(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電・放電可能な二次電池が単位セルとして複数個直列に接続されてなり、その両端に負荷や充電器が接続されることに応じて充電・放電される組電池の充電状態を調整する充電状態調整装置において、
前記各単位セルの残存容量のばらつきが所定の許容範囲内となるように当該各単位セルの残存容量を常時個別に調整する残存容量調整手段を備え、
前記残存容量調整手段は、
あらかじめ設定された時刻や時間間隔で起動する起動手段と、
この起動手段により起動され、前記各単位セルの残存容量を検出する残存容量検出手段と、
前記起動手段により起動され、前記残存容量検出手段により検出された各単位セルの残存容量に基づいて各単位セルの残存容量のばらつきを計算するばらつき計算手段と、
前記起動手段により起動され、前記ばらつき計算手段により計算された各単位セルの残存容量のばらつきが前記所定の許容範囲内を越えているか否かを判定するばらつき判定手段と、
前記起動手段により起動され、前記ばらつき判定手段により残存容量のばらつきが前記所定の許容範囲内を越えていると判定された単位セルに放電を指令する放電指令手段と、
前記各単位セルを個別に放電する放電手段と、
前記放電指令手段の指令に基づいて前記放電手段により単位セルの放電を開始・停止させる放電制御手段とを備えて構成され、
前記放電制御手段は、当該放電制御手段の放電制御対象である単位セルから給電され、当該放電制御手段の放電制御対象である単位セルの放電開始と同時に当該単位セルからの給電が開始されると共に、当該単位セルの放電停止と同時に当該単位セルからの給電が停止されるように構成され、前記起動手段が起動したことに応じて前記放電手段により単位セルの放電を開始・停止させ、単位セルの放電を開始させたときには、前記起動手段が次に起動するまでの間において該単位セルの放電を継続させることを特徴とする組電池の充電状態調整装置。
【請求項２】
前記放電制御手段は、フリップフロップ回路から構成されていることを特徴とする請求項１記載の組電池の充電状態調整装置。
【請求項３】
前記単位セルは、リチウム系二次電池であることを特徴とする請求項１または２に記載の組電池の充電状態調整装置。
【請求項４】
前記組電池は、電気自動車の電源としての電源装置に用いられることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の組電池の充電状態調整装置。
【請求項５】
前記組電池は、ハイブリッド電気自動車の電源としての電源装置に用いられることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の組電池の充電状態調整装置。
【請求項６】
前記充電状態として前記組電池の電圧を調整することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の組電池の充電状態調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充電・放電可能な二次電池が単位セルとして複数個直列に接続されてなり、その両端に負荷や充電器が接続されることに応じて充電・放電される組電池の充電状態調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境保護の目的から、排気ガスなどによる大気汚染の問題がない電気自動車や、低公害と走行性能とを両立可能なハイブリッド電気自動車が注目されている。特に、ハイブリッド電気自動車は、エンジンを搭載しているため、電気自動車に適用されるものほどの大容量の電池を用意しなくても、ガソリン車と略同等の走行性能を確保することができ、しかも、低速走行時には電力で駆動することから、低速走行時に多量の排気ガスを排出するガソリン車と比較すると、環境に優しいという特徴を有している。このような事情から、ハイブリッド電気自動車は、電気自動車よりも先行して普及すると考えられている。
【０００３】
ところで、ハイブリッド電気自動車に適用される電池としては、ハイブリッド電気自動車が発進時やフル加速時には電力で駆動し、また、エンジンやモータジェネレータなどの多くの部品を搭載することにより車両全体の重量が大きくなるという理由から、電気自動車に適用されるものと同様に、高性能であって、且つ、軽量であるものが要求されている。
【０００４】
このような状況の下で、鉛電池、ニッカド電池やニッケル水素電池に代わるものとして、リチウム電池が注目されている。リチウム電池は、同容量の鉛電池に比べて約４倍もの高い重量エネルギー密度を有し、また、同容量のニッケル水素電池に比べて約２倍もの高い重量エネルギー密度を有しているので、ハイブリッド電気自動車に好適な電池として期待されている。
【０００５】
ところが、このリチウム電池は、過充電や過放電に対して弱いため、規定された電圧の範囲内で使用しないと、材料が分解して容量が著しく減少したり、また、異常な発熱をしたりして、使用不可能な状態に至る虞がある。そのため、リチウム電池は、一般的には、上限電圧および下限電圧が明確に規定されており、その規定された範囲内となるように電圧制御されて使用されたり、あるいは電圧範囲を制限する保護回路と共に使用されるようになっている。
【０００６】
ところで、ハイブリッド電気自動車や電気自動車に使用されるバッテリは、モータを駆動するために高い電圧を必要とするので、通常、複数個の単電池（単位セル）が直列に接続されて組電池として構成されている。すなわち、例えば、３００Ｖのバッテリ電圧が必要である場合には、単位セルあたり約２Ｖの鉛電池では１５０個の単位セルが直列に接続され、単位セルあたり約１．２Ｖのニッケル水素電池では２５０個の単位セルが直列に接続され、単位セルあたり約３．６Ｖのリチウム電池では８０個の単位セルが直列に接続されることになる。そして、このように多数の単位セルが直列に接続されてなる組電池を充電・放電する場合、従来では、組電池の正極と負極との間の端子間電圧を監視することによって充電・放電を制御していた。
【０００７】
ここで、この場合に問題となるのが、各単位セルの残存容量（以下、ＳＯＣ（State Of Charge ）と略称する）に起因する単位セルの端子間電圧（セル電圧）のばらつきである。すなわち、単位セルが直列に接続された状態では、各単位セルを流れる電流は等しいものであるが、単位セル毎の自己放電の量や充放電効率の違いによって各単位セルのＳＯＣにばらつきがあるため、各単位セルの端子間電圧の変化は異なったものとなる。そして、このＳＯＣのばらつきは、時間が経過するにしたがって蓄積され、拡大していくものである。
【０００８】
したがって、このような下で、単位セルが直列に接続されてなる組電池の端子間電圧を監視して充電・放電を制御しても、各単位セルとしては、端子間電圧が（組電池の端子間電圧）／（単位セル個数）として得られる平均電圧よりも高くなっているものも存在すれば、平均電圧よりも低くなっているものも存在しているため、端子間電圧が平均電圧よりも高い単位セルを上限電圧まで充電すれば、その単位セルは過充電となり、また、端子間電圧が平均電圧よりも低い単位セルを下限電圧まで放電すれば、その単位セルは過放電となる。
【０００９】
この場合、上述した鉛電池、ニッカド電池やニッケル水素電池は、過充電や過放電となっても、性能が多少劣化するのみで使用不可能な状態に至る虞はないものであるが、前述したように、リチウム電池は、過充電や過放電になると、使用不可能な状態に至る虞があるものである。
【００１０】
このような不具合を解決するものとして、実開平２−１３６４４５号公報に開示されている方法がある。この方法は、各単位セルの端子間電圧のうちから最高電圧および最低電圧を検出し、充電する際には、最高電圧を有する単位セルの端子間電圧が上限電圧を越えないように充電を制御し、また、放電する際には、最低電圧を有する単位セルの端子間電圧が下限電圧に到達したときに放電を終了するように放電を制御するものである。
【００１１】
ところが、この方法では、このように全ての単位セルを所定電圧の範囲内で充電・放電することにより、過充電や過放電になることを未然に防止することはできるが、最高電圧を有する単位セルに充電が制限され、また、最低電圧を有する単位セルに放電が制限されることになるので、ＳＯＣのばらつきが大きいと、その分、組電池としての容量が小さくなるという問題がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、このような不具合を解決するものとして、特開平８−１９１８８号公報に開示されている方法がある。以下、この特開平８−１９１８８号公報に開示されている方法について、図１０を参照して説明する。
【００１３】
図１０において、組電池１は、多数の単位セル２が直列に接続されて構成されており、それら各単位セル２には、抵抗３ａとスイッチ３ｂとが直列に接続されてなる単位セル放電回路（バイパス回路）３が並列に接続されている。各端子間電圧検出器４は、各単位セル２の端子間電圧を検出し、その端子間電圧を示す単位セル電圧信号を制御装置５に出力するようになっている。また、充電回路６は、商用の交流電力を直流電力に変換することにより、所望の充電電力を生成するようになっている。
【００１４】
このような構成によれば、充電を開始するために、スイッチ７がオン（閉成）されると、制御装置５は、スイッチ８をオン（閉成）する。これにより、充電回路６から組電池１に直流電力（充電電力）が供給され、組電池１が充電されるようになる。
【００１５】
次いで、制御装置５は、各端子間電圧検出器４から単位セル電圧信号を入力することにより、各単位セル２の端子間電圧を検出し、多数の単位セル２のうち、端子間電圧が所定値を越えている単位セル２が存在する場合には、その単位セル２に対応する単位セル放電回路３のスイッチ３ｂをオン（閉成）する。これにより、端子間電圧が所定値を越えている単位セル２が放電を開始するようになり、結果的に、単位セル２の端子間電圧のばらつき、つまり、ＳＯＣのばらつきが解消されるようになる。
【００１６】
しかしながら、この方法では、このようなＳＯＣのばらつきが解消される機会は、充電回路６から組電池１に直流電力が供給されているとき、つまり、組電池１を充電するときに限られている。そのため、特に、ハイブリッド電気自動車のように、充電・放電を小刻みに繰返し実行するような構成では、単位セル２を放電する際には、単位セル放電回路３の通電時間が短くなっていまい、１回あたりの通電電流（放電電流）を大きくする必要がある。そうなると、単位セル放電回路３を構成する抵抗３ａとスイッチ３ｂとを大電流に対応するものにする必要があり、これに起因してコストが増大したり、回路が大形化してしまうという問題がある。
【００１７】
また、単位セル放電回路３は、抵抗３ａの発熱によりエネルギーを消費させるものであるので、このように通電電流を大きくすると、発熱量が通電電流の２乗に比例して大きくなることから、発熱量が増大することになる。そうなると、その分、放熱フィンや冷却ファンなどの冷却構造を大形化する必要があり、あるいは別の冷却用の部品を追加する必要があり、これに起因してもコストが増大したり、装置全体が大形化してしまうという問題もある。
【００１８】
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、充電・放電可能な二次電池が単位セルとして複数個直列に接続されてなり、その両端に負荷や充電器が接続されることに応じて充電・放電される組電池の充電状態を調整するものにおいて、コストの削減および装置全体の小形化を図ることができる組電池の充電状態調整装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の組電池の充電状態調整装置によれば、残存容量調整手段において、起動手段が起動すると、残存容量検出手段は、各単位セルの残存容量を検出し、ばらつき計算手段は、残存容量検出手段により検出された各単位セルの残存容量に基づいて各単位セルの残存容量のばらつきを計算する。次いで、ばらつき判定手段は、ばらつき計算手段により計算された各単位セルの残存容量のばらつきが所定の許容範囲内を越えているか否かを判定し、放電指令手段は、ばらつき判定手段により残存容量のばらつきが所定の許容範囲内を越えていると判定された単位セルに放電を指令する。そして、放電制御手段は、放電指令手段の指令に基づいて、放電手段により単位セルの放電を開始・停止させ、単位セルの放電を開始させたときには、起動手段が次に起動するまでの間において該単位セルの放電を継続させる。
【００２０】
すなわち、起動手段があらかじめ設定された時刻や時間間隔で起動すると、これら残存容量検出手段、ばらつき計算手段、ばらつき判定手段、放電指令手段、放電手段および放電制御手段により、単位セルの放電が開始・停止され、単位セルの放電が開始されたときには、起動手段が次に起動するまでの間において該単位セルの放電が継続されるようになるので、起動手段が起動を停止した以後であっても、単位セルの放電を継続することができ、各単位セルの残存容量のばらつきが解消される機会は、従来のものとは異なって、組電池を充電するときに限られることがなく、単位セルを常時放電することが可能となるので、単位セルを放電する際に、放電電流を大きくする必要がない。
したがって、単位セルを放電するための抵抗などの電子部品を大電流に対応するものとする必要がなく、また、放電に際して発熱量が増大することもなく、冷却構造を大形化したり追加する必要もないので、コストの削減および装置全体の小形化を図ることができる。
また、放電制御手段が当該放電制御手段の放電制御対象である単位セルから給電されるように構成したので、放電制御手段は、残存容量検出手段、ばらつき計算手段、ばらつき判定手段および放電指令手段などの他の手段の給電状態に拘らず、動作を継続することができ、すなわち、それら他の手段が給電されなくなって動作が停止した場合であっても、単位セルの放電が開始されているときには、その状態、つまり、単位セルの放電を継続させることができる。
さらに、放電制御手段が当該放電制御手段の放電制御対象である単位セルの放電開始と同時に、当該単位セルからの給電が開始されると共に、当該単位セルの放電停止と同時に、当該単位セルからの給電が停止されるように構成したので、放電制御手段が当該放電制御手段の放電制御対象である単位セルから給電される構成でありながらも、単位セルが放電していないときには、放電制御手段が給電されることを防止でき、つまり、単位セルの残存容量が低下してしまうことを防止することができる。
【００２１】
請求項２記載の組電池の充電状態調整装置によれば、放電制御手段をフリップフロップ回路により構成したので、汎用性の高い回路により、簡単に構成することができる。
【００２３】
請求項３記載の組電池の充電状態調整装置によれば、単位セルをリチウム系二次電池により構成したので、リチウム系二次電池が過充電・過放電となることを未然に防止でき、つまり、リチウム系二次電池の充電・放電を安全に制御した上で、リチウム系二次電池の性能を十分に引出して活用することができる。
【００２５】
請求項４記載の組電池の充電状態調整装置によれば、組電池を電気自動車の電源としての電源装置に用いるように構成したので、電気自動車における電源装置の性能や電池寿命を十分に向上させることができる。
【００２６】
請求項５記載の組電池の充電状態調整装置によれば、組電池をハイブリッド電気自動車の電源としての電源装置に用いるように構成したので、ハイブリッド電気自動車における電源装置の性能や電池寿命を十分に向上させることができる。
【００２７】
請求項６記載の組電池の充電状態調整装置によれば、組電池の電圧を的確に調整することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明をハイブリッド電気自動車に搭載されるものに適用した第１実施例について、図１ないし図５を参照して説明する。
まず、図１は、本発明における電気的構成を機能ブロックにして示している。正側母線１１ａおよび負側母線１１ｂ間には、電源装置としてのバッテリを構成する組電池１２と、電流センサ１３とからなる直列回路が接続されている。組電池１２は、リチウム系二次電池からなる単位セル１４が複数個直列に接続されて構成されているもので、リチウム系二次電池としては、例えば、リチウムイオンを吸蔵および放出する電極を内蔵しているものを用いている。
【００３３】
組電池１２の各単位セル１４には、端子間電圧検出器１５が並列に接続されている。これら各端子間電圧検出器１５は、各単位セル１４の端子間電圧を検出し、その端子間電圧を示す単位セル電圧信号をマルチプレクサ１６に出力するようになっている。
【００３４】
マルチプレクサ１６は、各端子間電圧検出器１５から単位セル電圧信号が与えられると、それら単位セル電圧信号を選択し、選択した単位セル電圧信号をＡ／Ｄコンバータ１７に出力するようになっている。Ａ／Ｄコンバータ１７は、マルチプレクサ１６から単位セル電圧信号が与えられると、その単位セル電圧信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、マイクロプロセッサ（以下、ＭＰＵと略称する、本発明でいう残存容量検出手段、ばらつき計算手段、ばらつき判定手段および放電指令手段）１８に出力するようになっている。
【００３５】
また、各単位セル１４には、抵抗１９ａとスイッチ１９ｂとからなる直列回路で構成される単位セル放電回路（バイパス回路、本発明でいう放電手段）１９が並列に接続されている。
【００３６】
上記電流センサ１３は、組電池１２の充放電電流（主電流）を検出し、その充放電電流を示す充放電電流信号を増幅器２０に出力するようになっている。増幅器２０は、電流センサ１３から充放電電流信号が与えられると、その充放電電流信号を増幅し、Ａ／Ｄコンバータ２１に出力するようになっている。Ａ／Ｄコンバータ２１は、増幅器２０から増幅された充放電電流信号が与えられると、その充放電電流信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、ＭＰＵ１８に出力するようになっている。
【００３７】
しかして、ＭＰＵ１８は、各端子間電圧検出器１５からマルチプレクサ１６およびＡ／Ｄコンバータ１７を介して与えられる単位セル電圧信号と、電流センサ１３から増幅器２０およびＡ／Ｄコンバータ２１を介して与えられる充放電電流信号とに基づいて各単位セル１４の残存容量（以下、ＳＯＣ（State Of Charge ）と略称する）を計算するようになっている。この場合、ＳＯＣの計算方法としては、単位セルの電流電圧特性に基づいて開回路電圧（以下、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）と略称する）や所定電流に対する端子間電圧を計算し、あらかじめ記憶しているＳＯＣとの相関から計算する方法、充放電電流や電力の積算値から推定する方法、内部抵抗の変化から推定する方法およびこれらの方法を組合わせて計算する方法などがある。
【００３８】
デコーダ２２は、ＭＰＵ１８からの指令に基づいて、上記各単位セル放電回路１９に並列に接続されているフリップフロップ回路（本発明でいう放電制御手段）２３のうち、指定されたフリップフロップ回路２３にセット信号Ｓ1 〜Ｓn を出力するようになっている。各フリップフロップ回路２３は、デコーダ２２からセット信号Ｓ1 〜Ｓn が与えられると、対応する単位セル放電回路１９のスイッチ１９ｂに出力する出力信号をハイレベルにするようになっており、各単位セル放電回路１９のスイッチ１９ｂは、各フリップフロップ回路２３から与えられている出力信号がハイレベルになると、オン（閉成）するようになっている。
【００３９】
しかして、デコーダ２２からフリップフロップ回路２３にセット信号Ｓ1 〜Ｓn が出力されると、そのフリップフロップ回路２３に並列に接続されている単位セル放電回路１９に放電電流が流れ、つまり、そのフリップフロップ回路２３に並列に接続されている単位セル１４が放電を開始するようになっている。
【００４０】
また、各フリップフロップ回路２３は、上記ＭＰＵ１８からリセット信号ＲＳが与えられると、対応する単位セル放電回路１９のスイッチ１９ｂに出力する出力信号をロウレベルにするようになっており、各単位セル放電回路１９のスイッチ１９ｂは、各フリップフロップ回路２３から与えられている出力信号がロウレベルになると、オフ（開成）するようになっている。
【００４１】
しかして、ＭＰＵ１８からフリップフロップ回路２３にリセット信号ＲＳが出力されると、そのフリップフロップ回路２３に並列に接続されている単位セル放電回路１９に放電電流が流れている場合には、放電電流が流れなくなり、つまり、そのフリップフロップ回路２３に並列に接続されている単位セル１４が放電を停止するようになっている。
【００４２】
タイマー（本発明でいう起動手段）２４は、所定のタイミング（例えば１２時間に１回）によりＭＰＵ１８に起動信号を出力すると共に、ＯＲ素子２５に起動信号を出力するようになっている。ＯＲ素子２５は、タイマー２４から起動信号が与えられると共に、キースイッチの操作に応じて起動信号が与えられるようになっており、いずれかから起動信号が与えられると、スイッチ２６にオン信号を出力するようになっている。スイッチ２６は、ＯＲ素子２５からオン信号が与えられると、オン（閉成）するようになっている。
【００４３】
レギュレータ２７は、スイッチ２６がオン（閉成）すると、所定電圧を上記マルチプレクサ１６、Ａ／Ｄコンバータ１７、ＭＰＵ１８、増幅器２０、Ａ／Ｄコンバータ２１およびデコーダ２２に給電するようになっている。
【００４４】
しかして、上記構成においては、マルチプレクサ１６、Ａ／Ｄコンバータ１７、ＭＰＵ１８、増幅器２０、Ａ／Ｄコンバータ２１およびデコーダ２２は、ＯＲ素子２５からスイッチ２６にオン信号が出力されたとき、つまり、タイマー２４からＯＲ素子２５に起動信号が出力されたとき、あるいはキースイッチの操作に応じてＯＲ素子２５に起動信号が与えられたときに、レギュレータ２７から給電されて動作するようになっている。一方、上記各フリップフロップ回路２３は、各単位セル１４から給電されるようになっており、つまり、タイマー２４が起動しているか否かに拘らず、動作するようになっている。
【００４５】
また、上記ＭＰＵ１８には、制御プログラムの実行領域や作業領域として使用されるＲＡＭなどで構成されたメモリ１８ａが接続されている。
尚、本発明でいう残存容量調整手段２８は、以上に説明したＭＰＵ１８、単位セル放電回路１９、フリップフロップ回路２３およびタイマー２４から構成されている。
【００４６】
次いで、上記単位セル放電回路１９およびフリップフロップ回路２３の具体的な構成について、図２を参照して説明する。
単位セル放電回路１９のスイッチ１９ｂは、ＰＮＰ型トランジスタ２９から構成されており、フリップフロップ回路２３は、ＮＰＮ型トランジスタ３０〜３２、抵抗３３〜４３、コンデンサ４４，４５およびダイオード４６が図示のように接続されて構成されている。
【００４７】
このような構成では、デコーダ２２からフリップフロップ回路２３にセット信号Ｓ1 〜Ｓn が与えられると、ＮＰＮ型トランジスタ３０に抵抗３５を介してベース電流が流れることになるので、ＮＰＮ型トランジスタ３０がターンオンする。ＮＰＮ型トランジスタ３０がターンオンすると、ＰＮＰ型トランジスタ２９のベース電流が抵抗３４を介してＮＰＮ型トランジスタ３０のコレクタ電流として流れることになるので、ＰＮＰ型トランジスタ２９がターンオンする。
【００４８】
そして、ＰＮＰ型トランジスタ２９がターンオンすると、抵抗１９ａに放電電流が流れ、これにより、単位セル１４が放電を開始することになる。また、このとき、抵抗１９ａの両端子間に起電力が発生し、ＮＰＮ型トランジスタ３２に抵抗３８，３９を介してベース電流が流れることになるので、ＮＰＮ型トランジスタ３２がターンオンする。ＮＰＮ型トランジスタ３２がターンオンすると、ＰＮＰ型トランジスタ２９のベース電流が抵抗３７を介してＮＰＮ型トランジスタ３２のコレクタ電流としても流れる。
【００４９】
つまり、単位セル１４が放電を開始したときには、ＰＮＰ型トランジスタ２９のベース電流は、抵抗３４を介してＮＰＮ型トランジスタ３０のコレクタ電流として流れると共に、抵抗３７を介してＮＰＮ型トランジスタ３２のコレクタ電流として流れることになる。したがって、このとき、仮にセット信号Ｓ1 〜Ｓn が与えられなくなり、ＮＰＮ型トランジスタ３０がターンオフしても、ＮＰＮ型トランジスタ３２がターンオフすることがないので、ＰＮＰ型トランジスタ２９は、ターンオフすることがなく、ターンオンを継続することになり、これにより、単位セル１４が放電を継続することになる。
【００５０】
一方、ＭＰＵ１８からフリップフロップ回路２３にリセット信号ＲＳが与えられると、ＮＰＮ型トランジスタ３１に抵抗４２を介してベース電流が流れることになるので、ＮＰＮ型トランジスタ３１がターンオンする。ＮＰＮ型トランジスタ３１がターンオンすると、ＮＰＮ型トランジスタ３１のコレクタ電流が流れることになり、ＮＰＮ型トランジスタ３２にベース電流が流れなくなるので、ＮＰＮ型トランジスタ３２がターンオフする。
【００５１】
そして、ＮＰＮ型トランジスタ３２がターンオフすると、ＰＮＰ型トランジスタ２９のベース電流の経路がなくなり、ＰＮＰ型トランジスタ２９のベース電流が流れなくなるので、ＰＮＰ型トランジスタ２９がターンオフし、抵抗１９ａに放電電流が流れなくなり、これにより、単位セル１４が放電を停止することになる。また、このとき、仮にリセット信号ＲＳが与えられなくなり、ＮＰＮ型トランジスタ３１がターンオフしても、ＰＮＰ型トランジスタ２９は、ターンオンすることがなく、ターンオフを継続することになり、これにより、単位セル１４が放電の停止を継続することになる。
【００５２】
すなわち、本実施例においては、単位セル放電回路１９およびフリップフロップ回路２３が以上のように構成されていることから、セット信号Ｓ1 〜Ｓn が与えられることに応じて、単位セル放電回路１９の抵抗１９ａに放電電流が流れ、単位セル１４が放電を開始するようになり、その状態から、セット信号Ｓ1 〜Ｓn が与えられなくなっても、単位セル１４が放電を停止することがなく、放電を継続するようになっている。そして、その状態から、リセット信号ＲＳが与えられることに応じて、単位セル放電回路１９の抵抗１９ａに放電電流が流れなくなり、単位セル１４が放電を停止するようになっている。
【００５３】
また、この場合、フリップフロップ回路２３においては、高電位側と低電位側との間、それら高電位側や低電位側と接地との間のいずれの経路にもＮＰＮ型トランジスタ３０〜３２が介在していることから、それらＮＰＮ型トランジスタ３０〜３２がターンオフしている状態では漏れ電流が抑制され、フリップフロップ回路２３全体としての漏れ電流も抑制されるようになっている。
【００５４】
したがって、単位セル１４は、セット信号Ｓ1 〜Ｓn がフリップフロップ回路２３に与えられることに応じて、放電を開始すると同時に、フリップフロップ回路２３への給電を開始することになり、また、リセット信号ＲＳがフリップフロップ回路２３に与えられることに応じて、放電を停止すると同時に、フリップフロップ回路２３への給電を停止することになる。
【００５５】
次に、上記構成の作用について、図３ないし図５も参照して説明する。尚、これ以降、レギュレータ２７から給電される部分、つまり、マルチプレクサ１６、Ａ／Ｄコンバータ１７、ＭＰＵ１８、増幅器２０、Ａ／Ｄコンバータ２１およびデコーダ２２を制御回路と称し、制御回路がレギュレータ２７から給電されている状態を「ばらつき判定モード」と称し、制御回路がレギュレータ２７から給電されていない状態を「ばらつきセル放電モード」と称することとする。
【００５６】
また、組電池１２を構成する多数の単位セル１４のうち、図３に示すように、３つの単位セルＢ1 〜Ｂ3 を代表し、各単位セルＢ1 〜Ｂ3 は、それぞれ適当な容量まで充電されており、各単位セルＢ1 〜Ｂ3 の端子間電圧（セル電圧）Ｖ1 〜Ｖ3 は、初期状態では、図５に示すように、Ｖ1 ＞Ｖ3 ＞Ｖ2 の関係にあるものとする。さらに、ハイブリッド電気自動車は駐車しており、つまり、タイマー２４が起動していない状態では、ＯＲ素子２５には起動信号が与えられていないものとする。尚、図４は、ＭＰＵ１８が実行する処理をフローチャートとして示しており、図５は、それに関連した部分をタイムチャートとして示している。
【００５７】
さて、タイマー２４が起動し、タイマー２４からＯＲ素子２５に起動信号が出力され、ＯＲ素子２５からスイッチ２６にオン信号が出力され、スイッチ２６がオン（閉成）し、制御回路がレギュレータ２７から給電されると、制御回路は、「ばらつき判定モード」となる（図５中、ｔ1 参照）。
【００５８】
ＭＰＵ１８は、給電されると、各単位セル１４に並列に接続されているフリップフロップ回路２３にリセット信号ＲＳを出力することにより、各単位セル１４に並列に接続されている単位セル放電回路１９のスイッチ１９ｂをオフ（開成）する（ステップＳ１）。これにより、オン（閉成）していたスイッチ１９ｂがオフ（開成）することになるので、多数の単位セル１４のうち、その時点で放電していた単位セル１４、この場合であれば、単位セルＢ1 ，Ｂ3 において放電電流Ｉ1 ，Ｉ3 が流れなくなり、つまり、単位セルＢ1 ，Ｂ3 が放電を停止することになる。
【００５９】
次いで、ＭＰＵ１８は、所定時間待機する（ステップＳ２）。ここで、所定時間待機するのは、単位セル１４が放電を停止したことに応じて、過渡現象に起因する端子間電圧の変動による影響を回避するためである。つまり、この場合の所定時間とは、単位セル１４の端子間電圧の変動が収束すると予想される時間である。ＭＰＵ１８は、所定時間経過すると、ステップＳ３において「ＹＥＳ」と判断し、各端子間電圧検出器１５からマルチプレクサ１６およびＡ／Ｄコンバータ１７を介して与えられる単位セル電圧信号と、電流センサ１３から増幅器２０およびＡ／Ｄコンバータ２１を介して与えられる充放電電流信号とに基づいて各単位セル１４のＳＯＣを計算する（ステップＳ４、図５中、ｔ2 参照）。
【００６０】
次いで、ＭＰＵ１８は、各単位セル１４のＳＯＣのうちから最小値を検出し、各単位セル１４毎に、最小のＳＯＣとの差、つまり、ＳＯＣのばらつきを計算し（ステップＳ５）、ＳＯＣのばらつきが所定のばらつき許容範囲内を越えている単位セル１４が存在するか否かを判定する（ステップＳ６）。
【００６１】
このとき、所定のばらつき許容範囲に相当する端子間電圧の上限電圧をＶH とすると、この場合であれば、多数の単位セル１４のうち、単位セルＢ1 ，Ｂ3 の端子間電圧Ｖ1 ，Ｖ3 が上限電圧ＶH を越えている、つまり、ＳＯＣのばらつきが所定のばらつき許容範囲内を越えているので、ＭＰＵ１８は、ステップＳ６において「ＹＥＳ」と判断し、デコーダ２２から単位セルＢ1 ，Ｂ3 に並列に接続されているフリップフロップ回路２３にそれぞれセット信号Ｓ1 ，Ｓ3 を出力させることにより、単位セルＢ1 ，Ｂ3 に並列に接続されている単位セル放電回路１９のスイッチ１９ｂをオン（閉成）する（ステップＳ７）。これにより、放電電流Ｉ1 ，Ｉ3 が流れ、つまり、単位セルＢ1 ，Ｂ3 が放電を開始することになる。
【００６２】
次いで、タイマー２４の起動が停止し、タイマー２４からＯＲ素子２５に起動信号が出力されなくなり、ＯＲ素子２５からスイッチ２６にオン信号が出力されなくなり、スイッチ２６がオフ（開成）し、制御回路がレギュレータ２７から給電されなくなると、制御回路は、「ばらつきセル放電モード」となる（図５中、ｔ3 参照）。
【００６３】
さて、このとき、ＭＰＵ１８およびデコーダ２２が給電されなくなり、デコーダ２２からセット信号Ｓ1 ，Ｓ3 が出力されなくなるが、単位セル放電回路１９およびフリップフロップ回路２３が前述したように作用することから、放電を開始した単位セルＢ1 ，Ｂ3 は、放電を停止することはなく、「ばらつきセル放電モード」の間において放電を継続することになる。
【００６４】
さて、これ以降、ＭＰＵ１８は、これと同様の処理を繰返し実行するものであり、すなわち、タイマー２４が次に起動すると、再度、ステップＳ１〜Ｓ７を実行する（図５中、ｔ4 参照）。この場合、ＭＰＵ１８は、多数の単位セル１４のうち、単位セルＢ3 の端子間電圧Ｖ3 が上限電圧ＶH 以下となったことを検出し、単位セルＢ1 の端子間電圧Ｖ1 のみが上限電圧ＶH を越えていることを検出するので（図５中、ｔ5 参照）、デコーダ２２からセット信号Ｓ1 のみを出力させることにより、単位セルＢ1 に並列に接続されている単位セル放電回路１９のスイッチ１９ｂのみをオン（閉成）する。これにより、放電電流Ｉ1 のみが流れ、つまり、単位セルＢ1 のみが、再度、放電を開始することになる。
【００６５】
さらに、ＭＰＵ１８は、タイマー２４が次に起動すると、再度、ステップＳ１〜Ｓ７を実行する（図５中、ｔ7 参照）。この場合、ＭＰＵ１８は、全ての単位セル１４の端子間電圧が上限電圧ＶH 以下となったことを検出するので（図５中、ｔ8 参照）、デコーダ２２からセット信号Ｓ1 〜Ｓn を出力させることはなく、つまり、いずれの単位セル１４も放電を開始することはない。
【００６６】
すなわち、このものでは、ＭＰＵ１８は、タイマー２４が起動する毎に、各単位セル１４のＳＯＣのばらつきを計算し、ＳＯＣのばらつきが所定のばらつき許容範囲内を越えている単位セル１４が存在する場合には、デコーダ２２からセット信号Ｓ1 〜Ｓn を出力させることによって、タイマー２４が次に起動するまでの間、該当する単位セル１４を放電させ、これにより、各単位セル１４のＳＯＣのばらつきを解消させるものである。
【００６７】
尚、以上は、ハイブリッド電気自動車が駐車している場合について説明したものであるが、ハイブリッド電気自動車が例えば走行状態にあり、キースイッチの操作に応じてＯＲ素子２５に起動信号が与えられている場合には、ＭＰＵ１８は、タイマ−２４から起動信号が直接与えられることにより、上述したステップＳ１〜Ｓ７を実行することになる。
【００６８】
このように第１実施例によれば、タイマー２４が起動すると、ＭＰＵ１８は、各単位セル１４のＳＯＣのばらつきを計算し、ＳＯＣのばらつきがばらつき許容範囲内を越えている単位セル１４が存在する場合には、その単位セル１４を放電させるようになる。すなわち、各単位セル１４のＳＯＣのばらつきが解消される機会は、従来のものとは異なって、組電池１２を充電するときに限られることがなく、単位セル１４を組電池１２の充電に拘らず常時放電することが可能となるので、単位セル１４を放電する際に、放電電流を大きくする必要はない。したがって、単位セル１４を放電するための単位セル放電回路１９における抵抗１９ａやスイッチ１９ｂを大電流に対応するものとする必要がなく、また、放電に際して発熱量が増大することもなく、冷却構造を大形化したり追加する必要もないので、コストの削減および装置全体の小形化を図ることができる。
【００６９】
また、単位セル１４の放電を制御するフリップフロップ回路２３が単位セル１４から給電されるように構成したので、フリップフロップ回路２３は、制御回路の給電状態に拘らず、動作を継続することができ、すなわち、制御回路が給電されなくなって動作が停止した場合であっても、単位セル１４の放電が開始されているときには、その状態、つまり、単位セル１４の放電を継続させることができる。
【００７０】
また、セット信号Ｓ1 〜Ｓn がフリップフロップ回路２３に与えられることに応じて、単位セル１４が放電を開始すると同時に、単位セル１４がフリップフロップ回路２３への給電を開始し、また、リセット信号ＲＳがフリップフロップ回路２３に与えられることに応じて、単位セル１４が放電を停止すると同時に、単位セル１４がフリップフロップ回路２３への給電を停止するように構成したので、単位セル１４が放電していないときには、単位セル１４がフリップフロップ回路２３に給電することを防止でき、つまり、単位セル１４のＳＯＣが低下してしまうことを防止することができる。
【００７１】
また、単位セル１４の放電を制御する回路、すなわち、単位セル放電回路１９におけるスイッチ１９ｂのオンオフ（開閉）を制御する回路として、フリップフロップ回路２３を採用したので、簡単に構成することができ、しかも、この場合には、トランジスタ、抵抗およびコンデンサなどの汎用性の高い電子部品から回路を構成したので、安価に実現することができる。
【００７２】
また、単位セル１４をリチウム系二次電池により構成したので、リチウム系二次電池が過充電・過放電となることを未然に防止でき、つまり、リチウム系二次電池の充電・放電を安全に制御した上で、リチウム系二次電池の性能を十分に引出して活用することができる。
【００７３】
さらに、組電池１２をハイブリッド電気自動車の電源装置（バッテリ）として用いるように構成したので、ハイブリッド電気自動車における電源装置の性能や電池寿命を十分に向上させることができる。
【００７４】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２実施例について、図６ないし図９を参照して説明する。尚、上述した第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下、異なる部分について説明する。
この第２実施例では、上述した第１実施例とは異なって、各フリップフロップ回路２３は、ＭＰＵ１８からリセット信号ＲＳが与えられるのではなく、デコーダ５１からリセット信号ＲＳ1 〜ＲＳn が個別に与えられるようになっている。すなわち、デコーダ５１は、ＭＰＵ１８からの指令に基づいて、上記各単位セル放電回路１９に並列に接続されているフリップフロップ回路２３のうち、指定されたフリップフロップ回路２３にリセット信号ＲＳ1 〜ＲＳn を出力するようになっており、各フリップフロップ回路２３は、デコーダ５１からリセット信号ＲＳ1 〜ＲＳn が与えられると、対応する単位セル放電回路１９のスイッチ１９ｂに出力する出力信号をロウレベルにするようになっている。
【００７５】
次に、上記構成の作用について、図７ないし図９も参照して説明する。
この場合、タイマー２４が起動し、制御回路が「ばらつき判定モード」となると（図９中、ｔ1 参照）、ＭＰＵ１８は、各端子間電圧検出器１５からマルチプレクサ１６およびＡ／Ｄコンバータ１７を介して与えられる単位セル電圧信号と、電流センサ１３から増幅器２０およびＡ／Ｄコンバータ２１を介して与えられる充放電電流信号とに基づいて各単位セル１４のＳＯＣを計算する（ステップ１１、図９中、ｔ2 参照）。
【００７６】
次いで、ＭＰＵ１８は、各単位セル１４のＳＯＣのうちから最小値を検出し、各単位セル１４毎に、最小のＳＯＣとの差、つまり、ＳＯＣのばらつきを計算す（ステップＳ１２）、ＳＯＣのばらつきが所定のばらつき許容範囲内を越えている単位セル１４が存在するか否かを判定する（ステップＳ１３）。
【００７７】
このとき、この場合であれば、多数の単位セル１４のうち、単位セルＢ1 ，Ｂ3 の端子間電圧Ｖ1 ，Ｖ3 が上限電圧ＶH を越えている、つまり、ＳＯＣのばらつきが所定のばらつき許容範囲内を越えているので、ＭＰＵ１８は、ステップＳ１３において「ＹＥＳ」と判断し、デコーダ２２から単位セルＢ1 ，Ｂ3 に並列に接続されているフリップフロップ回路２３にそれぞれセット信号Ｓ1 ，Ｓ3 を出力させることにより、単位セルＢ1 ，Ｂ3 に並列に接続されている単位セル放電回路１９のスイッチ１９ｂをオン（閉成）する（ステップＳ１４）。これにより、放電電流Ｉ1 ，Ｉ3 が流れ、つまり、単位セルＢ1 ，Ｂ3 が放電を開始することになる。
【００７８】
一方、多数の単位セル１４のうち、単位セルＢ2 の端子間電圧Ｖ2 は上限電圧ＶH 以下となっている、つまり、ＳＯＣのばらつきが所定のばらつき許容範囲内となっているので、ＭＰＵ１８は、デコーダ５１から単位セルＢ2 に並列に接続されているフリップフロップ回路２３にリセット信号ＲＳ2 を出力させることにより、単位セルＢ2 に並列に接続されている単位セル放電回路１９のスイッチ１９ｂをオフ（開成）する（ステップＳ１５）。これにより、放電電流Ｉ2 が流れることはなく、つまり、単位セルＢ2 が放電を開始することはない。
【００７９】
次いで、タイマー２４の起動が停止し、制御回路がレギュレータ２７から給電されなくなると、制御回路は、「ばらつきセル放電モード」となる（図９中、ｔ3 参照）。このとき、ＭＰＵ１８、デコーダ２２およびデコーダ５１は、給電されなくなるので、デコーダ２２からセット信号Ｓ1 ，Ｓ3 が出力されなくなり、また、デコーダ５１からリセット信号ＲＳ2 が出力されなくなるが、前述した第１実施例と同様にして、放電を開始した単位セルＢ1 ，Ｂ3 は、放電を停止することはなく、放電を継続することになる。
【００８０】
さて、この場合も、これ以降、ＭＰＵ１８は、これと同様の処理を繰返し実行するものであり、すなわち、タイマー２４が次に起動すると、再度、ステップＳ１１〜Ｓ１６を実行する（図９中、ｔ4 参照）。この場合、ＭＰＵ１８は、多数の単位セル１４のうち、単位セルＢ3 の端子間電圧Ｖ3 が上限電圧ＶH 以下となったことを検出し、単位セルＢ1 の端子間電圧Ｖ1 のみが上限電圧ＶH を越えていることを検出するので（図９中、ｔ5 参照）、デコーダ２２からセット信号Ｓ1 を出力させることにより、単位セルＢ1 に並列に接続されている単位セル放電回路１９のスイッチ１９ｂのみをオン（閉成）し、また、デコーダ５１からリセット信号ＲＳ2 ，ＲＳ3 を出力させることにより、単位セルＢ2 ，Ｂ3 に並列に接続されている単位セル放電回路１９のスイッチ１９ｂをオフ（開成）する。これにより、放電電流Ｉ1 のみが継続して流れ、つまり、単位セルＢ1 のみが放電を継続することになり、放電電流Ｉ3 が流れなくなり、つまり、単位セルＢ3 が放電を停止することになる。
【００８１】
さらに、ＭＰＵ１８は、タイマー２４が次に起動すると、再度、ステップＳ１１〜Ｓ１６を実行する（図９中、ｔ7 参照）。この場合、ＭＰＵ１８は、全ての単位セル１４の端子間電圧が上限電圧ＶH 以下となったことを検出するので（図９中、ｔ8 参照）、ステップＳ１３において「ＮＯ」と判断し、デコーダ２２からセット信号Ｓ1 〜Ｓn を出力させることはなく、デコーダ５１からリセット信号ＲＳ1 〜ＲＳn を出力させることにより（ステップＳ１６）、各単位セル放電回路１９のスイッチ１９ｂをオフ（開成）する。これにより、全ての単位セル１４が放電を停止することになる。
【００８２】
すなわち、この第２実施例では、上述した第１実施例とは異なって、デコータ３１からリセット信号ＲＳ1 〜ＲＳn を個別に出力する構成とすることにより、単位セル１４が放電している状態でＳＯＣの検出を行うことが可能となり、ＳＯＣの検出を行うために全ての単位セル１４の放電を一旦停止する処理や、端子間電圧の変動による影響を回避するために所定時間待機する処理を省略することが可能となる。これにより、上述した第１実施例と比較すると、デコーダ５１を追加する必要があるものの、制御アルゴリズムを簡単にすることができ、また、放電時間を短縮することができるという利点がある。
【００８３】
ところで、このように単位セル１４が放電している状態でＳＯＣの検出を行う構成にすると、内部抵抗と放電電流との積による電圧降下により端子間電圧が変動することから、ＳＯＣを正確に検出することができなく虞があるが、本発明では、常時放電することにより、放電電流を数ｍＡ〜数十ｍＡ程度にすることができるため、電圧降下が単位セル１４の容量に対しては十分に小さいものであることから、このように単位セル１４が放電している状態でＳＯＣの検出を行っても良いものである。
【００８４】
このように第２実施例によれば、上述した第１実施例と同様の作用効果を得ることができ、特に、この場合には、制御アルゴリズムを簡単にすることができ、また、放電時間を短縮することができるという利点がある。
【００８５】
（その他の実施の形態）
本発明は、上記した実施例にのみ限定されるものでなく、次のように変形または拡張することができる。
ハイブリット電気自動車に搭載されるものに限らず、電気自動車に搭載されるものに適用しても良く、多数の単位セルを直列に接続してなる組電池を使用する電力貯蔵用二次電池設備であれば適用しても良い。
【００８６】
単位セルとしては、リチウム系二次電池に限らず、鉛電池、ニッカド電池やニッケル水素電池などであっても良く、また、複数の単位セルを直列もしくは並列に接続してなるセルグループやセルモジュールであっても良い。
タイマ−を１２時間に１回起動することに限らず、システムの使用条件などに応じて所望の時間間隔で起動するようにしても良い。
【００８７】
第１実施例において、過渡現象による端子間電圧の変動の影響が小さい場合には、ステップＳ２，Ｓ３を省略しても良い。
リチウム系二次電池のように、ＳＯＣとＯＣＶとが一意に定まる電池系においては、ＳＯＣに換算する必要はなく、ＯＣＶに基づいてばらつきを直接判定するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示すブロック構成図
【図２】単位セル放電回路およびフリップフロップ回路の電気回路図
【図３】全体のうちの一部を示すブロック構成図
【図４】ＭＰＵの処理を示すフローチャート
【図５】タイムチャート
【図６】本発明の第２実施例を示す図１相当図
【図７】図３相当図
【図８】図４相当図
【図９】図５相当図
【図１０】従来例を示す図１相当図
【符号の説明】
図面中、１２は組電池、１４は単位セル、１８はマイクロプロセッサ（残存容量検出手段、ばらつき計算手段、ばらつき判定手段および放電指令手段）、１９は単位セル放電回路（放電手段）、２３はフリップフロップ回路（放電制御手段）、２４はタイマー（起動手段）、２８は残存容量調整手段である。
【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】
0003931446.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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