(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルで構成される二次電池を、充電の進行にしたがって充電電流を段階的に減少させるように充電する充電方法において、
前記二次電池を構成する任意のセルのセル実電圧が充電目標セル電圧に達する度に、前記充電目標セル電圧と目標とするセル電圧バラツキ範囲の下限電圧よりも低い値を持つセルのセル実電圧との差が大きいほど、前記充電電流を段階的に減少させる際の減少量を大きくすることを特徴とする充電方法。
【請求項２】
請求項１に記載の充電方法において、
前記セルに流入する充電電流の一部を該セルに対してバイパスさせて前記各セル間の充電状態が均一となるように容量調整する際に、セル実電圧が大きいセルほどバイパスさせる電流を大きくすることを特徴とする充電装置。
【請求項３】
複数のセルで構成される二次電池を、充電の進行にしたがって充電電流を段階的に減少させるように充電する充電装置において、
前記セルのセル実電圧を各々検出するセル電圧検出装置と、
前記セル電圧検出装置により検出されたセル実電圧のいずれかが充電目標セル電圧に達したか否かを判定する判定装置と、
前記判定装置によりセル実電圧のいずれかが充電目標セル電圧に達したと判定されると、前記充電目標セル電圧と目標とするセル電圧バラツキ範囲の下限電圧よりも低い値を持つセルのセル実電圧との差が大きいほど、前記充電電流を段階的に減少させる際の減少量を大きくする充電電流低減装置とを備えることを特徴とする充電装置。
【請求項４】
請求項３に記載の充電装置において、
前記セルに流入する充電電流の一部を該セルに対してバイパスさせる容量調整装置を各セル毎に備え、
前記容量調整装置は、セル実電圧が大きいセルほどバイパスさせる電流を大きくすることを特徴とする充電装置。
【請求項５】
請求項３に記載の充電装置において、
前記セルに流入する充電電流の一部を該セルに対してバイパスさせる容量調整装置を各セル毎に備え、
前記容量調整装置は、セル実電圧が前記下限電圧よりも低い場合には第１の電流値だけバイパスさせ、セル実電圧が前記下限電圧以上の場合には前記第１の電流値より大きな第２の電流値だけバイパスさせることを特徴とする充電装置。
【請求項６】
請求項３に記載の充電装置において、
前記各セル毎に設けられ、前記セルに流入する充電電流の一部を該セルに対してバイパスさせる容量調整回路と、
前記セルのセル実電圧が大きいほど、前記容量調整回路によりバイパスを行うバイパス時間が長くなるように制御するコントローラとを備えたことを特徴とする充電装置。
【請求項７】
請求項６に記載の充電装置において、
前記コントローラは、セル実電圧が前記下限電圧以上である場合の前記バイパス時間を、セル実電圧が前記下限電圧よりも低い場合の前記バイパス時間よりも長くするように制御することを特徴とする充電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車等に搭載される駆動用二次電池を充電するための充電方法および充電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、電気自動車の駆動用バッテリには、複数のセルを直列接続した二次電池が用いられている。この二次電池を充電する際には、セル内部抵抗による電圧低下の影響を小さくする目的で、充電電流を一定電流値ずつ段階的に低減する多段定電流充電が充電後期に実施されることが多い。多段定電流充電では、任意のセルのセル電圧が充電目標電圧に達すると充電電流を所定電流値だけ低減して充電を行い、その後、再びセル電圧が充電目標電圧に達したならば、再度充電電流を所定電流値だけ低減して充電を行う。このような充電を繰り返し行い、最終的に充電電流が充電終了電流以下となったときに充電を終了する。
【０００３】
また、各セルの充電状態は均一であることが好ましく、上述した多段定電流充電でも、各セル間の電圧バラツキを低減する効果がある。しかし、より低減効果を高めるために、全てのセルのセル電圧が基準となるセル（例えば、最低のセル電圧を示すセル）と同一電圧になるように、容量調整回路により一定電流で放電させるようにしている。実際には、各セルの充電電流の一部をバイパスさせることにより、充電と放電とを同時に行うようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の充電方法では、充電電流の低減値が一定であったり、放電電流値が一定であるために充分なバラツキ抑制を行うことができなかった。
【０００５】
本発明の目的は、複数のセルで構成される二次電池の充電方法および充電装置において、セル間の充電状態のバラツキを抑えることができる充電方法および充電装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
発明の実施の形態を示す図１，図２および図６に対応付けて説明する。
（１）図１，図２および図６に対応付けて説明すると、請求項１の発明は、複数のセルＣ１〜Ｃｎで構成される二次電池１を、充電の進行にしたがって充電電流Ｉを段階的に減少させるように充電する充電方法に適用され、二次電池１を構成する任意のセルのセル実電圧が充電目標セル電圧Ｖｆに達する度に、充電目標セル電圧Ｖｆと目標とするセル電圧バラツキ範囲の下限電圧Ｖｈよりも低い値を持つセルのセル実電圧Ｖcmaxとの差ΔＶが大きいほど、充電電流Ｉを段階的に減少させる際の減少量を大きくすることにより上述の目的を達成する。
（２）図１に対応付けて説明すると、請求項２の発明は、請求項１に記載の充電方法において、セルに流入する充電電流の一部を該セルに対してバイパスさせて各セルＣ１〜Ｃｎ間の充電状態が均一となるように容量調整する際に、セル実電圧が大きいセルほどバイパスさせる電流を大きくするようにしたものである。
（３）図１，図２および図６に対応付けて説明すると、請求項３の発明は、複数のセルＣ１〜Ｃｎで構成される二次電池１を、充電の進行にしたがって充電電流Ｉを段階的に減少させるように充電する充電装置に適用され、セルＣ１〜Ｃｎのセル実電圧を各々検出するセル電圧検出装置Ｂ１〜Ｂｎと、セル電圧検出装置Ｂ１〜Ｂｎにより検出されたセル実電圧のいずれかが充電目標セル電圧Ｖｆに達したか否かを判定する判定装置４と、判定装置４によりセル実電圧のいずれかが充電目標セル電圧に達したと判定されると、充電目標セル電圧と目標とするセル電圧バラツキ範囲の下限電圧Ｖｈよりも低い値を持つセルのセル実電圧Ｖcmaxとの差ΔＶが大きいほど、充電電流Ｉを段階的に減少させる際の減少量を大きくする充電電流低減装置４とを備えて上述の目的を達成する。
（４）図１に対応付けて説明すると、請求項４の発明は、請求項３に記載の充電装置において、セルに流入する充電電流の一部を該セルに対してバイパスさせる容量調整装置Ａ１〜Ａｎを各セルＣ１〜Ｃｎ毎に備え、容量調整装置Ａ１〜Ａｎは、セル実電圧が大きいセルほどバイパスさせる電流を大きくするようにした。
（５）図１および図６に対応付けて説明すると、請求項５の発明は、請求項３に記載の充電装置において、セルに流入する充電電流の一部を該セルに対してバイパスさせる容量調整装置Ａ１〜Ａｎを各セルＣ１〜Ｃｎ毎に備え、容量調整装置Ａ１〜Ａｎは、セル実電圧が下限電圧Ｖｈよりも低い場合には第１の電流値だけバイパスさせ、セル実電圧が下限電圧Ｖｈ以上の場合には第１の電流値より大きな第２の電流値だけバイパスさせるものである。
（６）図１に対応付けて説明すると、請求項６の発明は、請求項３に記載の充電装置において、各セルＣ１〜Ｃｎ毎に設けられ、セルＣ１〜Ｃｎに流入する充電電流の一部を該セルに対してバイパスさせる容量調整回路Ａ１〜Ａｎと、セルＣ１〜Ｃｎのセル実電圧が大きいほど、容量調整回路Ａ１〜Ａｎによりバイパスを行うバイパス時間が長くなるように制御するコントローラ４とを備えたものである。
（７）図６に対応付けて説明すると、請求項７の発明は、請求項６に記載の充電装置において、コントローラは、セル実電圧が下限電圧Ｖｈ以上である場合のバイパス時間を、セル実電圧が下限電圧Ｖｈよりも低い場合のバイパス時間よりも長くするように制御するようにしたものである。
【０００７】
なお、上記課題を解決するための手段の項では、本発明を分かり易くするために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が発明の実施の形態に限定されるものではない。
【０００８】
【発明の効果】
（１）請求項１および請求項３の発明によれば、充電目標セル電圧と目標とするセル電圧バラツキ範囲の下限電圧より低い値を持つセルのセル実電圧との差が大きいほど、充電電流を段階的に減少させる際の減少量を大きくするようにしたので、各セル間の充電状態のバラツキを効率よく低減させることができる。
（２）請求項２，４および５の発明によれば、上述した請求項１および請求項３の発明の効果に加えて、容量調整時にバイパスさせる電流をセル実電圧が大きいほど大きくしたので、各セル間の充電状態のバラツキをさらに低減させることができ、充電終了時にはセル実電圧がほぼ均等になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明による充電装置の一実施の形態を示す図であり、充電装置の構成を示す図である。二次電池１は、セルＣ１〜Ｃｎを直列接続したものである。各セルには、抵抗７とトランジスタ８とで構成される容量調整回路Ａ１〜Ａｎ、および各セルＣ１〜Ｃｎのセル電圧Ｖc1〜Ｖcnを検出する電圧検出回路Ｂ１〜Ｂｎがそれぞれ設けられている。各容量調整回路Ａ１〜Ａｎのトランジスタ８は、コントローラ４からの信号によりオン・オフされる。コントローラ４には、電圧検出回路Ｂ１〜Ｂｎで検出された各セルＣ１〜Ｃｎのセル電圧Ｖcy（y＝１，２，…，ｎ）が入力される。
【００１０】
コントローラ４からの信号により容量調整回路Ａ１のトランジスタ８をオンすると、セルＣ１の充電電流の一部が容量調整回路Ａ１にバイパスされる。その結果、セルＣ１に流れる充電電流が減少し、バイパスされない場合に比べて単位時間当たりの充電量が低下する。他の容量調整回路Ａ２〜Ａｎについても同様である。容量調整の詳細については後述する。
【００１１】
二次電池１にはリレースイッチ５を介して充電器６が接続されている。充電器６はＣＰＵ等を内蔵しており、コントローラ４から二次電池１の状態に応じた制御情報を受けて、その制御情報に基づいて充電電流の制御を行う。リレースイッチ５のオン・オフはコントローラ４により行われ、充電を行う際にはオンとされ、充電が終了するとオフとされる。２は二次電池１の温度を検出する温度センサである。充電電流は電流センサ９により検出され、二次電池１の端子間電圧は総電圧検出センサ３により検出される。
【００１２】
図２は本実施の形態の充電装置による充電パターンを示す図であり、充電前期では一定の電流値で充電を行う定電流充電が行われ、充電後期では多段定電流充電と呼ばれる方式で二次電池１の充電が行われる。図２において、横軸は時間ｔを、縦軸は二次電池１の電圧Ｖおよび充電電流Ｉを表している。図２では、充電中に検出される二次電池１の電圧Ｖと充電電流Ｉの変化を示している。充電開始後、充電電流がＩ０に達したならば定電流充電に移行する。
【００１３】
定電流充電に移行した後に、二次電池１を構成するセルのセル電圧が後述する充電目標電圧Ｖｆに達したならば、多段定電流充電に移行する。多段定電流充電に移行したならば充電電流ＩをΔIsだけ下げて、一定の電流値Ｉ０−ΔIsで充電を行う。なお、電流値の下げ幅ΔIsの詳細については後述する。その後、セル電圧Ｖが充電目標電圧Ｖｆに達する度に充電電流ＩをΔIsだけ下げて同様の充電を行う。そして、ΔIsだけ下げたときの電流値が充電終了電流値Ｉendよりも小さくなったならば、多段定電流充電を停止して一連の充電作業を終了する。
【００１４】
次に、図３，図４のフローチャートを用いて充電動作を説明する。これらのフローチャートは、コントローラ４で実行される充電動作プログラムの処理手順を示したものである。ステップＳ１０１では、二次電池１を充電しても良いか否かを判定する。ここでは、温度センサ２で検出される電池温度と、総電圧検出センサ３により検出される二次電池１の開放電圧とから充電可能か充電不可かが判定される。例えば、電池使用直後で電池温度が所定範囲よりも高い場合には、充電不可と判定される。充電可と判定されるとステップＳ１０２へ進み、充電不可と判定されると充電を行わずにステップＳ１１７に進む。
【００１５】
ステップＳ１０２では、電圧検出回路Ｂ１〜Ｂｎにより各セルＣ１〜Ｃｎのセル電圧Ｖcyをそれぞれ検出する。一般的に、セルの劣化の程度などによりセルＣ１〜Ｃｎの各セル電圧Ｖcyにはバラツキがある。そのため、充電の際に各セルの容量調整が行われる。ステップＳ１０３では、容量調整に関する設定を行う。一例としては、後述する図６に示すように、セル電圧Ｖcyが充電目標電圧Ｖｆを上限とする所定電圧範囲Ｈ内のときには容量調整回路Ａ１〜Ａｎのトランジスタ８をオンして容量調整を行い、セル電圧Ｖcyが所定電圧範囲Ｈより低い場合にはトランジスタ８をオフして容量調整を行わない。
【００１６】
例えば、図５に示す例では、セルＣ１およびセルＣｎのセル電圧Ｖc1，Ｖcnが所定電圧範囲Ｈ内にあり、それぞれ容量調整回路Ａ１，Ａｎのトランジスタ８がオンされて電流ｉがバイパスされている。このときのバイパス電流ｉは抵抗７の抵抗値により決まる。
【００１７】
その後、ステップＳ１０４でリレースイッチ５をオンさせた後に、ステップＳ１０５において充電を開始する。充電開始後、二次電池１の電圧Ｖおよび充電電流Ｉは図２に示すように上昇する。ステップＳ１０６では二次電池１の充電電流Ｉが定電流充電を開始する所定電流値Ｉ０となったか否かを判定し、Ｉ＝Ｉ０と判定されるとステップＳ１０７に進んで定電流充電を開始する。
【００１８】
ステップＳ１０８では、各セルＣ１〜Ｃｎのセル電圧Ｖcyを検出する。ステップＳ１０９では、複数のセルＣ１〜Ｃｎの内で最大のセル電圧を有するものが図２の充電目標電圧Ｖｆに達したか否かを判定する。ステップＳ１０９においてＹＥＳと判定されるとステップＳ１１０へ進み、ＮＯと判定されるとステップＳ１１９へと進む。ステップＳ１１９では多段充電フラグがセットされているか否かを判定し、ＹＥＳと判定されるとステップＳ１１６へ進み、ＮＯと判定されるとステップＳ１０８へ戻る。ステップＳ１１０では、ステップＳ１０８で検出された複数のセル電圧Ｖcyのなかに、充電目標電圧Ｖｆを上限とする所定電圧範囲Ｈより低いセル電圧があるか否かを判定する。ステップＳ１１０においてＹＥＳと判定されるとステップＳ１１１へ進み、ＮＯと判定されるとステップＳ１２０へ進む。
【００１９】
図６はセル電圧分布を模式的に示したものであり、横軸はセル電圧を、縦軸はセル数をそれぞれ表しており、各丸印はセルを表している。図６（ａ）は、最大セル電圧を有するセルＣ１のセル電圧Ｖc1が充電目標電圧Ｖｆになったときの分布を示したものである。図６（ａ）に示す例では、セル電圧がセルＣ１、セルＣ２の順に小さくなっている。所定電圧範囲ＨはＶｈ以上Ｖｆ以下の範囲であり、セルＣ１のセル電圧Ｖc1（＝Ｖｆ）は所定電圧範囲Ｈ内であるが、その他のセルのセル電圧Ｖcy（ｙ＝３，４，…，ｎ）は所定電圧範囲Ｈより低い。すなわち、図６（ａ）の状態である場合には、ステップＳ１１０においてＹＥＳと判定されてステップＳ１１１へ進む。
【００２０】
ステップＳ１１１では、セルＣ１のセル電圧Ｖｆと、所定電圧範囲Ｈより低いセル電圧の内の最大の電圧Ｖcmax（セルＣ２のセル電圧）との差ΔＶ（＝Ｖｆ−Ｖcmax）を算出する。ステップＳ１１２では、ステップＳ１１１で算出したΔＶと、コントローラ４において算出されるセルの内部抵抗Ｒとから、式（１）により充電電流低減値ΔＩｓを算出する。
【数１】
ΔＩｓ＝ΔＶ／Ｒ    …（１）
【００２１】
ここで、内部抵抗Ｒの算出方法について説明する。図７は二次電池１のＩ−Ｖ特性を示す図である。Ｖ０は二次電池１の開放電圧であるが、放電電流Ｉｄ（＞０）が流れると内部抵抗Ｒの影響で端子電圧はＶｄと低下する。逆に、充電電流Ｉｃ（＜０）が流れると、内部抵抗Ｒの影響で端子電圧はＶcyと上昇する。そして、この内部抵抗Ｒは、放電時に検出される電流値Ｉｄおよび端子電圧Ｖｄと充電時に検出される電流値Ｉｃおよび端子電圧Ｖｃとから、式（２）により算出される。
【数２】
Ｒ＝（Ｖｃ−Ｖｄ）／（Ｉｄ−Ｉｃ）    …（２）
【００２２】
図４に戻って、ステップＳ１１３では、図２に示すように充電電流値ＩをＩ０からＩ０−ΔＩｓへと減少させる。このときの電流値の下げ幅は、ステップＳ１１２で算出されたΔＩｓである。図７のＩ−Ｖ特性からも分かるように、充電電流を減少させると各セルのセル電圧Ｖcyはそれぞれ減少する。図６（ｂ）は、図６（ａ）の状態から充電電流値をΔＩｓだけ減少させたときの分布を示したものであり、図６（ａ）の場合と比較して分布が図示左側にずれている。次いで、ステップＳ１１４では、多段充電フラグをセットする。すなわち、充電電流値Ｉ０をＩ０−ΔＩｓへと減少させた時点から、多段定電流充電に移行する。
【００２３】
ステップＳ１１５では容量調整の再設定が行われる。例えば、充電電流をＩ０−ΔＩｓに減少させる前の状態が図６（ｃ）の状態の場合には、所定電圧範囲Ｈ内にあるセルＣ１およびセルＣ２に関しては容量調整回路Ａ１，Ａ２のトランジスタ８をオンして電流をバイパスさせる。一方、所定電圧範囲Ｈ内より低いセル電圧のセル、すなわち、所定電圧範囲Ｈよりも図示左側にあるセルに関しては、各容量調整回路Ａのトランジスタ８をオフにして電流をバイパスさせないようにする。
【００２４】
ステップＳ１１６では、充電電流値Ｉが充電終了電流値Ｉend以下であるか否かを判定し、ＹＥＳと判定されるとステップＳ１１７へ進み、ＮＯと判定されるとステップＳ１０８へ戻る。すなわち、充電電流Ｉが充電終了電流値Ｉend以下となるまでは、ステップＳ１０８からステップＳ１１６までの処理が繰り返し実行され、任意のセルのセル電圧が充電目標電圧Ｖｆに達する度に充電電流Ｉが下げ幅ΔＩｓだけ減少される。
【００２５】
図６（ｃ）は、図６（ｂ）の状態から充電電流Ｉ０−ΔＩｓで充電を行い、セルＣ１のセル電圧がＶｆに達したときの図である。このとき、セルＣ２のセル電圧Ｖcyは所定電圧範囲Ｈ内にあり、所定電圧範囲Ｈよりセル電圧が小さく、かつ、最大のセル電圧を有するものはセルＣ３，Ｃ４である。この場合には、セルＣ３，Ｃ４の電圧をＶcmaxとしてΔＶを算出し、このΔＶに基づいて充電電流の下げ幅ΔＩｓを算出する。そのため、図６の（ａ）の場合のΔＩｓと、（ｃ）の場合のΔＩｓとは異なっており、よりバラツキの大きい（ａ）の方がΔＩｓが大きい。
【００２６】
このような多段定電流充電を行うと、多段定電流充電移行当初のセル電圧が図６（ａ）のように大きくばらついていても次第にバラツキが小さくる。そして、図８に示すように各セルＣ１〜Ｃｎのセル電圧Ｖcyの全てが所定電圧範囲Ｈ内に収まると、図４のステップ１１０でＮＯと判定されてステップＳ１２０へと進む。ステップＳ１２０では充電電流をΔＩｓ０だけ減少し、その後、ステップＳ１１４へ進む。すなわち、図８に示すようにセル電圧のバラツキが小さくなった場合には、従来の多段定電流充電と同様に充電電流の下げ幅を予め定められた一定値ΔＩｓ０とする。
【００２７】
このような多段充電を行って、充電電流Ｉが充電終了電流値Ｉend以下となったならば、ステップＳ１１６からステップＳ１１７へ進んで多段充電フラグをリセットした後に充電を終了する。その後、ステップＳ１１８へ進んで図１のスイッチ５をオフにして一連の充電作業を終了する。
【００２８】
《容量調整方法の変形例》
上述した実施の形態では、充電電流を減少させた際のセル電圧Ｖcyが所定電圧範囲Ｈ内であるか否かによって、容量調整回路Ａ１〜Ａｎによる調整を行うか否かを決めるようにした。容量調整方法としては、上述した方法に限らず様々な方法があるが、以下では容量調整方法の変形例について説明する。
【００２９】
［変形例１］
変形例１の容量調整方法では、セル電圧Ｖcyが所定電圧範囲Ｈ内であるセルに対しては、セル電圧が所定電圧範囲Ｈより低いセルよりもバイパスされる電流を多くする。例えば、図６（ａ）のような場合には、セルＣ１およびＣ２に関するバイパス電流をそれぞれi1，i2としたときに、トランジスタ８のベース電流を調整することによりバイパス電流i1をバイパス電流i2の２倍に設定する。すなわち、充電電流の下げ幅ΔＩｓとバイパス電流i1，i2とにより、セルＣ１およびＣ２の充電電流Ｉ１，Ｉ２は次式（３）のようになる。セルＣ２に限らず、図６（ａ）の所定電圧範囲Ｈより低いセルについては、全て充電電流Ｉ２に設定する。なお、図４のステップＳ１１０からステップＳ１２０へ進んだ場合には、下げ幅ΔＩｓはΔＩｓ０で置き換えられる。
【数３】
Ｉ１＝Ｉ０−ΔＩｓ−２×i2
Ｉ２＝Ｉ０−ΔＩｓ−i2        …（３）
【００３０】
［変形例２］
バイパス電流の大きさを、セル電圧Ｖcyの大きさに応じて設定する。例えば、各セル電圧Ｖcyの中で最も電圧値の小さなものをＶcminとしたときに、セル電圧Ｖcyと電圧Ｖcminとの差（Ｖcy−Ｖcmin）に比例するようにバイパス電流値を設定する。このときの比例定数をｋとすれば、各セルの充電電流Ｉは次式（４）のようになる。
【数４】
Ｉ＝Ｉ０−ΔＩｓ−ｋ×（Ｖcy−Ｖcmin）      …（４）
【００３１】
［変形例３］
容量調整回路Ａ１〜Ａｎを流れるバイパス電流のオン・オフは、スイッチング素子であるトランジスタ８のオン・オフ動作により制御される。変形例３では、このスイッチングオンデューティ比をセル電圧Ｖcyに応じて設定することにより、各セルの容量調整を行う。すなわち図３，４のステップＳ１０３およびステップＳ１１５における容量調整の設定では、このデューティ比の設定を行う。
【００３２】
図９は、ステップＳ１０３およびステップＳ１１５におけるデューティ比の設定の詳細手順を示すフローチャートである。ステップＳ２０１では、二次電池１を構成する各セルＣ１〜Ｃｎのセル電圧Ｖcyを検出する。ステップＳ２０２では、ステップＳ２０１で検出されたセル電圧Ｖcyにおいて、充電目標電圧Ｖｆを上限とする所定電圧範囲Ｈよりも低いセル電圧の内で最大のセル電圧Ｖcmaxと最小のセル電圧Ｖcminとを求める。ステップＳ２０３では、図１０に示すセル電圧−充電容量特性（Ｖ−Ａｈ特性）を用いて、最大セル電圧Ｖcminに対応する充電容量CAPMIN（Ａｈ）、および最大セル電圧Ｖcmaxに対応する充電容量CAPMAX（Ａｈ）を求める。
【００３３】
図１０において、特性曲線Ｌ０はセルの初期特性を表しており、特性曲線Ｌは電池劣化時の特性を表している。初期特性Ｌ０は、コントローラ４（図１参照）の記憶部（不図示）に予め記憶されている。充電容量CAPMIN，CAPMAXを求める際には、まず、初期特性Ｌ０を用いてセル電圧がＶcminおよびＶcmaxのときの充電容量CMIN，CMAXを算出する。この算出された充電容量CMIN，CMAXを次式（５），（６）のように容量劣化係数αで補正することにより、充電容量CAPMIN，CAPMAXが得られる。
【数５】
CAPMIN＝CMIN×α      …（５）
CAPMAX＝CMAX×α      …（６）
【００３４】
容量劣化係数αは、車両走行中にコントローラ４において算出される。具体的な算出方法は後述する。次いで、図９のステップＳ２０４では、CAPMAXとCAPMINとの差の絶対値DCAPを算出する。ステップＳ２０５では、各セル電圧Ｖcyに対する劣化補正後の充電容量CAPCLy（ｙ＝１，２，…,ｎ）をそれぞれ算出する。ステップＳ２０６では、容量調整時におけるスイッチングオンデューティ比ONDUTYy（％）を次式（７）により算出する。
【数６】
ONDUTYy＝｛（CAPCLy−CAPMIN）／DCAP｝×0.50×100  …（７）
【００３５】
続くステップＳ２０７では、所定電圧範囲Ｈ内のセルに対するスイッチングオンデューティ比ONDUTYy（％）を、全て１００％に設定する。このようにしてデューティ比設定に関する一連の処理が終了する。そして、充電の際には、このデューティ比設定に基づいて充電電流のバイパス処理が行われる。
【００３６】
上述した変形例３では、セル電圧Ｖcmin〜Ｖcmaxのセルに対して０〜５０％のデューティ比を、所定電圧範囲Ｈ内のセルに対して１００％のデューティ比を割り付け、セル電圧の低いセルほどより大きな電流で充電するようにしてセル電圧のバラツキ低減が効果的に行われるようにした。なお、セル電圧Ｖcmin〜Ｖcmaxのセルに対して一律で５０％のデューティ比を割り付けるようにしても良い。このように一律５０％のデューティ比を割り付けた場合は、変形例１のように所定電圧範囲Ｈ内のセルのバイパス電流を２×i2に、所定電圧範囲Ｈ外のセルのバイパス電流をi2に設定する場合と同じ結果となる。
【００３７】
（容量劣化係数αの算出方法）
ここでは、上述した容量劣化係数αの算出方法について説明する。算出方法としては特開２０００−２６１９０１号公報等に開示されているような方法があるが、ここでは算出方法の概略について説明する。図１１（ａ）は放電電気量の異なる二次電池の放電ＩＶ特性を示した図である。直線ｆ10は放電電気量Ah＝０のとき、すなわちＳＯＣ＝１００％（満充電時）の場合を表しており、直線ｆ11，ｆ12，ｆ13の場合の放電電気量Ahは順にAh1，Ah2，Ah3（ただし、Ah1＜Ah2＜Ah3）である。すなわち、放電電気量Ahが０→Ah1→Ah2→Ah3と大きくなるにつれてＩＶ特性はｆ10→ｆ11→ｆ12→ｆ13と変化し、そのときの推定開放電圧もE0→E1→E2→E3と変化する。
【００３８】
図１１（ｂ）は放電電気量Ahと開放電圧Ｅとの関係を示す図であり、リチウムイオン電池の初期電池特性と劣化時特性について示したものである。ところで、容量劣化係数αは次式（８）のように二次電池の劣化時電池容量Ｃdと初期電池容量Ｃ0との比で表すことができる。なお、電池容量は、SOC＝１００％のときの充電容量のことである。
【数７】
α＝Ｃd／Ｃ0  …（８）
ここで、開放電圧が予め定めた放電容量規定電圧Ｖｅになるまでの放電電気量Ahを二次電池の電池容量Ｃとすると、電池容量Ｃ0，Ｃdは直線Ｅ＝Veと初期特性曲線および劣化時特性曲線との交点における放電電気量で表せる。
【００３９】
図１１（ｂ）において黒丸は電池初期時のデータ（Ah，Ｅ）を、白丸は劣化時のデータ（Ah，Ｅ）をそれぞれ示しており、ｆ20は初期時データから一次回帰演算により得られる回帰直線で、ｆ21は劣化時データから得られる回帰直線である。なお、一次以上の回帰演算を行えばより電池特性に近い回帰曲線が得られるが、リチウムイオン電池の場合には、開放電圧Ｅが著しく減少する放電末期（放電電気量Ahが大きい領域）を除いて一次回帰演算により電池特性を精度良く求めることができる。そのため、回帰直線ｆ20，ｆ21と直線Ｅ＝Veとの交点における放電電気量Ah0、Ahdを電池容量Ｃ0，Ｃdとして用いることができる。
【００４０】
ところで、これらの回帰直線ｆ20，ｆ21は次式（９）によって表される。Ｋは特性直線の傾き、Vfは特性直線の電圧切片であり、回帰直線ｆ20の傾きはＫ0、回帰直線ｆ21の傾きはＫdである。図１１（ｂ）の回帰直線ｆ20，ｆ21から分かるように、Ah0／Ahd＝Ｋ0／Ｋdを満たしている。すなわち、容量劣化係数αは次式（１０）により求まる。
【数８】
Ｅ＝Vf−Ah・Ｋ  …（９）
α＝Ah0／Ahd＝Ｋ0／Ｋd    …（１０）
【００４１】
上述した実施の形態の充電装置は以下のような効果を奏する。
多段定電流充電において、任意のセルのセル電圧が充電目標電圧Ｖｆに達したときの充電電流低減値ΔＩｓを、充電目標電圧Ｖｆと所定電圧範囲Ｈより低いセル電圧の内の最大の電圧Ｖcmaxとの差ΔＶ＝Ｖｆ−Ｖcmaxに比例するように設定した。その結果、従来のように充電電流を一定の低減値ΔＩs0で低減する場合に比べて、セル電圧のバラツキを速やかに低減することができる。
【００４２】
図１２はバラツキ低減効果を定性的に示したものである。図１２は、多段定電流充電の際のセルＣ１およびセルＣ２のセル電圧および充電電流の変化を示したものであり、破線矢印は充電電流低減値が一定な従来の場合の変化を示し、実線矢印は本実施の形態の場合の変化を示している。図１２に示す例では、充電電流低減値ΔＩｓが従来の低減値ΔＩs0の２倍であった場合を示している。
【００４３】
従来の場合、定電流充電（電流値Ｉ０）によりセルＣ１のセル電圧が充電目標電圧Ｖｆに達すると、電流値がΔＩs0だけ低減され、セルＣ１，Ｃ２の状態はＩＶ特性直線上を左方向に移動する。そして、電流値Ｉ−ΔＩs0の充電によりセルＣ１のセル電圧が再び充電目標電圧Ｖｆに達すると、電流値がΔＩs0だけ低減される。その後、電流値Ｉ−２×ΔＩs0で充電が行われる。なお、セル電圧ＶｃとSOC（または充電容量）との間には図１３に示すような関係があり、同一のSOC変化ΔＳに対して、SOCが大きい場合のセル電圧変化ΔＶｃ’よりも小さい場合のセル電圧変化ΔＶｃの方が大きい。そのため、図１２のセルＣ２のセル電圧はセルＣ１よりも低いので、電流値Ｉ−ΔＩs0およびＩ−２×ΔＩs0での充電では、セルＣ２の電圧上昇の方がセルＣ１の電圧上昇よりも大きくなる。
【００４４】
一方、本実施の形態では、電流値Ｉ０の充電でセルＣ１のセル電圧が充電目標電圧Ｖｆに達すると、充電電流値をΔＩｓ（＝２×ΔＩs0）だけ低減させる。そして、電流値Ｉ−２×ΔＩs0でセル１が充電目標電圧Ｖｆに達するまで充電される。この場合、１段階で２×ΔＩs0だけ充電電流が低減されるため充電時間がより長くなり、セルＣ２のセル電圧上昇は従来の場合の２段階のセル電圧上昇に比べて大きくなる。その結果、セルＣ１が再び充電目標電圧Ｖｆとなった時の電圧バラツキΔは従来のバラツキΔ’より小さくなる。
【００４５】
二つ目の効果としては、容量調整を目的として充電電流を容量調整回路Ａ１〜Ａｎにバイパスさせる際に、所定電圧範囲Ｈ内のセルよりも範囲外のセルの方のバイパス電流値やバイパス時のスイッチングオンデューティ比を小さくしたので、バイパス電流を一定とした場合に比べて容量調整によるバラツキ低減効果をより向上させることができる。
【００４６】
図１４は容量調整効果を説明する図であり、（ａ）はセル電圧に応じてバイパス電流を設定した場合を、（ｂ）はセル電圧の大きさにかかわらずバイパス電流が一定の場合を示す。図１４の（ａ），（ｂ）の左側はそれぞれ充電開始前のセル電圧分布を示し、右側は充電を途中で中断した時のセル電圧分布を示す。上述した実施の形態では充電と容量調整とが同時に行われたが、充電と容量調整とを別個に考えると、容量調整はバイパス電流による放電と考えることができる。すなわち、容量調整では、各セル電圧が調整目標電圧となるように放電によってセル電圧を下げるという動作を行う。図１４では容量調整によってセル電圧が図の左方向に移動する。
【００４７】
図１４（ｂ）のようにバイパス電流が一定の場合には、だんだんと左側に分布が移動する。そのため、充電を途中で停止すると、セル電圧分布は調整目標電圧の方に移動するが、バラツキ（分布の間隔）はそれほど改善されない。一方、図１４（ａ）の場合には、セル電圧の大きなセルの方がバイパス電流が大きいので、セル電圧の大きい方が容量調整による左側への移動が大きい。その結果、分布の間隔も狭まり全体的にバラツキが改善される。
【００４８】
なお、上述した実施の形態では、充電と容量調整に関する放電とを同時に行ったが、充電と放電とを別個に行っても良い。また、ΔＶとして充電目標電圧Ｖｆと所定電圧範囲Ｈより低いセル電圧のなかの最大の電圧Ｖcmaxとの差を用いたが、充電目標電圧Ｖｆと所定電圧範囲Ｈより低いセル電圧のいずれかとの差をΔＶとしても良い。
【００４９】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、電圧検出回路Ｂ１〜Ｂｎはセル電圧検出装置を、コントローラ４は判定装置および充電電流低減装置を、バイパス電流i2は第１の電流を、バイパス電流i1は第２の電流をそれぞれ構成する。
【００５０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による充電装置の一実施の形態を示す図であり、充電装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態の充電装置による充電パターンを示す図である。
【図３】充電動作を説明するフローチャートである。
【図４】図３に続く処理手順を示すフローチャートである。
【図５】図１の一部を示すブロック図である。
【図６】セル電圧分布の模式図であり、（ａ）〜（ｃ）の順に充電動作が進む。
【図７】二次電池１のＩ−Ｖ特性を示す図である。
【図８】充電終期のセル電圧分布を示す図である。
【図９】デューティ比設定の詳細手順を示すフローチャートである。
【図１０】セルのセル電圧−充電容量特性を示す図である。
【図１１】容量劣化係数αを説明する図であり、（ａ）は放電電気量の異なる放電ＩＶ特性を示す図、（ｂ）は二次電池の放電電気量Ahと開放電圧Ｅとの関係を示す図。
【図１２】バラツキ低減効果を定性的に示す図である。
【図１３】セルのセル電圧ＶｃとSOC（または充電容量）との関係を示す図である。
【図１４】容量調整効果を説明する図であり、（ａ）はセル電圧に応じてバイパス電流を設定した場合を、（ｂ）はセル電圧の大きさにかかわらずバイパス電流が一定の場合を示す。
【符号の説明】
１  二次電池
２  温度センサ
３  総電圧検出センサ
４  コントローラ
５  リレースイッチ
６  充電器
９  電流センサ
Ａ１〜Ａｎ  容量調整回路
Ｂ１〜Ｂｎ  セル電圧検出回路
Ｃ１〜Ｃｎ  セル
Ｖｆ  充電目標電圧
α  容量劣化係数
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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