(57)【要約】【課題】バランサ回路を設けることなく、各電池セル間の電圧のバラツキを低減できるようにした電気自動車用バッテリ充電装置を提供する。【解決手段】電気自動車１に搭載されるバッテリ装置２と、二次電池である複数の電池セル２１を電気的に接続し、バッテリ装置２に内蔵される組電池２７と、組電池２７に充電用電流を導通させうる電源３１と、組電池２７に充電用電流が導通する回路を、直列回路と並列回路とのいずれか一方に切り替える切り替え手段２２と、充電開始時には、組電池の電気的接続を直列回路にして充電用電流を導通させ、その後、組電池の電気的接続を並列回路にして充電用電流を導通させることで組電池を充電するように切り替え手段の作動を制御する制御手段２６，３４とを有して構成する。【選択図】        図１
2008278635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気自動車に搭載されるバッテリ装置と、
該バッテリ装置に内蔵され、二次電池である電池セルが複数個電気的に接続される組電池と、
該組電池に充電用電流を導通させうる電源と、
該組電池に該充電用電流が導通する回路を、直列回路と並列回路とのいずれか一方に切り替える切り替え手段と、
充電開始時には、該組電池の電気的接続を該直列回路にして該充電用電流を導通させ、その後、該組電池の電気的接続を該並列回路にして該充電用電流を導通させることで該組電池を充電するように該切り替え手段の作動を制御する制御手段とを有する
ことを特徴とする、電気自動車用バッテリ充電装置。
【請求項２】
該組電池を導通する電流値を検出する電流センサを有し、
該制御手段は、該直列回路で充電開始後、該電流センサにより検出された電流値が第１の所定値よりも小さくなると、該切り替え手段の作動を制御して該導通回路を該並列回路に切り替える
ことを特徴とする、請求項１記載の電気自動車用バッテリ充電装置。
【請求項３】
該第１の所定値は、該電源が該組電池に対して供給可能な最大の電流値を該組電池を構成する該電池セルの数量で割った値以下となるように設定されている
ことを特徴とする、請求項２記載の電気自動車用バッテリ充電装置。
【請求項４】
該組電池を該直列回路で充電を開始してから該導通回路が該並列回路に切り替えられるまでの時間を設定するスイッチ時期設定手段を有し、
該制御手段は、充電開始後、該スイッチ時期設定手段により設定された時間が経過すると、該切り替え手段の作動を制御して該導通回路を該並列回路に切り替える
ことを特徴とする、請求項１記載の電気自動車用バッテリ充電装置。
【請求項５】
該充電用電流の値を検出する電源電流センサと、
該電源電流センサにより検出された該充電用電流の値が第２の所定値よりも小さくなると、該充電用電流の供給を停止する電源制御装置とを有している
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気自動車用バッテリ充電装置。
【請求項６】
二次電池である複数の電池セルにより構成され、電気自動車に搭載されるバッテリ装置を充電するバッテリ充電方法であって、
充電開始時には、電源から供給される充電用電流を上記の複数の電池セルに直列に導通させる直列充電ステップと、
該直列充電ステップの後、該充電用電流を上記の複数の電池セルにそれぞれ並列に導通させる並列充電ステップとを有している
ことを特徴とする、電気自動車用バッテリ充電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車を駆動するための電力を蓄えるバッテリ装置を充電するバッテリ充電装置及びバッテリ充電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電動機の駆動力により走行する車両（即ち、電気自動車）に搭載されるバッテリ装置は、起電力が数ボルト程度の２次電池からなる複数の電池セルをそれぞれ直列に接続することにより、車両を好適に走行させるのに必要な電圧（通常、数百ボルト程度）を得るようになっている（例えば、特許文献１参照）。
ところが、このように複数の電池セルを直列に接続したバッテリ装置において、充放電サイクルを数多く繰り返すと、各電池セル間の温度状態や劣化状況の違い等に起因して各電池セル間の電圧にバラツキが生じやすくなるという課題が生じる。
【０００３】
バッテリ装置内の各電池セル間の電圧のバラツキが大きくなると、充電時には、各電池セル中最も電圧の高い電池セルが、充電により許容可能な上限電圧を超えないようにバッテリ装置に充電する電力量を制限する必要がある。
反対に放電時には、各電池セル中最も電圧の低い電池セルが、許容可能な下限電圧を下回ることがないようにバッテリ装置から放電する電力量を制限する必要がある。
【０００４】
このように、バッテリ装置内の各電池セル間の電圧にバラツキが大きくなると、結果的にバッテリ装置の実質的な充電容量が低下してしまう。
このため、従来、電気自動車に搭載されるバッテリ装置には、各電池セル間に電圧差が生じないように、電圧が低い電池セルに対しては充電を行うとともに、電圧が高い電池セルから放電を行う機能を有するバランサ回路が設けられている。そして、バッテリ装置にバランサ回路を設けることによりバッテリ装置内の各電池セル間の電圧を均等化することができ、バッテリ装置の実質的な充電容量が低下を抑制することができる。
【特許文献１】特開平８−３４０６４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、バランサ回路は、回路の構成及び制御が複雑であるため、バランサ回路の設置によりコストが増大してしまう。また、バランサ回路の制御誤差等が生じた場合には各電池セル間の電圧を精度良く均等化させることができないという課題もある。
さらに、バランサ回路によってバッテリ装置内の各電池セル間の電圧の均等化を行うためには、バランサ回路を作動させるための電力が必要となり、これらが電気自動車のエネルギ効率の低下の一因となっている。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑み創案されたもので、電気自動車に搭載されるバッテリ装置を充電する際に、バランサ回路を設けることなく、各電池セル間の電圧のバラツキを低減できるようにした電気自動車用バッテリ充電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するために、本発明の電気自動車用バッテリ充電装置（請求項１）は、電気自動車に搭載されるバッテリ装置と、該バッテリ装置に内蔵され、二次電池である電池セルが複数個電気的に接続される組電池と、該組電池に充電用電流を導通させうる電源と、該組電池に該充電用電流が導通する回路を、直列回路と並列回路とのいずれか一方に切り替える切り替え手段と、充電開始時には、該組電池の電気的接続を該直列回路にして該充電用電流を導通させ、その後、該組電池の電気的接続を該並列回路にして該充電用電流を導通させることで該組電池を充電するように該切り替え手段の作動を制御する制御手段とを有することを特徴としている。
【０００８】
２次電池としてはリチウムイオン電池が好ましい。また２次電池の充電手法は、充電初期には比較的大きい電流による定電流を導通して電流を行い、充電後期には徐々に充電用電流を漸減させて、充電する２次電池の電圧が略一定となるように充電を行う定電流定電圧充電により行うことが好ましい。
該組電池を導通する電流値を検出する電流センサを有し、該制御手段は、該直列回路で充電開始後、該電流センサにより検出された電流値が第１の所定値よりも小さくなると、該切り替え手段の作動を制御して該導通回路を該並列回路に切り替えることが好ましい（請求項２）。
【０００９】
また、該第１の所定値は、該電源が該組電池に対して供給可能な最大の電流値を該組電池を構成する該電池セルの数量で割った値以下となるように設定されていることが好ましい（請求項３）。
また、該組電池を該直列回路で充電を開始してから該導通回路が該並列回路に切り替えられるまでの時間を設定するスイッチ時期設定手段を有し、該制御手段は、充電開始後、該スイッチ時期設定手段により設定された時間が経過すると、該切り替え手段の作動を制御して該導通回路を該並列回路に切り替えることが好ましい（請求項４）。
【００１０】
該充電用電流の値を検出する電源電流センサと、該電源電流センサにより検出された該充電用電流の値が第２の所定値よりも小さくなると、該充電用電流の供給を停止する電源制御装置とを有していることが好ましい（請求項５）。
また、本発明の電気自動車用バッテリ充電方法（請求項６）は、二次電池である複数の電池セルにより構成され、電気自動車に搭載されるバッテリ装置を充電するバッテリ充電方法であって、充電開始時には、電源から供給される充電用電流を上記の複数の電池セルに直列に導通させる直列充電ステップと、該直列充電ステップの後、該充電用電流を上記の複数の電池セルにそれぞれ並列に導通させる並列充電ステップとを有していることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電気自動車用バッテリ充電装置（請求項１）及びバッテリ充電方法（請求項６）によれば、充電初期は、直列回路に充電用電流が導通されることにより、各電池セルが大電流を急速に充電することができ、その後、並列回路に充電用電流を導通させることにより各電池セルに同一の電圧が印可されることとなり、バランサ回路を別に設けることなく、シンプルな構成により電池セル間の電圧のバラツキを精度良く低減することができる。
【００１２】
これにより、バランサ回路を作動させるための電力も不要となるためエネルギ効率を向上させることができる。
本発明の電気自動車用バッテリ充電装置（請求項２）によれば、例えば、定電流定電圧充電を行う際には、充電前半は、定電流充電が行われるため直列回路を導通する電流値は略一定であるが、複数の電池セルのうちいずれか１つが所定電圧値に達した後の充電後半には、定電圧充電が行われ直列回路を導通する電流値は徐々に低下するように制御される。
【００１３】
この低下した電流値が第１の所定値よりも小さくなった場合に並列回路に充電用電流を導通させることにより、充電末期付近まで直列回路に充電用電流を導通することができ、できるだけ各電池セルを速やかに充電することができる。また、並列回路に充電用電流を導通させることにより、バランサ回路を別に設けることなく、電池セル間の電圧のバラツキを低減することができる。
【００１４】
本発明の電気自動車用バッテリ充電装置（請求項３）によれば、並列回路に充電用電流を導通させることに起因して充電速度が低下することがないため、速やかにバッテリの充電を完了することができる。
即ち、充電手法として定電流定電圧充電を行う際には、充電前半など、組電池に十分な電流が導通されている状態において、組電池の電気的接続を直列回路から並列回路に切り替えると、該電源からの供給電流値に対して各電池セルに供給される電流の値は該電源からの供給電流値を電池セルの個数で除算した値にまで低下してしまう。これにより、各電池セルの充電速度が低下することになる。
【００１５】
そこで、組電池を導通する電流値が、電源が組電池に対して供給可能な最大の電流値を電池セルの数量で割った値以下となってから、組電池の電気的接続を直列回路から並列回路に切り替えることにより、各電池セルに導通する電流の値が減少することがなく、充電速度が低下することなく速やかにバッテリの充電を完了することができる。
本発明の電気自動車用バッテリ充電装置（請求項４）によれば、充電開始から直列回路に充電用電流を導通する時間を適宜設定することにより、状況に応じて最適なバッテリ充電を行うことができる。即ち、充電開始から直列回路に充電用電流を導通する時間を長く設定すれば、その分だけバッテリの充電時間を短縮することができる。一方、充電開始から直列回路に充電用電流を導通する時間を短く設定すれば、各電池セル間の電圧のバラツキをより精度よく低減することができるとともに、充電時に各電池セルで発生する熱を低減することができ、長期的にバッテリ装置の高寿命化を図ることができる。
【００１６】
本発明の電気自動車用バッテリ充電装置（請求項５）によれば、バッテリ装置が満充電であることを検知することにより、各電池セルが過剰に充電されることによる破損等の不具合を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１〜図６は、いずれも本発明の一実施形態に係る電気自動車用バッテリ充電装置及び方法を説明するためのものであって、図１はバッテリ装置及び電源装置の構造を模式的に示す図、図２は、バッテリ装置を搭載する電気自動車の概略構成を示す模式図、図３は直列接続時におけるバッテリ装置及び電源装置の構造を模式的に示す図、図４は並列接続時におけるバッテリ装置及び電源装置の構造を模式的に示す図、図５はバッテリ装置の充電手順を示すフローチャート、図６はバッテリ装置の充電率に対する充電用電流の電流値を示すグラフである。
【００１８】
図２に示すように、車両（電気自動車）１は、バッテリ装置２及び走行駆動用モータ（電動機）３を有している。
走行駆動用モータ３は、車両１のリヤアクスル上に設けられ、導線ケーブル４及び図示しないモータコントロールユニットを介してバッテリ装置２と電気的に接続されている。
そして、車両１の走行時には、バッテリ装置２から走行要求に応じた電力が供給されることにより、走行駆動用モータ３が駆動されこの駆動力により車両１が走行するようになっている。また、車両１の回生制動時には走行駆動用モータ３により回生電力が発電され、この回生電力をバッテリ装置２に充電しうるようになっている。
【００１９】
車両１の外部には、電源装置６が設置されており、電源装置６と車両１内のバッテリ装置２の図示しない接続端子に導線ケーブル７を接続することにより、電源装置６とバッテリ装置２とが電気的に接続されるようになっている。
次に、図１を参照して、バッテリ装置２及び電源装置６の詳細な構成について説明する。
【００２０】
図１に示すように、電源装置６は電力供給装置（電源）３１，電流センサ３２及び入力装置３３を有して構成されている。
入力装置３３には、電源装置６のオンオフスイッチの他、充電開始指令，スイッチ電流値（第１の所定値）Ｉ0，充電完了電流値（第２の所定値）Ｉｅ等バッテリ装置２の充電にかかる指令及び各種設定を入力できるようになっている。
【００２１】
また、電力供給装置３１には、コンピュータ等の演算装置により構成される電源制御装置（制御手段）３４が内蔵されている。そして、入力装置３３に入力された入力情報は電力供給装置３１の電源制御装置３４に送られるようになっている。なお、スイッチ電流値Ｉ0，充電完了電流値Ｉｅの詳細な説明については後述する。
電力供給装置３１は、バッテリ装置２を充電するための充電用電流を出力できるように構成されており、充電用電流の出力は電源制御装置３４によって制御されるようになっている。
【００２２】
電流センサ３２は、導線ケーブル７を導通する電流値を検出するように構成されており、電流センサ３２が検出した電流値Ｉｒ（これは、電力供給装置３１から出力される充電用電流の電流値に等しいため、以下充電用電流値Ｉｒという）は電源制御装置３４に入力されるようになっている。なお、導線ケーブル７は後述する直列回路及び並列回路の一部を形成しており、電流センサ３２は後述する組電池２７を導通する電流値を検出しうるようになっている。つまり、電流センサ３２は、組電池２７の電流値を検出する電流センサと充電用電流の電流値を検出する電源電流センサとを兼ねている。
【００２３】
一方、バッテリ装置２は、複数の電池セル２１を電気的に接続した組電池２７と、組電池２７の各電池セル２１の電気的接続を切り替える複数のスイッチ（切り替え手段）２２とバッテリ制御装置（制御手段）２６とを有して構成されている。
なお、図１では図面を簡略化するために電池セル２１及びスイッチ２２の個数を大幅に減らして図示しているが、実際には、電池セル２１及びスイッチ２２は、バッテリ装置２の内部に百個程度配設されている。なお、ここでは電池セル２１が百個配設されている。
【００２４】
各電池セル２１を構成する２次電池としては、単位質量当たりの充電容量が優れているという点からリチウムイオン電池が用いられている。
各スイッチ２２は、切替用端子２３，直列側端子２４及び並列側端子２５とから構成されており、切替用端子２３により直列側端子２４及び並列側端子２５との電気的接続が切り替えられるようになっている。
【００２５】
そして、図３に示すように、各スイッチ２２の切替用端子２３がいずれも直列側端子２４に接続された場合（以下、直列接続という）には、電力供給装置３１と各電池セル２１とがそれぞれ電気的に直列に接続された直列回路が形成されるようになっている。なお、図３では、理解容易のために直列回路部分（充電用電流が導通しうる導線）を太線で図示している。
【００２６】
また、図４に示すように、各スイッチ２２の切替用端子２３がいずれも並列側端子２５に接続された場合（以下、並列接続という）には、電力供給装置３１に対して各電池セル２１がそれぞれ電気的に並列に接続された並列回路が形成されるようになっている。なお、図４では、理解容易のために並列回路部分（充電用電流が導通しうる導線）を太線で図示している。
【００２７】
そして、各スイッチ２２の切替動作は、電源制御装置３４からの入力信号に基づいて、バッテリ制御装置２６によって制御されるようになっている。
なお、バッテリ２内には各電池セル２１毎の電圧を検知する図示しない複数の電圧センサが配設されており、バッテリ制御装置２６は、各電池セル２１うち最も電圧が高い電池セル２１（以下最高セルという）の電圧が、電池セル２１の適正電圧の上限値近傍となるように予め設定されたＶmaxに達した場合にはその旨の信号を電源制御装置３４に入力するようになっている。
【００２８】
ここで、各スイッチ２２の切替動作についてより具体的に説明すると、電源制御装置３４は、入力装置３３から充電開始の指令情報を受信すると、各スイッチ２２を直列接続とする旨の信号をバッテリ制御装置２６に発するように構成されている。
電源制御装置３４は、図６に示すように充電前半には、定電流（初期電流値Ｉｍ）にてバッテリ２に充電用電流を供与して充電を行い（定電流充電）、充電開始から時点Ｔ以降は充電用電流値Ｉｒを徐々に低下（漸減）させるように設定されている。
【００２９】
なお、この時点Ｔは、最高セル２１の電圧がＶmaxに達した旨の信号が電源制御装置３４に入力された時点となるように設定されている。
即ち、時点Ｔ以降は、最高セル２１の電圧がＶmax近傍となるようにバッテリ２に充電用電流を徐々に低減させて充電を行うように設定されている（定電圧充電）。
この、定電圧充電についてより詳細に説明すると、電池セル２１に充電用電流が導通している場合には、各電池セル２１の内部抵抗と充電用電流との関係からオームの法則に従って、各電池セル２１の端子間に電位差が生じる。
【００３０】
つまり、充電時における最高セルの電圧の検知結果は、非充電時における電圧よりも大きくなる。
即ち、充電時に最高セル２１の電圧がＶmaxに達したとしても、実際には最高セル２１はさらに充電するだけの余裕がある状態である。
ただし、電池セル２１の電圧が過度に上昇すると電池セル２１の破損等の原因となりうる。このため、充電装置制御装置３４は、最高セル２１の電圧の検出値ＶｃがＶmax近傍で略一定となるように、充電用電流値Ｉｒを徐々に低下（漸減）させるような充電制御（即ち、定電圧充電）を行うように設定されている。
【００３１】
そして、電源制御装置３４は、充電開始後、電流センサ３２から入力される充電用電流値Ｉｒがスイッチ電流値Ｉ0よりも小さくなると、各スイッチ２２を直列接続から並列接続に切り替える旨の信号をバッテリ制御装置２６に発信するように構成されている。
つまり、スイッチ電流値Ｉ0は、各スイッチ２２を直列接続から並列接続に切り替えるための閾値となる電流値である。
【００３２】
スイッチ電流値Ｉ0は、入力装置３３により設定できるようになっており、入力装置にはスイッチ電流値Ｉ0の設定可能範囲が規定されている。なお、スイッチ電流値Ｉ0の設定可能範囲は、後述する充電完了電流値Ｉｅから最大の電流値Ｉfまでの範囲（Ｉｅ＜Ｉ0＜Ｉf）となるように設定されている。
本実施形態では、スイッチ電流値Ｉ0は、電力供給装置３１がバッテリ２側に組電池に対して供給可能な最大の電流値Ｉfを組電池２７を構成する電池セル２１の数量（ここでは、１００）で割った値Ｉf／１００以下となるように予め設定されている。なお、上述の初期電流値Ｉｍは、最大の電流値Ｉfに略等しくなるように設定されている。
【００３３】
また、電源制御装置３４は、電流センサ３２から入力される充電用電流値Ｉｒが充電完了電流値Ｉｅ（Ｉｅ＜Ｉ0）よりも小さくなると、電力供給装置３１からの充電用電力の供給を停止させるように設定されている。
つまり、充電完了電流値Ｉｅはバッテリ装置２が満充電に達したか否かを判定するための閾値となる電流値であり、バッテリ装置２の過充電を防止しうる値に設定されている。
【００３４】
次に、図５のフローチャートを参照してバッテリ装置２の充電手順について説明する。
まず、バッテリ装置２の充電前の準備として、バッテリ装置２の接続端子に導線ケーブル７を接続して、電源装置６とバッテリ装置２とを電気的に接続する。
そして、ステップＳ１００として、充電作業者が入力装置３３に充電開始の指令情報を入力する。電源制御装置３４は入力装置３３からの電開始の指令情報を受けて、各スイッチ２２を直列接続にする旨の信号を送出し、バッテリ制御装置２６が、バッテリ装置２の各スイッチ２２を直列接続に切り替える。その後、電源制御装置３４の指令信号に基づき電力供給装置（電源）３１の電圧がバッテリ装置２に印可される。これによりバッテリ装置２の各電池セル２１が直列に接続された状態で充電される（直列充電ステップ）。
【００３５】
次に、ステップＳ１１０に進み、電源制御装置３４により、充電用電流値Ｉｒとスイッチ電流値Ｉ0との大小関係が比較される。そして、充電用電流値Ｉｒがスイッチ電流値Ｉ0以上である場合には、ステップＳ１００に戻り、直列接続の状態での充電が継続される。
一方、充電用電流値Ｉｒがスイッチ電流値Ｉ0よりも小さい場合には、ステップＳ１２０に進み、電力供給装置３１による充電用電流の供給を停止させる。
【００３６】
続いてステップＳ１３０に進み、各スイッチ２２を直列接続から並列接続に切り替える旨の信号が送出され、バッテリ制御装置２６により、バッテリ装置２の各スイッチ２２が並列接続に切り替えられる。
その後、ステップＳ１４０に進み、電力供給装置３１から充電用電流を出力させる。これにより、バッテリ装置２の各電池セル２１がそれぞれ並列に接続した状態で充電される（並列充電ステップ）。
【００３７】
次に、ステップＳ１５０において、充電用電流値Ｉｒと充電完了電流値Ｉｅとの大小関係が比較される。そして、充電用電流値Ｉｒが充電完了電流値Ｉｅ以上である場合には、ステップＳ１４０に戻り、並列接続の状態での充電が継続される。
一方、充電用電流値Ｉｒが充電完了電流値Ｉｅよりも小さい場合には、ステップＳ１６０に進み、電源制御装置３４はバッテリ装置２が満充電の状態であると判断して、電力供給装置３１による充電用電流の供給を停止させる。これにより、バッテリ装置２の充電が完了する。
【００３８】
本発明の一実施形態にかかる電気自動車用バッテリ充電装置及び方法はこのように構成されているので、以下のような作用及び効果を奏する。
直列接続の状態で充電が行われる際には、各電池セル２１にそれぞれ等しく充電用電流値Ｉｒの電流が導通される（ステップＳ１００）。
このとき、図６に示すように、充電開始後、バッテリ装置２の充電率が十分に小さい場合には、充電用電流値Ｉｒは、電力供給装置３１がバッテリ装置２に供給可能な最大の電流値である最大電流値Ｉｍとなり、各電池セル２１にはこの最大電流値Ｉｍが等しく供給されるため各電池セル２１は急速に充電される。
【００３９】
その後、時点Ｔ以降は、電源制御装置３４が充電用電流値Ｉｒを徐々に低減させる。
そして、時点Ｔ以降、充電用電流値Ｉｒの低下が進行して充電用電流値Ｉｒがスイッチ電流値Ｉ0よりも小さくなると、電源制御装置３４は一旦、バッテリ装置２への充電用電流の供給を停止させる（ステップＳ１２０）。
これは、充電用電流を導通させた状態のまま、各スイッチ２２を切り替えると、回路の短絡や過大な突入電流等が生じ、バッテリ充電装置が破損することが考えられるためであり、このような事態を回避するためである。
【００４０】
各スイッチ２２を直列接続から並列接続に切り替えて、再び充電用電流の供給を開始する（ステップＳ１３０，Ｓ１４０）。
そして、並列接続の状態で充電が行われる際には、各電池セル２１にそれぞれ等しい電圧が印可される。このため、未だ満充電に達していない電池セル２１には、比較的大きな電流が導通される一方、ほぼ満充電に達している電池セル２１には、ほとんど電流が導通されることはない。
【００４１】
つまり、並列接続の状態で充電が行われる間は、個々の電池セル２１の充電状態に応じて個々の電池セル２１を導通する電流が調整されるため、各電池セル２１間の充電状態のバラツキが均されることになる。
このように、本発明の一実施形態にかかる電気自動車用バッテリ充電装置及び充電方法によれば、充電開始後、バッテリ装置の充電率ＳＯＣが十分に低い状態では、各電池セル２１に等しく大きな電流である最大電流値Ｉｍを供給するので、各電池セル２１を急速に充電することができる。
【００４２】
そして、充電末期付近になり、充電用電流値Ｉｒがスイッチ電流値Ｉ0よりも小さくなると、各スイッチ２２を直列接続から並列接続に切り替えて並列回路に充電用電流を導通させるので、各電池セル２１に等しい電圧が印可されることになり、個々の電池セル２１の充電状態に応じて、個々の電池セル２１に導通される電流が調整され、バッテリ装置２内にバランサ回路を別に設けることなく、シンプルな構成で各電池セル２１間の充電状態をより均等にして各電池セル２１間の電圧のバラツキを精度良く低減することができる。
【００４３】
また、バランサ回路が不要となるため、バランサ回路を作動させるための電力も不要となり、バッテリ充電装置全体としてのエネルギ効率を向上させることができる。
本実施形態では、スイッチ電流値Ｉ0がＩf／１００以下となるように予め設定されているので、組電池２７の電気的接続を直列回路から並列回路に切り替えても各電池セル２１に導通される電流値が減少することがなく、充電速度が低下することなく速やかにバッテリの充電を完了することができる。
【００４４】
また、入力装置３３により、スイッチ電流値Ｉ0の値を小さく設定することにより、バッテリ装置２をより早く充電完了させることができる反面、並列接続の状態での充電時間が短くなるため、各電池セル２１間の電圧を均等化するための期間が短くなり、各電池セル２１間の電圧のバラツキを均等化する効果は比較的小さくなる。
反対に、スイッチ電流値Ｉ0の値を大きく設定した場合には、並列接続の状態での充電により各電池セル２１間の電圧を均等化するための時間が長くなるため、各電池セル２１間の電圧を高い精度で均等化することができる。また、並列接続の状態で充電する場合には、個々の電池セル２１を導通する電流値が比較的小さいため、個々の電池セル２１を充電する際に発生する熱量が小さくて済み、長期的には各電池セル２１の寿命の向上につながるという効果が得られる。
【００４５】
次に、上述の実施形態の変形例について説明する。なお、本変形例においては、充電にかかる手順等を除いては上述の実施形態のものと同様であり、同様の箇所については説明を省略し、同様の部材については同符号を用いて説明する。
本変形例では、充電開始に先立ち、入力装置３３にスイッチ電流値Ｉ0を設定する替わりに、充電開始から各スイッチ２２を直列接続から並列接続に切り替えるまでの時間であるスイッチ時間Ｔ0を設定するようになっている。即ち、ここでは、入力装置３３がスイッチ時期設定手段として機能する。
【００４６】
電源制御装置３４は、充電開始後からスイッチ時間Ｔ0だけ充電時間Ｔｒが経過した場合には、各スイッチ２２を直列接続から並列接続に切り替えるように設定されている。
つまり、ここではスイッチ時間Ｔ0は、各スイッチ２２を直列接続から並列接続に切り替えるための閾値となる時間である。
即ち、スイッチ時間Ｔ0を長く設定することにより、直列接続の状態での充電時間が長くなるため、バッテリ装置２をより早く充電完了させることができる反面、並列接続の状態での充電時間が短くなるため、各電池セル２１間の電圧を均等化するための時間が短くなり、各電池セル２１間の電圧のバラツキを均等化する効果は比較的小さくなる。
【００４７】
反対に、スイッチ時間Ｔ0を短めに設定すれば、各電池セル２１間の電圧を均等化するための時間が長くなるため、各電池セル２１間の電圧を高い精度で均等化することができる。また、並列接続の状態で充電する場合には、個々の電池セル２１を導通する電流値が比較的小さいため、個々の電池セル２１を充電する際に発生する熱量が小さくて済み、長期的には各電池セル２１の寿命の向上につながる。
【００４８】
その一方、スイッチ時間Ｔ0を短めに設定した場合、直列接続の状態での充電時間が短くなるため、各電池セル２１に最大電流値Ｉｍの電流を導通させる時間が短くなり、バッテリ装置２を充電完了させるために比較的多くの時間を要する。
このため、スイッチ時間Ｔ0は、各充電作業のニーズに応じて適宜設定されるようにすることが好ましい。
【００４９】
本発明の変形例にかかる電気自動車用バッテリ充電装置及び方法はこのように構成されているので、その作用について図７に示すフローチャートを用いて説明すると以下のようになる。
まず、ステップＴ１００では、上述のステップＳ１００の内容に加えて電源制御装置３４は電力供給装置３１から充電用電流の出力を開始した時点からの経過時間（充電時間Ｔｒ）を計測する。
【００５０】
そして、ステップＴ１１０に進み、電源制御装置３４により、充電時間Ｔｒとスイッチ時間Ｔ0との大小関係が比較される。そして、充電時間Ｔｒがスイッチ時間Ｔ0よりも短い場合には、ステップＴ１００に戻り、直列接続の状態での充電が継続される。
一方、充電時間Ｔｒがスイッチ時間Ｔ0以上となった場合には、ステップＴ１２０に進む。なお、Ｔ１２０〜Ｔ１６０については、図６のＳ１２０〜Ｓ１６０と同様であるのでここでは説明を省略する。
【００５１】
このように、本発明の変形例にかかる電気自動車用バッテリ充電装置及び方法によれば、上述の実施形態のものと同様に、充電開始からスイッチ時間Ｔ0が経過するまでの間は直列接続の状態での充電を行うので、各電池セル２１に等しく大きな電流を導通することができ、各電池セル２１を比較的急速に充電することができる。
そして、充電開始からスイッチ時間Ｔ0が経過した後は、各スイッチ２２を直列接続から並列接続に切り替えて並列回路に充電用電流を導通させるので、個々の電池セル２１の充電状態に応じて、個々の電池セル２１に導通される電流が調整され、バッテリ装置２内にバランサ回路を別に設けることなく、シンプルな構成により各電池セル２１間の充電状態をより均等にして各電池セル２１間の電圧のバラツキを精度良く低減することができる。
【００５２】
また、バランサ回路を設ける必要がないため、バッテリ装置の軽量化及びエネルギ効率の向上という効果を得ることができる。
さらに、スイッチ時間Ｔ0を入力装置３３によって状況に応じて最適な値に適宜設定することができるので作業者のニーズに応じたバッテリ装置２の充電を行うことができる。
即ち、スイッチ時間Ｔ0を長く設定すれば、その分だけバッテリ装置２の充電時間を短縮することができる。一方、スイッチ時間Ｔ0を短く設定すれば、各電池セル２１間の電圧のバラツキをより精度よく均等化ことができるとともに、充電時に各電池セル２１で発生する熱量を低減することができ、各電池セル２１の高寿命化を図ることができる。
【００５３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上述の実施形態では、直列接続から並列接続に切り替えるための閾値となる値（スイッチ電流値Ｉ0又はスイッチ時間Ｔ0）を予め設定するようにしているが、最もシンプルには、充電作業者の手動操作によって、充電初期には直列接続の状態での充電を行い、その後並列接続に切り替えて並列接続の状態での充電を行うようにしてもよい。
【００５４】
このときには、上述の実施形態における入力装置に、充電を開始するためのスイッチと、充電用電流を一旦停止させた後直列接続から並列接続に切り替えるためのスイッチとを設けるようにすればよい。
また、上述の実施形態では、電源装置が車両の外部に設置されたものを例として説明したが、本発明は、ハイブリッド電気自動車等、電源装置を車両の内部に搭載したものについても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態に係る電気自動車用バッテリ充電装置及び方法を説明するためのものであって、バッテリ装置及び電源装置の構造を模式的に示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る電気自動車用バッテリ充電装置及び方法を説明するためのものであって、バッテリ装置を搭載する電気自動車の概略構成を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る電気自動車用バッテリ充電装置及び方法を説明するためのものであって、直列接続時におけるバッテリ装置及び電源装置の構造を模式的に示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る電気自動車用バッテリ充電装置及び方法を説明するためのものであって、並列接続時におけるバッテリ装置及び電源装置の構造を模式的に示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る電気自動車用バッテリ充電装置及び方法を説明するためのものであって、バッテリ装置の充電手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態に係る電気自動車用バッテリ充電装置及び方法を説明するためのものであって、バッテリ装置の充電率に対する充電用電流の電流値を示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態の変形例に係る電気自動車用バッテリ充電装置及び方法を説明するためのものであって、バッテリ装置の充電手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５６】
１  車両（電気自動車）
２  バッテリ装置
３  走行駆動用モータ（電動機）
４  導線ケーブル
６  電源装置
７  導線ケーブル
２１  電池セル
２２  スイッチ（切り替え手段）
２３  切替用端子
２４  直列側端子
２５  並列側端子
２６  バッテリ制御装置（制御手段）
２７  組電池
３１  電力供給装置（電源）
３２  電流センサ（電源電流センサ）
３３  入力装置（スイッチ時期設定手段）
３４  電源制御装置（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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