JP2018129896A - 電池管理ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】電池システムが有する個々の電池セルの電圧を、相対的な誤差を抑えて精度良く計測することができる電池管理ユニットを提供する。【解決手段】複数の電池セルが直列接続されて構成される二次電池１００の各電池セル毎の電圧を計測する電池管理ユニット３であって、１つのキャパシタであるコンデンサーＣと、各電池セルの端子間に対応して設けられ、コンデンサーＣに独立して直列接続し、当該接続をＯＮ／ＯＦＦするフォトＭＯＳリレー１０と、フォトＭＯＳリレー１０のＯＮ／ＯＦＦを制御するマイコン３ａとを備え、前記マイコン３ａは、各電池セル１〜７毎にフォトＭＯＳリレー１０をＯＮすることでコンデンサーＣに充電し、コンデンサーＣの端子電圧が飽和状態に達した際にフォトＭＯＳリレー１０をＯＦＦし、この充電されたコンデンサーＣの端子電圧を取得する動作を実行し、この動作を各電池セル毎に順に行うことで各電池セル毎の電圧を計測する。【選択図】図１

Description

本発明は、電池セルを直列接続し電圧を高めてエネルギー源として使用する電池システムにおいて、個々の電池セルの電圧を検知し、その状態に応じて充電および放電時の印加する電圧および電流を制御し、電池システムの安全性と長寿命化を図る電池管理ユニットに関する。

近年、太陽光発電パネル（太陽電池パネル、ＰＶとも呼ばれる）、ＥＶ（電気駆動自動車）、蓄電装置等の電池を利用して電気エネルギーを一時的に蓄えて、蓄えた電気エネルギーを利用するものや、種々の情報端末等の小型の電池を利用して電気エネルギーを一時的に蓄えて、蓄えた電気エネルギーを利用する持ち運び可能な機器の普及が急速に進んでいる。

しかし、電池の出力電圧はニッケル水素で１．２Ｖ、鉛電池で２Ｖ、リチウムイオン電池で４Ｖ弱と単電池で使用するには電圧が余りにも低く、そのためこれら電池セルを直列に接続して組電池として構成し、少なくとも１２Ｖ、高いもので３６０Ｖ程度の高電圧にして高電力化を図る機器が多い。

このような組電池の充放電時では、充電時、放電時ともに流れる電流はいずれの電池セルでも等しく、その電流に応じた個々の電池セルの電圧は通常は異なった値をとる。したがって、組電池全体の電池電圧を観察しても個々の電池セルの電圧は異なり、ある電池セルは電池セルとしての許容値を超えている場合もある。許容値を超えた電池セルは膨潤・発熱・発煙・爆発等の電池システム災害を惹起する事態となる。また、負荷に接続された状態では、ある電池セルの電圧が異常に低下しても他の電池電圧でカバーし負荷への電力の供給を強制する場合もある。このような場合は、該当電池セルは、過放電状態となり、電極破壊に繋がるおそれがあり、次の充電時には該当電池セルは、他の電池セルに先んじて過充電を惹起し、種々の電池システムのハザードとなる。

前記のような種々の電池システムのハザードを防止するためには、電池システムの構成素子である個々の電池セル（単電池）の電圧を常に監視し、電圧の個々のデータと当該データに基づく適正な制御が電池システムの長寿命化および安全性の確保に不可欠となる。そのため、電池システムの個々の電池セル（単電池）の電圧を監視し、電池システムに対して所定の制御を行う装置として、従来から電池管理システム（ＢＭＳ：Ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ）が用いられる。電池管理システムは、電池システムが有する個々の電池セルの電圧や温度を測定し、電池システムを監視・制御（保護）を行うユニットとして、電池管理ユニット（ＢＭＵ：Ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｕｎｉｔ）を有している。

電池管理システムによる電池システムの個々の電池セルの電圧を計測する方法としては過去種々の方法がなされている（例えば、特許文献１参照）。

例えば、図６に抵抗分割方式による電池セル電圧を計測するための一般的な基本回路を示しているが、この基本回路による電圧計測方法には必然的に計測誤差の発生が伴う。具体的には、この基本回路では、各抵抗の誤差が同じ場合、図中の上方に位置する電池セルほど誤差が大きくなる。例えば、抵抗が１％の誤差を持つものとすると、セル１が３７ｍＶ、セル７が２５９ｍＶの誤差になる。また、抵抗分割方式は、分割抵抗に因る電池セルのエネルギー損失が原理的に個々の電池セルにより異なる。従って、抵抗分割方式は、経時的に大きな充電量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）のバラつきとなる欠点が存在する。また、この基本回路に従来のＢＭＵを接続した場合、電池セルの電圧を検出するために、常に電流を流す必要があり（図７（ａ）参照）、電力を浪費することになる。また、各電池セルを流れる電流が異なるため、ＢＭＵを接続することによる電池セルの充電量（ＳＯＣ）のバラツキが生じる（図７（ｂ）参照）。

また、計測のための電池セルへの負荷量を小さくするため、分割抵抗値を大きくすると、電圧計測値の精度が落ち、精度を得るために分割抵抗値を小さくすると、負荷量が大きくなり、電池セルのバラつきが増大し精度は高いが電池自身の充電量（ＳＯＣ）の自己変動を起こすことになる。そのため、電池システムが有する個々の電池セルの電圧を、相対的な誤差を抑えて精度良く計測する技術が求められている。

特開２０１４−１１６９９２号公報

そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電池システムが有する個々の電池セルの電圧を、相対的な誤差を抑えて精度良く計測することができる電池管理ユニットを提供することを目的とする。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１の電池管理ユニットにおいては、
複数の電池セルが直列接続されて構成される電池システムの各電池セル毎の電圧を計測する電池管理ユニットであって、
１つのキャパシタと、
前記各電池セルの端子間に対応して設けられ、前記キャパシタに独立して直列接続し、当該接続をＯＮ／ＯＦＦする第１スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御回路と、備え、
前記制御回路は、
前記各電池セル毎に前記第１スイッチング素子をＯＮすることで前記キャパシタに充電し、前記キャパシタの端子電圧が飽和状態に達した際に前記第１スイッチング素子をＯＦＦし、この充電されたキャパシタの端子電圧を取得する動作を実行し、この動作を前記各電池セル毎に順に行うことで各電池セル毎の電圧を計測するものである。

また、請求項２の電池管理ユニットにおいては、
前記各電池セルの電圧を比較し、必要に応じて、前記各電池セル毎に独立して放電または充電し、前記各電池セルのＳＯＣレベルを平準化するバランス手段を備えるものである。

また、請求項３の電池管理ユニットにおいては、
前記制御回路は、
前記各電池セルのそれぞれの電圧に応じて、前記電池システムを充電するための充電電源の充電電圧を制御して、電池システム全体の充電及び放電の動作を最適化するものである。

本発明の電池管理ユニットによれば、電池システムが有する個々の電池セルを、相対的な誤差を抑えて精度良く計測することができる。

ひいては、電池システムの応用において最大の懸念事項である構成電池セルのバラつきによる電池システム充電能力の低下、発熱、発煙、発火等の異常現象の発生を防止することが可能となる。また構成電池セルの一つの特性不良による電池システム全体の能力低減、短寿命化などの懸念があり、これら懸念事項を防御出来るシステム構成が実現される。

本発明の一実施形態に係る電池管理ユニットを有する電池管理システムを備えた充電装置の構成を模式的に示すブロック図。 マイコンの構成を示すブロック図。 フローティング・キャパシタ方式の基本回路であるセル電圧検知回路を示す図。 キャパシタチャージ、電圧検出、及びマイコン演算処理の動作の一例を示すシーケンス図。 電池管理ユニットの特長を説明する説明図。 抵抗分割方式による電池セル電圧の計測回路の一例を示す図。 抵抗分割方式の問題点を説明する説明図。

次に、本発明の一実施形態である電池管理ユニットを有する電池管理システム（ＢＭＳ）を備えた充電装置１について図１及び図２を参照しながら説明する。充電装置１は、種々のエネルギー源Ｅにより発電された電力を充電電源２を介して電池システムの一例である二次電池１００に蓄え、当該二次電池１００から負荷２００に電力を供給するものである。充電装置１は、二次電池１００に蓄えられた電力を利用して作動する負荷２００に電気的に接続されている。エネルギー源Ｅとしては、例えば、ＰＶ、風力、地熱等が挙げられる。負荷２００としては、例えば、モータ等の動力源、各種デバイス、電灯等の照明装置、情報等の表示装置等が挙げられる。
なお、本実施形態における電池システムとは、複数の電池セルの直列接続によってパック化、モジュール化して組電池を構成したものである。

ここで、本実施形態における二次電池１００とは、充放電を繰り返し行うことができる電池をいい、電気エネルギーを化学エネルギーに変換して蓄え、また逆に、蓄えた化学エネルギーを電気エネルギーに変換して使用することができる電池をいう。二次電池１００としては、例えば、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素金属電池、リチウムイオン電池、鉛電池等を挙げることができる。その中でも、二次電池１００としては、エネルギー密度が高いリチウムイオン電池が特に好ましい。

図１に示すように、充電装置１は、エネルギー源Ｅ、充電電源２と、二次電池１００を監視・制御する電池管理ユニット（以下、ＢＭＵという）３と、バランス機構４と、電流検知／保護回路５と、表示手段６とを主に備える。充電装置１は、電池システムである二次電池１００、及び負荷２００に電気的に接続される。ＢＭＵ３は、充電電源２、バランス機構４、電流検知／保護回路５、表示手段６、二次電池１００、負荷２００等に電気的に接続されている。
なお、本実施形態で説明する充電装置１、充電装置１が備えるＢＭＵ３、ＢＭＵ３に接続される二次電池１００の各構成は、本実施形態で説明する機能を実現可能な構成であれば良く、適宜変更可能であるものとする。

充電電源２は、二次電池１００に充電電圧を供給する電源である。充電電源２は、交流電力を直流に変換する変圧、整流回路を有しており、変換された直流電力がＢＭＵ３を介して二次電池１００に供給される。

ＢＭＵ３は、主に演算・指令等を実行する制御回路（プロセッサー）の一例であるマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）３ａと、充電電圧等を制御する充電電圧制御部３ｂと、二次電池１００が有する各電池セルの電圧を検知するセル電圧検知回路３ｃと、を有している。ＢＭＵ３は、二次電池１００の各電池セル毎の電圧を計測する。

マイコン３ａは、充電電圧制御部３ｂ及びセル電圧検知回路３ｃに電気的に接続されている。図２に示すように、マイコン３ａは、中央演算装置であるマイクロプロセッシングユニット（以下、ＭＰＵ）４０と、記憶手段であるリードオンリーメモリ（以下、ＲＯＭ）４１と、ランダムアクセスメモリ（以下、ＲＡＭ）４２と、セル電圧検知回路３ｃが有するスイッチング素子（後述する第１スイッチング素子であるフォトＭＯＳリレー１０、第２スイッチング素子であるキャパシタリレー１１）のＯＮ／ＯＦＦを制御するスイッチング制御部４３と、時間計測手段であるタイマ４４と、勘定手段であるカウンタ４５と、二次電池１００に通電されている電流値を図示しない充電電流検出手段を介して検出する電流検出部４６と、二次電池１００の各電池セルの端子間の電圧値（電池セル電圧）を監視する電池電圧監視部４７、Ａ／Ｄ変換機能を有するＡ／Ｄ変換部４８等を備えている。ＲＯＭ４１には、充電装置１内で処理される各種処理プログラム（例えば、二次電池１００が有する個々の電池セルの電圧を検知し、その状態に応じ充電および放電時の印加する電圧および電流を制御するためのプログラム等）が格納される。マイコン３ａは、前記スイッチング制御部４３を有し、スイッチング素子（後述する第１スイッチング素子であるフォトＭＯＳリレー１０、及び第２スイッチング素子であるキャパシタリレー１１）のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御回路である。
なお、セル電圧検知回路３ｃにおいて実行される動作の詳細については後述する。

バランス機構４は、二次電池１００の各電池セル間の電圧バランスを維持する機能を有するバランス手段であり、例えば、当該機能を組み込んだＩＣチップで構成される。バランス機構４は、ＢＭＵ３のマイコン３ａにより動作する。バランス機構４は、複数の電池セルの電圧を比較し、必要に応じて、各電池セル毎に独立して放電または充電し、各電池セルのＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）レベルを平準化するものである。

電流検知／保護回路５は、充電電流の電流値を検知するとともに、過充電停止、過放電停止のための保護回路である。電流検知／保護回路５は、電子回路によって電圧を計測し、電圧が一定値以上となった際に充電を停止する。過放電の場合も同様、電圧が一定値以下となった場合に放電を停止する。電流検知／保護回路５は、ＢＭＵ３のマイコン３ａにより動作する。

表示手段６は、リアルタイムで二次電池１００の充電状態（ＳＯＣ等）や電池の総電圧や電池セル個々の電圧等を表示するものである。表示手段６は、例えば、所定の表示装置やＰＣ（パーソナルコンピューター）のＬＣＤ等で構成される。

二次電池１００は、複数の電池セル（電池反応の基本となる単一セル）を直列接続し電圧を高めてエネルギー源として使用する電池システムの一例である。二次電池１００は、複数の電池セル（本実施形態では、７個）が直列接続された組電池であり、複数の電池セルを電気的に積み上げて電圧を高めたものである。二次電池１００としては、例えば、リチウムイオンバッテリーが挙げられる。

［セル電圧検知回路について］
次に、ＢＭＳ３による二次電池１００の各電池セルの電圧検知方法及びデータ処理方法について説明する。

セル電圧検知回路３ｃは、複数の電池セルの電圧を計測する計測回路であり、１つの高精度キャパシタであるコンデンサーＣと、コンデンサーＣに独立して直列接続し、当該接続をＯＮ／ＯＦＦする複数（本実施形態では、７個）の第１スイッチング素子であるフォトＭＯＳリレー１０、１０・・・と、から構成される。コンデンサーＣは、複数の電池セルの二次側に設けられている。コンデンサーＣは、キャパシタリレー１１を介してマイコン３ａのＡ／Ｄ変換部４８に接続されている。

フォトＭＯＳリレー１０は、光信号によってＯＮ／ＯＦＦの切り替えができる半導体リレーである。
なお、本実施形態では、第１スイッチング素子として半導体リレーであるフォトＭＯＳリレー１０を用いているが、特に限定するものでなく、その他の方式のスイッチング素子を用いてもよい。

図３に示すように、電池システムである二次電池１００は、複数の電池セル（同じ仕様のものであるが、図３等では便宜上セル１〜７として示す）が直列接続して構成されている。複数の電池セル１〜７には、電池セル１〜７の各々に対応して複数のフォトＭＯＳリレー１０、１０・・・が設けられている。フォトＭＯＳリレー１０は、原則的に計測対象である個々の電池セル１〜７の正極、負極それぞれに装着し、マイコン３ａの指示に従い、フォトＭＯＳリレー１０が有する一対のスイッチをＯＮ／ＯＦＦすることで導通／非導通する機能を持ち、対で動作するものである。

次に、電池セルの電圧検知方法（本実施形態では、フローティング・キャパシタ方式ともいう）について図２を用いてより具体的に説明する。

［第１プロセス：コンデンサー充電工程］
先ず、マイコン３ａからの指示信号により、複数のフォトＭＯＳリレー１０、１０・・・のうちのひとつの電池セル（例えば、符号１の電池セルとする）に付帯するフォトＭＯＳリレー１０の一対のスイッチがＯＮされ、符号１の電池セルと導通状態となる。これにより、電圧検知用のコンデンサーＣがチャージ（充電）され、コンデンサーＣの端子電圧Ｖ_Ｃは時間とともに変化し、次式（１）の関係が成り立つ。コンデンサーＣは飽和するまでの時間を経て（この時間経過はコンデンサーＣの容量（Ｃ）とフォトＭＯＳリレー１０の内部抵抗（ｒ０）とバッファー抵抗（Ｒ）との和によって決まる時定数（Ｔ０）よりも十分大きな時間経過）、コンデンサーＣの端子電圧Ｖ_ＣはＶ_１で表される符号１の電池セルの電圧となる。次に、電池セル電圧演算工程に進む。

ここで、上記（１）式において、ｔは経過時間、Ｔ０は上述した時定数である。

［第２プロセス：電池セル電圧演算工程］
続いて、コンデンサーＣの端子電圧Ｖ_Ｃが符号１の電池セルの電圧Ｖ_１になった時点でフォトＭＯＳリレー１０をＯＦＦ（非導通状態）した後、キャパシタリレー１１の一対のスイッチをＯＮ状態にしてコンデンサーＣをマイコン３ａのＡ／Ｄ変換部４８に接続する。マイコン３ａの内部では該コンデンサーＣの端子電圧Ｖ_Ｃ（符号１の電池セルの電圧Ｖ_１）をＡ／Ｄ変換（ディジタル演算）し、符号１の電池セルの電圧Ｖ_１として指定のメモリー（例えば、ＲＡＭ４２）に格納する。

該演算完了後、上述したコンデンサー充電工程、及び電池セル電圧演算工程を符号２の電池セルに適応し、符号２の電池セルの電圧Ｖ_２を計測し、前記メモリーに格納する。

同様の工程を電池セルの数（本実施形態では、７個）だけ続け、再度符号１の電池セルに戻り工程を続行する。すなわち、ある時間間隔でサイクリックに二次電池１００を構成する各電池セルの電圧を順次検出監視する。

このように、上記第１プロセスであるコンデンサー充電工程と第２プロセスである電池セル電圧演算工程を連鎖的に実行し、電池システムを構成しているすべての電池セルの計測を実施し、電池システムを構成する電池セルのすべての電圧値をマイコン３ａに認識させることができる。

上述した工程は、対応するフォトＭＯＳリレー１０のＯＮ／ＯＦＦの切り替え動作によって作動するが、その時間制御はマイコン３ａからの信号で行われる。コンデンサーＣのチャージングとマイコン３ａへの信号伝達のタイミング図を図４に示す。図４において、横軸は時間（ｍｓｅｃ）、縦軸のチャージリレーは各フォトＭＯＳリレー１０に対応する。

このように、マイコン３ａは、各電池セル毎にフォトＭＯＳリレー１０をＯＮすることでコンデンサーＣに充電し、コンデンサーＣの端子電圧が飽和状態に達した際にフォトＭＯＳリレー１０をＯＦＦし、この充電されたコンデンサーＣの端子電圧を取得する動作を実行し、この動作を各電池セル毎に順に行うことで各電池セル毎の電圧を計測する。

また、マイコン３ａは、電池セルのすべての電圧値の結果に基づいて、電流検知／保護回路５を動作させ、二次電池１００を構成する電池セルの一つが、規定の制限電圧を超えれば充電は、即時停止し、又、規定の下限電圧に達すると即時、放電を停止する電池防御の機能を有している。さらに、負荷２００への電力供給を遮断する遮断リレーを二次電池１００の装備として付帯させ、マイコン３ａからのこれらを停止する停止信号を、遮断リレーの駆動信号として適用して、電力を遮断する構成とすることも可能である。
すなわち、マイコン３ａは、各電池セルのそれぞれの電圧に応じて、二次電池１００を充電するための充電電源２の充電電圧を制御して、二次電池１００全体の充電及び放電の動作を最適化することができる。

また、マイコン３ａは、各電池セルの電圧のバラつき程度を観察し、充電の電流強度を調整し、又、放電電流を低下させ、電池のパワーに応じた負荷パワーの適合性を自動調整し、二次電池１００の異常動作を防止することができる。ひいては、ＢＭＵ３によれば、電池の安全性と長寿命化を目的とした機能が実現可能となる。

更に、例えば、各電池セルに制御リレーを介し固定抵抗負荷を装備して構成した場合、電池セルの最小値に他の電池セルの電圧を一致させることが可能となり、いわゆるパッシブセルバランス機能を持たせることも可能となる。
なお、パッシブセルバランスとは、高い電圧の電池セルを放電し低い電圧の電池セルに合わすことである。

また、例えば、各電池セルに制御リレーを介し独立電源を装備して構成した場合、電池セルの最大値に他の電池セルの電圧を一致させる補充電が可能となり、いわゆるアクティブセルバランス機能を持たせることも可能となる。
なお、アクティブセルバランスとは、低い電圧の電池セルを充電し高い電圧の電池セルに合わすことである。

次に、上述したフローティング・キャパシタ方式による電池セルの電圧検知方法の特長を図５を用いて説明する。

特長１）図５（ａ）に示すように、各電池セルの電圧を、ひとつひとつ正確な値で測定することができる。
フローティング・キャパシティ方式による電池セル電圧検知方法によれば、各電池セル（符号１〜７で示す電池セル）の電圧を個々にテスターで測定するのと同じとなる。これにより、上述した従来の抵抗分割方式のように電池セルの位置による測定誤差は生じない。

特長２）ＢＭＵ３の停止時、消費電流は完全にゼロとなる。
すなわち、図５（ｂ）に示すように、すべてのスイッチがＯＦＦの状態なので、電流が流れない。これにより、ＢＭＵ３が動作していないときは、電流が流れない。よって、上述した従来のＢＭＵよりも電力の浪費を抑えることができる。

特長３）各電池セルの回路的構成は同じなので、ＢＭＵ３によるバラツキは生じない。
すなわち、図５（ｃ）に示すように、各電池セルから流れる電流は同じであるからである。

こうして、セル電圧検知回路３ｃは、まるで絶縁された電圧計で測定するように、単独に独立して計測を行うよう回路的に工夫を凝らしたものである。

また、セル電圧検知回路３ｃでは、二次電池１００を構成している電池セルの計測を意図した時、任意の電池セルのみを計測回路に結線し計測する方法を提供することを目的とした回路である。これにより同一の計測回路による計測となり、計測誤差は皆無となる。また、計測による負荷量も計測時間を同一とすることで相対的な相対誤差も生じることはない。よって、ＢＭＵ３では、構成される電池セル１〜７を、それぞれ同じ条件で、同じ計器で、同じ精度で計測することができる。

以上の如く、ＢＭＵ３によれば、二次電池１００が有する個々の電池セルを、相対的な誤差を抑えて精度良く計測することができる。

ひいては、二次電池１００の応用において最大の懸念事項である構成電池セルのバラつきによる二次電池１００の充電能力の低下、発熱、発煙、発火等の異常現象の発生を防止することが可能となる。また構成電池セルの一つの特性不良による二次電池１００全体の能力低減、短寿命化などの懸念があり、これら懸念事項を防御出来るシステム構成が実現される。

本発明をまとめると、電池セルは同一材料で、同一環境下で、同一生産工程で生産されたとしても微視的な観点で異なり、また、その後のわずかな履歴の違いでも電池生涯では大きく異なる特性を示す。これは恰も生き物と擬えることが出来る。

従って、この個性の異なる電池セルの組み合わせによって構成される電池システムの充電には、個々の電池セルの状態を監視しながら適正な電力注入を図ることが必要不可欠な条項となる。今回発明の方式による状態監視は監視そのものの正確さと監視機構に伴う不均衡なセル負荷が伴うことなく機構設置そのものによる不都合は一切生じることはない。

一方、一般に充電器といえば、交流の入力電力を直流に変換し、電池電圧に整合した電圧印加によって充電がなされる。充電の完了は、電池からの終止信号（即ち、これ以上エネルギーの注入はもう耐えられないといった信号）を得て、印加を停止する。

この信号の作り方等に関しては、すでに既存の技術として確立されているが、本発明は、この全体制御を、さらに構成されている個々の電池セルまで拡張して応用展開したものである。

ここで、上述した本実施形態に係るＢＭＵ３の機能としては、以下のとおりである。
１）構成電池セルの総ての電圧（電位）を上述した方法で取得する。
２）その最大電圧を示す電圧が、電池種によって規定された許容最大電圧に達すると充電を停止する。
３）あるいは、該電池セルが充電を続行するがその電圧上昇傾向が充電量に比し緩慢となりこれ以上充電を続行しても充電量が増えないと演算結果が示せば充電を停止する。
また、上述していないが、ＢＭＵ３に付加可能な機能としては、以下のとおりである。
４）電池温度が規定の上限となれば充電を停止する。
５）充電電流が規定値に減少すれば充電を停止する。

また、放電に関し最も重要なポイントは、構成電池セルの、一つでも許容下限電圧以下となることを避けねばならない点である。全体の電圧計測では、個々の電池セルの電圧の総計としか検知できない。電圧が例えば４８Ｖを示し適切な電圧領域であっても、この４８Ｖはある電池セルの電圧が許容下限電圧を下回っても他の電池セルでカバーしている場合がある。

電池セルの電圧が許容電圧を下回るとセル内の負極の結晶間隙がバランスを崩し膨潤する。外観ではいわゆる"電池のふくらみ"現象を呈する。このふくらみによって負極の結晶がくずれ活物質のサイト数が減少し結果的に充電容量の低下となる。（同じ現象が過充電の際も起こりこれも膨らみとして現れる。）

この過放電現象を防御するには、構成されている電池セルの電圧を常に監視し制御する機構が不可欠で、具体的には電圧が設定の下限に達すると遮断の機構を設けるか、電流制御機構を設け放電電流を制御する機構を設けるとよい。

上述したように、正確で適切な時刻の電池セル個々の電圧を検知し、そのデータに基づく制御機構を構築したことが本発明の優れるところである。

１ 充電装置
３ 電池管理ユニット（ＢＭＵ）
３ａ マイコン（制御回路）
１０ フォトＭＯＳリレー（第１スイッチング素子）
１１ キャパシタリレー（第２スイッチング素子）
Ｃ コンデンサー（キャパシタ）

Claims (3)

1. 複数の電池セルが直列接続されて構成される電池システムの各電池セル毎の電圧を計測する電池管理ユニットであって、
   １つのキャパシタと、
   前記各電池セルの端子間に対応して設けられ、前記キャパシタに独立して直列接続し、当該接続をＯＮ／ＯＦＦする第１スイッチング素子と、
   前記第１スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御回路と、を備え、
   前記制御回路は、
   前記各電池セル毎に前記第１スイッチング素子をＯＮすることで前記キャパシタに充電し、前記キャパシタの端子電圧が飽和状態に達した際に前記第１スイッチング素子をＯＦＦし、この充電されたキャパシタの端子電圧を取得する動作を実行し、この動作を前記各電池セル毎に順に行うことで各電池セル毎の電圧を計測することを特徴とする電池管理ユニット。
2. 前記各電池セルの電圧を比較し、必要に応じて、前記各電池セル毎に独立して放電または充電し、前記各電池セルのＳＯＣレベルを平準化するバランス手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の電池管理ユニット。
3. 前記制御回路は、
   前記各電池セルのそれぞれの電圧に応じて、前記電池システムを充電するための充電電源の充電電圧を制御して、電池システム全体の充電及び放電の動作を最適化することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電池管理ユニット。