の所定電圧よりも高い場合に、該二次電池を第１の負荷によって第１の放電電流で放電させるとともに、前記各二次電池の充電電圧が所定状態の場合には、前記第１の負荷とは異なる負荷を利用して前記第１の放電電流と異なる放電電流で所定の二次電池を放電させる、ことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の充電制御方法において、所定数の二次電池の充電電圧が第２の所定電圧以下の状態が所定時間継続した場合、所定数の二次電池の充電電圧が第３の所定電圧以上の状態が所定時間継続した場合、各二次電池間の充電電圧の差が所定差以上の場合、および、いずれかの二次電池の充電電圧が第４の所定電圧以上に達した場合、の少なくともひとつの場合に、前記第１の放電電流よりも放電電流が大きくなるような負荷によって所定の二次電池を放電させる、ことを特徴とする。

請求項１、３に記載の発明によれば、各二次電池の充電電圧が所定状態の場合には、第１の負荷の放電電流（第１の放電電流）とは異なる放電電流で、所定の二次電池が放電されるため、この放電電流を充電電圧に応じた適正値に設定することで、各二次電池をより適正に充電することが可能となる。また、複数の異なる放電電流で二次電池を放電可能なため、充電電圧（目的）に応じた放電電流で二次電池を放電させることで、二次電池の放電量を抑制することが可能となる。この結果、二次電池の過放電状態（低電圧状態）や異常昇温などを防止することができ、また、無駄な放電量が削減されて経済的となる。

請求項２、４に記載の発明によれば、第２の所定電圧や第３の所定電圧、第４の所定電圧および所定差を適正な値に設定することで、各二次電池の充電電圧が異常な場合や、各二次電池の充電電圧のバラツキが大きい場合、あるいは第１の負荷による放電では各二次電池の充電電圧が適正値にならない場合などに、第１の放電電流よりも大きい放電電流で所定の二次電池が放電される。このため、充電電圧が低い二次電池の充電がより促進されたり、充電電圧が高い二次電池の電圧が適正値まで降下したり、各二次電池の充電電圧のバラツキが収束したりして、各二次電池をより適正に充電することが可能となる。

この発明の実施の形態に係るリチウムイオン組電池の充電制御システムを、直流電源システムに適用した状態を示す概略構成図の一例である。 図１のシステムのバイパス回路を示す構成図である。 図１のシステムにおいて増加バイパス放電を行う第１のケースを示す図である。 図１のシステムにおいて増加バイパス放電を行う第２のケースを示す図である。 図１のシステムにおいて増加バイパス放電を行う第３のケースを示す第１例図である。 図１のシステムにおいて増加バイパス放電を行う第３のケースを示す第２例図である。 図１のシステムにおいて増加バイパス放電を行う第３のケースを示す第３例図である。 リチウムイオン二次電池を定電流で充電した際の特性を示す図である。 異常なリチウムイオン二次電池を含む電池系における、従来技術による放電後の回復充電挙動を示す図である。 図１のシステムによる、この発明のリチウムイオン二次電池における放電後の回復充電挙動を示す図である。

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

図１は、この発明の実施の形態に係るリチウムイオン組電池の充電制御システム（以下、単に「充電制御システム」という）１を直流電源システムに適用した状態を示す概略構成図の一例である。この充電制御システム１は、単電池であるリチウムイオンセル（リチウムイオン二次電池）２が複数（例えば１２セル）直列に接続されたリチウムイオン組電池２０の充電を制御するシステムである。

この充電制御システム１は、主として、各リチウムイオンセル２に設けられたバイパス回路（個別放電手段）３および電圧計（監視手段）４と、単一の主スイッチ５、コントローラ（制御手段）６とを備えている。また、各バイパス回路３と各電圧計４は、それぞれコントローラ６と通信（データ伝送）可能に接続されている。

バイパス回路３は、対応するリチウムイオンセル２への充電電流をバイパスするとともに、このリチウムイオンセル２を個別に放電させて電圧を下げる回路であり、この実施の形態では、図２に示すように、２つ放電用抵抗（負荷）３１、３２を備えている。具体的には、２つ放電用抵抗３１、３２がリチウムイオンセル２に対してそれぞれ並列に接続され、第１の放電用抵抗３１に第１の放電スイッチ３３が直列に接続され、第２の放電用抵抗３２に第２の放電スイッチ３４が直列に接続された回路になっている。

そして、後述するように、通常の充電時においては、放電スイッチ３３、３４がオフ（開）状態で、コントローラ６からの閉指令を受けて第１の放電スイッチ３３または第２の放電スイッチ３４をオンする（閉じる）。これにより、充電電流が放電用抵抗３１または３２側にバイパスされるとともに、負荷としての放電用抵抗３１または３２によってリチウムイオンセル２が放電し、電圧が下がるものである。ここで、第２の放電用抵抗３２は、第１の放電用抵抗３１よりも抵抗値が小さく、第１の放電用抵抗３１が作用した際の放電電流値（通常バイパス電流値、第１の放電電流）よりも、第２の放電用抵抗３２が作用した際の放電電流値（増加バイパス電流値）の方が、大きな電流値となるように設定されている。また、それぞれの抵抗値・電流値は、後述する通常バイパス放電制御や増加バイパス放電制御の目的を達成できるように設定されている。

電圧計４は、対応するリチウムイオンセル２に並列に接続され、充電中や放電中に限らず常時、リチウムイオンセル２の電圧を計測、監視し、計測結果をリアルタイムにコントローラ６に送信するものである。また、図示していないが、リチウムイオン組電池２０の総電圧や充電電流、放電電流、および各リチウムイオンセル２の温度を測定する測定器をそれぞれ備え、これらの測定器からの測定結果が、リアルタイムにコントローラ６に送信されるようになっている。

主スイッチ５は、リチウムイオン組電池２０への充電電流を制御するスイッチであり、リチウムイオン組電池２０に電力を供給する充電回路に設けられている。すなわち、交流直流変換器１０１とリチウムイオン組電池２０との間（充電回路）に接続され、商用電源１００からの電力が交流直流変換器１０１で直流に変換され、主スイッチ５を介してリチウムイオン組電池２０に供給されるようになっている。この主スイッチ５は、通常時においてはオン（閉）状態となっている。

また、主スイッチ５と並列にバイパスダイオード７が接続されている。このバイパスダイオード７は、リチウムイオン組電池２０からの電流の流れのみを許容する機能を有し、リチウムイオン組電池２０へは電流が流れないようになっている。これにより、リチウムイオン組電池２０からの放電が常時可能で、バイパスダイオード７を介してリチウムイオン組電池２０から負荷設備１０２に電力が供給されるようになっている。ここで、交流直流変換器１０１と負荷設備１０２とは接続され、通常時においては、商用電源１００からの電力が、交流直流変換器１０１で直流に変換されて、負荷設備１０２に供給されるようになっている。

コントローラ６は、各電圧計４からの計測結果に基づいて、各バイパス回路３を制御する装置であり、その主な制御として、通常バイパス放電制御と増加バイパス放電制御とを備えている。通常バイパス放電制御では、充電状態において、リチウムイオンセル２の充電電圧が平均充電電圧Ｖ_Ａ（第１の所定電圧）よりも高い場合に、このセル２のバイパス回路３の第１の放電スイッチ３３をオンする。これにより、第１の放電用抵抗３１が作用し、通常バイパス電流値でこのセル２を放電（通常バイパス放電）させるものである。ここで、平均充電電圧Ｖ_Ａは、総充電電圧をセル２の数で除算した値であり、この実施の形態では、平均充電電圧Ｖ_Ａの±許容誤差電圧（例えば、±２０ｍＶ）を、適正な充電電圧範囲とし、この許容電圧範囲に各セル２の充電電圧を収めるようにする。また、許容電圧範囲の上限を上限許容電圧Ｖ_ＭＡＸとし、許容電圧範囲の下限を下限許容電圧Ｖ_ＭＩＮとする。

また、増加バイパス放電制御では、各リチウムイオンセル２の充電電圧が所定状態の場合に、所定のセル２のバイパス回路３の第２の放電スイッチ３４をオンする。これにより、第２の放電用抵抗３２が作用し、増加バイパス電流値で所定のセル２を放電（増加バイパス放電）させるものである。この際、第１の放電スイッチ３３がオンされている場合には、第１の放電スイッチ３３をオフして第２の放電スイッチ３４のみをオン状態とする。

具体的には、次の４つの条件のうち、いずれかの条件を満たす場合に、所定のセル２を増加バイパス放電させる。第１のケースとして、所定数のセル２の充電電圧が、第２の所定電圧（Ｖ_Ａ−β）以下の状態が所定時間継続した場合である。すなわち、図３に示すように、平均充電電圧Ｖ_Ａよりもβ電圧以上低いセル２（図中第８セル２_８）が、１セルでも所定時間継続して存在する場合である。ここで、β電圧および所定時間は、このような状態では、通常バイパス放電制御（通常バイパス電流値）のみでは低電圧のセル２（図中第８セル２_８）の電圧が上昇しないと判断される電圧、時間、あるいは増加バイパス放電による効果が得られる電圧、時間であり、セル２の特性、容量などによって設定される。

この場合、この実施の形態では、次のようなセル２を増加バイパス放電させる。すなわち、充電電圧が高い上位複数のセル２を対象とする。例えば、図３中、充電電圧が上限許容電圧Ｖ_ＭＡＸよりも高い第４セル２_４と第９セル２_９とに対して、バイパス回路３の第２の放電スイッチ３４をオンする。このとき、その他のセル２に対しては、上記の通常バイパス放電制御が行われる。これに対して、充電電圧が平均充電電圧Ｖ_Ａ以上のすべてのセル２を対象とし、増加バイパス放電させてもよい。

第２のケースとして、所定数のセル２の充電電圧が、第３の所定電圧（Ｖ_Ａ＋α）以上の状態が所定時間継続した場合である。すなわち、図４に示すように、平均充電電圧Ｖ_Ａよりもα電圧以上高いセル２（図中第９セル２_９）が、１セルでも所定時間継続して存在する場合である。ここで、α電圧および所定時間は、このような状態では、通常バイパス放電制御（通常バイパス電流値）のみでは高電圧のセル２（図中第９セル２_９）の電圧が降下しないと判断される電圧、時間、あるいは増加バイパス放電による効果が得られる電圧、時間であり、セル２の特性、容量などによって設定される。

この場合、第１のケースと同様なセル２を増加バイパス放電させる。例えば、図４中、充電電圧が上限許容電圧Ｖ_ＭＡＸよりも高い第４セル２_４と第９セル２_９とに対して、バイパス回路３の第２の放電スイッチ３４をオンする。

第３のケースとして、各セル２間の充電電圧の差が所定差以上の場合である。すなわち、図５〜７に示すように、充電電圧が最も低いセル２（図中第１０セル２_１０）と他のセル２との電圧差が所定差Ｘ以上の場合である。ここで、図５に示すように、最低電圧のセル２_１０の充電電圧が下限許容電圧Ｖ_ＭＩＮよりも低く、所定差Ｘ以上のセル２_９の充電電圧が上限許容電圧Ｖ_ＭＡＸよりも高い場合や、図６に示すように、最低電圧のセル２_１０の充電電圧が下限許容電圧Ｖ_ＭＩＮよりも低く、所定差Ｘ以上のセル２_９の充電電圧が許容電圧範囲内である場合、図７に示すように、最低電圧のセル２_１０の充電電圧が許容電圧範囲内で、所定差Ｘ以上のセル２_９の充電電圧が上限許容電圧Ｖ_ＭＡＸよりも高い場合などを含む。また、所定差Ｘは、このような電圧差があると、通常バイパス放電制御（通常バイパス電流値）のみでは電圧のバラツキが解消されないと判断される電圧、あるいは増加バイパス放電による効果が得られる電圧であり、セル２の特性、容量などによって設定される。

この場合も、第１、第２のケースと同様なセル２を増加バイパス放電させる。例えば、図５の場合には、充電電圧が上限許容電圧Ｖ_ＭＡＸよりも高い第４セル２_４と第９セル２_９とに対して、図６の場合には、充電電圧が上限許容電圧Ｖ_ＭＡＸよりも高い第４セル２_４に対して、同様に図７の場合にも、充電電圧が上限許容電圧Ｖ_ＭＡＸよりも高い第４セル２_４と第９セル２_９とに対して、バイパス回路３の第２の放電スイッチ３４をオンする。

第４のケースとして、いずれかのセル２の充電電圧がバイパス開始電圧（４の所定電圧）Ｖ_ＢＳ以上に達した場合である。すなわち、放電（停電）後の回復充電における定電流定電圧充電では、異常なリチウムイオンセル２は、図８に示すように、充電電圧が上昇し続け、危険電圧（上限電圧）Ｖ_ＵＬに達する場合がある。そして、この危険電圧Ｖ_ＵＬに達すると、セル２が損傷したり破損したりするおそれがあるため、図９に示すように、いずれかのセル２が危険電圧Ｖ_ＵＬよりも低い充電停止電圧Ｖ_Ｔに達した時点Ｐ１で、充電を停止する措置などが必要となっている。このような背景の下、第４のケースとして、いずれかのセル２の充電電圧が、充電停止電圧Ｖ_Ｔよりも低い所定のバイパス開始電圧Ｖ_ＢＳに達した時点Ｐ２で、このセル２を増加バイパス放電させる。

これにより、図１０に示すように、バイパス開始電圧Ｖ_ＢＳに達した異常なセル２の電圧が、下がるものである。ここで、図８〜１０において、符号Ｖ_ｇは、充電電圧の最適正値（目標値）を示し、例えば４．１Ｖであり、図９、１０における符号Ｌ_Ａは、電圧が平均的なセル２の充電電圧推移を示し、符号Ｌ_ＭＡＸは、電圧が最も高いセル２の充電電圧推移を示し、符号Ｌ_ＭＩＮは、電圧が最も低いセル２の充電電圧推移を示す。また、バイパス開始電圧Ｖ_ＢＳは、通常バイパス放電制御（通常バイパス電流値）のみを継続しても充電停止電圧Ｖ_Ｔに達すると判断される電圧、あるいは増加バイパス放電によって電圧を下げられると判断される電圧であり、セル２の特性、容量などによって設定される。

以上のような４つのケースで、所定のセル２を増加バイパス放電させて、所定時間内に該当ケースの条件を満たさなくなった場合、つまり、セル２の異常電圧や、各セル２間の充電電圧の異常なバラツキなどが解消された場合には、オン中の第２の放電スイッチ３４をオフして、増加バイパス放電を終了する。一方、増加バイパス放電を所定時間行っても、セル２の異常電圧や、各セル２間の充電電圧の異常なバラツキなどが解消されない場合には、警報を出力するとともに充電を停止する。ここで、警報の出力は、コントローラ６の警報ランプを点灯させたり、管理センタのコンピュータに通報したりすることで行う。また、所定時間は、セル２の内部異常やセル２間の接続異常などのおそれがあると推定される時間、あるいは過剰なバイパス放電を回避できる時間であり、セル２の特性、容量などによって設定される。

次に、このような構成の充電制御システム１の作用や、この充電制御システム１による充電制御方法などについて説明する。

まず、商用電源１００からの電力がリチウムイオン組電池２０に供給され、電圧計４によって各リチウムイオンセル２の電圧が常時監視され、その計測結果がリアルタイムにコントローラ６に送信される。そして、各セル２の充電電圧に基づいて、上記のような通常バイパス放電制御や増加バイパス放電制御が行われる。

例えば、フロート充電状態において、セル２の充電電圧が平均充電電圧Ｖ_Ａよりも高くなると、このセル２のバイパス回路３の第１の放電スイッチ３３がオンされ、このセル２が通常バイパス電流値で放電（通常バイパス放電）される。これにより、このセル２の電圧が下がるとともに、他のセル２の充電が促進される。

また、フロート充電状態において、上記第１のケースのようにセル２の充電電圧が異常に低い状態と高い状態が所定時間継続した場合や、上記第２のケースのようにセル２の充電電圧が異常に高い状態が所定時間継続した場合、あるいは、上記第３のケースのように各セル２間の充電電圧の差が大きい場合には、上記のような所定のセル２のバイパス回路３の第２の放電スイッチ３４がオンされ、増加バイパス電流値で放電（増加バイパス放電）される。つまり、これらのセル２が大きく放電し、これらのセル２の電圧が大きく下がるとともに、他のセル２の充電がより促進される。

一方、例えば組電池２０が放電して回復充電が行われた際に、上記第４のケースのようにセル２の充電電圧が異常な電圧に達すると、このセル２が増加バイパス放電される。これにより、図１０に示すように、このセル２の電圧が大きく下がるとともに、他のセル２の充電がより促進されるものである。

以上のように、この充電制御システム１および充電制御方法によれば、セル２の充電電圧が異常な場合や、各セル２の充電電圧のバラツキが大きい場合、あるいは通常バイパス放電では各セル２の充電電圧が許容電圧範囲にならない場合などに、所定のセル２が増加バイパス放電される。このため、充電電圧が低いセル２の充電がより促進されたり、充電電圧が高いセル２の電圧が許容電圧範囲まで降下したり、各セル２間の充電電圧のバラツキが収束したりして、各セル２をより適正に充電することが可能となる。この結果、組電池２０全体をより適正に充電することが可能となり、組電池２０全体の放電容量が適正となって、設計通りの所定の放電時間を確保することができる。

また、セル２の充電状態が所定（異常）の場合にのみ、増加バイパス電流値で放電させ、通常時は通常バイパス電流値で放電させるため、つまり、常時増加バイパス電流値で放電させることがないため、セル２の放電量を抑制することが可能となる。この結果、セル２の過放電状態（低電圧状態）や異常昇温などを防止することができ、また、無駄な放電量が削減されて経済的となる。

また、上記第１、第２のケースでは、セル２の充電電圧が異常な状態が所定時間継続した場合に、増加バイパス放電が行われる。すなわち、充電電圧の異常が一時的に生じた場合には、増加バイパス放電が行われないため、不必要な増加バイパス放電を回避することが可能となる。一方、上記第３、第４のケースでは、所定の充電電圧に達した時点で増加バイパス放電が行われるため、早期に異常状態を解消して、組電池２０全体を適正かつ早期に充電することが可能となる。

さらに、増加バイパス放電を所定時間行っても、セル２の異常電圧や、各セル２間の充電電圧の異常なバラツキなどが解消されない場合には、警報が出力されて充電が停止されるため、迅速かつ適正な対応が可能となる。すなわち、このような場合には、セル２に内部短絡や接続不良などの異常が存在するおそれがあり、警報出力や充電停止が行われることで、迅速かつ適正な点検、セル交換などが可能となるとともに、セル２の損傷や異常昇温などを回避することが可能となる。一方、所定時間内にセル２の異常電圧や、各セル２間の充電電圧の異常なバラツキなどが解消された場合には、増加バイパス放電が終了されるため、セル２の無駄な放電を防止して、組電池２０全体の充電状態を適正に維持することが可能となる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、バイパス回路３に２つ放電用抵抗３１、３２を備えているが、３つ以上の放電用抵抗を備え、各セル２の充電電圧に応じてより多様に（細かく）バイパス電流値を変えるようにしてもよい。また、この実施の形態では、抵抗値の異なる２つ放電用抵抗３１、３２を備え、放電電流に応じて交互に利用する場合について説明したが、両者を同一に近い抵抗とし、放電スイッチ３３、３４を共にオンさせて並列接続状態とすることで、放電電流を増加させるようにしてもよい。さらに、上記の４つのケースに限らず、その他の充電電圧に応じてバイパス電流値を変えるようにしてもよい。

さらに、上記の実施の形態では、放電用抵抗３１、３２と放電スイッチ３３、３４とによりバイパス回路３が構成されているが、これに限らず、コントローラ６からの指令により所定の電流をバイパスできる回路であればよい。

一方、１組のリチウムイオン組電池２０を有する場合について説明したが、複数の組電池２０を並列接続した場合にも適用することができる。この場合、上記のような充電制御システム１を組電池２０ごとに配設する。また、リチウムイオンセル２に限らず、直列セル間の充電状態のバラツキを解消するために、広く二次電池一般に適用することができる。さらに、充電制御システム１を直流電源システムに適用した場合について説明したが、無停電電源装置（ＵＰＳ：Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ）や自動車用蓄電池などにも適用することができ、かつ、フロート充電以外にも適用することができる。

なお、図１において、本発明を適用した直流電源システムとして、ダイオード７とスイッチ５を備えた構成例を示したが、ダイオード７とスイッチ５を設置しないシステムにも有効である。

１ リチウムイオン組電池の充電制御システム
２ リチウムイオンセル（リチウムイオン二次電池）
２０ リチウムイオン組電池
３ バイパス回路（個別放電手段）
３１ 第１の放電用抵抗（負荷）
３２ 第２の放電用抵抗（負荷）
３３ 第１の放電スイッチ
３４ 第２の放電スイッチ
４ 電圧計（監視手段）
５ 主スイッチ
６ コントローラ（制御手段）
７ バイパスダイオード
Ｖ_Ａ 平均充電電圧（第１の所定電圧）
Ｖ_ＭＡＸ 上限許容電圧
Ｖ_ＭＩＮ 下限許容電圧
Ｖ_Ａ−β 第２の所定電圧
Ｖ_Ａ＋α 第３の所定電圧
Ｖ_ＵＬ 危険電圧
Ｖ_Ｔ 充電停止電圧
Ｖ_ＢＳ バイパス開始電圧（４の所定電圧）
Ｖ_ｇ 目標電圧
Ｘ 所定差

Claims (4)

1. 二次電池が複数直列に接続された組電池の充電を制御する、組電池の充電制御システムであって、
   前記各二次電池の充電電圧を監視する監視手段と、
   前記各二次電池に設けられ、複数の負荷を備えて前記二次電池を個別に放電させる個別放電手段と、
   前記各二次電池の充電電圧に基づいて前記各個別放電手段を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記複数の負荷は、それぞれが前記二次電池を放電させ、
   前記制御手段は、前記二次電池の充電電圧が第１の所定電圧よりも高い場合に、該二次電池の個別放電手段の第１の負荷によって該二次電池を第１の放電電流で放電させるとともに、前記各二次電池の充電電圧が所定状態の場合には、前記第１の負荷とは異なる負荷を利用して前記第１の放電電流と異なる放電電流で所定の二次電池を放電させる、
   ことを特徴とする組電池の充電制御システム。
2. 前記制御手段は、所定数の二次電池の充電電圧が第２の所定電圧以下の状態が所定時間継続した場合、所定数の二次電池の充電電圧が第３の所定電圧以上の状態が所定時間継続した場合、各二次電池間の充電電圧の差が所定差以上の場合、および、いずれかの二次電池の充電電圧が第４の所定電圧以上に達した場合、の少なくともひとつの場合に、前記第１の放電電流よりも放電電流が大きくなるような負荷によって所定の二次電池を放電させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の組電池の充電制御システム。
3. 二次電池が複数直列に接続された組電池の充電を制御する、組電池の充電制御方法であって、
   前記各二次電池に、該二次電池を放電させる複数の負荷を配設し、
   前記各二次電池の充電電圧を監視し、
   前記二次電池の充電電圧が第１の所定電圧よりも高い場合に、該二次電池を第１の負荷によって第１の放電電流で放電させるとともに、前記各二次電池の充電電圧が所定状態の場合には、前記第１の負荷とは異なる負荷を利用して前記第１の放電電流と異なる放電電流で所定の二次電池を放電させる、
   ことを特徴とする組電池の充電制御方法。
4. 所定数の二次電池の充電電圧が第２の所定電圧以下の状態が所定時間継続した場合、所定数の二次電池の充電電圧が第３の所定電圧以上の状態が所定時間継続した場合、各二次電池間の充電電圧の差が所定差以上の場合、および、いずれかの二次電池の充電電圧が第４の所定電圧以上に達した場合、の少なくともひとつの場合に、前記第１の放電電流よりも放電電流が大きくなるような負荷によって所定の二次電池を放電させる、
   ことを特徴とする請求項３に記載の組電池の充電制御方法。
   

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