JP2010141956A - 組電池の容量調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組電池を構成する電池セルＣｉ１，Ｃｉ２同士の電圧のばらつきの拡大を迅速且つ高精度に抑制することが困難なこと。
【解決手段】電池セルＣｉ１，Ｃｉ２のうちの一方の電圧が他方よりも不感帯幅を規定する所定値以上大きい場合、この電圧の高い方に対応する電池セルを放電させるべく、放電用スイッチ３０又は放電用スイッチ３４をオンする。上記所定値は、スイッチング素子６０をオンとすることで増加させることができる。ここで、電池セルＣｉ１，Ｃｉ２に流れる電流が小さい場合、スイッチング素子６０をオフすることで、上記所定値を小さくする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複数の電池セルの直列接続体としての組電池を構成して且つ１又は隣接する複数個の電池セルである単位電池同士の電圧のばらつきを抑制する組電池の容量調整装置に関する。

この種の容量調整装置としては、例えば下記特許文献１に見られるように、組電池を構成する電池セルの電圧の平均値よりも電圧の高い電池セルの電荷を放電させるものも提案されている。これにより、電圧の高い電池セルの電圧を平均値へと低下させることができ、ひいては、組電池の各電池セルの電圧を均等化することができる。
特開２００６−５０７８５号公報

ところで、電池セルの電圧は、電池セルの容量に依存するものであるとはいえ、組電池に電流が流れる際には、各電池セルの電圧は、容量に応じて定まる起電圧と、内部抵抗による電圧降下との和となる。そして、この内部抵抗は、個体差や経年変化に起因して電池セル毎にばらつきを有する。したがって、組電池に電流が流れる際に上記均等化のための処理を行う場合には、組電池の電流がある値となる状況下において電池セルの電圧のばらつきを抑制することにはなるものの、電池セル同士の容量ばらつきを抑制するものとはならないおそれがある。特に、内部抵抗によっては容量が小さいセルの電圧が高くなる状況が生じ、これにより、容量の小さい電池セルの放電処理がなされることで、容量が不本意に減少するおそれもある。

こうした事態は、車両の停車時等、組電池に流れる電流が無視できるほど小さい場合に限って均等化のための上記処理を行うことで回避し得るものではある。ただし、こうした制限を設けることとすると、電池セルの容量を調整する処理がなされる機会が限られるため、車両の走行時間が長くなる場合等、組電池に電流が流れる期間が長期化する場合には、電池セルの容量のばらつきが拡大するおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、複数の電池セルの直列接続体としての組電池を構成して且つ１又は隣接する複数個の電池セルである単位電池同士の電圧のばらつきの拡大を好適に抑制することのできる組電池の容量調整装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明は、複数の電池セルの直列接続体としての組電池を構成して且つ隣接する１又は複数個の電池セルである単位電池同士の電圧のばらつきを抑制する組電池の容量調整装置において、前記組電池を構成する複数の単位電池同士の電圧のばらつきが許容範囲から外れる場合、前記ばらつきを抑制するように前記単位電池の充電処理及び放電処理の少なくとも一方を行う均等化手段と、前記組電池を流れる電流量が多い場合、前記許容範囲を拡大する拡大手段とを備えることを特徴とする。

組電池を流れる電流が多い場合には、単位電池同士の内部抵抗ばらつきに起因した各単位電池の電圧ばらつきが大きくなる。このため、こうした状況下、単位電池同士の電圧を均等化したとしても、これによって単位電池同士の容量を均等化できるとは限らず、かえって容量のばらつきを拡大するおそれがある。上記発明では、この点に鑑み、組電池を流れる電流が多い場合に許容範囲を拡大することで、単位電池の電圧によってはその容量を正確に判断することが困難な状況下、行き過ぎた電圧の均等化処理がなされることを好適に回避することができる。しかも、許容範囲を拡大しつつも均等化処理を行うことで、組電池を流れる電流が多い場合に均等化処理を禁止する場合と比較して、単位電池同士の容量ばらつきの増大を抑制することもできる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記単位電池同士の内部抵抗のばらつきを検出する内部抵抗ばらつき検出手段を更に備え、前記拡大手段は、検出される内部抵抗のばらつきが大きい場合、前記許容範囲を拡大することを特徴とする。

単位電池同士の内部抵抗のばらつきが大きい場合、組電池に電流が流れることで、単位電池同士の容量のばらつきが小さいにもかかわらず電圧のばらつきが大きくなる。このため、内部抵抗が大きい場合には、単位電池同士の電圧を均等化したとしても、これによって単位電池同士の容量を均等化できるとは限らず、かえって容量のばらつきを拡大するおそれがある。上記発明では、この点に鑑み、内部抵抗が大きい場合に許容範囲を拡大することで、単位電池の電圧によってはその容量を正確に判断することが困難な状況下、行き過ぎた電圧の均等化処理がなされることを好適に回避することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記単位電池同士の内部抵抗のばらつきを検出する内部抵抗ばらつき検出手段と、前記検出される内部抵抗のばらつきが所定以下である場合、前記許容範囲の拡大を禁止する禁止手段とを更に備えることを特徴とする。

内部抵抗のばらつきが小さい場合には、組電池を流れる電流が大きくても、単位電池同士の電圧のばらつきは単位電池同士の容量ばらつきを適切に表現したものとなる。このため、こうした状況下にあっては、単位電池同士の電圧を均等化することで単位電池同士の容量を好適に均等化することができる。上記発明では、この点に鑑み、こうした状況下においては、許容範囲の拡大を禁止することで、単位電池同士の容量を十分に均等化することができる。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記単位電池同士の内部抵抗のばらつきを検出する内部抵抗ばらつき検出手段を更に備え、前記拡大手段は、前記検出される内部抵抗のばらつき度合いの定量値と前記組電池を流れる電流との積が大きい場合、前記許容範囲を拡大することを特徴とする。

内部抵抗に起因する単位電池同士の電圧のばらつきは、内部抵抗のばらつき度合いが大きいほど、また電流量が大きいほど大きくなる。上記発明では、この点に鑑み、これら２つの要因によって定まる電圧のばらつきを適切に定量化することで、許容範囲の拡大処理を好適に行うことができる。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記均等化手段は、前記単位電池のうち電圧の高いものを放電させる処理によって前記ばらつきを抑制するものであることを特徴とする。

上記発明によれば、比較的簡易な構成にて均等化処理を実現することができる。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記均等化手段は、前記組電池を構成して且つ隣接する所定個数の単位電池の電圧を前記所定個数で分圧するための抵抗体を備え、該抵抗体による分圧値と対応する正極電位とを入力として前記放電する処理を行うものであることを特徴とする。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる組電池の容量調整装置をハイブリッド車に搭載される組電池の容量調整装置に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。

組電池１０は、複数（ここではｍ×ｎ個）のリチウム２次電池（電池セルＣ１１〜Ｃｎｍ）の直列接続体として構成されている。

一方、本実施形態にかかる容量調整装置は、「ｍ（≧２）」個ずつの電池セルＣ１１〜Ｃ１ｍ，…，Ｃｎ１〜Ｃｎｍを１つのブロックとして、これら各ブロックの両端の電圧を選択的に検出するためのフライングキャパシタ１２を備えている。すなわち、フライングキャパシタ１２と、各ブロックの電池セルＣｉ１〜Ｃｉｍ（ｉ＝１〜ｎ）の両端とは、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ（ｎ＋１）によって、選択的に電気接続可能（導通可能）となっている。フライングキャパシタ１２の電圧は、スイッチング素子Ｓａ，Ｓｂを介して、差動増幅回路１４に取り込まれる。なお、上記スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ（ｎ＋１）と、スイッチング素子Ｓａ，Ｓｂとは、車載低圧システムを構成するマイクロコンピュータ（マイコン１６）側と車載高圧システムを構成する組電池１０側とを絶縁する高耐圧の絶縁素子によって構成されている。この高耐圧の絶縁素子は、例えばフォトＭＯＳリレーとすればよい。そして、差動増幅回路１４によって検出されるフライングキャパシタ１２の両端の電圧が、マイコン１６に取り込まれる。

マイコン１６は、上記電圧の検出値や、電流センサ２４によって検出される電流の検出値等に基づき、組電池の状態を監視する。このマイコン１６には、起動スイッチ１８、リレー２０、給電ラインＬ１を介してバッテリ２１の電力が給電されている。ここで、リレー２０は、起動スイッチ１８がオンされるか、信号ラインＬ２から駆動信号が入力されることで、バッテリ２１と給電ラインＬ１とを短絡させる。このため、起動スイッチ１８がオンとされると、リレー２０によってバッテリ２１と給電ラインＬ１とが導通状態とされるため、マイコン１６にバッテリ２１の電力が供給される。

一方、マイコン１６では、バッテリ２１により電力が供給されているときに、信号ラインＬ３を介して起動スイッチ１８のオン・オフ状態を監視する。そして、起動スイッチ１８がオフとされると、マイコン１６の停止の前に行なう後処理を完了するまでマイコン１６への給電を継続するために、信号ラインＬ２を介してリレー２０に駆動信号を出力する。これにより、起動スイッチ１８がオフとされた後であっても、マイコン１６において上記後処理が完了するまではバッテリ２１の電力がリレー２０及び給電ラインＬ１を介してマイコン１６に供給される。

上記容量調整装置は、更に、ブロック内の電圧ばらつきを低減する均等化ユニットＵ１〜Ｕｎを備えている。これら各均等化ユニットＵｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、上記電圧ばらつきの低減処理態様の指令が入力される入力端子ＩＮと、入力端子ＩＮから入力される指令信号を出力する出力端子ＯＵＴとを備えている（ただし、最下流の均等化ユニットＵｎについては、出力端子ＯＵＴを備えない）。

上記マイコン１６は、各ブロック内の電圧ばらつきの低減処理態様の指令信号を、均等化ユニットＵ１〜Ｕｎに出力する。詳しくは、フォトカプラ２２を介して、最上流の均等化ユニットＵ１の入力端子ＩＮに出力する。ここで、フォトカプラ２２は、低圧駆動されるマイコン１６と、組電池１０側との絶縁を取るための素子である。最上流の均等化ユニットＵ１に上記指令信号が取り込まれると、最上流の均等化ユニットＵ１では、この信号を、隣接する低電位側の均等化ユニットＵ２の入力端子ＩＮに向けて出力する。このようにして、最下流の均等化ユニットＵｎまで同一の指令信号が入力されることとなる。なお、最上流のユニットに指令信号を出力し、これを最下流のユニットまで順次伝達させる技術としては、例えば特開２００７−２７８９１３号公報に記載されたものがある。

図２に、上記均等化ユニットＵｉの回路構成を示す。この図では、各ブロック内の電池セル数が「２」である例を示している。

図示されるように、均等化ユニットＵｉは、電池セルＣｉ１の放電回路を構成する放電用抵抗体３２と、放電回路を開閉するＰＮＰ型バイポーラトランジスタ（放電用スイッチ３０）とを備えている。また、均等化ユニットＵｉは、電池セルＣｉ２の放電回路を構成する放電用抵抗体３６と、放電回路を開閉するＮＰＮ型バイポーラトランジスタ（放電用スイッチ３４）とを備えている。更に、均等化ユニットＵｉは、ブロック電圧（電池セルＣｉ１、Ｃｉ２の直列接続体の電圧）を均等分圧するための抵抗体４６，４８を備えている。そして、これら抵抗体４６，４８の接続点の電位と、対応する電池セルＣｉ２の正極電位とが、比較回路５０に入力される。比較回路５０は、上記接続点の電位に対して上記正極電位の方が所定以上高い場合には、電池セルＣｉ２を放電させるべく放電用スイッチ３４をオンとする一方、上記接続点の電位に対して上記正極電位の方が所定以上低い場合には、電池セルＣｉ１を放電させるべく放電用スイッチ３０をオンとするための回路である。

具体的には、ブロック（電池セルＣｉ１，Ｃｉ２の直列接続体）に並列に、抵抗体３８、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ（トランジスタ４０）、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ（トランジスタ４２）、及び抵抗体４４の直列接続体が接続されている。一方、比較回路５０は、上記トランジスタ４０，４２のベースに出力端子が接続されたオペアンプ５２を備えている。オペアンプ５２は、その非反転入力端子が上記抵抗体４６，４８の接続点に接続され、また、その反転入力端子が抵抗体５６を介して出力端子に接続されるとともに、抵抗体５４を介して電池セルＣｉ１，Ｃｉ２の接続点に接続されている。更に、上記抵抗体５６には、抵抗体５８及びスイッチング素子６０の直列接続体が並列接続されている。このスイッチング素子６０は、ノーマリーオープンタイプのものであり、均等化ユニットＵｉの上記入力端子ＩＮから入力される指令信号に応じてオン・オフ操作されるものである。

こうした構成によれば、電池セルＣｉ１，Ｃｉ２の電圧ばらつきが所定以上となることで、電圧の高い方のセルを放電することができる。また、スイッチング素子６０をオン状態とすることで、放電処理を実行するためのばらつき度合いの閾値を変更することもできる。換言すれば、電圧のばらつきの許容範囲を拡大することもできる。以下、これについて説明する。

抵抗体５４，５６の抵抗値Ｒ１，Ｒ２、オペアンプ５２の出力電圧Ｖｏ、及び電池セルＣｉ１，Ｃｉ２の電圧Ｖ１，Ｖ２を用いると、イマジナリーショートによってオペアンプ５２の反転入力端子の電圧と非反転入力端子の電圧とが互いに等しくなることから以下の式（ｃ１）が成立する。

（Ｖｏ−Ｖ２）・Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）＋Ｖ２＝（Ｖ１＋Ｖ２）／２ …（ｃ１）
また、トランジスタ４２がオンする条件は、トランジスタ４２の閾値電圧Ｖｂｅを用いると、以下の式（ｃ２）となる。

Ｖ２−Ｖｏ＞Ｖｂｅ …（ｃ２）
上記の式（ｃ２）において、出力電圧Ｖｏを、上記の式（ｃ１）を用いて除去することで以下の式（ｃ３）が成立する。

Ｖ２−Ｖ１＞２Ｖｂｅ／（１＋Ｒ２／Ｒ１） …（ｃ３）
同様に、トランジスタ４０がオンする条件は、トランジスタ４０の閾値電圧Ｖｂｅを用いて以下の式（ｃ４）となるため、下記の式（ｃ５）が成立する。

Ｖｏ−Ｖ２＞Ｖｂｅ …（ｃ４）
Ｖ１−Ｖ２＞２Ｖｂｅ／（１＋Ｒ２／Ｒ１） …（ｃ５）
上記の式（ｃ３）及び式（ｃ５）によれば、いずれか一方の電圧が他方よりも「２Ｖｂｅ／（１＋Ｒ２／Ｒ１）」以上高い場合に、トランジスタ４０及び放電用スイッチ３０とトランジスタ４２及び放電用スイッチ３４のいずれか一方がオンとなり、ひいてはいずれか一方の電池セルが放電されることとなる。しかも、上記スイッチング素子６０をオンすることは、上記の式（ｃ３）、（ｃ５）における抵抗値Ｒ２を減少させるのと同等であるため、スイッチング素子６０をオンとすることで、いずれの電池セルの放電も行われない領域（不感帯領域）が拡大される。

図３に、上記均等化ユニットＵｉによる均等化放電処理態様を示す。詳しくは、図３（ａ）に、電池セルＣｉ１，Ｃｉ２の電圧Ｖ１，Ｖ２の推移を示し、図３（ｂ）に、電池セルＣｉ２の放電用スイッチ３４の操作状態の推移を示し、図３（ｃ）に、電池セルＣｉ１の放電用スイッチ３０の操作状態の推移を示す。

図示されるように、電池セルＣｉ２の電圧Ｖ２が電池セルＣｉ１の電圧Ｖ１よりも閾値Δ以上高い場合に、電池セルＣｉ２を放電させる放電用スイッチ３４がオン操作される。また、電池セルＣｉ２の電圧Ｖ２が電池セルＣｉ１の電圧Ｖ１よりも閾値Δ以上低い場合に、電池セルＣｉ１を放電させる放電用スイッチ３０がオン操作される。ここで、閾値Δは、スイッチング素子６０の状態によって相違するものであり、スイッチング素子６０がオフ状態の場合には、「２Ｖｂｅ／（１＋Ｒ２／Ｒ１）」である。

こうした構成によれば、マイコン１６によってスイッチング素子６０を操作することで、不感帯領域を可変設定することができる。特に本実施形態では、組電池１０に流れる電流が大きい場合に不感帯領域を拡大することで、均等化ユニットＵｉによる均等化放電処理を、状況に沿った適切なものとすることができる。以下、これについて説明する。

図４（ａ）は、電池セルＣｉ１，Ｃｉ２の容量が等しいにもかかわらず、電池セルＣｉ１，Ｃｉ２の内部抵抗が互いに大きく相違するために、電池セルＣｉ１，Ｃｉ２に流れる電流が大きいほど、これらの電圧Ｖ１，Ｖ２（図中、実線）が大きく相違する例を示している。ちなみに、図４では、横軸に電池セルの充放電電流を示し、縦軸に電池セルの電圧を示している。電池セルＣｉ１，Ｃｉ２の電圧は、その充電状態（残存容量：ＳＯＣ）のみならず、内部抵抗による電圧降下にも依存する。このため、電流変化に対する電圧の変化量である内部抵抗が相違する場合、ＳＯＣが同一であっても電流量がゼロでない限り、電圧には相違が生じる。ただし、本実施形態では、組電池１０を流れる電流が大きい場合、不感帯領域（図中、一点鎖線及び破線）が拡大されるため、均等化放電処理がなされない。なお、本実施形態では、組電池１０を流れる電流が大きい場合に不感帯領域を拡大するのであるが、図４（ａ）では、便宜上、全電流領域において不感帯領域を拡大した例を示している。

一方、図４（ｂ）は、電池セルＣｉ１，Ｃｉ２のＳＯＣが相違するため、放電電流の絶対値が大きくなる時点（Ｉ＝Ｉ０）において、均等化要求が生じる場合を示している。この場合、図４（ｃ）に示すように、電流ゼロにおける電池セルＣｉ１，Ｃｉ２の電圧の相違を低減することができ、ＳＯＣの相違を低減することができる。

これに対し、図４（ｄ）に示すように、放電電流の絶対値が大きくなる時点（Ｉ＝Ｉ０）においても不感帯領域を拡大しない場合には、電池セルＣｉ１，Ｃｉ２のＳＯＣが等しいにもかかわらず、内部抵抗のばらつきに起因して均等化要求が生じてしまう。このため、図４（ｅ）に示すように、均等化放電処理によって電池セルＣｉ１，Ｃｉ２間のＳＯＣに差異が生じる。

図５に、本実施形態にかかる不感帯領域の可変設定処理の手順を示す。この処理は、マイコン１６によって例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、不感帯幅を縮小する要求があるか否かを判断する。ここでは、組電池１０を流れる電流が、内部抵抗に起因する電圧ばらつきを顕著とすることのない上限値以下となると想定される状況下か否かを判断する。具体的には、例えば以下の条件の少なくとも１つが成立するか否かの判断とすればよい。
ａ．電力変換回路との接続遮断：組電池１０は、電力変換回路としてのインバータ等を介して車載動力発生装置としての回転機に接続され、また、電力変換回路としてのＤＣＤＣコンバータを介して上記低圧バッテリ２１に接続されている。ここで、組電池１０及び電力変換回路間には、これらの間を電気的に導通及び遮断するリレー等の導通制御手段が設けられている。この導通制御手段によって組電池１０と電力変換回路との間が遮断されることを条件とする。
ｂ．車載制御装置（マイコン１６）の起動スイッチ１８がオフとなるとの条件：この場合、これ以降組電池１０の充放電電流が微少量又はゼロとなると考えられるため、この条件を採用してもよい。
ｃ．組電池１０を流れる電流の検出値（電流センサ２４による検出値）が閾値以下となるとの条件：ここでは、閾値を、内部抵抗に起因する電圧ばらつきを顕著とすることのない上限値以下に設定することが望ましい。

上記ステップＳ１０において不感帯幅の縮小要求があると判断される場合、ステップＳ１２において不感帯幅を縮小すべく、均等化ユニットＵｉの上記スイッチング素子６０をオフとする。これに対し、ステップＳ１０において否定判断される場合、ステップＳ１４において不感帯幅を拡大すべく、均等化ユニットＵｉの上記スイッチング素子６０をオンとする。そして、上記ステップＳ１２，Ｓ１４の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。

ちなみに、マイコン１６が停止した後であっても、均等化ユニットＵｉは、対応する電池セルＣｉ１〜Ｃｉｍによって給電状態にあるため、電圧ばらつきが不感帯領域から外れる場合には、均等化放電が実施される。そしてこの際には、スイッチング素子６０がオフ状態となるため、不感帯領域が縮小されている。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）組電池１０を流れる電流量が多い場合、電圧ばらつきの許容範囲（不感帯領域）を拡大した。これにより、電池セルの電圧によってはその容量を正確に判断することが困難な状況下、行き過ぎた電圧の均等化処理がなされることを好適に回避することができる。しかも、不感帯領域を拡大しつつも均等化処理を行うことで、組電池１０を流れる電流が多い場合に均等化処理を禁止する場合と比較して、電池セル同士の容量ばらつきの拡大を抑制することもできる（図４（ｃ））。

（２）不感帯領域を拡大するためのスイッチング素子６０をノーマリーオープンタイプのものとした。これにより、マイコン１６が停止される状況下において、不感帯領域を縮小することができる。このため、組電池１０を流れる電流が少なく均等化放電処理によって容量を高精度に均等化することができる状況下、マイコン１６の停止にかかわらず、縮小された不感帯幅に基づき高精度に均等化処理を行うことができる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図６に、本実施形態にかかる均等化ユニットＵｉの回路構成を示す。

図示されるように、本実施形態の比較回路５０は、抵抗体５８ａ及びスイッチング素子６０ａの直列接続体と、抵抗体５８ｂ及びスイッチング素子６０ｂの直列接続体と、抵抗体５８ｃ及びスイッチング素子６０ｃの直列接続体とを備えて、これらを抵抗体５６に並列接続している。これにより、スイッチング素子６０ａ〜６０ｃのうちのいくつをオンとするかに応じて、不感帯幅を４段階に可変設定することができる。

図７に、本実施形態にかかる不感帯領域の可変設定処理の手順を示す。この処理は、マイコン１６によって、各ブロック毎に例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ２０において、対象となるブロックの内部抵抗Ｒｒを検出する。この処理は、上記フライングキャパシタ１２及び差動増幅回路１４を用いて行われるブロック電圧の検出値とそのときの組電池１０を流れる電流との複数の組に基づき回帰分析の手法等を用いて内部抵抗Ｒｒを算出する処理とすればよい。続くステップＳ２２においては、ブロックについての正常な内部抵抗Ｒｎと検出される内部抵抗Ｒｒとの差の絶対値が閾値ΔＲ以下であるか否かを判断する。この処理は、ブロックを構成する電池セル同士の内部抵抗のばらつきが所定以上であるか否かを判断するためのものである。すなわち、ブロックの内部抵抗Ｒｒが正常な内部抵抗Ｒｎからずれる場合、ブロックを構成する電池セル同士の内部抵抗にもばらつきが生じていると考えられる。このため、ブロックの内部抵抗が正常な内部抵抗Ｒｎからずれることに基づき、ブロック内の電池セル同士の内部抵抗にばらつきが生じたと推定する。

上記ステップＳ２２において肯定判断される場合には、ブロックを構成する電池セル同士の内部抵抗にばらつきが生じていないと考えられるため、ステップＳ３０において、不感帯幅Ｗを最小幅Ｗ１とする。すなわち、スイッチング素子６０ａ〜６０ｃの全てをオフとする。これは、内部抵抗のばらつきがない場合には、電池セル同士の電圧ばらつきによって、電池セル同士のＳＯＣのばらつきを高精度に把握することができることに鑑みた設定である。

これに対し、上記ステップＳ２２において否定判断される場合には、ステップＳ２４〜Ｓ２８において、組電池１０の充放電電流の検出値（電流Ｉ）の絶対値と閾値α、β、γとを比較する。そして、電流Ｉが大きいほど、不感帯幅Ｗを拡大する（ステップＳ３０〜Ｓ３６）。すなわち、充放電電流の絶対値が閾値α以下の場合(ステップＳ２４：ＹＥＳ)、不感帯幅Ｗを幅Ｗ１とし（ステップＳ３０）、充放電電流の絶対値が閾値αより大きく且つ閾値β以下である場合(ステップＳ２６：ＹＥＳ)、不感帯幅Ｗを幅Ｗ２（＞Ｗ１）とする（ステップＳ３２）。また、充放電電流の絶対値が閾値βより大きく且つ閾値γ以下である場合(ステップＳ２８：ＹＥＳ)、不感帯幅Ｗを幅Ｗ３（＞Ｗ２）とし（ステップＳ３４）、充放電電流の絶対値が閾値γよりも大きい場合(ステップＳ２８：ＮＯ)、不感帯幅Ｗを幅Ｗ４（＞Ｗ３）とする(ステップＳ３６)。これは、内部抵抗にばらつきが生じる場合、組電池１０を流れる電流が大きいほど、電池セル同士の電圧ばらつきによる電池セル同士のＳＯＣのばらつきの推定精度が低下することに鑑みたものである。

なお、ステップＳ３０〜Ｓ３６の処理が完了する場合、この一連の処理を一旦終了する。

このように、本実施形態では、電流Ｉの絶対値が大きいほど不感帯幅Ｗを拡大することで、電池セル同士の電圧ばらつきと電池セル同士のＳＯＣばらつきとの正の相関係数が小さくなるにつれ、不感帯幅を拡大することができる。このため、不適切な均等化放電処理がなされることを好適に回避しつつも極力均等化放電処理を行うことができる。特に本実施形態では、電池セル同士の内部抵抗のばらつきが小さいと推定される場合、電流Ｉの絶対値の大きさにかかわらず不感帯幅Ｗを最小幅Ｗ１とすることで、図８に示すように、容量を高精度に均等化することができる。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）、（２）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（３）組電池１０を流れる電流が大きいほど不感帯幅Ｗを拡大した。これにより、不適切な均等化放電処理がなされることを好適に回避しつつも均等化放電処理を極力行うことができる。

（４）電池セルＣｉ１、Ｃｉ２のばらつきが所定以下である場合、不感帯幅Ｗの拡大を禁止した。これにより、電池セルＣｉ１，Ｃｉ２同士の容量を十分に均等化することができる。

（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図９に、本実施形態にかかる不感帯領域の可変設定処理の手順を示す。この処理は、マイコン１６によって、各ブロック毎に例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図９において、先の図５及び図７に示した処理と同一の処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。

図示されるように、本実施形態では、電池セルＣｉ１，Ｃｉ２同士の内部抵抗のばらつきが大きいと考えられる状況ほど、不感帯幅Ｗを拡大する。すなわち、ステップＳ１０で否定判断されて且つブロックについての正常な内部抵抗Ｒｎと検出される内部抵抗Ｒｒとの差の絶対値が閾値ΔＲ１以下である場合(ステップＳ４０：ＹＥＳ)、不感帯幅Ｗを幅Ｗ２とする(ステップＳ３２)。また、ブロックについての正常な内部抵抗Ｒｎと検出される内部抵抗Ｒｒとの差の絶対値が閾値ΔＲ１よりも大きくて且つ閾値ΔＲ２以下である場合(ステップＳ４２：ＹＥＳ)、不感帯幅Ｗを幅Ｗ３とする(ステップＳ３４)。更に、ブロックについての正常な内部抵抗Ｒｎと検出される内部抵抗Ｒｒとの差の絶対値が閾値ΔＲ２よりも大きい場合(ステップＳ４２：ＮＯ)、不感帯幅Ｗを幅Ｗ４とする(ステップＳ３６)。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）、（２）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（５）電池セルＣｉ１，Ｃｉ２同士の内部抵抗のばらつきが大きいと考えられるほど、不感帯幅Ｗを拡大した。これにより、電池セルＣｉ１，Ｃｉ２の電圧によってはその容量を正確に判断することが困難な状況下、行き過ぎた電圧の均等化処理がなされることを好適に回避することができる。

（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図１０に、本実施形態にかかる不感帯領域の可変設定処理の手順を示す。この処理は、マイコン１６によって、各ブロック毎に例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図１０において、先の図７に示した処理と同一の処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。

図示されるように、本実施形態では、電池セルＣｉ１，Ｃｉ２の内部抵抗同士のばらつきを定量化したパラメータである正常な内部抵抗Ｒｎと検出される内部抵抗Ｒｒとの差と組電池１０を流れる電流Ｉとの積の絶対値が大きいほど、不感帯幅Ｗを拡大する。

すなわち、上記積の絶対値が閾値ΔＶ１以下である場合（ステップＳ５０：ＹＥＳ）、不感帯幅Ｗを幅Ｗ１とし(ステップＳ３０)、上記積の絶対値が閾値ΔＶ１より大きく且つ閾値ΔＶ２以下である場合(ステップＳ５２：ＹＥＳ)、不感帯幅Ｗを幅Ｗ２とする（ステップＳ３２）。また、上記積の絶対値が閾値ΔＶ２より大きく且つ閾値ΔＶ３以下である場合(ステップＳ５４：ＹＥＳ)、不感帯幅Ｗを幅Ｗ３とし（ステップＳ３４）、上記積の絶対値が閾値ΔＶ３よりも大きい場合（ステップＳ５４：ＮＯ），不感帯幅Ｗを幅Ｗ４とする(ステップＳ３６)。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）、（２）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（６）電池セルＣｉ１，Ｃｉ２のばらつき度合いの定量値と組電池１０を流れる電流との積の絶対値が大きいほど、不感帯幅Ｗを拡大した。これにより、不感帯幅Ｗの拡大処理を好適に行うことができる。

（第５の実施形態）
以下、第５の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図１１に、本実施形態にかかる均等化ユニットＵｉの回路構成を示す。なお、図１１において、先の図２に示した部材に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。

図示されるように、本実施形態では、ブロックを構成する電池セルＣｉｊの数を「３」とし、均等化ユニットＵｉが３つの電池セルＣｉ１，Ｃｉ２，Ｃｉ３の電圧ばらつきを低減する処理を行う。

具体的には、電池セルＣｉ１，Ｃｉ２，Ｃｉ３の両端には、ブロック電圧をこれを構成する電池セル数で均等分圧すべく、互いに抵抗値の等しい抵抗体７０ａ，７０ｂ，７０ｃの直列接続体が並列接続されている。また、各電池セルＣｉ１，Ｃｉ２，Ｃｉ３には、それぞれＰＮＰ型のバイポーラトランジスタである放電用スイッチ７２ａ，７２ｂ，７２ｃのそれぞれと、放電用抵抗体７４ａ，７４ｂ，７４ｃのそれぞれとの直列接続体が並列接続されている。放電用スイッチ７２ａ，７２ｂ，７２ｃのエミッタ及びベース間には、抵抗体７６ａ，７６ｂ，７６ｃが接続されている。また、放電用スイッチ７２ａ，７２ｂ，７２ｃのベースは、抵抗体７８ａ，７８ｂ，７８ｃ、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタとしてのスイッチング素子８０ａ，８０ｂ，８０ｃのコレクタ及びエミッタを介して、該当する電池セルＣｉ１，Ｃｉ２，Ｃｉ３の負極に接続されている。

上記スイッチング素子８０ａ，８０ｂ，８０ｃのベース及びエミッタ間には、抵抗体８２ａ，８２ｂ，８２ｃが接続されている。そして、スイッチング素子８０ｃのベースは、抵抗体８４ｃ、及びＰＮＰ型バイポーラトランジスタ（トランジスタ１００）のコレクタ及びエミッタを介して、放電用スイッチ７２ｃの放電対象とする電池セルＣｉ３の正極側に接続されている。また、トランジスタ１００のベースは、放電用スイッチ７２ｃの放電対象とする電池セルＣｉ３の正極及び抵抗体７０ａ．７０ｂの接続点の電位を入力とする比較回路５０の出力に接続されている。これにより、上記接続点の電位である電池セルＣｉ１，Ｃｉ２，Ｃｉ３の電圧の平均値よりも電池セルＣｉ３の電圧が所定以上高い場合、トランジスタ１００がオン状態となる。これにより、スイッチング素子８０ｃもオン状態となり、ひいては放電用スイッチ７２ｃがオン状態となることで、電池セルＣｉ３の両端が放電用スイッチ７２ｃ及び放電用抵抗体７４ｃの直列接続体によって接続され、電池セルＣｉ３が放電する。

また、スイッチング素子８０ａのベースには、抵抗体８４ａ及びＰＮＰ型バイポーラトランジスタ(スイッチング素子８６ａ)のコレクタ及びエミッタを介して、放電用スイッチ７２ａによる放電対象の電池セルＣｉ１の正極に接続されている。また、スイッチング素子８６ａのエミッタ及びベース間には、抵抗体８８ａが接続され、また、そのベースは、抵抗体９０ａ及ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ（トランジスタ９２ａ）のコレクタ及びエミッタを介して、放電用スイッチ７２ａによる放電対象とされる電池セルＣｉ１の負極側に接続されている。そして、トランジスタ９２ａのベースには、電池セルＣｉ１，Ｃｉ２の接続点の電位及び抵抗体７０ａ，７０ｂの接続点の電位を入力とする比較回路５０の出力電圧が印加される。これにより、電池セルＣｉ２，Ｃｉ３の合計電圧よりも電池セルＣｉ１〜Ｃｉ３の平均電圧の２倍（抵抗体７０ａ，７０ｂの接続点電位）の方が所定以上大きい場合、トランジスタ９２ａをオンすることができる。そしてこれにより、スイッチング素子８６ａ，８０ａがオンされ、ひいては放電用スイッチ７２ａがオン状態となることで、電池セルＣｉ１の両端が放電用スイッチ７２ａ及び放電用抵抗体７４ａの直列接続体によって接続され、電池セルＣｉ１が放電する。

一方、スイッチング素子８０ｂのベースは、抵抗体８４ｂ及びＰＮＰ型バイポーラトランジスタ(スイッチング素子８６ｂ)のコレクタ及びエミッタを介して、放電用スイッチ７２ｂによる放電対象の電池セルＣｉ２の正極に接続されている。また、スイッチング素子８６ｂのエミッタ及びベース間には、抵抗体８８ｂが接続され、また、そのベースは、ダイオード１０２、抵抗体９０ｂ及ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ（トランジスタ９２ｂ）のコレクタ及びエミッタを介して、放電用スイッチ７２ｂによる放電対象とされる電池セルＣｉ２の負極側に接続されている。そして、トランジスタ９２ｂのベースには、電池セルＣｉ３の正極及び抵抗体７０ｂ，７０ｃの接続点の電位を入力とする比較回路５０の出力電圧が印加される。更に、上記ダイオード１０２のカソード側は、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ(スイッチング素子９４)のコレクタ及びエミッタを介して高電位側の電池セルＣｉ３の正極に接続されている。そして、スイッチング素子９４のエミッタ及びベース間には、抵抗体９６が接続され、また、ベースは、抵抗体９８を介して上記トランジスタ９２ａのコレクタに接続されている。

これにより、電池セルＣｉ２は、電池セルＣｉ３の電圧が平均電圧よりも低くて且つ、電池セルＣｉ２及びこれよりも低電位側の電池セルＣｉ３の合計電圧が平均電圧の２倍よりも高い場合に放電されることとなる。すなわち、この場合、トランジスタ９２ｂ、８６ｂ、８０ｂがオンされ、ひいては放電用スイッチ７２ｂがオン状態となることで、電池セルＣｉ２の両端が放電用スイッチ７２ｂ及び放電用抵抗体７４ｂの直列接続体によって接続され、電池セルＣｉ２が放電する。これに対し、電池セルＣｉ３の電圧が平均電圧よりも低い場合であっても、電池セルＣｉ２及びこれよりも低電位側の電池セルＣｉ３の合計電圧が平均電圧の２倍よりも低い場合には、トランジスタ９２ａがオンされることで、スイッチング素子９４がオンとなり、上記ダイオード１０２のカソード側がアノード側よりも高電位となるために、スイッチング素子８６ｂがオンしない。このため、放電用スイッチ７２ｂもオンせず、電池セルＣｉ２の放電が禁止される。

このように、本実施形態では、ブロックを構成する電池セルＣｉ１〜Ｃｉ３のうち中間の電池セルＣｉ２については、高電位側の電池セルＣｉ３の放電がなされる場合には放電を禁止する禁止手段を備えた。これにより、ブロック電圧を、ブロックを構成する電池セル数の抵抗体により均等分割した各電圧値と該当する電池セルの正極電位との大小比較をする手段(比較回路５０)を用いて、電圧の高い電池セルを放電させる処理を行うことができる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・上記第１の実施形態において、先の図５に示す処理をマイコン１６が行わないものとしてもよい。この場合であっても、起動スイッチ１８がオフとなる場合、不感帯幅Ｗが縮小される。

・先の図２においては、比較回路５０を構成する抵抗体５８及びスイッチング素子６０を、抵抗体５６に並列接続したが、これに限らず、例えば抵抗体５４に並列接続してもよい。ただし、この場合、スイッチング素子をオンすることで不感帯が縮小する。

・先の図６においては、比較回路５０を構成する抵抗体５８ａ，５８ｂ，５８ｃ及びスイッチング素子６０ａ，６０ｂ，６０ｃを抵抗体５６に並列接続したが、これに限らず、例えば抵抗体５４に並列接続してもよい。ただし、この場合、スイッチング素子をオンすることで不感帯が縮小する。

・先の図６においては、不感帯幅を４段階に可変設定可能な構成を例示したが、これに限らず、３段階、又は５段階以上としてもよい。

・先の第５の実施形態において、均等化対象となる電池セル数は、３個に限らず、４個以上であってもよい。この場合、中間の電池セルの放電条件としては、その負極側の電位よりも対応する分圧電位の方が大きくて且つ、高電位側の電池セルの放電がなされないとの条件とすることが望ましい。

・３つ以上の電池セルの合計電圧を電池セル数の抵抗体で分圧した各分圧電圧（抵抗体の接続点の電位）と、対応する電池セルの正極電位との比較に基づき、電圧の高い電池セルを放電させる均等化ユニットとしては、先の図１１に例示したものに限らない。例えば特開２００２−３２５３７０号公報に例示された構成を、不感帯幅を可変設定できるように変更してもよい。

・電池セルＣｉｊの内部抵抗を検出する手法としては、ブロックを構成する電池セルの平均的な内部抵抗を検出する手法に限らない。例えば、車両の走行距離や、組電池１０の充放電時間、充放電電流の絶対値の積算量等に基づき、組電池１０の経時劣化の度合いを定量化し、経時劣化の度合いに基づき内部抵抗のばらつきを推定してもよい。すなわち、経時劣化が進行する場合、内部抵抗のばらつきも大きくなると考えられるため、経時劣化が進行するほど内部抵抗のばらつきが大きいと推定することができる。更に、例えば上記フライングキャパシタ１２及び差動増幅回路１４を備えて構成される電圧検出手段による電圧検出対象を、電池セルとすることで、各電池セルの電圧と電流との検出値の組に基づき内部抵抗を算出してもよい。

・上記各実施形態では、１の均等化ユニットに不感帯幅の設定を指令することで、指令の出された均等化ユニットから別の均等化ユニットへと順次その指令が通知される構成としたが、これに限らず、マイコン１６が各均等化ユニットに各別に指令を出すようにしてもよい。

・上記各実施形態では、ブロック内の電池セルの均等化に本発明を適用したが、これに限らない。例えば、均等化ユニットの均等化対象を、組電池を構成する電池セル全てとし、これによる均等化処理に際して本発明を適用してもよい。

・上記各実施形態では、均等化ユニットが対応するブロックから常時給電されることで、均等化ユニットによる均等化放電を常時可能としたが、これに限らない。例えば、ブロックと対応する均等化ユニットとの間に開閉器を備え、これが閉状態とされる場合に限ってブロックから均等化ユニットへの給電が可能な構成としてもよい。

・上記各実施形態では、ブロック内の電池セルの均等化に際して本発明を適用したがこれに限らない。例えば、組電池を構成するブロック同士の均等化に本発明を適用してもよい。この場合、例えば、マイコン１６が各ブロックの電圧同士のずれ度合いに応じて、該当する均等化ユニットの全ての放電回路をオン状態とすることで均等化放電を行えばよい。また、この際、均等化放電を行うか否かを判断するための閾値を、ブロック電圧及び電流の組に基づき検出される内部抵抗に応じて可変設定する等、先の第２〜第４の実施形態の手法を適用することも可能である。

・上記各実施形態では、フライングキャパシタ１２及び差動増幅回路１４にて電圧検出手段を構成したが、これに限らず、例えば対象電圧を分圧する抵抗体とアナログディジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）とを備える構成としてもよい。

・電池セルとしては、リチウム２次電池に限らず、例えばニッケル水素２次電池であってもよい。

・上記各実施形態では、ハイブリッド車に搭載される組電池に本発明を適用したがこれに限らず、例えば電気自動車に搭載されるものに適用してもよい。

第１の実施形態にかかるシステム構成図。 同実施形態にかかる均等化ユニットの回路構成を示す回路図。 上記均等化ユニットの動作を説明するタイムチャート。 上記実施形態の均等化態様を例示する図。 同実施形態にかかる均等化処理の手順を示す流れ図。 第２の実施形態にかかる均等化ユニットの回路構成を示す回路図。 同実施形態にかかる均等化処理の手順を示す流れ図。 同実施形態の効果を示す図。 第３の実施形態にかかる均等化処理の手順を示す流れ図。 第４の実施形態にかかる均等化処理の手順を示す流れ図。 第５の実施形態にかかる均等化ユニットの回路構成を示す回路図。

符号の説明

１０…組電池、１６…マイコン、Ｕｉ…均等化ユニット、Ｃｉｊ…電池セル。

Claims (6)

1. 複数の電池セルの直列接続体としての組電池を構成して且つ１又は隣接する複数個の電池セルである単位電池同士の電圧のばらつきを抑制する組電池の容量調整装置において、
   前記組電池を構成する複数の単位電池同士の電圧のばらつきが許容範囲から外れる場合、前記ばらつきを抑制するように前記単位電池の充電処理及び放電処理の少なくとも一方を行う均等化手段と、
   前記組電池を流れる電流量が多い場合、前記許容範囲を拡大する拡大手段とを備えることを特徴とする組電池の容量調整装置。
2. 前記単位電池同士の内部抵抗のばらつきを検出する内部抵抗ばらつき検出手段を更に備え、
   前記拡大手段は、検出される内部抵抗のばらつきが大きい場合、前記許容範囲を拡大することを特徴とする請求項１記載の組電池の容量調整装置。
3. 前記単位電池同士の内部抵抗のばらつきを検出する内部抵抗ばらつき検出手段と、
   前記検出される内部抵抗のばらつきが所定以下である場合、前記許容範囲の拡大を禁止する禁止手段とを更に備えることを特徴とする請求項１又は２記載の組電池の容量調整装置。
4. 前記単位電池同士の内部抵抗のばらつきを検出する内部抵抗ばらつき検出手段を更に備え、
   前記拡大手段は、前記検出される内部抵抗のばらつき度合いの定量値と前記組電池を流れる電流との積が大きい場合、前記許容範囲を拡大することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の組電池の容量調整装置。
5. 前記均等化手段は、前記単位電池のうち電圧の高いものを放電させる処理によって前記ばらつきを抑制するものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の組電池の容量調整装置。
6. 前記均等化手段は、前記組電池を構成して且つ隣接する所定個数の単位電池の電圧を前記所定個数で分圧するための抵抗体を備え、該抵抗体による分圧値と対応する正極電位とを入力として前記放電する処理を行うものであることを特徴とする請求項５記載の組電池の容量調整装置

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