(57)【要約】      （修正有）【課題】安定した、安全性の高い、長寿命化が可能な電池パックの充放電制御装置。【解決手段】Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の二次電池を直列に接続した組電池を並列に複数接続した電池パック１と、電池パックを充電する充電器２と、電池パックと充電器との間に設けられた充電スイッチ６と、電池パックに含まれる複数の二次電池の少なくとも１つの電圧が、該電池パックの満充電電圧をＮで除した電圧より低く設定された上限電圧に達した場合に、該電池パックの放電限界電圧をＮで除した電圧より高く設定された下限電圧と上限電圧との間に設定された所定電圧に達するまで、充電スイッチをオフして充電を禁止する制御回路４を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の二次電池を直列に接続した組電池を並列に複数接続した電池パックと、
前記電池パックを充電する充電器と、
前記電池パックと前記充電器との間に設けられた充電スイッチと、
前記電池パックに含まれる複数の二次電池の少なくとも１つの電圧が、該電池パックの満充電電圧をＮで除した電圧より低く設定された上限電圧に達した場合に、該電池パックの放電限界電圧をＮで除した電圧より高く設定された下限電圧と前記上限電圧との間に設定された所定電圧に達するまで、前記充電スイッチをオフして充電を禁止する制御回路と
を備えたことを特徴とする電池パックの充放電制御装置。
【請求項２】
Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の二次電池を直列に接続した組電池を並列に複数接続した電池パックと、
前記電池パックを放電させる放電器と、
前記電池パックと前記放電器との間に設けられた放電スイッチと、
前記電池パックに含まれる複数の二次電池の少なくとも１つの電圧が、該電池パックの放電限界電圧をＮで除した電圧より高く設定された下限電圧に達した場合に、該電池パックの満充電電圧をＮで除した電圧より低く設定された上限電圧と前記下限電圧との間に設定された所定電圧に達するまで、前記放電スイッチをオフして放電を禁止する制御回路とを備えたことを特徴とする電池パックの充放電制御装置。
【請求項３】
複数の二次電池が並列に接続された二次電池ユニットを直列にＮ個（Ｎは２以上の整数）接続した組電池を並列に複数接続した電池パックと、
前記電池パックを充電する充電器と、
前記電池パックと前記充電器との間に設けられた充電スイッチと、
前記電池パックに含まれる複数の二次電池の少なくとも１つの電圧が、該電池パックの満充電電圧をＮで除した電圧より低く設定された上限電圧に達した場合に、該電池パックの放電限界電圧をＮで除した電圧より高く設定された下限電圧と前記上限電圧との間に設定された所定電圧に達するまで、前記充電スイッチをオフして充電を禁止する制御回路とを備えたことを特徴とする電池パックの充放電制御装置。
【請求項４】
複数の二次電池が並列に接続された二次電池ユニットを直列にＮ個（Ｎは２以上の整数）接続した組電池を並列に複数接続した電池パックと、
前記電池パックを放電させる放電器と、
前記電池パックと前記放電器との間に設けられた放電スイッチと、
前記電池パックに含まれる複数の二次電池の少なくとも１つの電圧が、該電池パックの放電限界電圧をＮで除した電圧より高く設定された下限電圧に達した場合に、該電池パックの満充電電圧をＮで除した電圧より低く設定された上限電圧と前記下限電圧との間に設定された所定電圧に達するまで、前記放電スイッチをオフして放電を禁止する制御回路とを備えたことを特徴とする電池パックの充放電制御装置。
【請求項５】
前記電池パックの温度を検出する温度センサを備え、
前記制御回路は、前記温度センサで検出された温度が所定温度に達したとき、前記充電スイッチをオフして充電を禁止することを特徴とする請求項１または請求項３記載の電池パックの充放電制御装置。
【請求項６】
前記電池パックの温度を検出する温度センサを備え、
前記制御回路は、前記温度センサで検出された温度が所定温度に達したとき、前記放電スイッチをオフして放電を禁止することを特徴とする請求項２または請求項４記載の電池パックの充放電制御装置。
【請求項７】
前記組電池の各々に流れる電流を検出する複数の組電池電流センサと、
前記電池パックの全体を流れる電流を検出する電流センサとを備え、
前記制御回路は、前記複数の組電池電流センサを流れる電流の値と、前記電流センサに流れる電流を前記組電池電流センサの数で除した値との差の少なくとも１つが所定値以上になった場合に、前記充電スイッチをオフして充電を禁止することを特徴とする請求項１または請求項３記載の電池パックの充放電制御装置。
【請求項８】
前記組電池の各々に流れる電流を検出する複数の組電池電流センサと、
前記電池パックの全体を流れる電流を検出する電流センサとを備え、
前記制御回路は、前記複数の組電池電流センサを流れる電流の値と、前記電流センサに流れる電流を前記組電池電流センサの数で除した値との差の少なくとも１つが所定値以上になった場合に、前記放電スイッチをオフして放電を禁止することを特徴とする請求項２または請求項４記載の電池パックの充放電制御装置。
【請求項９】
前記組電池の各々に流れる電流を検出する複数の組電池電流センサと、
前記電池パックの全体を流れる電流を検出する電流センサとを備え、
前記制御回路は、前記複数の組電池電流センサの各々で検出された電流値の平均値と最大瞬時電流値との差が所定値以上になった場合に、前記充電スイッチをオフして充電を禁止することを特徴とする請求項１または請求項３記載の電池パックの充放電制御装置。
【請求項１０】
前記組電池の各々に流れる電流を検出する複数の組電池電流センサと、
前記電池パックの全体を流れる電流を検出する電流センサとを備え、
前記制御回路は、前記複数の組電池電流センサの各々で検出された電流値の平均値と最大瞬時電流値との差が所定値以上になった場合に、前記放電スイッチをオフして放電を禁止することを特徴とする請求項２または請求項４記載の電池パックの充放電制御装置。
【請求項１１】
前記組電池の各々に流れる電流を検出する複数の組電池電流センサと、
前記電池パックの全体を流れる電流を検出する電流センサとを備え、
前記制御回路は、前記複数の組電池電流センサの各々で検出された電流値の平均値が、全体を流れる平均電流を並列数で除した電流値との差が、所定の値以上になった場合に、前記充電スイッチをオフして充電を禁止することを特徴とする請求項１または請求項３記載の電池パックの充放電制御装置。
【請求項１２】
前記組電池の各々に流れる電流を検出する複数の組電池電流センサと、
前記電池パックの全体を流れる電流を検出する電流センサとを備え、
前記制御回路は、前記複数の組電池電流センサの各々で検出された電流値の平均値が、全体を流れる平均電流を並列数で除した電流値との差が、所定の値以上になった場合に、前記放電スイッチをオフして放電を禁止することを特徴とする請求項２または請求項４記載の電池パックの充放電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池パックの充放電を制御する充放電制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、複数の二次電池を直列に接続して構成された組電池の充放電の制御は、組電池の容量を演算しながら行われる。このような充放電を制御する技術として、特許文献１は、複数の二次電池を直列に接続してなる組電池において、複数の二次電池の容量や特性にバラツキが生じても、全ての二次電池の過充電および過放電を確実に防止して、組電池の充放電を行う充放電制御方法を開示している。
【０００３】
この充放電制御方法では、組電池の満充電容量より小さい上限容量と、放電限界容量より大きい下限容量と、その範囲内に存在する所定容量（例えば満充電の５０％）とを設定し、組電池の演算容量が、上限容量と下限容量との範囲内であるときは充放電を許容し、上限容量に達すると所定容量になるまでは、放電のみを許可し、下限容量に達したときは、所定容量になるまでは充電のみを許可する。
【特許文献１】特開２０００−２２８８３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した充放電制御方法においては、組電池の容量を演算しながら充放電を制御するため、組電池をさらに並列に接続した場合、これらの組電池間のアンバランスにより上限容量を超えたり下限容量を下回ったりする恐れがある。また、この充放電制御の場合、二次電池のアンバランスにより、二次電池の上限電圧と下限電圧の許容範囲を超え、過充電電圧または過放電電圧のレベルにまで達する恐れがある。
【０００５】
本発明の課題は、安定した、安全性の高い、長寿命化が可能な電池パックの充放電制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、第１の発明は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の二次電池を直列に接続した組電池を並列に複数接続した電池パックと、電池パックを充電する充電器と、電池パックと充電器との間に設けられた充電スイッチと、電池パックに含まれる複数の二次電池の少なくとも１つの電圧が、該電池パックの満充電電圧をＮで除した電圧より低く設定された上限電圧に達した場合に、該電池パックの放電限界電圧をＮで除した電圧より高く設定された下限電圧と上限電圧との間に設定された所定電圧に達するまで、充電スイッチをオフして充電を禁止する制御回路を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の二次電池を直列に接続した組電池を並列に複数接続した電池パックと、電池パックを放電させる放電器と、電池パックと放電器との間に設けられた放電スイッチと、電池パックに含まれる複数の二次電池の少なくとも１つの電圧が、該電池パックの放電限界電圧をＮで除した電圧より高く設定された下限電圧に達した場合に、該電池パックの満充電電圧をＮで除した電圧より低く設定された上限電圧と下限電圧との間に設定された所定電圧に達するまで、放電スイッチをオフして放電を禁止する制御回路を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、複数の二次電池が並列に接続された二次電池ユニットを直列にＮ個（Ｎは２以上の整数）接続した組電池を並列に複数接続した電池パックと、電池パックを充電する充電器と、電池パックと充電器との間に設けられた充電スイッチと、電池パックに含まれる複数の二次電池の少なくとも１つの電圧が、該電池パックの満充電電圧をＮで除した電圧より低く設定された上限電圧に達した場合に、該電池パックの放電限界電圧をＮで除した電圧より高く設定された下限電圧と上限電圧との間に設定された所定電圧に達するまで、充電スイッチをオフして充電を禁止する制御回路を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、複数の二次電池が並列に接続された二次電池ユニットを直列にＮ個（Ｎは２以上の整数）接続した組電池を並列に複数接続した電池パックと、電池パックを放電させる放電器と、電池パックと放電器との間に設けられた放電スイッチと、電池パックに含まれる複数の二次電池の少なくとも１つの電圧が、該電池パックの放電限界電圧をＮで除した電圧より高く設定された下限電圧に達した場合に、該電池パックの満充電電圧をＮで除した電圧より低く設定された上限電圧と下限電圧との間に設定された所定電圧に達するまで、放電スイッチをオフして放電を禁止する制御回路を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電池パックに含まれる複数の二次電池の各々の上限電圧および下限電圧に達する回数が減る。その結果、安定した、安全性の高い充放電を行うことができ、また、複数の二次電池、ひいては電池パックの寿命を延命させることができる。
【００１１】
また、上述した効果に加えて、組電池間のアンバランスが発生しても安全に充放電を制御することができ、各パーツの耐電流、耐電圧をも抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の実施例１に係る電池パックの充放電制御装置の構成を示すブロック図である。この充放電制御装置は、電池パック１、充電器２、放電器３、制御回路４、放電スイッチ５、充電スイッチ６および電流センサ８を備えている。
【００１４】
電池パック１は、各々がＮ個（Ｎは２以上の整数）の二次電池を直列に接続して構成されたＭ個（Ｍは２以上の整数）の組電池１１〜１Mが並列に接続されて構成されている。この電池パック１の正極端子は制御回路４、放電スイッチ５および充電スイッチ６に接続され、負極端子は電流センサ８に接続されている。また、図面が煩雑になるのを避けるために図示を省略しているが、全ての二次電池の正極および負極は、制御回路４に接続されている。
【００１５】
充電器２は、充電電圧を発生し、充電スイッチ６を介して電池パック１に供給する。これにより、電池パック１が充電される。放電器３は、例えば負荷装置により構成されており、電池パック１から放電スイッチ５を介して供給される電力を消費する。
【００１６】
制御回路４は、電池パック１から送られてくる電圧信号、温度センサ７から送られてくる温度信号および電流センサ８から送られてくる電流信号に基づき充電可否信号を生成して充電スイッチ６に送るとともに、放電可否信号を生成して放電スイッチ５に送る。この制御回路４の動作の詳細は後述する。
【００１７】
放電スイッチ５は、制御回路４から送られてくる放電可否信号に応じて、オンまたはオフし、電池パック１から出力される電力を放電器３に供給するかどうかを制御する。充電スイッチ６は、制御回路４から送られてくる充電可否信号に応じて、オンまたはオフし、充電器２からの充電電力を電池パック１に供給するかどうかを制御する。
【００１８】
温度センサ７は、電池パック１の温度を検出し、温度信号として制御回路４に送る。電流センサ８は、電池パック１の全体に流れる電流、つまり組電池１１〜１Mに流れる電流を合計した電流の大きさを検出し、電流信号として制御回路４に送る。
【００１９】
次に、制御回路４で行われる動作を、充放電処理を中心に、図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。この充放電処理は、一定の周期で繰り返し実行される。
【００２０】
充放電処理では、まず、電池パック１の内部の複数の二次電池の電圧が取得される（ステップＳ１１）。次いで、充電中であるか放電中であるかが調べられる（ステップＳ１２）。ステップＳ１２において、充電中であることが判断されると、ステップＳ１１で取得された、各組電池を構成する複数の二次電池の少なくとも１つの電圧が、電池パック１の満充電電圧をＮで除した電圧（つまり、二次電池毎の満充電電圧）より低く設定された上限電圧に達したかどうかが調べられる（ステップＳ１３）。
【００２１】
ステップＳ１３において、上限電圧に達したことが判断されると、充電を禁止する処理が行われる（ステップＳ１４）。すなわち、制御回路４は、電池パック１の放電限界電圧をＮで除した電圧（つまり、二次電池毎の放電限界電圧）より高く設定された下限電圧と上述した上限電圧との間に設定された所定電圧に達するまで、充電可否信号を充電スイッチ６に送って該充電スイッチ６をオフし、充電を禁止する。ここで、所定電圧は、下限電圧と上限電圧との中間の電圧の±１０％の電圧とすることができる。一方、上限電圧に達していないことが判断されると、ステップＳ１４の処理はスキップされる。
【００２２】
次いで、所定温度に達したかどうかが調べられる（ステップＳ１５）。すなわち、制御回路４は、温度センサ７から送られてくる温度信号が所定温度以上を示しているかどうかを調べる。ステップＳ１５において、所定温度に達したことが判断されると、充電を禁止する処理が行われる（ステップＳ１６）。すなわち、制御回路４は、充電可否信号を充電スイッチ６に送って該充電スイッチ６をオフし、充電を禁止する。その後、充放電処理は終了する。一方、ステップＳ１５において、所定温度に達していないことが判断されると、ステップＳ１６の処理はスキップされ、充放電処理は終了する。
【００２３】
ステップＳ１２において、放電中であることが判断されると、ステップＳ１１で取得された、各組電池を構成する複数の二次電池の少なくとも１つの電圧が、下限電圧に達したかどうかが調べられる（ステップＳ１７）。
【００２４】
ステップＳ１７において、下限電圧に達したことが判断されると、放電を禁止する処理が行われる（ステップＳ１８）。すなわち、制御回路４は、所定電圧に達するまで、放電可否信号を放電スイッチ５に送って該放電スイッチ５をオフし、放電を禁止する。一方、ステップＳ１７において、上限電圧に達していないことが判断されると、ステップＳ１８の処理はスキップされる。
【００２５】
次いで、所定温度に達したかどうかが調べられる（ステップＳ１９）。すなわち、制御回路４は、温度センサ７から送られてくる温度信号が所定温度以上を示しているかどうかを調べる。ステップＳ１９において、所定温度に達したことが判断されると、放電を禁止する処理が行われる（ステップＳ２０）。すなわち、制御回路４は、放電可否信号を放電スイッチ５に送って該放電スイッチ５をオフし、放電を禁止する。その後、充放電処理は終了する。一方、ステップＳ１９において、所定温度に達していないことが判断されると、ステップＳ２０の処理はスキップされ、充放電処理は終了する。
【００２６】
以上説明したように、本発明の実施例１に係る充放電制御装置によれば、電池パック１を構成する各組電池に含まれる複数の二次電池の各々の上限電圧および下限電圧に達する回数が減る。その結果、複数の二次電池、ひいては電池パック１の寿命を延命させることができる。
【００２７】
また、二次電池のアンバランスが生じても、充電時は上限電圧、放電時は下限電圧で二次電池を監視しているため、充放電時に上限電圧と下限電圧の許容範囲を超えることもなく、安定性および安全性を向上させることができ、また、長寿命化が可能になる。
【００２８】
なお、上述した実施例１に係る充放電制御装置で使用される電池パック１は、Ｎ個の二次電池を直列に接続して１つの組電池を構成し、さらに、Ｍ個の組電池１１〜１Mを並列に接続して構成したが、図３に示すように、複数の二次電池が並列に接続された二次電池ユニット１１１〜１１Nを直列に接続して１つの組電池を構成し、さらに、Ｍ個の組電池１１〜１Mを並列に接続して構成することもできる。この構成の場合も、上述した実施例１に係る充放電制御装置と同様の作用および効果が得られる。
【実施例２】
【００２９】
図４は、本発明の実施例２に係る充放電制御装置の構成を示すブロック図である。この充放電制御装置は、実施例１に係る充放電制御装置の電池パック１が電池パック１ａに変更されて構成されている。電池パック１ａは、電池パック１を構成する複数の組電池１１〜１Mに対して、直列に、組電池電流センサ９１〜９Mがそれぞれ追加されて構成されている。組電池電流センサ９１〜９Mの各々は、自己を流れる電流の大きさを検出し、組電池電流信号として制御回路４に送る。なお、組電池電流信号の経路は、図面が煩雑になるのを避けるために、記載を省略している。
【００３０】
次に、上述した構成を有する実施例２に係る充放電制御装置の制御回路４で行われる動作を、図５に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００３１】
まず、充放電処理が実行される（ステップＳ２１）。この充放電処理は、図２のフローチャートに示した実施例１に係る充放電制御装置の充放電処理と同じである。次いで、組電池の電流が取得される（ステップＳ２２）。すなわち、制御回路４は、組電池電流センサ９１〜９Mで検出された、組電池１１〜１Mを流れる電流の電流値を取得する。
【００３２】
次いで、組電池を流れる電流の平均値が算出される（ステップＳ２３）。すなわち、制御回路４は、電流センサ８から電池パック１の全体を流れる電流を取得し、この取得した電流を組電池の数「Ｍ」で除して各組電池に流れる電流の平均値を算出する。
【００３３】
次いで、組電池の電流値と平均値の差が所定値以上であるかどうかが調べられる（ステップＳ２４）。すなわち、制御回路４は、ステップＳ２２で取得した組電池１１〜１Mを流れる電流の電流値と、ステップＳ２３で算出された平均値との差の少なくとも１つが所定値以上であるかどうかを調べる。ここで、所定値は、平均値の±５０％以内とすることができる。
【００３４】
ステップＳ２４において、組電池の電流値と平均値の差が所定値以上でないことが判断されると、ステップＳ２８に進む。一方、ステップＳ２４において、組電池の電流値と平均値の差が所定値以上であることが判断されると、次いで、充電中であるか放電中であるかが調べられる（ステップＳ２５）。ステップＳ２５において、充電中であることが判断されると、次いで、充電を禁止する処理が行われる（ステップＳ２６）。すなわち、制御回路４は、充電可否信号を充電スイッチ６に送って該充電スイッチ６をオフし、充電を禁止する。その後、ステップＳ２８に進む。
【００３５】
一方、ステップＳ２５において、放電中であることが判断されると、次いで、放電を禁止する処理が行われる（ステップＳ２７）。すなわち、制御回路４は、放電可否信号を放電スイッチ５に送って該放電スイッチ５をオフし、放電を禁止する。その後、ステップＳ２８に進む。
【００３６】
ステップＳ２８においては、組電池の電流値の平均値と最大瞬時電流値との差が所定値以上になったかどうかが調べられる（ステップＳ２８）。すなわち、制御回路４は、ステップＳ２２で取得した組電池１１〜１Mを流れる電流値の平均値と最大瞬時電流値との差が所定値以上、例えば最大瞬時電流値が平均値の２倍以上になったかどうかどうかを調べる。
【００３７】
ステップＳ２８において、組電池の電流値の平均値と最大瞬時電流値との差が所定値以上になっていないことが判断されると、ステップＳ２１に戻り、上述した処理が繰り返される。一方、ステップＳ２８において、組電池の電流値の平均値と最大瞬時電流値との差が所定値以上になったことが判断されると、次いで、充電中であるか放電中であるかが調べられる（ステップＳ２９）。ステップＳ２９において、充電中であることが判断されると、次いで、充電を禁止する処理が行われる（ステップＳ３０）。ステップＳ３０の処理は、上述したステップＳ２６の処理と同じである。その後、ステップＳ２１に戻り、上述した処理が繰り返される。
【００３８】
一方、ステップＳ２９において、放電中であることが判断されると、次いで、放電を禁止する処理が行われる（ステップＳ３１）。ステップＳ３１の処理は、上述したステップＳ２７の処理と同じである。その後、ステップＳ２１に戻り、上述した処理が繰り返される。
【００３９】
以上説明したように、本発明の実施例２に係る充放電制御装置によれば、組電池間のアンバランスが発生しても安全に充放電を制御することができるので、各パーツの耐電流、耐電圧をも抑制することができ、また、安定性および安全性を向上させることができ、さらに、長寿命化が可能になる。
【００４０】
なお、上述した実施例２に係る充放電制御装置で使用される電池パック１ａは、Ｎ個の二次電池を直列に接続して１つの組電池を構成し、さらに、Ｍ個の組電池１１〜１Mを並列に接続して構成されているが、図３に示すように、複数の二次電池が並列に接続された二次電池ユニット１１１〜１１Nを直列に接続して１つの組電池を構成し、さらに、Ｍ個の組電池１１〜１Mを並列に接続して構成することもできる。この構成の場合も、上述した実施例２に係る充放電制御装置と同様の作用および効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、電池パックを安定かつ安全に充放電させることができ、しかも長寿命化が要求される充放電制御装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施例１に係る充放電制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１に係る充放電制御装置の制御回路の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施例１に係る充放電制御装置の電池パックの他の構成例を示す図である。
【図４】本発明の実施例２に係る充放電制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施例２に係る充放電制御装置の制御回路の動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施例２に係る充放電制御装置の電池パックの他の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１、１ａ  電池パック
１１〜１M  組電池
１１１〜１１N  二次電池ユニット
２  充電器
３  放電器
４  制御回路
５  放電スイッチ
６  充電スイッチ
７  温度センサ
８  電流センサ
９１〜９M  組電池電流センサ
【図１】
2010088201.tif 000003
【図２】
2010088201.tif 000004
【図３】
2010088201.tif 000005
【図４】
2010088201.tif 000006
【図５】
2010088201.tif 000007
【図６】
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