(57)【要約】【課題】  複数個の２次バッテリセルを実装してなる２次バッテリパックのセル間の電圧差を精度良くなくすことができるセルバランス調整技術を提供する。【解決手段】  複数個の２次バッテリセル（２０）を実装してなる２次バッテリパック（１０）に、各セルの電圧を測定可能な測定回路と、セル毎に放電電流を流すことができる放電回路と、２次バッテリに流れる電流を検出する電流検出手段と、これらの回路を制御する制御回路（４０）とを内蔵させる。そして、制御回路は、電流検出手段による検出結果に基づいて充電中か放電中か放置状態かを判定し、充電中以外望ましくは放置状態において、各セルの電圧差を判定して電圧の高いセルを放電させて電圧差を小さくするセルバランス調整処理を行なうようにした。【選択図】  図１
2006353010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の２次バッテリセルを電気的に直列の状態で実装してなる２次バッテリパックであって、
各バッテリセルの電圧を測定可能な測定回路と、各バッテリセル毎に放電電流を流すことができる放電回路と、バッテリセル列に流れる電流を検出する電流検出手段と、これらの回路を制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、前記電流検出手段による検出結果に基づいて充電中か放電中か放置中かを判定し、放置中において、前記各バッテリセルの電圧差を判定して電圧の高いセルを放電させて電圧差を小さくするセルバランス調整処理を行なうことを特徴とする２次バッテリパック。
【請求項２】
複数個の２次バッテリセルを電気的に直列の状態で実装してなる２次バッテリパックであって、
各バッテリセルの電圧を測定可能な測定回路と、各バッテリセル毎に放電電流を流すことができる放電回路と、バッテリセル列に流れる電流を検出する電流検出手段と、これらの回路を制御する制御回路と、外部からの信号を受ける通信用端子と、を備え、
前記制御回路は、前記通信用端子からの処理開始を指示する信号を受け前記電流検出手段による検出電流値が所定値以下であることを条件にして、前記各バッテリセルの電圧差を判定して電圧の高いセルを放電させて電圧差を小さくするセルバランス調整処理を開始することを特徴とする２次バッテリパック。
【請求項３】
複数個の２次バッテリセルを電気的に直列の状態で実装してなる２次バッテリパックであって、
各バッテリセルの電圧を測定可能な測定回路と、各バッテリセル毎に放電電流を流すことができる放電回路と、バッテリセル列に流れる電流を検出する電流検出手段と、これらの回路を制御する制御回路と、書込み可能な不揮発性記憶手段と、を備え、
前記制御回路は、前記不揮発性記憶手段に記憶されている情報に基づいてまだ１度もセルバランス調整処理を実行していないことまたは実行回数が所定値以下であることを条件にして、前記各バッテリセルの電圧差を判定して電圧の高いセルを放電させて電圧差を小さくするセルバランス調整処理を開始し、該処理の終了後にセルバランス調整処理を実行したこともしくは実行回数を前記不揮発性記憶手段に記憶することを特徴とする２次バッテリパック。
【請求項４】
複数個の２次バッテリセルを電気的に直列の状態で実装してなる２次バッテリパックであって、
各バッテリセルの電圧を測定可能な測定回路と、各バッテリセル毎に放電電流を流すことができる放電回路と、バッテリセル列に流れる電流を検出する電流検出手段と、これらの回路を制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、前記電流検出手段による検出結果に基づいて充電中か放電中か放置中かを判定し、充電中以外であって検出された電圧が所定の電圧値以上である場合に、前記各バッテリセルの電圧差を判定して電圧の高いセルを放電させて電圧差を小さくするセルバランス調整処理を行なうことを特徴とする２次バッテリパック。
【請求項５】
外部からの信号を受ける通信用端子をさらに備え、
前記制御回路は、前記通信用端子からの処理開始を指示する信号と前記電流検出手段による検出電流値が所定値以下であることを条件にして、前記セルバランス調整処理を開始することを特徴とする請求項４に記載の２次バッテリパック。
【請求項６】
前記処理開始を指示する信号は、当該バッテリパックが装着される装置からの開始コマンドまたは制御信号であることを特徴とする請求項５に記載の２次バッテリパック。
【請求項７】
パッケージの外側に外部から操作可能に設けられたスイッチをさらに備え、前記処理開始を指示する信号は、前記スイッチの状態に応じて生成される信号であることを特徴とする請求項５に記載の２次バッテリパック。
【請求項８】
複数個の２次バッテリセルを電気的に直列の状態で１つのパッケージ内に実装する工程と、前記実装する工程の後に前記複数個の２次バッテリセルのそれぞれの電圧を測定して電圧差を求め、電圧の高いセルを放電させて電圧差を小さくするセルバランス調整を行なう工程とを有することを特徴とする２次バッテリパックの製造方法。
【請求項９】
前記２次バッテリパックは、各バッテリセルの電圧を測定可能な測定回路と、各バッテリセル毎に放電電流を流すことができる放電回路と、バッテリセル列に流れる電流を検出する電流検出手段と、これらの回路を制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、前記電流検出手段による検出結果に基づいて充電中か放電中か放置中かを判定し、放置中である場合に、前記各バッテリセルの電圧差を判定して電圧の高いセルを放電させて電圧差を小さくするセルバランス調整処理を行なう機能を備え、バッテリパック組み立て後の保管中にセルバランス調整処理を行なうことを特徴とする請求項８に記載の２次バッテリパックの製造方法。
【請求項１０】
前記２次バッテリパックは書込み可能な不揮発性記憶手段を備え、
前記制御回路は、前記不揮発性記憶手段に記憶されている情報に基づいてまだ１度もセルバランス調整処理を実行していないことを条件にして、前記各バッテリセルの電圧差を判定して電圧の高いセルを放電させて電圧差を小さくするセルバランス調整処理を開始し、該処理の終了後にセルバランス調整処理を実行したことを前記不揮発性記憶手段に記憶することを特徴とする請求項９に記載の２次バッテリパックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数個の２次バッテリセルを直列に接続した状態で実装してなる２次バッテリパックに関し、特に各バッテリセル間の電圧ばらつきを解消しセルバランスの維持機能を有する２次バッテリパックに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数個の２次バッテリセルを実装してなる２次バッテリパックは、各バッテリセルの特性の相違により充電や放電の際に各バッテリセル間で電圧差が生じることがある。そのため、充電の際には過充電によるセルの破損を防止するため、最も電圧の高いセルを基準にして、そのセルの電圧が所定のレベルに達した時は充電を終了する制御が行なわれる。また、２次バッテリセルは過放電状態になるとセルの劣化が急速に進行してその寿命が低下するので、放電の際には過放電を回避するため、最も電圧の低いセルを基準にして、そのセルの電圧が所定のレベル以下になった時に放電を終了する制御が行なわれる。
【０００３】
しかしながら、そのような制御を行なうと、図１２に示すように、バッテリセル間で電圧が大きく異なった状態で充電が終了したり、放電が終了したりすると、各セルの性能を充分に発揮させることができない。そのため、見かけ上バッテリパックの容量が実際よりも少なく見えてしまい、効率が悪くなるという不具合が生じる。図１２の場合には、ハッチングが付されている部分が有効に使用されないまま、次の充電サイクルが開始されてしまうことになる。
【０００４】
そこで、各バッテリセル間で電圧差が生じないように、バランスをとりながら充電を行なったり放電を行なったりする技術が提案されている（例えば特許文献１）。かかる技術を適用することにより、すべてのバッテリセルを図１３に示すような１つの電圧履歴曲線に従って動作させることができ、適用しない場合よりも見かけ上のバッテリ容量を増やすことができる。
【０００５】
また、上記のようなセル間の電圧のアンバランスによる不具合を回避するため、２次バッテリパックのメーカーにおいては、製造された２次バッテリセルの電圧、特性を予め測定し選別しておいて、パックの組み立ての際に、同じ電圧、同じ特性のセル同士を組み合わせて実装することを行なっている。
【特許文献１】特開平１１−１４６５７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
充電中にセルバランスをとる方式にあっては、バッテリの内部抵抗により充電中は正確な電圧測定が行なえないため、精度の高いセルバランス調整が困難であるという課題がある。
【０００７】
また、２次バッテリパックは、放電開始直後のフル充電に近い状態に比べて放電終了に近い状態ほど各バッテリセル間の電圧差が大きくなる。そのため、放電中にセルバランスをとる方式にあっては、最後（バッテリ残量０％）までバランス調整処理を行なうと、残量が少なくなるほどセルバランスのために消費される電流の割合が増加し、1回の充電よるバッテリの有効使用時間を短縮させてしまうという課題がある。
【０００８】
さらに、２次バッテリパックのメーカーにおいてパックの組み立ての際に、同じ電圧、同じ特性のセル同士を組み合わせて実装する技術にあっては、組立工程の途中にセルを選別する選別工程と、大掛かりな選別装置とが必要になるため、製造コストの上昇を招くという課題がある。選別装置が大掛かりになるのは、同じ電圧、同じ特性のセル同士をそれぞれまとめてストックするための収納ケースと該ケースへセルを入れたり出したりする移送装置が必要になるためである。しかも、この装置は、選別するセルの電圧、特性の刻みを小さくするほど大型になってしまう。
【０００９】
この発明の目的は、複数個の２次バッテリセルを実装してなる２次バッテリパックのセル間の電圧差を精度良くなくすことができるセルバランス調整技術を提供することにある。
【００１０】
この発明の他の目的は、２次バッテリセルの電圧差による選別が不要であり、選別工程と大掛かりな選別装置をなくしてコストダウンを図ることができる２次バッテリパックの製造技術を提供することにある。
この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、複数個の２次バッテリセルを電気的に直列の状態で実装してなる２次バッテリパックに、各セルの電圧を測定可能な測定回路と、セル毎に放電電流を流すことができる放電回路と、バッテリセル列に流れる電流を検出する電流検出手段と、これらの回路を制御する制御回路とを内蔵させる。そして、制御回路は、電流検出手段による検出結果に基づいて充電中か放電中か放置状態かを判定し、充電中以外望ましくは放置状態において、各セルの電圧差を判定して電圧の高いセルを放電させて電圧差を小さくするセルバランス調整処理を行なうようにしたものである。また、放電中にセルバランス調整処理を行なう場合には、電圧比較器またはタイマを用いて、バッテリの電圧が比較的高い間もしくはフル充電状態から放電を開始してあまり長い時間を経過していない間に行なうようにする。
【００１２】
上記した手段によれば、正確な電圧測定が困難な充電中以外においてセルバランス調整処理を行なうため、セル間の電圧差を精度良くなくすことができる。また、放電中においてセルバランス調整処理を行なう場合には、フル充電状態に対して例えば残量７０％に対応するような電圧または時間をしきい値電圧または終了時間として、それよりも高い電圧の間または放電開始後所定時間を経過するまでの間だけ、セルバランス調整処理を行なうようにする。これにより、セルバランスのために消費される電流を少なくし、セル間の電圧差を効率良く少なくすることができるようになる。
【００１３】
また、２次バッテリパックもしくは制御回路に不揮発性の記憶手段を内蔵させ、該記憶手段にはセルバランス調整処理を行なったか否かを記憶させ、制御回路は該記憶内容に基づいて組み立て後１回だけセルバランス調整処理を実行するようにする。これにより、メーカーはバッテリセルの電圧差による選別を行なうことなくセル間の電圧差のない状態で２次バッテリパックを出荷することができる。従って、製造工程を簡略化してコストダウンを図ることができる。しかも、このようにして、セル間の電圧差のない状態で出荷された２次バッテリパックは、その後充放電を行なってもセル間の電圧差が比較的大きくなりにくいので、バッテリ寿命を長くすることができる。
【００１４】
さらに、複数個の２次バッテリセルをパッケージに実装して２次バッテリパックを組み立てる工程の後に、各セルの電圧を測定し測定結果に基づいて他に比べて電圧の高いセルに放電電流を流してセル間の電圧差のない状態にさせるセルバランス調整工程を設けるようにする。これにより、メーカーにおいては、２次バッテリセルの電圧差による選別が不要となり、選別工程と大掛かりな選別装置をなくしてコストダウンを図ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。
すなわち、本発明に従うと、複数個の２次バッテリセルを実装してなる２次バッテリパックのセル間の電圧差を精度良くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明を適用したノートパソコンやムービーカメラのような携帯型電子デバイスの電源に好適なバッテリパックの一実施例を示すブロック図である。この実施例のバッテリパック１０は、特に制限されるものでないが、電気的に直列形態に接続された４個の充電可能な２次バッテリセル２０ａ〜２０ｄと、セルバランス調整処理機能を有する調整実行用ＩＣ（半導体集積回路）３０と、マイクロコンピュータのような制御用ＩＣ４０とが、１つの絶縁性パッケージに内蔵されてなる。また、バッテリパック１０のパッケージには、正極側の電源端子１１と、負極側の電源端子１２と、外部装置との間の通信を行なうための２つの通信用端子１３ａ，１３ｂが設けられている。
【００１７】
さらに、バッテリパック１０のパッケージ内には、上記電源端子１１と２次バッテリセル（以下、単にバッテリセルと称する）２０ａ〜２０ｄとの間に、逆流を防止するためのスイッチＭＯＳＦＥＴ１４，１５が直列に接続されているとともに、バッテリセル２０ａ〜２０ｄと電源端子１２との間に電流検出用の抵抗１６が設けられている。また、スイッチＭＯＳＦＥＴ１４，１５と並列に、互いに向き合った状態で接続された２個のダイオード１７，１８が設けられている。これらのＭＯＳＦＥＴ１４，１５とダイオード１７，１８はディスクリートの部品で構成され、上記調整実行用ＩＣおよび制御用ＩＣ４０と共にプリント配線基板に実装されている。本実施例では、この基板を制御基板と称する。
【００１８】
また、上記スイッチＭＯＳＦＥＴ１４と１５は、それらのソース・ドレイン間に寄生する基体ダイオードＢＤ１，ＢＤ２が、互いに背中合わせになるように、ウェル領域への接続がなされている。これにより、ＭＯＳＦＥＴ１５をオフ状態にさせておくことで、バッテリセル２０ａ〜２０ｄから電源端子１１へ向かう放電が防止され、ＭＯＳＦＥＴ１４をオフ状態にさせておくことで、電源端子１１からバッテリセル２０ａ〜２０ｄへ向かう充電が防止される。充放電時にMOSFET１４、１５の基体ダイオードに電流を流さないように制御を行い、破壊を防止する。
【００１９】
上記調整実行用ＩＣ３０は、後述のように、バッテリセル２０ａ〜２０ｄのそれぞれの電圧を測定し電圧差をなくすように各セルを放電するセルバランス調整処理機能の他に、充電時と放電時にそれぞれ逆流を防止するために上記スイッチＭＯＳＦＥＴ１４，１５を制御する機能を有する。
【００２０】
また、上記調整実行用ＩＣ３０には、ダイオード１７または１８を介して供給される電源電圧を降圧して内部回路及び制御用ＩＣ４０に必要な電源電圧を生成するレギュレータ３１が設けられている。このレギュレータ３１があることによって、バッテリパックが外部の電子デバイスに装着されていない放置状態においても、後述のセルバランス調整処理を行なうことができる。レギュレータ３１としては、スイッチングレギュレータやシリーズレギュレータが考えられるが、ＤＣ−ＤＣコンバータであればどのようなものでも良い。
【００２１】
一方、制御用ＩＣ４０には、フラッシュメモリのような書込み可能な不揮発性メモリ４１を内蔵したものが使用されている。特に制限されるものでないが、この実施例では、前記不揮発性メモリ４１内に制御用ＩＣ４０のＣＰＵが実行する動作プログラムが格納され、ＣＰＵがこのプログラムを実行することにより調整実行用ＩＣ３０を制御してセル間の電圧差を調整するセルバランス調整処理を行なうように構成されている。
【００２２】
また、前記不揮発性メモリ４１にセルバランス調整処理を行なったことや行なった回数等を記憶させるように、プログラムが記述されている。この不揮発性メモリ４１には、使用中に得られたパック内のバッテリセルの充放電特性を記憶するのにも利用することができる。見方を変えると、バッテリセルの充放電特性を記憶するために不揮発性メモリを内蔵したバッテリパックでは、新たに不揮発性メモリを追加せずに、セルバランス調整処理を行なったことや行なった回数等を記憶させることができ、コストアップを抑制できる。
【００２３】
また、制御用ＩＣ４０は、ＡＤ変換回路を内蔵しており、このＡＤ変換回路で抵抗１６の両端の電圧をディジタル信号に変換してＣＰＵの演算により電流値を検出するようにされている。つまり、この実施例では、ＡＤ変換回路とＣＰＵとその動作プログラムとによって、バッテリセル列に流れる電流の値と方向を検出する電流検出手段が構成されている。
【００２４】
調整実行用ＩＣ３０と制御用ＩＣ４０との間には、調整実行用ＩＣ３０により検出されたセル電圧値を制御用ＩＣ４０に知らせる伝送ライン５１、制御用ＩＣ４０から調整実行用ＩＣ３０に対する制御信号を伝える伝送ライン５２、上記レギュレータ３１で生成された電源電圧Ｖｃｃを制御用ＩＣ４０に供給する電源ライン５３が設けられている。
【００２５】
次に、調整実行用ＩＣ３０内のセルバランス調整機能について説明する。この実施例では、セルバランス調整機能は、セル電圧検出機能とセル放電機能とにより実現される。そこで、以下、セル電圧検出機能とセル放電機能に分けて説明する。
【００２６】
図２は、調整実行用ＩＣ３０内のセル電圧検出回路の実施例を示す。この実施例のセル電圧検出回路は、２つの入力の電位差に応じた電圧もしくは電流を出力する誤差増幅回路３２と、バッテリセル２０ａ〜２０ｄのそれぞれの正電極と負電極の電位を上記誤差増幅回路３２の入力端子へ伝える選択スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２；ＳＷ２１，ＳＷ２２；ＳＷ３１，ＳＷ３２；ＳＷ４１，ＳＷ４２とからなる。また、調整実行用ＩＣ３０には、制御用ＩＣ４０からの制御信号に基づいて前記スイッチＳＷ１１〜ＳＷ４２を順次選択的にオンさせる信号を生成する制御ロジック３３が設けられている。
【００２７】
図３は、調整実行用ＩＣ３０内のセル放電回路の実施例を示す。この実施例のセル放電回路は、バッテリセル２０ａ〜２０ｄのそれぞれの正電極と負電極との間に設けられた選択スイッチおよび抵抗の組ＳＷ５１，Ｒ１；ＳＷ５２，Ｒ２；ＳＷ５３，Ｒ３；ＳＷ５４，Ｒ４からなる。そして、制御用ＩＣ４０からの制御信号に基づいて制御ロジック３３が、前記スイッチＳＷ５１〜ＳＷ５４を順次選択的にオンさせる信号を生成することで、バッテリセルごとに電流を抵抗Ｒ１〜Ｒ４に流すことで放電が実行される。図２および図３に示されているスイッチおよび抵抗は、ＩＣ３０の外付け素子として構成しても良い。
【００２８】
制御用ＩＣ４０からの制御信号は、前記セル電圧検出回路（図２）により検出された電圧を制御用ＩＣ４０において比較した結果に基づいて生成される。これにより、例えばバッテリセル２０ａの電圧が他のバッテリセルよりも高かったときは、スイッチＳＷ５１がオンされて抵抗Ｒ１に電流が流れて消費されることで、セル２０ａの電圧が下がる。このような処理を繰り返すことによって、セル間の電圧差がなくなるように調整することが可能となる。抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値は、例えば各セルの電圧を放電で０．１Ｖ下げるのに数時間かかるような値に設定される。
【００２９】
次に、上記のような構成を有する実施例のバッテリパックにおいて、制御用ＩＣ４０によるバッテリセルのセルバランス調整処理を実行する条件を説明する。
【００３０】
本実施例のバッテリパックにおいて、バッテリセル間のセルバランス調整処理を行なうのは、主としてバッテリパックが放置されている状態であり、例外として放電中であっても電圧が充分に高い状態である。ここで、バッテリパックが放置されている状態には、以下のようなものがある。
１．バッテリパックの組み立て完了からエンドユーザがバッテリの使用（放電）を開始するまでのフリーな状態
２．電子デバイスにバッテリパックが装着されている状態であって、充電も放電もしていない状態（ＡＣアダプタがついていて充電が停止されている場合がこれに相当する）
３．電子デバイスからバッテリパックが外されたフリーな状態
４．電子デバイスにバッテリパックが装着されている状態であって、デバイスが動作していない状態（ＡＣアダプタがついていなくてデバイスの動作が停止されている場合がこれに相当する。なお、タイマやメモリ等のごく一部の回路が動作し、デバイス内の大部分の回路が停止している状態もこれに含まれる。）
【００３１】
上記のように、バッテリパックが放置されている間にセルバランス調整処理を行なうことにより、以下の効果が得られる。
（１）バッテリパックを製造する際にセルの電圧に関する選別を行なう必要が無くなる。これにより、製造工程数を削減できるため、製造時間の短縮と生産コストの低減が図れる。
（２）バッテリパックを組み立て後、倉庫にある状態の時にバッテリパックの内部でセルバランスの処理を行なうことにより、充分な時間をかけることができるため各セルの電圧を確実に均一にすることができる。
（３）外部からの充電や外部への放電がないので、各セルの電圧を正確に検出することができ、これによって精度良くセルバランス調整ができる。
【００３２】
また、セルバランス調整処理の開始条件を内部に設定しておいて、図４のように、内部条件の成立をトリガとしてパック内部の回路により自動的にセルバランス調整処理を開始させるように構成することができる。このようにバッテリパックの内部で状態を判断してセルバランス調整処理を行なうように構成することにより、ユーザがセルバランス制御を意識しなくて済み、外部の電子デバイスのソフトウェア開発が容易になる。内部の開始条件としては、例えば、パック組み立て後、最初の動作である場合や、バッテリパック内のバッテリセルのうち最も電圧の低いセルの電圧と最も電圧の高いセルの電圧との差が所定値（例えば３００ｍＶ）以上である場合などがある。
【００３３】
なお、本実施例のバッテリパックには、通信用の外部端子１３ａ，１３ｂが設けられているので、図５のように、外部からの指令により内部回路を起動させてセルバランス調整処理を開始させることも可能である。
【００３４】
ここで、セルバランス調整処理を開始させる外部からの指令には、バッテリパックが装着されている電子デバイスのマイクロコンピュータもしくはマイクロプロセッサからの開始コマンドの受信、外部の開始指令スイッチの入力、開始を指示する制御信号が入力される端子のレベル変化などがある。開始指令スイッチは、電子デバイス側に設けられていてもよいし、バッテリパックのパッケージに外部から操作可能な状態で設けられているものであっても良い。開始コマンドを与える装置は、当該バッテリパックが実装される電子デバイスであってもよいし、セルバランス調整処理を開始させるために作製された専用の装置であっても良い。
【００３５】
次に、本実施例のバッテリパックにおいて、制御用ＩＣ４０によるバッテリセルのセルバランス調整処理の具体的な手順の一例を、図６のフローチャートを用いて説明する。なお、以下の説明で出てくる数値はバッテリセルがリチウムイオンバッテリである場合のものであり、バッテリの種類が変わればそれに応じて数値も変えるものとする。
【００３６】
処理が開始されると、制御用ＩＣ４０は、調整実行用ＩＣ３０へ制御信号を送って各バッテリセルの電圧値を順次出力させてそれを読み込む（ステップＳ１）。そして、取得した電圧値を比較して最も電圧の低いセルの電圧が３．５Ｖ以上か判定する（ステップＳ２）。セルバランス調整処理を行なうのに充分な電圧があるか否かを判定するためである。ここで、最も電圧の低いセルの電圧が３．５Ｖ以下であれば、そのまま処理を終了する。
【００３７】
続いて、制御用ＩＣ４０は、外付け抵抗１６の端子間電圧を読み込み、セルに流れている電流の値を算出する（ステップＳ３）。なお、制御用ＩＣ４０は、外付け抵抗１６の端子間電圧が正か負か判定することによって、電流の向きすなわち放電中か充電中かを知ることもできる。次に、制御用ＩＣ４０は、算出した電流値から流れている電流が±１０ｍＡ以内か判定し、±１０ｍＡを越えているときは、放電中か充電中であるのでそのまま処理を終了する（ステップＳ４）。
【００３８】
次に、制御用ＩＣ４０は、ステップＳ１で取得した電圧値から、最低電圧のセルの電圧と他のセルの電圧とを比較し、その差が２００ｍＶ以上か否かを判定する（ステップＳ５，Ｓ６）。そして、電圧差が２００ｍＶ以上のときはそのセルを放電対象セルと決定する（ステップＳ７）。一方、電圧差が２００ｍＶ以下のときはステップＳ７をジャンプしてステップＳ８へ進み、全部のセルについて電圧値をチェックしたか判定する。なお、判定の基準となる電圧差は２００ｍＶに限定されず、１００ｍＶや５０ｍＶ等であっても良い。一般には、使用するバッテリセルの種類に応じて異なる値が選択される。
【００３９】
ここで、全てのセルについてチェックが終了していなければステップＳ５へ戻り、終了していればステップＳ９へ進んで、ステップＳ８で決定した放電対象セルがあるか否か判定する。そして、対象セルがないときは処理を終了し、あるときはステップＳ１０へ進んで、図３のスイッチＳＷ５１〜ＳＷ５４のうち、対象セルに対応するスイッチをオンさせて、そのセルの放電を行なう。これを繰り返すことにより、バッテリパック内のセル間の電圧差をなくし電圧をほぼ均一にすることができ、過放電によりセルの寿命が著しく低下するのを防止することが可能となる。
【００４０】
しかも、ノートパソコンのような電子デバイスの一般な稼動時間と充電時間、放置時間との関係を図示すると、図１１のように、放置時間が最も長い。そのため、上記実施例のように、バッテリパックが放置されている間にセルバランス調整処理を実行することにより、充分に時間をかけてセル間の電圧差をなくすことができるため、より正確に各セルの電圧を均一にすることができる。
【００４１】
ところで、図６のフローチャートはバッテリパック放置中にセルバランス調整処理を行なう場合の手順である。これに対し、図７には、放電中にセルバランス調整処理の具体的な手順の一例が示されている。このフローでは、制御用ＩＣ４０は、先ず外付け抵抗１６の端子間電圧を読み込み、セルに流れている電流の値と方向を検出する（ステップＳ１１）。そして、電流の向きから充電中か否かを判定し、充電中ならそのまま処理を終了する（ステップＳ１２）。一方、充電中でないときは、各バッテリセルの電圧値を読み込む（ステップＳ１３）。
【００４２】
続いて、ステップＳ１１で取得した電流値から、放置中か放電中かを判定する（ステップＳ１４）。放置中の場合には、ステップＳ１３で取得した電圧値を比較して最も電圧の低いセルの電圧が所定の電圧以上か判定する（ステップＳ１５）。これ以降の処理Ｓ１７〜Ｓ２２は図６の処理Ｓ５〜Ｓ１０と同一である。
【００４３】
一方、ステップＳ１１で放電中と判定した場合には、ステップＳ１６へ移行して、ステップＳ１３で取得した電圧値が所定の電圧以上か判定し、所定の電圧以上の場合はステップＳ１７〜Ｓ２２へ進んで放電セルの決定と放電処理を実行する。ここで、この判定の基準となる電圧は放置中の判定基準電圧（３．５Ｖ）と異なり、放電中には放置中よりも高い電圧（例えば３．８Ｖ）を判定の基準とする。電圧で判定する代わりに放電開始後の経過時間を別途タイマで監視し、所定の時間が経過していない場合すなわちフル充電状態からあまり時間を経過していない場合には、ステップＳ１７〜Ｓ２１へ進んで放電セルの決定と放電処理を実行するようにしてもよい。
【００４４】
放電中に、最後（バッテリ残量０％）までバランス調整処理を行なうようにすると、残量が少なくなるほどセルバランスのために消費される電流の割合が増加し、1回の充電よるバッテリの有効使用時間を短縮させてしまう。これに対し、本実施例のように、所定の電圧よりも高い電圧の間または放電開始後所定時間を経過するまでの間だけ、セルバランス調整処理を行なうようにすることにより、セルバランスのために消費される電流を少なくし、セル間の電圧差を効率良く少なくすることができるようになる。
【００４５】
なお、図６や図７のフローチャートには示されていないが、放電処理の終了後に不揮発性メモリ４１内に設けられているセルバランス調整回数（充放電サイクル数）を記憶するカウンタ領域からデータを読み出して「１」を加算した値をメモリへ戻して格納する。そして、次にセルバランス調整処理を開始する際にこのカウンタの値をチェックして所定回数を超えた場合には、セルバランス調整を行なわないようにしても良い。
【００４６】
複数の２次バッテリセルからなるバッテリパックは、図１０に示すように、充放電サイクル数が多くなるに従って、最大電圧のセルの電圧と最小電圧のセルの電圧との差電圧ΔＶが増加する傾向がある。そのため、ΔＶが一定以上になったことをトリガとしてセルバランス調整処理を行うことで、バッテリパックの見かけ上の容量の低下を防止することができる。
【００４７】
次に、前記実施例を適用して内部条件の成立で自動的にセルバランス調整を実行する機能を備えたバッテリパックを製造する工程の具体的な手順の一例を、図８のフローチャートを用いて説明する。
【００４８】
まず、製造したバッテリセルもしくはバッテリメーカーから入荷したバッテリセルを、所定の温度の恒温室に所定時間放置して特性を安定化させるエージング処理を行なう（ステップＳ３１）。次に、それぞれのバッテリセルの容量を測定して、選別を行なう（ステップＳ３２）。これらのエージング処理および選別工程は、従来の製造工程でも一般に行なわれており、従来と同じ内容でよい。また、これらの工程は、本発明を適用する上で必須の要件ではないので、詳しい内容の説明は省略する。
【００４９】
その後、選別された同一容量のバッテリセルを複数個組み合わせて、組みバッテリを作成する（ステップＳ３３）。一方、これらの工程と並行して、図１に示されている調整実行用ＩＣ３０と制御用ＩＣ４０等を搭載した制御基板を作成し、制御基板のテストや初期較正を実施する（ステップＳ３４，Ｓ３５）。
【００５０】
次に、ステップＳ３３で得られた組みバッテリとステップＳ３５の較正が終了した制御基板とを接続して、制御基板を動作させてテストを実施する（ステップＳ３６，Ｓ３７）。続いて、バッテリセルと制御基板をパッケージに封入してバッテリパックを組み立てる（ステップＳ３８）。その後、組み立てが終了したバッテリパックは倉庫に保管され、出荷される（ステップＳ３９，Ｓ４０）。
【００５１】
前記実施例のように、内部条件の成立で自動的にセルバランス調整処理を実行するように構成されているバッテリパックでは、この倉庫保管中にセルバランス調整が実行される。この倉庫保管時間は比較的に長いため、確実にセルバランス調整処理を実行することができる。仮に、倉庫保管時間が短かったとしても出荷のための輸送中や出荷先（顧客）での保管中に、セルバランス調整処理を完了することができる。また、かかる自動セルバランス調整処理を実行させることにより、予めセルを選別しておいて電圧や特性がほぼ同じセル同士を組み合わせてパッケージに入れる工程が不要となる。その結果、本実施例の製造方法を適用することによって、製造工程数の削減と製造時間の短縮が可能となり、製造コストの低減が図れるようになる。
【００５２】
次に、バッテリパックの製造方法の他の実施例を、図９のフローチャートを用いて説明する。この実施例においては、バッテリパックは、制御基板を有さずバッテリセルのみで構成され、図１に示されている調整実行用ＩＣ３０や制御用ＩＣ４０等からなるセルバランス調整回路は製造装置の一部として構成されている。従って、制御基板を作成し較正するまでの図８のステップＳ３４〜Ｓ３７は不要であり、代わりにセルバランス調整処理ステップＳ４４が設けられる。
【００５３】
図９のステップＳ４１〜Ｓ４３は、図８のステップＳ３１〜Ｓ３３と同じである。本実施例では、ステップＳ４４のセルバランス調整処理終了後に、組みバッテリセルがパッケージに封入され（ステップＳ４５）、その後、倉庫に保管され、出荷される（ステップＳ４６，Ｓ４７）。
【００５４】
なお、バッテリパックのパッケージに、内部のバッテリセルのそれぞれの電極に接続された外部端子を設けておけば、ステップＳ４５のパッケージ封入工程の後でステップＳ４４のセルバランス調整処理を行なうことも可能である。
【００５５】
本実施例のように、バッテリパックがセルバランス調整実行用制御基板を内蔵していなくても、出荷の段階までにパック内のバッテリセルの電圧差がなくなるようにすれば、電圧差をもったまま出荷されたバッテリパックに比べてその後の充放電サイクルの繰り返しによって生じるセル間の電圧差は小さくなる。従って、本実施例の製造方法を適用することにより、バッテリパックの見かけ上の容量が少なくなるという不具合を回避することができる。また、従来の製造方法において行なわれていた、同じ電圧のセルを選別する工程が不要となり、製造工程数の削減と製造時間の短縮が可能となり、製造コストの低減が図れるようになる。
【００５６】
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、１つのバッテリパックに収納されるバッテリセルの数は、４個に限定されず、何個であっても良い。また、実施例においては、他よりも電圧の高いセルを１つずつ放電するようにしているが、複数のセルを同時に放電させて電圧差をなくすようにしても良い。
【００５７】
さらに、図３に示されているセル放電回路では、それぞれのセルごとにスイッチＳＷ５１〜ＳＷ５４と抵抗Ｒ１〜Ｒ４をペアで設けているが、抵抗Ｒ１〜Ｒ４は共通の１個の抵抗とし、この共通の抵抗に、オンされたスイッチに対応するバッテリセルから電流が流れるように配線を形成しておくようにすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野であるノートパソコンやムービーカメラのような携帯型電子デバイスの２次バッテリパックに適用したものを説明したが、本発明は電気自動車やハイブリッド車などに搭載される２次バッテリ装置にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１は、本発明を適用したバッテリパックの一実施例を示すブロック図である。
【図２】図２は、調整実行用ＩＣ内のセル電圧検出回路の実施例を示す回路図である。
【図３】図３は、調整実行用ＩＣ内のセル放電回路の実施例を示す回路図である。
【図４】図４は、実施例のバッテリパックにおけるセルバランス調整処理の開始条件の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、実施例のバッテリパックにおけるセルバランス調整処理の開始条件の他の例を示すフローチャートである。
【図６】図６は、実施例のバッテリパックにおけるセルバランス調整処理の具体的な手順の一例を示すフローチャートである。
【図７】図６は、実施例のバッテリパックにおけるセルバランス調整処理の具体的な手順の他の例を示すフローチャートである。
【図８】図８は、本発明にかかるバッテリパックの製造方法の一例を工程順に示すフローチャートである。
【図９】図９は、本発明にかかるバッテリパックの製造方法の他の例を工程順に示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、バッテリパックにおける各バッテリセル間に生じる電圧差と充放電サイクル数との関係を示すグラフである。
【図１１】図１１は、バッテリパックの平均的な状態の割合を示すグラフである。
【図１２】図１２は、本発明を適用していないバッテリパックにおける各バッテリセルの電圧履歴特性を示すグラフである。
【図１３】図１３は、セルバランス調整を行なうようにしたバッテリパックにおける各バッテリセルの電圧履歴特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６０】
１０  バッテリパック
１１  正極側電源端子
１２  負極側電源端子
１３ａ，１３ｂ  通信用端子
２０ａ〜２０ｄ  ２次バッテリセル
３０  調整実行用ＩＣ
３１  レギュレータ
４０  制御用ＩＣ
４１  不揮発性メモリ
【図１】
2006353010.tif 000003
【図２】
2006353010.tif 000004
【図３】
2006353010.tif 000005
【図４】
2006353010.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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