JP7326659B2 - 二次電池モジュールのセルバランス制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数のセルが接続されて構成される二次電池モジュールのセルバランス制御装置および制御方法に関する。

従来、この種の二次電池モジュールのセルバランス制御装置および制御方法としては、例えば、特許文献１に開示された状態管理装置および蓄電素子の均等化方法がある。

同文献には、オリビン鉄系リチウムイオン二次電池を蓄電素子（以下、セルと呼ぶ）とする二次電池モジュールにおける、各セルに充電される電池容量を均等化する技術がセルバランス制御技術として開示されている。このセルバランス制御技術では、各セルの電圧が、セルの充電容量を示す充電率（ＳＯＣ：State Of Charge）の９０％以上の基準電圧に到達する時間を監視する。そして、各セルの電圧が基準電圧に到達すると、到達順位に対応する放電時間にわたって、到達順位順に各セルの放電を行わせる。したがって、個々のセルに対して設定された放電時間にわたって各セルが確実に放電するため、各セルへの充電が均等化して行われる。

特許第６１０６９９１号公報

上記従来のセルバランス制御技術においては、上記のように、各セルの充電容量を各セルの電圧を基に判断し、基準電圧への到達順位が早いセルは充電容量が大きいものとして、早い時間から長い固定時間にわたって放電を行うことで、各セルへの充電の均等化を図っている。しかしながら、基準電圧への到達順位が早い順だけにしたがって各セルの放電を行うと、劣化が進んで充電容量が小さくなったセルについても、早い順から放電が行われてしまうことがある。このため、上記従来のセルバランス制御技術においては、各セルへの充電を健全に均等化して行うことは難しい。

本発明は、このような点を鑑みてなされたもので、各セルの劣化を反映して各セルへの充電の均等化を健全に行うことができる二次電池モジュールのセルバランス制御装置および制御方法を提供することを目的とする。

このために本発明は、複数のセルが接続されて構成される二次電池モジュールにおける各セルの電圧および温度をそれぞれ測定する測定手段と、複数のセルの中で測定手段によって最も高く測定される温度のセルと最も低く測定されるものから順に低く測定される各温度のセルとの各第１温度差をそれぞれ算出する第１温度差算出手段と、各第１温度差の継続時間を計時する計時手段と、第１温度差算出手段によって算出される第１温度差が所定の温度以上で、かつ、計時手段によって計時される第１温度差の継続時間が所定の時間以上のセルの対がある場合、二次電池モジュールへの充電時に測定手段によって測定される電圧が複数のセルの中で最も高い所定の電圧に最先に達する最先セルが、測定手段によって最も高く測定される温度のセルであるか判断する判断手段と、最先セルが測定手段によって最も高く測定される温度のセルでないと判断手段によって判断された場合、最先セルについて放電するようにセルバランス回路を制御する制御手段とを備えて、二次電池モジュールのセルバランス制御装置を構成した。

また、本発明は、二次電池モジュールを構成する各セルの電圧および温度をそれぞれ測定する電圧および温度測定ステップと、複数のセルの中で最も高く測定される温度のセルと最も低く測定されるものから順に低く測定される各温度のセルとの各第１温度差をそれぞれ算出する第１温度差算出ステップと、各第１温度差の継続時間を計時する計時ステップと、第１温度差算出ステップで算出される第１温度差が所定の温度以上で、かつ、計時ステップで計時される第１温度差の継続時間が所定の時間以上のセルの対がある場合、二次電池モジュールへの充電時に測定部によって測定される電圧が複数のセルの中で最も高い所定の電圧に最先に達する最先セルが、最も高く測定される温度のセルであるか判断する判断ステップと、最先セルが最も高く測定される温度のセルでないと判断ステップで判断された場合、最先セルについて放電するようにセルバランス回路を制御する制御ステップとを備えて、二次電池モジュールのセルバランス制御方法を構成した。

本構成によれば、複数のセルの中で最も高く測定される温度のセルと、最も低く測定されるものから順に低く測定される各温度のセルとの各第１温度差が、それぞれ算出される。また、算出された各第１温度差の継続時間が計時される。第１温度差が所定の温度以上で、かつ、第１温度差の継続時間が所定の時間以上のセルの対がある場合、二次電池モジュールにおける複数のセルの中のいずれかのセルについて、劣化が進行しているものが存在する可能性があると判断される。この場合、二次電池モジュールへの充電時に測定手段によって測定される電圧が複数のセルの中で最も高い所定の電圧に最先に達する最先セルが、最も高く測定される温度のセルであるかの判断が行われる。この最先セルが、最も高く測定される温度のセルでないと判断される場合、その最先セルは劣化が更に進んでいないものと判断され、最先セルについて放電するようにセルバランス回路の制御が行われて、二次電池モジュールのセルバランス制御が行われる。

本構成では、このように、充電時に所定の電圧に最先に達する最先セルについて、放電によるセルバランス制御が行われる前に、その最先セルが最も高く測定される温度のセルであるかの判断が行われることで、その最先セルが、劣化が更に進んだために満充電時の容量が小さくなって、充電時に所定の電圧に最先に達しているかの判断が行われる。セルの放電によるセルバランス制御は、充電時に所定の電圧に最先に達する最先セルであって、しかも、劣化の更なる進行によって満充電時の容量が小さくなったものでないセルについて行われる。このため、本構成によれば、各セルの劣化を反映して各セルへの充電の均等化を健全に行うことができるようになる。

また、本発明は、複数のセルの中で最も電圧の高い最高電圧セルと複数のセルの中で最も電圧の低い最低電圧セルとの各電圧差毎に、最高電圧セルと最低電圧セルとの複数の各第２温度差に応じて予め定められた放電時間を記憶する記憶手段を備え、
制御手段が、最先セルが測定手段によって最も高く測定される温度のセルでないと判断手段によって判断された場合、最先セルと最低電圧セルとについての電圧差および第２温度差に応じて記憶手段に記憶される放電時間だけ、最先セルについて放電するようにセルバランス回路の制御を行うことを特徴とする。

本構成によれば、記憶手段には、最高電圧セルと最低電圧セルとの各電圧差毎に、最高電圧セルと最低電圧セルとの複数の各第２温度差に応じて、劣化の進行度合いに応じて最適な値に予め定められた、最先セルの放電時間が記憶される。制御手段による最先セルの放電は、最高電圧セルである最先セルと最低電圧セルとの電圧差および第２温度差に応じて記憶手段に記憶される放電時間だけ行われる。このため、制御手段による最先セルについての放電が劣化状態に応じた最適な時間だけ行われるようになり、各セルの充電容量は各セルの劣化状態が考慮されてバランス良く均等化されるようになる。

また、本発明は、制御手段が、最先セルが測定手段によって最も高く測定される温度のセルであると判断手段によって判断された場合、最先セルについて放電しないようにセルバランス回路の制御を行うことを特徴とする。

本構成によれば、最先セルが測定手段によって最も高く測定される温度のセルであると判断手段によって判断された場合、その最先セルは劣化が更に進んでいるものと判断され、制御手段によるセルバランス制御はその最先セルについて行われない。このため、劣化が更に進んだ最先セルが過放電状態に陥ることが防止され、二次電池モジュールの製品寿命が短命化することが防げる。

本発明によれば、各セルの劣化を反映して各セルへの充電の均等化を健全に行うことができる二次電池モジュールのセルバランス制御装置および制御方法を提供することができる。

本発明の一実施形態による二次電池モジュールのセルバランス制御装置を用いて構成されるバッテリマネジメントシステムの概略構成を示すブロック図である。 図１に示す二次電池モジュールを構成する各セルの充電特性を示すグラフである。 図１に示すバッテリマネジメントユニットの記憶手段に記憶される経過時間管理テーブルを示す表図である。 図１に示すバッテリマネジメントユニットの記憶手段に記憶される放電時間テーブルを示す表図である。 本発明の一実施形態による二次電池モジュールのセルバランス制御方法を示すフローチャートである。

次に、本発明の一実施の形態による二次電池モジュールのセルバランス制御装置および制御方法を、オリビン鉄系リチウムイオン二次電池モジュールのセルバランス制御装置および制御方法に適用した場合について説明する。

図１は、本発明の一実施形態による二次電池モジュールのセルバランス制御装置を用いて構成されるバッテリマネジメントシステム（以下、ＢＭＳ（Battery Management System）と記す）１の概略構成を示すブロック図である。

ＢＭＳ１は、複数のバッテリユニット２、バッテリマネジメントユニット（以下、ＢＭＵ（Battery Management Unit）と記す）３、充放電制御部４および充放電切替スイッチ５を備えて構成される。各バッテリユニット２は、セルＮｏ．１～Ｎｏ．８の８個の複数のセル２１ａ，２１ｂ，…，２１ｈ（以下、総称するときはセル２１）が直列に接続されて構成される二次電池モジュール２２、各二次電池モジュール２２に並列に接続されたセルバランス回路２３、および、モジュールモニタリングユニット（以下、ＭＭＵ（Module Monitoring Unit）と記す）２４を備える。

二次電池モジュール２２は、オリビン鉄系リチウムイオン二次電池モジュールであり、各セル２１の正極にオリビン型リン酸鉄、負極にグラファイト系材料が用いられている。オリビン鉄系リチウムイオン二次電池モジュールでは、電極としてコバルト系の電極材料を用いる必要がなく、コバルト系の電極材料を用いる二次電池モジュールと比べて安価で安全性が高い長所を有している。

セルバランス回路２３は、セル２１に充電された電荷を放電する図示しない抵抗およびスイッチを各セル２１毎に有し、ＭＭＵ２４からの放電制御信号に応じてスイッチを閉じることで、各セル２１に充電された電荷を抵抗を介して個別に放電する。ＭＭＵ２４は、各セル２１の端子間電圧、通電電流および温度等の測定、および、ＢＭＵ３からの指示に応じてセルバランス回路２３の放電制御を行う。ＭＭＵ２４は、各セル２１の電圧および温度をそれぞれ測定する測定手段を構成し、測定した各セル２１の電圧および温度をＢＭＵ３へ出力する。

ＢＭＵ３は、内蔵している図示しないＲＡＭ（読み書き可能メモリ）に記憶されているデータ、および、内蔵している図示しないＲＯＭ（読み出し専用メモリ）に記憶されている制御プログラムに従って、内蔵している図示しないＣＰＵ（中央演算装置）が、本実施形態に係る二次電池モジュール２２のセルバランス制御を後述するように行う。

また、ＢＭＵ３は、充放電切替スイッチ５の切替制御を行って、各バッテリユニット２の充放電制御を充放電制御部４によって行う。すなわち、充放電切替スイッチ５の切替接続状態がＢＭＵ３の切替制御によって図示する状態に切り替えられると、各バッテリユニット２に充電された電荷が充放電制御部４を構成する放電制御部４１によってソケット６に接続される図示しない負荷へ放電される。また、充放電切替スイッチ５の切替接続状態がＢＭＵ３の切替制御によって図示する状態と反対側に切り替えられると、充放電制御部４を構成する充電制御部４２により、プラグ７に接続される図示しない電源から各バッテリユニット２へ充電が行われる。

図２は、オリビン鉄系リチウムイオン二次電池モジュール２２を構成する各セル２１の充電特性を示すグラフである。同グラフの横軸は充電率（以下、ＳＯＣと記す）[％]、縦軸はセル２１の端子間電圧[Ｖ]である。また、各特性線２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，…は、各セル２１の充電率変化に対する端子間電圧の電圧特性である。オリビン鉄系リチウムイオン二次電池モジュール２２の充電特性として、セル２１の端子間電圧は、ＳＯＣが約２０～８０％程度の充電中期の領域Ａにおいて平坦な電圧特性を示し、ＳＯＣが約８０％程度以上の充電末期の領域Ｂにおいて急激に増加する電圧特性を示す。同グラフには図示していないが、ＳＯＣが約２０％程度以下の充電初期においても、セル２１の端子間電圧は急激に増加する電圧特性を示す。

本実施形態では、ＢＭＵ３のＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されるコンピュータプログラムにしたがうソフトウエア制御により、第１温度差算出手段、計時手段、判断手段および制御手段を構成する。なお、電子回路を回路基板に組むことで形成される電子回路のハードウエア構成によっても、これら各手段を同様に構成することができる。

第１温度差算出手段は、複数のセル２１ａ，２１ｂ，…，２１ｈの中でＭＭＵ２４によって最も高く測定される温度の最高温度セル２１THと、最も低く測定されるものから順に低く測定される各温度の最低温度セル２１TLとの各第１温度差αを、それぞれ算出する。計時手段は、ＢＭＵ３が内蔵している図示しないカウンタのカウンタ値により、各第１温度差αの継続時間Ｈを計時する。判断手段は、第１温度差算出手段によって算出される第１温度差αが所定の温度以上で、かつ、計時手段によって計時される第１温度差αの継続時間Ｈが所定の時間以上のセル２１の対がある場合、充電制御部４２による二次電池モジュール２２への充電時にＭＭＵ２４によって測定される端子間電圧が、複数のセル２１ａ，２１ｂ，…，２１ｈの中で最も高い所定の電圧Ｋに最先に達する最先セル２１ｎが、最高温度セル２１THであるか否かを判断する。

本実施形態では、第１温度差αについての所定の温度が３．０[℃]、第１温度差αの継続時間Ｈについての所定の時間が３０[ｓｅｃ]に設定され、ＢＭＵ３の記憶手段に予め記憶されている。また、最先セル２１ｎが最先に達する所定の電圧Ｋは、図２のグラフに示される、領域Ｂにおける電圧Ｋ[Ｖ]に設定されている。この電圧Ｋの値は、各二次電池モジュール２２を充電している間に、セルバランス制御を行うためのセル２１の放電が行える、領域Ｂにおける値、例えば、ＳＯＣが８０～９０[％]程度の範囲内の値に設定される。具体的には、領域Ａの平坦領域におけるセル２１の電圧が３．０～３．１[Ｖ]程度の場合には、電圧Ｋは、３．１[Ｖ]よりも大きい、ＳＯＣが上記範囲内の値の３．７[Ｖ]に設定される。電圧Ｋの値はＢＭＵ３の記憶手段に予め記憶されている。

最先セル２１ｎがＭＭＵ２４によって最も高く測定される温度の最高温度セル２１THでないとＢＭＵ３の判断手段によって判断された場合、ＢＭＵ３の制御手段は、最先セル２１ｎについて放電するようにセルバランス回路２３の制御を行う。また、ＢＭＵ３、ＭＭＵ２４は、二次電池モジュール２２のセルバランス制御装置を構成する。

図３は、ＢＭＵ３に内蔵されるＲＡＭに記憶される経過時間管理テーブルを例示する表図である。この経過時間管理テーブルには、充電制御部４２による二次電池モジュール２２への充電時に、複数のセル２１ａ，２１ｂ，…，２１ｈの中でＭＭＵ２４によって最も高く測定される温度の最高温度セル２１THのセルＮｏ．およびその温度、最も低く測定されるものから順に低く測定される各温度の最低温度セル２１TLのセルＮｏ．およびその温度、その最高温度セル２１THと最低温度セル２１TLとのセル対の第１温度差α、並びに、その第１温度差αの継続時間Ｈが記憶される。経過時間管理テーブルに記憶されるこれら各値はＢＭＵ３によって定期的に更新される。

図３に示される経過時間管理テーブルの１行目には、セルバランス制御が最初に行われるセル対の候補の一例として、最高温度セル２１THであるセル２１ｄのセルＮｏ．４およびその温度３７．０[℃]、最低温度セル２１TLであるセル２１ｈのセルＮｏ．８およびその温度３３．８[℃]、それら最高温度セル２１THおよび最低温度セル２１TLのセル対の第１温度差３．２[℃]、並びに、その第１温度差３．２[℃]の継続時間３３[ｓｅｃ]が記憶されている。また、２行目には、セルバランス制御が次に行われるセル対の候補の一例として、最高温度セル２１THであるセル２１ｄのセルＮｏ．４およびその温度３７．０[℃]、温度が最も低く測定されるセルＮｏ．８のセル２１ｈから次に低く測定されるセル２１ａのセルＮｏ．１およびその温度３４．０[℃]、それら最高温度セル２１THおよび最低温度セル２１TLのセル対の第１温度差３．０[℃]、並びに、その第１温度差３．０[℃]の継続時間３０[ｓｅｃ]が記憶されている。

図４は、ＢＭＵ３に内蔵されるＲＡＭに記憶される放電時間テーブルを例示する表図である。この放電時間テーブルには、複数のセル２１ａ，２１ｂ，…，２１ｈの中で最も電圧の高い最高電圧セル２１VHと、複数のセル２１ａ，２１ｂ，…，２１ｈの中で最も電圧の低い最低電圧セル２１VLとの各電圧差Ｖｄ毎に、最高電圧セル２１VHと最低電圧セル２１VLとの複数の各第２温度差βに応じて予め定められた放電時間Ｔが記憶されている。ＢＭＵ３に内蔵されるＲＡＭは、この放電時間Ｔを記憶する記憶手段を構成する。

図４に示される放電時間テーブルには、最高電圧セル２１VHと最低電圧セル２１VLとの０．１[Ｖ]の電圧差Ｖｄについて、最高電圧セル２１VHと最低電圧セル２１VLとの複数の各第２温度差１．０[℃]、１．１[℃]、１．２[℃]および１．３[℃]に応じてそれぞれ予め定められた放電時間１０[ｓｅｃ]、１５[ｓｅｃ]、２０[ｓｅｃ]および２５[ｓｅｃ]が、記憶されている。また、最高電圧セル２１VHと最低電圧セル２１VLとの０．３[Ｖ]の電圧差Ｖｄについて、最高電圧セル２１VHと最低電圧セル２１VLとの複数の各第２温度差３．０[℃]、３．１[℃]、３．２[℃]および３．３[℃]に応じてそれぞれ予め定められた放電時間４０[ｓｅｃ]、４５[ｓｅｃ]、５０[ｓｅｃ]および５５[ｓｅｃ]が、記憶されている。

ＢＭＵ３の制御手段は、最先セル２１ｎが最高温度セル２１THでないと、判断手段を構成するＢＭＵ３によって判断された場合、最先セル２１ｎと最低電圧セル２１VLとについての電圧差Ｖｄおよび第２温度差βに応じて放電時間テーブルに記憶される放電時間Ｔだけ、最先セル２１ｎについて放電するようにセルバランス回路２３の制御を行う。また、制御手段は、最先セル２１ｎが最高温度セル２１THであると判断手段によって判断された場合、最先セル２１ｎについて放電しないようにセルバランス回路２３を制御する。

図５は、本発明の一実施形態による二次電池モジュール２２のセルバランス制御方法を示すフローチャートである。

充電制御部４２による二次電池モジュール２２への充電時、最初に、図５、ステップ（以下、Ｓと記す）１０１の温度測定ステップにおいて、二次電池モジュール２２を構成する各セル２１のそれぞれの端子間電圧および温度がＭＭＵ２４によって測定される。次に、Ｓ１０２の第１温度差算出ステップにおいて、複数のセル２１ａ，２１ｂ，…，２１ｈの中でＭＭＵ２４によって最も高く測定される温度の最高温度セル２１VHと、最も低く測定されるものから順に低く測定される各温度の最低温度セル２１VLとの各第１温度差αが、それぞれ、ＢＭＵ３の第１温度差算出手段によって算出される。次に、Ｓ１０３の計時ステップにおいて、各第１温度差αの継続時間ＨがＢＭＵ３の計時手段によって計時される。次に、Ｓ１０４において、Ｓ１０２で算出された最高温度セル２１VHと最低温度セル２１VLとのセル対についての第１温度差α、およびＳ１０３で計時されたその第１温度差αの継続時間Ｈについてのデータが、ＢＭＵ３のＣＰＵによって経過時間管理テーブルに記憶される。

次に、Ｓ１０５の判断ステップにおいて、経過時間管理テーブル（図３参照）が参照されて、Ｓ１０２で算出される第１温度差αが所定の温度３．０[℃]以上で、かつ、Ｓ１０３で計時される第１温度差αの継続時間Ｈが所定の時間３０[ｓｅｃ]以上のセル２１の対があるか否か、ＢＭＵ３の判断手段によって判断される。このセル２１の対が無くて、Ｓ１０５の判断結果がＮｏの場合、処理はＳ１０１に戻ってＳ１０１～Ｓ１０５の処理が繰り返される。一方、このセル２１の対が有る場合、例えば、経過時間管理テーブルが図３に示されるときには、セルＮｏ．４のセル２１ｄとセルＮｏ．８のセル２１ｈとの第１候補のセル対が有るので、Ｓ１０５の判断結果はＹｅｓとなる。この場合、次に、Ｓ１０６の判断ステップにおいて、複数のセル２１ａ，２１ｂ，…，２１ｈの中でいずれかのセル２１が、最も高い所定の電圧Ｋに最先に達したか否か、ＢＭＵ３の判断手段によって判断される。いずれのセル２１も所定の電圧Ｋに達するものが無く、Ｓ１０６の判断結果がＮｏの場合、Ｓ１０６の処理が繰り返される。

一方、いずれかのセル２１が所定の電圧Ｋに最先に達すると、そのセル２１が最先セル２１ｎとされて、Ｓ１０６の判断結果がＹｅｓになる。Ｓ１０６の判断結果がＹｅｓになると、次に、Ｓ１０７の判断ステップにおいて、最先セル２１ｎが、ＭＭＵ２４によって最も高く測定される温度の最高温度セル２１THであるか否か、ＢＭＵ３の判断手段によって判断される。

最高電圧セル２１VHとなる最先セル２１ｎは、通常、典型的には温度が低くて充電可能な容量が小さい。このため、最先セル２１ｎが最高温度セル２１THで無くて、Ｓ１０７の判断結果がＮｏの場合、次に、Ｓ１０８の制御ステップで、放電時間テーブル（図４参照）が参照されて、最先セル２１ｎと最低電圧セル２１VLとの電圧差Ｖｄおよび第２温度差βに応じて、放電時間ＴがＢＭＵ３の制御手段により決定される。次に、Ｓ１０９の制御ステップで、Ｓ１０８で決定された放電時間Ｔだけ、最先セル２１ｎについて放電するようにセルバランス回路２３を制御する処理がＢＭＵ３の制御手段によって行われる。

一方、通常、温度が高いセル２１は典型的には充電可能な容量が大きくて、充電時に直ぐには所定の電圧Ｋに達しない。しかし、温度が高いためにセル２１の劣化が更に進んで満充電時の容量が小さくなり、図２に例示される平坦領域Ａが縮小することで、充電時に直ぐに所定の電圧Ｋに達するものがある。したがって、最高電圧セル２１VHとなる最先セル２１ｎであっても、最高温度セル２１THであって、かつ、最低温度セル２１VLとの第１温度差αが所定時間Ｔ継続するものがある。この場合、例えば、図３の経過時間管理テーブルに示すセルの中でセルＮｏ．４のセル２１ｄが、劣化が更に進んでいるものと判断されるとする。この場合には、最先セル２１ｎが最高温度セル２１THであって、Ｓ１０７の判断結果がＹｅｓであり、Ｓ１１０の処理で、最先セル２１ｎについて放電しないようにセルバランス回路２３を制御する処理が、ＢＭＵ３の制御手段により行われる。

Ｓ１０９の処理、または、Ｓ１１０の処理の後、次に、Ｓ１１１の判断ステップにおいて、経過時間管理テーブル（図３参照）が参照されて、第１温度差αが所定の温度３．０[℃]以上で、かつ、第１温度差αの継続時間Ｈが所定の時間３０[ｓｅｃ]以上のセル２１の対が残っているか否か、ＢＭＵ３の判断手段によって判断される。このセル２１の対が無くて、Ｓ１１１の判断結果がＮｏの場合、ＢＭＵ３によるセルバランス制御処理が終了する。一方、このセル２１の対が有って、Ｓ１１１の判断結果がＹｅｓの場合、例えば、図３に示す経過時間管理テーブルのように、第１温度差αが所定の温度３．０[℃]以上で、かつ、第１温度差αの継続時間Ｈが所定の時間３０[ｓｅｃ]以上の、セルＮｏ．４のセル２１ｄとセルＮｏ．１のセル２１ａとの第２候補のセル対がある場合、Ｓ１０６～Ｓ１１０の上述した処理が繰り返される。

このような本実施形態による二次電池モジュール２２のセルバランス制御装置および制御方法によれば、上記のように、複数のセル２１ａ，２１ｂ，…，２１ｈの中で最も高く測定される温度の最高温度セル２１THと、最も低く測定されるものから順に低く測定される各温度の最低温度セル２１TLとの各第１温度差αが、Ｓ１０２で第１温度差算出手段によってそれぞれ算出される。また、算出された各第１温度差αの継続時間が、Ｓ１０３で計時手段によって計時される。第１温度差αが所定の温度３．０[℃]以上で、かつ、第１温度差αの継続時間Ｈが所定の時間３０[ｓｅｃ]以上のセル２１の対があるとＳ１０５で判断された場合、二次電池モジュール２２における複数のセル２１ａ，２１ｂ，…，２１ｈの中のいずれかのセル２１について、劣化が進行しているものが存在する可能性があると、ＢＭＵ３の判断手段を構成するＣＰＵによって判断される。

この場合、二次電池モジュール２２への充電時に所定の電圧Ｋに最先に達する最先セル２１ｎが最高温度セル２１THであるかの判断が、判断手段によってＳ１０６およびＳ１０７でさらに行われる。この最先セル２１ｎが、最高温度セル２１THでないと判断される場合、その最先セル２１ｎは劣化が更に進んでいないものと判断され、最先セル２１について放電するようにセルバランス回路２３を制御する処理が制御手段によりＳ１０８で行われて、二次電池モジュール２２のセルバランス制御が行われる。

本実施形態による二次電池モジュール２２のセルバランス制御装置および制御方法では、このように、二次電池モジュール２２への充電時に所定の電圧Ｋに最先に達する最先セル２１ｎについて、放電によるセルバランス制御が行われる前に、その最先セル２１ｎが最高温度セル２１THであるかの判断が行われることで、その最先セル２１ｎが、劣化が更に進んだために満充電時の容量が小さくなって、充電時に所定の電圧Ｋに最先に達しているかの判断が行われる。セル２１の放電によるセルバランス制御は、充電時に所定の電圧Ｋに最先に達する最先セル２１ｎであって、しかも、劣化の更なる進行によって満充電時の容量が小さくなったものでないセル２１について行われる。このため、本実施形態による二次電池モジュール２２のセルバランス制御装置および制御方法によれば、各セル２１の劣化を反映して各セル２１への充電の均等化を健全に行うことができるようになる。

また、本実施形態による二次電池モジュール２２のセルバランス制御装置および制御方法によれば、ＢＭＵ３の記憶手段には、最高電圧セル２１VHと最低電圧セル２１VLとの各電圧差Ｖｄ毎に、最高電圧セル２１VHと最低電圧セル２１VLとの複数の各第２温度差βに応じて、劣化の進行度合いに応じて最適な値に予め定められた、最先セル２１ｎの放電時間Ｔが、図４に示す放電時間テーブルのように記憶される。制御手段による最先セル２１ｎの放電は、最高電圧セル２１VHである最先セル２１ｎと最低電圧セル２１VLとの電圧差Ｖｄおよび第２温度差βに応じて、放電時間テーブルに記憶される放電時間Ｔだけ行われる。このため、制御手段による最先セル２１ｎについての放電が劣化状態に応じた最適な時間だけ行われるようになり、各セル２１の充電容量は各セル２１の劣化状態が考慮されてバランス良く均等化されるようになる。

また本実施形態による二次電池モジュール２２のセルバランス制御装置および制御方法によれば、最先セル２１ｎがＭＭＵ２４によって最も高く測定される温度の最高温度セル２１THであると判断手段によって判断された場合、その最先セル２１ｎは劣化が更に進んでいるものと判断され、制御手段によるセルバランス制御はその最先セル２１ｎについて行われない。このため、劣化が更に進んだ最先セル２１ｎが過放電状態に陥ることが防止され、二次電池モジュール２２の製品寿命が短命化することが防げる。

上記の実施形態による二次電池モジュール２２のセルバランス制御装置および制御方法は、オリビン鉄系リチウムイオン二次電池モジュールのセルバランス制御装置および制御方法に適用した場合について説明した。しかし、本発明は、オリビン鉄系リチウムイオン二次電池モジュール以外の二次電池モジュールのセルバランス制御装置および制御方法にも、同様に適用することができる。そして、その場合にも、上記の実施形態によるセルバランス制御装置および制御方法と同様な作用効果が奏される。

１：バッテリマネジメントシステム（ＢＭＳ）
２：電池ユニット
２１ａ，２１ｂ，…，２１ｈ：セル
２２：二次電池モジュール
２３：セルバランス回路
２４：モジュールモニタリングユニット（ＭＭＵ）
３：バッテリマネジメントユニット（ＢＭＵ）
４：充放電制御部
４１：放電制御部
４２：充電制御部
５：放電切替スイッチ
６：ソケット
７：プラグ

Claims (4)

1. 複数のセルが接続されて構成される二次電池モジュールにおける各前記セルの電圧および温度をそれぞれ測定する測定手段と、
   複数の前記セルの中で前記測定手段によって最も高く測定される温度の前記セルと最も低く測定されるものから順に低く測定される各温度の前記セルとの各第１温度差をそれぞれ算出する第１温度差算出手段と、
   各前記第１温度差の継続時間を計時する計時手段と、
   前記第１温度差算出手段によって算出される前記第１温度差が所定の温度以上で、かつ、前記計時手段によって計時される前記第１温度差の継続時間が所定の時間以上の前記セルの対がある場合、前記二次電池モジュールへの充電時に前記測定手段によって測定される電圧が複数の前記セルの中で最も高い所定の電圧に最先に達する最先セルが、前記測定手段によって最も高く測定される温度の前記セルであるか判断する判断手段と、
   前記最先セルが前記測定手段によって最も高く測定される温度の前記セルでないと前記判断手段によって判断された場合、前記最先セルについて放電するようにセルバランス回路を制御する制御手段と、
   を備える二次電池モジュールのセルバランス制御装置。
2. 複数の前記セルの中で最も電圧の高い最高電圧セルと複数の前記セルの中で最も電圧の低い最低電圧セルとの各電圧差毎に、前記最高電圧セルと前記最低電圧セルとの複数の各第２温度差に応じて予め定められた放電時間を記憶する記憶手段を備え、
   前記制御手段は、前記最先セルが前記測定手段によって最も高く測定される温度の前記セルでないと前記判断手段によって判断された場合、前記最先セルと前記最低電圧セルとについての前記電圧差および前記第２温度差に応じて前記記憶手段に記憶される前記放電時間だけ、前記最先セルについて放電するようにセルバランス回路を制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の二次電池モジュールのセルバランス制御装置。
3. 前記制御手段は、前記最先セルが前記測定手段によって最も高く測定される温度の前記セルであると前記判断手段によって判断された場合、前記最先セルについて放電しないようにセルバランス回路を制御する、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の二次電池モジュールのセルバランス制御装置。
4. 二次電池モジュールを構成する各セルの電圧および温度をそれぞれ測定する電圧および温度測定ステップと、
   複数の前記セルの中で最も高く測定される温度の前記セルと最も低く測定されるものから順に低く測定される各温度の前記セルとの各第１温度差をそれぞれ算出する第１温度差算出ステップと、
   各前記第１温度差の継続時間を計時する計時ステップと、
   前記第１温度差算出ステップで算出される前記第１温度差が所定の温度以上で、かつ、前記計時ステップで計時される前記第１温度差の継続時間が所定の時間以上の前記セルの対がある場合、前記二次電池モジュールへの充電時に測定される電圧が複数の前記セルの中で最も高い所定の電圧に最先に達する最先セルが、最も高く測定される温度の前記セルであるか判断する判断ステップと、
   前記最先セルが最も高く測定される温度の前記セルでないと前記判断ステップで判断された場合、前記最先セルについて放電するようにセルバランス回路を制御する制御ステップと、
   を備える二次電池モジュールのセルバランス制御方法。

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