JPH1155866A - バッテリの充電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各単位セルの過放電，過充電を防止すると共
に、それらの各単位セルが直列に接続されて構成される
バッテリの充電容量が、各単位セル毎の容量のばらつき
による制限を極力受けないようにする。 【解決手段】 マイクロプロセッサユニット７は、リチ
ウム二次電池のセル６ａを複数個直列接続して構成され
るバッテリ６の放電時において、各セル６ａの内放電下
限電圧に最も早く達するセル６ａを容量制限セルとして
検出すると共に、バッテリ６の充電時において充電上限
電圧に最も早く達するセル６ａを上限電圧セルとして検
出する。そして、容量制限セルと上限電圧セルとが等し
いと判断した場合は、上限電圧セルの端子電圧が充電上
限電圧を超えないように制御しながら、充電電流値が充
電停止値に達するか、または、充電時間が上限値に達す
るまで充電を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数個の単位セル
を直列に接続してなるバッテリの充電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球環境保護の目的から排気ガス
などによる大気汚染の問題がない電気自動車が注目され
ている。電気自動車の走行性能は、搭載されるバッテリ
を構成している二次電池（以下、単に電池と称す）の性
能に依存する部分が大きいため、当該電池について大容
量化または高エネルギ密度化のニーズが高まっている。

【０００３】斯様な状況下で、鉛，ニッカドやニッケル
水素電池などに代わるものとして、リチウム電池が注目
されている。リチウム電池は、同容量の鉛やニッカド電
池に比して約３〜４倍もの高い重量エネルギ密度を有し
ており、電気自動車用のバッテリとして使用すれば、最
高速度や一充電走行距離などの走行性能が大幅に向上す
ることが期待される。

【０００４】ところで、電気自動車に使用されるバッテ
リは、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、複数個の単位セルを直列に接続して構成され
ている。例えば、３００Ｖのバッテリ電圧を得るには、
単位セル当たり２Ｖの鉛電池では１５０個のセルを直列
接続することになる。このように多数の単位セルを直列
接続してなるバッテリを充電する場合、従来は、バッテ
リの正，負極の端子間電圧を監視することにより充電を
制御していた。

【０００５】この場合に問題となるのが、各単位セルの
容量や充電状態（State Of Charge,以下、ＳＯＣと称
す）に基づく電圧のばらつきである。直列接続された状
態では各単位セルを流れる電流値は等しいが、各単位セ
ル毎の容量には必ずばらつきがあるため、これに起因し
て各単位セルの端子電圧も異なったものとなる。即ち、
直列接続での使用では、単位セルの容量が小さいものほ
ど充電動作における端子電圧の変化は大きくなり、ある
ＳＯＣにおいて全単位セルの端子電圧が等しい状態にあ
るとしても、各容量にばらつきがあれば、異なるＳＯＣ
において各端子電圧はばらつくことになる。

【０００６】即ち、これらの総計たるバッテリの端子間
電圧を監視して充電制御しても、その構成要素たる各単
位セルとしては、端子電圧が（バッテリの端子間電圧）
／（単位セル個数）で得られる平均電圧よりも高く、或
いは低くなっているものが存在する。このため、上限電
圧まで充電すれば過充電となり、下限電圧まで放電すれ
ば過放電となる単位セルが存在することになる。

【０００７】しかし、過放電や過充電となっても、ニッ
カド或いはニッケル水素電池は性能の劣化が少なく、ま
た、鉛電池は、性能が劣化しても特に安全性に問題は無
いことから、過放電や過充電を防止するための対策は、
必要に応じて行われている程度である。

【０００８】ところが、リチウム電池は、過充電及び過
放電を伴う使用に対して性能の劣化が大きいため、一定
の電圧範囲内で使用しないと、容量が低下したり、或い
は、異常に発熱して危険な状態に至るおそれがある。特
に、電気自動車のバッテリのように多数個の単位セルを
直列接続して使用する場合は、バッテリの充放電エネル
ギが大きくなるので、リチウム電池をバッテリとして使
用するには、過放電，過充電対策は必須である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このような対策を考慮
したものとして、例えば、実開平２−１３６４４５号公
報においては、充電時には、各単位セルの端子電圧の内
最高値を検出してその最高電圧に基づいて制御を行い、
放電時には、同最低値を検出してその最低電圧に基づい
て制御を行う技術が開示されている。この従来技術で
は、全ての単位セルを所定電圧範囲内で充放電制御する
ことは可能だが、各単位セル毎のＳＯＣがずれてしまっ
た場合は、ＳＯＣが最高，最低である単位セルで充電，
放電が制限され、ＳＯＣがずれた分だけ容量が少なくな
るという問題がある。

【００１０】また、特開昭６１−２０６１７９号公報，
特開平５−６４３７７号公報や特開平７−３３６９０５
号公報には、各単位セルにツェナーダイオードまたはバ
イパス回路を並列に接続し、所定の上限電圧に達した単
位セルについては充電電流の一部をバイパスするように
したものが開示されている。

【００１１】しかしながら、前者では、ツェナー電圧の
個体差によるばらつきや温度による変動によって上限電
圧を精度良く管理できない。また、後者では、バイパス
回路において単位セルの端子電圧分の電圧降下が生じる
ため、当該端子電圧とバイパス電流との積の電力が無駄
に消費されてしまう。

【００１２】そして、両者共に過放電，過充電を防止し
ながら、全ての単位セルの端子電圧を上限電圧にするこ
とによって全ての単位セルのＳＯＣをそろえることはで
きるが、全体のバッテリ容量は、最小容量の単位セルの
容量によって制限されるので、特に後者のように無駄な
電力を消費してまで全てのＳＯＣをそろえることに格別
の意義があるとは言えない。

【００１３】更に、特開平４−２６７０７８号公報に
は、バッテリを構成する多数の単位セルの中に、１つだ
け他の単位セルよりも容量の小さい単位セルを制御対象
セルとして予め組込んでおき、その制御対象セルの電圧
を制御するという方法が開示されている。この方法によ
れば、充電時，放電時には、常に制御対象セルの端子電
圧が夫々最も高く，低くなるので、全体としての過充
電，過放電を容易に防止できるというものである。

【００１４】しかしながら、実際には、各単位セル毎の
充放電サイクル特性の違いやＳＯＣのずれが存在するた
め、制御対象セル以外のセルの端子電圧が最も高くなる
場合や最も低くなる場合が発生することがあり、制御不
能となるおそれがある。また、そのような事態を避ける
には、制御対象セルの容量を他の単位セルよりもかなり
小さく設定しなければならないため、結局バッテリの容
量が制限されてしまうという問題がある。

【００１５】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、各単位セルの過放電，過充電を防止
すると共に、それらの各単位セルが直列に接続されて構
成されるバッテリの充電容量が、各単位セル毎の容量の
ばらつきによる制限を極力受けないようにすることがで
きるバッテリの充電装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のバッテリ
の充電装置によれば、容量制限セル検出手段は、二次電
池からなる単位セルを複数個直列に接続して構成される
バッテリの放電時において、複数個の単位セルの内放電
下限電圧に最も早く達する単位セルを容量制限セルとし
て検出し、上限電圧セル検出手段は、バッテリの充電時
において、複数個の単位セルの内充電上限電圧に最も早
く達する単位セルを上限電圧セルとして検出する。そし
て、充電制御手段は、容量制限セルと上限電圧セルとが
同じものである場合にのみ、当該上限電圧セルの端子電
圧の変化に基づいてバッテリの充電終了のための制御を
行う。

【００１７】即ち、放電時において最も容量が小さい単
位セルと判断された容量制限セルが、充電時において充
電上限電圧に最も早く達した上限電圧セルに一致する場
合には、その上限電圧セルの端子電圧の変化に基づいて
充電終了のための制御を行うことによって、容量制限セ
ルを確実に満充電状態にすることが可能となる。従っ
て、各単位セル毎の容量のばらつきによる制限を極力受
けることなく、当該バッテリについて充電可能な最大容
量まで充電を行うことができる。

【００１８】請求項２記載のバッテリの充電装置によれ
ば、充電制御手段は、容量制限セルと上限電圧セルとが
同じものである場合は、以降のバッテリの充電制御で
は、上限電圧セルの端子電圧が充電上限電圧を超えない
ように制御しながら上限電圧セルが満充電状態になった
と判断するまで充電を行う。従って、例えば、充電電流
値が零近傍まで低下したことを以て満充電状態と判断し
て充電を停止させれば、バッテリを確実に最大容量まで
充電することができる。

【００１９】請求項３記載のバッテリの充電装置によれ
ば、充電制御手段は、容量制限セルと上限電圧セルとが
同じものである場合はその時点で充電を終了するので、
充電動作に要する時間を短くしながらバッテリが満充電
状態に近付いた時点で充電を終了させることができる。

【００２０】請求項４記載のバッテリの充電装置によれ
ば、充電制御手段は、容量制限セルと上限電圧セルとが
異なる場合でも、当該上限電圧セルの端子電圧が容量制
限セルの端子電圧に等しくなるようにバッテリの充電制
御を行うことによって、当該バッテリについて充電可能
な最大容量まで充電を行うことができる。

【００２１】請求項５記載のバッテリの充電装置によれ
ば、各単位セルに並列に接続され、当該単位セルに流入
する充電電流をバイパスするように開閉可能に構成され
たバイパス回路を具備したので、上限電圧セルの端子電
圧が容量制限セルの端子電圧に等しくなるように制御す
る場合でも、必要な場合にのみバイパス回路を閉じるこ
とによって、充電制御時におけるバイパス回路による電
力損失を極力低減することができる。

【００２２】請求項６記載のバッテリの充電装置によれ
ば、高いエネルギ密度を有するが、より厳密な過充電，
過放電対策が必要とされるリチウム電池で構成されるバ
ッテリに適用することによって、充放電を安全に制御し
た上でリチウム電池の性能を十分に引出して活用するこ
とができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】

（第１実施例）以下、本発明を電気自動車に搭載される
バッテリに適用した場合の第１実施例について、図１乃
至図５を参照して説明する。図１は、本発明の要部の電
気的構成を示す機能ブロック図である。定電圧回路１に
おいて、直流電源回路１ａは、電源プラグＰを介して図
示しない商用交流電源（２００Ｖ）に接続されると、交
流電源を整流昇圧して直流電源を生成するものであり、
その正側端子は電流制御素子１ｂ及びリレー２を介して
正側母線３ａに接続されており、負側端子は負側母線３
ｂに接続されている。

【００２４】例えばトランジスタやＦＥＴから構成され
る電流制御素子１ｂの出力端子は、リレー２の固定接点
２ａに接続されており、正側母線３ａは、リレー２の可
動接点２ｃに接続されている。また、リレー２の固定接
点２ｂは、負荷線４を介して負荷制御回路（図示せず）
に接続されている。負荷制御回路は、電気自動車の車輪
を駆動するモータ（何れも図示せず）の回転を制御する
ために、インバータなどで構成されるものである。

【００２５】正，負側母線３ａ，３ｂ間には、電流検出
回路５の検出用抵抗５ａとバッテリ６との直列回路が接
続されている。バッテリ６は、リチウム二次電池からな
るセル（単位セル）６ａが複数個（例えば、８０個）直
列に接続されて構成されている。セル６ａの標準的な端
子電圧は約３．６Ｖであり、バッテリ６全体の端子電圧
としては２８８Ｖである。ここで、リチウム二次電池と
しては、例えば、リチウムイオンを吸蔵及び放出する電
極を内蔵している二次電池を用いている。

【００２６】電流検出回路５は、検出用抵抗５ａとその
検出用抵抗５ａの両端子間に接続されたオペアンプ５ｂ
とで構成されており、オペアンプ５ｂの出力端子は、マ
イクロプロセッサユニット（充電制御手段，容量制限セ
ル検出手段，上限電圧セル検出手段，以下、ＭＰＵと称
す）７の入力端子に接続されている。

【００２７】また、バッテリ６の各セル６ａには、端子
電圧検出用のオペアンプ（端子電圧検出手段）８の入力
端子が並列に夫々接続されており、これらのオペアンプ
８の入力端子は、ＭＰＵ７の入力端子に夫々接続されて
いると共に、セレクタ９の入力端子にも夫々接続されて
いる。ＭＰＵ７は、オペアンプ５ｂ及び８からの出力信
号をＡ／Ｄ変換して読込むと共に、負荷制御回路に対し
て制御信号を出力するようになっている。

【００２８】セレクタ９は、入力される複数のセル６ａ
の端子電圧の内、ＭＰＵ７から出力される番号に対応す
るセル６ａの端子電圧を選択的に出力して、充電時には
コンパレータ１ｃの反転入力端子に出力するようになっ
ている。

【００２９】コンパレータ１ｃは、セレクタ９から与え
られた電圧と非反転入力端子に与えられている基準電圧
（後述する充電上限電圧に等しい）とを比較して、両者
の大小に応じた出力信号を電流制御素子１ｂに与えるよ
うになっている。

【００３０】ＭＰＵ７には、制御プログラムの実行領域
や作業領域として使用されるＲＡＭなどで構成されたメ
モリ７ａが書込み及び読出し可能に接続されている。ま
た、バッテリ６の各セル６ａには、セル電圧相当の電圧
降下を生じさせる抵抗１０ａ及び常開形のスイッチ１０
ｂとの直列回路で構成されるバイパス回路１０が並列に
接続されている。各バイパス回路１０のスイッチ１０ｂ
の開閉は、ＭＰＵ７から与えられる制御信号に応じて、
デコーダ１１により制御されるようになっている。

【００３１】次に、本実施例の作用について図２乃至図
４をも参照して説明する。まず、初期状態として、バッ
テリ６は適当な容量まで充電されているものとする。図
２は、ＭＰＵ７がバッテリ６の放電を制御する場合の処
理内容を示すフローチャートである。電気自動車の運転
が開始されると、それに伴ってバッテリ６の放電が開始
される。この時、ＭＰＵ７は、リレー２に制御信号を与
えて可動接点２ｃを固定接点２ｂの側に切り換えること
により、バッテリ６を、負荷線４を介して負荷制御回路
に接続する。

【００３２】この図２において、ＭＰＵ７は、「各セル
の電圧を監視」のステップＤ１において、各オペアンプ
８の出力信号を順にスキャンして、バッテリ６の各セル
６ａの端子電圧を監視する。そして、次の「全てのセル
電圧＞下限電圧？」の判断ステップＤ２に移行して、Ｍ
ＰＵ７は、全てのセル６ａの端子電圧が放電下限電圧
（以下、単に下限電圧と称す）よりも大であるか否かを
判断する。

【００３３】ここで、下限電圧とは、バッテリ６を放電
させた場合に、セル６ａが過放電状態とならないように
設定される電圧値であり、例えば、２．５〜３．０Ｖ程
度に設定される。判断ステップＤ２において、全てのセ
ル６ａの端子電圧が下限電圧よりも大なる状態であり
「ＹＥＳ」と判断した場合はステップＤ１に移行する。

【００３４】即ち、バッテリ６の複数のセル６ａの内、
下限電圧に達したセル６ａが１個も検知されない状態で
は、ステップＤ１，Ｄ２を繰返して、電気自動車の運転
状態に応じた放電動作が続行される。そして、判断ステ
ップＤ２において、ＭＰＵ７が、バッテリ６の何れかの
セル６ａが下限電圧に達したことを検知すると、次の
「下限電圧に達したセル（容量制限セル）を記憶」の処
理ステップＤ３に移行する。

【００３５】処理ステップＤ３において、ＭＰＵ７は、
最初に下限電圧に達したセル６ａに割当てられている番
号をメモリ７ａに書込み、容量制限セルとして記憶す
る。そして、「負荷制御回路に放電制限を指令」の処理
ステップＤ４に移行する。

【００３６】処理ステップＤ４において、ＭＰＵ７は、
下限電圧に達したセル６ａが検知されたことにより、こ
れ以上放電を続けると過放電状態となるおそれがあるた
め、負荷制御回路に対して放電制限の指令を与えて出力
を制限し、電池電圧の低下を抑制する一方運転者に充電
を促す。そして、放電の終了と共に処理を終了する。

【００３７】図３は、ＭＰＵ７がバッテリ６の充電を制
御する場合の処理内容を示すフローチャートである。こ
の時、直流電源回路１ａは、電源プラグＰを介して商用
交流電源に接続されると共に、ＭＰＵ７から制御信号が
与えられてバッテリ６の充電を開始する。

【００３８】また、ＭＰＵ７は、リレー２に制御信号を
与えて可動接点２ｃを固定接点２ａの側に切り換えるこ
とにより、バッテリ６を、電流制御素子１ｂ側に接続す
る。尚、一例として、バッテリ６の容量は１００Ａｈで
あり、初期充電電流は２０Ａに設定して充電を行うもの
とする（図４（ｂ）参照）。

【００３９】この図３において、ＭＰＵ７は、「各セル
の電圧を監視」のステップＣ１において、放電時と同様
に、各オペアンプ８の出力信号を順にスキャンして、バ
ッテリ６の各セル６ａの端子電圧を監視する。そして、
次の「全てのセル電圧＜上限電圧？」の判断ステップＣ
２において、全てのセル６ａの端子電圧が、充電上限電
圧（以下、単に上限電圧と称す）よりも小であるか否か
を判断する。

【００４０】ここで、上限電圧とは、バッテリ６を充電
する場合に、セル６ａが過充電状態とならないように設
定される電圧値であり、例えば、４．１〜４．３Ｖ程度
に設定される。判断ステップＣ２において、全てのセル
６ａの端子電圧が上限電圧よりも小であり「ＹＥＳ」と
判断した場合はステップＣ１に移行する。

【００４１】即ち、バッテリ６のセル６ａの内、１個で
も上限電圧に達したセル６ａが検知されるまでは、ステ
ップＣ１，Ｃ２を繰返して、バッテリ６の充電が続行さ
れる。尚、後述するように上限電圧セルが選択され、コ
ンパレータ１ｃにより電流制御素子１ｂが制御されるま
では、ＭＰＵ７が電流検出回路５から得られる充電電流
値に基づきフィードバック制御を行うことによって、直
流電源回路１ａから２０Ａの充電電流が供給されるよう
になっている。

【００４２】ここで、図４（ａ）及び（ｂ）は、充電時
間の経過に伴う上限電圧セルの端子電圧及び充電電流の
変化を示すものである。図４（ａ）及び（ｂ）では、充
電開始の時点からまでは定電流（２０Ａ，１００Ａ
ｈの容量に対して０．２Ｃ）充電であり、上限電圧セル
の端子電圧は、初期値から上限電圧に向かって次第に上
昇して行く。

【００４３】そして、判断ステップＣ２において、ＭＰ
Ｕ７は、バッテリ６の何れかのセル６ａが上限電圧に達
したことを検知すると、次の「上限電圧セル＝容量制限
セル？」の判断ステップＣ３に移行する。

【００４４】判断ステップＣ３において、ＭＰＵ７は、
判断ステップＣ２で上限電圧に達したセル６ａ即ち上限
電圧セルが、放電時においてステップＤ３でメモリ７ａ
に記憶した容量制限セルと同じものであるか否かを判断
する。両者が同じセル６ａであって「ＹＥＳ」と判断す
ると、「容量制限セル電圧＝上限電圧に保ちながら電流
を調整」の処理ステップＣ４に移行する。

【００４５】処理ステップＣ４において、ＭＰＵ７は、
容量制限セルであるセル６ａの番号をセレクタ９に出力
することにより、セレクタ９に容量制限セルの端子電圧
をコンパレータ１ｃの反転入力端子に選択的に出力させ
る。すると、コンパレータ１ｃは、その容量制限セルの
端子電圧と上限電圧とを比較して、上限電圧の方が大な
る時のみハイレベルとなる信号を電流制御素子１ｂに出
力する。電流制御素子１ｂは、コンパレータ１ｃから与
えられる出力信号に応じてバッテリ６の充電電流値を制
御する。

【００４６】結果として以降の充電は、図４の時点〜
に示すように、容量制限セルの端子電圧を略上限電圧
に維持するようにバッテリ６の充電電流値が制御される
定電圧充電となり、この期間での充電電流値は、電流制
御素子１ｂによって初期値の２０Ａから次第に減少する
ように制御される。

【００４７】処理ステップＣ４の次は、「充電電流≦充
電停止値？」の判断ステップＣ５，「充電時間＞上限値
？」の判断ステップＣ６に順次移行して、何れか一方の
判断ステップで「ＹＥＳ」と判断（即ち、容量制限セル
が満充電状態になったと判断）しない限りは、ステップ
Ｃ１に移行して充電が続行される。即ち、「上限電圧セ
ル＝容量制限セル」である場合の定電圧期間において
は、ステップＣ１〜Ｃ６のループが繰返される。

【００４８】尚、判断ステップＣ５において、充電停止
値として設定される充電電流の値は、は、例えば０．０
１Ｃ（バッテリの容量が１００Ａｈであれば、１Ａ）程
度とする。また、判断ステップＣ６における上限値は、
以下のように設定される。即ち、容量１００Ａｈのバッ
テリ６を２０Ａ（０．２Ｃ）の電流で充電すると、単純
計算では充電時間５時間で満充電状態となる。

【００４９】しかし、実際には、各セル６ａの内部抵抗
と充電電流との積による電圧上昇分が加わり電池電圧が
上限電圧を超えてしまうので、超えないように電流を絞
る必要があるため、５時間の充電を行っても満充電状態
とはならない。そこで、その電流の低下による充電容量
不足分を補うため、５時間に延長時間（例えば３時間程
度）を加えて、上限値を８時間とする。以上のように、
判断ステップＣ５，Ｃ６のＯＲ条件の成立によって充電
を終了させる。

【００５０】一方、判断ステップＣ３において、上限電
圧セルと容量制限セルとが異なり、ＭＰＵ７が「ＮＯ」
と判断した場合は、「上限電圧セルのバイパス回路を閉
じる」の処理ステップＣ７に移行する。尚、一般には、
上限電圧セルは容量制限セルに一致することが予想され
るが、バッテリ６の放電停止時などにおける各セル６ａ
の自己放電量の差によっては、両者が一致しない場合も
有り得る。

【００５１】処理ステップＣ７において、ＭＰＵ７は、
デコーダ１１に上限電圧セルであるセル６ａの番号を与
えることにより、当該セル６ａのバイパス回路１０のス
イッチ１０ｂを閉状態にする。

【００５２】バイパス回路１０が閉じられると、充電電
流は上限電圧セルに流入することなく、バイパス回路１
０を介してバイパスされる。同時に、上限電圧セルは抵
抗１０ａを介して放電するので、その端子電圧は低下す
る。そして、次の「上限電圧セルの端子電圧≦容量制限
セルの端子電圧？」の判断ステップＣ８に移行する。

【００５３】判断ステップＣ８において、ＭＰＵ７は、
上限電圧セルの端子電圧が容量制限セルの端子電圧以下
になったか否かを判断する。前者の端子電圧が後者の端
子電圧以下である場合は「ＹＥＳ」と判断して、「バイ
パス回路を開く」の処理ステップＣ９に移行する。処理
ステップＣ９において、ＭＰＵ７は、デコーダ１１に上
限電圧セルの番号を与え、当該セル６ａのバイパス回路
１０のスイッチ１０ｂを開状態にして放電を停止させる
と、ステップＣ１に移行する。

【００５４】また、判断ステップＣ８において、上限電
圧セルの端子電圧が容量制限セルの端子電圧を超えてい
る場合は「ＮＯ」と判断してステップＣ１に移行する。
以降は、判断ステップＣ８でＭＰＵ７が「ＹＥＳ」と判
断するまで、ステップＣ１→Ｃ２→Ｃ３→Ｃ７→Ｃ８→
Ｃ１→…のループを繰返す。

【００５５】ここで、図５は、充電時において、上限電
圧セルと容量制限セルとが一致しない場合における各セ
ル６ａの端子電圧（ａ）及びバイパス電流（ｂ）の変化
を示すものである。図５（ａ）において、セルＣが容量
制限セルであり、セルＡ，Ｂが時点，において、セ
ルＣよりも早く上限電圧に達している。

【００５６】すると、セルＡ，Ｂの端子電圧がセルＣの
端子電圧以下になるまで（時点，）、ＭＰＵ７によ
って夫々のバイパス回路１０が閉じられてその期間だけ
バイパス電流が流れ、セルＡ，Ｂは放電される（図５
（ｂ）参照）。

【００５７】また、セルＣが上限電圧セルとなることに
より定電圧充電モードに入った後においても、各セル６
ａ毎の内部抵抗のばらつき等によって、例えばセルＡの
端子電圧がセルＣの端子電圧を超える場合もあり得る
（図５（ａ），時点参照）。即ち、図３のフローチャ
ートにおいては、ステップＣ３で一度「ＹＥＳ」と判断
して定電圧充電モードに入り、ステップＣ１〜Ｃ６のル
ープを繰返している間にステップＣ３で「ＮＯ」と判断
されるケースに相当する。

【００５８】斯様な場合も、前述と同様にステップＣ
７，Ｃ８へと移行することによって、セルＡの端子電圧
がセルＣの端子電圧以下になるまで（時点）ＭＰＵ７
によりバイパス回路１０が閉じられて、バイパス電流が
流れてセルＡの放電が行われる（図５（ｂ）参照）。

【００５９】以上のように本実施例によれば、ＭＰＵ７
は、リチウム二次電池のセル６ａを複数個直列接続して
構成されるバッテリ６の放電時において、各セル６ａの
内下限電圧に最も早く達するセル６ａを容量制限セルと
して検出すると共に、バッテリ６の充電時において、上
限電圧に最も早く達するセル６ａを上限電圧セルとして
検出する。そして、容量制限セルと上限電圧セルとが等
しいと判断した場合は、上限電圧セルの端子電圧が上限
電圧を超えないように制御しながら、充電電流値が充電
停止値に達するか、または、充電時間が上限値に達する
まで充電を行うようにした。

【００６０】即ち、容量制限セルが上限電圧セルに一致
した場合は、その上限電圧セルの端子電圧の変化に基づ
いて充電制御を行うことによって、容量制限セルを確実
に満充電状態にすることが可能となる。従って、セル６
ａ毎の容量のばらつきによる制限を極力受けることな
く、バッテリ６について充電可能な最大容量まで確実に
充電を行うことができる。

【００６１】また、本実施例によれば、ＭＰＵ７は、容
量制限セルと上限電圧セルとが異なる場合でも、バイパ
ス回路１０を開閉制御しながら当該上限電圧セルの端子
電圧が容量制限セルの端子電圧に等しくなるようにバッ
テリ６の充電制御を行うことによって、バイパス回路１
０による電力損失を極力低減した上で、バッテリ６につ
いて充電可能な最大容量まで充電を行うことができる。

【００６２】更に、本実施例によれば、高いエネルギ密
度を有するがより厳密な過充電，過放電対策が必要とさ
れるリチウム電池のセル６ａで構成されるバッテリ６に
適用することによって、充放電を安全に制御した上でリ
チウム電池の性能を十分に引出して活用することができ
る。

【００６３】（第２実施例）図６は本発明の第２実施例
を示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号
を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説
明する。第２実施例では、バッテリ６の各セル６ａに並
列に接続されているバイパス回路１０′は、第１実施例
におけるバイパス回路１０の抵抗１０ａに代えて、ツェ
ナーダイオード１２が配置されている。ツェナーダイオ
ード１２のツェナー電圧は、上限電圧以下となるように
選択されている。その他の構成は、第１実施例と同様で
ある。

【００６４】次に、第２実施例の作用について説明す
る。充放電に関する制御方式としては第１実施例と同様
であるが、図３に示すフローチャートのステップＣ７に
おいてバイパス回路１０′が閉じられた時に、セル６ａ
の端子電圧は、ツェナーダイオード１２のツェナー電圧
（上限電圧以下）に維持されるようにバイパス電流が自
動的に流れるようになる。従って、セル６ａが余分に放
電してしまうことを防止できる。

【００６５】この場合、定電圧充電制御は、ツェナーダ
イオード１２の特性にのみ依存して行われるわけではな
く、ＭＰＵ７は、第１実施例と同様にバイパス回路１
０′を開閉制御するので、ツェナーダイオード１２のツ
ェナー電圧のばらつきや温度特性などについては、特に
厳しい規格を要求する必要がない。従って、ツェナーダ
イオード１２の選択の自由度を狭めることなく、バイパ
ス回路１０′を安価に構成することができる。

【００６６】本発明は上記し且つ図面に記載した実施例
にのみ限定されるものではなく、次のような変形または
拡張が可能である。図３に示すフローチャートにおい
て、ステップＣ５，Ｃ６の何れか一方のみをもって、容
量制限セルが満充電状態になったと判断しても良い。ス
テップＣ３において「ＹＥＳ」と判断した時点で、バッ
テリ６の充電を終了しても良い。この時点でも、容量制
限セルは既に満充電に近い状態にあることから、充電時
間を短くしたいという要求を重視する場合などに適用す
れば良い。また、電気自動車の運転時において制動がか
けられた時にモータによって発電される回生電流を、バ
ッテリ６によって吸収するシステムを構成する場合に
は、その吸収分の余裕を予めバッテリ６の容量にもたせ
る必要があるので、この場合にも好適である。

【００６７】放電制御時にステップＤ４において、ＭＰ
Ｕ７から負荷制御回路に対して放電制限指令を与えるの
に代えて、ステップＤ３で容量制限セルとして検知され
たセル６ａの番号をセレクタ９に与えて、セレクタ９の
内部に充電，放電時に出力先を切換えるスイッチを設
け、そのセレクタ９からの出力信号を負荷制御回路に与
えるように構成しても良い。そして、負荷制御回路は、
容量制限セルの端子電圧が下限電圧を下回らない範囲で
負荷を駆動するように負荷電流を制限する。端子電圧検
出手段，充電制御手段，上限電圧セル検出手段は、夫々
別体で構成しても良い。

【００６８】単位セルはリチウム電池に限らず、鉛電池
やニッケル系電池であっても同様に適用が可能である。
また、単位セルを複数個内蔵して構成されるセルモジュ
ールを、複数個直列に接続して構成されるバッテリに適
用しても良い。斯様な場合は、、セルモジュール単位で
の過充電，過放電を防止することができるので、バッテ
リの寿命をより向上させることができる。また、端子電
圧検出手段の数をより少なくすることができるので、よ
り低コストで構成することが可能となる。電気自動車に
限ることなく、複数の単位セルを直列に接続して構成さ
れるバッテリを使用するものであれば適用が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における要部の電気的構成
を示す機能ブロック図

【図２】ＭＰＵによるバッテリの放電制御の内容を示す
フローチャート

【図３】ＭＰＵによるバッテリの充電制御の内容を示す
フローチャート

【図４】充電時間の経過に伴う上限電圧セルの端子電圧
（ａ）及び充電電流（ｂ）の変化を示す図

【図５】充電時において、上限電圧セルと容量制限セル
とが一致しない場合における各セル６ａの端子電圧
（ａ）及びバイパス電流（ｂ）の変化を示す図

【図６】本発明の第２実施例を示す図１相当図

【符号の説明】

６はバッテリ、６ａセル（単位セル，リチウム二次電
池）、７はマイクロプロセッサユニット（充電制御手
段，容量制限セル検出手段，上限電圧セル検出手段）、
８はオペアンプ（端子電圧検出手段）、１０及び１０′
はバイパス回路を示す。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二次電池からなる単位セルを複数個直列
   に接続して構成されるバッテリを充電するバッテリの充
   電装置において、 前記複数個の単位セルの各端子電圧を検出する端子電圧
   検出手段と、 前記バッテリの放電時において、前記端子電圧検出手段
   により検出される前記各端子電圧を参照して、前記複数
   個の単位セルの内、放電下限電圧に最も早く達する単位
   セルを容量制限セルとして検出する容量制限セル検出手
   段と、 前記バッテリの充電時において、前記端子電圧検出手段
   により検出される前記各端子電圧を参照して、前記複数
   個の単位セルの内、充電上限電圧に最も早く達する単位
   セルを上限電圧セルとして検出し、前記容量制限セル検
   出手段が検出した前記容量制限セルと前記上限電圧セル
   とが同じものである場合にのみ、当該上限電圧セルの端
   子電圧の変化に基づいて前記バッテリの充電終了のため
   の制御を行う充電制御手段とを具備したことを特徴とす
   るバッテリの充電装置。
2. 【請求項２】 前記充電制御手段は、前記容量制限セル
   と前記上限電圧セルとが同じものである場合は、以降の
   前記バッテリの充電制御においては、前記上限電圧セル
   の端子電圧が前記充電上限電圧を超えないように制御し
   ながら、前記上限電圧セルが満充電状態になったと判断
   するまで充電を行うことを特徴とする請求項１記載のバ
   ッテリの充電装置。
3. 【請求項３】 前記充電制御手段は、前記容量制限セル
   と前記上限電圧セルとが同じものである場合は、その時
   点で充電を終了することを特徴とする請求項１記載のバ
   ッテリの充電装置。
4. 【請求項４】 前記充電制御手段は、前記容量制限セル
   と前記上限電圧セルとが異なるものである場合は、当該
   上限電圧セルの端子電圧が前記容量制限セルの端子電圧
   に等しくなるように前記バッテリの充電制御を行うこと
   を特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のバッテリ
   の充電装置。
5. 【請求項５】 前記各単位セルに流入する充電電流をバ
   イパスするために前記各単位セルに並列に接続され、前
   記充電制御手段によって開閉可能に構成されたバイパス
   回路を具備したことを特徴とする請求項４記載のバッテ
   リの充電装置。
6. 【請求項６】 前記二次電池はリチウム電池であること
   を特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のバッテリ
   の充電装置。