(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池からなる複数個の単位セルを直列に接続してなる組電池と、
前記各単位セルの端子電圧を検出する電圧検出手段と、
二次電池からなる補助電池と、
この補助電池の電力を前記各単位セルに転送するための、直流，交流を変換する回路及び変圧器を組合せて構成される電力転送回路と、
前記組電池の放電時において、前記電圧検出手段の検出に基づいて前記各単位セルの端子電圧が所定の下限値まで低下したかどうかを判断し、端子電圧が下限値まで低下した単位セルに対して前記補助電池の電力を前記電力転送回路を介して選択的に転送させる転送電流制御手段とを具備すると共に、
前記補助電池は、前記電圧検出手段及び転送制御手段の駆動電源を兼用していることを特徴とするバッテリ装置。
【請求項２】
前記補助電池の容量は、下記の式により決定されることを特徴とする請求項１記載のバッテリ装置。
（補助電池容量）＝（各単位セルの公称容量に対する容量ばらつきの平均）×
（単位セルの個数）×（変換効率）＋（制御電力容量）
【請求項３】
前記補助電池の電力がいずれかの単位セルに転送されているときに、その旨を使用者に報知する報知手段を具備することを特徴とする請求項１又は２記載のバッテリ装置。
【請求項４】
前記電力転送回路は、充電電源が接続されることにより、その充電電源から前記組電池の各単位セル及び前記補助電池に対して給電する充電回路として機能す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バッテリ装置。
【請求項５】
前記転送電流制御手段は、前記組電池の充電時において、前記電圧検出手段の検出に基づき、前記全ての単位セルを所定の上限値まで定電圧充電するように前記電力転送回路による各単位セルへの充電を制御することを特徴とする請求項４記載のバッテリ装置。
【請求項６】
前記組電池を構成する単位セルは、リチウムイオンを吸蔵，放出可能な物質からなる正極及び負極を有するリチウム系二次電池から構成され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バッテリ装置。
【請求項７】
前記組電池は、電気自動車の電源として使用されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のバッテリ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電気自動車等に用いられ、二次電池からなる複数個の単位セルを直列に接続してなる組電池を電源とするバッテリ装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
近年、地球環境保護等の観点から電気自動車の性能の向上が要望されており、その走行性能を左右する電源に用いる電池としては、従来の鉛，ニッカドやニッケル水素電池などに代えて、それらの約３〜４倍もの高い重量エネルギ密度を有するリチウム二次電池を採用することが考えられている。このリチウム二次電池を電気自動車用の電源として使用することにより、最高速度や一充電走行距離などの走行性能の大幅な向上が期待される。
【０００３】
ところが、リチウム二次電池は、過充電や過放電に弱いといった事情があり、規定された電圧の範囲内で使用しないと、材料が分解して著しく容量が減少したり異常な発熱をしたりして、電池として使用できなくなる虞がある。そのため、リチウム二次電池を使用するに際しては、上限電圧及び下限電圧が明確に規定され、必ずその範囲内で使用されるように、定電圧充電制御をしたり保護回路とセットで用いたりすることが行われる。
【０００４】
ところで、電気自動車に使用される電池は、モータを駆動するために高い電圧が要求されるので、通常、複数個の電池（単位セル）を直列に接続した組電池として構成される。例えば３００Ｖの電圧を得るには、単位セルあたり２Ｖの鉛電池では１５０個を直列接続し、また単位セルあたり３．６Ｖのリチウム二次電池の場合には約８０個を直列接続することになる。このように多数の単位セルを直列接続してなる組電池を放電，充電する場合、従来では、組電池の両端の正，負極の端子間電圧を監視しながら充放電を制御していた。
【０００５】
この場合に問題となるのが、組電池を構成する各単位セルの容量や充電状態（ＳＯＣと称される）に起因する電圧のばらつきである。組電池を流れる電流はその単位セルにおいても等しいが、各単位セル毎の容量には必ずばらつきがあるため、各単位セル毎の電圧の変化は異なったものとなる。そのため、組電池の両端電圧を制御しただけでは、あくまでそれを構成する単位セルの平均電圧が制御されているに過ぎず、組電池が下限電圧となるまで放電すれば、平均電圧よりも低い単位セルは過放電となる。また、組電池が上限電圧となるまで充電した場合も、平均電圧よりも高い単位セルでは過充電となる。
【０００６】
従来の鉛電池やニッカド電池、ニッケル水素電池等においては、一部の単位セルが過放電、過充電となっても性能がやや劣化するだけで使用不能となるに至るものではなく、また、単位セル個々の電圧制御はコスト高を招くことから、組電池の両端電圧を制御するに止まっていたのが一般的であった。
【０００７】
しかしながら、リチウム二次電池を直列接続した組電池にあっては、単位セルのうち一つでも過放電（あるいは過充電）となった場合には、上述のように、電池として使用できなくなる虞がある。特に、組電池を電気自動車の電源として用いる場合には、１個の単位セルが使用不能となることにより、電気自動車が走らなくなってしまうことになるので、個々の単位セルにおける過放電（過充電）も避けなければならない。
【０００８】
そこで、従来では、その対策として、例えば実開平２−１３６４４５号公報に示される技術が考えられている。このものは、放電時には、各単位セルの端子電圧のうち最低値を検出してその最低電圧に基づいて制御を行うようにしている。また、充電時にも、同最高値を検出してその最高電圧に基づいて制御を行うようにしている。これによれば、確かに全ての単位セルが所定の電圧範囲を越えないようにしながら使用することが可能となる。
【０００９】
ところが、この技術は、最も電圧の低い単位セルを検出して、その単位セルの電圧が下限電圧まで下がったら放電を終了するものであり、その他の多数の単位セルでは、下限電圧まで未だ放電能力が十分に残っている状態で放電が終了されることになる。また、充電時は最も電圧の高い単位セルを検出して、その単位セルが満充電になったら充電を終了するものであり、その他の多数の単位セルは満充電に至らないまま充電が終了されることになる。つまり、組電池全体としての使用電圧の範囲が狭まってしまって個々の単位セルの容量を十分に活かしきっていないものとなる。特に、例えば１個の単位セルが劣化してその容量が減った場合には、他の単位セルの劣化がなくても、組電池全体としての放電容量が大幅に制限され、継続放電時間が大幅に減少してしまう不具合を招く。
【００１０】
また、それとは別の技術として、例えば特開平７−３３５２６６号公報には、各単位セルにバイパス回路を並列に接続し、そこに補助的な第２のセルを夫々接続することにより、満充電になった単位セルにおいては充電電流を第２のセルに流して充電させる構成が示されている。この構成によれば、全ての単位セルを満充電にすることが可能となり、また第２のセルに充電された電力を放電に利用することも可能となる。
【００１１】
しかしながら、この構成では、単位セルと同数の第２のセルが必要となるので、結局組電池を２セット並列に接続するものと大差のない構成となってしまう。しかも、第２のセルはあくまでも補助的なものに過ぎないため、その容量をシステム全体の容量に加えることは期待できない。このため、構成が複雑，大形となって重量が増加する割には、容量面での効果は十分に得ることができないものとなってしまう。従って、電気自動車に採用するには、大形化，重量増の分だけ走行性能の低下を招いてしまうものとなる。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、複数個の単位セルを直列接続した組電池を備えるものにあって、放電時における各単位セルの過放電を防止しながらも、各単位セル毎の容量のばらつきによる組電池全体としての容量の低下を抑えることができ、しかも比較的簡単な構成で済ませることができるバッテリ装置を提供するにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のバッテリ装置は、二次電池からなる複数個の単位セルを直列に接続してなる組電池と、前記各単位セルの端子電圧を検出する電圧検出手段と、二次電池からなる補助電池と、この補助電池の電力を前記各単位セルに転送するための、直流，交流を変換する回路及び変圧器を組合せて構成される電力転送回路と、前記組電池の放電時において、前記電圧検出手段の検出に基づいて前記各単位セルの端子電圧が所定の下限値まで低下したかどうかを判断し、端子電圧が下限値まで低下した単位セルに対して前記補助電池の電力を前記電力転送回路を介して選択的に転送させる転送電流制御手段とを具備すると共に、前記補助電池は、前記電圧検出手段及び転送制御手段の駆動電源を兼用しているところに特徴を有する（請求項１の発明）。
【００１４】
これによれば、組電池の放電時において、電圧検出手段によって各単位セルの端子電圧が監視され、いずれかの単位セルの端子電圧が所定の下限値まで低下したときには、その単位セルに対して、転送電流制御手段により、補助電池の電力が電力転送回路を介して選択的に転送されるようになる。この補助電池からの電力の転送によって、その単位セル自体からの放電電流を抑えてその電圧が過放電電圧まで低下することを未然に防止しながら、組電池全体としての放電を継続することができるようになる。
【００１５】
従って、本発明の請求項１のバッテリ装置によれば、放電時における補助電池からの電力転送によって、各単位セルの過放電を防止しながらも、各単位セル毎の容量のばらつきによる組電池全体としての容量の低下を抑えることができ、しかも、１個の補助電池により複数個の単位セルに対応させることができるので、比較的簡単な構成で済ませることができるという優れた効果を奏する。
【００１６】
しかも、前記補助電池を、電圧検出手段及び転送制御手段の駆動電源を兼用させる構成としたので、組電池を制御用の駆動電源として用いる場合と異なり組電池が使用不能となっても制御が可能となり、また、制御用の別途の駆動電源を設ける必要もなくなるので、補助電池を有効に使用することができると共に構成を簡単に済ませることができる。
【００１７】
さらにこのとき、補助電池の容量を、次の式により決定することができる（請求項２の発明）。
（補助電池容量）＝（各単位セルの公称容量に対する容量ばらつきの平均）×
（単位セルの個数）×（変換効率）＋（制御電力容量）
これにより、補助電池が電圧検出手段及び転送制御手段用の駆動電源としての機能、並びに組電池の単位セルの補助を行う機能を果たすに必要且つ十分な容量とすることができ、補助電池を徒に大きくせずに済ませることができる。
【００１８】
また、前記補助電池の電力がいずれかの単位セルに転送されているときに、その旨を使用者に報知する報知手段を設けても良い（請求項３の発明）。これによれば、使用者は、報知手段によって、補助電池の電力が使用されていること、つまり組電池として使用できる容量が残り少なくなっていることを知ることができ、速やかに充電するなどの対処を行うことができるようになる。
【００１９】
そして、前記電力転送回路は、各単位セルに対して電力の転送が可能なものであり、また補助電池にもつながっているものであるから、この電力転送回路に充電電源を接続することにより、その充電電源から前記組電池の各単位セル及び前記補助電池に対して給電する充電回路として機能させることができる（請求項４の発明）。これによれば、電力転送回路を、各単位セル及び補助電池に対する充電回路として兼用することができ、回路の複雑化を防止することができる。
【００２０】
さらに、このとき、前記転送電流制御手段は、各単位セルに対する電力転送の制御が可能であるから、転送電流制御手段を、組電池の充電時において電圧検出手段の検出に基づき、全ての単位セルを所定の上限値まで定電圧充電するように電力転送回路による各単位セルへの充電を制御するように構成することができる（請求項５の発明）。これにより、充電時においても、過充電を防止しながら、全ての単位セルを定電圧に充電することができ、各単位セル間での充電完了時の容量ばらつきを解消することができる。
【００２１】
また、前記組電池を構成する単位セルを、リチウムイオンを吸蔵，放出可能な物質からなる正極及び負極を有するリチウム系二次電池から構成することができ（請求項６の発明）、これにより、鉛，ニッカドやニッケル水素電池などに比べて３〜４倍もの高い重量エネルギ密度を有する組電池を得ることができる。そして、前記組電池を電気自動車の電源として使用すれば（請求項７の発明）、最高速度や一充電走行距離などの走行性能の優れた電気自動車の電源を得ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を電気自動車用のバッテリ装置に適用した一実施例について、図１ないし図６を参照しながら説明する。図１は、本実施例に係るバッテリ装置１の全体の電気的構成を概略的に示している。ここで、このバッテリ装置１は、大きく分けて、複数個の単位セル２を直列接続してなり電気自動車の電源となる組電池３、この組電池３の各単位セル２の端子電圧を検出する電圧検出手段たる電圧検出回路４、補助電池５、この補助電池５の電力を前記各単位セル２に転送する電力転送回路６、組電池２の放電，充電などを制御するためのマイコン等からなる制御装置７を備えて構成されている。また、このバッテリ装置１（前記電力転送回路６）には、例えば充電スタンドにおいて、充電電源８が接続されて充電が行われるようになっている。
【００２３】
前記単位セル２は、この場合、リチウムイオンを吸蔵，放出可能な物質からなる正極及び負極を有するリチウム系二次電池から構成され、１個の標準電圧が例えば３．６Ｖとされている。組電池３は、この単位セル２を例えば８０個直列に接続して構成され、その両端に接続された正，負側の母線９，９´が、図示しないモータの駆動回路（インバータ回路）に接続されるようになっている。尚、前記単位セル２は、その電圧が上限値（例えば４．２Ｖ）と下限値（例えば３．０Ｖ）との所定範囲内で使用されるようになっている。
【００２４】
前記電圧検出回路４は、この場合、前記各単位セル２に対しそれらの端子電圧を検出するオペアンプ１０を夫々接続して構成されており、それらオペアンプ１０の出力端子が、後述する制御装置７のマルチプレクサ１１に接続され、もって各単位セル２の端子電圧が制御装置７に入力されるようになっている。
【００２５】
また、前記補助電池５は、例えばリチウム二次電池から構成されている。本実施例では、この補助電池５は、制御用の駆動電源を兼用しており、定電圧電源１２を介して前記制御装置７や電圧検出回路４等に電力を供給するようになっている。さらに、この補助電池５には、その端子電圧を検出するオペアンプ１３が接続され、その検出信号が前記制御装置７に入力されるようになっている。尚、この場合、補助電池５の容量は、次の式により決定されている。
（補助電池容量）＝（各単位セルの公称容量に対する容量ばらつきの平均）×（単位セルの個数）×（変換効率）＋（制御電力容量）●
さて、前記電力転送回路６は次のように構成されている。即ち、まず、前記補助電池５は、リレー１４を介してＤＣ／ＡＣインバータ１５に接続され、このＤＣ／ＡＣインバータ１５は、出力電圧の調整（昇圧）及び絶縁を目的とした補助電池用変圧器１６の一次側巻線１６ａに接続されている。前記ＤＣ／ＡＣインバータ１５は、前記制御装置７により制御され、また、前記リレー１４も、制御装置７によってオン，オフ制御されるようになっている。
【００２６】
そして、前記各単位セル２毎にセル用変圧器１７が夫々設けられており、前記補助電池用変圧器１６の二次側巻線１６ｂと、前記各セル用変圧器１７の一次側巻線１７ａとが直列に接続されている。この直列接続回路には、切替スイッチ１８が挿設されており、この切替スイッチ１８の切替接点が放電側（接点１８ａ）あるときには、その直列接続回路が閉ループ状に閉じており、一方、切替接点が充電側の接点１８ｂに切替えられると、その直列接続回路が前記充電電源８に接続されるようになっている。この切替スイッチ１８も、制御装置７により切替制御されるようになっている。
【００２７】
図２にも示すように、前記各セル用変圧器１７の二次側巻線１７ｂは、夫々整流回路１９の入力側に接続され、その出力側が平滑コンデンサ２０を介して前記各単位セル２に夫々接続されている。このとき、平滑コンデンサ２０と単位セル２の正側端子との間には、電流制御素子この場合ＦＥＴ２１が夫々挿設されている。これら各ＦＥＴ２１のゲート電圧は前記制御装置７のデコーダ２２により制御されるようになっている。尚、図２では、整流回路１９及び平滑コンデンサ２０を簡略化して示している。
【００２８】
これにて、電力転送回路６は、切替スイッチ１８の切替接点が放電側（接点１８ａ）にある状態つまり組電池３の放電時に、リレー１４がオンされると共に、いずれかの単位セル２に対応したＦＥＴ２１がオンされると、その単位セル２に対して次のようにして補助電池５の電力を転送させる。即ち、補助電池５の電力はＤＣ／ＡＣインバータ１５により交流に変換されて補助電池用変圧器１６の一次側に与えられ、昇圧されてその二次側から出力される。その補助電池用変圧器１６の二次側の電力が該当するセル用変圧器１７の一次側に与えられ、その二次側から出力された電力が、整流回路１９及び平滑コンデンサ２０により直流化され、ＦＥＴ２１を介して単位セル２の端子間に与えられるのである。
【００２９】
また、本実施例では、この電力転送回路６は、組電池３を構成する各単位セル２及び補助電池５に対して、充電電源８からの給電を行う充電回路としても機能するようになっている。即ち、電力転送回路６に充電電源８が接続され、切替スイッチ１８の切替接点が充電側（接点１８ｂ）に切替えられると、その充電電源８の交流電力が、各セル用変圧器１７の一次側に供給され、ＦＥＴ２１がオンされることにより、対応したセル用変圧器１７の二次側から出力された電力が、整流回路１９及び平滑コンデンサ２０により直流化され、対応する単位セル２の端子間に給電されて充電が行われるのである。
【００３０】
さらに、これと共に、リレー１４がオンされると共に、ＤＣ／ＡＣインバータ１５が整流器として使用されることにより、充電電源８の交流電力が補助電池用変圧器１６の二次側に供給され、一次側から出力された電力がＤＣ／ＡＣインバータ１５によって直流化され、補助電池５の端子間に給電されて充電が行われるのである。
【００３１】
そして、前記制御装置７は、ＭＰＵ（マイクロプロセッサ）２３、制御プログラムやデータを記憶するメモリ２４、前記マルチプレクサ１１及びデコーダ２２等を備えて構成されている。前記ＭＰＵ２３には、前記電圧検出回路４の各オペアンプ１０からの電圧検出信号が、マルチプレクサ１１を介して与えられるようになっている。
【００３２】
また、ＭＰＵ２３は、前記リレー８、ＤＣ／ＡＣインバータ１５、切替スイッチ１８を制御すると共に、前記デコーダ２２を介して各ＦＥＴ２１のゲート電圧を制御するようになっている。このとき、前記切替スイッチ１８は組電池３の放電時には、放電側（接点１８ａ側）に切替えらえており、前記組電池３あるいは補助電池５の充電時には、充電側（接点１８ｂ側）に切替えられるようになっている。
【００３３】
さらに、本実施例では、ＭＰＵ２３は、前記補助電池５の電力がいずれかの単位セル２に転送されている旨を使用者（運転者）に報知する報知手段たる表示装置２５を制御するようになっている。この場合、表示装置２５の制御は、リレー８に対して与える制御信号によって併せて行われるようになっている。
【００３４】
このとき、後のフローチャート説明でも述べるように、制御装置７（ＭＰＵ２３）は、母線９，９´が負荷（モータ駆動回路）に接続されている組電池３の放電時においては、通常状態では、リレー１４及び全てのＦＥＴ２１をオフしている。そして、これと共に、電圧検出回路４の検出に基づいて各単位セル２の電圧が下限値（３．０Ｖ）まで低下したかどうかを常に監視し、電圧が下限値まで低下した単位セル２が検出された場合には、前記リレー１４をオンしＤＣ／ＡＣインバータ１５を駆動すると共に、その単位セル２に対応するＦＥＴ２１をオンさせてその単位セル２に補助電池５の電力を転送させるようになっている。従って、制御装置７が転送電流制御手段として機能するのである。更に、制御装置７はその電力転送の際に表示装置２５にその旨を表示させるようになっている。
【００３５】
また、制御装置７（ＭＰＵ２３）は、充電電源８が接続された組電池３の充電時においては、全てのＦＥＴ２１をオンすることによって、各単位セル２に対して充電を行うのであるが、この際も、電圧検出回路４の検出に基づいて各単位セル２の電圧が上限値（４．２Ｖ）に達したかどうかを監視し、電圧が上限値に達した単位セル２に関してはＦＥＴ２１により充電電流を制限することにより、全ての単位セル２が上限値まで定電圧充電されるように充電を制御するようになっている。
【００３６】
さらには、制御装置７は、リレー１４をオンすると共にＤＣ／ＡＣインバータ１５を作動させることにより、補助電池５の充電も併せて行うようになっているのであるが、この際、オペアンプ１３の検出に基づいて補助電池５の電圧を監視し、所定の上限値に達したところで、リレー１４をオフすると共にＤＣ／ＡＣインバータ１５を停止させて補助電池５に対する充電を終了させるようになっている。
【００３７】
次に、上記構成の作用について、図３ないし図６も参照して述べる。上記構成のバッテリ装置１の組電池３は、充電電源８に接続されて充電が行われ、負荷（モータ駆動回路）に接続されて放電が行われることが繰返されて使用されるのであるが、このとき、リチウム二次電池からなる単位セル２は、過充電や過放電に弱いといった事情があり、上述のように、規定された電圧の範囲（３．０〜４．２Ｖ）内で使用しないと、材料が分解して著しく容量が減少したり異常な発熱をしたりして、電池として使用できなくなりひいては電気自動車が走らなくなる虞がある。そこで、組電池３を構成する個々の単位セル２が必ずその電圧範囲内で使用されるように、制御装置７により放電，充電が制御される。
【００３８】
まず、図４のフローチャートは、母線９，９´が負荷（モータ駆動回路）に接続されて電力を供給している組電池３の放電時における、制御装置７の実行する制御手順を示している。即ち、上述のように、この放電時には、切替スイッチ１８の切替接点が放電側（接点１８ａ）に切替えられており（ステップＳ１）、またこのとき、リレー１４及びＤＣ／ＡＣインバータ１５並びに全てのＦＥＴ２１がオフされている。
【００３９】
そして、この放電時には、電圧検出回路４（各オペアンプ１０）の検出に基づき各単位セル２の電圧が常に監視され（ステップＳ２）、各単位セル２の電圧が下限値（３．０Ｖ）まで低下したかどうかが常に判断される（ステップＳ３）。ここで、組電池３を流れる電流は各単位セル２において等しい（図２に示す主電流ｉ）が、各単位セル２においてはその容量や充電状態（ＳＯＣ）に起因する電圧のばらつきがあり、各単位セル２毎の電圧の変化は異なったものとなり、各単位セル２間で電圧が下限値まで低下するタイミングが異なってくる。
【００４０】
そこで、下限電圧に達した単位セル２が検出された場合には（ステップＳ３にてＹｅｓ）、リレー１４がオンされる（ステップＳ４）と共にＤＣ／ＡＣインバータ１５が作動され（ステップＳ５）、もって補助電池５の電力が交流に変換されて補助電池用変圧器１６の二次側から出力されるようになる。そして、これと共に、下限電圧に達した単位セル２に対応したＦＥＴ２１がオンされることにより（ステップＳ６）、セル用変圧器１７を介して供給された電力が、整流回路１９及び平滑コンデンサ２０により直流化されてその単位セル２の端子間に給電されるのである。
【００４１】
また、このとき、いずれかの単位セル２に対して補助電池５から電力転送が行われている旨が表示装置２５に表示される（ステップＳ７）。この電力転送の間は、電力転送が行われている単位セル２の電圧が下限電圧と比較され（ステップＳ８）、下限電圧を下回らないようにＦＥＴ２１のゲート電圧が調整されて転送電流が制御されるのである（ステップＳ９）。
【００４２】
かかる電力転送は、車両が停止されるまで続行され（ステップＳ１０）、その間においても、各単位セル２の電圧が監視され（ステップＳ１１）、さらに下限電圧に達した別の単位セル２が検出された場合には、その単位セル２についても対応するＦＥＴ２１の制御により補助電池５の電力が転送されるのである。また、車両停止命令があれば（ステップＳ１０にてＹｅｓ）、組電池３及び補助電池５からの放電が停止される（ステップＳ１２）。
【００４３】
これにて、いずれかの単位セル２の電圧が所定の下限値まで低下したときには、その単位セル２に対して、補助電池５の電力が電力転送回路６を介して選択的に転送されるようになる。この補助電池５からの電力の転送によって、いずれかの単位セル２が早期に下限電圧に達しても、その単位セル２自体からの放電電流を抑えてその電圧が過放電電圧まで低下することを未然に防止しながら、組電池３全体としての放電を継続することができるようになり、組電池３としての放電時間の延長を図ることができるのである。尚、個々の単位セル２における過放電が避けられるので、組電池３としての過放電が避けられることは勿論である。
【００４４】
ちなみに、図３は、いずれかの単位セル２の電圧が下限値に達した際（時刻ｔ0 ）の、その単位セル２の電圧（ａ）、その単位セル２自体からの放電電流（ｂ）、補助電池５からの転送による電流（ｃ）の関係を示しており、下限電圧に達した時刻ｔ0 以降は、単位セル２自体からの放電に代えて補助電池５からの転送によって放電が行われ、主電流ｉが維持されるのである。
【００４５】
また、上述のような補助電池５からの電力の転送が行われているときには、表示装置２５により使用者（ドライバ）にその旨が報知されるので、使用者は、いずれかの単位セル２の電圧が下限値に達していることつまり組電池３として使用できる容量が残り少なくなっていることを容易に知ることができ、速やかに充電するなどの対処を行うことができるようになる。
【００４６】
次に、図５のフローチャートは、組電池３の充電時における、制御装置７の実行する制御手順を示している。この充電時においては、上述のように、電力転送回路６に充電電源８が接続され、切替スイッチ１８の切替接点が充電側（接点１８ｂ）に切替えられる（ステップＳ２１）。これにて、充電電源８の交流電力が、各セル用変圧器１７の一次側に供給されるようになり（ステップＳ２２）、この状態で、各ＦＥＴ２１がオンされることにより（ステップＳ２３）、各セル用変圧器１７の二次側から出力された電力が、整流回路１９及び平滑コンデンサ２０により直流化され、各単位セル２の端子間に給電されて充電が行われる。
【００４７】
この充電中には、やはり電圧検出回路４（各オペアンプ１０）の検出に基づき各単位セル２の電圧が常に監視され（ステップＳ２４）、各単位セル２の電圧が上限値（４．２Ｖ）つまり満充電に達したかどうかが判断される（ステップＳ２５）。電圧が上限値に達した単位セル２が検出されると（ステップＳ２５にてＮｏ）、その単位セル２に関してはＦＥＴ２１のゲート電圧の調整により充電電流が制限されるようになる（ステップＳ２６）。
【００４８】
このようにして、電圧が上限値に達した単位セル２についてはそれ以上の充電を禁止しながら各単位セル２に対する充電が行われ、充電時間が所定時間経過したところで（ステップＳ２７にてＹｅｓ）、全てのＦＥＴ２１がオフされて組電池３の充電が終了するのである（ステップＳ２８）。これにより、電力転送回路６による各単位セル２への給電を制御することにより、各単位セル２の過充電を未然に防止しながら、全ての単位セル２を所定の上限値まで定電圧充電することができ、各単位セル２間での充電完了時の容量ばらつきを解消することができるのである。
【００４９】
図６のフローチャートは、上記組電池３の充電と併せて行われる補助電池５の充電時における、制御装置７の実行する制御手順を示している。この充電時においては、電力転送回路６に充電電源８が接続され、切替スイッチ１８の切替接点が充電側（接点１８ｂ）に切替えられる（ステップＳ３１）。これにて、充電電源８の交流電力が、補助電池用変圧器１６の二次側にも供給されるようになり（ステップＳ３２）、この状態で、リレー１４がオンされると共に、ＤＣ／ＡＣインバータ１５が作動されることにより（ステップＳ３３）、補助電池用変圧器１６の一次側から出力された電力が、ＤＣ／ＡＣインバータ１５により整流されて直流化され、補助電池５の端子間に給電されて充電が行われる。
【００５０】
この充電中には、オペアンプ１３の検出に基づき補助電池５の電圧が常に監視され（ステップＳ３４）、補助電池５の電圧が所定の上限値に達したかどうかが判断される（ステップＳ３５）、電圧が上限値に達すると（Ｙｅｓ）、ＤＣ／ＡＣインバータ１５が調整されて充電電流が制限されるようになる（ステップＳ３６）。
【００５１】
このようにして、補助電池５に対する充電が行われ、充電時間が所定時間経過したところで（ステップＳ３７にてＹｅｓ）、リレー１４がオフされると共にＤＣ／ＡＣインバータ１５が停止され（ステップＳ３８）、補助電池５の充電が終了するのである。この場合も、補助電池５の過充電を防止し適切な充電を行うことができるのである。このように、電力転送回路６の一部を各単位セル２に対する充電回路として利用することができると共に、電力転送回路６をいわば逆向きに使用することによって、補助電池５に対する充電回路としても利用することができるのである。
【００５２】
このように本実施例によれば、リチウム系二次電池からなる単位セル２を直列接続してなり高い重量エネルギ密度を有する組電池３を備え、電気自動車の電源として最高速度や一充電走行距離などの走行性能に優れるものにあって、補助電池５を設けてその電力を電力転送回路６を介して各単位セル２に選択的に転送させる構成としたので、放電時に最も電圧の低い単位セルを検出してその単位セルの電圧が下限電圧まで下がったら放電を終了することにより過放電を防止していた従来のものと異なり、各単位セル２の過放電を防止しながらも、各単位セル２毎の容量のばらつきによる組電池３全体としての容量の低下を抑えることができ、組電池３としての能力を十分に引出すことができて一充電における継続放電時間を長くすることができるものである。
【００５３】
しかも、各単位セルにバイパス回路を並列に接続しそれらバイパス回路に補助的な第２のセルを接続するようにしていた従来のものと異なり、１個の補助電池５により複数個の単位セル２に対応させることができるので、構成がさほど複雑，大形となることはなく、比較的簡単な構成で済ませることができ、電気自動車に採用するに好適するのである。
【００５４】
そして、特に本実施例では、電力転送回路６を、各単位セル２及び補助電池５に対する充電回路として兼用するようにしたので、充電回路を別途に付加する場合と異なり、回路を簡単に済ませることができる。しかも、その各単位セル２に対する充電時に、電圧検出回路４の検出に基づき、ＦＥＴ２１を利用して、全ての単位セル２を所定の上限値まで定電圧充電することができるので、充電時においても、過充電を防止しながら全ての単位セル２を定電圧に充電することができ、各単位セル２間での充電完了時の容量（ＳＯＣ）のばらつきを解消することができる利点を得ることができる。
【００５５】
さらに、本実施例では、上記補助電池５を、制御装置７等の駆動電源を兼用させるようにしたので、組電池３を制御用の駆動電源として用いる場合と異なり組電池３が使用不能となっても制御が可能となり、また制御用の別途の駆動電源を設ける必要もなくなるので、補助電池５を有効に使用することができると共に構成を簡単に済ませることができる。このとき、上記のように補助電池５の容量を決定したことにより、補助電池５が制御装置７等の駆動電源としての機能、及び組電池３の単位セル２の補助を行う機能を果たすに必要且つ十分な容量とすることができ、補助電池５を徒に大きくせずに済ませることができる。
【００５６】
尚、上記した実施例では、補助電池５についてもリチウム系二次電池から構成したが、鉛やニッケル系の二次電池を採用することも可能である。また、上記実施例では、単位セル２の充電を全て電力転送回路６を介して行うようにしたが、組電池３の充電時においては、例えば母線９，９´に充電回路を接続して母線９，９´を介して組電池３を満充電に近いところまで充電し、その後、電力転送回路６を用いてＦＥＴ２１の制御によって個々の単位セル２の定電圧まで充電させるといったように、電力転送回路６を充電時の各単位セル２間の容量ばらつきの補正程度に用いることもできる。これによれば、電力転送回路６の電流容量を小さく抑えることができ、変圧器１６，１７などの小形化ひいては回路全体としての小形化，軽量化も図ることができる。
【００６２】
その他、例えば組電池（単位セル）においても鉛やニッケル系の二次電池を採用するようにしても良く、また、制御装置７等の駆動電源を補助電池５とは別に設ける構成としたり、ＦＥＴ２１に代えてトランジスタを採用しても良い。さらには、電圧検出手段や報知手段の構成としても種々の変形例が考えられ、また電気自動車に限らず各種の電気機器に適用することができる等、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すもので、バッテリ装置の電気的構成を概略的に示す図
【図２】１個の単位セル部分の電気的構成を概略的に示す図
【図３】単位セルの電圧（ａ）、放電電流（ｂ）、補助電池からの転送電流（ｃ）の関係を示す図
【図４】放電時の制御手順を示すフローチャート
【図５】組電池の充電時の制御手順を示すフローチャート
【図６】補助電池の充電時の制御手順を示すフローチャート
【符号の説明】
図面中、１，３１はバッテリ装置、２は単位セル、３は組電池、４は電圧検出回路（電圧検出手段）、５は補助電池、６，３２は電力転送回路、７は制御装置（転送電流制御手段）、８は充電電源、１０はオペアンプ、１４はリレー、１５はＤＣ／ＡＣインバータ、１６は補助電池用変圧器、１７はセル用変圧器、１８は切替スイッチ、２１はＦＥＴ、２３はＭＰＵ、２５は表示装置（報知手段）、３３は接続切替スイッチ、３４は充電回路を示す。
【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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