(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単バッテリを含む組電池の内圧上昇防止方法であって、
該複数の単バッテリのうちの少なくとも一つの単バッテリの温度を検出するステップと、
該単バッテリの内圧を推定するステップと、
前記検出された単バッテリの温度と、前記推定された単バッテリの内圧とに基づいて、前記組電池を構成する単バッテリの容器である電槽が耐圧限界に達するおそれがあるか否かを判定するステップと、
前記電槽が耐圧限界に達するおそれがあると判定されない場合には、前記複数の単バッテリのうちの少なくとも一つの単バッテリの内圧が上昇を開始するまで、第１の電流によって第１のレートで前記各単バッテリを充電するステップと、
前記電槽が耐圧限界に達するおそれがあると判定された場合には、前記単バッテリの内圧が上昇を開始した後に、前記第１の電流より低い第２の電流によって前記第１のレートより低い第２のレートで前記各単バッテリを充放電することにより前記組電池に対する入出力を制限するステップと、
を包含する、組電池の内圧上昇防止方法。
【請求項２】
前記電槽が耐圧限界に達するおそれがあるか否かの前記判定は、該電槽に関して予め求められた耐圧限界を示すマップを用いて行われる、請求項１に記載の組電池の内圧上昇防止方法。
【請求項３】
前記単バッテリの前記内圧の前記推定は、該単バッテリの電池残存容量（ＳＯＣ）と、該単バッテリの前記温度と、該単バッテリの充放電電流とに基づいて行われる、請求項１に記載の組電池の内圧上昇防止方法。
【請求項４】
前記単バッテリの前記電池残存容量（ＳＯＣ）は、該単バッテリの電圧と、該単バッテリの前記充放電電流と、該単バッテリの前記温度とに基づいて求められる、請求項３に記載の組電池の内圧上昇防止方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機（モーター）と内燃機関（エンジン）とを駆動源として併用するハイブリッド自動車等において、電動機の電源として使用される組電池の充電方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動機（モーター）と内燃機関（エンジン）とを駆動源として併用するハイブリッド自動車では、電動機の電源として、複数の単バッテリを組み合わせた組電池が使用される。このような組電池は、自動車内の限られた空間内に搭載する必要があるために、コンパクトに構成するとともに軽量化する必要がある。このために、薄い平板状をした角型の単バッテリが開発されている。この角型の単バッテリは、プラスチック製の薄い中空直方体状の電槽内に、電解液および極板群が収容されて構成されている。また、この単バッテリには、圧力調整のための安全弁が備えられている。
【０００３】
単バッテリの電池内圧が上昇し始めると、電槽内の圧力を緩和するために安全弁が動作する。しかし、電池内圧がさらに上昇すると、電槽はプラスチックで出来ているため、損傷するおそれがある。
【０００４】
電池の内圧が上昇する場合は、過放電時、過充電時、低温時のガス吸収性能低下時等である。
【０００５】
また、ハイブリッド自動車では、組電池を構成する単バッテリの温度、電圧、電流等を測定して、電池残存容量（ＳＯＣ）を推定し、組電池へ入出力可能な電力を算出し、その入出力可能な電力の範囲にて制御することが実施されている。このような制御では、例えば、電池温度の高低、電池残存容量の高低等に対応して、組電池の入出力が制限される。電池の充電可能範囲内にて電池を使用することにより、電池残存容量（ＳＯＣ）の低下等によって、突然、電力が取り出せない状態になるおそれがなくなる。従って、ハイブリッド自動車の走行時における違和感の解消、走行可能距離の延長等の動力性能の確保が可能になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
単バッテリを組み合わせた組電池を、ハイブリッド自動車の電源として使用すると、走行時に電流が使用されて放電され、蓄電量が減少する。このとき、各単バッテリの蓄電量にはばらつきが生じる。蓄電量が減少した各単バッテリは、一定の電流によって、均等に充電する均等充電が実施される。均等充電は、全ての電池が過充電状態になるように、一定の電流で充電される。
【０００７】
このように、組電池の均等充電に際しては、単バッテリをそれぞれ過充電するようになっているために、過充電される単バッテリは、満充電に達するあたりから、内圧が直線的に上昇する。組電池の均等充電を実施すると、内圧上昇防止用の安全弁が作動する圧力に達し、さらに充電を続けると、電槽の耐圧限界に達するような圧力に達するおそれがある。特に、プラスチック製の角型電池では、内圧の上昇によって、電槽が耐圧限界に達するおそれが大きい。
【０００８】
また、従来の組電池の入出力電力の判定は、電池残存容量（ＳＯＣ）を推定して実施するが、電池の内圧上昇については、何ら考慮されていない。従って、電池残存容量（ＳＯＣ）のみによっては、電池内圧が上昇しているか否かを判定することができず、その結果、内圧の上昇によって、電槽が耐圧限界に達すること等を招来するおそれもある。
【０００９】
本発明は、このような問題を解決するものであり、その目的は、組電池の均等充電に際して、電槽の膨張または耐圧限界に達することの抑制に効果がある組電池の充電方法を提供することにある。本発明の他の目的は、未然に電槽が耐圧限界に達すること等を防止することができる組電池の内圧上昇防止方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の単バッテリを含む組電池を充電する方法であって、上記複数の単バッテリのうちの少なくとも一つの単バッテリの内圧が上昇を開始するまで、第１の電流によって第１のレートで上記各単バッテリを充電する第１の工程と、上記少なくとも一つの単バッテリの内圧が上昇を開始した後に、上記第１の電流より低い第２の電流によって上記第１のレートより低い第２のレートで上記各単バッテリを充放電する第２の工程と、を包含する、方法であり、これにより上記目的が達成される。
【００１１】
本発明の他の局面は、上記第２の工程は、上記各単バッテリを充電する工程と、上記各単バッテリの充放電を休止する工程と、を包含する、上記の複数の単バッテリを含む組電池を充電する方法である。
【００１２】
本発明の他の局面は、上記第２の工程は、上記各単バッテリを充電する工程と、上記各単バッテリを放電する工程と、を包含する、上記の複数の単バッテリを含む組電池を充電する方法である。
【００１３】
本発明の他の局面は、上記第２の工程は、上記各単バッテリを充電する工程と、上記各単バッテリを放電する工程と、上記各単バッテリの充放電を休止する工程と、を包含する、上記の複数の単バッテリを含む組電池を充電する方法である。
【００１４】
本発明の他の局面は、上記第１のレートは１．６〜３．０Ｃであり、かつ上記第２のレートは０．３〜１．５Ｃである、上記の複数の単バッテリを含む組電池を充電する方法である。
【００１５】
さらに本発明は、単バッテリの温度を検出するステップと、上記単バッテリの内圧を推定するステップと、上記検出された単バッテリの温度と、上記推定された単バッテリの内圧とに基づいて、上記組電池を構成する単バッテリの容器である電槽が耐圧限界に達するおそれがあるか否かを判定するステップと、上記電槽が耐圧限界に達するおそれがあると判定された場合には、上記に記載の第２の工程を行って上記組電池に対する入出力を制限するステップと、を包含する、組電池の内圧上昇防止方法であり、これにより上記目的が達成される。
【００１６】
本発明の他の局面は、上記電槽が耐圧限界に達するおそれがあるか否かの上記判定は、上記電槽に関して予め求められた耐圧限界を示すマップを用いて行われる、上記に記載の組電池の内圧上昇防止方法である。
【００１７】
本発明の他の局面は、上記単バッテリの上記内圧の上記推定は、上記単バッテリの電池残存容量（ＳＯＣ）と、上記単バッテリの上記温度と、上記単バッテリの充放電電流とに基づいて行われる、上記に記載の組電池の内圧上昇防止方法である。
【００１８】
本発明の他の局面は、上記単バッテリの上記電池残存容量（ＳＯＣ）は、上記単バッテリの電圧と、上記単バッテリの上記充放電電流と、上記単バッテリの上記温度とに基づいて求められる、上記に記載の組電池の内圧上昇防止方法である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、本明細書中で使用する用語「レート」は、「充電率」または「放電率」を意味する。また、本明細書中で使用する用語「単バッテリ」は、「単電池」または「一つの電池ケースに複数個の単電池を挿入し、そのケース外部に一組のプラス・マイナスの端子を有するユニット電池」を意味する。本発明の組電池の内圧上昇防止方法は、例えば、ハイブリッド自動車における電動機の電源として使用される密閉型ニッケル−水素蓄電池からなる組電池を均等充電する際に実施される。この均等充電方法を、図１のグラフに基づいて説明する。組電池を均等充電するに際して、図１（ａ）に実線で示すように、まず、電池残存容量（ＳＯＣ）が１００％になるまで、２Ｃのレートの定電流によって充電する。通常、この２Ｃの定電流の充電は、３０分程度である。そして、ＳＯＣが１００％になると、その後は、前記充電電流よりも低い０．３〜１．５Ｃ程度の比較的低レートの電流によって、４０分程度にわたって充電する。
【００２０】
この場合、単バッテリの内圧は、図１（ｂ）に実線で示すように、ＳＯＣが１００％になるまでは、ほぼ、一定であり、ＳＯＣが１００％を超えると、内圧が上昇する。しかしながら、この場合、充電電流は、２Ｃではなく、０．３〜１．５Ｃ程度の低レートになっているために、単バッテリの内圧は、緩やかに上昇するだけである。比較のために、２Ｃの一定電流のみで均等充電した場合の内圧上昇を、図１（ｂ）に破線で示す。
【００２１】
また、図２（ａ）に実線で示すように、２Ｃの電流にて充電して、ＳＯＣが１００％を超えた後の単バッテリの内圧上昇を確実に防止するために、０．３〜１．５Ｃ程度の低レート充電を、所定の時間にわたって実施した後に、充電を休止するようにしてもよい。これにより、図２（ｂ）に実線で示すように、充電を休止した後に、単バッテリの内圧が上昇するおそれがない。
【００２２】
さらに、図３（ａ）に実線で示すように、２Ｃの電流にて充電して、ＳＯＣが１００％を超えた後の単バッテリの内圧を低下させるために、０．３〜１．５Ｃ程度の低レート充電を、所定の時間にわたって実施した後に、各単バッテリの放電を実施するようにしてもよい。これにより、図３（ｂ）に実線で示すように、放電を実施した後に、単バッテリの内圧が低下することになる。
【００２３】
さらに、図４（ａ）に示すように、電池残存容量（ＳＯＣ）が１００％になるまで、２Ｃの定電流によって充電すると、その後は、０．３〜１．５Ｃ程度の低レート充電と、充電休止とを交互に繰り返すようにしてもよい。低レートの充電と充電休止とは、それぞれ、１０秒〜４０分程度の適当な時間に設定される。この場合には、図４（ｂ）に示すように、ＳＯＣが１００％を超えた後に、０．３〜１．５Ｃ程度の低レートの充電によって、単バッテリの内圧は緩やかに上昇するだけであり、また、充電休止によって、単バッテリの内圧は、低下することになる。従って、０．３〜１．５Ｃ程度の低レートの充電と充電休止との繰り返しによって、単バッテリの内圧の上昇が確実に抑制される。
【００２４】
さらには、図５（ａ）に示すように、電池残存容量（ＳＯＣ）が１００％になるまで、２Ｃの定電流によって充電すると、その後は、０．３〜１．５Ｃ程度の低レート充電と、放電とを交互に繰り返すようにしてもよい。低レート充電と放電との時間は、１０秒〜４０分程度の適当な時間に設定されるが、充電に比べて放電は短く設定される。この場合には、図５（ｂ）に示すように、ＳＯＣが１００％を超えた後に、０．３〜１．５Ｃ程度の低レートの充電によって、単バッテリの内圧は緩やかに上昇するだけであり、また、各単バッテリの放電によって、単バッテリの内圧が、確実に低下することになる。従って、０．３〜１．５Ｃ程度の低レートの充電と放電との繰り返しによって、単バッテリの内圧の上昇が、一層確実に抑制される。
【００２５】
なおさらには、図６（ａ）に示すように、電池残存容量（ＳＯＣ）が１００％になるまで、２Ｃの低電流によって充電すると、その後は、０．３〜１．５Ｃ程度の低レート充電と、充電休止と、放電とを順番に繰り返すようにしてもよい。低レート充電、充電休止および放電の時間は、１０秒〜４０分程度の適当な時間に設定される。この場合には、図６（ｂ）に示すように、ＳＯＣが１００％を超えた後に、０．３〜１．５Ｃ程度の低レートの充電によって、単バッテリの内圧は緩やかに上昇するだけである。また、充電休止によって、単バッテリの内圧は、低下することになり、さらに、各単バッテリの放電によって、単バッテリの内圧が、確実に低下することになる。従って、０．３〜１．５Ｃ程度の低レートの充電と充電休止と放電との繰り返しによって、単バッテリの内圧の上昇が、より一層確実に抑制される。
【００２６】
なお、０．３〜１．５Ｃ程度の低レート充電、充電休止および放電の順番は、ランダムに変更してもよい。
【００２７】
上記の各実施形態における均等充電方法では、電池残存容量が１００％になるまで、２Ｃのレートで充電を実施したが、他のレートによって充電することも可能である。しかしながら、２Ｃよりもはるかに高いレートの場合には、充電効率が低下すると共に、電池内圧が上昇する。また、１．６Ｃよりもはるかに低いレートの場合には、充電時間が長くなり、ハイブリッド自動車等の電動機の電源用の組電池としては好ましいものではない。従って、２Ｃ程度のレートが好ましい。また、電池残存容量が１００％に達した後のレートは、低ければ低いほど、電池の内圧上昇を押さえることができるが、充電に長時間を要する。従って、０．３〜１．６Ｃ程度のレートが好ましい。
【００２８】
このように、組電池の均等充電に際して、各単バッテリの内圧の上昇を防止することができるので、プラスチック製の角型の電槽を有する単バッテリにおいて、安全弁の開放によるガスの放出をなくし、電池の寿命を向上させることができる。さらには、電槽が耐圧限界に達するようなおそれもない。また、角型の電槽を有する単バッテリを組み合わせた組電池では、各単バッテリの内圧の上昇が抑制されることで、電槽の膨張が押さえられるため、各単バッテリを拘束するための寸法精度の高い部品を使用する必要がなく、経済的である。
【００２９】
図７は、本発明の組電池の内圧上昇防止方法の実施に使用される内圧上昇防止装置の概略構成図である。この内圧上昇防止装置は、例えば、それぞれがプラスチック製の電槽を有する複数の単バッテリ１１を組み合わせた組電池１０において、各単バッテリ１１のうちの少なくとも一つの単バッテリの内圧が上昇したことを判定するようになっており、組電池１０におけるいずれかの単バッテリ１１の電圧を測定する電圧測定手段１２と、その単バッテリ１１の充放電電流値を測定する電流測定手段１３と、その単バッテリ１１における電槽の温度を測定する温度測定手段１４とを有している。
【００３０】
電圧測定手段１２、電流測定手段１３および温度測定手段１４の出力は、それぞれ、電池残存容量演算部１５に与えられており、電池残存容量演算部１５の出力が、電池内圧上昇判定部１６に与えられている。電池内圧上昇判定部１６には、電流測定手段１３の出力および温度測定手段１４の出力も与えられている。電池内圧上昇判定部１６は、電池内圧上昇判定マップ１７に基づいて、電池の内圧が上昇しているかを判定して、所定の信号を電池入出力制限部１８に出力するようになっている。電池入出力制限部１８は、電池内圧上昇判定部１６の出力に基づいて、組電池１０に対する入出力を制限するようになっている。
【００３１】
電池内圧上昇判定マップ１７には、電池種類毎に予め求められた電池内圧特性のデータと、プラスチック製の電槽耐圧特性のデータとが、予め求められて、マップとして記憶されている。一般に、電池内圧特性は、電池残存容量（ＳＯＣ）と、電池温度および充放電電流値とによって決まり、概略、図８に示すような特性になる。図８に示す電池内圧特性から、電池の残存容量が２０〜８０％程度においては、電池内圧は相対的に低くなることが分かる。また、温度および電流値が上昇すると、電池内圧値が全体にわたって上昇することが分かる。
【００３２】
また、プラスチック製の電槽を有する単バッテリ１１における電槽の耐圧特性は、電池内圧と電池（電槽）温度によって決まり、概略、図９に示すような特性になる。図９に示す特性から、２０〜６０℃程度の範囲では、内圧が上昇しても耐圧限界に達する可能性は低いが、６０℃を超えると、温度が高くなるにつれて、電槽の耐圧限界を示す内圧値は、緩やかに低下し、また、２０℃よりも低下すると、電槽の耐圧限界を示す内圧値は低下することが分かる。
【００３３】
図８に示す電池内圧特性を示すグラフおよび図９に示す電槽耐圧特性を示すグラフが、電池内圧上昇判定マップ１７として、電池内圧上昇判定部１６に保持されている。
【００３４】
図１０は、このような構成の内圧上昇防止装置の制御内容を示すフローチャートである。この内圧上昇防止装置は、例えば、前述したように組電池１０を均等充電するに際して、組電池１０における所定の単バッテリ１１の電圧、電流、および温度を、電圧測定手段１２、電流測定手段１３、温度測定手段１４によって、それぞれ測定する（図１０のステップＳ１参照、以下同様）。そして、測定された単バッテリ１１の電圧、電流、および温度が電池残存容量演算部１５に入力されて、その単バッテリ１１の残存容量が、電池残存容量演算部１５によって演算される。
【００３５】
電池残存容量演算部１５によって演算された単バッテリ１１の電池残存容量は、電池内圧上昇判定部１６に与えられている。電池内圧上昇判定部１６には、電流測定手段１３によって得られる単バッテリ１１の電流と、温度測定手段１４によって得られる単バッテリ１１の温度も、それぞれ与えられており、電池内圧上昇判定部１６は、これらの演算値および測定値と、電池内圧上昇判定マップ１７とに基づいて、電池内圧を推定する（ステップＳ３）。
【００３６】
具体的には、単バッテリ１１の電池残存容量と、その単バッテリ１１の温度および電流値とに基づいて、図８に示す電池内圧特性のグラフから、単バッテリ１１の内圧を推定し、その推定された電池内圧と、単バッテリ１１の温度に基づいて、図９に示す電槽の耐圧特性を示すグラフから、測定される単バッテリ１１が、電槽の耐圧限界内に位置しているかが判定される（ステップＳ４）。
【００３７】
そして、単バッテリ１１の内圧が、電槽の耐圧限界を下回っている場合には、組電池１０に対して通常の入出力が実施される（ステップＳ５）。これに対して、単バッテリ１１の内圧が、電槽の耐圧限界近傍にある場合には、単バッテリ１１の内圧が高く、電槽が耐圧限界に達するおそれがあると判断して、組電池１０に対する入出力が制限される（ステップＳ６）。これにより、組電池１０における全ての単バッテリ１１の内圧の上昇が防止されることになり、各単バッテリ１１の電槽が耐圧限界に達すること等が抑制される。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明の組電池の充電方法は、組電池を均等充電する際に、単バッテリの内圧が上昇することを抑制することができ、従って、電槽が耐圧限界に達すること等を防止することができる。さらに、本発明は、従来のように高価で精密な内圧センサー等を必要としないため、コストの削減が可能となり、併せて信頼性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の組電池の充電方法が実施される組電池の均等充電方法の実施状態の一例を示すグラフ、（ｂ）は、その場合の電池の内圧を示すグラフである。
【図２】（ａ）は、本発明の組電池の充電方法が実施される組電池の均等充電の実施状態の他の例を示すグラフ、（ｂ）は、その場合の電池の内圧を示すグラフである。
【図３】（ａ）は、本発明の組電池の充電方法が実施される組電池の均等充電の実施状態の他の例を示すグラフ、（ｂ）は、その場合の電池の内圧を示すグラフである。
【図４】（ａ）は、本発明の組電池の充電方法が実施される組電池の均等充電の実施状態の他の例を示すグラフ、（ｂ）は、その場合の電池の内圧を示すグラフである。
【図５】（ａ）は、本発明の組電池の充電方法が実施される組電池の均等充電の実施状態の他の例を示すグラフ、（ｂ）は、その場合の電池の内圧を示すグラフである。
【図６】（ａ）は、本発明の組電池の充電方法が実施される組電池の均等充電の実施状態の他の例を示すグラフ、（ｂ）は、その場合の電池の内圧を示すグラフである。
【図７】本発明の組電池の充電方法のさらに他の例における実施に使用される装置の構成を示すブロック図である。
【図８】図７で示された装置に使用される電池内圧上昇判定マップに保存された電池内圧特性の一例を示すグラフである。
【図９】図７で示された装置に使用される電池内圧上昇判定マップに保存された電槽の耐圧特性の一例を示すグラフである。
【図１０】図７で示された装置の制御内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０  組電池
１１  単バッテリ
１２  電圧測定手段
１３  電流測定手段
１４  温度測定手段
１５  電池残存容量演算部
１６  電池内圧上昇判定部
１７  電池内圧上昇判定マップ
１８  電池入出力制限部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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