(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池を直列に接続してなる組電池の充放電を制御する充放電制御装置であって、
前記組電池を構成する一つ以上の電池からなる複数のブロックの状態を検出する状態検出手段と、
該検出された複数のブロックの状態に基づいて前記組電池に充電されている放電可能な充電容量を演算し、該充電容量を前記組電池の状態として判定する状態判定手段と、
前記状態検出手段により検出された複数のブロックの状態に基づいて該複数のブロックの充電容量のばらつきが所定範囲にあるか否かを判定するばらつき判定手段と、
該判定されたばらつきが前記所定範囲にあるときには、前記組電池の充電容量が第１の充電容量となるよう該組電池の充放電を制御し、前記ばらつきが前記所定範囲にないときには、前記組電池の充電容量が前記第１の充電容量とは異なり前記ばらつきが収束する方向に移動する第２の充電容量となるよう該組電池の充放電を制御する状態制御手段と、
を備え、
前記組電池の温度を検出する温度検出手段と、
該検出された温度に基づいて前記第２の充電容量を設定する充電容量設定手段と、
を含む充放電制御装置。
【請求項２】
前記状態検出手段は、前記複数のブロックの状態として前記複数のブロックの各ブロックに充電されている放電可能な充電容量を検出する手段である請求項１記載の充放電制御装置。
【請求項３】
前記状態検出手段は、前記複数のブロックの状態として前記複数のブロックの電圧を検出する手段である請求項１に記載の充放電制御装置。
【請求項４】
前記ばらつき判定手段は、前記判定に加えて、所定時間経過する毎に前記ばらつきが前記所定範囲にないと判定する手段である請求項１ないし３いずれか記載の充放電制御装置。
【請求項５】
請求項１記載の充放電制御装置であって、
前記状態検出手段は、前記複数のブロックの状態として前記複数のブロックの充放電の積算値を検出する手段であり、
前記ばらつき判定手段は、前記状態検出手段により検出された充放電の積算値が所定値に至ったときに前記ばらつきが前記所定範囲にないと判定する手段である充放電制御装置。
【請求項６】
請求項１ないし５いずれか記載の充放電制御装置であって、
前記第２の充電容量は、前記第１の充電容量より大きな充電容量である充放電制御装置。
【請求項７】
前記充電容量設定手段は、前記温度検出手段により検出された組電池の温度が高くなるほど小さい充電容量を前記第２の充電容量として設定する手段である請求項１記載の充放電制御装置。
【請求項８】
前記状態制御手段は、前記ばらつき判定手段により前記ばらつきが前記所定範囲にないと判定されたときには、該判定の後になされる前記ばらつき判定手段による判定に拘わらず所定時間前記組電池の状態が前記第２の充電容量となるよう該組電池の充放電を制御する手段である請求項１ないし７いずれか記載の充放電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、組電池の充放電制御装置に関し、詳しくは、複数の電池を直列に接続してなる組電池の充放電を制御する充放電制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の組電池の充放電制御装置としては、組電池が使用されずに長時間放置されたときに通常の充電時間よりも長い時間に亘って組電池を充電するものが提案されている（例えば、実開平２−２６３４７号公報など）。この充放電制御装置によれば、組電池が使用されずに長時間放置されたときには組電池を構成する各単電池の内部抵抗や誘起電圧がばらつくが、通常の充電時間より長い時間充電をすることによって各電池を均等な性能にすることができる、とされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした従来例の組電池の充放電制御装置では、単電池を過充電し、単電池の劣化を招くという問題があった。長時間の放置による単電池のばらつきには、放電可能な充電容量が高い方に分布する単電池も存在する。こうした充電容量の高い方に分布する単電池を、通常の充電時間より長い時間充電すれば過充電してしまうことが生じる。
【０００４】
単電池の性能のばらつきは、長時間の放置以外にも生じるが、従来例の組電池の充放電制御装置では、組電池が長時間放置されないと動作しないから、こうしたばらつきの生じた単電池を均等な性能にすることができないといった問題もあった。
【０００５】
本発明の組電池の充放電制御装置は、組電池を構成する単電池のいずれをも過充電することなくその性能を均等することを目的の一つとする。また、本発明の組電池の充放電制御装置は、組電池を長時間放置していないにも拘わらず単電池の性能にばらつきが生じたときでも単電池の性能を均等化することを目的の一つとする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の組電池の充放電制御装置は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の組電池の充放電制御装置は、複数の電池を直列に接続してなる組電池の充放電を制御する充放電制御装置であって、前記組電池を構成する一つ以上の電池からなる複数のブロックの状態を検出する状態検出手段と、該検出された複数のブロックの状態に基づいて前記組電池に充電されている放電可能な充電容量を演算し、該充電容量を前記組電池の状態として判定する状態判定手段と、前記状態検出手段により検出された複数のブロックの状態に基づいて該複数のブロックの充電容量のばらつきが所定範囲にあるか否かを判定するばらつき判定手段と、該判定されたばらつきが前記所定範囲にあるときには、前記組電池の充電容量が第１の充電容量となるよう該組電池の充放電を制御し、前記ばらつきが前記所定範囲にないときには、前記組電池の充電容量が前記第１の充電容量とは異なり前記ばらつきが収束する方向に移動する第２の充電容量となるよう該組電池の充放電を制御する状態制御手段と、を備え、前記組電池の温度を検出する温度検出手段と、該検出された温度に基づいて前記第２の充電容量を設定する充電容量設定手段と、を含むことを要旨とする。
【０００８】
本発明の組電池の充放電制御装置では、複数のブロックの状態のばらつきが所定範囲にないときには、組電池の状態をばらつきが収束する方向に移動するよう制御するから、長時間の放置によらない複数のブロックの状態のばらつきに対しても対処することができる。また、第２の充電容量を放電可能な充電容量が高い方に分布するブロックでも過充電とならないように設定できるから、組電池を構成する電池を過充電することにより生じる電池の劣化を防止することができる。更に、複数のブロックの状態のばらつきを収束させることができる状態が組電池の温度によって変化したり、ばらつきを収束させることができる状態の効率が組電池の温度によって変化する組電池では、より妥当な状態に制御することができたり、充電効率を向上させることができる。なお、「組電池を構成する一つ以上の電池からなる複数のブロック」には、二以上の直列に接続された電池により構成されるブロックは勿論、一つの電池だけで構成されるブロックをも含む。即ち、「一つ以上の電池からなる複数のブロック」を「各電池」に読み代えることもできる。
【０００９】
こうした本発明の組電池の充放電制御装置において、前記状態検出手段は前記複数のブロックの状態として前記複数のブロックの各ブロックに充電されている放電可能な充電容量を検出する手段であるものとしたり、前記状態検出手段は前記複数のブロックの状態として前記複数のブロックの電圧を検出する手段であるものとすることもできる。
【００１０】
また、本発明の組電池の充放電制御装置において、前記ばらつき判定手段は、前記判定に加えて、所定時間経過する毎に前記ばらつきが前記所定範囲にないと判定する手段であるものとしたり、前記状態検出手段は前記複数のブロックの状態として前記複数のブロックの充放電の積算値を検出する手段であり、前記ばらつき判定手段は前記状態検出手段により検出された充放電の積算値が所定値に至ったときに前記ばらつきが前記所定範囲にないと判定する手段であるものとすることもできる。これらのようにすれば、複数のブロックの状態が大きくばらつかないうちに、ばらつきを収束させることができる。
【００１１】
あるいは、本発明の組電池の充放電制御装置において、前記第２の充電容量は、前記第１の充電容量より大きな充電容量であるものとすることもできる。
【００１３】
こうした組電池の温度によって第２の所定状態としての充電容量を設定する態様の組電池の充放電制御装置において、前記充電容量設定手段は、前記温度検出手段により検出された組電池の温度が高くなるほど小さい充電容量を前記第２の充電容量として設定する手段であるものとすることもできる。
【００１４】
これらの各態様を含め本発明の組電池の充放電制御装置において、前記状態制御手段は、前記ばらつき判定手段により前記ばらつきが前記所定範囲にないと判定されたときには、該判定の後になされる前記ばらつき判定手段による判定に拘わらず所定時間前記組電池の状態が前記第２の所定状態となるよう該組電池の充放電を制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、ブロックの状態のばらつきの収束率を高めることができ、頻繁にばらつきが所定範囲内にないと判定されることを防止することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である組電池の充放電制御装置４０の構成の概略を例示する概略構成図である。図示するように、実施例の組電池の充放電制御装置４０は、ｎ個の単位電池を直列に接続してなる組電池２０と組電池２０を充放電する負荷３０とに接続されている。
【００１６】
実施例の充放電制御装置４０は、組電池２０を構成する各単電池の電圧Ｖ１〜Ｖｎを計測する複数の電圧計からなる電圧計測器４２、組電池２０に流れる電流Ｉを計測する電流計４４、組電池２０の温度Ｔを計測する温度計４６、充放電制御装置４０全体を制御すると共に負荷３０の駆動制御を司る電子処理装置５０、所定タイミング毎に電子処理装置５０にクロック信号ＣＬを出力するクロック発振回路６０、充放電制御装置４０の各部に必要な電力を供給する図示しない電源回路などを備える。
【００１７】
電子処理装置５０は、ＣＰＵ５２を中心として構成された１チップマイクロコンピュータであり、その内部には処理プログラムを予め記憶した内部ＲＯＭ５４と、データを一時的に記憶する内部ＲＡＭ５６と、各種入力ポートおよび出力ポートとが備えられている。入力ポートには、電圧計測器４２により計測された組電池２０を構成する各単電池の電圧Ｖ１〜Ｖｎや電流計４４により計測された電流Ｉ，温度計４６により計測された温度Ｔ，クロック発振回路６０から出力されるクロック信号ＣＬなどが入力されており、出力ポートからは、負荷３０を駆動制御する制御信号Ｊが出力されている。
【００１８】
こうして構成された実施例の充放電制御装置４０は、内部ＲＯＭ５４に予め記憶された図２に例示する充放電制御ルーチンを所定時間毎（例えば、１０ｍｓ毎）に繰り返し実行して組電池２０の充放電を制御している。なお、図示する充放電制御ルーチンを実行するタイミングは、クロック発振回路６０から入力されるクロック信号ＣＬをカウントすることによって計られている。以下、この充放電制御ルーチンに基づいて充放電制御装置４０による組電池２０の充放電制御について説明する。
【００１９】
充放電制御ルーチンが実行されると、ＣＰＵ５２は、まず電圧計測器４２により計測される各単電池の電圧Ｖ１〜Ｖｎと電流計４４により計測される電流Ｉと温度計４６により計測される組電池２０の温度Ｔとを読み込む処理を実行する（ステップＳ１００）。次に、読み込んだ電圧Ｖ１〜Ｖｎと電流Ｉとから各単電池のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅの略で通常％表示を用いる）と組電池２０のＳＯＣとを算出する（ステップＳ１１０）。各単電池のＳＯＣは、各単電池の電圧Ｖ１〜Ｖｎと電流Ｉとの関係から算出できる。組電池２０のＳＯＣは、各単電池の電圧Ｖ１〜Ｖｎの和と電流との関係から算出してもよいが、実施例では各単電池のＳＯＣの算術平均により求めた。
【００２０】
次に、算出した各単電池のＳＯＣのばらつきを求め（ステップＳ１２０）、求めたばらつきが所定範囲にあるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。各単電池のＳＯＣのばらつきとしては、その分散を用いることもできるし、分布する範囲を用いることもできる。また、中央値と最も離れた値との偏差を用いることもできる。所定範囲は、各単電池のＳＯＣのばらつきを許容できる範囲として設定されるものであり、単電池の種類や単電池の数，単電池の製品としてのばらつき，制御される組電池２０のＳＯＣなどにより定められる。
【００２１】
各単電池のＳＯＣのばらつきが所定範囲にあるときには、現在の目標ＳＯＣに値ＳＯＣ２が設定されていないことを確認し（ステップＳ１４０）、目標ＳＯＣに値ＳＯＣ１を設定する（ステップＳ１６０）。ここで、値ＳＯＣ１は、負荷３０の運転に支障がなく組電池２０の充放電を効率よく行なうことができるＳＯＣとして設定されるものであり、負荷３０の運転特性や組電池２０の充放電効率などによって定められる。なお、値ＳＯＣ２とステップＳ１５０の処理については後述する。そして、カウンタＣを値０にリセットし（ステップＳ１７０）、組電池２０のＳＯＣが目標ＳＯＣとなるよう負荷３０を駆動制御して（ステップＳ２１０）、本ルーチンを終了する。カウンタＣについても後述する。
【００２２】
各単電池のＳＯＣのばらつきが所定範囲にないときには、各単電池のＳＯＣのばらつきが許容範囲内にないと判断し、組電池２０の温度Ｔに基づいて求められる値ＳＯＣ２を目標ＳＯＣに設定する（ステップＳ１８０，Ｓ１９０）。値ＳＯＣ２は、組電池２０を構成する各単電池のＳＯＣのばらつきを所望のばらつきより小さくすることができる充放電可能なＳＯＣとして設定されるものであり、電池の特性や温度，許容するばらつきの範囲などにより定められる。ＳＯＣを高くすることにより各単電池のＳＯＣのばらつきを小さくできるタイプの電池における組電池２０の温度Ｔと値ＳＯＣ２との関係の一例を図３に、目標ＳＯＣを５０％と７０％とに設定したときの各単電池のＳＯＣの分布の一例を図４と図５とにそれぞれ示す。図４と図５に示すように、各単電池のＳＯＣの分布は、目標ＳＯＣを５０％として負荷３０を駆動制御したときに比して目標ＳＯＣを７０％として負荷３０を駆動制御したときの方が小さくなる。したがって、この各単電池のＳＯＣの分布が所望の分布となるＳＯＣを値ＳＯＣ２とすることができ、実施例ではこうした値ＳＯＣ２を用いているのである。なお、図中の破線は、それぞれの目標ＳＯＣで負荷３０の駆動により組電池２０から放電しているとき又は組電池２０を充電しているときの各単電池のＳＯＣの分布を例示したものである。また、図３に示すように、同じ各単電池のＳＯＣのばらつきとなるＳＯＣは組電池２０の温度によって異なるから、実施例のステップＳ１８０では、こうした関係をマップとして内部ＲＯＭ５４に記憶しておき、組電池２０の温度Ｔが与えられるとその温度Ｔに対応する値ＳＯＣ２がマップから導出されるものとした。
【００２３】
こうして目標ＳＯＣに値ＳＯＣ２をセットした後には、カウンタＣをインクリメントして（ステップＳ２００）、組電池２０のＳＯＣが目標ＳＯＣとなるよう負荷３０を駆動制御して（ステップＳ２１０）、本ルーチンを終了する。カウンタＣは、目標ＳＯＣに値ＳＯＣ２がセットている間中インクリメントされ、目標ＳＯＣに値ＳＯＣ１がセットされたときに値０にリセットされるものである。
【００２４】
次に、ステップＳ１３０の各単電池のＳＯＣのばらつきが所定範囲にあるときであって、目標ＳＯＣに値ＳＯＣ２が設定されている場合について説明する。この場合は、各単電池のＳＯＣのばらつきが一旦所定範囲にない状態となってステップＳ１８０およびＳ１９０により目標ＳＯＣに値ＳＯＣ２が設定されて負荷３０が駆動制御される均等化処理を実行した後に、各単電池のＳＯＣのばらつきが再び所定範囲に戻った場合である。この場合には、カウンタＣを閾値Ｃｒｅｆと比較し（ステップＳ１５０）、カウンタＣが閾値Ｃｒｅｆ以下のときには、まだ十分に各単電池のＳＯＣのばらつきが収束していないと判断してステップＳ１８０ないしＳ２１０の目標ＳＯＣに値ＳＯＣ２を設定して負荷３０を駆動制御する処理を実行し、カウンタＣが閾値Ｃｒｅｆより大きいときには、十分に各単電池のＳＯＣのばらつきが収束したと判断してステップＳ１６０，Ｓ１７０およびＳ２１０の目標ＳＯＣに値ＳＯＣ１を設定して負荷３０を駆動制御する処理を実行する。ここで、閾値Ｃｒｅｆは、値ＳＯＣ２を目標ＳＯＣとして負荷３０を駆動制御したときに各単電池のＳＯＣのばらつきが十分に収束するのに必要な時間として設定されるものであり、電池の特性や充放電制御ルーチンを実行する頻度などによって定められる。
【００２５】
以上説明した実施例の組電池の充放電制御装置４０によれば、各単電池のＳＯＣのばらつきが許容範囲にないときに各単電池のＳＯＣのばらつきが収束するよう組電池２０のＳＯＣを制御するから、組電池２０の長時間の不使用に拘わらず、各単電池の性能の均等化を図ることができ、組電池２０を構成する各単電池のいずれをも過充電から防止することができる。この結果、組電池２０全体としての性能を向上させることができると共に、組電池２０全体としての耐久性をも向上させることができる。また、組電池２０の温度Ｔに応じて各単電池のＳＯＣのばらつきを収束させるために用いる目標ＳＯＣを設定するから、各単電池の性能の均等化を行なっているときの組電池２０の充放電の効率を向上させることができる。
【００２６】
実施例の充放電制御装置４０では、各単電池のＳＯＣのばらつきが許容範囲にあるときには、所定のＳＯＣである値ＳＯＣ１を目標ＳＯＣに設定したが、この値ＳＯＣ１を組電池２０の温度Ｔに応じて変化させるものとしてもよい。図６に組電池２０の温度ＴとＳＯＣと充放電の効率ηとの関係の一例を示す。図示するように、組電池２０の充放電の効率ηとＳＯＣとの関係は組電池２０の温度Ｔによって変化する。したがって、値ＳＯＣ１を組電池２０の温度Ｔに基づいて負荷３０の駆動制御に支障がない範囲内で組電池２０の充放電の効率ηが高くなるよう設定するものとすれば、組電池２０の効率を向上させることができる。
【００２７】
実施例の充放電制御装置４０では、各単電池のＳＯＣのばらつきが許容範囲にないときに各単電池の性能の均等化処理を行なったが、前回の均等化処理から所定時間経過したときには各単電池のＳＯＣのばらつきが許容範囲にあるときでも均等化処理を行なうものとしてもよい。この処理を行なう充放電制御ルーチンの一例の一部を図７に示す。図７の充放電制御ルーチンでは、図２の充放電制御ルーチンのステップＳ１６０ないしＳ２００の処理に代えてステップＳ３００ないしＳ３７０の処理を実行する。図１の充放電制御ルーチンでは、各単電池のＳＯＣのばらつきが所定範囲にあるときには、現在の目標ＳＯＣに値ＳＯＣ２が設定されていないことを確認して目標ＳＯＣに値ＳＯＣ１を設定するが（ステップＳ１５０，Ｓ１６０）、図７の充放電制御ルーチンでは、現在の目標ＳＯＣに値ＳＯＣ２が設定されていないことを確認した後に第２カウンタＤを閾値Ｄｒｅｆと比較し（ステップＳ３００）、第２カウンタＤが閾値Ｄｒｅｆより小さいときに目標ＳＯＣに値ＳＯＣ１を設定する（ステップＳ３１０）。第２カウンタＤは、均等化処理が行なわれると値０にリセットされ（ステップＳ３７０）、均等化処理が行なわれないときにはインクリメントされる（ステップＳ３３０）。したがって、閾値Ｄｒｅｆを適当に定めることにより、均等化処理を行なった後に所定時間が経過したときには、各単電池のＳＯＣのばらつきが許容範囲にあるときでも均等化処理を実行する。こうした変形例によれば、定期的に各単電池の性能を均等化することができる。
【００２８】
また、実施例の組電池の充放電制御装置４０では、各単電池の電圧Ｖ１〜Ｖｎと電流Ｉとから求まる各単電池のＳＯＣのばらつきが所定範囲にないときに均等化処理を行なったが、図８の充放電制御ルーチンの変形例の一部に示すように、各単電池の電圧Ｖ１〜Ｖｎのばらつきが所定範囲にないときに均等化処理を行なうものとしてもよく、あるいは、図９の充放電制御ルーチンの変形例の一部に示すように、各単電池の充放電の積算値が所定値より大きくなったときに均等化処理を行なうものとしてもよい。これらの場合、図２の充放電制御ルーチンのステップＳ１１０ないしＳ１３０の処理に代えて、図８の充放電制御ルーチンのステップＳ４１０ないしＳ４３０や図９の充放電制御ルーチンのステップＳ５１０ないしＳ５３０を実行すればよい。これらのようにすれば、各単電池の電圧Ｖ１〜Ｖｎのばらつきや各単電池の充放電の積算値に基づいて各単電池の性能を均等化することができる。
【００２９】
実施例の組電池の充放電制御装置４０では、組電池２０の各単電池のＳＯＣを算出し、これのばらつきに基づいて単電池の均等化処理を行なうか否かを判定したが、２以上の単電池からなるブロック毎のＳＯＣを算出し、これのばらつきに基づいて単電池の均等化処理を行なうか否かの判定をするものとすることもできる。こうすれば、各単電池の電圧Ｖ１〜Ｖｎの計測に代えてブロック毎の計測でよいから、電圧計測器４２を簡易なものとすることができると共に、ＳＯＣの計算に要する時間も少なくすることができる。
【００３０】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例である組電池の充放電制御装置４０の構成の概略を例示する概略構成図である。
【図２】  ＣＰＵ５２により実行される充放電制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】  組電池２０の温度Ｔと値ＳＯＣ２との関係の一例を示すグラフである。
【図４】  目標ＳＯＣを５０％に設定したときの各単電池のＳＯＣの分布の一例を示すグラフである。
【図５】  目標ＳＯＣを７０％に設定したときの各単電池のＳＯＣの分布の一例を示すグラフである。
【図６】  組電池２０の温度ＴとＳＯＣと充放電の効率ηとの関係の一例を示すグラフである。
【図７】  変形例の充放電制御ルーチンの一部を例示するフローチャートである。
【図８】  変形例の充放電制御ルーチンの一部を例示するフローチャートである。
【図９】  変形例の充放電制御ルーチンの一部を例示するフローチャートである。
【符号の説明】
２０  組電池、３０  負荷、４０  充放電制御装置、４２  電圧計測器、４４電流計、４６  温度計、５０  電子処理装置、５２  ＣＰＵ、５４  内部ＲＯＭ、５６  内部ＲＡＭ、６０  クロック発振回路。
【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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