(57)【要約】【課題】電池モジュールを交換する際に、電池モジュールの電圧の調整時間を短縮化した電池モジュール充電装置、及び、電池モジュールの充電方法を提供する。【解決手段】二次電池により構成された複数の電池モジュール１１と、複数の電池モジュール１１のうち一の電池モジュール１１の代わりとなり、かつ、複数の電池モジュール１１のうち他の電池モジュール１１に接続される代用モジュールと、他の電池モジュール１１及び代用モジュールに電力を出力して、他の電池モジュール１１を制御する充電コントローラ２０とを備え、代用モジュールは、複数の電池モジュール１１以外の他の電源から電力の供給を受けて、他の電池モジュール１１に電圧を出力する。【選択図】  図３
2015154601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池により構成された複数の電池モジュールと、
前記複数の電池モジュールのうち一の電池モジュールの代わりとなり、かつ、前記複数の電池モジュールのうち他の電池モジュールに接続される代用モジュールと、
前記他の電池モジュール及び前記代用モジュールに電力を出力して、前記他の電池モジュールを制御する充電コントローラとを備え、
前記代用モジュールは、
前記複数の電池モジュール以外の他の電源から電力の供給を受けて、前記他の電池モジュールに電圧を出力する
ことを特徴とする電池モジュール充電装置。
【請求項２】
請求項１記載の電池モジュール充電装置において、
前記充電コントローラは、外部の充電装置から入力される電力を前記他の電池モジュールに供給し、
前記代用モジュールは、前記外部の充電装置を前記他の電源として電力の供給を受ける
ことを特徴とする電源装置。
【請求項３】
請求項１記載の電池モジュール充電装置において、
前記充電コントローラは、外部の充電装置から入力される電力を前記他の電池モジュールに供給し、
前記代用モジュールは、商用電源を前記他の電源として電力の供給を受ける
ことを特徴とする電池モジュール充電装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電池モジュール充電装置において、
前記代用モジュールは、前記他の電源から入力される電圧に応じて前記他の電池モジュールへの出力電圧を制御する
ことを特徴とする電池モジュール充電装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電池モジュール充電装置において、
前記複数の電池モジュールの電圧を管理する電池コントローラをさらに備え、
前記代用モジュールは、
前記他の電池モジュールの電圧を前記電池コントローラから取得し、前記他の電池モジュールの平均電圧を前記他の電池モジュールへの出力電圧とする
ことを特徴とする電池モジュール充電装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電池モジュール充電装置において、
前記充電コントローラは、
商用電源の出力電力を前記複数の電池モジュールの充電電力に変換して前記複数の電池モジュールを充電する充電器を有し、
外部の充電装置から入力される電力を前記他の電池モジュールに供給する第１供給ラインと、前記充電器を介して前記出力電力を前記複数の電池モジュールに供給する第２供給ラインとを切り替え、かつ、
前記代用モジュールと交換される新たな前記電池モジュールを前記充電器に接続した状態で、前記出力電力により前記新たな電池モジュールを充電する
ことを特徴とする電池モジュール充電装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電池モジュール充電装置において、
前記充電コントローラは、
商用電源の出力電力を前記複数の電池モジュールの充電電力に変換して前記複数の電池モジュールを充電する充電器を有し、
外部の充電装置から入力される電力を前記他の電池モジュールに供給する第１供給ラインと、前記充電器を介して前記出力電力を前記他の電池モジュールに供給する第２供給ラインとを切り替え、かつ、
前記代用モジュールと交換される新たな前記電池モジュールを前記充電器に接続した状態で、前記充電装置の電力を前記充電器で変換し前記新たな電池モジュールに出力することで前記新たな電池モジュールを充電する
ことを特徴とする電池モジュール充電装置。
【請求項８】
二次電池により構成された複数の電池モジュールを充電する充電方法において、
前記複数の電池モジュールのうち一の電池モジュールの代わりとなる代用モジュールと前記複数の電池モジュールのうち他の電池モジュールとの接続状態を確認するステップと、
前記他の電池モジュール及び前記代用モジュールに電力を出力して、前記他の電池モジュールを充電するステップとを含み、
前記代用モジュールは、前記複数の電池モジュール以外の他の電源から電力の供給を受けて、前記他の電池モジュールに電圧を出力する
ことを特徴とする充電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池モジュール充電装置及び電池モジュールの充電方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の単位電池で１つのモジュール電池が構成され、複数の電池モジュールにより組電池が構成される。組電池の異常モジュール電池を代替モジュール電池と交換する際に、代替モジュール電池の電圧を調整するモジュール充放電器が開示されている。当該モジュール充放電器は、正常と判定された複数のモジュール電池の平均電圧値を算出し、代替モジュール電池の電圧が当該平均処理となるように、モジュール充放電器の電力ラインを代替モジュール電池の端子に接続し、代替モジュール電池だけを充放電している（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１４９９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のモジュール電池に用いられる電池の特性として、電圧と充電状態（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）との間には非線形性があることが知られており、非線形性を示す特性において、ＳＯＣに対する電圧のバラツキの感度は、ＳＯＣの高い状態と低い状態で小さくなる。そのため、上記の異常電池モジュールを代替モジュール電池に交換する際には、代替モジュール電池及び正常なモジュール電池のＳＯＣは高い状態又は低い状態にして、各モジュール電池間におけるＳＯＣのバラツキが小さい方が、交換後の組電池の性能が向上することになる。
【０００５】
しかしながら、複数の正常なモジュール電池の全てのＳＯＣを高い状態又は低い状態に調整するために、上記のモジュール充放電器を用いた場合には、モジュール電池を一つずつ充放電することになり、電圧の調整に時間がかかるという問題があった。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、電池モジュールを交換する際に、電池モジュールの電圧の調整時間を短縮化した電池モジュール充電装置、及び、電池モジュールの充電方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、二次電池により構成された電池モジュールのうち一の電池モジュールの代わりとなる代用モジュールを当該一の電池モジュールと交換しつつ、複数の電池モジュールのうち他の電池モジュールに代用モジュールを接続した状態で、他の電池モジュール及び代用モジュールに電力を出力して他の電池モジュールを充電する。そして、電池モジュールの充電において、代用モジュールが、複数の電池モジュール以外の他の電源から電力の供給を受けて、他の電池モジュールに電圧を出力することによって上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、交換対象ではない電池モジュールと代用モジュールとを接続した状態で、複数の電池モジュールをパックとして充電しているので、電池モジュールの充電時間が短くなり、電池モジュールを交換する際、電池モジュールの電圧の調整時間を短縮化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る電池パックのブロック図である。
【図２】図１の電池モジュールのＳＯＣに対する電圧特性を示すグラフである。
【図３】本発明の実施形態に係る電池モジュール充電装置のブロック図である。
【図４】図３の電池モジュールとダミーモジュールとの接続を説明するための図である。
【図５】図３のダミーモジュールのブロック図である。
【図６】図３の電池モジュールのＳＯＣに対する電圧特性を示すグラフである。
【図７】図３の電池モジュール充電装置の制御手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明の変形例に係る電池モジュール充電装置のブロック図である。
【図９】本発明の変形例に係る電池モジュール充電装置のブロック図である。
【図１０】本発明の変形例に係る電池モジュール充電装置のブロック図である。
【図１１】本発明の他の実施形態に係る電池モジュール充電装置のブロック図である。
【図１２】本発明の他の実施形態に係る電池モジュール充電装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
《第１実施形態》
図１は本発明の実施形態に係る電池パックである。図１の電池パックは、本発明の実施形態に係る電池モジュール充電装置により充電される。電池パック１０は、電気自動車やハイブリッド車などの車両に搭載される電池であって、車両のモータ（図示しない）又は補機類等の車載機器に対して電力を供給する。また、電池パック１０は車載器の充電器又は車外の充電装置により充電可能な電池でもある。以下、電池パック１０の構成について説明する。
【００１２】
図１に示すように、電池パック（組電池）１０は、複数の電池モジュール１１とバッテリコントローラ（Ｂ／Ｃ）１２と、電圧検出線１３と、電源線１４ａ、１４ｂと、端子１５とを備えている。
【００１３】
電池モジュール１１は、薄型又は扁平型のラミネート電池を電気的に接続しつつ積層して、モジュール化されている。ラミネート電池はリチウムイオン電池又はニッケル水素電池等の二次電池である。すなわち、電池モジュール１１は、充放電可能な複数の二次電池により構成されている。電池モジュール１１は、複数の電池モジュール１１ａ〜１１ｌを接続することで構成されており、電池モジュール１１ａ〜１１ｌは互いに同じ形状の電池である。なお、図１において「Ｍ」は電池モジュールを表している。他の図における「Ｍ」も同様である。
【００１４】
電池モジュール１１ａ〜１１ｆは直列に接続され、電池モジュール１１ｇ〜１１ｌは直列に接続されている。そして、電池モジュール１１ａ〜１１ｆと電池モジュール１１ｇ〜１１ｌが並列に接続されている。
【００１５】
また電池モジュール１１は、同様の形状の他の電池モジュール１１と交換可能になっている。例えば、電池モジュール１１ｂを交換する場合には、電池モジュール１１ｂが電池パック１０から抜き出されて、新たな電池モジュール１１が、もとの電池モジュール１１ｂの位置に組み込まれることになる。
【００１６】
バッテリコントローラ１２は、電池モジュール１１ａ〜１１ｌの電圧を測定し、電池モジュール１１ａ〜１１ｌの状態を管理している。バッテリコントローラ１２で管理されるバッテリ情報には、電池モジュール１１ａ〜１１ｌの劣化度、満充電時の容量、電池モジュール１１ａ〜１１ｌの残容量、電池モジュール１１ａ〜１１ｌの充電状態（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）等である。またバッテリコントローラ１２は、例えば無負荷時の各電池モジュール１１の電圧の違いから、電池モジュール１１の容量のバラツキを管理している。
【００１７】
各電池モジュール１１ａ〜１１ｌとバッテリコントローラ１２との間は、電圧検出線１３がそれぞれ接続されている。そして、バッテリコントローラ１２は、各電池モジュール１１ａ〜１１ｌに接続されている電圧検出線の電位差から、電池モジュール１１ａ〜１１ｌの端子電圧を検出する。バッテリコントローラ１２は、電池モジュール１１ａ〜１１ｌの検出電圧を充電コントローラ２０に出力する。
【００１８】
電源線１４ａ及び電源線１４ｂは、電池モジュール１１ａ〜１１ｌの電力の入出力用の配線である。電源線１４ａは、正極側の配線であり、端子１５と電池モジュール１１ａ、１１ｇの正極との間に電気的に接続されている。電源線１４ｂは、負極側の配線であり、端子１５と電池モジュール１１ａ、１１ｌの負極との間に電気的に接続されている。端子１５は、電池パック１０を、電力線及び通信線（ＣＡＮ通信）に接続するための部品である。通信線１６は、バッテリコントローラ１２と端子１５との間に接続され、通信用の配線である。バッテリコントローラ１２で管理されている情報は、通信線１６により電池パック１０の外部へ出力される。
【００１９】
次に、電池パック１０を構成する各電池モジュールの特性について説明する。図１に示した電池パック１０が車両の動力源として使用された場合には、各電池モジュール１１の初期特性の違い、又は、経時劣化の違い等により容量にバラツキが生じる。バッテリコントローラ１２は、他の電池モジュール１１と比較して、容量のバラツキが大きい電池モジュール１１を、異常のある電池モジュール１１（以下、異常電池モジュールとも称す。）として特定する。
【００２０】
異常電池モジュールが電池パック１０に組み込まれた状態で、電池を使用し続けたとしても、電池パック１０は十分な性能を発揮できない。そのため、パックとしての電池性能を回復させるには、異常電池モジュールは、新たな電池モジュール１１に交換されなければならない。しかしながら、異常電池モジュールを新たな電池モジュール１１に交換する場合には、以下の点を考慮しなければならない。
【００２１】
まず電池モジュールを交換する際に、電池パック１０内に残っている正常な電池モジュール１１のＳＯＣと、新たな電池モジュール１１（通常は、新品電池モジュール）のＳＯＣは異なっている。
【００２２】
図２は、電池モジュール１１のＳＯＣと電圧との特性を示すグラフである。例えば、新品電池モジュールのＳＯＣがＳＯＣａ１であって、残りの電池モジュールのＳＯＣがＳＯＣａ２（＞ＳＯＣａ１）であったとする。そして、新品電池モジュールが電池パック１０内に組み込まれた後、電池モジュール１１が充電されたとする。なお、新品電池モジュールと残りの電池モジュールとの間の劣化の違いは考えず、新品電池モジュールと残りの電池モジュールは、同じ容量だけ充電されたとする。この場合に、残りの電池モジュールは、新品電池モジュールよりも高いＳＯＣから充電を開始するため、先に満充電状態（電池モジュール１１の電圧が満充電電圧（Ｖｍａｘ）になる状態）となる。電池パック１０の充電は、残りの電池モジュールが満充電に達した時点で停止させる必要がある。そのため、新品電池モジュールは満充電まで充電されず、充電終了時の新品電池モジュールのＳＯＣｂ１は、充電終了時の新品電池モジュールのＳＯＣｂ２より低くなり、電池パック１０内の電池モジュールの電圧は、図２の電位差（ΔＶ）の相当分、バラバラになる。そして、電池パック１０内の充電されている容量は、電池モジュール１１間の電圧が揃っている場合と比較して、少なくなってしまう。
【００２３】
また、逆に、残りの電池モジュールのＳＯＣがＳＯＣａ１であって、新品電池モジュールのＳＯＣがＳＯＣａ２（＞ＳＯＣａ１）であった場合にも、上記と同様に、充電終了時には、電池パック１０内の電池モジュールの電圧はバラバラになる。
【００２４】
すなわち、異常電池モジュールを新品電池モジュールに交換する場合には、残りの電池モジュールと新品電池モジュールとの間で、ＳＯＣを精度よく一致させて、交換後の電池パック１０の性能を高めることが重要となる。そして本発明では、以下に説明するように、残りの電池モジュール１１を充電するための電池モジュール充電装置を提供している。
【００２５】
図３を用いて、本発明の実施形態に係る電池モジュール充電装置を説明する。図２は電池モジュール充電装置１及び急速充電器１００のブロック図である。なお、図３は、急速充電器１００を用いて電池モジュール１１を充電する際のブロック図であり、「ＤＭ」はダミーモジュール４０を表している。
【００２６】
本発明の電池モジュール充電装置１は、車両に搭載され、車両の外部電源の電力で電池パック１０内の二次電池を充電するための装置である。電池モジュール充電装置１は、電池パック１０に加えて、充電コントローラ２０と、急速充電ポート３１と、普通充電ポート３２と、を備えている。
【００２７】
充電コントローラ２０は、車両の外部の電源に基づく電力を電池パック１０内の電池モジュール１１及びダミーモジュール４０に出力しつつ、電池モジュール１１の二次電池を充電するコントローラである。充電コントローラ２０は、開閉器２１と、充電器２２とを備えている。また充電コントローラ２０は、開閉器２１及び充電器２２を制御するためのＣＰＵ（図示しない）等を有している。
【００２８】
充電コントローラ２０は、急速充電用の配線２３により急速充電ポート３１に接続され、普通充電用の配線２４により普通充電ポート３２に接続され、配線２５により電池パック１０に接続されている。配線２３、２５は、急速充電時の電力を、急速充電ポート３１から電池パック１０に供給するための供給ラインである。配線２４、２５は、普通充電時の電力を、普通充電ポート３１から電池パック１０に供給するための供給ラインである。
【００２９】
開閉器２１は、配線２３に接続されており、急速充電器１００から電池パック１０への電力の導通及び遮断を切り替えるためのリレースイッチである。急速充電を行う際には、開閉器２１はオフからオンに切り替わる。
【００３０】
充電器２２は、複数充電で電池モジュール１１を充電するための装置である。充電器２２は、電力変換用の変換回路、整流回路等を有している。普通充電として商用電源を用いる場合に、充電器２２は、当該商用電源から出力される交流電力を直流電力に変換して、電池パック１０に出力する。
【００３１】
通信線２６は、ＣＡＮ通信用の信号線であって、充電コントローラ２０に接続されている。端子１５が配線２５の先端部分に接続されると、通信線１６と通信線２６が接続する。これにより、充電コントローラ２０はバッテリコントローラ１２と通信可能な状態となる。また通信線２６は急速充電ポート３１にも接続されている。そのため、急速充電器１０の充電ケーブルのコネクタ１０１が急速充電ポート３１に差し込まれると、充電コントローラ２０は急速充電器１００と通信可能な状態となる。
【００３２】
上記のように、充電コントローラ２０は、急速充電器１００から入力される電力を電池モジュール１１に供給する供給ライン（急速充電用の電力ライン）と、充電器２２を介して商用電源の電力を電池モジュール１１に供給ライン（普通充電用の電力ライン）とを有する。そして、電池モジュール１１が急速充電で充電されるか、普通充電で充電されるかにより、これらの供給ラインを切り替えている。
【００３３】
急速充電ポート３１は急速充電器１００の充電用のケーブルの差込口である。普通充電ポート３２は、普通充電用のケーブルの差込口である。急速充電器１００は、駐車場付近などに設けられ、車載電池を充電する装置である。充電ケーブルの先端部分にあるコネクタ１０１が急速充電ポート３１に差し込まれると、急速充電器１００は車両と電気的に接続する。
【００３４】
本例の電池モジュール充電装置１は、電池パック１０内の電池モジュール１１に異常が生じた場合に、異常が発生した電池モジュール１１をダミーモジュール４０に交換した上で、残りの電池モジュール１１を充電する。図３は、ダミーモジュール４０に交換した後の電池パック１０のブロック図を示している。図４は、残りの電池モジュール１１ａ、１１ｃとダミーモジュール４０との接続状態を示す図である。なお、図１の電池モジュール１１ａ〜１１ｌのうち電池モジュール１１ｂに異常が発生し、ダミーモジュール４０と電池モジュール１１ｂが交換されたとする。
【００３５】
ダミーモジュール４０が電池モジュール１１ｂの位置に取り付けられると、ダミーモジュール４０の出力側は、電池モジュール１１ａの負極及び電池モジュール１１ｃの正極に接続される。
【００３６】
電池パック１０は、ダミーモジュール４０用の電源線１７ａ、１７ｂを備えている。電源線１７ａは、複数の電池モジュール１１の正極側（最も電位の高い部分）の電源線１４ａから分岐した配線であり、ダミーモジュール４０の入力側の正極に接続されている。電源線１７ｂは、複数の電池モジュール１１の負極側（最も電位の低い部分）の電源線１４ｂから分岐した配線であり、ダミーモジュール４０の入力側の正極に接続されている。すなわち、電源線１７ａ、１７ｂは、充電コントローラ２０の出力電力をダミーモジュール４０に供給するための配線である。通信線１６は、ダミーモジュール４０とバッテリコントローラ１２との間に接続され、バッテリコントローラ１２とデータを送受信する。
【００３７】
次に、図５を用いてダミーモジュール４０の構成を説明する。図５はダミーモジュール４０のブロック図である。なお、図５において「電源側」は充電コントローラ２０に接続されている方を示し、「モジュール側」は電池モジュール１１ａ、１１ｃに接続されている方を示している。ダミーモジュール４０は、コンバータ４１と、比較器４２、４３と、電流センサ４４と、コンバータコントローラ４５と、ダミーモジュール（ＤＭ）コントローラ４６とを備えている。
【００３８】
コンバータ４１は、双方向の昇降圧コンバータ（ＤＣＤＣコンバータ）であって、ダイオード及びスイッチング素子の並列回路４１ａ〜４１ｄと、インダクタ４１ｅと、コンデンサ４１ｆ、４１ｇを有している。並列回路４１ａ〜４１ｂを構成するダイオードとスイッチング素子は互いに逆方向に接続されている。そして、並列回路４１ａ及び並列回路４１ｂが直列に接続され、並列回路４１ｃ及び並列回路４１ｄが直列に接続されている。並列回路４１ａ、４１ｂの接続点と並列回路４１ｃ、４１ｄの接続点との間にはインダクタ４１ｅが接続されている。コンデンサ４１ｆは、並列回路４１ａ、４１ｂに並列に接続され、コンデンサ４１ｇは、並列回路４１ｃ、４１ｄに並列に接続されている。コンバータ４１に含まれるスイッチング素子は、ＩＧＢＴ等のトランジスタで構成されている。コンバータ４１のスイッチング素子のオン、オフが、ドライブ回路４５ａにより切り替えられて、コンバータ４１は、電源側から入力される電力を昇圧又は降圧して電池モジュール１１側に出力する。なお、コンバータ４１は、４スイッチ、シングルインダクタの変換回路に限らず、他の変換回路で構成されもよい。
【００３９】
比較器４２は、電源側からコンバータ４１に入力される入力電圧又はコンバータ４１から電源側に出力される出力電圧を検出する。また、比較器４３は、コンバータ４１からモジュール側に出力される出力電圧又はモジュール側からコンバータ４１に入力される入力電圧を検出する。比較器４２、４３の検出結果（比較結果）は、コンバータコントローラ４５に出力される。なお、比較器４２、４３の代わりに電圧センサであってもよい。
【００４０】
電流センサ４４は、インダクタ４１ｅと並列回路４１ｃ、４１ｄの接続点との間の電流を検出することで、コンバータ４１の電流を検出する。電流センサ４１の検出電流はコンバータコントローラ４５に出力される。
【００４１】
コンバータコントローラ４５は、ダミーモジュールコントローラ４６の制御に基づき、コンバータ４１の動作を制御するためのコントローラであって、ドライブ回路４５ａを有している。ドライブ回路４５ａは、並列回路４１ａ〜４１ｄの各スイッチング素子のゲートに対して、オン、オフを切り替えるための駆動信号を出力する。
【００４２】
ダミーモジュールコントローラ４６は、ダミーモジュール４０の出力電圧を制御するためのコントローラであって、電圧制御ための機能ブロックとして、通信部４６ａ及びデータ処理部４６ｂを有している。通信部４６ａは、通信線１６を介してバッテリコントローラ１２と通信を行い、バッテリコントローラ１２で管理されている電池モジュール１１ａ、１１ｃ〜１１ｌの電圧を取得する。データ処理部４６ｂは、通信部４６ａで取得したデータを処理し、ダミーモジュール４０の出力電圧を演算し、コンバータコントローラ４５に出力する。コンバータコントローラ４５は、ダミーモジュールコントローラ４６により演算されたダミーモジュール４０の出力電圧を、コンバータ４１から出力させるように、コンバータ４１の昇圧比（または降圧比）を演算する。そして、コンバータコントローラ４５は、コンバータ４１の入出力電圧と昇圧比から、コンバータ４１の動作用のスイッチング信号を生成しドライブ回路４５ａに出力する。
【００４３】
次に、本例の電池モジュール充電装置の充電制御について説明する。図３に示すように、異常の電池モジュール１１ｂとダミーモジュール４０が交換された状態で、充電コントローラ２０は開閉器２１をオンにし、充電器２２の動作を停止させて、急速充電器１００による電池モジュール１１の充電を開始する。
【００４４】
充電コントローラ２０は、充電中、バッテリコントローラ１２と通信を行い、電池モジュール１１の電圧又はＳＯＣを取得している。バッテリコントローラ１２は、充電中、電池モジュール１１の電圧を管理しつつ、各電池モジュール１１の検出電圧を、充電コントローラ２０及びダミーモジュールコントローラ４６に出力する。
【００４５】
ダミーモジュールコントローラ４６のデータ処理部４６ｂは、バッテリコントローラ１２から取得した電圧を用いて、電池モジュール１１の平均電圧を演算する。そして、データ処理部４６ｂは、演算した平均電圧を、ダミーモジュール４０から電池モジュール１１への出力電圧とするための指令値を、コンバータコントローラ４５に出力する。コンバータコントローラ４５は当該指令値に応じて、コンバータ４１から電池モジュール１１の平均電圧を出力するようにコンバータ４１を制御する。
【００４６】
電池モジュール１１の充電中、充電コントローラ２０から出力される電力は、電池モジュールだけでなく、ダミーモジュール４０にも供給される。そして、ダミーモジュール４０は、電源側から入力された電圧（充電コントローラ２０の出力電力）を制御して、電池モジュール１１に電圧を出力する。すなわち、ダミーモジュール４０は、出力電圧を自在に制御する機能を有し、電圧を制御するためのエネルギー源として電源を、電池モジュール１１以外の他の電源（急速充電器１００に相当）から取り込むような構成になっている。
【００４７】
電池モジュール１１の充電が進み、電池モジュール１１の電圧が上昇すると、電池モジュール１１の平均電圧も高くなる。また、ダミーモジュール４０の出力電圧も、電池モジュール１１の平均電圧の上昇に追随するように高くなる。これにより、充電中、電池パック内で電池モジュール１１の各電圧及びダミーモジュール４０の電圧は互いに近い電圧となるため、モジュール間の電圧のバラツキを抑制できる。
【００４８】
上記のように、ダミーモジュール４０のモジュール側の電圧を上昇させる場合には、ダミーモジュール４０は急速充電器１００からエネルギーを取り込むように動作することになる。一方、ダミーモジュール４０は、エネルギーの回生も可能である。例えば、ダミーモジュール４０のモジュール側の電圧を低くする場合には、ダミーモジュール４０はコンバータ４１を降圧動作（モジュール側から電源側へ降圧させる）させて、電池モジュール１１からエネルギーを取り出し電源側に出力することで、エネルギーを急速充電ポート３１に回生させる。これにより、ダミーモジュール４０は双方向でエネルギーの取り込みを行うことができる。
【００４９】
そして、充電コントローラ２０は、電池モジュール１１の電圧が目標電圧に達すると電池モジュール１１の充電を終了する。目標電圧は、電池モジュール１１の充電を終える終止電圧である。
【００５０】
ここで目標電圧について説明する。新品の電池モジュール１１と異常の電池モジュール１１とを交換する際には、残りの電池モジュール１１のＳＯＣと、新品の電池モジュール１１のＳＯＣとを精度よく一致させることが求められる（図２を参照）。残りの電池モジュール１１のＳＯＣは、上記のように本例の電池モジュール充電装置１を用いることで調整できる。また、新品の電池モジュール１１についても、電池パック１０内に組み込む前に、別の充電装置を用いて、ＳＯＣを調整できる。
【００５１】
電池の特性として、図２に示したように電池モジュール１１の電圧とＳＯＣとの関係には非線形性がある。そのため、新品の電池モジュール１１を電池パック１１に組む込んだ場合に、残りの電池モジュール１１のＳＯＣと新品の電池モジュール１１のＳＯＣが一致していたとしても、電池モジュール交換後のＳＯＣのバラツキは、一致させるＳＯＣ（一致させるように調整したＳＯＣ）の値により変わってくる。
【００５２】
電圧のバラツキに対するＳＯＣの感度は、ＳＯＣの高い領域とＳＯＣの低い領域で小さくなる。そのため、いずれかの領域のＳＯＣに相当する電圧で合わせれば、調整後のＳＯＣのバラツキが小さくなる。
【００５３】
また、電池モジュール交換後のＳＯＣのバラツキは電池モジュール間の劣化の違いによっても影響する。異常電池モジュール１１ｂを交換する際に、他の電池モジュール１１ａ、１１ｃ〜１１ｌの容量は経時劣化により減少している。そのため、新品の電池モジュール１１の電圧−ＳＯＣ特性と、残りの電池モジュール１１の電圧−ＳＯＣ特性は異なる。図６は、電池モジュール１１のＳＯＣに対する電圧特性を示すグラフである。グラフａは劣化前の電池モジュール１１の特性を示しており、グラフｂは劣化後の電池モジュールの特性を示している。
【００５４】
例えば、残りの電池モジュール１１の電圧（平均電圧）と新品の電池モジュール１１の電圧が、ＳＯＣの低い領域内の電圧で合わせたとする。このような場合に、各電池モジュール１１の特性は図６に示すようになる。なお、ＳＯＣＬは電池使用可能範囲の下限値を示しており、ＳＯＣＨは電池使用可能範囲の上限値を示している。
【００５５】
図６に示すように、ＳＯＣの低い領域で電圧を合わせた場合には、ＳＯＣの高い領域で、電池モジュール１１間の電圧差（ΔＶ）が大きくなる。一般的に、二次電池はＳＯＣの高い範囲で使用されることが多いため、ＳＯＣの高い領域における電圧のバラツキは避けた方がよい。そのため、本例において、ダミーモジュール４０を電池パック１０内に組み込んだ状態で、電池モジュール１１の電圧を調整する際に、目標電圧は、高いＳＯＣ領域の電圧に設定され、例えば電池使用可能範囲の上限値（ＳＯＣＨ）に設定されている。
【００５６】
充電コントローラ２０は、電池モジュール１１の電圧が目標電圧に達すると、急速充電器１００に対して充電停止の指令を送信しつつ、電池モジュール１１の充電を停止し、また車載のディプレイ等に充電終了の旨を表示する。
【００５７】
上記のように、電池モジュール１１の充電中、ダミーモジュール４０は、異常ない電池モジュール１１と同様な出力電圧特性をとるため、電池モジュール１１とダミーモジュール４０の電圧のバランスが保持できる。バッテリコントローラ１２は、ダミーモジュール４０を、異常の電池モジュール１１として誤って検出しないため、電池モジュール充電装置１は、目標電圧まで電池モジュール１１を充電できる。
【００５８】
そして、ダミーモジュール４０が電池パック１０内から取り出され、新品の電池モジュール１１が電池パック１０に組み込まれる。このとき、新品の電池モジュール１１の電圧が目標電圧より低い場合は、新品の電池モジュール１１は別の充電装置により目標電圧まで充電された後に、電池パック１０内に組み込まれる。
【００５９】
次に、図７を用いて、本例の電池モジュール充電装置１の制御手順を説明する。図７は、電池モジュール充電装置１の制御手順を示すフローチャートである。なお、以下に説明する制御フローは、異常電池モジュールが発見され、電池パック１０内から取り出された後に、残りの電池モジュール１１の電圧を調整する際のフローである。
【００６０】
ステップＳ１にて、充電コントローラ２０は、バッテリコントローラ１２と通信を行い、ダミーモジュール４０が電池モジュール１１に接続されているか否かを判定する。ダミーモジュール４０と電池モジュール１１との間の接続状態の確認について、例えば、ダミーモジュール４０とバッテリコントローラ１２との間で通信可能な状態となった場合に、充電コントローラ２０は、ダミーモジュール４０が接続されたと判定すればよい。また、ダミーモジュール４０が電池パック１０内に組み込まれた場合には、電池モジュール１１ａ、１１ｃ〜１１ｆの間が電気的に導通することになるため、充電コントローラ２０は、電池モジュール１１ａ、１１ｃ〜ｆの電圧に基づいて、ダミーモジュール１０の接続状態を確認してもよい。そして、ダミーモジュール４０が接続されるまで、ステップＳ１の制御が繰り返される。
【００６１】
ダミーモジュール４０が接続されている場合には、ステップＳ２にて、充電コントローラ２０は、バッテリコントローラ１２から電池モジュール１１の電圧を取得することで、電池モジュール１１の電圧を検出する。ステップＳ３にて、充電コントローラ２０は、電池モジュール１１の検出電圧に基づき、電池モジュール１１の充電に適した充電電力を設定する。
【００６２】
ステップＳ４にて、充電コントローラ２０は、電池モジュール１１に対して充電電力が供給されるように、充電開始の指令を急速充電器１００に送信しつつ、開閉器２１をオンにする。これにより、充電が開始される。
【００６３】
ステップＳ５にて、バッテリコントローラ１２は、電池モジュール１１の電圧を検出し、検出結果を充電コントローラ２０及びダミーモジュールコントローラ４６に出力する。ステップＳ６にて、ダミーモジュールコントローラ４６は、電池モジュール１１の平均電圧を演算する。
【００６４】
ステップＳ７にて、ダミーモジュールコントローラ４６は、ダミーモジュール４０の出力電圧を平均電圧に設定し、設定した出力電圧の指令値をコンバータコントローラ４５に出力する。ステップＳ８にて、コンバータコントローラ４５は、指令値に応じて、設定された出力電圧がコンバータ４１から出力されるように、コンバータ４１を制御する。
【００６５】
ステップＳ９にて、充電コントローラ２０は、電池モジュール１１の電圧が目標電圧以上になったか否かを判定する。電池モジュール１１の電圧が目標電圧未満である場合には、ステップＳ５に戻る。電池モジュール１１の電圧が目標電圧以上である場合には、ステップＳ１０にて、充電コントローラ２０は充電停止の指令を急速充電器１００に送信して、充電を終了させて、本例の制御フローが終了する。
【００６６】
上記のように、本例の電池モジュール充電装置１は、電池モジュールをうち異常電池モジュールの代わりとなるダミーモジュール４０が異常電池モジュールと交換され、複数の電池モジュールのうち他の残りの電池モジュール１１に、ダミーモジュール４０を接続した状態で、残りの電池モジュール１１及びダミーモジュールに電力を出力して二次電池を充電する。また、本例は、複数の電池モジュール以外の他の電源から電力の供給を受けて、残りの電池モジュール１１に電圧を出力するように、ダミーモジュール４０を構成する。これにより、電池パック１０内に含まれる電池モジュール１１に対して一括して電力を供給して充電することができるため、電池モジュール１１の充電時間が短くなり、電池モジュール１１を交換する際、電圧の調整時間を短縮化できる。
【００６７】
本発明とは異なりダミーモジュール４０ではなく、単にサーミスタ等の抵抗を、異常電池モジュールの位置に接続して、残りの電池モジュール１１を充電することも考えられる。しかしながら、抵抗を接続した部分の電圧は、接続した抵抗の抵抗値と電流に依存する。そのため、充電の初期段階で、残りの電池モジュール１１の電圧が低いときには、接続した抵抗の電圧が残りの電池モジュール１１の電圧よりも高くなってしまう。また、充電の後期段階で定電圧充電が行われ、充電電流が減少した場合には、接続した抵抗の電圧が、残りの電池モジュール１１の電圧よりも小さくなってしまう。すなわち、接続した抵抗の電圧変化と残りの電池モジュールの電圧変化が異なってしまい電池モジュール１１の充電精度が悪くなってしまう。
【００６８】
一方、本発明のダミーモジュール４０は、急速充電器１００からの入力電圧に応じて、出力電圧を制御している。そのため、充電により残りの電池モジュール１１の電圧が変わった場合に、ダミーモジュール４０は出力電圧を残りの電池モジュール１１の電圧に合わせることができ、充電中の電池パック１０内の電圧のバランスを保持できる。その結果として、電池モジュール１１の充電精度が向上する。
【００６９】
また本発明とは異なり、ダミー用のモジュールの電源を残りの電池モジュール１１から供給するような構成も考えられる。このような構成では、電池モジュール１１の充電中、残りの電池モジュール１１とダミー用のモジュールの電圧がバランスを保つためには、ダミー用のモジュールの出力電圧が変化しなければならない。しかしながら、ダミー用のモジュールにおいて、出力電圧が変動すると、電源となっている残りの電池モジュール１１の電圧も変動することになる。そのため、結果としてモジュール間の電圧のバランスが保持できないことになり、電池モジュール１１の充電精度が悪くなってしまう。
【００７０】
一方、本発明の電池モジュール充電装置１は、他の電池モジュールからダミーモジュール４０に対してエネルギー（電力）を供給し、かつ、エネルギーをダミーモジュール４０から他の電池モジュールに供給するような構成とはなっておらず、外部の充電装置（急速充電器１００に相当）を、ダミーモジュール４０への電力の供給源としている。そのため、ダミーモジュール４０の出力電圧は、残りの電池モジュール１１の電圧に影響されず、充電中、モジュール間の電圧のバランスを保持することができ、電池モジュール１１の充電精度が向上する。
【００７１】
また本発明において、ダミーモジュール４０は、充電中、残りの電池モジュール１１の電圧を取得し、残りの電池モジュール１１の平均電圧を出力電圧としている。劣化度の違い等により、複数の電池モジュール１１間で電圧のバラツキがあった場合に、ダミーモジュール４０の出力電圧は、バラツキによる残りの電池モジュール１１の電圧幅の中心付近に設定できる。これにより、充電中、モジュール間の電圧バランスを保つことができるため、電池モジュール１１の充電精度が向上する。
【００７２】
なお本発明の電池モジュール充電装置１は、異常の電池モジュール１１の代わりにダミーモジュール４０を接続した状態で、普通充電を用いて残りの電池モジュール１１の充電を行ってもよい。
【００７３】
図８は、普通充電時の電池モジュール充電装置１の接続状態を説明するためのブロック図である。なお、図８に示す点線は、電気的に導通していない状態を表している。普通充電の際には、普通充電用のケーブル２００のコネクタ２０１が普通充電ポート３２に差し込まれる。なお、ケーブル２００の先端部分のコンセントは、例えば家庭用の交流電源に接続される。充電コントローラ２０は開閉器２１をオフにする。また充電コントローラ２０は、充電器２２を制御して、電池パック１０に対して電力を出力する。このとき、ダミーモジュール４０は、充電コントローラ２０から出力された電力が供給されるように、配線で接続されている。これにより、ダミーモジュール４０は、普通充電時も、残りの電池モジュール以外の電源から電力の供給を受けて、残りの電池モジュール１１に電圧を出力する。
【００７４】
なお、本発明の変形例として、図９に示すように、ダミーモジュール４０の電源用の配線１７ａ、１７ｂが、ダミーモジュール４０と充電器２２との間に接続されていてもよい。
【００７５】
図９は、本発明の変形例に係る電池モジュール充電装置のブロック図である。なお、図９に示す点線は電気的に導通していない状態を表している。充電器２２は、電池モジュール１１を充電するための出力と、ダミーモジュール４０へ電力を供給するための出力とを切り替えるように構成されている。そして、ダミーモジュール４０へ電力を供給するための、充電器２２の出力には、配線１７ａ、１７ｂが接続されている。図９に示すように、急速充電器１００と普通充電用のケーブル２００が各ポートに接続されている状態で、充電コントローラ２０は、急速充電器１００の電力を電池モジュール１１に出力し、普通充電用のケーブル２００から入力される電力をダミーモジュール４０に出力する。これにより、ダミーモジュール４０は、急速充電時も、残りの電池モジュール以外の普通充電用の電源から電力の供給を受けて、残りの電池モジュール１１に電圧を出力する。
【００７６】
なお本発明の変形例として、図１０に示すように、ダミーモジュール４０は商用電源３００をダミーモジュール４０の電源として電力の供給を受けてもよい。図１０は本発明の変形例に係る電池モジュール充電装置のうち、ダミーモジュール４０のブロック図である。図１０に示すように、ダミーモジュール４０はコンバータ４１の他に、ＡＣ／ＤＣコンバータ４７を備えている。ＡＣ／ＤＣコンバータ４７は、コンバータ４１の電源側と商用電源３００との間に接続されている。ＡＣ／ＤＣコンバータは、商用電源３００から入力される交流電力を直流に変換して、コンバータ４１の電源側に出力する。
【００７７】
変形例に係る電池モジュール充電装置１は、商用電源３００を、ダミーモジュール４０への電力の供給源としている。そのため、ダミーモジュール４０の出力電圧は、残りの電池モジュール１１の電圧に影響されず、充電中、モジュール間の電圧のバランスを保持することができ、電池モジュール１１の充電精度が向上する。さらに、ダミーモジュール４０が、充電電流によるリップル電圧やノイズの影響を受けることを防ぐ。
【００７８】
なお、ダミーモジュール４０が本発明の「代用モジュール」に相当する。
【００７９】
《第２実施形態》
図１１は、発明の他の実施形態に電池モジュール充電装置のブロック図である。本例では上述した第１実施形態に対して、新品の電池モジュール１１用の配線１９を設けている点が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであり、その記載を援用する。なお、図１１に示す点線は、電気的に導通していない状態を表している。
【００８０】
配線１９の一端は充電器２２の出力側に接続されており、配線１９の他端は新品の電池モジュール１１と接続できるように構成されている。充電器２２は、普通充電ポート３２から入力された交流電力を変換し、変換した電力を電池パック１０内の電池モジュール１１に出力する。また、充電器２２は変換した電力を配線１９に出力する。充電器２２は、電池パック１０内の電池モジュール１１への出力と、配線１９への出力とを切り替えできるよう、構成されている。
【００８１】
そして、新品の電池モジュール１１が配線１９に接続されている。ダミーモジュール４０が、電池パック１０内に組み込まれ、残りの電池モジュール１１と接続されている。このような接続状態で、充電コントローラ２０は、急速充電器１００の電力を電池パック１０内の電池モジュール１１及びダミーモジュール４０に供給することで、電池パック１０内の電池モジュール１１を充電する。また、充電コントローラ２０は普通充電用のケーブル２００から入力される電力を充電器２２で変換し、変換された電力を新品の電池モジュール１１に出力することで、新品の電池モジュール１１を充電する。
【００８２】
これにより、本発明は、電池モジュール充電装置１以外の充電装置を用いなくても、新品の電池モジュール１１を充電することができる。
【００８３】
《第３実施形態》
図１２は、発明の他の実施形態に電池モジュール充電装置のブロック図である。本例では上述した第１実施形態に対して、充電器２２の構成の一部が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであり、その記載を援用する。
【００８４】
充電器２２は、急速充電器１００から開閉器２１を介して入力される電力を変換し、普通充電ポート３２から出力する変換回路を有している。充電器２２０は、普通充電時の動作回路と、急速充電器１００の電力を普通充電ポート３２に出力する時の動作回路とを切り替えることができる。
【００８５】
そして、新品の電池モジュール１１が充電ケーブル４００により普通充電ポート３２に接続されている。ダミーモジュール４０が、電池パック１０内に組み込まれ、残りの電池モジュール１１と接続されている。このような接続状態で、充電コントローラ２０は、急速充電器１００の電力を電池パック１０内の電池モジュール１１及びダミーモジュール４０に供給することで、電池パック１０内の電池モジュール１１を充電する。また、充電コントローラ２０は急速充電器１００の電力を充電器２２で変換し、変換された電力を新品の電池モジュール１１に出力することで、新品の電池モジュール１１を充電する。
【００８６】
これにより、本発明は、電池モジュール充電装置１以外の充電装置を用いなくても、新品の電池モジュール１１を充電することができる。また、商用電源がとれない場合でも、急速充電器１００があれば、新品の電池モジュール１１を充電できる。
【符号の説明】
【００８７】
１…電池モジュール充電装置
１０…電池パック
１１、１１ａ〜１１ｌ…電池モジュール
１２…バッテリコントローラ
１３…電圧検出線
１４ａ、１４ｂ、１７ａ、１７ｂ…電源線
１６…通信線
２０…充電コントローラ
２１…開閉器
２２…充電器
２３、２４、２５…配線
２６…通信線
４０…ダミーモジュール
４１…コンバータ
４５…コンバータコントローラ
４６…ダミーモジュール（ＤＭ）コントローラ
【図１】
2015154601.tif 000003
【図２】
2015154601.tif 000004
【図３】
2015154601.tif 000005
【図４】
2015154601.tif 000006
【図５】
2015154601.tif 000007
【図６】
2015154601.tif 000008
【図７】
2015154601.tif 000009
【図８】
2015154601.tif 000010
【図９】
2015154601.tif 000011
【図１０】
2015154601.tif 000012
【図１１】
2015154601.tif 000013
【図１２】
2015154601.tif 000014