JP5593849B2 - 組電池の監視装置 - Google Patents

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Description

本発明は、組電池の監視装置に関するものである。
複数の二次電池を直列接続してなる組電池を充電器により充電する場合に、当該二次電池の過充電を防止するものとして、特許文献１が知られている。この文献には、リチウムイオン電池などの二次電池の電圧を検出して充電器に充電を制御するための信号を送信する充電制御電圧検出回路と、二次電池の検出電圧が過充電閾値を超えたか否かを検出する過充電電圧検出回路とを備え、これら充電制御電圧回路及び過充電電圧検出回路により充電器からの出力電流を制御する電池パックが開示されている。
特開２００８−１９９８２８号公報
しかしながら、検出すべき電圧に脈動成分が含まれると、電圧を検出するサンプリングのタイミングによって電圧の検出値が変わるため、正確に組電池の電圧を検出できず、組電池が十分に充電されないという問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、組電池を十分に充電できる組電池の監視装置を提供することである。
本発明は、複数の単電池を含む組電池にツェナダイオードを接続し、当該ツェナダイオードに流れた電流の通電時間と予め設定された所定時間との比較結果に応じて、充電器の充電電力を制御することにより、上記課題を解決する。
本発明によれば、組電池にツェナダイオードを接続し、当該ツェナダイオードに流れる電流に応じて、充電器の充電電力を制御するため、当該電流を検出することで単電池の充電電圧が満充電電圧に達することを確認する。その結果、単電池の充電電圧の状態を正確に把握し、充電電力を制御することで、組電池を十分に充電することができる。
本発明の一実施の形態を適用した組電池の充電システムを示す電気回路図である。 図中（ａ）は、図１の充電器から組電池に供給される充電電力と充電時間との関係を示すグラフ、（ｂ）は、図１の単電池の電圧と充電時間との関係を示すグラフである。 図中（ａ）は、充電時間に対して最も電圧上昇度の低い単電池の電圧と充電時間との関係を示すグラフ、（ｂ）は、充電時間に対して最も電圧上昇度の高い単電池の電圧と充電時間との関係を示すグラフ、（ｃ）は、充電器から組電池に供給される充電電力と充電時間との関係を示すグラフである。 図中（ａ）は、最も電圧上昇度の低い単電池に接続されたセルコントローラに入力されるパルス信号のデューティ比と充電時間との関係を示すグラフ、（ｂ）は最も電圧上昇度の高い単電池に接続されたセルコントローラに入力されるパルス信号のデューティ比と充電時間との関係を示すグラフである。 図１の組電池の充電システムの制御手順の一例を示すフローチャートである。
図１は、本発明の一実施の形態を適用した組電池の充電システムを示す電気回路図であって、いわゆる電気自動車ＥＶ、ハイブリッド自動車ＨＥＶ、燃料電池自動車ＦＣＶなどに搭載された駆動用電気モータに電力を供給する組電池１（二次電池である単電池の組電池）に対し、交流電源（以下、ＡＣ電源ともいう。）４から充電器２を介して電力を供給して充電するシステムの一例を示す。
なお図１において、駆動用電気モータなどの組電池１の負荷については図示を省略するが、組電池１の両端又は所定の端子間に接続され、これにより組電池１からの電力が供給され駆動する。
図１に示す組電池の充電システムは、電源（駆動負荷に対する動力源）である、二次電池から構成される組電池１と、組電池１に電力を供給して当該組電池１を充電する充電器２と、組電池１を構成する二次電池である単電池１０の電圧を監視して充電器２の出力電力を制御するバッテリコントローラ３と、を備える。
組電池１は、ｎ個（ｎは任意の正の整数）の単電池１０を直列及び／又は並列に接続して構成することができ、本例ではｎ個の単電池１０を直列に接続した例を説明する。なお、図１の電気回路図では両端３個の単電池１０のみを示す。
単電池１０は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛酸電池等の二次電池から構成することができ、本例ではリチウムイオン電池が用いられている。
充電器２は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１を備え、ＡＣ電源４から供給される交流電力がＡＣ／ＤＣコンバータ２１により直流電力に変換され、組電池１の両端に供給される。なお、ＡＣ電源４は、例えば商用電源（家庭用又は業務用電源）を利用することができる。図１に示す組電池１、バッテリコントローラ３、充電器２及びＡＣ電源４のうち、組電池１及びバッテリコントローラ３を車両に搭載し、充電器２及びＡＣ電源４を充電スタンドなどに設けることができるが、組電池１を車両に搭載し、バッテリコントローラ３、充電器２及びＡＣ電源４を充電スタンドに設けたり、あるいは組電池１、バッテリコントローラ３及び充電器２を車両に搭載し、ＡＣ電源４を充電スタンドに設けたりすることもできる。
バッテリコントローラ３は、各単電池１の端子間に接続されるセルコントローラ３１と、複数のセルコントローラ３１からの信号を受信するＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３２と、セルコントローラ３１と単電池１０との間に接続され、単電池１０に対して並列に接続された定電圧回路３３と、オペアンプ３４とを有する。
図１に示す定電圧回路３３は、一つの単電池１０のそれぞれに並列に接続され、検出用の抵抗３３１とツェナダイオード３３２とが直列に接続して構成されている。ただし、本発明の定電圧回路３３は、必ずしも一つの単電池１０のそれぞれに対して設ける必要はなく、複数の単電池１０，１０…に対して一つの定電圧回路３３を並列に接続し、これら所定数の直列接続された単電池１０，１０…に対し、以下の操作を行ってもよい。
定電圧回路３３の抵抗３３１の両端は、オペアンプ３４の入力端子のそれぞれに接続され、定電圧回路３３に電流が流れると、オペアンプ３４の出力端子からパルス信号が出力される。オペアンプ３４により出力されるパルス信号は、抵抗とコンデンサとで構成された積分回路を介して各セルコントローラ３１に入力される。これにより、各セルコントローラ３１は、ツェナダイオード３３２に流れる電流を検出する。
ツェナダイオード３３２は、その両端電圧がツェナ電圧を超えるとアンバランシェ降伏現象によって急激に電流が流れる特性を有する定電圧ダイオードであり、定電圧回路３３の抵抗３３１の抵抗値は、ツェナダイオード３３２のツェナ電圧との関係に基づいて設定されている。すなわち、定電圧回路３３の端子間電圧が単電池１０の満充電電圧に達すると定電圧回路３３に電流が流れるように、抵抗３３１の抵抗値とツェナダイオード３３２のツェナ電圧がそれぞれ設定されている。
なお、満充電電圧は、単電池１０が過充電になる電圧をいうが、単電池１０の電池性能が劣化するおそれがある領域の電圧のように、ある程度の余裕を持たせた低い電圧を満充電電圧として設定してもよい。
ＭＰＵ３２は、各セルコントローラ３１から送信される制御信号に応じて、充電器２から出力される充電電力を制御し、組電池１を充電する。なお、バッテリコントローラ３による制御内容の詳細は後述する。
ところで、充電器２に含まれるＡＣ／ＤＣコンバータ２１からの出力を充電電圧として組電池１を充電すると、当該充電電圧は脈動する成分を含んでいるため、組電池１の端子電圧も脈動成分を含むことになる。そして、このように脈動成分を含む組電池１の電圧を所定のサンプリング周期で検出すると、検出するタイミングによって検出電圧値が変動し、正確な電圧を検出できないという問題がある。
こうした脈動の発生は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１からの出力電圧について特に生じる現象であるため、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１に加えてＤＣ／ＤＣコンバータを充電器２に設け、充電電圧をＤＣ／ＤＣコンバータから出力することにより、組電池１へ供給される充電電力の脈動成分を抑制することは可能である。しかし、ＤＣ／ＤＣコンバータは回路として複雑な構成となるため、充電器２が大型化するという問題があるし、特に組電池１及び充電器２を車両等のスペースが限られている場所に搭載する場合には、上記問題はさらに助長される。
さらに、リチウムイオン電池は、鉛酸電池やニッケル水素電池に比べて電圧又は電流の脈動に対して敏感な性質を有し脈動成分に対する許容度が小さい。したがって、組電池１をリチウムイオン電池からなる単電池１０で構成すると、電池の性質上、当該脈動の発生が大きな問題となる。
これに対し本例では、図１に示すように、単電池１０とセルコントローラ３１との間において、単電池１０に対して並列にツェナダイオード３３２を接続し、バッテリコントローラ３は、ツェナダイオード３３２に流れる電流に応じて充電器２の充電電力を制御する。これにより、充電器２からの充電電力が脈動成分を含んでいても上記諸問題を解消することができる。以下、図１及び２を参照して本例の組電池の充電システムの制御原理を説明する。
図２（ａ）のグラフは、充電器２から組電池１に供給される充電電力と充電時間との関係を示し、図２（ｂ）のグラフは、組電池１に含まれる複数の単電池１０のうちのある１個の単電池１０の充電電圧と充電時間との関係を示す。最初に、ある１個の単電池１０における本例の充電制御原理について説明する。
組電池１に充電されている容量が十分に少ない状態で、充電器２をＡＣ電源４に接続するものとする。そして、例えば操作者が充電器２の充電スイッチを入力するなどして充電指令を出力すると、組電池１の充電が開始される。このとき、充電器２のＡＣ／ＤＣコンバータ２１から組電池１へ出力される充電電力は、図２（ａ）に示すように、脈動成分を含んでいる。そして、組電池１の電圧は、充電時間の経過に伴い徐々に高くなり、また脈動成分を含んでいるため、図２（ｂ）に示すように脈動しつつ増加する。
上述したとおり、定電圧回路３３を構成するツェナダイオード３３２のツェナ電圧と抵抗３３１の抵抗値は、定電圧回路３３の端子間電圧が単電池１０の満充電電圧に達すると当該定電圧回路３３に電流が流れるよう設定されている。したがって、単電池１０の電圧が上昇して満充電電圧に達すると、当該単電池１０と並列接続された定電圧回路３３、すなわちツェナダイオード３３２にも電流が流れるため、オペアンプ３４は、当該電流が抵抗３３１に流れている時間に応じたパルス信号をセルコントローラ３１に出力する。
セルコントローラ３１は、ツェナダイオード３３２に電流が流れているか否かを、オペアンプ３４から出力されるパルス信号から検出する。すなわち、図１のオペアンプ３４の構成からいえば、ハイレベルのパルス信号が出力されているときはツェナダイオード３３２に電流が流れていると判定し、ローレベルのパルス信号が出力されているときはツェナダイオード３３２に電流が流れていないと判定する。そして、セルコントローラ３１は、オペアンプ３４からのパルス信号のデューティ比（単位時間におけるハイレベル時間の割合）を検出し、検出対象の単電池１０の電圧が満充電電圧に達したか否かを検出する。これにより、組電池１の充電電圧が検出される。
図２（ｂ）に示すように、単電池１０の電圧は脈動しつつ上昇するため、ツェナダイオード３３２に電流が流れる時間は徐々に長くなる。そのため、オペアンプ３４から出力されるパルス信号のデューティ比（ハイレベル信号の割合）は、徐々に高くなる。そして、セルコントローラ３１は、パルス信号のデューティ比が例えば５０パーセントを超えると、ＭＰＵ３２に充電器２の充電電力を下げるための制御信号を出力し、当該制御信号を受信したＭＰＵ３２は、充電器２に対して、充電電力を下げる制御信号を出力する。
ＭＰＵ３２から充電電力を下げる制御信号を受信した充電器２は、図２（ａ）に示すように、組電池１に対する充電電力を段階的に下げる。ここで、充電電力が最も高い段階をステップ１として、順に、ステップ２、ステップ３とし、充電電力が最も低い段階をステップ４とする。充電器２による充電電力を下げると、図２（ａ）に示すように、脈動成分を含むものの脈動の振幅は相対的に小さくなる。
なお本例では、ステップ１〜４の４段階の充電電力で充電制御を行うが、必ずしも４段階にする必要はなく、２段階、３段階、５段階以上でもよい。また、充電器２による充電電力の制御は、図２（ａ）に示すように段階的（ステップ状）に下げる以外にも、徐々に（直線的、線型的又は曲線的に）下げることもできる。
充電器２による充電電力が下がりステップ２の段階になると、組電池１の充電電圧は、一時的に下がるが、また上昇し始める（図２（ａ）のステップ２を参照）。ステップ２において、単電池１０はステップ１の充電電力により既に充電されているため、ステップ１と比較して高い電位から電圧が上昇し始める。
そして、ステップ１と同様に、単電池１０の電圧が満充電電圧に達すると、定電圧回路３３に電流が流れはじめ、オペアンプ３４は、セルコントローラ３１にパルス信号を出力する。セルコントローラ３１は、パルス信号のデューティ比が例えば５０パーセントを超えると、ＭＰＵ３２に充電器２の充電電力を下げるための制御信号を出力し、当該制御信号を受信したＭＰＵ３２は、充電器２に対して、充電電力を下げる制御信号を出力する。充電器２は、組電池１に対する充電電力をさらに下げて、ステップ３へ遷移する。
充電器２による充電電力が下がりステップ３の段階になると、組電池１の電圧は、一時的に下がるが、また上昇し始める（図２（ａ）のステップ３を参照）。ステップ３において、単電池１０はステップ１及び２の充電電力により既に充電されているため、ステップ２と比較して高い電位から電圧が上昇し始める。
そして、ステップ２と同様に、単電池１０の電圧が満充電電圧に達すると、定電圧回路３３に電流が流れ、オペアンプ３４は、セルコントローラ３１にパルス信号を出力する。セルコントローラ３１は、パルス信号のデューティ比が例えば５０パーセントを超えると、ＭＰＵ３２に充電器２の充電電力を下げるための制御信号を出力し、当該制御信号を受信したＭＰＵ３２は、充電器２に対して、充電電力を下げる制御信号を出力する。充電器２は、充電電力をさらに下げて、ステップ４へ遷移する。
ステップ４において、単電池１０は、図２（ｂ）のステップ４の点ａの時点で、満充電の状態になる。単電池１０の電圧が満充電電圧に達した後において、充電器２から供給される充電電力はツェナダイオード３３２で消費されるため、単電池１０の電圧は、満充電電圧で一定になる。これにより、単電池１０は過充電となることなく十分に充電されることになる。
ところで、組電池１に含まれるそれぞれの単電池１０については、各単電池１０の性能のバラツキ等により電圧の上昇率が異なるため、全ての単電池１０が同じタイミングで充電されない。次に、図３及び４を参照しつつ、各単電池１０の間のバラツキを考慮した、組電池１に含まれる単電池全体の充電制御について説明する。
図３（ａ）のグラフは、複数の単電池１０のうち、例えば充電時間に対して最も電圧上昇度の低い単電池１０の充電時間と電圧との関係を示し、図３（ｂ）のグラフは、複数の単電池１０のうち、充電時間に対して最も電圧上昇度の高い単電池１０の充電時間と電圧との関係を示し、図３（ｃ）のグラフは、充電器２から組電池１に供給される充電電力と充電時間との関係を示す。また、図４（ａ）のグラフは、図３（ａ）の単電池１０（最も電圧上昇度の低い単電池）に接続されたセルコントローラ３１に入力されるパルス信号の充電時間とデューティ比との関係を示し、図４（ｂ）のグラフは、図３（ｂ）の単電池１０（最も電圧上昇度の高い単電池）に接続されたセルコントローラ３１に入力されるパルス信号の充電時間とデューティ比との関係を示す。なお、図４（ｃ）の組電池に対する充電電力は、例えば図３（ａ）に対応するものとする。
図３（ｂ）に示すように、ステップ１において、組電池１に含まれる複数の単電池１０のうち、充電時間に対して最も電圧上昇度の高い単電池１０の電圧は、最も早い時間に満充電電圧に達するため、対応するツェナダイオード３３２に電流が流れ出す。これにより、当該単電池１０に対応するオペアンプ３４は、他のオペアンプ３４より先にパルス信号をセルコントローラ３１に出力する。そして、当該単電池１０の脈動成分を除くベース電圧は充電時間の経過に伴い上昇し、図４（ｂ）のステップ１に示すようにパルス信号のデューティ比が例えば５０パーセントを超えると、セルコントローラ３１は、充電器２の充電電力を下げるための制御信号をＭＰＵ３２に出力する。
これに対して、充電時間に対して最も電圧上昇度の低い単電池１０の電圧については、図３（ａ）に示すように、脈動による電圧のピーク電圧は満充電電圧より低いため、当該電圧上昇度の低い単電池１０に対応するオペアンプ３４は、図４（ａ）に示すように、パルス信号を出力しない。
そして、ＭＰＵ３２は、接続される複数のセルコントローラ３１のうちパルス信号のデューティ比が５０パーセントに達することにより出力される制御信号を受信した時点で、充電器２に対して制御信号を送信し、上記のように充電電力を下げる。すなわち、上述した図３（ａ）に示す特性の単電池１０と図３（ｂ）に示す特性の単電池１０とを含む組電池１にあっては、図３（ｂ）に示す特性の単電池１０がステップ１の充電電圧でパルス信号のデューティ比が５０パーセントに達するため、この時点で充電電圧をステップ２の電圧に低下させる。
次にステップ２及び３についても同様に、最も電圧上昇度の高い単電池１０の電圧は、最も早い時間に満充電電圧に達し、オペアンプ３４はパルス信号をセルコントローラ３１に出力する。そして、当該単電池１０の脈動成分を除くベース電圧は充電時間の経過に伴い上昇し、パルス信号のデューティ比が５０パーセントを超えると、セルコントローラ３１は、充電器２の充電電力を下げるための制御信号をＭＰＵ３２に出力し、ＭＰＵ３２は充電器２を制御し充電電力を下げる。
ステップ４において、ＭＰＵ３２は、全ての単電池１０を満充電まで充電するために、全てのセルコントローラ３１から上記制御信号を受信してから充電を終了する。すなわち、ステップ４において、各単電池１０が最も低いレベルの充電電力により充電される場合に、最も電圧上昇度の高い単電池１０の電圧は早い時点で満充電電圧に達するため、セルコントローラ３１は、ステップ１〜３と同様に制御信号を出力する。
しかし、この時点で、最も電圧上昇度の高い単電池１０、或いはステップ４において最も早く満充電電圧に達した単電池１０以外の単電池１０は満充電に達していない。このため、ＭＰＵ３２は、引き続き充電電力を組電池１に供給する。そして、最も電圧上昇度の低い単電池１０の電圧が満充電電圧に達し、或いは全ての単電池１０の電圧が満充電電圧に達し、ＭＰＵ３２がセルコントローラ３１からの制御信号を受信したら、充電制御を終了する。これにより組電池１の充電が終了する。なお、組電池１を構成する全ての単電池１０の電圧が満充電電圧に達した瞬間に充電処理を停止する以外にも、所定時間だけ充電処理を継続してから停止してもよい。
次に、図５を用いて、本例の制御手順を説明する。
まず、ステップＳ１１において操作者の操作により充電を開始すると、ステップＳ１２において各単電池１０に充電電力が供給され、これにより組電池１が充電され始める。ステップＳ１３において、単電池１０の電圧が充電時間の経過と共に上昇し、組電池１を構成する単電池１０のいずれかの電圧が満充電電圧に到達すると、ステップＳ１４において、その単電池１０に対応するツェナダイオード３３２に電流が流れ出す。
セルコントローラ３１は、ステップＳ１５において、抵抗３３１及びオペアンプ３４を介してツェナダイオード３３２に流れる電流を検出し、当該電流が流れる時間と予め設定された所定時間とを比較する。本例では、上記のとおりオペアンプ３４から出力されるパルス信号のデューティ比を用いて、ツェナダイオード３３２に流れる電流の時間割合を検出する。ツェナダイオード３３２を流れる電流の時間が所定の時間未満の場合は、再びステップＳ１２〜Ｓ１５を繰り返し、ツェナダイオード３３２を流れる電流を検出する。
一方、ツェナダイオード３３２を流れる電流の時間が所定の時間以上である場合は、ＭＰＵ３２は、ステップＳ１６にて充電器２の充電電力の出力を下げる。
ステップＳ１７では、充電器２の充電電力が最も低いレベルか否かを判定し、充電器２の充電電力が最も低いレベルに絞られるまでは、ステップＳ１２〜Ｓ１６を繰り返す。そして、充電器２の充電電力が最も低いレベルに達すると、ステップＳ１８において最も低いレベルの充電電圧がそれぞれの単電池１０に供給され、この充電電力にて充電される。
次に、ステップＳ１９において、ＭＰＵ３２は、セルコントローラ３１からの制御信号に基づいて、全ての単電池１０に対応するツェナダイオード３３２に電流が流れた否かを判定する。そして、全てのツェナダイオード３３２に電流が流れると、組電池１に含まれる単電池１０は充電されたと判断し、ステップＳ２０においてＭＰＵ３２は充電を終了する。ステップＳ１９において、全てのツェナダイオード３３２に電流が流れていない場合はステップＳ１８に戻り、ステップＳ１８〜Ｓ１９を繰り返す。
以上のとおり本例の充電システムは、ツェナダイオード３３２に流れる電流により単電池１０の充電電圧を監視する。これにより、組電池１の電圧サンプリングのタイミングにより生じる電圧検出値のズレを防ぐことができ、充電器２から出力される電流、電圧が脈動成分を含んでいても、単電池１０の電圧が満充電電圧を超えるか否かを正確に検出することができる。
また本例の充電システムは、充電器２の出力が脈動成分を含んでいても、単電池１０の電圧が満充電電圧を超えたことを検出することができ、単電池１０の充電電圧が満充電電圧より越えることを抑制できる。そのため、充電器２において、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の脈動を防止する機器を設ける必要がないので、結果として、充電器２を含む装置の小型化を図り、コストを抑制できる。
さらに本例の充電システムは、単電池１０にツェナダイオード３３２を並列に接続し、ツェナダイオード３３２に流れる電流から単電池１０の電圧を検出し、当該電流に応じて充電器２による充電電力を制御する。これにより、単電池１０が充電され始めてから単電池１０の電圧が上昇し、遂に満充電電圧に達したとしても、ツェナダイオード３２が発熱することにより充電電力はツェナダイオード３２で消費される。そのため、単電池１０の充電電圧は、ツェナダイオード３３２を含む定電圧回路３３の端子間電圧より高くならないため、単電池１０の充電電圧を満充電電圧以下に抑えることができる。
また本例の充電システムは、ツェナダイオード３３２に電流が流れる時、オペアンプ３４によりパルス信号がセルコントローラ３１へ出力され、ＭＰＵ３２は、パルス信号のデューティ比に応じて充電器２の充電電力を制御する。これにより、ツェナダイオード３３２に流れる電流の通電時間をパルス信号により把握することができ、組電池１の電圧サンプリングのタイミングにより生じる電圧検出値のズレを防ぐことができ、充電器２から出力される電流、電圧が脈動成分を含んでいても、単電池１０の電圧が満充電電圧を超えたか否かを正確に検出することができる。
また、本例の充電システムは、ツェナダイオード３３２に流れる電流に応じて、充電電力を小さくする。上記のとおり、電圧が満充電電圧に達した単電池１０に対応するツェナダイオード３３２は発熱するが、充電電力が小さく制御されるため当該発熱は抑えられる一方で、満充電電圧に達していない単電池は、小さい充電電圧により充電される。また充電電力が小さくなると、含まれる脈動成分の振幅も小さくなるため、より定常に近づいた電力で充電が行われる。そのため、ツェナダイオード３３２で生じる発熱量は、より抑制されると同時に、他の単電池１０は充電される。
また本例の充電システムは、全てのツェナダイオード３３２に電流が流れるまで、組電池１に低いレベルの充電電力を供給する。全てのツェナダイオード３３２に電流が流れる場合に、全ての単電池１０の電圧が満充電電圧に達することになるため、組電池１を満充電まで充電することができる。
また、組電池１に含まれる単電池１０の中で、時系列で最後の単電池１０が満充電電圧に達する時、それ以外の単電池１０は低いレベルの電力が供給されることになるため、当該単電池１０の容量調整を行うことができる。従来の組電池監視装置では、容量調整用の回路を別途設けることで単電池１０の容量調整を行う構成であるが、本例では、満充電電圧を検出するためのツェナダイオードを利用して容量調整を行うことができるため、容量調整回路を別途設けなくてもよい。また当該容量調整は、低い充電電力（図２及び図４に示す例えばステップ４における充電電力）で行うため、ツェナダイオード３３２で生じる発熱を抑えることができ、結果として、取り付ける回路素子の小型化を図ることができる。
なお、ステップ４において、パルスのデューティ比が５０パーセントになった時、本例では充電電力の供給を終了するが、パルスのデューティ比が５０パーセントになった時から所定の期間が経過した後に、充電電力の供給を終了させてもよい。これにより、上記の容量調整をする時間をより確保することができるため、より各単電池１０の容量の均一化を図ることができる。
また、容量調整用の充電電力のレベルを、ステップ４の充電電力のレベルより低いレベルとして、予め設定してもよい。これにより、より消費電量を抑えつつ、ツェナダイオード３３２を利用した容量調整を行うことができる。
また本例の充電システムは、パルス信号のデューティ比＝５０パーセントを判定基準として、単電池１０の充電状態を検出するが、当該判定基準は、充電電力のレベルに応じて設定してもよい。すなわち、例えば充電電力のレベルが高い場合に、充電電力に含まれる脈動成分の振幅が大きくなるため、各単電池１０において、電圧のピーク値が、瞬時的に満充電電圧に達し易く、ツェナダイオード３３２で発熱が生じる。そのため、図２（ａ）のステップ１において、パルス信号のデューティ比が例えば３０パーセントの時に充電電力を一段階下げて、ステップ２へ遷移する。そして、同図のステップ２において、パルス信号のデューティ比が例えば４０パーセントの時に充電電力をさらに一段階下げて、ステップ２へ遷移する。これにより、脈動成分の振幅が高い時にツェナダイオード３３２で生じる発熱を抑制することができる。
また、図２（ａ）のステップ４において、パルス信号のデューティ比が５０パーセントになった時に充電電力の供給を終了するが、充電電力が最も低いレベルになった時から所定期間経過した後に、充電器２からの電力の供給を終了してもよい。これにより、組電池１に含まれる単電池１０の中で、一部の単電池１０に何らかの異常が生じ、充電電圧が上がらない場合に、当該所定の時間の経過後に充電を終了するため、正常な他の単電池１０を保護することができる。
また本例は、デューティ比が５０パーセントになる時、充電電力のレベルを制御するが、必ずしも５０パーセントにする必要はなく、例えば３０パーセントでもよい。また本例において、全てのステップ１〜４において、パルスのデューティ比を用いる必要はなく、例えばパルス信号の積分値に応じて充電電力を制御してもよい。
さらに本例では、デューティ比に応じて充電電圧を減少させる例について説明したが、所定のデューティ比に達したら、充電電圧を減少させることなく充電処理を停止してもよい。また、デューティ比に応じてツェナダイオード３３２に流れる電流の通電時間が短くなるような場合は、充電電圧を逆に増大させることもできる。
本例の抵抗３３１及びオペアンプ３４を含む回路が本発明の電流検出回路に相当し、セルコントローラ３１及びＭＰＵ３２が制御手段に相当する。
１…組電池
１０…単電池
２…充電器
２１…ＡＣ／ＤＣコンバータ
３…バッテリコントローラ
３１…セルコントローラ
３２…ＭＰＵ
３３…定電圧回路
３３１…抵抗
３３２…ツェナダイオード
３４…オペアンプ
４…ＡＣ電源

Claims (10)

  1. ＡＣ／ＤＣコンバータを有する充電器を介してＡＣ電源からの電力により充電される、一又は複数の単電池を含む組電池を監視する装置であって、
    前記一又は複数の単電池に並列に接続され、前記単電池に充電される充電電圧が所定の満充電電圧に達すると電流が流れるツェナダイオードと、
    前記ツェナダイオードに流れる電流を検出する電流検出手段と、
    前記電流検出手段により検出された電流の通電時間と、予め設定された所定時間との比較結果に応じて、前記充電器の充電電力を制御する制御手段と、を備える組電池の監視装置。
  2. 請求項１に記載の組電池の監視装置において、
    前記充電器は、前記ＡＣ／ＤＣコンバータからの出力電流を充電電流として前記組電池に供給する組電池の監視装置。
  3. 請求項１又は２に記載の組電池の監視装置において、
    前記電流検出回路は、前記電流の通電時間に対応するパルス信号を前記制御手段に送信し、
    前記制御手段は、前記パルス信号のデューティ比に応じて前記充電電力を制御する組電池の監視装置。
  4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の組電池の監視装置において、
    前記制御手段は、前記電流の通電時間が長くなるほど前記充電電力を減少させる組電池の監視装置。
  5. 請求項４に記載の組電池の監視装置において、
    前記組電池は、複数の単電池を含み、
    前記ツェナダイオードは、前記複数の単電池のそれぞれに接続され、
    前記電流検出回路は、前記ツェナダイオードに流れる電流をそれぞれ検出し、
    前記制御手段は、前記ツェナダイオードの全てに電流が流れるまで、最も低いレベルの充電電力で前記複数の単電池を充電する組電池の監視装置。
  6. 請求項４に記載の組電池の監視装置において、
    前記組電池は、複数の単電池を含み、
    前記ツェナダイオードは、前記複数の単電池のそれぞれに接続され、
    前記電流検出回路は、前記ツェナダイオードに流れる電流をそれぞれ検出し、
    前記制御手段は、前記ツェナダイオードの全てに電流が流れ、かつ所定時間が経過するまで、最も低いレベルの充電電力で前記複数の単電池を充電する組電池の監視装置。
  7. 請求項４〜６のいずれか一項に記載の組電池の監視装置において、
    前記制御手段は、前記充電電力のレベルに応じて、前記単電池の充電状態の判定基準を設定する組電池の監視装置。
  8. 請求項４〜７のいずれか一項に記載の組電池の監視装置において、
    前記制御手段は、最も低いレベルの充電電力で前記組電池を充電してから所定時間の経過後に前記充電器からの電力の供給を停止する組電池の監視装置。
  9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の監視装置と、
    ＡＣ／ＤＣコンバータを有する充電器を介してＡＣ電源からの電力により充電される、一又は複数の単電池を含む組電池と、を含む組電池システム。
  10. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の監視装置と、
    ＡＣ／ＤＣコンバータを有する充電器と、
    前記充電器を介してＡＣ電源からの電力により充電される、一又は複数の単電池を含む組電池と、を含む組電池システム。
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