(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単位電池で構成される組電池の充電制御装置において、
前記複数の単位電池の電圧をそれぞれ検出する電圧検出回路と、
前記電圧検出回路による検出電圧に応じて前記組電池の充電完了を判定する充電完了判定回路と、
前記電圧検出回路により検出された前記複数の検出電圧のばらつきを検出するばらつき検出回路と、
前記ばらつき検出回路により検出されたばらつきが所定値を超えるか否かを判定するばらつき判定回路と、
前記充電完了判定回路により充電完了が判定されると、充電器から供給される充電電流による前記組電池に対する充電を終了させるとともに、充電を終了させた以降に前記ばらつき判定回路により所定値を超えるばらつきが判定されると、再び前記組電池に対する充電を開始させる制御回路とを備えることを特徴とする組電池の充電制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の組電池の充電制御装置において、
前記複数の単位電池の放電をそれぞれ行う電圧調整回路をさらに備え、
前記制御回路は、充電完了の判定後に前記組電池に対する充電を終了させる前、前記ばらつき判定回路により前記検出電圧のばらつきを判定し、前記ばらつき判定回路によって所定値を超えるばらつきが判定されると前記電圧調整回路に対して該当する単位電池を放電するように指示することを特徴とする組電池の充電制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の組電池の充電制御装置において、
前記該当する単位電池は、前記電圧検出回路により検出された検出電圧の標準偏差が所定値を超える単位電池であることを特徴とする組電池の充電制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の組電池の充電制御装置において、
前記電圧検出回路は、前記制御回路により前記組電池に対する充電が終了された以降において所定時間ごとに前記複数の単位電池の電圧をそれぞれ検出し、
前記ばらつき判定回路は、前記所定時間ごとに検出される検出電圧のそれぞれについて、ばらつきが所定値を超えるか否かを判定することを特徴とする組電池の充電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、組電池の充電制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電気自動車の駆動用電池には、複数の単位電池（以下ではセルと呼ぶ）から成る組電池が用いられる。複数のセルが直列に接続される組電池に対して、各セルの電池容量をほぼ均一にするように調整する技術が知られている。電気自動車は、車両自身で搭載されている組電池に充電を行うことができないので、スタンドなどに設置される充電器を用いて組電池に対する充電を行う。組電池に充電を行う場合、充電中に各セルの電圧値をそれぞれ検出し、検出電圧が一番高いセルの電圧値があらかじめ定めた充電上限電圧に到達すると充電電流を徐々に減少させ、充電電流が０になった時点で充電を完了させる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
電池は、経時にともなう自然放電により電圧(容量)が低下する。特に電気自動車に搭載された組電池は長い時間放置すると、各セルに自然放電が生じる。自然放電の進み具合は各セルごとに異なるので、各セル間の電圧にばらつきが生じる。このため、充電時に各セルの電圧をほぼ均一にしたにもかかわらず、長期間放置することによって各セル間に電圧のばらつきが生じてしまう。一方で車両は、組電池の中に１つでも電圧(容量)が低いセルが存在すると、電池を保護するために電池の放電を制限する制御を行う。このため、上述したように、組電池の中に放電が進むセルが存在すると、車両として出力制限がかけられてしまうことがある。
【０００４】
本発明の目的は、長期間放置されても各セル間に生じる電圧のばらつきを小さくする充電制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
一実施の形態を示す図１、図２に対応づけて本発明を説明する。
（１）請求項１に記載の発明は、複数の単位電池Ｃ１〜Ｃ４０で構成される組電池の充電制御装置に適用される。そして、複数の単位電池Ｃ１〜Ｃ４０の電圧をそれぞれ検出する電圧検出回路Ｃ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５と、電圧検出回路Ｃ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５による検出電圧に応じて組電池の充電完了を判定する充電完了判定回路Ｂ／Ｃと、電圧検出回路Ｃ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５により検出された複数の検出電圧のばらつきを検出するばらつき検出回路Ｂ／Ｃと、ばらつき検出回路Ｂ／Ｃにより検出されたばらつきが所定値を超えるか否かを判定するばらつき判定回路Ｂ／Ｃと、充電完了判定回路Ｂ／Ｃにより充電完了が判定されると、充電器から供給される充電電流による組電池に対する充電を終了させるとともに、充電を終了させた以降にばらつき判定回路Ｂ／Ｃにより所定値を超えるばらつきが判定されると、再び組電池に対する充電を開始させる制御回路Ｂ／Ｃとを備えることにより、上述した目的を達成する。
（２）請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の組電池の充電制御装置において、複数の単位電池Ｃ１〜Ｃ４０の放電をそれぞれ行う電圧調整回路Ｒ１〜Ｒ８、ＴＲ１〜ＴＲ８をさらに備え、制御回路Ｂ／Ｃは、充電完了の判定後に組電池に対する充電を終了させる前、ばらつき判定回路Ｂ／Ｃにより検出電圧のばらつきを判定し、ばらつき判定回路Ｂ／Ｃによって所定値を超えるばらつきが判定されると電圧調整回路Ｒ１〜Ｒ８、ＴＲ１〜ＴＲ８に対して該当する単位電池を放電するように指示することを特徴とする。
（３）請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の組電池の充電制御装置において、該当する単位電池は、電圧検出回路Ｒ１〜Ｒ８、ＴＲ１〜ＴＲ８により検出された検出電圧の標準偏差が所定値を超える単位電池であることを特徴とする。（４）請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の組電池の充電制御装置において、電圧検出回路Ｃ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５は、制御回路Ｂ／Ｃにより組電池に対する充電が終了された以降において所定時間ごとに複数の単位電池Ｃ１〜Ｃ４０の電圧をそれぞれ検出し、ばらつき判定回路Ｂ／Ｃは、所定時間ごとに検出される検出電圧のそれぞれについて、ばらつきが所定値を超えるか否かを判定することを特徴とする。
【０００６】
なお、上記課題を解決するための手段の項では、本発明をわかりやすく説明するために実施の形態の図と対応づけたが、これにより本発明が実施の形態に限定されるものではない。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、次のような効果を奏する。
（１）請求項１〜４に記載の発明では、組電池を構成する単位電池ごとの電圧をそれぞれ検出し、組電池に対する充電を終了した後で単位電池ごとに検出される電圧のばらつきが所定値を超えると、再び組電池に対する充電を開始させるようにした。この結果、充電終了後に組電池を長時間放置することによって単位電池に自然放電が生じても、単位電池の電圧のばらつきが所定値を超えると組電池に対して充電が行われるから、自然放電により低下した単位電池の電圧を上げて電圧のばらつきを所定値以内に抑えることができる。
（２）とくに、請求項２、３に記載の発明では、単位電池の放電を行う電圧調整回路を設け、組電池に対する充電を終了する前に単位電池の電圧のばらつきが所定値を超えると該当する単位電池の放電を電圧調整回路に指示するようにした。この結果、充電により上昇した単位電池の電圧を下げて電圧のばらつきを所定値以内に抑えることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、本実施の形態では組電池を電気自動車の駆動用電池(電源)として用いる例を説明するが、これに限る物ではない。図１は本発明の一実施の形態による電気自動車の駆動用電気系統の全体構成図である。図１において、４０個のセルＣ１〜Ｃ４０が直列に接続されて組電池を構成する。セルＣ１〜Ｃ４０は８個ずつまとめられ、それぞれセルコントローラＣ／Ｃ１、Ｃ／Ｃ２、…、Ｃ／Ｃ５に接続される。５つのセルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５は、それぞれ接続される８個のセルを管理する。ここで、組電池を構成するセルの数、およびセルを管理するセルコントローラの数は、本説明による数量に限定されるものではない。
【０００９】
セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５は、接続される各セルの電圧を検出するとともに、後述するバッテリコントローラＢ／Ｃからの信号に基づいて、接続されている各セルをそれぞれ容量調整するための信号を出力する。セルの容量調整については後述する。
【００１０】
５つのセルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５およびバッテリコントローラＢ／Ｃには、それぞれ不図示の通信インターフェイス回路が備えられている。セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５は、この通信インターフェイス回路を介してバッテリコントローラＢ／Ｃにより管理される。バッテリコントローラＢ／Ｃは、通信インターフェイス回路を介して各セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５との間で通信を行い、各セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５を制御する一方、各セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５から電池情報を受信する。
【００１１】
電池情報は、セル電圧検出時に各セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５内の不図示の電圧検出回路によって検出される各セルの電圧値である。受信された電池情報は、バッテリコントローラＢ／Ｃ内の不図示のメモリに記憶され、セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５の制御に利用される。セルの電圧値が所定の電圧範囲より高いと過充電であり、セルの電圧値が所定の電圧範囲より低いと過放電である。このように、セルの電圧値からセルの充電状態がわかる。
【００１２】
バッテリコントローラＢ／Ｃは、各セルの電圧値から平均電圧、標準偏差を演算するとともに、５つのセルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５のそれぞれに対し、接続されている各セルの容量調整を行うための信号を出力する。バッテリコントローラＢ／Ｃは、コントローラＣｒによって管理される。コントローラＣｒは、不図示のアクセルペダルからの指令値に基づいて、車両を駆動するモータＭに電力を供給するインバータＩｖ、およびバッテリコントローラＢ／Ｃを制御する。
【００１３】
組電池は充電器Ｃｇｒにより充電される。充電器Ｃｇｒは、バッテリコントローラＢ／Ｃから送出される制御信号により、組電池に充電電流を供給する。バッテリコントローラＢ／Ｃは、充電器Ｃｇｒの接続を検出すると、充電器Ｃｇｒに制御信号を送出して所定の充電電流を充電器Ｃｇｒから組電池へ供給させる。また、セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５から受信したセル電圧に応じて、充電電流を変化させる指令を充電器Ｃｇｒに送出する。
【００１４】
容量調整回路は、セルＣ１〜Ｃ８の充電状態にばらつきが生じている場合に該当するセルを放電することで、所定の状態(たとえば平均電圧)として充電状態のばらつきを抑制する回路である。図２は、セルコントローラＣ／Ｃ１とセルＣ１〜Ｃ８との間に設けられる容量調整回路を説明する図である。ここではセルコントローラＣ／Ｃ１を例に上げて説明するが、他のセルコントローラＣ／Ｃ２〜Ｃ／Ｃ５もセルコントローラＣ／Ｃ１と同様である。図２において、抵抗器Ｒ１およびトランジスタＴＲ１がセルＣ１の容量調整回路であり、セルＣ１を放電させる。抵抗器Ｒ２およびトランジスタＴＲ２がセルＣ２の容量調整回路であり、セルＣ２を放電させる。以下、同様に、抵抗器Ｒ８およびトランジスタＴＲ８がセルＣ８の容量調整回路であり、セルＣ８を放電させる。トランジスタＴＲ１〜ＴＲ８は、セルコントローラＣ／Ｃ１からそれぞれ送られるオン信号によってオンされ、それぞれ送られるオフ信号によってオフされる。トランジスタＴＲ１〜ＴＲ８がオンされると、対応する抵抗器Ｒ１〜Ｒ８を介してセルＣ１〜Ｃ８が放電される。セルコントローラＣ／Ｃ１は、上述した電圧検出データから充電状態のばらつきを判断したセルに対し、このセルに対応するトランジスタをオンして放電させる。
【００１５】
上記のバッテリコントローラＢ／Ｃで行われる処理の流れをフローチャートを参照して説明する。図３および図４のフローチャートによる処理は、車両のイグニションオフを検出して起動する。図３のステップＳ１において、バッテリコントローラＢ／Ｃは、充電器Ｃｇｒが接続されたか否かを判定する。充電器Ｃｇｒの接続が検出された場合はステップＳ１を肯定判定してステップＳ２へ進み、充電器Ｃｇｒの接続が検出されない場合はステップＳ１を否定判定して判定処理を繰り返す。
【００１６】
ステップＳ２において、バッテリコントローラＢ／Ｃは、充電器Ｃｇｒから組電池に所定の充電電流を供給させて組電池の充電を開始し、ステップＳ３へ進む。ステップＳ３において、バッテリコントローラＢ／Ｃは、セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５に対して各セル電圧を検出させ、検出されたセル電圧値をセルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５から受信してメモリに記憶する。ステップＳ４において、バッテリコントローラＢ／Ｃは、セルの中で最大電圧を有するセルの電圧値について、あらかじめ定められた停止電圧に到達したか否かを判定する。停止電圧に到達した場合にステップＳ４を肯定判定してステップＳ５へ進み、停止電圧に到達していない場合にステップＳ４を否定判定してステップＳ２へ戻る。
【００１７】
図５(a)は組電池の充電時間と充電電流との関係を表す図である。図５(a)において、横軸は充電時間であり、縦軸は充電電流である。図５(a)中Ａの地点は、充電を開始してから、最大電圧を有するセルの電圧値が停止電圧に到達するまでの状態を表す。このＡ地点において、組電池を構成するセルごとの検出電圧を表すと図５(b)のようになる。図５(b)において、横軸はセルNo.であり、縦軸は検出した電圧値である。上記ステップＳ４において、バッテリコントローラＢ／Ｃは、最大電圧を有するセルの電圧値を監視する。
【００１８】
図５(a)のタイミングｔ５１の地点において、バッテリコントローラＢ／Ｃが充電停止電圧に最大セル電圧が到達したことを判定すると、図３のステップＳ５において、バッテリコントローラＢ／Ｃは充電電流を１段階低下させてステップＳ６へ進む。充電電流の変化量は、あらかじめ充電シーケンスによって定められている。ステップＳ６において、バッテリコントローラＢ／Ｃは、セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５に対して各セル電圧を検出させ、検出されたセル電圧値をセルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５から受信してメモリに記憶する。
【００１９】
ステップＳ７において、バッテリコントローラＢ／Ｃは、１段階低下した充電電流に対応する充電停止電圧を定め、セルの中で最大電圧を有するセルの電圧値が充電停止電圧に到達したか否かを判定する。停止電圧に到達した場合にステップＳ７を肯定判定してステップＳ８へ進み、停止電圧に到達していない場合にステップＳ７を否定判定してステップＳ６へ戻る。
【００２０】
図５(a)のタイミングｔ５２の地点において、バッテリコントローラＢ／Ｃが充電停止電圧に最大セル電圧が到達したことを判定すると、図３のステップＳ８において、バッテリコントローラＢ／Ｃは、充電電流が最小値か否かを判定する。充電電流が最小値である場合にステップＳ８を肯定判定してステップＳ９へ進み、充電電流が最小値でない場合にステップＳ８を否定判定してステップＳ５へ戻る。バッテリコントローラＢ／Ｃは、ステップＳ８を否定判定した場合に充電電流をさらに１段階低下させ、新たな充電電流に対応する充電停止電圧を定めることによって徐々に充電電流を低下させて組電池の充電を続ける。
【００２１】
図５(a)のタイミングｔ５３の地点において、バッテリコントローラＢ／Ｃが充電停止電圧に最大セル電圧が到達したことを判定すると、バッテリコントローラＢ／Ｃは図３のステップＳ８を肯定判定してステップＳ９へ進む。ステップＳ９において、バッテリコントローラＢ／Ｃは、再度セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５に対して各セル電圧を検出させ、検出されたセル電圧値をセルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５から受信してメモリに記憶する。ステップＳ１０において、バッテリコントローラＢ／Ｃは、検出された各セル電圧値に基づいて全セルの平均電圧値を演算してステップＳ１１へ進む。
【００２２】
ステップＳ１１において、バッテリコントローラＢ／Ｃは、各セル電圧値と平均電圧値とに基づいてセル電圧値の標準偏差を演算してステップＳ１２へ進む。ステップＳ１２において、バッテリコントローラＢ／Ｃは、標準偏差が所定値以下か否かを判定する。標準偏差はセル電圧のばらつきを表す。たとえば、標準偏差が０．００２(Ｖ)以下の場合にステップＳ１２を肯定判定して図４のステップＳ１４へ進み、標準偏差が０．００２(Ｖ)を超える場合にステップＳ１２を否定判定してステップＳ１３へ進む。
【００２３】
ステップＳ１３において、バッテリコントローラＢ／Ｃは、充電電流を０(Ａ)にするとともに、平均電圧値に対してばらつきが大きいセルが接続されているセルコントローラに対し、当該セルに対応する容量調整回路のトランジスタをオンさせる制御信号を出力させる。これにより当該セルの容量調整が行われる。トランジスタをオンさせる時間は、ばらつきに応じてバッテリコントローラＢ／Ｃが演算し、オン時間に関する制御信号がバッテリコントローラＢ／Ｃからセルコントローラに対して出力される。バッテリコントローラＢ／Ｃは、容量調整を行うとステップＳ９へ戻り、標準偏差が所定値以下になるまでステップＳ９からステップＳ１３までの処理を繰り返す。
【００２４】
図４のステップＳ１４において、バッテリコントローラＢ／Ｃは、組電池の充放電を完了してステップＳ１５へ進む。ステップＳ１５において、バッテリコントローラＢ／Ｃは、充放電を完了してから、または、後述するステップＳ１７からステップＳ２０までの処理によるセル電圧のばらつきチェック後に経過した時間が所定時間以上か否かを判定する。たとえば、３０分以上経過した場合はステップＳ１５を肯定判定してステップＳ１７へ進み、３０分未満の場合はステップＳ１５を否定判定してステップＳ１６へ進む。ステップＳ１６において、バッテリコントローラＢ／Ｃは、充電器Ｃｇｒが非接続にされたか否かを判定する。充電器Ｃｇｒの非接続が検出された場合はステップＳ１６を肯定判定して図４の処理を終了し、充電器Ｃｇｒの非接続が検出されない場合はステップＳ１６を否定判定してステップＳ１５へ戻る。
【００２５】
ステップＳ１７において、バッテリコントローラＢ／Ｃは、再度セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５に対して各セル電圧を検出させ、検出されたセル電圧値をセルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５から受信してメモリに記憶する。ステップＳ１８において、バッテリコントローラＢ／Ｃは、検出された各セル電圧値に基づいて全セルの平均電圧値を演算してステップＳ１９へ進む。
【００２６】
ステップＳ１９において、バッテリコントローラＢ／Ｃは、各セル電圧値と平均電圧値とに基づいてセル電圧値の標準偏差を演算してステップＳ２０へ進む。ステップＳ２０において、バッテリコントローラＢ／Ｃは、標準偏差が所定値以下か否かを判定する。たとえば、標準偏差が０．００２(Ｖ)以下の場合にステップＳ１２を肯定判定してステップＳ１５へ戻り、標準偏差が０．００２(Ｖ)を超える場合にステップＳ２０を否定判定し、図３のステップＳ２へ戻って充電を繰り返す。
【００２７】
以上説明した実施の形態についてまとめる。組電池に対する充放電完了後、３０分経過するごとに組電池を構成する各セルの電圧をセルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５でそれぞれ検出し、セル電圧の標準偏差が０．００２(Ｖ)を超える場合に再び充放電を繰り返す(ステップＳ２０の否定判定)ようにしたので、充放電を完了(ステップＳ１４)した以降に、各セルに生じる自然放電により低下した電圧を充電により上昇させ、電圧のばらつきを抑えることができる。また、組電池に接続されているＤＣ／ＤＣコンバータなどの負荷によって電池電圧が低下する場合にも、再び充電を開始してあらかじめ定められる充電停止電圧まで電池電圧を高めることができる。
【００２８】
以上の説明では、電気自動車を例にあげて説明したが、エンジンとモータとを搭載したハイブリッド車両(ＨＥＶ)にも本発明を提供することができる。
【００２９】
バッテリコントローラＢ／Ｃは、検出されたセル電圧の標準偏差が０．００２(Ｖ)を超える場合にセル電圧のばらつきが大きいと判断するようにしたが、上述した標準偏差値は説明に用いた値でなくてもよい。
【００３０】
また、バッテリコントローラＢ／Ｃは、組電池に対する充放電を完了(ステップＳ１５)、もしくは、標準偏差が０．００２(Ｖ)以下と判定(ステップＳ２０の肯定判定)してから３０分経過すると再び組電池の各セルの電圧を検出して電圧のばらつきをチェックする(ステップＳ１７からステップＳ２０)ようにしたが、このような診断を行う間隔は、上述した３０分ごとでなくてもよく、たとえば、１時間ごとに行ってもよい。
【００３１】
以上の説明では、組電池に対する充電後に、すなわち、充電電流が最小値の状態でステップＳ８を肯定判定した後に、セル電圧のばらつきをチェックして平均電圧値に対して大きなばらつきを有するセルを放電させて容量調整を行い(ステップＳ１３)、ばらつきが所定値以下になると充電完了とみなす(ステップＳ１４)ようにした。この代わりに、ステップＳ８を肯定判定すると充電完了とみなす(ステップＳ１４)ようにしてもよい。
【００３２】
特許請求の範囲における各構成要素と、発明の実施の形態における各構成要素との対応について説明すると、セルＣ１〜４０が単位電池に、セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５が電圧検出回路に、バッテリコントローラＢ／Ｃが充電完了判定回路、ばらつき検出回路、ばらつき判定回路、および制御回路に、容量調整回路(抵抗器Ｒ１〜Ｒ８およびトランジスタＴＲ１〜ＴＲ８)が電圧調整回路に、それぞれ対応する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による電気自動車の駆動用電気系統の全体構成図である。
【図２】容量調整回路を説明する図である。
【図３】充電時にバッテリコントローラで行われる処理の流れを説明するフローチャートである。
【図４】充電時にバッテリコントローラで行われる処理の流れを説明するフローチャートである。
【図５】  (a)は充電時間と充電電流との関係を表す図、(b)および(c)は組電池を構成するセルごとの電圧を表す図である。
【符号の説明】
Ｂ／Ｃ…バッテリコントローラ、    Ｃ１〜Ｃ４０…セル、
Ｃ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５…セルコントローラ、
Ｃｇｒ…充電器、                  Ｒ１〜Ｒ８…抵抗器、
ＴＲ１〜ＴＲ８…トランジスタ
【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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