(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の二次電池を直列接続してなる組電池の容量を演算しながら、前記組電池の充放電を制御する方法であって、前記組電池の満充電容量より小さい上限容量と、前記組電池の放電限界容量より大きい下限容量と、前記上限容量及び下限容量の範囲内に存在する所定容量とを設定し、前記組電池の演算容量が前記範囲内である時、前記組電池の充放電を許容し、前記組電池の演算容量が前記上限容量に達すると、前記組電池の演算容量が満充電容量の５０％の前記所定容量になるまで前記組電池の放電のみを許可し、前記組電池の演算容量が前記下限容量に達すると、前記組電池の演算容量が満充電容量の５０％の前記所定容量になるまで前記組電池の充電のみを許可することを特徴とする充放電制御方法。
【請求項２】
前記組電池の演算容量が前記上限容量または下限容量に所定回数以上達するか、または所定時間が経過する毎に前記組電池の演算容量を補正することを特徴とする請求項１の充放電制御方法。
【請求項３】
前記組電池の演算容量の補正は、少なくとも１つの二次電池の電池温度または温度上昇勾配が所定値以上になるか、または電池電圧が所定電圧以上になるまで、前記組電池を充電して、前記満充電容量より小さく前記上限容量より大きい許容限界容量に前記組電池の演算容量を書き換えると共に、前記組電池のその後の演算容量が前記所定容量に達するまで、前記組電池の充電を禁止することにより行うことを特徴とする請求項２の充放電制御方法。
【請求項４】
複数の二次電池を直列接続してなる組電池の容量を演算しながら、前記組電池の充放電を制御する方法であって、前記組電池の満充電容量より小さい上限容量と、前記組電池の放電限界容量より大きい下限容量と、前記上限容量及び下限容量の範囲内に存在する所定容量とを設定し、前記組電池の演算容量が前記範囲内である時、前記組電池の充放電を許容し、前記組電池の演算容量が前記上限容量に達すると、前記組電池の演算容量が前記所定容量になるまで前記組電池の放電のみを許可し、前記組電池の演算容量が前記下限容量に達すると、前記組電池の演算容量が前記所定容量になるまで前記組電池の充電のみを許可すると共に、前記組電池の容量の演算は、前記組電池の実際の容量よりも小さくなるように行われ、前記組電池の充電時に、前記組電池を構成する少なくとも１つの二次電池の電池温度または温度上昇勾配が所定値以上になると、充電を停止して組電池の容量を前記満充電容量より小さく前記上限容量より大きい許容限界容量に前記組電池の演算容量を書き換えることを特徴とする充放電制御方法。
【請求項５】
前記組電池の容量を前記許容限界容量に書き換えた後、前記組電池の演算容量が前記所定容量に達するまで、前記組電池の演算容量が前記範囲内である時、前記組電池の充放電を許容し、前記組電池の演算容量が前記上限容量に達すると、前記組電池の演算容量が前記所定容量になるまで前記組電池の放電のみを許可し、前記組電池の演算容量が前記下限容量に達すると、前記組電池の演算容量が前記所定容量になるまで前記組電池の充電のみを許可すると共に、前記組電池の容量演算は、前記組電池の実際の容量よりも大きくなるように行われることを特徴とする請求項４の充放電制御方法。
【請求項６】
複数の二次電池を直列接続してなる組電池の容量を演算しながら、前記組電池の充放電を制御する方法であって、前記組電池の満充電容量より小さい上限容量と、この上限容量より小さい充電制限容量と、前記組電池の放電限界容量より大きい下限容量と、この下限容量より大きい放電制限容量と、前記充電制限容量及び放電制限容量の間の無制限範囲内に存在する所定容量とを設定し、前記組電池の演算容量が前記無制限範囲内である時、前記組電池の充放電を許容し、前記組電池の演算容量が前記上限容量及び充電制限容量の間の充電制限範囲内であるか、または前記下限容量及び放電制限容量の間の放電制限範囲内である時、前記組電池の充電または放電を所定の充電電流または放電電流に制限して許容し、前記組電池の演算容量が前記上限容量に達すると、前記組電池の演算容量が前記所定容量になるまで前記組電池の放電のみを許可し、前記組電池の演算容量が前記下限容量に達すると、前記組電池の演算容量が前記所定容量になるまで前記組電池の充電のみを許可することを特徴とする充放電制御方法。
【請求項７】
充電電流または放電電流の制限値は、これら電流の上限値の１／３〜１／２であることを特徴とする請求項６の充放電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の二次電池を直列接続してなる組電池の容量を演算しながら、前記組電池の充放電を制御する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
繰り返し充放電可能な二次電池は、その過充電及び過放電を防止するために、満充電検出手段及び過放電防止手段を備えている。満充電検出手段としては、二次電池の電池電圧を検出する電圧検出方式、二次電池の電圧がピークから所定電圧低下したことを検出する−ΔＶ検出方式、及び二次電池の電池温度を検出する温度検出方式等が知られている。
【０００３】
一方、過放電防止手段としては、二次電池の電池電圧を検出する方式等が周知である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、二次電池を電源として使用するに当っては、複数個の二次電池を電気的に直列接続したり、並列接続した組電池をして使用することが多い。このような場合、各二次電池の容量や、充放電に伴う個々の二次電池の性能が、全ての二次電池において完全に同じ状態にならず、何らかのばらつきが生じる。
【０００５】
従って、組電池全体から見ると何ら問題ないように見えても、一部の二次電池が過充電や過放電に至り、結果として、組電池全体の劣化が生じてしまう恐れがある。
【０００６】
こうした課題を解決するために、特開平７−３３５２６６号公報には、直列接続された複数の二次電池の各々に、バイパス回路を設けることが示されているが、電気自動車の電源として組電池を使用するような場合においては、直列接続する二次電池の個数が２００個前後になるため、回路構成が非常に複雑になってしまう。
【０００７】
そこで、本発明は、簡単な構成にして、組電池を構成する個々の二次電池の過充電及び過放電を防止して充放電を行う充放電制御方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に基く第１の発明は、複数の二次電池を直列接続してなる組電池の容量を演算しながら、前記組電池の充放電を制御する方法であって、前記組電池の満充電容量より小さい上限容量と、前記組電池の放電限界容量より大きい下限容量と、前記上限容量及び下限容量の範囲内に存在する満充電容量の５０％の所定容量とを設定し、前記組電池の演算容量が前記範囲内である時、前記組電池の充放電を許容し、前記組電池の演算容量が前記上限容量に達すると、前記組電池の演算容量が前記所定容量になるまで前記組電池の放電のみを許可し、前記組電池の演算容量が前記下限容量に達すると、前記組電池の演算容量が満充電容量の５０％の前記所定容量になるまで前記組電池の充電のみを許可することを特徴とする。
【０００９】
また、前記組電池の演算容量が前記上限容量または下限容量に所定回数以上達するか、または所定時間が経過する毎に前記組電池の演算容量を補正することを特徴としている。
【００１０】
更に、前記組電池の演算容量の補正は、少なくとも１つの二次電池の電池温度または温度上昇勾配が所定値以上になるか、または電池電圧が所定電圧以上になるまで、前記組電池を充電して、前記満充電容量より小さく前記上限容量より大きい許容限界容量に前記組電池の演算容量を書き換えると共に、前記組電池のその後の演算容量が前記所定容量に達するまで、前記組電池の充電を禁止することにより行うことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明による第２の発明は、複数の二次電池を直列接続してなる組電池の容量を演算しながら、前記組電池の充放電を制御する方法であって、前記組電池の満充電容量より小さい上限容量と、前記組電池の放電限界容量より大きい下限容量と、前記上限容量及び下限容量の範囲内に存在する所定容量とを設定し、前記組電池の演算容量が前記範囲内である時、前記組電池の充放電を許容し、前記組電池の演算容量が前記上限容量に達すると、前記組電池の演算容量が前記所定容量になるまで前記組電池の放電のみを許可し、前記組電池の演算容量が前記下限容量に達すると、前記組電池の演算容量が前記所定容量になるまで前記組電池の充電のみを許可すると共に、前記組電池の容量の演算は、前記組電池の実際の容量よりも小さくなるように行われ、前記組電池の充電時に、前記組電池を構成する少なくとも１つの二次電池の電池温度または温度上昇勾配が所定値以上になると、充電を停止して組電池の容量を前記満充電容量より小さく前記上限容量より大きい許容限界容量に前記組電池の演算容量を書き換えることを特徴とするものである。
【００１２】
更に、前記組電池の容量を前記許容限界容量に書き換えた後、前記組電池の演算容量が前記所定容量に達するまで、前記組電池の演算容量が前記範囲内である時、前記組電池の充放電を許容し、前記組電池の演算容量が前記上限容量に達すると、前記組電池の演算容量が前記所定容量になるまで前記組電池の放電のみを許可し、前記組電池の演算容量が前記下限容量に達すると、前記組電池の演算容量が前記所定容量になるまで前記組電池の充電のみを許可すると共に、前記組電池の容量演算は、前記組電池の実際の容量よりも大きくなるように行われるものである。
【００１３】
本発明による第３の発明は、複数の二次電池を直列接続してなる組電池の容量を演算しながら、前記組電池の充放電を制御する方法であって、前記組電池の満充電容量より小さい上限容量と、この上限容量より小さい充電制限容量と、前記組電池の放電限界容量より大きい下限容量と、この下限容量より大きい放電制限容量と、前記充電制限容量及び放電制限容量の間の無制限範囲内に存在する所定容量とを設定し、前記組電池の演算容量が前記無制限範囲内である時、前記組電池の充放電を許容し、前記組電池の演算容量が前記上限容量及び充電制限容量の間の充電制限範囲内であるか、または前記下限容量及び放電制限容量の間の放電制限範囲内である時、前記組電池の充電または放電を所定の充電電流または放電電流に制限して許容し、前記組電池の演算容量が前記上限容量に達すると、前記組電池の演算容量が前記所定容量になるまで前記組電池の放電のみを許可し、前記組電池の演算容量が前記下限容量に達すると、前記組電池の演算容量が前記所定容量になるまで前記組電池の充電のみを許可することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例を示しており、１は充電器、２は複数の二次電池（例えば、２００個のニッケル水素電池）を電気的に直列接続した組電池、３は二次電池２により駆動される負荷、４は充電器１と組電池２との間に介挿された充電スイッチ、５は組電池２と負荷３との間に介挿された放電スイッチ、６は組電池２と直列に接続され、組電池２の充電電流及び放電電流を検出する電流検出抵抗、７は組電池２の電池温度を検出する温度検出素子、８は組電池２の容量、電池電圧及び電池温度等に基いて、充電スイッチ４及び放電スイッチ５のオンオフの制御を行う制御回路である。
【００１５】
なお、電池温度の検出は、全ての二次電池の温度を検出しても、また特定のブロック毎の温度を検出してもよい。
【００１６】
図２は制御回路８の詳細を示しており、１１は組電池２の電池電圧を検出する電圧検出手段、１２及び１３は電流検出手段６の両端に発生する電圧を増幅する第１増幅アンプ及び第２増幅アンプである。組電池２に充電電流が流れると、第１増幅アンプ１２は電流検出抵抗６の両端電圧に比例した電圧を発生し、逆に組電池２に放電電流が流れると、第２増幅アンプ１３が電流検出抵抗６の両端電圧に比例した電圧を発生する。
【００１７】
１４は第１増幅アンプ１２及び第２増幅アンプ１３からの出力信号、即ち充電電流または放電電流に所定時間を乗じて、組電池２の充電容量及び放電容量を演算する容量演算手段、１５は容量演算手段１４の演算結果に基づいて、組電池２の充電時においては演算された容量を加算処理し、組電池２の放電時にあっては演算された容量を減算処理することにより、組電池２の容量を積算処理する容量積算手段であり、この容量積算手段１５の積算結果が、組電池２の演算容量を示すこととなる。
【００１８】
１６は温度検出素子7からの信号を受けて組電池2の電池温度を検出する温度検出手段、１７は容量積算手段１５の積算結果、電圧検出手段１１及び温度検出手段１６の検出結果に基づいて、充電スイッチ４及び放電スイッチ５のオンオフを制御する充放電制御手段である。
【００１９】
なお、制御回路８において、容量演算手段１４、容量積算手段１５及び充放電制御手段１７は、マイクロコンピュータにて構成されるのが好ましい。
【００２０】
以下、第１の発明の概略について説明すると、図３に示すように、組電池２の満充電容量において、下限容量（例えば、満充電容量の４５％の容量）と上限容量（例えば、満充電容量の５５％の容量）との所定範囲内で、組電池２の充放電を基本的に行うようにしたものである。
【００２１】
具体的には、図４のフローチャートに基いて説明する。第１ステップＳ１では、初期処理が行われる。組電池２を所定容量（例えば、満充電容量の５０％の容量）まで充電する。
【００２２】
第２ステップＳ２では、組電池２の充電または放電が行われる。組電池２の演算容量が所定範囲内に存在する時、組電池２の充電または放電は自由に行われる。組電池２の充電が進み、組電池２の演算容量が上限容量に達すると、組電池２の演算容量が所定容量に低下するまで、組電池２の充電は禁止され、放電のみが行われる。一方、組電池２の放電が進み、組電池２の演算容量が下限容量に達すると、組電池２の演算容量が所定容量に上昇するまで、組電池２の放電は禁止され、充電のみが行われる。
【００２３】
こうして、組電池２の充放電は、所定範囲内で行われるが、時間の経過と共に、組電池２の演算容量と実際の組電池２の容量との間に差異が生じるため、演算容量の補正を行う必要がある。そこで、第３ステップＳ３において、組電池２の演算容量が上限容量または下限容量に所定回数達したか否かを、または前記補正を行ってから所定時間が経過したか否かを判定している。そして、これら何れかの条件を満たしたことが判定されると、組電池２の演算容量の補正を行う。
【００２４】
斯かる補正は第４ステップＳ４において行われる。第４ステップＳ４では、前記条件が満たされると、まず、組電池２全体の、または組電池２を構成している少なくとも１つの二次電池の電池温度またはその上昇勾配が所定値以上になるまで、あるいは電池電圧が所定電圧以上になるまで、組電池２を強制的に充電する。
【００２５】
そして、これら何れかの状態に到達すると、組電池２の演算容量を、予め決められた許容限界容量（例えば、満充電容量の９５％の容量）に書き換えると共に、以後、組電池２の充電を禁止する。この充電禁止の状態は、組電池２の演算容量が所定容量（即ち、５０％）になるまで、継続される。
【００２６】
こうした第４ステップＳ４を行うことにより、組電池２の演算容量の補正が行われる。以後、第２ステップＳ２へと処理は戻る。
【００２７】
以上の動作を行うことにより、通常、組電池２の充放電は、所定容量を中心として、上限容量及び下限容量の所定範囲内で行われる。そして、定期的に、組電池２の演算容量が補正され、上記所定範囲内での充放電が確実に行われるようにしている。
【００２８】
次に、図５のフローチャートに基いて、第２の発明について説明する。第１ステップＳ１１では、図４の第１ステップＳ１と同様に、組電池２を所定容量（例えば、満充電容量の５０％の容量）まで充電する初期処理が行われる。この時、組電池２の容量として、実際の容量と後述の見かけの容量とが設定され、いずれの値も所定容量に設定される。
【００２９】
第２ステップＳ１２では、規則１に従って組電池２の充電または放電が行われる。組電池２の演算容量が所定範囲内に存在する時、組電池２の充電または放電は自由に行われる。組電池２の充電が進み、組電池２の演算容量が上限容量に達すると、組電池２の演算容量が所定容量に低下するまで、組電池２の充電は禁止され、放電のみが行われる。一方、組電池２の放電が進み、組電池２の演算容量が下限容量に達すると、組電池２の演算容量が所定容量に上昇するまで、組電池２の放電は禁止され、充電のみが行われる。
【００３０】
なお、このステップＳ１２において、組電池２の容量の演算は、実際の容量演算に加えて、実際の容量よりも小さくなるように、言い換えれば、組電池２の実際の容量が、演算容量よりも大きくなるように第１の見かけの演算容量も演算される。これは、例えば、組電池２の充電中に容量を演算するに当って、充電効率を実際の値より小さく設定することにより行われる。これにより、第１の見かけの演算容量は、前記所定範囲内で推移するように充放電が行われるものの、組電池２の実際の容量は、徐々に上昇していく。
【００３１】
第３ステップＳ１３では、組電池２全体の、または組電池２を構成している少なくとも１つの二次電池の電池温度またはその上昇勾配が所定値以上になるまで、あるいは電池電圧が所定電圧以上になるまで、組電池２を強制的に充電する。そして、これら何れかの状態に到達すると、組電池２の実際の演算容量を、予め決められた許容限界容量（例えば、９５％）に書き換える。
【００３２】
第４ステップＳ１４では、規則２に沿って組電池２の充電及び放電が行われる。即ち、組電池２の演算容量が所定範囲内に存在する時、組電池２の充電または放電は自由に行われる。組電池２の演算容量が上限容量以上であると、組電池２の演算容量が所定容量に低下するまで、組電池２の充電は禁止され、放電のみが行われる。一方、組電池２の放電が進み、組電池２の演算容量が下限容量以下になると、組電池２の演算容量が所定容量に上昇するまで、組電池２の放電は禁止され、充電のみが行われる。
【００３３】
なお、このステップＳ１４において、組電池２の容量の演算は、実際の容量の演算に加えて、実際の容量よりも大きくなるように、言い換えれば、組電池２の実際の容量よりが、演算容量よりも小さくなる第２の見かけの容量演算が行われる。これは、例えば、組電池２の充電中に容量を演算するに当って、充電効率を実際の値より大きく設定することにより行われる。従って、第２の見かけの演算容量が、所定範囲内で推移するように制御されるものの、電池２の実際の容量は、次第に減少していく。
【００３４】
第５ステップＳ１５では、組電池２の実際の容量が所定容量（即ち、５０％）になると、演算容量及び第２の見かけの容量を所定容量に書き換える。
【００３５】
以上のように、第２の発明においては、規則１と規則２とが繰り返し行われ、組電池２の容量は、図６に示すように、所定容量と許容限界容量との範囲内にある状態で充電または放電が行われることとなる。
【００３６】
更に、第３の発明は、図７に示すように、前述の第１の発明において、組電池２の充放電が自由に行われる範囲の上方及び下方に、夫々充電制限範囲及び放電制限範囲を設けたものである。
【００３７】
即ち、組電池２の満充電容量より小さい上限容量（例えば、満充電容量の８０％）と、この上限容量より小さい充電制限容量（例えば、満充電容量の６０％）との間を充電制限範囲とし、一方、組電池２の放電限界容量より大きい下限容量（例えば、満充電容量の３０％）と、この下限容量より大きい放電制限容量（例えば、満充電容量の４０％）との間を放電制限範囲とする。更に、充電制限容量及び放電制限容量の間を無制限範囲とし、その中間の容量（即ち、５０％の容量）を所定容量とする。
【００３８】
そして、組電池２の演算容量が前記無制限範囲内である時、組電池２の充電及び放電は自由に行われる。組電池２の充電が進み、その演算容量が充電制限範囲内になると、組電池２の充電は、最大許容充電電流の１／３〜１／２の充電電流で行われる。一方、組電池２の放電が進み、その演算容量が放電制限範囲内になると、組電池２の放電は、最大許容放電電流の１／３〜１／２に制限し、これより大きい電流での放電は禁止するようにする。
【００３９】
更に、組電池２の演算容量が前記上限容量に達すると、組電池２の演算容量が前記所定容量になるまで、組電池２の充電を禁止して組電池２の放電のみを許可すると共に、組電池２の演算容量が前記下限容量に達すると、組電池２の演算容量が前記所定容量になるまで、組電池２の放電を禁止して充電のみを許可するものである。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の二次電池を直列接続したなる組電池の充放電するに当り、各二次電池の容量や特性にばらつきが生じても、全ての二次電池の過充電及び過放電を確実に防止して、組電池の充放電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すブロック回路図である。
【図２】本発明の一実施例の要部詳細を示すブロック回路図である。
【図３】第１の発明の動作を示す波形図である。
【図４】第１の発明の動作を示すフローチャート図である。
【図５】第２の発明の動作を示すフローチャート図である。
【図６】第２の発明の動作を示す波形図である。
【図７】第３の発明の動作を示す波形図である。
【符号の説明】
２  組電池
８  制御回路
１４  容量演算手段
１５  容量積算手段
１７  充放電制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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