JP2002281687A - Charging status control method and device - Google Patents

Charging status control method and device

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JP2002281687A
JP2002281687A JP2001080672A JP2001080672A JP2002281687A JP 2002281687 A JP2002281687 A JP 2002281687A JP 2001080672 A JP2001080672 A JP 2001080672A JP 2001080672 A JP2001080672 A JP 2001080672A JP 2002281687 A JP2002281687 A JP 2002281687A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control method and device which control a charging status of a battery pack, comprising a plurality of unit cells, which are chargeable/dischargeable secondary batteries and connected in series with each other, and can regulate variations between the unit cells, using a simple constitution. SOLUTION: All discharge circuit Pi1-Pin, connected in parallel with respective unit cells Ci1-Cin have Zener diodes Dp, resistors Rp, and transistors Tp which are connected in series, respectively. By turning on/off a transistor Td, the starts and stops of the discharge circuits Pi1-Pin of respective cell groups CGi can be batch controlled. While the ignition switch is in off-state, charging of a battery pack which makes the voltages of all the unit cells C11-Cmn to be not lower than a regulation voltage (a reverse breakdown voltage of the Zener diode Dp) Vz, and discharging by the discharge circuits P11-Pmn are carried out, to make the voltages of all the unit cells C11-Cmn equal to the regulation voltage Vz.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for controlling the state of charge of a large number of unit cells connected in series to form a battery pack.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art Conventionally, for the purpose of protecting the global environment, an electric vehicle (EV) that does not emit exhaust gas or a hybrid electric vehicle (HE) that can significantly reduce the emission of exhaust gas have been developed.
V) is being researched and developed, of which HEV is already in the stage of commercialization.

【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。
As secondary batteries (batteries) used as power sources for these HEVs and EVs, lead batteries, nickel-cadmium batteries, nickel-metal hydride batteries and the like are known.
Lithium batteries that have a high weight energy density (about four times that of lead batteries of the same capacity and about twice that of nickel-metal hydride batteries) and that can be expected to be smaller and lighter have attracted attention.

【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。
[0004] Further, since a voltage of about 300 V is required for driving a motor in an HEV or an EV to drive an automobile, the above-mentioned battery is formed by connecting a large number of unit cells (unit cells) in series. Used as a battery. For example,
It is necessary to connect 150 unit cells in a lead battery (about 2 V / cell), 250 unit cells in a nickel hydride battery (about 1.2 V / cell), and 80 unit cells in a lithium secondary battery (about 3.6 V / cell).

【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。
[0005] These unit cells are vulnerable to overcharge and overdischarge, and unless used at a voltage within a specified range of use, the decomposition of the material causes a significant decrease in capacity and abnormal heat generation, making it unusable. Could be. In each of the unit cells constituting the assembled battery, the chargeable capacity varies due to individual differences in performance, differences in ambient temperature, leakage current, and the like, and the current flowing through each unit cell during charging and discharging of the assembled battery is the same for all unit cells. Nevertheless, it is known that the remaining capacity (SOC) of each unit cell, and thus the voltage across each unit cell, varies.

【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。
That is, when used as a battery pack,
Cell voltage variations due to variations in the remaining capacity among the unit cells must be sufficiently suppressed so that each unit cell constituting the assembled battery is not overcharged or overdischarged. In a conventional battery pack using a lead battery, a NiCd battery, a nickel-metal hydride battery, or the like as a unit cell, the voltage across the battery pack is monitored, and the voltage across the battery (and thus the average cell voltage of each unit cell constituting the battery pack) is calculated. The overdischarge and overcharge of the unit cell could be prevented by controlling the charge and discharge to be within the predetermined voltage range. Or overdischarge progresses, causing a problem that performance is deteriorated to such an extent that the battery cannot be used.

【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。
[0007] That is, in a lead battery, a nickel cadmium battery, a nickel hydride battery secondary battery or the like constituted by using a water-soluble electrolytic solution, the unit is formed by electrolysis of water and substitution reaction (sealing reaction) generated at the time of overcharge. Since the variation between cells is eliminated to some extent (equal charging), overdischarge and overcharge can be prevented by controlling the voltage across the assembled battery (average cell voltage of each unit cell constituting the assembled battery). However, in a lithium battery configured using an organic electrolytic solution, the above-mentioned uniform charging is not performed because a sealing reaction does not occur, and the method of controlling the both-end voltage (average cell voltage) of the assembled battery causes variation. Is increasing, and overcharging and overdischarging progress.

【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。
On the other hand, as a method of eliminating variations in cell voltage between unit cells constituting an assembled battery without depending on a sealing reaction, for example, a Zener diode is connected in parallel to each unit cell. The reverse breakdown voltage of the Zener diode is used as a threshold to prevent the cell voltage from being charged beyond the threshold (Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-206179). Is connected in parallel with each unit cell, and when the cell voltage fluctuates, the bypass circuit of the unit cell having a high cell voltage is operated, and the charging current is shunted (bypassed) to the bypass circuit. In addition, there has been proposed a device which adjusts so as to reduce the variation in voltage between unit cells (JP-A-8-19188).

【0009】[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。
However, in the former case in which a Zener diode is connected in parallel to each unit cell, a large regenerative current,
In other words, the zener diode operates even when a current for charging the battery pack is generated, so that a special high-capacity zener diode that can withstand such a large current has to be used. Further, in this case, in order to suppress the variation of the unit cells, it is necessary to supply the charging current until all the Zener diodes are activated. Immediately after performing such a variation adjustment, each unit cell is in a state where further charging is not possible. Therefore, even if a regenerative current occurs, all of the unit cells are bypassed by the bypass circuit, and the regenerative current is effectively used. There was a problem that you can not. Furthermore, since the bypass circuit operates frequently when the threshold voltage of the Zener diode is low, the threshold value must be set to be approximately equal to the upper limit of the operating voltage range of the unit cell. However, there is also a problem that the degree of freedom of design is low.

【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。
On the other hand, in the latter case, in which a bypass circuit whose operation can be controlled from the outside is connected in parallel to each unit cell, to implement this, as shown in the reference diagram of FIG. A cell voltage detection circuit (VSC) and a bypass circuit BP including a resistor and a switch are provided, and the CPU is mainly configured to determine a variation state between unit cells based on a cell voltage detected in each VSC. In addition, a control device that executes processing such as controlling the bypass circuit according to the determination result is required.

【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。
The number of cells that can be handled by one CPU is 1 due to the problems of withstand voltage, insulation, and controllability.
The limit is about 0 to 20 cells. For this reason, HEV and E
In order to apply to a battery pack in which several tens to several hundreds of unit cells are connected in series, such as a battery pack used as a power source for V, the whole battery pack is made up of a plurality of cells consisting of n (eg, n = 10) unit cells Each of the cell groups CG1 to CGm is divided into groups CG1 to CGm, and the lower control apparatuses BCU_L1 to BCU_Lm which share voltage detection and variation adjustment are provided for each of the cell groups CG1 to CGm.
It is necessary to provide a higher-level control device BCU_H that controls Lm and adjust the entire assembled battery.

【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。
For example, even a lithium battery that can have a relatively small number of cells needs to provide 4 to 8 cell groups, that is, control devices.
Since many expensive electronic components such as a communication I / F for performing communication between the U and the CPU are required, there is a problem that the device becomes complicated and expensive, and the device becomes large.

【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。
The present invention has been made in order to solve the above problems.
In a control method and apparatus for controlling the state of charge of a battery pack formed by connecting a plurality of chargeable / dischargeable secondary batteries as unit cells in series, it is possible to adjust variation between the unit cells with a simple configuration. With the goal.

【0014】[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。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a state of charge of a battery, wherein a main circuit current flowing through a battery pack can be controlled to a constant state. By flowing the main circuit current during the period, each unit cell constituting the battery pack is charged until the voltage becomes equal to or higher than a preset adjustment voltage, and then the discharge circuit is activated. In addition,
The discharge circuit is provided for each unit cell constituting the assembled battery, and is configured to discharge the unit cell when activated, until the cell voltage of the unit cell reaches a preset adjustment voltage. That is, when the discharge circuit is activated, the cell voltages of the unit cells constituting the battery pack become equal to the adjustment voltage.

【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。
As described above, according to the charge state control method of the present invention, since the cell voltage is adjusted during the quiescent period, the main circuit current fluctuates irregularly during the adjustment, and a large voltage is applied to the discharge circuit. The main circuit current does not flow in, and the discharge circuit can be configured to be small and inexpensive using components having a small current capacity.

【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。
Further, since the discharge by the discharge circuit is automatically terminated, the cell voltage can be reliably adjusted without unnecessarily discharging the unit cell. In addition, since there is no need to constantly monitor the cell voltage of the unit cell during the discharge period, there is no need to provide a configuration for such monitoring, and the device can be realized with a simple device configuration.

【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。
Next, in the charging state control device according to the second aspect, the charging control means supplies the main circuit current during a quiescent period in which the main circuit current flowing through the battery pack can be controlled to a constant state. Thereby, the battery pack is charged, and after the charging by the charge control means is started, the charge state determination means determines that the charge states of all the unit cells constituting the battery pack are higher than the adjustment voltage. In this case, the discharge starting means terminates the charging by the charge control means and starts the cell discharging means.

【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。
Then, the cell discharging means provided for each unit cell constituting the battery pack discharges the unit cell until the cell voltage of the unit cell reaches a preset adjustment voltage. Then, when the cell voltage of the unit cell becomes the regulated voltage and the cell discharging means finishes discharging, the cell discharging means detects this and prevents the cell discharging means from operating even if the cell voltage becomes higher than the regulated voltage. The cell discharging means is stopped.

【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。
That is, a charge state control device according to the present invention realizes the charge state control method according to claim 1.
Therefore, the same effect as in the case where the invention of claim 1 is implemented can be obtained. In the state-of-charge control device of the present invention, the cell discharging means is started only when the cell voltage is adjusted, and is stopped so as not to operate at other times. Can be set to any value.

【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。
The cell discharge means may be, for example,
As described, a unit cell includes a Zener diode whose reverse breakdown voltage is set to an adjustment voltage, a resistor that limits a current flowing through the Zener diode, and a switch element that interrupts a current path in which the resistor and the Zener diode are connected in series. It can be configured by connecting in parallel.
The cell discharging means configured as described above can be started by closing the switch element and stopped by opening the switch element.

【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。
The stationary period in which charging by the charging control means is performed, that is, the stationary period in which the main circuit current can be controlled to a constant state, is, for example, a state in which the assembled battery is HEV or EV.
In the case of the driving battery of the above, it is a period during which a load fluctuation does not occur or a large charging current due to a regenerative current does not flow. Specifically, as described in claim 4, the ignition switch is turned off. The period can be a static period.

【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。
Further, the discharge stopping means detects a time change of the voltage between both ends of the battery pack and, when the time change falls below a preset lower limit value, discharges all the cell discharge means. They may be stopped all at once. That is,
If the discharge by the cell discharge means continues in any one of the unit cells, the voltage across the battery pack changes with time.If this time change becomes sufficiently small, the cell discharge in all the unit cells will occur. It can be considered that the discharge by the means has been completed.

【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。
In this case, there is no need to provide a configuration for detecting the timing for stopping the cell discharge means and a configuration for stopping the cell discharge means based on the detection result for each unit cell. Can be simplified. Note that, instead of the voltage across the battery pack, the average cell voltage of all the unit cells constituting the battery pack or all the cells constituting the battery pack when the battery pack is divided into a plurality of cell groups. The same is true even when the average group voltage of the group is used.

【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。
Next, in the charging state control device according to the present invention, when a predetermined standby time elapses after the cell discharging means is stopped, the activation permitting means activates the charging control means and the cell discharging means. Have been allowed to. Therefore, according to the state-of-charge control device of the present invention, the cell voltage is adjusted in the first stationary state after the elapse of the standby time, and the adjustment is performed almost regularly, and the state of charge (cell voltage) is adjusted. Can be reliably eliminated.

【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。
In the case where the battery pack has one or more cell groups each including a plurality of unit cells, the charging state determination means may include:
For each cell group, the state of charge of each unit cell constituting the cell group may be determined from the detection result of the voltage detection means for detecting the group voltage which is the voltage across the cell group.

【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。
In this case, the discharge control means extracts the lowest cell group having the lowest group voltage from the detection result of the voltage detection means, and configures the lowest cell group. When the average cell voltage of the unit cell is equal to or higher than the target voltage obtained by adding the predicted value of the amount of voltage variation between the unit cells to the adjustment voltage, the state of charge of all the unit cells constituting the assembled battery is equal to or higher than the adjustment voltage. And the cell discharge means may be controlled collectively for each cell group.

【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。
As described above, by performing control in units of cell groups, the configuration of the state-of-charge judging means and discharge control means is greatly simplified as compared with a conventional apparatus in which control is performed in units of unit cells. Therefore, the device can be configured smaller and less expensive. In this case, the standby time used by the above-described activation permission means is set to a length such that the voltage variation between the unit cells does not exceed the predicted value during the standby time. There is a need to.

【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。
However, since the amount of voltage variation between the unit cells exceeds the predicted value, even if there is a unit cell that does not exceed the adjustment voltage after charging by the charge control unit, the cell discharge is not performed in the unit cell. Since the discharging by the means is not performed, by the operation of the state-of-charge control device,
Voltage variations between unit cells are surely compressed.

【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。
Further, the case where the assembled battery is composed of one cell group may be considered that the cell group is the assembled battery itself, and the group voltage is the voltage between both ends of the assembled battery. Next, in the charge state control device according to the ninth aspect, bypass means for bypassing the main circuit current is provided for each cell group, and the bypass control means detects the voltage by the voltage detection means during charging by the charge control means. The bypass unit corresponding to the cell group in which the detected group voltage is equal to or higher than the preset upper limit value is operated. Note that the upper limit value must be set so that the cell voltage of each unit cell constituting the cell group does not exceed the upper limit voltage of the use range when the group voltage becomes equal to the upper limit value. There is.

【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。
In this case, it is possible to reliably prevent the unit cell from being overcharged by the charging by the charging control means, and to improve the reliability of the device. By the way, as the unit cell constituting the assembled battery, various kinds of cells such as a lead battery and a nickel-based battery can be used, but the unit cell is constituted by an electrode made of a material that stores and releases lithium ions. It is desirable to use a rechargeable lithium battery.

【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。
That is, since a lithium battery has a high energy density and a high output voltage, even if the same high voltage is obtained, a battery pack having a small capacity and a large capacity can be constructed. And the charge state control device can be reduced in size and weight. The charge state control device may be applied to a battery pack used for any purpose. For example, as described in claim 11, a power source of an electric vehicle (EV) or a hybrid electric vehicle (HEV) If applied to in-vehicle devices mounted as
And HEV reliability and durability can be improved.

【0032】[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。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram illustrating an overall configuration of an assembled battery system according to an embodiment to which the present invention is applied. Here, a state where the assembled battery system is incorporated in a drive system of a hybrid vehicle (HEV) is illustrated.

【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。
As shown in FIG. 1, the battery pack system 2 of the present embodiment comprises a main power line L, an inverter (INV) 6
The motor 8 is connected to a motor (MG) 8 which also functions as a motor and a generator via a power supply, and further starts and stops the motor 8 and operates the inverter 6 according to the running state of the vehicle and the state of the battery pack system 2. An HEV controller (VCU) 4 for controlling the direction and the like is provided.

【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。
The VCU 4 is set to run using the driving force of the engine when the engine is running at a constant speed with good operating efficiency. At this time, if the charge amount of the battery pack system 2 is insufficient, The driving force from the engine is transmitted to the electric motor 8, and the electric motor 8 operates as a generator.
Is set to be supplied to the battery pack system 2 via the inverter 6, and
To charge.

【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。
On the other hand, at the time of starting or at the time of full acceleration when the operation efficiency of the engine is low, the electric power from the battery pack system 2 is supplied to the motor 8 via the inverter 6, and the motor 8 is supplied from the battery pack system 2. It is set so as to operate as a motor by the supplied electric power, and travels using the driving force from the electric motor 8.

【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。
Next, the assembled battery system 2 of this embodiment includes an assembled battery 10 in which a plurality of unit cells are connected in series using a lithium battery as a rechargeable secondary battery as a unit cell. The battery pack 10 is divided into a plurality of cell groups CG1 to CGm each including a plurality of unit cells Ci1 to Cin (n = 6 in the present embodiment), and the cell groups CGi (i = 1 to m). For each cell group C
A cell variation adjusting circuit CEUi that eliminates variations in cell voltages of the unit cells Ci1 to Cin forming Gi is provided.

【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。
The battery pack system 2 includes a current sensor (CS) 14 for detecting a main circuit current flowing through the main power supply line L when the battery pack 10 is charged and discharged, a detection signal IB from the current sensor 14, 10 ends and cell group CG
Based on voltage signals VS1 to VSm + 1 obtained via cell group voltage detection lines LS1 to LSm + 1 branched from the main power supply line L at the boundary of i, control signals BCis and BCir are sent to each cell variation adjustment circuit CEUi. Output or VC
A battery pack controller (BCU) 12 is provided for executing processes such as outputting various commands CMD to U4. In addition,
The BCU 12 also supplies power to each cell variation adjustment circuit CEUi via a control power supply line LD.

【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。
Then, the cell variation adjusting circuit CEUi
As shown in FIG. 2, for each of the unit cells Ci1 to Cin constituting the cell group CGi, these unit cells Cij (j =
1 to n) and a discharge circuit Pij (j = 1 to n) connected in parallel
Are provided. The discharge circuit Pij includes a Zener diode Dp having a reverse breakdown voltage of the same magnitude as an adjustment voltage Vz described later, a resistor Rp for limiting a current flowing through the Zener diode Dp, and a current path to the Zener diode Dp and the resistor Rp. And a transistor Tp comprising a resistor and a diode.
And a bias circuit Bp for driving ON and OFF. The bias circuit Bp of each discharge circuit Pij is connected to the cell group voltage detection line LSi + 1 via the transistor Td.

【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。
In the cell variation adjusting circuit CEUi, control signals BCis and BCir (hereinafter referred to as “set pulses”) supplied from the BCU 12 are supplied to the RS flip-flop circuit 2 via photocouplers 20 and 22, respectively.
4 and the output of the RS flip-flop circuit 24 turns on / off the transistor Td.

【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。
However, the RS flip-flop circuit 24 is
The output Q is set to a high level by a control signal (hereinafter referred to as a “set pulse”) BCis, and the output Q is reset to a low level by a control signal (hereinafter referred to as a “reset pulse”) BCir. Further, in the cell variation adjusting circuit CEUi, the RS flip-flop circuit 24 operates by receiving power supply from the cell group CGi, and the photocouplers 20 and 22 have input sides via a control power supply line LD from the BCU 12. And the output side operates by receiving power supply from the cell group CGi.

【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。
In the cell variation adjusting circuit CEUi thus configured, when the set pulse BCis is input,
When the transistor Td is turned on, the cell variation adjusting circuit C
Since a current flows through the bias circuits Bp of all the discharge circuits Pi1 to Pin constituting the EUi and the transistor Tp is turned on, in each of the discharge circuits Pi1 to Pin, the unit cells Ci1 to Cin via the resistor Rp and the Zener diode Dp are provided. Can be discharged. However, each discharge circuit Pij performs discharge only when the cell voltage of the unit cell Cij is equal to or higher than the adjustment voltage Vz. On the other hand, when the reset pulse BCir is input, the transistor Td is turned off. As a result, in all of the discharge circuits Pi1 to Pin constituting the cell variation adjusting circuit CEUi, the unit cell Ci1 via the resistor Rp and the Zener diode Dp.
放電 Cin is stopped.

【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。
That is, by using the set pulse BCis and the reset pulse BCir, the cell variation adjusting circuit CEUi
By starting and stopping the (discharge circuits Pi1 to Pin),
Discharge of each unit cell C11 to Cmn is performed by a cell group CGi.
(Ci1 to Cin) can be controlled collectively.

【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。
On the other hand, the BCU 12 controls the voltage between the cell group voltage detection lines LSi and LSi + 1, that is, the cell group CG.
A voltage detection circuit VSCi for detecting the group voltage VGi (= VSi−VSi + 1) of i, a resistor Rgp, and a transistor Tgp, and the cell group voltage detection lines LSi and LSi +
1 and a group bypass circuit GBi for conducting between
A transistor Tsi connected to a control line for supplying a set pulse BCis to Ui and a transistor Tri connected to a control line for supplying a reset pulse BCir to CEUi
For each of the cell groups CG1 to CGm.

【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。
Further, the BCU 12 controls each cell group CG
1 to CGm, voltage detection circuits VSC1 to VS
A multiplexer (MPX) 30 for selecting one of Cm and taking in the group voltage VGi detected by the selected voltage detection circuit VSCi, and selecting one of the cell groups CG1 to CGm. , The group bypass circuit G corresponding to the selected cell group CGi
Decoders (DEC1 to DEC1) that output control signals for turning on and off Bi and transistors Tsi and Tri, respectively.
DEC3) Based on 32, 34, and 36, group voltages VG1 to VGm obtained via the multiplexer 30, a signal IG indicating the operation state of the ignition switch, and a detection signal IB from the current sensor 14, the cell variation adjusting device CEUi. Control signals BCis, BCir and VC
An arithmetic processing unit (CPU) 38 for executing processing such as generation of various commands CMD to U4, and a memory 40 for storing data and the like necessary for the processing are provided.

【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。
In the battery pack system 2 configured as described above, when the electric motor 8 is used as a motor, the battery pack 2 is connected to the main power supply line L connected to both ends of the battery pack 10.
The electric power stored in the battery pack 10 is supplied to the electric motor 8, and conversely, when the electric motor 8 is used as a generator, the electric power supplied from the electric motor 8 via the main power supply line L charges the battery pack 10. Is done.

【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。
Further, when the variation of the cell voltage between the unit cells is increased by repeating the charging and discharging of the battery pack 10, the unit cells C11 to Cm are respectively provided for the cell groups CG1 to CGm.
cell variation adjusting circuits CEU1-C for controlling the discharge of mn
By using the EUm to adjust the cell voltages of all the unit cells C11 to Cmn to the adjustment voltage Vz, the control for eliminating the variation of the cell voltage between the unit cells Cij is performed.

【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。
The set pulse BCis for activating the cell variation adjusting circuit CEUi is generated by momentarily closing the transistor Tsi via the decoder 34, and the reset pulse BCir for stopping the cell variation adjusting circuit CEUi is similarly generated by the decoder 36. Through the transistor T
Generated by closing ri for a moment.

【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。
Hereinafter, the equalization processing executed by the CPU 38 to eliminate the variation in cell voltage between the unit cells C11 to Cmn will be described in detail with reference to the flowcharts shown in FIGS. Note that the CPU 38 transitions to the sleep state when the power of the BCU 12 is turned off, and includes a timer that operates even in the sleep state. The timer can be used to wake up the CPU 38 from the sleep state.

【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。
As shown in FIG. 3, in this processing, a preset standby time (for example, 72 to 168 in the present embodiment) is set after the reset of the equalization flag (processing in S470 described later) is finally performed. Is determined (S110), and if the standby time has elapsed, the equalization flag is set (S120). The standby time predicts the time until the variation of the cell voltage among the unit cells C11 to Cmn based on the variation of the self-discharge reaches a predetermined value Δ, which will be described later, and the safety factor α (0 <α) ≦ 1).

【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。
Next, it is determined whether or not the ignition switch has been turned off based on the signal IG (S130). If not, the flow returns to S110. On the other hand, in S130, when it is determined that the ignition switch is turned off, it is determined whether or not the equalization flag is set (S140).
12 is turned off (S150), and the monitoring process (S17)
0: Details will be described later), and then the present process is terminated.

【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。
On the other hand, if it is determined in S140 that the equalization flag has been set, the unit cells C11 to C11
A pre-charging process is executed (S160) to start the operation for eliminating the variation of the cell voltage between mn, and the process ends. Here, the details of the preliminary charging process will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

【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)。
That is, in this processing, as shown in FIG.
The group voltages VG1 to VGm of CGm are read, and based on the read group voltages VG1 to VGm, the lowest cell group CGmi having the lowest group voltage.
n, and extracts the lowest group average cell voltage L which is the average voltage of the unit cells constituting the lowest cell group CGmin.
VCav (= VGmin / n) is calculated (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。
Next, the adjustment voltage (the Zener diode Dp
(The reverse breakdown voltage) Vz plus the predicted value Δ of the amount of variation in cell voltage between the unit cells C11 to Cmn is defined as a determination threshold Vth (= Vz + Δ), and the lowest group average calculated in S210 is calculated. When the cell voltage LVCav is equal to the determination threshold Vth
It is determined whether or not this is the case (S220). Note that the predicted value Δ is obtained, for example, by calculating the average cell voltage in the cell group as VCa
v, when the minimum cell voltage is VCmin, Δ ≧ VCav
Set to −VCmin.

【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)。
Then, the lowest group average cell voltage LVC
If it is determined that av is smaller than the determination threshold value Vth, the group voltages VG1 to VG1 obtained in S210 are determined.
If there is a cell group CGi in which Gm is equal to or higher than the preset upper limit value VH, charging of these cell groups CGi is avoided by conducting the group bypass circuit GBi corresponding to the cell group CGi. After the setting (S230), a charge command is output to the VCU 4 (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。
The upper limit value VH is equal to the group voltage VGi.
Becomes equal to the upper limit value VH, the cell group C
It is necessary to set the cell voltage of each of the unit cells Ci1 to Cin constituting Gi so as not to exceed the upper limit voltage of the use range. For example, from the upper limit group voltage when it is assumed that the cell voltages of all the unit cells Ci1 to Cin constituting the cell group CGi are the upper limit voltage of the use range, the voltage variation amount between the unit cells C11 to Cmn is calculated. May be set as the upper limit value VH by subtracting the predicted value of and then multiplying by the safety coefficient β (0 <β ≦ 1).

【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。
Further, even if the ignition switch is turned off, the VCU 4 continues the operation of the engine to enable the supply of the charging current to the battery pack system 2 when the charging command is input from the BCU 12. , Then BC
The engine is stopped when a charge stop command (described later) is input from U12. On the other hand, when the ignition switch is turned off and the charge command from the BCU 12 is not input, the operation is performed to stop the engine as it is.

【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。
Further, the VCU 4 to which the charging command has been input is:
The charging of the battery pack 10 is started by setting the motor 8 to be used as a generator and flowing a predetermined main circuit current Ic. However, the magnitude of the main circuit current Ic is determined by setting the lowest group average cell voltage LVCav to a predetermined charging current switching determination value (in this embodiment, the adjustment voltage VCav).
z), the first current value Ic1 is set so as to be smaller than the predetermined current value, and the second current value Ic2 is smaller than the first current value (<Ic1).

【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。
Next, it is determined whether or not the ignition switch has been turned on (S250).
A charge stop command is output to U4, and S23
0, the group bypass circuit GB turned on in S280
After turning off i (S300), the process returns to S110.

【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)。
On the other hand, if it is determined in step S250 that the ignition switch is kept off, the process proceeds to step S2.
As in 10, acquisition of group voltages VG1 to VGm;
The lowest group average cell voltage LVCav is calculated (S2
60), similarly to S220, it is determined whether or not the lowest group average cell voltage LVCav is equal to or higher than the determination threshold Vth (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。
As a result, the lowest group average cell voltage LV
If Cav is smaller than the determination threshold value Vth, the previous S230
Similarly, the group bypass circuit G corresponding to the cell group CGi having the group voltage VGi equal to or higher than the upper limit value VH.
After Bi is made conductive (S280), the process returns to S250.

【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)。
At S280, when the lowest group average cell voltage LVCav reaches the charging current switching determination value Vz, a command for reducing the main circuit current from Ic1 to Ic2 (<Ic1) is output to the VCU4. I do. On the other hand, S27
When it is determined at 0 that the lowest group average cell voltage LVCav is equal to or higher than the determination threshold value Vth, a charge stop command is output to the VCU 4 as in S300, and turned on in S230 and S280. The turned off group bypass circuit GBi is turned off (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。
If step S290 is executed, or if it is determined in step S220 that the lowest group average cell voltage LVCav is equal to or higher than the determination threshold Vth, the set pulses Ts1 to Tsm are sequentially output. As a result, after activating all the cell variation adjusting circuits CEU1 to CEUm, that is, all the discharging circuits P11 to Pmn (S310), the previous S1
Similarly to 50, the power of the BCU 12 is turned off (S32
0), this process ends.

【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。
That is, in this process, the battery pack 10 is charged until the lowest group average cell voltage LVCav reaches the determination threshold value Vth.
Until VCav reaches the charging current switching determination value Vz, the main circuit current Ic is set to the first current value Ic1 to perform high-speed charging. Thereafter, until VCav reaches the determination threshold value Vth, the main circuit current Ic is reduced. Charging is performed at the second current value Ic2. At this time, in order to prevent the group voltage VGi from exceeding the upper limit value VH and being charged more than necessary,
The bypass control of the main circuit current (charging current) Ic is performed for each of the cell groups CG1 to CGm.

【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。
When the power of the BCU 12 is turned off in steps S150 and S320, the CPU 38 is in a sleep state until the next time the ignition switch is turned on. (15-60 minutes in this embodiment)
When the power supply of the power supply 12 is turned on, the CPU 38 is activated, and executes the monitoring process (S170).

【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。
The details of the monitoring process will be described with reference to the flowchart shown in FIG. When this process is started, first, it is determined whether or not the ignition switch is turned on based on the signal IG (S410). If the ignition switch is turned on, the power of the BCU 12 is turned on, and the equalization flag is set. If it is set, the set pulses BC1s to BCms are output via the decoder 34, whereby the cell variation adjusting circuits CEU1 to CEUm, that is, the discharge circuits P11 to Pmn are output.
Are all stopped (S420), and the present process ends.

【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。
On the other hand, if the ignition switch is kept off, it is determined whether or not the equalization flag is set (S430). If not, the process is terminated. On the other hand, if the equalization flag has been set, then it is determined whether or not it is the processing execution timing (S440), and if it is not the processing execution timing, this processing is terminated as it is. Note that if the processing described below (S450 to S510) is executed every time the CPU 38 wakes up, S440 may be omitted.

【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)。
If it is determined in S440 that it is time to execute the processing, the power of the BCU 12 is turned on (S45).
0), each cell group CG via the multiplexer 30
1 to CGm are detected (S1 to S4).
460), and based on the detection result, the group voltage average value VG
av (= (CG1 + CG2 +... + CGm) / m) is calculated (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。
Then, the preset comparison value CVG
It is determined whether or not the value obtained by subtracting the group voltage average value VGav is equal to or smaller than the end determination value δ (S480). By outputting the signals, the cell variation adjusting circuits CEU1 to CEUm, that is, the discharging circuits P11 to PEUm are output.
After stopping all mn and resetting the equalization flag (S490), the power of the BCU 12 is turned off (S5).
10), end this processing.

【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。
On the other hand, in S480, the subtraction value CVG-VG
If av is determined to be larger than the end determination value δ, S
After updating the comparison value CVG with the group voltage average value VGav calculated in 470 (S500), the BCU is similarly updated.
Then, the power supply of the power supply 12 is turned off (S510), and this processing ends.

【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。
That is, in this process, if the equalization flag is ON, the group voltage average value VGav is obtained at each process execution timing, and the calculated value is almost changed compared to the previous calculated value CVG. If not, it is determined that all the discharge circuits P11 to Pmn have finished discharging, the discharge circuits P11 to Pmn are stopped, and the equalization flag is turned off.
Further, if the ignition switch is turned on before the discharge is completed, the equalization flag is kept on so that the cell voltage is adjusted the next time the ignition switch is turned off. .

【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。
Here, the operation of the battery pack system 2 of the present embodiment will be described with reference to the graph shown in FIG. Here, the cell group CGi is composed of four unit cells Ci1 to
The cell voltage and discharge current in the figure are for the lowest cell group. It is also assumed that the equalization flag is set at the time t1.

【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。
As shown in FIG. 6, while the ignition switch is on (time t0 to t1), the main circuit current Ic
Repeats charging / discharging according to the operating state of the HEV, and when the ignition switch is turned off (time t1), charging of the battery pack 10 with a constant main circuit current Ic is started. At this time, since the lowest group average cell voltage LVCav is smaller than the charging current switching determination value Vz, the main circuit current Ic
Is set to the first current value Ic1, and charging proceeds rapidly.

【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。
As a result, the lowest group average cell voltage L
When VCav reaches the charging current switching determination value Vz (at time t
11), the main circuit current Ic for charging the battery pack 10 is the second
, And the charging proceeds slowly. afterwards,
When the lowest group average cell voltage LVCav is equal to the determination threshold V
When the current reaches th (time t2), the supply of the main circuit current Ic is stopped, and the cell variation adjusting circuits CEU1 to CEUm, that is, the discharging of the unit cells C11 to Cmn by the discharging circuits P11 to Pmn are started, and the power supply of the BCU 12 is started. Is turned off.

【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。
As a result, the cell voltage of each unit cell Cij gradually decreases, and accordingly, the current flowing through the discharge circuit Pij also gradually decreases. Since the cell voltages of all the unit cells C11 to Cmn exceed at least the adjustment voltage Vz, each unit cell Cij is discharged through the discharge circuit Pij until the cell voltage becomes equal to the adjustment voltage Vz. When the voltage becomes equal to the adjustment voltage Vz, even if the transistor Tp is turned on, the potential difference between both ends of the resistor Rp disappears, so that the discharge automatically ends.

【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。
After the power of the BCU 12 is turned off, the CPU 38 which wakes up periodically turns on the power of the BCU 12 at each processing execution timing, and the group voltages VG1 to V
Gm is monitored. As described above, the discharge is sequentially terminated from the cells that have reached the adjustment voltage Vz (in the figure, the unit cells Ci4 (time t21), Ci3 (time t22), Ci2 (time t23), and Ci1 (time t24). ), The rate of change of the group voltage average value VGav detected periodically is also
As a result, when the discharge is completed in all the unit cells C11 to Cmn (after time t24), the rate of change of the group voltage average value VGav becomes substantially zero. When this is detected (time t3), assuming that all cell voltages in the cell group have been uniformly adjusted to Vz, the cell variation adjusting devices CEU1 to CEUm, that is, the discharge circuits P11 to Pmn are turned off, and equalization is performed. The flag is also reset. Thereafter, every time the standby time elapses, the same processing is executed when the ignition switch is turned off.

【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。
Although not shown, all unit cells C11
If the ignition switch is turned on before .about.Cmn ends the discharge (before time t24), the discharge circuit is immediately stopped, but since the equalization is not completed,
The equalization flag is kept set, and the same process is executed again at the next IG off.

【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。
As described above, in the battery pack system 2 of the present embodiment, the discharge circuit Pij can be started and stopped arbitrarily, and each unit cell can be activated by utilizing the reverse breakdown voltage Vz of the Zener diode Dp. The cell voltages C11 to Cmn are adjusted (equalized) to a constant value.

【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。
Therefore, according to the battery pack system 2 of the present embodiment, when the unit cell Cij reaches the adjustment voltage Vz, the discharge by the discharge circuit Pij is automatically terminated, and the cell voltage is detected for each unit cell. It is not necessary to perform the above, and the system configuration can be greatly simplified. Further, in the present embodiment, the main circuit current can be prevented from flowing into the discharge circuit Pij when the cell voltage adjustment operation is not performed, so that the adjustment voltage (that is, the reverse breakdown voltage of the Zener diode) Vz is It can be set to any value within the voltage usage range of Cij.

【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。
As a result, for example, if the adjustment voltage Vz is set in the middle of the voltage use range of the unit cell Cij, the unit cells C11 to Cmn (that is, the assembled battery 10) can be set even immediately after the variation adjustment is performed. Since there is room in the empty capacity until full charge and the regenerative current can be accepted, the regenerative current can be used effectively.

【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。
Further, in this embodiment, the cell voltage variation is adjusted (equalized) during a period in which the ignition switch is turned off, that is, a period in which a stable main circuit current can flow without a load change. Therefore, since an unexpectedly large current does not flow into the discharge circuits P11 to Pmn, and the adjustment can be performed over a relatively long time, components (such as Zener diodes) constituting the discharge circuits P11 to Pmn can be used. Current capacity can be reduced, and the system can be reduced in size and cost.

【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。
In this embodiment, the discharge circuits P11 to P11
Start / stop (on / off) of mn is performed by cell group CG1
To CGm, the configuration required to adjust the cell voltage variation between unit cells is significantly larger than that of a conventional device that performs control for each unit cell. Can be reduced.

【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。
In this embodiment, the discharge circuits P11 to P11
Since the termination of the discharge at mn is determined based on only the group voltages VG1 to VGm of each of the cell groups CG1 to CGm, it can be determined easily and quickly with a simple configuration.
Further, in the present embodiment, during the charging for adjusting the variation of the cell voltage, for the cell group CGi in which the group voltage VGi has reached the upper limit value VH, the corresponding group bypass circuit GBi is made conductive, and further charging is performed. Since it is prevented from proceeding, overcharging of the unit cells C11 to Cmn due to this charging can be reliably prevented, and the reliability of the device can be improved.

【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。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various modes without departing from the gist of the present invention. It is. For example, in the above embodiment, the termination of the discharge in the discharge circuits P11 to Pmn is determined using the group voltage average value VGav, but may be determined using the voltage across the assembled battery.

【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。
In the above embodiment, after all the discharge circuits P11 to Pmn have finished discharging, the discharge circuits P11 to Pmn
To Pmn are collectively stopped. However, for each of the cell groups CG1 to CGm, the determination of the end of the discharge is performed based on the rate of change of the group voltage. Discharge circuit Pi1 for each cell group
~ Pin may be stopped.

【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。
Further, in the above embodiment, the magnitude of the main circuit current (charging current) Ic is changed depending on the magnitude of the lowest group average cell voltage LVCav. However, any one of the group bypass circuits GB1 to GBm is used. The main circuit current Ic may be reduced when at least one is turned on. In this case, the upper limit of the current value flowing through the group bypass circuits GB1 to GBm is limited, so that the current capacity of the components can be reduced.

【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。
In the above embodiment, the cell voltage is equalized each time the standby time elapses without directly detecting the variation in the cell voltage. For example, the charge amount (SOC) When a battery having a voltage gradient greatly different between the normal use range and the overcharge or overdischarge range is used, the voltage characteristic of the unit cell is used as disclosed in JP-A-2000-134805. Then, the cell variation may be determined from the cell group voltage, and the cell voltage may be equalized after the variation of the unit cell is detected. In this case, it is possible to reliably prevent the equalization from being performed needlessly.

【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。
Further, in the above embodiment, in the cell variation adjusting circuit CEUi, the RS flip-flop circuit 24 holds the on / off state of the transistor Td for controlling the start / stop of the discharge circuits Pi1 to Pin. However, a configuration may be adopted in which a photocoupler is provided instead of the transistor Td, and the photocouplers 20, 22 and the RS flip-flop circuit 24 are omitted. In this case, the configuration of the cell variation adjusting circuits CEU1 to CEUm can be simplified.

【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。
Further, in the above embodiment, the number n of the unit cells constituting each cell group CGi is set to n = 6. However, the present invention is not limited to this, and the withstand voltage, controllability, An appropriate number of cells may be set in consideration of the configuration of the entire assembled battery or the like. However, when the cell variation adjusting circuits CEU1 to CEUm are integrated into an IC, I
In consideration of the withstand voltage of the C circuit and the average voltage of the lithium battery, it is desirable that the number be six or less.

【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。
In the above embodiment, a lithium battery is used as a unit cell. However, the present invention is not limited to this.
Any secondary battery such as a nickel-based battery can be used as a unit cell. In the case of a secondary battery configured using a water-soluble electrolyte, it is possible to adjust the variation by uniform charging. However, by applying the present invention, each of the unit cells C11 to C11 to configure the assembled battery 10 can be adjusted. The cell voltage of Cmn can be more uniformly adjusted, and the unit cell C11 can be adjusted.
~ Cmn because it is possible to sufficiently draw out the energy that the battery 10 can have while preventing overcharge and overdischarge.
The performance and life of the battery pack 10 can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【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。
FIG. 1 is a block diagram illustrating an overall configuration of an assembled battery system according to an embodiment and a main part of a drive system of a hybrid vehicle in which the assembled battery system is incorporated.

【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。
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration of a cell variation adjustment circuit and a battery pack controller.

【図3】 均等化処理の内容を表すフローチャートであ
る。
FIG. 3 is a flowchart showing the contents of an equalization process.

【図4】 予備充電処理の内容を表すフローチャートで
ある。
FIG. 4 is a flowchart showing the contents of a preliminary charging process.

【図5】 監視処理の内容を表すフローチャートであ
る。
FIG. 5 is a flowchart showing the contents of a monitoring process.

【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。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an operation and a state of each section of the battery pack system.

【図7】 従来装置の構成を表すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of a conventional device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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
2… Battery assembly system 4… HEV controller (VC
U) 6 Inverter 8 Electric motor 10 Battery pack 12 Battery controller (BCU) 14 Current sensor 20, 22 Photocoupler 24 RS flip-flop circuit 30 Multiplexer 32, 34, 36 Decoder 40 Memory CG1 CGm: cell group C11 to Cmn: unit cell L: main power supply line LD: control power supply line LS1 to LSm + 1: cell group voltage detection line CEU1 to CEUm: cell variation adjustment circuit P11 to
Pmn: Discharge circuit Bp: Bias circuit Dp: Zener diode
Rp: resistance Tp, Td, Ts1 to Tsm, Tr1 to Trm: transistor GB1 to GBm: group bypass circuit VSC1
VSCm: Voltage detection circuit

───────────────────────────────────────────────────── 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 ZHV H01M 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 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01M 10/44 ZHV H01M 10/44 ZHV (72) Inventor Haruyoshi Yamashita 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Auto F-term (Reference) 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 TI01

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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。
1. A charge state control method for controlling a charge state of a battery pack formed by connecting a plurality of chargeable / dischargeable secondary batteries as unit cells in series, comprising: a main circuit current flowing through the battery pack; Flowing the main circuit current during a quiescent period that can be controlled to a constant state,
After charging each of the unit cells constituting the battery pack to a preset adjustment voltage or higher, each of the unit cells constituting the battery pack is provided, and when activated, the cell voltage of the unit cell is adjusted to the regulation voltage. And starting a discharge circuit that discharges the unit cell until the battery voltage reaches the adjustment voltage, and adjusting the cell voltages of the unit cells constituting the battery pack to the adjusted voltage.
【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。
2. A rechargeable secondary battery is a unit cell,
A charge state control device that controls a charge state of a battery pack formed by connecting a plurality of the unit cells in series, wherein a charge state determination unit that determines a charge state of each unit cell included in the battery pack, A cell discharging means provided for each unit cell constituting the assembled battery and discharging the unit cell until the cell voltage of the unit cell reaches a preset adjustment voltage when activated; a main circuit current flowing through the assembled battery Flowing the main circuit current during a quiescent period where it is possible to control
Charge control means for charging the assembled battery; and, after the charge by the charge control means is started, the state of charge of all the unit cells constituting the assembled battery is higher than or equal to the regulated voltage by the charge state determination means. When it is determined that the battery has been discharged, the charging by the charging control means is terminated, the discharge starting means for activating the cell discharging means, and the completion of discharging of the cell discharging means is detected, and the cell discharging means is stopped. And a discharge stop means for causing the battery to stop.
【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。
3. The cell discharging means includes a Zener diode having a reverse breakdown voltage set to the adjustment voltage, a resistor for limiting a current flowing through the Zener diode, and a current path in which the resistor and the Zener diode are connected in series. An intermittent switch element is connected in parallel to the unit cell,
3. The state-of-charge control device according to claim 2, wherein the switch is activated by closing the switch element and stopped by opening the switch element.
【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。
4. The charge state control device according to claim 2, wherein the charge control unit sets an off period of an ignition switch as the stationary period.
【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。
5. The discharge stopping means detects a time change of the voltage between both ends of the battery pack, and when the time change falls below a predetermined lower limit, stops all the cell discharging means simultaneously. The charge state control device according to claim 2, wherein
【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。
6. A start permitting means for permitting start of said charge control means and said cell discharge means when a preset standby time elapses after said cell discharge means is stopped. The state-of-charge control device according to any one of claims 2 to 5.
【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。
7. The battery pack has one or a plurality of cell groups each including a plurality of unit cells, and the state-of-charge determining means determines, for each of the cell groups, a voltage across the cell group. And a voltage detecting means for detecting a group voltage, wherein a charge state of each unit cell constituting the cell group is determined for each of the cell groups based on a detection result of the voltage detecting means. The state-of-charge control device according to any one of claims 2 to 6.
【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。
8. The discharge control unit extracts a lowest cell group having the lowest group voltage from a detection result of the voltage detection unit, and calculates an average cell voltage of unit cells constituting the lowest cell group as: When the adjusted voltage is equal to or higher than the target voltage obtained by adding the predicted value of the amount of voltage variation between the unit cells, the state of charge of all the unit cells constituting the assembled battery is equal to or higher than the adjusted voltage. 8. The state-of-charge control device according to claim 7, wherein the determination is made and the cell discharging means is controlled collectively for each cell group.
【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。
9. A bypass unit provided for each cell group, for bypassing the main circuit current, and a group voltage detected by the voltage detection unit during charging by the charging control unit is set to a preset upper limit. 9. The charging state control device according to claim 7, further comprising: a bypass control unit that activates the bypass unit corresponding to a cell group having a value equal to or greater than the value.
【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。
10. The lithium battery according to claim 2, wherein the unit cell is a lithium battery including an electrode made of a material that absorbs and releases lithium ions.
The charging state control device according to any one of the above.
【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。
11. The vehicle according to claim 2, wherein the battery pack is mounted on a vehicle mounted as a power source of an electric vehicle or a hybrid electric vehicle.
The charging state control device according to any one of the above.
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