JP3419115B2 - Battery charge / discharge protection device - Google Patents
Battery charge / discharge protection deviceInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、複数個の二次電池を直
列接続または直並列接続して用いる組電池の保護装置に
関し、特にリチウムイオン電池のような非水系電解質二
次電池の組電池に好適な保護装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a battery pack protection device using a plurality of secondary batteries connected in series or in series and parallel, and more particularly to a battery pack for a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion battery. The present invention relates to a protective device suitable for.
【０００２】[0002]
【従来技術】電気自動車等の動力源としては、二次電池
（単一の電池からなるセルまたは複数のセルからなるモ
ジュール）を必要な容量に相当する分だけ複数個直列ま
たは直並列に接続した組電池が用いられる。このような
組電池は、多数の電池（例えば電気自動車では１００〜
２５０セル程度）を用いているので、電池系の信頼性を
確保することが重要である。すなわち、組電池を構成し
ている電池のうちの何れかが過放電や過充電等によって
損傷し、その機能を喪失すると、全体の組電池が作動不
能になり、電気自動車が走行不能になってしまうおそれ
がある。さらに、このような組電池の場合には、放電容
量（放電可能な電気量）の減少程度が各電池によって異
なっている。例えば各電池間には製造バラツキがあり、
また組電池で使用した場合の温度分布が均一でない等の
理由により、自己放電量や充電受入率（充放電効率）に
差があるので、放電容量の減少程度が各電池によって異
なっている。そのためＤＯＤ（放電深度：全放電で１０
０％、満充電で０％）０％からの放電容量には各電池に
バラツキが生じ、それによって組電池としての放電容量
が減少する。すなわち、放電時には、放電容量の小さく
なった電池は早く放電終了して過放電状態となり、この
過放電になっている電池が他の電池の負荷となって、全
ての電池がＤＯＤ１００％にならないうちに電圧が低下
し、組電池としては放電終了になってしまう。また、電
池の放電末期には、内部抵抗が増大して内部発熱が大
きくなることによる劣化、電池系物質が不安定になる
ための劣化、局所的に大きな電流が流れることによる
劣化、等の原因で電池の劣化が進むので、上記の過放電
状態となった電池は、寿命の劣化の程度が大きくなる。2. Description of the Related Art As a power source for an electric vehicle or the like, a plurality of secondary batteries (cells formed of a single battery or a module formed of a plurality of cells) are connected in series or series-parallel in an amount corresponding to a required capacity. An assembled battery is used. Such an assembled battery includes a large number of batteries (for example, 100 to 100 in an electric vehicle).
Since about 250 cells are used, it is important to secure the reliability of the battery system. In other words, if any of the batteries that make up the battery pack is damaged by over-discharging or overcharging and loses its function, the entire battery pack becomes inoperable and the electric vehicle becomes inoperable. There is a risk that Further, in the case of such an assembled battery, the degree of decrease in discharge capacity (the amount of electricity that can be discharged) differs depending on each battery. For example, there are manufacturing variations between batteries,
Further, since the self-discharge amount and the charge acceptance rate (charging / discharging efficiency) are different due to the fact that the temperature distribution when used in the assembled battery is not uniform and the like, the degree of decrease in the discharge capacity is different for each battery. Therefore, DOD (depth of discharge: 10 for total discharge)
The discharge capacity from 0%, 0% at full charge) to 0% varies among the batteries, which reduces the discharge capacity of the assembled battery. That is, at the time of discharging, a battery whose discharge capacity has become small is quickly discharged and becomes an over-discharged state, and this over-discharged battery becomes a load of other batteries, and all the batteries do not reach DOD 100%. The voltage drops to the end and the assembled battery ends the discharge. In addition, at the end of battery discharge, deterioration due to increased internal resistance and increased internal heat generation, deterioration due to instability of battery materials, deterioration due to local flow of large current, etc. As the battery deteriorates, the battery in the over-discharged state has a greater degree of deterioration in life.
【０００３】一方、充電時には、放電時にＤＯＤ１００
％にならなかった電池が先にＤＯＤ０％に達して電圧が
上昇し、充電が終了してしまうが、放電時に過放電にな
った電池はＤＯＤ０％にならないままで充電が終了する
ので、ＤＯＤの差は広がり、各電池の放電容量の差も広
がる。したがって、充放電を繰り返すと、放電容量の小
さかった電池は常に充電不足になるので、バラツキが大
きくなって組電池全体としての放電容量が減少する。な
お、一般に二次電池の場合には、充電終止電圧を越えて
過充電したり、放電終止電圧を過ぎて過放電すると、寿
命が低下するが、特にリチウムイオン電池のような非水
系電解質二次電池の場合にはその傾向が強いので、組電
池中の１個でも充電終止電圧や放電終止電圧に達した場
合には、組電池としての充電、放電を終了する必要があ
る。上記のように、複数の二次電池を直列接続した組電
池においては、放電容量やＤＯＤがばらついて、組電池
全体としての放電容量が低下するという問題や特定の電
池が特に劣化するという問題があり、また、過放電や過
充電によって異常発熱するおそれもある。On the other hand, during charging and discharging, DOD100
Batteries that did not reach% reached DOD0% first and the voltage rises, and charging ends. However, batteries that are over-discharged during discharging do not reach DOD0% and charging ends. The difference widens, and the difference in discharge capacity of each battery also widens. Therefore, when charging and discharging are repeated, the battery having a small discharge capacity is always insufficiently charged, and the variation becomes large, and the discharge capacity of the entire assembled battery decreases. Generally, in the case of secondary batteries, if they are overcharged beyond the end-of-charge voltage or over-discharged beyond the end-of-discharge voltage, the life will be shortened, but especially non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion batteries Since this tendency is strong in the case of batteries, when even one of the assembled batteries reaches the charge end voltage or the discharge end voltage, it is necessary to terminate the charging and discharging as the assembled battery. As described above, in an assembled battery in which a plurality of secondary batteries are connected in series, there are problems that the discharge capacity and the DOD are varied, the discharge capacity of the entire assembled battery is reduced, and a particular battery is particularly deteriorated. There is also a risk of abnormal heat generation due to over-discharge or over-charge.
【０００４】上記の問題に対処するための第１の従来例
としては、例えば、特開昭５１−８５４３７号公報に記
載されたものがある。この装置は、組電池を構成する各
電池の電圧のバラツキが大きくなると、充電電圧もしく
は充電電流を大きくして均等充電を行うものである。ま
た、第２の従来例としては、特開昭６１−２０６１７９
号公報に記載されたものがある。図７は、第２の従来例
の内容を示す回路図である。図７において、組電池１は
セル１ａと１ｂとが直列に接続（実際には多数のセルが
直列接続されているが、２個のみを示す）されたもので
あり、それぞれのセルにツェナダイオードＺＤ１、ＺＤ
２が並列に接続されている。そしてこれらのツェナダイ
オードＺＤ１、ＺＤ２のツェナ電圧は、セルの充電終止
電圧（例えばリチウムイオン電池の場合には４Ｖ程度）
に設定されている。この回路においては、充電が進んで
セルの端子電圧が上昇し、それが充電終止電圧に達した
ものについては、並列に接続されたツェナダイオードが
導通して充電電流をバイパスするので、それ以上充電が
行なわれず、端子電圧が充電終止電圧に達しないセルは
充電が継続される。そのため、各セルがそれぞれ満充電
となるまで充電が行なわれ、バラツキを減少させること
が出来る。As a first conventional example for dealing with the above problem, there is, for example, one described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 51-85437. This device increases the charging voltage or the charging current when the variations in the voltages of the batteries forming the assembled battery increase, and performs uniform charging. A second conventional example is Japanese Patent Laid-Open No. 61-206179.
There is one described in the publication. FIG. 7 is a circuit diagram showing the contents of the second conventional example. In FIG. 7, an assembled battery 1 is a battery in which cells 1a and 1b are connected in series (actually many cells are connected in series, but only two are shown), and a zener diode is provided in each cell. ZD1, ZD
2 are connected in parallel. The Zener voltage of these Zener diodes ZD1 and ZD2 is equal to the cutoff voltage of the cell (for example, about 4V in the case of a lithium ion battery).
Is set to. In this circuit, when charging progresses and the terminal voltage of the cell rises and it reaches the charge cutoff voltage, the Zener diode connected in parallel conducts and bypasses the charging current. Is not performed and the cell whose terminal voltage does not reach the end-of-charge voltage is continuously charged. Therefore, charging is performed until each cell is fully charged, and variation can be reduced.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、第１の従来例
に記載の方法は、鉛−酸二次電池の場合には各電池を満
充電にすることが出来るが、リチウム電池のような非水
系電解質二次電池の場合には、第１の従来例のように過
電圧を印加すると、前記のごとく電池の寿命に重大な悪
影響を及ぼすという問題がある。また、第２の従来例で
は、満充電になった電池の充電電流をバイパスするもの
であるため、次のごとき問題がある。すなわち、充電時
には常に満充電になるまで充電するとは限らず、途中で
充電を終了する場合も多いが、上記従来例では、満充電
にならなければバラツキ解消機能が働かないので、各電
池のバラツキを常に解消することは困難である。また、
先に満充電になった電池の充電電流はツェナダイオード
を介して無駄に流れることになるので、充電時の電力が
無駄になり、充電効率が悪化するという問題もある。However, in the case of the lead-acid secondary battery, the method described in the first conventional example can charge each battery to a full charge. In the case of the water-based electrolyte secondary battery, when an overvoltage is applied as in the first conventional example, there is a problem that the life of the battery is seriously adversely affected as described above. Further, in the second conventional example, since the charging current of the fully charged battery is bypassed, there are the following problems. That is, when charging, the battery is not always charged until it is fully charged, and in many cases charging is terminated in the middle.However, in the above conventional example, the variation elimination function does not work until the battery is fully charged. It is difficult to always solve. Also,
Since the charging current of the battery which has been fully charged first flows unnecessarily through the Zener diode, there is also a problem that the electric power at the time of charging is wasted and the charging efficiency is deteriorated.
【０００６】図８は、上記の第２の従来例における充電
時のセルの端子電圧を示す特性図である。図８におい
て、実線Ａはセル１ａの特性曲線、破線Ｂはセル１ｂの
特性曲線である。なお、この場合には、セル１ｂの方が
先に充電終止電圧Ｖ0に到達する場合を示している。図
８に示すように、各セルの放電容量等の特性の差によっ
て充電終止電圧に達する時点は異なっており、先に充電
終止電圧に達したセル１ｂでは、遅れているセル１ａが
充電終止電圧に達する時点までの時間ｔ0の間、並列接
続されたツェナダイオードＺＤ２を通って充電電流が流
れ、この間の電力（充電終止電圧×充電電流×時間
ｔ0）が無駄に消費されることになる。特に、電気自動
車のように１００〜２５０セル程度の多数のセルを有す
るシステムにおいては、上記の無駄に消費される電力は
無視出来ない程度に大きなものとなる。また、図８の特
性から判るように、実線Ａと破線Ｂとが一致するのは両
方のセルが充電終止電圧に達した場合、すなわち両者が
満充電になるまで充電した場合のみであり、途中で充電
を終了した場合には、実線と破線との差に応じたバラツ
キが生じることになる。上記のように、従来技術におい
ては、満充電まで充電しなければバラツキを解消するこ
とができず、また、無駄に消費される電力が多くて充電
の効率が悪い、という問題があった。FIG. 8 is a characteristic diagram showing the terminal voltage of the cell during charging in the second conventional example. In FIG. 8, the solid line A is the characteristic curve of the cell 1a, and the broken line B is the characteristic curve of the cell 1b. In this case, the case where the cell 1b reaches the end-of-charge voltage V 0 first is shown. As shown in FIG. 8, the time at which the charge end voltage is reached differs depending on the difference in the characteristics such as the discharge capacity of each cell, and in the cell 1b that has reached the charge end voltage first, the delayed cell 1a has the charge end voltage. The charging current flows through the Zener diode ZD2 connected in parallel during the time t 0 until the point of reaching the time t, and the electric power (charging end voltage × charging current × time t 0 ) is wastefully consumed during this time. . In particular, in a system having a large number of cells of about 100 to 250 cells such as an electric vehicle, the above-mentioned power consumed wastefully becomes so large that it cannot be ignored. Further, as can be seen from the characteristics of FIG. 8, the solid line A and the broken line B coincide only when both cells have reached the charge cutoff voltage, that is, when both cells are fully charged. When the charging is finished in step 2, variations occur depending on the difference between the solid line and the broken line. As described above, the conventional technology has a problem in that the variation cannot be eliminated unless the battery is fully charged and that the power consumed in vain is large and the charging efficiency is low.
【０００７】本発明は、上記のごとき従来技術の問題を
解決するためになされたものであり、過充電を防止しな
がら満充電以前でもバラツキを有効に解消することがで
き、かつ充電効率を向上させた組電池の充放電保護装置
を提供することを目的とする。The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, and it is possible to effectively eliminate the variation even before the full charge while preventing the overcharge and improve the charging efficiency. An object of the present invention is to provide a charge / discharge protection device for the assembled battery.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。すなわち、請求項１に記載の発明にお
いては、二次電池のセルを複数個直列または直並列に接
続した組電池と、上記各セルごとに、充電終止電圧と同
値およびそれよりも低い値の複数の基準電圧を下記制御
手段の制御に応じて切り換えて発生する基準電圧発生手
段と、上記各セルごとに、その端子電圧と上記基準電圧
とを比較する比較手段と、上記各セルごとに並列に接続
されたスイッチング手段と、上記組電池の充電時に、上
記比較手段の比較結果に基づいて上記端子電圧が上記基
準電圧以上になったセルの上記スイッチング手段をオン
にし、全てのセルの上記スイッチング手段がオンになる
ごとに、上記各基準電圧発生手段の発生する基準電圧を
順次高い値に切り換え、基準電圧が上記充電終止電圧に
達した状態で、全ての上記端子電圧が上記基準電圧以上
になった場合に充電を終了するように制御する制御手段
と、を備えるように構成している。なお、上記の構成
は、例えば後記図１の実施例に相当し、上記基準電圧発
生手段は、各セルの一方の端子電位（例えばマイナス端
子電位）を基準としてその値から所定の電位差を有する
各基準電圧を発生するものである。In order to achieve the above object, the present invention is constructed as described in the claims. That is, in the invention according to claim 1, an assembled battery in which a plurality of cells of a secondary battery are connected in series or series-parallel, and a plurality of cells having the same value as the end-of-charge voltage or a value lower than that for each cell are provided. Of the reference voltage is generated by switching the reference voltage according to the control of the following control means, for each of the cells, a comparison means for comparing the terminal voltage and the reference voltage, and in parallel for each of the cells. At the time of charging the connected switching means and the assembled battery, based on the comparison result of the comparison means, the switching means of the cells whose terminal voltage becomes equal to or higher than the reference voltage is turned on, and the switching means of all the cells. Every time the switch is turned on, the reference voltage generated by each of the reference voltage generating means is sequentially switched to a high value, and all the terminal voltages are reached in the state where the reference voltage reaches the charge cutoff voltage. It is configured with a control means for controlling to terminate charging if it becomes more than the reference voltage. The above-described configuration corresponds to, for example, the embodiment shown in FIG. 1 described later, and the reference voltage generating means has a predetermined potential difference from one terminal potential (eg, negative terminal potential) of each cell as a reference. A reference voltage is generated.
【０００９】また、請求項２に記載の発明においては、
二次電池の複数のセルからなるモジュールを、複数個直
列または直並列に接続した組電池と、上記各セルごと
に、充電終止電圧と同値およびそれよりも低い値の複数
の基準電圧を下記制御手段の制御に応じて切り換えて発
生する基準電圧発生手段と、上記各セルごとに、その端
子電圧と上記基準電圧とを比較する比較手段と、上記各
モジュールごとに並列に接続されたスイッチング手段
と、上記組電池の充電時に、上記比較手段の比較結果に
基づいて上記端子電圧が上記基準電圧以上になったセル
を含むモジュールの上記スイッチング手段をオンにし、
全てのモジュールの上記スイッチング手段がオンになる
ごとに、上記各基準電圧発生手段の発生する基準電圧を
順次高い値に切り換え、基準電圧が上記充電終止電圧に
達した状態で、全ての上記端子電圧が上記基準電圧以上
になった場合に充電を終了するように制御する制御手段
と、を備えるように構成している。なお、上記の構成
は、例えば後記図４の実施例に相当する。According to the second aspect of the invention,
The following control of the assembled battery in which a plurality of modules of secondary batteries are connected in series or series-parallel, and multiple reference voltages of the same value as the end-of-charge voltage or lower than that for each of the above-mentioned cells Reference voltage generating means that is generated by switching according to the control of the means, comparing means for comparing the terminal voltage of the cells with the reference voltage, and switching means connected in parallel for each module. When the battery pack is charged, the switching means of the module including the cell in which the terminal voltage becomes equal to or higher than the reference voltage is turned on based on the comparison result of the comparison means,
Every time the switching means of all modules are turned on, the reference voltage generated by each reference voltage generating means is sequentially switched to a higher value, and all the terminal voltages are reached in the state where the reference voltage reaches the charge cutoff voltage. And a control unit that controls the charging to be terminated when the voltage becomes equal to or higher than the reference voltage. The above configuration corresponds to, for example, the embodiment shown in FIG. 4 described later.
【００１０】また、請求項３に記載のように、上記制御
手段は、基準電圧が上記充電終止電圧に達した状態で、
全ての上記端子電圧が上記基準電圧以上になった場合
に、充電電流をそれまでよりも低い値に切り換え、それ
によって上記端子電圧が上記基準電圧よりも低下したセ
ルに充電を継続し、その状態で再び全ての上記端子電圧
が上記基準電圧以上になった場合に充電を終了するよう
に制御するものである。なお、上記の構成は、例えば後
記図３のフローチャートに示す実施例に相当する。ま
た、請求項４に記載のように、上記制御手段は、充電開
始時における上記基準電圧の初期値を、その時点におけ
る各セルの端子電圧のうち最も高い電圧よりも高い値に
設定するものである。また、請求項５に記載の発明にお
いては、上記基準電圧発生手段は、放電終止電圧をも上
記基準電圧として発生可能なものであり、上記制御手段
は、組電池の放電時に、上記基準電圧を放電終止電圧に
設定させるものであり、かつ、組電池の放電時には上記
各スイッチング手段をオフ状態に保つオフ保持手段と、
上記比較手段の比較結果に基づいて上記各セルのうちの
少なくとも一つの端子電圧が上記放電終止電圧以下にな
った場合に警報を発生する警報手段と、を備えている。
また、請求項６に記載のように、上記二次電池は、非水
系電解質二次電池である。ただし、本発明は、鉛−酸蓄
電池のような他の形式の二次電池にも適用することが出
来る。Further, according to a third aspect of the present invention, the control means, in a state where the reference voltage reaches the charge cutoff voltage,
When all of the terminal voltage is equal to or higher than the reference voltage, switching the charging current to a value lower than before, it
The terminal voltage is lower than the reference voltage.
The charging is controlled so that the charging is terminated when all the terminal voltages become higher than the reference voltage again in that state. The above configuration corresponds to, for example, the embodiment shown in the flowchart of FIG. 3 described later. Further, as described in claim 4, the control means sets the initial value of the reference voltage at the start of charging to a value higher than the highest voltage among the terminal voltages of the cells at that time. is there. Further, in the invention according to claim 5, the reference voltage generation means is capable of generating a discharge end voltage as the reference voltage, and the control means controls the reference voltage when the assembled battery is discharged. An off-holding means for setting the end-of-discharge voltage and keeping each of the switching means in an off state when the assembled battery is discharged,
Alarm means for issuing an alarm when the terminal voltage of at least one of the cells becomes equal to or lower than the discharge cutoff voltage based on the comparison result of the comparison means.
Moreover, as described in claim 6, the secondary battery is a non-aqueous electrolyte secondary battery. However, the present invention can also be applied to other types of secondary batteries such as lead-acid batteries.
【００１１】[0011]
【作用】請求項１に記載の発明は、各セルごとに、充電
終止電圧よりも低い基準電圧を設定し、各セルの端子電
圧がその基準電圧に達した場合に並列のスイッチング手
段をオンにして充電電流をバイパスさせ、全てのセルの
スイッチング手段がオンになるごとに、基準電圧を順次
高い値に切り換える。そして基準電圧が充電終止電圧に
達した状態で、全ての端子電圧が基準電圧（この場合は
充電終止電圧）以上になった場合に充電を終了するもの
である。上記のように、請求項１の発明においては、多
段階に設けられた基準電圧ごとに各セルが均等になるま
で充電されるので、満充電にならない場合でも有効にバ
ラツキを解消することが出来る。また、充電終止電圧よ
りも低い電圧で段階的にスイッチング手段がオンになる
ので、バイパスされて無駄に消費される電力を減少さ
せ、充電効率を向上させることが出来る。The invention according to claim 1 sets a reference voltage lower than the end-of-charge voltage for each cell, and turns on the parallel switching means when the terminal voltage of each cell reaches the reference voltage. The charging current is bypassed, and the reference voltage is sequentially switched to a high value every time the switching means of all cells are turned on. Then, in a state where the reference voltage has reached the end-of-charge voltage, the charging is terminated when all the terminal voltages become equal to or higher than the reference voltage (in this case, the end-of-charge voltage). As described above, according to the first aspect of the present invention, since the cells are charged evenly for each reference voltage provided in multiple stages, it is possible to effectively eliminate the variation even when the cells are not fully charged. . In addition, since the switching means is turned on stepwise at a voltage lower than the charge cutoff voltage, it is possible to reduce the power that is bypassed and wasted, and improve the charging efficiency.
【００１２】また、請求項２の発明は、スイッチング手
段を各モジュールごとに設けるように構成したものであ
り、これによって回路構成を簡略化することが出来る。
また、請求項３の発明は、基準電圧が充電終止電圧に達
した状態で、全ての端子電圧が基準電圧以上になった場
合、すなわち充電終期に充電電流を減少させ、それによ
って上記端子電圧が上記基準電圧よりも低下したセルに
充電を継続するように構成したものであり、これによ
り、電池の内部抵抗による電圧降下分を小さくして誤差
を減少させ、各セルをさらに均等に充電することが出来
る。Further, the invention of claim 2 is configured such that the switching means is provided for each module, whereby the circuit configuration can be simplified.
Further, in the invention of claim 3, when all the terminal voltages become equal to or higher than the reference voltage in the state where the reference voltage reaches the charge cutoff voltage, that is, the charge current is reduced at the end of charge , and
Therefore, the cell in which the terminal voltage is lower than the reference voltage is configured to be continuously charged, thereby reducing the voltage drop due to the internal resistance of the battery and reducing the error. , Each cell can be charged more evenly.
【００１３】また、請求項４の発明は、充電開始時にお
ける基準電圧の初期値を、その時点における各セルの端
子電圧のうち最も高い電圧よりも高い値に設定するよう
に構成したものであり、これにより、充電開始時に基準
電圧よりも端子電圧の高かったセルの電力がスイッチン
グ手段を介して放電するのを防止することが出来る。ま
た、請求項５の発明は、放電終止電圧以下になったセル
が生じた場合に警報を発生するように構成したものであ
り、これによって過放電を防止することが出来る。ま
た、請求項６に記載のように、本発明は、リチウムイオ
ン電池のような非水系電解質二次電池に特に好適であ
る。前記のごとく、非水系電解質二次電池は過充電、過
放電によって寿命劣化を生じやすいので、本発明による
効果が大きい。Further, the invention of claim 4 is configured such that the initial value of the reference voltage at the start of charging is set to a value higher than the highest voltage among the terminal voltages of the cells at that time. As a result, it is possible to prevent the electric power of the cell having the terminal voltage higher than the reference voltage at the start of charging from being discharged through the switching means. Further, the invention of claim 5 is configured so as to generate an alarm when a cell having a voltage lower than the discharge end voltage is generated, whereby over-discharge can be prevented. Moreover, as described in claim 6, the present invention is particularly suitable for a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion battery. As described above, the non-aqueous electrolyte secondary battery is prone to life deterioration due to overcharging and overdischarging, so that the effect of the present invention is great.
【００１４】[0014]
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明
する。図１は本発明の第１の実施例図である。図１にお
いて、１は組電池であり、複数のセル１ａ〜１ｎを直列
に接続したものである。なお、直並列に接続したもので
もよい。また、２は負荷制御装置であり、組電池１の電
力で負荷３を駆動する際の電力供給を制御するものであ
る。例えば、負荷制御装置２は電気自動車における直流
−交流変換用コンバータと制御用コンピュータからなる
回路であり、負荷３は電気自動車駆動用モータである。
なお、上記の負荷制御装置２と負荷３の部分は組電池の
出力（放電）回路であり、以下に記載する４以降の部分
が本実施例の充放電保護装置の部分である。４は充電終
止電圧と同値およびそれよりも低い値の複数の基準電圧
を発生する基準電圧設定部である。この基準電圧発生部
４は、各セルのマイナス端子の電位を基準としてその電
位から所定の電位差の基準電圧を発生するものであり、
充電制御部８から与えられる指令信号Ｓ１に応じて、発
生する基準電圧の値を順次切り換える。５は各セルの端
子電圧と基準電圧とを比較する比較部、６はスイッチン
グ手段となるトランジスタ、７は短絡防止用の抵抗、８
は充電制御部である。また、上記の基準電圧発生部４、
比較部５、トランジスタ６および抵抗７の部分は、各符
号に設けた添字ａ〜ｎに示すように、各セルごとに設け
られている。EXAMPLES The present invention will be described in detail below based on examples. FIG. 1 is a diagram of a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an assembled battery, in which a plurality of cells 1a to 1n are connected in series. It should be noted that they may be connected in series and parallel. Reference numeral 2 denotes a load control device, which controls power supply when the load 3 is driven by the power of the battery pack 1. For example, the load control device 2 is a circuit including a DC / AC converter and a control computer in an electric vehicle, and the load 3 is an electric vehicle driving motor.
The parts of the load control device 2 and the load 3 described above are the output (discharge) circuit of the assembled battery, and the parts after 4 described below are the parts of the charge / discharge protection device of the present embodiment. Reference numeral 4 is a reference voltage setting unit that generates a plurality of reference voltages having the same value as the end-of-charge voltage or a value lower than that. The reference voltage generator 4 generates a reference voltage having a predetermined potential difference from the potential of the negative terminal of each cell as a reference,
The value of the reference voltage to be generated is sequentially switched according to the command signal S1 given from the charge control unit 8. Reference numeral 5 is a comparison unit for comparing the terminal voltage of each cell with a reference voltage, 6 is a transistor serving as switching means, 7 is a short-circuit preventing resistor, and 8 is a resistor.
Is a charging control unit. In addition, the reference voltage generator 4,
The comparison unit 5, the transistor 6, and the resistor 7 are provided for each cell, as indicated by subscripts a to n provided for each reference numeral.
【００１５】次に、作用を説明する。図２は、本実施例
の処理を示すフローチャートである。なお、このフロー
は、図１の組電池１がセル１ａと１ｎとのセル２個の直
列回路である場合を例示している。また、基準電圧発生
部４が発生する基準電圧は、低い方から順にＶ1＜Ｖ2＜
Ｖ0（充電終止電圧）の３段階の場合を示している。図
２において、まず、Ｐ１では、充電制御部８からの指令
信号Ｓ１に応じて、各基準電圧発生部４の基準電圧を最
も低い値Ｖ1に設定する。次に、Ｐ２では、この状態で
充電を開始する。次に、Ｐ３では、比較部５ａからの信
号Ｓａと比較部５ｎからの信号Ｓｎが共に出力されたか
否かを判断する。なお、比較部５ａでは、セル１ａの端
子電圧Ｖaと基準電圧Ｖ1とを比較し、Ｖa≧Ｖ1になると
“１”の信号Ｓａを出力する。同様に、比較部５ｎで
は、セル１ｎの端子電圧Ｖｎと基準電圧Ｖ1とを比較
し、Ｖｎ≧Ｖ1になると“１”の信号Ｓｎを出力する。
そして信号Ｓａが“１”になるとトランジスタ６ａがオ
ンになり、充電電流はトランジスタ６ａと抵抗７ａとの
バイパス回路を介して流れる。４ｎ〜７ｎの経路でも同
様である。Ｐ３で“ＹＥＳ”（信号ＳａとＳｎが共に
１）になった場合、すなわち、全てのセルの端子電圧が
基準電圧Ｖ1に到達した場合には、Ｐ４で、基準電圧を
Ｖ2に設定する。この場合、Ｖ2＞Ｖ1であるため、信号
ＳａとＳｎは共に“０”になり、トランジスタ６ａと６
ｎはオフになって二つのセル１ａ、１ｎに充電が再開さ
れる。次に、Ｐ５では、上記Ｐ３と同様の判断を行な
い、信号ＳａとＳｎが共に“１”になると、基準電圧を
充電終止電圧Ｖ0に設定する。次に、Ｐ７では、上記Ｐ
３と同様の判断を行ない、信号ＳａとＳｎが共に“１”
の場合、すなわち、全てのセルの端子電圧が充電終止電
圧に達した場合に、充電を終了する。Next, the operation will be described. FIG. 2 is a flowchart showing the processing of this embodiment. Note that this flow exemplifies a case where the assembled battery 1 of FIG. 1 is a series circuit of two cells 1a and 1n. Further, the reference voltages generated by the reference voltage generator 4 are V 1 <V 2 <
A case of three stages of V 0 (charge end voltage) is shown. In FIG. 2, first, at P1, the reference voltage of each reference voltage generator 4 is set to the lowest value V 1 in accordance with the command signal S1 from the charge controller 8. Next, in P2, charging is started in this state. Next, in P3, it is determined whether or not the signal Sa from the comparison unit 5a and the signal Sn from the comparison unit 5n are both output. The comparator 5a compares the terminal voltage Va of the cell 1a with the reference voltage V 1 and outputs a signal Sa of “1” when Va ≧ V 1 . Similarly, the comparison unit 5n compares the terminal voltage Vn of the cell 1n with the reference voltage V 1 and outputs a signal Sn of “1” when Vn ≧ V 1 .
When the signal Sa becomes "1", the transistor 6a is turned on, and the charging current flows through the bypass circuit of the transistor 6a and the resistor 7a. The same applies to the routes of 4n to 7n. When "YES" (both signals Sa and Sn are 1) in P3, that is, when the terminal voltages of all cells reach the reference voltage V 1 , the reference voltage is set to V 2 in P4. . In this case, since V 2 > V 1 , the signals Sa and Sn are both “0”, and the transistors 6a and 6
n is turned off and charging is restarted in the two cells 1a and 1n. Next, at P5, the same determination as at P3 is performed, and when the signals Sa and Sn both become "1", the reference voltage is set to the end-of-charge voltage V 0 . Next, in P7, the above P
The same judgment as in 3 is made, and the signals Sa and Sn are both "1".
In the case of, that is, when the terminal voltages of all the cells reach the charge end voltage, the charging is terminated.
【００１６】図６は、上記の動作における充電時のセル
の端子電圧を示す特性図である。図６において、実線Ａ
はセル１ａの特性曲線、破線Ｃはセル１ｎの特性曲線で
ある。なお、この場合には、セル１ｎの方が先に端子電
圧が上昇する場合を示している。図６に示すように、Ｖ
ｎ≧Ｖ1になると、トランジスタ６ｎがオンになるの
で、セル１ｎの端子電圧はＶ1に制限され、セル１ａの
端子電圧がＶa＝Ｖ1になるまで、その状態を継続する。
したがって、Ｖa＝Ｖ1になった時点ではセル１ａと１ｎ
の充電量は均等化され、バラツキが解消される。次に、
基準電圧がＶ2で変更された後も、同様に制御され、遅
れて上昇するセル１ａの端子電圧がＶa＝Ｖ2に達した時
点で、再びセル１ａと１ｎの充電量は均等化され、バラ
ツキが解消される。同様にして、基準電圧が充電終止電
圧Ｖ0に設定され、全てのセルの端子電圧が充電終止電
圧Ｖ0に到達した時点で、セル１ａと１ｎの充電量は均
等化され、バラツキが解消されると共に、充電が終了す
る。FIG. 6 is a characteristic diagram showing the terminal voltage of the cell during charging in the above operation. In FIG. 6, the solid line A
Is the characteristic curve of the cell 1a, and the broken line C is the characteristic curve of the cell 1n. In this case, the cell 1n has a higher terminal voltage. As shown in FIG.
becomes the n ≧ V 1, since the transistor 6n is turned on, the terminal voltage of the cell 1n is limited to V 1, the terminal voltage of the cell 1a is until Va = V 1, continues the state.
Therefore, when Va = V 1 is reached, cells 1a and 1n
The charge amount of is equalized and the variation is eliminated. next,
Even after the reference voltage is changed by V 2 , the same control is performed, and when the terminal voltage of the cell 1a which rises with a delay reaches Va = V 2 , the charge amounts of the cells 1a and 1n are equalized again, Variations are eliminated. Similarly, when the reference voltage is set to the end-of-charge voltage V 0 and the terminal voltages of all the cells reach the end-of-charge voltage V 0 , the charge amounts of the cells 1a and 1n are equalized and variations are eliminated. And charging ends.
【００１７】上記のように、本実施例においては、各基
準電圧ごとに各セルの充電量が均等化されるので、満充
電まで充電しないで途中で充電を終了した場合でも、バ
ラツキを有効に解消することが出来る。また、各基準電
圧ごとに段階的に各セルの端子電圧を均等化しているの
で、実線Ａと破線Ｃの特性は非常に近接したものとな
り、セル１ｎ側でバイパス回路に電流が流れる時間の合
計ｔ1＋ｔ2＋ｔ3は、前記図８に示した実施例の特性に
おける時間ｔ0よりも短くなるが、仮にｔ1＋ｔ2＋ｔ3＝
ｔ0であったとしても、充電終止電圧Ｖ0よりも低い電圧
Ｖ1とＶ2での電力消費となるので、無駄に消費する電力
は従来例よりも減少する。すなわち、定電流充電におけ
る充電電流をＩとすれば、本実施例におけるバイパス回
路で消費される電力Ｗ１と従来例での電力Ｗ２は、下記
のようになる。
Ｗ１＝ＩＶ1ｔ1＋ＩＶ2ｔ2＋ＩＶ0ｔ3＝Ｉ（Ｖ1ｔ1＋Ｖ2ｔ2＋Ｖ0ｔ3）
Ｗ２＝ＩＶ0ｔ0
そして、Ｖ1＜Ｖ2＜Ｖ0であるから、
Ｗ１＝Ｉ（Ｖ1ｔ1＋Ｖ2ｔ2＋Ｖ0ｔ3）＜Ｉ（Ｖ0ｔ1＋Ｖ0ｔ2＋Ｖ0ｔ3）
＝ＩＶ0（ｔ1＋ｔ2＋ｔ3）
となる。この場合、ｔ1＋ｔ2＋ｔ3＝ｔ0と仮定している
ので、
ＩＶ0（ｔ1＋ｔ2＋ｔ3）＝ＩＶ0ｔ0＝Ｗ２
となり、したがって
Ｗ１＝Ｉ（Ｖ1ｔ1＋Ｖ2ｔ2＋Ｖ0ｔ3）＜ＩＶ0ｔ0＝Ｗ２
となるので、Ｗ１＜Ｗ２となることが判る。なお、上記
の実施例においては、セル２個の場合について説明した
が、例えば電気自動車のように、１００〜２５０個もの
多数のセルを有するシステムにおいては、上記の節約で
きる電力は非常に大きな値となる。また、上記の説明で
は、基準電圧をＶ1、Ｖ2、Ｖ0の３段階に変化させる場
合を示したが、さらに多段に切り換えれば、より一層の
バラツキ解消と電力節減効果が得られる。As described above, in the present embodiment, the amount of charge of each cell is equalized for each reference voltage. Therefore, even if the charge is terminated halfway without being fully charged, the variation is effectively made. It can be resolved. Further, since the terminal voltages of the cells are equalized step by step for each reference voltage, the characteristics of the solid line A and the broken line C are very close to each other, and the total time taken for the current to flow in the bypass circuit on the cell 1n side. Although t 1 + t 2 + t 3 is shorter than the time t 0 in the characteristic of the embodiment shown in FIG. 8, it is assumed that t 1 + t 2 + t 3 =
Even at t 0 , the power is consumed at the voltages V 1 and V 2 lower than the end-of-charge voltage V 0, so the power wasted is reduced compared to the conventional example. That is, assuming that the charging current in constant current charging is I, the power W1 consumed by the bypass circuit in this embodiment and the power W2 in the conventional example are as follows. W1 = IV 1 t 1 + IV 2 t 2 + IV 0 t 3 = I (V 1 t 1 + V 2 t 2 + V 0 t 3 ) W 2 = IV 0 t 0 Since V 1 <V 2 <V 0 , W1 = I (V 1 t 1 + V 2 t 2 + V 0 t 3 ) <I (V 0 t 1 + V 0 t 2 + V 0 t 3 ) = IV 0 (t 1 + t 2 + t 3 ). In this case, since it is assumed that t 1 + t 2 + t 3 = t 0 , IV 0 (t 1 + t 2 + t 3 ) = IV 0 t 0 = W 2 and therefore W 1 = I (V 1 t 1 + V 2 t Since 2 + V 0 t 3 ) <IV 0 t 0 = W2, it can be seen that W1 <W2. In the above embodiment, the case of two cells has been described, but in a system having a large number of cells of 100 to 250, such as an electric vehicle, the above-mentioned power saving can be a very large value. Becomes Further, in the above description, the case where the reference voltage is changed in three stages of V 1 , V 2 , and V 0 is shown, but by further switching in multiple stages, further variation elimination and power saving effect can be obtained.
【００１８】なお、充電開始時に、基準電圧よりも高い
端子電圧のセルが存在すると、そのセルに接続されたト
ランジスタ６がオンになり、そのセルの端子電圧が基準
電圧に低下するまで放電してしまう。このような事態を
避けるには、充電開始時における基準電圧の初期値を、
各セルのうち最も高い端子電圧よりも高い値に設定する
必要がある。そのため、充電開始以前に各比較部５で各
セルの端子電圧と適宜設定した基準電圧とを比較し、逐
次基準電圧を高い方に切り換える等の処理を行なうこと
により、最も高い端子電圧よりも高い基準電圧を選択し
てそれを基準電圧の初期値とする。このように構成する
ことにより、基準電圧よりも高い端子電圧のセルの電力
がバイパス回路を介して放電するのを防止することが出
来る。また、充電終了後や放電時（負荷駆動時）におい
ては、基準電圧設定部４の基準電圧を高い値（例えば充
電終止電圧Ｖ0）に設定し、バイパス回路のトランジス
タ６がオンになることのないように制御する。When a cell having a terminal voltage higher than the reference voltage is present at the start of charging, the transistor 6 connected to the cell is turned on and is discharged until the terminal voltage of the cell drops to the reference voltage. I will end up. To avoid such a situation, set the initial value of the reference voltage at the start of charging to
It is necessary to set the value higher than the highest terminal voltage of each cell. Therefore, by comparing the terminal voltage of each cell with an appropriately set reference voltage in each comparison unit 5 before the start of charging and performing processing such as sequentially switching the reference voltage to a higher one, the voltage is higher than the highest terminal voltage. Select the reference voltage and use it as the initial value of the reference voltage. With this configuration, it is possible to prevent the electric power of the cell having the terminal voltage higher than the reference voltage from being discharged through the bypass circuit. Also, after the end of charging or during discharging (during load driving), the reference voltage of the reference voltage setting unit 4 is set to a high value (for example, the charge end voltage V 0 ) and the transistor 6 of the bypass circuit is turned on. Control not to.
【００１９】次に、図３は本発明の第２の実施例の処理
内容を示すフローチャートである。なお、構成図は前記
図１と同様である。この実施例は、セルの内部抵抗によ
る電圧降下分を考慮した制御を行なうものである。すな
わち、電池の内部抵抗による電圧降下のため、充電時に
おけるセルの端子電圧とセルの開放電圧には差が生じる
ので、端子電圧を基準として充電制御を行なった場合に
は各セルの内部抵抗に応じた誤差が生じる。しかし、内
部抵抗は個別差および経時変化があるため、正確に測定
することはかなり困難である。そのため、本実施例にお
いては、全てのセルの端子電圧が充電終止電圧に達した
後は、充電電流を小にすることによって内部抵抗による
電圧降下を小さくし、上記の誤差を減少させるようにし
たものである。Next, FIG. 3 is a flow chart showing the processing contents of the second embodiment of the present invention. The block diagram is the same as that shown in FIG. In this embodiment, control is performed in consideration of the voltage drop due to the internal resistance of the cell. In other words, because of the voltage drop due to the internal resistance of the battery, there is a difference between the terminal voltage of the cell and the open voltage of the cell during charging. A corresponding error occurs. However, since the internal resistance has individual differences and changes with time, it is quite difficult to measure accurately. Therefore, in the present embodiment, after the terminal voltages of all cells have reached the charge end voltage, the charging current is reduced to reduce the voltage drop due to the internal resistance and reduce the above error. It is a thing.
【００２０】図３において、まず、Ｐ１１では、基準電
圧を低い値Ｖ1に設定し、Ｐ１２で充電電流を標準値
（大）に設定して充電を開始する。次に、Ｐ１３〜Ｐ１
６では、前記図２のＰ３〜Ｐ７と同様に、全てのセルの
端子電圧がその時の基準電圧に到達したか否かを判断し
て順次基準値を切り上げて充電を行なう。そしてＰ１６
で“ＹＥＳ”になると、すなわち全てのセルの端子電圧
が充電終止電圧Ｖ0に到達すると、Ｐ１７で充電電流を
前記の標準値よりも小さな値に設定する。充電電流を小
さくすると、内部抵抗による電圧降下分が低下するため
端子電圧が低下して充電終止電圧Ｖ0以下になるため、
各セルのバイパス回路はオフになり、充電が再開され
る。次に、Ｐ１８では、上記の低充電電流の状態で再び
全てのセルの端子電圧が充電終止電圧Ｖ0に到達したか
否かを判断し、“ＹＥＳ”になった場合に充電を終了す
る。In FIG. 3, first, at P11, the reference voltage is set to a low value V 1 , and at P12 the charging current is set to the standard value (large) to start charging. Next, P13 to P1
At 6, as in P3 to P7 in FIG. 2, it is determined whether or not the terminal voltages of all cells have reached the reference voltage at that time, and the reference values are sequentially rounded up to perform charging. And P16
If “YES” in step S11, that is, if the terminal voltages of all the cells reach the charge end voltage V 0 , the charge current is set to a value smaller than the standard value in P17. When the charging current is reduced, the voltage drop due to the internal resistance is reduced, and the terminal voltage is reduced to the charge end voltage V 0 or less.
The bypass circuit of each cell is turned off and charging is restarted. Next, in P18, it is judged again whether or not the terminal voltages of all the cells have reached the charge end voltage V 0 in the state of the above-mentioned low charging current, and if "YES", the charging is ended.
【００２１】上記のように本実施例においては、充電電
流が大の状態で全てのセルの端子電圧が充電終止電圧Ｖ
0に到達すると、充電電流を減少させて充電を継続する
ので、電池の内部抵抗による電圧降下分を小さくし、そ
れによる誤差を減少させ、各セルをさらに均等に充電す
ることが出来る。なお、Ｐ１６以後のフローを繰返し、
充電電流を段階的に順次減少させるように構成すれば、
さらに正確な充電制御を行なうことが出来る。As described above, in this embodiment, the terminal voltage of all cells is the charge end voltage V when the charging current is large.
When it reaches 0 , the charging current is reduced and charging is continued, so that the voltage drop due to the internal resistance of the battery can be reduced, the error due to this can be reduced, and each cell can be charged evenly. In addition, the flow after P16 is repeated,
If it is configured to gradually decrease the charging current step by step,
More accurate charging control can be performed.
【００２２】次に、図４は、本発明の第３の実施例図で
ある。この実施例は、本発明を、複数のセルからなるモ
ジュールを複数個接続した組電池に適用したものであ
る。例えば、電気自動車のように、１００個程度の多数
のセルを用いる場合には、数個のセルを一つのモジュー
ルとし、それを複数個接続して組電池を構成する場合が
ある。このようなモジュールは、それを構成する各セル
の特性（容量や内部抵抗のバラツキ）が比較的均一にな
るようなセルを選別して構成される。したがって、各モ
ジュール内のセルは、特性がほぼ均一であるとして保護
装置の構成を簡略化することが出来る。図４において、
組電池１は、複数のモジュール１Ａ〜１Ｎからなり、ま
た、各モジュール１Ａ〜１Ｎは、それぞれ２個のセル
（例えば１Ａａと１Ａｂ）から構成されている。また、
基準電圧設定部（例えば４Ａａ、４Ａｂ）と比較部（例
えば５Ａａ、５Ａｂ）は各セルごとに設けられ、一つの
モジュール内の各比較部の出力がオア回路１０を介して
トランジスタ６に与えられると共に充電制御部８に送ら
れるようになっている。また、トランジスタ６と抵抗７
からなるバイパス回路は、各モジュールごとに１個設け
られている。その他の構成は、前記図１と同様である。Next, FIG. 4 is a diagram showing a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the present invention is applied to an assembled battery in which a plurality of modules each having a plurality of cells are connected. For example, in the case of using a large number of cells of about 100 as in an electric vehicle, there are cases in which several cells are made into one module and a plurality of cells are connected to form an assembled battery. Such a module is configured by selecting cells that have relatively uniform characteristics (variations in capacitance and internal resistance) of the cells that make up the module. Therefore, it is possible to simplify the configuration of the protection device, assuming that the cells in each module have substantially uniform characteristics. In FIG.
The assembled battery 1 is composed of a plurality of modules 1A to 1N, and each of the modules 1A to 1N is composed of two cells (for example, 1Aa and 1Ab). Also,
A reference voltage setting unit (eg 4Aa, 4Ab) and a comparison unit (eg 5Aa, 5Ab) are provided for each cell, and the output of each comparison unit in one module is given to the transistor 6 via the OR circuit 10. It is adapted to be sent to the charging control unit 8. Also, the transistor 6 and the resistor 7
The bypass circuit consisting of 1 is provided for each module. Other configurations are the same as those in FIG.
【００２３】次に、作用を説明する。例えば、モジュー
ル１Ａにおいては、セル１Ａａの端子電圧と基準電圧設
定部４Ａａの基準電圧が比較部５Ａａで比較され、セル
１Ａｂの端子電圧と基準電圧設定部４Ａｂの基準電圧が
比較部５Ａｂで比較される。そして両比較部の信号はオ
ア回路１０ａを介して信号Ｓａとなり、トランジスタ６
ａと充電制御部８へ送られる。したがって、セル１Ａａ
か１Ａｂの少なくとも一方の端子電圧が基準電圧以上に
なると、トランジスタ６ａがオンになってモジュール１
Ａ全体に並列にバイパス回路が接続され、モジュール１
Ａの充電が停止される。他のモジュールにおいても、上
記と同様に制御され、各モジュール内のいずれか１個の
セルの端子電圧が基準電圧に達すると、そのモジュール
全体の充電が停止される。そして全てのモジュールの信
号Ｓａ〜Ｓｎが出力されると、前記図３で説明したのと
同様に基準電圧が１段階高い値に設定され、同様の制御
が行なわれ、基準電圧が最も高い充電終止電圧に達した
後に全てのモジュールの信号Ｓａ〜Ｓｎが出力される
と、充電が終了する。Next, the operation will be described. For example, in the module 1A, the terminal voltage of the cell 1Aa and the reference voltage of the reference voltage setting unit 4Aa are compared by the comparison unit 5Aa, and the terminal voltage of the cell 1Ab and the reference voltage of the reference voltage setting unit 4Ab are compared by the comparison unit 5Ab. It Then, the signals of both the comparison units become the signal Sa through the OR circuit 10a, and the transistor 6
a and the charging control unit 8. Therefore, cell 1Aa
When at least one terminal voltage of 1Ab becomes equal to or higher than the reference voltage, the transistor 6a is turned on and the module 1
A bypass circuit is connected in parallel to the entire A
Charging of A is stopped. The other modules are controlled in the same manner as described above, and when the terminal voltage of any one of the cells in each module reaches the reference voltage, the charging of the entire module is stopped. Then, when the signals Sa to Sn of all the modules are output, the reference voltage is set to a value one step higher as described with reference to FIG. 3, the same control is performed, and the charge termination with the highest reference voltage is completed. When the signals Sa to Sn of all the modules are output after reaching the voltage, the charging ends.
【００２４】本実施例においては、各モジュール内のセ
ルは、その特性が比較的均一なものとしているので、各
モジュールごとにバイパス回路を制御しても、各モジュ
ール内の各セルにはほぼ均等の充電を行なうことが出来
るので支障は生じない。このように構成することによ
り、バイパス回路のトランジスタと抵抗の個数が、前記
図１ではセル数と同数だけ必要であったのに対し、本実
施例ではモジュール数と同数で済むことになる。図４に
おいては、各モジュールを２個のセルで構成した例を示
したが、例えば１モジュールを６個のセルで構成する場
合には、バイパス回路のトランジスタと抵抗の個数を１
／６に減少させることが出来、全体の構成を大幅に簡略
化することが出来る。また、各セルの特性がさらに均一
なものを選別してモジュールを構成した場合には、前記
図１の各セルの代わりに各モジュールを設ける構成、す
なわち、基準電圧設定部４、比較部５、トランジスタ６
および抵抗７の回路を各モジュールごとに１個設ける構
成でも可能であり、このような場合には全体の構成をさ
らに簡略化することが出来る。なお、前記図４で説明し
たように、充電電流が大の状態で全てのセルの端子電圧
が充電終止電圧Ｖ0に到達すると、充電電流を減少させ
て充電を継続する制御を本実施例に適用することも勿論
できる。In this embodiment, since the cells in each module have relatively uniform characteristics, even if the bypass circuit is controlled for each module, the cells in each module are almost even. Since it can be charged, there is no problem. With this configuration, the number of transistors and resistors in the bypass circuit is the same as the number of cells in FIG. 1, whereas in the present embodiment, the number is the same as the number of modules. Although FIG. 4 shows an example in which each module is composed of two cells, for example, when one module is composed of six cells, the number of transistors and resistors in the bypass circuit is one.
It can be reduced to / 6 and the overall configuration can be greatly simplified. Further, in the case where a module is constructed by selecting cells having more uniform characteristics, each module is provided in place of each cell in FIG. 1, that is, the reference voltage setting section 4, the comparing section 5, Transistor 6
It is also possible to adopt a configuration in which one circuit of the resistor 7 and the resistor 7 is provided for each module. In such a case, the overall configuration can be further simplified. As described with reference to FIG. 4, when the terminal voltages of all cells reach the charge end voltage V 0 in the state where the charge current is large, the control for reducing the charge current and continuing the charge is performed in this embodiment. Of course, it can be applied.
【００２５】次に、図５は、本発明の第４の実施例図で
ある。図５において、９ａ〜９ｎはアンド回路、Ｓ２は
放電信号であり、その他、図１と同符号は同一物を示
す。以下、作用を説明する。放電時には、充電制御部８
から“０”の放電信号を各アンド回路９ａ〜９ｎに送
る。そのため、各アンド回路９ａ〜９ｎの出力は、放電
時には常に“０”となるので、バイパス回路のトランジ
スタがオンになることはなく、各セルの電力がバイパス
回路を経由して放電するおそれが無くなる。また、放電
時には、充電制御部８からの指令信号Ｓ１に応じて、各
基準電圧設定部４ａ〜４ｎは、基準電圧として放電終止
電圧Ｖｄを発生する。なお、当然のことながら、放電終
止電圧Ｖｄ＜Ｖ1＜Ｖ2＜充電終止電圧Ｖ0である。基準
電圧を放電終止電圧Ｖｄに設定した場合には、一般に、
各セルの端子電圧は放電終止電圧Ｖｄよりも高いので、
各比較部５ａ〜５ｎの出力信号Ｓａ〜Ｓｎは“１”にな
っている。上記の状態で放電を継続し、いずれかのセル
の端子電圧が放電終止電圧Ｖｄよりも低くなると、その
セルに接続された比較部の出力信号は“０”になる。放
電時に出力信号Ｓａ〜Ｓｎの少なくとも１個が“０”に
なった場合には、充電制御部８は警報装置１１に信号を
送って警報を発生させ、電圧が放電終止電圧Ｖｄ未満に
低下した電池が発生したことを警報する。或いは、充電
制御部８から負荷制御装置２に信号を送り、負荷を遮断
する等の制御を行なうように構成してもよい。Next, FIG. 5 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention. In FIG. 5, 9a to 9n are AND circuits, S2 is a discharge signal, and the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same things. The operation will be described below. At the time of discharging, the charge control unit 8
Sends a discharge signal of "0" to each AND circuit 9a-9n. Therefore, the outputs of the AND circuits 9a to 9n are always "0" at the time of discharging, so that the transistor of the bypass circuit is not turned on, and the power of each cell is not likely to be discharged through the bypass circuit. . Further, at the time of discharging, each of the reference voltage setting units 4a to 4n generates the discharge end voltage Vd as the reference voltage in response to the command signal S1 from the charge control unit 8. In addition, as a matter of course, discharge end voltage Vd <V 1 <V 2 <charge end voltage V 0 . When the reference voltage is set to the discharge end voltage Vd, generally,
Since the terminal voltage of each cell is higher than the discharge end voltage Vd,
The output signals Sa to Sn of the comparison units 5a to 5n are "1". When the discharge is continued in the above state and the terminal voltage of any cell becomes lower than the discharge end voltage Vd, the output signal of the comparison unit connected to that cell becomes "0". When at least one of the output signals Sa to Sn becomes “0” at the time of discharging, the charging control unit 8 sends a signal to the alarm device 11 to generate an alarm, and the voltage drops below the discharge end voltage Vd. It warns that a battery has been generated. Alternatively, the charging control unit 8 may be configured to send a signal to the load control device 2 to perform control such as cutting off the load.
【００２６】上記のように、本実施例においては、放電
終止電圧Ｖｄ未満に低下した電池が発生した場合に警報
を発したり、負荷を遮断するように構成したことによ
り、電池の過放電を防止することが出来る。また、前記
図１の実施例で説明した基準電圧の初期値設定時などの
ように、基準電圧と端子電圧との関係に関わらずにバイ
パス回路のトランジスタ６をオフ状態に保ちたい場合に
は、放電信号Ｓ２を“０”にすることにより、任意にト
ランジスタ６をオフ状態に保つことが出来る。なお、上
記の構成を図３の実施例に組み合わせることも勿論可能
である。As described above, in this embodiment, when a battery whose discharge end voltage is lower than Vd is generated, an alarm is issued or the load is cut off, thereby preventing over-discharge of the battery. You can do it. Further, when it is desired to keep the transistor 6 of the bypass circuit in the off state regardless of the relationship between the reference voltage and the terminal voltage, such as when setting the initial value of the reference voltage described in the embodiment of FIG. By setting the discharge signal S2 to "0", the transistor 6 can be arbitrarily kept in the off state. Incidentally, it is of course possible to combine the above configuration with the embodiment of FIG.
【００２７】[0027]
【発明の効果】以上説明したごとく、請求項１に記載の
発明においては、充電終止電圧よりも低い基準電圧ごと
に多段階に各セルが均等になるまで充電されるので、満
充電にならない場合でも有効にバラツキを解消すること
が出来る。また、充電終止電圧よりも低い電圧で段階的
にバイパス回路がオンになるので、無駄に消費される電
力を減少させて充電効率を向上させることが出来る、と
いう効果が得られる。また、請求項２に記載の発明にお
いては、上記の効果に加えて、バイパス回路を各モジュ
ールごとに設けることにより、回路構成を簡略化するこ
とが出来る。また、請求項３に記載の発明においては、
上記の効果に加えて、充電終期に充電電流を減少させ、
電池の内部抵抗による電圧降下分を小さくすることによ
って誤差を減少させ、各セルをさらに均等に充電するこ
とが出来る。また、請求項４に記載の発明においては、
充電開始時における基準電圧の初期値を、その時点にお
ける各セルの端子電圧のうち最も高い電圧よりも高い値
に設定することにより、充電開始時に基準電圧よりも端
子電圧の高かったセルの電力がスイッチング手段を介し
て放電するのを防止することが出来る。また、請求項５
に記載の発明においては、上記の効果に加えて、放電終
止電圧以下になったセルが生じた場合に警報を発生する
ことにより、過放電を防止することが出来る。なお、本
発明は全ての種類の二次電池からなる組電池に適用でき
るが、請求項６に記載のごとく、過充電過放電に特に注
意の必要とされるリチウムイオン電池等の非水系電解質
二次電池に特に適している。As described above, according to the first aspect of the present invention, since the cells are charged in multiple stages for each reference voltage lower than the end-of-charge voltage until the cells are evenly charged, the case where the battery is not fully charged However, the variations can be effectively eliminated. In addition, since the bypass circuit is turned on stepwise at a voltage lower than the charge cutoff voltage, it is possible to reduce the wasteful power consumption and improve the charging efficiency. Further, in the invention described in claim 2, in addition to the above effect, the circuit configuration can be simplified by providing a bypass circuit for each module. In the invention according to claim 3,
In addition to the above effects, reduce the charging current at the end of charging,
By reducing the voltage drop due to the internal resistance of the battery, the error can be reduced and each cell can be charged more evenly. In the invention according to claim 4,
By setting the initial value of the reference voltage at the start of charging to a value higher than the highest terminal voltage of each cell at that time, the power of the cell whose terminal voltage is higher than the reference voltage at the start of charging is It is possible to prevent discharge through the switching means. In addition, claim 5
In the invention described in (1), in addition to the above effects, an over-discharge can be prevented by issuing an alarm when a cell having a discharge cutoff voltage or less occurs. Although the present invention can be applied to an assembled battery composed of all types of secondary batteries, as described in claim 6, a non-aqueous electrolyte battery such as a lithium-ion battery which requires special attention for overcharging and overdischarging. Especially suitable for secondary batteries.
【図１】本発明の第１の実施例のブロック図。FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第１の実施例の処理内容を示すフロー
チャート。FIG. 2 is a flowchart showing the processing contents of the first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第２の実施例の処理内容を示すフロー
チャート。FIG. 3 is a flowchart showing the processing contents of the second embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第３の実施例のブロック図。FIG. 4 is a block diagram of a third embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第４の実施例のブロック図。FIG. 5 is a block diagram of a fourth embodiment of the present invention.
【図６】第１の実施例における充電時の端子電圧変化を
示す特性図。FIG. 6 is a characteristic diagram showing a change in terminal voltage during charging in the first embodiment.
【図７】従来例の回路図。FIG. 7 is a circuit diagram of a conventional example.
【図８】従来例における充電時の端子電圧変化を示す特
性図。FIG. 8 is a characteristic diagram showing a change in terminal voltage during charging in a conventional example.
１…組電池 ５…比較部
１ａ〜１ｎ…セル ６…トラン
ジスタ
１Ａ〜１Ｎ…モジュール ７…抵抗
１Ａａ、１Ａｂ〜１Ｎａ、１Ｎｂ…セル ８…充
電制御部
２…負荷制御装置 ９…アンド回路
３…負荷 １０…オア回路
４…基準電圧設定部 １１…警報装置DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Assembly battery 5 ... Comparison part 1a-1n ... Cell 6 ... Transistors 1A-1N ... Module 7 ... Resistors 1Aa, 1Ab-1Na, 1Nb ... Cell 8 ... Charge control part 2 ... Load control device 9 ... AND circuit 3 ... Load 10 ... OR circuit 4 ... Reference voltage setting unit 11 ... Alarm device
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山村 吉典 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日 産自動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−253463（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−299032（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02J 7/00 - 7/10 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Yoshinori Yamamura, Yoshinori Yamamura, 2 Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama, Kanagawa Nissan Motor Co., Ltd. (56) Reference JP-A-6-253463 (JP, A) JP-A-4 −299032 (JP, A) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H02J 7/ 00-7/ 10
Claims (6)
に接続した組電池と、 上記各セルごとに、充電終止電圧と同値およびそれより
も低い値の複数の基準電圧を下記制御手段の制御に応じ
て切り換えて発生する基準電圧発生手段と、 上記各セルごとに、その端子電圧と上記基準電圧とを比
較する比較手段と、 上記各セルごとに並列に接続されたスイッチング手段
と、 上記組電池の充電時に、上記比較手段の比較結果に基づ
いて上記端子電圧が上記基準電圧以上になったセルの上
記スイッチング手段をオンにし、全てのセルの上記スイ
ッチング手段がオンになるごとに、上記各基準電圧発生
手段の発生する基準電圧を順次高い値に切り換え、基準
電圧が上記充電終止電圧に達した状態で、全ての上記端
子電圧が上記基準電圧以上になった場合に充電を終了す
るように制御する制御手段と、 を備えたことを特徴とする組電池の充放電保護装置。1. An assembled battery in which a plurality of secondary battery cells are connected in series or series-parallel, and a plurality of reference voltages having the same value as the end-of-charge voltage or a value lower than the end-of-charge voltage for each of the cells are controlled by the following control means. A reference voltage generating means that is generated by switching according to the control, a comparing means that compares the terminal voltage with the reference voltage for each cell, and a switching means that is connected in parallel for each cell, At the time of charging the battery pack, the terminal voltage is turned on based on the comparison result of the comparison means, the switching means of the cells having the reference voltage or more is turned on, and the switching means of all cells are turned on, When the reference voltage generated by each of the reference voltage generating means is sequentially switched to a high value and all of the terminal voltages become equal to or higher than the reference voltage in the state where the reference voltage reaches the charge cutoff voltage. A charging / discharging protection device for an assembled battery, comprising: a control unit that controls the charging to be terminated when the battery pack is terminated.
を、複数個直列または直並列に接続した組電池と、 上記各セルごとに、充電終止電圧と同値およびそれより
も低い値の複数の基準電圧を下記制御手段の制御に応じ
て切り換えて発生する基準電圧発生手段と、 上記各セルごとに、その端子電圧と上記基準電圧とを比
較する比較手段と、 上記各モジュールごとに並列に接続されたスイッチング
手段と、 上記組電池の充電時に、上記比較手段の比較結果に基づ
いて上記端子電圧が上記基準電圧以上になったセルを含
むモジュールの上記スイッチング手段をオンにし、全て
のモジュールの上記スイッチング手段がオンになるごと
に、上記各基準電圧発生手段の発生する基準電圧を順次
高い値に切り換え、基準電圧が上記充電終止電圧に達し
た状態で、全ての上記端子電圧が上記基準電圧以上にな
った場合に充電を終了するように制御する制御手段と、 を備えたことを特徴とする組電池の充電放保護装置。2. An assembled battery in which a plurality of modules each composed of a plurality of secondary battery cells are connected in series or series-parallel, and a plurality of modules each of which has the same value as the end-of-charge voltage or a value lower than that. Reference voltage generation means for switching the reference voltage according to the control of the following control means, comparison means for comparing the terminal voltage of each cell with the reference voltage, and each module connected in parallel And the switching means of the module including the cell in which the terminal voltage becomes equal to or higher than the reference voltage based on the comparison result of the comparing means when the assembled battery is charged, and the switching means of all the modules are turned on. Each time the switching means is turned on, the reference voltage generated by each of the reference voltage generating means is sequentially switched to a high value, and the reference voltage reaches the charge end voltage. A charging / discharging protection device for a battery pack, comprising: a control unit that controls to terminate charging when all the terminal voltages become equal to or higher than the reference voltage in this state.
電圧に達した状態で、全ての上記端子電圧が上記基準電
圧以上になった場合に、充電電流をそれまでよりも低い
値に切り換え、それによって上記端子電圧が上記基準電
圧よりも低下したセルに充電を継続し、その状態で再び
全ての上記端子電圧が上記基準電圧以上になった場合に
充電を終了するように制御するものである、ことを特徴
とする請求項１または請求項２に記載の組電池の充放電
保護装置。3. The control means switches the charging current to a lower value than before when all the terminal voltages become equal to or higher than the reference voltage in a state where the reference voltage reaches the end-of-charge voltage. , Which makes the terminal voltage above the reference voltage
To continue charging the cell lower than pressure, again <br/> all of the terminal voltage in this state and controls to terminate charging if it becomes more than the reference voltage, characterized in that The charge / discharge protection device for an assembled battery according to claim 1 or 2.
基準電圧の初期値を、その時点における各セルの端子電
圧のうち最も高い電圧よりも高い値に設定するものであ
る、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか
に記載の組電池の充放電保護装置。4. The control means sets the initial value of the reference voltage at the start of charging to a value higher than the highest voltage among the terminal voltages of the cells at that time. The charge / discharge protection device for an assembled battery according to any one of claims 1 to 3.
も上記基準電圧として発生可能なものであり、 上記制御手段は、組電池の放電時に、上記基準電圧を放
電終止電圧に設定させるものであり、 かつ、組電池の放電時には上記各スイッチング手段をオ
フ状態に保つオフ保持手段と、上記比較手段の比較結果
に基づいて上記各セルのうちの少なくとも一つの端子電
圧が上記放電終止電圧以下になった場合に警報を発生す
る警報手段と、を備えたことを特徴とする請求項１乃至
請求項４のいずれかに記載の組電池の充放電保護装置。5. The reference voltage generating means can generate a discharge end voltage as the reference voltage, and the control means sets the reference voltage to the discharge end voltage when the battery pack is discharged. And, at the time of discharging the assembled battery, at least one terminal voltage of each of the cells based on the comparison result of the OFF holding means for keeping each of the switching means in the OFF state and the comparison means is equal to or less than the discharge end voltage. The charging / discharging protection device for an assembled battery according to claim 1, further comprising: an alarming unit that generates an alarm when the above condition occurs.
あることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか
に記載の組電池の充放電保護装置。6. The charge / discharge protection device for an assembled battery according to claim 1, wherein the secondary battery is a non-aqueous electrolyte secondary battery.
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