JPH0819188A

JPH0819188A - 組電池の充電装置

Info

Publication number: JPH0819188A
Application number: JP6147728A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Fukuyama; 雄一福山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1994-06-29
Filing date: 1994-06-29
Publication date: 1996-01-19
Anticipated expiration: 2017-04-30
Also published as: JP3279071B2

Abstract

(57)【要約】【目的】満充電を行わない場合でも各電池間のバラツキ
を減少させ、かつ大容量のＦＥＴやヒートシンクを用い
ることなく、各電池間のバラツキを減少させる組電池の
充電装置を提供する。【構成】抵抗２ａ〜２ｎとトランジスタ３ａ〜３ｎとの
直列回路からなり、組電池１の各電池１ａ〜１ｎにそれ
ぞれ並列に接続されたバイパス回路と、充電回路７と、
上記各電池の電圧を検出する電圧センサ４ａ〜４ｎと、
該電圧センサで検出した充電時における各電池の電圧の
うち、最も低い電圧と他の各電池の電圧とを比較し、そ
の電圧差が第１の所定値を越えた電池については、上記
バイパス回路を導通させ、上記の電圧差が上記第１の所
定値より低い第２の所定値以下になった場合には上記バ
イパス回路を遮断させるように制御する制御装置５と、
を備えた組電池の充電装置。

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
列接続して用いる組電池の充電装置に関し、特に密閉化
反応のないリチウム二次電池のような非水系二次電池の
組電池に好適な充電装置に関する。

【０００２】

【従来技術】電気自動車等においては、複数個の二次電
池を直列に接続した組電池が用いられる。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１００％、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。一方、充電時には、放電時にＤＯＤ１
００％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、特にリチウム電池のような非水
系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があった。

【０００３】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。この装置は、組電池を
構成する各電池に並列にバイパス回路を接続し、満充電
になった電池はバイパス回路を導通させて充電電流を低
下させ、充電終了していない電池は充電を継続すること
によってバラツキを減少させるものである。また、第３
の従来例としては、特開平５−６４３７７号公報に記載
されたものがある。この従来例には、組電池を構成する
各電池のうち、１個でも満充電に達したら充電を停止さ
せるもの、および満充電に達した電池は充電電流をバイ
パスさせる回路を設けるものが記載されている。図６
は、上記のごとく満充電（充電終止電圧）に達した電池
のバイパス回路をを作動させる場合における電池電圧Ｖ
b、電池を流れる電流Ｉb、バイパス回路を流れる電流Ｉ
bpの変化を示す特性図である。図６に示すように、充電
開始から時点ｔ₁までは、バイパス回路をオフにし、充
電回路の電流をそのまま電池電流Ｉbとする。そして充
電によって電池電圧Ｖbが次第に上昇し、充電終止電圧
に達した時点ｔ₁でバイパス回路を作動させる。それ以
後は、電池電圧Ｖbが充電終止電圧を越えないようにバ
イパス回路を流れる電流Ｉbpを次第に増加させ、電池電
流Ｉbを次第に減少させる。時点ｔ₂では充電電流が０に
なっている。上記のように、満充電（充電終止電圧）に
達した電池については、バイパス回路を作動させて充電
電流を減少させ、他の満充電に達しない電池については
通常の充電を継続することにより、バラツキを解消する
ことが出来る。

【０００４】

【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有効である
が、リチウム電池のような非水系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の従来例および第３の従来例では、共に
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、電気
自動車のような大きな電力を取り扱う場合には、簡単な
定電圧ダイオードは電力的に使用が困難であるため、上
記のバイパス回路としては、抵抗とスイッチング素子
（ＦＥＴなど）との直列回路を各電池に並列に接続する
方法が用いられる。しかし、前記図６の特性のように、
バイパス回路を流れる電流を制御する場合、スイッチン
グ素子をアナログ的に制御してバイパス電流を可変にす
る方法では、ＦＥＴの電力損失が大きくなり、大容量の
ＦＥＴとヒートシンクが必要になるという問題が生じる
ので、ＦＥＴのオン−オフ時間をデューティ制御するＰ
ＷＭ制御方式を採用することが望ましい。しかし、電池
の場合には、その内部抵抗のため、バイパス回路をオフ
にしたときの電池電圧とオンにしたときの電池電圧とが
異なっているので、上記第２、第３の従来例のように満
充電になったものについてバイパス回路を作動させる
と、ＦＥＴをオン−オフ制御する際に、オフ時には印加
電圧が規定電圧よりも高くなり、電池の寿命に悪影響を
及ぼすという問題があった。

【０００５】本発明は、上記のような従来技術の問題を
解決するためになされたものであり、第１の目的は、満
充電を行わない場合でも各電池のバラツキを有効に減少
させることが出来る組電池の充電装置を提供することで
あり、第２の目的は、大容量のＦＥＴやヒートシンクを
用いることなく、組電池を構成する各電池のバラツキを
有効に減少させることが出来る組電池の充電装置を提供
することである。

【０００６】

【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、複数の二次電池を直列に接続した組電池を充電
する装置において、抵抗とスイッチング素子との直列回
路からなり、上記組電池の各電池にそれぞれ並列に接続
されたバイパス回路と、上記組電池の各電池の電圧を検
出する電圧検出手段と、上記電圧検出手段で検出した充
電時における各電池の電圧のうち、最も低い電圧と他の
各電池の電圧とを比較し、その電圧差が第１の所定値を
越えた電池については、上記バイパス回路を導通させ、
上記の電圧差が上記第１の所定値より低い第２の所定値
以下になった場合には上記バイパス回路を遮断させるよ
うに制御する制御装置と、を備えるように構成してい
る。なお、上記請求項１の構成は、例えば後記図１の構
成と図２のフローチャートに記載の制御に相当する。

【０００７】また、上記の第１の所定値および第２の所
定値は、例えば、請求項２に記載のごとく、第１の所定
値は、電池電圧の変動幅、すなわち充電終止電圧と放電
終止電圧との差に所望のバラツキ割合を乗算して求めた
所望バラツキ電圧と同じ値に設定し、また、第２の所定
値は、最も電圧の低い電池のバイパス回路がオフで、電
圧の高い方の電池のバイパス回路をオンとした場合に、
電池の内部抵抗による電圧降下分を除いた正味の電池電
圧Ｖcについて上記両電池の電圧差を０としたときにお
ける上記両電池の端子電圧Ｖtの差を第２の所定値とし
て設定する。

【０００８】また、上記制御装置は、例えば、請求項３
に記載のごとく、最も低い電圧と他の各電池の電圧との
電圧差に応じて、電圧差が大きいほどバイパス電流値を
大きくするように、上記各バイパス回路を制御するもの
である。また、上記制御装置は、例えば、請求項４に記
載のごとく、スイッチング素子をＰＷＭ制御することに
よってバイパス電流値を変えるものである。また、上記
制御装置は、例えば、請求項５に記載のごとく、上記ス
イッチング素子がオフのときにおける電池の端子電圧が
充電終止電圧を越えた電池のバイパス回路については、
上記スイッチング素子を常時オンにするように制御する
ものである。なお、請求項３〜請求項５の構成は、例え
ば後記図３のフローチャートの制御に相当する。また、
上記二次電池は、例えば、請求項６に記載のごとく、非
水系二次電池であり、さらに非水系二次電池は、請求項
７に記載のごとく、リチウム二次電池である。ただし、
鉛−酸二次電池等の他の二次電池の組電池においても本
発明を適用することが出来る。

【０００９】

【作用】本発明においては、充電時における各電池の電
圧のうち、最も低い電圧と他の各電池の電圧とを比較
し、その電圧差が第１の所定値を越えた電池について
は、バイパス回路を導通させて充電電流を減少させ、上
記の電圧差が上記第１の所定値より低い第２の所定値以
下になった場合にはバイパス回路を遮断させるように制
御するものである。上記の制御により、最も低い電圧と
第１の所定値以上の差がある電池は、並列に接続された
バイパス回路がオンにされるので、充電電流が大幅に低
下する。そのため、電圧の高い電池の充電は抑制され、
電圧の低い電池が重点的に充電されるので、全体として
のバラツキが減少する。また、電圧の低かった電池が充
電され、電圧が上昇した結果、バイパス回路オン中の電
池の電圧との差が小さくなった場合には、当該バイパス
回路をオフにして、その電池にも充電を行なうことが出
来、全体の電池を均等に充電することが出来る。特に本
発明においては、上記のように、最も低い電圧を基準と
して充電時からバイパス回路を制御するので、満充電に
なるか否かに関わりなく、常にバラツキを減少させるよ
うに機能する。

【００１０】また、上記第１の所定値と第２の所定値
は、請求項２に記載のように設定する。すなわち、第１
の所定値は、所望のバラツキ割合（許容されるバラツキ
の変動幅に対する割合）を変動幅に乗算して求める。例
えば、リチウム電池の場合は、充電終止電圧が４.２Ｖ
で放電終止電圧が２.５Ｖであるから、変動幅は１.７Ｖ
であり、許容されるバラツキ割合を仮に３％とすれば、
所望バラツキ電圧は１.７×０.０３＝０.０５１Ｖとな
り、この値が第１の所定値となる。また、第２の所定値
は、電圧の高い方の電池のバイパス回路をオンにしたと
きに、内部抵抗による電圧降下分を除いた正味の電池電
圧における両電池間の電圧差を０とした場合における両
電池の端子電圧（内部抵抗による電圧降下分を含む値）
の差を第２の所定値とすればよい。

【００１１】また、請求項３に記載のように、最も低い
電圧と他の各電池の電圧との電圧差に応じて、電圧差が
大きいほどバイパス電流値を大きくするように制御する
ことにより、ＤＯＤの値をより精度よく揃えることが出
来る。また、請求項４および請求項５に記載のように、
スイッチング素子をＰＷＭ制御することによって電流値
を変えるように構成し、また、スイッチング素子がオフ
のときにおける電池の端子電圧が充電終止電圧を越えた
電池のバイパス回路については、上記スイッチング素子
を常時オンにするように制御することにより、ＰＷＭ制
御によってトランジスタをオン−オフ制御しても、電池
の電圧が充電終止電圧を越えることがなく、電池の寿命
に悪影響を及ぼすおそれがない。したがって大容量のＦ
ＥＴやヒートシンクが不要になる。

【００１２】また、従来の装置においては、組電池を構
成する各電池の電圧がばらつくので、組電池全体として
の放電容量を検出するには、各電池の電圧を検出する必
要があり、そのため、各電池毎に電圧センサを設ける必
要があったが、本発明においては、満充電でない場合で
も、各電池のバラツキが解消され、充電毎に各電池の電
圧がほぼ均等になるので、組電池の放電容量を検出する
場合には、組電池としての電圧のみを検出すればよい。
したがって、例えば組電池を電気自動車の駆動用電池と
して使用する場合、自動車には組電池全体としての電圧
を検出する１個の電圧センサを設けるだけで、放電容量
を簡単に検出することが出来る、という利点もある。

【００１３】

【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は本発明の一実施例のブロック図である。図
１において、１は組電池であり、１ａ〜１ｎからなる各
二次電池（以下、単に電池と記す）を直列に接続したも
のである。また、２ａ〜２ｎは抵抗、３ａ〜３ｎは例え
ばＦＥＴ等のトランジスタであり、２と３とを直列に接
続した回路がバイパス回路として各電池１ａ〜１ｎに並
列に接続されている。また、４ａ〜４ｎは各電池の端子
電圧を検出する電圧センサ、５は制御装置（詳細後
述）、６は充電電流の開−閉を行なうコンタクタ、７は
充電回路、８は充電の開始・停止を指示する充電信号ス
イッチである。なお、上記制御装置５は、例えばアナロ
グ回路またはマイクロコンピュータ等で構成される。ま
た、充電回路７は、例えば交流の商用電源を所望の充電
電圧に変圧し、直流に変換して出力する回路である。図
１の装置においては、充電信号スイッチ８をオンにする
と、充電回路７が作動すると共に、制御装置５によって
コンタクタ６がオンにされ、充電回路７から組電池１に
電流が流れて充電が行なわれる。

【００１４】図２は、図１の制御装置５における充電制
御の第１の実施例を示すフローチャートである。以下、
図２に基づいて図１の装置の作用を説明する。図２にお
いて、ステップＳ１では、充電信号スイッチ８のオン−
オフに応じて制御装置５が充電開始か否かを判断し、
“ＹＥＳ”の場合にはステップＳ２で、コンタクタ６を
オンにして充電を開始する。この場合には、全てのバイ
パス回路はオフ、すなわち各トランジスタ３ａ〜３ｎは
全てオフである。次に、ステップＳ３では、各電圧セン
サ４ａ〜４ｎを用いて、組電池１を構成する各電池１ａ
〜１ｎの電圧を検出する。次に、ステップＳ４では、そ
れらの電圧のうちで最も低い電圧Ｖminを検出する。そ
してステップＳ５では、上記Ｖminと他の各電池の電圧
との電圧差Ｄdをそれぞれ検出する。次に、ステップＳ
６では、上記の各電圧差Ｄdと第１の所定値ΔＶ₁（詳細
後述）とを比較し、Ｄd≧ΔＶ₁であり、かつ当該バイパ
ス回路がオフになっている電池については、そのバイパ
ス回路をオンにする。具体的には、制御装置５から信号
を送って当該バイパス回路のトランジスタをオンにす
る。上記の制御により、最も低い電圧と第１の所定値Δ
Ｖ₁以上差がある電池は、並列に接続されたバイパス回
路がオンにされるので、充電電流が大幅に低下する。そ
のため、電圧の高い電池の充電は抑制され、電圧の低い
電池が重点的に充電されるので、全体としてのバラツキ
が減少する。次に、ステップＳ７では、上記の各電圧差
Ｄdと第２の所定値ΔＶ₂（ΔＶ₁＞ΔＶ₂、詳細後述）と
を比較し、ΔＶ₂≧Ｄdであり、かつ当該バイパス回路が
オンになっている電池については、そのバイパス回路を
オフにする。具体的には、制御装置５から信号を送って
当該バイパス回路のトランジスタをオフにする。上記の
制御により、電圧の低かった電池が充電され、電圧が上
昇した結果、バイパス回路オン中の電池の電圧との差が
小さくなった場合には、当該バイパス回路をオフにし
て、その電池にも充電を行なうことが出来、全体の電池
を均等に充電することが出来る。

【００１５】次に、ステップＳ８では、バイパス回路オ
フ中の電池、すなわち充電中の電池において、その電圧
が充電終止電圧（例えばリチウム電池の場合には４.２
Ｖ）に達したものについては、バイパス回路をオンに
し、充電を抑制する。上記の制御により、早く満充電に
達した電池については過充電を行なわず、かつ未だ満充
電に達しない電池については充電を継続することが出来
る。次に、ステップＳ９では、バイパス回路オン、すな
わち充電電流を抑制している電池において、充電終止電
圧に達した電池があるか否かを判別し、無い場合にはス
テップＳ４に戻って上記のルーチンを繰り返し、有る場
合にはステップＳ１０で充電を終了する。具体的には、
制御装置５から信号を送ってコンタクタ６をオフにす
る。上記のように本実施例においては、最も低い電圧を
基準として充電時からバイパス回路を制御するので、満
充電になるか否かに関わりなく、常にバラツキを減少さ
せるように機能する。なお、充電回路７の電圧、電流を
調節できる場合には、上記ステップＳ９で“ＹＥＳ”の
場合に、充電を終了させず、充電回路７からの充電電流
を減少させ、当該電池の電圧が充電終止電圧に達しない
ようにして充電を継続することも出来る。このようにす
れば、さらに各電池のバラツキを減少させることが出来
る。

【００１６】次に、前記第１の所定値ΔＶ₁および第２
の所定値ΔＶ₂について説明する。図４は二次電池の等
価回路図であり、（ａ）に示すごとき電池は、（ｂ）に
示すように、内部抵抗ｒと容量Ｃとの直列回路として表
される。また、電池の端子電圧Ｖtは、容量Ｃにおける
電圧Ｖcと内部抵抗ｒの両端の電圧差Ｖrの和として表さ
れる。リチウム二次電池の場合には、充電終止電圧（Ｄ
ＯＤ０％）は４.２Ｖ、放電終止電圧（ＤＯＤ１００
％）は２.５Ｖであるが、これは図４（ｂ）の等価回路
では、電圧Ｖcにおける値である。しかし、検出できる
電圧は、端子電圧Ｖtであるから、内部抵抗ｒによる電
圧降下分Ｖrを考慮して前記第１の所定値ΔＶ₁および第
２の所定値ΔＶ₂を設定する必要がある。最も電圧の低
い電池におけるＶc、Ｖr、Ｖtを、それぞれＶcmin、Ｖr
min、Ｖtminとし、流れる充電電流をＩbatminとし、他
の或る電池のＶc、Ｖr、Ｖtを、それぞれＶcn、Ｖrn、
Ｖtnとし、流れる充電電流をＩbatn、そのバイパス回路
に流れる電流をＩbpnとする。この場合、下記の（数
１）式、（数２）式が成り立つ。

【００１７】Ｖtn＝Ｖcn＋Ｖrn …（数１）Ｖtmin＝Ｖcmin＋Ｖrmin …（数２）まず、第１の所定値ΔＶ₁について説明する。各電池間
のバラツキを仮に３％以下に押さえるものとすれば、電
池の電圧の変動幅は４.２−２.５＝１.７であるから、
Ｖcの電圧差としては、１.７×０.０３＝０.０５１Ｖと
なる。この場合、バイパス回路がオフであるから、各電
池に流れる電流は同一であり、したがってＶrmin＝Ｖrn
であるから、上記（数１）式、（数２）式から、下記
（数３）式が成り立つ。Ｖcn−Ｖcmin＝Ｖtn−Ｖtmin …（数３）上記（数３）式から判るように、バイパス回路がオフの
場合には、内部抵抗による電圧降下分を除いた電池電圧
Ｖcにおける電圧差は、端子電圧Ｖtにおける電圧差と等
しい。したがって第１の所定値ΔＶ₁は０.０５１Ｖに設
定すればよい。すなわち、第１の所定値ΔＶ₁は、電池
電圧の変動幅に所望のバラツキ割合（％）を乗算して求
めた所望バラツキ電圧と同じ値に設定すればよい。

【００１８】次に、第２の所定値ΔＶ₂について説明す
る。この場合には、最も電圧の低い電池のバイパス回路
がオフで、他の或る電池のバイパス回路がオンとし、Ｖ
cn＝ＶcminのときにおけるＶtn−ＶtminをΔＶ₂とすれ
ばよい。すなわち、電圧の高い方の電池のバイパス回路
をオンとしたときに、内部抵抗による電圧降下分を除い
た正味の電池電圧Ｖcにおける両電池の電圧差を０とし
た場合における両電池の端子電圧Ｖtの差をΔＶ₂とすれ
ばよい。以下、実例について説明する。例えば、８０Ａ
ｈの電池を使用し、充電回路からの充電電流Ｉchgを４
０Ａ、バイパス回路のバイパス電流を１０Ａとする。こ
の場合、電池の内部抵抗ｒは、リチウム二次電池の場合
には０.１６Ω・Ａｈ程度であるから、８０Ａｈでは０.
００２Ωとなる。したがってＶtn＝Ｖcn＋０.００２（Ｉchg−Ｉbpn）＝Ｖcn＋０.０
６Ｖtmin＝Ｖcmin＋０.００２×Ｉchg＝Ｖcmin＋０.０８となり、したがって下記（数４）式が成り立つ。Ｖtn−Ｖtmin＝（Ｖcn＋０.０６）−（Ｖcmin＋０.０８） …（数４）前記のように、ΔＶ₂は、Ｖcn＝Ｖcminのときにおける
Ｖtn−Ｖtminの値なので、（数４）式から、 ΔＶ₂＝Ｖtn−Ｖtmin＝０.０６−０.０８＝−０.０２となる。すなわち、この例の場合は、ΔＶ₂＝−０.０２
Ｖに設定すればよい。つまりバイパス回路がオンになっ
ている方の電池の端子電圧が最も電圧の低い電池の端子
電圧よりも０.０２Ｖだけ低くなった場合に、当該バイ
パス回路をオフにするように制御する。この場合、内部
抵抗による電圧降下分を除いた正味の電池電圧Ｖcは、
Ｖcn＝Ｖcminで両電池が等しくなっている。

【００１９】次に、図３は、本発明の第２の実施例にお
ける演算処理を示すフローチャートである。なお、装置
の回路は前記図１と同様である。図３において、ステッ
プＳ１〜ステップＳ５は、前記図２と同様である。次
に、ステップＳ１１では、各バイパス回路を流れるバイ
パス電流を制御するためのデューティ比を演算する。こ
のバイパス電流は、例えば、ステップＳ５で求めた各電
圧差Ｄdに比例した値とする。そのため、デューティ比
は、それぞれの電圧差Ｄdに所定の係数Ｋを乗算するこ
とによって求める。そしてステップＳ１２では、上記の
求めた各デューティ比に応じて各バイパス回路のトラン
ジスタをオン−オフさせ、ＰＷＭ制御を行なう。次に、
ステップＳ１３では、バイパス回路がオフのときに、充
電終止電圧に達した電池は、当該バイパス回路のトラン
ジスタを常時オン（デューティ比＝１００％）にする。
次に、ステップＳ１４では、トランジスタを常時オンに
した電池で、充電終止電圧に達したものがあるか否かを
判断し、“ＹＥＳ”の場合には、ステップＳ１５で充電
を終了し、“ＮＯ”の場合には、ステップＳ４に戻って
上記の制御を繰り返す。上記のように、電圧の最も低い
電池との電圧差に応じてバイパス回路を流れる電流（し
たがって充電電流）の値を可変にすることにより、前記
図２の制御よりもＤＯＤの値をより精度よく揃えること
が出来る。

【００２０】また、上記の制御においては、ステップＳ
１３で、バイパス回路がオフのときに、充電終止電圧に
達した電池は、当該バイパス回路のトランジスタを常時
オンにするように制御している。したがって、デューテ
ィ制御によってトランジスタをオン−オフしても、電池
の電圧が充電終止電圧を越えることがなく、電池の寿命
に悪影響を及ぼすおそれがない。図５は、上記の関係を
示す特性図である。図５において、横軸はＤＯＤ（放電
深度）、縦軸は充電中の電池の電圧である。また、実線
はバイパス回路オン時の電圧特性、一点鎖線はバイパス
回路オフ時の電圧特性を示す。また、４.２Ｖはリチウ
ム電池の充電終止電圧、２.５Ｖ同じく放電終止電圧で
ある。図５に示すように、バイパス回路がオフ（充電電
流が大）の場合には、ＤＯＤ＝ｘ％の点で、電池電圧が
充電終止電圧４.２Ｖに達する。このとき、バイパス回
路がオン（充電電流が小）であれば、電池電圧は未だ充
電終止電圧に達していない。しかし、ＰＷＭ制御を行な
っている場合には、バイパス回路がオンとオフを交互に
繰り返すので、ＤＯＤがｘ％よりも０％に近い範囲で
は、オフ時に電池電圧が充電終止電圧を越え、電池の寿
命に悪影響を及ぼす。そのため、本実施例においては、
バイパス回路がオフのときに、充電終止電圧に達した電
池は、当該バイパス回路のトランジスタを常時オンにす
るように制御している。すなわち、図５のｘ％の右側で
は、トランジスタを常時オンにし、実線の特性に添って
上昇するようにしている。

【００２１】なお、バイパス回路のトランジスタの電力
容量とヒートシンクの熱容量に問題のない場合は、トラ
ンジスタをアナログ的に制御してバイパス電流を変えて
もよい。また、従来の装置においては、組電池を構成す
る各電池の電圧がばらつくので、組電池全体としての放
電容量を検出するには、各電池の電圧を検出する必要が
あり、そのため、各電池毎に電圧センサを設ける必要が
あった。その点、本発明においては、満充電でない場合
でも、各電池のバラツキが解消され、充電毎に各電池の
電圧がほぼ均等になるので、組電池の放電容量を検出す
る場合には、組電池としての電圧のみを検出すればよ
い。したがって、例えば組電池を電気自動車の駆動用電
池として使用する場合、自宅や充電ステーション等に設
ける充電装置（図１の構成）には各電池の電圧を検出す
る電圧センサが必要であるが、自動車には組電池全体と
しての電圧を検出する１個の電圧センサを設けるだけ
で、放電容量を簡単に検出することが出来る、という利
点もある。なお、本発明は、リチウム二次電池のような
非水系二次電池の充電装置として好適であるが、鉛−酸
二次電池のような他の二次電池にも勿論適用することが
出来、各電池間のバラツキを有効に低減することが出来
る。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したごとく、本発明において
は、最も電圧の低い電池との電圧差に応じて、充電の当
初からバイパス回路を作動させることにより、満充電ま
で充電しない場合でも、各電池の放電容量や電圧のバラ
ツキを有効に減少させることが出来る、という効果が得
られる。また、バイパス回路のオフ時の電池電圧に応じ
て制御を切り替えることにより、電池の寿命に悪影響を
及ぼすことなしに、大容量のＦＥＴやヒートシンクを用
いることなく、組電池を構成する各電池のバラツキを有
効に減少させることが出来る、という効果が得られる。
また、満充電でない場合でも、各電池のバラツキが解消
され、充電毎に各電池の電圧がほぼ均等になるので、組
電池の放電容量を検出する場合には、組電池としての電
圧のみを検出すればよい。したがって、組電池全体とし
ての電圧を検出する１個の電圧センサを設けるだけで、
放電容量を簡単に検出することが出来る、という利点も
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のブロック図。

【図２】本発明の第１の実施例の演算処理を示すフロー
チャート。

【図３】本発明の第２の実施例の演算処理を示すフロー
チャート。

【図４】二次電池の等価回路図。

【図５】本発明における充電特性を示す特性図。

【図６】従来装置における電圧電流特性を示す特性図。

【符号の説明】

１…組電池５…制御装置１ａ〜１ｎ…電池６…コンタクト２ａ〜２ｎ…抵抗７…充電回路３ａ〜３ｎ…トランジスタ８…充電信号スイ
ッチ４ａ〜４ｎ…電圧センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の二次電池を直列に接続した組電池を
充電する装置において、抵抗とスイッチング素子との直列回路からなり、上記組
電池の各電池にそれぞれ並列に接続されたバイパス回路
と、上記組電池の各電池の電圧を検出する電圧検出手段と、上記電圧検出手段で検出した充電時における各電池の電
圧のうち、最も低い電圧と他の各電池の電圧とを比較
し、その電圧差が第１の所定値を越えた電池について
は、上記バイパス回路を導通させ、上記の電圧差が上記
第１の所定値より低い第２の所定値以下になった場合に
は上記バイパス回路を遮断させるように制御する制御装
置と、を備えたことを特徴とする組電池の充電装置。
【請求項２】上記第１の所定値は、電池電圧の変動幅、
すなわち充電終止電圧と放電終止電圧との差に所望のバ
ラツキ割合を乗算して求めた所望バラツキ電圧と同じ値
に設定し、また、上記第２の所定値は、最も電圧の低い
電池のバイパス回路がオフで、電圧の高い方の電池のバ
イパス回路をオンとした場合に、電池の内部抵抗による
電圧降下分を除いた正味の電池電圧Ｖcについて上記両
電池の電圧差を０としたときにおける上記両電池の端子
電圧Ｖtの差を第２の所定値として設定するものであ
る、ことを特徴とする請求項１に記載の組電池の充電装
置。
【請求項３】上記制御装置は、上記最も低い電圧と他の
各電池の電圧との電圧差に応じて、電圧差が大きいほど
バイパス電流値を大きくするように、上記各バイパス回
路を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電装置。
【請求項４】上記制御装置は、上記バイパス回路の上記
スイッチング素子をＰＷＭ制御することによってバイパ
ス電流値を変えるものである、ことを特徴とする請求項
３に記載の組電池の充電装置。
【請求項５】上記制御装置は、上記スイッチング素子が
オフのときにおける電池の端子電圧が充電終止電圧を越
えた電池のバイパス回路については、上記スイッチング
素子を常時オンに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４に記載の組電池の充電装置。
【請求項６】上記二次電池は、非水系二次電池であるこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の
組電池の充電装置。
【請求項７】上記非水系二次電池は、リチウム二次電池
であることを特徴とする請求項６に記載の組電池の充電
装置。