JPH08140278A

JPH08140278A - 組電池の充放電保護装置

Info

Publication number: JPH08140278A
Application number: JP6277969A
Authority: JP
Inventors: Kazuma Okura; 一真大蔵; Yasutake Ishikawa; 泰毅石川; Yasuhiko Kitajima; 康彦北島; Yoshinori Yamamura; 吉典山村
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1994-11-11
Filing date: 1994-11-11
Publication date: 1996-05-31
Anticipated expiration: 2018-06-23
Also published as: JP3419115B2

Abstract

(57)【要約】【目的】過充電を防止しながら満充電以前でもバラツキ
を有効に解消でき、かつ充電効率を向上させた組電池の
充放電保護装置を提供する。【構成】二次電池のセルを複数個直列に接続した組電池
１と、各セルごとに充電終止電圧と同値およびそれより
も低い値の複数の基準電圧を切り換えて発生する基準電
圧発生手段４と、各セルごとにその端子電圧と基準電圧
とを比較する比較手段５と、各セルごとに並列に接続さ
れたスイッチング手段６と、組電池の充電時に、比較手
段の比較結果に基づいて端子電圧が基準電圧以上になっ
たセルのスイッチング手段をオンにし、全てのセルのス
イッチング手段がオンになるごとに各基準電圧発生手段
の発生する基準電圧を順次高い値に切り換え、基準電圧
が充電終止電圧に達した状態で、全ての端子電圧が基準
電圧以上になった場合に充電を終了するように制御する
制御手段８と、を備えた充放電保護装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数個の二次電池を直
列接続または直並列接続して用いる組電池の保護装置に
関し、特にリチウムイオン電池のような非水系電解質二
次電池の組電池に好適な保護装置に関する。

【０００２】

【従来技術】電気自動車等の動力源としては、二次電池
（単一の電池からなるセルまたは複数のセルからなるモ
ジュール）を必要な容量に相当する分だけ複数個直列ま
たは直並列に接続した組電池が用いられる。このような
組電池は、多数の電池（例えば電気自動車では１００〜
２５０セル程度）を用いているので、電池系の信頼性を
確保することが重要である。すなわち、組電池を構成し
ている電池のうちの何れかが過放電や過充電等によって
損傷し、その機能を喪失すると、全体の組電池が作動不
能になり、電気自動車が走行不能になってしまうおそれ
がある。さらに、このような組電池の場合には、放電容
量（放電可能な電気量）の減少程度が各電池によって異
なっている。例えば各電池間には製造バラツキがあり、
また組電池で使用した場合の温度分布が均一でない等の
理由により、自己放電量や充電受入率（充放電効率）に
差があるので、放電容量の減少程度が各電池によって異
なっている。そのためＤＯＤ（放電深度：全放電で１０
０％、満充電で０％）０％からの放電容量には各電池に
バラツキが生じ、それによって組電池としての放電容量
が減少する。すなわち、放電時には、放電容量の小さく
なった電池は早く放電終了して過放電状態となり、この
過放電になっている電池が他の電池の負荷となって、全
ての電池がＤＯＤ１００％にならないうちに電圧が低下
し、組電池としては放電終了になってしまう。また、電
池の放電末期には、内部抵抗が増大して内部発熱が大
きくなることによる劣化、電池系物質が不安定になる
ための劣化、局所的に大きな電流が流れることによる
劣化、等の原因で電池の劣化が進むので、上記の過放電
状態となった電池は、寿命の劣化の程度が大きくなる。

【０００３】一方、充電時には、放電時にＤＯＤ１００
％にならなかった電池が先にＤＯＤ０％に達して電圧が
上昇し、充電が終了してしまうが、放電時に過放電にな
った電池はＤＯＤ０％にならないままで充電が終了する
ので、ＤＯＤの差は広がり、各電池の放電容量の差も広
がる。したがって、充放電を繰り返すと、放電容量の小
さかった電池は常に充電不足になるので、バラツキが大
きくなって組電池全体としての放電容量が減少する。な
お、一般に二次電池の場合には、充電終止電圧を越えて
過充電したり、放電終止電圧を過ぎて過放電すると、寿
命が低下するが、特にリチウムイオン電池のような非水
系電解質二次電池の場合にはその傾向が強いので、組電
池中の１個でも充電終止電圧や放電終止電圧に達した場
合には、組電池としての充電、放電を終了する必要があ
る。上記のように、複数の二次電池を直列接続した組電
池においては、放電容量やＤＯＤがばらついて、組電池
全体としての放電容量が低下するという問題や特定の電
池が特に劣化するという問題があり、また、過放電や過
充電によって異常発熱するおそれもある。

【０００４】上記の問題に対処するための第１の従来例
としては、例えば、特開昭５１−８５４３７号公報に記
載されたものがある。この装置は、組電池を構成する各
電池の電圧のバラツキが大きくなると、充電電圧もしく
は充電電流を大きくして均等充電を行うものである。ま
た、第２の従来例としては、特開昭６１−２０６１７９
号公報に記載されたものがある。図７は、第２の従来例
の内容を示す回路図である。図７において、組電池１は
セル１ａと１ｂとが直列に接続（実際には多数のセルが
直列接続されているが、２個のみを示す）されたもので
あり、それぞれのセルにツェナダイオードＺＤ１、ＺＤ
２が並列に接続されている。そしてこれらのツェナダイ
オードＺＤ１、ＺＤ２のツェナ電圧は、セルの充電終止
電圧（例えばリチウムイオン電池の場合には４Ｖ程度）
に設定されている。この回路においては、充電が進んで
セルの端子電圧が上昇し、それが充電終止電圧に達した
ものについては、並列に接続されたツェナダイオードが
導通して充電電流をバイパスするので、それ以上充電が
行なわれず、端子電圧が充電終止電圧に達しないセルは
充電が継続される。そのため、各セルがそれぞれ満充電
となるまで充電が行なわれ、バラツキを減少させること
が出来る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、第１の従来例
に記載の方法は、鉛−酸二次電池の場合には各電池を満
充電にすることが出来るが、リチウム電池のような非水
系電解質二次電池の場合には、第１の従来例のように過
電圧を印加すると、前記のごとく電池の寿命に重大な悪
影響を及ぼすという問題がある。また、第２の従来例で
は、満充電になった電池の充電電流をバイパスするもの
であるため、次のごとき問題がある。すなわち、充電時
には常に満充電になるまで充電するとは限らず、途中で
充電を終了する場合も多いが、上記従来例では、満充電
にならなければバラツキ解消機能が働かないので、各電
池のバラツキを常に解消することは困難である。また、
先に満充電になった電池の充電電流はツェナダイオード
を介して無駄に流れることになるので、充電時の電力が
無駄になり、充電効率が悪化するという問題もある。

【０００６】図８は、上記の第２の従来例における充電
時のセルの端子電圧を示す特性図である。図８におい
て、実線Ａはセル１ａの特性曲線、破線Ｂはセル１ｂの
特性曲線である。なお、この場合には、セル１ｂの方が
先に充電終止電圧Ｖ₀に到達する場合を示している。図
８に示すように、各セルの放電容量等の特性の差によっ
て充電終止電圧に達する時点は異なっており、先に充電
終止電圧に達したセル１ｂでは、遅れているセル１ａが
充電終止電圧に達する時点までの時間ｔ₀の間、並列接
続されたツェナダイオードＺＤ２を通って充電電流が流
れ、この間の電力（充電終止電圧×充電電流×時間
ｔ₀）が無駄に消費されることになる。特に、電気自動
車のように１００〜２５０セル程度の多数のセルを有す
るシステムにおいては、上記の無駄に消費される電力は
無視出来ない程度に大きなものとなる。また、図８の特
性から判るように、実線Ａと破線Ｂとが一致するのは両
方のセルが充電終止電圧に達した場合、すなわち両者が
満充電になるまで充電した場合のみであり、途中で充電
を終了した場合には、実線と破線との差に応じたバラツ
キが生じることになる。上記のように、従来技術におい
ては、満充電まで充電しなければバラツキを解消するこ
とができず、また、無駄に消費される電力が多くて充電
の効率が悪い、という問題があった。

【０００７】本発明は、上記のごとき従来技術の問題を
解決するためになされたものであり、過充電を防止しな
がら満充電以前でもバラツキを有効に解消することがで
き、かつ充電効率を向上させた組電池の充放電保護装置
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。すなわち、請求項１に記載の発明にお
いては、二次電池のセルを複数個直列または直並列に接
続した組電池と、上記各セルごとに、充電終止電圧と同
値およびそれよりも低い値の複数の基準電圧を下記制御
手段の制御に応じて切り換えて発生する基準電圧発生手
段と、上記各セルごとに、その端子電圧と上記基準電圧
とを比較する比較手段と、上記各セルごとに並列に接続
されたスイッチング手段と、上記組電池の充電時に、上
記比較手段の比較結果に基づいて上記端子電圧が上記基
準電圧以上になったセルの上記スイッチング手段をオン
にし、全てのセルの上記スイッチング手段がオンになる
ごとに、上記各基準電圧発生手段の発生する基準電圧を
順次高い値に切り換え、基準電圧が上記充電終止電圧に
達した状態で、全ての上記端子電圧が上記基準電圧以上
になった場合に充電を終了するように制御する制御手段
と、を備えるように構成している。なお、上記の構成
は、例えば後記図１の実施例に相当し、上記基準電圧発
生手段は、各セルの一方の端子電位（例えばマイナス端
子電位）を基準としてその値から所定の電位差を有する
各基準電圧を発生するものである。

【０００９】また、請求項２に記載の発明においては、
二次電池の複数のセルからなるモジュールを、複数個直
列または直並列に接続した組電池と、上記各セルごと
に、充電終止電圧と同値およびそれよりも低い値の複数
の基準電圧を下記制御手段の制御に応じて切り換えて発
生する基準電圧発生手段と、上記各セルごとに、その端
子電圧と上記基準電圧とを比較する比較手段と、上記各
モジュールごとに並列に接続されたスイッチング手段
と、上記組電池の充電時に、上記比較手段の比較結果に
基づいて上記端子電圧が上記基準電圧以上になったセル
を含むモジュールの上記スイッチング手段をオンにし、
全てのモジュールの上記スイッチング手段がオンになる
ごとに、上記各基準電圧発生手段の発生する基準電圧を
順次高い値に切り換え、基準電圧が上記充電終止電圧に
達した状態で、全ての上記端子電圧が上記基準電圧以上
になった場合に充電を終了するように制御する制御手段
と、を備えるように構成している。なお、上記の構成
は、例えば後記図４の実施例に相当する。

【００１０】また、請求項３に記載のように、上記制御
手段は、基準電圧が上記充電終止電圧に達した状態で、
全ての上記端子電圧が上記基準電圧以上になった場合
に、充電電流をそれまでよりも低い値に切り換えて充電
を継続し、その状態で全ての上記端子電圧が上記基準電
圧以上になった場合に充電を終了するように制御するも
のである。なお、上記の構成は、例えば後記図３のフロ
ーチャートに示す実施例に相当する。また、請求項４に
記載のように、上記制御手段は、充電開始時における上
記基準電圧の初期値を、その時点における各セルの端子
電圧のうち最も高い電圧よりも高い値に設定するもので
ある。また、請求項５に記載の発明においては、上記基
準電圧発生手段は、放電終止電圧をも上記基準電圧とし
て発生可能なものであり、上記制御手段は、組電池の放
電時に、上記基準電圧を放電終止電圧に設定させるもの
であり、かつ、組電池の放電時には上記各スイッチング
手段をオフ状態に保つオフ保持手段と、上記比較手段の
比較結果に基づいて上記各セルのうちの少なくとも一つ
の端子電圧が上記放電終止電圧以下になった場合に警報
を発生する警報手段と、を備えている。また、請求項６
に記載のように、上記二次電池は、非水系電解質二次電
池である。ただし、本発明は、鉛−酸蓄電池のような他
の形式の二次電池にも適用することが出来る。

【００１１】

【作用】請求項１に記載の発明は、各セルごとに、充電
終止電圧よりも低い基準電圧を設定し、各セルの端子電
圧がその基準電圧に達した場合に並列のスイッチング手
段をオンにして充電電流をバイパスさせ、全てのセルの
スイッチング手段がオンになるごとに、基準電圧を順次
高い値に切り換える。そして基準電圧が充電終止電圧に
達した状態で、全ての端子電圧が基準電圧（この場合は
充電終止電圧）以上になった場合に充電を終了するもの
である。上記のように、請求項１の発明においては、多
段階に設けられた基準電圧ごとに各セルが均等になるま
で充電されるので、満充電にならない場合でも有効にバ
ラツキを解消することが出来る。また、充電終止電圧よ
りも低い電圧で段階的にスイッチング手段がオンになる
ので、バイパスされて無駄に消費される電力を減少さ
せ、充電効率を向上させることが出来る。

【００１２】また、請求項２の発明は、スイッチング手
段を各モジュールごとに設けるように構成したものであ
り、これによって回路構成を簡略化することが出来る。
また、請求項３の発明は、基準電圧が充電終止電圧に達
した状態で、全ての端子電圧が基準電圧以上になった場
合、すなわち充電終期に充電電流を減少させて充電を継
続するように構成したものであり、これにより、電池の
内部抵抗による電圧降下分を小さくして誤差を減少さ
せ、各セルをさらに均等に充電することが出来る。

【００１３】また、請求項４の発明は、充電開始時にお
ける基準電圧の初期値を、その時点における各セルの端
子電圧のうち最も高い電圧よりも高い値に設定するよう
に構成したものであり、これにより、充電開始時に基準
電圧よりも端子電圧の高かったセルの電力がスイッチン
グ手段を介して放電するのを防止することが出来る。ま
た、請求項５の発明は、放電終止電圧以下になったセル
が生じた場合に警報を発生するように構成したものであ
り、これによって過放電を防止することが出来る。ま
た、請求項６に記載のように、本発明は、リチウムイオ
ン電池のような非水系電解質二次電池に特に好適であ
る。前記のごとく、非水系電解質二次電池は過充電、過
放電によって寿命劣化を生じやすいので、本発明による
効果が大きい。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明
する。図１は本発明の第１の実施例図である。図１にお
いて、１は組電池であり、複数のセル１ａ〜１ｎを直列
に接続したものである。なお、直並列に接続したもので
もよい。また、２は負荷制御装置であり、組電池１の電
力で負荷３を駆動する際の電力供給を制御するものであ
る。例えば、負荷制御装置２は電気自動車における直流
−交流変換用コンバータと制御用コンピュータからなる
回路であり、負荷３は電気自動車駆動用モータである。
なお、上記の負荷制御装置２と負荷３の部分は組電池の
出力（放電）回路であり、以下に記載する４以降の部分
が本実施例の充放電保護装置の部分である。４は充電終
止電圧と同値およびそれよりも低い値の複数の基準電圧
を発生する基準電圧設定部である。この基準電圧発生部
４は、各セルのマイナス端子の電位を基準としてその電
位から所定の電位差の基準電圧を発生するものであり、
充電制御部８から与えられる指令信号Ｓ１に応じて、発
生する基準電圧の値を順次切り換える。５は各セルの端
子電圧と基準電圧とを比較する比較部、６はスイッチン
グ手段となるトランジスタ、７は短絡防止用の抵抗、８
は充電制御部である。また、上記の基準電圧発生部４、
比較部５、トランジスタ６および抵抗７の部分は、各符
号に設けた添字ａ〜ｎに示すように、各セルごとに設け
られている。

【００１５】次に、作用を説明する。図２は、本実施例
の処理を示すフローチャートである。なお、このフロー
は、図１の組電池１がセル１ａと１ｎとのセル２個の直
列回路である場合を例示している。また、基準電圧発生
部４が発生する基準電圧は、低い方から順にＶ₁＜Ｖ₂＜
Ｖ₀（充電終止電圧）の３段階の場合を示している。図
２において、まず、Ｐ１では、充電制御部８からの指令
信号Ｓ１に応じて、各基準電圧発生部４の基準電圧を最
も低い値Ｖ₁に設定する。次に、Ｐ２では、この状態で
充電を開始する。次に、Ｐ３では、比較部５ａからの信
号Ｓａと比較部５ｎからの信号Ｓｎが共に出力されたか
否かを判断する。なお、比較部５ａでは、セル１ａの端
子電圧Ｖaと基準電圧Ｖ₁とを比較し、Ｖa≧Ｖ₁になると
“１”の信号Ｓａを出力する。同様に、比較部５ｎで
は、セル１ｎの端子電圧Ｖｎと基準電圧Ｖ₁とを比較
し、Ｖｎ≧Ｖ₁になると“１”の信号Ｓｎを出力する。
そして信号Ｓａが“１”になるとトランジスタ６ａがオ
ンになり、充電電流はトランジスタ６ａと抵抗７ａとの
バイパス回路を介して流れる。４ｎ〜７ｎの経路でも同
様である。Ｐ３で“ＹＥＳ”（信号ＳａとＳｎが共に
１）になった場合、すなわち、全てのセルの端子電圧が
基準電圧Ｖ₁に到達した場合には、Ｐ４で、基準電圧を
Ｖ₂に設定する。この場合、Ｖ₂＞Ｖ₁であるため、信号
ＳａとＳｎは共に“０”になり、トランジスタ６ａと６
ｎはオフになって二つのセル１ａ、１ｎに充電が再開さ
れる。次に、Ｐ５では、上記Ｐ３と同様の判断を行な
い、信号ＳａとＳｎが共に“１”になると、基準電圧を
充電終止電圧Ｖ₀に設定する。次に、Ｐ７では、上記Ｐ
３と同様の判断を行ない、信号ＳａとＳｎが共に“１”
の場合、すなわち、全てのセルの端子電圧が充電終止電
圧に達した場合に、充電を終了する。

【００１６】図６は、上記の動作における充電時のセル
の端子電圧を示す特性図である。図６において、実線Ａ
はセル１ａの特性曲線、破線Ｃはセル１ｎの特性曲線で
ある。なお、この場合には、セル１ｎの方が先に端子電
圧が上昇する場合を示している。図６に示すように、Ｖ
ｎ≧Ｖ₁になると、トランジスタ６ｎがオンになるの
で、セル１ｎの端子電圧はＶ₁に制限され、セル１ａの
端子電圧がＶa＝Ｖ₁になるまで、その状態を継続する。
したがって、Ｖa＝Ｖ₁になった時点ではセル１ａと１ｎ
の充電量は均等化され、バラツキが解消される。次に、
基準電圧がＶ₂で変更された後も、同様に制御され、遅
れて上昇するセル１ａの端子電圧がＶa＝Ｖ₂に達した時
点で、再びセル１ａと１ｎの充電量は均等化され、バラ
ツキが解消される。同様にして、基準電圧が充電終止電
圧Ｖ₀に設定され、全てのセルの端子電圧が充電終止電
圧Ｖ₀に到達した時点で、セル１ａと１ｎの充電量は均
等化され、バラツキが解消されると共に、充電が終了す
る。

【００１７】上記のように、本実施例においては、各基
準電圧ごとに各セルの充電量が均等化されるので、満充
電まで充電しないで途中で充電を終了した場合でも、バ
ラツキを有効に解消することが出来る。また、各基準電
圧ごとに段階的に各セルの端子電圧を均等化しているの
で、実線Ａと破線Ｃの特性は非常に近接したものとな
り、セル１ｎ側でバイパス回路に電流が流れる時間の合
計ｔ₁＋ｔ₂＋ｔ₃は、前記図８に示した実施例の特性に
おける時間ｔ₀よりも短くなるが、仮にｔ₁＋ｔ₂＋ｔ₃＝
ｔ₀であったとしても、充電終止電圧Ｖ₀よりも低い電圧
Ｖ₁とＶ₂での電力消費となるので、無駄に消費する電力
は従来例よりも減少する。すなわち、定電流充電におけ
る充電電流をＩとすれば、本実施例におけるバイパス回
路で消費される電力Ｗ１と従来例での電力Ｗ２は、下記
のようになる。Ｗ１＝ＩＶ₁ｔ₁＋ＩＶ₂ｔ₂＋ＩＶ₀ｔ₃＝Ｉ（Ｖ₁ｔ₁＋Ｖ₂ｔ₂＋Ｖ₀ｔ₃）Ｗ２＝ＩＶ₀ｔ₀ そして、Ｖ₁＜Ｖ₂＜Ｖ₀であるから、Ｗ１＝Ｉ（Ｖ₁ｔ₁＋Ｖ₂ｔ₂＋Ｖ₀ｔ₃）＜Ｉ（Ｖ₀ｔ₁＋Ｖ₀ｔ₂＋Ｖ₀ｔ₃）＝ＩＶ₀（ｔ₁＋ｔ₂＋ｔ₃）となる。この場合、ｔ₁＋ｔ₂＋ｔ₃＝ｔ₀と仮定している
ので、ＩＶ₀（ｔ₁＋ｔ₂＋ｔ₃）＝ＩＶ₀ｔ₀＝Ｗ２となり、したがってＷ１＝Ｉ（Ｖ₁ｔ₁＋Ｖ₂ｔ₂＋Ｖ₀ｔ₃）＜ＩＶ₀ｔ₀＝Ｗ２となるので、Ｗ１＜Ｗ２となることが判る。なお、上記
の実施例においては、セル２個の場合について説明した
が、例えば電気自動車のように、１００〜２５０個もの
多数のセルを有するシステムにおいては、上記の節約で
きる電力は非常に大きな値となる。また、上記の説明で
は、基準電圧をＶ₁、Ｖ₂、Ｖ₀の３段階に変化させる場
合を示したが、さらに多段に切り換えれば、より一層の
バラツキ解消と電力節減効果が得られる。

【００１８】なお、充電開始時に、基準電圧よりも高い
端子電圧のセルが存在すると、そのセルに接続されたト
ランジスタ６がオンになり、そのセルの端子電圧が基準
電圧に低下するまで放電してしまう。このような事態を
避けるには、充電開始時における基準電圧の初期値を、
各セルのうち最も高い端子電圧よりも高い値に設定する
必要がある。そのため、充電開始以前に各比較部５で各
セルの端子電圧と適宜設定した基準電圧とを比較し、逐
次基準電圧を高い方に切り換える等の処理を行なうこと
により、最も高い端子電圧よりも高い基準電圧を選択し
てそれを基準電圧の初期値とする。このように構成する
ことにより、基準電圧よりも高い端子電圧のセルの電力
がバイパス回路を介して放電するのを防止することが出
来る。また、充電終了後や放電時（負荷駆動時）におい
ては、基準電圧設定部４の基準電圧を高い値（例えば充
電終止電圧Ｖ₀）に設定し、バイパス回路のトランジス
タ６がオンになることのないように制御する。

【００１９】次に、図３は本発明の第２の実施例の処理
内容を示すフローチャートである。なお、構成図は前記
図１と同様である。この実施例は、セルの内部抵抗によ
る電圧降下分を考慮した制御を行なうものである。すな
わち、電池の内部抵抗による電圧降下のため、充電時に
おけるセルの端子電圧とセルの開放電圧には差が生じる
ので、端子電圧を基準として充電制御を行なった場合に
は各セルの内部抵抗に応じた誤差が生じる。しかし、内
部抵抗は個別差および経時変化があるため、正確に測定
することはかなり困難である。そのため、本実施例にお
いては、全てのセルの端子電圧が充電終止電圧に達した
後は、充電電流を小にすることによって内部抵抗による
電圧降下を小さくし、上記の誤差を減少させるようにし
たものである。

【００２０】図３において、まず、Ｐ１１では、基準電
圧を低い値Ｖ₁に設定し、Ｐ１２で充電電流を標準値
（大）に設定して充電を開始する。次に、Ｐ１３〜Ｐ１
６では、前記図２のＰ３〜Ｐ７と同様に、全てのセルの
端子電圧がその時の基準電圧に到達したか否かを判断し
て順次基準値を切り上げて充電を行なう。そしてＰ１６
で“ＹＥＳ”になると、すなわち全てのセルの端子電圧
が充電終止電圧Ｖ₀に到達すると、Ｐ１７で充電電流を
前記の標準値よりも小さな値に設定する。充電電流を小
さくすると、内部抵抗による電圧降下分が低下するため
端子電圧が低下して充電終止電圧Ｖ₀以下になるため、
各セルのバイパス回路はオフになり、充電が再開され
る。次に、Ｐ１８では、上記の低充電電流の状態で再び
全てのセルの端子電圧が充電終止電圧Ｖ₀に到達したか
否かを判断し、“ＹＥＳ”になった場合に充電を終了す
る。

【００２１】上記のように本実施例においては、充電電
流が大の状態で全てのセルの端子電圧が充電終止電圧Ｖ
₀に到達すると、充電電流を減少させて充電を継続する
ので、電池の内部抵抗による電圧降下分を小さくし、そ
れによる誤差を減少させ、各セルをさらに均等に充電す
ることが出来る。なお、Ｐ１６以後のフローを繰返し、
充電電流を段階的に順次減少させるように構成すれば、
さらに正確な充電制御を行なうことが出来る。

【００２２】次に、図４は、本発明の第３の実施例図で
ある。この実施例は、本発明を、複数のセルからなるモ
ジュールを複数個接続した組電池に適用したものであ
る。例えば、電気自動車のように、１００個程度の多数
のセルを用いる場合には、数個のセルを一つのモジュー
ルとし、それを複数個接続して組電池を構成する場合が
ある。このようなモジュールは、それを構成する各セル
の特性（容量や内部抵抗のバラツキ）が比較的均一にな
るようなセルを選別して構成される。したがって、各モ
ジュール内のセルは、特性がほぼ均一であるとして保護
装置の構成を簡略化することが出来る。図４において、
組電池１は、複数のモジュール１Ａ〜１Ｎからなり、ま
た、各モジュール１Ａ〜１Ｎは、それぞれ２個のセル
（例えば１Ａａと１Ａｂ）から構成されている。また、
基準電圧設定部（例えば４Ａａ、４Ａｂ）と比較部（例
えば５Ａａ、５Ａｂ）は各セルごとに設けられ、一つの
モジュール内の各比較部の出力がオア回路１０を介して
トランジスタ６に与えられると共に充電制御部８に送ら
れるようになっている。また、トランジスタ６と抵抗７
からなるバイパス回路は、各モジュールごとに１個設け
られている。その他の構成は、前記図１と同様である。

【００２３】次に、作用を説明する。例えば、モジュー
ル１Ａにおいては、セル１Ａａの端子電圧と基準電圧設
定部４Ａａの基準電圧が比較部５Ａａで比較され、セル
１Ａｂの端子電圧と基準電圧設定部４Ａｂの基準電圧が
比較部５Ａｂで比較される。そして両比較部の信号はオ
ア回路１０ａを介して信号Ｓａとなり、トランジスタ６
ａと充電制御部８へ送られる。したがって、セル１Ａａ
か１Ａｂの少なくとも一方の端子電圧が基準電圧以上に
なると、トランジスタ６ａがオンになってモジュール１
Ａ全体に並列にバイパス回路が接続され、モジュール１
Ａの充電が停止される。他のモジュールにおいても、上
記と同様に制御され、各モジュール内のいずれか１個の
セルの端子電圧が基準電圧に達すると、そのモジュール
全体の充電が停止される。そして全てのモジュールの信
号Ｓａ〜Ｓｎが出力されると、前記図３で説明したのと
同様に基準電圧が１段階高い値に設定され、同様の制御
が行なわれ、基準電圧が最も高い充電終止電圧に達した
後に全てのモジュールの信号Ｓａ〜Ｓｎが出力される
と、充電が終了する。

【００２４】本実施例においては、各モジュール内のセ
ルは、その特性が比較的均一なものとしているので、各
モジュールごとにバイパス回路を制御しても、各モジュ
ール内の各セルにはほぼ均等の充電を行なうことが出来
るので支障は生じない。このように構成することによ
り、バイパス回路のトランジスタと抵抗の個数が、前記
図１ではセル数と同数だけ必要であったのに対し、本実
施例ではモジュール数と同数で済むことになる。図４に
おいては、各モジュールを２個のセルで構成した例を示
したが、例えば１モジュールを６個のセルで構成する場
合には、バイパス回路のトランジスタと抵抗の個数を１
／６に減少させることが出来、全体の構成を大幅に簡略
化することが出来る。また、各セルの特性がさらに均一
なものを選別してモジュールを構成した場合には、前記
図１の各セルの代わりに各モジュールを設ける構成、す
なわち、基準電圧設定部４、比較部５、トランジスタ６
および抵抗７の回路を各モジュールごとに１個設ける構
成でも可能であり、このような場合には全体の構成をさ
らに簡略化することが出来る。なお、前記図４で説明し
たように、充電電流が大の状態で全てのセルの端子電圧
が充電終止電圧Ｖ₀に到達すると、充電電流を減少させ
て充電を継続する制御を本実施例に適用することも勿論
できる。

【００２５】次に、図５は、本発明の第４の実施例図で
ある。図５において、９ａ〜９ｎはアンド回路、Ｓ２は
放電信号であり、その他、図１と同符号は同一物を示
す。以下、作用を説明する。放電時には、充電制御部８
から“０”の放電信号を各アンド回路９ａ〜９ｎに送
る。そのため、各アンド回路９ａ〜９ｎの出力は、放電
時には常に“０”となるので、バイパス回路のトランジ
スタがオンになることはなく、各セルの電力がバイパス
回路を経由して放電するおそれが無くなる。また、放電
時には、充電制御部８からの指令信号Ｓ１に応じて、各
基準電圧設定部４ａ〜４ｎは、基準電圧として放電終止
電圧Ｖｄを発生する。なお、当然のことながら、放電終
止電圧Ｖｄ＜Ｖ₁＜Ｖ₂＜充電終止電圧Ｖ₀である。基準
電圧を放電終止電圧Ｖｄに設定した場合には、一般に、
各セルの端子電圧は放電終止電圧Ｖｄよりも高いので、
各比較部５ａ〜５ｎの出力信号Ｓａ〜Ｓｎは“１”にな
っている。上記の状態で放電を継続し、いずれかのセル
の端子電圧が放電終止電圧Ｖｄよりも低くなると、その
セルに接続された比較部の出力信号は“０”になる。放
電時に出力信号Ｓａ〜Ｓｎの少なくとも１個が“０”に
なった場合には、充電制御部８は警報装置１１に信号を
送って警報を発生させ、電圧が放電終止電圧Ｖｄ未満に
低下した電池が発生したことを警報する。或いは、充電
制御部８から負荷制御装置２に信号を送り、負荷を遮断
する等の制御を行なうように構成してもよい。

【００２６】上記のように、本実施例においては、放電
終止電圧Ｖｄ未満に低下した電池が発生した場合に警報
を発したり、負荷を遮断するように構成したことによ
り、電池の過放電を防止することが出来る。また、前記
図１の実施例で説明した基準電圧の初期値設定時などの
ように、基準電圧と端子電圧との関係に関わらずにバイ
パス回路のトランジスタ６をオフ状態に保ちたい場合に
は、放電信号Ｓ２を“０”にすることにより、任意にト
ランジスタ６をオフ状態に保つことが出来る。なお、上
記の構成を図３の実施例に組み合わせることも勿論可能
である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したごとく、請求項１に記載の
発明においては、充電終止電圧よりも低い基準電圧ごと
に多段階に各セルが均等になるまで充電されるので、満
充電にならない場合でも有効にバラツキを解消すること
が出来る。また、充電終止電圧よりも低い電圧で段階的
にバイパス回路がオンになるので、無駄に消費される電
力を減少させて充電効率を向上させることが出来る、と
いう効果が得られる。また、請求項２に記載の発明にお
いては、上記の効果に加えて、バイパス回路を各モジュ
ールごとに設けることにより、回路構成を簡略化するこ
とが出来る。また、請求項３に記載の発明においては、
上記の効果に加えて、充電終期に充電電流を減少させ、
電池の内部抵抗による電圧降下分を小さくすることによ
って誤差を減少させ、各セルをさらに均等に充電するこ
とが出来る。また、請求項４に記載の発明においては、
充電開始時における基準電圧の初期値を、その時点にお
ける各セルの端子電圧のうち最も高い電圧よりも高い値
に設定することにより、充電開始時に基準電圧よりも端
子電圧の高かったセルの電力がスイッチング手段を介し
て放電するのを防止することが出来る。また、請求項５
に記載の発明においては、上記の効果に加えて、放電終
止電圧以下になったセルが生じた場合に警報を発生する
ことにより、過放電を防止することが出来る。なお、本
発明は全ての種類の二次電池からなる組電池に適用でき
るが、請求項６に記載のごとく、過充電過放電に特に注
意の必要とされるリチウムイオン電池等の非水系電解質
二次電池に特に適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のブロック図。

【図２】本発明の第１の実施例の処理内容を示すフロー
チャート。

【図３】本発明の第２の実施例の処理内容を示すフロー
チャート。

【図４】本発明の第３の実施例のブロック図。

【図５】本発明の第４の実施例のブロック図。

【図６】第１の実施例における充電時の端子電圧変化を
示す特性図。

【図７】従来例の回路図。

【図８】従来例における充電時の端子電圧変化を示す特
性図。

【符号の説明】

１…組電池５…比較部１ａ〜１ｎ…セル６…トラン
ジスタ１Ａ〜１Ｎ…モジュール７…抵抗
１Ａａ、１Ａｂ〜１Ｎａ、１Ｎｂ…セル８…充
電制御部２…負荷制御装置９…アンド回路３…負荷１０…オア回路４…基準電圧設定部１１…警報装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山村吉典神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二次電池のセルを複数個直列または直並列
に接続した組電池と、上記各セルごとに、充電終止電圧と同値およびそれより
も低い値の複数の基準電圧を下記制御手段の制御に応じ
て切り換えて発生する基準電圧発生手段と、上記各セルごとに、その端子電圧と上記基準電圧とを比
較する比較手段と、上記各セルごとに並列に接続されたスイッチング手段
と、上記組電池の充電時に、上記比較手段の比較結果に基づ
いて上記端子電圧が上記基準電圧以上になったセルの上
記スイッチング手段をオンにし、全てのセルの上記スイ
ッチング手段がオンになるごとに、上記各基準電圧発生
手段の発生する基準電圧を順次高い値に切り換え、基準
電圧が上記充電終止電圧に達した状態で、全ての上記端
子電圧が上記基準電圧以上になった場合に充電を終了す
るように制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする組電池の充放電保護装置。
【請求項２】二次電池の複数のセルからなるモジュール
を、複数個直列または直並列に接続した組電池と、上記各セルごとに、充電終止電圧と同値およびそれより
も低い値の複数の基準電圧を下記制御手段の制御に応じ
て切り換えて発生する基準電圧発生手段と、上記各セルごとに、その端子電圧と上記基準電圧とを比
較する比較手段と、上記各モジュールごとに並列に接続されたスイッチング
手段と、上記組電池の充電時に、上記比較手段の比較結果に基づ
いて上記端子電圧が上記基準電圧以上になったセルを含
むモジュールの上記スイッチング手段をオンにし、全て
のモジュールの上記スイッチング手段がオンになるごと
に、上記各基準電圧発生手段の発生する基準電圧を順次
高い値に切り換え、基準電圧が上記充電終止電圧に達し
た状態で、全ての上記端子電圧が上記基準電圧以上にな
った場合に充電を終了するように制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする組電池の充電放保護装置。
【請求項３】上記制御手段は、基準電圧が上記充電終止
電圧に達した状態で、全ての上記端子電圧が上記基準電
圧以上になった場合に、充電電流をそれまでよりも低い
値に切り換えて充電を継続し、その状態で全ての上記端
子電圧が上記基準電圧以上になった場合に充電を終了す
るように制御するものである、ことを特徴とする請求項
１または請求項２に記載の組電池の充放電保護装置。
【請求項４】上記制御手段は、充電開始時における上記
基準電圧の初期値を、その時点における各セルの端子電
圧のうち最も高い電圧よりも高い値に設定するものであ
る、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか
に記載の組電池の充放電保護装置。
【請求項５】上記基準電圧発生手段は、放電終止電圧を
も上記基準電圧として発生可能なものであり、上記制御手段は、組電池の放電時に、上記基準電圧を放
電終止電圧に設定させるものであり、かつ、組電池の放電時には上記各スイッチング手段をオ
フ状態に保つオフ保持手段と、上記比較手段の比較結果
に基づいて上記各セルのうちの少なくとも一つの端子電
圧が上記放電終止電圧以下になった場合に警報を発生す
る警報手段と、を備えたことを特徴とする請求項１乃至
請求項４のいずれかに記載の組電池の充放電保護装置。
【請求項６】上記二次電池は、非水系電解質二次電池で
あることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか
に記載の組電池の充放電保護装置。