(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池を構成する電池ブロック毎に放電を行う二次電池の放電制御装置であって、
前記電池ブロック毎と接続された放電回路と、
前記放電回路の温度を検出する温度検出手段と、
前記放電回路における放電電流を、検出された前記温度及び前記電池ブロックの電圧の時間変化の傾きに応じて制御する制御回路と、
を備えることを特徴とする二次電池の放電制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記放電回路が前記電池ブロック毎に設けられており、
前記電池ブロックのうち放電すべき電池ブロックを選択し、前記放電を電池ブロック毎に行うことを特徴とする二次電池の放電制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置において、
前記二次電池を構成する電池ブロックを一括して放電することを特徴とする二次電池の放電制御装置。
【請求項４】
請求項２記載の装置において、
前記温度検出手段は、前記放電回路毎に設けられ、
前記制御回路は、選択された前記電池ブロックに設けられた前記放電回路の検出された前記温度に応じて放電電流を制御することを特徴とする二次電池の放電制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の装置において、
前記制御回路は、前記放電回路の許容最大温度と、検出された前記温度との差に応じて放電電流を制御することを特徴とする二次電池の放電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は二次電池の放電制御装置に関し、特に放電電流の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機により車両駆動力を得ている電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両は、二次電池を搭載し、この二次電池に蓄えられた電力により電動機を駆動している。このような電動車両は、回生制動、すなわち、車両制動時に電動機を発電機として機能させ、車両の運動エネルギを電気エネルギに変換することにより制動する機能を備えている。変換された電気エネルギは二次電池に戻され、加速を行う時等に再利用される。
【０００３】
二次電池は過放電、過充電を行うと電池性能を劣化させることになるため、二次電池の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）を把握して充放電を制御する必要がある。
【０００４】
ところで、製造工程やその後の使用状態によって、電池ブロック毎に電池性能にばらつきが生じ、二次電池を構成する各電池ブロックの充電状態にばらつきが生じる場合がある。このような電池ブロックを直列接続して構成される二次電池に対して、各電池ブロックの充放電を繰り返すと、容量の小さい電池ブロックが過放電あるいは過充電状態となり、電池ブロック間の充電状態のばらつきが拡大する。従って、過放電あるいは過充電状態を防止するためには電池ブロックとして使用できる容量の範囲が狭くなり、二次電池の寿命が見かけ上、低下してしまう。
【０００５】
そこで、従来から、二次電池を構成する電池ブロック間の容量ばらつきを抑制して均等化すべく、各電池ブロックに放電回路を設け、各電池ブロックの電圧を測定して、電圧の高い電池ブロックの放電回路を作動させて当該電池ブロックを放電させる技術が提案されている。
【０００６】
例えば、特許文献１では、発光ダイオードと受光ダイオードとが相互に絶縁されたフォトカプラを用いて高圧系の二次電池側と低圧系のマイクロコンピュータ側とを絶縁するとともに、シリアルパラレルレジスタを用いてマイクロコンピュータからシリアルデータを送信し、二次電池を構成する各電池ブロックに設けられた放電回路にパラレルに制御指令を送信して放電回路を制御する構成が開示されている。
【０００７】
また、特許文献２には、二次電池を構成する各電池ブロックの電圧を測定し、測定された電圧から電池ブロック間の起電力のばらつきを周期的に算出し、ばらつきが基準値を超える場合に最も起電力の高い電池ブロックを放電させる構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−３３３７１７号公報
【特許文献２】特開２００８−１７８１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
放電回路で電池ブロックを放電する場合、放電方式としては、定電流放電、定電力放電、定抵抗放電の各方式があり、この中で定電力放電方式は、相対的に短時間で電池ブロックの電圧を規定電圧まで低下させることができる。定電力放電方式では、放電電力が一定となるように、電池ブロックの端子電圧が低下するに従って放電電流を徐々に増大させるように制御する。
【００１０】
しかしながら、従来の定電力放電方式では、放電電流は、予め放電回路の能力や特性ばらつきを考慮した設定値の範囲内としているため、放電回路の放電時の環境温度によらずに決定されており、このため必ずしも放電電流が最適値となっていない問題があった。放電電流が最適化されていないと、電池ブロックを規定の電圧まで放電するために要する時間が増大する結果となってしまう。このような放電電流が最適化されないとの問題は、二次電池をリサイクルする際に電池分解の前処理として行う放電や、電池の劣化・余寿命を推定するためにＳＯＣを測定する際に行う放電にも生じる。
【００１１】
本発明の目的は、二次電池を構成する電池ブロックの容量を均等化するために電池ブロックを放電する際に、放電電流を最適化して放電時間を短縮できる装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、二次電池を構成する電池ブロック毎に放電を行う二次電池の放電制御装置であって、前記電池ブロック毎と接続された放電回路と、前記放電回路の温度を検出する温度検出手段と、前記放電回路における放電電流を、検出された前記温度及び前記電池ブロックの電圧の時間変化の傾きに応じて制御する制御回路とを備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明の１つの実施形態では、前記放電回路が前記電池ブロック毎に設けられており、
前記電池ブロックのうち放電すべき電池ブロックを選択し、前記放電を電池ブロック毎に行う。
【００１４】
また、本発明の他の実施形態では、前記二次電池を構成する電池ブロックを一括して放電する。
【００１５】
また、本発明の他の実施形態では、前記温度検出手段は、前記放電回路毎に設けられ、前記制御回路は、選択された前記電池ブロックに設けられた前記放電回路の検出された前記温度に応じて放電電流を制御する。
【００１６】
また、本発明の他の実施形態では、前記制御回路は、前記放電回路の許容最大温度と、検出された前記温度との差に応じて放電電流を制御する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、二次電池を構成する電池ブロックの容量を均等化するために電池ブロックを放電する際に、放電回路の温度を考慮するため放電電流を最適化して放電時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態の放電装置の構成図である。
【図２】実施形態の処理フローチャートである。
【図３】電池ブロックの電圧、電流の時間変化を示すグラフ図である。
【図４】電池ブロックの電圧の時間変化と領域を示すグラフ図である。
【図５】他の実施形態の処理フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【００２１】
図１に、本実施形態における放電装置（あるいは容量均等化装置）の構成ブロック図を示す。放電装置は、マイクロコンピュータ１１０と、発光ダイオードと受光ダイオードとが相互に絶縁されたフォトカプラＰＤ，ＰＲ，ＰＣと、制御部１００と、各電池ブロックＢ１〜Ｂｎ毎に設けられる放電回路Ｄ１〜Ｄｎと、二次電池１０とを備える。制御部１００は、レベル変換回路１３０と、シリアル入力／パラレル出力レジスタ１２０を備える。
【００２２】
二次電池１０は、ｎ個の電池ブロックＢ１〜Ｂｎを直列接続して構成される組電池である。各電池ブロックＢ１〜Ｂｎはさらに複数の単電池（セル）を直列接続して構成される。単電池は、例えばニッケル水素電池から構成される。
【００２３】
放電回路Ｄｎは、電池ブロックＢｎに設けられ、互いに直列接続された放電抵抗ＲｎとｎｐｎトランジスタＱｎから構成される。放電抵抗Ｒｎの一端は電池ブロックＢｎの正極端子に接続され、他端はｎｐｎトランジスタＱｎのコレクタ端子に接続される。ｎｐｎトランジスタＱｎのエミッタ端子は、電池ブロックＢｎの負極端子に接続される。ｎｐｎトランジスタＱｎのベース端子に供給される制御信号ＣｎによってトランジスタＱｎがオンされると、放電抵抗Ｒｎに電流が流れ、電池ブロックＢｎが放電する。電池ブロックＢｎの放電電流は、制御信号Ｃｎによって制御される。他の放電装置Ｄ１，Ｄ２，・・についても同様である。
【００２４】
放電回路Ｄ１〜Ｄｎの所定部位には温度センサ１２が設けられ、放電回路Ｄ１〜Ｄｎの温度を検出してマイクロコンピュータ１１０に供給する。温度センサ１２は、放電回路Ｄ１〜Ｄｎのそれぞれに設けられ、放電回路Ｄ１〜Ｄｎのそれぞれの温度を検出してもよく、１個のみ設けて放電回路Ｄ１〜Ｄｎの代表的な温度を検出してもよい。あるいは温度センサ１２を複数個設け、これらの平均値を放電回路Ｄ１〜Ｄｎの代表温度として検出してもよい。図では、温度センサ１２を１個だけ設ける場合について示す。
【００２５】
シリアル入力／パラレル出力レジスタ１２０は、データ入力端子ＤＡＴＡ、リセット端子ＲＳＴ、クロック入力端子ＣＬＫ、電池ブロックＢ１〜Ｂｎと同数のパラレル出力端子Ｙ１〜Ｙｎを備え、マイクロコンピュータ１１０からのシリアルデータが入力される。シリアル入力／パラレル出力レジスタ１２０は、所定のビット数のデータを取り込んだタイミングで、シリアルデータの各データビットをパラレル出力端子Ｙ１〜Ｙｎから出力する。パラレル出力端子Ｙ１〜Ｙｎのうち、放電させるべき電池ブロックに対応する出力端子のみをハイレベルに切り替え、残りの出力端子はローレベルとする。
【００２６】
レベル変換回路１３０は、シリアル入力／パラレル出力レジスタ１２０のパラレル出力端子Ｙ１〜Ｙｎからの信号が入力され、放電回路Ｄ１〜Ｄｎを構成するｎｐｎトランジスタＱ１〜Ｑｎをオンオフ制御するための制御信号Ｃ１〜Ｃｎに変換して出力する。レベル変換回路１３０の各出力端子は、ｎｐｎトランジスタＱ１〜Ｑｎのベース端子に接続される。
【００２７】
マイクロコンピュータ１１０は、図示しない電圧測定回路によって測定された電池ブロックＢ１〜Ｂｎの各電圧（端子電圧）が入力され、電圧が高い電池ブロックを選択する。そして、電圧が高い電池ブロックを放電させるためのシリアルデータを生成し、制御部１００に光信号として出力する。シリアルデータを作成する際には、温度センサ１２で検出された放電回路Ｄ１〜Ｄｎの温度が考慮される。マイクロコンピュータ１１０から出力されたシリアルデータは、フォトカプラＰＤを介して制御部１００のシリアル入力／パラレル出力レジスタ１２０に供給される。なお、フォトカプラＰＲ，ＰＣは、それぞれマイクロコンピュータ１１０からのリセット信号、クロック信号を伝送するためのものである。マイクロコンピュータ１１０は、フォトカプラにより高電圧の二次電池１０から電気的に絶縁される。
【００２８】
このような構成において、マイクロコンピュータ１１０において放電回路Ｄ１〜Ｄｎを作動させるか否かを判定し、判定結果に応じてマイクロコンピュータ１１０からのシリアルデータをフォトカプラＰＤ、制御部１００を介して放電回路Ｄ１〜Ｄｎに供給する。放電回路Ｄ１〜Ｄｎは、マイクロコンピュータ１１０からの指令に従って、二次電池１０を構成する電池ブロックＢ１〜Ｂｎを個別に放電させ、電池ブロックＢ１〜Ｂｎの容量を均等化する。マイクロコンピュータ１１０は、定電力放電方式により電池ブロックＢ１〜Ｂｎを放電させるが、放電電流を放電回路Ｄ１〜Ｄｎの温度に応じて最適化することで、放電時間を短縮する。すなわち、従来においては放電電流は予め設定された範囲内としているが、本実施形態では放電回路Ｄ１〜Ｄｎの温度に基づき、放電回路Ｄ１〜Ｄｎが許容し得る温度範囲において最大放電電流で放電するように制御する。
【００２９】
図２に、本実施形態の処理フローチャートを示す。まず、マイクロコンピュータ１１０は、放電回路Ｄ１〜Ｄｎを作動させるか否かを判定する（Ｓ１０１）。この判定は、例えば以下のように行う。すなわち、各電池ブロックＢ１〜Ｂｎの電圧のばらつきを算出し、算出した電圧のばらつきを所定のしきい値と大小比較し、算出した電圧のばらつきがしきい値を超える場合に、最も電圧の高い電池ブロックを放電させるべき電池ブロックとして選択する。そして、選択した電池ブロックに接続された放電回路を作動させるものと判定する。もちろん、他の方法、例えば電池ブロック毎の起電力を算出し、この起電力に基づいて判定してもよい。
【００３０】
次に、いずれかの放電回路Ｄ１〜Ｄｎを作動させると判定した場合、マイクロコンピュータ１１０は、放電回路Ｄ１〜Ｄｎの温度Ｔを検出し（Ｓ１０２）、放電回路Ｄ１〜Ｄｎにおける許容最大温度Ｔｍａｘと検出温度Ｔとを比較する（Ｓ１０３）。そして、温度の比較結果に応じて、シリアルデータを生成して放電回路Ｄ１〜Ｄｎに供給し、放電電流を制御する（Ｓ１０４）。具体的には、許容最大温度Ｔｍａｘと検出温度Ｔとの差（Ｔｍａｘ−Ｔ）が大きい程、放電電流を増大させる。マイクロコンピュータ１１０は、予め許容最大温度Ｔｍａｘと検出温度Ｔとの差と、放電電流との関係をマップあるいはテーブルとしてメモリに記憶しておき、マップあるいはテーブルを参照することにより、算出された許容最大温度Ｔｍａｘと検出温度Ｔとの差に対応する放電電流を読み出してシリアルデータを作成することができる。
【００３１】
例えば、電池ブロックＢ１〜Ｂｎの電圧のばらつきがしきい値を超え、電池ブロックＢ１が最も高い電圧であるとする。この場合、マイクロコンピュータ１１０は、電池ブロックＢ１を放電すべく、電池ブロックＢ１に接続された放電回路Ｂ１を作動させることを決定する。そして、温度データＴを検出し、許容最大温度Ｔｍａｘと比較し、その差が大きい程放電電流が大きくなるようにシリアルデータを作成して放電回路Ｄ１〜Ｄｎに供給する。放電回路Ｂ１を構成するｎｐｎトランジスタＱ１のベース端子には、許容最大温度Ｔｍａｘと検出温度Ｔとの差に応じたベース電流が供給され、これにより放電電流が制御される。
【００３２】
なお、温度センサ１２を放電回路Ｄ１〜Ｄｎ毎に設置し、各放電回路Ｄ１〜Ｄｎ毎に温度を検出した場合には、作動させると決定した放電回路に対応する温度を用いて放電電流を制御することは言うまでもない。例えば、放電回路Ｂ１を作動させる場合、放電回路Ｂ１の温度Ｔ１に応じて放電電流を制御する。この場合、作動させるべき放電回路の温度に応じて放電電流を制御できるので、より最適な放電が可能となる。
【００３３】
図３に、本実施形態における、放電対象の電池ブロックの電圧電流の時間変化を示す。図において、横軸は時間ｔであり、左縦軸は電圧Ｖ、右縦軸は電流Ｉを示す。図中、符号ａは電圧変化であり、符号ｂ，ｃ，ｄはそれぞれ定抵抗放電、定電流放電、定電力放電の場合の電流変化を示す。また、符号ｅは本実施形態の放電電流の時間変化であり、放電回路の温度を考慮した場合の時間変化である。放電開始初期においては、放電回路の温度は未だ許容最大温度Ｔｍａｘに比べて十分低温であるから、放電電流もこれに応じて従来の定電力放電の場合（符号ｄ）に比べて増大する。その後、放電とともに放電回路の温度が上昇し、やがて許容最大温度Ｔｍａｘ近傍になると、従来の定電力放電の場合とほぼ同じような放電電流となる。このように、本実施形態の放電方式によれば、特に放電開始初期において放電電流を増大させることができるので、その分だけ従来に比べて放電時間を短縮することができる。
【００３４】
本実施形態では、放電回路Ｄ１〜Ｄｎの温度に応じて放電電流を制御しているが、放電回路Ｄ１〜Ｄｎの温度に加え、さらに別のパラメータを用いて放電電流を制御してもよい。図４に、電池ブロックＢ１〜Ｂｎの放電時の代表的な電圧時間変化を示す。電池ブロックＢ１〜Ｂｎの電圧は、放電初期においては相対的に急峻に減少し、その後相対的に穏やかに減少し、その後相対的に再び急峻に減少する特性がある。従って、図４に示すように、電圧時間変化を３つの領域Ａ，Ｂ，Ｃに分けることができる。領域Ａ，Ｃにおいては電圧が相対的に急峻に減少する領域であり、定電力放電する際に電圧の急減な減少を考慮して放電電流の増加分ΔＩを相対的に大きく設定する。また、領域Ｂにおいては電圧が相対的に穏やかに減少する領域であり、定電力放電する際に電圧の穏やかな減少を考慮して放電電流の増加分ΔＩも相対的に小さく設定する。マイクロコンピュータ１１０は、放電回路Ｄ１〜Ｄｎの温度Ｔに加え、電池ブロックＢ１〜Ｂｎの電圧Ｖを取得し、電圧Ｖの時間変化の傾きｄＶ／ｄｔを算出し、ｄＶ／ｄｔに応じて電池ブロックＢ１〜Ｂｎが図４に示す領域Ａ〜Ｃのいずれの領域に位置しているかを識別し、識別した領域に応じて放電電流の増大分を制御する。
【００３５】
図５に、この場合の処理フローチャートを示す。Ｓ２０１〜Ｓ２０３までの処理は、図２におけるＳ１０１〜Ｓ１０３の処理と同様である。次に、マイクロコンピュータ１１０は、放電させるべき電池ブロックの電圧の時間変化の傾きｄＶ／ｄｔを検出する（Ｓ２０４）。そして、検出したｄＶ／ｄｔに応じて当該電池ブロックが図４に示す領域Ａ〜Ｃのいずれの領域に位置しているかを判定する（Ｓ２０５）。領域を判定する際に、当該電池ブロックの電圧を付加的に用いてもよい。例えば、ｄＶ／ｄｔを基準値と大小比較し、基準値以下であれば領域Ｂであると判定し、基準値を超えていれば領域Ａあるいは領域Ｃのいずれかであると判定し、さらに当該電池ブロックの電圧を考慮して電圧が相対的に高ければ領域Ａと判定し、電圧が相対的に低ければ領域Ｃと判定する。ｄＶ／ｄｔと電圧Ｖの２次元マップあるいは２次元テーブルを用いて領域を判定することもできる。
【００３６】
領域を判定した後、マイクロコンピュータ１１０は、Ｓ２０３での比較結果、及びＳ２０５での判定結果に応じて放電電流を制御する（Ｓ２０６）。具体的には、放電電流の増大分をΔＩとすると、ΔＩ＝Ｋ１・（Ｔｍａｘ−Ｔ）＋Ｋ２・（領域毎の設定値）により放電電流を制御する。ここで、Ｋ１，Ｋ２は係数であり、「領域毎の設定値」は、領域Ａ〜Ｃ毎に予め設定された定数である。（領域Ａ，Ｃの設定値）＞（領域Ｂの設定値）である。もちろん、ｄＶ／ｄｔに応じて領域を判定するのではなく、直接的にｄＶ／ｄｔを用いることもできる。この場合、上式は、ΔＩ＝Ｋ１・（Ｔｍａｘ−Ｔ）＋Ｋ２・ｄＶ／ｄｔとなる。
【００３７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
【００３８】
例えば、本実施形態において、二次電池１０としてニッケル水素電池を例示したが、リチウムイオン電池であってもよい。
【００３９】
また、本実施形態において、放電回路Ｄ１〜Ｄｎを放電抵抗とｎｐｎトランジスタとしたが、これに限定されるものではなく、放電抵抗を可変抵抗とし、この可変抵抗の抵抗値を制御することで放電電流を制御してもよい。
【００４０】
また、本実施形態において、許容最大温度Ｔｍａｘと検出温度Ｔとの差に応じて放電電流を制御しているが、まず、許容最大温度Ｔｍａｘと検出温度Ｔとを大小比較し、Ｔｍａｘ＞Ｔであることを確認した上で、検出温度Ｔに応じて放電電流を制御してもよい。要するに、放電電流値を放電回路Ｄ１〜Ｄｎの温度、すなわち放電回路Ｄ１〜Ｄｎの動作温度あるいは環境温度に応じてダイナミックに変化させればよい。
【００４１】
また、本実施形態では、電池ブロック毎に放電を行っているが、複数の電池ブロックを一括して放電を行ってもよい。この場合、放電回路の数は限定されず、複数の電池ブロックで１個だけ設けてもよいし、電池ブロック毎に設けてもよい。また、温度センサの数も限定されない。このような複数の電池ブロックに対して一括して行う放電は、二次電池をリサイクルする際に電池分解の前処理として行う放電や、電池の劣化・余寿命を推定するためにＳＯＣを測定する際に行う放電に好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  二次電池（組電池）、１２  温度センサ、１００  制御部、１１０  マイクロコンピュータ、Ｄ１〜Ｄｎ  放電回路。
【図１】
0005491935.tif 000002
【図２】
0005491935.tif 000003
【図３】
0005491935.tif 000004
【図４】
0005491935.tif 000005
【図５】
0005491935.tif 000006