JP2003111288A - 組電池の充電率調整回路 - Google Patents
組電池の充電率調整回路Info
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Abstract
てなる電池ブロックを複数具えた組電池を対象とする充
電率調整回路2において、部品点数の削減を可能とす
る。 【解決手段】 本発明に係る充電率調整回路2は、複数
の電池ブロック11、12を接続する直列線路21と、直列線
路21に介在する第1スイッチ22と、複数の電池ブロック
11、12の対応する複数の並列接続点を接続する複数の並
列線路23と、各並列線路23に介在する第2スイッチ24
と、各電池モジュールの両極に接続された放電回路28
と、各電池モジュールの両端電圧を検出する電圧計測回
路26と、制御回路とを具えている。制御回路は、通常動
作時には、第1スイッチ22をオン、全ての第2スイッチ
24をオフに設定する一方、充電率調整時には、第1スイ
ッチ22をオフ、全ての第2スイッチ24をオンに設定し、
電圧計測回路26の検出結果に基づいて放電回路28の放電
動作をオンに設定する。
Description
の電気自動車における走行用モータの電源等として用い
られる高電圧の組電池を対象として、組電池を構成する
複数の電池モジュールの充電率を調整する回路に関する
ものである。
おいては、走行用モータの電源として、複数の二次電池
を直列に接続してなる組電池が搭載されている。この様
な組電池においては、通常、200〜300Vの高電圧
を発生する必要があるため、例えば1セル当りの出力が
約3.6Vのリチウム系の二次電池では60〜80セル
が直列に接続され、1セル当りの出力が約1.2VのN
iMH系の二次電池では200セル程度が直列に接続さ
れて、組電池が構成される。
池の充電状態が均等であることが望ましい。例えば1本
の二次電池が70%の充電率であり、他の二次電池が5
0%の充電率である場合、充電可能な電気量は、充電率
70%の二次電池が満充電になるまでの30%相当であ
るため、仮に30%相当を超えて充電を行なうと、充電
率が70%であった二次電池は、充電率が100%を超
えることとなって、寿命が大幅に短くなる。その結果、
組電池としての寿命も短くなる。
効率(充放電効率)のばらつきに依存する。例えば組電池
を構成する二次電池の充電効率を一律に100%、放電
効率を99.0%〜99.5%と仮定した場合、10Ah
の電荷を充電すると、全ての二次電池に10Ahの電荷
が蓄積される。次いで10Ahの電荷の放電を行なう
と、放電効率が99.0%のセルでは10.1Ah(=1
0Ah/0.990)、99.5%のセルでは10.05A
h(=10Ah/0.995)の電荷の放電が行なわれた
ことになる。この場合、放電効率の良い99.5%の二
次電池には0.05Ahだけ多くの電荷が残ることにな
る。従って、充放電が繰り返されることにより、次第に
二次電池間で残量がばらついてくる。特に充放電効率が
極めて高いリチウムイオン二次電池では、僅かな充放電
効率のばらつきによって、残量のばらつきが蓄積される
傾向が著しい。
(6)を構成して、電荷の多い二次電池から放電を行なっ
て、電荷の少ない二次電池に残量を合わせることが行な
われている。該回路においては、1或いは複数個の二次
電池を電池モジュール(70)として、4個の電池モジュー
ルを直列に接続して電池ブロック(71)が構成され、更に
2個の電池ブロック(71)を直列に接続して組電池が構成
されている。各電池ブロック(71)の両端及び電池モジュ
ール(70)どうしの連結点からはそれぞれ、電圧検出線(6
1)が引き出され、これらの電圧検出線(61)は電圧計測回
路(62)に接続されている。又、各電池モジュール(70)の
両端には、後述の放電回路(63)が接続されている。電圧
計測回路(62)(62)及び放電回路1〜8は、図示省略する
制御回路に接続されており、該制御回路は、電圧計測回
路(62)(62)によって計測された各電池モジュール(70)の
両端電圧に基づいて放電回路1〜8の放電動作を制御す
る。
を表わしており、フォトカプラー(64)をオンにすると、
MOSFETからなる開閉スイッチ(65)が閉じて、放電
抵抗(66)に電池モジュール(70)からの電流が流れる。こ
れによって、電池モジュール(70)の充電率を下げること
が出来る。
制御回路は、電圧計測回路(62)(62)から得られる電圧計
測結果に基づいて、充電率の高い電池モジュール(70)を
特定し、該電池モジュール(70)に接続された放電回路(6
3)のフォトカプラーをオンとする。この結果、該電池モ
ジュール(70)の充電率が低下して、全ての電池モジュー
ルの充電率を均一化することが出来る。
充電率調整回路(6)においては、図9に示す如く、組電
池を構成する電池モジュール(70)毎に放電回路(63)を装
備する必要があり、これによって回路規模が大きくなる
ため、回路動作について信頼性が低下すると共にコスト
アップとなる問題があった。そこで、本発明の目的は、
部品点数の削減が可能な組電池の充電率調整回路を提供
することである。
の充電率調整回路は、複数の電池モジュールを互いに直
列に接続して電池ブロックを構成し、該電池ブロックを
複数具えた組電池を対象として、前記複数の電池モジュ
ールの充電率若しくは電圧を均一化する回路である。そ
して、該充電率調整回路は、前記複数の電池ブロックを
互いに直列に接続し、或いは該接続を切り離すための第
1接続/切離し手段と、前記複数の電池ブロックの互い
に対応づけられた複数の電池モジュールを互いに並列に
接続し、或いは該接続を切り離すための第2接続/切離
し手段と、少なくとも1つの電池ブロックを構成する各
電池モジュールの両極に接続され、放電指令を受けて放
電動作を実行する複数の放電回路と、少なくとも1つの
電池ブロックを構成する各電池モジュールの両端電圧を
検出する電圧検出回路と、組電池を電力供給源として動
作させる通常動作時には、第1接続/切離し手段を接続
状態に設定すると共に第2接続/切離し手段を切離し状
態に設定する一方、電池モジュールの充電率を調整する
充電率調整時には、第1接続/切離し手段を切離し状態
に設定すると共に第2接続/切離し手段を接続状態に設
定し、電圧検出回路の検出結果に基づいて1或いは複数
の放電回路に対して放電指令を発する制御回路とを具え
ている。
おいては、通常動作時には、第1接続/切離し手段が接
続状態に設定されると共に、第2接続/切離し手段が切
離し状態に設定される。これによって、複数の電池ブロ
ックが互いに直列に接続されて、組電池全体が電力供給
源として動作することになる。これに対し、充電率調整
時には、第1接続/切離し手段が切離し状態に設定され
ると共に、第2接続/切離し手段が接続状態に設定され
る。これによって、複数の電池ブロックの互いに対応づ
けられた複数の電池モジュールが互いに並列に接続され
て、充電率の高い電池モジュールから充電率の低い電池
モジュールへ電荷が移動する。この様にして、電池モジ
ュール相互間で充放電が行なわれ、この結果、複数の電
池ブロック間で互いに並列に接続された複数の電池モジ
ュールの充電率が均一化されることになる。但し、各電
池ブロックを構成する複数の電池モジュール間の充電率
のばらつきは残存している。
伴って両端電圧値に反映される。特にリチウムイオン二
次電池では、かかる傾向が著しい。そこで、仮に1つの
電池ブロックを構成する1つの電池モジュールの両端電
圧が該電池ブロックを構成する他の電池モジュールに比
べて高い場合、該1つの電池モジュールの両極、或いは
該1つの電池モジュールと並列に接続された電池モジュ
ールの両極に接続された放電回路に対して、制御回路か
ら放電指令が発せられる。該放電回路に放電指令が入力
されると、放電動作が実行されて、前記両端電圧の高い
電池モジュールと、該電池モジュールに並列接続された
1或いは複数の電池モジュールから放電回路に電荷が移
動して、これらの電池モジュールの放電が行なわれ、こ
の結果、これらの電池モジュールの充電率が前記他の電
池モジュールの充電率と揃うことになる。この様にし
て、全ての電池ブロックを構成する全ての電池モジュー
ルの充電率が均一化されることになる。
よれば、電池モジュールの充電率を調整する際、複数の
電池ブロックの互いに対応づけられた複数の電池モジュ
ールを並列に接続することにより、1つの放電回路でこ
れら複数の電池モジュールを放電させることが出来る。
従って、1つの電池ブロックを構成する電池モジュール
と同一個数の放電回路を装備すればよく、組電池を構成
する電池モジュール毎に放電回路を装備する必要のあっ
た従来の充電率調整回路に比べて、放電回路の数が減少
する。ここで、本発明に係る充電率調整回路において
は、第1接続/切離し手段及び第2接続/切離し手段を
装備しなければならないが、放電回路は多数の電子部品
から構成されるため、放電回路の減少による部品点数の
減少量は、第1接続/切離し手段及び第2接続/切離し
手段の装備による部品点数の増大量に比べて多い。従っ
て、充電率調整回路全体の部品点数は、従来の充電率調
整回路に比べて削減される。
おいては、複数の電池ブロック間で互いに並列に接続さ
れた複数の電池モジュールの充電率が電池モジュール相
互間の充放電により均一化され、これによって、組電池
を構成する全ての電池モジュールの充電率のばらつきが
減小する。そして、各電池ブロックを構成する複数の電
池モジュールの充電率が放電回路の放電動作により均一
化される。従って、組電池を構成する全ての電池モジュ
ールの充電率を放電回路の放電動作のみにより均一化す
る従来の充電率調整回路に比べて、放電回路の放電動作
により廃棄するエネルギー量を減少させることが出来、
これによってエネルギーの有効利用を図ることが出来
る。
/切離し手段は、複数の電池ブロックを互いに直列に接
続する1或いは複数の直列線路と、各直列線路に介在す
る第1スイッチとから構成され、前記第2接続/切離し
手段は、各電池ブロックの両端及び各電池ブロックを構
成する複数の電池モジュールどうしの連結点に設けられ
た複数の並列接続点と、複数の電池ブロックの互いに対
応づけられた複数の並列接続点を互いに接続する複数の
並列線路と、各並列線路に介在する第2スイッチとから
構成される。
作時には、全ての第1スイッチがオンに設定されると共
に全ての第2スイッチがオフに設定されることによっ
て、複数の電池ブロックが互いに直列に接続されること
になる。これに対し、充電率調整時には、全ての第1ス
イッチがオフに設定されると共に全ての第2スイッチが
オンに設定されることによって、複数の電池ブロックの
互いに対応づけられた複数の電池モジュールが互いに並
列に接続されることになる。ここで、第1スイッチ及び
第2スイッチは夫々、電池モジュールの短絡を防止する
ため、オン期間が重ならない様にオン/オフ制御され
る。即ち、第1スイッチがオンに設定されているとき
は、第2スイッチは常にオフに設定され、第2スイッチ
がオンに設定されているときは、第1スイッチは常にオ
フに設定される。
2スイッチに流れ込む電流の大きさを所定値以下に制限
するための電流制限素子が介在している。電流制限素子
としては、例えば、抵抗や定電流ダイオードが採用され
る。
ックの互いに対応づけられた複数の電池モジュール間で
充電率に大きな差が生じている場合であっても、第2ス
イッチがオンに設定されたときに該第2スイッチに所定
値よりも大きな電流が流れ込むことはなく、過電流によ
って第2スイッチが焼損することを防止することが出来
る。
/切離し手段は、複数の電池ブロックを互いに接続する
1或いは複数の直列線路と、各直列線路に介在する第1
スイッチとから構成され、前記第2接続/切離し手段
は、各電池ブロックの両端及び各電池ブロックを構成す
る複数の電池モジュールどうしの連結点に設けられた複
数の並列接続点と、各電池ブロックの各並列接続点から
引き出された並列線路と、1つの電池ブロックを除く他
の電池ブロック、或いは全ての電池ブロックから伸びる
各並列線路に介在する第2スイッチとから構成され、各
放電回路の正負一対の入力端子は夫々、前記並列線路を
介して、全ての電池ブロックの互いに対応づけられた全
ての電池モジュールの正極及び負極に接続され、前記各
並列線路には、第2スイッチに流れ込む電流の大きさを
所定値以下に制限するための電流制限素子が介在してい
る。電流制限素子としては、例えば、抵抗や定電流ダイ
オードが採用される。
作時には、全ての第1スイッチがオンに設定されると共
に全ての第2スイッチがオフに設定されることによっ
て、複数の電池ブロックが互いに直列に接続されること
になる。これに対し、充電率調整時には、全ての第1ス
イッチがオフに設定されると共に全ての第2スイッチが
オンに設定されることによって、複数の電池ブロックの
互いに対応づけられた複数の電池モジュールが互いに並
列に接続されることになる。ここで、第1スイッチ及び
第2スイッチは夫々、電池モジュールの短絡を防止する
ため、オン期間が重ならない様にオン/オフ制御され
る。即ち、第1スイッチがオンに設定されているとき
は、第2スイッチは常にオフに設定され、第2スイッチ
がオンに設定されているときは、第1スイッチは常にオ
フに設定される。
池ブロックの互いに対応づけられた複数の電池モジュー
ル間で充電率に大きな差が生じている場合であっても、
第2スイッチがオンに設定されたときに該第2スイッチ
に所定値よりも大きな電流が流れ込むことはなく、過電
流によって第2スイッチが焼損することを防止すること
が出来る。又、上記第2の具体的構成においては、放電
回路の放電動作により各電池モジュールが放電する際に
該放電電流が通過する経路には2つの電流制限素子が介
在するに過ぎない。従って、2つの電流制限素子によっ
て電池モジュールの電力が消費されるに過ぎず、電流制
限素子によるエネルギー損失が抑制されて、エネルギー
の有効利用を図ることが出来る。
数の電池モジュールを互いに直列に接続して電池ブロッ
クを構成し、該電池ブロックを複数具えた組電池を対象
とする回路である。そして、該充電率調整回路は、前記
複数の電池ブロックを互いに直列に接続し、或いは該接
続を切り離すための第1接続/切離し手段と、前記複数
の電池ブロックの互いに対応づけられた複数の電池モジ
ュールを互いに並列に接続し、或いは該接続を切り離す
ための第2接続/切離し手段と、少なくとも1つの電池
ブロックを構成する各電池モジュールの両極に接続さ
れ、充電指令を受けて充電動作を実行する複数の充電回
路と、少なくとも1つの電池ブロックを構成する各電池
モジュールの両端電圧を検出する電圧検出回路と、組電
池を電力供給源として動作させる通常動作時には、第1
接続/切離し手段を接続状態に設定すると共に第2接続
/切離し手段を切離し状態に設定する一方、電池モジュ
ールの充電率を調整する充電率調整時には、第1接続/
切離し手段を切離し状態に設定すると共に第2接続/切
離し手段を接続状態に設定し、電圧検出回路の検出結果
に基づいて1或いは複数の充電回路に対して充電指令を
発する制御回路とを具えている。
整回路は、上記第1の充電率調整回路の放電回路に代え
て、充電回路を装備したものである。充電率調整時に
は、第1接続/切離し手段が切離し状態に設定されると
共に、第2接続/切離し手段が接続状態に設定される。
これによって、複数の電池ブロックの互いに対応づけら
れた複数の電池モジュールが互いに並列に接続されて、
これら複数の電池モジュールの充電率が均一化される。
そして、仮に1つの電池ブロックを構成する1つの電池
モジュールの両端電圧が該電池ブロックを構成する他の
電池モジュールに比べて低い場合、該1つの電池モジュ
ールの両極、或いは該1つの電池モジュールと並列に接
続された電池モジュールの両極に接続された充電回路に
対して、制御回路から充電指令が発せられる。該充電回
路に充電指令が入力されると、充電動作が実行されて、
充電回路から前記両端電圧の低い電池モジュールと、該
電池モジュールに並列接続された1或いは複数の電池モ
ジュールに電荷が移動して、これらの電池モジュールの
充電が行なわれ、この結果、これらの電池モジュールの
充電率が前記他の電池モジュールの充電率と揃うことに
なる。この様にして、全ての電池ブロックを構成する全
ての電池モジュールの充電率が均一化されることにな
る。
よれば、電池モジュールの充電率を調整する際、複数の
電池ブロックの互いに対応づけられた複数の電池モジュ
ールを並列に接続することにより、1つの充電回路でこ
れら複数の電池モジュールを充電することが出来る。従
って、1つの電池ブロックを構成する電池モジュールと
同一個数の充電回路を装備すればよく、組電池を構成す
る電池モジュール毎に充電回路を装備する充電率調整回
路に比べて充電回路の数が減少する。又、本発明に係る
第2の充電率調整回路においては、充電率の低い電池モ
ジュールを充電することによって充電率を調整するの
で、廃棄するエネルギー量はゼロであり、エネルギーの
有効利用を図ることが出来る。
供給する充電用電池を具えており、充電用電池から得ら
れる電力が電池モジュールに供給されて、該電池モジュ
ールが充電される。
の内、何れか1つの電池ブロックの両端に前記複数の充
電回路の電力入力端子が接続されており、複数の電池ブ
ロックの内、何れか1つの電池ブロックから得られる電
力が電池モジュールに供給されて、該電池モジュールが
充電される。
よれば、部品点数を削減することが出来る。
の電源として用いる組電池の充電率調整回路に実施した
形態につき、図面に沿って具体的に説明する。第1実施例 図1は、2つの電池ブロック(11)(12)からなる組電池の
充電率調整回路(2)の構成を表わしている。該回路(2)
において、第1電池ブロック(11)及び第2電池ブロック
(12)は夫々、1或いは複数個の二次電池を電池モジュー
ルとして、4つの電池モジュールを直列に接続して構成
されている。
列線路(21)が引き出され、該直列線路(21)の先端は第2
電池ブロック(12)の正極に接続されている。直列線路(2
1)には、第1スイッチ(22)が介在し、第1スイッチ(22)
がオンとなることによって両電池ブロック(11)(12)は互
いに直列に接続される一方、第1スイッチ(22)がオフと
なることによって両電池ブロック(11)(12)の接続は切り
離される。
ュールM1〜M4どうしの連結点には、5つの並列接続
点P1が設けられる一方、第2電池ブロック(12)の電池
モジュールM5〜M8の両端には、8つの並列接続点P
2が設けられている。第1電池ブロック(11)の5つの並
列接続点P1から5本の並列線路(23)が引き出され、こ
れら5本の並列線路(23)の先端は、第2電池ブロック(1
2)の対応する並列接続点P2に接続されている。5本の
並列線路(23)には夫々、第2スイッチ(24)が介在してい
る。全ての第2スイッチ(24)がオンとなることによっ
て、第1及び第2電池ブロック(11)(12)の対応する2つ
の電池モジュールどうし、即ち、電池モジュールM1と
M5、電池モジュールM2とM6、電池モジュールM3
とM7、電池モジュールM4とM8が互いに並列に接続
される一方、全ての第2スイッチ(24)がオフとなること
によって、前記対応する2つの電池モジュールどうしの
接続が切り離される。
続点P1から5本の電圧検出線(25)が引き出され、これ
らの電圧検出線(25)は第1電圧計測回路(26)に接続され
ている。第1電圧計測回路(26)によって、第1電池ブロ
ック(11)を構成する4つの電池モジュールM1〜M4の
両端電圧が計測される。又、前記5本の並列線路(23)に
は、第2電圧計測回路(27)が接続され、第2電圧計測回
路(27)によって、第2電池ブロック(12)を構成する4つ
の電池モジュールM5〜M8の両端電圧が計測される。
5〜M8の両端に設けられた8つの並列接続点P2に
は、4つの放電回路(28)が接続されている。放電回路と
しては、例えば図10に示す従来の放電回路と同一の構
成の放電回路を採用することが可能である。
の第2スイッチ(24)、第1及び第2電圧計測回路(26)(2
7)、及び4つの放電回路(28)には、図示省略する制御回
路が接続されている。制御回路は、イグニッションスイ
ッチ(図示省略)のオン/オフ状態に応じて、第1スイッ
チ(22)及び第2スイッチ(24)のオン/オフ状態を切り換
える。又、制御回路は、イグニッションスイッチがオン
に設定されている状態では、第1及び第2電圧計測回路
(26)(27)によって計測される電池モジュールM1〜M8
の両端電圧に基づいて、各電池モジュールに異常が発生
していないかを監視する。更に、制御回路は、イグニッ
ションスイッチがオフに設定されている状態では、後述
の如く、第1電圧計測回路(26)によって計測される電池
モジュールM1〜M4の両端電圧に応じて、4つの放電
回路(28)の放電動作を制御する。
設定されたときに上記制御回路によって実行されるスイ
ッチ切換え手続を表わしている。尚、制御回路には、割
込みタイマやリアルタイムクロック等の計時素子によっ
て構成される均等化タイマが内蔵されており、該均等化
タイマは、所定の時間間隔、例えば10分毎にパルスを
出力する。イグニッションスイッチのオン状態が検出さ
れると、図示の如く、先ずステップS1にて、均等化タ
イマを停止させた後、ステップS2では、4つの放電回
路1〜4の放電動作を停止させる。続いて、ステップS
3では、全ての第2スイッチ(24)をオフに設定した後、
ステップS4では、第1スイッチ(22)をオンに設定し
て、手続を終了する。この様に、第2スイッチ(24)をオ
フに設定した後に第1スイッチ(22)をオンに設定する理
由は、電池モジュールが短絡する経路が形成されること
によって電池モジュールや回路が焼損することを防止す
るためである。
2電池ブロック(11)(12)の対応する2つの電池モジュー
ルどうし、即ち、電池モジュールM1とM5、電池モジ
ュールM2とM6、電池モジュールM3とM7、電池モ
ジュールM4とM8の接続が切り離される一方、第1電
池ブロック(11)と第2電池ブロック(12)とが互いに直列
に接続されて、組電池全体が電力供給源として動作可能
となる。
設定されたときに上記制御回路によって実行されるスイ
ッチ切換え手続を表わしている。イグニッションスイッ
チのオフ状態が検出されると、図示の如く、先ずステッ
プS11にて、第1スイッチ(22)をオフに設定した後、
ステップS12では、全ての第2スイッチ(24)をオンに
設定する。この様に、第1スイッチ(22)をオフに設定し
た後に第2スイッチ(24)をオンに設定する理由は、電池
モジュールが短絡する経路が形成されることによって電
池モジュールや回路が焼損することを防止するためであ
る。最後にステップS13にて、均等化タイマの計時動
作を開始させて、手続を終了する。
ロック(11)と第2電池ブロック(12)の接続が切り離され
る一方、第1及び第2電池ブロック(11)(12)の対応する
2つの電池モジュールどうし、即ち、電池モジュールM
1とM5、電池モジュールM2とM6、電池モジュール
M3とM7、電池モジュールM4とM8が互いに並列に
接続される。この様にして、第1及び第2電池ブロック
(11)(12)の対応する2つの電池モジュールが互いに並列
に接続されると、両端電圧の高い電池モジュールから低
い電池モジュールへ電荷の移動が開始されて両電池モジ
ュール相互間で充放電が開始される。又、所定の時間間
隔で均等化タイマからパルスが出力されることになる。
池モジュールの充電率を均一化するために、両端電圧の
高い電池モジュールの放電を行なって両端電圧の低い電
池モジュールに充電率を合わせる後述の放電制御手続が
行なわれる。ここで、電池モジュールの充電率は高い相
関関係を伴って両端電圧値に反映されるので、両端電圧
値を充電率の指標とすることが出来る。
設定されている状態で、上記制御回路によって実行され
る放電制御手続を表わしている。均等化タイマからパル
スが出力されると、図示の如く、先ずステップS21に
て、第1電圧計測回路(26)から4つの電池モジュールM
1〜M4の両端電圧値V1〜V4を取得し、ステップS
22では、4つの両端電圧値の中から最も小さな電圧値
Vminを決定する。次にステップS23では、下記数
1を用いて、前記電圧値Vminから基準電圧値Vth
を算出する。
回路(26)の測定誤差を加味して、例えば50mVに設定
される。
nを1に初期化した後、ステップS25では、電池モジ
ュールM1の両端電圧値V1が前記基準電圧値Vthよ
りも大きいか否かを判断し、イエスと判断された場合
は、ステップS26にて放電回路1の放電動作をオンに
設定した後、ステップS28に移行する一方、ノーと判
断された場合は、ステップS27にて放電回路1の放電
動作をオフに設定した後、ステップS28に移行する。
ウントアップした後、ステップS29にて、カウンタ変
数nが4より大きいか否かを判断し、ノーと判断されて
ステップS25に戻る。以下、同様にして、電池モジュ
ールM2〜M4の両端電圧値V2〜V4と基準電圧値V
thとの各比較結果に基づいて、放電回路2〜4の放電
動作を順次、オン/オフ設定する。
れると、ステップS29にてイエスと判断され、ステッ
プS30に移行して、全ての放電回路1〜4の放電動作
がオフであるか否かを判断する。電池モジュールM1〜
M4の両端電圧値V1〜V4の内、何れかの両端電圧値
が基準電圧値Vthよりも大きい場合は、放電回路1〜
4の内、何れかの放電回路の放電動作がオンに設定され
ており、ステップS30にてノーと判断されて上記手続
を終了する。その後、均等化タイマからパルスが出力さ
れると、再度、上記手続が実行される。上記手続は、電
池モジュールM1〜M4の全ての両端電圧値V1〜V4
が基準電圧値Vth以下となるまで繰り返し実行され、
これらの両端電圧値V1〜V4が基準電圧値Vth以下
となって全ての放電回路1〜4の放電動作がオフに設定
されると、ステップS30にてイエスと判断され、ステ
ップS31にて均等化タイマの計時動作を停止させて、
上記手続を終了する。
3が最も小さく、電池モジュールM1の両端電圧値V1
のみが電池モジュールM3の両端電圧値V3よりも50
mV以上大きな値である場合、上記手続によれば、ステ
ップS23にて電池モジュールM3の両端電圧値V3に
50mVを加算した値が基準電圧値Vthとして算出さ
れて、ステップS26にて放電回路1の放電動作がオン
に設定され、ステップS27にて他の放電回路2〜4の
放電動作はオフに設定される。放電回路1の放電動作が
オンに設定されると、電池モジュールM1及び電池モジ
ュールM5から放電回路1に電荷が移動して両電池モジ
ュールM1、M5の放電が行なわれ、両電池モジュール
M1、M5の両端電圧が低下する。その後、上記手続が
繰り返される過程で、電池モジュールM1の両端電圧値
V1が基準電圧値Vth以下になると、ステップS27
にて放電回路1の放電動作がオフに設定されて、上記手
続が終了する。この様にして、電池モジュールM1の両
端電圧値V1が電池モジュールM3の両端電圧値V3に
合わせられて、第1電池ブロック(11)を構成する4つの
電池モジュールM1〜M4の充電率が略等しくなる。
対応する2つの電池モジュール間では、上述の如く充放
電が行なわれ、この結果、これら2つの電池モジュール
の充電率が均一化される。即ち、電池モジュールM1と
M5の充電率、電池モジュールM2とM6の充電率、電
池モジュールM3とM7の充電率、電池モジュールM4
とM8の充電率が略等しくなる。この様にして、第1及
び第2ブロック(11)(12)を構成する全ての電池モジュー
ルM1〜M8の充電率が均一化されることになる。
は、電池モジュールの充電率を調整する際、第1及び第
2の電池ブロック(11)(12)の対応する2つの電池モジュ
ールを互いに並列に接続することにより、1つの放電回
路でこれら2つの電池モジュールを放電させることが出
来る。従って、1つの電池ブロックを構成する電池モジ
ュールと同一個数、即ち4つの放電回路1〜4を装備す
ればよく、図9に示す如く8個の放電回路1〜8を装備
する必要のあった従来の充電率調整回路に比べて、放電
回路の数が減少する。ここで、本実施例の充電率調整回
路においては、1つの第1スイッチ(22)及び5つの第2
スイッチ(24)を装備しなければならないが、放電回路(2
8)は多数の電子部品から構成されるため、放電回路(28)
の減少による部品点数の減少量は、第1スイッチ(22)及
び第2スイッチ(24)の装備による部品点数の増大量に比
べて多い。従って、充電率調整回路全体の部品点数は、
従来の充電率調整回路に比べて削減され、これによっ
て、回路規模が小さくなる。この結果、回路動作につい
て信頼性が向上すると共にコストが低減する。
は、イグニッションスイッチがオフに設定されている状
態では、第1及び第2電池ブロック(11)(12)の対応する
2つの電池モジュールが互いに並列に接続されて、両電
池モジュールの両端電圧値は同一値となるため、上述の
如く、第1電圧計測回路(26)のみの電圧計測結果に基づ
いて充電率の調整が行なわれる。かかる充電率の調整の
際には、電圧計測結果について高い精度が要求されるた
め、第1電圧計測回路(26)としては、例えば±10mV
程度の精度の高い回路が採用される。一方、第2電圧計
測回路(27)としては、イグニッションスイッチがオンに
設定されている状態で電池モジュールM5〜M8に異常
が発生していないかを監視するために必要な最低限の精
度、例えば±100mV程度の精度の低い回路が採用さ
れる。この様に、第2電圧計測回路(27)として精度の低
い回路を採用することによって、コストが更に低減す
る。
いては、第1及び第2電池ブロック(11)(12)間で互いに
並列に接続された2つの電池モジュールの充電率が電池
モジュール相互間の充放電により均一化され、これによ
って、組電池を構成する全ての電池モジュールM1〜M
8の充電率のばらつきが減小する。そして、各電池ブロ
ックを構成する4つの電池モジュールの充電率が放電回
路(28)の放電動作により均一化される。従って、組電池
を構成する全ての電池モジュールの充電率を放電回路の
放電動作のみにより均一化する従来の充電率調整回路に
比べて、放電回路(28)の放電動作により廃棄するエネル
ギー量を減少させることが出来、これによってエネルギ
ーの有効利用を図ることが出来る。
調整回路に抵抗を装備したものであって、図5に示す如
く5本の並列線路(23)にそれぞれ、抵抗(30)が介在して
いる。例えば、第1及び第2電池ブロック(11)(12)の対
応する2つの電池モジュール間で生じる最大の電位差が
1.2V、第2スイッチ(24)の許容電流値が2Aである
場合、抵抗(30)の抵抗値は0.6Ωに設定される。
は、第1及び第2電池ブロック(11)(12)の対応する2つ
の電池モジュール間で充電率に大きな差が生じている場
合であっても、全ての第2スイッチ(24)がオンに設定さ
れたときに、第2スイッチ(24)に許容電流値よりも大き
な電流が流れ込むことはなく、過電流による第2スイッ
チ(24)の焼損を防止することが出来る。
は、イグニッションスイッチがオンに設定されたとき、
図2に示す第1実施例と同一のスイッチ切換え手続が実
行される。これによって、第1電池ブロック(11)と第2
電池ブロック(12)とが互いに直列に接続されて、組電池
全体が電力供給源として動作可能となる。又、イグニッ
ションスイッチがオフに設定されたとき、図3に示す第
1実施例と同一のスイッチ切換え手続が実行される。こ
れによって、第1及び第2電池ブロック(11)(12)の対応
する2つの電池モジュールが互いに並列に接続されて、
両電池モジュール相互間で充放電が開始される。
設定されている状態で、本実施例の制御回路によって実
行される放電制御手続を表わしている。均等化タイマか
らパルスが出力されると、図示の如く、先ずステップS
31にて、第1電圧計測回路(26)から電池モジュールM
1〜M4の両端電圧値V1〜V4を取得すると共に、第
2電圧計測回路(27)から電池モジュールM5〜M8の両
端電圧値V5〜V8を取得する。
M1〜M8の両端電圧値V1〜V8に基づいて、各電池
モジュールの残量値SOCを推定する。ここで、残量値
SOCは、満充電状態であるときの電池容量に対する残
量の百分率を表わす値である。続いてステップS33に
て、第1及び第2電池ブロック(11)(12)の対応する2つ
の電池モジュールの平均残量値SOCav、即ち電池モ
ジュールM1とM5の平均残量値SOCav1、電池モ
ジュールM2とM6の平均残量値SOCav2、電池モ
ジュールM3とM7の平均残量値SOCav3、電池モ
ジュールM4とM8の平均残量値SOCav4を算出し
た後、ステップS34では、これらの平均残量値SOC
av1〜SOCav4から最も小さな平均残量値SOC
minを決定する。
て、前記平均残量値SOCminから基準残量値SOC
thを算出する。
計測回路(26)及び第2計測回路(27)の測定誤差を加味し
て、例えば5%の値に設定される。
nを1に初期化した後、ステップS37では、残量値S
OCav1が前記基準残量値SOCthよりも大きいか
否かを判断し、イエスと判断された場合は、ステップS
38にて放電回路1の放電動作をオンに設定した後、ス
テップS40に移行する一方、ノーと判断された場合
は、ステップS39にて放電回路1の放電動作をオフに
設定した後、ステップS40に移行する。
ウントアップした後、ステップS41にて、カウンタ変
数nが4より大きいか否かを判断し、ノーと判断されて
ステップS37に戻る。以下、同様にして、平均残量値
SOCav2〜SOCav4と基準残量値SOCmin
との各比較結果に基づいて、放電回路2〜4の放電動作
を順次、オン/オフ設定する。
れると、ステップS41にてイエスと判断され、ステッ
プS42に移行して、電池モジュールM1〜M8の残量
値SOC1〜SOC8のばらつきが5%以内であるか否
かを判断し、ノーと判断された場合は上記手続を終了す
る。その後、均等化タイマからパルスが出力されると、
再度、上記手続が実行される。上記手続は、電池モジュ
ールM1〜M8の残量値SOC1〜SOC8のばらつき
が5%以内になるまで繰り返し実行され、ばらつきが5
%以内になると、ステップS42にてイエスと判断さ
れ、ステップS43にて均等化タイマの計時動作を停止
させて、上記手続を終了する。
は、上記手続が繰り返されることにより、第1及び第2
電池ブロック(11)(12)を構成する8つの電池モジュール
M1〜M8の残量のばらつきが5%以内に減小して、各
電池ブロックを構成する4つの電池モジュールの充電率
が略等しくなると共に、第1及び第2電池ブロック(11)
(12)の2つの対応する電池モジュール間で充放電が行な
われて、両電池モジュールの充電率が略等しくなり、第
1及び第2ブロック(11)(12)を構成する全ての電池モジ
ュールM1〜M8の充電率が均一化されることになる。
る。図7に示す充電率調整回路(4)は、3つの電池ブロ
ック(11)(12)(13)からなる組電池を対象とするものであ
って、第1電池ブロック(11)及び第2電池ブロック(12)
の負極から夫々、直列線路(41)が引き出され、第1電池
ブロック(11)の負極から引き出された直列線路(41)の先
端は第2ブロック(12)の正極に接続される一方、第2電
池ブロック(12)の負極から引き出された直列線路(41)の
先端は、第3電池ブロック(13)の正極に接続されてい
る。各直列線路(41)には、第1スイッチ(42)が介在して
いる。2つの第1スイッチ(42)(42)がオンとなることに
よって第1乃至第3電池ブロック(11)(12)(13)は互いに
直列に接続される一方、第1スイッチ(42)(42)がオフと
なることによって第1乃至第3電池ブロック(11)(12)(1
3)の接続は切り離される。
どうしの連結点には、5つの並列接続点Pが設けられ
て、各電池ブロックの5つの並列接続点Pから5本の並
列線路(43)が引き出されている。第1乃至第3電池ブロ
ック(11)(12)(13)の対応する3つの並列接続点Pから引
き出された3本の並列線路(43)は先端部にて互いに連結
されており、これらの線路連結点に4つの放電回路(48)
が接続されている。
ク(12)の並列接続点Pから引き出された各並列線路(43)
には、第2スイッチ(44)が介在している。全ての第2ス
イッチ(44)がオンとなることによって、第1乃至第3電
池ブロック(11)(12)(13)の対応する3つの電池モジュー
ル、即ち、電池モジュールM1とM5とM9、電池モジ
ュールM2とM6とM10、電池モジュールM3とM7
とM11、電池モジュールM4とM8とM12が互いに
並列に接続される一方、全ての第2スイッチ(44)がオフ
となることによって、前記対応する3つの電池モジュー
ルの接続が切り離される。又、第1電池ブロック(11)及
び第2電池ブロック(12)の並列接続点Pから引き出され
た各並列線路(43)には、抵抗(46)が介在している。各電
池ブロックの並列接続点Pから5本の電圧検出線(45)が
引き出され、これらの電圧検出線は電圧計測回路(47)に
接続されている。
は、イグニッションスイッチがオンに設定されると、2
つの第1スイッチ(42)(42)がオンに設定されると共に全
ての第2スイッチ(44)がオフに設定される。これによっ
て、第1乃至第3電池ブロック(11)(12)(13)が互いに直
列に接続されて、組電池全体が電力供給源として動作可
能となる。
ると、2つの第1スイッチ(42)(42)がオンに設定される
と共に全ての第2スイッチ(44)がオフに設定される。こ
れによって、第1乃至第3電池ブロック(11)(12)(13)の
接続が切り離される一方、第1乃至第3電池ブロック(1
1)(12)(13)の対応する3つの電池モジュールが互いに並
列に接続されて、これらの電池モジュール相互間で充放
電が開始され、最終的に、これらの電池モジュールの充
電率は略等しくなる。又、放電回路1〜4は、第1実施
例或いは第2実施例と同様の手順でオン/オフ制御さ
れ、放電回路1〜4の放電動作によって、各電池ブロッ
クを構成する4つの電池モジュールの充電率が略等しく
なる。この様にして、第1乃至第3電池ブロック(11)(1
2)(13)を構成する全ての電池モジュールM1〜M12の
充電率が均一化されることになる。
は、放電回路(48)の放電動作により第1及び第2電池ブ
ロック(11)(12)の電池モジュールが放電する際に放電電
流が通過する経路には、2つの抵抗(46)(46)が介在す
る。例えば、第1電池ブロック(11)の電池モジュールM
1が放電する際には、放電電流は、図中に矢印で示す如
く、電池モジュールM1の正極から第2スイッチ(44)、
抵抗(46)、放電回路1、抵抗(46)及び第2スイッチ(44)
を経て電池モジュールM1の負極に至る経路を流れるこ
ととなる。これに対し、図5に示す第2実施例の充電率
調整回路に基づいて3つの電池ブロックからなる組電池
を対象とする充電率調整回路を構成した場合、第1電池
ブロック(11)の各電池モジュールが放電する際に放電電
流が通過する経路には、4つの抵抗が介在することにな
る。本実施例の充電率調整回路(4)においては、放電電
流が通過する抵抗の数は2つに過ぎず、4つの抵抗を通
過する上記充電率調整回路に比べて、抵抗によるエネル
ギー損失を減小させることが出来、これによって、エネ
ルギーの有効利用を図ることが出来る。
備して、放電によって電池モジュールM1〜M12の充
電率を均一化する構成を採用しているが、放電回路に代
えて、図8に示す如く、絶縁型のDC/DCコンバータ
(50)を装備する構成を採用することも可能である。電気
自動車においては、走行用モータの電源としての組電池
以外に鉛蓄電池が搭載されており、DC/DCコンバー
タ(50)の電力入力端子は、例えばかかる鉛蓄電池に接続
される。かかる鉛蓄電池から得られる電力を両端電圧の
低い電池モジュールに供給して該電池モジュールを充電
することによって、電池モジュールM1〜M12の充電
率を均一化することが出来る。DC/DCコンバータを
装備した上記構成においては、廃棄するエネルギー量は
ゼロであり、エネルギーの有効利用を図ることが出来
る。
て、DC/DCコンバータの電力入力端子を第3電池ブ
ロック(13)の両端A、Bに接続することも可能である。
かかる構成においては、第3電池ブロック(13)から得ら
れる電力が各電池ブロックを構成する電池モジュールに
供給されて、該電池モジュールが充電される。
限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の
変形が可能である。例えば、第1実施例においては、図
3に示すスイッチ切換え手続を実行した後に図4に示す
放電制御手続を実行する構成を採用しているが、これに
拘わらず、これらの手続を同時に実行する構成を採用す
ることも可能である。又、第2及び第3実施例において
は、図5及び図7に示す如く、電流制限素子として抵抗
を採用しているが、抵抗に限らず、定電流ダイオード
等、その他の周知の電流制限素子を採用することが可能
である。
ロック図である。
きに実行されるスイッチ切換え手続を表わすフローチャ
ートである。
きに実行されるスイッチ切換え手続を表わすフローチャ
ートである。
ートである。
ロック図である。
ートである。
ロック図である。
ロック図である。
図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 複数の電池モジュールを互いに直列に接
続して電池ブロックを構成し、該電池ブロックを複数具
えた組電池において、前記複数の電池モジュールの充電
率若しくは電圧を均一化する充電率調整回路であって、 前記複数の電池ブロックを互いに直列に接続し、或いは
該接続を切り離すための第1接続/切離し手段と、 前記複数の電池ブロックの互いに対応づけられた複数の
電池モジュールを互いに並列に接続し、或いは該接続を
切り離すための第2接続/切離し手段と、 少なくとも1つの電池ブロックを構成する各電池モジュ
ールの両極に接続され、放電指令を受けて放電動作を実
行する複数の放電回路と、 少なくとも1つの電池ブロックを構成する各電池モジュ
ールの両端電圧を検出する電圧検出回路と、 組電池を電力供給源として動作させる通常動作時には、
第1接続/切離し手段を接続状態に設定すると共に第2
接続/切離し手段を切離し状態に設定する一方、電池モ
ジュールの充電率を調整する充電率調整時には、第1接
続/切離し手段を切離し状態に設定すると共に第2接続
/切離し手段を接続状態に設定し、電圧検出回路の検出
結果に基づいて1或いは複数の放電回路に対して放電指
令を発する制御回路とを具えていることを特徴とする組
電池の充電率調整回路。 - 【請求項2】 前記第1接続/切離し手段は、複数の電
池ブロックを互いに直列に接続する1或いは複数の直列
線路と、各直列線路に介在する第1スイッチとから構成
され、前記第2接続/切離し手段は、各電池ブロックの
両端及び各電池ブロックを構成する複数の電池モジュー
ルどうしの連結点に設けられた複数の並列接続点と、複
数の電池ブロックの互いに対応づけられた複数の並列接
続点を互いに接続する複数の並列線路と、各並列線路に
介在する第2スイッチとから構成される請求項1に記載
の充電率調整回路。 - 【請求項3】 前記各並列線路には、第2スイッチに流
れ込む電流の大きさを所定値以下に制限するための電流
制限素子が介在している請求項2に記載の充電率調整回
路。 - 【請求項4】 前記第1接続/切離し手段は、複数の電
池ブロックを互いに接続する1或いは複数の直列線路
と、各直列線路に介在する第1スイッチとから構成さ
れ、前記第2接続/切離し手段は、各電池ブロックの両
端及び各電池ブロックを構成する複数の電池モジュール
どうしの連結点に設けられた複数の並列接続点と、各電
池ブロックの各並列接続点から引き出された並列線路
と、1つの電池ブロックを除く他の電池ブロック、或い
は全ての電池ブロックから伸びる各並列線路に介在する
第2スイッチとから構成され、各放電回路の正負一対の
入力端子は夫々、前記並列線路を介して、全ての電池ブ
ロックの互いに対応づけられた全ての電池モジュールの
正極及び負極に接続され、前記各並列線路には、第2ス
イッチに流れ込む電流の大きさを所定値以下に制限する
ための電流制限素子が介在している請求項1に記載の充
電率調整回路。 - 【請求項5】 複数の電池モジュールを互いに直列に接
続して電池ブロックを構成し、該電池ブロックを複数具
えた組電池において、前記複数の電池モジュールの充電
率若しくは電圧を均一化する充電率調整回路であって、 前記複数の電池ブロックを互いに直列に接続し、或いは
該接続を切り離すための第1接続/切離し手段と、 前記複数の電池ブロックの互いに対応づけられた複数の
電池モジュールを互いに並列に接続し、或いは該接続を
切り離すための第2接続/切離し手段と、 少なくとも1つの電池ブロックを構成する各電池モジュ
ールの両極に接続され、充電指令を受けて充電動作を実
行する複数の充電回路と、 少なくとも1つの電池ブロックを構成する各電池モジュ
ールの両端電圧を検出する電圧検出回路と、 組電池を電力供給源として動作させる通常動作時には、
第1接続/切離し手段を接続状態に設定すると共に第2
接続/切離し手段を切離し状態に設定する一方、電池モ
ジュールの充電率を調整する充電率調整時には、第1接
続/切離し手段を切離し状態に設定すると共に第2接続
/切離し手段を接続状態に設定し、電圧検出回路の検出
結果に基づいて1或いは複数の充電回路に対して充電指
令を発する制御回路とを具えていることを特徴とする充
電率調整回路。 - 【請求項6】 前記複数の充電回路に電力を供給する充
電用電池を具えている請求項5に記載の充電率調整回
路。 - 【請求項7】 複数の電池ブロックの内、何れか1つの
電池ブロックの両端に前記複数の充電回路の電力入力端
子が接続されている請求項5に記載の充電率調整回路。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001298964A JP3615507B2 (ja) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | 組電池の充電率調整回路 |
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