JP2021036734A

JP2021036734A - Battery pack

Info

Publication number: JP2021036734A
Application number: JP2017196346A
Authority: JP
Inventors: 孝典佐野; Kosuke Sano
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2017-10-06
Filing date: 2017-10-06
Publication date: 2021-03-04
Also published as: WO2019069971A1

Abstract

To provide a chargeable battery pack which can obtain a well-balanced charge state of each battery cell in the battery pack.SOLUTION: A battery pack (1) which can be charged is provided. The battery pack includes a plurality of battery cells (11-14), a detector unit (31), a plurality of discharge resistors (33) and a control unit (32). The plurality of battery cells are mutually connected in series. The detector unit detects the cell voltage (Vc1-Vc4) between both ends of each battery cell, respectively. The plurality of discharge resistors are connected in parallel with each battery cell, and can be discharged by short-circuiting each battery cell. The control unit controls the discharge of each battery cell based on each cell voltage detected by the detector unit. The control unit changes a resistance value by one or the plurality of discharge resistors in order to discharge the battery cell, whose cell voltage is detected, according to the magnitude of the detected cell voltage.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、充電可能な複数の電池セルを含む組電池に関する。 The present invention relates to an assembled battery including a plurality of rechargeable battery cells.

複数の電池セルを含んだ組電池を充電する際に、各電池セルの電圧を均一化する技術が知られている（例えば特許文献１）。 A technique for equalizing the voltage of each battery cell when charging an assembled battery including a plurality of battery cells is known (for example, Patent Document 1).

特許文献１は、電池セルで構成される蓄電部の充電を、短時間で完了することを目的とする蓄電装置を開示している。特許文献１の蓄電装置は、直列接続された複数の蓄電部と、蓄電部のそれぞれにスイッチを介して並列接続されたセルバランス部と、蓄電部に充電する充電電流を制御する制御部とを備えている。制御部は、蓄電装置の充電管理を行う制御装置と通信接続しており、充電電流を第１の定電流値よりも小さい第２の定電流値に切り替える制御を行っている。 Patent Document 1 discloses a power storage device for the purpose of completing charging of a power storage unit composed of a battery cell in a short time. The power storage device of Patent Document 1 includes a plurality of power storage units connected in series, a cell balance unit connected in parallel to each of the power storage units via a switch, and a control unit that controls the charging current for charging the power storage unit. I have. The control unit communicates with a control device that manages the charge of the power storage device, and controls the charging current to be switched to a second constant current value smaller than the first constant current value.

特開２０１５−６１３３５号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-61335

本発明の目的は、充電可能な組電池において、満充電時の組電池中の電池セルの電圧を速やかに均一化することができる組電池を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a rechargeable assembled battery capable of quickly equalizing the voltage of a battery cell in the assembled battery when fully charged.

本発明に係る組電池は、充電可能な組電池である。組電池は、複数の電池セルと、検出部と、複数の放電抵抗と、制御部とを備える。複数の電池セルは、互いに直列接続されている。検出部は、各電池セルの両端間のセル電圧をそれぞれ検出する。複数の放電抵抗は、各電池セルと並列に接続され、それぞれの電池セルを短絡して放電可能である。制御部は、検出部によって検出されたセル電圧に基づいて、各電池セルの放電を制御する。制御部は、検出されたセル電圧の大きさに応じて、当該セル電圧が検出された電池セルを放電するための１つ又は複数の放電抵抗の抵抗値を変更する。 The assembled battery according to the present invention is a rechargeable assembled battery. The assembled battery includes a plurality of battery cells, a detection unit, a plurality of discharge resistors, and a control unit. A plurality of battery cells are connected in series with each other. The detection unit detects the cell voltage between both ends of each battery cell. A plurality of discharge resistors are connected in parallel with each battery cell, and each battery cell can be short-circuited to discharge. The control unit controls the discharge of each battery cell based on the cell voltage detected by the detection unit. The control unit changes the resistance value of one or more discharge resistors for discharging the battery cell in which the cell voltage is detected, depending on the magnitude of the detected cell voltage.

本発明に係る組電池によると、セル電圧の大きさに応じて放電抵抗の抵抗値を変更しながら、電池セルが放電される。これにより、充電可能な組電池において電池セルの電圧を速やかに均一化することができる。 According to the assembled battery according to the present invention, the battery cell is discharged while changing the resistance value of the discharge resistance according to the magnitude of the cell voltage. As a result, the voltage of the battery cell can be quickly made uniform in the rechargeable assembled battery.

実施形態１に係る組電池の使用例を説明するための図The figure for demonstrating the use example of the assembled battery which concerns on Embodiment 1. 実施形態１に係る組電池の構成を示す回路図Circuit diagram showing the configuration of the assembled battery according to the first embodiment 組電池のバランス動作の課題を説明するための図Diagram for explaining the problem of balanced operation of assembled batteries 実施形態１に係る組電池のバランス動作を説明するための図The figure for demonstrating the balance operation of the assembled battery which concerns on Embodiment 1. 組電池のバランス動作を説明するためのタイミングチャートTiming chart to explain the balanced operation of the assembled battery 実施形態１に係る組電池のバランス動作のシミュレーションを説明するための図The figure for demonstrating the simulation of the balance operation of the assembled battery which concerns on Embodiment 1. 実施形態２に係る組電池の構成を示す回路図Circuit diagram showing the configuration of the assembled battery according to the second embodiment 実施形態２に係る組電池の動作例を説明するための図The figure for demonstrating the operation example of the assembled battery which concerns on Embodiment 2.

以下、添付の図面を参照して本発明に係る組電池の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the assembled battery according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。実施形態２以降では実施形態１と共通の事項についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態毎には逐次言及しない。 It goes without saying that each embodiment is exemplary and the configurations shown in different embodiments can be partially replaced or combined. In the second and subsequent embodiments, the description of the matters common to the first embodiment will be omitted, and only the differences will be described. In particular, the same action and effect due to the same configuration will not be mentioned sequentially for each embodiment.

（実施形態１）
実施形態１では、充電可能な複数の電池セルを含む組電池において、充電時にバランス状態を達成するためのバランス動作を行う組電池について説明する。バランス状態は、組電池において直列接続された電圧セルの電圧が均一化された状態をいうこととする。また、バランス動作は、組電池において各電池セルに並列接続した放電抵抗等を用いて、或る電池セルを放電する動作をいうこととする。 (Embodiment 1)
In the first embodiment, in an assembled battery including a plurality of rechargeable battery cells, an assembled battery that performs a balanced operation for achieving a balanced state at the time of charging will be described. The balanced state refers to a state in which the voltages of the voltage cells connected in series in the assembled battery are equalized. Further, the balanced operation refers to an operation of discharging a certain battery cell by using a discharge resistor or the like connected in parallel to each battery cell in the assembled battery.

一般に、バランス動作は、組電池の安全（過充電予防）および劣化促進抑制のために、早く完了させるほど好ましい。従来から、放電抵抗の抵抗値を小さく設定する手段があったが、その場合、放電抵抗に流れるバイパス電流が大きくなる。このため、組電池は、バランス動作時に過電圧により電池セルの電圧を過少に評価することで誤動作判定しやすくなり、直列セル間の電圧の平滑性が悪い状態になりやすくなってしまう。このように、上記のような設定だけではバランス動作の精度が低下してしまうという問題に、本願発明者は着目した。 In general, it is preferable that the balanced operation is completed earlier for the safety of the assembled battery (prevention of overcharging) and suppression of deterioration promotion. Conventionally, there has been a means for setting the resistance value of the discharge resistance to be small, but in that case, the bypass current flowing through the discharge resistance becomes large. For this reason, in the assembled battery, a malfunction is easily determined by underestimating the voltage of the battery cell due to the overvoltage during the balanced operation, and the smoothness of the voltage between the series cells tends to be poor. As described above, the inventor of the present application has paid attention to the problem that the accuracy of the balance operation is lowered only by the above settings.

本実施形態に係る組電池は、以上のような誤動作判定を防止しつつ、満充電時の組電池中の電池セルの電圧を速やかに均一化することができる。以下、本実施形態に係る組電池の構成及び動作について、図１〜６を参照して説明する。 The assembled battery according to the present embodiment can quickly equalize the voltage of the battery cell in the assembled battery when fully charged, while preventing the above-mentioned malfunction determination. Hereinafter, the configuration and operation of the assembled battery according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6.

１．構成
実施形態１に係る組電池の構成について、図１，２を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る組電池１の使用例を説明するための図である。 1. 1. Configuration The configuration of the assembled battery according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a diagram for explaining a usage example of the assembled battery 1 according to the present embodiment.

本実施形態に係る組電池１は、種々の電子機器（例えば車載機器やモバイル機器）に供給可能な電力を蓄電する蓄電装置を構成する。図１の使用例において、組電池１は、正極端子１ｐと負極端子１ｍとを介して、負荷２及び充電回路２０に接続されている。組電池１は、正極端子１ｐと負極端子１ｍ間の組電池電圧Ｖａを種々の負荷２に供給する。また、本実施形態に係る組電池１は二次電池であり、両端子１ｐ，１ｍ間に接続された充電回路２０によって充電可能である。 The assembled battery 1 according to the present embodiment constitutes a power storage device that stores electric power that can be supplied to various electronic devices (for example, in-vehicle devices and mobile devices). In the usage example of FIG. 1, the assembled battery 1 is connected to the load 2 and the charging circuit 20 via the positive electrode terminal 1p and the negative electrode terminal 1m. The assembled battery 1 supplies the assembled battery voltage Va between the positive electrode terminal 1p and the negative electrode terminal 1m to various loads 2. Further, the assembled battery 1 according to the present embodiment is a secondary battery, and can be charged by a charging circuit 20 connected between both terminals 1p and 1m.

充電回路２０は、例えば発電機及びコンバータ等を含み、組電池１を充電するための電圧を制御する。また、充電回路２０は、組電池電圧Ｖａを検知する検知回路を含む。充電回路２０は、検知回路で検知した組電池電圧Ｖａが所定値未満であるときに、組電池１を充電する充電動作を実行し、検知した組電池電圧Ｖａが所定値以上であるときには、組電池１の充電動作を停止する。所定値は、例えば組電池１の満充電状態を示す電圧値である（例えば１４．２Ｖ）。 The charging circuit 20 includes, for example, a generator, a converter, and the like, and controls a voltage for charging the assembled battery 1. Further, the charging circuit 20 includes a detection circuit that detects the assembled battery voltage Va. The charging circuit 20 executes a charging operation for charging the assembled battery 1 when the assembled battery voltage Va detected by the detection circuit is less than a predetermined value, and sets when the detected assembled battery voltage Va is equal to or higher than a predetermined value. The charging operation of the battery 1 is stopped. The predetermined value is, for example, a voltage value indicating a fully charged state of the assembled battery 1 (for example, 14.2 V).

組電池１は、図１に示すように、複数の電池セル１１〜１４と、電池保護回路部１０と、バランス回路部３とを備える。本実施形態では、組電池１において４個の電池セル１１，１２，１３，１４が直列接続された例を説明する。 As shown in FIG. 1, the assembled battery 1 includes a plurality of battery cells 11 to 14, a battery protection circuit unit 10, and a balance circuit unit 3. In this embodiment, an example in which four battery cells 11, 12, 13, and 14 are connected in series in the assembled battery 1 will be described.

第１〜第４の電池セル１１〜１４は、リチウムイオン電池で構成され、例えば正極の材料にリン酸鉄リチウム（ＬＦＰ）を含むと共に負極の材料にグラファイト（Ｇｒ）を含む（以下「ＬＦＰ−Ｇｒセル」という場合がある）。各電池セル１１〜１４は、それぞれ１つの蓄電素子で構成されてもよいし、複数の蓄電素子を含んでもよい。複数の蓄電素子は、例えば互いに並列接続されてもよい。複数の蓄電素子は、適宜、組み合わされて１つの電池セルを構成してもよい。 The first to fourth battery cells 11 to 14 are composed of lithium ion batteries, and for example, the positive electrode material contains lithium iron phosphate (LFP) and the negative electrode material contains graphite (Gr) (hereinafter, "LFP-"). Sometimes called "Gr cell"). Each of the battery cells 11 to 14 may be composed of one power storage element or may include a plurality of power storage elements. The plurality of power storage elements may be connected in parallel with each other, for example. The plurality of power storage elements may be appropriately combined to form one battery cell.

電池保護回路部１０は、組電池１の内部に組み込まれ、第１〜第４の電池セル１１〜１４のいずれかが異常な充電状態にあるときに、組電池１の充電を強制的に終了する電池保護機能を実現する。電池保護回路部１０は、各電池セル１１〜１４の端子間電圧であるセル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４を検知して、いずれかのセル電圧が所定のしきい値（例えば４Ｖ）を超えたときに、電池セル１１〜１４に対する電力供給を遮断するようにスイッチ１０ａ等を制御する。 The battery protection circuit unit 10 is incorporated inside the assembled battery 1, and forcibly terminates charging of the assembled battery 1 when any of the first to fourth battery cells 11 to 14 is in an abnormally charged state. Realize the battery protection function. The battery protection circuit unit 10 detects the cell voltages Vc1 to Vc4, which are the voltage between the terminals of the battery cells 11 to 14, and when any of the cell voltages exceeds a predetermined threshold value (for example, 4V), The switch 10a and the like are controlled so as to cut off the power supply to the battery cells 11 to 14.

バランス回路部３は、組電池１の充電時などに、各々の電池セル１１〜１４の満充電近傍のセル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４を均一化させるように各電池セル１１〜１４を放電するバランス機能を実現する。本実施形態に係る組電池１では、内部に組み込まれたバランス回路部３が、セル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４の大きさに応じて、各電池セル１１〜１４の放電を段階的に調整する。以下、本実施形態に係る組電池１の構成の詳細を、図２を用いて説明する。 The balance circuit unit 3 has a balance function of discharging the battery cells 11 to 14 so as to equalize the cell voltages Vc1 to Vc4 in the vicinity of the full charge of the battery cells 11 to 14 when the assembled battery 1 is charged. Realize. In the assembled battery 1 according to the present embodiment, the balance circuit unit 3 incorporated therein adjusts the discharge of each battery cell 11 to 14 stepwise according to the magnitude of the cell voltages Vc1 to Vc4. Hereinafter, the details of the configuration of the assembled battery 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

図２は、実施形態１に係る組電池１の構成を示す回路図である。図２では、電池セル保護回路部１０（図１）等の図示を省略している。本実施形態に係る組電池１は、図２に示すように、複数段のバランス回路３−１〜３−３を備える。以下では、組電池１において３段のバランス回路３−１，３−２，３−３が設けられた例について説明する。 FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of the assembled battery 1 according to the first embodiment. In FIG. 2, the battery cell protection circuit unit 10 (FIG. 1) and the like are not shown. As shown in FIG. 2, the assembled battery 1 according to the present embodiment includes a plurality of stages of balance circuits 3-1 to 3-3. Hereinafter, an example in which the assembled battery 1 is provided with the three-stage balance circuit 3-1, 3-2, 3-3 will be described.

各段のバランス回路３−１〜３−３は、第１〜第４の電池セル１１〜１４の各々を放電する４つの放電回路３０と、検出部３１と、制御部３２とを備える。各バランス回路３−１〜３−３の検出部３１と制御部３２とは、例えば同じＩＣ等に実装される。 The balance circuits 3-1 to 3-3 of each stage include four discharge circuits 30 that discharge each of the first to fourth battery cells 11 to 14, a detection unit 31, and a control unit 32. The detection unit 31 and the control unit 32 of each balance circuit 3-1 to 3-3 are mounted on the same IC or the like, for example.

各段のバランス回路３−１〜３−３において、４つの放電回路３０は、それぞれ第１〜第４の電池セル１１〜１４のうちの１つの電池セルに並列接続される。本実施形態において、各放電回路３０は、放電抵抗３３とスイッチ３４との直列回路で構成される。それぞれの放電抵抗３３は、例えば共通の抵抗値Ｒ（例えば１００Ω）を有する。スイッチ３４は、例えばＦＥＴ，ＩＧＢＴ等で構成される。 In the balance circuits 3-1 to 3 of each stage, the four discharge circuits 30 are connected in parallel to one of the first to fourth battery cells 11 to 14, respectively. In the present embodiment, each discharge circuit 30 is composed of a series circuit of the discharge resistor 33 and the switch 34. Each discharge resistor 33 has, for example, a common resistance value R (for example, 100Ω). The switch 34 is composed of, for example, a FET, an IGBT, or the like.

各電池セル１１〜１４に対する放電回路３０は、それぞれスイッチ３４がオンしたときに、対応する電池セルを放電抵抗３３で短絡して、当該電池セルを放電する。本実施形態に係る組電池１においては、３段のバランス回路３−１〜３−３により、各電池セル１１〜１４に対して、互いに並列する３段分の放電回路３０を用いた多段階の放電動作（バランス動作）が行われる。 The discharge circuit 30 for each of the battery cells 11 to 14 short-circuits the corresponding battery cell with the discharge resistor 33 when the switch 34 is turned on, and discharges the battery cell. In the assembled battery 1 according to the present embodiment, the three-stage balance circuits 3-1 to 3 are used, and the three-stage discharge circuits 30 in parallel with each other are used for the battery cells 11 to 14 in multiple stages. Discharge operation (balance operation) is performed.

検出部３１は、電圧計測回路などを含み、４個の電池セル１１〜１４の各々のセル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４を検出する。各段のバランス回路３−１〜３−３における検出部３１は、同段の制御部３２に、セル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４の検出結果を示す検出値を出力する。 The detection unit 31 includes a voltage measuring circuit and the like, and detects cell voltages Vc1 to Vc4 of each of the four battery cells 11 to 14. The detection unit 31 in the balance circuits 3-1 to 3 in each stage outputs a detection value indicating the detection result of the cell voltages Vc1 to Vc4 to the control unit 32 in the same stage.

制御部３２は、ロジック回路などを含む。各段の制御部３２は、各セル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４の検出値に基づいて、対応する電池セル１１〜１４のバランス動作における放電を制御する。それぞれの制御部３２は、各セル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４の検出値に対して、所定のしきい値による比較判定を行い、判定結果に応じてそれぞれのスイッチ３４をオン／オフ制御する。 The control unit 32 includes a logic circuit and the like. The control unit 32 of each stage controls the discharge in the balanced operation of the corresponding battery cells 11 to 14 based on the detected values of the cell voltages Vc1 to Vc4. Each control unit 32 performs a comparison determination based on a predetermined threshold value with respect to the detected values of the cell voltages Vc1 to Vc4, and controls each switch 34 on / off according to the determination result.

１〜３段目のバランス回路３−１〜３−３の制御部３２には、互いに異なる第１〜第３のしきい値Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２，Ｖｔｈ３が設定される（以下、Ｖｔｈ１＜Ｖｔｈ２＜Ｖｔｈ３とする）。例えば、第１のしきい値Ｖｔｈ１は、組電池１の充電電圧を、直列セル数で除した電圧以上の値に設定される。 The control units 32 of the balance circuits 3-1 to 3 in the first to third stages are set with different first to third threshold values Vth1, Vth2, and Vth3 (hereinafter, Vth1 <Vth2 <Vth3). ). For example, the first threshold value Vth1 is set to a value equal to or higher than the charging voltage of the assembled battery 1 divided by the number of series cells.

例えば、１段目のバランス回路３−１の制御部３２は、第１の電池セル１１のセル電圧Ｖｃ１の検出値が第１のしきい値Ｖｔｈ１よりも大きいと判定すると、第１の電池セル１１に対する放電回路３０のスイッチ３４をオンするように制御信号Ｓ１１を生成する。また、同制御部３２は、セル電圧Ｖｃ１の検出値が第１のしきい値Ｖｔｈ１以下と判定すると、同スイッチ３４をオフするように制御信号Ｓ１１を生成する。 For example, when the control unit 32 of the first-stage balance circuit 3-1 determines that the detected value of the cell voltage Vc1 of the first battery cell 11 is larger than the first threshold value Vth1, the first battery cell The control signal S11 is generated so as to turn on the switch 34 of the discharge circuit 30 with respect to 11. Further, when the control unit 32 determines that the detected value of the cell voltage Vc1 is equal to or less than the first threshold value Vth1, the control signal S11 is generated so as to turn off the switch 34.

上記と同様に、１段目のバランス回路３−１において、各セル電圧Ｖｃ２〜Ｖｃ４の検出値と第１のしきい値Ｖｔｈ１との比較結果に基づき、第２〜第４の電池セル１２〜１４に対する放電回路３０のスイッチ３４をそれぞれオン／オフ制御する制御信号Ｓ１２〜Ｓ１４が生成される。また、２，３段目のバランス回路３−２，３−３において、各セル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４の検出値と第２，第３のしきい値Ｖｔｈ２，Ｖｔｈ３との比較結果に基づき、各スイッチ３４の制御信号Ｓ２１〜Ｓ２４，Ｓ３１〜３４が生成される。 Similar to the above, in the first-stage balance circuit 3-1 based on the comparison result between the detected values of the cell voltages Vc2 to Vc4 and the first threshold value Vth1, the second to fourth battery cells 12 to Control signals S12 to S14 for turning on / off the switches 34 of the discharge circuit 30 with respect to 14 are generated. Further, in the balance circuits 3-2 and 3-3 of the second and third stages, each switch is based on the comparison result between the detected values of the cell voltages Vc1 to Vc4 and the second and third threshold values Vth2 and Vth3. The control signals S21 to S24 and S31 to 34 of 34 are generated.

２．動作
以上のように構成される組電池１の動作について、以下説明する。 2. Operation The operation of the assembled battery 1 configured as described above will be described below.

本実施形態に係る組電池１は、充電回路２０（図１）等から充電される際に、バランス回路部３において、複数の電池セル１１〜１４の中で規定の電圧より高い電圧の電池セルを放電するバランス動作を行う。バランス動作によると、充電回路２０による充電中もしくは充電動作停止状態において、組電池１内部の複数の電池セル１１〜１４の各セル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４に応じて放電抵抗３３をＯＮ（短絡）し放電することで、セル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４を均等化する。 When the assembled battery 1 according to the present embodiment is charged from the charging circuit 20 (FIG. 1) or the like, the balance circuit unit 3 has a battery cell having a voltage higher than a specified voltage among the plurality of battery cells 11 to 14. Performs a balanced operation to discharge the battery. According to the balance operation, the discharge resistor 33 is turned on (short-circuited) and discharged according to the cell voltages Vc1 to Vc4 of the plurality of battery cells 11 to 14 inside the assembled battery 1 while the charging circuit 20 is charging or the charging operation is stopped. By doing so, the cell voltages Vc1 to Vc4 are equalized.

２−１．課題について
組電池におけるバランス動作の課題について、図３（ａ），（ｂ）を用いて説明する。図３（ａ）は、電池セルの充電電圧特性を例示するグラフである。図３（ｂ）は、図３（ａ）における満充電状態の近傍の拡大図である。図３の縦軸はセル電圧［Ｖ］を示し、横軸は充電量、即ち充電済みの容量［Ａｈ］を示す。 2-1. Issues The issues of balanced operation in the assembled battery will be described with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b). FIG. 3A is a graph illustrating the charging voltage characteristics of the battery cell. FIG. 3B is an enlarged view of the vicinity of the fully charged state in FIG. 3A. The vertical axis of FIG. 3 indicates the cell voltage [V], and the horizontal axis indicates the charge amount, that is, the charged capacity [Ah].

図３（ａ）では、電池セルとして満充電の容量２Ａｈを有するＬＦＰ−Ｇｒセル（以下「セル」と略記する場合がある）を用いた場合の特性曲線６１を例示している。特性曲線６１は、セル充電時のセルの充電量とセル電圧の関係を示したものである。ＬＦＰ−Ｇｒセルでは、図３（ａ）に示すように、満充電状態の近傍（２Ａｈ近傍）において、セル電圧が急峻に立ち上がる。 FIG. 3A illustrates a characteristic curve 61 when an LFP-Gr cell (hereinafter, may be abbreviated as “cell”) having a fully charged capacity of 2Ah is used as the battery cell. The characteristic curve 61 shows the relationship between the charge amount of the cell and the cell voltage when the cell is charged. In the LFP-Gr cell, as shown in FIG. 3A, the cell voltage rises sharply in the vicinity of the fully charged state (near 2Ah).

本実施形態に係る組電池１のように複数のセルを用いて組電池を構成した場合、理想的には、全てのセルの特性曲線が重なった状態、即ちＳＯＣ（State Of Charge）ずれがない状態にある。しかし、組電池における電池セル間での劣化ばらつきやセル内部の微小短絡により、特性曲線にずれが生じる場合がある。図３（ａ）の特性曲線６１は、通常の電池セルによる充電電圧特性を示している（以下「正常な特性曲線６１」という場合がある）。 When the assembled battery is configured by using a plurality of cells as in the assembled battery 1 according to the present embodiment, ideally, the characteristic curves of all the cells are overlapped, that is, there is no SOC (State Of Charge) deviation. It is in a state. However, the characteristic curve may deviate due to deterioration variation between battery cells in the assembled battery and a minute short circuit inside the cell. The characteristic curve 61 of FIG. 3A shows the charging voltage characteristic of a normal battery cell (hereinafter, may be referred to as “normal characteristic curve 61”).

図３（ｂ）では、満充電状態の近傍における２セルの特性曲線６１，６２を示している。具体的には、正常な特性曲線６１と、正常な特性曲線６１からずれた電池セルの特性曲線６２とを示している。例えば、特性曲線６１，６２のようにＳＯＣがずれた２セルからなる組電池をある容量（例えば２．０１５Ａｈ）に充電した場合、図３（ｂ）のように一方のセルが３．８Ｖとなり、他方のセルは３．５５Ｖとなる。ＳＯＣずれに起因して生じる特定セルの電圧が高い状態は、そのセルの劣化促進、不安全状態および組電池の実効容量の低下を引き起こすため、図３（ａ），（ｂ）のような充電電圧特性を有する組電池においては、充電末期にバランス動作を行う必要がある。 FIG. 3B shows the characteristic curves 61 and 62 of the two cells in the vicinity of the fully charged state. Specifically, the normal characteristic curve 61 and the characteristic curve 62 of the battery cell deviating from the normal characteristic curve 61 are shown. For example, when a battery pack consisting of two cells with displaced SOCs is charged to a certain capacity (for example, 2.015 Ah) as shown in the characteristic curves 61 and 62, one cell becomes 3.8 V as shown in FIG. 3 (b). , The other cell is 3.55V. A state in which the voltage of a specific cell is high due to the SOC shift causes deterioration of the cell, an unsafe state, and a decrease in the effective capacity of the assembled battery. In an assembled battery having voltage characteristics, it is necessary to perform a balanced operation at the end of charging.

従来のバランス動作においては、セル電圧の検出値が、満充電近傍のしきい値（図３（ｂ））等よりも大きいと判定されたときに、予め設定された抵抗値の放電抵抗で電池セルを短絡して、しきい値以下になるまで電池セルを放電していた。ここで、設定された抵抗値が大きいと、電池セルを放電する放電期間が長くなり、組電池の容量が最適化されるまでに長時間を費やしてしまう。さらに、上記の放電期間中、放電される電池セルは満充電を超えた異常な状態にあり、電池セルの劣化促進が懸念される。 In the conventional balance operation, when it is determined that the detected value of the cell voltage is larger than the threshold value (FIG. 3 (b)) near full charge, the battery has a discharge resistance of a preset resistance value. The cell was short-circuited and the battery cell was discharged until it fell below the threshold. Here, if the set resistance value is large, the discharge period for discharging the battery cells becomes long, and it takes a long time until the capacity of the assembled battery is optimized. Further, during the above-mentioned discharging period, the discharged battery cell is in an abnormal state exceeding the full charge, and there is a concern that the deterioration of the battery cell may be accelerated.

一方、従来のバランス動作において放電抵抗に小さい抵抗値が設定されると、電池セルの内部抵抗とバイパス電流による電圧降下（過電圧）が大きくなり、セル電圧の検出値が実際のセル電圧から下がることでバランス動作が中断するような事態を生じるため、従来のバランス動作では、組電池における個々のセルの電圧を迅速に、且つ高精度にバランスさせることが困難であった。 On the other hand, if a small resistance value is set for the discharge resistance in the conventional balance operation, the voltage drop (overvoltage) due to the internal resistance of the battery cell and the bypass current becomes large, and the detected value of the cell voltage drops from the actual cell voltage. In the conventional balance operation, it is difficult to quickly and accurately balance the voltage of each cell in the assembled battery because the balance operation is interrupted.

そこで、本実施形態に係る組電池１では、複数段のバランス回路３−１〜３−３を用いて段階的に、電池セルを放電する際の抵抗値（合成抵抗）を変更する。これにより、バランス動作の長期化や中断を抑制して、組電池１における充電状態を精度良くバランスさせることができる。以下、本実施形態に係る組電池１の動作の詳細を説明する。 Therefore, in the assembled battery 1 according to the present embodiment, the resistance value (combined resistance) when discharging the battery cell is changed stepwise by using the multi-stage balance circuits 3-1 to 3-3. As a result, it is possible to accurately balance the charged state of the assembled battery 1 by suppressing the prolongation or interruption of the balance operation. Hereinafter, the details of the operation of the assembled battery 1 according to the present embodiment will be described.

２−２．バランス動作について
本実施形態に係る組電池１におけるバランス動作について、図４，５を用いて説明する。図４は、本実施形態に係る組電池１のバランス動作を説明するための図である。図５は、組電池１のバランス動作を説明するためのタイミングチャートである。 2-2. Balanced operation The balanced operation of the assembled battery 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is a diagram for explaining the balanced operation of the assembled battery 1 according to the present embodiment. FIG. 5 is a timing chart for explaining the balanced operation of the assembled battery 1.

図４では、特性曲線６１を用いて、各段のバランス回路３−１〜３−３に設定される第１〜第３のしきい値Ｖｔｈ１〜Ｖｔｈ３を例示している。図４の例では、１段目のバランス回路３−１における第１のしきい値Ｖｔｈ１は、３．５５Ｖ（組電池１の充電電圧を直列セル数で除した電圧）に設定されている。第１のしきい値Ｖｔｈ１は、複数の電池セルが直列接続された組電池１においては、充電電圧／直列セル数以上に設定される。直列セル数は、組電池１において互いに直列接続された電池セルの個数である。また、２段目のバランス回路３−２において第２のしきい値Ｖｔｈ２＝３．６Ｖに設定され、３段目のバランス回路３−３において第３のしきい値Ｖｔｈ１＝３．６５Ｖに設定されている。 In FIG. 4, the characteristic curves 61 are used to illustrate the first to third threshold values Vth1 to Vth3 set in the balance circuits 3-1 to 3-3 of each stage. In the example of FIG. 4, the first threshold value Vth1 in the first-stage balance circuit 3-1 is set to 3.55 V (voltage obtained by dividing the charging voltage of the assembled battery 1 by the number of series cells). The first threshold value Vth1 is set to be equal to or higher than the charging voltage / number of series cells in the assembled battery 1 in which a plurality of battery cells are connected in series. The number of series cells is the number of battery cells connected in series with each other in the assembled battery 1. Further, the second threshold value Vth2 = 3.6V is set in the second-stage balance circuit 3-2, and the third threshold value Vth1 = 3.65V is set in the third-stage balance circuit 3-3. Has been done.

以下では、一例として第１の電池セル１１に対するバランス動作について説明する。特性曲線６１によると、同電池セル１１は充電時に、セル電圧Ｖｃ１が第１のしきい値Ｖｔｈ１よりも小さい点Ｐ１の状態から、特性曲線６１の急峻な立ち上がりに沿って第３のしきい値Ｖｔｈ３よりも大きい点Ｐ２の状態になる場合が想定される。このような場合の組電池１の動作例を図５（ａ）〜（ｄ）に示す。 Hereinafter, the balance operation with respect to the first battery cell 11 will be described as an example. According to the characteristic curve 61, when the battery cell 11 is charged, the cell voltage Vc1 starts from the state of the point P1 where the cell voltage Vc1 is smaller than the first threshold value Vth1, and the third threshold value is along the steep rise of the characteristic curve 61. It is assumed that the state of the point P2 larger than Vth3 is reached. Examples of the operation of the assembled battery 1 in such a case are shown in FIGS. 5A to 5D.

図５（ａ）は、１段目のバランス回路３−１（図２）における第１の電池セル１１に対する放電回路３０の制御信号Ｓ１１の制御タイミングを示す。図５（ｂ），（ｃ）は、それぞれ２，３段目のバランス回路３−２，３−３における同電池セル１１の放電の制御信号Ｓ２１，Ｓ３１の制御タイミングを示す。図５（ｄ）は、同電池セル１１を放電するための抵抗値の変更タイミングを示す。 FIG. 5A shows the control timing of the control signal S11 of the discharge circuit 30 with respect to the first battery cell 11 in the first-stage balance circuit 3-1 (FIG. 2). 5 (b) and 5 (c) show the control timings of the discharge control signals S21 and S31 of the battery cell 11 in the balance circuits 3-2 and 3-3 of the second and third stages, respectively. FIG. 5D shows the timing of changing the resistance value for discharging the battery cell 11.

図５（ａ）〜（ｄ）では、第１の電池セル１１のセル電圧Ｖｃ１が時刻ｔ１に点Ｐ１に到達し、その後の時刻ｔ２に点Ｐ２に到達した場合の動作例を示している（図４参照）。時刻ｔ１と時刻ｔ２間の時刻ｔ１１，ｔ１２，ｔ１３に、各段のバランス回路３−１〜３−３（図２）がバランス動作を開始する。 5 (a) to 5 (d) show an operation example when the cell voltage Vc1 of the first battery cell 11 reaches the point P1 at the time t1 and then reaches the point P2 at the time t2 (after that). (See FIG. 4). At times t11, t12, and t13 between time t1 and time t2, the balance circuits 3-1 to 3-3 (FIG. 2) of each stage start the balance operation.

まず、時刻ｔ１１において、１段目のバランス回路３−１の制御部３２（図２）は、セル電圧Ｖｃ１の検出値が第１のしきい値Ｖｔｈ１よりも大きくなったと判定し、図５（ａ）に示すように制御信号Ｓ１１を生成する。これにより、１段目のバランス回路３−１において、第１の電池セル１１に対する放電回路３０のスイッチ３４がオンし、放電抵抗３３が当該電池セル１１を短絡する。このとき、当該電池セル１１は、１つの放電抵抗３３による抵抗値「Ｒ」に基づき放電されることとなる（図５（ｄ））。 First, at time t11, the control unit 32 (FIG. 2) of the first-stage balance circuit 3-1 determines that the detected value of the cell voltage Vc1 is larger than the first threshold value Vth1, and FIG. 5 (FIG. 2). As shown in a), the control signal S11 is generated. As a result, in the first-stage balance circuit 3-1 the switch 34 of the discharge circuit 30 with respect to the first battery cell 11 is turned on, and the discharge resistor 33 short-circuits the battery cell 11. At this time, the battery cell 11 is discharged based on the resistance value “R” by one discharge resistor 33 (FIG. 5 (d)).

次に、時刻ｔ１２において、２段目のバランス回路３−２の制御部３２は、セル電圧Ｖｃ１の検出値が第２のしきい値Ｖｔｈ２よりも大きくなったと判定し、制御信号Ｓ２１によってスイッチ３４をオンする（図５（ｂ））。このとき、第１の電池セル１１には２つの放電抵抗３３が並列に短絡され、当該電池セル１１を放電するための抵抗値は、２つの放電抵抗３３の合成抵抗値「Ｒ／２」になる（図５（ｄ））。 Next, at time t12, the control unit 32 of the second-stage balance circuit 3-2 determines that the detected value of the cell voltage Vc1 has become larger than the second threshold value Vth2, and the control signal S21 determines that the switch 34 Is turned on (Fig. 5 (b)). At this time, two discharge resistors 33 are short-circuited in parallel to the first battery cell 11, and the resistance value for discharging the battery cell 11 is set to the combined resistance value "R / 2" of the two discharge resistors 33. (Fig. 5 (d)).

次に、時刻ｔ１３において、３段目のバランス回路３−３の制御部３２は、セル電圧Ｖｃ１の検出値が第３のしきい値Ｖｔｈ３よりも大きくなったと判定し、制御信号Ｓ３１によってスイッチ３４をオンする（図５（ｃ））。このとき、第１の電池セル１１を短絡する放電抵抗３３が３つになり、当該電池セル１１を放電するための抵抗値は「Ｒ／３」になる（図５（ｄ））。 Next, at time t13, the control unit 32 of the third-stage balance circuit 3-3 determines that the detected value of the cell voltage Vc1 has become larger than the third threshold value Vth3, and the control signal S31 determines that the switch 34 Is turned on (Fig. 5 (c)). At this time, the number of discharge resistors 33 that short-circuit the first battery cell 11 becomes three, and the resistance value for discharging the battery cell 11 becomes “R / 3” (FIG. 5 (d)).

また、時刻ｔ２以降に、３段目のバランス回路３−３の制御部３２が、セル電圧Ｖｃ１の検出値が第３のしきい値Ｖｔｈ３以下になったと判定すると、図５（ｃ）に示すように制御信号Ｓ３１によって放電回路３０のスイッチ３４をオフする。このとき、３段目のバランス回路３−３による第１の電池セル１１の放電が停止され、当該電池セル１１を放電するための抵抗値は「Ｒ／３」から「Ｒ／２」に戻る（図５（ｄ））。 Further, when the control unit 32 of the balance circuit 3-3 in the third stage determines that the detected value of the cell voltage Vc1 is equal to or less than the third threshold value Vth3 after the time t2, it is shown in FIG. 5 (c). The switch 34 of the discharge circuit 30 is turned off by the control signal S31. At this time, the discharge of the first battery cell 11 by the third-stage balance circuit 3-3 is stopped, and the resistance value for discharging the battery cell 11 returns from "R / 3" to "R / 2". (Fig. 5 (d)).

その後、２段目のバランス回路３−２の制御部３２が、セル電圧Ｖｃ１の検出値が第２のしきい値Ｖｔｈ２以下になったと判定すると、制御信号Ｓ２１（図５（ｂ））によって第１の電池セル１１の放電を停止する。また、１段目のバランス回路３−１においても、制御部３２がセル電圧Ｖｃ１の検出値が第１のしきい値Ｖｔｈ１以下になったと判定すると、制御信号Ｓ１１（図５（ａ））によって同電池セル１１の放電を停止する。 After that, when the control unit 32 of the second-stage balance circuit 3-2 determines that the detected value of the cell voltage Vc1 is equal to or less than the second threshold value Vth2, the control signal S21 (FIG. 5B) causes the second step. The discharge of the battery cell 11 of 1 is stopped. Further, also in the first-stage balance circuit 3-1 when the control unit 32 determines that the detected value of the cell voltage Vc1 is equal to or less than the first threshold value Vth1, the control signal S11 (FIG. 5A) is used. The discharge of the battery cell 11 is stopped.

１段目のバランス回路１１による放電が停止されることにより、図５（ａ）〜（ｄ）の例のバランス動作は終了する。 When the discharge by the balance circuit 11 of the first stage is stopped, the balance operation of the examples of FIGS. 5A to 5D is completed.

以上の動作によると、第１の電池セル１１のセル電圧Ｖｃ１の大きさに応じて、当該電池セル１１を放電するための抵抗値が、図５（ｄ）に示すように段階的に変更される。このようなバランス動作は、他の電池セル１２〜１４についても同様に行われる。これにより、組電池１において各電池セル１１〜１４の電圧を速やかに均一化できる。 According to the above operation, the resistance value for discharging the battery cell 11 is changed stepwise as shown in FIG. 5D according to the magnitude of the cell voltage Vc1 of the first battery cell 11. To. Such a balancing operation is similarly performed for the other battery cells 12 to 14. As a result, the voltage of each battery cell 11 to 14 can be quickly made uniform in the assembled battery 1.

２−３．シミュレーションについて
以上のようなバランス動作について、本願発明者は効果を確認するためのシミュレーションを行った。本願発明者が行ったシミュレーションについて、図６（ａ），（ｂ）を用いて説明する。 2-3. Simulation The inventor of the present application conducted a simulation to confirm the effect of the above balance operation. The simulation performed by the inventor of the present application will be described with reference to FIGS. 6A and 6B.

図６（ａ）は、本実施形態に係る組電池１のバランス動作のシミュレーション結果を示すグラフである。図６（ｂ）は、比較例のバランス動作のシミュレーション結果を示すグラフである。図６（ａ），（ｂ）のグラフの横軸は、時間［秒］を示す。また、図６（ａ），（ｂ）中左側の縦軸は電圧［Ｖ］を示し、右側の縦軸は電流［ｍＡ］を示す。 FIG. 6A is a graph showing a simulation result of the balanced operation of the assembled battery 1 according to the present embodiment. FIG. 6B is a graph showing a simulation result of the balance operation of the comparative example. The horizontal axis of the graphs of FIGS. 6A and 6B indicates time [seconds]. Further, the vertical axis on the left side of FIGS. 6A and 6B shows the voltage [V], and the vertical axis on the right side shows the current [mA].

図６（ａ）のシミュレーションでは、図５（ａ）〜（ｄ）の動作例における時刻ｔ２以降において、第１の電池セル１１が放電される様子をシミュレーションした。本シミュレーションでは、初期条件として第１の電池セル１１のセル電圧Ｖｃ１＝３．８Ｖに設定すると共に、残りの各電池セル１２〜１４のセル電圧Ｖｃ２＝Ｖｃ３＝Ｖｃ４＝３．５５Ｖに設定した。また、１つの放電抵抗３３当たりの抵抗値をＲ＝１００Ωに設定した。 In the simulation of FIG. 6A, the state in which the first battery cell 11 is discharged is simulated after the time t2 in the operation examples of FIGS. 5A to 5D. In this simulation, the cell voltage Vc1 = 3.8V of the first battery cell 11 was set as the initial condition, and the cell voltage Vc2 = Vc3 = Vc4 = 3.55V of each of the remaining battery cells 12 to 14 was set. Further, the resistance value per one discharge resistor 33 was set to R = 100Ω.

上記のような設定において、１，２，３段目のバランス回路３−１〜３−３の各々において第１の電池セル１１に対する放電抵抗３３に流れるバイパス電流Ｉｂ１，Ｉｂ２，Ｉｂ３、及び当該電池セル１１を放電する全体のバイパス電流Ｉｂ（＝Ｉｂ１＋Ｉｂ２＋Ｉｂ３）を数値計算した（図２参照）。さらに、バイパス電流Ｉｂによる放電中の同電池セル１１のセル電圧Ｖｃ１を数値計算した。これにより、図６（ａ）に示すようなシミュレーション結果が得られた。 In the above settings, the bypass currents Ib1, Ib2, Ib3 flowing through the discharge resistor 33 with respect to the first battery cell 11 in each of the balance circuits 3-1 to 3-3 of the first, second, and third stages, and the battery. The entire bypass current Ib (= Ib1 + Ib2 + Ib3) for discharging the cell 11 was numerically calculated (see FIG. 2). Further, the cell voltage Vc1 of the battery cell 11 being discharged by the bypass current Ib was numerically calculated. As a result, the simulation result as shown in FIG. 6A was obtained.

また、上記と同様の設定において、図６（ａ）のシミュレーションに対する比較例として、１つのしきい値３．５５Ｖ（図３（ｂ）参照）と１つの抵抗によるバランス動作で電池セルが放電される様子についてもシミュレーションした。このシミュレーション結果を図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）のシミュレーション結果によると、図６（ａ）と同じ初期状態からセル電圧がしきい値３．５５Ｖ以下に到達するまでのバランス動作の動作期間は、略１２００秒であった。 Further, in the same setting as above, as a comparative example with respect to the simulation of FIG. 6A, the battery cell is discharged by a balanced operation with one threshold value of 3.55V (see FIG. 3B) and one resistor. We also simulated the situation. The simulation result is shown in FIG. 6 (b). According to the simulation result of FIG. 6 (b), the operation period of the balance operation from the same initial state as in FIG. 6 (a) until the cell voltage reaches the threshold value of 3.55 V or less is about 1200 seconds.

一方、本実施形態のシミュレーション（図６（ａ））では、初期状態において、第３のしきい値Ｖｔｈ３（＝３．６５Ｖ）よりも大きいセル電圧Ｖｃ１に対して、１〜３段目のバランス回路３−１〜３−３の各々がバイパス電流Ｉｂ１，Ｉｂ２，Ｉｂ３を流している。これにより、バイパス電流Ｉｂを大きくして、セル電圧Ｖｃ１が急速に低下している。このようなバランス動作により、図６（ａ）のシミュレーション結果によると、セル電圧Ｖｃ１が第１のしきい値Ｖｔｈ１（＝３．５５Ｖ）に到達するまでのバランス動作の動作期間が、略７００秒にまで短縮された。 On the other hand, in the simulation of the present embodiment (FIG. 6A), in the initial state, the balance of the first to third stages is balanced with respect to the cell voltage Vc1 larger than the third threshold value Vth3 (= 3.65V). Each of the circuits 3-1 to 3-3 has bypass currents Ib1, Ib2, and Ib3 flowing through them. As a result, the bypass current Ib is increased and the cell voltage Vc1 is rapidly reduced. According to the simulation result of FIG. 6A due to such a balance operation, the operation period of the balance operation until the cell voltage Vc1 reaches the first threshold value Vth1 (= 3.55 V) is about 700 seconds. It was shortened to.

以上のように、本実施形態に係る組電池１のバランス動作によると（図６（ａ））、図６（ｂ）の比較例よりも顕著に、バランス動作の動作期間を短縮できる効果を確認することができた。 As described above, according to the balanced operation of the assembled battery 1 according to the present embodiment (FIG. 6 (a)), it is confirmed that the effect of shortening the operating period of the balanced operation is significantly higher than that of the comparative example of FIG. 6 (b). We were able to.

また、本実施形態に係るバランス動作によると、図６（ａ）に示すように、セル電圧Ｖｃ１（の検出値）の低下に応じて、各段のバイパス電流Ｉｂ１，Ｉｂ２，Ｉｂ３が１つずつ「０」になり、段階的にバイパス電流Ｉｂを減らしている。これにより、理想状態（３．５５Ｖ）に近いほど、つまりセル電圧が低いほどバイパス電流による過電圧を小さくすることで、過電圧でバランス動作が誤って中断するような事態を回避して、精度良く各電池セル１１〜１４の充電状態をバランスさせることができる。 Further, according to the balance operation according to the present embodiment, as shown in FIG. 6A, the bypass currents Ib1, Ib2, and Ib3 of each stage are one by one according to the decrease of the cell voltage Vc1 (detection value). It becomes "0", and the bypass current Ib is gradually reduced. As a result, the closer to the ideal state (3.55V), that is, the lower the cell voltage, the smaller the overvoltage due to the bypass current, thereby avoiding the situation where the balance operation is accidentally interrupted due to the overvoltage, and each of them is accurately performed. The charging state of the battery cells 11 to 14 can be balanced.

３．まとめ
以上のように、本実施形態に係る組電池１は、充電可能な組電池である。組電池１は、複数の電池セル１１〜１４と、検出部３１と、複数の放電抵抗３３と、制御部３２とを備える。複数の電池セル１１〜１４は、互いに直列接続されている。検出部３１は、各電池セル１１〜１４の両端間のセル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４をそれぞれ検出する。複数の放電抵抗３３は、各電池セル１１〜１４と並列に接続され、それぞれの電池セル１１〜１４を短絡して放電可能である。制御部３２は、検出部３１によって検出されたセル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４に基づいて、各電池セル１１〜１４の放電を制御する。制御部３２は、検出されたセル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４の大きさに応じて、当該セル電圧が検出された電池セル１１〜１４を放電するための１つ又は複数の放電抵抗３３による抵抗値を変更する。 3. 3. Summary As described above, the assembled battery 1 according to the present embodiment is a rechargeable assembled battery. The assembled battery 1 includes a plurality of battery cells 11 to 14, a detection unit 31, a plurality of discharge resistors 33, and a control unit 32. The plurality of battery cells 11 to 14 are connected in series with each other. The detection unit 31 detects the cell voltages Vc1 to Vc4 between both ends of the battery cells 11 to 14, respectively. The plurality of discharge resistors 33 are connected in parallel with the respective battery cells 11 to 14, and can be discharged by short-circuiting the respective battery cells 11 to 14. The control unit 32 controls the discharge of each battery cell 11 to 14 based on the cell voltages Vc1 to Vc4 detected by the detection unit 31. The control unit 32 changes the resistance value of one or a plurality of discharge resistors 33 for discharging the battery cells 11 to 14 in which the cell voltage is detected, depending on the magnitude of the detected cell voltages Vc1 to Vc4. To do.

以上の組電池１によると、各電池セル１１〜１４の放電中に検出されたセル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４の大きさに応じてバイパス電流Ｉｂを増減させ、組電池１における各電池セル１１〜１４の電圧を均一化できる。 According to the above-mentioned assembled battery 1, the bypass current Ib is increased or decreased according to the magnitude of the cell voltages Vc1 to Vc4 detected during the discharge of the battery cells 1 to 14, and the battery cells 11 to 14 in the assembled battery 1 are increased or decreased. The voltage can be made uniform.

すなわち、組電池１において、「バランス動作によってセル電圧を収束させるべき値（例えばＶｔｈ１）」と「現状のセル電圧の値」との差（「ΔＶ」とする）について、ΔＶ＞過電圧という状態を実現しやすくすることができる。つまり、組電池１は、ΔＶが大きいほどバイパス電流を大きくすることで過電圧を許容する。また、ΔＶが小さいほどバイパス電流を小さくすることで過電圧を最小化する。このような動作をすることで、組電池１において、誤動作判定を防止しつつ、バランス状態に到達するまでの時間を短縮することができる。 That is, in the assembled battery 1, the state of ΔV> overvoltage is set with respect to the difference (referred to as “ΔV”) between the “value for which the cell voltage should be converged by the balance operation (for example, Vth1)” and the “current cell voltage value”. It can be made easier to realize. That is, the assembled battery 1 allows an overvoltage by increasing the bypass current as ΔV increases. Further, the smaller ΔV is, the smaller the bypass current is, thereby minimizing the overvoltage. By performing such an operation, it is possible to shorten the time required to reach the balanced state in the assembled battery 1 while preventing the malfunction determination.

本実施形態において、制御部３２は、電池セル１１〜１４の放電時に検出部３１によって検知されたセル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４が大きいほど、上記の抵抗値を減少させる（図５（ｄ）参照）。これにより、セル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４が大きいときほどバイパス電流Ｉｂを大きくして、効率良く電池セル１１〜１４の充電状態をバランスさせることができる。 In the present embodiment, the control unit 32 reduces the above resistance value as the cell voltage Vc1 to Vc4 detected by the detection unit 31 when the battery cells 11 to 14 are discharged is larger (see FIG. 5D). As a result, the bypass current Ib can be increased as the cell voltages Vc1 to Vc4 are larger, and the charged states of the battery cells 11 to 14 can be efficiently balanced.

また、本実施形態において、制御部３２は、所定の複数のしきい値Ｖｔｈ１〜Ｖｔｈ３に基づいて、上記の抵抗値を段階的に変更する。これにより、簡潔な制御で精度良く電池セル１１〜１４の充電状態をバランスさせることができる。 Further, in the present embodiment, the control unit 32 changes the above resistance value stepwise based on a plurality of predetermined threshold values Vth1 to Vth3. As a result, the charged states of the battery cells 11 to 14 can be accurately balanced with simple control.

また、本実施形態において、複数のしきい値Ｖｔｈ１〜Ｖｔｈ３のうちの最小のしきい値Ｖｔｈ１は、組電池１の充電電圧を、直列セル数で除した電圧以上である。当該充電電圧は、例えば満充電の状態の組電池電圧Ｖａ（図１）として規定される。また、直列セル数は組電池１において直列接続された電圧セルの個数である。これにより、電池セル１１〜１４が正常に満充電状態に到った状態でのバランス動作を小さくできる。また充電電圧が変動する場合は想定される充電電圧の下限電圧を直列セル数で除した電圧以上を設定する。 Further, in the present embodiment, the minimum threshold value Vth1 among the plurality of threshold values Vth1 to Vth3 is equal to or higher than the charging voltage of the assembled battery 1 divided by the number of series cells. The charging voltage is defined as, for example, the assembled battery voltage Va (FIG. 1) in a fully charged state. The number of series cells is the number of voltage cells connected in series in the assembled battery 1. As a result, the balance operation when the battery cells 11 to 14 are normally fully charged can be reduced. If the charging voltage fluctuates, set the voltage equal to or higher than the lower limit voltage of the assumed charging voltage divided by the number of series cells.

また、本実施形態における組電池１は、各放電抵抗３３と各電池セルとの間に設けられる複数のスイッチ３４をさらに備える。放電抵抗３３とスイッチ３４の直列回路で構成される放電回路３０が、１つの電池セルに対して複数、並列に設けられる。このような簡潔な回路構成で、精度良く電池セル１１〜１４の充電状態をバランスさせることができる。 Further, the assembled battery 1 in the present embodiment further includes a plurality of switches 34 provided between each discharge resistor 33 and each battery cell. A plurality of discharge circuits 30 composed of a series circuit of the discharge resistor 33 and the switch 34 are provided in parallel with respect to one battery cell. With such a simple circuit configuration, the charging states of the battery cells 11 to 14 can be accurately balanced.

また、本実施形態において、複数の電池セル１１〜１４は、４個である。組電池１における電池セルの個数は４個に限らず、５個以上であってもよいし、２個又は３個であってもよい。組電池１における各電池セルは、互いに直列接続されてもよいし、並列接続される組を含んでいてもよい。 Further, in the present embodiment, the number of the plurality of battery cells 11 to 14 is four. The number of battery cells in the assembled battery 1 is not limited to 4, and may be 5 or more, or 2 or 3. Each battery cell in the assembled battery 1 may be connected in series with each other, or may include a set connected in parallel.

また、本実施形態において、電池セル１１〜１４は、ＬＦＰを含む正極と、Ｇｒを含む負極とを備えるリチウムイオン電池である。このようなＬＦＰ−Ｇｒセルの充電電圧特性（図３（ａ），（ｂ））に対して、精度良く充電状態をバランスさせることができる。 Further, in the present embodiment, the battery cells 11 to 14 are lithium ion batteries including a positive electrode containing LFP and a negative electrode containing Gr. It is possible to accurately balance the charging state with respect to the charging voltage characteristics (FIGS. 3A and 3B) of such an LFP-Gr cell.

上記の実施形態１では、組電池１において３段のバランス回路３−１〜３−３が設けられた例を説明したが、組電池１に設けるバランス回路の段数は、２段であってもよいし、４段以上であってもよい。 In the above-described first embodiment, the example in which the three-stage balance circuit 3-1 to 3-3 is provided in the assembled battery 1 has been described, but the number of stages of the balance circuit provided in the assembled battery 1 may be two. It may be 4 steps or more.

（実施形態２）
実施形態１では、多段のバランス回路３−１〜３−３間の合成抵抗の抵抗値を変更した。実施形態２では、可変抵抗器を用いる組電池について説明する。 (Embodiment 2)
In the first embodiment, the resistance value of the combined resistance between the multi-stage balance circuits 3-1 to 3-3 was changed. In the second embodiment, an assembled battery using a variable resistor will be described.

実施形態２に係る組電池について、図７，８を用いて説明する。 The assembled battery according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 7 and 8.

図７は、実施形態２に係る組電池１Ａの構成を示す回路図である。本実施形態に係る組電池１Ａは、実施形態１の組電池１（図２）と同様の構成において、多段のバランス回路３−１〜３−３の代わりに、図７に示すように、１段のバランス回路３Ａを備える。 FIG. 7 is a circuit diagram showing the configuration of the assembled battery 1A according to the second embodiment. The assembled battery 1A according to the present embodiment has the same configuration as the assembled battery 1 (FIG. 2) of the first embodiment, as shown in FIG. 7, instead of the multi-stage balance circuits 3-1 to 3-3. A stage balance circuit 3A is provided.

本実施形態のバランス回路３Ａは、実施形態１の各放電抵抗３３の代わりに、可変抵抗器で構成される放電抵抗３３Ａを備える。また、本実施形態のバランス回路３Ａの制御部３２Ａは、例えばマイコンで構成される。制御部３２Ａは、検出部３１によるセル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４の検出値に基づいて、各スイッチ３４を制御すると共に、放電抵抗３３Ａの抵抗値を変化させる。図８に、実施形態２に係る組電池１Ａの動作の一例を示す。 The balance circuit 3A of the present embodiment includes a discharge resistor 33A composed of a variable resistor instead of each discharge resistor 33 of the first embodiment. Further, the control unit 32A of the balance circuit 3A of the present embodiment is composed of, for example, a microcomputer. The control unit 32A controls each switch 34 and changes the resistance value of the discharge resistor 33A based on the detection values of the cell voltages Vc1 to Vc4 by the detection unit 31. FIG. 8 shows an example of the operation of the assembled battery 1A according to the second embodiment.

図８では、実施形態２のバランス回路３Ａの制御部３２Ａが、実施形態１と同様のバランス動作を実現するように放電抵抗３４Ａを制御した場合の動作例を示している（図６（ａ）参照）。 FIG. 8 shows an operation example when the control unit 32A of the balance circuit 3A of the second embodiment controls the discharge resistor 34A so as to realize the same balance operation as that of the first embodiment (FIG. 6A). reference).

本動作例において、制御部３２Ａには、第１〜第３のしきい値Ｖｔｈ１〜Ｖｔｈ３が予め設定されている（図４参照）。制御部３２Ａは、セル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４の検出値のいずれかが第１のしきい値Ｖｔｈ１よりも大きいか否かに基づいて、対応するスイッチ３４をオン／オフ制御する。また、制御部３２Ａは、セル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４の検出値と第２及び第３のしきい値Ｖｔｈ２，Ｖｔｈ３とを比較判定し、判定結果に応じて対応する放電抵抗３３Ａの抵抗値を、例えば３つの設定値Ｒ，Ｒ／２，Ｒ／３の中から選択する。 In this operation example, the first to third threshold values Vth1 to Vth3 are preset in the control unit 32A (see FIG. 4). The control unit 32A controls the corresponding switch 34 on / off based on whether or not any of the detected values of the cell voltages Vc1 to Vc4 is larger than the first threshold value Vth1. Further, the control unit 32A compares and determines the detected values of the cell voltages Vc1 to Vc4 and the second and third threshold values Vth2 and Vth3, and sets the corresponding resistance value of the discharge resistor 33A according to the determination result, for example. Select from three set values R, R / 2, R / 3.

以上のような動作により、図８に示すようにバイパス電流Ｉｂを段階的に変化させ、実施形態１のシミュレーション結果と同様の効果を得ることができる。 By the above operation, the bypass current Ib can be changed stepwise as shown in FIG. 8, and the same effect as the simulation result of the first embodiment can be obtained.

以上の動作例では、制御部３２Ａは、複数のしきい値判定によって放電抵抗３３Ａの抵抗値を段階的に変化させた。これに限らず、例えば制御部３２Ａは、放電抵抗３３Ａの抵抗値を、連続的に段階的に（或いは充分に細分化して）変化させてもよい。 In the above operation example, the control unit 32A changes the resistance value of the discharge resistor 33A stepwise by a plurality of threshold value determinations. Not limited to this, for example, the control unit 32A may continuously and stepwise (or sufficiently subdivide) change the resistance value of the discharge resistor 33A.

以上のように、本実施形態に係る組電池１Ａにおいて、放電抵抗３３Ａは、可変抵抗器で構成される。これにより、精度良く電池セル１１〜１４の充電状態をバランスさせることができる。 As described above, in the assembled battery 1A according to the present embodiment, the discharge resistor 33A is composed of a variable resistor. As a result, the charged states of the battery cells 11 to 14 can be accurately balanced.

（他の実施形態）
上記の各実施形態では、電池セル１１〜１４がＬＦＰ−Ｇｒセルである例を説明したが、組電池の電池セルはＬＦＰ−Ｇｒセルに限らず、例えばオリビン系や非オリビン系の種々のリチウムイオン電池で構成されてもよい。 (Other embodiments)
In each of the above embodiments, the example in which the battery cells 11 to 14 are LFP-Gr cells has been described, but the battery cells of the assembled battery are not limited to the LFP-Gr cells, and for example, various lithiums of olivine type and non-olivine type. It may be composed of an ion battery.

また、上記の各実施形態では、電池保護回路部を備える組電池１について説明したが、組電池は、電池保護回路部とは別に提供されてもよい。 Further, in each of the above embodiments, the assembled battery 1 including the battery protection circuit unit has been described, but the assembled battery may be provided separately from the battery protection circuit unit.

上述した実施形態は例示であり、本発明は上記の実施形態に限定されない。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置換、付加、省略などを行うことができる。 The above-described embodiment is an example, and the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment. The scope of the present invention is shown not by the above description but by the scope of claims, and various modifications, substitutions, additions, omissions, etc. can be made within the scope of claims or the equivalent thereof.

１組電池
１１〜１４電池セル
３−１〜３−３，３Ａバランス回路
３０放電回路
３１検出部
３２．３２Ａ制御部
３３．３３Ａ放電抵抗
３４スイッチ 1 set battery 11-14 Battery cell 3-1 to 3-3, 3A Balance circuit 30 Discharge circuit 31 Detection unit 32.32A Control unit 33.33A Discharge resistance 34 Switch

Claims

It is a rechargeable battery pack
With multiple battery cells connected in series with each other,
A detector that detects the cell voltage between both ends of each battery cell,
Multiple discharge resistors that are connected in parallel with each battery cell and can be discharged by short-circuiting each battery cell,
A control unit that controls the discharge of each battery cell based on the cell voltage detected by the detection unit is provided.
The control unit is an assembled battery that changes the resistance value due to one or a plurality of discharge resistors for discharging the battery cell in which the cell voltage is detected according to the magnitude of the detected cell voltage.

The assembled battery according to claim 1, wherein the control unit reduces the resistance value as the cell voltage detected by the detection unit increases when the battery cell is discharged.

The assembled battery according to claim 1 or 2, wherein the control unit changes the resistance value stepwise based on a plurality of predetermined threshold values.

The minimum threshold value among the plurality of threshold values is equal to or higher than the voltage obtained by dividing the charging voltage of the assembled battery by the number of series cells, and the number of series cells is the voltage cells connected in series in the assembled battery. The assembled battery according to any one of claims 1 to 3, which is the number of batteries.

Further equipped with multiple switches provided between each discharge resistor and each battery cell,
The assembled battery according to any one of claims 1 to 4, wherein a plurality of series circuits of the discharge resistor and the switch are provided in parallel with respect to one battery cell.

The assembled battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the discharge resistance is composed of a variable resistor.

The assembled battery according to any one of claims 1 to 6, wherein the plurality of battery cells are four or more.

The assembled battery according to any one of claims 1 to 7, wherein the battery cell is a lithium ion battery including a positive electrode containing lithium iron phosphate and a negative electrode containing graphite.