JP2012135154A - リチウムイオン二次電池の充電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セル間の残存容量のバラツキを無くして充電可能容量の減少を防止することができ、また、充放電中に残存容量を高精度に検知すること。
【解決手段】正極にオリビン構造を有するリチウム金属リン酸塩を用いたセル１１ａ〜１１ｎが複数直列に接続されたリチウムイオン二次電池１１のＣＰＵ２１（充電制御装置）において、電圧検知放電制御部２２によって、複数のセル１１ａ〜１１ｎの何れかの出力電圧（例えばＶａ）が予め定められた満充電電圧ＦＶとなった際に、各セル１１ａ〜１１ｎの出力電圧Ｖａ〜Ｖｎのうち最低電圧のセル（例えば１１ｎ）の出力電圧Ｖｎに、当該最低電圧よりも高レベルの高位側電圧のセル１１ａ〜１１ｍの出力電圧Ｖａ〜Ｖｍを合わせ、全てのセル１１ａ〜１１ｎの出力電圧Ｖａ〜Ｖｎが等しくなるように均等化制御を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、正極にオリビン構造を有するリチウム金属リン酸塩を用いたリチウムイオン二次電池に関し、特に電池のエネルギー残量を示す残存容量を高精度に検知することが可能なリチウムイオン二次電池の充電制御装置に関する。

オリビン構造のリチウムイオン二次電池（単に、二次電池ともいう）においては、電池のエネルギー残量を示す残存容量（ＳＯＣ）を極力精度良く検知する必要がある。例えば特許文献１に記載のように、二次電池を太陽光発電システムに用いた場合、太陽光による発電量が、負荷装置の電力消費量に比べて大きい場合には、余剰電力で二次電池に充電を行う。逆に、発電量が負荷装置の消費電力より小さい場合には、不足の電力を補うために二次電池から出力して負荷装置を駆動する。このように、太陽光発電システムでは余剰電力を二次電池に蓄積できるため、二次電池を用いない電源システムに比べてエネルギー効率を高めることができる。この太陽光発電システムにおいては、二次電池が満充電になってしまうと余剰電力を充電できなくなって損失が生じるので、二次電池の残存容量を高精度に検知し、満充電とならないようにする充電制御が行われている。

この他、ハイブリッドモータを用いた車両にも二次電池が用いられており、例えば走行に必要な動力に対してエンジン出力が大きい場合には、余剰のエンジン出力でハイブリッドモータを発電機として駆動し、二次電池を充電している。更に、車両の制動や減速時にも、ハイブリッドモータを発電機として利用することによって二次電池を充電している。

更に、夜間電力の有効活用をした負荷平準化電源やプラグインハイブリット車も最近注目されている。負荷平準化電源は、電力消費が少なく、電力料金が安い夜間に二次電池に電力を貯蔵し、電力消費がピークとなる日中に、貯蔵した電力を活用するシステムである。電力の消費量を平滑化することにより、電力の発電量を一定にし、電力設備の効率的運用や設備投資の削減に貢献する。

また、プラグインハイブリット車は夜間電力を活用し、燃費が悪い市街地走行時には二次電池から電力を供給する電動走行が主体に、長距離走行時には、エンジンとモータを活用したハイブリッド走行を行っている。このように二次電池の充放電を行う際に、ＳＯＣを高精度に検知することが必要となる。

ここで、オリビン構造の二次電池のＳＯＣを検知する場合、図１に示すようなＳＯＣ（％）に対する電池電圧Ｖを示す端子開放電圧曲線ＶＬから行う。しかし、その端子開放電圧曲線ＶＬを基に電池電圧Ｖに対応するＳＯＣを検知する場合、ＳＯＣが１０％を超えた付近から９５％近くまでは電池電圧Ｖが約３．２Ｖ〜３．４Ｖの間で殆ど変化しておらず、このため電池電圧ＶからＳＯＣを検知した場合、検知精度の低下を免れない。

そこで高精度にＳＯＣを検知する方法として、例えば特許文献１に記載のように、二次電池の充電中に当該充電を停止し、さらに当該充電の停止後に検出される二次電池の端子電圧から当該端子電圧の所定時間当りの低下量を示す電圧傾き情報を取得する。その充電停止時の端子電圧の低下量は傾きが急になるので、その低下量とＳＯＣとに相関関係が明確に見出せることになる。これによってＳＯＣを高精度に検知することが可能となっている。

特開２００９−２９６６９９号公報

しかし、上記の特許文献１の技術においては、二次電池のＳＯＣを検知する際に一旦充放電を停止しなければならず、このため二次電池を搭載する負荷装置の使い勝手が悪くなる。そこで、充放電中にＳＯＣを検知する方法として、二次電池の充電電流又は放電電流を電流検出センサで積算し、この積算値を満充電時の電流積算値と比較してＳＯＣを検知する方法がある。しかし、その方法では電流検出センサに誤差があるので電流積算を行って行くと、時間経過に応じて計測定電流積算値と実電流積算値と差が拡大し、これによって計測ＳＯＣと実ＳＯＣとの差が拡大してＳＯＣを高精度に検知できなくなるという問題がある。

また、二次電池は複数のセルが直列接続されて構成されているので、あるセルがＳＯＣ１００％で満充電となったことが検知された際に、他のセルはＳＯＣが９９％や９８％であるといった状態が生じ、セル間でＳＯＣにバラツキが生じる。この場合、満充電検知時にＳＯＣ９９％や９８％のセルは自電池容量を１００％活用することができず、このため二次電池の充電可能容量が減少するという問題が生じる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、セル間の残存容量のバラツキを無くして充電可能容量の減少を防止することができ、また、充放電中に残存容量を高精度に検知することができるリチウムイオン二次電池の充電制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、正極にオリビン構造を有するリチウム金属リン酸塩を用いたセルが複数直列に接続されたリチウムイオン二次電池の充電制御装置において、前記複数のセルの何れかの出力電圧が予め定められた満充電電圧となった際に、各セルの出力電圧のうち最低電圧のセルの出力電圧に、当該最低電圧よりも高レベルの高位側電圧のセルの出力電圧を合わせ、全てのセルの出力電圧が等しくなるように均等化制御を行う電圧検知放電制御手段を備えることを特徴とする。

この構成によれば、直列接続された各セルの内、何れかのセルが満充電電圧となった際に、最低電圧のセルの電圧に、これよりも高位側電圧の他のセルの電圧を合わせて全セルを同一電圧としておけば、各セルが直列に接続されているので、各セルの特性が同じとなる。これによって、その後、リチウムイオン二次電池の充放電を行った際に、各セルに同様に充放電が行われ、各セルが略同様に満充電電圧となる。即ちリチウムイオン二次電池のエネルギー残量を示す残存容量が１００％となる。この均等化制御を行わない従来技術では、リチウムイオン二次電池の充放電によって各セルへの充電状態が異なり何れかのセルが満充電電圧となった際に、他のセルはそれよりも低い電圧となるバラツキが生じていた。これによって他のセルが自電池容量を１００％活用することができず、このためリチウムイオン二次電池の充電可能容量が減少していた。しかし、本発明では上記のように各セルの電圧バラツキを略無くすことができるので、各セルの自電池容量を１００％活用することができ、これによってリチウムイオン二次電池の充電可能容量が減少することを防止することが出来る。

請求項２に記載の発明は、前記リチウムイオン二次電池における負荷装置に接続された充放電経路には当該充放電経路を遮断状態とする第１スイッチが接続され、前記電圧検知放電制御手段は、前記第１スイッチをオフとして前記充放電経路を遮断状態とした後、前記均等化制御を行うことを特徴とする。

この構成によれば、均等化制御を行う前に、リチウムイオン二次電池の負荷装置に接続された充放電経路を遮断状態とすることにより、リチウムイオン二次電池の充放電を休止状態（停止状態）とする。これは、充電中では各セルの電池電圧にずれが生じるので、これを防止するために行う。その充放電の休止状態では電池電圧のずれが無くなるので、各セルの電池電圧を正確に検知することができ、これによって、各セルの電圧バラツキを無くす制御を適正に行うことができる。

請求項３に記載の発明は、前記複数のセルの各々には正負極間に抵抗器及び第２スイッチが直列接続され、前記電圧検知放電制御手段は、前記均等化制御の際に、前記高位側電圧を出力するセルの前記第２スイッチをオンとして、このオンスイッチに接続された前記抵抗器からの放電により当該高位側電圧を前記最低電圧に合わせる制御を行うことを特徴とする。

この構成によれば、オンスイッチに接続された抵抗器を介してセルの蓄積エネルギーが放電され、この放電により高位側電圧が最低電圧に合わせられるので、適正に全セルを同一電圧とすることができる。

請求項４に記載の発明は、前記リチウムイオン二次電池の充放電電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段で検出された充放電電流を積算し、この電流積算値を記憶手段に上書きで記憶しながら出力し、また、前記電圧検知放電制御手段が前記満充電電圧を検知した際に、予め定められた満充電時電流積算値を前記記憶手段に上書きする補正を行う電流積算制御手段と、前記電流積算制御手段からの電流積算値を、当該電流積算値に応じた前記リチウムイオン二次電池のエネルギー残量を示す残存容量に換算し、当該電流積算制御手段から前記満充電時電流積算値が入力された際に前記残存容量を１００％に換算するＳＯＣ換算手段とを更に備えることを特徴とする。

この構成によれば、電流積算制御手段での補正によって、電流検出手段の電流検出誤差を正しく補正することが出来る。即ち、電流検出誤差のある充放電電流が電流積算制御手段で積算された場合に、電流積算値は正確な値とならず、この不正確な電流積算値がＳＯＣ換算手段で現在の残存容量（現ＳＯＣ）に換算された場合、不正確な残存容量となってしまう。例えば、現在の電流積算値が９．５（Ａｈ）である場合に、この９．５（Ａｈ）が電流検出誤差によってずれており、実際は満充電時電流積算値と同じ１０（Ａｈ）であったとする。この場合、本来であれば電流積算値は１０（Ａｈ）なので、ＳＯＣ換算手段で残存容量が１００％と換算されるが、９．５（Ａｈ）であるために残存容量が例えば９５％と換算されてしまう。そこで、上述したように満充電電圧の検知時に電流積算値｛例えば９（Ａｈ）｝を満充電時電流積算値の１０（Ａｈ）に補正する。これによって適正な残存容量を得ることができる。

ＳＯＣ（％）に対する電池電圧Ｖを示す端子開放電圧曲線ＶＬを表した図である。 本発明の実施形態に係るリチウムイオン二次電池の充電制御装置を用いた電池システムの構成を示すブロック図である。 本実施形態の電池システムにおけるリチウムイオン二次電池の充放電動作を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適時省略する。

図２は、本発明の実施形態に係るリチウムイオン二次電池の充電制御装置を用いた電池システムの構成を示すブロック図である。

図２に示す電池システム１０は、各々が直列接続された複数のセル（リチウムイオン二次電池）１１ａ，１１ｂ，…，１１ｍ，１１ｎ及び、各セル１１ａ〜１１ｎの正負極間に抵抗器１２ａ，１２ｂ，…，１２ｍ，１２ｎ及びスイッチ１３ａ，１３ｂ，…，１３ｍ，１３ｎの一組が直列接続されて成る組電池としてのリチウムイオン二次電池１１と、リチウムイオン二次電池１１の充電制御装置としてのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２１と、リチウムイオン二次電池１１の充電電流又は放電電流である充放電電流Ｉを検出する電流検出部３１と、この電流検出部３１及びスイッチ３２を介してリチウムイオン二次電池１１に接続された充放電制御部４１とを備えて構成されている。

充放電制御部４１は負荷装置５１に接続されると共に、商用電源５２に着脱自在に接続され、更にＣＰＵ２１がＥＣＵ（電子制御ユニット）６１に接続されている。なお、本実施形態では、電池システム１０はプラグインハイブリット車両に搭載されており、ＥＣＵ６１は車両の電子制御ユニット、負荷装置５１は車両用のハイブリッドモータであるとする。なお、負荷装置５１は、電池システム１０が車両以外の用途に用いられている場合、例えば家庭や商業用のエアコン等の電力負荷を消費する装置となる。

負荷装置５１のハイブリッドモータは、充放電制御部４１を介して供給されるリチウムイオン二次電池１１からの電力に応じて所定の動作を行うと共に、発電時に発電電力を出力する。

充放電制御部４１は、商用電源５２のコンセントにプラグで着脱自在に接続され、ＥＣＵ６１の充放電命令に応じて、リチウムイオン二次電池１１から負荷装置５１へ電力を供給すると共に、商用電源５２又は負荷装置５１からの電力をリチウムイオン二次電池１１へ出力する。この出力によりリチウムイオン二次電池１１が充電される。

ＣＰＵ２１は、電圧検知放電制御部２２と、電流積算制御部２３と、ＳＯＣ換算部２４と、休止制御部２５とを備えて構成されている。

電圧検知放電制御部２２は、リチウムイオン二次電池１１の各セル１１ａ〜１１ｎからの出力電圧Ｖａ〜Ｖｎのうち最高電圧が予め定められた満充電電圧（例えば３．６Ｖとする）となったことを検知し、この満充電検知信号ＦＶをＥＣＵ６１及び電流積算制御部２３へ出力する。

休止制御部２５は、ＥＣＵ６１が満充電検知信号ＦＶを受けた際に当該ＥＣＵ６１から充電休止命令ＰＣが送られてきた場合、休止制御信号ＰＳをスイッチ３２及び電圧検知放電制御部２２へ出力する。これによってスイッチ３２はオフ状態となって、リチウムイオン二次電池１１の充放電が休止状態となる。

また、休止制御信号ＰＳが入力された電圧検知放電制御部２２は、各セル１１ａ〜１１ｎの出力電圧（電池電圧ともいう）Ｖａ〜Ｖｎを検知し、これら検知電圧のうち最低電圧のセルの電池電圧に、これよりも高レベルの電圧（高位側電圧という）のセルの電池電圧を合わせ、全てのセル１１ａ〜１１ｎの電池電圧を等しくする均等化制御を行う。更に説明すると、その均等化制御は、高位側電圧を出力するセル１１ａ〜１１ｎのスイッチ１３ａ〜１３ｎへ放電信号Ｄａ〜Ｄｎを出力して当該スイッチをオン状態とし、抵抗器１２ａ〜１２ｎを介してセルの蓄積エネルギーを放電させ、この放電により高位側電圧を最低電圧に合わせ、全てのセル１１ａ〜１１ｎの電池電圧Ｖａ〜Ｖｎを等しくする。

ここで、均等化制御を行う際に、リチウムイオン二次電池１１の充放電を休止状態として行うのは、充電中では各セル１１ａ〜１１ｎの電池電圧Ｖａ〜Ｖｎに後述するようにずれが生じるので、これを防止するためである。

電流積算制御部２３は、電流検出部３１で検出された充放電電流Ｉを時間ｈで積算し、この電流積算値Ｉｈをメモリ部２３ａに上書きで記憶しながらＳＯＣ換算部２４へ出力する。また、電圧検知放電制御部２２から満充電検知信号ＦＶが入力された際に、この入力時点での電流積算値Ｉｈを予め定められた満充電時電流積算値Ｉｈｆに補正してメモリ部に上書きし、この満充電時電流積算値ＩｈｆをＳＯＣ換算部２４へ出力する。

ＳＯＣ換算部２４は、電流積算値Ｉｈが満充電時電流積算値Ｉｈｆの際にＳＯＣが１００（％）で、以降、電流積算値Ｉｈが減少する度合に応じてＳＯＣも減少し、電流積算値Ｉｈが０ＡｈでＳＯＣも０％となる比例関係を表すマップ部２４ａを備え、このマップ部２４ａで電流積算制御部２３から入力される電流積算値Ｉｈを現ＳＯＣ（％）に換算し、この現ＳＯＣ（％）をＥＣＵ６１へ出力する。満充電時電流積算値Ｉｈｆが入力された際は、１００％の現ＳＯＣをＥＣＵ６１へ出力する。

但し、電流積算制御部２３が行う上記の補正は、電流検出部３１での電流検出誤差を補正するものである。即ち、電流検出部３１では電流検出誤差があるので、この誤差のある充放電電流Ｉが電流積算制御部２３で積算された場合に、電流積算値Ｉｈが正確な値とならず、この不正確な電流積算値ＩｈがＳＯＣ換算部２４で現ＳＯＣに換算された場合、不正確なＳＯＣとなってしまう。例えば、電流積算制御部２３での現在の電流積算値Ｉｈが９．５（Ａｈ）である場合に、この９．５（Ａｈ）が電流検出部３１での検出誤差によってずれており、実際は満充電時電流積算値Ｉｈｆの１０（Ａｈ）であったとする。この場合、本来であれば電流積算値Ｉｈは１０（Ａｈ）なので、ＳＯＣ換算部２４ではＳＯＣが１００％と換算されるが、９．５（Ａｈ）であるためにＳＯＣが例えば９５％と換算されてしまう。そこで、上述したように満充電検知信号ＦＶが電流積算制御部２３に入力された際に、この入力時点での電流積算値Ｉｈ｛例えば９（Ａｈ）｝を予め定められた満充電時電流積算値Ｉｈｆの１０（Ａｈ）に補正する。

ＥＣＵ６１は、商用電源５２のコンセントに充放電制御部４１のプラグが接続された際に、ＳＯＣ換算部２４から入力される現ＳＯＣが１００％未満であれば、充放電制御部４１に対して、商用電源５２からの電力がリチウムイオン二次電池１１へ出力されるように制御する充電命令を出力する。また、商用電源５２に充放電制御部４１が未接続状態の場合に、車両が所定の走行状態となった場合に、現ＳＯＣが１００％未満であれば、充放電制御部４１に対して、負荷装置５１のハイブリッドモータでの発電電力がリチウムイオン二次電池１１へ出力されるように制御する充電命令を出力する。更に、現ＳＯＣが１００％であれば、充放電制御部４１に対して、商用電源５２又は負荷装置５１からの電力がリチウムイオン二次電池１１へ出力されないように制御する充電停止命令を出力する。更には、充放電制御部４１に対して、リチウムイオン二次電池１１からの電力が負荷装置５１としてのハイブリッドモータ５１へ出力されるように制御する放電命令を出力する。

このような電池システム１０におけるリチウムイオン二次電池１１の充放電動作を、図３に示すフローチャートを参照して説明する。但し、電流積算制御部２３で補正に用いられる満充電時電流積算値Ｉｈｆは１０（Ａｈ）であり、マップ部２４ａは、その１０（Ａｈ）の際にＳＯＣが１００（％）となる比例関係を表すマップを備えるものとする。

ステップＳ１において、車両走行中にリチウムイオン二次電池１１の充放電動作が行われる。即ち、この場合、商用電源５２に充放電制御部４１は接続されておらず、ＥＣＵ６１がＳＯＣ換算部２４から入力される現ＳＯＣに応じて充放電制御部４１に対して充放電制御命令を行っている。例えば、現ＳＯＣが７０％で負荷装置５１としてのハイブリッドモータ５１が発電中であれば、充放電制御部４１に充電命令を出して、ハイブリッドモータ５１の発電電力がリチウムイオン二次電池１１へ出力され、充電が行われる。

一方、車両をハイブリッドモータ５１で走行させる場合、ＥＣＵ６１が、充放電制御部４１に放電命令を行い、これによってリチウムイオン二次電池１１からの電力がハイブリッドモータ５１へ出力される放電が行われる。これらの制御に応じてリチウムイオン二次電池１１においては充放電が行われ、例えば図１に示すようにＳＯＣが増減する。

次に、ステップＳ２において、例えば夜間などの空き時間に充放電制御部４１のプラグが商用電源５２のコンセントに挿入され、充放電制御部４１が商用電源５２に電気的に接続されたとする。ステップＳ３において、その接続がＥＣＵ６１で認識されると、ＥＣＵ６１は充放電制御部４１に対して充電命令を出力する。これによって商用電源５２からの電力がリチウムイオン二次電池１１へ出力されて充電が行われる。

ステップＳ４において、その充電によりリチウムイオン二次電池１１の例えばセル１１ａの電圧Ｖａが、例えば図１に示すように予め定められた満充電電圧３．６Ｖとなったとする。この満充電電圧３．６Ｖが、ステップＳ５において電圧検知放電制御部２２で検知されると、満充電検知信号ＦＶがＥＣＵ６１及び電流積算制御部２３へ出力される。

ステップＳ６において、その満充電検知信号ＦＶを受けたＥＣＵ６１は、充電休止命令ＰＣを休止制御部２５へ送出し、これによって休止制御部２５から休止制御信号ＰＳがスイッチ３２及び電圧検知放電制御部２２へ出力される。そしてスイッチ３２がオフとなり充放電経路が遮断され、リチウムイオン二次電池１１の充電が休止状態となる。

ステップＳ７において、その充電休止中に電圧検知放電制御部２２では、各セル１１ａ〜１１ｎの電池電圧Ｖａ〜Ｖｎが検知され、これら検知電圧のうち最低電圧である例えばセル１１ｎの電池電圧Ｖｎ＝３．４Ｖに、他のセル１１ａ〜１１ｍの高位側電圧Ｖａ〜Ｖｍ＝３．５Ｖ〜３．６Ｖが等しくなるように合わせられ、全てのセル１１ａ〜１１ｎの電池電圧Ｖａ〜Ｖｎが３．４Ｖと等しくされる均等化制御が行われる。

この均等化制御は、電圧検知放電制御部２２から、高位側電圧を出力するセル１１ａ〜１１ｍのスイッチ１３ａ〜１３ｍへ放電信号Ｄａ〜Ｄｍが出力され、これによって当該スイッチ１３ａ〜１３ｍがオンとなる。このオンによって、抵抗器１２ａ〜１２ｍを介して各セル１１ａ〜１１ｍの蓄積エネルギーが放電され、この放電により高位側電圧Ｖａ〜Ｖｍ＝３．５Ｖ〜３．６Ｖが最低電圧Ｖｎ＝３．４Ｖに合わせられ、全てのセル１１ａ〜１１ｎの電池電圧Ｖａ〜Ｖｎが３．４Ｖと等しくされる。

一方、上記ステップＳ５の満充電電圧３．６Ｖの検知による満充電検知信号ＦＶが入力された電流積算制御部２３では、ステップＳ８において、この際にメモリ部２３ａに記憶されている電流積算値Ｉｈの例えば９．５（Ａｈ）が、予め定められた満充電時電流積算値Ｉｈｆである例えば１０（Ａｈ）に上書きされて補正される。

ステップＳ９において、その補正された満充電時電流積算値ＩｈｆがＳＯＣ換算部２４へ出力され、ＳＯＣ換算部２４において、その満充電時電流積算値Ｉｈｆに対応した１００％が現ＳＯＣとしてＥＣＵ６１へ出力される。このＥＣＵ６１は、ステップＳ１０において、充放電制御部４１に対して充電停止命令を出力する。これによって商用電源５２からリチウムイオン二次電池１１への電力出力が停止される。即ち充電が停止される。

なお、現ＳＯＣの１００％が入力されたＥＣＵ６１が、上記の充電停止命令を出力すると同時に、スイッチ３２をオンとする命令を休止制御部２５へ出力し、休止制御部２５によってスイッチ３２がオンとされてもよい。このオンの場合でも、充電停止とされているのでリチウムイオン二次電池１１への充電は行われない。

また、上記では電池システム１０が車両に搭載されているケースで説明したが、電池システム１０が車両以外の用途に用いられ、例えば負荷装置５１が家庭や商業用のエアコン等の電力負荷を消費する装置の場合は、上記の説明でＥＣＵ６１が行っていた制御は、例えばＣＰＵ２１が行うようにしてもよい。

この場合、ＣＰＵ２１は、満充電検知信号ＦＶが出力された際に休止制御部２５に充電休止命令ＰＣを送出し、これによって休止制御部２５が休止制御信号ＰＳをスイッチ３２及び電圧検知放電制御部２２へ出力する。また、ＣＰＵ２１は、商用電源５２のコンセントに充放電制御部４１のプラグが接続されている際に、ＳＯＣ換算部２４から入力される現ＳＯＣが１００％未満であれば、充放電制御部４１に対して、商用電源５２からの電力がリチウムイオン二次電池１１へ出力されるように制御する充電命令を出力する。現ＳＯＣが１００％であれば、充放電制御部４１に対して、商用電源５２からの電力がリチウムイオン二次電池１１へ出力されないように制御する充電停止命令を出力する。更に、予め定められた必要時に充放電制御部４１に対して、リチウムイオン二次電池１１からの電力が負荷装置５１へ出力されるように制御する放電命令を出力する。

このように本実施形態のリチウムイオン二次電池１１の充電制御装置は、正極にオリビン構造を有するリチウム金属リン酸塩を用いたセル１１ａ〜１１ｎが複数直列に接続された構成となっている。本実施形態の特徴は、電圧検知放電制御手段としての電圧検知放電制御部２２によって、複数のセル１１ａ〜１１ｎの何れかの出力電圧（例えばＶａ）が予め定められた満充電電圧ＦＶとなった際に、各セル１１ａ〜１１ｎの出力電圧Ｖａ〜Ｖｎのうち最低電圧のセル（例えば１１ｎ）の出力電圧Ｖｎに、当該最低電圧よりも高レベルの高位側電圧のセル１１ａ〜１１ｍの出力電圧Ｖａ〜Ｖｍを合わせ、全てのセル１１ａ〜１１ｎの出力電圧Ｖａ〜Ｖｎが等しくなるように均等化制御を行う構成としたことにある。

この構成によって、直列接続された各セル１１ａ〜１１ｎの内、何れかのセル（例えば１１ａ）が満充電電圧となった際に、最低電圧のセル１１ｎの電圧に、これよりも高位側電圧の他のセル１１ａ〜１１ｍの電圧を合わせて全セル１１ａ〜１１ｎを同一電圧としておけば、各セル１１ａ〜１１ｎが直列に接続されているので、各セル１１ａ〜１１ｎの特性が同じとなる。これによって、その後、リチウムイオン二次電池１１の充放電を行った際に、各セル１１ａ〜１１ｎに同様に充放電が行われ、各セル１１ａ〜１１ｎが略同様に満充電電圧となる。即ちＳＯＣが１００％となる。

この均等化制御を行わない従来技術では、リチウムイオン二次電池１１の充放電によって各セル１１ａ〜１１ｎへの充電状態が異なり何れかのセル１１ａ〜１１ｎが満充電電圧となった際に、他のセル１１ａ〜１１ｎはそれよりも低い電圧となるバラツキが生じていた。これによって他のセル１１ａ〜１１ｎが自電池容量を１００％活用することができず、このためリチウムイオン二次電池１１の充電可能容量が減少していた。しかし、本実施形態では上記のように各セル１１ａ〜１１ｎの電圧バラツキを略無くすことができるので、各セル１１ａ〜１１ｎの自電池容量を１００％活用することができ、これによってリチウムイオン二次電池１１の充電可能容量が減少することを防止することが出来る。

また、リチウムイオン二次電池１１における負荷装置５１に接続された充放電経路には当該充放電経路を遮断状態とするスイッチ３２が接続され、電圧検知放電制御部２２は、スイッチ３２をオフとして充放電経路を遮断状態とした後、均等化制御を行うようにした。

この構成によって、均等化制御を行う前に、リチウムイオン二次電池１１の負荷装置５１に接続された充放電経路をスイッチ３２をオフとして遮断状態とすることにより、リチウムイオン二次電池１１の充放電を休止状態（停止状態）とする。これは、充電中では各セル１１ａ〜１１ｎの電池電圧Ｖａ〜Ｖｎにずれが生じるので、これを防止するために行う。その電池電圧Ｖａ〜Ｖｎのずれは、各セル１１ａ〜１１ｎにおける内部抵抗に電流が流れた際の電圧（内部電圧という）がセルの端子電圧に加算されるために生じる。更に、それら内部抵抗はセル毎に異なるので、セル間で内部電圧によりバラツキが生じ、このため、電池電圧Ｖａ〜Ｖｎがよりずれることとなる。そこで、各セル１１ａ〜１１ｎの充放電を休止状態とすると、セル１１ａ〜１１ｎに内部電圧が生じないので電池電圧Ｖａ〜Ｖｎにずれが生じることがなくなり、これによって電池電圧Ｖａ〜Ｖｎを適正な状態で検知することが出来る。

また、複数のセル１１ａ〜１１ｎの各々には正負極間に抵抗器１２ａ〜１２ｎ及びスイッチ１３ａ〜１３ｎが直列接続され、電圧検知放電制御部２２は、均等化制御の際に、高位側電圧を出力するセル１１ａ〜１１ｎのスイッチ１３ａ〜１３ｎをオンとして、このオンスイッチに接続された抵抗器１２ａ〜１２ｎからの放電により当該高位側電圧を最低電圧に合わせる制御を行うようにした。

この構成によって、オンスイッチに接続された抵抗器１２ａ〜１２ｎを介してセル１１ａ〜１１ｎの蓄積エネルギーが放電され、この放電により高位側電圧が最低電圧に合わせられるので、適正に全セル１１ａ〜１１ｎを同一電圧とすることができる。

また、リチウムイオン二次電池１１の充放電電流を検出する電流検出手段としての電流検出部３１と、電流検出部３１で検出された充放電電流を積算し、この電流積算値を記憶手段に上書きで記憶しながら出力し、また、電圧検知放電制御部２２が満充電電圧を検知した際に、予め定められた満充電時電流積算値を記憶手段としてのメモリ部２３ａに上書きする補正を行う電流積算制御手段としての電流積算制御部２３と、電流積算制御部２３からの電流積算値を、当該電流積算値に応じたリチウムイオン二次電池１１のエネルギー残量を示す残存容量に換算し、当該電流積算制御部２３から満充電時電流積算値が入力された際に残存容量を１００％に換算するＳＯＣ換算手段としてのＳＯＣ換算部２４とを更に備えた。

この構成によって、電流積算制御部２３での補正によって、電流検出部３１の電流検出誤差を正しく補正することが出来る。即ち、電流検出誤差のある充放電電流が電流積算制御部２３で積算された場合に、電流積算値は正確な値とならず、この不正確な電流積算値がＳＯＣ換算部２４で現在の残存容量（現ＳＯＣ）に換算された場合、不正確なＳＯＣとなってしまう。例えば、現在の電流積算値が９．５（Ａｈ）である場合に、この９．５（Ａｈ）が電流検出誤差によってずれており、実際は満充電時電流積算値と同じ１０（Ａｈ）であったとする。この場合、本来であれば電流積算値は１０（Ａｈ）なので、ＳＯＣ換算部２４でＳＯＣが１００％と換算されるが、９．５（Ａｈ）であるためにＳＯＣが例えば９５％と換算されてしまう。そこで、上述したように満充電電圧の検知時に電流積算値｛例えば９（Ａｈ）｝を満充電時電流積算値の１０（Ａｈ）に補正する。これによって適正なＳＯＣを得ることができる。

１０ 電池システム
１１ リチウムイオン二次電池
１１ａ〜１１ｎ セル
１２ａ〜１２ｎ 抵抗器
１３ａ〜１３ｎ スイッチ
２１ ＣＰＵ
２２ 電圧検知放電制御部
２３ 電流積算制御部
２３ａ メモリ部
２４ ＳＯＣ換算部
２４ａ マップ部
２５ 休止制御部
３１ 電流検出部
３２ スイッチ
４１ 充放電制御部
５１ 負荷装置
５２ 商用電源
６１ ＥＣＵ

Claims (4)

1. 正極にオリビン構造を有するリチウム金属リン酸塩を用いたセルが複数直列に接続されたリチウムイオン二次電池の充電制御装置において、
   前記複数のセルの何れかの出力電圧が予め定められた満充電電圧となった際に、各セルの出力電圧のうち最低電圧のセルの出力電圧に、当該最低電圧よりも高レベルの高位側電圧のセルの出力電圧を合わせ、全てのセルの出力電圧が等しくなるように均等化制御を行う電圧検知放電制御手段
   を備えることを特徴とするリチウムイオン二次電池の充電制御装置。
2. 前記リチウムイオン二次電池における負荷装置に接続された充放電経路には当該充放電経路を遮断状態とする第１スイッチが接続され、前記電圧検知放電制御手段は、前記第１スイッチをオフとして前記充放電経路を遮断状態とした後、前記均等化制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の充電制御装置。
3. 前記複数のセルの各々には正負極間に抵抗器及び第２スイッチが直列接続され、前記電圧検知放電制御手段は、前記均等化制御の際に、前記高位側電圧を出力するセルの前記第２スイッチをオンとして、このオンスイッチに接続された前記抵抗器からの放電により当該高位側電圧を前記最低電圧に合わせる制御を行うことを特徴とする請求項２に記載のリチウムイオン二次電池の充電制御装置。
4. 前記リチウムイオン二次電池の充放電電流を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段で検出された充放電電流を積算し、この電流積算値を記憶手段に上書きで記憶しながら出力し、また、前記電圧検知放電制御手段が前記満充電電圧を検知した際に、予め定められた満充電時電流積算値を前記記憶手段に上書きする補正を行う電流積算制御手段と、
   前記電流積算制御手段からの電流積算値を、当該電流積算値に応じた前記リチウムイオン二次電池のエネルギー残量を示す残存容量に換算し、当該電流積算制御手段から前記満充電時電流積算値が入力された際に前記残存容量を１００％に換算するＳＯＣ換算手段と
   を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池の充電制御装置。

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