JP4196210B2 - 組電池の充放電制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、組電池の充放電を制御する装置に関し、特に、セル間の電圧バラツキに基づいて、最大充放電量を制御する装置に関する。

従来、組電池を構成する各セルの電圧バラツキを検出し、検出した電圧バラツキに基づいて、組電池の最大充放電電力を補正する装置が知られている（特許文献１参照）。

特開平９−３１２９３９号公報

しかしながら、従来の装置では、セルコントローラによって、各セルの電圧を検出し、検出した電圧に基づいて、各セル間の電圧バラツキを演算しているので、電圧バラツキを求める際の演算量、すなわち、最大充放電電力を補正するための演算量が多くなるという問題があった。

本発明による組電池の充放電制御装置は、電圧比較手段から、各セルの電圧と複数のしきい値電圧とを比較した結果に応じた信号が出力されると、出力された信号に基づいて、電圧バラツキの最も大きいセルの内部抵抗値を算出し、算出した内部抵抗値に基づいて、電圧バラツキの最も大きいセルの電圧を算出し、算出した電圧値に基づいて、組電池の最大充電量および最大放電量のうちの少なくとも一方を制限することを特徴とする。

本発明による組電池の充放電制御装置によれば、電圧バラツキの最も大きいセルの内部抵抗値を算出して、電圧バラツキの最も大きいセルの電圧を算出し、算出した電圧値に基づいて、組電池の最大充電量および最大放電量のうちの少なくとも一方を制限するので、各セルの電圧を検出する構成を必要としない簡易な構成によって、電圧バラツキに応じた最大充放電量を求めることができる。

−第１の実施の形態−
図１は、本発明による組電池の充放電制御装置の第１の実施の形態における構成を示す図である。以下では、組電池の充放電制御装置をハイブリッド自動車に搭載して使用する例について説明する。組電池１は、複数のセルｓ１〜ｓｎを直列に接続して構成される。インバータ４は、組電池１の直流電力を交流電力に変換して、モータ５に印加する。また、モータ５の回生運転時には、回生運転によって発電される交流電力を直流電力に変換して、組電池１に供給する。

容量調整回路Ａ１〜Ａｎは、各セルｓ１〜ｓｎに対応して設けられている。容量調整回路Ａ１〜Ａｎは、バイパス抵抗Ｒ１〜Ｒｎと、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎと、コンパレータＣ１〜Ｃｎとを備える。以下では、容量調整回路Ａ１の構成および動作について説明する。容量調整回路Ａ１は、コンパレータＣ１と、直列に接続されているバイパス抵抗Ｒ１およびスイッチＳＷ１とを備えている。コンパレータＣ１は、セルｓ１の電圧Ｖ１と、所定のバイパス作動電圧Ｖbpsとを比較し、セル電圧Ｖ１がバイパス作動電圧Ｖbpsを越えると、スイッチＳＷ１をオンにする信号を出力する。スイッチＳＷ１がオンすると、セルｓ１から、バイパス抵抗Ｒ１を介して、電流（バイパス電流）が流れる。

詳しい説明は省略するが、他の容量調整回路Ａ２〜Ａｎの構成および動作についても同様である。従って、各セルの電圧Ｖ１〜Ｖｎがバイパス作動電圧Ｖbpsより高くなるように組電池１を充電すれば、各セルの電圧がバイパス作動電圧Ｖbpsと等しくなるように、容量調整を行うことができる。

電圧センサ２は、組電池１の総電圧値を検出して、コントロールユニット１０に出力する。電流センサ３は、組電池１の充放電電流を検出して、コントロールユニット１０に出力する。

比較回路部Ｂ１〜Ｂｎは、各セルｓ１〜ｓｎとそれぞれ並列に接続されている。比較回路部Ｂ１〜Ｂｎは、コンパレータを備え、対応するセルｓ１〜ｓｎの電圧Ｖ１〜Ｖｎと、所定のしきい値電圧とを比較し、比較結果に応じた信号をコントロールユニット１０に出力する。所定のしきい値電圧は、後述するように、ＶLj，ＶLm，ＶLnおよびＶLkの４つが設定されている（ＶLj＞ＶLm＞ＶLn＞ＶLk）。例えば、セル電圧と所定のしきい値電圧ＶLmとを比較し、セル電圧がしきい値電圧ＶLmより小さい場合には、しきい値電圧信号ｍをコントロールユニット１０に出力する。しきい値電圧ＶLj，ＶLm，ＶLnおよびＶLkについては、後述する。なお、比較回路部Ｂ１〜Ｂｎは、アナログ回路により構成されており、セル電圧を検出して、しきい値電圧と比較するような処理は行わない。

コントロールユニット１０には、キースイッチ２０が接続されており、キースイッチ２０がオンされることにより、コントロールユニット１０に電源が供給される。コントロールユニット１０は、比較回路部Ｂ１〜Ｂｎから入力される信号、電圧センサ２により検出される組電池１の総電圧、および、電流センサ３により検出される電流値に基づいて、組電池１の充電および放電を制御する。組電池１の充放電制御の詳しい方法は、後述する。コントロールユニット１０には、また、ＥＥＰＲＯＭ３０が接続されている。ＥＥＰＲＯＭ３０は、後述するように、キースイッチ２０がオフされた時に、電圧センサ２により検出される組電池１の総電圧値を記憶する。

第１の実施の形態における組電池の充放電制御装置では、まず、比較回路部Ｂ１〜Ｂｎから出力される信号、および、信号が出力された時に、電流センサ３によって検出される電流値に基づいて、電圧バラツキの最も大きいセルの内部抵抗Ｒmaxを求める。次に、内部抵抗Ｒmaxに基づいて、電圧バラツキの最も大きいセルの電圧値Ｖcを算出し、算出した電圧値Ｖcに基づいて、組電池１が過充電状態とならないように組電池１の充電量を制限するとともに、組電池１が過放電状態とならないように、組電池の放電量を制限する。

図２および図３は、第１の実施の形態における組電池の充放電制御装置により行われる処理内容を示すフローチャートである。キースイッチ２０がオンされると、コントロールユニット１０によって、ステップＳ１０の処理が開始される。ステップＳ１０では、電圧センサ２によって、組電池１の総電圧Ｖを検出するとともに、電流センサ３により、組電池１の充放電電流Ｉを検出し、組電池１のＶ−Ｉ特性をサンプリングする。

ステップＳ１０に続くステップＳ２０では、ステップＳ１０で求めたＶ−Ｉ特性のサンプリング結果に基づいて、直線回帰演算を行う。Ｖ−Ｉ特性の直線回帰演算を行うと、ステップＳ３０に進む。ステップＳ３０では、ステップＳ２０で行った直線回帰演算の結果に基づいて、組電池１の最大充電量および最大放電量を演算する。最大充電量とは、組電池１が充電できる最大量のことであり、最大放電量とは、組電池１が放電できる最大量のことである。

図４は、ステップＳ２０で行った直線回帰演算により得られた直線を示す図である。図４の横軸は、組電池１の充放電電流値であり、縦軸は、組電池１の総電圧値である。また、回帰直線の傾きは、組電池の内部抵抗Ｒを表す。ここで、回帰直線は、次式（１）にて表すことができる。ただし、Ｅ0は、組電池１の開放電圧である。
Ｖ＝Ｅ0−Ｉ・Ｒ （１）

回帰直線と、充電時の許容最大電圧Ｖmaxとの交点Ａの電流ＩCmaxは充電許容値を与え、交点Ａでは、次式（２）が成立する。
Ｖmax＝Ｅ0−ＩCmax・Ｒ （２）
同様に、回帰直線と、放電時の放電終始電圧Ｖminとの交点Ｂの電流ＩDmaxは放電許容値を与え、交点Ｂでは、次式（３）が成立する。
Ｖmin＝Ｅ0−ＩDmax・Ｒ （３）

最大充電電力ＰCは、式（２）より、次式（４）で表される。
ＰC＝Ｖmax・ＩCmax＝Ｖmax・（Ｅ0−Ｖmax）／Ｒ （４）
また、最大放電電力ＰDは、式（３）より、次式（５）で表される。
ＰD＝Ｖmin・ＩDmax＝Ｖmin・（Ｅ0−Ｖmin）／Ｒ （５）

ステップＳ３０において、最大充電電力ＰCおよび最大放電電力ＰDを算出すると、ステップＳ４０に進む。ステップＳ４０では、電流センサ３により検出される充放電電流値の絶対値が所定の電流しきい値以下の状態において、比較回路部Ｂ１〜Ｂｎのうち、いずれか一つの比較回路部から、しきい値電圧信号ｍが出力されたか否かを判定する。所定の電流しきい値は、組電池１が充放電を行っていないと近似的にみなせるほどの小さい値である。

比較回路部Ｂ１〜Ｂｎは、対応するセルの電圧が所定のしきい値電圧ＶLmより小さい値の場合に、しきい値電圧信号ｍを出力する。所定のしきい値電圧ＶLmは、電圧バラツキの大きいセルを検知するために、予め設定しておく。例えば、車両のキースイッチ２０のオフ時のように、組電池１に負荷がかかっていない状態の組電池１の総電圧値のうち、最も頻度の高い総電圧値（例えば、組電池１のＳＯＣが５０％の時の電圧値）に基づいて、セルの平均電圧Ｖaveを求め、求めた平均電圧Ｖaveから、電圧バラツキを検知したい値を引いた電圧値を、しきい値電圧ＶLmとして設定しておく。

ステップＳ４０において、いずれか一つの比較回路部Ｂ１〜Ｂｎから、しきい値電圧信号ｍが出力されたと判定すると、ステップＳ５０に進み、しきい値電圧信号ｍが出力されていないと判定すると、ステップＳ１０に戻る。ステップＳ５０では、電圧バラツキの大きいセルの電圧バラツキの大きさΔＶcを、次式（６）より演算する。
ΔＶc＝Ｖave−ＶLm （６）
なお、セルの平均電圧Ｖaveは、電圧センサ２により検出される組電池１の総電圧をセル数ｎで除算することにより求める。

ステップＳ５０に続くステップＳ６０では、電圧バラツキの大きいセルの内部抵抗Ｒmaxを推定する。内部抵抗Ｒmaxの推定方法について説明する。まず、放電中に、比較回路部Ｂ１〜Ｂｎから、しきい値電圧信号ｍ、および、しきい値電圧信号ｎが出力された時に、電流センサ３によりそれぞれ検出される電流値ＩmおよびＩnを取得する。比較回路部Ｂ１〜Ｂｎは、対応するセルの電圧が所定のしきい値電圧ＶLnより小さい値の場合に、しきい値電圧信号ｎを出力する。このしきい値電圧ＶLnは、しきい値電圧ＶLmとは別の値であり、後述する直線回帰演算を精度良く行うための電圧値に予め設定しておく。

次に、（ＶLm，Ｉm）および（ＶLn，Ｉn）の電圧値および電流値に基づいて、直線回帰演算を行い、求めた直線の傾きから、内部抵抗Ｒmaxを求める。この内部抵抗Ｒmaxは、バラツキの最も大きいセルの内部抵抗である。内部抵抗Ｒmaxを求めると、ステップＳ７０に進む。

ステップＳ７０では、比較回路部Ｂ１〜Ｂｎのうち、いずれか一つの比較回路部から、しきい値電圧信号ｊが出力されたか否かを判定する。比較回路部Ｂ１〜Ｂｎは、対応するセルの電圧が所定のしきい値電圧（充電量制限開始しきい値電圧）ＶLjより大きい値の場合に、しきい値電圧信号ｊを出力する。所定のしきい値電圧ＶLjは、所定の過充電しきい値電圧より低い値であり、かつ、最大充電量の制限を開始する電圧に設定しておく。なお、過充電しきい値電圧は、セルの電圧が過充電しきい値電圧を超えると、過充電と判定される電圧である。いずれか一つの比較回路部からしきい値電圧信号ｊが出力されたと判定すると、充電電力の制限を開始するために、ステップＳ８０に進み、しきい値電圧信号ｊが出力されていないと判定すると、図３に示すフローチャートのステップＳ１１０に進む。

ステップＳ８０では、バラツキの大きいセルの電圧Ｖcを演算し、演算した電圧値Ｖcに基づいて、組電池１の充電可能量を算出する。充電可能量の算出方法について説明する。まず、電圧センサ２により検出される組電池の総電圧値をセル数ｎで除算することにより、セルの平均電圧Ｖaveを算出する。次に、電圧バラツキの大きいセルの電圧Ｖcを、次式（７）から求める。
Ｖc＝Ｖave×（Ｒmax／Ｒave） （７）
ただし、Ｒmaxは、ステップＳ６０で推定した内部抵抗値、Ｒaveは、セルの内部抵抗の平均値であり、ステップＳ２０で行った直線回帰演算により得られる直線の傾き、すなわち、セルの内部抵抗の平均値である。

続いて、次式（８）より、過充電余裕量Ｖosを求める。式（８）から明らかなように、過充電余裕量Ｖosは、所定の過充電しきい値電圧と、電圧バラツキの大きいセルとの差の電圧値である。
Ｖos＝過充電しきい値電圧−Ｖc （８）
ここで、式（８）から求まる過充電余裕量Ｖosについて、次式（９）が成立する場合には、次式（１０）で定めるＶosを過充電余裕量Ｖosの値として設定する。
（過充電しきい値電圧−Ｖave）≦Ｖos （９）
Ｖos＝過充電しきい値電圧−Ｖave （１０）

続いて、式（８）または式（１０）により求めた過充電余裕量Ｖosに基づいて、充電制限量（％）を求める。図５は、過充電余裕量Ｖosと、充電制限量（％）との関係を示す図である。図５に示すような過充電余裕量Ｖosと充電制限量（％）との関係を示すテーブルを予め実験などにより求めて、コントロールユニット１０の図示しないメモリに格納しておき、このテーブルと、過充電余裕量Ｖosとに基づいて、充電制限量を求める。

最後に、ステップＳ３０で求めた最大充電電力ＰCに、上述した充電制限量（％）を乗算することにより、充電可能量を求める。図５に示すように、過充電余裕量Ｖosが大きいほど、充電制限量の値は大きいので、過充電余裕量Ｖosが大きいほど、充電可能量は大きくなる。コントロールユニット１０は、組電池１の充電を行う際に、充電量が上述した充電可能量を超えないように、組電池１の充電を制御する。充電可能量を求めると、ステップＳ９０に進む。

ステップＳ９０では、ステップＳ８０で求めた充電余裕量Ｖosが０以下であるか否かを判定する。充電余裕量Ｖosが０以下であると判定するとステップＳ１００に進み、０より大きいと判定すると、図３に示すフローチャートのステップＳ１１０に進む。ステップＳ１００では、組電池１の充電を停止して、図３に示すフローチャートのステップＳ１１０に進む。

図３に示すフローチャートのステップＳ１１０では、比較回路部Ｂ１〜Ｂｎのうち、いずれか一つの比較回路部から、しきい値電圧信号ｋが出力されたか否かを判定する。比較回路部Ｂ１〜Ｂｎは、対応するセルの電圧が所定のしきい値電圧（放電量制限開始しきい値電圧）ＶLkより小さい値の場合に、しきい値電圧信号ｋを出力する。所定のしきい値電圧ＶLkは、所定の過放電しきい値電圧より高い値であり、かつ、最大放電量の制限を開始する電圧に設定しておく。なお、過放電しきい値電圧は、セルの電圧が過放電しきい値電圧を下回ると、過放電と判定される電圧である。いずれか一つの比較回路部からしきい値電圧信号ｋが出力されたと判定すると、放電電力の制限を開始するためにステップＳ１２０に進み、しきい値電圧信号ｋが出力されていないと判定すると、ステップＳ１５０に進む。

ステップＳ１２０では、バラツキの大きいセルの電圧Ｖcを演算し、演算した電圧値Ｖcに基づいて、放電可能量を算出する。放電可能量の算出方法について説明する。まず、電圧センサ２により検出される組電池の総電圧値をセル数ｎで除算することにより、セルの平均電圧Ｖaveを算出する。次に、上式（７）より、電圧バラツキの大きいセルの電圧Ｖcを求める。

続いて、次式（１１）より、過放電余裕量Ｖlsを求める。
Ｖls＝Ｖc−過放電しきい値電圧 （１１）
ここで、式（１１）から求まる過放電余裕量Ｖlsについて、次式（１２）が成立する場合には、次式（１３）で定めるＶlsを過放電余裕量Ｖlsの値として設定する。
（Ｖave−過放電しきい値電圧）≦Ｖls （１２）
Ｖls＝Ｖave−過放電しきい値電圧 （１３）

続いて、式（１１）または式（１３）により求めた過放電余裕量Ｖlsに基づいて、放電制限量（％）を求める。図６は、過放電余裕量Ｖlsと、放電制限量（％）との関係を示す図である。図６に示すような過放電余裕量Ｖlsと放電制限量（％）との関係を示すテーブルを予め実験などにより求めて、コントロールユニット１０の図示しないメモリに格納しておき、このテーブルと、過放電余裕量Ｖlsとに基づいて、放電制限量を求める。

最後に、ステップＳ３０で求めた最大放電電力ＰDに、上述した放電制限量（％）を乗算することにより、放電可能量を求める。図６に示すように、過放電余裕量Ｖlsが大きいほど、放電制限量の値は大きいので、過放電余裕量Ｖlsが大きいほど、放電可能量は大きくなる。コントロールユニット１０は、組電池１の放電を行う際に、放電量が上述した放電可能量を超えないように、組電池１の放電を制御する。放電可能量を求めると、ステップＳ１３０に進む。

ステップＳ１３０では、ステップＳ１２０で求めた放電余裕量Ｖlsが０以下であるか否かを判定する。放電余裕量Ｖlsが０以下であると判定するとステップＳ１４０に進み、０より大きいと判定すると、ステップＳ１５０に進む。ステップＳ１４０では、組電池１の放電を停止して、ステップＳ１５０に進む。

ステップＳ１５０では、演算を終了するか否かを判定する。ここでは、ハイブリッド自動車のキースイッチ２０がオフされると、演算を終了すると判定してステップＳ１６０に進む。一方、演算を終了しないと判定すると、図２に示すフローチャートのステップＳ１０に戻る。ステップＳ１６０では、電圧センサ２により検出される組電池１の総電圧値を、ＥＥＰＲＯＭ３０に記憶して、図２および図３に示すフローチャートによる制御を終了する。

第１の実施の形態における組電池の充放電制御装置による充放電制御の方法についてまとめておく。電圧センサ２により検出された組電池１の電圧および電流センサ３により検出された電流に基づいて、組電池１の最大充電量および最大放電量を算出する。比較回路部Ｂ１〜Ｂｎは、複数のしきい値電圧を有しており、各セルの電圧と複数のしきい値電圧とを比較して、比較結果に応じた信号を出力する。コントロールユニット１０は、いずれか一つの比較回路部Ｂ１〜Ｂｎから、セル電圧が所定のしきい値電圧ＶLmより小さいセルが存在することを示す信号が出力された時に電流センサ３で検出された電流値Ｉmおよびしきい値電圧ＶLmと、セル電圧が所定のしきい値電圧ＶLnより小さいセルが存在することを示す信号が出力された時に電流センサ３で検出された電流値Ｉnおよびしきい値電圧ＶLnとに基づいて直線回帰演算を行うことにより、電圧バラツキの最も大きいセルの内部抵抗Ｒmaxを算出する。セルの平均電圧Ｖaveと、電圧バラツキの最も大きいセルの内部抵抗Ｒmaxと、セルの内部抵抗の平均値Ｒaveとに基づいて、電圧バラツキの最も大きいセルの電圧Ｖcを算出し、算出した電圧Ｖcに基づいて、組電池１が過充電に至らないように最大充電量を制限するとともに、組電池１が過放電に至らないように最大充放電量を制限する。

これにより、各セルの電圧を検出するための構成を備えることなく、最大充電量および最大放電量を制限することができるので、簡易な回路構成により、組電池１が過充電および過放電に至ることを防ぐことができる。特に、比較回路部Ｂ１〜Ｂｎから、セル電圧としきい値電圧との比較結果を示す信号が出力された時の電流値と、しきい値電圧とに基づいて、電圧バラツキの最も大きいセルの内部抵抗Ｒmaxを算出して、電圧バラツキの最も大きいセルの電圧Ｖcを算出することにより、最大充放電量を制限するので、最大充放電量を正確に求めることができる。すなわち、電圧バラツキの最も大きい（内部抵抗が最も大きい）セルは、充電時には他のセルより電圧値が高くなり、放電時には、他のセルより電圧値が低くなるので、電圧バラツキの最も大きいセルの電圧Ｖcを算出することにより、セルが過充電に至らない最大充電量、および、セルが過放電に至らない最大放電量を精度良く求めることができる。

また、第１の実施の形態における組電池の充放電制御装置によれば、過充電しきい値電圧と、電圧バラツキの最も大きいセルの電圧Ｖcとの差が小さいほど、最大充電量を小さくするようにしたので、充電時に、電圧バラツキの最も大きいセルの電圧Ｖcが上昇するに従って、最大充電量を少しずつ制限していくことができる。また、電圧バラツキの最も大きいセルの電圧Ｖcと、過放電しきい値電圧との差が小さいほど、最大放電量を小さくするようにしたので、放電時に、電圧バラツキの最も大きいセルの電圧Ｖcが下降するに従って、最大放電量を少しずつ制限していくことができる。

なお、例えば、電圧比較部Ｂ１〜Ｂｎにおいて、セルの過充電を防止するために、しきい値電圧を増やして、バラツキの大きいセルの電圧がしきい値電圧を超えるたびに、充電量を少しずつ制限していく手法も考えられるが、しきい値電圧を増加させることにより、回路が大型化するという問題が生じる。第１の実施の形態における組電池の充放電制御装置によれば、装置を大型化させることなく、電圧バラツキの最も大きいセルの電圧Ｖcに基づいて、最大充電量および最大放電量を少しずつ制限していくことができる。

−第２の実施の形態−
第２の実施の形態における組電池の充放電制御装置の構成は、第１の実施の形態における組電池の充放電制御装置の構成と同じである。第２の実施の形態における組電池の充放電制御装置が第１の実施の形態における組電池の充放電制御装置と異なるのは、バラツキの大きいセルの内部抵抗Ｒmaxの算出方法である。

図７および図８は、第２の実施の形態における組電池の充放電制御装置により行われる処理内容を示すフローチャートである。図２および図３に示すフローチャートの処理と同一の処理については、同一の符号を付して、詳しい説明は省略する。キースイッチ２０がオンされると、コントロールユニット１０によって、ステップＳ１０の処理が開始される。

ステップＳ１０からステップＳ５０における処理は、図２に示すフローチャートのステップＳ１０からステップＳ５０までの処理と同じである。ステップＳ５０に続くステップＳ２００では、前回のキースイッチ２０のオフ時に、ＥＥＰＲＯＭ３０に記憶しておいた組電池１の総電圧値と、今回のキースイッチ２０のオン後に電圧センサ２により検出された組電池１の総電圧値と、セルの内部抵抗平均値Ｒaveと、内部抵抗（ｍΩ）および自己放電量（ｍＶ／day）との関係を示すテーブルとから、キースイッチ２０がオフされていた時間、すなわち、組電池１の放置時間を推定する。

図９は、内部抵抗（ｍΩ）および自己放電量（ｍＶ／day）との関係を示すテーブルの一例である。放置時間を推定するために、まず、前回のキースイッチ２０のオフ時に検出された電圧値から、今回のキースイッチ２０のオン後に検出された電圧値を減算することにより、組電池１の放電量を求める。次に、セルの内部平均抵抗値Ｒaveと、図９に示すテーブルから、１日あたりの自己放電量（ｍＶ／day）が求まるので、実際の組電池１の放電量を、テーブルから求めた１日あたりの自己放電量で除算することにより、放置時間（放置日数）を算出する。組電池１の放置時間を推定すると、ステップＳ６０Ａに進む。

ステップＳ６０Ａでは、ステップＳ５０で演算した電圧バラツキΔＶcと、ステップＳ２００で演算した放置時間と、図９に示すようなテーブルとに基づいて、バラツキの大きいセルの内部抵抗値Ｒmaxを推定する。例えば、キースイッチ２０のオフ時に、電圧バラツキをＥＥＰＥＲＯＭ３０に記憶させるようにしておき、電圧バラツキΔＶcがΔＶc1からΔＶc2になった場合、この電圧バラツキの差と、ステップＳ２００で演算した放置時間から１日あたりの自己放電量が求まるので、図９に示すテーブルから、対応する内部抵抗を求める。内部抵抗値Ｒmaxを求めると、ステップＳ７０に進む。ステップＳ７０からステップＳ１６０までの処理は、図２に示すフローチャートのステップＳ７０から、図３に示すフローチャートのステップＳ１６０までの処理と同じであるので、ここでは詳しい説明は省略する。

第２の実施の形態における組電池の充放電制御装置による充放電制御の方法についてまとめておく。電圧比較部Ｂ１〜Ｂｎから、電圧の比較結果を示す信号が出力された時のしきい値電圧と、セルの平均電圧Ｖaveとに基づいて、セルの電圧バラツキの大きさΔＶcを求めるとともに、組電池１が放置されていた時間を検出し、算出した電圧バラツキΔＶcと放置時間とに基づいて、電圧バラツキの最も大きいセルの内部抵抗値Ｒmaxを算出する。この内部抵抗値Ｒmaxと、セルの平均電圧Ｖaveと、セルの内部抵抗の平均値Ｒaveとに基づいて、電圧バラツキの最も大きいセルの電圧Ｖcを算出し、算出した電圧Ｖcに基づいて、組電池１が過充電に至らないように最大充電量を制限するとともに、組電池１が過放電に至らないように最大充放電量を制限する。

これにより、第１の実施の形態における組電池の充放電制御装置と同様に、各セルの電圧を検出するための構成を備えることなく、電圧バラツキに応じて、最大充電量および最大放電量を求めることができる。

本発明は、上述した各実施の形態に限定されることはない。例えば、上述した第１および第２の実施の形態では、最大充電量および最大放電流を制限する例について説明したが、最大充電量のみを制限するようにしてもよいし、最大放電量のみを制限するようにしてもよい。また、組電池の容量調整装置をハイブリッド自動車に搭載して使用する例について説明したが、電気自動車に搭載して使用することもできる。

特許請求の範囲の構成要素と第１および第２の実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、電圧センサ２が電圧検出手段を、電流センサ３が電流検出手段を、コントロールユニット１０が最大充放電量算出手段、内部抵抗値算出手段、バラツキセル電圧算出手段、充放電量制限手段、平均電圧算出手段、内部抵抗平均値算出手段、および、電圧バラツキ算出手段を、比較回路部Ｂ１〜Ｂｎが電圧比較手段をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。

本発明による組電池の充放電制御装置の第１の実施の形態における構成を示す図 第１の実施の形態における組電池の充放電制御装置により行われる処理内容を示すフローチャート 図２に示すフローチャートの処理に続く処理内容を示すフローチャート 測定した電流値および電圧値に基づいて直線回帰演算を行うことにより得られた直線を示す図 過充電余裕量Ｖosと、充電制限量（％）との関係を示す図 過放電余裕量Ｖlsと、放電制限量（％）との関係を示す図 第２の実施の形態における組電池の充放電制御装置により行われる処理内容を示すフローチャート 図７に示すフローチャートの処理に続く処理内容を示すフローチャート 内部抵抗（ｍΩ）および自己放電量（ｍＶ／day）との関係を示すテーブル

符号の説明

１…組電池、２…電圧センサ、３…電流センサ、４…インバータ、５…モータ、１０…コントロールユニット、２０…キースイッチ、３０…ＥＥＰＲＯＭ、ｓ１〜ｓｎ…セル、Ｒ１〜Ｒｎ…バイパス抵抗、ＳＷ１〜ＳＷｎ…スイッチ、Ｃ１〜Ｃｎ…コンパレータ、Ａ１〜Ａｎ…容量調整回路、Ｂ１〜Ｂｎ…比較回路部

Claims (9)

1. 複数のセルから構成される組電池の充放電制御装置において、
   前記組電池の総電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記組電池に流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記電圧検出手段により検出された組電池の総電圧と前記電流検出手段により検出された電流のＶ−Ｉ特性に基づいて、前記組電池が充電できる最大充電量または前記組電池が放電できる最大放電量を算出する最大充放電量算出手段と、
   予め設定された複数のしきい値電圧を有しており、前記各セルと接続することで、接続によって印加される前記各セルの電圧と前記複数のしきい値電圧とを比較して、比較結果に応じた信号を出力する電圧比較手段と、
   前記電圧比較手段から出力された信号に基づき、前記比較に用いられたしきい値電圧と前記比較結果を示す信号が出力された時に前記電流検出手段により検出された組電池の電流との関係から電圧バラツキが最も大きいセルの内部抵抗値を算出する内部抵抗値算出手段と、
   前記内部抵抗値算出手段により算出された内部抵抗値に基づいて、前記電圧バラツキの最も大きいセルの電圧を算出するバラツキセル電圧算出手段と、
   前記バラツキセル電圧算出手段により算出された電圧値に基づいて、前記最大充放電量算出手段により算出される最大充電量または最大放電量を制限する充放電量制限手段と、を備えることを特徴とする組電池の充放電制御装置。
2. 請求項１に記載の組電池の充放電制御装置において、
   前記内部抵抗値算出手段は、前記電圧比較手段から、第１のしきい値電圧とセル電圧との比較結果を示す信号が出力された時に、前記電流検出手段により検出される第１の電流値と前記第１のしきい値電圧、および、前記電圧比較手段から、前記第１のしきい値電圧とは異なる第２のしきい値電圧とセル電圧との比較結果を示す信号が出力された時に、前記電流検出手段により検出される第２の電流値と前記第２のしきい値電圧に基づいて、直線回帰演算を行うことにより、前記電圧バラツキの最も大きいセルの内部抵抗値を求めることを特徴とする組電池の充放電制御装置。
3. 請求項２に記載の組電池の充放電制御装置において、
   前記電圧検出手段により検出される電圧値、および、前記電流検出手段により検出される電流値に基づいて、全セルの内部抵抗の平均値を算出する内部抵抗平均値算出手段をさらに備え、
   前記バラツキセル電圧算出手段は、前記電圧検出手段により検出された電圧値に基づいて算出されたセルの平均電圧、前記内部抵抗平均値算出手段により算出される内部抵抗平均値、および、前記内部抵抗値算出手段により算出される内部抵抗に基づいて、前記電圧バラツキの最も大きいセルの電圧値を算出することを特徴とする組電池の充放電制御装置。
4. 複数のセルから構成される組電池の充放電制御装置において、
   前記組電池の総電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記組電池に流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記電圧検出手段により検出された組電池の総電圧と前記電流検出手段により検出された電流のＶ−Ｉ特性に基づいて、前記組電池が充電できる最大充電量または前記組電池が放電できる最大放電量を算出する最大充放電量算出手段と、
   予め設定された複数のしきい値電圧を有しており、前記各セルと接続することで、接続によって印加される前記各セルの電圧と前記複数のしきい値電圧とを比較して、比較結果に応じた信号を出力する電圧比較手段と、
   前記組電池が使用されていない放置時間を検出する放置時間検出手段と、
   前記電圧検出手段により検出された電圧値に基づいて、セルの平均電圧を算出する平均電圧算出手段と、
   前記平均電圧算出手段により算出された平均電圧と、前記電圧比較手段から出力された信号とに基づいて、電圧バラツキの大きさを算出する電圧バラツキ算出手段と、
   前記電圧バラツキ算出手段により算出された電圧バラツキの大きさと前記放置時間検出手段により検出された放置時間とに基づいて一日あたりの放電量を求めるとともに、予め準備された自己放電量（mV/day）と内部抵抗値との対応関係を参照し、前記求められた放電量に対応する内部抵抗値を、前記電圧バラツキの最も大きいセルの内部抵抗値として算出する内部抵抗値算出手段と、
   前記内部抵抗値算出手段により算出された内部抵抗値に基づいて、前記電圧バラツキの最も大きいセルの電圧を算出するバラツキセル電圧算出手段と、
   前記バラツキセル電圧算出手段により算出された電圧値に基づいて、前記最大充放電量算出手段により算出される最大充電量または最大放電量を制限する充放電量制限手段と、を備えることを特徴とする組電池の充放電制御装置。
5. 請求項４に記載の組電池の充放電制御装置において、
   前記電圧検出手段により検出される電圧値、および、前記電流検出手段により検出される電流値に基づいて、全セルの内部抵抗の平均値を算出する内部抵抗平均値算出手段をさらに備え、
   前記バラツキセル電圧算出手段は、前記平均電圧算出手段により算出される平均電圧、前記内部抵抗平均値算出手段により算出される内部抵抗平均値、および、前記内部抵抗値算出手段により算出される内部抵抗に基づいて、前記電圧バラツキの最も大きいセルの電圧値を算出することを特徴とする組電池の充放電制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の組電池の充放電制御装置において、
   前記充放電量制限手段は、過充電しきい値電圧と、前記バラツキセル電圧算出手段により算出された電圧値との差が小さいほど、前記最大充電量を小さくすることを特徴とする組電池の充放電制御装置。
7. 請求項６に記載の組電池の充放電制御装置において、
   前記充放電量制限手段は、前記電圧比較手段から、所定の充電量制限開始しきい値より高い電圧値のセルが存在することを示す信号が出力されると、前記最大充電量の制限処理を開始することを特徴とする組電池の充放電制御装置。
8. 請求項１〜５のいずれかに記載の組電池の充放電制御装置において、
   前記充放電量制限手段は、前記バラツキセル電圧算出手段により算出された電圧値と、過放電しきい値電圧との差が小さいほど、前記最大放電量を小さくすることを特徴とする組電池の充放電制御装置。
9. 請求項８に記載の組電池の充放電制御装置において、
   前記充放電量制限手段は、前記電圧比較手段から、所定の放電量制限開始しきい値より低い電圧値のセルが存在することを示す信号が出力されると、前記最大放電量の制限処理を開始することを特徴とする組電池の充放電制御装置。

Images