JP3473193B2 - 組電池の充電制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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た組電池の充電を制御す
る装置に関するものである。

【０００２】

【従来技術】例えば、電気自動車の動力源としては、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
なるブロック）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１０
０〜２５０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
ってその機能が低下すると、組電池全体としての機能が
低下することになる。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１００％、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。

【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。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
よって普通の状態以上に発熱するおそれもある。

【０００４】上記の問題に対処するための従来例として
は、例えば、特開平４−３３１４２５号に記載されたも
のがある。この第１の従来例においては、組電池を構成
する各セルごとに電圧検出手段を設け、検出した電圧が
充電終止電圧以上になると充電を停止させるように構成
したものである。

【０００５】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。これ
は、組電池１を構成する各セル毎に並列にツェナダイオ
ードを接続し、これらのツェナダイオードのツェナ電圧
を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）に設定したものである。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。

【０００６】さらに第３の従来例としては、組電池を構
成する各セルごとに、並列にバイパス回路と電圧検出手
段とを設け、検出した電圧が充電終止電圧以上になった
セルについては、そのセルのバイパス回路をオンにして
充電電流をバイパスさせることにより、充電量のバラツ
キを解消させるようにしたものもある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のごとき
従来例においては、次のごとき問題があった。すなわ
ち、第１の従来例においては、充電終止電圧に達したセ
ルが生じると充電を停止させるので、過充電になるおそ
れはなくなるが、各セル間のバラツキを解消させること
はできない。また、第２の従来例においては、満充電に
なったセルの充電電流をバイパスするものであるため、
先に満充電になったセル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共に、発熱等の問題
も生じる。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やそれによる発熱は無視出来な
い程度になる。また、第３の従来例のように、各セルご
とにバイパス回路を設けて精密に制御するものにおいて
も、各セルのバラツキの程度に関わり無くバイパス回路
の制御条件（バイパス電流値やオン電圧）は一定になっ
ていたので、バイパス回路を流れる電流による無駄な電
力消費と、発熱の問題は上記と同様であり、また、バラ
ツキに応じてバイパス回路が頻繁に動作するとバイパス
回路構成素子の耐久性についても問題が生じる。上記の
ように、従来技術においては、バラツキ解消に伴ってバ
イパス回路で無駄に消費される電力が多いため、充電の
効率が悪いと共に発熱の問題が生じ、さらにバイパス回
路構成素子の耐久性が悪化するという問題があった。

【０００８】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、第１の目的は過充
電を防止しながらバラツキを有効に解消することがで
き、かつ無駄な電力消費を抑制できる組電池の充電制御
装置を提供することである。また、第２の目的は無駄な
電力消費を抑制すると共にバイパス回路の耐久性の悪化
を防止することの出来る組電池の充電制御装置を提供す
ることである。

【０００９】

【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、若しくは複数のセ
ルから成るブロックごとに並列に接続され、充電時に当
該セル若しくは当該ブロックの電圧が所定電圧以上のと
きにオンとなって充電電流をバイパスさせるバイパス手
段と、充電前における上記各セルの電圧、若しくは複数
のセルから成るブロックの電圧を検出し、全てのセル若
しくはブロックの電圧のうち、最も高い電圧を検出し、
該最も高い電圧と各セル若しくはブロックの電圧との差
に基づいて各バイパス手段ごとに作動条件を設定し、そ
れに応じて各バイパス手段を制御する制御手段と、を備
えるように構成している。上記の構成は、例えば後記図
１に示す実施の形態に相当し、上記バイパス手段は図１
のバイパス回路２ａ〜２ｎに、上記制御手段は電圧検出
回路３ａ〜３ｎと制御回路４の部分に相当する。

【００１０】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
における制御手段の構成として、上記の最も高い電圧と
各セル若しくはブロックの電圧との差が大きいほど当該
バイパス回路のバイパス電流値を小さな値に設定し、そ
れに応じて各バイパス手段に流す電流値を制御するよう
に構成したものである。上記の構成は、例えば後記図２
に示す実施の形態に相当する。また、請求項３に記載の
発明は、請求項１における制御手段の構成として、上記
の最も高い電圧と各セル若しくはブロックの電圧との差
が大きいほど当該バイパス回路をオンにする上記所定電
圧の値を大きな値に設定し、それに応じて各バイパス手
段のオン・オフを制御するように構成したものである。
上記の構成は、例えば後記図３に示す実施の形態に相当
する。

【００１１】また、請求項４に記載の発明は、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、若しくは複数のセルから成るブロッ
クごとに並列に接続され、充電時に当該セル若しくは当
該ブロックの電圧が所定電圧以上のときにオンとなって
充電電流をバイパスさせるバイパス手段と、上記各セル
の電圧、若しくは複数のセルから成るブロックの電圧を
検出し、全てのセル若しくはブロックの電圧のバラツキ
が所定範囲内のときには上記バイパス手段の動作を停止
させ、上記バラツキが所定範囲外の場合には上記バイパ
ス手段に通常のバイパス動作、すなわち充電時に当該セ
ル若しくは当該ブロックの電圧が所定電圧以上のときに
はオンとなって充電電流をバイパスさせる動作を行なわ
せ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。上記の構成は、例えば後記図６に示す実施の形
態に相当し、上記バイパス手段と制御手段は、図６の電
圧判定バイパス回路２１ａ〜２１ｎと制御回路２２の部
分に相当する。

【００１２】

【作用】請求項１の発明は、充電前における各セル若し
くは各ブロックの電圧に応じて各バイパス手段ごとに作
動条件を設定し、それに応じて各バイパス手段を制御す
るものである。具体的には、請求項２に記載のように、
充電開始前の各セルの端子電圧に応じてバイパス電流の
値を設定し、最初の電圧が低いセルほどバイパス電流を
小さくして充電電流が大きくなるように制御する。その
ためバイパス回路に流れる無駄な電流が減少し、かつ各
セルのバラツキを従来よりも短い時間で有効に減少させ
ることが出来る。したがってバイパス回路を流れる電流
による無駄な電力消費と発熱の問題を軽減することが出
来る。また、請求項３においては、充電開始前の各セル
の端子電圧に応じてバイパス回路を作動させる端子電圧
の値を設定し、最初の電圧が低いセルほど高い電圧でバ
イパス回路がオンするように設定する。そのためバイパ
ス回路に流れる無駄な電流が減少し、かつ各セルのバラ
ツキを従来よりも短い時間で有効に減少させることが出
来る。したがってバイパス回路を流れる電流による無駄
な電力消費と発熱の問題を軽減することが出来る。

【００１３】また、請求項４の発明は、各セルの端子電
圧のバラツキが少なく、バイパス回路を作動させる必要
性が低い場合には、バイパス回路の作動を禁止するの
で、バイパス回路を流れる電流による無駄な電力消費を
抑制し、発熱を防止することが出来ると共に、バイパス
回路構成素子の耐久性を向上させることが出来る。ま
た、各セルの端子電圧のバラツキが大きい場合には、バ
イパス回路に通常のバイパス動作、すなわち充電時に当
該セル若しくは当該ブロックの電圧が所定電圧以上のと
きにはオンとなって充電電流をバイパスさせる動作を行
わせるので、バラツキを有効に減少させることが出来
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１および図２は本発明の第１の実施の形
態を示す図であり、図１は全体構成の回路図、図２は図
１におけるバイパス回路２の一例の回路図を示す。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、以下に示す実施の形
態においては、全てセルを直列に接続したものを例とし
て説明するが、直並列に接続したものでもよい。例えば
数個のセルを並列に接続したブロックを複数個直列に接
続した組電池でもよい。２ａ〜２ｎはバイパス回路（詳
細後述）であり、各セルごとに並列に接続されている。
３ａ〜３ｎは各セルの電圧を検出する電圧検出回路であ
る。なお、上記のごとくブロックを直列接続した組電池
の場合には、各ブロックごとにバイパス回路と電圧検出
回路を接続する。４は制御回路であり、例えばコンピュ
ータ等で構成され、各電圧検出回路３ａ〜３ｎからの電
圧値を入力し、各バイパス回路２ａ〜２ｎへ制御信号Ｓ
１（図２の場合）またはＳ２（図３の場合）を送る。５
は外部充電器であり、制御回路４からの信号に応じて充
電の開始・停止を行なえるものである。なお、組電池１
の両端からコントローラを介して負荷（例えば電気自動
車を駆動するモータ等）にも接続されることになるが、
本発明の充電制御には関わりないので図示を省略してい
る。また、図２において、５１、５２は基準電圧発生
器、５３、５４はコンパレータ、５５は電子制御の可変
抵抗器、Ｑ１、Ｑ２はトランジスタ、Ｒ１〜Ｒ１０は抵
抗である。

【００１５】以下、図１および図２の回路の作用を説明
する。図２において、基準電圧発生器５１と抵抗Ｒ３と
の接続点の電圧は、バイパス回路をオンにさせる基準電
圧Ｖ２（図４）となる。コンパレータ５３はセル１ａの
端子電圧に相当した電圧（抵抗Ｒ４とＲ５で分圧した電
圧）と基準電圧Ｖ２とを比較し、端子電圧の方が高くな
ると“０”の信号を出力する。これによってトランジス
タＱ２がオンになり、基準電圧発生器５２と抵抗Ｒ８と
の接続点には、所定の基準電圧が発生する。この基準電
圧を可変抵抗器５５と抵抗Ｒ９とで分圧した電圧Ｖａ
と、トランジスタＱ１のエミッタ端子電圧とをコンパレ
ータ５４で比較し、その結果に応じてトランジスタＱ１
を制御する。そのため、トランジスタＱ１を流れる電流
は上記の電圧Ｖａに応じた値となる。この電圧Ｖａは可
変抵抗器５５の抵抗値に応じた値となるので、可変抵抗
器５５の抵抗値が大きいほどバイパス回路を流れる電流
値は小さくなる。この可変抵抗器５５の値は、図１の制
御回路４から与えられる制御信号Ｓ１に応じた値とな
る。また、上記のトランジスタＱ１がバイパス回路のオ
ン・オフを行なうスイッチング素子であり、抵抗Ｒ１、
Ｒ２およびトランジスタＱ１を介してバイパス電流が流
れることになる。

【００１６】一方、制御回路４は、充電開始前に、各電
圧検出回路２ａ〜２ｎの信号に基づいて全てのセル１ａ
〜１ｎの電圧値を読み取り、その中で最も電圧の高い値
と各セルの電圧値との差に応じて上記の電圧Ｖａを設定
し、それに応じて可変抵抗器５５の値を設定する制御信
号Ｓ１を各バイパス回路に送る。なお、最も高い電圧と
各セルの電圧との差が大きいほど当該バイパス回路のバ
イパス電流値を小さな値にするように、電圧Ｖａを低い
値（可変抵抗器５５の値を大きく）に設定する。

【００１７】図４は、上記に示す実施の形態における充
電時のセル端子電圧の特性図であり、充電前の端子電圧
がＶ０とＶ１（ただしＶ０＜Ｖ１）の二つのセルを例と
して示している。図４において、時点ｔ０で充電を開始
する。この場合には両セルともバイパス回路はオフであ
って充電電流は同一であり、両セルの端子電圧はほぼ同
様の傾斜で上昇する。次に、時点ｔ１では、最初の電圧
が高かった方のセルの端子電圧が基準電圧Ｖ２に達し、
前記のごとき動作によってバイパス回路のトランジスタ
Ｑ１がオンとなり、バイパス電流が流れる。次に、時点
ｔ２では、最初の電圧が低かった方のセルの端子電圧が
基準電圧Ｖ２に達し、同様にバイパス電流が流れる。し
かし、両者に流れるバイパス電流は、最初の電圧値が低
かった方が小さな値に設定されているので、セルに流れ
る充電電流（＝充電器の充電電流−バイパス電流）は、
最初の電圧値が低かった方が大きな値となり、電圧値が
高かった方よりも急速に充電されることになる。そのた
め図４に示すごとく、バイパス回路の動作以後はセルの
端子電圧の上昇程度が異なった特性となり、時点ｔ３で
は両者が充電終止電圧Ｖ３（満充電）に達する。制御回
路４は、各電圧検出回路を介してセルの端子電圧を監視
し、充電終止電圧Ｖ３に達した場合に外部充電器５に信
号を送り、充電を停止させる。

【００１８】なお、上記のごとく、バイパス回路の動作
以後はセルの端子電圧の上昇程度が異なった特性となる
が、この特性は上記の電圧Ｖａの値、つまり可変抵抗器
５５の値に応じて変化するから、両者が時点ｔ３で同時
に充電終止電圧Ｖ３に達するように可変抵抗器５５の値
を設定してやればよい。なお、上記の説明は、二つのセ
ルの場合を例示したが、多数のセルの場合も同様であ
る。

【００１９】上記の設定は具体的には下記のようにして
行なう。最も高い電圧と当該セルの電圧との差をδは下
記（数１）式で示される。 δ＝（ｒ・Ｉb＋δv）Ｉb／（Ｊ−Ｉb） …（数１） ただし、 δ：最も高い電圧と当該セルの電圧との差 ｒ：電池の内部抵抗 Ｉb：バイパス電流値 δv：バイパス回路をオンにする電圧と充電終止電圧と
の差 Ｊ：充電器の電流 上記（数１）式において、例えば、ｒ＝一定、δv＝一
定、Ｊ＝一定とおいて簡略化し、最も高い電圧と当該セ
ルの電圧との差δからバイパス電流Ｉbを求める。その
求めたバイパス電流Ｉbの値に応じて、例えば予め記憶
しておいたメモリマップから該当する可変抵抗器５５の
値を求め、それに応じた制御信号Ｓ１を各バイパス回路
に送るように構成すればよい。

【００２０】上記のごとく、図２に示す実施の形態にお
いては、充電開始前の各セルの端子電圧に応じてバイパ
ス電流の値を設定し、最初の電圧が低いセルほどバイパ
ス電流を小さくして充電電流が大きくなるようにしてい
るので、バイパス回路に流れる無駄な電流が減少し、か
つ各セルのバラツキを従来よりも短い時間で有効に減少
させることが出来る。したがってバイパス回路を流れる
電流による無駄な電力消費と発熱の問題を軽減すること
が出来る。

【００２１】次に、図３は、バイパス回路２の他の実施
の形態を示す図である。図３の回路は、図２の抵抗Ｒ４
を電子制御の可変抵抗器５６に代え、可変抵抗器５５を
通常の抵抗Ｒ１１としたものである。なお可変抵抗器５
６の抵抗値は制御回路４から与えられる制御信号Ｓ２に
応じて変化する。図３の回路においては、コンパレータ
５３で基準電圧Ｖ２と比較する電圧が、セルの端子電圧
を可変抵抗器５６と抵抗Ｒ５とで分圧した値となる。し
たがって可変抵抗器５６の抵抗値が変化すると、バイパ
ス回路がオンになる電圧が変化し、可変抵抗器５６の値
が大きいほど端子電圧が高い値でバイパス回路がオンに
なることになる。この場合には、図１の制御回路４は、
充電開始前に、各電圧検出回路２ａ〜２ｎの信号に基づ
いて全てのセル１ａ〜１ｎの電圧値を読み取り、その中
で最も電圧の高い値と各セルの電圧値との差に応じて可
変抵抗器５６の値を設定し、それに応じた制御信号Ｓ２
を各バイパス回路に送る。なお、最も高い電圧と各セル
の電圧との差が大きいほどバイパス回路をオンにする電
圧値を高い値にするように、可変抵抗器５６の抵抗値を
大きな値に設定する。

【００２２】図５は、図３における充電時のセル端子電
圧の特性図である。図５において、時点ｔ０で充電を開
始する。この場合には両セルともバイパス回路はオフで
あって充電電流は同一であり、両セルの端子電圧はほぼ
同様の傾斜で上昇する。次に、時点ｔ４では、最初の電
圧が高かった方のセルの端子電圧が、そのバイパス回路
用に可変抵抗器５６で設定された基準電圧Ｖ４に達し、
前記のごとき動作によってバイパス回路のトランジスタ
Ｑ１がオンとなり、バイパス電流が流れる。次に、時点
ｔ５では、最初の電圧が低かった方のセルの端子電圧
が、同様にその回路の基準電圧Ｖ５（Ｖ４＜Ｖ５）に達
し、同様にバイパス電流が流れる。この場合、両者に流
れるバイパス電流は同じ値であるが、最初の電圧値が低
かった方のセルは、バイパス回路をオンにする電圧が大
きな値Ｖ５に設定されているので、セルの端子電圧がＶ
５に達するまで、バイパス回路が作動せず、大きな充電
電流で充電が行われる。そのため最初の電圧値が低かっ
た方のセルに充電される電気量が大きくなり、時点ｔ６
では両者が充電終止電圧Ｖ３（満充電）に達する。

【００２３】制御回路４は、各電圧検出回路を介してセ
ルの端子電圧を監視し、充電終止電圧Ｖ６に達した場合
に外部充電器５に信号を送り、充電を停止させる。上記
のごとく、各バイパス回路を動作させる電圧が異なる
が、各バイパス回路の作動する電圧値、つまり各回路の
可変抵抗器５５の値は、両者が時点ｔ６で同時に充電終
止電圧Ｖ６に達するように設定してやればよい。なお、
上記の説明は、二つのセルの場合を例示したが、多数の
セルの場合も同様である。

【００２４】上記の設定は具体的には下記のようにして
行なう。前記（数１）において、例えば、Ｉb＝一定、
ｒ＝一定、Ｊ＝一定とおいて簡略化し、最も高い電圧と
当該セルの電圧との差δからバイパス回路をオンにする
電圧と充電終止電圧Ｖ６との差δvを求める。充電終止
電圧Ｖ６は一定値であるから、求められた各バイパス回
路のδvから充電終止電圧Ｖ６を減算することにより、
各バイパス回路をオンにする電圧を求めることが出来
る。その求めた電圧値に応じて、例えば予め記憶してお
いたメモリマップから該当する可変抵抗器５６の値を求
め、それに応じた制御信号Ｓ２を各バイパス回路に送る
ように構成すればよい。

【００２５】上記のごとく、図３に示す実施の形態にお
いては、充電開始前の各セルの端子電圧に応じてバイパ
ス回路を作動させる端子電圧の値を設定し、最初の電圧
が低いセルほど高い電圧でバイパス回路がオンするよう
に設定しているので、バイパス回路に流れる無駄な電流
が減少し、かつ各セルのバラツキを従来よりも短い時間
で有効に解消することが出来る。したがってバイパス回
路を流れる電流による無駄な電力消費と発熱の問題を軽
減することが出来る。

【００２６】次に、図６および図７は、本発明の第２の
実施の形態を示す図であり、図６は全体の構成を示す回
路図、図７は電圧判定バイパス回路２１ａ〜２１ｎの一
例の回路図である。図６において、２１ａ〜２１ｎは電
圧判定バイパス回路（詳細後述）であり、各セル１ａ〜
１ｎの電圧を判定して制御回路２２に判定信号Ｓ３〜Ｓ
６を送ると共に、制御回路２２からの制御信号Ｓ７〜Ｓ
９に応じてスイッチング素子（トランジスタＱ３）をオ
ンにして充電電流をバイパスさせる。２２は例えばコン
ピュータ等で構成された制御回路である。その他、図１
と同符号は同一物を示す。なお、なお、組電池１の両端
からコントローラを介して負荷（例えば電気自動車を駆
動するモータ等）にも接続されることになるが、本発明
の充電制御には関わりないので図示を省略している。

【００２７】また、図７において、６０、６１は基準電
圧発生器、６２、６３、６４、６５はコンパレータ、６
６、６７、６８、６９はフォトカプラ、７０、７１はＳ
Ｒフリップフロップ、７２、７３、７４はアンド回路、
７５、７６はインバータ（反転回路）、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ
５はトランジスタ、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６は電圧判定
バイパス回路から制御回路２２へ送る判定信号、Ｓ７、
Ｓ８、Ｓ９は制御回路２２から送られる制御信号であ
る。

【００２８】以下、作用を説明する。まず、図７の回路
各部の基本的な動作について説明する。コンパレータ６
２とフォトカプラ６６、コンパレータ６３とフォトカプ
ラ６７、コンパレータ６４とフォトカプラ６８は、それ
ぞれ電圧判定回路を構成しており、基準電圧発生器６０
で設定した電圧に基づいた各基準電圧とセル１ａの端子
電圧とを比較し、端子電圧の方が高くなるとそれぞれ判
定信号Ｓ３〜Ｓ５を制御回路２２へ送る。コンパレータ
６２の基準電圧はバラツキの下限電圧に設定され、コン
パレータ６３の基準電圧はバラツキの上限電圧（下限電
圧＜上限電圧）に設定され、コンパレータ６４の基準電
圧は充電終止電圧に設定されている。なお、フォトカプ
ラを介して信号を送っているのは、各電圧判定バイパス
回路の電位が異なっているため、組電池１とは独立の信
号系を形成するためである。

【００２９】制御回路２２においては、上記の判定信号
のうちＳ３は各電圧判定バイパス回路の出力を全てアン
ド接続して入力し、Ｓ４は全てオア接続して入力し、Ｓ
５も全てオア接続して入力している。そのため判定信号
Ｓ３は全ての回路の信号が全て“１”になった場合に制
御回路２２に取り込まれるが、判定信号Ｓ４とＳ５は何
れか１つの信号が“１”になった場合に制御回路２２に
取り込まれることになる。したがって判定信号Ｓ３の方
が判定信号Ｓ４よりも早く入力した場合には、全てのセ
ルの端子電圧が下限電圧よりは大きいが上限電圧以上の
ものは存在しないことになるから、電圧のバラツキが少
ないことを意味する。これに対して、判定信号Ｓ４の方
が早く入力した場合には、未だ下限電圧に達しないセル
が存在するのに上限電圧以上のセルも存在することにな
るから、電圧のバラツキが大きいことを意味する。

【００３０】また、セルの端子電圧が充電終止電圧に達
すると、コンパレータ６４の出力が“０”になり、アン
ド回路７４の出力も“０”になる。そのためトランジス
タＱ４がオンになる。このときトランジスタＱ５がオン
であれば（詳細後述）、基準電圧発生器６１に電流が流
れ、コンパレータ６５の出力が“１”となってバイパス
回路のトランジスタＱ３がオンになり、充電電流をバイ
パスする。このときフォトカプラ６９から判定信号Ｓ６
が制御回路２２へ送られる。上記トランジスタＱ５のオ
ン・オフは、制御回路２２からの制御信号Ｓ７〜Ｓ９に
よってＳＲフリップフロップ７２、７３をセットまたは
リセットし、アンド回路７３の出力を変えることによっ
て制御する。すなわち、前記の判定によってバラツキが
小さいと判定された場合は、アンド回路７３の出力を
“１”、インバータ７５の出力を“０”としてトランジ
スタＱ５をオフにし、バイパス回路を作動不能（他の条
件に関わりなく常時オフ）にする。一方、前記の判定に
よってバラツキが大きいと判定された場合は、アンド回
路７３の出力を“０”、インバータ７５の出力を“１”
としてトランジスタＱ５をオンにし、バイパス回路を作
動可能にする。この状態では、前記のコンパレータ６４
の出力が“０”の場合にバイパス回路がオンとなる。

【００３１】なお、上記のように、バラツキが少なくて
トランジスタＱ５がオフの場合、端子電圧が充電終止電
圧に達してコンパレータ６４の出力が“０”になり、判
定信号Ｓ５が制御回路２２に送られると、制御回路２２
は充電器５に信号を送って充電を終了させる（後記図８
のステップＳ７、Ｓ８参照）。

【００３２】図８は、図６および図７における制御のフ
ローチャートである。以下、図８に基づいて制御経過を
説明する。まず、ステップＳ１では、外部充電器５が接
続されているか否かを判断する。これは外部充電器５か
ら制御回路２２への信号によって判断する。外部充電器
５が接続されると、ステップＳ２で、ＳＲフリップフロ
ップ７０、７１をリセットする（リセット信号Ｓ９）。
次に、ステップＳ３では、充電を開始したか否かを判断
し、開始している場合には、ステップＳ４で、各セルの
電圧を検出し、ステップＳ５では、電圧のバラツキが一
定範囲内か否かを判断する。ステップＳ５で“ＹＥＳ”
すなわちバラツキが一定範囲内である場合には、ステッ
プＳ６で各セルの電圧を検出し、ステップＳ７で、充電
終止電圧に達したものがあるか否かを判断する。そして
充電終止電圧に達したセルが一つでも存在する場合に
は、ステップＳ８で外部充電器５に信号を送って充電を
終了する。

【００３３】一方、ステップＳ５で“ＮＯ”すなわちバ
ラツキが一定範囲外である場合には、ステップＳ９で各
セルの電圧を検出し、ステップＳ１０で、充電終止電圧
に達したものがあるか否かを判断する。そして充電終止
電圧に達したセルについては、ステップＳ１１で、その
セルに接続されたバイパス回路をオンにし、充電電流を
バイパスする。次に、ステップＳ１２では、全てのセル
のバイパス回路がオンになったか否かを判断し、“ＹＥ
Ｓ”になった場合には、ステップＳ１３で、外部充電器
５に信号を送って充電を終了する。なお、バイパス回路
を流れるバイパス電流が可変の場合には、全てのバイパ
ス電流が外部充電器の充電電流と等しくなった場合、す
なわち全てのセルを流れる充電電流が０になった場合に
充電を終了するように構成してもよい。

【００３４】上記のように、この実施の形態において
は、各セルの端子電圧のバラツキが少ない場合には、バ
イパス回路を作動させず、充電終止電圧に達したセルが
一つでも発生すると充電を終了させる。一方、各セルの
端子電圧のバラツキが大きい場合には、充電終止電圧に
達したセルについてバイパス回路を作動させ、充電終止
電圧に達しないセルについては充電を継続する。そして
全てのセルが充電終止電圧に達した場合に充電を終了さ
せる。したがって、各セルのバラツキが少なく、バイパ
ス回路を作動させる必要性が低い場合には、バイパス回
路の作動を禁止するので、バイパス回路を流れる電流に
よる無駄な電力消費を抑制し、発熱を防止することが出
来ると共に、バイパス回路構成素子の耐久性を向上させ
ることが出来る。また、各セルのバラツキが大きい場合
には、バイパス回路を作動させるので、バラツキを有効
に解消することが出来る。

【００３５】なお、前記図２、図３、図７の実施の形態
においては、充電電流のバイパス回路を定電流バイパス
方式の回路とした場合を例示したが、定電圧方式のバイ
パス回路で構成することも出来る。また、ＰＷＭ制御方
式のバイパス回路を用いれば回路容量を小さくすること
が出来る。

【００３６】また、前記図１の回路における電圧バラツ
キの検知回路として前記図６と同様の構成を用いてもよ
い。この場合には、バラツキ量として基準電圧に達した
時間差を用いればよい。実際には各電流値に応じた時間
差（電圧バラツキ量）のデータマップを備える。この方
式の利点は、図６の構成からも判るように、特別な電圧
検出回路（例えば図１の３）を用いないので、構成部品
が少なくて済む点である。

【００３７】

【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、バイパス回路に流れる無駄な電流が減
少し、かつ各セルのバラツキを従来よりも短い時間で有
効に解消することが出来る。したがってバイパス回路を
流れる電流による無駄な電力消費と発熱の問題を軽減す
ることが出来る、という効果が得られる。また、請求項
４に記載の発明においては、各セルのバラツキが少な
く、バイパス回路を作動させる必要性が低い場合には、
バイパス回路の作動を禁止するので、バイパス回路を流
れる電流による無駄な電力消費を抑制し、発熱を防止す
ることが出来ると共に、バイパス回路構成素子の耐久性
を向上させることが出来る。また、各セルのバラツキが
大きい場合には、バイパス回路を作動させるので、バラ
ツキを有効に解消することが出来る、という効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の全体構成を示す回
路図。

【図２】図１におけるバイパス回路２の第１の実施の形
態を示す回路図。

【図３】図１におけるバイパス回路２の第２の実施の形
態を示す回路図。

【図４】図２の回路の電圧特性図。

【図５】図３の回路の電圧特性図。

【図６】本発明の第２の実施の形態の全体構成を示す回
路図。

【図７】図６における電圧判定バイパス回路２１の一実
施の形態を示す回路図。

【図８】図７における制御を示すフローチャート。

【符号の説明】

１…組電池 １ａ〜１ｎ…セル ２ａ〜２ｎ…バイパス回路 ３ａ〜３
ｎ…電圧検出回路 ４…制御回路 ５…外部
充電器 ２１ａ〜２１ｎ…電圧判定バイパス回路 ２
２…制御回路 ５１、５２…基準電圧発生器 ５３、５
４…コンパレータ ５５…電子制御の可変抵抗器 ６０、６１…基
準電圧発生器 ６２、６３、６４、６５…コンパレータ ６６、６７、６８、６９…フォトカプラ ７０、７１…ＳＲフリップフロップ ７２、７３、７
４…アンド回路 ７５…インバータ Ｒ１〜Ｒ１０…抵
抗 Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５…トランジスタ Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６…判定信号 Ｓ７、Ｓ８、Ｓ
９…制御信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02J 7/00 - 7/36

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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、若しくは複数のセルから成るブロッ
   クごとに並列に接続され、充電時に当該セル若しくは当
   該ブロックの電圧が所定電圧以上のときにオンとなって
   充電電流をバイパスさせるバイパス手段と、 充電前における上記各セルの電圧、若しくは複数のセル
   から成るブロックの電圧を検出し、全てのセル若しくは
   ブロックの電圧のうち、最も高い電圧を検出し、該最も
   高い電圧と各セル若しくはブロックの電圧との差に基づ
   いて各バイパス手段ごとに作動条件を設定し、それに応
   じて各バイパス手段を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制御装置。
2. 【請求項２】上記制御手段は、上記の最も高い電圧と各
   セル若しくはブロックの電圧との差が大きいほど当該バ
   イパス回路のバイパス電流値を小さな値に設定し、それ
   に応じて各バイパス手段に流す電流値を制御するもので
   ある、ことを特徴とする請求項１に記載の組電池の充電
   制御装置。
3. 【請求項３】上記制御手段は、上記の最も高い電圧と各
   セル若しくはブロックの電圧との差が大きいほど当該バ
   イパス回路をオンにする上記所定電圧の値を大きな値に
   設定し、それに応じて各バイパス手段のオン・オフを制
   御するものである、ことを特徴とする請求項１に記載の
   組電池の充電制御装置。
4. 【請求項４】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、若しくは複数のセルから成るブロッ
   クごとに並列に接続され、充電時に当該セル若しくは当
   該ブロックの電圧が所定電圧以上のときにオンとなって
   充電電流をバイパスさせるバイパス手段と、 上記各セルの電圧、若しくは複数のセルから成るブロッ
   クの電圧を検出し、全てのセル若しくはブロックの電圧
   のバラツキが所定範囲内のときには上記バイパス手段の
   動作を停止させ、上記バラツキが所定範囲外の場合には
   上記バイパス手段に通常のバイパス動作、すなわち充電
   時に当該セル若しくは当該ブロックの電圧が所定電圧以
   上のときにはオンとなって充電電流をバイパスさせる動
   作を行なわせ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制御装置。