JP3931446B2

JP3931446B2 - Battery charge state adjustment device

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Publication number: JP3931446B2
Application number: JP26358398A
Authority: JP
Inventors: 博志田村; 秀治吉田; 敦志今井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-09-17
Filing date: 1998-09-17
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2018-09-17
Also published as: JP2000092733A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充電・放電可能な二次電池が単位セルとして複数個直列に接続されてなり、その両端に負荷や充電器が接続されることに応じて充電・放電される組電池の充電状態調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境保護の目的から、排気ガスなどによる大気汚染の問題がない電気自動車や、低公害と走行性能とを両立可能なハイブリッド電気自動車が注目されている。特に、ハイブリッド電気自動車は、エンジンを搭載しているため、電気自動車に適用されるものほどの大容量の電池を用意しなくても、ガソリン車と略同等の走行性能を確保することができ、しかも、低速走行時には電力で駆動することから、低速走行時に多量の排気ガスを排出するガソリン車と比較すると、環境に優しいという特徴を有している。このような事情から、ハイブリッド電気自動車は、電気自動車よりも先行して普及すると考えられている。
【０００３】
ところで、ハイブリッド電気自動車に適用される電池としては、ハイブリッド電気自動車が発進時やフル加速時には電力で駆動し、また、エンジンやモータジェネレータなどの多くの部品を搭載することにより車両全体の重量が大きくなるという理由から、電気自動車に適用されるものと同様に、高性能であって、且つ、軽量であるものが要求されている。
【０００４】
このような状況の下で、鉛電池、ニッカド電池やニッケル水素電池に代わるものとして、リチウム電池が注目されている。リチウム電池は、同容量の鉛電池に比べて約４倍もの高い重量エネルギー密度を有し、また、同容量のニッケル水素電池に比べて約２倍もの高い重量エネルギー密度を有しているので、ハイブリッド電気自動車に好適な電池として期待されている。
【０００５】
ところが、このリチウム電池は、過充電や過放電に対して弱いため、規定された電圧の範囲内で使用しないと、材料が分解して容量が著しく減少したり、また、異常な発熱をしたりして、使用不可能な状態に至る虞がある。そのため、リチウム電池は、一般的には、上限電圧および下限電圧が明確に規定されており、その規定された範囲内となるように電圧制御されて使用されたり、あるいは電圧範囲を制限する保護回路と共に使用されるようになっている。
【０００６】
ところで、ハイブリッド電気自動車や電気自動車に使用されるバッテリは、モータを駆動するために高い電圧を必要とするので、通常、複数個の単電池（単位セル）が直列に接続されて組電池として構成されている。すなわち、例えば、３００Ｖのバッテリ電圧が必要である場合には、単位セルあたり約２Ｖの鉛電池では１５０個の単位セルが直列に接続され、単位セルあたり約１．２Ｖのニッケル水素電池では２５０個の単位セルが直列に接続され、単位セルあたり約３．６Ｖのリチウム電池では８０個の単位セルが直列に接続されることになる。そして、このように多数の単位セルが直列に接続されてなる組電池を充電・放電する場合、従来では、組電池の正極と負極との間の端子間電圧を監視することによって充電・放電を制御していた。
【０００７】
ここで、この場合に問題となるのが、各単位セルの残存容量（以下、ＳＯＣ（State Of Charge ）と略称する）に起因する単位セルの端子間電圧（セル電圧）のばらつきである。すなわち、単位セルが直列に接続された状態では、各単位セルを流れる電流は等しいものであるが、単位セル毎の自己放電の量や充放電効率の違いによって各単位セルのＳＯＣにばらつきがあるため、各単位セルの端子間電圧の変化は異なったものとなる。そして、このＳＯＣのばらつきは、時間が経過するにしたがって蓄積され、拡大していくものである。
【０００８】
したがって、このような下で、単位セルが直列に接続されてなる組電池の端子間電圧を監視して充電・放電を制御しても、各単位セルとしては、端子間電圧が（組電池の端子間電圧）／（単位セル個数）として得られる平均電圧よりも高くなっているものも存在すれば、平均電圧よりも低くなっているものも存在しているため、端子間電圧が平均電圧よりも高い単位セルを上限電圧まで充電すれば、その単位セルは過充電となり、また、端子間電圧が平均電圧よりも低い単位セルを下限電圧まで放電すれば、その単位セルは過放電となる。
【０００９】
この場合、上述した鉛電池、ニッカド電池やニッケル水素電池は、過充電や過放電となっても、性能が多少劣化するのみで使用不可能な状態に至る虞はないものであるが、前述したように、リチウム電池は、過充電や過放電になると、使用不可能な状態に至る虞があるものである。
【００１０】
このような不具合を解決するものとして、実開平２−１３６４４５号公報に開示されている方法がある。この方法は、各単位セルの端子間電圧のうちから最高電圧および最低電圧を検出し、充電する際には、最高電圧を有する単位セルの端子間電圧が上限電圧を越えないように充電を制御し、また、放電する際には、最低電圧を有する単位セルの端子間電圧が下限電圧に到達したときに放電を終了するように放電を制御するものである。
【００１１】
ところが、この方法では、このように全ての単位セルを所定電圧の範囲内で充電・放電することにより、過充電や過放電になることを未然に防止することはできるが、最高電圧を有する単位セルに充電が制限され、また、最低電圧を有する単位セルに放電が制限されることになるので、ＳＯＣのばらつきが大きいと、その分、組電池としての容量が小さくなるという問題がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、このような不具合を解決するものとして、特開平８−１９１８８号公報に開示されている方法がある。以下、この特開平８−１９１８８号公報に開示されている方法について、図１０を参照して説明する。
【００１３】
図１０において、組電池１は、多数の単位セル２が直列に接続されて構成されており、それら各単位セル２には、抵抗３ａとスイッチ３ｂとが直列に接続されてなる単位セル放電回路（バイパス回路）３が並列に接続されている。各端子間電圧検出器４は、各単位セル２の端子間電圧を検出し、その端子間電圧を示す単位セル電圧信号を制御装置５に出力するようになっている。また、充電回路６は、商用の交流電力を直流電力に変換することにより、所望の充電電力を生成するようになっている。
【００１４】
このような構成によれば、充電を開始するために、スイッチ７がオン（閉成）されると、制御装置５は、スイッチ８をオン（閉成）する。これにより、充電回路６から組電池１に直流電力（充電電力）が供給され、組電池１が充電されるようになる。
【００１５】
次いで、制御装置５は、各端子間電圧検出器４から単位セル電圧信号を入力することにより、各単位セル２の端子間電圧を検出し、多数の単位セル２のうち、端子間電圧が所定値を越えている単位セル２が存在する場合には、その単位セル２に対応する単位セル放電回路３のスイッチ３ｂをオン（閉成）する。これにより、端子間電圧が所定値を越えている単位セル２が放電を開始するようになり、結果的に、単位セル２の端子間電圧のばらつき、つまり、ＳＯＣのばらつきが解消されるようになる。
【００１６】
しかしながら、この方法では、このようなＳＯＣのばらつきが解消される機会は、充電回路６から組電池１に直流電力が供給されているとき、つまり、組電池１を充電するときに限られている。そのため、特に、ハイブリッド電気自動車のように、充電・放電を小刻みに繰返し実行するような構成では、単位セル２を放電する際には、単位セル放電回路３の通電時間が短くなっていまい、１回あたりの通電電流（放電電流）を大きくする必要がある。そうなると、単位セル放電回路３を構成する抵抗３ａとスイッチ３ｂとを大電流に対応するものにする必要があり、これに起因してコストが増大したり、回路が大形化してしまうという問題がある。
【００１７】
また、単位セル放電回路３は、抵抗３ａの発熱によりエネルギーを消費させるものであるので、このように通電電流を大きくすると、発熱量が通電電流の２乗に比例して大きくなることから、発熱量が増大することになる。そうなると、その分、放熱フィンや冷却ファンなどの冷却構造を大形化する必要があり、あるいは別の冷却用の部品を追加する必要があり、これに起因してもコストが増大したり、装置全体が大形化してしまうという問題もある。
【００１８】
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、充電・放電可能な二次電池が単位セルとして複数個直列に接続されてなり、その両端に負荷や充電器が接続されることに応じて充電・放電される組電池の充電状態を調整するものにおいて、コストの削減および装置全体の小形化を図ることができる組電池の充電状態調整装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の組電池の充電状態調整装置によれば、残存容量調整手段において、起動手段が起動すると、残存容量検出手段は、各単位セルの残存容量を検出し、ばらつき計算手段は、残存容量検出手段により検出された各単位セルの残存容量に基づいて各単位セルの残存容量のばらつきを計算する。次いで、ばらつき判定手段は、ばらつき計算手段により計算された各単位セルの残存容量のばらつきが所定の許容範囲内を越えているか否かを判定し、放電指令手段は、ばらつき判定手段により残存容量のばらつきが所定の許容範囲内を越えていると判定された単位セルに放電を指令する。そして、放電制御手段は、放電指令手段の指令に基づいて、放電手段により単位セルの放電を開始・停止させ、単位セルの放電を開始させたときには、起動手段が次に起動するまでの間において該単位セルの放電を継続させる。
【００２０】
すなわち、起動手段があらかじめ設定された時刻や時間間隔で起動すると、これら残存容量検出手段、ばらつき計算手段、ばらつき判定手段、放電指令手段、放電手段および放電制御手段により、単位セルの放電が開始・停止され、単位セルの放電が開始されたときには、起動手段が次に起動するまでの間において該単位セルの放電が継続されるようになるので、起動手段が起動を停止した以後であっても、単位セルの放電を継続することができ、各単位セルの残存容量のばらつきが解消される機会は、従来のものとは異なって、組電池を充電するときに限られることがなく、単位セルを常時放電することが可能となるので、単位セルを放電する際に、放電電流を大きくする必要がない。
したがって、単位セルを放電するための抵抗などの電子部品を大電流に対応するものとする必要がなく、また、放電に際して発熱量が増大することもなく、冷却構造を大形化したり追加する必要もないので、コストの削減および装置全体の小形化を図ることができる。
また、放電制御手段が当該放電制御手段の放電制御対象である単位セルから給電されるように構成したので、放電制御手段は、残存容量検出手段、ばらつき計算手段、ばらつき判定手段および放電指令手段などの他の手段の給電状態に拘らず、動作を継続することができ、すなわち、それら他の手段が給電されなくなって動作が停止した場合であっても、単位セルの放電が開始されているときには、その状態、つまり、単位セルの放電を継続させることができる。
さらに、放電制御手段が当該放電制御手段の放電制御対象である単位セルの放電開始と同時に、当該単位セルからの給電が開始されると共に、当該単位セルの放電停止と同時に、当該単位セルからの給電が停止されるように構成したので、放電制御手段が当該放電制御手段の放電制御対象である単位セルから給電される構成でありながらも、単位セルが放電していないときには、放電制御手段が給電されることを防止でき、つまり、単位セルの残存容量が低下してしまうことを防止することができる。
【００２１】
請求項２記載の組電池の充電状態調整装置によれば、放電制御手段をフリップフロップ回路により構成したので、汎用性の高い回路により、簡単に構成することができる。
【００２３】
請求項３記載の組電池の充電状態調整装置によれば、単位セルをリチウム系二次電池により構成したので、リチウム系二次電池が過充電・過放電となることを未然に防止でき、つまり、リチウム系二次電池の充電・放電を安全に制御した上で、リチウム系二次電池の性能を十分に引出して活用することができる。
【００２５】
請求項４記載の組電池の充電状態調整装置によれば、組電池を電気自動車の電源としての電源装置に用いるように構成したので、電気自動車における電源装置の性能や電池寿命を十分に向上させることができる。
【００２６】
請求項５記載の組電池の充電状態調整装置によれば、組電池をハイブリッド電気自動車の電源としての電源装置に用いるように構成したので、ハイブリッド電気自動車における電源装置の性能や電池寿命を十分に向上させることができる。
【００２７】
請求項６記載の組電池の充電状態調整装置によれば、組電池の電圧を的確に調整することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明をハイブリッド電気自動車に搭載されるものに適用した第１実施例について、図１ないし図５を参照して説明する。
まず、図１は、本発明における電気的構成を機能ブロックにして示している。正側母線１１ａおよび負側母線１１ｂ間には、電源装置としてのバッテリを構成する組電池１２と、電流センサ１３とからなる直列回路が接続されている。組電池１２は、リチウム系二次電池からなる単位セル１４が複数個直列に接続されて構成されているもので、リチウム系二次電池としては、例えば、リチウムイオンを吸蔵および放出する電極を内蔵しているものを用いている。
【００３３】
組電池１２の各単位セル１４には、端子間電圧検出器１５が並列に接続されている。これら各端子間電圧検出器１５は、各単位セル１４の端子間電圧を検出し、その端子間電圧を示す単位セル電圧信号をマルチプレクサ１６に出力するようになっている。
【００３４】
マルチプレクサ１６は、各端子間電圧検出器１５から単位セル電圧信号が与えられると、それら単位セル電圧信号を選択し、選択した単位セル電圧信号をＡ／Ｄコンバータ１７に出力するようになっている。Ａ／Ｄコンバータ１７は、マルチプレクサ１６から単位セル電圧信号が与えられると、その単位セル電圧信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、マイクロプロセッサ（以下、ＭＰＵと略称する、本発明でいう残存容量検出手段、ばらつき計算手段、ばらつき判定手段および放電指令手段）１８に出力するようになっている。
【００３５】
また、各単位セル１４には、抵抗１９ａとスイッチ１９ｂとからなる直列回路で構成される単位セル放電回路（バイパス回路、本発明でいう放電手段）１９が並列に接続されている。
【００３６】
上記電流センサ１３は、組電池１２の充放電電流（主電流）を検出し、その充放電電流を示す充放電電流信号を増幅器２０に出力するようになっている。増幅器２０は、電流センサ１３から充放電電流信号が与えられると、その充放電電流信号を増幅し、Ａ／Ｄコンバータ２１に出力するようになっている。Ａ／Ｄコンバータ２１は、増幅器２０から増幅された充放電電流信号が与えられると、その充放電電流信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、ＭＰＵ１８に出力するようになっている。
【００３７】
しかして、ＭＰＵ１８は、各端子間電圧検出器１５からマルチプレクサ１６およびＡ／Ｄコンバータ１７を介して与えられる単位セル電圧信号と、電流センサ１３から増幅器２０およびＡ／Ｄコンバータ２１を介して与えられる充放電電流信号とに基づいて各単位セル１４の残存容量（以下、ＳＯＣ（State Of Charge ）と略称する）を計算するようになっている。この場合、ＳＯＣの計算方法としては、単位セルの電流電圧特性に基づいて開回路電圧（以下、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）と略称する）や所定電流に対する端子間電圧を計算し、あらかじめ記憶しているＳＯＣとの相関から計算する方法、充放電電流や電力の積算値から推定する方法、内部抵抗の変化から推定する方法およびこれらの方法を組合わせて計算する方法などがある。
【００３８】
デコーダ２２は、ＭＰＵ１８からの指令に基づいて、上記各単位セル放電回路１９に並列に接続されているフリップフロップ回路（本発明でいう放電制御手段）２３のうち、指定されたフリップフロップ回路２３にセット信号Ｓ1 〜Ｓn を出力するようになっている。各フリップフロップ回路２３は、デコーダ２２からセット信号Ｓ1 〜Ｓn が与えられると、対応する単位セル放電回路１９のスイッチ１９ｂに出力する出力信号をハイレベルにするようになっており、各単位セル放電回路１９のスイッチ１９ｂは、各フリップフロップ回路２３から与えられている出力信号がハイレベルになると、オン（閉成）するようになっている。
【００３９】
しかして、デコーダ２２からフリップフロップ回路２３にセット信号Ｓ1 〜Ｓn が出力されると、そのフリップフロップ回路２３に並列に接続されている単位セル放電回路１９に放電電流が流れ、つまり、そのフリップフロップ回路２３に並列に接続されている単位セル１４が放電を開始するようになっている。
【００４０】
また、各フリップフロップ回路２３は、上記ＭＰＵ１８からリセット信号ＲＳが与えられると、対応する単位セル放電回路１９のスイッチ１９ｂに出力する出力信号をロウレベルにするようになっており、各単位セル放電回路１９のスイッチ１９ｂは、各フリップフロップ回路２３から与えられている出力信号がロウレベルになると、オフ（開成）するようになっている。
【００４１】
しかして、ＭＰＵ１８からフリップフロップ回路２３にリセット信号ＲＳが出力されると、そのフリップフロップ回路２３に並列に接続されている単位セル放電回路１９に放電電流が流れている場合には、放電電流が流れなくなり、つまり、そのフリップフロップ回路２３に並列に接続されている単位セル１４が放電を停止するようになっている。
【００４２】
タイマー（本発明でいう起動手段）２４は、所定のタイミング（例えば１２時間に１回）によりＭＰＵ１８に起動信号を出力すると共に、ＯＲ素子２５に起動信号を出力するようになっている。ＯＲ素子２５は、タイマー２４から起動信号が与えられると共に、キースイッチの操作に応じて起動信号が与えられるようになっており、いずれかから起動信号が与えられると、スイッチ２６にオン信号を出力するようになっている。スイッチ２６は、ＯＲ素子２５からオン信号が与えられると、オン（閉成）するようになっている。
【００４３】
レギュレータ２７は、スイッチ２６がオン（閉成）すると、所定電圧を上記マルチプレクサ１６、Ａ／Ｄコンバータ１７、ＭＰＵ１８、増幅器２０、Ａ／Ｄコンバータ２１およびデコーダ２２に給電するようになっている。
【００４４】
しかして、上記構成においては、マルチプレクサ１６、Ａ／Ｄコンバータ１７、ＭＰＵ１８、増幅器２０、Ａ／Ｄコンバータ２１およびデコーダ２２は、ＯＲ素子２５からスイッチ２６にオン信号が出力されたとき、つまり、タイマー２４からＯＲ素子２５に起動信号が出力されたとき、あるいはキースイッチの操作に応じてＯＲ素子２５に起動信号が与えられたときに、レギュレータ２７から給電されて動作するようになっている。一方、上記各フリップフロップ回路２３は、各単位セル１４から給電されるようになっており、つまり、タイマー２４が起動しているか否かに拘らず、動作するようになっている。
【００４５】
また、上記ＭＰＵ１８には、制御プログラムの実行領域や作業領域として使用されるＲＡＭなどで構成されたメモリ１８ａが接続されている。
尚、本発明でいう残存容量調整手段２８は、以上に説明したＭＰＵ１８、単位セル放電回路１９、フリップフロップ回路２３およびタイマー２４から構成されている。
【００４６】
次いで、上記単位セル放電回路１９およびフリップフロップ回路２３の具体的な構成について、図２を参照して説明する。
単位セル放電回路１９のスイッチ１９ｂは、ＰＮＰ型トランジスタ２９から構成されており、フリップフロップ回路２３は、ＮＰＮ型トランジスタ３０〜３２、抵抗３３〜４３、コンデンサ４４，４５およびダイオード４６が図示のように接続されて構成されている。
【００４７】
このような構成では、デコーダ２２からフリップフロップ回路２３にセット信号Ｓ1 〜Ｓn が与えられると、ＮＰＮ型トランジスタ３０に抵抗３５を介してベース電流が流れることになるので、ＮＰＮ型トランジスタ３０がターンオンする。ＮＰＮ型トランジスタ３０がターンオンすると、ＰＮＰ型トランジスタ２９のベース電流が抵抗３４を介してＮＰＮ型トランジスタ３０のコレクタ電流として流れることになるので、ＰＮＰ型トランジスタ２９がターンオンする。
【００４８】
そして、ＰＮＰ型トランジスタ２９がターンオンすると、抵抗１９ａに放電電流が流れ、これにより、単位セル１４が放電を開始することになる。また、このとき、抵抗１９ａの両端子間に起電力が発生し、ＮＰＮ型トランジスタ３２に抵抗３８，３９を介してベース電流が流れることになるので、ＮＰＮ型トランジスタ３２がターンオンする。ＮＰＮ型トランジスタ３２がターンオンすると、ＰＮＰ型トランジスタ２９のベース電流が抵抗３７を介してＮＰＮ型トランジスタ３２のコレクタ電流としても流れる。
【００４９】
つまり、単位セル１４が放電を開始したときには、ＰＮＰ型トランジスタ２９のベース電流は、抵抗３４を介してＮＰＮ型トランジスタ３０のコレクタ電流として流れると共に、抵抗３７を介してＮＰＮ型トランジスタ３２のコレクタ電流として流れることになる。したがって、このとき、仮にセット信号Ｓ1 〜Ｓn が与えられなくなり、ＮＰＮ型トランジスタ３０がターンオフしても、ＮＰＮ型トランジスタ３２がターンオフすることがないので、ＰＮＰ型トランジスタ２９は、ターンオフすることがなく、ターンオンを継続することになり、これにより、単位セル１４が放電を継続することになる。
【００５０】
一方、ＭＰＵ１８からフリップフロップ回路２３にリセット信号ＲＳが与えられると、ＮＰＮ型トランジスタ３１に抵抗４２を介してベース電流が流れることになるので、ＮＰＮ型トランジスタ３１がターンオンする。ＮＰＮ型トランジスタ３１がターンオンすると、ＮＰＮ型トランジスタ３１のコレクタ電流が流れることになり、ＮＰＮ型トランジスタ３２にベース電流が流れなくなるので、ＮＰＮ型トランジスタ３２がターンオフする。
【００５１】
そして、ＮＰＮ型トランジスタ３２がターンオフすると、ＰＮＰ型トランジスタ２９のベース電流の経路がなくなり、ＰＮＰ型トランジスタ２９のベース電流が流れなくなるので、ＰＮＰ型トランジスタ２９がターンオフし、抵抗１９ａに放電電流が流れなくなり、これにより、単位セル１４が放電を停止することになる。また、このとき、仮にリセット信号ＲＳが与えられなくなり、ＮＰＮ型トランジスタ３１がターンオフしても、ＰＮＰ型トランジスタ２９は、ターンオンすることがなく、ターンオフを継続することになり、これにより、単位セル１４が放電の停止を継続することになる。
【００５２】
すなわち、本実施例においては、単位セル放電回路１９およびフリップフロップ回路２３が以上のように構成されていることから、セット信号Ｓ1 〜Ｓn が与えられることに応じて、単位セル放電回路１９の抵抗１９ａに放電電流が流れ、単位セル１４が放電を開始するようになり、その状態から、セット信号Ｓ1 〜Ｓn が与えられなくなっても、単位セル１４が放電を停止することがなく、放電を継続するようになっている。そして、その状態から、リセット信号ＲＳが与えられることに応じて、単位セル放電回路１９の抵抗１９ａに放電電流が流れなくなり、単位セル１４が放電を停止するようになっている。
【００５３】
また、この場合、フリップフロップ回路２３においては、高電位側と低電位側との間、それら高電位側や低電位側と接地との間のいずれの経路にもＮＰＮ型トランジスタ３０〜３２が介在していることから、それらＮＰＮ型トランジスタ３０〜３２がターンオフしている状態では漏れ電流が抑制され、フリップフロップ回路２３全体としての漏れ電流も抑制されるようになっている。
【００５４】
したがって、単位セル１４は、セット信号Ｓ1 〜Ｓn がフリップフロップ回路２３に与えられることに応じて、放電を開始すると同時に、フリップフロップ回路２３への給電を開始することになり、また、リセット信号ＲＳがフリップフロップ回路２３に与えられることに応じて、放電を停止すると同時に、フリップフロップ回路２３への給電を停止することになる。
【００５５】
次に、上記構成の作用について、図３ないし図５も参照して説明する。尚、これ以降、レギュレータ２７から給電される部分、つまり、マルチプレクサ１６、Ａ／Ｄコンバータ１７、ＭＰＵ１８、増幅器２０、Ａ／Ｄコンバータ２１およびデコーダ２２を制御回路と称し、制御回路がレギュレータ２７から給電されている状態を「ばらつき判定モード」と称し、制御回路がレギュレータ２７から給電されていない状態を「ばらつきセル放電モード」と称することとする。
【００５６】
また、組電池１２を構成する多数の単位セル１４のうち、図３に示すように、３つの単位セルＢ1 〜Ｂ3 を代表し、各単位セルＢ1 〜Ｂ3 は、それぞれ適当な容量まで充電されており、各単位セルＢ1 〜Ｂ3 の端子間電圧（セル電圧）Ｖ1 〜Ｖ3 は、初期状態では、図５に示すように、Ｖ1 ＞Ｖ3 ＞Ｖ2 の関係にあるものとする。さらに、ハイブリッド電気自動車は駐車しており、つまり、タイマー２４が起動していない状態では、ＯＲ素子２５には起動信号が与えられていないものとする。尚、図４は、ＭＰＵ１８が実行する処理をフローチャートとして示しており、図５は、それに関連した部分をタイムチャートとして示している。
【００５７】
さて、タイマー２４が起動し、タイマー２４からＯＲ素子２５に起動信号が出力され、ＯＲ素子２５からスイッチ２６にオン信号が出力され、スイッチ２６がオン（閉成）し、制御回路がレギュレータ２７から給電されると、制御回路は、「ばらつき判定モード」となる（図５中、ｔ1 参照）。
【００５８】
ＭＰＵ１８は、給電されると、各単位セル１４に並列に接続されているフリップフロップ回路２３にリセット信号ＲＳを出力することにより、各単位セル１４に並列に接続されている単位セル放電回路１９のスイッチ１９ｂをオフ（開成）する（ステップＳ１）。これにより、オン（閉成）していたスイッチ１９ｂがオフ（開成）することになるので、多数の単位セル１４のうち、その時点で放電していた単位セル１４、この場合であれば、単位セルＢ1 ，Ｂ3 において放電電流Ｉ1 ，Ｉ3 が流れなくなり、つまり、単位セルＢ1 ，Ｂ3 が放電を停止することになる。
【００５９】
次いで、ＭＰＵ１８は、所定時間待機する（ステップＳ２）。ここで、所定時間待機するのは、単位セル１４が放電を停止したことに応じて、過渡現象に起因する端子間電圧の変動による影響を回避するためである。つまり、この場合の所定時間とは、単位セル１４の端子間電圧の変動が収束すると予想される時間である。ＭＰＵ１８は、所定時間経過すると、ステップＳ３において「ＹＥＳ」と判断し、各端子間電圧検出器１５からマルチプレクサ１６およびＡ／Ｄコンバータ１７を介して与えられる単位セル電圧信号と、電流センサ１３から増幅器２０およびＡ／Ｄコンバータ２１を介して与えられる充放電電流信号とに基づいて各単位セル１４のＳＯＣを計算する（ステップＳ４、図５中、ｔ2 参照）。
【００６０】
次いで、ＭＰＵ１８は、各単位セル１４のＳＯＣのうちから最小値を検出し、各単位セル１４毎に、最小のＳＯＣとの差、つまり、ＳＯＣのばらつきを計算し（ステップＳ５）、ＳＯＣのばらつきが所定のばらつき許容範囲内を越えている単位セル１４が存在するか否かを判定する（ステップＳ６）。
【００６１】
このとき、所定のばらつき許容範囲に相当する端子間電圧の上限電圧をＶH とすると、この場合であれば、多数の単位セル１４のうち、単位セルＢ1 ，Ｂ3 の端子間電圧Ｖ1 ，Ｖ3 が上限電圧ＶH を越えている、つまり、ＳＯＣのばらつきが所定のばらつき許容範囲内を越えているので、ＭＰＵ１８は、ステップＳ６において「ＹＥＳ」と判断し、デコーダ２２から単位セルＢ1 ，Ｂ3 に並列に接続されているフリップフロップ回路２３にそれぞれセット信号Ｓ1 ，Ｓ3 を出力させることにより、単位セルＢ1 ，Ｂ3 に並列に接続されている単位セル放電回路１９のスイッチ１９ｂをオン（閉成）する（ステップＳ７）。これにより、放電電流Ｉ1 ，Ｉ3 が流れ、つまり、単位セルＢ1 ，Ｂ3 が放電を開始することになる。
【００６２】
次いで、タイマー２４の起動が停止し、タイマー２４からＯＲ素子２５に起動信号が出力されなくなり、ＯＲ素子２５からスイッチ２６にオン信号が出力されなくなり、スイッチ２６がオフ（開成）し、制御回路がレギュレータ２７から給電されなくなると、制御回路は、「ばらつきセル放電モード」となる（図５中、ｔ3 参照）。
【００６３】
さて、このとき、ＭＰＵ１８およびデコーダ２２が給電されなくなり、デコーダ２２からセット信号Ｓ1 ，Ｓ3 が出力されなくなるが、単位セル放電回路１９およびフリップフロップ回路２３が前述したように作用することから、放電を開始した単位セルＢ1 ，Ｂ3 は、放電を停止することはなく、「ばらつきセル放電モード」の間において放電を継続することになる。
【００６４】
さて、これ以降、ＭＰＵ１８は、これと同様の処理を繰返し実行するものであり、すなわち、タイマー２４が次に起動すると、再度、ステップＳ１〜Ｓ７を実行する（図５中、ｔ4 参照）。この場合、ＭＰＵ１８は、多数の単位セル１４のうち、単位セルＢ3 の端子間電圧Ｖ3 が上限電圧ＶH 以下となったことを検出し、単位セルＢ1 の端子間電圧Ｖ1 のみが上限電圧ＶH を越えていることを検出するので（図５中、ｔ5 参照）、デコーダ２２からセット信号Ｓ1 のみを出力させることにより、単位セルＢ1 に並列に接続されている単位セル放電回路１９のスイッチ１９ｂのみをオン（閉成）する。これにより、放電電流Ｉ1 のみが流れ、つまり、単位セルＢ1 のみが、再度、放電を開始することになる。
【００６５】
さらに、ＭＰＵ１８は、タイマー２４が次に起動すると、再度、ステップＳ１〜Ｓ７を実行する（図５中、ｔ7 参照）。この場合、ＭＰＵ１８は、全ての単位セル１４の端子間電圧が上限電圧ＶH 以下となったことを検出するので（図５中、ｔ8 参照）、デコーダ２２からセット信号Ｓ1 〜Ｓn を出力させることはなく、つまり、いずれの単位セル１４も放電を開始することはない。
【００６６】
すなわち、このものでは、ＭＰＵ１８は、タイマー２４が起動する毎に、各単位セル１４のＳＯＣのばらつきを計算し、ＳＯＣのばらつきが所定のばらつき許容範囲内を越えている単位セル１４が存在する場合には、デコーダ２２からセット信号Ｓ1 〜Ｓn を出力させることによって、タイマー２４が次に起動するまでの間、該当する単位セル１４を放電させ、これにより、各単位セル１４のＳＯＣのばらつきを解消させるものである。
【００６７】
尚、以上は、ハイブリッド電気自動車が駐車している場合について説明したものであるが、ハイブリッド電気自動車が例えば走行状態にあり、キースイッチの操作に応じてＯＲ素子２５に起動信号が与えられている場合には、ＭＰＵ１８は、タイマ−２４から起動信号が直接与えられることにより、上述したステップＳ１〜Ｓ７を実行することになる。
【００６８】
このように第１実施例によれば、タイマー２４が起動すると、ＭＰＵ１８は、各単位セル１４のＳＯＣのばらつきを計算し、ＳＯＣのばらつきがばらつき許容範囲内を越えている単位セル１４が存在する場合には、その単位セル１４を放電させるようになる。すなわち、各単位セル１４のＳＯＣのばらつきが解消される機会は、従来のものとは異なって、組電池１２を充電するときに限られることがなく、単位セル１４を組電池１２の充電に拘らず常時放電することが可能となるので、単位セル１４を放電する際に、放電電流を大きくする必要はない。したがって、単位セル１４を放電するための単位セル放電回路１９における抵抗１９ａやスイッチ１９ｂを大電流に対応するものとする必要がなく、また、放電に際して発熱量が増大することもなく、冷却構造を大形化したり追加する必要もないので、コストの削減および装置全体の小形化を図ることができる。
【００６９】
また、単位セル１４の放電を制御するフリップフロップ回路２３が単位セル１４から給電されるように構成したので、フリップフロップ回路２３は、制御回路の給電状態に拘らず、動作を継続することができ、すなわち、制御回路が給電されなくなって動作が停止した場合であっても、単位セル１４の放電が開始されているときには、その状態、つまり、単位セル１４の放電を継続させることができる。
【００７０】
また、セット信号Ｓ1 〜Ｓn がフリップフロップ回路２３に与えられることに応じて、単位セル１４が放電を開始すると同時に、単位セル１４がフリップフロップ回路２３への給電を開始し、また、リセット信号ＲＳがフリップフロップ回路２３に与えられることに応じて、単位セル１４が放電を停止すると同時に、単位セル１４がフリップフロップ回路２３への給電を停止するように構成したので、単位セル１４が放電していないときには、単位セル１４がフリップフロップ回路２３に給電することを防止でき、つまり、単位セル１４のＳＯＣが低下してしまうことを防止することができる。
【００７１】
また、単位セル１４の放電を制御する回路、すなわち、単位セル放電回路１９におけるスイッチ１９ｂのオンオフ（開閉）を制御する回路として、フリップフロップ回路２３を採用したので、簡単に構成することができ、しかも、この場合には、トランジスタ、抵抗およびコンデンサなどの汎用性の高い電子部品から回路を構成したので、安価に実現することができる。
【００７２】
また、単位セル１４をリチウム系二次電池により構成したので、リチウム系二次電池が過充電・過放電となることを未然に防止でき、つまり、リチウム系二次電池の充電・放電を安全に制御した上で、リチウム系二次電池の性能を十分に引出して活用することができる。
【００７３】
さらに、組電池１２をハイブリッド電気自動車の電源装置（バッテリ）として用いるように構成したので、ハイブリッド電気自動車における電源装置の性能や電池寿命を十分に向上させることができる。
【００７４】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２実施例について、図６ないし図９を参照して説明する。尚、上述した第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下、異なる部分について説明する。
この第２実施例では、上述した第１実施例とは異なって、各フリップフロップ回路２３は、ＭＰＵ１８からリセット信号ＲＳが与えられるのではなく、デコーダ５１からリセット信号ＲＳ1 〜ＲＳn が個別に与えられるようになっている。すなわち、デコーダ５１は、ＭＰＵ１８からの指令に基づいて、上記各単位セル放電回路１９に並列に接続されているフリップフロップ回路２３のうち、指定されたフリップフロップ回路２３にリセット信号ＲＳ1 〜ＲＳn を出力するようになっており、各フリップフロップ回路２３は、デコーダ５１からリセット信号ＲＳ1 〜ＲＳn が与えられると、対応する単位セル放電回路１９のスイッチ１９ｂに出力する出力信号をロウレベルにするようになっている。
【００７５】
次に、上記構成の作用について、図７ないし図９も参照して説明する。
この場合、タイマー２４が起動し、制御回路が「ばらつき判定モード」となると（図９中、ｔ1 参照）、ＭＰＵ１８は、各端子間電圧検出器１５からマルチプレクサ１６およびＡ／Ｄコンバータ１７を介して与えられる単位セル電圧信号と、電流センサ１３から増幅器２０およびＡ／Ｄコンバータ２１を介して与えられる充放電電流信号とに基づいて各単位セル１４のＳＯＣを計算する（ステップ１１、図９中、ｔ2 参照）。
【００７６】
次いで、ＭＰＵ１８は、各単位セル１４のＳＯＣのうちから最小値を検出し、各単位セル１４毎に、最小のＳＯＣとの差、つまり、ＳＯＣのばらつきを計算す（ステップＳ１２）、ＳＯＣのばらつきが所定のばらつき許容範囲内を越えている単位セル１４が存在するか否かを判定する（ステップＳ１３）。
【００７７】
このとき、この場合であれば、多数の単位セル１４のうち、単位セルＢ1 ，Ｂ3 の端子間電圧Ｖ1 ，Ｖ3 が上限電圧ＶH を越えている、つまり、ＳＯＣのばらつきが所定のばらつき許容範囲内を越えているので、ＭＰＵ１８は、ステップＳ１３において「ＹＥＳ」と判断し、デコーダ２２から単位セルＢ1 ，Ｂ3 に並列に接続されているフリップフロップ回路２３にそれぞれセット信号Ｓ1 ，Ｓ3 を出力させることにより、単位セルＢ1 ，Ｂ3 に並列に接続されている単位セル放電回路１９のスイッチ１９ｂをオン（閉成）する（ステップＳ１４）。これにより、放電電流Ｉ1 ，Ｉ3 が流れ、つまり、単位セルＢ1 ，Ｂ3 が放電を開始することになる。
【００７８】
一方、多数の単位セル１４のうち、単位セルＢ2 の端子間電圧Ｖ2 は上限電圧ＶH 以下となっている、つまり、ＳＯＣのばらつきが所定のばらつき許容範囲内となっているので、ＭＰＵ１８は、デコーダ５１から単位セルＢ2 に並列に接続されているフリップフロップ回路２３にリセット信号ＲＳ2 を出力させることにより、単位セルＢ2 に並列に接続されている単位セル放電回路１９のスイッチ１９ｂをオフ（開成）する（ステップＳ１５）。これにより、放電電流Ｉ2 が流れることはなく、つまり、単位セルＢ2 が放電を開始することはない。
【００７９】
次いで、タイマー２４の起動が停止し、制御回路がレギュレータ２７から給電されなくなると、制御回路は、「ばらつきセル放電モード」となる（図９中、ｔ3 参照）。このとき、ＭＰＵ１８、デコーダ２２およびデコーダ５１は、給電されなくなるので、デコーダ２２からセット信号Ｓ1 ，Ｓ3 が出力されなくなり、また、デコーダ５１からリセット信号ＲＳ2 が出力されなくなるが、前述した第１実施例と同様にして、放電を開始した単位セルＢ1 ，Ｂ3 は、放電を停止することはなく、放電を継続することになる。
【００８０】
さて、この場合も、これ以降、ＭＰＵ１８は、これと同様の処理を繰返し実行するものであり、すなわち、タイマー２４が次に起動すると、再度、ステップＳ１１〜Ｓ１６を実行する（図９中、ｔ4 参照）。この場合、ＭＰＵ１８は、多数の単位セル１４のうち、単位セルＢ3 の端子間電圧Ｖ3 が上限電圧ＶH 以下となったことを検出し、単位セルＢ1 の端子間電圧Ｖ1 のみが上限電圧ＶH を越えていることを検出するので（図９中、ｔ5 参照）、デコーダ２２からセット信号Ｓ1 を出力させることにより、単位セルＢ1 に並列に接続されている単位セル放電回路１９のスイッチ１９ｂのみをオン（閉成）し、また、デコーダ５１からリセット信号ＲＳ2 ，ＲＳ3 を出力させることにより、単位セルＢ2 ，Ｂ3 に並列に接続されている単位セル放電回路１９のスイッチ１９ｂをオフ（開成）する。これにより、放電電流Ｉ1 のみが継続して流れ、つまり、単位セルＢ1 のみが放電を継続することになり、放電電流Ｉ3 が流れなくなり、つまり、単位セルＢ3 が放電を停止することになる。
【００８１】
さらに、ＭＰＵ１８は、タイマー２４が次に起動すると、再度、ステップＳ１１〜Ｓ１６を実行する（図９中、ｔ7 参照）。この場合、ＭＰＵ１８は、全ての単位セル１４の端子間電圧が上限電圧ＶH 以下となったことを検出するので（図９中、ｔ8 参照）、ステップＳ１３において「ＮＯ」と判断し、デコーダ２２からセット信号Ｓ1 〜Ｓn を出力させることはなく、デコーダ５１からリセット信号ＲＳ1 〜ＲＳn を出力させることにより（ステップＳ１６）、各単位セル放電回路１９のスイッチ１９ｂをオフ（開成）する。これにより、全ての単位セル１４が放電を停止することになる。
【００８２】
すなわち、この第２実施例では、上述した第１実施例とは異なって、デコータ３１からリセット信号ＲＳ1 〜ＲＳn を個別に出力する構成とすることにより、単位セル１４が放電している状態でＳＯＣの検出を行うことが可能となり、ＳＯＣの検出を行うために全ての単位セル１４の放電を一旦停止する処理や、端子間電圧の変動による影響を回避するために所定時間待機する処理を省略することが可能となる。これにより、上述した第１実施例と比較すると、デコーダ５１を追加する必要があるものの、制御アルゴリズムを簡単にすることができ、また、放電時間を短縮することができるという利点がある。
【００８３】
ところで、このように単位セル１４が放電している状態でＳＯＣの検出を行う構成にすると、内部抵抗と放電電流との積による電圧降下により端子間電圧が変動することから、ＳＯＣを正確に検出することができなく虞があるが、本発明では、常時放電することにより、放電電流を数ｍＡ〜数十ｍＡ程度にすることができるため、電圧降下が単位セル１４の容量に対しては十分に小さいものであることから、このように単位セル１４が放電している状態でＳＯＣの検出を行っても良いものである。
【００８４】
このように第２実施例によれば、上述した第１実施例と同様の作用効果を得ることができ、特に、この場合には、制御アルゴリズムを簡単にすることができ、また、放電時間を短縮することができるという利点がある。
【００８５】
（その他の実施の形態）
本発明は、上記した実施例にのみ限定されるものでなく、次のように変形または拡張することができる。
ハイブリット電気自動車に搭載されるものに限らず、電気自動車に搭載されるものに適用しても良く、多数の単位セルを直列に接続してなる組電池を使用する電力貯蔵用二次電池設備であれば適用しても良い。
【００８６】
単位セルとしては、リチウム系二次電池に限らず、鉛電池、ニッカド電池やニッケル水素電池などであっても良く、また、複数の単位セルを直列もしくは並列に接続してなるセルグループやセルモジュールであっても良い。
タイマ−を１２時間に１回起動することに限らず、システムの使用条件などに応じて所望の時間間隔で起動するようにしても良い。
【００８７】
第１実施例において、過渡現象による端子間電圧の変動の影響が小さい場合には、ステップＳ２，Ｓ３を省略しても良い。
リチウム系二次電池のように、ＳＯＣとＯＣＶとが一意に定まる電池系においては、ＳＯＣに換算する必要はなく、ＯＣＶに基づいてばらつきを直接判定するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示すブロック構成図
【図２】単位セル放電回路およびフリップフロップ回路の電気回路図
【図３】全体のうちの一部を示すブロック構成図
【図４】ＭＰＵの処理を示すフローチャート
【図５】タイムチャート
【図６】本発明の第２実施例を示す図１相当図
【図７】図３相当図
【図８】図４相当図
【図９】図５相当図
【図１０】従来例を示す図１相当図
【符号の説明】
図面中、１２は組電池、１４は単位セル、１８はマイクロプロセッサ（残存容量検出手段、ばらつき計算手段、ばらつき判定手段および放電指令手段）、１９は単位セル放電回路（放電手段）、２３はフリップフロップ回路（放電制御手段）、２４はタイマー（起動手段）、２８は残存容量調整手段である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention is a battery pack in which a plurality of chargeable / dischargeable secondary batteries are connected in series as unit cells, and are charged / discharged in response to a load or a charger connected to both ends thereof.Fulfillment ofThe present invention relates to a power condition adjustment device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, for the purpose of protecting the global environment, electric vehicles that do not have the problem of air pollution due to exhaust gas and the like, and hybrid electric vehicles that can achieve both low pollution and running performance have attracted attention. In particular, since the hybrid electric vehicle is equipped with an engine, it is possible to ensure a driving performance substantially equivalent to that of a gasoline vehicle without preparing a battery with a capacity as large as that applied to an electric vehicle. In addition, since it is driven by electric power during low-speed traveling, it has a feature that it is environmentally friendly compared to a gasoline vehicle that discharges a large amount of exhaust gas during low-speed traveling. Under such circumstances, it is considered that the hybrid electric vehicle is prevalent before the electric vehicle.
[0003]
By the way, as a battery applied to a hybrid electric vehicle, the hybrid electric vehicle is driven by electric power at the time of starting or full acceleration, and the weight of the entire vehicle is increased by mounting many parts such as an engine and a motor generator. For this reason, there is a demand for high performance and light weight, similar to those applied to electric vehicles.
[0004]
Under such circumstances, lithium batteries have attracted attention as an alternative to lead batteries, nickel cadmium batteries, and nickel metal hydride batteries. Lithium batteries have a weight energy density that is about four times higher than lead batteries of the same capacity, and have a weight energy density that is about twice as high as that of nickel metal hydride batteries of the same capacity. It is expected as a battery suitable for a hybrid electric vehicle.
[0005]
However, this lithium battery is vulnerable to overcharge and overdischarge, so if it is not used within the specified voltage range, the material will decompose and the capacity will decrease significantly, and abnormal heat generation will occur. As a result, there is a risk that it may become unusable. Therefore, in general, a lithium battery has a clearly defined upper limit voltage and lower limit voltage, and is used under voltage control so as to be within the specified range, or a protection circuit that limits the voltage range. It has come to be used with.
[0006]
By the way, since the battery used for a hybrid electric vehicle or an electric vehicle requires a high voltage to drive a motor, a plurality of single cells (unit cells) are usually connected in series and configured as an assembled battery. Has been. That is, for example, when a battery voltage of 300 V is required, 150 unit cells are connected in series for a lead battery of about 2 V per unit cell, and 250 for a nickel metal hydride battery of about 1.2 V per unit cell. Unit cells are connected in series, and in a lithium battery of about 3.6 V per unit cell, 80 unit cells are connected in series. And when charging / discharging an assembled battery in which a large number of unit cells are connected in series in this way, conventionally, charging / discharging is performed by monitoring the voltage between the positive electrode and the negative electrode of the assembled battery. I was in control.
[0007]
Here, the problem in this case is the variation in the voltage (cell voltage) between the terminals of the unit cell due to the remaining capacity of each unit cell (hereinafter abbreviated as SOC (State Of Charge)). That is, when the unit cells are connected in series, the current flowing through each unit cell is the same, but the SOC of each unit cell varies depending on the amount of self-discharge and charge / discharge efficiency of each unit cell. Therefore, the change in the voltage between the terminals of each unit cell is different. The variation in SOC is accumulated and expanded with time.
[0008]
Therefore, even if the voltage between terminals of a battery pack in which unit cells are connected in series under such a condition is monitored and charging / discharging is controlled, the voltage between terminals (for the battery pack) Since there are those that are higher than the average voltage obtained as (voltage between terminals) / (number of unit cells), there are those that are lower than the average voltage, so the voltage between terminals is higher than the average voltage. If a higher unit cell is charged to the upper limit voltage, the unit cell is overcharged, and if a unit cell whose terminal voltage is lower than the average voltage is discharged to the lower limit voltage, the unit cell is overdischarged.
[0009]
In this case, the above-described lead battery, nickel cadmium battery, or nickel metal hydride battery has no possibility of being unusable even if it is overcharged or overdischarged. As described above, the lithium battery may become unusable when overcharged or overdischarged.
[0010]
As a method for solving such a problem, there is a method disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 2-136445. This method detects the highest voltage and the lowest voltage among the voltages between terminals of each unit cell, and controls charging so that the voltage between terminals of the unit cell having the highest voltage does not exceed the upper limit voltage when charging. When discharging, the discharge is controlled so that the discharge is terminated when the voltage between the terminals of the unit cell having the lowest voltage reaches the lower limit voltage.
[0011]
However, in this method, it is possible to prevent overcharging or overdischarging by charging and discharging all unit cells within a predetermined voltage range in this way, but the unit having the highest voltage can be prevented. Since charging is limited to the cell and discharging is limited to the unit cell having the lowest voltage, there is a problem in that the capacity of the assembled battery is reduced correspondingly if the variation in SOC is large.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
In order to solve such a problem, there is a method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-19188. Hereinafter, the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-19188 will be described with reference to FIG.
[0013]
In FIG. 10, the assembled battery 1 is configured by connecting a large number of unit cells 2 in series, and each unit cell 2 has a unit cell discharge circuit in which a resistor 3a and a switch 3b are connected in series. (Bypass circuit) 3 are connected in parallel. Each inter-terminal voltage detector 4 detects the inter-terminal voltage of each unit cell 2 and outputs a unit cell voltage signal indicating the inter-terminal voltage to the control device 5. The charging circuit 6 generates desired charging power by converting commercial AC power into DC power.
[0014]
According to such a configuration, when the switch 7 is turned on (closed) to start charging, the control device 5 turns on the switch 8 (closed). As a result, DC power (charging power) is supplied from the charging circuit 6 to the assembled battery 1, and the assembled battery 1 is charged.
[0015]
Next, the control device 5 detects the inter-terminal voltage of each unit cell 2 by inputting the unit cell voltage signal from each inter-terminal voltage detector 4, and the inter-terminal voltage among the many unit cells 2 is predetermined. When there is a unit cell 2 that exceeds the value, the switch 3b of the unit cell discharge circuit 3 corresponding to the unit cell 2 is turned on (closed). As a result, the unit cell 2 whose terminal voltage exceeds a predetermined value starts discharging, and as a result, the variation in the voltage between the terminals of the unit cell 2, that is, the variation in the SOC is eliminated. Become.
[0016]
However, in this method, the opportunity for eliminating such variations in SOC is limited when DC power is supplied from the charging circuit 6 to the assembled battery 1, that is, when the assembled battery 1 is charged. . Therefore, in particular, in a configuration in which charging / discharging is repeatedly executed in small increments, such as a hybrid electric vehicle, when the unit cell 2 is discharged, the energization time of the unit cell discharge circuit 3 is shortened. It is necessary to increase the energization current (discharge current) per operation. In this case, it is necessary to make the resistor 3a and the switch 3b constituting the unit cell discharge circuit 3 correspond to a large current, resulting in a problem that the cost increases or the circuit becomes large. is there.
[0017]
In addition, since the unit cell discharge circuit 3 consumes energy by the heat generated by the resistor 3a, if the energizing current is increased in this way, the amount of heat generated increases in proportion to the square of the energizing current. The amount will increase. As a result, it is necessary to increase the size of the cooling structure such as the heat radiating fins and the cooling fan, or it is necessary to add another cooling component. There is also a problem that the whole size increases.
[0018]
  The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to form a plurality of rechargeable secondary batteries connected in series as unit cells, and a load or a charger is connected to both ends thereof. In a battery that adjusts the state of charge of a battery pack that is charged / discharged in response to the charging, a battery pack that can reduce costs and downsize the entire deviceFulfillment ofIt is in providing an electric state adjustment apparatus.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
  Charge state adjustment of the assembled battery according to claim 1apparatusAccording toIn the remaining capacity adjusting means, when the starting means is activated, the remaining capacity detecting means detects the remaining capacity of each unit cell, and the variation calculating means is based on the remaining capacity of each unit cell detected by the remaining capacity detecting means. The variation of the remaining capacity of each unit cell is calculated. Next, the variation determination means determines whether or not the variation in the remaining capacity of each unit cell calculated by the variation calculation means exceeds a predetermined allowable range, and the discharge command means determines the remaining capacity by the variation determination means. A discharge is instructed to a unit cell determined that the variation exceeds a predetermined allowable range. Then, the discharge control means starts / stops the discharge of the unit cell by the discharge means based on the command of the discharge command means, and when the start of the unit cell is started, The discharge of the unit cell is continued.
[0020]
  That is, when the activation means is activated at a preset time or time interval, discharge of the unit cell is started by these remaining capacity detection means, variation calculation means, variation determination means, discharge command means, discharge means and discharge control means. When the discharge of the unit cell is stopped, the discharge of the unit cell is continued until the start-up means starts next time, so even after the start-up means stops the start-up. Unlike the conventional case, the unit cell can be continuously discharged and the variation in the remaining capacity of each unit cell is eliminated. Can be discharged at all times, so that it is not necessary to increase the discharge current when discharging the unit cell.
  Therefore, it is not necessary to make the electronic parts such as resistors for discharging the unit cell compatible with a large current, and the cooling structure needs to be enlarged or added without increasing the amount of heat generated during discharge. Therefore, it is possible to reduce the cost and downsize the entire apparatus.
  In addition, since the discharge control unit is configured to be supplied with power from the unit cell that is the discharge control target of the discharge control unit, the discharge control unit includes the remaining capacity detection unit, the variation calculation unit, the variation determination unit, and the discharge command unit. The operation can be continued regardless of the power supply state of the other means, that is, when the discharge of the unit cell is started even when the operation is stopped because the other means are not supplied with power. The state, that is, the discharge of the unit cell can be continued.
  Further, the discharge control means starts supplying power from the unit cell simultaneously with the start of discharge of the unit cell that is the discharge control target of the discharge control means, and simultaneously with stopping discharge of the unit cell, Since the power supply is configured to be stopped, the discharge control unit is configured to supply power from the unit cell that is the discharge control target of the discharge control unit, but when the unit cell is not discharged, the discharge control unit Power supply can be prevented, that is, the remaining capacity of the unit cell can be prevented from decreasing.
[0021]
  According to the battery pack state adjustment device of claim 2,Since the discharge control means is constituted by a flip-flop circuit, it can be easily constituted by a highly versatile circuit.
[0023]
  According to the battery pack state adjustment device of claim 3,Since the unit cell is composed of a lithium-based secondary battery, it is possible to prevent the lithium-based secondary battery from being overcharged or over-discharged. Thus, the performance of the lithium secondary battery can be sufficiently extracted and utilized.
[0025]
  According to the battery pack state adjustment device of claim 4.Since the assembled battery is configured to be used in a power supply device as a power source for an electric vehicle, the performance of the power supply device and the battery life in the electric vehicle can be sufficiently improved.
[0026]
  According to the battery pack state adjustment device of claim 5.Since the assembled battery is configured to be used in a power supply device as a power source of a hybrid electric vehicle, the performance of the power supply device and the battery life in the hybrid electric vehicle can be sufficiently improved.
[0027]
  According to the battery pack state adjustment device of claim 6,The voltage of the assembled battery can be adjusted accurately.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
A first embodiment in which the present invention is applied to a hybrid electric vehicle will be described below with reference to FIGS.
First, FIG. 1 shows the electrical configuration of the present invention as a functional block. Between the positive bus 11a and the negative bus 11b, a series circuit including an assembled battery 12 constituting a battery as a power supply device and a current sensor 13 is connected. The assembled battery 12 is configured by connecting a plurality of unit cells 14 made of lithium secondary batteries in series. As the lithium secondary battery, for example, an electrode for inserting and extracting lithium ions is incorporated. Use what you are doing.
[0033]
An inter-terminal voltage detector 15 is connected in parallel to each unit cell 14 of the assembled battery 12. Each inter-terminal voltage detector 15 detects the inter-terminal voltage of each unit cell 14 and outputs a unit cell voltage signal indicating the inter-terminal voltage to the multiplexer 16.
[0034]
When the unit cell voltage signal is supplied from each inter-terminal voltage detector 15, the multiplexer 16 selects the unit cell voltage signal and outputs the selected unit cell voltage signal to the A / D converter 17. . When a unit cell voltage signal is supplied from the multiplexer 16, the A / D converter 17 converts the unit cell voltage signal from an analog signal to a digital signal, and a microprocessor (hereinafter abbreviated as MPU, the remaining capacity in the present invention). Detection means, variation calculation means, variation determination means, and discharge command means) 18.
[0035]
Each unit cell 14 is connected in parallel with a unit cell discharge circuit (bypass circuit, discharge means in the present invention) 19 constituted by a series circuit composed of a resistor 19a and a switch 19b.
[0036]
The current sensor 13 detects a charge / discharge current (main current) of the assembled battery 12 and outputs a charge / discharge current signal indicating the charge / discharge current to the amplifier 20. When the charge / discharge current signal is given from the current sensor 13, the amplifier 20 amplifies the charge / discharge current signal and outputs it to the A / D converter 21. When the amplified charge / discharge current signal is given from the amplifier 20, the A / D converter 21 converts the charge / discharge current signal from an analog signal to a digital signal and outputs it to the MPU 18.
[0037]
Thus, the MPU 18 is supplied from each inter-terminal voltage detector 15 via the multiplexer 16 and the A / D converter 17 and from the current sensor 13 via the amplifier 20 and the A / D converter 21. Based on the charge / discharge current signal, the remaining capacity of each unit cell 14 (hereinafter abbreviated as SOC (State Of Charge)) is calculated. In this case, the SOC is calculated by calculating an open circuit voltage (hereinafter abbreviated as OCV (Open Circuit Voltage)) or a voltage between terminals with respect to a predetermined current based on the current-voltage characteristics of the unit cell and storing them in advance. There are a method of calculating from the correlation with the SOC, a method of estimating from the integrated value of charge / discharge current and electric power, a method of estimating from a change in internal resistance, and a method of calculating by combining these methods.
[0038]
Based on a command from the MPU 18, the decoder 22 applies a specified flip-flop circuit 23 among the flip-flop circuits (discharge control means in the present invention) 23 connected in parallel to the unit cell discharge circuits 19. Set signals S1 to Sn are output. When the set signals S1 to Sn are supplied from the decoder 22, each flip-flop circuit 23 sets the output signal output to the switch 19b of the corresponding unit cell discharge circuit 19 to a high level. The switch 19b of the circuit 19 is turned on (closed) when the output signal supplied from each flip-flop circuit 23 becomes high level.
[0039]
When the set signals S1 to Sn are output from the decoder 22 to the flip-flop circuit 23, a discharge current flows through the unit cell discharge circuit 19 connected in parallel to the flip-flop circuit 23. The unit cell 14 connected in parallel to the circuit 23 starts discharging.
[0040]
In addition, each flip-flop circuit 23 is configured such that, when a reset signal RS is supplied from the MPU 18, the output signal output to the switch 19b of the corresponding unit cell discharge circuit 19 is set to a low level. The 19 switches 19b are turned off (opened) when the output signal supplied from each flip-flop circuit 23 becomes low level.
[0041]
Thus, when the reset signal RS is output from the MPU 18 to the flip-flop circuit 23, when a discharge current flows through the unit cell discharge circuit 19 connected in parallel to the flip-flop circuit 23, the discharge current is The unit cell 14 connected in parallel to the flip-flop circuit 23 stops discharging.
[0042]
The timer (starting means in the present invention) 24 outputs a start signal to the MPU 18 at a predetermined timing (for example, once every 12 hours) and outputs a start signal to the OR element 25. The OR element 25 is given a start signal from the timer 24 and a start signal according to the operation of the key switch, and outputs an ON signal to the switch 26 when the start signal is given from either one. It is supposed to be. The switch 26 is turned on (closed) when an ON signal is given from the OR element 25.
[0043]
The regulator 27 supplies a predetermined voltage to the multiplexer 16, the A / D converter 17, the MPU 18, the amplifier 20, the A / D converter 21, and the decoder 22 when the switch 26 is turned on (closed).
[0044]
Therefore, in the above configuration, the multiplexer 16, the A / D converter 17, the MPU 18, the amplifier 20, the A / D converter 21 and the decoder 22 are output when the ON signal is output from the OR element 25 to the switch 26, that is, the timer. When a start signal is output from 24 to the OR element 25, or when a start signal is given to the OR element 25 in response to the operation of the key switch, the regulator 27 is powered to operate. On the other hand, each flip-flop circuit 23 is supplied with power from each unit cell 14, that is, operates regardless of whether or not the timer 24 is activated.
[0045]
The MPU 18 is connected to a memory 18a composed of a RAM used as a control program execution area and a work area.
The remaining capacity adjusting means 28 in the present invention is composed of the MPU 18, unit cell discharge circuit 19, flip-flop circuit 23 and timer 24 described above.
[0046]
Next, specific configurations of the unit cell discharge circuit 19 and the flip-flop circuit 23 will be described with reference to FIG.
The switch 19b of the unit cell discharge circuit 19 includes a PNP transistor 29, and the flip-flop circuit 23 includes NPN transistors 30 to 32, resistors 33 to 43, capacitors 44 and 45, and a diode 46 as illustrated. Connected and configured.
[0047]
In such a configuration, when the set signals S1 to Sn are supplied from the decoder 22 to the flip-flop circuit 23, the base current flows to the NPN transistor 30 via the resistor 35, so that the NPN transistor 30 is turned on. . When the NPN transistor 30 is turned on, the base current of the PNP transistor 29 flows as the collector current of the NPN transistor 30 via the resistor 34, so that the PNP transistor 29 is turned on.
[0048]
When the PNP transistor 29 is turned on, a discharge current flows through the resistor 19a, whereby the unit cell 14 starts to discharge. At this time, an electromotive force is generated between both terminals of the resistor 19a, and a base current flows through the resistors 38 and 39 to the NPN transistor 32, so that the NPN transistor 32 is turned on. When the NPN transistor 32 is turned on, the base current of the PNP transistor 29 also flows as the collector current of the NPN transistor 32 via the resistor 37.
[0049]
That is, when the unit cell 14 starts discharging, the base current of the PNP transistor 29 flows as the collector current of the NPN transistor 30 via the resistor 34 and as the collector current of the NPN transistor 32 via the resistor 37. Will flow. Accordingly, at this time, the set signals S1 to Sn are not given, and even if the NPN transistor 30 is turned off, the NPN transistor 32 is not turned off. Therefore, the PNP transistor 29 is not turned off. The turn-on is continued, whereby the unit cell 14 continues to be discharged.
[0050]
On the other hand, when the reset signal RS is given from the MPU 18 to the flip-flop circuit 23, the base current flows through the NPN transistor 31 via the resistor 42, so that the NPN transistor 31 is turned on. When the NPN transistor 31 is turned on, the collector current of the NPN transistor 31 flows, and the base current does not flow through the NPN transistor 32, so that the NPN transistor 32 is turned off.
[0051]
When the NPN transistor 32 is turned off, the base current path of the PNP transistor 29 is lost, and the base current of the PNP transistor 29 does not flow. Therefore, the PNP transistor 29 is turned off and no discharge current flows through the resistor 19a. As a result, the unit cell 14 stops discharging. At this time, even if the reset signal RS is not given and the NPN transistor 31 is turned off, the PNP transistor 29 does not turn on and continues to be turned off. Will continue to stop discharging.
[0052]
That is, in the present embodiment, since the unit cell discharge circuit 19 and the flip-flop circuit 23 are configured as described above, the resistance of the unit cell discharge circuit 19 is determined in response to the set signals S1 to Sn. A discharge current flows through 19a, and the unit cell 14 starts discharging. From this state, even if the set signals S1 to Sn are not given, the unit cell 14 does not stop discharging and continues discharging. It is supposed to do. From this state, in response to the application of the reset signal RS, the discharge current stops flowing through the resistor 19a of the unit cell discharge circuit 19, and the unit cell 14 stops discharging.
[0053]
In this case, in the flip-flop circuit 23, NPN transistors 30 to 32 are interposed in any path between the high potential side and the low potential side and between the high potential side and the low potential side and the ground. Therefore, the leakage current is suppressed in a state where the NPN transistors 30 to 32 are turned off, and the leakage current of the flip-flop circuit 23 as a whole is also suppressed.
[0054]
Therefore, the unit cell 14 starts discharging in response to the set signals S1 to Sn being supplied to the flip-flop circuit 23, and simultaneously starts supplying power to the flip-flop circuit 23, and the reset signal RS. Is supplied to the flip-flop circuit 23, the power supply to the flip-flop circuit 23 is stopped simultaneously with stopping the discharge.
[0055]
Next, the operation of the above configuration will be described with reference to FIGS. In the following, the portion fed from the regulator 27, that is, the multiplexer 16, the A / D converter 17, the MPU 18, the amplifier 20, the A / D converter 21 and the decoder 22 will be referred to as a control circuit, and the control circuit will feed from the regulator 27. A state in which the control circuit is not supplied with power from the regulator 27 is referred to as a “variation cell discharge mode”.
[0056]
In addition, among the many unit cells 14 constituting the assembled battery 12, as shown in FIG. 3, three unit cells B1 to B3 are representative, and each unit cell B1 to B3 is charged to an appropriate capacity. The inter-terminal voltages (cell voltages) V1 to V3 of the unit cells B1 to B3 are assumed to have a relationship of V1> V3> V2 as shown in FIG. 5 in the initial state. Furthermore, it is assumed that the hybrid electric vehicle is parked, that is, when the timer 24 is not activated, no activation signal is given to the OR element 25. FIG. 4 shows a process executed by the MPU 18 as a flowchart, and FIG. 5 shows a portion related to the process as a time chart.
[0057]
Now, the timer 24 is started, a start signal is output from the timer 24 to the OR element 25, an ON signal is output from the OR element 25 to the switch 26, the switch 26 is turned ON (closed), and the control circuit is supplied from the regulator 27. When the power is supplied, the control circuit enters the “variation determination mode” (see t1 in FIG. 5).
[0058]
When the MPU 18 is supplied with power, it outputs a reset signal RS to the flip-flop circuit 23 connected in parallel to each unit cell 14, so that the unit cell discharge circuit 19 connected in parallel to each unit cell 14. The switch 19b is turned off (opened) (step S1). As a result, the switch 19b that has been turned on (closed) is turned off (opened), so that among the many unit cells 14, the unit cell 14 that was discharged at that time, in this case, the unit The discharge currents I1 and I3 do not flow in the cells B1 and B3. That is, the unit cells B1 and B3 stop discharging.
[0059]
Next, the MPU 18 waits for a predetermined time (step S2). Here, the reason for waiting for a predetermined time is to avoid the influence due to the fluctuation of the voltage between the terminals caused by the transient phenomenon in response to the unit cell 14 stopping the discharge. That is, the predetermined time in this case is a time when the fluctuation of the voltage between the terminals of the unit cell 14 is expected to converge. When a predetermined time elapses, the MPU 18 determines “YES” in step S 3, the unit cell voltage signal supplied from each inter-terminal voltage detector 15 through the multiplexer 16 and the A / D converter 17, and the current sensor 13 from the amplifier. 20 and the charge / discharge current signal supplied through the A / D converter 21 are used to calculate the SOC of each unit cell 14 (step S4, see t2 in FIG. 5).
[0060]
Next, the MPU 18 detects the minimum value from the SOC of each unit cell 14, calculates the difference from the minimum SOC for each unit cell 14, that is, the variation in the SOC (step S5), and the variation in the SOC. It is determined whether or not there is a unit cell 14 that exceeds a predetermined variation allowable range (step S6).
[0061]
At this time, assuming that the upper limit voltage of the inter-terminal voltage corresponding to a predetermined variation allowable range is VH, in this case, among the many unit cells 14, the inter-terminal voltages V1 and V3 of the unit cells B1 and B3 are the upper limit. Since the voltage VH is exceeded, that is, the variation of the SOC exceeds the predetermined variation allowable range, the MPU 18 determines “YES” in step S6 and connects in parallel to the unit cells B1 and B3 from the decoder 22. By causing the flip-flop circuit 23 to output the set signals S1 and S3, respectively, the switch 19b of the unit cell discharge circuit 19 connected in parallel to the unit cells B1 and B3 is turned on (closed) (step S7). ). As a result, the discharge currents I1 and I3 flow, that is, the unit cells B1 and B3 start discharging.
[0062]
Next, the start of the timer 24 is stopped, the start signal is not output from the timer 24 to the OR element 25, the on signal is not output from the OR element 25 to the switch 26, the switch 26 is turned off (opened), and the control circuit When power is not supplied from the regulator 27, the control circuit is set to the “variable cell discharge mode” (see t3 in FIG. 5).
[0063]
At this time, the MPU 18 and the decoder 22 are not supplied with power, and the set signals S1 and S3 are not output from the decoder 22, but the unit cell discharge circuit 19 and the flip-flop circuit 23 operate as described above. The started unit cells B1 and B3 do not stop the discharge, but continue the discharge during the “variable cell discharge mode”.
[0064]
From then on, the MPU 18 repeatedly executes the same processing, that is, when the timer 24 is started next, steps S1 to S7 are executed again (see t4 in FIG. 5). In this case, the MPU 18 detects that the inter-terminal voltage V3 of the unit cell B3 is below the upper limit voltage VH among the many unit cells 14, and only the inter-terminal voltage V1 of the unit cell B1 exceeds the upper limit voltage VH. (See t5 in FIG. 5), by outputting only the set signal S1 from the decoder 22, only the switch 19b of the unit cell discharge circuit 19 connected in parallel to the unit cell B1 is turned on. (Closed). As a result, only the discharge current I1 flows, that is, only the unit cell B1 starts discharging again.
[0065]
Further, when the timer 24 is started next time, the MPU 18 executes steps S1 to S7 again (see t7 in FIG. 5). In this case, the MPU 18 detects that the inter-terminal voltages of all the unit cells 14 are equal to or lower than the upper limit voltage VH (see t8 in FIG. 5), so that the set signals S1 to Sn are not output from the decoder 22. In other words, none of the unit cells 14 starts to discharge.
[0066]
That is, in this case, the MPU 18 calculates the SOC variation of each unit cell 14 each time the timer 24 is started, and there is a unit cell 14 in which the SOC variation exceeds a predetermined variation allowable range. In this case, by outputting the set signals S1 to Sn from the decoder 22, the corresponding unit cell 14 is discharged until the timer 24 is started next, thereby eliminating the variation in the SOC of each unit cell 14. It is something to be made.
[0067]
In the above, the case where the hybrid electric vehicle is parked has been described. However, the hybrid electric vehicle is in a running state, for example, and an activation signal is given to the OR element 25 according to the operation of the key switch. In this case, the MPU 18 executes the above-described steps S1 to S7 when the activation signal is directly given from the timer -24.
[0068]
As described above, according to the first embodiment, when the timer 24 is activated, the MPU 18 calculates the variation in the SOC of each unit cell 14, and there is a unit cell 14 in which the variation in the SOC exceeds the variation allowable range. In some cases, the unit cell 14 is discharged. That is, the opportunity for eliminating the variation in the SOC of each unit cell 14 is not limited to charging the assembled battery 12, unlike the conventional one, and the unit cell 14 is involved in charging the assembled battery 12. Therefore, it is not necessary to increase the discharge current when discharging the unit cell 14. Therefore, it is not necessary to make the resistor 19a and the switch 19b in the unit cell discharge circuit 19 for discharging the unit cell 14 correspond to a large current, and the heat generation amount does not increase during the discharge, and the cooling structure is reduced. Since it is not necessary to increase the size or add, it is possible to reduce the cost and reduce the size of the entire apparatus.
[0069]
In addition, since the flip-flop circuit 23 that controls the discharge of the unit cell 14 is configured to be supplied with power from the unit cell 14, the flip-flop circuit 23 can continue to operate regardless of the power supply state of the control circuit. That is, even when the operation is stopped because the control circuit is not supplied with power, when the discharge of the unit cell 14 is started, the state, that is, the discharge of the unit cell 14 can be continued.
[0070]
Further, in response to the set signals S1 to Sn being applied to the flip-flop circuit 23, the unit cell 14 starts discharging simultaneously with the unit cell 14 starting to supply power to the flip-flop circuit 23, and the reset signal RS Is supplied to the flip-flop circuit 23, the unit cell 14 stops discharging at the same time, and the unit cell 14 stops supplying power to the flip-flop circuit 23. Therefore, the unit cell 14 is discharged. When there is no power, the unit cell 14 can be prevented from supplying power to the flip-flop circuit 23, that is, the SOC of the unit cell 14 can be prevented from decreasing.
[0071]
Further, since the flip-flop circuit 23 is employed as a circuit for controlling the discharge of the unit cell 14, that is, a circuit for controlling the on / off (opening / closing) of the switch 19b in the unit cell discharge circuit 19, it can be configured easily. In addition, in this case, since the circuit is composed of highly versatile electronic components such as transistors, resistors, and capacitors, it can be realized at low cost.
[0072]
Further, since the unit cell 14 is composed of a lithium secondary battery, it is possible to prevent the lithium secondary battery from being overcharged / overdischarged in advance, that is, the lithium secondary battery can be safely charged / discharged. After being controlled, the performance of the lithium secondary battery can be sufficiently extracted and utilized.
[0073]
Furthermore, since the assembled battery 12 is configured to be used as a power supply device (battery) for a hybrid electric vehicle, the performance of the power supply device and the battery life in the hybrid electric vehicle can be sufficiently improved.
[0074]
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The same parts as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. Hereinafter, different parts will be described.
In the second embodiment, unlike the first embodiment described above, each flip-flop circuit 23 is not supplied with the reset signal RS from the MPU 18, but is individually supplied with the reset signals RS1 to RSn from the decoder 51. It is like that. That is, the decoder 51 outputs reset signals RS1 to RSn to the designated flip-flop circuit 23 among the flip-flop circuits 23 connected in parallel to the unit cell discharge circuits 19 based on a command from the MPU 18. When the reset signals RS1 to RSn are supplied from the decoder 51, each flip-flop circuit 23 sets the output signal output to the switch 19b of the corresponding unit cell discharge circuit 19 to a low level. Yes.
[0075]
Next, the operation of the above configuration will be described with reference to FIGS.
In this case, when the timer 24 is activated and the control circuit enters the “variation determination mode” (see t1 in FIG. 9), the MPU 18 passes through the multiplexer 16 and the A / D converter 17 from each inter-terminal voltage detector 15. The SOC of each unit cell 14 is calculated based on the unit cell voltage signal applied and the charge / discharge current signal applied from the current sensor 13 via the amplifier 20 and the A / D converter 21 (step 11, in FIG. 9). (See t2.)
[0076]
Next, the MPU 18 detects the minimum value from the SOC of each unit cell 14 and calculates the difference from the minimum SOC for each unit cell 14, that is, the variation in the SOC (step S 12). It is determined whether or not there is a unit cell 14 that exceeds a predetermined variation allowable range (step S13).
[0077]
At this time, in this case, among the large number of unit cells 14, the inter-terminal voltages V1 and V3 of the unit cells B1 and B3 exceed the upper limit voltage VH, that is, the variation in SOC is within a predetermined variation allowable range. Therefore, the MPU 18 determines “YES” in step S13, and outputs the set signals S1 and S3 from the decoder 22 to the flip-flop circuit 23 connected in parallel to the unit cells B1 and B3, respectively. The switch 19b of the unit cell discharge circuit 19 connected in parallel to the unit cells B1 and B3 is turned on (closed) (step S14). As a result, the discharge currents I1 and I3 flow, that is, the unit cells B1 and B3 start discharging.
[0078]
On the other hand, among the large number of unit cells 14, the inter-terminal voltage V2 of the unit cell B2 is equal to or lower than the upper limit voltage VH, that is, the variation in SOC is within a predetermined variation tolerance range. The switch 19b of the unit cell discharge circuit 19 connected in parallel to the unit cell B2 is turned off (opened) by causing the flip-flop circuit 23 connected in parallel to the unit cell B2 from 51 to output the reset signal RS2. (Step S15). As a result, the discharge current I2 does not flow, that is, the unit cell B2 does not start discharging.
[0079]
Next, when the start of the timer 24 is stopped and the control circuit is no longer supplied with power from the regulator 27, the control circuit enters the “variable cell discharge mode” (see t3 in FIG. 9). At this time, the MPU 18, the decoder 22 and the decoder 51 are not supplied with power, so that the set signals S1 and S3 are not output from the decoder 22, and the reset signal RS2 is not output from the decoder 51. Similarly, the unit cells B1 and B3 that have started discharging do not stop discharging but continue discharging.
[0080]
In this case as well, thereafter, the MPU 18 repeatedly executes the same processing, that is, when the timer 24 is started next, steps S11 to S16 are executed again (in FIG. 9, t4). reference). In this case, the MPU 18 detects that the inter-terminal voltage V3 of the unit cell B3 is below the upper limit voltage VH among the many unit cells 14, and only the inter-terminal voltage V1 of the unit cell B1 exceeds the upper limit voltage VH. (See t5 in FIG. 9), by outputting the set signal S1 from the decoder 22, only the switch 19b of the unit cell discharge circuit 19 connected in parallel to the unit cell B1 is turned on ( In addition, by outputting reset signals RS2 and RS3 from the decoder 51, the switch 19b of the unit cell discharge circuit 19 connected in parallel to the unit cells B2 and B3 is turned off (opened). As a result, only the discharge current I1 flows continuously, that is, only the unit cell B1 continues to discharge, and the discharge current I3 stops flowing, that is, the unit cell B3 stops discharging.
[0081]
Further, when the timer 24 starts next time, the MPU 18 executes steps S11 to S16 again (see t7 in FIG. 9). In this case, the MPU 18 detects that the inter-terminal voltage of all the unit cells 14 is equal to or lower than the upper limit voltage VH (see t8 in FIG. 9). The set signals S1 to Sn are not output, but the reset signals RS1 to RSn are output from the decoder 51 (step S16), thereby turning off (opening) the switch 19b of each unit cell discharge circuit 19. As a result, all unit cells 14 stop discharging.
[0082]
That is, in the second embodiment, unlike the first embodiment described above, the reset signals RS1 to RSn are individually output from the decoder 31 so that the SOC is discharged while the unit cell 14 is discharged. The process of temporarily stopping the discharge of all the unit cells 14 in order to detect the SOC and the process of waiting for a predetermined time in order to avoid the influence due to the fluctuation of the voltage between the terminals are omitted. It becomes possible. Thereby, compared with the first embodiment described above, although it is necessary to add the decoder 51, there is an advantage that the control algorithm can be simplified and the discharge time can be shortened.
[0083]
By the way, when the SOC is detected while the unit cell 14 is discharged as described above, the voltage between terminals varies due to a voltage drop due to the product of the internal resistance and the discharge current, so that the SOC is accurately detected. However, in the present invention, since the discharge current can be reduced to several mA to several tens mA by always discharging, the voltage drop is sufficient for the capacity of the unit cell 14. Therefore, the SOC may be detected while the unit cell 14 is discharged in this manner.
[0084]
As described above, according to the second embodiment, it is possible to obtain the same operational effects as those of the first embodiment described above. In particular, in this case, the control algorithm can be simplified, and the discharge time can be reduced. There is an advantage that it can be shortened.
[0085]
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified or expanded as follows.
It may be applied not only to those mounted on hybrid electric vehicles but also to those mounted on electric vehicles, and is a secondary battery facility for power storage that uses an assembled battery in which a large number of unit cells are connected in series. If there is, you may apply.
[0086]
The unit cell is not limited to a lithium secondary battery, but may be a lead battery, a nickel cadmium battery, a nickel metal hydride battery, or the like, and a cell group or a cell module formed by connecting a plurality of unit cells in series or in parallel. It may be.
The timer is not limited to being activated once every 12 hours, but may be activated at a desired time interval according to the use conditions of the system.
[0087]
In the first embodiment, steps S2 and S3 may be omitted when the influence of the fluctuation of the voltage between the terminals due to the transient phenomenon is small.
In a battery system in which SOC and OCV are uniquely determined, such as a lithium secondary battery, it is not necessary to convert to SOC, and the variation may be directly determined based on the OCV.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an electric circuit diagram of a unit cell discharge circuit and a flip-flop circuit.
FIG. 3 is a block diagram showing a part of the whole.
FIG. 4 is a flowchart showing MPU processing.
FIG. 5 Time chart
FIG. 6 is a view corresponding to FIG. 1 showing a second embodiment of the present invention.
7 is a view corresponding to FIG.
FIG. 8 is a view corresponding to FIG.
FIG. 9 is a view corresponding to FIG.
10 is a view corresponding to FIG. 1 showing a conventional example.
[Explanation of symbols]
In the drawing, 12 is an assembled battery, 14 is a unit cell, 18 is a microprocessor (remaining capacity detection means, variation calculation means, variation determination means and discharge command means), 19 is a unit cell discharge circuit (discharge means), and 23 is a flip-flop. Circuit (discharge control means), 24 is a timer (starting means), and 28 is a remaining capacity adjusting means.

Claims

Rechargeable / dischargeable secondary batteries are connected in series as unit cells, and charging is performed to adjust the state of charge of the assembled battery that is charged / discharged when a load or charger is connected at both ends. In the condition adjustment device ,
A remaining capacity adjusting means for always adjusting the remaining capacity of each unit cell so that the variation of the remaining capacity of each unit cell is within a predetermined allowable range ;
The remaining capacity adjusting means is
An activation means for activation at a preset time or time interval;
Activated by the activation means, and remaining capacity detection means for detecting the remaining capacity of each unit cell;
A variation calculating unit that is activated by the activation unit and calculates a variation in the remaining capacity of each unit cell based on the remaining capacity of each unit cell detected by the remaining capacity detecting unit;
A variation determination unit that is activated by the activation unit and determines whether or not the variation of the remaining capacity of each unit cell calculated by the variation calculation unit exceeds the predetermined allowable range;
A discharge command unit that is activated by the activation unit and commands discharge to a unit cell that is determined by the variation determination unit to have a variation in remaining capacity exceeding the predetermined allowable range;
Discharging means for discharging each unit cell individually;
A discharge control unit configured to start and stop the discharge of the unit cell by the discharge unit based on a command of the discharge command unit;
The discharge control means is supplied with power from a unit cell that is a discharge control target of the discharge control means, and power supply from the unit cell is started simultaneously with the start of discharge of the unit cell that is a discharge control target of the discharge control means. The power supply from the unit cell is stopped at the same time as the discharge of the unit cell is stopped, and the discharge of the unit cell is started / stopped by the discharge unit in response to the start-up unit being started. when to start the discharge, the charge conditioning of the assembled battery, characterized in that to continue the discharge of the unit cells during the period until the activation means is then activated.

2. The assembled battery charge state adjusting device according to claim 1 , wherein the discharge control means is constituted by a flip-flop circuit .

The unit cell is charged conditioning of the assembled battery according to claim 1 or 2, characterized in that a lithium secondary battery.

The said assembled battery is used for the power supply device as a power supply of an electric vehicle, The charge condition adjustment apparatus of the assembled battery in any one of Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned.

The said assembled battery is used for the power supply device as a power supply of a hybrid electric vehicle, The charge condition adjustment apparatus of the assembled battery in any one of Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned.

Charge conditioning of the assembled battery according to any one of claims 1 to 5, wherein adjusting the voltage of the battery pack as the charging state.