(57)【要約】【課題】各電池管理装置が内蔵する複数の二次電池に、電源から供給される電力を均等に供給することができる電池管理システム及び電池管理方法を提供する。【解決手段】電源から供給される電圧と電池管理装置４０ａ〜４０ｅの数とに基づいて電池管理装置電圧最大値を算出し、電池管理装置電圧最大値以下となるように電源から供給される電圧を各電池管理装置４０ａ〜４０ｅに供給する電池管理装置制御部２０を有する。各電池管理装置４０ａ〜４０ｅは、複数の二次電池が直列に接続された組電池を内蔵し、電池管理装置制御部２０から供給される電圧と二次電池の数とに基づいて二次電池電圧最大値を算出し、各二次電池の端子電圧が二次電池電圧最大値以下となるように電池管理装置制御部２０から組電池に供給される電圧を各二次電池に供給する。【選択図】図１
2008067506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池管理装置が直列に接続された電池管理システムであって、
電源から供給される電圧を計測する電圧計測手段と、
直列に接続された電池管理装置の数を記憶する電池管理装置数記憶手段と、
前記電圧計測手段が計測する電圧と、前記電池管理装置数記憶手段が記憶する電池管理装置の数とに基づいて、各電池管理装置に供給する電圧の最大値である電池管理装置電圧最大値を算出する電池管理装置電圧最大値算出手段と、
前記電池管理装置電圧最大値以下となるように前記電源から供給される電圧を各電池管理装置に供給する電池管理装置電圧供給手段とを備え、
各電池管理装置は、
複数の二次電池が直列に接続された組電池と、
前記電池管理装置電圧供給手段から供給される電圧を計測する二次電池電圧計測手段と、
前記組電池を構成する二次電池の数を記憶する二次電池数記憶手段と、
前記二次電圧計測手段が計測する電圧と、前記二次電池数記憶手段が記憶する二次電池の数とに基づいて、各二次電池の充電電圧の最大値である二次電池電圧最大値を算出する二次電池電圧最大値算出手段と、
各二次電池の端子電圧が前記二次電池電圧最大値以下となるように前記電池管理装置電圧供給手段から前記組電池に供給される電圧を各二次電池に供給する二次電池電圧供給手段とを備えることを特徴とする電池管理システム。
【請求項２】
前記電池管理装置電圧最大値算出手段は、
前記電圧計測手段が計測する電圧を、前記電池管理装置数記憶手段が記憶する電池管理装置の数で除算することにより前記電池管理装置電圧最大値を算出することを特徴とする請求項１に記載の電池管理システム。
【請求項３】
前記二次電池電圧最大値算出手段は、
前記二次電池電圧計測手段が計測する電圧を、前記二次電池数記憶手段が記憶する二次電池の数で除算することにより前記二次電池電圧最大値を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の電池管理システム。
【請求項４】
各電池管理装置のいずれかに供給する電圧が前記電池管理装置電圧最大値よりも大きくなった場合に、その電池管理装置に供給する電流をバイパスする電池管理装置バイパス手段を備えることを特徴とする請求項１から３までのいずれかの項に記載の電池管理システム。
【請求項５】
各二次電池のいずれかに供給する電圧が前記二次電池電圧最大値よりも大きくなった場合に、その二次電池に供給する電流をバイパスする二次電池バイパス手段を備えることを特徴とする請求項１から４までのいずれかの項に記載の電池管理システム。
【請求項６】
前記二次電池は、リチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項１から５までのいずれかの項に記載の電池管理システム。
【請求項７】
直列に接続した複数の電池管理装置に電源から供給する電圧を制御する電池管理方法であって、
電源から供給される電圧を電圧計測手段が計測する第１のステップと、
直列に接続された電池管理装置の数を電池管理装置数記憶手段が記憶する第２のステップと、
前記電圧計測手段が計測する電圧と、前記電池管理装置数記憶手段が記憶する電池管理装置の数とに基づいて、各電池管理装置に供給する電圧の最大値である電池管理装置電圧最大値を電池管理装置電圧最大値算出手段が算出する第３のステップと、
前記電池管理装置電圧最大値以下となるように前記電源から供給される電圧を各電池管理装置に電池管理装置電圧供給手段が供給する第４のステップと、
前記電池管理装置電圧供給手段から各電池管理装置に供給される電圧を二次電池電圧計測手段が計測する第５のステップと、
前記組電池を構成する直列に接続された二次電池の数を二次電池数記憶手段が記憶する第６のステップと、
前記二次電圧計測手段が計測する電圧と、前記二次電池数記憶手段が記憶する二次電池の数とに基づいて、各二次電池の充電電圧の最大値である二次電池電圧最大値を二次電池電圧最大値算出手段が算出する第７のステップと、
各二次電池の端子電圧が前記二次電池電圧最大値以下となるように前記電池管理装置電圧供給手段から前記組電池に供給される電圧を各二次電池に二次電池電圧供給手段が供給する第８のステップと、
を有することを特徴とする電池管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池管理システム及び電池管理方法、特に、複数の電池管理装置がそれぞれ内蔵する組電池に供給する電力を制御するための電池管理システム及び電池管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、繰り返して充電を行なうことが可能な電池である二次電池が知られている（特許文献１）。この二次電池として、例えばリチウムイオン二次電池が知られている。このリチウムイオン二次電池は高エネルギ密度の電池であり、パソコン、携帯電話等の主要電源として機器の小型化に貢献している。このような高エネルギ密度の特徴が着目され、近年、自動車用、据え置き用のバックアップ電源としての用途への適用が検討されている。
このような用途では、多数の二次電池が直列に接続された組電池の状態で使用されるが、リチウムイオン二次電池では、放電及び充電過程における各二次電池の状態を監視する必要がある。
すなわち、放電時に二次電池の電圧が３（Ｖ）以下まで低下すると、負極の集電体となっている銅が溶出する可能性があり、一方、充電過程における二次電池の電圧の上昇は電解液の分解等に繋がり電池特性が低下する可能性がある。充電時に、さらに電圧が上昇すると二次電池の破損や電解液の燃焼といった電池の安全性の低下にも繋がる恐れがある。
【０００３】
図１６は、従来から知られている電池管理装置５００の構成の一例を示す図である。この電池管理装置５００では、組電池５０１に制御部５０２が接続されている。組電池５０１は、直列に接続された複数個の二次電池５０５からなる。制御部５０２は、各二次電池５０５の両端の電圧を測定する。制御部５０２は、充電・放電時の二次電池５０５の状態を監視し、充電時に電圧の上昇を検出した際には充電器を停止させ、放電時に電圧の低下を検出した際には制御部５０２によってスイッチ５０３を開放することによって組電池５０１を保護する。このように従来の電池管理装置５００では、充電と放電に伴う状態監視制御機能を持った制御部５０２を設けていた。
【０００４】
図１７、図１８は、従来から知られている電池管理装置５００の適用例を示す図である。図１７は、図１６の電池管理装置５００を直流電源システムに適用した場合を示しており、電池管理装置５００、交流電源５７０、整流器５７１、負荷５７３により構成されている。
また、図１８は、図１６の電池管理装置５００を交流電源システムに適用した場合を示しており、電池管理装置５００、交流電源５７０、整流器５７１、インバータ５７２、負荷５７３、直流スイッチ５７４、充電器５７５により構成されている。
交流電源５７０の電圧が２００（Ｖ）の交流電源システム（図１８参照）を実現する場合、二次電池の総電圧は３３０（Ｖ）程度となる。二次電池として鉛電池を使用する場合には１６０個の鉛電池を直列に接続することになり、二次電池としてリチウムイオン二次電池を使用する場合には８０個のリチウムイオン電池を直列に接続することになる。このため、この様に多数のリチウムイオン二次電池を使用すると一台の電池管理装置５００が管理する電池数が多量となり、電池管理装置５００が大規模になっていた。
【０００５】
この様なことから、組電池をいくつかのブロックに分割する方式も提案されている。
図１９は、従来から知られている組電池管理装置５００を電気自動車に適用した例を示す図である。図１９に示すように電気自動車内には、複数台の電池管理装置５００が設置されている。これらの電池管理装置５００は、バッテリ管理装置１２０に接続されている。バッテリ管理装置１２０は、車両制御ユニット１２１、電流センサ１２２、冷却ファン１２３、ＤＣ／ＤＣコンバータ／充電器１２４、モータコントローラ１２５などに接続されている。また、モータコントローラ１２５には、モータ１２６が接続されている。また、車両制御ユニット１２１には、残存容量計１２７、警報器１２８、イグニッションスイッチ１２９、充電器接続スイッチ１３０などが接続されている（非特許文献１）。
【特許文献１】特開２００２−１１７８２１号公報
【非特許文献１】福永他、「電気自動車用リチウムイオン電池の開発」、ＧＳニューステクニカルレポート、ｐ．２３、２０００年１２月、第２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１に記載されている技術では、バッテリ管理装置１２０から各電池管理装置５００に供給する電力が均等にならず、各電池管理装置５００が内蔵する組電池の電圧にばらつきが生じるという問題があった。この場合、組電池を構成する複数の二次電池の電池電圧にもばらつきが生じ、組電池内で１個だけ容量の低い二次電池が含まれた状態で組電池の放電を行なうと、電池電圧が低く容量が少ない二次電池が最初に放電終了電圧に達した段階で、組電池５０１の放電が終了してしまい、組電池５０１に蓄電された全電力を使用することができないという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、各電池管理装置が内蔵する複数の二次電池に、電源から供給される電力を均等に供給することができる電池管理システム及び電池管理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、複数の電池管理装置が直列に接続された電池管理システムであって、電源から供給される電圧を計測する電圧計測手段と、直列に接続された電池管理装置の数を記憶する電池管理装置数記憶手段と、前記電圧計測手段が計測する電圧と、前記電池管理装置数記憶手段が記憶する電池管理装置の数とに基づいて、各電池管理装置に供給する電圧の最大値である電池管理装置電圧最大値を算出する電池管理装置電圧最大値算出手段と、前記電池管理装置電圧最大値以下となるように前記電源から供給される電圧を各電池管理装置に供給する電池管理装置電圧供給手段とを備え、各電池管理装置は、複数の二次電池が直列に接続された組電池と、前記電池管理装置電圧供給手段から供給される電圧を計測する二次電池電圧計測手段と、前記組電池を構成する二次電池の数を記憶する二次電池数記憶手段と、前記二次電圧計測手段が計測する電圧と、前記二次電池数記憶手段が記憶する二次電池の数とに基づいて、各二次電池の充電電圧の最大値である二次電池電圧最大値を算出する二次電池電圧最大値算出手段と、各二次電池の端子電圧が前記二次電池電圧最大値以下となるように前記電池管理装置電圧供給手段から前記組電池に供給される電圧を各二次電池に供給する二次電池電圧供給手段とを備えることを特徴とする電池管理システムである。
本発明では、電源から供給される電圧を電圧計測手段が計測し、直列に接続された電池管理装置の数を電池管理装置数記憶手段が記憶し、電圧計測手段が計測する電圧と、電池管理装置数記憶手段が記憶する電池管理装置の数とに基づいて、各電池管理装置に供給する電圧の最大値である電池管理装置電圧最大値を電池管理装置電圧最大値算出手段が算出し、電池管理装置電圧最大値以下となるように電源から供給される電圧を各電池管理装置に電池管理装置電圧供給手段が供給し、電池管理装置電圧供給手段から供給される電圧を二次電池電圧計測手段が計測し、組電池を構成する直列に接続された二次電池の数を二次電池数記憶手段が記憶し、二次電圧計測手段が計測する電圧と、二次電池数記憶手段が記憶する二次電池の数とに基づいて、各二次電池の充電電圧の最大値である二次電池電圧最大値を二次電池電圧最大値算出手段が算出し、各二次電池の端子電圧が二次電池電圧最大値以下となるように電池管理装置電圧供給手段から組電池に供給される電圧を各二次電池に二次電池電圧供給手段が供給するようにした。
よって、各電池管理装置に電池管理装置電圧最大値以下の電圧を均等に供給することができるとともに、各二次電池に二次電池電圧最大値以下の電圧を均等に供給することができ、各電池管理装置及び各二次電池に供給する電圧にばらつきが生じることを防ぐことが可能となる。これにより、複数の二次電池のいずれかの二次電池の充電電圧が低いことによって、組電池全体の負荷等に対する放電が途中で停止することを防ぐことができ、組電池に蓄電された全電力を使用することができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、前記電池管理装置電圧最大値算出手段は、前記電圧計測手段が計測する電圧を、前記電池管理装置数記憶手段が記憶する電池管理装置の数で除算することにより前記電池管理装置電圧最大値を算出することを特徴とする請求項１に記載の電池管理システムである。
本発明では、電池管理装置電圧最大値算出手段が、電圧計測手段が計測する電圧を、電池管理装置数記憶手段が記憶する電池管理装置の数で除算することにより電池管理装置電圧最大値を算出するようにした。よって、電源から各電池管理装置に電圧を均等に供給することができ、各電池供給装置に供給する電圧にばらつきが生じることを防ぐことが可能となる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、前記二次電池電圧最大値算出手段は、前記二次電池電圧計測手段が計測する電圧を、前記二次電池数記憶手段が記憶する二次電池の数で除算することにより前記二次電池電圧最大値を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の電池管理システムである。
本発明では、二次電池電圧最大値算出手段が、二次電池電圧計測手段が計測する電圧を、二次電池数記憶手段が記憶する二次電池の数で除算することにより二次電池電圧最大値を算出するようにした。よって、組電池を構成する複数の二次電池に電圧を均等に供給することができ、各二次電池に供給する電圧にばらつきが生じることを防ぐことが可能となる。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、各電池管理装置のいずれかに供給する電圧が前記電池管理装置電圧最大値よりも大きくなった場合に、その電池管理装置に供給する電流をバイパスする電池管理装置バイパス手段を備えることを特徴とする請求項１から３までのいずれかの項に記載の電池管理システムである。
本発明では、各電池管理装置のいずれかに供給する電圧が電池管理装置電圧最大値よりも大きくなった場合に、その電池管理装置に供給する電流を電池管理装置バイパス手段がバイパスするようにした。よって、各電池管理装置に供給される電圧が電池管理装置電圧最大値よりも大きくなることを防ぐことができる。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、各二次電池のいずれかに供給する電圧が前記二次電池電圧最大値よりも大きくなった場合に、その二次電池に供給する電流をバイパスする二次電池バイパス手段を備えることを特徴とする請求項１から４までのいずれかの項に記載の電池管理システムである。
本発明では、各二次電池のいずれかに供給する電圧が二次電池電圧最大値よりも大きくなった場合に、その二次電池に供給する電流を二次電池バイパス手段がバイパスするようにした。よって、充電電圧が二次電池電圧最大値に達していない二次電池を、バイパス電流によって充電することができるので、各二次電池を均等に二次電池電圧最大値まで充電することができる。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明は、前記二次電池は、リチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項１から５までのいずれかの項に記載の電池管理システムである。
本発明では、二次電池にリチウムイオン二次電池を用いるようにした。よって、電池管理システムを小型化することができるとともに、負荷等に対して大きな電力を供給することができる。
【００１４】
また、請求項７に記載の発明は、直列に接続した複数の電池管理装置に電源から供給する電圧を制御する電池管理方法であって、電源から供給される電圧を電圧計測手段が計測する第１のステップと、直列に接続された電池管理装置の数を電池管理装置数記憶手段が記憶する第２のステップと、前記電圧計測手段が計測する電圧と、前記電池管理装置数記憶手段が記憶する電池管理装置の数とに基づいて、各電池管理装置に供給する電圧の最大値である電池管理装置電圧最大値を電池管理装置電圧最大値算出手段が算出する第３のステップと、前記電池管理装置電圧最大値以下となるように前記電源から供給される電圧を各電池管理装置に電池管理装置電圧供給手段が供給する第４のステップと、前記電池管理装置電圧供給手段から各電池管理装置に供給される電圧を二次電池電圧計測手段が計測する第５のステップと、前記組電池を構成する直列に接続された二次電池の数を二次電池数記憶手段が記憶する第６のステップと、前記二次電圧計測手段が計測する電圧と、前記二次電池数記憶手段が記憶する二次電池の数とに基づいて、各二次電池の充電電圧の最大値である二次電池電圧最大値を二次電池電圧最大値算出手段が算出する第７のステップと、各二次電池の端子電圧が前記二次電池電圧最大値以下となるように前記電池管理装置電圧供給手段から前記組電池に供給される電圧を各二次電池に二次電池電圧供給手段が供給する第８のステップとを有することを特徴とする電池管理方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、各電池管理装置が内蔵する複数の二次電池に、電源から供給される電力を均等に供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態による電池管理システム１００の構成図である。この電池管理システム１００は、総電圧検出部１０、電池管理装置制御部２０、電池管理装置電圧調整部３０ａ〜３０ｅ、電池管理装置４０ａ〜４０ｅを備えている。
総電圧検出部１０は、電源から電池管理装置４０ａ〜４０ｅに供給される電圧を測定し、その測定結果を電池管理装置制御部２０に出力する。
【００１７】
電池管理装置制御部２０は、総電圧検出部１０から出力される測定結果等に基づいて、電池管理装置電圧調整部３０ａ〜３０ｅに制御信号を出力する。電池管理装置制御部の具体的な構成については図４を参照して後述する。
電池管理装置電圧調整部３０ａ〜３０ｅは、電池管理装置制御部２０から出力される制御信号に基づいて、電源から電池管理装置４０ａ〜４０ｅに供給される電圧を調整する。本実施形態では、電池管理装置電圧調整部を５個設置している場合について説明するが、電池管理装置電圧調整部を設置する数は２個以上であればいくつでもよい。電池管理装置電圧調整部の具体的な構成については図４を参照して後述する。
電池管理装置４０ａ〜４０ｅは、二次電池を直列にした組電池を内蔵し、その組電池に電源から供給される電力を蓄電したり、負荷に対して蓄電している電力を供給したりする。本実施形態では、電池管理装置を５個設置している場合について説明するが、電池管理装置を設置する数は２個以上であればいくつでもよい。電池管理装置の具体的な構成については図６を参照して後述する。
【００１８】
図２及び図３は、本発明の実施形態による電池管理システム１００（図１）を、交流電力の供給システムに適用した場合の一例を示す図である。
図２は、電池管理装置４０ａ〜４０ｅが内蔵する組電池が、フロート充電方式で充電される電池管理システムの例を示している。図２では、交流電源７０に整流器７１を接続し、整流器７１にインバータ７２を接続している。また、インバータ７２に負荷７３を接続している。そして、整流器７１とインバータ７２との間に電池管理システム１００（図１）を接続している。
【００１９】
図３は、電池管理装置４０ａ〜４０ｅが内蔵する組電池が、トリクル充電方式で維持される電池管理システムの例を示している。図３では、交流電源７０に整流器７１を接続し、整流器７１にインバータ７２を接続している。また、インバータ７２に負荷７３を接続している。そして、整流器７１とインバータ７２とに直流スイッチ７４を接続している。
直流スイッチ７４には、電池管理システム１００（図１）を接続している。直流スイッチ７４と電池管理システム１００とには、充電器７５を接続している。直流スイッチ７４は、停電等により電池管理システム１００からの放電が必要な場合に閉となる。
本発明の実施形態による電池管理システム１００は、直流電力を供給するフロート充電方式、及び、交流電力を供給するフロート充電方式及び直流スイッチ方式のいずれの場合においても適用することが可能である。
【００２０】
図４は、本発明の実施形態による電池管理装置制御部２０（図１）、電池管理装置電圧調整部３０ｄの構成図である。なお、電池管理装置電圧調整部３０ａ〜３０ｃ、３０ｅの構成は、電池管理装置電圧調整部３０ｄの構成と同じであるためそれらの説明を省略する。
電池管理装置制御部２０は、供給電圧計測部２１（電圧計測手段）、電池管理装置数記憶部２２（電池管理装置数記憶手段）、電池管理装置電圧最大値算出部２３（電池管理装置電圧最大値算出手段）、電池管理装置電圧供給部２４ａ〜２４ｅ（電池管理装置電圧供給手段）を備えている。
【００２１】
供給電圧計測部２１は、整流器７１（電源）から供給される電圧Ｖａを、総電圧検出部１０を利用して計測する。
電池管理装置数記憶部２２は、直列に接続された電池管理装置４０ａ〜４０ｅの数Ｎａを記憶する。本実施形態では、電池管理装置が直列に５台接続されており、電池管理装置数記憶部２２は電池管理装置の数Ｎａとして５を記憶する。
電池管理装置電圧最大値算出部２３は、供給電圧計測部２１が計測する電圧Ｖａと、電池管理装置数記憶部２２が記憶する電池管理装置の数Ｎａとに基づいて、各電池管理装置４０ａ〜４０ｅに供給する電圧の最大値である電池管理装置電圧最大値Ｖｂを算出する。具体的には、電池管理装置電圧最大値算出部２３は、供給電圧計測部２１が計測する電圧Ｖａを、電池管理装置数記憶部２２が記憶する電池管理装置の数Ｎａで除算することにより電池管理装置電圧最大値Ｖｂ（＝Ｖａ／Ｎａ）を算出する。
電池管理装置電圧調整部３０は、電池管理装置電圧最大値Ｖｂ以下となるように整流器７１から供給される電圧を各電池管理装置４０ａ〜４０ｅに供給する。
【００２２】
図５は、本発明の実施形態による電池管理装置制御部２０の処理を示すフローチャートである。
始めに、電池管理装置電圧最大値算出部２３は、供給電圧計測部２１から電圧Ｖａを取得する（ステップＳ１１）。そして、電池管理装置電圧最大値算出部２３は、電池管理装置数記憶部２２から電池管理装置の数Ｎａを読み出す（ステップＳ１２）。
そして、電池管理装置電圧最大値算出部２３は、電圧Ｖａと電池管理装置の数Ｎａとから電圧Ｖｂ（＝Ｖａ／Ｎａ）を算出する（ステップＳ１３）。そして、電池管理装置電圧最大値算出部２３は、ステップＳ１３で算出した電圧Ｖｂを電池管理装置電圧調整部３０ａ〜３０ｅに出力する（ステップＳ１４）。
そして、電池管理装置電圧最大値算出部２３は、内蔵するタイマを参照することにより、所定時間（例えば、１秒）が経過したか否かについて判定する（ステップＳ１５）。所定時間が経過していない場合（ステップＳ１５で「ＮＯ」）には、電池管理装置電圧最大値算出部２３は所定時間が経過するまで待機する。一方、所定時間が経過した場合（ステップＳ１５で「ＹＥＳ」）には、ステップＳ１１に進む。
【００２３】
次に、図４の電池管理装置電圧調整部３０ｄについて説明する。電池管理装置電圧調整部３０は、バイパス電流制御素子３１ａ、バイパス電流制限素子３２ａ、バイパス電流測定素子３３ａ、電圧誤差増幅器３４ａ、電圧測定用誤差増幅器３５ａを有している。
バイパス電流制御素子３１ａ、バイパス電流制限素子３２ａ、バイパス電流測定素子３３ａは、直列に接続されており、バイパス回路（電池管理装置バイパス手段）を構成している。このバイパス回路は、電池管理装置４０ｄと並列に接続されている。
【００２４】
バイパス電流制御素子３１ａは、トランジスタなどの素子であり、電圧誤差増幅器３４ａから制御信号を受信した場合に、充電電流のうち電池管理装置４０ｄの充電に使用しない電流であるバイパス電流をバイパス回路に流れるように制御する。
バイパス電流制限素子３２ａは、ヒューズなどの素子であり、バイパス回路にバイパス可能な電流の最大値である許容バイパス電流値よりも大きな電流が流れた場合に、バイパス電流制御素子３１ａとバイパス電流測定素子３３ａとの間を流れる電流を遮断する。
バイパス電流測定素子３３ａは、バイパス回路を流れるバイパス電流の電流値を測定し、バイパス電流測定値として電池管理装置電圧供給部２４ｄに出力する。
【００２５】
電圧誤差増幅器３４ａは、電池管理装置電圧供給部２４ｄから出力される電圧Ｖｂ（例えば、４０．６（Ｖ））と、電圧測定用誤差増幅器３５ａから出力される電池管理装置４０ｄの電圧Ｖｃとを比較し、電圧Ｖｃが電圧Ｖｂよりも大きい場合には、バイパス電流制御素子３１ａにバイパス電流を流すことを指示する制御信号を、バイパス電流制御素子３１ａに出力する。
電圧測定用誤差増幅器３５ａは、電池管理装置４０ｄの入力端子及び出力端子の電圧値の差から、電池管理装置４０ｄの電圧Ｖｃを算出し、その電圧Ｖｃを電池管理装置電圧供給部２４ｄと電圧誤差増幅器３４ａとに出力する。
【００２６】
電池管理装置電圧供給部２４ｄから出力される、電圧Ｖｂと各電池管理装置４０ａ〜４０ｅの電圧の測定値を、電圧誤差増幅器３４ａに入力することでバイパス回路のバイパス電流制御素子３１ａの制御が行われる。バイパス電流制御素子３１ａが完全にオンしていればバイパス電流としては許容可能な最大電流が流れる。また、完全にオフしていればバイパス電流は流れない。さらに、バイパス電流制御素子３１ａを増幅領域（不飽和領域）で使用することで可変抵抗と同じ状態とすることができ、バイパスさせるバイパス電流の電流値を連続的に調整することができる。
【００２７】
このように、このバイパス回路では、バイパス電流制御素子３１ａが可変抵抗と同様に使用できるので、電圧Ｖｃが設定された電圧Ｖｂに近づき、充電電流が微小な値になっても、このような微小な充電電流もバイパスさせることができる。このような制御により端子電圧値に応じて充電電流をバイパス回路で連続的にバイパスさせることで、各電池管理装置が電圧Ｖｂ以上にならないように制御することができる。
【００２８】
図６は、本発明の実施形態による電池管理装置４０ｄ（図４）の構成図である。なお、電池管理装置４０ａ〜４０ｃ、４０ｅの構成は、電池管理装置４０ｄの構成と同じであるので、それらの説明を省略する。この電池管理装置４０ｄは、組電池４１、二次電池制御部４２、二次電池電圧調整部４３ａ〜４３ｊ、充電電圧検出部４４を有する。
組電池４１は、直列に接続された１０個の二次電池４５ａ〜４５ｊにより構成されている。なお、組電池４１を構成する二次電池の数は、１０個に限定されるものではない。組電池４１の両端は、電池管理装置４０ｄの端子Ｐ１、端子Ｐ２にそれぞれ接続されている。本実施形態では、二次電池としてリチウムイオン二次電池を用いているが、二次電池として鉛蓄電池などを用いてもよい。
【００２９】
二次電池制御部４２は、二次電池電圧調整部４３ａ〜４３ｊと、充電電圧検出部４４とに接続されている。二次電池制御部４２については、図７を参照して後述する。
二次電池電圧調整部４３ａ〜４３ｊは、二次電池４５ａ〜４５ｊの両端にそれぞれ接続されるとともに、二次電池制御部４２に接続されている。二次電池制御部については、図７を参照して後述する。
充電電圧検出部４４は二次電池制御部４２に接続されており、計測する電圧を二次電池制御部４２に出力する。
【００３０】
図７は、本発明の実施形態による二次電池制御部４２（図６）、二次電池電圧調整部４３ｉの構成図である。
二次電池制御部４２は、二次電池電圧計測部４２１（二次電池電圧計測手段）、二次電池数記憶部４２２（二次電池数記憶手段）、二次電池電圧最大値算出部４２３（二次電池電圧最大値算出手段）、二次電池電圧供給部４２４ａ〜４２４ｊ（二次電池電圧供給手段）を備えている。
【００３１】
二次電池電圧計測部４２１は、整流器７１から供給される電圧Ｖｄを、充電電圧検出部４４を利用して計測する。
二次電池数記憶部４２２は、直列に接続された二次電池４５ａ〜４５ｊの数Ｎｂを記憶する。本実施形態では、二次電池が直列に１０個接続されており、二次電池数記憶部４２２は二次電池の数Ｎｂとして１０を記憶する。
二次電池電圧最大値算出部４２３は、二次電池電圧計測部４２１が計測する電圧Ｖｄと、二次電池数記憶部４２２が記憶する二次電池の数Ｎｂとに基づいて、各二次電池４５ａ〜４５ｊに供給する電圧の最大値である二次電池電圧最大値Ｖｅを算出する。具体的には、二次電池電圧最大値算出部４２３は、二次電池電圧計測部４２１が計測する電圧Ｖｄを、二次電池数記憶部４２２が記憶する電池管理装置の数Ｎｂで除算することにより二次電池電圧最大値Ｖｅ（＝Ｖｄ／Ｎｂ）を算出する。
二次電池電圧供給部４２４は、二次電池電圧最大値Ｖe以下となるように整流器７１から供給される電圧を各二次電池４５ａ〜４５ｊに供給する。
【００３２】
図８は、本発明の実施形態による二次電池制御部４２の処理を示すフローチャートである。始めに、二次電池電圧最大値算出部４２３は、二次電池電圧計測部４２１から電圧Ｖｄを取得する（ステップＳ２１）。そして、二次電池電圧最大値算出部４２３は、二次電池数記憶部４２２から組電池を構成する二次電池の数Ｎｂを読み出す（ステップＳ２２）。
そして、二次電池電圧最大値算出部４２３は、電圧Ｖｄと二次電池の数Ｎｂとから電圧Ｖｅ（＝Ｖｄ／Ｎｂ）を算出する（ステップＳ２３）。そして、二次電池電圧最大値算出部４２３は、ステップＳ２３で算出した電圧Ｖｅを二次電池電圧調整部４３ａ〜４３ｊに出力する（ステップＳ２４）。
そして、二次電池電圧最大値算出部４２３は、内蔵するタイマを参照することにより、所定時間（例えば、１秒）が経過したか否かについて判定する（ステップＳ２５）。所定時間が経過していない場合（ステップＳ２５で「ＮＯ」）には、二次電池電圧最大値算出部４２３は所定時間が経過するまで待機する。一方、所定時間が経過した場合（ステップＳ２５で「ＹＥＳ」）には、ステップＳ２１に進む。
【００３３】
次に、図７の二次電池電圧調整部４３ｉについて説明する。なお、二次電池電圧調整部４３ａ〜４３ｈ、４３ｊの構成は、二次電池電圧調整部４３ｉと同じであるので、それらの説明を省略する。二次電池電圧調整部４３ｉは、バイパス電流制御素子３１ｂ、バイパス電流制限素子３２ｂ、バイパス電流測定素子３３ｂ、電圧誤差増幅器３４ｂ、電圧測定用誤差増幅器３５ｂを有している。
バイパス電流制御素子３１ｂ、バイパス電流制限素子３２ｂ、バイパス電流測定素子３３ｂは直列に接続されており、バイパス回路（二次電池バイパス手段）を構成している。このバイパス回路は、二次電池４５ｉと並列に接続されている。
【００３４】
バイパス電流制御素子３１ｂは、トランジスタなどの素子であり、電圧誤差増幅器３４ｂから制御信号を受信した場合に、充電電流のうち電池管理装置４０の充電に使用しない電流であるバイパス電流をバイパス回路に流れるように制御する。
バイパス電流制限素子３２ｂは、ヒューズなどの素子であり、バイパス回路にバイパス可能な電流の最大値である許容バイパス電流値よりも大きな電流が流れた場合に、バイパス電流制御素子３１ｂとバイパス電流測定素子３３ｂとの間を流れる電流を遮断する。
バイパス電流測定素子３３ｂは、バイパス回路を流れるバイパス電流の電流値を測定し、バイパス電流測定値として二次電池電圧供給部４２４ｉに出力する。
【００３５】
電圧誤差増幅器３４ｂは、二次電池電圧供給部４２４ｉから出力される電圧Ｖe（例えば、４．０６（Ｖ））と、電圧測定用誤差増幅器３５ｂから出力される二次電池４５ｉの電圧Ｖｆとを比較し、電圧Ｖｆが電圧Ｖeよりも大きい場合には、バイパス電流制御素子３１ｂにバイパス電流を流すことを指示する制御信号を、バイパス電流制御素子３１ｂに出力する。
電圧測定用誤差増幅器３５ｂは、二次電池４５ｉの入力端子及び出力端子の電圧値の差から、二次電池４５ｉの電圧Ｖｆを算出し、その電圧Ｖｆを二次電池制御部４２と電圧誤差増幅器３４ｂとに出力する。
【００３６】
二次電池電圧供給部４２４ｉから出力される、電圧Ｖeと各二次電池４５ａ〜４５ｊの電圧の測定値を、電圧誤差増幅器３４ｂに入力することでバイパス回路のバイパス電流制御素子３１ｂの制御が行われる。バイパス電流制御素子３１ｂが完全にオンしていればバイパス電流としては許容可能な最大電流が流れる。また完全にオフしていればバイパス電流は流れない。さらに、バイパス電流制御素子３１ｂを増幅領域（不飽和領域）で使用することで可変抵抗と同じ状態とすることができ、バイパスさせるバイパス電流の電流値を連続的に調整することができる。
【００３７】
このように、このバイパス回路では、バイパス電流制御素子３１ｂが可変抵抗と同様に使用できるので、電圧Ｖｆが設定された電圧Ｖeに近づき、充電電流が微小な値になっても、このような微小な充電電流もバイパスさせることができる。このような制御により端子電圧値に応じて充電電流をバイパス回路で連続的にバイパスさせることで、各電池管理装置が電圧Ｖe以上にならないように制御することができる。
【００３８】
本実施形態では、二次電池電圧調整部４３ａ〜４３ｊが各電池管理装置４０ａ〜４０ｊに並列に接続されているので、組電池４１内で各二次電池４５ａ〜４５ｊの端子電圧に応じて、端子電圧が高い二次電池では充電電流のバイパスが進行し、また、端子電圧が低い二次電池では充電電流の流入による充電が進行し、組電池４１内では全ての二次電池４５ａ〜４５ｊの端子電圧が電圧Ｖｅになるよう制御される。
これによって、組電池４１内を構成する各二次電池４５ａ〜４５ｊの端子電圧が電圧Ｖｅとなるように調整されるため、各二次電池４５ａ〜４５ｊの端子電圧のばらつきが少なくなるように充電することが可能となる。
【００３９】
図９（ａ）及び図９（ｂ）は、本発明の実施形態による電池管理システム１００を用いた場合の効果について説明するための図である。図９（ａ）及び図９（ｂ）は、図２に示した回路構成を用いて５台の電池管理装置４０ａ〜４０ｅがそれぞれ備える１０個の二次電池４５ａ〜４５ｊ、つまり５台×１０個＝５０個の二次電池を、整流器７１から出力される直流電圧を利用して浮動充電方式により充電した場合の各二次電池の端子電圧を示している。図９（ａ）及び図９（ｂ）において、横軸は二次電池の端子電圧（Ｖ）を示しており、縦軸は二次電池数（個）を示している。負荷率（負荷７３への供給電流の最大値を１００％とした相対値）によって整流器７１の出力電圧は異なる。
図９（ａ）は負荷率が１００（％）の場合を示しており、５台の電池管理装置がそれぞれ内蔵する１０個の組電池、つまり合計５０個の二次電池が全て４．０６（Ｖ）に充電される。また、図９（ｂ）は負荷率が５０（％）の場合を示しており、５台の電池管理装置がそれぞれ内蔵する１０個の組電池、つまり合計５０個の二次電池が全て４．０８（Ｖ）に充電される。
【００４０】
図１０は、負荷率と、整流器７１の出力電圧及び二次電池の端子電圧との関係を示したグラフである。図１０において、横軸は負荷率（％）を示しており、縦軸の左側は整流器７１の出力電圧（Ｖ）を示しており、縦軸の右側は各二次電池の端子電圧（Ｖ／個）を示している。図１０に示すように、負荷率が異なると二次電池１個当たりの端子電圧は変化する。
負荷率が１００（％）の場合には、整流器７１の出力電圧は２０３（Ｖ）となる。この場合に、本実施形態による電池管理システム１００では、Ｖａ＝２０３（Ｖ）、Ｎａ＝５（個）、Ｎｂ＝１０（個）、Ｖｅ＝４．０６（Ｖ）となり、５０個の二次電池は全てＶｅ＝４．０６（Ｖ）（＝Ｖａ／Ｎａ／Ｎｂ＝２０３／５／１０）に充電される（図９（ａ）参照）。
また、負荷率が５０（％）の場合には、整流器７１の出力電圧は２０４（Ｖ）となる。この場合に、本実施形態による電池管理システム１００では、Ｖａ＝２０４（Ｖ）、Ｎａ＝５（個）、Ｎｂ＝１０（個）、Ｖｅ＝４．０８（Ｖ）となり、５０個の二次電池は全てＶｅ＝４．０８（Ｖ）（＝Ｖａ／Ｎａ／Ｎｂ＝２０４／５／１０）に充電される（図９（ｂ）参照）。
【００４１】
なお、本発明の実施形態による二次電池制御部４２を図７に示す構成ではなく、図１１に示す構成にしてもよい。図１１の二次電池制御部４２は、過充電検出部４２７、過放電検出部４２５を有する点において、図７の二次電池制御部４２と相違する。また、図１１では、二次電池４５ｈ（図示省略）と二次電池４５ｉとの間に放電用配線開放スイッチ４２６を設けている点において、図７の二次電池制御部４２と相違する。その他の点については、図７と図１１の二次電池制御部４２の構成は同じであるので説明を省略する。なお、本機能は、電池管理装置制御部２０にも適用することが可能である。
【００４２】
過充電検出部４２７は、二次電池４５ｉの過充電電圧を記憶しており、二次電池４５ｉの端子電圧が過充電電圧よりも大きくなった場合に、整流器７１に対して電圧の出力を停止させる充電停止制御信号を出力する。
また、過放電検出部４２５は、二次電池４５ｉの過放電電圧を記憶しており、二次電池４５ｉの端子電圧が過放電電圧よりも小さくなった場合に、放電用配線開放スイッチ４２６に対してスイッチ開放制御信号を出力してスイッチを開放させることにより、整流器７１から二次電池４５ｉへの電圧の供給を停止させる。
【００４３】
図１２、図１３、図１４は、本発明の実施形態による過放電検出部４２５（図１１）の構成を示す回路図である。
図１２における過放電検出部４２５は二次電池４５ｉの端子電圧を測定し、測定した端子電圧が過放電電圧よりも小さいか否かについて判定する。二次電池４５ｉの端子電圧が過放電電圧よりも小さくなった場合に、過放電検出部４２５は放電用配線開放スイッチ４２６に対してスイッチ開放制御信号を出力する。放電用配線開放スイッチ４２６は、過放電検出部４２５からスイッチ開放制御信号を受信した場合に、スイッチを開放する。
【００４４】
図１２において、Ｃ１及びＣ２は二次電池４５ｉの端子電圧検出器であり、Ｅ１は過放電電圧の基準電圧を設定するための素子であり、Ｄ１は二次電池４５ｉの端子電圧と基準電圧とを比較するための比較器である。二次電池４５ｉの端子電圧は、比較器Ｄ１の＋入力端子に接続され、素子Ｅ１は比較器Ｄ１の−入力端子に接続されている。比較器Ｄ１の駆動電源は、二次電池４５ｉから得ている。
二次電池４５ｉの端子電圧が基準電圧よりも小さくなった場合に、放電用配線開放スイッチ４２６を開放させるためのスイッチ開放制御信号を、放電用配線開放スイッチ４２６に出力する。なお、放電用配線開放スイッチ４２６にはＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）などの半導体スイッチを用いることができる。
【００４５】
なお、図１２では、二次電池４５ｉにのみ過放電検出部４２５を設けているが、図１３に示すように、二次電池４５ａ〜４５ｊに過放電検出部４２５ａ〜４２５ｊを設けるようにしてもよい。過放電検出部４２５ａ〜４２５ｊの構成は、図１２の過放電検出部４２５の構成と同じであるのでそれらの説明を省略する。
過放電検出部４２７のＡＮＤ回路Ｆ１は、各過放電検出部４２５ａ〜４２５ｊが出力するスイッチ開放制御信号を受信する。過放電検出部４２５ａ〜４２５ｊのいずれかからスイッチ開放制御信号が出力された場合に、ＡＮＤ回路Ｆ１はスイッチ開放制御信号を放電用配線開放スイッチ４２６に出力することにより放電用配線開放スイッチ４２６を開放させる。
【００４６】
図１２に示した過放電検出部４２５は、図１４に示した過放電検出部４２８のように構成してもよい。定電圧ダイオードＧ１は一定の電圧Ｖｚを発生する。ここでは、二次電池４５ｉの過放電電圧をＶｙとする。分圧器の抵抗Ｃ１と抵抗Ｃ２の抵抗値（Ｒｃ１、Ｒｃ２）が等しいとすると定電圧ダイオードＧ１の電圧ＶｚがＶｙの１／２の定電圧ダイオードＧ１を選択すればよい。または、Ｒｃ２／（Ｒｃ１＋Ｒｃ２）がＶｚ／Ｖｙと等しくなるようにＲｃ１、Ｒｃ２を選択する。
【００４７】
図１５は、本発明の実施形態による過充電検出部４２７（図１１）の構成を示す回路図である。過充電検出部４２７は、二次電池４５ｉの端子電圧が過充電電圧よりも大きくなった場合に、整流器７１に対して電圧の出力を停止させる充電停止制御信号を出力する。
二次電池４５ｉの端子電圧が比較器Ｄ１の−入力端子に入力され、過充電電圧の判定の基準となる基準電圧が素子Ｅ２から比較器Ｄ１の＋入力端子に入力される。これにより、二次電池４５ｉの端子電圧が過充電電圧よりも大きくなった場合に、比較器Ｄ１は充電停止制御信号を整流器７１に対して出力することにより、二次電池４５ｉの充電を停止させる。
【００４８】
なお、図１５では、二次電池４５ｉにのみ過充電検出部４２７を設けているが、二次電池４５ａ〜４５ｊに過充電検出部を設けるようにしてもよい。この場合、二次電池４５ａ〜４５ｊに設けられたいずれかの過充電検出部から充電停止制御信号が出力された場合に、整流器７１から二次電池４５ａ〜４５ｊへの電力の供給を停止させる。
【００４９】
図１１〜図１５で説明した過放電検出部４２５、過充電検出部４２７を二次電池制御部４２に設けることにより、二次電池が過放電又は過充電となった場合に、電源から二次電池に対する電力の供給を停止させることができ、二次電池が故障等することを防ぐことができる。
【００５０】
本実施形態による電池管理システム１００を用いれば、各電池管理装置４０ａ〜４０ｅに電池管理装置電圧最大値Ｖｂ（例えば、４０．６（Ｖ））以下の電圧を均等に供給することができるとともに、各二次電池４５ａ〜４５ｊに二次電池電圧最大値Ｖｅ（例えば、４．０６（Ｖ））以下の電圧を均等に供給することができ、各電池管理装置４０ａ〜４０ｅ及び各二次電池４５ａ〜４５ｊに供給する電圧にばらつきが生じることを防ぐことが可能となる。これにより、各二次電池の充電電圧を一定（例えば、４．０６（Ｖ））に保つことが可能となり、複数の二次電池のいずれかの二次電池の充電電圧が低いことによって、組電池全体の負荷等に対する放電が途中で停止することを防ぐことができ、組電池に蓄電された全電力を使用することができる。
また、本発明の実施形態では、同一の構成を有する電池管理装置を複数の用いるようにしているため、電池管理装置を量産することにより電池管理システムを構築する際のコストを削減することができる。
【００５１】
また、本実施形態による電池管理システム１００を用いれば、電池管理装置制御部２０と二次電池制御部４２により、電源から供給される電圧を全ての二次電池に配分するようにしたため、１つの制御部によって電源から供給される電圧を全ての二次電池に配分する場合に比べて、制御部と各二次電池間の配線の長さが大きくなることを防ぐことができる。また、本実施形態による電池管理システム１００では、同一の構成を有する電池管理装置を複数用いることができるため、電池管理装置を量産することにより電池管理システムを構築する際のコストを低減することができる。
【００５２】
なお、以上説明した実施形態において、図４の電池管理装置制御部２０、図７の二次電池制御部４２の機能又はこれらの機能の一部を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより電池管理システム１００の制御を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
【００５３】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態による電池管理システム１００の構成図である。
【図２】本発明の実施形態による電池管理システム１００（図１）を、交流電力の供給システムに適用した場合の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態による電池管理システム１００（図１）を、交流電力の供給システムに適用した場合の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態による電池管理装置制御部２０（図１）、電池管理装置電圧調整部３０ｄの構成図である。
【図５】本発明の実施形態による電池管理装置制御部２０の処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態による電池管理装置４０ｄ（図４）の構成図である。
【図７】本発明の実施形態による二次電池制御部４２（図６）、二次電池電圧調整部４３ｉの構成図である。
【図８】本発明の実施形態による二次電池制御部４２の処理を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施形態による電池管理システム１００を用いた場合の効果について説明するための図である。
【図１０】負荷率と、整流器７１の出力電圧及び二次電池の端子電圧との関係を示したグラフである。
【図１１】本発明の実施形態による二次電池制御部４２の構成図の他の一例である。
【図１２】本発明の実施形態による過放電検出部４２５（図１０）の構成を示す回路図である。
【図１３】本発明の実施形態による過放電検出部４２５（図１０）の構成を示す回路図である。
【図１４】本発明の実施形態による過放電検出部４２５（図１０）の構成を示す回路図である。
【図１５】本発明の実施形態による過充電検出部４２７（図１０）の構成を示す回路図である。
【図１６】従来から知られている電池管理装置５００の構成の一例を示す図である。
【図１７】従来から知られている電池管理装置５００の適用例を示す図である。
【図１８】従来から知られている電池管理装置５００の適用例を示す図である。
【図１９】従来から知られている組電池管理装置５００を電気自動車に適用した例を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０・・・総電圧検出部、２０・・・電池管理装置制御部、２１・・・供給電圧計測部、２２・・・電池管理装置数記憶部、２３・・・電池管理装置電圧最大値算出部、２４ａ〜２４ｅ・・・電池管理装置電圧供給部、３０ａ〜３０ｅ・・・電池管理装置電圧調整部、３１ａ、３１ｂ・・・バイパス電流制御素子、３２ａ、３２ｂ・・・バイパス電流制限素子、３３ａ、３３ｂ・・・バイパス電流測定素子、３４ａ、３４ｂ・・・電圧誤差増幅器、３５ａ、３５ｂ・・・電圧測定用誤差増幅器、４０ａ〜４０ｅ・・・電池管理装置、４１・・・組電池、４２・・・二次電池制御部、４３ａ〜４３ｊ・・・二次電池電圧調整部、４４・・・充電電圧検出部、４５ａ〜４５ｊ・・・二次電池、７０・・・交流電源、７１・・・整流器、７２・・・インバータ、７３・・・負荷、７４・・・直流スイッチ、７５・・・充電器、１００・・・電池管理システム、４２１・・・二次電池電圧計測部、４２２・・・二次電池数記憶部、４２３・・・二次電池電圧最大値算出部、４２４ａ〜４２４ｊ・・・二次電池電圧供給部、４２５・・・過放電検出部、４２６・・・放電用配線開放スイッチ、４２７・・・過充電検出部
【図１】
2008067506.tif 000003
【図２】
2008067506.tif 000004
【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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【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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