(57)【要約】【課題】極めて簡単な回路構成としながら、互いに直列に接続される多数の電池から異常な電池を特定する。【解決手段】車両用の電源装置は、複数の電池ユニット１１を直列に接続してなる直列電池群１０と、直列電池群１０を構成する各電池ユニット１１の電圧を検出して、電圧の高い電池ユニット１１を放電して各電池ユニット１１の電圧を均等化するバランス回路２０とを備える。バランス回路２０は、電池ユニット１１の電圧を均等化するために放電する放電容量であるバランス容量を検出するバランス容量検出回路３０と、バランス容量検出回路３０で検出されるバランス容量から電池状態を判定する判定回路３１とを備える。車両用の電源装置は、バランス回路２０が電池ユニット１１の電圧を均等化するバランス容量をバランス容量検出回路３０で検出し、検出される各々の電池ユニット１１のバランス容量から判定回路３１が電池ユニット１１の状態を判定する。【選択図】図１
2010032412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池ユニット(11)を直列に接続してなる直列電池群(10)と、この直列電池群(10)を構成する各々の電池ユニット(11)の電圧を検出して、電圧の高い電池ユニット(11)を放電して各々の電池ユニット(11)の電圧を均等化するバランス回路(20)を備える車両用の電源装置であって、
前記バランス回路(20)が電池ユニット(11)の電圧を均等化するために放電する放電容量であるバランス容量を検出するバランス容量検出回路(30)と、このバランス容量検出回路(30)で検出されるバランス容量から電池状態を判定する判定回路(31)とを備え、
前記バランス回路(20)が電池ユニット(11)の電圧を均等化するバランス容量をバランス容量検出回路(30)で検出し、このバランス容量検出回路(30)で検出される各々の電池ユニット(11)のバランス容量から前記判定回路(31)が電池ユニット(11)の状態を判定する車両用の電源装置。
【請求項２】
複数の電池ユニット(11)を直列に接続してなる直列電池群(10)と、この直列電池群(10)を構成する各々の電池ユニット(11)の電圧を検出して、電圧の低い電池ユニット(11)を充電して各々の電池ユニット(11)の電圧を均等化するバランス回路(40)とを備える車両用の電源装置であって、
前記バランス回路(40)が電池ユニット(11)の電圧を均等化するために充電する充電容量であるバランス容量を検出するバランス容量検出回路(50)と、このバランス容量検出回路(50)で検出されるバランス容量から電池状態を判定する判定回路(51)とを備え、
前記バランス回路(40)が電池ユニット(11)の電圧を均等化するバランス容量をバランス容量検出回路(50)で検出し、このバランス容量検出回路(50)で検出される各々の電池ユニット(11)のバランス容量から前記判定回路(51)が電池ユニット(11)の状態を判定する車両用の電源装置。
【請求項３】
前記判定回路(31)、(51)が、バランス容量検出回路(30)、(50)で検出される、電池ユニット(11)の電圧を均等化するバランス容量と電圧変化の割合から満充電容量を推定する請求項１又は２に記載される車両用の電源装置。
【請求項４】
前記判定回路(31)、(51)が検出する電池の満充電容量から電池ユニット(11)の寿命を判定する請求項３に記載される車両用の電源装置。
【請求項５】
前記判定回路(31)、(51)が電池ユニット(11)の定格容量を記憶しており、この定格容量に対する電池ユニット(11)の満充電容量から電池ユニット(11)の寿命を判定する請求項４に記載される車両用の電源装置。
【請求項６】
前記判定回路(31)、(51)が、前記バランス容量検出回路(30)、(50)で検出される電池ユニット(11)の電圧を均等化するバランス容量から内部放電の大きい異常電池を検出する請求項１又は２に記載される車両用の電源装置。
【請求項７】
前記判定回路(31)、(51)が、前記バランス容量検出回路(30)、(50)で検出される電池ユニット(11)の電圧を均等化するバランス容量を比較して内部放電の大きい異常電池を判定する請求項６に記載される車両用の電源装置。
【請求項８】
前記判定回路(31)、(51)が、前記バランス容量検出回路(30)、(50)で検出される電池ユニット(11)の電圧を均等化するバランス容量の積算値から内部放電の大きい異常電池を判定する請求項６に記載される車両用の電源装置。
【請求項９】
前記電池ユニット(11)がひとつ又は複数の素電池である請求項１又は２に記載される車両用の電源装置。
【請求項１０】
前記電池ユニット(11)が素電池をリチウムイオン電池とするひとつの電池である請求項９に記載される車両用の電源装置。
【請求項１１】
前記電池ユニットが複数のニッケル水素電池を直列に接続してなる電池モジュールである請求項９に記載される車両用の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の電池を直列に接続して出力電圧を高くしている直列電池群を備える車両用の電源装置に関し、とくに直列電池群を構成する各々の電池の状態を、電池の電圧を均等化する放電容量から判定する車両用の電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池の内部抵抗を検出して電池の状態のひとつである寿命を判定する回路は開発されている。（特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００６−１５３６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に記載される二次電池の寿命判定方法は、電池を充電して内部抵抗を演算する。電池は劣化するに従って内部抵抗が大きくなるので、内部抵抗の経時変化から寿命を判定している。この方法は、電池を充電するときの内部抵抗から寿命を判定するので、直列電池群を構成する各々の電池の寿命を判定できない。
【０００４】
車両用の電源装置は、出力電圧を高くするために、多数の電池を直列に接続している。たとえば、車両用の電源装置は、出力電圧を２００Ｖ以上に高くして、車両を走行させるモータに供給する電力を大きくしている。車両用の電源装置に使用されるニッケル水素電池の定格電圧を１．２Ｖ、リチウムイオン電池の定格電圧を３．６Ｖとすると、出力電圧を２００Ｖよりも高くするために、ニッケル水素電池にあっては約１７０個以上、リチウムイオン電池にあっては５６個以上と多数の電池を直列に接続する必要がある。直列に接続される電池は、充放電される電流が同じとなる。したがって、同じ電気特性であると電圧や残容量は同じとなるが、多数の電池は、全く同じ電気特性に製造できない。このため、同じ電流で充放電される各々の電池に、電圧や残容量のアンバランスが発生する。電池のアンバランスは特定の電池を劣化させる原因となる。たとえば、電圧が高くなる電池は過充電されやすく、電圧の低い電池は過放電されやすい状態となる。また、各々の電池は同じ状態で劣化しない。製造された状態における電気特性の相違、温度差、残容量のばらつきが特定の電池を劣化させる原因となる。したがって、多数の電池を直列に接続している直列電池群は、全ての電池が同じ状態では劣化しない。特定の電池が劣化して、この劣化した電池を劣化しない電池と同じ電流で充放電すると、劣化した電池はますます劣化が加速される。それは、劣化した電池は満充電容量が小さくなることから、過充電や過放電されやすくなるからである。また、特定の電池に内部で軽ショートが発生すると、内部放電が大きくなって過放電されやすい異常電池となる。電池のいずれかが劣化し、あるいは内部放電が大きくなった状態であるにもかかわらず、正常な直列電池群として充放電すると、劣化した電池はますます劣化して直列電池群の寿命を著しく短くする。この弊害を阻止するために、直列電池群を構成する電池の状態を検出することが大切である。ところが、各々の電池の状態を検出するために、電池状態を検出する回路を設けると、極めて複雑な回路構成となる。それは、直列電池群が多数の電池を直列に接続しているからである。
【０００５】
本発明は、この欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、極めて簡単な回路構成としながら、互いに直列に接続される多数の電池から異常な電池を特定できる車両用の電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００６】
本発明の請求項１の車両用の電源装置は、複数の電池ユニット１１を直列に接続してなる直列電池群１０と、この直列電池群１０を構成する各々の電池ユニット１１の電圧を検出して、電圧の高い電池ユニット１１を放電して各々の電池ユニット１１の電圧を均等化するバランス回路２０とを備えている。バランス回路２０は、電池ユニット１１の電圧を均等化するために放電する放電容量であるバランス容量を検出するバランス容量検出回路３０と、このバランス容量検出回路３０で検出されるバランス容量から電池状態を判定する判定回路３１とを備えている。車両用の電源装置は、バランス回路２０が電池ユニット１１の電圧を均等化するバランス容量をバランス容量検出回路３０で検出し、このバランス容量検出回路３０で検出される各々の電池ユニット１１のバランス容量から判定回路３１が電池ユニット１１の状態を判定する。
【０００７】
本発明の請求項２の車両用の電源装置は、複数の電池ユニット１１を直列に接続してなる直列電池群１０と、この直列電池群１０を構成する各々の電池ユニット１１の電圧を検出して、電圧の低い電池ユニット１１を充電して各々の電池ユニット１１の電圧を均等化するバランス回路４０とを備えている。バランス回路４０は、電池ユニット１１の電圧を均等化するために充電する充電容量であるバランス容量を検出するバランス容量検出回路５０と、このバランス容量検出回路５０で検出されるバランス容量から電池状態を判定する判定回路５１とを備えている。車両用の電源装置は、バランス回路４０が電池ユニット１１の電圧を均等化するバランス容量をバランス容量検出回路５０で検出し、このバランス容量検出回路５０で検出される各々の電池ユニット１１のバランス容量から判定回路５１が電池ユニット１１の状態を判定する。
【０００８】
以上の電源装置は、極めて簡単な回路構成としながら、互いに直列に接続される多数の電池ユニットから異常な電池ユニットを特定できる特徴がある。とくに、本発明の電源装置は、電池ユニットの電圧差を均等化するために設けているバランス回路の均等化を利用して、すなわち、電池ユニットを均等化するための放電容量又は充電容量からなるバランス容量から異常電池を検出するので、各々の電池ユニットのバランス容量を個別に検出しながら、回路構成を簡単にできる。
【０００９】
図３は、リチウムイオン電池の残容量（Ａｈ）に対する電圧特性を示している。曲線Ａは新しい電池の特性を示し、曲線Ｂは劣化した電池の特性を示している。電池は劣化するにしたがって、電圧特性が曲線Ａから曲線Ｂに示すように変化して、満充電電圧になる満充電容量（Ａｈ）が小さくなる。言い換えると、満充電容量（Ａｈ）が小さくなる電池は劣化した電池となる。曲線Ａの新しい電池が、均等化のために電池の電圧をΔＶ低下させるとき、放電容量であるバランス容量（Ａｈ）はΔＣ１となる。これに対して、曲線Ｂの電池は、均等化のために電池の電圧をΔＶ低下させるための放電容量であるバランス容量（Ａｈ）はΔＣ２と小さくなる。図に示す曲線Ａや曲線Ｂは、特定の関数で表される。関数は、特定の領域の数値が決まると特定される。したがって、図３に示す電池の電圧特性は、特定の領域の数値である、ΔＶに対するΔＣ（Ａｈ）が特定されると特定される。電池の電圧特性が特定されると満充電容量（Ａｈ）が特定される。さらに、満充電容量（Ａｈ）が特定されると、これを新しい電池の満充電容量である定格容量に比較して、電池の劣化度を判定できる。したがって、各々の電池ユニットの電圧を均等化するためのバランス容量から、電池の劣化を判定できる。
【００１０】
さらに、本発明の電源装置は、バランス容量から内部放電の大きい異常電池も判定できる。内部で軽ショートを起こして内部放電の大きくなった異常電池は、内部放電によって電圧が低くなる。本発明の請求項１の電源装置では、電圧が低くなる内部放電の大きい異常電池が均等化のために放電されることがない。したがって、均等化のために放電されない電池は、内部放電の大きい異常電池と判定できる。本発明の請求項１の電源装置は、バランス回路でもって電池ユニットを均等化するために放電される。図４は、各々の電池ユニットの電圧を均等化するために放電した各々の電池ユニットのバランス容量を示している。内部放電の大きい異常電池は均等化のために放電されることがない。このため、図４において、バランス容量が極めて少なくなる電池ユニットは、内部放電の大きい異常電池と判定できる。
【００１１】
さらに、本発明の請求項２の電源装置は、バランス回路でもって電池ユニットを均等化するために充電する。図５は、各々の電池ユニットの電圧を均等化するために充電した各々の電池ユニットのバランス容量を示している。内部放電によって電圧の低下した異常な電池ユニットは、正常な電池ユニットに比較して、より充電されて電圧が均等化される。このため、図５において、バランス容量が極めて大きくなる電池ユニットは、内部放電の大きい異常電池と判定できる。
【００１２】
本発明の車両用の電源装置は、判定回路３１、５１が、バランス容量検出回路３０、５０で検出される電池ユニット１１の電圧を均等化するバランス容量と電圧変化の割合から満充電容量を推定することができる。
【００１３】
本発明の車両用の電源装置は、判定回路３１、５１が、検出する電池の満充電容量から電池ユニット１１の寿命を判定することができる。
【００１４】
本発明の車両用の電源装置は、判定回路３１、５１が電池ユニット１１の定格容量を記憶しており、この定格容量に対する電池ユニット１１の満充電容量から電池ユニット１１の寿命を判定することができる。
【００１５】
本発明の車両用の電源装置は、判定回路３１、５１が、バランス容量検出回路３０、５０で検出される電池ユニット１１の電圧を均等化するバランス容量から内部放電の大きい異常電池を検出することができる。
【００１６】
本発明の車両用の電源装置は、判定回路３１、５１が、バランス容量検出回路３０、５０で検出される電池ユニット１１の電圧を均等化するバランス容量を比較して内部放電の大きい異常電池を判定することができる。
【００１７】
本発明の車両用の電源装置は、判定回路３１、５１が、バランス容量検出回路３０、５０で検出される電池ユニット１１の電圧を均等化するバランス容量の積算値から内部放電の大きい異常電池を判定することができる。
【００１８】
本発明の車両用の電源装置は、電池ユニット１１をひとつ又は複数の素電池とすることができる。電池ユニットは、素電池をリチウムイオン電池とするひとつの電池とすることができる。また、電池ユニットは、複数のニッケル水素電池を直列に接続してなる電池モジュールとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための車両用の電源装置を例示するものであって、本発明は電源装置を以下の回路構成には特定しない。
【００２０】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００２１】
図１と図２に示す車両用の電源装置は、車両を走行させるモータに電力を供給する複数の電池ユニット１１を直列に接続している直列電池群１０と、この直列電池群１０を構成する各々の電池ユニット１１の電圧を検出して、電圧の高い電池ユニットを放電し、又は電圧の低い電池ユニットを充電して、各々の電池ユニット１１の電圧を均等化するバランス回路２０、４０と、バランス回路２０、４０が電池ユニット１１の電圧を均等化するために放電する放電容量、または充電する充電容量であるバランス容量を検出するバランス容量検出回路３０、５０と、このバランス容量検出回路３０、５０で検出されるバランス容量から電池状態を判定する判定回路３１、５１とを備える。
【００２２】
直列電池群１０の電池ユニット１１は、ひとつ又は複数の素電池を直列に接続したものである。素電池は充電できる電池である。素電池をリチウムイオン電池とする電池ユニットは、ひとつのリチウムイオン電池からなり、素電池をニッケル水素電池とする電池ユニットは、複数の素電池を直列に接続してなる電池モジュールからなる。バランス回路２０、４０は、電池ユニット１１をひとつのユニットとして、各々の電池ユニット１１の電圧を均等化してアンバランスを解消する。したがって、本明細書において「電池ユニット」はバランス回路がアンバランスを解消するユニットを意味するものとする。
【００２３】
バランス回路２０、４０は、電池ユニット１１の電圧を均等化してアンバランスを解消する。図に示す直列電池群１０の電池ユニット１１は、ひとつのリチウムイオン二次電池である。ただし、電池ユニットは、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池も使用できる。バランス回路２０、４０は、電池ユニット１１をひとつの電池として、ひとつの電池の電圧を検出して、各々の電池の電圧のアンバランスを解消するのを理想とする。ただし、本発明の電源装置は、複数の素電池を直列に接続して電池モジュールとし、電池モジュールを電池ユニットとしてその電圧を検出して、電池モジュールの電圧のアンバランスを解消することもできる。電池ユニットをリチウムイオン二次電池とする電源装置は、好ましくは、セル電圧をひとつの電池電圧とする。電池をニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池とする電源装置は、たとえば、複数の電池を直列に接続している電池モジュールの電圧をセル電圧として、電池モジュールの電圧のアンバランスを解消する。
【００２４】
図１のバランス回路２０は、電圧の高い電池ユニットを放電抵抗２２で放電して、アンバランスを解消する。ただし、本発明は、バランス回路を、放電抵抗で電池ユニットを放電する回路には特定しない。たとえば、バランス回路は、電圧の高い電池ユニットをコンデンサや電池等の蓄電器に放電して蓄電器に蓄電し、この蓄電器の電荷を電圧の低い電池ユニットに放電して、電池ユニットの電圧差を解消することもできる。
【００２５】
図１のバランス回路２０は、放電抵抗２２にスイッチング素子２３を直列に接続している放電回路２１と、各々の電池ユニット１１の電圧を検出して、スイッチング素子２３をオンオフに制御するコントロール回路２４とを備える。放電抵抗２２とスイッチング素子２３の放電回路２１は、各々の電池ユニット１１と並列に接続している。放電抵抗２２は電気抵抗を大きくして、たとえば放電電流を５ｍＡ〜５０ｍＡとして、電池ユニット１１を放電する。スイッチング素子２３は、ＦＥＴやトランジスタ等の半導体スイッチング素子である。ただ、スイッチング素子には、リレーも使用できる。このバランス回路２０は、電池ユニット１１の電圧が高くなるときに、コントロール回路２４でスイッチング素子２３をオンに切り変えて、放電抵抗２２で電池ユニット１１を放電させて電池ユニット１１の電圧を低下して均等化する。
【００２６】
さらに、図１のバランス回路２０は、各々の電池ユニット１１の電圧を検出する電圧検出回路２５を有する。バランス回路２０は、直列電池群１０から電力が供給される。図のバランス回路２０は、直列電池群１０から電力供給を受けている電源回路２６の出力電圧（Ｖcc）によって動作している。直列電池群１０の電圧は、たとえば、電源回路２６であるＤＣ／ＤＣコンバータで降圧して、バランス回路２０に供給することができる。この回路構成によると、直列電池群１０の電圧が高くても、バランス回路２０に最適電圧として供給できる。電池ユニット１１の電圧検出回路２５は、各々の電池ユニット１１の電圧を順番に切り換えて検出するために、入力側にマルチプレクサ２９を接続している。マルチプレクサ２９は、電池ユニット１１の電圧を順番に切り変えて、コントロール回路２４に入力する。
【００２７】
コントロール回路２４は、各々の電池ユニット１１の電圧を比較して、全ての電池ユニット１１の電圧を均等化するようにスイッチング素子２３を制御する。このコントロール回路２４は、電圧が高すぎる電池ユニット１１に接続している放電回路２１のスイッチング素子２３をオンに切り変えて放電させる。電池ユニット１１は、放電するにしたがって電圧が低下する。スイッチング素子２３は、電池ユニット１１の電圧が他の電池ユニット１１とバランスするまで低下すると、オンからオフに切り変えられる。スイッチング素子２３がオフになると、電池ユニット１１の放電は停止される。このように、コントロール回路２４は、電圧が高い電池ユニット１１を放電して、全ての電池ユニット１１の電圧をバランスさせる。
【００２８】
図２のバランス回路４０は、電圧の低い電池ユニット１１を充電電源４１で充電して、アンバランスを解消する。図２のバランス回路２０は、電圧の低い電池ユニット１１を充電する充電電源４１と、この充電電源４１を各々の電池ユニット１１のプラス側に接続するスイッチング素子４２とマイナス側に接続するスイッチング素子４３と、各々の電池ユニット１１の電圧を検出して、スイッチング素子４２、４３をオンオフに制御するコントロール回路４４とを備える。コントロール回路４４は、充電する電池ユニット１１のプラス側とマイナス側に接続している一対のスイッチング素子４２、４３をオンに切り換え、他のスイッチング素子４２、４３をオフとして、電圧の低い電池ユニット１１を充電する。充電電源４１は、定電流充電して電池ユニット１１を充電する。充電電源４１が定電流充電する充電電流は、たとえば５ｍＡ〜５０ｍＡとする。スイッチング素子４２、４３は、ＦＥＴやトランジスタ等の半導体スイッチング素子である。ただ、スイッチング素子には、リレーも使用できる。このバランス回路４０は、電圧が他の電池ユニット１１に比較して低くなる電池ユニット１１のプラス側に接続しているスイッチング素子４２とマイナス側に接続しているスイッチング素子４３をオンに切り変えて、充電電源４１から供給される電力で電池ユニット１１を充電して、電池ユニット１１の電圧を上昇させて均等化する。
【００２９】
図２のバランス回路４０は、図１のバランス回路２０と同じ回路構成の電圧検出回路４５を備える。この電圧検出回路４５も、各々の電池ユニット１１の電圧をマルチプレクサ４９で順番に切り換えて検出し、コントロール回路４４に入力する。コントロール回路４４は、各々の電池ユニット１１の電圧を比較して、全ての電池ユニット１１の電圧を均等化するようにスイッチング素子４２、４３を制御する。このコントロール回路４４は、電圧が低すぎる電池ユニット１１のプラス側に接続しているスイッチング素子４２とマイナス側に接続しているスイッチング素子４３をオンに切り変えて充電電源４１で充電する。コントロール回路４４は、充電する電池ユニット１１に接続しているスイッチング素子４２、４３のみをオンに切り換えて、他のスイッチング素子４２、４３をオフに保持する。電池ユニット１１は、充電されるにしたがって電圧が上昇する。スイッチング素子４２、４３は、充電している電池ユニット１１の電圧が他の電池ユニット１１とバランスするまで上昇すると、オンからオフに切り変えられる。スイッチング素子４２、４３がオフになると、電池ユニット１１の充電は停止される。このように、コントロール回路４４は、低い電池ユニット１１の電圧の電池ユニット１１を充電して、全ての電池ユニット１１の電圧をバランスさせる。
【００３０】
図１のバランス容量検出回路３０は、バランス回路２０が電池ユニット１１の電圧を均等化するときの放電容量をバランス容量として検出する。バランス容量検出回路３０は、放電電流と放電時間の積からバランス容量を検出する。放電電流（Ｉ）は、電池ユニット１１の電圧（Ｖ）／放電抵抗２２の電気抵抗（Ｒ）で特定される。放電抵抗２２の電気抵抗は特定の値であるから、バランス容量検出回路３０は、電池ユニット１１の電圧を検出して放電電流を演算でき、また、スイッチング素子２３をオンに切り換える時間から放電時間を検出できる。電池ユニット１１の電圧を検出して、電池ユニット１１の電圧と放電抵抗２２の電気抵抗から放電電流を検出するバランス容量検出回路３０は、放電電流を正確に検出できる。ただ、図１に示す電源装置のバランス容量検出回路３０は、均等化のために放電される電池ユニット１１の電圧を検出することなく、スイッチング素子２３のオン時間のみからバランス容量を検出することもできる。放電される電池ユニット１１の放電電流がほぼ一定の電流となるからである。とくに、図１に示すバランス回路２０のように、放電抵抗２２とスイッチング素子２３との直列回路からなる放電回路２１は、放電電流が電池ユニット１１の電圧と放電抵抗２２の電気抵抗の比率で特定されて、ほぼ一定となる。電池ユニット１１の電圧が、アンバランスを解消するために低下されるが、低下する電圧ΔＶは、電池ユニット１１の電圧（Ｖ）に対して小さいからである。各々の電池ユニット１１の電圧を検出して、均等化する電圧は特定されるので、この電圧と放電時間からバランス容量検出回路３０はバランス容量を検出できる。ただ、バランス容量検出回路は、放電する電池ユニットの放電電流を電流センサで検出し、検出する放電電流と放電時間の積からバランス容量を検出することもできる。
【００３１】
図２のバランス容量検出回路５０は、バランス回路４０が電池ユニット１１の電圧を均等化するときの充電容量をバランス容量として検出する。バランス容量検出回路５０は、充電電流と充電時間の積からバランス容量を検出する。充電電流は、充電電源４１が電池ユニット１１を定電流充電する電流で特定される。充電時間は、スイッチング素子４２、４３をオンに切り換える時間から検出できる。
【００３２】
判定回路３１、５１は、バランス容量検出回路３０、５０で検出されるバランス容量から電池状態を判定する。判定回路３１、５１は、電池ユニット１１を均等化するために放電し、あるいは充電するバランス容量から、電池の満充電容量を推定し、この満充電容量から劣化度を検出して電池ユニット１１の寿命を判定し、さらに内部放電の大きい異常電池を判別する。
【００３３】
電池ユニット１１は、電圧を均等化するために放電又は充電される。均等化するための放電容量、又は充電容量がバランス容量（ΔＣ）としてバランス容量検出回路３０、５０で検出される。検出されるバランス容量（ΔＣ）と、電池ユニット１１の電圧を均等化するために変化した電圧変化値（ΔＶ）の比率、すなわちΔＣ／ΔＶから、判定回路３１、５１は電池の満充電容量（Ａｈ）と劣化度を判定する。電池は劣化するにしたがって満充電容量（Ａｈ）が減少する。
【００３４】
図３は、リチウムイオン電池の残容量（Ａｈ）に対する電圧（Ｖ）の変化を示している。この図において、曲線Ａは新しい電池の特性を示し、曲線Ｂは劣化した電池の特性を示している。電池は劣化するにしたがって、電圧特性が曲線Ａから曲線Ｂに示すように変化して、満充電電圧になる満充電容量（Ａｈ）が小さくなる。言い換えると、満充電容量（Ａｈ）が小さくなる電池は劣化した電池となる。劣化した電池は、満充電容量（Ａｈ）が小さくなるので、図３において、勾配が大きくなる。したがって、劣化して満充電容量（Ａｈ）が小さくなるに従って、同じ電圧変化（ΔＶ）に対して残容量（Ａｈ）の変化幅（ΔＣ）が小さくなり、ΔＣ／ΔＶが小さくなる。すなわち、ΔＣ／ΔＶから電池の満充電容量（Ａｈ）が特定され、この満充電容量（Ａｈ）から劣化度が特定される。判定回路３１、５１は、電池ユニット１１のΔＣ／ΔＶに対する満充電容量（Ａｈ）をルックアップテーブルに記憶し、あるいは関数としてメモリに記憶している。したがって、判定回路３１、５１は、バランス容量として検出される残容量（Ａｈ）の変化値（ΔＣ）と電圧変化（ΔＶ）から電池ユニット１１のΔＣ／ΔＶが検出されると、この値をメモリに記憶しているルックアップテーブル又は関数に比較して、電池の満充電容量（Ａｈ）と劣化度を判定できる。判定回路３１、５１は、満充電容量（Ａｈ）を定格容量（Ａｈ）に比較して、電池の劣化度を判定する。判定回路３１、５１は、満充電容量（Ａｈ）が定格容量（Ａｈ）に対して小さくなるにしたがって、電池が劣化したと判定する。
【００３５】
さらに、判定回路３１、５１は、各々の電池ユニット１１の電圧を均等化するために充放電のバランス容量から内部放電の大きい異常電池を判定する。直列電池群１０を構成している特定の電池ユニット１１が内部放電の大きい異常電池となると、この電池ユニット１１の電圧は内部放電によって他の電池ユニット１１よりも常に小さくなる。電圧のアンバランスを解消するために、電池ユニット１１を放電して均等化する図１の電源装置にあっては、内部放電の発生した電池ユニットの電圧に比較して内部放電のない正常な電池ユニットの電圧が高くなる。したがって、正常な電池ユニットを放電して電圧を均等化し、異常電池は均等化のために放電されない。このため、各々の電池ユニット１１を均等化するためのバランス容量は、図４に示すように、正常な電池ユニット１１と正常でない異常な電池ユニット１１とで差ができ、正常な電池ユニット１１は電圧を低くするためにバランス容量が大きくなる。したがって、判定回路３１は、各々の電池ユニット１１のバランス容量を比較し、バランス容量が異常に小さくなる電池ユニット１１を内部放電の大きい異常電池と判定できる。電池の内部放電が大きくなるほど、正常な電池ユニット１１と異常な電池ユニット１１とのバランス容量の差は大きくなる。したがって、判定回路３１は、特定の電池ユニット１１のバランス容量が他の電池ユニット１１のバランス容量の平均値から設定値よりも異常に小さくなると、異常電池と判定する。判定回路３１は、バランス容量から異常電池と判定する設定値をあらかじめメモリに記憶している。さらに、判定回路３１は、異常電池と判定された電池ユニット１１のバランス容量と、他の電池ユニット１１のバランス容量の平均値との差から、内部抵抗の大きさを検出し、異常電池と判定される電池ユニット１１の内部ショート等の度合いを判定することもできる。
【００３６】
また、１回の均等化によって放電されるバランス容量は何らかの因子により誤差が発生することがあるので、複数回の均等化によるバランス容量を積算した数値を設定値と比較して、異常電池と判定することもできる。
【００３７】
さらに、内部放電の大きい異常電池が発生すると正常な電池を均等化するためのバランス容量が大きくなる。したがって、直列電池群合計のバランス容量が設定値を超えた場合に、直列電池群内に異常電池が発生したと判定することもできる。この設定値は予めメモリに記憶している。
【００３８】
また、図２に示すように、各々の電池ユニット１１の電圧を均等化するために電圧の低い電池を充電して均等化する電源装置においても、判定回路５１は、充電のバランス容量から内部放電の大きい異常電池を判定することができる。直列電池群１０を構成している特定の電池ユニット１１が内部放電の大きい異常電池となると、この電池ユニット１１の電圧は内部放電によって他の電池ユニット１１よりも常に小さくなる。電圧のアンバランスを解消するために、電池ユニット１１を充電して均等化する図２の電源装置にあっては、内部放電によって電圧の低下した異常な電池ユニット１１を充電して電圧を均等化し、正常な電池ユニット１１は均等化のために充電されない。このため、各々の電池ユニット１１を均等化するためのバランス容量は、図５に示すように、正常な電池ユニット１１と正常でない異常な電池ユニット１１とで差ができ、異常な電池ユニット１１は電圧を高くするためにバランス容量が大きくなる。したがって、判定回路５１は、各々の電池ユニット１１のバランス容量を比較し、バランス容量が異常に大きくなる電池ユニット１１を内部放電の大きい異常電池と判定できる。電池の内部放電が大きくなるほど、正常な電池ユニット１１と異常な電池ユニット１１とのバランス容量の差は大きくなるので、この判定回路５１も、特定の電池ユニット１１のバランス容量が他の電池ユニット１１のバランス容量の平均値から設定値よりも異常に大きくなると、異常電池と判定する。この判定回路５１も、バランス容量から異常電池と判定する設定値をあらかじめメモリに記憶している。さらに、この判定回路３１も、異常電池と判定された電池ユニット１１のバランス容量と、他の電池ユニット１１のバランス容量の平均値との差から、内部抵抗の大きさを検出し、異常電池と判定される電池ユニット１１の内部ショート等の度合いを判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施例にかかる車両用の電源装置のブロック図である。
【図２】本発明の他の実施例にかかる車両用の電源装置のブロック図である。
【図３】リチウムイオン電池の残容量（Ａｈ）に対する電圧特性を示すグラフである。
【図４】図１に示す車両用の電源装置において、放電した各々の電池ユニットのバランス容量を示すグラフである。
【図５】図２に示す車両用の電源装置において、充電した各々の電池ユニットのバランス容量を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
１０…直列電池群
１１…電池ユニット
２０…バランス回路
２１…放電回路
２２…放電抵抗
２３…スイッチング素子
２４…コントロール回路
２５…電圧検出回路
２６…電源回路
２９…マルチプレクサ
３０…バランス容量検出回路
３１…判定回路
４０…バランス回路
４１…充電電源
４２…スイッチング素子
４３…スイッチング素子
４４…コントロール回路
４５…電圧検出回路
４９…マルチプレクサ
５０…バランス容量検出回路
５１…判定回路
【図１】
2010032412.tif 000003
【図２】
2010032412.tif 000004
【図３】
2010032412.tif 000005
【図４】
2010032412.tif 000006
【図５】
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