JP2016119741A - 車両用のバッテリシステム - Google Patents

Abstract

【課題】電池セルを正常な状態に限って再充電し、電池セルの内部ショートなどの弊害を防止して安全性を向上する。【解決手段】バッテリーモジュール１の出力側に接続しているパワースイッチ３と、パワースイッチ３を介することなくバッテリーモジュール１に接続している充電制御回路４をコントロール回路５で制御し、コントロール回路５は、バッテリーモジュール１のセル電圧を検出して、パワースイッチ３を制御する第１の設定電圧と、第１の設定電圧よりも低い電圧であって、バッテリーモジュール１の再充電を制御する第２の設定電圧を記憶しており、セル電圧が第２の設定電圧よりも高い状態において充電制御回路４がバッテリーモジュール１を外部供給電力で充電し、セル電圧が第２の設定電圧よりも低い状態では、バッテリーモジュール１の充電を停止する。【選択図】図４

Description

本発明は、車両の走行モータに電力を供給して車両を走行し、また車両の回生制動で充電されるバッテリーモジュールを備える車両用のバッテリシステムに関し、とくに、バッテリーモジュールを外部から供給される電力で充電する車両用のバッテリシステムに関する。

車両用のバッテリシステムは、複数の電池セルを直列や並列に接続して充放電容量を大きくしているバッテリーモジュールを備える。バッテリーモジュールは、走行モータに電力を供給して放電され、また、車両側の発電機で充電される。さらに、プラグインハイブリッドカーに搭載されるバッテリシステムは、バッテリーモジュールの容量を大きくして、外部から供給される電力で充電できるようにコントロール回路を備えている。このバッテリシステムは、車両側の発電機とコントロール回路の両方で充電される。車両側の発電機は、バッテリーモジュールと発電機との間に接続しているＤＣ／ＡＣインバータを介してバッテリーモジュールを充電する。このＤＣ／ＡＣインバータは、発電機がバッテリーモジュールを充電する電力をコントロールしてバッテリーモジュールを充電する。さらに、ＤＣ／ＡＣインバータは走行モータにも接続されてバッテリーモジュールから走行モータに供給する電力もコントロールする。

さらに、車両用のバッテリシステムは、出力側にパワースイッチを接続して、このパワースイッチをオンオフに制御して、車両側と相互の電力供給をコントロールしている。パワースイッチは、バッテリーモジュールを充放電できる状態で、すなわちバッテリーモジュールの電圧が設定範囲にある状態でオン状態に保持される。パワースイッチのオン状態で、バッテリーモジュールは車両側に接続され、ＤＣ／ＡＣインバータを介して走行モータと発電機に接続される。

ところで、充放電容量の大きいバッテリシステムは、外部から供給される電力でバッテリーモジュールを充電して車両の燃費を削減できる。このバッテリシステムは、車両の発電機と外部から供給される電力の両方でバッテリーモジュールを充電する。このバッテリシステムは、商用電源を電源とする外部電源を車両に接続して、バッテリーモジュールを充電する。外部電源で充電されるバッテリシステムは、パワースイッチを介してバッテリーモジュールを外部電源に接続して充電できる。ただ、このバッテリシステムは、バッテリーモジュールの充電状態でパワースイッチをオン状態に保持するので、パワースイッチが電力を消費して、外部電源から供給される電力を効率よくバッテリーモジュールの充電に使用できない欠点がある。とくに、パワースイッチは大電流、高電圧をコントロールするので、オン状態にあっては電流容量の大きな接点を相当な圧力で接触させ、また、オフ状態では接点間隔を広くする必要があるので、大きな接点を大きなストロークで往復運動させる必要があり、接点を往復運動させるために界磁コイルの消費電力は相当に大きくなる。

以上の欠点は、パワースイッチとバッテリーモジュールとの間に外部電源から供給される電力を供給する回路構成、すなわちパワースイッチを介することなく外部電源でバッテリーモジュールを充電する回路構成として解消できる。（特許文献１及び２参照）

特開２０１４−８２８７５号公報 特開２０１１−２５０６６０号公報

パワースイッチを介することなく外部電源から供給される電力でバッテリーモジュールを充電するバッテリシステムは、パワースイッチをオフ状態に保持してバッテリーモジュールを充電できるので、バッテリーモジュールの充電状態で、パワースイッチが電力を消費しない。このため、パワースイッチが無駄な電力を消費することなく、バッテリーモジュールを効率よく充電できる。

しかしながら、このバッテリシステムは、バッテリーモジュールの電圧が低下して、パワースイッチをオフ状態に保持する状態においても、外部から供給される電力で充電される。すなわち、電池セルが過放電された状態においても、外部電源で充電されることがある。過放電された電池セルの充電は種々の弊害がある。たとえば、リチウムイオン二次電池の電池セルは、過放電されると電極表面の銅がイオンの状態で電解液に溶出する。この状態で充電すると溶出した銅イオンが銅となって電極に析出し、析出する銅が電極の機能を低下させる原因となる。また、析出する銅は、セパレータを破損して内部ショートの原因となる。リチウムイオン二次電池に限らず、過放電された電池セルの充電は種々の弊害が発生するので、電池セルが過放電された状態においても外部電源から供給される電力でバッテリーモジュールを充電するバッテリシステムは、充電によって内部ショートなどの種々の弊害が発生する。

本発明は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、電池セルを正常な状態に限って充電し、電池セルの内部ショートなどの弊害を防止して安全に使用できる車両用のバッテリシステムを提供することにある。

本発明の車両用のバッテリシステムは、複数の電池セル２を接続しているバッテリーモジュール１と、バッテリーモジュール１の出力側に接続しているパワースイッチ３と、バッテリーモジュール１にパワースイッチ３を介することなく接続されて、バッテリーモジュール１を外部から供給される電力で充電する充電制御回路４と、パワースイッチ３をオンオフに制御し、かつ充電制御回路４によるバッテリーモジュール１の充電状態を制御するコントロール回路５とを備える。コントロール回路５は、セル電圧を検出する電圧検出回路６を備えると共に、セル電圧を検出して、パワースイッチ３をオンオフに制御する第１の設定電圧と、第１の設定電圧よりも低い電圧であって、コントロール回路５がバッテリーモジュール１の充電状態を制御する第２の設定電圧を記憶している。さらに、コントロール回路５は、電圧検出回路６で検出する電池セル２の検出電圧が第２の設定電圧よりも高い状態においては、充電制御回路４を動作状態としてバッテリーモジュール１を外部供給電力で充電し、電池セル２の検出電圧が第２の設定電圧よりも低い状態においては、充電制御回路４を非動作状態としてバッテリーモジュール１の充電を停止する。

以上のバッテリシステムは、電池セルを正常に充電できる状態に限って充電して、電池セルの内部ショートなどの弊害を防止して安全に充放電できる特長がある。とくに、パワースイッチを介することなく外部から供給される電力でバッテリーモジュールを充電できるので、パワースイッチとして大電流を遮断する大型リレーを使用する回路構成においては、パワースイッチが消費する電力を皆無として、外部から供給される電力で効率よくバッテリーモジュールを充電できる特長がある。さらに、以上のバッテリシステムは、電池セルを安全な状態で充電できることから、バッテリーモジュールの電池セルをリチウムイオン二次電池などの高容量な非水系電解液二次電池としながら、高い安全性を実現できる特長がある。

さらに、以上のバッテリシステムは、コントロール回路の電圧検出回路でセル電圧を検出し、この検出電圧を、記憶している第１の設定電圧と第２の設定電圧に比較し、電池セルの検出電圧が第１の設定電圧よりも高い状態でパワースイッチを介してバッテリーモジュールを放電するので、バッテリーモジュールの過放電を防止して過放電による劣化を防止して寿命を長くし、さらに、検出電圧が第１の設定電圧よりも低くて第２の設定電圧よりも高い状態では、充電制御回路を動作状態としてバッテリーモジュールを外部供給電力で充電するので、セル電圧が低下する状態においても、外部から供給される電力ではバッテリーモジュールを効率よく状態でき、さらに、検出電圧が第２の設定電圧よりも低くなると、充電制御回路を非動作状態としてバッテリーモジュールの充電を停止するので、電池セルの過放電状態においては充電が停止されて、高い安全性を確保できる。

本発明の車両用のバッテリシステムは、コントロール回路５が、電池セル２の検出電圧が第１の設定電圧よりも低い状態ではパワースイッチ３をオフ状態に保持して、バッテリーモジュール１と車両側との接続を遮断することができる。

以上のバッテリシステムは、電池セルの検出電圧が第１の設定電圧よりも低い状態ではパワースイッチをオフ状態に切り換えるので、電池セルの残容量が設定容量よりも小さくなる状態では車両側の走行モータへの電力供給を停止し、また車両側の発電機による充電も停止して、バッテリーモジュールの残容量を設定範囲に保持して電気特性の低下や劣化を極めて少なくして、寿命を相当に長くできる。

本発明の車両用のバッテリシステムは、充電制御回路４の動作電力を、車両側の電装用バッテリ２５から供給することができる。

以上のバッテリシステムは、電装用バッテリから充電制御回路に動作電力を供給するので、たとえば車両を長期間使用しない状態に放置して、電装用バッテリの電圧が低下すると、充電制御回路が動作状態となってバッテリーモジュールを充電することがない。電装用バッテリは、車両のエンジンコントロールユニットなどに動作電力を供給しているので、電装用バッテリの電圧が低下する状態で車両は正常に走行できない。このように、以上のバッテリシステムは、車両が走行できない状態ではバッテリーモジュールの充電を停止するので、バッテリーモジュールを無駄に充電することがない。

本発明の車両用のバッテリシステムは、コントロール回路５の動作電力を、車両側の電装用バッテリ２５から供給することができる。

以上のバッテリシステムは、電装用バッテリからコントロール回路に動作電力を供給するので、たとえば車両を長期間使用しない状態に放置して、電装用バッテリの電圧が低下すると、コントロール回路が充電制御回路を動作状態に制御してバッテリーモジュールを充電することがない。電装用バッテリは、車両のエンジンコントロールユニットなどに動作電力を供給しているので、電装用バッテリの電圧が低下する状態で車両は正常に走行できない。このように、以上のバッテリシステムは、車両が走行できない状態ではバッテリーモジュールの充電を停止するので、バッテリーモジュールを無駄に充電することがない。

本発明の車両用のバッテリシステムは、パワースイッチを、界磁コイルの通電状態で接点をオン状態とするノーマルオフのリレーとすることができる。以上のバッテリシステムは、大電流を遮断するパワースイッチにリレーを使用するので、パワースイッチを安価にできると共に、確実に大電流を遮断できる特長がある。

本発明の車両用のバッテリシステムは、電池セル２をリチウムイオン二次電池とし、コントロール回路５に記憶する第１の設定電圧を２．５Ｖよりも低くて１．８Ｖよりも高い電圧とし、第２の設定電圧を０．３Ｖよりも高くて１Ｖよりも低い電圧に設定することができる。

以上のバッテリシステムは、バッテリーモジュールの充放電容量を大きくでき、しかも第１の設定電圧を２．５Ｖよりも低くて１．８Ｖよりも高い電圧とするので、電池セルのリチウムイオン二次電池を劣化の少ない電圧範囲で充放電して寿命を長くでき、また、第２の設定電圧を０．３Ｖよりも高くて１Ｖよりも低い電圧に設定するので、電池セルのリチウムイオン二次電池の安全性を確保しながら、外部から供給される電力で効率よく充電できる特長がある。

本発明の車両用のバッテリシステムは、充電制御回路４に、給電プラグ１５を脱着自在に連結して外部電力を供給するプラグインコネクタ８を接続し、このプラグインコネクタ８に、電池セル２の検出電圧が第２の設定電圧よりも低い状態で充電の禁止を表示する警告灯１６と、プラグインコネクタ８への給電プラグ１５の接続を禁止する挿入阻止機構１７のいずれか又は両方を設けることができる。

以上のバッテリシステムは、バッテリーモジュールの充電を禁止する状態を警告灯でユーザーに明確に知らせて安全性を確保し、あるいは給電プラグを接続できない構造としてバッテリーモジュールの充電を禁止して安全性を確保できる。

本発明の車両用のバッテリシステムは、コントロール回路５が、電池セル２の検出電圧が第２の設定電圧より低い状態を複数回検出して、充電制御回路４を制御することができる。

以上のバッテリシステムは、電池セルの検出電圧が複数回にわたって第２の設定電圧よりも低い状態で充電制御回路を制御するので、充電制御回路を理想的な状態で制御して電池セルを好ましい状態で充電できる特長がある。それは、電池セルの検出電圧が一時的に低下する状態では充電制御回路を制御せず、検出電圧が確実に第２の設定電圧よりも低くなる状態に限って充電制御回路をコントロールするからである。

本発明の車両用のバッテリシステムは、電圧検出回路６が、各々の電池セル２の検出電圧を検出することができる。

以上のバッテリシステムは、コントロール回路の電圧検出回路が、全ての電池セルの検出電圧を検出するので、何れかの電池セルの検出電圧が第１の設定電圧や第２の設定電圧よりも低くなると、パワースイッチや充電制御回路を制御してバッテリーモジュールの過放電や異常な低電圧時の充電を確実に停止して、より安全に充放電できる。

本発明の車両用のバッテリシステムは、充電制御回路４が、電圧検出回路６で検出される電池セル２の検出電圧に応じてバッテリーモジュール１の充電電流を調整することができる。

以上のバッテリシステムは、電池セルの検出電圧に応じてバッテリーモジュールの充電電流をコントロールするので、電池セルの検出電圧が異常に低い状態では充電電流を小さくする等の方法で過放電された電池セルをより好ましい状態で充電できる特長がある。

本発明の一実施例にかかるバッテリシステムのブロック図である。 プラグインコネクタの一例を示す平面図である。 プラグインコネクタの他の一例を示す平面図である。 図１に示すバッテリシステムがバッテリーモジュールを充放電する一例を示すフローチャートである。 図１に示すバッテリシステムがバッテリーモジュールを充放電する他の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための車両用のバッテリシステムを例示するものであって、本発明は車両用のバッテリシステムを以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図１に示す車両用のバッテリシステム１０は、複数の電池セル２を接続してするなるバッテリーモジュール１と、バッテリーモジュール１の出力側に接続しているパワースイッチ３と、バッテリーモジュール１にパワースイッチ３を介することなく接続されて、バッテリーモジュール１を外部から供給される電力で充電する充電制御回路４と、パワースイッチ３をオンオフに制御し、かつ充電制御回路４によるバッテリーモジュール１の充電状態を制御するコントロール回路５とを備えている。

バッテリーモジュール１は、電池セル２を角形電池とし、複数の角形電池を絶縁材を介して積層して隣の角形電池を金属板のバスバーで直列に接続している。電池セル２を直列に接続しているバッテリーモジュール１は、電池セル２の個数に比例して出力電圧を高くできる。バッテリーモジュール１は、複数の電池セル２を並列に接続して電流容量を大きくできる。したがって、バッテリーモジュール１は、直列に接続する電池セル２の個数と並列に接続する電池セル２の個数で出力電圧と出力電流を最適値に調整できる。電池セル２は、充電できる全ての電池を使用できる。電池セル２をリチウムイオン二次電池とするバッテリーモジュール１は、重量と容積に対する充放電の容量を大きくできる。すなわち軽量、小型で容量を大きくできる。リチウムイオン二次電池は、過放電された状態で再充電すると電極の銅が析出して内部ショートの原因となるが、本発明のバッテリシステムは、過充電した状態で再充電をコントロールして、内部ショートを防止できる。このため、本発明のバッテリシステムは、充放電容量の大きいリチウムイオン二次電池などの非水系電解液二次電池を使用しながら、安全に使用できる。ただし、本発明はバッテリーモジュールの電池セルをリチウムイオン二次電池等の非水系電解液二次電池に特定するものではなく、現在すでに開発され、あるいはこれから開発される全ての二次電池を使用することができる。

パワースイッチ３は、界磁コイルに通電して接点をオンオフに切り換えるパワーリレーである。パワーリレーは、界磁コイルに通電してオン、通電しない状態でオフに切り換えられるノーマルオフのリレーである。車両用のパワーリレーは、車両の走行モータに供給する１００Ａ以上の大電流を遮断するので、大容量の可動接点を界磁コイルの磁力で吸引して、相当な接触圧で固定接点に接触させる必要がある。このパワーリレーは、界磁コイルの消費電力が大きく、オン状態における電力消費が大きくなる。パワースイッチ３は、パワーリレーに代わって、ＩＧＢＴ等の大電流をオンオフに制御できる半導体スイッチング素子も使用できる。ただ、これ等の半導体スイッチング素子も大電流が流れる状態では、電力の二乗と内部抵抗との積に比例する電力を消費するので、オン状態においては、パワーリレーと同じように電力を消費する。

さらに、図１のブロック図に示すように、車両用のバッテリシステム１０は、バッテリーモジュール１の正負の出力側に各々のパワースイッチ３を接続するので、パワースイッチ３のオン状態では２倍の電力を消費する。パワースイッチ３は、車両２０のメインスイッチであるイグニッションスイッチのオン状態でオンに切り換えられる。車両２０の走行状態においては、電力の消費が大きいので、パワースイッチ３の電力消費はほとんど無視できる。ただ、車両２０を走行させない状態での電力消費は小さく、また外部からバッテリーモジュール１を充電する状態では、外部電力を有効にバッテリーモジュール１の充電に使用することから、パワースイッチ３をオン状態に切り換えることなくバッテリーモジュール１を充電することが大切である。このことを実現するために、図１のバッテリシステム１０は、パワースイッチ３を介することなく、充電制御回路４をバッテリーモジュール１に直接に接続している。

充電制御回路４は、パワースイッチ３を介することなく、バッテリーモジュール１の充電をコントロールする。充電制御回路４はＤＣ／ＤＣコンバータで、外部から供給される直流の電圧と電流を最適値に調整してバッテリーモジュール１を充電する。充電制御回路４は、動作状態でバッテリーモジュール１を充電し、非動作状態でバッテリーモジュール１の充電を停止する。充電制御回路４は、車両２０に搭載している、１２Ｖの電装用バッテリ２５から動作電力を供給している。電装用バッテリ２５から動作電力を供給している充電制御回路４は、電装用バッテリ２５の電圧が低下すると動作状態に切り換えられることはなく、常に非動作状態となる。したがって、車両２０を長期間放置して電装用バッテリ２５の電圧が低下する状態で、充電制御回路４は動作状態とならず、バッテリーモジュール１は充電されない。充電制御回路４は、コントロール回路５からの信号で、あるいはそれ自体がバッテリーモジュール１や電池セル２の検出電圧を検出して、バッテリーモジュール１の充電電流をコントロールする。充電制御回路４は、コントロール回路５に制御されて、充電可能な過放電状態にある電池セル２を充電する。充電可能な過放電状態にある電池セル２は、電圧が相当に低下しているので、電池セル２の検出電圧に応じて充電電流をコントロールして、より最適な状態で充電できる。たとえば、電池セル２の検出電圧が低い状態では充電電流を小さく制限して充電して、電池セル２をより安全に、しかも電気特性の低下を小さくして充電できる。

コントロール回路５は、電池セル２の検出電圧を検出する電圧検出回路６と、第１の設定電圧と第２の設定電圧とを記憶するメモリ７とを備える。電圧検出回路６は、各々の電池セル２の検出電圧を検出し、あるいは直列に接続している複数の電池セル２の検出電圧を検出する。メモリ７に記憶される第１の設定電圧は、パワースイッチ３をオンオフに制御する電圧で、電池セル２をリチウムイオン二次電池とし、電圧検出回路６が各々の電池セル２の検出電圧を検出する回路構成にあっては、例えば２．５Ｖよりも低くて１．８Ｖよりも高い電圧、好ましくは２．３Ｖよりも低くて１．９Ｖよりも高い電圧、最適には約２Ｖに設定する。

コントロール回路５は、電池セル２の検出電圧が第１の設定電圧よりも低くなると、パワースイッチ３をオフに切り換えて、バッテリーモジュール１の車両側からの充放電を停止する。すなわち、コントロール回路５は、イグニッションスイッチのオンオフに関係なく、電池セル２の検出電圧が第１の設定電圧よりも低くなると、パワースイッチ３をオフに切り換えるので、バッテリーモジュール１から車両側の走行モータ２１に電力は供給されず、また車両側の発電機２２によるバッテリーモジュール１の充電も停止される。第１の設定電圧は、バッテリーモジュール１の過放電を防止する電圧に設定される。

第２の設定電圧は、第１の設定電圧よりも低い電圧に設定されて、電池セル２の検出電圧が第１の設定電圧よりも低くなるまで放電された状態で、バッテリーモジュール１を充電するか、あるいは充電しないかを判定する電圧に設定している。すなわち、充電可能な過放電状態にあるバッテリーモジュール１を、外部から供給される電力に限って充電するために設定している電圧である。第２の設定電圧は、電池セル２をリチウムイオン二次電池とし、電圧検出回路６が各々の電池セル２の検出電圧を検出する回路構成にあっては、例えば０．３Ｖよりも高くて１Ｖよりも低い電圧、好ましくは０．４Ｖよりも高くて０．９Ｖよりも低い電圧、さらに好ましくは０．６Ｖよりも高くて０．８Ｖよりも低い電圧に設定する。

コントロール回路５は、電池セル２の検出電圧が第２の設定電圧よりも低くなると、充電制御回路４を非動作状態として、バッテリーモジュール１の充電を停止する。すなわち、電池セル２の検出電圧が第２の設定電圧よりも低いバッテリーモジュール１は、安全に再充電できない電池と判定して、外部から供給される電力によっても充電を禁止する。コントロール回路５は、電池セル２の検出電圧が第２の設定電圧よりも高い状態では、充電制御回路４を動作状態として、外部から供給される電力でバッテリーモジュール１を充電する。コントロール回路５は、電池セル２の検出電圧を第２の設定電圧に比較して、充電制御回路４を制御するので、電池セル２の検出電圧が第１の設定電圧よりも低い状態にあっても、バッテリーモジュール１は外部から供給される電力で充電される。充電制御回路４は、パワースイッチ３を介することなくバッテリーモジュール１に接続されるので、パワースイッチ３のオフ状態においても、外部から供給される電力でバッテリーモジュール１を充電する。

以上のコントロール回路５は、電池セル２の検出電圧が第１の設定電圧よりも高い状態では、パワースイッチ３をオン状態として、バッテリーモジュール１を充放電できる状態、すなわちバッテリーモジュール１から走行モータ２１に電力を供給し、また車両側の発電機２２で充電される状態とし、電池セル２の検出電圧が第１の設定電圧よりも低い状態では、パワースイッチ３をオフ状態に切り換えて、バッテリーモジュール１を充放電できない状態、すなわちバッテリーモジュール１から走行モータ２１に電力を供給せず、また車両側の発電機２２で充電されない状態とする。ただし、コントロール回路５は、電池セル２の検出電圧が第１の設定電圧よりも低くなると、パワースイッチ３をオフ状態に保持して、バッテリーモジュール１の車両側からの放電と充電を停止するが、電池セル２の検出電圧が第１の設定電圧よりも低い状態においても、車両側から充電されるときに限ってパワースイッチ３をオン状態に切り換えて車両側の発電機２２で充電できるように制御することもできる。ただし、電池セル２の検出電圧が第１の設定電圧よりも低い状態で、パワースイッチ３をオン状態に切り換えて、発電機２２で充電するように制御するコントロール回路５は、電池セル２の検出電圧が第２の設定電圧よりも低くなると、パワースイッチ３をオフ状態に切り換えで、発電機２２による充電を停止する。

コントロール回路５は、車両２０に搭載している、１２Ｖの電装用バッテリ２５から動作電力を供給している。電装用バッテリ２５から動作電力を供給しているコントロール回路５は、電装用バッテリ２５の電圧が低下すると動作状態に切り換えられることはなく、常に非動作状態となる。したがって、車両２０を長期間放置して電装用バッテリ２５の電圧が低下する状態では、コントロール回路５は動作状態とならない。この状態のコントロール回路５は、パワースイッチ３をオフ状態として、充電制御回路４を非動作状態に保持する。したがって、バッテリーモジュール１が充電されることはない。

コントロール回路５は、充電制御回路４に制御信号を伝送して、バッテリーモジュール１の充電電流をコントロールすることができる。このコントロール回路５は、電池セル２の検出電圧でバッテリーモジュール１の充電電流を特定し、充電制御回路４がバッテリーモジュール１を充電する電流を特定する制御信号を充電制御回路４に伝送する。このコントロール回路５は、電池セル２の検出電圧に対応する充電電流をあらかじめ記憶しており、検出電圧で特定される充電電流を特定する制御信号を充電制御回路４に伝送する。コントロール回路５は、電池セル２の検出電圧が低い状態では充電電流を小さく制限するように、検出電圧に対する充電電流を記憶する。

充電制御回路４は、外部から電力を供給してバッテリーモジュール１を充電する給電プラグ１５を連結するプラグインコネクタ８を接続している。プラグインコネクタ８は車両側に固定されて、給電プラグ１５を脱着自在に連結して外部から電力を供給する。図２に示すプラグインコネクタ８は、電池セル２の検出電圧が第２の設定電圧よりも低い状態で充電を禁止を表示する警告灯１６を設けている。警告灯１６は、電池セル２の検出電圧が第２の設定電圧よりも低い状態、すなわちバッテリーモジュール１の充電を禁止する状態で点灯される。このバッテリシステム１０は、ユーザーが警告灯１６の点灯を見て給電プラグ１５の接続を中止できる。

さらに、図３のプラグインコネクタ８は、電池セル２の検出電圧が第２の設定電圧よりも低い状態で給電プラグ１５の接続を禁止する挿入阻止機構１７を設けている。この図の挿入阻止機構１７は、プラグインコネクタ８に、給電プラグ１５の挿入部８Ａに向かって出入りするピン１８を設けている。ピン１８は、ソレノイドなどの駆動機構（図示せず）に連結されて、往復運動される。駆動機構は、電池セル２の検出電圧が第２の設定電圧よりも低い状態でピン１８を給電プラグ１５の挿入部８Ａに向かって突出させて、給電プラグ１５の挿入を阻止する。このプラグインコネクタ８は、電池セル２の検出電圧が第２の設定電圧よりも低くなって、バッテリーモジュール１を再充電でいない状態で、ピン１８が突出して給電プラグ１５の連結を阻止する。したがって、バッテリーモジュール１が再充電できない状態で、ユーザーは給電プラグ１５を接続できない。

コントロール回路５がパワースイッチ３と充電制御回路４とを制御してバッテリーモジュール１を充放電するフローチャートを図４に示している。このコントロール回路５は、以下のステップでパワースイッチ３と充電制御回路４とを制御する。

［ｎ＝１のステップ］
コントロール回路５の電圧検出回路６が電池セル２の電圧、すなわちセル電圧を検出する。
［ｎ＝２のステップ］
電圧検出回路６で検出されるセル電圧を第１の設定電圧に比較し、セル電圧が第１の設定電圧以上の状態では、ｎ＝１、２のステップをループする。
［ｎ＝３のステップ］
セル電圧が第１の設定電圧よりも低いと、パワースイッチ３をオフ状態に切り換えて、バッテリーモジュール１を車両側の負荷から切り離す。この状態で、バッテリーモジュール１は車両側の走行モータ２１に電力を供給せず、また車両側の発電機２２からの充電を停止する。
［ｎ＝４のステップ］
コントロール回路５はパワースイッチ３をオフ状態に切り換えた後、このステップでセル電圧を第２の設定電圧に比較し、セル電圧が第２の設定電圧以上の状態では、ｎ＝１のステップにジャンプする。
［ｎ＝５のステップ］
セル電圧が第２の設定電圧よりも低い状態では、充電制御回路４を非動作状態として、外部から供給される電力によるバッテリーモジュール１の再充電を停止する。さらに、セル電圧が第２の設定電圧よりも低い状態では、充電禁止を表示する警告灯１１を点灯する。

さらに、コントロール回路５は、図５のフローチャートで示すように、セル電圧が第２の設定電圧よりも低いことを複数回検出して充電制御回路４を制御することもできる。このコントロール回路５は、以下のステップでパワースイッチ３と充電制御回路４とを制御する。

［ｎ＝１のステップ］
コントロール回路５の電圧検出回路６が電池セル２の電圧、すなわちセル電圧を検出する。
［ｎ＝２のステップ］
電圧検出回路６で検出されるセル電圧を第１の設定電圧に比較し、セル電圧が第１の設定電圧以上の状態では、ｎ＝１、２のステップをループする。
［ｎ＝３のステップ］
セル電圧が第１の設定電圧よりも低いと、パワースイッチ３をオフ状態に切り換えて、バッテリーモジュール１を車両側の負荷から切り離す。この状態で、バッテリーモジュール１は車両側の走行モータ２１に電力を供給せず、また車両側の発電機２２からの充電を停止する。
［ｎ＝４のステップ］
コントロール回路５はパワースイッチ３をオフ状態に切り換えた後、このステップでセル電圧を第２の設定電圧に比較し、セル電圧が第２の設定電圧以上の状態では、ｎ＝１のステップにジャンプする。
［ｎ＝５のステップ］
セル電圧が第２の設定電圧よりも低いことを検出するすると、回数カウントＮに１をプラスする。
［ｎ＝６のステップ］
回数カウントＮが所定の回数Ｘに達したかどうかを判定する。回数カウントＮが所定の回数Ｘになるまでｎ＝１〜６のステップをループする。
［ｎ＝７のステップ］
回数カウントＮが所定の回数Ｘに達すると、充電制御回路４を非動作状態として、外部から供給される電力によるバッテリーモジュール１の再充電を停止する。さらに、充電禁止を表示する警告灯１１を点灯する。

図５に示すフローチャートのステップでパワースイッチ３と充電制御回路４とをコントロールするコントロール回路５は、セル電圧が第２の設定電圧よりも低いことを複数回検出した後、バッテリーモジュール１の再充電を停止するので、セル電圧が一時的に低下する状態では充電制御回路４を制御せず、検出するセル電圧が複数回第２の設定電圧よりも低くなる状態に限って充電制御回路４をコントロールする。このため、ノイズなどの影響でセル電圧が一時的に低下する状態においても、充電制御回路４を正常にコントロールできる特長がある。

コントロール回路５が、セル電圧が第２の設定電圧よりも低いと判定して、充電制御回路４を制御する回数Ｘは、たとえば２回以上であって５０回以下、好ましくは３回以上であって２０回以下、さらに好ましくは５回以上であって１０回以下とする。コントロール回路５の電圧検出回路６は、所定のサンプリング周期、たとえば、１ｍｓｅｃ〜１ｓｅｃの周期でセル電圧を検出し、このサンプリング周期で検出する複数のセル電圧の平均値からセル電圧を演算して、充電制御回路４をコントロールすることもできる。さらに、コントロール回路５は、平均値として検出されるセル電圧が複数回にわたって連続して第２の設定電圧以下となる状態で、充電制御回路４を非動作状態としてバッテリーモジュール１の再充電を停止することもできる。

本発明のバッテリシステムは、過放電されたバッテリーモジュールを安全に再充電することで、バッテリーモジュールを有効に利用して車両を走行でき、しかも安全性を向上して車両を走行させるシステムとして有効に利用できる。

１…バッテリモジュール
２…電池セル
３…パワースイッチ
４…充電制御回路
５…コントロール回路
６…電圧検出回路
７…メモリ
８…プラグインコネクタ
８Ａ…挿入部
１０…バッテリシステム
１５…給電プラグ
１６…警告灯
１７…挿入阻止機構
１８…ピン
２０…車両
２１…走行モータ
２２…発電機
２５…電装用バッテリ

Claims (10)

1. 複数の電池セルを接続してなるバッテリーモジュールと、
   前記バッテリーモジュールの出力側に接続してなるパワースイッチと、
   前記バッテリーモジュールに前記パワースイッチを介することなく接続されて、前記バッテリーモジュールを外部から供給される電力で充電する充電制御回路と、
   前記パワースイッチをオンオフに制御し、かつ前記充電制御回路による前記バッテリーモジュールの充電状態を制御するコントロール回路とを備え、
   前記コントロール回路は、前記セル電圧を検出する電圧検出回路を備えると共に、前記セル電圧を検出して、前記パワースイッチをオンオフに制御する第１の設定電圧と、前記第１の設定電圧よりも低い電圧であって、前記コントロール回路が前記バッテリーモジュールの充電状態を制御する第２の設定電圧を記憶しており、
   前記コントロール回路は、前記電圧検出回路で検出する電池セルの検出電圧が第２の設定電圧よりも高い状態においては、前記充電制御回路を動作状態として前記バッテリーモジュールを外部供給電力で充電し、前記電池セルの検出電圧が第２の設定電圧よりも低い状態においては、前記充電制御回路を非動作状態として前記バッテリーモジュールの充電を停止するようにしてなる車両用のバッテリシステム。
2. 請求項１に記載される車両用のバッテリシステムであって、
   前記コントロール回路が、前記電池セルの検出電圧が第１の設定電圧よりも低い状態では前記パワースイッチをオフ状態に保持して、前記バッテリーモジュールと車両側との接続を遮断することを特徴とする車両用のバッテリシステム。
3. 請求項１または２に記載される車両用のバッテリシステムであって、
   前記充電制御回路の動作電力が、車両側の電装用バッテリから供給されてなることを特徴とする車両用のバッテリシステム。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載される車両用のバッテリシステムであって、
   前記コントロール回路の動作電力が、車両側の電装用バッテリから供給されてなることを特徴とする車両用のバッテリシステム。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載される車両用のバッテリシステムであって、
   前記パワースイッチが、界磁コイルの通電状態で接点をオン状態とするノーマルオフのリレーである車両用のバッテリシステム。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載される車両用のバッテリシステムであって、
   前記電池セルがリチウムイオン二次電池で、前記コントロール回路が記憶する第１の設定電圧を２．５Ｖよりも低くて１．８Ｖよりも高い電圧とし、前記第２の設定電圧を０．３Ｖよりも高くて１Ｖよりも低い電圧に設定してなることを特徴とする車両用のバッテリシステム。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載される車両用のバッテリシステムであって、
   前記充電制御回路は、給電プラグを脱着自在に連結して外部電力を供給するプラグインコネクタを接続しており、
   前記プラグインコネクタが、前記電池セルの検出電圧が第２の設定電圧よりも低い状態で充電の禁止を表示する警告灯と、前記プラグインコネクタへの前記給電プラグの接続を禁止する挿入阻止機構のいずれか又は両方を備える車両用のバッテリシステム。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載される車両用のバッテリシステムであって、
   前記コントロール回路が前記電池セルの検出電圧が前記第２の設定電圧より低い状態を複数回検出して、前記充電制御回路を制御することを特徴とする車両用のバッテリシステム。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載される車両用のバッテリシステムであって、
   前記電圧検出回路が、各々の電池セルの検出電圧を検出することを特徴とする車両用のバッテリシステム。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載される車両用のバッテリシステムであって、
    前記充電制御回路が、前記電圧検出回路で検出される前記電池セルの検出電圧に応じて前記バッテリーモジュールの充電電流を調整することを特徴とする車両用のバッテリシステム。

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