JP5561268B2 - 電池充電量制御装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の電池セルを接続して構成される組電池における各電池の充電量を制御する電池充電量制御装置および方法に関する。

いわゆるハイブリッドカー、プラグインハイブリッドカー、あるいはハイブリッドビークル、ハイブリッドエレクトリックビークルなどと呼ばれる、エンジンに加えてモータ（電動機）を動力源として備えた車両または輸送機械（以下、「車両等」と称する）が実用化されている。さらには、エンジンを備えずモータのみで車両を駆動する電気自動車も実用化されつつある。それらのモータを駆動する電源として、小型、大容量の特徴を有するリチウムイオン電池などが多く使用されるようになってきている。そして、このような用途においては、複数の電池セルが例えば直列に接続されて組電池が構成され、さらにこの組電池を組み合わして接続して供給される場合がある。電池セルの直列接続により車両のモータを駆動するのに必要な高電圧が得られ、電池ブロックをさらに直列や並列に組み合わして接続することにより必要な電流容量やさらなる高電圧が得られる。

この場合、リチウムイオン電池などは温度による特性の変化が大きく、電池が使用される環境の温度によって電池の残存容量や充電効率も大きく変化する。自動車のような使用環境ではなおさらである。

この結果、組電池を構成する電池セル等において、各セル等の残存容量および出力電圧にばらつきが生じる。各セル等が発生する電圧にばらつきが発生すると、１つのセルの電圧が駆動可能な閾値を下回ったような場合に、全体の電源供給を止めたり抑制したりする必要が生じ、電力効率が低下してしまう。このため、各セルの電圧や充電量の均等化を行う電池均等化制御が必要となる。

電池均等化制御の従来技術として、過充電（過放電）になった電池を電池と並列に接続した抵抗にバイパスさせ放電させることで各電池の電圧をそろえる、いわゆるパッシブ均等化制御方式が知られている。

電池均等化制御の他の従来技術として、放電が必要な電池セルまたは電池スタックからの放電電力を、インダクタやトランスを用いたバランス回路におけるスイッチング動作によって、充電が必要な電池セルに充電させる、いわゆるアクティブ方式の電池均等化制御技術が知られている。

これらの従来技術は、各電池セルに対して個別に電圧や充電量を均等化することができる。特に、アクティブ方式の電池均等化制御方式は、パッシブ方式に比較して、ある電池セルからの放電電力を他の電池セルへの充電電力として使用することで少ない電力損失で電池セルの均等化を行わせることが可能である。

しかし、充電時においては、従来は、組電池全体に対して充電動作が実施されるため、劣化の進んだ電池セルも一律に充電が行われる。このため、劣化していない電池セルに合わせて劣化して充電許容量が下がっている電池セルに対して過大に充電が行われてしまうような状況が発生する。この結果、劣化している電池セルのさらなる劣化を促進してしまうという問題点があった。

また、電池セルの劣化を防止するために全体の充電量を抑制する従来技術が知られている。しかし、この従来技術では、劣化が進んだ電池セルと劣化していない電池セルが混在してきたような場合には、充電量を劣化が進んだ電池セルに合わせると、劣化していない電池セルを十分に稼動させることができないという問題点を有していた。

さらに、電池の劣化判定を行い電池状態を正確に測定することを実現する従来技術も知られている（例えば特許文献１に記載の技術）。しかし、この従来技術は、電池の劣化度は判定できても、それにより充電量を電池ごとに個別に制御する技術は開示しておらず、上述の問題点を解決することができなかった。

特開２００８−２５６６７３号公報

本発明は、充電時および均等化制御時に、劣化が進んだ電池セルへの充電量を個別に抑制可能として、電池セルの長寿命化を達成することを目的とする。

態様の一例は、複数の電池セルが接続される組電池におけるその複数の電池セルの充電量を制御する電池充電量制御装置であって、１つ以上の電池セルから電荷を放電する動作と放電した電荷を１つ以上の他の電池セルに充電させる動作を実行することによって電池セルの電圧および充電量のバランスを制御するセルバランス回路と、各電池セルの電圧、温度、および電流を監視する電池セル監視部と、電池セルごとに、監視された電圧、温度、および電流に基づいて内部抵抗値を算出し、その算出した内部抵抗値に基づいて各電池セルに対応する充電制御量を決定するセル充電制御量決定部と、各電池セルの充電時に、各電池の充電量がその各電池に対して決定された充電制御量を上回らないようにセルバランス回路を動作させるセルバランス制御部とを備える。

本発明によれば、充電時に、劣化が進んだ電池セルへの充電量を、電池セルについて算出した内部抵抗値に対応する劣化度に応じた充電制御量を超えないように個別に抑制することが可能となる。

また、均等化制御時には、劣化が進んだ電池セルに対して、その充電量が減少した場合には充電制御量を上限として他の電池セルから電荷を個別に補いながら電力供給を続行することが可能となる。

上述の２つの効果により、組電池全体の長寿命化を達成することが可能となる。

本実施形態による電池充電量制御装置の基本構成図である。 本実施形態による電池充電量制御装置の詳細構成図である。 本実施形態において内部抵抗の推定値からＳＯＣ閾値を決定するマップデータのデータ構成例を示す図である。 本実施形態による電池充電量制御の動作を示すフローチャートである。 通常のセルバランス制御と本実施形態によるセルバランス制御の違いを説明した図である。 内部抵抗値を推定する他の実施形態の説明図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態による電池充電量制御装置の基本構成図である。
複数の電池セル１０２が接続されて組電池１０１が構成される。

セルバランス回路１０３は、１つ以上の電池セル１０２から電荷を放電する動作と放電した電荷を１つ以上の他の電池セル１０２に充電させる動作を実行することによって電池セル１０２の電圧および充電量のバランスを制御する。

電池セル監視部１０４は、各電池セル１０２の電圧、温度、および電流を監視する。
マップデータ記憶部１０５は、電池セル１０２ごとに、内部抵抗推定値と充電制御量との関係を記憶したマップデータを記憶する。

セル充電制御量決定部１０６は、電池セル１０２ごとに、電池セル監視部１０４にて監視された電圧、温度、および電流に基づいて内部抵抗値を算出し、その算出した内部抵抗に基づいてマップデータ記憶部１０５に記憶されたマップデータを参照することにより各電池セル１０２に対応する充電制御量を決定する。

なお、マップデータ記憶部１０５は、必須の要件ではなく、セル充電制御量決定部１０５は、数式等によって内部抵抗の推定値から充電制御量を算出してもよい。
セルバランス制御部１０７は、各電池セル１０２の充電時に、各電池１０２の充電量が各電池１０２に対して決定された充電制御量を上回らないようにセルバランス回路１０３を動作させる。

充電部１０８は、例えば車両の外部から接続された充電ステーションから電力の供給を受けて、組電池１０１に対して充電を行う。
セルバランス制御部１０７はさらに、各電池セル１０２の各電圧を均等化させる均等化制御時に、各電池１０２に対して決定された充電制御量を上限として各電池１０２の充電量を補充するようにセルバランス回路１０３を動作させることができる。

図１の構成において、次のような構成も可能である。まず、電池セル監視部１０４は、各電池セル１０２の電圧および電流を監視する。そして、セル充電制御量決定部１０６は、電池セル１０２ごとに、充電動作の停止時または開始時に電池セル監視部１０４にて監視された電圧の変動値と、充電動作の停止時直前または開始時直後に電池セル監視部１０４にて監視された電流の値とに基づいて、各電池セル１０２の内部抵抗値を推定し、その内部抵抗値に基づいて各電池セル１０２に対応する充電制御量を決定する。

図１に示される構成により、セル充電制御量決定部１０６により、各電池セル１０２について算出した内部抵抗に対応する劣化度を推定することができ、この劣化度に応じて各電池セル１０２に充電可能な充電量の上限値である充電制御量を決定することができる。そして、充電部１０８による充電動作時に、劣化が進んだ電池セル１０２への充電量がその電池セル１０２に対して決定された充電制御量を超えようとした場合に、セルバランス制御部１０７がその電池セル１０２に対してセルバランス回路１０３を動作させる。これにより、セルバランス回路１０３は、その電池セル１０２に対して放電動作を行わせて、その放電される電荷を他の電池セル１０２に充電させる。この結果、劣化が進んだ電池セル１０２への充電量を、劣化度に応じた充電制御量を超えないように個別に抑制することが可能となる。

また、イグニッションオフ時等にセルバランス回路１０３により実施される各電池セルの電圧を均等化させる均等化制御時に、劣化した電池セル１０２の充電量が劣化していない電池セル１０２の充電量よりも先に減少している場合に、次のような効果が得られる。すなわち、セルバランス制御部１０７により、その電池セル１０２に対して決定されている充電制御量を上限として他の電池セル１０２から電荷を個別に補いながら電力供給を続行することが可能となる。

図２は、本実施形態による電池充電量制御装置の詳細構成図である。
図２では、説明の簡単のために、組電池１０１を構成する電池セル１０２として、＃１、＃２、＃３、＃４の４つの電池セル１０２が示されている。車両に搭載される実際の組電池１０１では、電池セル１０２の数は数十個になるが、動作原理は図２の場合と同じである。

図２において、組電池１０１、電池セル１０２、セルバランス回路１０３、充電部１０８は、図１に示されるものと同様である。組電池１０１は、電流センサ２０３を介して走行モータ等の負荷２０４を駆動する。

図２のマイクロコンピュータ（以下「マイコン」と呼ぶ）２０１は、図１の電池セル監視部１０４の一部機能と、マップデータ記憶部１０５、セル充電制御量決定部１０６、およびセルバランス制御部１０７の機能を実現する。

＃１から＃４の各電池セル１０２に近接して設置される＃１から＃４の温度センサ２０２と、電流センサ２０３は、図１の電池セル監視部１０４の一部機能を実現する。
マイコン２０１は、＃１から＃４の各電池セル１０２の両端の電圧を測定する電圧測定動作２０５を実施する。また、マイコン２０１は、＃１から＃４の各電池セル１０２の温度を、それぞれに近接する温度センサ２０２を介して測定する温度測定動作２０６を実施する。さらに、マイコン２０１は、電流センサ２０３が計測する組電池１０１の出力部分を流れる電流を測定する電流測定動作２０７を実施する。

さらにマイコン２０１は、セルバランス回路１０３内の＃１から＃３のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２に選択的にパルス信号を供給してスイッチング動作を実行させる。これにより、マイコン２０１は、セルバランス回路１０３に、＃１から＃４の電池セル１０２に対して選択的に均等化制御を行わせるセルバランス制御動作２０８を実施する。

セルバランス回路１０３は、均等化制御において、＃１から＃３から選択されたスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２によるスイッチング動作を実行しながら、組電池１０１内の１つ以上の電池セル１０２から電荷を放電する動作と放電した電荷を組電池１０１内の１つ以上の他の電池セル１０２に充電させる動作を実行する。

具体的には、コンバータバランス回路１００は、組電池を構成する組電池１０１について、組電池１０１内の電池セル１０２のうちの１つ以上の電池セル１０２からスイッチング素子ＳＷ１（＃１、＃２、＃３）によるスイッチング動作を介して電荷を放電する動作を実行する。これに続いて、コンバータバランス回路１００は、放電した電荷を組電池１０１内の１つ以上の他の電池セル１０２にスイッチング素子ＳＷ２（＃１、＃２、＃３）によるスイッチング動作を介して充電させる動作を実行する。これにより、コンバータバランス回路１００は、組電池１０１内の電池セル１０２の電圧を均等化させる。

バランス回路３０１は、組電池１０１を構成する例えば＃１から＃４の４つの電池セル１０２に対して、複数のインダクタＬと複数組のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２（以下、単に「ＳＷ１」「ＳＷ２」と呼ぶことがある）の組を備える。具体的には、＃１と＃２の電池セル１０２の共通の接続端子に＃１のインダクタＬの第１の端子が、＃２と＃３の電池セル１０２の共通接続端子に＃２のインダクタＬの第１の端子が、＃３と＃４の電池セル１０２の共通接続端子に＃３のインダクタＬの第１の端子がそれぞれ接続される。また、＃１のインダクタＬの第２の端子は＃１のＳＷ１およびＳＷ２の共通接続端子に、＃２のインダクタＬの第２の端子は＃２のＳＷ１およびＳＷ２の共通接続端子に、＃３のインダクタＬの第２の端子は＃３のＳＷ１およびＳＷ２の共通接続端子にそれぞれ接続される。さらに、＃１の電池セル１０２の出力端子側は、＃１のＳＷ１の単独接続端子に接続される。＃１と＃２の電池セル１０２の共通接続端子は、＃２のＳＷ１に接続される。＃２と＃３の電池セル１０２の共通接続端子は、＃１のＳＷ２と＃３のＳＷ１の共通接続端子に接続される。＃３と＃４の電池セル１０２の共通接続端子は、＃２のＳＷ２に接続される。＃４の電池セル１０２の出力端子側は、＃３のＳＷ２の単独接続端子に接続される。

マイコン２０１は、＃１から＃３より選択したスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２にそれぞれパルス信号を供給してスイッチング動作を実行させる。具体的には、マイコン２０１は、所定の周波数およびデューティー比を有するパルス信号を発振する発振回路を内蔵する。＃１、＃２、および＃３のスイッチング素子ＳＷ１と、＃１、＃２、および＃３のスイッチング素子ＳＷ２は、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）である。＃１、＃２、および＃３のスイッチング素子ＳＷ１は、マイコン２０１からの第１のパルス信号によりスイッチング動作を行う。＃１、＃２、および＃３のスイッチング素子ＳＷ２は、マイコン２０１からの第２のパルス信号によりスイッチング動作を行う。

マイコン２０１は、例えば＃１と＃２の電池セル１０２間のバランス制御を実施すると判定したときには、所定の周波数とデューティー比を算出して、＃１のＳＷ１，ＳＷ２を動作させる。そして例えば、マイコン２０１が、電圧測定動作２０５に基づいて、＃１の電池セル１０２の電圧が＃２の電池セル１０２の電圧よりも高いと判定する。この場合はまず、＃１のＳＷ１のオンオフ動作により、＃１の電池セル１０２から放電された電荷が＃１のインダクタＬに蓄積される。続いて、デューティー比分だけ遅れた＃１のＳＷ２のオンオフ動作により、＃１のインダクタＬに蓄積された電荷が＃２の電池セル１０２に充電される。逆に例えば、マイコン２０１が、電圧測定動作２０５に基づいて、＃２の電池セル１０２の電圧が＃１の電池セル１０２の電圧よりも高いと判定する。この場合はまず、＃１のＳＷ２のオンオフ動作により、＃２の電池セル１０２から放電された電荷が＃１のインダクタＬに蓄積される。続いて、デューティー比分だけ遅れた＃１のＳＷ１のオンオフ動作により、＃１のインダクタＬに蓄積された電荷が＃１の電池セル１０２に充電される。

また、マイコン２０１は、＃２と＃３の電池セル１０２間のバランス制御を実施すると判定したときには、所定の周波数とデューティー比を決定して、＃２のＳＷ１，ＳＷ２を動作させる。そして例えば、マイコン２０１が、電圧測定動作２０５に基づいて、＃２の電池セル１０２の電圧が＃３の電池セル１０２の電圧よりも高いと判定する。この場合はまず、＃２のＳＷ１のオンオフ動作により、＃２の電池セル１０２から放電された電荷が＃２のインダクタＬに蓄積される。続いて、デューティー比分だけ遅れた＃２のＳＷ２のオンオフ動作により、＃２のインダクタＬに蓄積された電荷が＃３の電池セル１０２に充電される。逆に例えば、マイコン２０１が、電圧測定動作２０５に基づいて、＃３の電池セル１０２の電圧が＃２の電池セル１０２の電圧よりも高いと判定する。この場合はまず、＃２のＳＷ２のオンオフ動作により、＃３の電池セル１０２から放電された電荷が＃２のインダクタＬに蓄積される。続いて、デューティー比分だけ遅れた＃２のＳＷ１のオンオフ動作により、＃２のインダクタＬに蓄積された電荷が＃２の電池セル１０２に充電される。

さらに、マイコン２０１は、＃３と＃４の電池セル１０２間のバランス制御を実施すると判定したときには、所定の周波数とデューティー比を決定して、＃３のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２を動作させる。そして例えば、マイコン２０１が、電圧測定動作２０５に基づいて、＃３の電池セル１０２の電圧が＃４の電池セル１０２の電圧よりも高いと判定する。この場合はまず、＃３のＳＷ１のオンオフ動作により、＃３の電池セル１０２から放電された電荷が＃３のインダクタＬに蓄積される。続いて、デューティー比分だけ遅れた＃３のＳＷ２のオンオフ動作により、＃３のインダクタＬに蓄積された電荷が＃４の電池セル１０２に充電される。逆に例えば、マイコン２０１が、電圧測定動作２０５に基づいて、＃４の電池セル１０２の電圧が＃３の電池セル１０２の電圧よりも高いと判定する。この場合はまず、＃３のＳＷ２のオンオフ動作により、＃４の電池セル１０２から放電された電荷が＃３のインダクタＬに蓄積される。続いて、デューティー比分だけ遅れた＃３のＳＷ１のオンオフ動作により、＃３のインダクタＬに蓄積された電荷が＃３の電池セル１０２に充電される。

以上のようにして、セルバランス回路１０３では、マイコン２０１での＃１から＃４の各電池セル１０２に対する電圧測定動作２０５の結果、均等化制御が必要であると判定されたときには、＃１から＃３のインダクタＬおよび＃１から＃３のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２の組が順次選択的に動作させられる。この結果、＃１から＃４の各電池セル１０２のそれぞれ隣接する電池セル１０２間でバランス制御が順次実施され、その動作が繰り返されることにより、最終的に組電池１０１内の＃１から＃４の電池セル１０２の電圧が均一になる。

上述の動作に加えて、本実施形態では、組電池１０１に対する充電部１０８による充電動作中に、マイコン２０１が、以下の制御を実施する。
まずマイコン２０１は、＃１から＃４の各電池セル１０２に対する電圧測定動作２０５、温度測定動作２０６、および電流センサ２０３に対する電流測定動作２０７を実施する。これらの測定結果を用いて、マイコン２０１は、＃１から＃４の各電池セル１０２の内部抵抗値を算出する。

ここで、マイコン２０１は、内部の特には図示しないメモリに、＃１から＃４の電池セル１０２ごとに、内部抵抗の推定値からＳＯＣ閾値（充電制御量）を決定するマップデータを保持する。この場合、上記メモリは図１のマップデータ記憶部１０５に対応する。図３は、そのマップデータのデータ構成例を示す図である。このマップデータは、内部抵抗推定値（単位は「ｍΩ」：ミリオーム）ごとに、容量劣化度（単位は「％」：パーセント）、およびＳＯＣ閾値（単位は「ＳＯＣ」：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅの「％」：パーセント）を記憶する。ＳＯＣ閾値は、図１で説明した充電制御量に対応する。なお、容量劣化度は、各電池セル１０２の劣化状態を示す標識として使用され、ユーザに対して電池セル１０２の状態を通知する場合等において使用することができるが、本実施形態による均等化制御では必須のものではない。

本実施形態では、＃１から＃４の電池セル１０２ごとに、内部抵抗推定値と、容量劣化度およびその容量劣化度に対して許容するＳＯＣ閾値の関係を、あらかじめ測定してマップ化しておく。そして、実際の充電時に内部抵抗値を測定してこのマップデータを参照することにより、＃１から＃４の電池セル１０２ごとに、容量劣化度を推定し、ＳＯＣ閾値を決定することができる。

本実施形態では、このようにして＃１から＃４の電池セル１０２ごとに決定したＳＯＣ閾値を利用して、以下のような制御動作を実行する。
図４は、図２のマイコン２０１が実施する電池充電量制御の動作を示すフローチャートである。この制御動作は、マイコン２０１内の特には図示しないＣＰＵ（中央演算処理装置）が特には図示しないメモリに記憶された制御プログラムを実行する動作として実現される。そして、この制御動作は、マイコン２０１が図２の充電部１０８に対して充電動作の開始を指示することによって、その実行が開始される。

まず、マイコン２０１は、充電開始時に、＃１から＃４の電池セル１０２ごとに、電圧測定動作２０５、温度測定動作２０６を実施し、また、電池セル１０２に対して電流測定動作２０７を実施する（ステップＳ４０１）。

マイコン２０１は、ステップＳ４０１で測定した充電開始時における＃１から＃４の電池セル１０２ごとの電圧と温度、および組電池１０１全体を流れる電流に基づいて、＃１から＃４の各電池セル１０２の内部抵抗値を算出する（ステップＳ４０２）。

次に、マイコン２０１は、＃１から＃４の電池セル１０２ごとに、ステップ５０２で算出した内部抵抗値に基づいて、図３のマップデータを参照することにより、容量劣化度とＳＯＣ閾値を取得する（ステップＳ４０３）。

次に、マイコン２０１は、充電部１０８による充電動作中に、所定の時間間隔で、＃１から＃４の電池セル１０２ごとに、電圧測定動作２０５、温度測定動作２０６を実施し、また、電池セル１０２に対して電流測定動作２０７を実施する。また、マイコン２０１は、これらの測定値に基づいて、＃１から＃４の電池セル１０２ごとに、現在の充電量を示すＳＯＣ値を算出する（以上、ステップＳ４０４）。

次に、マイコン２０１は、ステップＳ４０３で算出した現在のＳＯＣ値が、ステップＳ４０５またはＳ４０６で決定されたＳＯＣ閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ４０５）。

ステップＳ４０５の判定がＹＥＳの場合には、電池セル１０２に対して許容されているＳＯＣ閾値を現在のＳＯＣ値が超えている。この場合、マイコン２０１はまず、セルバランス制御における放電量＝ＳＯＣ閾値に対する現在のＳＯＣ値の過剰分を算出する（ステップＳ４０６）。そして、マイコン２０１は、別ルーチンとして実行されるセルバランス制御動作に対して、現在の電池セル１０２から他の電池セル１０２への放電を指示する（ステップＳ４０７）。

一方、ステップＳ４０５の判定がＮＯの場合には、電池セル１０２に対して許容されているＳＯＣ閾値を現在のＳＯＣ値が超えていない。この場合、マイコン２０１はまず、セルバランス制御における充電量＝ＳＯＣ閾値に対する現在のＳＯＣ値の不足分を算出する（ステップＳ４０８）。そして、マイコン２０１は、別ルーチンとして実行されるセルバランス制御動作に対して、他の電池セル１０２から現在の電池セル１０２への充電を指示する（ステップＳ４０９）。

図４には図示していないが、マイコン２０１は、セルバランス制御においては、一定時間毎に、対象となる電池セル１０２について、図２の電圧測定動作２０５、温度測定動作２０６、および電流測定動作２０７を実行し、それらの測定値に基づいて現在のＳＯＣ値（充電量）を算出する。そして、マイコン２０１は、その算出したＳＯＣ値が図４のステップＳ４０６で決定したＳＯＣ閾値を上回っていれば、その電池セル１０２からの放電を指示する。

例えば、図２において、＃２の電池セル１０２が対象のセルであるとする。この場合、＃３または＃１の電池セル１０２への放電が指示される。＃３の電池セル１０２への放電が指示された場合は、＃２のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２に対して、セルバランス制御動作２０８が実施される。この結果、マイコン２０１から＃２のスイッチング素子ＳＷ１に供給されるパルス信号が立ち上がるタイミングで、＃２の電池セル１０２から電荷が放電されて、その電荷が＃２のスイッチング素子ＳＷ１を介して＃２のインダクタＬに蓄電される。続いて、マイコン２０１から＃２のスイッチング素子ＳＷ１に供給されるパルス信号が立ち下がると同時に＃２のスイッチング素子ＳＷ２に供給されるパルス信号が上がるタイミングで、＃２のインダクタＬ内の電荷が＃２のスイッチング素子ＳＷ２を介して＃３の電池セル１０２に充電される。

一方、＃１の電池セル１０２への放電が指示された場合は、＃１のスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ１に対して、セルバランス制御動作２０８が実施される。この結果、マイコン２０１から＃１のスイッチング素子ＳＷ２に供給されるパルス信号が立ち上がるタイミングで、＃２の電池セル１０２から電荷が放電されて、その電荷が＃１のスイッチング素子ＳＷ２を介して＃１のインダクタＬに蓄電される。続いて、マイコン２０１から＃１のスイッチング素子ＳＷ２に供給されるパルス信号が立ち下がると同時に＃１のスイッチング素子ＳＷ１に供給されるパルス信号が上がるタイミングで、＃１のインダクタＬ内の電荷が＃１のスイッチング素子ＳＷ１を介して＃１の電池セル１０２に充電される。

また、マイコン２０１は、その算出したＳＯＣ値が図４のステップＳ４０６で決定したＳＯＣ閾値を下回っていれば、その電池セル１０２への充電を指示する。
例えば、図２において、＃２の電池セル１０２が対象のセルであるとする。この場合、＃３または＃１の電池セル１０２からの充電が指示される。＃３の電池セル１０２からの充電が指示された場合は、＃２のスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ１に対して、セルバランス制御動作２０８が実施される。この結果、マイコン２０１から＃２のスイッチング素子ＳＷ２に供給されるパルス信号が立ち上がるタイミングで、＃３の電池セル１０２から電荷が放電されて、その電荷が＃２のスイッチング素子ＳＷ２を介して＃２のインダクタＬに蓄電される。続いて、マイコン２０１から＃２のスイッチング素子ＳＷ２に供給されるパルス信号が立ち下がると同時に＃２のスイッチング素子ＳＷ１に供給されるパルス信号が上がるタイミングで、＃２のインダクタＬ内の電荷が＃２のスイッチング素子ＳＷ１を介して＃２の電池セル１０２に充電される。

一方、＃１の電池セル１０２からの充電が指示された場合は、＃１のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２に対して、セルバランス制御動作２０８が実施される。この結果、マイコン２０１から＃１のスイッチング素子ＳＷ１に供給されるパルス信号が立ち上がるタイミングで、＃１の電池セル１０２から電荷が放電されて、その電荷が＃１のスイッチング素子ＳＷ１を介して＃１のインダクタＬに蓄電される。続いて、マイコン２０１から＃１のスイッチング素子ＳＷ１に供給されるパルス信号が立ち下がると同時に＃１のスイッチング素子ＳＷ２に供給されるパルス信号が上がるタイミングで、＃１のインダクタＬ内の電荷が＃１のスイッチング素子ＳＷ２を介して＃２の電池セル１０２に充電される。

以上のセルバランス制御とともに、図４のステップＳ４０９またはＳ４１１の処理の後、全ての電池セル１０２について、ステップＳ４０３で算出した現在のＳＯＣ値がステップＳ４０５またはＳ４０６で決定されたＳＯＣ閾値に達したか否かが判定される（ステップＳ４１２）。

ステップＳ４１２の判定がＮＯならば、充電動作およびそれに伴うセルバランス制御の動作が続行される。
ステップＳ４１２の判定がＹＥＳになると、充電動作が完了する。

以上のようにして、充電部１０８による充電動作時に、劣化が進んだ電池セル１０２への充電量がその電池セル１０２に対して決定されたＳＯＣ閾値（充電制御量）を超えようとした場合に、マイコン２０１がその電池セル１０２に対してセルバランス回路１０３を動作させることにより、劣化が進んだ電池セル１０２への充電量を、劣化度に応じたＳＯＣ閾値（充電制御量）を超えないように個別に抑制することが可能となる。

図５は、通常のセルバランス制御と本実施形態によるセルバランス制御の違いを説明した図である。通常のセルバランス制御では、図５（ａ）に示されるように、電力使用可能容量を増やし、走行距離を増加させることを可能として。これに対して、本実施形態によるセルバランス制御では、図５（ｂ）に示されるように、内部抵抗値から求めた劣化度に対応するＳＯＣ閾値を設定し、セルバランス制御によりＳＯＣ閾値を閾値として各電池セルの充電量を制御することにより、セルの劣化のばらつきを抑制し、長寿命化を図ることが可能になる。

このようにして充電動作時に算出された＃１から＃４ごとのＳＯＣ閾値（充電制御量）は、例えばマイコン２０１内の特には図示しないメモリに保持されて、その後の、均等化制御時に利用される。

具体的には、イグニッションオフ時等にセルバランス回路１０３により実施される各電池セルの電圧を均等化させる均等化制御時に、次のような制御が実施される。
マイコン２０１は、電圧均等化制御において、一定時間毎に、＃１から＃４の電池セル１０２ごとに、図２の電圧測定動作２０５、温度測定動作２０６、および電流測定動作２０７を実行し、それらの測定値に基づいて現在の電圧値およびＳＯＣ値（充電量）を算出する。この結果、例えば劣化した＃２の電池セル１０２の電圧が＃１の電池セル１０２の電圧を下回ったとする。この場合、マイコン２０１は、＃２の電池セル１０２の現在のＳＯＣ値がメモリに保持していた＃２の電池セル１０２に対応するＳＯＣ閾値を下回っている場合に、＃１のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２に対して、セルバランス制御動作２０８を実施する。この結果、マイコン２０１から＃１のスイッチング素子ＳＷ１に供給されるパルス信号が立ち上がるタイミングで、＃１の電池セル１０２から電荷が放電されて、その電荷が＃１のスイッチング素子ＳＷ１を介して＃１のインダクタＬに蓄電される。続いて、マイコン２０１から＃１のスイッチング素子ＳＷ１に供給されるパルス信号が立ち下がると同時に＃１のスイッチング素子ＳＷ２に供給されるパルス信号が上がるタイミングで、＃１のインダクタＬ内の電荷が＃１のスイッチング素子ＳＷ２を介して＃２の電池セル１０２に充電される。

このようにして、このようにして電圧均等化制御時には、劣化した電池セル１０２に対して決定されているＳＯＣ閾値（充電制御量）を上限として、隣接する他の電池セル１０２から電荷を個別に補いながら電力供給を続行することが可能となる。

図６は、内部抵抗値を推定する他の実施形態の説明図である。図６（ａ）において、Ｖは電池セル１０２の電圧値、Ｉは電池セル１０２を流れる電流値、Ｅは充電電源、ＳＷは充電の開始または停止を行うスイッチである。

上述の実施形態では、電池セル１０２に対する電力供給時の電圧、電流、および温度から内部抵抗値が算出されていた。
これに対して、図６（ａ）に示される方式では、図２のマイコン２０１が、各電池セル１０２の電圧Ｖおよび電流Ｉを監視する。そして、マイコン２０１は、図６（ａ）のスイッチＳＷにおいて充電動作が停止された時（または開始された時）に測定された、図６（ｂ）に示される電圧の変動値（電圧ドロップ分）ΔＶを取得する。また、マイコン２０１は、図６（ａ）のスイッチＳＷにおいて充電動作が停止される直前時（または開始された直後）に測定された電流値Ｉを取得する。として、マイコン２０１は、これらの電圧ドロップ分ΔＶと電流値Ｉとから、次式により内部抵抗値Ｒを算出する。

Ｒ（内部抵抗値）＝ΔＶ（電圧ドロップ分）×Ｉ（直前直後の電流値）

マイコン２０１は、このようにして算出された内部抵抗値を使って、図３のマップデータからＳＯＣ閾値（充電制御量）を決定することができる。

以上説明した実施形態では、内部抵抗値に対して電池セル１０２ごとに用意したマップデータを使ってＳＯＣ閾値（充電制御量）を決定していた。これに対して、内部抵抗の推定値とＳＯＣとの間の関数関係を数式化し、マップデータを使わずに、その数式による変換式を用いて、内部抵抗値に対応するＳＯＣ閾値（充電制御量）を算出するようにしてもよい。

以上説明した図２に示される実施形態では、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２とインダクタＬを用いたコンバータバランス回路により均等化制御を実現する回路構成例について説明したが、この回路部分は上記回路構成例に限られるものではない。

図１のセルバランス回路１０３としては例えば、トランスと整流用ダイオード、トランスと整流用ダイオードとキャパシタとインダクタ、またはトランスのみを用いて、放電を行う電池セルと充電を行う電池セルを結合するような回路等によって実現することが可能である。

さらに、バランス回路として例えば、トランス型とインダクタによるコンバータ型を組み合わせて、放電を行う電池セルと充電を行う電池セルを結合するようなコンバータ、トランス方式のバランス回路によって実現することも可能である。

１０１ 組電池
１０２ 電池セル
１０３ セルバランス回路
１０４ 電池セル監視部１０４
１０５ マップデータ記憶部
１０６ セル充電制御量決定部
１０７ セルバランス制御部
１０８ 充電部
２０１ マイクロコンピュータ（マイコン）
２０２ 温度センサ
２０３ 電流センサ
２０４ 負荷
２０５ 電流測定動作
２０６ 温度測定動作
２０７ 電流測定動作
２０８ セルバランス制御動作
ＳＷ１、ＳＷ２ スイッチング素子
Ｌ インダクタ

Claims (6)

1. 複数の電池セルが接続される組電池における該複数の電池セルの充電量を制御する電池充電量制御装置であって、
   １つ以上の前記電池セルから電荷を放電する動作と前記放電した電荷を１つ以上の他の前記電池セルに充電させる動作を実行することによって前記電池セルの電圧および充電量のバランスを制御するセルバランス回路と、
   前記各電池セルの電圧、および電流を監視する電池セル監視部と、
   前記電池セルごとに、前記監視された電圧、および電流に基づいて内部抵抗値を算出し、該算出した内部抵抗値に基づいて該各電池セルに対応する充電制御量を決定するセル充電制御量決定部と、
   前記各電池セルの充電時に、前記各電池セルの充電量が該各電池セルに対して決定された前記充電制御量を上回らないように前記セルバランス回路を動作させるセルバランス制御部と、
   を備え、
   前記セルバランス制御部は、前記各電池セルの各電圧を均等化させる均等化制御時に、該各電池セルに対して決定された前記充電制御量を上限として、該各電池セルの充電量を補充するように前記セルバランス回路を動作させる、
   ことを特徴とする電池充電量制御装置。
2. 前記電池セルごとに、内部抵抗推定値と充電制御量との関係を記憶したマップデータを記憶するマップデータ記憶部と、
   前記セル充電制御量決定部は、前記電池セルごとに、前記算出した内部抵抗に基づいて前記マップデータを参照することにより該各電池セルに対応する前記充電制御量を取得する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電池充電量制御装置。
3. 前記電池セル監視部は、前記各電池セルの電圧および電流を監視し、
   前記セル充電制御量決定部は、前記電池セルごとに、充電動作の停止時または開始時に監視された電圧の変動値と前記充電動作の停止時直前または開始時直後に監視された電流の値とに基づいて該各電池セルの内部抵抗値を推定し、該内部抵抗値に基づいて該各電池セルに対応する充電制御量を決定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電池充電量制御装置。
4. 複数の電池セルが接続される組電池における該複数の電池セルの充電量を制御する電池充電量制御方法であって、
   １つ以上の前記電池セルから電荷を放電する動作と前記放電した電荷を１つ以上の他の前記電池セルに充電させる動作を実行することによって前記電池セルの電圧および充電量のバランスを制御し、
   前記各電池セルの電圧、および電流を監視し、
   前記電池セルごとに、前記監視された電圧、および電流に基づいて内部抵抗値を算出し、該算出した内部抵抗値に基づいて該各電池セルに対応する充電制御量を決定し、
   前記各電池セルの充電時に、前記各電池セルの充電量が該各電池セルに対して決定された前記充電制御量を上回らないように、１つ以上の前記電池セルから電荷を放電する動作と前記放電した電荷を１つ以上の他の前記電池セルに充電させる動作を実行することによって前記各電池セルの電圧および充電量のバランスを制御するセルバランス動作を実行し、
   前記各電池セルの各電圧を均等化させる均等化制御時に、該各電池セルに対して決定された前記充電制御量を上限として、該各電池セルの充電量を補充するように前記セルバランス動作を実行する、
   ことを特徴とする電池充電量制御方法。
5. 前記電池セルごとに、内部抵抗推定値と充電制御量との関係を記憶したマップデータを記憶し、
   前記電池セルごとに、前記算出した内部抵抗値に基づいて前記マップデータを参照することにより該各電池セルに対応する前記充電制御量を取得する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の電池充電量制御方法。
6. 前記各電池セルの電圧および電流を監視し、
   前記電池セルごとに、充電動作の停止時または開始時に監視された電圧の変動値と前記充電動作の停止時直前または開始時直後に監視された電流の値とに基づいて該各電池セルの内部抵抗値を推定し、
   該内部抵抗値に基づいて該各電池セルに対応する充電制御量を決定する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の電池充電量制御方法。