WO2012043745A1

WO2012043745A1 - 充電制御装置

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Publication number: WO2012043745A1
Application number: PCT/JP2011/072426
Authority: WO
Inventors: 久保　守; 太田垣　和久; 福田　康宏; 正寛牧野; 文生米田; 俊之平田
Original assignee: 三洋電機株式会社
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2012-04-05
Also published as: JPWO2012043745A1

Abstract

　電池ユニットの電圧検出を効果的に行う。双方向電力変換部２００は、電池ユニット２０２への充電電流を制御する。電池ユニット２０２内には、その電圧を検出する電圧計が設けられ、双方向電力変換部２００内には、前記電池ユニットの電圧を検出するセンサＳ１が設けられている。制御回路２００ｃは、センサＳ１により検出した検出値と電池ユニット２０２内の電圧計により検出した検出値との関係を記憶しており、この関係に基づきセンサＳ１により検出した検出値を補正する。そして、双方向電力変換部２００は、電池ユニット２０２の充電の際に、電圧検出値を用いて、充電を制御する。

Description

充電制御装置

　本発明は、電池の充電を制御する充電制御装置に関する。

　特許文献１－３には、系統電源からの電力を蓄電池に貯蔵しておき、必要なタイミングで蓄電池からの直流電力を交流電力に変換して系統電源に接続されている負荷に供給する電源システムが記載されている。特に、特許文献３では、商用電源からの深夜電力によって、蓄電池を充電し、昼間などに蓄電池からの直流電力を交流電力に変換して、負荷に供給している。

特開２００６－６７６７３号公報特開２００２－３１５２３０号公報特許第３２５５３０４号公報

　ここで、蓄電池は放電と充電を繰り返し、これらの制御において、蓄電池の電圧を正しく検出する必要がある。例えば、蓄電池の充電においては、定電圧充電があり、この場合には、充電電流が減少することで、充電を終了する。従って、定電圧充電により、充電終了時の蓄電池電圧が決定され、その蓄電池電圧により蓄電量も決定されるため、電圧を正確に検出したいという要求がある。

　本発明は、電池ユニットの充電制御装置であって、前記電池ユニット内に設けられ、前記電池ユニットの電圧を検出する第１電圧計と、前記電池ユニットに接続され、前記電池ユニットへの充電電流を制御する充電制御回路と、前記充電制御回路内に設けられ、前記電池ユニットの電圧を検出する第２電圧計と、前記第２電圧計により検出した検出値と前記第１電圧計により検出した検出値との関係を記憶しており、この関係に基づき前記第２電圧計により検出した検出値を補正する補正回路と、を有し、前記充電制御回路は、前記電池ユニットの充電の際に、前記補正回路により補正された電圧検出値を用いて、充電を制御することを特徴とする。

　また、前記制御回路における、前記第１電圧計の検出値を取り入れる頻度は前記第２電圧計の検出値を取り入れる頻度より小さいことが好適であり、前記制御回路は、前記第１電圧計の検出値をそのまま用い、前記第１電圧計の検出値を用いることができない場合に、前記第２電圧計の検出値を用いることが好適である。

　また、前記充電制御回路は、前記電池ユニットへの充電電流を定電流に制御する定電流制御回路と、前記電池ユニットへの充電電圧を定電圧に制御する定電圧制御回路と、前記補正回路により補正した電池ユニットの電圧と、電圧設定値を比較し、得られた比較結果に基づき、電池電圧が電圧設定値に至るまでは定電流充電を行い、前記電圧設定値に至った後は定電圧充電を行うように制御する制御回路と、を含み、前記電圧設定値が変更可能であることが好適である。

　また、前記電池の劣化を検出する劣化検出回路を有し、前記制御回路は、前記劣化検出回路で検出した電池の劣化が進むほど、前記電圧設定値を高く変更することが好適である。

　本発明によれば、電池ユニットの電圧を正確に検出して、電池ユニットの充電を制御することができる。

電源システムの全体構成を示す図である。電池ユニットの充電時における電圧、電流を示す図である。電池の劣化と蓄電量の関係を示す図である。劣化時の電池ユニットの充電時における電圧、電流を示す図である。電池ユニットの構成を示す図である。充電時の処理を示すフローチャートである。電圧検出値の特性を示す図である。電圧計の関係の記憶のための処理を示すフローチャートである。変換式を示す図である。検出値の補正を示すフローチャートである。

　以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。

　本発明の実施の形態における電源システムは、図１に示すように、双方向電力変換部２００、電池ユニット２０２、系統電源２０４及び制御部２０６を含んで構成される。双方向電力変換部２００には、直流電源である電池ユニット２０２と交流の系統電源２０４とが接続される。また、系統電源２０４には負荷２０８が接続されており、負荷２０８に対して系統電源２０４から交流電力が供給される。さらに、負荷２０８には双方向電力変換部２００を介して電池ユニット２０２が接続されており、電池ユニット２０２からの直流電力が双方向電力変換部２００において交流電力に変換されて負荷２０８に供給される。

　電池ユニット２０２は、二次電池である蓄電池を含んで構成される。電池ユニット２０２は、例えば、リチウムイオン電池などの蓄電池セルを直並列に接続して構成され、直流の開放電圧が２００Ｖ程度のものが採用される。電池ユニット２０２は、例えば、リチウムイオン電池の蓄電池セルを２４個並列に接続したものを、さらに直列に１３組接続して構成された電池パックを複数含んで構成される。電池ユニット２０２は、例えば、電池パックを５個直列に接続した電池パック列を４個並列に接続して構成されるが、電池ユニットは１つの電池パックで構成してもよい。電池ユニット２０２には、電圧センサ、電流センサ及び温度センサが設けられ、電池ユニット２０２の出力電圧、充放電電流、温度を制御部２０６へ出力する。

　系統電源２０４は、例えば、交流商用電源である。本実施の形態では、系統電源２０４は、単相２００Ｖ交流電源とするが、これに限定されるものではない。

　双方向電力変換部２００は、上記のように、電池ユニット２０２から出力される直流電力を交流電力へ変換して負荷２０８へ供給すると共に、系統電源２０４からの交流電力を直流電力に変換して電池ユニット２０２の充電を行うために用いられる。

　例えば、電力の使用が少ない深夜等において系統電源２０４からの交流電力によって電池ユニット２０２を充電し、昼間等の負荷２０８による電力消費が大きい期間において電池ユニット２０２から放電してその電力を系統電源２０４から供給される電力に重畳して負荷２０８に供給する。これにより、電力消費量の平均化を図ることができ、電力消費のピークの低減化を図ることができる。

　次に、双方向電力変換部２００について説明する。図１に示すように、双方向電力変換部２００は、昇降圧回路２００ａ、インバータ回路２００ｂ及び制御回路２００ｃを含んで構成される。双方向電力変換部２００は、外部の制御部２０６と接続され、制御部２０６からの制御信号を受けた制御回路２００ｃによって昇降圧回路２００ａ及びインバータ回路２００ｂが制御される。

　昇降圧回路２００ａは、電池ユニット２０２から出力される電圧を昇圧してインバータ回路２００ｂへ供給する機能と、インバータ回路２００ｂから出力される電圧を降圧して電池ユニット２０２へ供給する機能と、を実現する。昇降圧回路２００ａは、コンデンサＣ１、インダクタＬ１及びスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２を含んで構成される。

　電池ユニット２０２の正側出力端に接続される正側ラインと、負側出力端に接続される負側ラインが昇降圧回路２００ａに接続される。この正負側ライン間には、コンデンサＣ１が接続されている。また、正側ラインは、コイルＬ１を介し、２つのスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２の接続点に接続されている。ここで、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２は、それぞれＮ型のトランジスタと還流ダイオードの並列接続からなる。スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２のトランジスタには例えばＩＧＢＴなど大電流を流すパワートランジスタが採用されオン時に正側（コレクタ）から負側（エミッタ）に電流を流し、還流ダイオードは負側（トランジスタのエミッタ側）から正側（トランジスタのコレクタ側）に電流を流す。なお、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２は、ＦＥＴを用いて構成することも可能である。

　スイッチング素子ＳＷ１は、そのコレクタがインバータ回路２００ｂの正側母線に接続され、エミッタはスイッチング素子ＳＷ２のコレクタに接続される。スイッチング素子ＳＷ２のエミッタは負側ラインに接続される。そして、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２のゲートは、制御回路２００ｃに接続され、制御回路２００ｃがスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２のトランジスタのオン／オフを制御する。すなわち、コイルＬ１、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２によりフルアームのＤＣコンバータが構成されており、制御回路２００ｃによりスイッチング素子ＳＷ１をオフに維持し、スイッチング素子ＳＷ２をオン／オフ制御することによって、インバータ回路２００ｂの正側母線側に電池ユニット２０２からの出力電圧を昇圧した直流電圧を得ることができる。また、スイッチング素子ＳＷ２をオフに維持し、スイッチング素子ＳＷ１のオン／オフ制御によってインバータ回路２００ｂの正側母線の電圧を降圧した直流電圧を電池ユニット２０２の正側出力端に得ることが可能となる。

　このとき、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２のオン／オフのデューティ比を制御して電圧を変えることによって、昇降圧回路２００ａの電池ユニット２０２からインバータ回路２００ｂへ供給される電力及びインバータ回路２００ｂから電池ユニット２０２へ供給される電力の電力移動を制御することができる。

　具体的には、制御部２０６は、センサＳ４によって得られる系統電源２０４からの供給電力及び負荷２０８の必要電力の情報を受けて、これらの情報から電池ユニット２０２から負荷２０８へ供給する電力、すなわち電池ユニット２０２から系統電源２０４へ重畳する電力を求める。制御部２０６は、求められた電力が電池ユニット２０２から供給されるように指示する制御信号を制御回路２００ｃへ出力する。制御回路２００ｃは、センサＳ１によって電池ユニット２０２の電圧Ｖｄ及び充放電電流ＩｄとセンサＳ２によって測定される中間電圧Ｖｍとを受けて、これらの値及び制御部２０６から受けた制御信号に基づいて所望の電力移動となるようにスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２のオン／オフのデューティ比を制御する。なお、スイッチング素子ＳＷ２のエミッタが接続されるインバータ回路２００ｂの負側母線と、スイッチング素子ＳＷ１のコレクタが接続されるインバータ回路２００ｂの正側母線の間には、コンデンサＣ２が接続され、正負母線間の電圧を平滑化している。このコンデンサＣ２の負側母線に対する端子電圧を中間電圧Ｖｍとする。なお、スイッチング素子ＳＷ１とＳＷ２との接続点の電圧がスイッチング素子ＳＷ１に並列に接続された環流ダイオードを介してコンデンサＣ２の正側母線に表われている。

　一般的に、インバータ回路２００ｂの正負母線間の中間電圧Ｖｍは、電池ユニット２０２の出力電圧Ｖｄに比べ高い電圧に制御される。ただし、電池ユニット２０２の電圧Ｖｄが中間電圧Ｖｍより高い場合には、中間電圧Ｖｍから電池ユニット２０２側に昇圧して電力を供給できる昇降圧回路を設け、電力を輸送すればよい。

　インバータ回路２００ｂは、スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５及びＳＷ６を含んで構成される。スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５及びＳＷ６は、それぞれＮ型のトランジスタと還流ダイオードの並列接続からなる。スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５及びＳＷ６のトランジスタには例えばＩＧＢＴなど大電流を流すパワートランジスタが採用されオン時に正側（コレクタ）から負側（エミッタ）に電流を流し、還流ダイオードは負側（トランジスタのエミッタ側）から正側（トランジスタのコレクタ側）に電流を流す。スイッチング素子ＳＷ３及びＳＷ５はインバータ回路２００ｂの上アームを構成し、スイッチング素子ＳＷ４及びＳＷ６はインバータ回路２００ｂの下アームを構成する。これらのスイッチング素子ＳＷ４～ＳＷ６は、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２と同様にＦＥＴを用いて構成してもよい。

　すなわち、インバータ回路２００ｂの正負母線間には、スイッチング素子ＳＷ３及びＳＷ４の直列接続およびスイッチング素子ＳＷ５及びＳＷ６の直列接続の２本のアームが接続される。スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ５のコレクタが正側母線にそれぞれ接続され、エミッタがスイッチング素子ＳＷ４，ＳＷ６のコレクタに接続される。また、スイッチング素子ＳＷ４，ＳＷ６のエミッタは、負極母線に接続される。このようにして、スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５及びＳＷ６により単相のインバータ回路２００ｂが構成されている。

　また、スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４の接続点は、コイルＬ２を介し、系統電源２０４の一端に接続される交流出力端になっており、スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６の接続点は、コイルＬ３を介し、系統電源２０４の他端に接続される交流出力端になっている。また、コイルＬ２およびコイルＬ３の交流出力端側間には、コンデンサＣ３が接続されている。コイルＬ２，Ｌ３及びコンデンサＣ３は、インバータ回路２００ｂの交流電流に生じる高周波成分の除去と、交流電流の位相を交流電圧の位相に近づける機能のために必要となる。

　スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５及びＳＷ６は、制御回路２００ｃによってオン／オフ制御される。スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５及びＳＷ６のオン／オフ制御によって、電池ユニット２０２の放電時、すなわち電池ユニット２０２から負荷２０８へ電力を供給する期間においては昇降圧回路２００ａから供給される直流電力がインバータ回路２００ｂによって交流電力に変換されて負荷２０８へ供給される。具体的には、スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ６をオン及びスイッチング素子ＳＷ４，ＳＷ５をオフにすることでコイルＬ２側の交流出力端が正となる出力が得られ、スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ６をオフ及びスイッチング素子ＳＷ４，ＳＷ５をオンにすることでコイルＬ３側の交流出力端が正となる出力が得られる。ここで、制御回路２００ｃは、センサＳ３によって測定されるインバータ回路２００ｂへの入力電圧Ｖａ及び入出力電流Ｉａを受けて、これらの信号からゼロクロス点を検出して系統電源２０４から負荷２０８へ供給される電力の電圧位相と同期した交流電力がインバータ回路２００ｂから出力されるようにスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５及びＳＷ６のオン／オフのデューティを制御する。

　これにより、負荷２０８へ系統電源２０４及び電池ユニット２０２の両方から交流電力を供給することが可能になる。

　このような双方向電力変換システムにおいて、充電時にはインバータ回路２００ｂのスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５及びＳＷ６は総てオフとしてスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５及びＳＷ６に含まれる環流ダイオードのブリッジ回路の作用のみによって系統電源２０４からの交流電力を整流して昇降圧回路２００ａへ供給する。

　そして、昇降圧回路２００ａでは、下側のスイッチング素子ＳＷ２をオフに固定しておき、スイッチング素子ＳＷ１をＰＷＭ制御することで、充電電流を制御して、電池ユニット２０２の充電を行う。

　なお、系統電源２０４は、２００Ｖの単相交流であり、そのピーク電圧は２８０Ｖ程度である。従って、系統電源２０４側からの供給電流が電池ユニット２０２の充電電流より大きければ、中間電圧Ｖｍは２８０Ｖ程度に落ち着く。そこで、スイッチング素子ＳＷ１をオンすることで、電池ユニット２０２を充電することができる。

　電池ユニット２０２への充電は、図２に示すように、電池ユニット２０２の電圧Ｖｄが所定値Ｖｔｈとなるまで定電流モード（ＣＣモード）で行う。このＣＣモードでの充電は、上述のように、スイッチング素子ＳＷ１をＰＷＭ制御することで行うが、電池ユニット２０２の充電電流Ｉｄの検出値を監視しながら、制御回路２００ｃが定電流に制御する（定電流制御回路）。次に、充電時における電池ユニット２０２の電圧が所定値Ｖｔｈに到達すると、制御回路２００ｃが制御部２０６の指示に応じて充電モードを定電圧モード（ＣＶモード）に切り替える。このＣＶモードでは、電池ユニット２０２の電圧Ｖｄを監視しつつ、Ｖｄが一定という条件で制御回路２００ｃがスイッチング素子ＳＷ１をＰＷＭ制御する（定電圧制御回路）。そして、ＣＶモードにおいて、充電電流が所定の低電流値Ｉｅｎｄになったことをもって、充電を終了する。このため、定電圧充電の終了時の電圧Ｖｄがほぼ電池ユニット２０２の電圧となる。

　ここで、蓄電池は、使用によって劣化することが知られている。これは、材料の経年変化などによるが、充放電回数の増加、累積充放電量などが影響するといわれている。

　一方、電池ユニット２０２からの電力を利用するシステムでは、電池ユニット２０２の蓄電量を一定の値であることを前提としている場合が多い。そこで、電池ユニット２０２の蓄電量をできるだけ一定にしたいという要求がある。

　例えば、図３に示すように、蓄電量は蓄電池電圧に比例するが、電池が劣化すると同じ蓄電池電圧であっても蓄電量が小さくなる。そこで、劣化した電池では必要な蓄電量を保持する場合の蓄電池電圧が初期の蓄電池に比べ高くなる。

　一方、充電終了時の電池ユニット２０２の電圧はＣＶモードにおける充電電圧Ｖｄに応じたもの（基本的に同一）になる。従って、充電終了時の蓄電量は、劣化した電池ユニット２０２の方が、初期の電池ユニット２０２より小さくなってしまう。一方、上述のように必要な蓄電量は決まっており、充電終了時の蓄電量を必要量以上に維持したい。

　そこで、本実施形態では、図４に示すように、蓄電池の劣化に伴い、定電圧充電の際の電圧Ｖｔｈを初期のＶｔｈ０に比べて高く変更する。そこで、ＣＣモードによって、より高い電圧まで充電を行い、その後ＣＶモードに移行して定電圧充電を行う。これによって、充電満了時の電池ユニット２０２の電圧は、定電圧充電の電圧Ｖｄとなり、初期の電池ユニット２０２に対する定電圧充電の電圧Ｖｄ０に比べて高くなる。そこで、充電終了時の電池ユニット２０２の蓄電量を大きくすることができる。従って、定電圧充電時の電圧Ｖｔｈを必要な蓄電量に対応した値に設定することで、常に必要な蓄電量を確保した充電を行うことができる。なお、必要な充電量を確保できなくなった電池ユニット２０２については、寿命と見なし、交換する。

　ここで、電池ユニット２０２の蓄電池の劣化の検出は、基本的に充電時の積算充電電流量によって検出する。例えば、初期充電時における完全放電（０％）から満充電（１００％）までの蓄電池電圧と蓄電量の関係を記憶しておく。そして、充電の際の充電停止までの電流量を検出することで、蓄電容量の減少を検出することができる。蓄電量０％～１００％ではなく、５％～９５％などの蓄電池電圧と蓄電量の関係を記憶しておいてもよい。そして、充電を開始するときの蓄電池電圧を記憶しておき、蓄電池電圧Ｖｔｈまでの充電量を検出することで、その時点での電池ユニット２０２の蓄電容量を検出することができ、これから電池の劣化を検出することが可能になる。なお、蓄電池の蓄電容量の検出については、各種の手法が提案されており、いずれの手法を採用してもよい。そして、蓄電容量の減少から電池ユニット２０２の劣化度を検出することができる。

　また、電池ユニット２０２の蓄電池の劣化は、蓄電池の内部抵抗の増加を検知することによっても検出することができる。センサＳ１で測定される電池ユニット２０２の電圧は、電池ユニット２０２の内部抵抗の影響により、充電時には増加し、放電時には逆に減少するため、これを用いて蓄電池の内部抵抗の増加を検知することができる。より具体的には、充放電を行っている時にセンサＳ１により検出した電池ユニット２０２の電圧と、充放電を行っていない時にセンサＳ１により検出した電池ユニット２０２の電圧とを比較し、この差が大きくなるほど電池ユニット２０２の劣化が進んでいると判断する。

　電池ユニット２０２の蓄電容量が減少した場合、蓄電容量の検出値に応じて計算でＶｔｈを求め、これを次回の充電時に使用する。Ｖｔｈの計算は、例えば、蓄電池の内部抵抗＝（充電を行っている時にセンサＳ１により検出した電池ユニット２０２の電圧―充電を行っていない時にセンサＳ１により検出した電池ユニット２０２の電圧）／充電電流により内部抵抗を求め、この内部抵抗を用いて、Ｖｔｈ（更新後）＝　Ｖｔｈ（更新前）＋　内部抵抗×Ｋ（所定の定数）により行うことができる。更にこのＶｔｈの計算式において、内部抵抗についても更新前との差を考慮するようにして、内部抵抗の差を所定の定数Ｌと乗じるようにしてもよい。

　もしくは充電を行っている時にセンサＳ１により検出した電池ユニット２０２の電圧と充電を行っていない時にセンサＳ１により検出した電池ユニット２０２の電圧との差が所定の値以上となった場合、例えば、予め準備された前記電圧差とＶｔｈとの関係を示すテーブルを参照して、Ｖｔｈを決定してもよい。

　上述した電池の劣化検出は、制御回路２００ｃが、センサＳ１により計測した電流値、電圧値に基づき行う。従って、制御回路２００ｃが劣化検出回路として機能する。

　次に、電池ユニット２０２の構成例を図５に示す。このように、電池ユニット２０２は、多数の電池セル１０から構成されている。所定数の電池セルが並列接続されると共に、これが所定数直列接続されている。従って、電池セル１０の直列接続の数に応じた出力電圧を有し、並列接続の数に応じた電流出力能力を有する。また、蓄電量は電池セル１０の数による。

　また、並列接続された電池セル１０の行毎の両端は、保護回路１２に接続されている。保護回路１２は、各点の電圧から電池セル１０の電圧および全体の電圧を監視し、過充電が起こりそうなときは、そのことについて信号を出力する。保護回路１２には、マイクロプロセッサ１４が接続され、このマイクロプロセッサ１４は保護からの信号を受け入れると共に、電池ユニット２０２の出力電圧も入力される。また、マイクロプロセッサ１４には、アイソレータ１６が接続され、ここで電池パックの高電圧系と切り離してマイクロプロセッサ１４が外部との信号のやり取りを行う。

　また、電池ユニット２０２全体の電圧は電圧計１８で検出され、電池ユニット２０２に流れる電流は電流計２０で検出されて、マイクロプロセッサ１４に供給される。なお、保護回路１２内に設けられたものを利用してもよい。

　このマイクロプロセッサ１４は、その時の電流値、電圧値を出力できると共に、充電回数、累積充放電電流量、充電終了時電圧などを不揮発性メモリなどに記憶しており、これを出力することができる。

　なお、図５に示した電池ユニット２０２は、出力電圧が４０～５０Ｖのものでもよく、これを直列接続して、図１に示す電池ユニット２０２とすることが好適である。

　図６には、電池ユニット２０２の充電時のフローチャートが示されている。このような制御は、制御部２０６が行う。

　まず、タイマーなどの出力によって、充電時刻となったことを検知した場合には、制御部２０６が電池ユニット２０２の充電を開始する。

　まず、電池ユニット２０２の電池劣化度を検出する（Ｓ１１）。この劣化度の検出は、電池ユニット２０２から送られてくる蓄電容量などにより行う。そして、現在のＣＣモードからＣＶモードに切り換える電池ユニット２０２の電圧の所定値Ｖｔｈが、劣化度に応じて適切であるかを判定する（Ｓ１２）。この判定は、制御部２０６が持っている、劣化度と、図３の蓄電量と電圧の関係に応じて計算される所定値Ｖｔｈの比較によって行われる。毎回、所定値Ｖｔｈを設定してもよいが、ある程度の範囲に対し、所定値Ｖｔｈを設定しておくことが好適である。

　このＳ１２の判定で、適正でないと判定した場合には、その時に適正なものに所定値Ｖｔｈを更新する（Ｓ１３）。Ｓ１３でＶｔｈが更新された場合およびＳ１２においてＶｔｈが適正であると判断された場合には、ＣＣモード（定電流）での充電処理を行う（Ｓ１４）。この定電流は、上述のように、昇降圧回路２００ａにおけるスイッチング素子ＳＷ１のＰＷ制御によって行われる。

　次に、電池ユニット２０２の充電電圧Ｖｄが所定値Ｖｔｈに至っているかを判定し（Ｓ１５）、ＮＯであればＳ１４に戻り定電流充電を継続する。

　Ｓ１５において、ＹＥＳであれば、定電圧充電（ＣＶモード）に移行し、ＣＶモード充電を行う（Ｓ１６）。次に、このＣＶモードの充電において、充電電流が充電終了電流Ｉｅｎｄに至っていないかを判定し（Ｓ１７）、至っていない場合にはＳ１６に戻り定電圧充電を継続する。一方、Ｓ１７の判定において、充電終了と判定された場合には、充電処理を終了する。

　なお、充電電圧Ｖｄは、所定値以上の上昇することはできず、求められた充電電圧Ｖｄが上限電圧になった場合には、電池ユニット２０２を交換する。

「電池パック電圧の検出」
　上述したように、本実施形態では、電池ユニット２０２の電圧を検出して、充電制御を行う。特に、定電圧充電モード（ＣＶモード）においては、電池ユニット２０２の電圧値Ｖｄを正しく計測することが重要となる。

　本実施形態においては、双方向電力変換部２００内で、センサＳ１によって、電池ユニット２０２の電圧を検出する。そこで、充電時においては、制御回路２００ｃが、センサＳ１の検出値に基づいて、充電を制御することになる。

　一方、電池ユニット２０２は、その出力電圧について検出する電圧計１８を内蔵している。従って、電池ユニット２０２の出力電圧は、２つの電圧計Ｓ１，１８で検出される。電圧計１８で検出された出力電圧値は、図１に示される信号線により、一定時間間隔で制御部２０６に送信される。一定間隔とは、例えば、１～２秒間隔である。

　ここで、電圧検出には、必然的に誤差が発生する。例えば、図７に示すように、正しい電池電圧に対する電圧計の検出出力は、傾きが異なったり（特性Ａ）、オフセットしたりする（特性Ｂ）。通常は、この両方の誤差が組み合わされた誤差が生じる（特性Ｃ）。

　特に、双方向電力変換部２００内のセンサＳ１においては、電池ユニット２０２からの線路や接続端子の抵抗や、途中に存在するオンオフ用のリレーの抵抗などが誤差の原因になり、また制御回路２００ｃには、Ａ／Ｄ変換したデジタルデータとして検出結果を供給するため、このＡ／Ｄ変換器における誤差も重畳される。

　一方、電池ユニット２０２に内蔵されている電圧計１８は、接続線路が短く、直接接続できるため、比較的正確な電圧計測が可能である。さらに、電池ユニット２０２は、単体で電圧計１８の検出結果の較正ができる。すなわち、電池ユニット２０２において、蓄電池セルを切り離した状態で、電圧計１８に較正用の電圧を供給して、その検出値についての較正が可能である。従って、電圧計１８における電池ユニット２０２の計測電圧は比較的精度の高いものにできる。電池ユニット２０２の電圧計１８の較正は、通常生産された際に工場において行われるが、本システムにおいて行ってもよい。

　本実施形態では、電池ユニット２０２に内蔵される電圧計１８の検出出力を用いて、双方向電力変換部２００内のセンサＳ１の出力を補正する。そして、補正後のセンサＳ１の出力を用いて電池ユニット２０２の充電を制御する。

　すなわち、図８に示すように２つの電圧計における検出値について、その関係を記憶する。この関係は、充電時や、放電時に電池ユニット２０２の検出値の変化に応じて、適当な電圧検出値の間隔で検出した対応する検出値の比較に基づき検出することができる。例えば、電池パック２００を接続した初回の充電時において、定電流充電（ＣＣモード）の際に関係式を算出することが好適である。なお、放電時や、毎回の充電時に行ってもよい。

　まず、制御部２０６は、電池ユニット２０２から送信された出力電圧値を取り込む（Ｓ２１）。次に、双方向電力変換部２００内のセンサＳ１の電圧検出値を取り込む（Ｓ２２）。そして、この検出値のペアを関連づけて、制御回路２００ｃ内のメモリに記憶する（Ｓ２３）。

　次に、取り込み終了かを判定し（Ｓ２４）、ＮＯであればＳ２１に戻り、電圧値の取り込みを繰り返す。Ｓ２４の判定において、ＹＥＳであれば、電池ユニット２０２内の電圧計１８による検出値に基づいて双方向電力変換部２００内のセンサＳ１の出力を補正するための関係式を算出し記憶する（Ｓ２５）。この関係式は、図９における変換直線ｙ＝ａＸ＋ｂである。なお、関係式は、必ずしも直線ではなくてもよく、マップとして記憶してもよい。また、本実施形態では、関係式は、制御回路２００ｃ内の記憶されておりこれを利用するが、関係式を制御部２０６に記憶しておき、制御回路２００ｃがそれを読み出すように構成してもよい。

　上述した通り、電池ユニット２０２の出力電圧値は、例えば１～２秒間隔で送信されるが、充放電制御するためには、少なくとも０．２ｍ秒単位で、センサＳ１で検出される電圧を把握し、昇降圧回路２００ａなどを制御する必要がある。従って、電池ユニット２０２からデータが送られてこない間は、上記関係式を用いてセンサＳ１の検出値を補正して、その補正した電圧値をもとに充放電制御することになる。

　このように、本実施形態においては、電池ユニット２０２からの電圧値として、センサＳ１からの電圧値と、電圧計１８からの電圧値の２つが制御部２０６に供給される。そして、電圧計１８からの検出電圧がある場合にはそれを用い、電圧計１８からの検出電圧が利用できない場合に、センサＳ１での検出電圧を関係式により補正して得た電圧値を用いる。そして、関係式は、上述のようにして適宜更新されるため、常に正確な電池ユニット２０２の電圧を把握して、充電制御を行うことができる。なお、電圧計１８での検出電圧は、関係式の更新のためだけに利用し、通常時は常にセンサＳ１で検出した電圧値を記憶している関係式で補正して用いてもよい。

　より具体的な手順を、図９及び図１０に基づいて説明する。センサＳ１による電圧検出を開始すると、制御回路２００ｃは、まず図９に示す関係式を読み出す（Ｓ３１）。そして、制御回路２００ｃは、センサＳ１から電圧検出値を読み出す（Ｓ３２）度に、関係式を利用してセンサＳ１の検出値を補正し、この値に基づいて充放電を制御する（Ｓ３３）。そして、処理が終了かを判定し（Ｓ３４）、終了でなければ検出値の補正を繰り返す。

　このようにして、本実施形態では、双方向電力変換部２００内のセンサＳ１の電圧検出値を電池ユニット２０２内の電圧計１８の検出値を用いて補正する関係式を記憶しており、充電時など必要なときには、この関係式を用いてセンサＳ１の検出値を補正することができる。従って、比較的正確な電池ユニット２０２の電圧検出を行うことができる。

　特に、本実施形態においては、上述したように、定電圧充電（ＣＶモード）時における定電圧の所定値Ｖｔｈを変更する。この所定値Ｖｔｈは、なるべく低く抑えて電池ユニット２０２の蓄電池の寿命を延ばすと共に、必要な蓄電量を確保するために正確に設定することが必要であり、本実施形態によりこれが達成できる。特に、充電制御において、制御回路２０２ｃは、内部のセンサＳ１からの検出信号を用いることができるため、負担が軽く適切な充電制御を行うことができる。

　なお、本実施例において、電圧計１８からの電圧値とセンサＳ１からの電圧値を制御部２０６内に取り込み、制御部２０６が電圧値の関係式を算出するようにしているが、これらの電圧値を双方向電力変換部内の制御回路２００ｃに取り込み、制御回路２００ｃ内で関係式を算出するようにしても良い。

　１０　電池セル、１２　保護回路、１４　マイクロプロセッサ、１６　アイソレータ、１８　電圧計、２０　電流計、２００　双方向電力変換部、２００ａ　昇降圧回路、２００ｂ　インバータ回路、２００ｃ　制御回路、２０２　電池ユニット、２０４　系統電源、２０６　制御部、２０８　負荷。

Claims

　電池ユニットの充電制御装置であって、
　前記電池ユニット内に設けられ、前記電池ユニットの電圧を検出する第１電圧計と、
　前記電池ユニットに接続され、前記電池ユニットへの充電電流を制御する充電制御回路と、
　前記充電制御回路内に設けられ、前記電池ユニットの電圧を検出する第２電圧計と、
　前記第２電圧計により検出した検出値と前記第１電圧計により検出した検出値との関係を記憶しており、この関係に基づき前記第２電圧計により検出した検出値を補正する補正回路と、
　を有し、
　前記充電制御回路は、前記電池ユニットの充電の際に、前記補正回路により補正された電圧検出値を用いて、充電を制御する充電制御装置。
　請求項１に記載の充電制御装置であって、
　前記制御回路における、前記第１電圧計の検出値を取り入れる頻度は前記第２電圧計の検出値を取り入れる頻度より小さい充電制御装置。
　請求項２に記載の充電制御装置であって、
　前記制御回路は、前記第１電圧計の検出値を取り入れた時は、前記第１電圧の検出値をそのまま用い、前記第１電圧計の検出値を取り入れてない時は、前記補正された電圧検出値を用いる充電制御装置。
　請求項１から請求項３のいずれかに記載の充電制御装置であって、
　前記充電制御回路は、
　前記電池ユニットへの充電電流を定電流に制御する定電流制御回路と、
　前記電池ユニットへの充電電圧を定電圧に制御する定電圧制御回路と、
　前記補正回路により補正した電池パックの電圧と、電圧設定値を比較し、得られた比較結果に基づき、電池電圧が電圧設定値に至るまでは定電流充電を行い、前記電圧設定値に至った後は定電圧充電を行うように制御する制御回路と、
　を含み、
　前記電圧設定値が変更可能である充電制御装置。
　請求項４に記載の充電制御装置であって、
　さらに、
　前記電池の劣化を検出する劣化検出回路を有し、
　前記制御回路は、前記劣化検出回路で検出した電池の劣化が進むほど、前記電圧設定値を高く変更する充電制御装置。