(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池モジュールを直列に接続してなる集合電池の過放電を防止する過放電防止装置であって、
前記複数の電池モジュールの各電圧を検出する電池モジュール電圧検出手段と、
該検出された各電圧の変化率を演算する変化率演算手段と、
該演算された各電圧の変化率と前記電圧検出手段により検出された前記各電圧とに基づいて前記集合電池の過放電を予測する過放電予測手段と、
前記集合電池の電圧を検出する集合電池電圧検出手段とを備え、
前記過放電予測手段は、前記集合電池電圧検出手段により検出された前記集合電池の電圧が所定値未満のとき、前記集合電池の過放電の予測を行なう手段である過放電防止装置。
【請求項２】
請求項１記載の過放電防止装置であって、
前記過放電予測手段は、
前記変化率演算手段により演算された前記各電圧の変化率に基づいて閾値を設定する閾値設定手段を備え、
前記各電圧のうちいずれかが前記閾値設定手段により設定された閾値を下回るとき、前記集合電池の過放電を予測する手段である過放電防止装置。
【請求項３】
前記閾値設定手段は、前記各電圧の変化率のうち最も変化の大きな値に基づいて閾値を設定する手段である請求項２記載の過放電防止装置。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれか１に記載の過放電防止装置であって、
前記集合電池から電力ラインに設けられ、該集合電池からの電力の供給を停止可能な電力停止手段と、
前記過放電予測手段により前記集合電池の過放電が予測されたとき、前記電力停止手段により前記集合電池からの電力の供給を停止するよう該電力停止手段を駆動制御する過放電制御手段とを備える過放電防止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集合電池の過放電防止装置に関し、詳しくは、複数の電池モジュールを直列に接続してなる集合電池の過放電を防止する過放電防止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の集合電池の過放電防止装置としては、集合電池の放電電流から過放電に対する閾値電圧を設定し、集合電池を構成する各電池のうちの最小の電圧と設定した閾値電圧とに基づいて集合電池の過放電を判定するものが提案されている（例えば、特開平１０−２５７６０５号公報など）。この装置は、集合電池の放電電流の大きさに応じて集合電池の放電終止電圧が変化することに基づいて集合電池の過放電を判定している。
【０００３】
集合電池の過放電を防止するものではないが、バッテリの放電電圧の変化率からバッテリの容量を推定する装置も提案されている（例えば、特開平８−１３６６２９号公報など）。この装置は、バッテリの容量が放電開始後のある一定時間内における電圧の変化率に高い相関を有することに基づいてバッテリの容量を推定している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、集合電池の放電電流に基づいて集合電池の過放電を判定するものでは、より正確性を求めるために複数回判定を行なう必要があり、その間に集合電池が過放電になってしまう場合を生じるという問題があった。また、集合電池の過放電を判定しても対応をとるまでに時間を要し、判定はできても結果として過放電させてしまうという問題もあった。この問題は、バッテリの放電電圧の変化率からバッテリの容量を推定するものを用いてバッテリの過放電を判定するものも同様である。
【０００５】
本発明の集合電池の過放電防止装置は、集合電池の過放電を防止することを目的の一つとする。また、本発明の集合電池の過放電防止装置は、集合電池の過放電をより正確に予測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】
本発明の集合電池の過放電防止装置は、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】
本発明の集合電池の過放電防止装置は、複数の電池モジュールを直列に接続してなる集合電池の過放電を防止する過放電防止装置であって、前記複数の電池モジュールの各電圧を検出する電池モジュール電圧検出手段と、該検出された各電圧の変化率を演算する変化率演算手段と、該演算された各電圧の変化率と前記電圧検出手段により検出された前記各電圧とに基づいて前記集合電池の過放電を予測する過放電予測手段と、前記集合電池の電圧を検出する集合電池電圧検出手段とを備え、前記過放電予測手段は、前記集合電池電圧検出手段により検出された前記集合電池の電圧が所定値未満のとき、前記集合電池の過放電の予測を行なう手段であることを特徴とする。
【０００８】
この本発明の集合電池の過放電防止装置では、集合電池の過放電の予測が必要なときにのみ予測するものとすることができる。また、複数の電池モジュールの各電圧と各電圧の変化率とに基づいて集合電池の過放電を予測するから、実際に集合電池が過放電するまでに種々の対応をとることができる。ここで、「電池モジュール」は、一つ以上の電池を直列に接続して構成されるものを意味し、複数の電池を直列に接続するものは勿論、一つの電池そのものも含まれる。
【０００９】
こうした本発明の集合電池の過放電防止装置において、前記過放電予測手段は、前記変化率演算手段により演算された前記各電圧の変化率に基づいて閾値を設定する閾値設定手段を備え、前記各電圧のうちいずれかが前記閾値設定手段により設定された閾値を下回るときに前記集合電池の過放電を予測する手段であるものとすることもできる。こうすれば、集合電池の過放電までの予測はより正確なものとすることができる。この態様の本発明の集合電池の過放電防止装置において、前記閾値設定手段は、前記各電圧の変化率のうち最も変化の大きな値に基づいて閾値を設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、最も変化の大きな電池モジュールの過放電を防止することができる。
【００１１】
さらに、本発明の集合電池の過放電防止装置において、前記集合電池から電力ラインに設けられ該集合電池からの電力の供給を停止可能な電力停止手段と、前記過放電予測手段により前記集合電池の過放電が予測されたとき、前記電力停止手段により前記集合電池からの電力の供給を停止するよう該電力停止手段を駆動制御する過放電制御手段とを備えるものとすることもできる。こうすれば、より確実に集合電池の過放電を防止することができる。
【００１２】
【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過放電防止装置２０を負荷４０に接続した状態の構成の一例を示す構成図である。図示するように、実施例の過放電防止装置２０は、複数の電池２３を直列に接続して構成される集合電池２２と、集合電池２２の電圧Ｖｂを検出すると共に各電池２３の電圧Ｖｎを検出する電圧検出器２４と、集合電池２２からの電力ラインに設けられ負荷４０への電力の供給および供給の停止を行なうリレー２６，２８と、過放電防止装置２０全体をコントロールする電子制御ユニット３０とを備える。
【００１３】
電圧検出器２４は、実施例では集合電池２２全体の電圧Ｖｂを検出する電圧計と各電池２３の電圧Ｖｎを検出する電池２３と同数の電圧計とを備え、同時にすべての電圧Ｖｂ，Ｖｎを検出できるものとしたが、一つあるいは複数個の電圧計を用いて接点を切り換えて集合電池２２の電圧Ｖｂや各電池２３の電圧Ｖｎを検出するものとしてもよい。
【００１４】
リレー２６，２８は、図中では独立した二つのものとして記載したが、実際は、同一箇所に一体のものとして構成されており、そのオンオフも一体のものとして行なわれる。
【００１５】
電子制御ユニット３０は、ＣＰＵ３２を中心として構成されたワンチップマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶したＲＯＭ３４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ３６と、入出力ポート（図示せず）とを備える。この電子制御ユニット３０には、電圧検出器２４により検出される集合電池２２の電圧Ｖｂや各電池２３の電圧Ｖｎが入力ポートを介して入力されている。また、電子制御ユニット３０からは、リレー２６，２８のアクチュエータ２７，２９への駆動信号が出力ポートを介して出力されている。
【００１６】
こうして構成された実施例の過放電防止装置２０は、次のように動作する。図２は、電子制御ユニット３０により実行される過放電防止処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、集合電池２２から負荷４０への電力の供給が開始された直後から所定時間毎（例えば、８ｍｓ毎）に繰り返し実行される。本ルーチンが実行されると、電子制御ユニット３０のＣＰＵ３２は、まず電圧検出器２４により検出される集合電池２２の電圧Ｖｂを読み込み（ステップＳ１００）、読み込んだ電圧Ｖｂを閾値Ｖαと比較する（ステップＳ１０２）。閾値Ｖαは、集合電池２２を構成する電池２３のいずれかが過放電となる際の集合電池２２の電圧より余裕をもって大きな値として設定されるものであり、集合電池２２の電圧Ｖｂがこの値より大きいときには過放電を考慮しなくてもよいと判断するためのものである。したがって、電圧Ｖｂが閾値Ｖα以上のときには、過放電は予測される可能性はないと判断して本ルーチンを終了する。
【００１７】
集合電池２２の電圧Ｖｂが閾値Ｖα未満のときには、過放電の予測の可能性があると判断し、以下の処理を行なう。まず、電圧検出器２４により検出される各電池２３の電圧Ｖｎを読み込み（ステップＳ１０４）、読み込んだ電圧Ｖｎのうちの最小値を最低電圧Ｖｍｉｎとして抽出する（ステップＳ１０６）。そして、読み込んだ各電池２３の電圧Ｖｎのそれぞれの降下率ｄＶｎを次式（１）により演算する（ステップＳ１０８）。ここで、前回Ｖｎは、前回この過放電防止処理ルーチンが起動されたときにステップＳ１０４の処理で読み込んだ各電池２３の電圧Ｖｎであり、Δｔは、この過放電防止処理ルーチンが起動される時間間隔である。したがって、電圧の降下率ｄＶｎは、Δｔを無限小とすれば電圧の変化率にマイナス１を乗じたものとなる。
【００１８】
ｄＶｎ＝（前回Ｖｎ−Ｖｎ）／Δｔ    （１）
【００１９】
こうして演算された各電圧の降下率ｄＶｎのうちの最大値を最大降下率ｄＶｍａｘとして抽出し（ステップＳ１１０）、抽出した最大降下率ｄＶｍａｘに基づいて閾値Ｖβを設定する（ステップＳ１１２）。閾値Ｖβは、その値未満の電圧の電池が最大降下率ｄＶｍａｘで電圧降下すると所定時間以内にその電池が過放電になるのを予測するための値として設定されるものであり、電池２３の特性や本ルーチンの起動間隔などによって定められるものである。実施例では、実験により最大降下率ｄＶｍａｘと閾値Ｖβとの関係を求め、これをマップとして予めＲＯＭ３４に記憶させておき、最大降下率ｄＶｍａｘが与えられるとそれに対応する閾値Ｖβが導出されるものとした。なお、最大降下率ｄＶｍａｘと閾値Ｖβとの関係の一例を示すマップを図３に示す。
【００２０】
そして、ステップＳ１０６の処理で抽出した最低電圧Ｖｍｉｎと導出した閾値Ｖβを比較する（ステップＳ１１４）。最低電圧Ｖｍｉｎが閾値Ｖβ未満のときには、集合電池２２を構成する電池２３のいずれかに過放電が予測されると判断し、電子制御ユニット３０の出力ポートからリレー２６，２８のアクチュエータ２７，２９にリレーを解除（オフ）する駆動信号を出力して集合電池２２から負荷４０への電力の供給を停止し（ステップＳ１１６）、本ルーチンを終了する。一方、最低電圧Ｖｍｉｎが閾値Ｖβ以上のときには、まだいずれの電池２３に対しても過放電は予測されないと判断し本ルーチンを終了する。
【００２１】
以上説明した実施例の過放電防止装置２０によれば、集合電池２２を構成する各電池２３の電圧Ｖｎとその降下率とに基づいて過放電を予測することができる。しかも、各電池２３の電圧Ｖｎの最低電圧Ｖｍｉｎと各電池２３の電圧Ｖｎの最大降下率ｄＶｍａｘとにより過放電の予測を判定するから、集合電池２２を構成する各電池２３のいずれもが過放電となることはなく、過放電の防止に対する信頼性を向上させることができる。また、実施例の過放電防止装置２０によれば、過放電が予測されたときには、負荷４０への電力の供給を直ちに停止するから、それを放置することにより各電池２３のいずれかが過放電となることを防止することができる。さらに、実施例の過放電防止装置２０によれば、集合電池２２の電圧Ｖｂが過放電を考慮しなくてもよい電圧（閾値Ｖα）未満のときだけ過放電の予測を行なうから、無駄な演算などのためにＣＰＵ３２を占有するのを防止することができる。この結果、過放電防止処理ルーチンが所定時間毎に割り込みにより行なわれ、電子制御ユニット３０が他の装置の制御なども行なうものとしたときに他の装置の制御をも効率よく行なうことができる。
【００２２】
実施例の過放電防止装置２０では、最低電圧Ｖｍｉｎを抽出した後に最大降下率ｄＶｍａｘを求めて閾値Ｖβを設定したが、その順序は限定されるものでなく、最大降下率ｄＶｍａｘを求めて閾値Ｖβを設定した後に最低電圧Ｖｍｉｎを抽出してもよく、あるいは、最低電圧Ｖｍｉｎを抽出する処理と最大降下率ｄＶｍａｘを求めて閾値Ｖβを設定する処理とを同時に並行に行なってもよい。
【００２３】
実施例の過放電防止装置２０では、各電池２３の電圧Ｖｎを検出し、その電圧Ｖｎに対して最低電圧Ｖｍｉｎと最大降下率ｄＶｍａｘとを求めて過放電を予測したが、二つまたは三つ以上の電池２３を一つの電池モジュールとして各電池モジュールの電圧を検出し、この電池モジュールの電圧に対して最低電圧と最大降下率とを求めて過放電を予測するものとしてもよい。こうすれば、集合電池を構成する電池が多いときには特に有効なものとすることができる。
【００２４】
実施例の過放電防止装置２０では、各電池２３の電圧Ｖｎを検出し、その電圧Ｖｎに対して最低電圧Ｖｍｉｎと最大降下率ｄＶｍａｘとを求めて過放電を予測したが、最低電圧Ｖｍｉｎとこの最低電圧Ｖｍｉｎとされた電池２３の電圧の降下率により過放電を予測するものとしても差し支えない。
【００２５】
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過放電防止装置２０を負荷４０に接続した状態の構成の一例を示す構成図である。
【図２】  電子制御ユニット３０により実行される過放電防止処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】  最大降下率ｄＶｍａｘと閾値Ｖβとの関係の一例を示すマップである。
【符号の説明】
２０  過放電防止装置、２２  集合電池、２３  電池、２４  電圧検出器、２６，２８  リレー、２７，２９  アクチュエータ、３０  電子制御ユニット、３２  ＣＰＵ、３４  ＲＯＭ、３６  ＲＡＭ、４０  負荷。
【図１】
0003994570.tif 000002
【図２】
0003994570.tif 000003
【図３】
0003994570.tif 000004