JP4767220B2 - 充電状態均等化装置及びこれを具えた電動車輌 - Google Patents

Description

本発明は、組電池を構成する複数のセルの充電状態を均等化する装置、並びに該装置を搭載した電動車輌に関するものである。

近年、ハイブリッド自動車において複数の二次電池(セル)を直列に接続してなる組電池が電源として利用される等、組電池の利用が拡がっている。組電池の充放電可能量は、組電池を構成する複数のセルの中で充電状態(ＳＯＣ：State Of Charge)の最も高いセルと最も低いセルによって制限される。即ち、充電時には、ＳＯＣが最も高いセルが充電可能量を決定し、放電時には、ＳＯＣの最も低いセルが放電可能量を決定することとなり、組電池を構成する複数のセルのＳＯＣのばらつきによって組電池としての充放電可能範囲が狭められてしまう。

特に近年、応用範囲が拡大しているリチウムイオン二次電池においては、ＳＯＣが１００％を越える過充電が生じると、発熱や発火に至る危険性があるため、過充電状態を回避しなければならない。しかしながら、単純に何れかのセルのＳＯＣが１００％を越えると充電を停止するという安易な対策では、組電池としての充放電範囲を過度に制限することになり、組電池の性能を十分に引き出すことが出来なくなる問題がある。

又、安全性の確保やセルの劣化防止のためには組電池の放電出力をＳＯＣの最も低いセルに合わせる必要があるため、組電池としての性能が低下するという問題もある。
そこで、組電池を構成する複数のセルのＳＯＣのばらつきを一定範囲内に納めるための均等化処理が必要となる(特許文献１参照)。

従来の均等化処理においては、例えば図８に示す如くＳＯＣの異なる３つのセル１〜３によって組電池が構成されている場合、セル１のＳＯＣが最も高く、セル３のＳＯＣが最も低いとき、先ずセル１をＳＯＣ１からＳＯＣ３まで放電させる均等化処理(時間Ｔ１〜Ｔ３)を行なった後、セル２をＳＯＣ２からＳＯＣ３まで放電させる均等化処理(Ｔ３〜Ｔ４)を行なうことによって、セル１及びセル２のＳＯＣをセル３のＳＯＣに合わせることが行なわれている。
特開平１０−３２２９２５号公報

しかしながら、従来の均等化処理においては、図８に示す様に、セル１のＳＯＣがセル２のＳＯＣまで低下した時点Ｔ２の後、セル２の均等化処理が開始されるまでの期間Ａでは、セル１とセル２のＳＯＣが逆転し、組電池を構成する３つのセルのＳＯＣのばらつきが、セル２のＳＯＣとセル３のＳＯＣの差(ΔＳＯＣ＝ＳＯＣ２−ＳＯＣ３)で一定となり、均等化処理が進行しなくなる。

ところで、組電池の均等化処理は、一般に、正確に残存容量の測定を行なうために、充放電の行なわれない休止状態で実施する必要があり、ハイブリッド自動車等の組電池の均等化処理においては、その途中の任意時点でユーザにより運転(充放電)が再開されることによって、均等化処理が強制的に中断される可能性がある。

図８の例において、期間Ａの途中時点Ｔｓで均等化処理が中断されると、この期間Ａでは均等化処理が進行しないので、時点Ｔ２から時点Ｔｓまでの期間が、均等化処理が可能であったにも拘わらず均等化処理が行なわれなかった無駄な期間となり、結果として均等化処理を効果的に行なうことが出来ない問題があった。

そこで本発明の目的は、均等化処理が途中で中断されることがあっても有効な均等化処理を行なうことが出来る均等化処理装置、並びに該装置を搭載した電動車輌を提供することである。

本発明に係る充電状態均等化装置は、
各セルを個別に放電させることが可能な放電手段と、
前記放電手段による充電状態の均等化処理を継続することが可能な均等化継続可能時間を設定する均等化継続可能時間設定手段と、
最も充電状態が低いセルの充電状態を限度として前記均等化継続可能時間が長くなるにつれて低くなる均等化目標値を設定する均等化目標値設定手段と、
均等化処理開始後、前記均等化継続可能時間が経過するまでの期間、充電状態が前記均等化目標値を越えるセルに対して、最も充電状態の高いセルから順次、前記放電手段による放電を実施する第１次均等化処理手段
とを具えている。

上記本発明の充電状態均等化装置によれば、均等化継続可能時間が長いほどより低い均等化目標値が設定される結果、その均等化継続可能時間を有効に活用して、充電状態の高いセルから順番に第１次均等化処理が進められ、効果的な均等化処理が実現される。従って、均等化継続可能時間が経過した時点以後に均等化処理が中断されたとしても、充電状態のばらつきは最小限に抑えられる。

具体的構成において、前記放電手段は、
組電池を構成する複数のセルの中から任意に選択された単一のセルに接続可能な第一放電手段と、
組電池を構成する各セル毎に設けられ、各セルに対して接続と切離しが可能な第二放電手段
とから構成される。

該具体的構成によれば、第一放電手段を用いて前記第１次均等化処理が実施され、その後、第二放電手段を用いて、充電状態が最低のセルを除く複数のセルを同時に放電させる第２次均等化処理が実施される。
これによって、均等化継続可能時間が経過した以後も第２次均等化処理によって更に均等化処理が進められるので、不意に均等化処理が中断されたとしても、その時点における組電池の充電状態のばらつきは最小限に抑えられる。

前記均等化継続可能時間は、過去の充放電の履歴に基づいて算出することが出来る。
例えば充放電と均等化処理がそれぞれ昼間と夜間に行なわれる場合等、充放電の再開時期が概ね同じであることが一般的であるので、過去の充放電の履歴に基づいて均等化継続可能時間を精度良く算出することが出来る。従って、組電池を電源とする機器の使用状況に応じた時間帯に効果的な均等化処理を行なうことが出来る。

更に具体的には、前記均等化目標値設定手段は、第１次均等化処理の対象となるセルを均等化継続可能時間が経過するまで順次放電したときに組電池を構成する全てのセルの充電状態のばらつきが最小となるように前記均等化目標値を設定する。
これによって、均等化継続可能時間が経過した時点で均等化処理を最大限に進行させておくことが出来るので、それ以後に均等化処理が中断されたとしても、組電池としての充電状態のばらつきを最小限に抑えることが出来る。

本発明に係るバッテリシステムは、複数のセルを直列に接続してなる組電池と、該組電池を構成する各セルの充電状態を均等化する充電状態均等化装置とを具え、該充電状態均等化装置として、上記本発明の充電状態均等化装置を採用したものである。

又、本発明に係る電動車輌は、複数のセルを直列に接続してなる組電池を電源として動作し、該組電池には、組電池を構成する各セルの充電状態を均等化する充電状態均等化装置が接続されており、該充電状態均等化装置として、前記本発明の充電状態均等化装置を採用したものである。

本発明に係る充電状態均等化装置及びこれを具えた電動車輌によれば、充電状態の均等化において、均等化継続可能時間に応じた均等化目標値に向けて第１次均等化処理が実施されるので、限られた時間を有効に活用した効果的な均等化処理が実現される。

以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
図１に示す如く、本発明に係るバッテリシステム(100)は、複数(図示する例では４つ)のセル(１)を直列に接続してなる組電池と、該組電池の充電状態を均等化する充電状態均等化装置とから構成され、該組電池から負荷(２)へ電力の供給が可能となっている。ここで充電状態均等化装置は、バッテリシステム(100)の構成から組電池を除いた構成を有している。
尚、以下の説明において各セルの充電状態とは各セルの残存容量［Ａｈ］を意味しているが、ＳＯＣ［％］であってもよい。

具体的には、組電池から負荷(２)への電力供給経路には開閉スイッチ(21)が介在し、図示省略する電源スイッチをユーザがオン操作することによって、開閉スイッチ(21)が閉じて、組電池から負荷(２)への電力供給が開始され、或いは該電源スイッチをユーザがオフ操作することによって、開閉スイッチ(21)が開いて、組電池から負荷(２)への電力供給が停止される。

又、組電池を構成する複数のセル(１)にはそれぞれセル電圧を測定するための差動増幅器(５)が接続され、これらの差動増幅器(５)はマルチプレクサ(６)を介して主処理回路(７)に接続されている。
主処理回路(７)にはメモリ(８)が接続され、該メモリ(８)には、後述の第一均等化目標値と第二均等化目標値が格納されている。又、主処理回路(７)には不揮発性メモリ(９)が接続され、該不揮発性メモリ(９)には、過去の充放電の休止履歴が格納されている。

更に、組電池を構成する複数のセル(１)には、第一放電手段(３)と第二放電手段(４)が接続されている。
第一放電手段(３)は、複数のセル(１)に共通に設けられた第一定電流放電回路(31)と、該第一定電流放電回路(31)を任意の単一のセル(１)に選択的に接続するための切替スイッチ(32)(32)とを具えている。
一方、第二放電手段(４)は、各セル(１)毎に設けられた複数の第二定電流放電回路(41)と、各第二定電流放電回路(41)を各セル(１)にオン／オフ可能に接続するための複数の開閉スイッチ(42)とを具えている。

尚、第二放電手段(４)の第二定電流放電回路(41)による１セル当たりの放電率(単位時間当たりの放電量)は、第一放電手段(３)の第一定電流放電回路(31)による放電率よりも小さく設定されている。これは、放電時の放熱の問題を考慮したものであり、例えば図１に示す例では、組電池が４つのセル(１)から構成されているため、第二定電流放電回路(41)による放電率を第一定電流放電回路(31)による放電率の４分の１の値に設定することによって、第二放電手段(４)による放電時の発熱量を第一放電手段(３)による放電時の発熱量と同等に抑えている。

本発明に係る充電状態均等化装置による均等化処理は、第一放電手段(３)を用いた第１次均等化処理と、第二放電手段(４)を用いた第２次均等化処理から構成され、主処理回路(７)によってこれらの処理が実行される。
第１次均等化処理は、開閉スイッチ(21)をオフとした状態で、第一放電手段(３)の切替スイッチ(32)(32)を切り替えることによって、必要数のセル(１)に順次、第一定電流放電回路(31)を接続して、各セル(１)を放電させる処理であり、第２次均等化処理は、その後、第二放電手段(４)の各開閉スイッチ(42)を開閉することにより、最低のＳＯＣを有するセル(１)を除く全てのセル(１)にそれぞれ第二定電流放電回路(41)を接続して、該全てのセル(１)を放電させる処理である。

又、本発明に係る充電状態均等化装置による均等化処理においては、均等化処理の開始から、ユーザ操作によって組電池の充電が開始され、或いは組電池を電源として動作する装置が起動されて組電池の放電が開始されるまでの時間、即ち、均等化処理を継続することが可能な均等化継続可能時間が予測され、その値に基づいて第１次均等化処理による均等化目標値が算出される。
ここで、均等化継続可能時間の予測は、不揮発性メモリ(９)に格納されている過去の充放電の休止履歴に基づいて行なわれ、例えば、均等化処理開始から過去の充放電開始時刻までの時間の平均値として算出される。

そして、第１次均等化処理による均等化目標値(第一均等化目標値)は、第１次均等化処理の対象となるセルを均等化継続可能時間が経過するまで順次放電したときに、均等化継続可能時間経過時点で、組電池を構成する全てのセルの充電状態のばらつきが最小となる値に設定される。具体的な均等化目標値の設定方法については後述する。
第２次均等化処理による均等化目標値(第二均等化目標値)としては、組電池を構成する複数のセルの充電状態の最低値(残存容量の最小値)が設定される。

図２は、本発明に係る充電状態均等化装置による均等化処理の手続きを表わしている。均等化処理開始後、先ずステップＳ１にて、休止履歴の平均値から均等化継続可能時間を算出し、ステップＳ２では、後述の手続きによって第一均等化目標値を算出する。
続いて、ステップＳ３では、第二均等化目標値を残存容量最小値に設定する。

その後、ステップＳ４では、全セルが第一均等化目標値以下であるか否かを判断し、ノーの場合はステップＳ５に移行して、現在最大の残存容量を有するセルを第一放電手段に接続し、該セルの放電を開始する。
次にステップＳ６では、放電中のセルが第一均等化目標値以下になったか否かを判断し、その後、イエスと判断された時点でステップＳ７に移行し、放電中のセルを第一放電手段から切り離す。そして、ステップＳ４に戻って同じ手続きを繰り返す。

この結果、全セルが第一均等化目標値以下となり、ステップＳ４にてイエスと判断されると、ステップＳ８に移行し、全セルの残存容量が第二均等化目標値以下であるか否かを判断し、ノーの場合はステップＳ９に移行して、残存容量が第二均等化目標値を越えるセルを第二放電手段に接続し、それ以外のセルを第二放電手段から切り離す。これによって、残存容量が第二均等化目標値を越えるセルが、第二放電手段によって同時に放電されることになる。

その後、全セルが第二均等化目標値以下の残存容量以下となって、ステップＳ８にてイエスと判断されると、ステップＳ１０に移行して、放電中のセルを第二放電手段から切り離し、均等化処理を終了する。尚、均等化処理中にユーザのオン操作を検知したときは、その時点で均等化処理を中止する(図示省略)。

図３は、前記ステップＳ２における第一均等化目標値の算出処理を表わしている。又、図４は該算出処理の根拠を説明するものであって、図４の横軸が時間軸座標(ｘ軸座標)、縦軸が残存容量軸座標(ｙ軸座標)となっている。
第一均等化目標値は、前述の如く、第一放電手段によって残存容量の最も大きなセルから順次放電を行なうことによって均等化継続可能時間の経過時点における全セルの充電状態のばらつきが最小となるように設定するが、そのためには、図４に示すカーブに従って放電を進めることが必要である。

図４の均等化処理カーブは、最も残存容量の大きなセルから最も残存容量の小さなセルまで順番にセル１、セル２、セル３、セル４とし、それぞれの残存容量をＳＯＣ［１］＝７０［Ａｈ］、ＳＯＣ［２］＝６０［Ａｈ］、ＳＯＣ［３］＝５０［Ａｈ］、ＳＯＣ［４］＝４０［Ａｈ］とするとき、１単位時間当たりに１［Ａｈ］の放電率で、先ず図４に示す区間１(Ｐ１〜Ｐ２)ではセル１をＳＯＣ［１］からＳＯＣ［２］まで放電し、区間２(Ｐ２〜Ｐ３)では、セル１及び２をＳＯＣ［２］からＳＯＣ［３］まで放電し、区間３(Ｐ３〜Ｐ４)では、セル１、２及び３をＳＯＣ［３］からＳＯＣ［４］まで放電するものである。

図示の如く区間が進むにつれて均等化処理カーブの傾きが区間１の２分の１、３分の１となっているのは、区間２では放電対象のセル数が２、区間２では放電対象のセル数が３となり、１セル当たりの放電量が区間１の２分の１、３分の１となるからである。

最も残存容量の大きなセルから順次、第一放電手段による均等化処理が進行する過程で、任意時点で均等化処理が中断される場合を考えると、その時点で各セルの残存容量の大小関係が逆転せず、均等化処理の対象となった全てのセルの残存容量が等しくなれば、その時点における組電池としての残存容量のばらつきは最小となる。
均等化処理が中断される時点に拘わらず、均等化処理の対象となった全てのセルの残存容量を等しくするためには、例えば図４の区間２においてはセル１及び２の放電が同一の残存容量まで完了していることが必要であり、区間３においてはセル１、２及び３の放電が同一の残存容量まで完了していることが必要である。

例えば、区間２の任意時点Ｔｘで均等化処理が中断された場合、その時点におけるセル１とセル２の放電は、共にＳＯＣｙの残存容量まで進行していることが必要である。
実際には、先ずセル１がＳＯＣ［１］からＳＯＣｙまで放電され、その後、セル２がＳＯＣ［２］からＳＯＣｙまで放電されるが、結果的には図４の如く、時点Ｔｘではセル１とセル２が同一の残存容量ＳＯＣｙまで放電されるのである。
その様なＴｘとＳＯＣｙの関係を表わしたものが図４の均等化処理カーブである。

従って、図４の均等化処理カーブ上の交点の残存容量軸座標値として、任意時点Ｔｘで第１次均等化処理が中断された場合の第一均等化目標値ＳＯＣｙを算出することが出来、図３は、その算出手続きを表わしている。先ず、該算出手続きの骨子を説明する。始めに均等化継続可能時間が区間１に含まれるか否かを調べ、含まれる場合は、点Ｐ１から点Ｐ２までの線分と「ｘ＝均等化継続可能時間」の直線の交点の残存容量軸座標値を第一均等化目標値とし、含まれない場合は、区間２について同様の処理を実施する。そして、セル数から１を減算した数値(本実施例では３＝４−１)の区間３まで上記の処理を繰り返す。区間３までに第一均等化目標値が算出されない場合は、第一均等化目標値を最小残存容量ＳＯＣ［４］とする。

より具体的には図３の如く、第一均等化目標値算出処理開始後、先ずステップＳ２１では、全セルの残存容量を測定し、続いてステップＳ２２では、残存容量を降順に並べ替えてＳＯＣ［１］〜ＳＯＣ［４］とする。これは、後続の処理を円滑に進めるための準備である。

そして、ステップＳ２３では、図４の時間軸座標値をｘ、残存容量軸座標値をｙ、区間のカウンターをｉとして、それぞれの初期化を行なう。即ち、図４に示す点Ｐ１の時間軸座標として、ｘ＝０、残存容量軸座標として、ｙ＝ＳＯＣ［１］、区間番号の初期値として、ｉ＝１とする。
その後、ステップＳ２４〜Ｓ３０の処理ループがｘ、ｙ及びｉの値を更新しつつ繰り返されるが、これは、ｘの値が次の点(例えば点Ｐ１の次は点Ｐ２)の時間軸座標値に、ｙの値が次の点の残存容量軸座標値に、ｉの値が次の区間の値に更新されることを意味している。

ステップＳ２４では、第一均等化目標値算出の対象区間ｉが区間３を越えたか否かを判断する。ここでイエスと判断された場合は、区間３までに第一均等化目標値が算出されなかったことを意味するので、ステップＳ３２に移行して、第一均等化目標値を最小残存容量ＳＯＣ［４］に設定する。
これに対し、ノーと判断された場合はステップＳ２５に移行して、当該区間の時間軸方向の長さｔ、即ち当該区間の終点(例えば区間１については点Ｐ２)の時間軸座標値と始点(例えば区間１については点Ｐ１)の時間軸座標値の差を算出する。具体的には、ＳＯＣ［ｉ］とＳＯＣ［ｉ＋１］の差に区間数ｉを乗算することによって、ｔを算出することが出来る。

その後、ステップＳ２６では、ｔが０を越えているか否かを判断する。ｔの値は、均等化処理開始直後に同一の残存容量を有する複数のセルが存在した場合、０となる。ここで、ノーと判断された場合は、ステップＳ２７にてｉをカウントアップして、ステップＳ２４に戻る。
一方、ステップＳ２６でイエスと判断されたときは、ステップＳ２８に移行し、次の区間へ計算を進める。具体的には、ｘにｔを加算して、時間軸座標値を次の点の座標値に更新する。又、ｙからｔ／ｉを減算して、残存容量軸座標値を次の点の座標値に更新する。

更に、ステップＳ２９では、当該区間ｉの均等化処理カーブ(線分)を延長したときのｙ軸上の切片の値ｂを求める。切片ｂは、ｙにｘ／ｉを加算することによって算出することが出来る。この処理は、前記線分と「ｘ＝均等化継続可能時間」の交点を求めるためである。
そして、ステップＳ３０では、均等化継続可能時間がｘ以下であるか否か、即ち均等化継続可能時間がその区間ｉに含まれているか否かを判断し、ノーの場合は、ステップＳ２７に移行してｉをカウントアップした後、ステップＳ２４に戻って同じ処理を繰り返す。

均等化継続可能時間がその区間ｉに含まれており、ステップＳ３０にてイエスと判断されたときは、ステップＳ３１に移行して、均等化継続可能時間から第一均等化目標値を算出する。具体的には、
第一均等化目標値＝−均等化継続可能時間／ｉ＋ｂ
によって、線分と「ｘ＝均等化継続可能時間」の交点を求め、これを第一均等化目標値として、第一均等化目標値算出処理を終了する。

図５、図６及び図７はそれぞれ、均等化継続可能時間Ｔｘが５単位時間、２４単位時間、１００単位時間の場合の第一均等化目標値ＳＯＣｙの値、及び組電池を構成するセルの残存容量の最大値の変化を表わしており、図５は、前記区間１内に均等化継続可能時間Ｔｘが含まれている例、図６は、前記区間２内に均等化継続可能時間Ｔｘが含まれている例、図７は前記区間４内に均等化継続可能時間Ｔｘが含まれている例を示している。

図５の例では、図３の処理によって第一均等化目標値ＳＯＣｙが６５［Ａｈ］と算出され、第一放電手段を用いた第１次均等化処理によってセル１が７０［Ａｈ］から第一均等化目標値の６５［Ａｈ］まで放電された後、第二放電手段を用いた第２次均等化処理によってセル１、２及び３が同時に６５［Ａｈ］から第二均等化目標値の４０［Ａｈ］まで放電される均等化処理カーブとなっている。
この場合、途中で均等化処理が中断されなければ、１０５単位時間で全セルが第二均等化目標値の４０［Ａｈ］に達して、均等化処理が完了する。

均等化継続可能時間の経過時点で均等化処理カーブの傾きが変化している理由は、均等化継続可能時間が経過した後は均等化処理が中断される可能性が高いため、均等化処理の必要な全てのセルを同時に放電することが望ましく、そのために第二放電手段による放電量が第一放電手段の放電量の４分の１に設定されているからである。

従って、均等化継続可能時間Ｔｘの経過時点まで第１次均等化処理が実施されることとなり、限られた時間内に効果的に均等化処理を行なうことが出来る。
そして、均等化継続可能時間Ｔｘの経過時点以降は、セル１、２及び３の均等化処理が同時に進行するため、任意の時点で第２次均等化処理が中断されたとしても、組電池としての充電状態のばらつきは最小限に抑えられる。

図６の例では、第一均等化目標値ＳＯＣｙが５３［Ａｈ］と算出され、第一放電手段を用いた第１次均等化処理によってセル１が７０［Ａｈ］から第一均等化目標値の５３［Ａｈ］まで放電され、更にセル２が６０［Ａｈ］から第一均等化目標値の５３［Ａｈ］まで放電された後、第二放電手段を用いた第２次均等化処理によってセル１、２及び３が同時に第一均等化目標値の５３［Ａｈ］から第二均等化目標値の４０［Ａｈ］まで放電される均等化処理カーブとなっている。

この例では、図示の如く第１次均等化処理によってセル１が６０［Ａｈ］に達した後は、セル１とセル２が第１次均等化処理によって同じ時間ΔＴ(７単位時間)だけ放電されて、均等化継続可能時間Ｔｘの経過時点では共に第一均等化目標値ＳＯＣｙに達することになるので、均等化継続可能時間Ｔｘの範囲内で効果的な均等化処理が実現される。
そして、均等化継続可能時間Ｔｘの経過時点以降は、セル１、２及び３の均等化処理が同時に進行するため、任意の時点で第２次均等化処理が中断されたとしても、組電池としての充電状態のばらつきは最小限に抑えられる。

図７の例では、第一均等化目標値ＳＯＣｙが最小残存容量ＳＯＣ［４］に等しい４０［Ａｈ］と算出され、第一放電手段を用いた第１次均等化処理によってセル１が７０［Ａｈ］から４０［Ａｈ］まで放電され、セル２が６０［Ａｈ］から４０［Ａｈ］まで放電され、更にセル３が５０［Ａｈ］から４０［Ａｈ］まで放電される均等化処理カーブとなっている。

この例では、均等化継続可能時間Ｔｘが十分に長いために、第一放電手段を用いた第１次均等化処理のみによって最後まで均等化処理が進められるものであって、最も短い時間(６０単位時間)で均等化処理が完了する。
従って、均等化継続可能時間Ｔｘの経過時点以降に均等化処理が中断されたとしても、組電池としての充電状態のばらつきは最小限に抑えられる。

図９は、本発明に係る充電状態均等化装置を応用した電動車輌の構成を示しており、該電動車輌は、本発明に係るバッテリシステム(100)と、該バッテリシステム(100)から電力が供給されるモータ(101)と、該モータ(101)によって駆動される一対の車輪(102)(102)とを具え、バッテリシステム(100)の具体的構成としては、例えば図１に示す構成を採用することが出来る。

本発明に係る充電状態均等化装置、並びに該装置を具えた電動車輌によれば、組電池の充電状態の均等化において、均等化継続可能時間に応じた第一均等化目標値が設定され、該第一均等化目標値に向けて第１次均等化処理が実施されるので、限られた時間を有効に活用した効果的な均等化処理が実現される。そして、均等化継続可能時間の経過後は、最小残存容量のセルを除く全てのセルを対象として、最小残存容量に一致する第二均等化目標値に向けて第２次均等化処理が実施されるので、不意に第２次均等化処理が中断されることがあっても、組電池を構成する複数セルの充電状態のばらつきは最小限に抑えられる。

尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、第一定電流放電回路(31)及び第二定電流放電回路(41)に替えて、それぞれ抵抗器を用いた放電回路を配備することも可能であり、これによってコストの低減を図ることが出来る。この場合、セルの充電状態の変化によって開放端子電圧が変化するため、放電量が僅かに変動するが、例えばリチウムイオン二次電池の放電特性は平坦性が良いので、実用上問題はない。

本発明に係るバッテリシステムの構成を示すブロック図である。 本発明に係るバッテリシステムにおける充電状態均等化方法の手続きを表わすフローチャートである。 第一均等化目標値の算出手続きを表わすフローチャートである。 第一均等化目標値算出の根拠を説明する図である。 充電状態均等化処理の進行状態を例示する図である。 同上の他の進行状態を例示する図である。 同上の更に他の進行状態を例示する図である。 従来の充電状態均等化処理の進行状態を説明するグラフである。 本発明に係る電動車輌の構成を示すブロック図である。

符号の説明

(１) セル
(２) 負荷
(３) 第一放電手段
(31) 第一定電流放電回路
(32) 切替スイッチ
(４) 第二放電手段
(41) 第二定電流放電回路
(42) 開閉スイッチ
(５) 差動増幅器
(６) マルチプレクサ
(７) 主処理回路
(100) バッテリシステム

Claims (7)

1. 複数のセルを直列に接続してなる組電池を対象として、各セルの充電状態を均等化する充電状態均等化装置において、
   各セルを個別に放電させることが可能な放電手段と、
   前記放電手段による充電状態の均等化処理を継続することが可能な均等化継続可能時間を設定する均等化継続可能時間設定手段と、
   最も充電状態が低いセルの充電状態を限度として、前記均等化継続可能時間が長くなるにつれて低くなる均等化目標値を設定する均等化目標値設定手段と、
   均等化処理開始後、前記均等化継続可能時間が経過するまでの期間、充電状態が前記均等化目標値を越えるセルに対して、最も充電状態の高いセルから順次、前記放電手段による放電を実施する第１次均等化処理手段
   とを具えたことを特徴とする充電状態均等化装置。
2. 前記放電手段は、
   組電池を構成する複数のセルの中から任意に選択された単一のセルに接続可能な第一放電手段と、
   組電池を構成する各セル毎に設けられ、各セルに対して接続と切離しが可能な第二放電手段
   とから構成される請求項１に記載の充電状態均等化装置。
3. 前記第１次均等化処理の後、前記第二放電手段によって充電状態が最低のセルを除く複数のセルを同時に放電させる第２次均等化処理手段を具え、第二放電手段による１セル当たりの放電率は第一放電手段による放電率よりも小さく設定されている請求項２に記載の充電状態均等化装置。
4. 過去の充放電の履歴に基づいて前記均等化継続可能時間を算出する均等化継続可能時間算出手段を具えている請求項１乃至請求項３の何れかに記載の充電状態均等化装置。
5. 前記均等化目標値設定手段は、第１次均等化処理の対象となるセルを均等化継続可能時間が経過するまで順次放電したときに組電池を構成する全てのセルの充電状態のばらつきが最小となるように前記均等化目標値を設定する請求項１乃至請求項４の何れかに記載の充電状態均等化装置。
6. 複数のセルを直列に接続してなる組電池と、該組電池を構成する各セルの充電状態を均等化する充電状態均等化装置とを具えたバッテリシステムにおいて、前記充電状態均等化装置は、
   各セルを個別に放電させることが可能な放電手段と、
   前記放電手段による充電状態の均等化処理を継続することが可能な均等化継続可能時間を設定する均等化継続可能時間設定手段と、
   最も充電状態が低いセルの充電状態を限度として、前記均等化継続可能時間が長くなるにつれて低くなる均等化目標値を設定する均等化目標値設定手段と、
   均等化処理開始後、前記均等化継続可能時間が経過するまでの期間、充電状態が前記均等化目標値を越えるセルに対して、最も充電状態の高いセルから順次、前記放電手段による放電を実施する第１次均等化処理手段
   とを具えていることを特徴とするバッテリシステム。
7. 複数のセルを直列に接続してなる組電池を電源として動作し、該組電池には、組電池を構成する各セルの充電状態を均等化する充電状態均等化装置が接続されている電動車輌において、前記充電状態均等化装置は、
   各セルを個別に放電させることが可能な放電手段と、
   前記放電手段による充電状態の均等化処理を継続することが可能な均等化継続可能時間を設定する均等化継続可能時間設定手段と、
   最も充電状態が低いセルの充電状態を限度として、前記均等化継続可能時間が長くなるにつれて低くなる均等化目標値を設定する均等化目標値設定手段と、
   均等化処理開始後、前記均等化継続可能時間が経過するまでの期間、充電状態が前記均等化目標値を越えるセルに対して、最も充電状態の高いセルから順次、前記放電手段による放電を実施する第１次均等化処理手段
   とを具えていることを特徴とする電動車輌。

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