JP2002281687A

JP2002281687A - 充電状態制御方法及び装置

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Publication number: JP2002281687A
Application number: JP2001080672A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tamura; 博志田村; Haruyoshi Yamashita; 晴義山下
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-03-21
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2002-09-27
Anticipated expiration: 2021-03-21
Also published as: JP4187942B2

Abstract

(57)【要約】【課題】充放電可能な二次電池を単位セルとして複数
個直列に接続してなる組電池の充電状態を制御する制御
方法及び装置において、簡易な構成にて単位セル間のば
らつきを調整できるようにする。【解決手段】各単位セルＣi1〜Ｃinに並列接続された
放電回路Ｐi1〜Ｐinは、いずれも直列接続されたツェナ
ーダイオードＤｐ，抵抗Ｒｐ，トランジスタＴｐを備え
ており、トランジスタＴｄをオンオフ駆動することによ
り、放電回路Ｐi1〜Ｐinの起動，停止を、セルグループ
ＣＧｉ毎に一括して制御できるようにされている。イグ
ニションスイッチのオフ期間に、全ての単位セルＣ11〜
Ｃmnが調整電圧（ツェナーダイオードＤｐの逆降伏電
圧）Ｖｚ以上となるようにする組電池の充電と、放電回
路Ｐ11〜Ｐmnによる放電とを行わせることにより、全て
の単位セルＣ11〜Ｃmnを調整電圧Ｖｚに揃える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、組電池を構成する
ため直列接続された多数の単位セルの充電状態を制御す
る充電状態制御方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、地球環境保護の目的から、排
気ガスを排出しない電気自動車（ＥＶ）や排気ガスの排
出を大幅に低減可能なハイブリッド電気自動車（ＨＥ
Ｖ）の研究，開発が行われており、このうちＨＥＶは既
に実用化の段階にある。

【０００３】これらＨＥＶやＥＶの動力源に使用される
２次電池（バッテリー）として、鉛電池，ニッカド電
池，ニッケル水素電池等が知られている他、近年では、
高い重量エネルギ密度（同容量の鉛電池の約４倍，ニッ
ケル水素電池の約２倍）を有し小型軽量化を期待できる
リチウム電池が注目されている。

【０００４】また、ＨＥＶやＥＶにおいて、モータを駆
動して自動車を走行させるには約３００Ｖの電圧が必要
であるため、上述の電池は、その単体（単位セル）を多
数直列接続してなる組電池として使用される。例えば、
鉛電池（約２Ｖ／セル）では１５０、ニッケル水素電池
（約１．２Ｖ／セル）では２５０、リチウム二次電池
（約３．６Ｖ／セル）では８０もの単位セルを直列接続
する必要がある。

【０００５】なお、これらの単位セルは、過充電や過放
電に弱く、定められた使用範囲内の電圧で使用しなけれ
ば、材料の分解による著しい容量の低下や異常発熱を引
き起こして使用不能となるおそれがある。そして、組電
池を構成する各単位セルでは、性能の個体差や周囲温度
および漏れ電流の違い等によって充電可能容量がばらつ
き、組電池の充放電時に各単位セルを流れる電流がどの
単位セルも等しいにも関わらず、各単位セルの残存容量
（ＳＯＣ）、ひいては各単位セルの両端電圧がばらつい
てしまうことが知られている。

【０００６】つまり、組電池として使用する場合には、
組電池を構成する各単位セルが過充電や過放電となるこ
とのないように、各単位セル間の残存容量のばらつきに
起因するセル電圧のばらつきを十分に抑えなければなら
ない。従来の鉛電池，ニッカド電池，ニッケル水素電池
等を単位セルとする組電池では、組電池の両端電圧を監
視して、この両端電圧（ひいては組電池を構成する各単
位セルの平均セル電圧）が所定の電圧範囲に収まるよう
に充放電制御することで単位セルの過放電や過充電を防
止できたが、リチウム電池を単位セルとする組電池で
は、そのような制御では、単位セルの過充電や過放電が
進行してしまい、使用不可能な状態に到るほどの性能劣
化を引き起こしてしまうという問題があった。

【０００７】即ち、水溶性の電解液を用いて構成された
鉛電池，ニッカド電池，ニッケル水素電池二次電池等で
は、過充電時に生じる水の電気分解と置換反応（密閉化
反応）によって、単位セル間のばらつきがある程度解消
（均等充電）されるため、組電池の両端電圧（組電池を
構成する各単位セルの平均セル電圧）を制御すること
で、過放電や過充電を防止できたのであるが、有機系の
電解液を用いて構成されたリチウム電池では、密閉化反
応が起こらないため上述の均等充電がされず、組電池の
両端電圧（平均セル電圧）を制御する方法では、ばらつ
きは拡大する一方であり、過充電や過放電が進行してし
まうのである。

【０００８】これに対して、組電池を構成する単位セル
間のセル電圧のばらつきを、密閉化反応によらずに解消
する方法として、例えば、各単位セルに対してそれぞれ
並列にツェナーダイオードを接続し、このツェナーダイ
オードの逆降伏電圧をしきい値として、セル電圧がしき
い値を超えて充電されることのないようにしたもの（特
開昭６１−２０６１７９号公報）や、外部からの指令に
従って作動するバイパス回路を各単位セルと並列に接続
し、セル電圧にばらつきが生じると、セル電圧の高い単
位セルのバイパス回路を作動させ、このバイパス回路に
充電電流を分流（バイパス）させることにより、単位セ
ル間の電圧のばらつきが小さくなるように調整するもの
（特開平８−１９１８８号公報）等が提案されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、各単位セルに
ツェナーダイオードを並列接続した前者の場合、組電池
を充放電する装置の負荷変動によって大きな回生電流、
即ち組電池を充電する電流が発生した時にも、ツェナー
ダイオードが作動してしまうため、このような大電流に
耐える大容量の特殊なツェナーダイオードを使用しなけ
ればならなかった。また、この場合、単位セルのばらつ
きを抑えるには、全てのツェナーダイオードが作動する
まで充電電流を流さなければならないため、単位セルの
ばらつき調整を行うと無駄に消費される電流が多いだけ
でなく、このようなばらつき調整を行った直後では、各
単位セルは更なる充電ができない状態になっているた
め、回生電流が生じたとしても、全てバイパス回路にバ
イパスされてしまい、回生電流を有効利用することがで
きないという問題があった。更に、ツェナーダイオード
のしきい値電圧が低いと、バイパス回路が頻繁に作動す
ることになるため、しきい値は、単位セルの使用電圧範
囲の上限にほぼ均しくなるように設定しなければなら
ず、設計の自由度が低いという問題もあった。

【００１０】一方、外部から動作を制御可能なバイパス
回路を各単位セルに並列接続した後者の場合、これを実
施しようとすると、図７の参考図に示すように、各単位
セルＣ11〜Ｃmn毎にセル電圧検出回路（ＶＳＣ）や抵
抗，スイッチからなるバイパス回路ＢＰを設けると共
に、ＣＰＵを中心に構成され、各ＶＳＣにて検出された
セル電圧に基づいて、単位セル間のばらつき状態を判定
したり、その判定結果に従ってバイパス回路を制御する
等の処理を実行する制御装置が必要となる。

【００１１】そして、耐電圧や絶縁性，制御性の問題か
ら、一つのＣＰＵで受け持つことのできるセル数は、１
０〜２０セル程度が限度である。このため、ＨＥＶやＥ
Ｖに動力源として使用する組電池等、数十から数百もの
単位セルを直列接続する組電池に適用するには、組電池
全体をｎ個（例えばｎ＝１０）の単位セルからなる複数
セルグループＣＧ１〜ＣＧｍに分割して、各セルグルー
プＣＧ１〜ＣＧｍ毎に電圧検出とばらつき調整とを分担
させた下位制御装置ＢＣＵ＿Ｌ１〜ＢＣＵ＿Ｌｍを設け
ると共に、これら下位制御装置ＢＣＵ＿Ｌ１〜ＢＣＵ＿
Ｌｍを統括する上位制御装置ＢＣＵ＿Ｈを設けて、組電
池全体を調整するという構成にしなければならない。

【００１２】例えば、比較的セル数を少なくできるリチ
ウム電池でも、４〜８個ものセルグループ、即ち制御装
置を設ける必要があり、これら制御装置を構成するＣＰ
ＵやＣＰＵ間の通信を行う通信Ｉ／Ｆ等の高価な電子部
品が多数必要となるため、装置が複雑で高価なものとな
り、また大型化してしまうという問題があった。

【００１３】本発明は、上記問題点を解決するために、
充放電可能な二次電池を単位セルとして複数個直列に接
続してなる組電池の充電状態を制御する制御方法及び装
置において、簡易な構成にて単位セル間のばらつきを調
整できるようにすることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の発明である請求項１記載の充電状態制御方法では、組
電池を貫流する主回路電流を一定の状態に制御すること
が可能な静止期間中に主回路電流を流すことにより、組
電池を構成する各単位セルを予め設定された調整電圧以
上となるまで充電した後、放電回路を起動する。なお、
放電回路は、組電池を構成する各単位セル毎に設けられ
ており、起動すると単位セルのセル電圧が予め設定され
た調整電圧に達するまで該単位セルを放電するように構
成されている。つまり、放電回路を起動すると、組電池
を構成する各単位セルのセル電圧が調整電圧に揃うこと
になる。

【００１５】このように、本発明の充電状態制御方法に
よれば、静止期間中にセル電圧の調整を行っているた
め、調整中に主回路電流が不規則に変動して、放電回路
に大きな主回路電流が流れ込んでしまうことがなく、放
電回路を電流容量の小さい部品を用いて小型かつ安価に
構成することができる。

【００１６】また、放電回路による放電は、自動的に終
了するため、単位セルを必要以上に放電してしまうこと
がなく確実にセル電圧を調整することができる。しか
も、放電期間中に、単位セルのセル電圧を常時監視する
必要がないため、そのような監視のための構成を設ける
必要がなく、簡易な装置構成にて実現することができ
る。

【００１７】次に、請求項２記載の充電状態制御装置で
は、充電制御手段が、組電池を貫流する主回路電流を一
定の状態に制御することが可能な静止期間中に主回路電
流を流すことにより、組電池の充電を行わせ、この充電
制御手段による充電が開始された後、充電状態判定手段
により組電池を構成する全ての単位セルの充電状態が調
整電圧以上になっていると判定された場合に、放電起動
手段が、充電制御手段による充電を終了させ、セル放電
手段を起動する。

【００１８】すると、組電池を構成する単位セル毎に設
けられたセル放電手段は、単位セルのセル電圧が予め設
定された調整電圧に達するまで単位セルを放電する。そ
して、単位セルのセル電圧が調整電圧になり、セル放電
手段が放電を終了すると、これをセル放電手段が検出し
て、セル電圧が調整電圧以上になってもセル放電手段が
作動しないようにセル放電手段を停止させる。

【００１９】つまり、本発明の充電状態制御装置は、請
求項１記載の充電状態制御方法を実現するものであり、
従って、請求項１記載の発明を実施した場合と同様の効
果を得ることができる。また、本発明の充電状態制御装
置では、セル放電手段は、セル電圧を調整する時にのみ
起動され、それ以外の時には作動しないように停止させ
ているため、調整電圧をセル電圧の使用可能範囲内の任
意の値に設定できる。

【００２０】なお、セル放電手段は、例えば、請求項３
記載のように、逆降伏電圧が調整電圧に設定されたツェ
ナーダイオード、このツェナーダイオードに流れる電流
を制限する抵抗、これら抵抗及びツェナーダイオードが
直列接続された電流経路を断続するスイッチ素子を単位
セルに並列接続することにより構成することができる。
このように構成されたセル放電手段は、スイッチ素子を
閉成することで起動し、スイッチ素子を開放することで
停止させることができる。

【００２１】また、充電制御手段による充電が行われる
静止期間、即ち主回路電流を一定の状態に制御すること
が可能な静止期間とは、例えば、組電池がＨＥＶやＥＶ
の駆動用バッテリである場合、負荷変動が生じたり回生
電流による大きな充電電流が流れることのない期間のこ
とであり、具体的には、請求項４記載のように、イグニ
ションスイッチがオフされている期間を静止期間とする
ことができる。

【００２２】また、放電停止手段は、請求項５記載のよ
うに、組電池の両端電圧の時間変化を検出し、その時間
変化が予め設定された下限値を下回ると、全てのセル放
電手段を一斉に停止させるようにしてもよい。つまり、
いずれか一つの単位セルでもセル放電手段による放電が
継続していれば、組電池の両端電圧は時間と共に変化す
るため、この時間変化が十分に小さくなった場合に、全
ての単位セルでセル放電手段による放電が終了したもの
とみなすことができるのである。

【００２３】この場合、セル放電手段を停止させるタイ
ミングを検出するための構成や、その検出結果に基づい
てセル放電手段を停止させるための構成を、単位セル毎
に設ける必要がないため、装置構成を簡易化できる。な
お、組電池の両端電圧の代わりに、組電池を構成する全
ての単位セルの平均セル電圧や、組電池が複数のセルグ
ループに分割されている場合には、組電池を構成する全
てのセルグループの平均グループ電圧を用いても全く同
等である。

【００２４】次に、請求項６記載の充電状態制御装置で
は、セル放電手段を停止させた後、予め設定された待機
時間が経過すると、起動許可手段が、充電制御手段及び
セル放電手段の起動を許可するようにされている。従っ
て、本発明の充電状態制御装置によれば、待機時間経過
後の最初の静止状態の時にセル電圧の調整が行われ、ほ
ぼ定期的に調整が行われることになり、充電状態（セル
電圧）のばらつきを確実に解消することができる。

【００２５】ところで、組電池が、それぞれが複数個の
単位セルからなる１ないし複数個のセルグループを有す
る場合、充電状態判定手段は、請求項７記載のように、
セルグループ毎にその両端電圧であるグループ電圧を検
出する電圧検出手段での検出結果から、セルグループ毎
にそのセルグループを構成する各単位セルの充電状態を
判定するようにしてもよい。

【００２６】また、この場合、放電制御手段は、請求項
８記載のように、電圧検出手段での検出結果から、グル
ープ電圧が最低となる最低セルグループを抽出し、この
最低セルグループを構成する単位セルの平均セル電圧
が、調整電圧に各単位セル間の電圧ばらつき量の予測値
を加えた目標電圧以上となった場合に、組電池を構成す
る全ての単位セルの充電状態が調整電圧以上になってい
ると判定すると共に、セル放電手段をセルグループ毎に
一括して制御するようにしてもよい。

【００２７】このように、セルグループ単位で制御を行
うことにより、単位セル単位で制御を行う従来装置と比
較して、これら充電状態判定手段や放電制御手段の構成
が、大幅に簡易化されるため、装置をより小型かつ安価
に構成することができる。なお、この場合、先に説明し
た起動許可手段で使用される待機時間は、その待機時間
の間に各単位セル間の電圧ばらつき量が予測値を越えて
しまうことのないような長さに設定する必要がある。

【００２８】但し、各単位セル間の電圧ばらつき量が予
測値を越えてしまうことにより、充電制御手段による充
電後に調整電圧を越えていない単位セルが仮にあったと
しても、その単位セルではセル放電手段による放電が行
われないため、当該充電状態制御装置の動作によって、
単位セル間の電圧ばららつきは、確実に圧縮されること
になる。

【００２９】また、組電池が一つのセルグループからな
る場合とは、セルグループが組電池そのものであり、グ
ループ電圧とは組電池の両端電圧のことであるとして考
えればよい。次に、請求項９記載の充電状態制御装置で
は、セルグループ毎に主回路電流をバイパスするバイパ
ス手段が設けられており、バイパス制御手段は、充電制
御手段による充電中に、電圧検出手段にて検出されるグ
ループ電圧が予め設定された上限値以上となったセルグ
ループに対応するバイパス手段を作動させる。なお、上
限値は、グループ電圧が上限値に等しくなった時に、そ
のセルグループを構成する各単位セルのセル電圧が、使
用範囲の上限電圧を越えてしまうことのないような値に
設定する必要がある。

【００３０】この場合、充電制御手段による充電によっ
て、単位セルが過充電になってしまうことを確実に防止
でき、装置の信頼性を向上させることができる。ところ
で、組電池を構成する単位セルとしては、鉛電池，ニッ
ケル系電池等様々なものを用いることができるが、請求
項１０に記載のように、リチウムイオンを吸蔵放出する
材料からなる電極によって構成されるリチウム電池を用
いることが望ましい。

【００３１】即ち、リチウム電池は、エネルギー密度が
高く、しかも出力電圧が高いため、同じ高電圧を得るに
しても、少ないセル数で、容量の大きな組電池を構成す
ることができ、組電池自体や当該充電状態制御装置を小
型軽量化することができる。また、当該充電状態制御装
置は、いかなる用途に使用される組電池に適用してもよ
いが、例えば請求項１１に記載のように、電気自動車
（ＥＶ）或いはハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の動
力源として実装される車載用のものに適用すれば、ＥＶ
やＨＥＶの信頼性、耐久性を向上させることができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面と
共に説明する。図１は、本発明が適用された実施形態の
組電池システムの全体構成を表す回路図であり、ここで
は、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）の駆動系に組み込ん
だ状態を表している。

【００３３】図１に示すように、本実施形態の組電池シ
ステム２は、主電源ラインＬ，インバータ（ＩＮＶ）６
を介してモータ及び発電機を兼ねる電動機（ＭＧ）８に
接続されており、更に車両の走行状態や当該組電池シス
テム２の状態等に応じて、電動機８の始動，停止や、イ
ンバータ６の動作方向等を制御するＨＥＶコントローラ
（ＶＣＵ）４を備えている。

【００３４】そして、ＶＣＵ４は、エンジンの運転効率
のよい定速走行時等には、エンジンの駆動力を用いて走
行する設定とし、この時、組電池システム２の充電量が
不十分であれば、エンジンからの駆動力が電動機８に伝
達され、且つ電動機８が発電機として動作し、電動機８
にて発電された電力がインバータ６を介して組電池シス
テム２に供給されるように設定して、組電池システム２
に充電を行わせる。

【００３５】一方、エンジンの運転効率の悪い始動時や
フル加速時等には、組電池システム２からの電力がイン
バータ６を介して電動機８に供給され、電動機８がこの
組電池システム２からの供給電力によりモータとして動
作するように設定し、電動機８からの駆動力を利用して
走行するようにされている。

【００３６】次に、本実施例の組電池システム２は、充
放電自在な二次電池であるリチウム電池を単位セルとし
て、この単位セルを多数直列接続してなる組電池１０を
備えている。組電池１０は、それぞれが複数個の単位セ
ルＣi1〜Ｃin（本実施形態ではｎ＝６）からなる複数の
セルグループＣＧ１〜ＣＧｍに分割されており、このセ
ルグループＣＧｉ（ｉ＝１〜ｍ）毎に、セルグループＣ
Ｇｉを構成する各単位セルＣi1〜Ｃinのセル電圧のばら
つきを解消するセルばらつき調整回路ＣＥＵｉが設けら
れている。

【００３７】また、組電池システム２は、組電池１０の
充放電時に主電源ラインＬを流れる主回路電流を検出す
る電流センサ（ＣＳ）１４と、電流センサ１４からの検
出信号ＩＢや、組電池１０の両端及びセルグループＣＧ
ｉの境界にて主電源ラインＬから分岐させたセルグルー
プ電圧検出線ＬＳ１〜ＬＳm+1 を介して得られる電圧信
号ＶＳ１〜ＶＳm+1 に基づき、各セルばらつき調整回路
ＣＥＵｉに制御信号ＢＣis，ＢＣirを出力したり、ＶＣ
Ｕ４に各種指令ＣＭＤを出力する等の処理を実行する組
電池コントローラ（ＢＣＵ）１２を備えている。なお、
ＢＣＵ１２は、各セルばらつき調整回路ＣＥＵｉに対し
て、制御用電源ラインＬＤを介して電源供給も行うよう
にされている。

【００３８】そして、セルばらつき調整回路ＣＥＵｉ
は、図２に示すように、セルグループＣＧｉを構成する
各単位セルＣi1〜Ｃin毎に、これら単位セルＣij（ｊ＝
１〜ｎ）に並列接続された放電回路Ｐij（ｊ＝１〜ｎ）
をそれぞれ備えている。この放電回路Ｐijは、後述する
調整電圧Ｖｚと同じ大きさの逆降伏電圧を有するツェナ
ーダイオードＤｐと、ツェナーダイオードＤｐに流れる
電流を制限する抵抗Ｒｐと、これらツェナーダイオード
Ｄｐ及び抵抗Ｒｐへの電流経路を開閉するトランジスタ
Ｔｐと、抵抗及びダイオードからなりトランジスタＴｐ
をオン，オフ駆動するためのバイアス回路Ｂｐとからな
る。なお、各放電回路Ｐijのバイアス回路Ｂｐは、いず
れもトランジスタＴｄを介してセルグループ電圧検出線
ＬＳi+1 に接続されている。

【００３９】また、セルばらつき調整回路ＣＥＵｉで
は、ＢＣＵ１２から供給される制御信号（以下「セット
パルス」という）ＢＣis，ＢＣirは、それぞれフォトカ
プラ２０，２２を介して、ＲＳフリップフロップ回路２
４に供給され、このＲＳフリップフロップ回路２４の出
力により、トランジスタＴｄがオンオフ制御されるよう
に構成されている。

【００４０】但し、ＲＳフリップフロップ回路２４は、
制御信号（以下「セットパルス」という）ＢＣisによ
り、出力Ｑがハイレベルとなるようセットされ、制御信
号（以下「リセットパルス」という）ＢＣirにより、出
力Ｑがロウレベルとなるようリセットされる。また、セ
ルばらつき調整回路ＣＥＵｉ内において、ＲＳフリップ
フロップ回路２４は、セルグループＣＧｉから電源供給
を受けて動作し、また、フォトカプラ２０，２２は、入
力側がＢＣＵ１２からの制御用電源ラインＬＤを介して
電源供給を受け、出力側がセルグループＣＧｉから電源
供給を受けて動作するように構成されている。

【００４１】このように構成されたセルばらつき調整回
路ＣＥＵｉでは、セットパルスＢＣisが入力されると、
トランジスタＴｄがオンして、セルばらつき調整回路Ｃ
ＥＵｉを構成する全ての放電回路Ｐi1〜Ｐinのバイアス
回路Ｂｐに電流が流れて、トランジスタＴｐがオンする
ため、各放電回路Ｐi1〜Ｐinでは、抵抗Ｒｐ，ツェナー
ダイオードＤｐを介した単位セルＣi1〜Ｃinの放電が可
能となる。但し、各放電回路Ｐijは、単位セルＣijのセ
ル電圧が調整電圧Ｖｚ以上である場合にのみ放電を行
う。一方、リセットパルスＢＣirが入力されるとトラン
ジスタＴｄがオフし、その結果、セルばらつき調整回路
ＣＥＵｉを構成する全ての放電回路Ｐi1〜Ｐinでは、抵
抗Ｒｐ，ツェナーダイオードＤｐを介した単位セルＣi1
〜Ｃinの放電が停止される。

【００４２】つまり、セットパルスＢＣis，リセットパ
ルスＢＣirを用いて、セルばらつき調整回路ＣＥＵｉ
（放電回路Ｐi1〜Ｐin）を起動，停止することにより、
各単位セルＣ11〜Ｃmnの放電を、セルグループＣＧｉ
（Ｃi1〜Ｃin）毎に一括して制御できるようにされてい
る。

【００４３】一方、ＢＣＵ１２は、セルグループ電圧検
出線ＬＳｉ，ＬＳi+1 間の電圧、即ちセルグループＣＧ
ｉのグループ電圧ＶＧｉ（＝ＶＳｉ−ＶＳi+1 ）を検出
する電圧検出回路ＶＳＣｉと、抵抗Ｒgp、トランジスタ
Ｔgpからなり、セルグループ電圧検出線ＬＳｉ，ＬＳi+
1 間を導通させるグループバイパス回路ＧＢｉと、ＣＥ
ＵｉへのセットパルスＢＣisを供給する制御線に接続さ
れたトランジスタＴsiと、ＣＥＵｉへのリセットパルス
ＢＣirを供給する制御線に接続されたトランジスタＴri
とを、各セルグループＣＧ１〜ＣＧｍ毎に有している。

【００４４】また、ＢＣＵ１２は、各セルグループＣＧ
１〜ＣＧｍ毎に設けられた電圧検出回路ＶＳＣ１〜ＶＳ
Ｃｍのいずれか一つを選択して、選択された電圧検出回
路ＶＳＣｉにて検出されたグループ電圧ＶＧｉを取り込
むためのマルチプレクサ（ＭＰＸ）３０と、各セルグル
ープＣＧ１〜ＣＧｍのいずれかを選択して、選択された
セルグループＣＧｉに対応するグループバイパス回路Ｇ
Ｂｉ，及びトランジスタＴsi，Ｔriをそれぞれオン，オ
フするための制御信号を出力するデコーダ（ＤＥＣ１〜
ＤＥＣ３）３２，３４，３６と、マルチプレクサ３０を
介して得られるグループ電圧ＶＧ１〜ＶＧｍや、イグニ
ションスイッチの操作状態を表す信号ＩＧ、電流センサ
１４からの検出信号ＩＢに基づいて、セルばらつき調整
装置ＣＥＵｉに対する制御信号ＢＣis，ＢＣirや、ＶＣ
Ｕ４への各種指令ＣＭＤを生成する等の処理を実行する
演算処理装置（ＣＰＵ）３８と、その処理に必要なデー
タ等を記憶するメモリ４０とを備えている。

【００４５】このように構成された組電池システム２で
は、電動機８がモータとして使用されている時には、組
電池１０の両端に接続された主電源ラインＬを介して、
組電池１０に蓄積された電力を電動機８に供給し、逆
に、電動機８が発電機として使用されている時には、主
電源ラインＬを介して電動機８から供給される電力が組
電池１０に充電される。

【００４６】また、組電池１０の充放電を繰り返すこと
により、単位セル間のセル電圧のばらつきが拡大する
と、セルグループＣＧ１〜ＣＧｍ毎に単位セルＣ11〜Ｃ
mnの放電を制御するセルばらつき調整回路ＣＥＵ１〜Ｃ
ＥＵｍを用いて、全ての単位セルＣ11〜Ｃmnのセル電圧
を調整電圧Ｖｚに揃えることにより、単位セルＣij間の
セル電圧のばらつきを解消する制御が行われる。

【００４７】なお、セルばらつき調整回路ＣＥＵｉを起
動するセットパルスＢＣisは、デコーダ３４を介してト
ランジスタＴsiを一瞬閉じることにより生成され、セル
ばらつき調整回路ＣＥＵｉを停止させるリセットパルス
ＢＣirは、同様にデコーダ３６を介してトランジスタＴ
riを一瞬閉じることにより生成される。

【００４８】以下、各単位セルＣ11〜Ｃmn間のセル電圧
のばらつきを解消するためにＣＰＵ３８が実行する均等
化処理を、図３〜５に示すフローチャートに沿って詳し
く説明する。なお、ＣＰＵ３８は、ＢＣＵ１２の電源を
オフするとスリープ状態に遷移すると共に、スリープ状
態でも作動するタイマーを備えており、このタイマーを
用いて、スリープ状態からＣＰＵ３８自身を起床できる
ように構成されている。

【００４９】図３に示すように、本処理では、最後に均
等化フラグのリセット（後述のＳ４７０での処理）が行
われてから、予め設定された待機時間（本実施形態では
例えば７２〜１６８時間）が経過したか否かを判断し
（Ｓ１１０）、待機時間を経過していれば均等化フラグ
をセット（Ｓ１２０）する。この待機時間は、自己放電
のばらつき等に基づく単位セルＣ11〜Ｃmn間のセル電圧
のばらつきが、後述する所定値Δに達するまでの時間を
予測し、その予測時間に安全係数α（０＜α≦１）を乗
じた時間に設定すればよい。

【００５０】次に、信号ＩＧに基づいてイグニションス
イッチがオフされたか否かを判断し（Ｓ１３０）、オフ
されていなければＳ１１０に戻る。一方、Ｓ１３０に
て、イグニションスイッチがオフされていると判定され
た場合には、均等化フラグがセットされているか否かを
判断し（Ｓ１４０）、セットされていなければ、ＢＣＵ
１２の電源をオフし（Ｓ１５０）、監視処理（Ｓ１７
０：詳細は後述）を実行した後、本処理を終了する。

【００５１】一方、Ｓ１４０にて、均等化フラグがセッ
トされていると判定された場合には、単位セルＣ11〜Ｃ
mn間のセル電圧のばらつきを解消する動作を開始するも
のとして、予備充電処理を実行し（Ｓ１６０）、本処理
を終了する。ここで、予備充電処理の詳細を、図４に示
すフローチャートに沿って説明する。

【００５２】即ち、本処理では、図４に示すように、ま
ずマルチプレクサ３０を介して各セルグループＣＧ１〜
ＣＧｍのグループ電圧ＶＧ１〜ＶＧｍを読み込むと共
に、読み込んだグループ電圧ＶＧ１〜ＶＧｍに基づい
て、グループ電圧が最低となる最低セルグループＣＧmi
n を抽出し、この最低セルグループＣＧmin を構成する
単位セルの平均電圧である最低グループ平均セル電圧Ｌ
ＶＣav（＝ＶＧmin ／ｎ）を算出する（Ｓ２１０）。

【００５３】次に、調整電圧（ツェナーダイオードＤｐ
の逆降伏電圧）Ｖｚに、単位セルＣ11〜Ｃmn間のセル電
圧のばらつき量の予測値Δを加えたものを判定しきい値
Ｖth（＝Ｖｚ＋Δ）とし、先のＳ２１０にて算出した最
低グループ平均セル電圧ＬＶＣavが、判定しきい値Ｖth
以上であるか否かを判断する（Ｓ２２０）。なお、予測
値Δは、例えばセルグループ内の平均セル電圧をＶＣa
v、最低セル電圧をＶＣmin とした場合に、Δ≧ＶＣav
−ＶＣmin となるように設定する。

【００５４】そして、最低グループ平均セル電圧ＬＶＣ
avが、判定しきい値Ｖthより小さいと判定された場合に
は、先のＳ２１０にて取得したグループ電圧ＶＧ１〜Ｖ
Ｇｍが、予め設定された上限値ＶＨ以上となっているセ
ルグループＣＧｉがあれば、そのセルグループＣＧｉに
対応するグループバイパス回路ＧＢｉを導通させること
により、これらのセルグループＣＧｉへの充電が回避さ
れるように設定した後（Ｓ２３０）、ＶＣＵ４に対して
充電指令を出力する（Ｓ２４０）。

【００５５】なお、上限値ＶＨは、グループ電圧ＶＧｉ
が上限値ＶＨに等しくなった時に、そのセルグループＣ
Ｇｉを構成する各単位セルＣi1〜Ｃinのセル電圧が、使
用範囲の上限電圧を越えてしまうことのないような値に
設定する必要がある。例えば、セルグループＣＧｉを構
成する全ての単位セルＣi1〜Ｃinのセル電圧が、その使
用範囲の上限電圧になっていると仮定した場合の上限グ
ループ電圧から、単位セルＣ11〜Ｃmn間の電圧ばらつき
量の予測値を減じて、更に安全係数β（０＜β≦１）を
乗じた値を、上限値ＶＨとして設定すればよい。

【００５６】また、ＶＣＵ４は、イグニションスイッチ
がオフされても、ＢＣＵ１２から充電指令が入力された
場合には、組電池システム２への充電電流の供給を可能
とするためにエンジンの動作を継続させ、その後、ＢＣ
Ｕ１２から充電停止指令（後述する）が入力された時点
でエンジンを停止させる。一方、イグニションスイッチ
がオフされ、且つＢＣＵ１２からの充電指令が入力され
なかった場合には、そのままエンジンを停止させるよう
に動作する。

【００５７】更に、充電指令が入力されたＶＣＵ４は、
電動機８を発電機として使用する設定にして、予め決め
られた大きさの主回路電流Ｉｃを流すことにより、組電
池１０の充電を開始する。但し、主回路電流Ｉｃの大き
さは、最低グループ平均セル電圧ＬＶＣavが、予め設定
された充電電流切替判定値（本実施形態では調整電圧Ｖ
ｚ）より小さい場合には第１電流値Ｉc1となり、所定電
圧以上である場合には第１電流値より小さい第２電流値
Ｉc2（＜Ｉc1）となるように設定する。

【００５８】次に、イグニションスイッチがオンされた
か否かを判断し（Ｓ２５０）、オンされていれば、ＶＣ
Ｕ４に対して充電停止指令を出力すると共に、Ｓ２３
０，Ｓ２８０にてオンされたグループバイパス回路ＧＢ
ｉをオフした後（Ｓ３００）、Ｓ１１０に戻る。

【００５９】一方、Ｓ２５０にて、イグニションスイッ
チがオフされたままであると判定された場合、先のＳ２
１０と同様に、グループ電圧ＶＧ１〜ＶＧｍの取得と、
最低グループ平均セル電圧ＬＶＣavの算出を行い（Ｓ２
６０）、先のＳ２２０と同様に、この最低グループ平均
セル電圧ＬＶＣavが判定しきい値Ｖth以上であるか否か
を判断する（Ｓ２７０）。

【００６０】その結果、最低グループ平均セル電圧ＬＶ
Ｃavが判定しきい値Ｖthより小さければ、先のＳ２３０
と同様に、グループ電圧ＶＧｉが上限値ＶＨ以上である
セルグループＣＧｉに対応するグループバイパス回路Ｇ
Ｂｉを導通させた後（Ｓ２８０）、Ｓ２５０に戻る。

【００６１】なお、Ｓ２８０では、最低グループ平均セ
ル電圧ＬＶＣavが充電電流切替判定値Ｖｚに達した時点
で、主回路電流をＩc1からＩc2（＜Ｉc1）に減少させる
ための指令をＶＣＵ４に対して出力する。一方、Ｓ２７
０にて最低グループ平均セル電圧ＬＶＣavが判定しきい
値Ｖth以上であると判定された場合には、Ｓ３００と同
様に、ＶＣＵ４に対して充電停止指令を出力すると共
に、Ｓ２３０，Ｓ２８０にてオンされたグループバイパ
ス回路ＧＢｉをオフする（Ｓ２９０）。

【００６２】このＳ２９０が実行されるか、或いは先の
Ｓ２２０にて最低グループ平均セル電圧ＬＶＣavが判定
しきい値Ｖth以上であると判定された場合には、順次セ
ットパルスＴs1〜Ｔsmを出力することにより、全てのセ
ルばらつき調整回路ＣＥＵ１〜ＣＥＵｍ、即ち全ての放
電回路Ｐ11〜Ｐmnを起動した後（Ｓ３１０）、先のＳ１
５０と同様に、ＢＣＵ１２の電源をオフして（Ｓ３２
０）、本処理を終了する。

【００６３】つまり、本処理では、最低グループ平均セ
ル電圧ＬＶＣavが判定しきい値Ｖthに達するまで組電池
１０の充電を行っており、最低グループ平均セル電圧Ｌ
ＶＣavが、充電電流切替判定値Ｖｚに達するまでは、主
回路電流Ｉｃを第１の電流値Ｉc1にして高速な充電を行
い、その後、判定しきい値Ｖthに達するまでは、主回路
電流Ｉｃを第２の電流値Ｉc2に下げて充電を行ってい
る。また、この時、グループ電圧ＶＧｉが上限値ＶＨを
越えて必要以上に充電されてしまうことのないように、
セルグループＣＧ１〜ＣＧｍ単位で、主回路電流（充電
電流）Ｉｃのバイパス制御を行っている。

【００６４】ところで、先のＳ１５０及びＳ３２０によ
り、ＢＣＵ１２の電源がオフされると、次にイグニショ
ンスイッチがオンされるまでの間、ＣＰＵ３８はスリー
プ状態となり、この間、常時作動しているタイマーによ
って周期的（本実施形態では１５〜６０分）に、ＢＣＵ
１２の電源をオンすることによりＣＰＵ３８が起動さ
れ、監視処理（Ｓ１７０）を実行する。

【００６５】この監視処理の詳細を、図５に示すフロー
チャートに沿って説明する。本処理が起動されると、ま
ず、信号ＩＧに基づいてイグニションスイッチがオンさ
れているか否かを判断し（Ｓ４１０）、オンされていれ
ば、ＢＣＵ１２の電源をオンし、また、均等化フラグが
セットされていれば、デコーダ３４を介してセットパル
スＢＣ1s〜ＢＣmsを出力することにより、セルばらつき
調整回路ＣＥＵ１〜ＣＥＵｍ，即ち放電回路Ｐ11〜Ｐmn
を全て停止させて（Ｓ４２０）、本処理を終了する。

【００６６】一方、イグニションスイッチがオフされた
ままであれば、均等化フラグがセットされているかを判
断し（Ｓ４３０）、セットされていなければ、そのまま
本処理を終了する。一方、均等化フラグがセットされて
いれば、今度は、処理実行タイミングであるか否かを判
断し（Ｓ４４０）、処理実行タイミングでなければ、そ
のまま本処理を終了する。なお、ＣＰＵ３８の起床毎
に、以下に説明する処理（Ｓ４５０〜Ｓ５１０）を実行
するのであれば、Ｓ４４０は省略してもよい。

【００６７】Ｓ４４０にて、処理実行タイミングである
と判定された場合、ＢＣＵ１２の電源をオンし（Ｓ４５
０）、マルチプレクサ３０を介して各セルグループＣＧ
１〜ＣＧｍのグループ電圧ＶＧ１〜ＶＧｍを検出し（Ｓ
４６０）、その検出結果から、グループ電圧平均値ＶＧ
av（＝（ＣＧ１＋ＣＧ２＋…＋ＣＧｍ）／ｍ）を算出す
る（Ｓ４７０）。

【００６８】そして、予め設定されている比較値ＣＶＧ
から、グループ電圧平均値ＶＧavを減算した値が、終了
判定値δ以下であるか否かを判断し（Ｓ４８０）、終了
判定値δ以下であれば、デコーダ３４を介してセットパ
ルスＢＣ1s〜ＢＣmsを出力することにより、セルばらつ
き調整回路ＣＥＵ１〜ＣＥＵｍ，即ち放電回路Ｐ11〜Ｐ
mnを全て停止させると共に、均等化フラグをリセットし
た後（Ｓ４９０）、ＢＣＵ１２の電源をオフして（Ｓ５
１０）、本処理を終了する。

【００６９】一方、Ｓ４８０にて、減算値ＣＶＧ−ＶＧ
avが終了判定値δより大きいと判定された場合には、Ｓ
４７０にて算出されたグループ電圧平均値ＶＧavにて比
較値ＣＶＧを更新（Ｓ５００）した後、同様に、ＢＣＵ
１２の電源をオフして（Ｓ５１０）、本処理を終了す
る。

【００７０】つまり、本処理では、均等化フラグがオン
であれば、処理実行タイミング毎に、グループ電圧平均
値ＶＧavを求め、その算出値が、前回の算出値ＣＶＧと
比較してほとんど変化していないようであれば、全ての
放電回路Ｐ11〜Ｐmnが放電が終了したものとして、放電
回路Ｐ11〜Ｐmnを停止させ、均等化フラグをオフする。
また、放電が終了する前に、イグニションスイッチがオ
ンした場合には、次回イグニションスイッチがオフした
時に、セル電圧の調整が行われるように、均等化フラグ
をオンのまま保持するようにされている。

【００７１】ここで、本実施形態の組電池システム２の
動作を、図６に示すグラフに沿って説明する。なお、こ
こでは、セルグループＣＧｉが、４個の単位セルＣi1〜
Ｃi4からなり、図中のセル電圧及び放電電流は、最低セ
ルグループについてのものを示した。また、時刻ｔ１の
時点では、均等化フラグがセットされているものとす
る。

【００７２】図６に示すように、イグニションスイッチ
がオンである間（時刻ｔ０〜ｔ１）、主回路電流Ｉｃ
は、ＨＥＶの運転状態に応じた充放電を繰り返し、イグ
ニションスイッチがオフされると（時刻ｔ１）、一定の
主回路電流Ｉｃによる組電池１０への充電が開始され
る。この時、最低グループ平均セル電圧ＬＶＣavが、充
電電流切替判定値Ｖｚより小さいため、主回路電流Ｉｃ
の大きさは、第１の電流値Ｉc1に設定され、急速に充電
が進行する。

【００７３】これにより、最低グループ平均セル電圧Ｌ
ＶＣavが、充電電流切替判定値Ｖｚに達すると（時刻ｔ
１１）、組電池１０を充電する主回路電流Ｉｃは、第２
の電流値Ｉc2に低下し、緩やかに充電が進む。その後、
最低グループ平均セル電圧ＬＶＣavが、判定しきい値Ｖ
thに達すると（時刻ｔ２）、主回路電流Ｉｃの供給が停
止され、セルばらつき調整回路ＣＥＵ１〜ＣＥＵｍ、即
ち放電回路Ｐ11〜Ｐmnによる単位セルＣ11〜Ｃmnの放電
が開始されると共に、ＢＣＵ１２の電源がオフされる。

【００７４】これにより、各単位セルＣijのセル電圧は
徐々に低下し、これに伴って放電回路Ｐijを流れる電流
も徐々に低下する。なお、全ての単位セルＣ11〜Ｃmnの
セル電圧は、少なくとも調整電圧Ｖｚを上回っているの
で、各単位セルＣijはセル電圧が調整電圧Ｖｚに等しく
なるまで放電回路Ｐijを介した放電が行われ、調整電圧
Ｖｚに等しくなると、トランジスタＴｐがＯＮしていて
も、抵抗Ｒｐの両端の電位差がなくなるため、自動的に
放電が終了する。

【００７５】また、ＢＣＵ１２の電源オフ後、周期的に
起床するＣＰＵ３８によって、処理実行タイミング毎に
ＢＣＵ１２の電源が投入され、グループ電圧ＶＧ１〜Ｖ
Ｇｍの監視が行われる。先に説明したように、調整電圧
Ｖｚに達したセルから放電を順次終了（図では、単位セ
ルＣi4（時刻ｔ２１），Ｃi3（時刻ｔ２２），Ｃi2（時
刻ｔ２３），Ｃi1（時刻ｔ２４）の順）するため、周期
的に検出されるグループ電圧平均値ＶＧavの変化率も、
これに伴って小さくなり、全ての単位セルＣ11〜Ｃmnが
放電を終了すると（時刻ｔ２４以降）、グループ電圧平
均値ＶＧavの変化率はほぼゼロとなる。これが検出され
ると（時刻ｔ３）、セルグループ内の全てのセル電圧は
Ｖｚに均しく調整されたものとして、セルばらつき調整
装置ＣＥＵ１〜ＣＥＵｍ、即ち放電回路Ｐ11〜Ｐmnがオ
フにされ、均等化フラグもリセットされる。以後、待機
時間を経過する毎に、イグニションスイッチがオフされ
ると同様の処理が実行される。

【００７６】なお、図示しないが、全ての単位セルＣ11
〜Ｃmnが放電を終了する前（時刻ｔ２４以前）に、イグ
ニションスイッチがオンした場合には、放電回路は直ち
に停止されるが、均等化が完了したわけではないので、
均等化フラグはセットしたままとされ、次回ののＩＧオ
フ時に、同様の処理が再度実行されることになる。

【００７７】以上説明したように、本実施形態の組電池
システム２では、放電回路Ｐijを任意に起動，停止させ
ることができ、しかもツェナーダイオードＤｐの逆降伏
電圧Ｖｚを利用して、各単位セルＣ11〜Ｃmnのセル電圧
を、一定に調整（均等化）するようにされている。

【００７８】従って、本実施形態の組電池システム２に
よれば、単位セルＣijが調整電圧Ｖｚに達すると放電回
路Ｐijによる放電が自動的に終了するため、各単位セル
毎にそのセル電圧を検出する必要がなく、システム構成
を大幅に簡素化できる。また、本実施形態では、セル電
圧の調整動作を行っていない時には、放電回路Ｐijに主
回路電流が流れ込まないようにできるため、調整電圧
（即ち、ツェナーダイオードの逆降伏電圧）Ｖｚを、単
位セルＣijの電圧使用範囲内の任意の値に設定すること
ができる。

【００７９】その結果、例えば、調整電圧Ｖｚを、単位
セルＣijの電圧使用範囲の中間に設定すれば、ばらつき
調整を行った直後であっても、単位セルＣ11〜Ｃmn（即
ち組電池１０）の満充電までの空容量に余裕があり、回
生電流を受け入れることが可能なため、回生電流を有効
利用することができる。

【００８０】更に、本実施形態では、イグニションスイ
ッチがオフされている期間、即ち、負荷変動がなく安定
した主回路電流を流すことができる期間にセル電圧のば
らつき調整（均等化）を行っているため、予期できない
大きな電流が放電回路Ｐ11〜Ｐmnに流れ込むことがな
く、しかも、比較的長い時間をかけて調整することが可
能であるため、放電回路Ｐ11〜Ｐmnを構成する部品（ツ
ェナーダイオード等）の電流容量を小さくすることがで
き、システムの小型化，低コスト化を図ることができ
る。

【００８１】また、本実施形態では、放電回路Ｐ11〜Ｐ
mnの起動／停止（オン／オフ）を、セルグループＣＧ１
〜ＣＧｍ毎に、一括して行うように構成されているた
め、単位セル毎に、制御を行う従来装置と比較して、単
位セル間のセル電圧のばらつきを調整するために必要な
構成を大幅に削減することができる。

【００８２】また、本実施形態では、放電回路Ｐ11〜Ｐ
mnでの放電の終了を、各セルグループＣＧ１〜ＣＧｍの
グループ電圧ＶＧ１〜ＶＧｍのみに基づいて判定してい
るため、簡易な構成にて簡単かつ速やかに判定できる。
また、本実施形態では、セル電圧のばらつき調整のため
の充電中に、グループ電圧ＶＧｉが上限値ＶＨに達した
セルグループＣＧｉについては、対応するグループバイ
パス回路ＧＢｉを導通させて、それ以上充電が進むこと
のないようにされているので、この充電による、単位セ
ルＣ11〜Ｃmnの過充電を確実に防止でき、装置の信頼性
を向上させることができる。

【００８３】以上、本発明の一実施形態について説明し
たが、本発明は上記実施形態に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において、様々な態
様にて実施することが可能である。例えば、上記実施形
態では、放電回路Ｐ11〜Ｐmnでの放電の終了を、グルー
プ電圧平均値ＶＧavを用いて判定しているが、組電池の
両端電圧を用いて判定するようにしてもよい。

【００８４】また、上記実施形態では、全ての放電回路
Ｐ11〜Ｐmnが放電を終了してから、これら放電回路Ｐ11
〜Ｐmnを一括して停止させるようにしているが、セルグ
ループＣＧ１〜ＣＧｍ毎に、グループ電圧の変化率に基
づいて放電終了の判定を行い、放電が終了したと判定さ
れたものから順番に、セルグループ単位で放電回路Ｐi1
〜Ｐinを停止させるようにしてもよい。

【００８５】更に、上記実施形態では、最低グループ平
均セル電圧ＬＶＣavの大きさにより、主回路電流（充電
電流）Ｉｃの大きさを変化させているが、グループパイ
パス回路ＧＢ１〜ＧＢｍのうち、いずれか一つでも導通
した時に、主回路電流Ｉｃを小さくするようにしてもよ
い。この場合、グループバイパス回路ＧＢ１〜ＧＢｍを
流れる電流値の上限が制限されるため、構成部品の電流
容量を小さくすることができる。

【００８６】また、上記実施形態では、セル電圧のばら
つきを直接検出することなく、待機時間が経過する毎
に、セル電圧の均等化を行うようにされているが、例え
ば、充電量（ＳＯＣ）に対する電圧勾配が通常使用範囲
と過充電または過放電範囲とで大きく異なる電池を使用
している場合には、特開２０００−１３４８０５号公報
に開示されているように、単位セルの電圧特性を利用し
てセルグループ電圧からセルばらつきを判定し、単位セ
ルのばらつきが検出されてからセル電圧の均等化を行う
ようにしてもよい。この場合、均等化が無駄に実施され
ることを確実に防止することができる。

【００８７】また更に、上記実施形態では、セルばらつ
き調整回路ＣＥＵｉにおいて、放電回路Ｐi1〜Ｐinの起
動／停止を制御するトランジスタＴｄのオン／オフ状態
を、ＲＳフリップフロップ回路２４で保持するようにさ
れているが、トランジスタＴｄの代わりに、フォトカプ
ラを設けて、フォトカプラ２０，２２、ＲＳフリップフ
ロップ回路２４を省略した構成としてもよい。この場
合、セルばらつき調整回路ＣＥＵ１〜ＣＥＵｍの構成を
簡易化できる。

【００８８】また、上記実施形態では、各セルグループ
ＣＧｉを構成する単位セルの個数ｎをｎ＝６としている
が、これに限定されるものではなく、使用する単位セル
の耐電圧や制御性、組電池全体の構成との兼ね合い等か
ら、適当なセル数を設定すればよい。但し、セルばらつ
き調整回路ＣＥＵ１〜ＣＥＵｍをＩＣ化する場合は、Ｉ
Ｃ回路の耐電圧とリチウム電池の平均電圧とを考慮する
と、６個以内にすることが望ましい。

【００８９】また、上記実施形態では、単位セルとして
リチウム電池を用いているが、これに限らず、鉛電池，
ニッケル系電池等、任意の二次電池を単位セルとして用
いることができる。なお、水溶性の電解液を用いて構成
された二次電池の場合、均等充電によるばらつきの調整
が可能ではあるが、本発明を適用することにより、組電
池１０を構成する各単位セルＣ11〜Ｃmnのセル電圧をよ
り一層均一に調整することが可能となり、単位セルＣ11
〜Ｃmnの過充電や過放電を防ぎながら組電池１０として
持てるエネルギーを十分に引き出すことができるので、
組電池１０の性能や寿命を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の組電池システムの全体構成、及び
組電池システムが組み込まれたハイブリッド自動車の駆
動系の要部を表すブロック図である。

【図２】セルばらつき調整回路、及び組電池コントロ
ーラの構成を表す回路図である。

【図３】均等化処理の内容を表すフローチャートであ
る。

【図４】予備充電処理の内容を表すフローチャートで
ある。

【図５】監視処理の内容を表すフローチャートであ
る。

【図６】組電池システム各部の動作や状態を表す説明
図である。

【図７】従来装置の構成を表すブロック図である。

【符号の説明】

２…組電池システム４…ＨＥＶコントローラ（ＶＣ
Ｕ）６…インバータ８…電動機１０…組電池１２…組電池コントローラ（ＢＣＵ）１４…電流セ
ンサ２０，２２…フォトカプラ２４…ＲＳフリップフロ
ップ回路３０…マルチプレクサ３２，３４，３６…デコーダ
４０…メモリＣＧ１〜ＣＧｍ…セルグループＣ11〜Ｃmn…単位セ
ルＬ…主電源ラインＬＤ…制御用電源ラインＬＳ1〜ＬＳm+1…セルグル
ープ電圧検出線ＣＥＵ１〜ＣＥＵｍ…セルばらつき調整回路Ｐ11〜
Ｐmn…放電回路Ｂｐ…バイアス回路Ｄｐ…ツェナーダイオード
Ｒｐ…抵抗Ｔｐ，Ｔｄ，Ｔs1〜Ｔsm，Ｔr1〜Ｔrm…トランジスタＧＢ１〜ＧＢｍ…グループバイパス回路ＶＳＣ１〜
ＶＳＣｍ…電圧検出回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｍ 10/44 ＺＨＶＨ０１Ｍ 10/44 ＺＨＶ (72)発明者山下晴義愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 5G003 AA01 BA03 CC04 DA07 FA06 FA08 5H030 AA01 AA10 AS08 BB01 BB10 BB21 FF43 FF44 FF52 5H115 PA08 PC06 PG04 PI14 PI16 PI24 PI29 PO02 PO06 PO09 PU08 PU25 PV09 PV23 QN03 QN12 SE06 TI01 TI05 TI06 TR19 TU16 TU17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】充放電可能な二次電池を単位セルとして
複数個直列に接続してなる組電池の充電状態を制御する
充電状態制御方法であって、前記組電池を貫流する主回路電流を一定の状態に制御す
ることが可能な静止期間中に前記主回路電流を流して、
前記組電池を構成する各単位セルを予め設定された調整
電圧以上となるまで充電した後、前記組電池を構成する各単位セル毎に設けられ、起動す
ると前記単位セルのセル電圧が前記調整電圧に達するま
で該単位セルを放電する放電回路を起動して、前記組電
池を構成する各単位セルのセル電圧を前記調整電圧に揃
えることを特徴とする充電状態制御方法。
【請求項２】充放電可能な二次電池を単位セルとし、
該単位セルを複数個直列に接続してなる組電池の充電状
態を制御する充電状態制御装置であって、前記組電池を構成する各単位セルの充電状態を判定する
充電状態判定手段と、前記組電池を構成する単位セル毎に設けられ、起動する
と前記単位セルのセル電圧が予め設定された調整電圧に
達するまで該単位セルを放電するセル放電手段と、前記組電池を貫流する主回路電流を一定の状態に制御す
ることが可能な静止期間中に前記主回路電流を流して、
該組電池の充電を行わせる充電制御手段と、該充電制御手段による充電が開始された後、前記充電状
態判定手段により前記組電池を構成する全ての単位セル
の充電状態が前記調整電圧以上になっていると判定され
た場合に、前記充電制御手段による充電を終了させ、前
記セル放電手段を起動する放電起動手段と、前記セル放電手段の放電終了を検出して、該セル放電手
段を停止させる放電停止手段と、を備えることを特徴とする充電状態制御装置。
【請求項３】前記セル放電手段は、逆降伏電圧が前記
調整電圧に設定されたツェナーダイオード、該ツェナー
ダイオードに流れる電流を制限する抵抗、該抵抗及び前
記ツェナーダイオードが直列接続された電流経路を断続
するスイッチ素子を前記単位セルに並列接続してなり、
前記スイッチ素子を閉成することで起動し、該スイッチ
素子を開放することで停止することを特徴とする請求項
２記載の充電状態制御装置。
【請求項４】前記充電制御手段は、イグニションスイ
ッチのオフ期間を前記静止期間とすることを特徴とする
請求項２又は請求項３記載の充電状態制御装置。
【請求項５】前記放電停止手段は、前記組電池の両端
電圧の時間変化を検出し、該時間変化が予め設定された
下限値を下回ると、全てのセル放電手段を一斉に停止さ
せることを特徴とする請求項２ないし請求項４いずれか
記載の充電状態制御装置。
【請求項６】前記セル放電手段の停止後、予め設定さ
れた待機時間が経過すると、前記充電制御手段及び前記
セル放電手段の起動を許可する起動許可手段を設けたこ
とを特徴とする請求項２ないし請求項５いずれか記載の
充電状態制御装置。
【請求項７】前記組電池は、それぞれが複数個の単位
セルからなる１ないし複数個のセルグループを有してお
り、前記充電状態判定手段は、前記セルグループ毎に該セル
グループの両端電圧であるグループ電圧を検出する電圧
検出手段を備え、該電圧検出手段での検出結果から、前
記セルグループ毎に該セルグループを構成する各単位セ
ルの充電状態を判定することを特徴とする請求項２ない
し請求項６いずれか記載の充電状態制御装置。
【請求項８】前記放電制御手段は、前記電圧検出手段
での検出結果から、前記グループ電圧が最低となる最低
セルグループを抽出し、該最低セルグループを構成する
単位セルの平均セル電圧が、前記調整電圧に各単位セル
間の電圧ばらつき量の予測値を加えた目標電圧以上とな
った場合に、前記組電池を構成する全ての単位セルの充
電状態が前記調整電圧以上になっていると判定すると共
に、前記セル放電手段を前記セルグループ毎に一括して
制御することを特徴とする請求項７記載の充電状態制御
装置。
【請求項９】前記セルグループ毎に設けられ、前記主
回路電流をバイパスするバイパス手段と、前記充電制御手段による充電中に、前記電圧検出手段に
て検出されるグループ電圧が予め設定された上限値以上
となったセルグループに対応する前記バイパス手段を作
動させるバイパス制御手段と、を設けたことを特徴とする請求項７又は請求項８記載の
充電状態制御装置。
【請求項１０】前記単位セルは、リチウムイオンを吸
蔵放出する材料からなる電極によって構成されるリチウ
ム電池であることを特徴とする請求項２ないし請求項９
いずれか記載の充電状態制御装置。
【請求項１１】前記組電池は、電気自動車或いはハイ
ブリッド電気自動車の動力源として実装される車載用の
ものであることを特徴とする請求項２ないし請求項１０
いずれか記載の充電状態制御装置。