JPH11113183A

JPH11113183A - バッテリ装置

Info

Publication number: JPH11113183A
Application number: JP9266115A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tamura; 博志田村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 1999-04-23
Anticipated expiration: 2017-09-30
Also published as: JP3796918B2

Abstract

(57)【要約】【課題】組電池を構成する各単位セルの放電時の過放
電を防止しながら、単位セル毎の容量のばらつきによる
組電池全体としての容量の低下を抑える。【解決手段】電気自動車の電源となる組電池３を、リ
チウム系二次電池からなる単位セル２を多数個直列接続
して構成する。各単位セル２の電圧を検出する電圧検出
回路４を設ける。制御電源を兼用する補助電池５を設け
る。補助電池５の電力を各単位セル２に選択的に転送す
るための電力転送回路６を設ける。電力転送回路６を、
リレー１４、ＤＣ／ＡＣインバータ１５、補助電池用変
圧器１６、切替スイッチ１８、セル用変圧器１７、整流
回路１９、ＦＥＴ２１等から構成する。制御装置７は、
放電時において、電圧が下限値まで低下した単位セル２
が検出されると、リレー１４及びＤＣ／ＡＣインバータ
１５を駆動させると共に、対応するＦＥＴ２１をオンさ
せて補助電池５の電力を転送させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば電気自動車
等に用いられ、二次電池からなる複数個の単位セルを直
列に接続してなる組電池を電源とするバッテリ装置に関
する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】近年、地球環境保護等
の観点から電気自動車の性能の向上が要望されており、
その走行性能を左右する電源に用いる電池としては、従
来の鉛，ニッカドやニッケル水素電池などに代えて、そ
れらの約３〜４倍もの高い重量エネルギ密度を有するリ
チウム二次電池を採用することが考えられている。この
リチウム二次電池を電気自動車用の電源として使用する
ことにより、最高速度や一充電走行距離などの走行性能
の大幅な向上が期待される。

【０００３】ところが、リチウム二次電池は、過充電や
過放電に弱いといった事情があり、規定された電圧の範
囲内で使用しないと、材料が分解して著しく容量が減少
したり異常な発熱をしたりして、電池として使用できな
くなる虞がある。そのため、リチウム二次電池を使用す
るに際しては、上限電圧及び下限電圧が明確に規定さ
れ、必ずその範囲内で使用されるように、定電圧充電制
御をしたり保護回路とセットで用いたりすることが行わ
れる。

【０００４】ところで、電気自動車に使用される電池
は、モータを駆動するために高い電圧が要求されるの
で、通常、複数個の電池（単位セル）を直列に接続した
組電池として構成される。例えば３００Ｖの電圧を得る
には、単位セルあたり２Ｖの鉛電池では１５０個を直列
接続し、また単位セルあたり３．６Ｖのリチウム二次電
池の場合には約８０個を直列接続することになる。この
ように多数の単位セルを直列接続してなる組電池を放
電，充電する場合、従来では、組電池の両端の正，負極
の端子間電圧を監視しながら充放電を制御していた。

【０００５】この場合に問題となるのが、組電池を構成
する各単位セルの容量や充電状態（ＳＯＣと称される）
に起因する電圧のばらつきである。組電池を流れる電流
はその単位セルにおいても等しいが、各単位セル毎の容
量には必ずばらつきがあるため、各単位セル毎の電圧の
変化は異なったものとなる。そのため、組電池の両端電
圧を制御しただけでは、あくまでそれを構成する単位セ
ルの平均電圧が制御されているに過ぎず、組電池が下限
電圧となるまで放電すれば、平均電圧よりも低い単位セ
ルは過放電となる。また、組電池が上限電圧となるまで
充電した場合も、平均電圧よりも高い単位セルでは過充
電となる。

【０００６】従来の鉛電池やニッカド電池、ニッケル水
素電池等においては、一部の単位セルが過放電、過充電
となっても性能がやや劣化するだけで使用不能となるに
至るものではなく、また、単位セル個々の電圧制御はコ
スト高を招くことから、組電池の両端電圧を制御するに
止まっていたのが一般的であった。

【０００７】しかしながら、リチウム二次電池を直列接
続した組電池にあっては、単位セルのうち一つでも過放
電（あるいは過充電）となった場合には、上述のよう
に、電池として使用できなくなる虞がある。特に、組電
池を電気自動車の電源として用いる場合には、１個の単
位セルが使用不能となることにより、電気自動車が走ら
なくなってしまうことになるので、個々の単位セルにお
ける過放電（過充電）も避けなければならない。

【０００８】そこで、従来では、その対策として、例え
ば実開平２−１３６４４５号公報に示される技術が考え
られている。このものは、放電時には、各単位セルの端
子電圧のうち最低値を検出してその最低電圧に基づいて
制御を行うようにしている。また、充電時にも、同最高
値を検出してその最高電圧に基づいて制御を行うように
している。これによれば、確かに全ての単位セルが所定
の電圧範囲を越えないようにしながら使用することが可
能となる。

【０００９】ところが、この技術は、最も電圧の低い単
位セルを検出して、その単位セルの電圧が下限電圧まで
下がったら放電を終了するものであり、その他の多数の
単位セルでは、下限電圧まで未だ放電能力が十分に残っ
ている状態で放電が終了されることになる。また、充電
時は最も電圧の高い単位セルを検出して、その単位セル
が満充電になったら充電を終了するものであり、その他
の多数の単位セルは満充電に至らないまま充電が終了さ
れることになる。つまり、組電池全体としての使用電圧
の範囲が狭まってしまって個々の単位セルの容量を十分
に活かしきっていないものとなる。特に、例えば１個の
単位セルが劣化してその容量が減った場合には、他の単
位セルの劣化がなくても、組電池全体としての放電容量
が大幅に制限され、継続放電時間が大幅に減少してしま
う不具合を招く。

【００１０】また、それとは別の技術として、例えば特
開平７−３３５２６６号公報には、各単位セルにバイパ
ス回路を並列に接続し、そこに補助的な第２のセルを夫
々接続することにより、満充電になった単位セルにおい
ては充電電流を第２のセルに流して充電させる構成が示
されている。この構成によれば、全ての単位セルを満充
電にすることが可能となり、また第２のセルに充電され
た電力を放電に利用することも可能となる。

【００１１】しかしながら、この構成では、単位セルと
同数の第２のセルが必要となるので、結局組電池を２セ
ット並列に接続するものと大差のない構成となってしま
う。しかも、第２のセルはあくまでも補助的なものに過
ぎないため、その容量をシステム全体の容量に加えるこ
とは期待できない。このため、構成が複雑，大形となっ
て重量が増加する割には、容量面での効果は十分に得る
ことができないものとなってしまう。従って、電気自動
車に採用するには、大形化，重量増の分だけ走行性能の
低下を招いてしまうものとなる。

【００１２】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、複数個の単位セルを直列接続した組電
池を備えるものにあって、放電時における各単位セルの
過放電を防止しながらも、各単位セル毎の容量のばらつ
きによる組電池全体としての容量の低下を抑えることが
でき、しかも比較的簡単な構成で済ませることができる
バッテリ装置を提供するにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のバッテリ装置
は、二次電池からなる複数個の単位セルを直列に接続し
てなる組電池と、前記各単位セルの端子電圧を検出する
電圧検出手段と、二次電池からなる補助電池と、この補
助電池の電力を前記各単位セルに転送するための電力転
送回路と、前記組電池の放電時において、前記電圧検出
手段の検出に基づいて前記各単位セルの端子電圧が所定
の下限値まで低下したかどうかを判断し、端子電圧が下
限値まで低下した単位セルに対して前記補助電池の電力
を前記電力転送回路を介して選択的に転送させる転送電
流制御手段とを具備するところに特徴を有する（請求項
１の発明）。

【００１４】これによれば、組電池の放電時において、
電圧検出手段によって各単位セルの端子電圧が監視さ
れ、いずれかの単位セルの端子電圧が所定の下限値まで
低下したときには、その単位セルに対して、転送電流制
御手段により、補助電池の電力が電力転送回路を介して
選択的に転送されるようになる。この補助電池からの電
力の転送によって、その単位セル自体からの放電電流を
抑えてその電圧が過放電電圧まで低下することを未然に
防止しながら、組電池全体としての放電を継続すること
ができるようになる。

【００１５】従って、本発明の請求項１のバッテリ装置
によれば、放電時における補助電池からの電力転送によ
って、各単位セルの過放電を防止しながらも、各単位セ
ル毎の容量のばらつきによる組電池全体としての容量の
低下を抑えることができ、しかも、１個の補助電池によ
り複数個の単位セルに対応させることができるので、比
較的簡単な構成で済ませることができるという優れた効
果を奏する。

【００１６】この場合、前記補助電池を、電圧検出手段
及び転送制御手段の駆動電源を兼用させることができる
（請求項２の発明）。これによれば、組電池を制御用の
駆動電源として用いる場合と異なり組電池が使用不能と
なっても制御が可能となり、また、制御用の別途の駆動
電源を設ける必要もなくなるので、補助電池を有効に使
用することができると共に構成を簡単に済ませることが
できる。

【００１７】さらにこのとき、補助電池の容量を、次の
式により決定することができる（請求項３の発明）。（補助電池容量）＝（各単位セルの公称容量に対する容
量ばらつきの平均）×（単位セルの個数）×（変換効
率）＋（制御電力容量）これにより、補助電池が電圧検出手段及び転送制御手段
用の駆動電源としての機能、並びに組電池の単位セルの
補助を行う機能を果たすに必要且つ十分な容量とするこ
とができ、補助電池を徒に大きくせずに済ませることが
できる。

【００１８】また、前記補助電池の電力がいずれかの単
位セルに転送されているときに、その旨を使用者に報知
する報知手段を設けても良い（請求項４の発明）。これ
によれば、使用者は、報知手段によって、補助電池の電
力が使用されていること、つまり組電池として使用でき
る容量が残り少なくなっていることを知ることができ、
速やかに充電するなどの対処を行うことができるように
なる。

【００１９】そして、前記電力転送回路は、各単位セル
に対して電力の転送が可能なものであり、また補助電池
にもつながっているものであるから、この電力転送回路
に充電電源を接続することにより、その充電電源から前
記組電池の各単位セル及び前記補助電池に対して給電す
る充電回路として機能させることができる（請求項５の
発明）。これによれば、電力転送回路を、各単位セル及
び補助電池に対する充電回路として兼用することがで
き、回路の複雑化を防止することができる。

【００２０】さらに、このとき、前記転送電流制御手段
は、各単位セルに対する電力転送の制御が可能であるか
ら、転送電流制御手段を、組電池の充電時において電圧
検出手段の検出に基づき、全ての単位セルを所定の上限
値まで定電圧充電するように電力転送回路による各単位
セルへの充電を制御するように構成することができる
（請求項６の発明）。これにより、充電時においても、
過充電を防止しながら、全ての単位セルを定電圧に充電
することができ、各単位セル間での充電完了時の容量ば
らつきを解消することができる。

【００２１】また、前記組電池を構成する単位セルを、
リチウムイオンを吸蔵，放出可能な物質からなる正極及
び負極を有するリチウム系二次電池から構成することが
でき（請求項７の発明）、これにより、鉛，ニッカドや
ニッケル水素電池などに比べて３〜４倍もの高い重量エ
ネルギ密度を有する組電池を得ることができる。そし
て、前記組電池を電気自動車の電源として使用すれば
（請求項８の発明）、最高速度や一充電走行距離などの
走行性能の優れた電気自動車の電源を得ることができ
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を電気自動車用のバ
ッテリ装置に適用した一実施例について、図１ないし図
６を参照しながら説明する。図１は、本実施例に係るバ
ッテリ装置１の全体の電気的構成を概略的に示してい
る。ここで、このバッテリ装置１は、大きく分けて、複
数個の単位セル２を直列接続してなり電気自動車の電源
となる組電池３、この組電池３の各単位セル２の端子電
圧を検出する電圧検出手段たる電圧検出回路４、補助電
池５、この補助電池５の電力を前記各単位セル２に転送
する電力転送回路６、組電池２の放電，充電などを制御
するためのマイコン等からなる制御装置７を備えて構成
されている。また、このバッテリ装置１（前記電力転送
回路６）には、例えば充電スタンドにおいて、充電電源
８が接続されて充電が行われるようになっている。

【００２３】前記単位セル２は、この場合、リチウムイ
オンを吸蔵，放出可能な物質からなる正極及び負極を有
するリチウム系二次電池から構成され、１個の標準電圧
が例えば３．６Ｖとされている。組電池３は、この単位
セル２を例えば８０個直列に接続して構成され、その両
端に接続された正，負側の母線９，９´が、図示しない
モータの駆動回路（インバータ回路）に接続されるよう
になっている。尚、前記単位セル２は、その電圧が上限
値（例えば４．２Ｖ）と下限値（例えば３．０Ｖ）との
所定範囲内で使用されるようになっている。

【００２４】前記電圧検出回路４は、この場合、前記各
単位セル２に対しそれらの端子電圧を検出するオペアン
プ１０を夫々接続して構成されており、それらオペアン
プ１０の出力端子が、後述する制御装置７のマルチプレ
クサ１１に接続され、もって各単位セル２の端子電圧が
制御装置７に入力されるようになっている。

【００２５】また、前記補助電池５は、例えばリチウム
二次電池から構成されている。本実施例では、この補助
電池５は、制御用の駆動電源を兼用しており、定電圧電
源１２を介して前記制御装置７や電圧検出回路４等に電
力を供給するようになっている。さらに、この補助電池
５には、その端子電圧を検出するオペアンプ１３が接続
され、その検出信号が前記制御装置７に入力されるよう
になっている。尚、この場合、補助電池５の容量は、次
の式により決定されている。（補助電池容量）＝（各単位セルの公称容量に対する容
量ばらつきの平均）×（単位セルの個数）×（変換効
率）＋（制御電力容量）● さて、前記電力転送回路６は次のように構成されてい
る。即ち、まず、前記補助電池５は、リレー１４を介し
てＤＣ／ＡＣインバータ１５に接続され、このＤＣ／Ａ
Ｃインバータ１５は、出力電圧の調整（昇圧）及び絶縁
を目的とした補助電池用変圧器１６の一次側巻線１６ａ
に接続されている。前記ＤＣ／ＡＣインバータ１５は、
前記制御装置７により制御され、また、前記リレー１４
も、制御装置７によってオン，オフ制御されるようにな
っている。

【００２６】そして、前記各単位セル２毎にセル用変圧
器１７が夫々設けられており、前記補助電池用変圧器１
６の二次側巻線１６ｂと、前記各セル用変圧器１７の一
次側巻線１７ａとが直列に接続されている。この直列接
続回路には、切替スイッチ１８が挿設されており、この
切替スイッチ１８の切替接点が放電側（接点１８ａ）あ
るときには、その直列接続回路が閉ループ状に閉じてお
り、一方、切替接点が充電側の接点１８ｂに切替えられ
ると、その直列接続回路が前記充電電源８に接続される
ようになっている。この切替スイッチ１８も、制御装置
７により切替制御されるようになっている。

【００２７】図２にも示すように、前記各セル用変圧器
１７の二次側巻線１７ｂは、夫々整流回路１９の入力側
に接続され、その出力側が平滑コンデンサ２０を介して
前記各単位セル２に夫々接続されている。このとき、平
滑コンデンサ２０と単位セル２の正側端子との間には、
電流制御素子この場合ＦＥＴ２１が夫々挿設されてい
る。これら各ＦＥＴ２１のゲート電圧は前記制御装置７
のデコーダ２２により制御されるようになっている。
尚、図２では、整流回路１９及び平滑コンデンサ２０を
簡略化して示している。

【００２８】これにて、電力転送回路６は、切替スイッ
チ１８の切替接点が放電側（接点１８ａ）にある状態つ
まり組電池３の放電時に、リレー１４がオンされると共
に、いずれかの単位セル２に対応したＦＥＴ２１がオン
されると、その単位セル２に対して次のようにして補助
電池５の電力を転送させる。即ち、補助電池５の電力は
ＤＣ／ＡＣインバータ１５により交流に変換されて補助
電池用変圧器１６の一次側に与えられ、昇圧されてその
二次側から出力される。その補助電池用変圧器１６の二
次側の電力が該当するセル用変圧器１７の一次側に与え
られ、その二次側から出力された電力が、整流回路１９
及び平滑コンデンサ２０により直流化され、ＦＥＴ２１
を介して単位セル２の端子間に与えられるのである。

【００２９】また、本実施例では、この電力転送回路６
は、組電池３を構成する各単位セル２及び補助電池５に
対して、充電電源８からの給電を行う充電回路としても
機能するようになっている。即ち、電力転送回路６に充
電電源８が接続され、切替スイッチ１８の切替接点が充
電側（接点１８ｂ）に切替えられると、その充電電源８
の交流電力が、各セル用変圧器１７の一次側に供給さ
れ、ＦＥＴ２１がオンされることにより、対応したセル
用変圧器１７の二次側から出力された電力が、整流回路
１９及び平滑コンデンサ２０により直流化され、対応す
る単位セル２の端子間に給電されて充電が行われるので
ある。

【００３０】さらに、これと共に、リレー１４がオンさ
れると共に、ＤＣ／ＡＣインバータ１５が整流器として
使用されることにより、充電電源８の交流電力が補助電
池用変圧器１６の二次側に供給され、一次側から出力さ
れた電力がＤＣ／ＡＣインバータ１５によって直流化さ
れ、補助電池５の端子間に給電されて充電が行われるの
である。

【００３１】そして、前記制御装置７は、ＭＰＵ（マイ
クロプロセッサ）２３、制御プログラムやデータを記憶
するメモリ２４、前記マルチプレクサ１１及びデコーダ
２２等を備えて構成されている。前記ＭＰＵ２３には、
前記電圧検出回路４の各オペアンプ１０からの電圧検出
信号が、マルチプレクサ１１を介して与えられるように
なっている。

【００３２】また、ＭＰＵ２３は、前記リレー８、ＤＣ
／ＡＣインバータ１５、切替スイッチ１８を制御すると
共に、前記デコーダ２２を介して各ＦＥＴ２１のゲート
電圧を制御するようになっている。このとき、前記切替
スイッチ１８は組電池３の放電時には、放電側（接点１
８ａ側）に切替えらえており、前記組電池３あるいは補
助電池５の充電時には、充電側（接点１８ｂ側）に切替
えられるようになっている。

【００３３】さらに、本実施例では、ＭＰＵ２３は、前
記補助電池５の電力がいずれかの単位セル２に転送され
ている旨を使用者（運転者）に報知する報知手段たる表
示装置２５を制御するようになっている。この場合、表
示装置２５の制御は、リレー８に対して与える制御信号
によって併せて行われるようになっている。

【００３４】このとき、後のフローチャート説明でも述
べるように、制御装置７（ＭＰＵ２３）は、母線９，９
´が負荷（モータ駆動回路）に接続されている組電池３
の放電時においては、通常状態では、リレー１４及び全
てのＦＥＴ２１をオフしている。そして、これと共に、
電圧検出回路４の検出に基づいて各単位セル２の電圧が
下限値（３．０Ｖ）まで低下したかどうかを常に監視
し、電圧が下限値まで低下した単位セル２が検出された
場合には、前記リレー１４をオンしＤＣ／ＡＣインバー
タ１５を駆動すると共に、その単位セル２に対応するＦ
ＥＴ２１をオンさせてその単位セル２に補助電池５の電
力を転送させるようになっている。従って、制御装置７
が転送電流制御手段として機能するのである。更に、制
御装置７はその電力転送の際に表示装置２５にその旨を
表示させるようになっている。

【００３５】また、制御装置７（ＭＰＵ２３）は、充電
電源８が接続された組電池３の充電時においては、全て
のＦＥＴ２１をオンすることによって、各単位セル２に
対して充電を行うのであるが、この際も、電圧検出回路
４の検出に基づいて各単位セル２の電圧が上限値（４．
２Ｖ）に達したかどうかを監視し、電圧が上限値に達し
た単位セル２に関してはＦＥＴ２１により充電電流を制
限することにより、全ての単位セル２が上限値まで定電
圧充電されるように充電を制御するようになっている。

【００３６】さらには、制御装置７は、リレー１４をオ
ンすると共にＤＣ／ＡＣインバータ１５を作動させるこ
とにより、補助電池５の充電も併せて行うようになって
いるのであるが、この際、オペアンプ１３の検出に基づ
いて補助電池５の電圧を監視し、所定の上限値に達した
ところで、リレー１４をオフすると共にＤＣ／ＡＣイン
バータ１５を停止させて補助電池５に対する充電を終了
させるようになっている。

【００３７】次に、上記構成の作用について、図３ない
し図６も参照して述べる。上記構成のバッテリ装置１の
組電池３は、充電電源８に接続されて充電が行われ、負
荷（モータ駆動回路）に接続されて放電が行われること
が繰返されて使用されるのであるが、このとき、リチウ
ム二次電池からなる単位セル２は、過充電や過放電に弱
いといった事情があり、上述のように、規定された電圧
の範囲（３．０〜４．２Ｖ）内で使用しないと、材料が
分解して著しく容量が減少したり異常な発熱をしたりし
て、電池として使用できなくなりひいては電気自動車が
走らなくなる虞がある。そこで、組電池３を構成する個
々の単位セル２が必ずその電圧範囲内で使用されるよう
に、制御装置７により放電，充電が制御される。

【００３８】まず、図４のフローチャートは、母線９，
９´が負荷（モータ駆動回路）に接続されて電力を供給
している組電池３の放電時における、制御装置７の実行
する制御手順を示している。即ち、上述のように、この
放電時には、切替スイッチ１８の切替接点が放電側（接
点１８ａ）に切替えられており（ステップＳ１）、また
このとき、リレー１４及びＤＣ／ＡＣインバータ１５並
びに全てのＦＥＴ２１がオフされている。

【００３９】そして、この放電時には、電圧検出回路４
（各オペアンプ１０）の検出に基づき各単位セル２の電
圧が常に監視され（ステップＳ２）、各単位セル２の電
圧が下限値（３．０Ｖ）まで低下したかどうかが常に判
断される（ステップＳ３）。ここで、組電池３を流れる
電流は各単位セル２において等しい（図２に示す主電流
ｉ）が、各単位セル２においてはその容量や充電状態
（ＳＯＣ）に起因する電圧のばらつきがあり、各単位セ
ル２毎の電圧の変化は異なったものとなり、各単位セル
２間で電圧が下限値まで低下するタイミングが異なって
くる。

【００４０】そこで、下限電圧に達した単位セル２が検
出された場合には（ステップＳ３にてＹｅｓ）、リレー
１４がオンされる（ステップＳ４）と共にＤＣ／ＡＣイ
ンバータ１５が作動され（ステップＳ５）、もって補助
電池５の電力が交流に変換されて補助電池用変圧器１６
の二次側から出力されるようになる。そして、これと共
に、下限電圧に達した単位セル２に対応したＦＥＴ２１
がオンされることにより（ステップＳ６）、セル用変圧
器１７を介して供給された電力が、整流回路１９及び平
滑コンデンサ２０により直流化されてその単位セル２の
端子間に給電されるのである。

【００４１】また、このとき、いずれかの単位セル２に
対して補助電池５から電力転送が行われている旨が表示
装置２５に表示される（ステップＳ７）。この電力転送
の間は、電力転送が行われている単位セル２の電圧が下
限電圧と比較され（ステップＳ８）、下限電圧を下回ら
ないようにＦＥＴ２１のゲート電圧が調整されて転送電
流が制御されるのである（ステップＳ９）。

【００４２】かかる電力転送は、車両が停止されるまで
続行され（ステップＳ１０）、その間においても、各単
位セル２の電圧が監視され（ステップＳ１１）、さらに
下限電圧に達した別の単位セル２が検出された場合に
は、その単位セル２についても対応するＦＥＴ２１の制
御により補助電池５の電力が転送されるのである。ま
た、車両停止命令があれば（ステップＳ１０にてＹｅ
ｓ）、組電池３及び補助電池５からの放電が停止される
（ステップＳ１２）。

【００４３】これにて、いずれかの単位セル２の電圧が
所定の下限値まで低下したときには、その単位セル２に
対して、補助電池５の電力が電力転送回路６を介して選
択的に転送されるようになる。この補助電池５からの電
力の転送によって、いずれかの単位セル２が早期に下限
電圧に達しても、その単位セル２自体からの放電電流を
抑えてその電圧が過放電電圧まで低下することを未然に
防止しながら、組電池３全体としての放電を継続するこ
とができるようになり、組電池３としての放電時間の延
長を図ることができるのである。尚、個々の単位セル２
における過放電が避けられるので、組電池３としての過
放電が避けられることは勿論である。

【００４４】ちなみに、図３は、いずれかの単位セル２
の電圧が下限値に達した際（時刻ｔ0 ）の、その単位セ
ル２の電圧（ａ）、その単位セル２自体からの放電電流
（ｂ）、補助電池５からの転送による電流（ｃ）の関係
を示しており、下限電圧に達した時刻ｔ0 以降は、単位
セル２自体からの放電に代えて補助電池５からの転送に
よって放電が行われ、主電流ｉが維持されるのである。

【００４５】また、上述のような補助電池５からの電力
の転送が行われているときには、表示装置２５により使
用者（ドライバ）にその旨が報知されるので、使用者
は、いずれかの単位セル２の電圧が下限値に達している
ことつまり組電池３として使用できる容量が残り少なく
なっていることを容易に知ることができ、速やかに充電
するなどの対処を行うことができるようになる。

【００４６】次に、図５のフローチャートは、組電池３
の充電時における、制御装置７の実行する制御手順を示
している。この充電時においては、上述のように、電力
転送回路６に充電電源８が接続され、切替スイッチ１８
の切替接点が充電側（接点１８ｂ）に切替えられる（ス
テップＳ２１）。これにて、充電電源８の交流電力が、
各セル用変圧器１７の一次側に供給されるようになり
（ステップＳ２２）、この状態で、各ＦＥＴ２１がオン
されることにより（ステップＳ２３）、各セル用変圧器
１７の二次側から出力された電力が、整流回路１９及び
平滑コンデンサ２０により直流化され、各単位セル２の
端子間に給電されて充電が行われる。

【００４７】この充電中には、やはり電圧検出回路４
（各オペアンプ１０）の検出に基づき各単位セル２の電
圧が常に監視され（ステップＳ２４）、各単位セル２の
電圧が上限値（４．２Ｖ）つまり満充電に達したかどう
かが判断される（ステップＳ２５）。電圧が上限値に達
した単位セル２が検出されると（ステップＳ２５にてＮ
ｏ）、その単位セル２に関してはＦＥＴ２１のゲート電
圧の調整により充電電流が制限されるようになる（ステ
ップＳ２６）。

【００４８】このようにして、電圧が上限値に達した単
位セル２についてはそれ以上の充電を禁止しながら各単
位セル２に対する充電が行われ、充電時間が所定時間経
過したところで（ステップＳ２７にてＹｅｓ）、全ての
ＦＥＴ２１がオフされて組電池３の充電が終了するので
ある（ステップＳ２８）。これにより、電力転送回路６
による各単位セル２への給電を制御することにより、各
単位セル２の過充電を未然に防止しながら、全ての単位
セル２を所定の上限値まで定電圧充電することができ、
各単位セル２間での充電完了時の容量ばらつきを解消す
ることができるのである。

【００４９】図６のフローチャートは、上記組電池３の
充電と併せて行われる補助電池５の充電時における、制
御装置７の実行する制御手順を示している。この充電時
においては、電力転送回路６に充電電源８が接続され、
切替スイッチ１８の切替接点が充電側（接点１８ｂ）に
切替えられる（ステップＳ３１）。これにて、充電電源
８の交流電力が、補助電池用変圧器１６の二次側にも供
給されるようになり（ステップＳ３２）、この状態で、
リレー１４がオンされると共に、ＤＣ／ＡＣインバータ
１５が作動されることにより（ステップＳ３３）、補助
電池用変圧器１６の一次側から出力された電力が、ＤＣ
／ＡＣインバータ１５により整流されて直流化され、補
助電池５の端子間に給電されて充電が行われる。

【００５０】この充電中には、オペアンプ１３の検出に
基づき補助電池５の電圧が常に監視され（ステップＳ３
４）、補助電池５の電圧が所定の上限値に達したかどう
かが判断される（ステップＳ３５）、電圧が上限値に達
すると（Ｙｅｓ）、ＤＣ／ＡＣインバータ１５が調整さ
れて充電電流が制限されるようになる（ステップＳ３
６）。

【００５１】このようにして、補助電池５に対する充電
が行われ、充電時間が所定時間経過したところで（ステ
ップＳ３７にてＹｅｓ）、リレー１４がオフされると共
にＤＣ／ＡＣインバータ１５が停止され（ステップＳ３
８）、補助電池５の充電が終了するのである。この場合
も、補助電池５の過充電を防止し適切な充電を行うこと
ができるのである。このように、電力転送回路６の一部
を各単位セル２に対する充電回路として利用することが
できると共に、電力転送回路６をいわば逆向きに使用す
ることによって、補助電池５に対する充電回路としても
利用することができるのである。

【００５２】このように本実施例によれば、リチウム系
二次電池からなる単位セル２を直列接続してなり高い重
量エネルギ密度を有する組電池３を備え、電気自動車の
電源として最高速度や一充電走行距離などの走行性能に
優れるものにあって、補助電池５を設けてその電力を電
力転送回路６を介して各単位セル２に選択的に転送させ
る構成としたので、放電時に最も電圧の低い単位セルを
検出してその単位セルの電圧が下限電圧まで下がったら
放電を終了することにより過放電を防止していた従来の
ものと異なり、各単位セル２の過放電を防止しながら
も、各単位セル２毎の容量のばらつきによる組電池３全
体としての容量の低下を抑えることができ、組電池３と
しての能力を十分に引出すことができて一充電における
継続放電時間を長くすることができるものである。

【００５３】しかも、各単位セルにバイパス回路を並列
に接続しそれらバイパス回路に補助的な第２のセルを接
続するようにしていた従来のものと異なり、１個の補助
電池５により複数個の単位セル２に対応させることがで
きるので、構成がさほど複雑，大形となることはなく、
比較的簡単な構成で済ませることができ、電気自動車に
採用するに好適するのである。

【００５４】そして、特に本実施例では、電力転送回路
６を、各単位セル２及び補助電池５に対する充電回路と
して兼用するようにしたので、充電回路を別途に付加す
る場合と異なり、回路を簡単に済ませることができる。
しかも、その各単位セル２に対する充電時に、電圧検出
回路４の検出に基づき、ＦＥＴ２１を利用して、全ての
単位セル２を所定の上限値まで定電圧充電することがで
きるので、充電時においても、過充電を防止しながら全
ての単位セル２を定電圧に充電することができ、各単位
セル２間での充電完了時の容量（ＳＯＣ）のばらつきを
解消することができる利点を得ることができる。

【００５５】さらに、本実施例では、上記補助電池５
を、制御装置７等の駆動電源を兼用させるようにしたの
で、組電池３を制御用の駆動電源として用いる場合と異
なり組電池３が使用不能となっても制御が可能となり、
また制御用の別途の駆動電源を設ける必要もなくなるの
で、補助電池５を有効に使用することができると共に構
成を簡単に済ませることができる。このとき、上記のよ
うに補助電池５の容量を決定したことにより、補助電池
５が制御装置７等の駆動電源としての機能、及び組電池
３の単位セル２の補助を行う機能を果たすに必要且つ十
分な容量とすることができ、補助電池５を徒に大きくせ
ずに済ませることができる。

【００５６】尚、上記した実施例では、補助電池５につ
いてもリチウム系二次電池から構成したが、鉛やニッケ
ル系の二次電池を採用することも可能である。また、上
記実施例では、単位セル２の充電を全て電力転送回路６
を介して行うようにしたが、組電池３の充電時において
は、例えば母線９，９´に充電回路を接続して母線９，
９´を介して組電池３を満充電に近いところまで充電
し、その後、電力転送回路６を用いてＦＥＴ２１の制御
によって個々の単位セル２の定電圧まで充電させるとい
ったように、電力転送回路６を充電時の各単位セル２間
の容量ばらつきの補正程度に用いることもできる。これ
によれば、電力転送回路６の電流容量を小さく抑えるこ
とができ、変圧器１６，１７などの小形化ひいては回路
全体としての小形化，軽量化も図ることができる。

【００５７】図７は、本発明の他の実施例に係るバッテ
リ装置３１の電気的構成を概略的に示している。この実
施例が上記実施例のバッテリ装置１と異なる点は、主と
して補助電池５の電力を各単位セル２に転送する電力転
送回路３２の構成にある。従って、上記実施例と共通す
る部分については同一符号を付して詳しい説明を省略
し、以下、異なる点についてのみ述べる。

【００５８】この電力転送回路３２は、上記実施例のよ
うな直流，交流，直流といった変換を行わずに、補助電
池５の電力を直流のまま転送しようとするもので、補助
電池５と、組電池３を構成する各単位セル２のいずれか
とを選択的に並列接続するための接続切替スイッチ３３
を有して構成されている。この接続切替スイッチ３３
は、転送電流制御手段としての制御装置７（ＭＰＵ２
３）により切替え制御されるようになっている。

【００５９】また、ここでは、充電電源８は充電回路３
４に接続され、その充電回路３４がダイオード３５を介
して補助電池５の両端子間に接続されるようになってい
る。その充電回路３４は、やはり制御装置７により制御
されるようになっている。これにて、充電回路３４を介
して補助電池５の充電が可能とされていると共に、充電
回路３４及び電力転送回路３２（接続切替スイッチ３
３）を介して各単位セル２の充電が可能とされている。

【００６０】この構成においては、放電時において、制
御装置７は、電圧検出回路４の検出に基づき一番初めに
下限電圧まで低下した単位セル２を判断し、その単位セ
ル２に対して補助電池５からの電力が転送されるように
接続切替スイッチ３３を切替える。これにより、いずれ
かの単位セル２が早期に下限電圧に達しても、別の単位
セル２が下限電圧に低下するまでは、補助電池５からの
電力転送により、単位セル２３が過放電となることなく
組電池３全体としての放電を継続することができるよう
になる。また、充電時においては、補助電池５の充電が
可能となると共に、個々の単位セル２に対して過充電と
なることなく定電圧充電を行うことができる。

【００６１】かかる実施例によれば、１個の補助電池５
により放電時における各単位セル２の過放電を防止しな
がらも、各単位セル２毎の容量のばらつきによる組電池
３全体としての容量の低下を極力抑えることができる。
そして、複数の単位セル２に対する補助を同時に行った
り、多数個の単位セル２を同時に充電することはできな
いものの、その分回路構成を上記実施例に比べて大幅に
簡単化することができるものである。

【００６２】その他、例えば組電池（単位セル）におい
ても鉛やニッケル系の二次電池を採用するようにしても
良く、また、制御装置７等の駆動電源を補助電池５とは
別に設ける構成としたり、ＦＥＴ２１に代えてトランジ
スタを採用しても良い。さらには、電圧検出手段や報知
手段の構成としても種々の変形例が考えられ、また電気
自動車に限らず各種の電気機器に適用することができる
等、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実
施し得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すもので、バッテリ装置
の電気的構成を概略的に示す図

【図２】１個の単位セル部分の電気的構成を概略的に示
す図

【図３】単位セルの電圧（ａ）、放電電流（ｂ）、補助
電池からの転送電流（ｃ）の関係を示す図

【図４】放電時の制御手順を示すフローチャート

【図５】組電池の充電時の制御手順を示すフローチャー
ト

【図６】補助電池の充電時の制御手順を示すフローチャ
ート

【図７】本発明の他の実施例を示す図１相当図

【符号の説明】

図面中、１，３１はバッテリ装置、２は単位セル、３は
組電池、４は電圧検出回路（電圧検出手段）、５は補助
電池、６，３２は電力転送回路、７は制御装置（転送電
流制御手段）、８は充電電源、１０はオペアンプ、１４
はリレー、１５はＤＣ／ＡＣインバータ、１６は補助電
池用変圧器、１７はセル用変圧器、１８は切替スイッ
チ、２１はＦＥＴ、２３はＭＰＵ、２５は表示装置（報
知手段）、３３は接続切替スイッチ、３４は充電回路を
示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二次電池からなる複数個の単位セルを直
列に接続してなる組電池と、前記各単位セルの端子電圧を検出する電圧検出手段と、二次電池からなる補助電池と、この補助電池の電力を前記各単位セルに転送するための
電力転送回路と、前記組電池の放電時において、前記電圧検出手段の検出
に基づいて前記各単位セルの端子電圧が所定の下限値ま
で低下したかどうかを判断し、端子電圧が下限値まで低
下した単位セルに対して前記補助電池の電力を前記電力
転送回路を介して選択的に転送させる転送電流制御手段
とを具備してなるバッテリ装置。
【請求項２】前記補助電池は、前記電圧検出手段及び
転送制御手段の駆動電源を兼用していることを特徴とす
る請求項１記載のバッテリ装置。
【請求項３】前記補助電池の容量は、下記の式により
決定されることを特徴とする請求項２記載のバッテリ装
置。（補助電池容量）＝（各単位セルの公称容量に対する容
量ばらつきの平均）×（単位セルの個数）×（変換効
率）＋（制御電力容量）
【請求項４】前記補助電池の電力がいずれかの単位セ
ルに転送されているときに、その旨を使用者に報知する
報知手段を具備することを特徴とする請求項１ないし３
のいずれかに記載のバッテリ装置。
【請求項５】前記電力転送回路は、充電電源が接続さ
れることにより、その充電電源から前記組電池の各単位
セル及び前記補助電池に対して給電する充電回路として
機能することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか
に記載のバッテリ装置。
【請求項６】前記転送電流制御手段は、前記組電池の
充電時において、前記電圧検出手段の検出に基づき、前
記全ての単位セルを所定の上限値まで定電圧充電するよ
うに前記電力転送回路による各単位セルへの充電を制御
することを特徴とする請求項５記載のバッテリ装置。
【請求項７】前記組電池を構成する単位セルは、リチ
ウムイオンを吸蔵，放出可能な物質からなる正極及び負
極を有するリチウム系二次電池から構成されることを特
徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のバッテリ
装置。
【請求項８】前記組電池は、電気自動車の電源として
使用されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれ
かに記載のバッテリ装置。