(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個のセルを直列に接続したモジュールを複数組直列に接続して構成し、各セルごとに放電回路を備えた組電池の容量調整方法であって、所定時間ごとに、
各セルの開放電圧を検出し、
モジュール電圧が最低のモジュールにおけるセル電圧平均値を容量調整目標値とし、
容量調整目標値とセルの開放電圧とに基づいて調整放電時間を決定し、当該調整放電時間だけ当該セルを放電させる
ことを繰り返すことを特徴とする組電池の容量調整方法。
【請求項２】
複数個のセルを直列に接続したモジュールを複数組直列に接続して構成し、各セルごとに放電回路を備えた組電池の容量調整方法であって、所定時間ごとに、
各セルの開放電圧を検出し、
モジュール電圧が最低のモジュールにおけるセル電圧平均値を容量調整目標値とし、
容量調整目標値とセルの開放電圧とに基づいて調整放電時間を決定し、当該調整放電時間だけ当該セルを放電させることを繰り返すとともに、
前記セル電圧平均値と開放電圧の差が所定のしきい値を越えるセルを異常であると判断することを特徴とする組電池の容量調整方法。
【請求項３】
前記しきい値が前記セル電圧平均値より低い開放電圧のセルに適用される第１のしきい値であり、前記セル電圧平均値と開放電圧の差が第１のしきい値を越えたとき当該セルが電圧低下量異常であると判断することを特徴とする請求項２記載の組電池の容量調整方法。
【請求項４】
前記しきい値が前記セル電圧平均値より高い開放電圧のセルに適用される第２のしきい値であり、前記セル電圧平均値と開放電圧の差が第２のしきい値を越えたとき当該セルが容量調整機能異常であると判断することを特徴とする請求項２または３記載の組電池の容量調整方法。
【請求項５】
前記セルの開放電圧の検出、および容量調整のための放電は、前記モジュールごとに並行して行うことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の組電池の容量調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、組電池のセル容量のばらつきを補正する組電池の容量調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数のセルで構成される組電池では、各セルの電圧がその使用の経過に伴って当該セルの自己放電電流のばらつきやセルに付設されるセル電圧検出回路の消費電流のばらつきなどに起因して個々にばらついてくる。そして、電池容量が開放電圧と一定の比例関係にある組電池では、開放電圧のばらつき自体が各セルの容量のばらつきとなる。
組電池を充電する際には、上記のような各セルのばらつきに応じて容量調整を行ない、容量を均一化する必要がある。
【０００３】
この容量調整として、従来、各セルごとに容量調整放電回路を設けて、組電池の全セルの平均電圧を容量調整目標値とし、組電池の充放電の間に容量調整目標値より電圧の高いセルについて容量調整目標値との偏差に応じて放電させることにより、組電池の平均電圧に近づけるようにするものがある。
そして、容量調整の間には、上記の容量調整目標値を基準にしてそれから所定値だけ上下に異常判定レベルを設定し、異常判定レベルを越えているかどうかによって個別セルの異常判定を行うようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような容量調整方法では、異常ではないけれども他の多数のセルより相対的に電圧低下量の大きいセルがある場合、この相対的に電圧低下量の大きいセルが異常と誤判定されてしまうという問題がある。
すなわち、容量調整目標値の全セル平均電圧より電圧が高いセルだけを放電させるものとしているので、図８に示すように、全セルの平均電圧が高めに推移し、相対的に電圧低下量の大きい図中塗りつぶしのセルＣｘが、いずれ容量調整目標値から下Ｖｄに設定された異常判定レベルを下方へ越えてしまうのである。
【０００５】
図８は各セルの電圧位置を○で表わしており、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は時間経過にそったセル電圧の変化を示す。（ａ）において容量調整目標値より高いセルＣａ、Ｃｂ、Ｃｄが放電されて（ｂ）の状態となり、（ｃ）はさらに時間経過した状態を示している。セルＣｘは他のセルよりも相対的に大きく低下するので、全セルの平均電圧から離れていく。
【０００６】
さらに、いずれかのセルで、容量調整目標値より電圧が高いセルを放電させるための容量調整放電回路がオフのままとなる故障などにより容量調整機能異常が発生した場合には、そのセルの電圧値は全セルの平均電圧との間に所定の偏差を保持したまま推移することがあるので、その偏差が異常判定レベル幅のＶｄ以内のときには異常が検知できないという問題がある。
【０００７】
すなわち、容量調整目標値の全セル平均電圧より電圧が高いセルだけを放電させるものとしているので、図９に示すように、（ａ）の状態から、容量調整機能異常のセルＣｙを残して、容量調整目標値より高いセルＣａ、Ｃｂが放電されて（ｂ）の状態となり、その後（ｃ）のようにセルＣｙを残して他のセルが容量調整目標値に調整されたあとは、容量調整機能異常のセルＣｙは全セルの平均電圧との間に所定の偏差を保持したまま推移することとなる。
そのため、容量調整放電回路のオン／オフ故障等を判定するための別途の検出系統が必要となる。
【０００８】
したがって、本発明は上記従来の問題点に鑑み、セル異常の誤判定が防止され、また容量調整機能の異常検出を別途の検出系統なしに可能とした組電池の容量調整方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１の本発明は、複数個のセルを直列に接続したモジュールを複数組直列に接続して構成して構成し、各セルごとに放電回路を備えた組電池の容量調整方法であって、所定時間ごとに、
各セルの開放電圧を検出し、モジュール電圧が最低のモジュールにおけるセル電圧平均値を容量調整目標値とし、容量調整目標値とセルの開放電圧とに基づいて調整放電時間を決定し、当該調整放電時間だけ当該セルを放電させることを繰り返すものとした。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の構成に加え、さらに上記セル電圧平均値と開放電圧の差が所定のしきい値を越えるセルを異常であると判断するものとした。
請求項３の発明は、より具体的に、上記のしきい値がセル電圧平均値より低い開放電圧のセルに適用される第１のしきい値であり、セル電圧平均値と開放電圧の差が第１のしきい値を越えたとき当該セルが電圧低下量異常であると判断するものであり、
請求項４の発明は、しきい値がセル電圧平均値より高い開放電圧のセルに適用される第２のしきい値であり、セル電圧平均値と開放電圧の差が第２のしきい値を越えたとき当該セルが容量調整機能異常であると判断するものである。
【００１１】
請求項５の発明は、上記のセルの開放電圧の検出、および容量調整のための放電を、モジュールごとに並行して行うようにしたものである。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１の発明は、モジュール電圧が最低のモジュールにおけるセル電圧平均値を容量調整目標値とし、各セルをその開放電圧と容量調整目標値とに基づいて決定した調整放電時間だけ放電させるので、その放電のみによって容量調整目標値へ近づけることができ、充電時か放電時かにかかわらず、そして必要以上に容量を放電させることなく、各セルの電圧が速やかに均一化されるという効果を有する。
【００１３】
請求項２の発明では、セル電圧平均値としきい値によりセルの異常を判断できる。
例えば、他の多数のセルよりも相対的に電圧低下量が大きいけれども異常ではないセルの電圧は、モジュール電圧が最低のモジュールにおけるセル電圧平均値を全体の容量調整目標値とすることにより他の多数のセルの電圧と同レベルへ近づいていくので、請求項３のように、多数のセルのレベルへ近づかないでむしろセル電圧平均値から第１のしきい値を越えるほどに開放電圧が低下する場合は、電圧低下量が異常であると判断でき、正常な電圧低下量にあるセルと電圧低下量異常のセルとを明確に識別できる。
【００１４】
また、請求項４のように、多数のセルが容量調整目標値のレベルに集まるなかでセル電圧平均値から第２のしきい値を越えるほどに開放電圧が高くなる場合は、容量調整機能が異常であると判断でき、容量調整の放電回路故障等を判定するための別途の検出系統を備えなくても、正常に容量調整が機能しているセルと容量調整機能が異常状態にあるセルとを明確に識別できる。これにより、上記別途の検出系統の削減とともに、故障診断プログラムも簡単化される。
【００１５】
請求項５の発明では、セル電圧の検出、放電をモジュールごとに並行して行うので、処理時間が短縮されて容量調整が滑らかとなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例により説明する。
図１は実施例の容量調整方法が適用される組電池の制御装置の構成を示す図である。  組電池１０はｎ個のモジュール１１を直列に接続して構成され、各モジュール１１はそれぞれｍ個のセル１２を直列に接続してある。
各セル１２の両端子間には容量調整放電回路１４が接続されている。容量調整放電回路１４は放電用抵抗１５とスイッチング回路１６で構成されている。
なお、図中、モジュール１１（）の（）内はモジュール番号を、セル１２（）の（）内はモジュール内でのセル番号を示している。
【００１７】
モジュール１１内では、各セル１２の両端子はさらにセルコントローラ１８に接続されている。セルコントローラ１８は図示しないセル電圧検出回路を含んでいる。
各モジュール１１のセルコントローラ１８は、内部に充電部を備えるバッテリコントローラ２０に通信線で接続されている。
バッテリコントローラ２０は組電池の充放電情報など組電池にかかわる種々の情報を管理する。組電池の両端子はバッテリコントローラ２０に接続されている。
なお、図にはセル両端子のセルコントローラ１８との接続は１つのみを示し、他の接続は矢印で簡略に示している。
【００１８】
セルコントローラ１８はバッテリコントローラ２０による充電の間ならびに放電の間、逐次にモジュール１１内の各セル１２の開放電圧（セル電圧）Ｖｃを求め、各モジュール内の総電圧Ｖｊ（以下、モジュール電圧と呼ぶ）を算出する。
バッテリコントローラ２０では、各モジュール１１からそのモジュール電圧Ｖｊを入力して比較して、モジュール電圧が最低のモジュール（最低電圧モジュール）の当該モジュール電圧Ｖｊをモジュール電圧最低値ＶＭＩＮとする。そして、最低電圧モジュールにおけるセル電圧平均値Ｖａｍｉｎを求める。
【００１９】
バッテリコントローラ１２では、セル電圧平均値Ｖａｍｉｎを基にセル異常の判定を行なうとともに、これを容量調整目標値Ｖｇとする。そして、この容量調整目標値Ｖｇと各セル１２の開放電圧Ｖｃとの偏差に対応した調整放電時間Ｔｃを算出し、容量調整放電回路１４を上記調整放電時間Ｔｃだけオンさせて、容量調整目標値Ｖｇより大きい電圧のセルを放電させる。
なお、以下において、個別のセルやモジュールを示すため、必要に応じて添字ｉ（ｉ＝１、２、−−−、ｍ）、ｊ（ｊ＝１、２、−−−、ｎ）を付して説明する。
【００２０】
図２、図３はセルコントローラおよびバッテリコントローラにおける容量調整の制御の流れを示すフローチャートである。
まずステップ１０１では、各セルコントローラ１８ｊにおいて、モジュール１１ｊ内のセル１２ｊｉを順次に数えるための変数ｉを１にセットして、次のステップ１０２へ進む。
ステップ１０２では、変数ｉがモジュール１１ｊ内のセル１２ｊｉの総個数に該当するｍ以下であるかどうかをチェックする。変数ｉがｍ以下であるときは、ステップ１０３において、第ｉ番目のセル１２ｊｉの開放電圧Ｖｃｊｉを検出するとともに、ステップ１０４で変数ｉを１だけ増加させる。
【００２１】
変数ｉがｍ以下の間上記を繰り返し、モジュール１１ｊ内の全セルのＶｃｊｉ検出が終わって変数ｉがｍを越えると、ステップ１０２からステップ１０５へ進む。
ステップ１０５では、検出した開放電圧Ｖｃｊｉを合計してモジュール１１ｊにおけるモジュール電圧Ｖｊを求める。
バッテリコントローラ２０では所定時間ごとに各モジュール１１ｊからモジュール電圧Ｖｊを読込んでおり、ステップ１０６において、各モジュールのモジュール電圧Ｖｊを比較して最低電圧モジュールのモジュール電圧Ｖｊをモジュール電圧最低値ＶＭＩＮとして求める。
続いて、ステップ１０７で、モジュール電圧最低値ＶＭＩＮをモジュール１１を構成するセル数ｍで除して、最低電圧モジュールのセル電圧平均値Ｖａｍｉｎを求める。
【００２２】
このあと、各セルコントローラ１８ｊでは、バッテリコントローラ２０で算出されたセル電圧平均値Ｖａｍｉｎを用いて異常セルの判断を行う。
まず、ステップ１０８において、変数ｉを１にリセットするとともに、ステップ１０９で変数ｉがｍ以下であるかどうかをチェックする。
【００２３】
変数ｉがｍ以下であるときは、ステップ１１０において、第ｉ番目のセル１２ｊｉの開放電圧Ｖｃｊｉとセル電圧平均値Ｖａｍｉｎの差が０以下であるかどうかをチェックする。
差が０以下であるときは、ステップ１１１へ進んで、その差分を反転した値が予め設定された第１のしきい値としての電圧低下量異常判定しきい値Ｖｄより小さいかどうかをチェックし、電圧低下量異常判定しきい値Ｖｄ内であれば、ステップ１１５で変数ｉを１だけ増加させたうえでステップ１０９へ戻る。
【００２４】
セル電圧平均値Ｖａｍｉｎと開放電圧Ｖｃｊｉとの差が電圧低下量異常判定しきい値Ｖｄ以上であれば、ステップ１１２で当該セル１２ｊｉが電圧低下量異常である旨の判定出力をバッテリコントローラ２０へ行って、ステップ１１５へ進む。
なお、バッテリコントローラ２０では必要に応じて異常セルの発生を表示する。
【００２５】
先のステップ１１０のチェックにおいて、セル１２ｊｉの開放電圧Ｖｃｊｉとセル電圧平均値Ｖａｍｉｎの差が０以下でない場合は、ステップ１１３へ進む。
ステップ１１３では、上記の差が予め設定された第２のしきい値としての容量調整機能異常判定しきい値Ｖｅより小さいかどうかをチェックし、容量調整機能異常判定しきい値Ｖｅ内であれば、そのままステップ１１５へ進む。
セルの開放電圧Ｖｃｊｉとセル電圧平均値Ｖａｍｉｎの差が容量調整機能異常判定しきい値Ｖｅ以上であれば、ステップ１１４で当該セル１２ｊｉが容量調整機能異常である旨の判定出力をバッテリコントローラ２０へ行って、その後、ステップ１１５へ進む。
ステップ１１５のあとはステップ１０９へ戻り、変数ｉがｍを越えるまで上記のステップを繰り返す。
【００２６】
変数ｉがｍを越えると、ステップ１０９からステップ１１６以降の容量調整に移る。
各セルコントローラ１８ｊでは、まずステップ１１６で、上記セル電圧平均値Ｖａｍｉｎを容量調整目標値Ｖｇとして設定する。そして、ステップ１１７で再び変数ｉを１にリセットするとともに、ステップ１１８で変数ｉがｍ以下であるかどうかをチェックする。
変数ｉがｍ以下であるときは、ステップ１１９へ進み、第ｉ番目のセル１２ｊｉの開放電圧Ｖｃｊｉと容量調整目標値Ｖｇの差に所定の調整係数αを乗じて、当該セルの容量調整電圧量Ｖａｊｉとする。
続いて、ステップ１２０で、図４に示すようなあらかじめ用意された変換テーブルを用いて、容量調整電圧量Ｖａｊｉを調整容量Ｃｊｉ（Ａｈ）に変換演算する。
なお、セルの開放電圧Ｖｃｊｉと容量調整目標値Ｖｇの差が０以下の場合は、調整容量Ｃｊｉへの変換は行なわない。
【００２７】
つぎのステップ１２１においては、調整容量Ｃｊｉに対応する調整時間Ｔｃｊｉ（ｈ）を算出する。調整時間は次式で求められる。
Ｔｃｊｉ＝Ｃｊｉ／Ｉｄ
なお、Ｉｄは当該セルの容量調整放電回路１４ｊｉを流れる電流値であり、当該セルの開放電圧と容量調整放電回路のインピーダンスによって決定される。
そしてステップ１２２で、当該セルの容量調整放電回路１４ｊｉを上記調整時間Ｔｃｊｉだけオンさせて、セル電圧（開放電圧Ｖｃｊｉ）を容量調整目標値Ｖｇに一致させるべく放電する。
それから、ステップ１２３で変数ｉを１だけ増加させたうえで、ステップ１１８へ戻る。
なお、セルの開放電圧Ｖｃｊｉと容量調整目標値Ｖｇの差が０以下の場合は、上述のとおり調整容量Ｃｊｉへの変換はおこなわれず、容量調整放電回路はオフのままで、放電されない。
ステップ１１９以降を繰り返して、変数ｉがｍを越えると制御は終了する。
【００２８】
以上の容量調整制御による各セルの電圧の推移は、例えば図５に示される。
まず、制御開始時点において（ａ）のように各モジュールのセル電圧が分布していたとすれば、最低電圧モジュール（モジュール電圧最低値ＶＭＩＮ）のセル電圧平均値Ｖａｍｉｎを容量調整目標値Ｖｇとして、この容量調整目標値Ｖｇより大きい電圧のセルがそれぞれＶｇとの電圧差に応じた調整時間で放電される。
これにより、放電による調整後は、（ｂ）のように、ほとんどのセル電圧が全セルの平均値レベル付近に揃うことになる。
【００２９】
ここで、先の（ａ）における塗りつぶしのセル１２ａが、異常ではないけれども他の多数のセルよりも相対的に電圧低下量が大きいものであったとすると、（ｂ）に示すように当該塗りつぶしのセル１２ａだけは他の多数のセルよりも低い電圧へ低下していることになる。
【００３０】
（ｂ）の状態では他のセルよりも低い電圧へ低下している塗りつぶしのセル１２ａを含むモジュールが最低電圧モジュールとなり、次回の調整ではこの最低電圧モジュールのセル電圧平均値Ｖａｍｉｎ’が容量調整目標値Ｖｇとされる。そして、上述と同様に、この容量調整目標値Ｖｇより大きい電圧のセルがそれぞれＶｇとの電圧差に応じた調整時間で放電される。
以後、塗りつぶしのセル１２ａが他の多数のセルよりも相対的に電圧低下量が大きいために、当該セル１２ａを含むモジュールのセル電圧平均値が容量調整目標値Ｖｇとされる結果、（ｃ）のように調整を重ねるごとに塗りつぶしのセル１２ａの電圧は他の多数のセルと同レベルへ近づいていくことになる。したがって、塗りつぶしのセル１２ａの電圧はセル異常の判定の基準となるセル電圧平均値に近づくから、他の多数のセルよりも相対的に電圧低下量が大きいものの異常ではないセル１２ａが誤って異常と判断されることが回避される。
【００３１】
他方、図６の（ａ）に示す塗りつぶしのセル１２ｂの電圧低下量が異常である場合は、はじめ当該セルを含まないモジュールが最低電圧モジュールとなっても、その後の調整では（ｂ）のように電圧低下量の激しいセル１２ａを含むモジュールが最低電圧モジュールとなり、次回の調整ではこの最低電圧モジュールのセル電圧平均値Ｖａｍｉｎ’が容量調整目標値Ｖｇとされる。
しかし、この容量調整目標値Ｖｇに向けてこれより高い電圧のセルを放電している間にも、塗りつぶしのセル１２ｂは電圧低下を続けているので、各セルの放電後には同じモジュールが最低電圧モジュールであっても、いずれ（ｃ）のように、そのセル電圧平均値Ｖａｍｉｎ”とセル１２ｂの電圧の差が電圧低下量異常判定しきい値Ｖｄを越えてしまう。これにより、電圧低下量が異常であることが確実に検出される。
【００３２】
つぎに、図７の（ａ）に示す塗りつぶしのセル１２ｃについて、例えば容量調整放電回路１４の故障が発生して容量調整機能異常となった場合には、いずれかのモジュールが最低電圧モジュールとなってそのセル電圧平均値Ｖａｍｉｎを容量調整目標値Ｖｇとして、これより高い電圧のセルをそれぞれ所定の調整時間で放電すると、（ｂ）に示すように多数のセルの電圧は略同レベルに揃うが、塗りつぶしのセル１２ｃだけは放電されないために上方に取り残される。
【００３３】
同様にして、（ｂ）の状態における最低電圧モジュールのセル電圧平均値Ｖａｍｉｎ’を容量調整目標値Ｖｇとして、さらに調整を重ねると、塗りつぶしのセル１２ｃを除く他のセルの平均電圧は低下していき、当該塗りつぶしのセル１２ｃと最低電圧モジュールのセル電圧平均値の差が拡大していく。こうして（ｃ）に示されるように、セル１２ｃの電圧とセル電圧平均値Ｖａｍｉｎ”の差が容量調整機能異常判定しきい値Ｖｅを越えると容量調整機能が異常であることが検出される。
【００３４】
本実施例は以上のように構成され、複数個のセル１２からなるモジュールを複数組直列に接続して構成した組電池１０において、最低電圧モジュールのセル電圧平均値を容量調整目標値Ｖｇとし、各セルの容量調整放電回路１４を容量調整目標値Ｖｇとセルの開放電圧との偏差に対応した調整放電時間Ｔｃだけオンさせることにより、容量調整目標値Ｖｇより大きい電圧のセルを放電させるものとしたので、充電時、放電時にかかわらず、各セルの電圧が速やかに均一化される。そしてその際、必要以上に容量を放電させることなく、容量ばらつきの正常範囲内に調整される。
【００３５】
また、上記最低電圧モジュールのセル電圧平均値を基準として、これと各セルの電圧の偏差が所定のしきい値を越えた場合を異常と判断することにより、他の多数のセルよりも相対的に電圧低下量が大きいものの異常ではないセルが誤って異常と判断されることが回避され、また、容量調整放電回路の故障等により容量調整機能異常となったセルは確実に検出される。
【００３６】
さらに、モジュールごとにセルコントローラを設けて、セル電圧の検出ならびに容量調整放電回路の制御による放電を他のモジュールと並行して実行するので、全体の処理時間が短縮される。これにより、制御フローも短時間で繰り返すことができ、容量調整の頻度も増すから各セル電圧の変化も滑らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例にかかる組電池の制御装置の構成を示す図である。
【図２】実施例による容量調整の制御の流れを示すフローチャートである。
【図３】実施例による容量調整の制御の流れを示すフローチャートである。
【図４】容量調整電圧量と調整容量間の変換テーブルを示す図である。
【図５】容量調整制御による各セルの電圧の推移を示す図である。
【図６】電圧低下量異常がある場合のセルの電圧の推移を示す図である。
【図７】容量調整機能異常がある場合のセルの電圧の推移を示す図である。
【図８】従来例におけるセルの電圧の推移を示す図である。
【図９】従来例において容量調整機能異常がある場合のセルの電圧の推移を示す図である。
【符号の説明】
１０      組電池
１１      モジュール
１２      セル
１４      容量調整放電回路（放電回路）
１５      放電用抵抗
１６      トランジスタ
１８      セルコントローラ
２０      バッテリコントローラ
【図１】
0003624800.tif 000002
【図２】
0003624800.tif 000003
【図３】
0003624800.tif 000004
【図４】
0003624800.tif 000005
【図５】
0003624800.tif 000006
【図６】
0003624800.tif 000007
【図７】
0003624800.tif 000008
【図８】
0003624800.tif 000009
【図９】
0003624800.tif 000010