JP2022152830A - battery system - Google Patents

Abstract

To realize further life prolongation of a battery and high-speed charge of the battery by improving a cell balance technique.SOLUTION: A battery system 10 is equipped with: a battery 11 in which a plurality of secondary battery cells 14 (14a, 14b...14n) are connected in series; a battery management unit 12 which can manage a state of the battery 11; and an external power supply 13 which is a power supply different from the battery 11. The battery management unit 12 has a cell balance circuit 16 for levelling voltage among the plurality of secondary battery cells 14 (14a, 14b...14n). Here, the cell balance circuit 16 is constituted to selectively charge any secondary battery cell 14 among the plurality of secondary battery cells 14 (14a, 14b...14n) with the external power supply 13, and the battery management unit 12 can charge the secondary battery cells 14 (14a, 14b) at relatively low voltage among the plurality of secondary battery cells 14 (14a, 14b...14n) with the external power supply 13 according to voltage states of the plurality of secondary battery cells 14 (14a, 14b...14n).SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、バッテリシステムに関する。 The present invention relates to battery systems.

従来、二次電池とも呼ばれるバッテリの長寿命化、安全性の確保等を目的として、バッテリの状態を管理するＢＭＳ（バッテリ管理システム）と呼ばれる機器が用いられている。ＢＭＳは、主にバッテリ全体の電圧、電流、温度などを監視すると共に、バッテリを構成する二次電池セル間の電圧バランスを監視し、当該バランスが崩れたと判断した場合には、ＢＭＳに設けられたセルバランス回路を用いて、二次電池セル間における電圧の平準化が図られている。 Conventionally, a device called a BMS (battery management system) that manages the state of a battery has been used for the purpose of extending the life of a battery, also called a secondary battery, and ensuring safety. The BMS mainly monitors the voltage, current, temperature, etc. of the entire battery, and also monitors the voltage balance between the secondary battery cells that constitute the battery. A cell balance circuit is used to equalize the voltage between the secondary battery cells.

ここで、電圧の平準化の方式としては、放電による方式（パッシブ方式）と、充電による方式（アクティブ方式）とが知られている。このうちパッシブ方式と呼ばれるセルバランス方式では、バッテリを構成する複数の二次電池セルのうち相対的に残容量の多い（すなわち電圧の高い）二次電池セルについて、相対的に残容量の少ない（すなわち電圧の低い）二次電池セルと同レベルに電圧が低下するまで放電を行う（例えば、特許文献１を参照）。 Here, as methods for leveling the voltage, a method by discharging (passive method) and a method by charging (active method) are known. Among these, in the cell balance method called the passive method, among the plurality of secondary battery cells that make up the battery, the secondary battery cell with relatively high remaining capacity (that is, high voltage) has relatively low remaining capacity ( That is, discharge is performed until the voltage drops to the same level as the secondary battery cell (low voltage) (see Patent Document 1, for example).

また、アクティブ方式と呼ばれるセルバランス方式では、同じくバッテリを構成する複数の二次電池セルのうち相対的に電圧の低い二次電池セルに対して、相対的に電圧の高い二次電池セルを充電用電源として用いて、各二次電池セルの電圧が平均化されるまで充電を行う（例えば、特許文献２を参照）。 In addition, in the cell balance method called the active method, among the multiple secondary battery cells that make up the same battery, the secondary battery cells with relatively low voltage are charged with the secondary battery cells with relatively high voltage. The battery is used as a power source for charging, and charging is performed until the voltage of each secondary battery cell is averaged (see Patent Document 2, for example).

特開２０１４－１０３８０４号公報JP 2014-103804 A 国際公開第２０１３／６１４６１号公報International Publication No. 2013/61461

最近の脱炭素化の流れを受けて、自動車分野においてもバッテリの更なる需要の広がりが見込まれている。このような状況下においては、より短時間でバッテリを充電し、またより長時間のバッテリ使用を可能とするセルバランス技術が求められるものと予測される。ここで、既存の両セルバランス方式（パッシブ方式、アクティブ方式）をエネルギー効率の面から比較した場合、相対的に電圧の高い二次電池セルを強制的に放電させるパッシブ方式よりも、相対的に電圧の高い二次電池セルを用いて相対的に電圧の低い二次電池セルの充電を行うアクティブ方式が有利である。しかしながら、このアクティブ方式だと、相対的に電圧の高い二次電池セルの放電を要する点はパッシブ方式と変わらないため、更なる長寿命化並びに高速充電を見据えた場合、セルバランス技術のより一層の改善が求められる。 In response to the recent trend toward decarbonization, the demand for batteries is expected to expand even further in the automotive field. Under such circumstances, it is expected that there will be a demand for a cell balancing technology that charges the battery in a shorter time and enables the battery to be used for a longer time. Here, when comparing the existing two cell balance methods (passive method and active method) from the aspect of energy efficiency, it is relatively An active method of charging a secondary battery cell with a relatively low voltage using a secondary battery cell with a high voltage is advantageous. However, with this active method, it is the same as the passive method in that it requires the discharge of secondary battery cells with a relatively high voltage. improvement is required.

以上の事情に鑑み、本明細書では、セルバランス技術の改善により、バッテリの更なる長寿命化並びにバッテリの高速充電を実現可能とすることを、解決すべき技術課題とする。 In view of the above circumstances, the technical problem to be solved in this specification is to realize further extension of battery life and high-speed charging of the battery by improving the cell balance technology.

前記課題の解決は、本発明に係るバッテリシステムによって達成される。すなわち、このバッテリシステムは、複数の二次電池セルが直列に接続されたバッテリと、バッテリの状態を管理するバッテリ管理部と、バッテリとは別の電源である外部電源とを具備し、バッテリ管理部は、複数の二次電池セル間で電圧の平準化を図るためのセルバランス回路を有するバッテリシステムであって、セルバランス回路は、複数の二次電池セルのうち任意の二次電池セルを外部電源で選択的に充電可能に構成され、バッテリ管理部は、複数の二次電池セルの電圧状態に応じて、複数の二次電池セルのうち相対的に電圧の低い二次電池セルに対して外部電源で充電を可能とする点をもって特徴付けられる。 The solution of the above problems is achieved by the battery system according to the present invention. That is, this battery system includes a battery in which a plurality of secondary battery cells are connected in series, a battery management unit that manages the state of the battery, and an external power supply that is a power source separate from the battery. The part is a battery system having a cell balance circuit for leveling voltages among a plurality of secondary battery cells, the cell balance circuit selecting an arbitrary secondary battery cell among the plurality of secondary battery cells. The battery management unit is configured to be selectively chargeable by an external power supply, and the battery management unit selects a secondary battery cell with a relatively low voltage among the plurality of secondary battery cells according to the voltage state of the plurality of secondary battery cells. It is characterized by the fact that it can be charged with an external power supply.

このように、本発明に係るバッテリシステムでは、セルバランス回路を、複数の二次電池セルのうち任意の二次電池セルを外部電源で選択的に充電可能に構成すると共に、バッテリ管理部が、複数の二次電池セルの電圧状態に応じて、複数の二次電池セルのうち相対的に電圧の低い二次電池セルに対して外部電源で充電を可能とした。このようにバッテリとは別の電源である外部電源を用いて相対的に電圧の低い二次電池セルを充電可能とすることによって、従来方式のように相対的に電圧の高い二次電池セルを放電させることなく、相対的に電圧の低い二次電池セルを充電することができる。これにより、例えば二次電池セル間で電圧バランスが崩れた際に相対的に電圧の低い二次電池セルの電圧を高めて二次電池セル間の電圧差を解消することができるので、複数の二次電池セルを総じて高い電圧状態とすることが可能となる。よって、パッシブ方式や従来のアクティブ方式と比較して、バッテリの充電（満充電）に必要な時間を短くすることが可能となる。また、セルバランス後におけるバッテリの実質的な利用可能時間（放電終止電圧に達するまでの時間）を延ばすことが可能となる。以上より、本発明に係るバッテリシステムによれば、バッテリの短時間充電並びに長寿命化を図ることが可能となる。 As described above, in the battery system according to the present invention, the cell balance circuit is configured so that an arbitrary secondary battery cell among the plurality of secondary battery cells can be selectively charged by an external power supply, and the battery management unit According to the voltage state of the plurality of secondary battery cells, it is possible to charge a secondary battery cell with a relatively low voltage among the plurality of secondary battery cells with an external power supply. In this way, by making it possible to charge secondary battery cells with a relatively low voltage using an external power supply that is a power source separate from the battery, secondary battery cells with a relatively high voltage can be charged as in the conventional method. A secondary battery cell with a relatively low voltage can be charged without being discharged. As a result, for example, when the voltage balance between the secondary battery cells is lost, the voltage of the secondary battery cell with a relatively low voltage can be increased to eliminate the voltage difference between the secondary battery cells. It is possible to bring the secondary battery cells into a high voltage state as a whole. Therefore, it is possible to shorten the time required to charge the battery (full charge) as compared with the passive method and the conventional active method. In addition, it is possible to extend the substantial usable time of the battery after cell balancing (the time until the discharge end voltage is reached). As described above, according to the battery system of the present invention, the battery can be charged in a short time and the life of the battery can be extended.

また、本発明に係るバッテリシステムにおいて、バッテリ管理部は、複数の二次電池セルのうち最も電圧の高い二次電池セルの電圧値を目標値として電圧の低い二次電池セルに対する充電を可能としてもよい。 Further, in the battery system according to the present invention, the battery management unit sets the voltage value of the secondary battery cell with the highest voltage among the plurality of secondary battery cells as a target value, and enables charging of the secondary battery cell with the lowest voltage. good too.

このように、バッテリを構成する複数の二次電池のうち最も電圧の高い二次電池セルの電圧値を目標値として電圧の低い二次電池セルに対する充電を可能とすることによって、全ての二次電池セルを極力高い電圧レベルで平準化することができる。よって、充電時間の更なる短縮化と長寿命化を図ることが可能となる。 In this way, by setting the voltage value of the secondary battery cell with the highest voltage among the plurality of secondary batteries constituting the battery as a target value to enable charging of the secondary battery cell with the lowest voltage, all the secondary batteries can be charged. Battery cells can be leveled at a voltage level as high as possible. Therefore, it is possible to further shorten the charging time and extend the life of the battery.

また、本発明に係るバッテリシステムにおいて、セルバランス回路は、各々の二次電池セルについて外部電源と電気的に接続された状態と、バッテリの充電用電源と電気的に接続された状態とを切替え可能な切替え回路を有してもよい。なお、ここでいうバッテリの充電用電源とは、本発明に係るバッテリと外部電源の何れとも異なる電源であって、バッテリの充電に用いられる電源を意味する。 Also, in the battery system according to the present invention, the cell balance circuit switches between a state in which each secondary battery cell is electrically connected to an external power source and a state in which it is electrically connected to a battery charging power source. It may have a possible switching circuit. The battery charging power supply referred to here means a power supply that is different from the battery according to the present invention and an external power supply and that is used for charging the battery.

このように、各二次電池セルについて外部電源と電気的に接続された状態と、バッテリの充電用電源と電気的に接続された状態とを切替え可能な切替え回路を設けることにより、セルバランス用の充電を必要とする二次電池セルだけに外部電源から充電を行うことができる。その一方で、セルバランス用の充電を行う必要のない二次電池セルについては、バッテリの充電用電源と電気的に接続された状態を維持することができるので、バッテリの通常充電について従来と同じ構造を採用することができ、総じて低コストに本発明に係るバッテリシステムを構築することが可能となる。なお、ここでいうバッテリの通常充電とは、本発明に係るバッテリの充電用電源によるバッテリの充電であり、かつバッテリを構成する全ての二次電池セルに対して行う充電を意味する。 In this way, by providing a switching circuit capable of switching between the state of being electrically connected to the external power source and the state of being electrically connected to the battery charging power source for each secondary battery cell, the Only the secondary battery cells that need to be charged can be charged from the external power supply. On the other hand, secondary battery cells that do not need to be charged for cell balancing can be kept electrically connected to the battery charging power supply, so normal battery charging is the same as before. structure can be adopted, and the battery system according to the present invention can be constructed at low cost. Here, the normal charging of the battery means charging of the battery by the battery charging power supply according to the present invention, and also charging of all the secondary battery cells constituting the battery.

また、本発明に係るバッテリシステムにおいて、外部電源は、バッテリ管理部の起動用電源であってもよい。 Moreover, in the battery system according to the present invention, the external power source may be a power source for starting the battery management unit.

このように、外部電源としてバッテリ管理部の起動用電源を用いることによって、この起動用電源をセルバランス用の電源として兼用することが可能となる。そのため、必要な部品点数を増やすことなく簡素にバッテリシステムを構築することが可能となる。また、部品点数を増やさずにバッテリを高性能化できれば、バッテリシステムの大型化を避けつつ高性能化を図ることができるので、バッテリシステムの適用範囲をさらに広げることが可能となる。 By using the start-up power supply of the battery management unit as the external power supply in this way, it is possible to use this start-up power supply as a power supply for cell balancing. Therefore, it is possible to construct a battery system simply without increasing the number of required parts. Further, if the performance of the battery can be improved without increasing the number of parts, the performance can be improved while avoiding the increase in the size of the battery system, so that the application range of the battery system can be further expanded.

また、前記課題の解決は、本発明に係るバッテリのセルバランス方法によっても達成される。すなわち、この方法は、複数の二次電池セルが直列に接続されたバッテリにおいて、複数の二次電池セル間で電圧の平準化を図るためのセルバランスを行うための方法において、複数の二次電池セル間の電圧バランスが許容範囲内であるか否かを判定する電圧バランス判定ステップと、電圧バランス判定ステップで電圧バランスが許容範囲内ではないと判定された場合に、複数の二次電池セルのうち相対的に電圧の低い二次電池セルに対して、バッテリとは別の電源である外部電源で充電を行う充電ステップとを具備する点をもって特徴付けられる。 Moreover, the solution of the above problems is also achieved by a battery cell balancing method according to the present invention. That is, this method is a method for performing cell balancing for leveling voltages among a plurality of secondary battery cells in a battery in which a plurality of secondary battery cells are connected in series. a voltage balance determination step of determining whether or not the voltage balance between the battery cells is within an allowable range; It is characterized by comprising a charging step of charging a secondary battery cell having a relatively low voltage among them with an external power source, which is a power source different from the battery.

このように、本発明に係るセルバランス方法では、二次電池セル間の電圧バランスが許容範囲内ではないと判定された場合に、複数の二次電池セルのうち相対的に電圧の低い二次電池セルに対して、バッテリとは別の電源である外部電源で充電を行うようにした。このように、二次電池セル間で電圧バランスが崩れた（許容範囲内ではない）場合に、外部電源を用いて相対的に電圧の低い二次電池セルを充電することによって、従来方式のように相対的に電圧の高い二次電池セルを放電させることなく、相対的に電圧の低い二次電池セルを充電することができる。これにより、複数の二次電池セルを総じて高い電圧状態とすることが可能となるので、パッシブ方式や従来のアクティブ方式と比較して、バッテリの充電に必要な時間を短くすることが可能となる。また、セルバランス後におけるバッテリの実質的な利用可能時間を延ばすことが可能となる。以上より、本発明に係るセルバランス方法によれば、バッテリの短時間充電並びに長寿命化を図ることが可能となる。 As described above, in the cell balancing method according to the present invention, when it is determined that the voltage balance between the secondary battery cells is not within the allowable range, the secondary battery cell having a relatively low voltage among the plurality of secondary battery cells The battery cells are charged by an external power source, which is a power source separate from the battery. In this way, when the voltage balance between the secondary battery cells is broken (not within the allowable range), by charging the secondary battery cell with a relatively low voltage using an external power supply, A secondary battery cell with a relatively low voltage can be charged without discharging a secondary battery cell with a relatively high voltage. As a result, it is possible to keep the multiple secondary battery cells in a high voltage state as a whole, so it is possible to shorten the time required to charge the battery compared to the passive method and the conventional active method. . In addition, it is possible to extend the substantial usable time of the battery after cell balancing. As described above, according to the cell balancing method of the present invention, it is possible to charge the battery in a short time and extend its life.

以上のように、本発明に係るバッテリシステム、又はバッテリのセルバランス方法によれば、二次電池セル間のセルバランスを電力エネルギーの観点から効率よく実施することができる。そのため、バッテリの更なる長寿命化並びにバッテリの高速充電を実現することが可能となる。 As described above, according to the battery system or battery cell balancing method according to the present invention, it is possible to efficiently perform cell balancing between secondary battery cells from the viewpoint of power energy. As a result, it becomes possible to realize further extension of the life of the battery and high-speed charging of the battery.

本発明の一実施形態に係るバッテリシステムの全体構成を示す図である。It is a figure showing the whole battery system composition concerning one embodiment of the present invention. 図１に示すセルバランス回路とバッテリ、及び外部電源との接続状態を示す図で、バッテリの通常充電を行う場合の接続状態を示す図である。It is a figure which shows the connection state of the cell balance circuit, battery, and external power supply which are shown in FIG. 1, and is a figure which shows the connection state in the case of performing normal charge of a battery. 図１に示すセルバランス回路とバッテリ、及び外部電源との接続状態を示す図で、特定の二次電池セルのみに外部電源から充電を行う場合の接続状態を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a connection state between the cell balance circuit shown in FIG. 1, a battery, and an external power source, and is a diagram showing a connection state when only a specific secondary battery cell is charged from the external power source. 図１に示すバッテリシステムを用いたセルバランス方法の一例を示すフローチャートである。2 is a flow chart showing an example of a cell balancing method using the battery system shown in FIG. 1; 本発明に係るセルバランス方法の（ａ）実施前における各二次電池セルの電圧状態を示す図と、（ｂ）実施後における各二次電池セルの電圧状態を示す図である。It is a figure which shows the voltage state of each secondary battery cell before (a) implementation of the cell balance method which concerns on this invention, and (b) It is a figure which shows the voltage state of each secondary battery cell after implementation. 従来のパッシブ方式に係るセルバランス方法の（ａ）実施前における各二次電池セルの電圧状態を示す図と、（ｂ）実施後における各二次電池セルの電圧状態を示す図である。It is a figure which shows the voltage state of each secondary battery cell before (a) implementation of the cell balance method which concerns on the conventional passive system, and (b) It is a figure which shows the voltage state of each secondary battery cell after implementation. 従来のアクティブ方式に係るセルバランス方法の（ａ）実施前における各二次電池セルの電圧状態を示す図と、（ｂ）実施後における各二次電池セルの電圧状態を示す図である。It is a diagram showing the voltage state of each secondary battery cell before (a) implementation of the cell balancing method according to the conventional active method, and (b) a diagram showing the voltage state of each secondary battery cell after implementation.

以下、本発明の一実施形態に係るバッテリシステム、及びバッテリのセルバランス方法の内容を図面に基づいて説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A battery system and a battery cell balancing method according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１は、本発明の一実施形態に係るバッテリシステム１０の全体構成を示している。このバッテリシステム１０は、バッテリ１１と、バッテリ１１の状態を管理するバッテリ管理部１２と、外部電源１３とを具備する。本実施形態では、モータを動力源とする車両に本発明に係るバッテリシステムを適用する場合を例にとって説明する。なお、ここでいうモータを動力源とする車両には、内燃機関を持たずモータのみを動力源としかつ充放電可能なバッテリ（本実施形態でいえばバッテリ１１が相当する）によりモータへの電力供給を行う電気自動車はもちろん、内燃機関とモータをともに動力源としかつ充放電可能なバッテリによりモータへの電力供給を行うハイブリッド車が含まれる。 FIG. 1 shows the overall configuration of a battery system 10 according to one embodiment of the invention. The battery system 10 includes a battery 11 , a battery management section 12 that manages the state of the battery 11 , and an external power supply 13 . In this embodiment, a case where the battery system according to the present invention is applied to a vehicle using a motor as a power source will be described as an example. A vehicle using a motor as a power source here does not have an internal combustion engine and uses only the motor as a power source, and electric power to the motor is supplied by a chargeable/dischargeable battery (corresponding to the battery 11 in this embodiment). This includes not only electric vehicles that supply power, but also hybrid vehicles that use both an internal combustion engine and a motor as power sources and supply power to the motor using a chargeable/dischargeable battery.

バッテリ１１は、複数の二次電池セル１４を直列に接続してなるもので、例えばリチウムイオンバッテリなど車載用に好適な二次電池が適用される。ここで、各二次電池セル１４の起電力（容量）は、１０^０Ｖオーダー（例えば３～５Ｖ）であり、これら複数の二次電池セル１４を直列に接続してなるバッテリ１１の起電力は、１０^１～１０^２Ｖオーダー（例えば１０^１Ｖオーダーであれば４０～５０Ｖ、１０^２Ｖオーダーであれば２００～３００Ｖ）である。 The battery 11 is formed by connecting a plurality of secondary battery cells 14 in series, and a secondary battery such as a lithium ion battery suitable for vehicle use is applied. Here, the electromotive force (capacity) of each secondary battery cell 14 is on the order of 10 ⁰ V (for example, 3 to 5 V), and the electromotive force of the battery 11 formed by connecting the plurality of secondary battery cells 14 in series is is on the order of 10 ¹ to 10 ² V (for example, 40 to 50 V on the order of 10 ¹ V, 200 to 300 V on the order of 10 ² V).

バッテリ管理部１２は、バッテリ１１の状態を監視する監視部１５と、複数の二次電池セル１４間における電圧の平準化を図るためのセルバランス回路１６とを有する。 The battery management unit 12 has a monitoring unit 15 that monitors the state of the battery 11 and a cell balance circuit 16 that levels voltages among the plurality of secondary battery cells 14 .

監視部１５は、バッテリ１１の状態を監視し、監視した結果に基づき必要と判断した場合には、セルバランス回路１６又は本バッテリシステム１０が搭載された車両（図示は省略）のＥＣＵ１７に所定の指令を送信するように構成されている。具体的に、監視部１５は、その基板に設けられたマイコン等のホストコンピュータ（図示は省略）により、バッテリ１１全体の電圧や電流、温度などバッテリ１１の状態を示すパラメータを解析し、バッテリ１１に何らかの異常が発生していないか判定する。そして、何らかの異常が発生していると判定した場合には、異常の内容に応じた指令をＥＣＵ１７に送信する。また、監視部１５は、バッテリ１１を構成する複数の二次電池セル１４の電圧、電流など各二次電池セル１４の状態を示すパラメータを解析し、各二次電池セル１４に何らかの異常が発生していないか、及び複数の二次電池セル１４間で電圧等のアンバランスが発生していないかを判定する。そして、アンバランス等の異常が発生していると判断した場合には、異常の内容に応じた指令をセルバランス回路１６に送信する。なお、上述した監視部１５によるバッテリ１１の監視は主に、バッテリ１１の充電時又は放電時において行われるが、バッテリ１１の待機時（充電と放電の何れも行っていないとき）に行ってもよい。 The monitoring unit 15 monitors the state of the battery 11, and if it is determined to be necessary based on the monitoring result, the cell balance circuit 16 or the ECU 17 of the vehicle (not shown) in which the battery system 10 is mounted has a predetermined configured to send commands. Specifically, the monitoring unit 15 analyzes parameters indicating the state of the battery 11, such as the voltage, current, and temperature of the entire battery 11, using a host computer (not shown) such as a microcomputer provided on the substrate. Determine if any abnormality has occurred. Then, when it is determined that some kind of abnormality has occurred, a command corresponding to the content of the abnormality is transmitted to the ECU 17 . In addition, the monitoring unit 15 analyzes parameters indicating the state of each secondary battery cell 14, such as the voltage and current of the plurality of secondary battery cells 14 that constitute the battery 11, and detects that an abnormality has occurred in each secondary battery cell 14. It is determined whether or not the secondary battery cells 14 are not in balance, and whether or not there is an imbalance in voltage or the like between the plurality of secondary battery cells 14 . Then, when it is determined that an abnormality such as imbalance has occurred, a command corresponding to the content of the abnormality is transmitted to the cell balance circuit 16 . The monitoring of the battery 11 by the monitoring unit 15 described above is mainly performed when the battery 11 is charged or discharged. good.

セルバランス回路１６は、例えば電圧など各二次電池セル１４の状態に関するパラメータを測定し、測定結果を監視部１５に送信すると共に、監視部１５から受けた信号（指令）の内容に応じた処理を行うように構成されている。ここで、セルバランス回路１６による主たる処理は、二次電池セル１４間の電圧バランスを制御するための処理であり、当該処理のために、セルバランス回路１６は、例えば図１に示す複数の二次電池セル１４（１４ａ，１４ｂ…１４ｎ）のうち任意の二次電池セル１４を外部電源１３で選択的に充電可能に構成される。なお、本図示例では、各図中に示した複数の二次電池セル１４の符号を１４ａ，１４ｂ…１４ｎとして、後述する説明のために便宜上の区別を図っている。 The cell balance circuit 16 measures parameters related to the state of each secondary battery cell 14 such as voltage, transmits the measurement result to the monitoring unit 15, and performs processing according to the content of the signal (command) received from the monitoring unit 15. is configured to do Here, the main processing by the cell balance circuit 16 is processing for controlling the voltage balance between the secondary battery cells 14, and for this processing, the cell balance circuit 16 includes, for example, a plurality of secondary battery cells shown in FIG. An arbitrary secondary battery cell 14 among the secondary battery cells 14 (14a, 14b, . In this illustrated example, the reference numerals of the plurality of secondary battery cells 14 shown in each figure are designated as 14a, 14b, .

図２は、任意の二次電池セル１４を外部電源１３により選択的に充電可能とするための構成の一例を示している。すなわち、本実施形態に係るセルバランス回路１６は、バッテリ１１内の各二次電池セル１４について、外部電源１３と電気的に接続された状態と、バッテリ１１の充電用電源（電気自動車用の充電設備など）又は電力負荷先（モータなど）と電気的に接続された状態とを切替え可能な切替え回路１９を有する。この場合、切替え回路１９は、二次電池セル１４と同じ数だけセルバランス回路１６内に設けられる。 FIG. 2 shows an example of a configuration for selectively charging an arbitrary secondary battery cell 14 with an external power source 13. As shown in FIG. That is, the cell balance circuit 16 according to the present embodiment provides a state in which each secondary battery cell 14 in the battery 11 is electrically connected to the external power source 13 and a power source for charging the battery 11 (charging power for an electric vehicle). (equipment, etc.) or a state of being electrically connected to a power load destination (motor, etc.). In this case, the same number of switching circuits 19 as the secondary battery cells 14 are provided in the cell balance circuit 16 .

ここで、各切替え回路１９は、一対の切替え端子２０ａ，２０ｂを有し、各切替え端子２０ａ（２０ｂ）の切替え動作により、バッテリ１１の充電用電源又は電力負荷先につながる第一電路２１ａと各切替え端子２０ａ（２０ｂ）との接触状態と、外部電源１３につながる第二電路２１ｂと各切替え端子２０ａ（２０ｂ）との接触状態との切替えを可能としている。ここで、各切替え回路１９の切替え端子２０ａ，２０ｂが何れも第一電路２１ａに接続されている場合、複数の二次電池セル１４が直列に接続された状態となる（図２を参照）。また、一部の切替え回路１９の切替え端子２０ａ，２０ｂが第一電路２１ａに接続され、残部の切替え回路１９の切替え端子２０ａ，２０ｂが第二電路２１ｂに接続されている場合、図３に示すように、第二電路２１ｂと電気的に接続されている二次電池セル１４（１４ａ，１４ｂ）のみが並列に接続された状態となる。 Here, each switching circuit 19 has a pair of switching terminals 20a and 20b, and by switching operation of each switching terminal 20a (20b), the first electric line 21a connected to the charging power source of the battery 11 or the power load destination and each It is possible to switch between a contact state with the switching terminal 20a (20b) and a contact state between the second electric line 21b connected to the external power supply 13 and each switching terminal 20a (20b). Here, when the switching terminals 20a and 20b of each switching circuit 19 are both connected to the first electrical circuit 21a, the plurality of secondary battery cells 14 are connected in series (see FIG. 2). 3 shows a case where the switching terminals 20a and 20b of some of the switching circuits 19 are connected to the first electric line 21a and the switching terminals 20a and 20b of the remaining switching circuits 19 are connected to the second electric line 21b. Thus, only the secondary battery cells 14 (14a, 14b) electrically connected to the second electrical circuit 21b are connected in parallel.

各切替え回路１９の切替え動作は、ＬＳＩ等で構成されるセルバランス回路１６の制御部（図示は省略）により制御され得る。ここで、セルバランス回路１６の制御部は、監視部１５から受けた信号の内容に応じて各切替え回路１９の切替え動作を制御する。例えば、監視部１５から特定の二次電池セル１４（例えば図２中の二次電池セル１４ａ，１４ｂ）のみ外部電源１３による充電を行う旨の指令を受けた場合、セルバランス回路１６の制御部は、特定の二次電池セル１４ａ，１４ｂに対応する切替え回路１９についてのみ切替え動作を行う。 The switching operation of each switching circuit 19 can be controlled by a control section (not shown) of the cell balance circuit 16 which is composed of an LSI or the like. Here, the control section of the cell balance circuit 16 controls the switching operation of each switching circuit 19 according to the content of the signal received from the monitoring section 15 . For example, when receiving a command from the monitoring unit 15 to charge only specific secondary battery cells 14 (for example, secondary battery cells 14a and 14b in FIG. 2) by the external power supply 13, the control unit of the cell balance circuit 16 performs the switching operation only for the switching circuit 19 corresponding to the specific secondary battery cells 14a and 14b.

また、各二次電池セル１４には電圧計２２が接続されており、各電圧計２２により対応する二次電池セル１４の電圧を測定可能としている。本図示例のように、電圧計２２がセルバランス回路１６に設けられる場合、セルバランス回路１６の制御部により定期的に電圧測定の信号が電圧計２２に送られ、当該信号に基づいて電圧計２２は対応する二次電池セル１４の電圧を測定すると共に、測定した電圧の値を監視部１５に送信する。 A voltmeter 22 is connected to each secondary battery cell 14 so that the voltage of the corresponding secondary battery cell 14 can be measured by each voltmeter 22 . When the voltmeter 22 is provided in the cell balance circuit 16 as in the illustrated example, a voltage measurement signal is periodically sent to the voltmeter 22 by the control unit of the cell balance circuit 16, and based on the signal, the voltmeter 22 measures the voltage of the corresponding secondary battery cell 14 and transmits the measured voltage value to the monitoring unit 15 .

なお、本実施形態では、監視部１５とセルバランス回路１６がそれぞれ別個の基板に設けられていてもよい。この場合、例えばバッテリ１１を構成する二次電池セル１４の数に応じて、セルバランス回路１６側の基板を交換するだけで、バッテリ１１の変更に容易に対応可能となる。 In addition, in this embodiment, the monitoring unit 15 and the cell balance circuit 16 may be provided on separate substrates. In this case, for example, the battery 11 can be easily changed by simply replacing the substrate on the cell balance circuit 16 side according to the number of the secondary battery cells 14 constituting the battery 11 .

外部電源１３は、特定の二次電池セル１４に対して充電用の電力を供給可能に構成される。本実施形態では、バッテリ管理部１２の起動用電源を外部電源１３として用いている。この場合、外部電源１３からバッテリ管理部１２の監視部１５に所定の電力が供給されると共に、当該電力がセルバランス回路１６の切替え回路１９を介して各二次電池セル１４に選択的に供給可能とされている（図１及び図２を参照）。なお、この際、図示は省略するが、必要に応じて、外部電源１３から供給された電圧を例えばバッテリ管理部１２に設けたコンバータにより所定のレベルにまで降圧（例えば１０^１Ｖオーダーから１０^０Ｖオーダーまで降圧）した状態で、各二次電池セル１４に選択的に供給可能としてもよい。 The external power source 13 is configured to be able to supply charging power to a specific secondary battery cell 14 . In this embodiment, the power supply for starting the battery management unit 12 is used as the external power supply 13 . In this case, predetermined power is supplied from the external power supply 13 to the monitoring unit 15 of the battery management unit 12, and the power is selectively supplied to each secondary battery cell 14 via the switching circuit 19 of the cell balance circuit 16. possible (see FIGS. 1 and 2). At this time, although illustration is omitted, the voltage supplied from the external power supply 13 is stepped down to a predetermined level (for example, from the order of 10 ¹ V to 10 ⁰ V) by a converter provided in the battery management unit 12, if necessary. It may be possible to selectively supply to each secondary battery cell 14 in a state where the voltage is lowered to V order).

次に、上記構成のバッテリシステム１０を用いた本発明に係るバッテリのセルバランス方法の内容を、主に図４に示すフローチャートに基づいて説明する。 Next, the contents of the battery cell balancing method according to the present invention using the battery system 10 configured as described above will be described mainly based on the flowchart shown in FIG.

このセルバランス方法は、バッテリ１１を構成する複数の二次電池セル１４間における電圧の平準化を図るための方法で、図４に示すように、二次電池セル１４の電圧を監視するセル電圧監視ステップＳ１と、二次電池セル１４間での電圧バランスが許容範囲内であるか否かを判定する電圧バランス判定ステップＳ２と、電圧バランスの判定結果に基づいて充電すべき二次電池セル１４を特定するセル特定ステップＳ３と、特定した二次電池セル１４のみ外部電源１３と接続する外部電源接続ステップＳ４と、特定の二次電池セル１４に対して外部電源１３で充電を行う充電ステップＳ５とを具備する。 This cell balancing method is a method for leveling the voltages among the plurality of secondary battery cells 14 that make up the battery 11. As shown in FIG. A monitoring step S1, a voltage balance determination step S2 of determining whether or not the voltage balance between the secondary battery cells 14 is within an allowable range, and a secondary battery cell 14 to be charged based on the voltage balance determination result. an external power supply connection step S4 of connecting only the identified secondary battery cell 14 to the external power supply 13, and a charging step S5 of charging the specific secondary battery cell 14 with the external power supply 13 and

また、本実施形態では、セル電圧監視ステップＳ１の前段階として、バッテリ１１が充電モード又は放電モードであるか否かを判定する充放電モード判定ステップＳ６と、充電モード又は放電モードである場合にバッテリ１１全体の状態を監視するバッテリ監視ステップＳ７とをさらに具備する。以下、各ステップＳ１～Ｓ７を時系列順に説明する。 Further, in the present embodiment, as a step prior to the cell voltage monitoring step S1, a charge/discharge mode determination step S6 of determining whether the battery 11 is in the charge mode or the discharge mode, and if the battery 11 is in the charge mode or the discharge mode, A battery monitoring step S7 for monitoring the state of the battery 11 as a whole is further provided. Each step S1 to S7 will be described below in chronological order.

まずバッテリ管理部１２の起動用電源（本実施形態では外部電源１３）によりバッテリ管理部１２を起動する。次に、監視部１５は、車両に搭載されたＥＣＵ１７からの信号を受信して、バッテリ１１が充電モード又は放電モードであるか否かを判定する（充放電モード判定ステップＳ６）。そして、充電モード又は放電モードであると判定した場合には、監視部１５は、バッテリ１１全体としての電圧、電流、温度などを解析することでバッテリ１１の状態を監視する（バッテリ監視ステップＳ７）。そして、解析によりバッテリ１１に何らかの異常があると判断した場合、監視部１５は、異常の内容に応じた指令（異常を解消するための処理を行う旨の指令）を例えば車両に搭載されたＥＣＵ１７に送信する。このようにして、充電時又は放電時（ここではモータの駆動時）、バッテリ１１が適正な状態に維持され得る。 First, the battery management unit 12 is activated by the power supply for activation of the battery management unit 12 (the external power supply 13 in this embodiment). Next, the monitoring unit 15 receives a signal from the ECU 17 mounted on the vehicle and determines whether the battery 11 is in the charge mode or the discharge mode (charge/discharge mode determination step S6). Then, when it is determined that the mode is the charge mode or the discharge mode, the monitoring unit 15 monitors the state of the battery 11 by analyzing the voltage, current, temperature, etc. of the battery 11 as a whole (battery monitoring step S7). . Then, when it is determined by the analysis that there is some abnormality in the battery 11, the monitoring unit 15 issues a command according to the content of the abnormality (a command to perform a process for resolving the abnormality) to the ECU 17 mounted on the vehicle, for example. Send to In this way, the battery 11 can be maintained in a proper state during charging or discharging (here, when driving the motor).

また、充放電モード判定ステップＳ６において、バッテリ１１が充電モードと放電モードの何れでもない状態にあると判定した場合には、監視部１５は、バッテリ１１を構成する各二次電池セル１４の電圧を監視する（セル電圧監視ステップＳ１）。ここでは、例えば図２に示す電圧計２２で測定した各二次電池セル１４の電圧データを監視部１５に送信し、監視部１５は受信した電圧データを解析して、各二次電池セル１４の電圧状態につき何らかの異常があるか否かを判定する。また、監視部１５は、これら二次電池セル１４間での電圧バランスを評価し、電圧バランスが許容範囲内であるか否かを判定する（電圧バランス判定ステップＳ２）。本実施形態では、測定して得た複数の二次電池セル１４の電圧値のうち最も高い電圧値と最も低い電圧値との差が予め設定しておいた閾値（例えば各二次電池セル１４の最大起電力の８％）を越えているか否かを判定する。そして、上述した電圧差の最大値が閾値を超えている場合、二次電池セル１４間の電圧バランスが崩れていると判定し、充電すべき二次電池セル１４を特定する（セル特定ステップＳ３）。 If it is determined in the charge/discharge mode determination step S6 that the battery 11 is in neither the charge mode nor the discharge mode, the monitoring unit 15 detects the voltage of each secondary battery cell 14 that constitutes the battery 11. is monitored (cell voltage monitoring step S1). Here, for example, the voltage data of each secondary battery cell 14 measured by the voltmeter 22 shown in FIG. It is determined whether or not there is any abnormality in the voltage state of . In addition, the monitoring unit 15 evaluates the voltage balance between these secondary battery cells 14 and determines whether the voltage balance is within the allowable range (voltage balance determination step S2). In the present embodiment, the difference between the highest voltage value and the lowest voltage value among the voltage values of the plurality of secondary battery cells 14 obtained by measurement is a preset threshold value (for example, each secondary battery cell 14 8% of the maximum electromotive force). Then, when the maximum value of the voltage difference described above exceeds the threshold value, it is determined that the voltage balance between the secondary battery cells 14 is broken, and the secondary battery cell 14 to be charged is specified (cell specifying step S3 ).

例えば図５（ａ）に示すように、最も電圧の低い二次電池セル１４ａの残容量が最大起電力の６０％、最も電圧の高い二次電池セル１４ｎの残容量が最大起電力の７０％である場合、電圧差の最大値は最大起電力の１０％となる。ここで、閾値を最大起電力の８％とした場合、電圧差の最大値は閾値を超えているので、監視部１５は、このバッテリ１１の二次電池セル１４間における電圧バランスは崩れていると判定する。そして、監視部１５は、残容量が最大起電力の７０％よりも小さい二次電池セル１４（図５（ａ）でいえば左側の二つの二次電池セル１４ａ，１４ｂ）を外部電源１３により充電すべき二次電池セル１４と特定し、特定した二次電池セル１４（本図示例では１４ａ，１４ｂ）について外部電源１３で充電を行う指令をセルバランス回路１６の制御部に送信する。もちろん、図示は省略するが、最も電圧の高い二次電池セル１４ｎを除く残り全ての二次電池セル１４（１４ａ，１４ｂ…）の残容量が何れも最大起電力の７０％未満であった場合には、これら残り全ての二次電池セル１４ａ，１４ｂ…が外部電源１３による充電の対象として特定され得る。 For example, as shown in FIG. 5A, the remaining capacity of the secondary battery cell 14a with the lowest voltage is 60% of the maximum electromotive force, and the remaining capacity of the secondary battery cell 14n with the highest voltage is 70% of the maximum electromotive force. , the maximum voltage difference is 10% of the maximum electromotive force. Here, when the threshold is 8% of the maximum electromotive force, the maximum value of the voltage difference exceeds the threshold. I judge. Then, the monitoring unit 15 detects the secondary battery cells 14 (two secondary battery cells 14a and 14b on the left in FIG. A secondary battery cell 14 to be charged is specified, and a command to charge the specified secondary battery cell 14 (14a, 14b in this illustrated example) with the external power supply 13 is sent to the control unit of the cell balance circuit 16. FIG. Of course, although illustration is omitted, when the remaining capacity of all the remaining secondary battery cells 14 (14a, 14b . . . ) excluding the secondary battery cell 14n with the highest voltage is less than 70% of the maximum electromotive force , all of these remaining secondary battery cells 14a, 14b, .

上記指令を受信したセルバランス回路１６は、複数の二次電池セル１４のうちセル特定ステップＳ３で特定した二次電池セル１４（ここでは１４ａ，１４ｂ）を外部電源１３で選択的に充電できるよう、接続状態の切替えを行う（外部電源接続ステップＳ４）。本実施形態では、各二次電池セル１４（１４ａ，１４ｂ…１４ｎ）に切替え回路１９が設けられているので、セルバランス回路１６の制御部は、特定した二次電池セル１４（１４ａ，１４ｂ）の切替え回路１９につき接続状態の切替えを行う。具体的には、図２に示す状態から、特定した二次電池セル１４（１４ａ，１４ｂ）の切替え回路１９につき切替え端子２０ａ，２０ｂの切替え動作を行い、外部電源１３につながる第二電路２１ｂと各切替え端子２０ａ，２０ｂとを接触させた状態とする（図３を参照）。然る後、外部電源１３の通電により特定した二次電池セル１４（１４ａ，１４ｂ）のみ充電を行う（充電ステップＳ５）。この際、本実施形態では、複数の二次電池セル１４ａ，１４ｂ…１４ｎのうち最も電圧の高い二次電池セル１４ｎの電圧値を目標値として電圧の低い二次電池セル１４（１４ａ，１４ｂ）に対する充電を行う。これにより、充電対象となる二次電池セル１４の電圧が、セルバランス前において最も電圧の高かった二次電池セル１４ｎの電圧レベルに平準化され得る（図５（ｂ）を参照）。もちろん、上述のように最も電圧の高い二次電池セル１４ｎ以外の残り全ての二次電池セル１４ａ，１４ｂ…の残容量が何れも最大起電力の７０％未満であった場合、これら残り全ての二次電池セル１４ａ，１４ｂ…に対して上述の如き充電を行うことで、バッテリ１１を構成する全ての二次電池セル１４（１４ａ，１４ｂ…１４ｎ）が、セルバランス前において最も電圧の高かった二次電池セル１４ｎの電圧レベルに平準化され得る。 The cell balance circuit 16 that has received the command enables the secondary battery cells 14 (here, 14a and 14b) identified in the cell identification step S3 among the plurality of secondary battery cells 14 to be selectively charged by the external power source 13. , the connection state is switched (external power supply connection step S4). In this embodiment, since the switching circuit 19 is provided for each secondary battery cell 14 (14a, 14b . . . 14n), the control unit of the cell balance circuit 16 can The switching circuit 19 switches the connection state. Specifically, from the state shown in FIG. The switching terminals 20a and 20b are brought into contact with each other (see FIG. 3). After that, only the specified secondary battery cells 14 (14a, 14b) are charged by energizing the external power source 13 (charging step S5). At this time, in this embodiment, the voltage value of the secondary battery cell 14n with the highest voltage among the plurality of secondary battery cells 14a, 14b . . . to charge. Thereby, the voltage of the secondary battery cell 14 to be charged can be leveled to the voltage level of the secondary battery cell 14n having the highest voltage before cell balancing (see FIG. 5(b)). Of course, as described above, if the remaining capacity of all the remaining secondary battery cells 14a, 14b, . . . By charging the secondary battery cells 14a, 14b, . . . as described above, all the secondary battery cells 14 (14a, 14b, . . . It can be leveled to the voltage level of the secondary battery cell 14n.

なお、充電ステップＳ５の際、図４に示すように、充電中の二次電池セル１４（１４ａ，１４ｂ）の電圧を電圧計２２で測定して、充電中の二次電池セル１４（１４ａ，１４ｂ）の電圧を監視しながら、外部電源１３による充電を行ってもよい。この場合、セルバランス回路１６（もしくは監視部１５）は、充電中の各二次電池セル１４（１４ａ，１４ｂ）が最も電圧の高い二次電池セル１４ｎの電圧値と同じであるか否かを判定し（電圧判定ステップＳ８）、同じ電圧値に達した二次電池セル１４（例えば図５の左から二番目の二次電池セル１４ｂ）については切替え回路１９の切替え動作により外部電源１３による充電を終了する。一方で、未だ最も電圧の高い二次電池セル１４ｎの電圧値に達していない二次電池セル１４（例えば図５の最も左側の二次電池セル１４ａ）については、引き続き外部電源１３による充電を続行し、最も電圧の高い二次電池セル１４ｎと同じ電圧レベルまで充電する。これにより、全ての二次電池セル１４ａ，１４ｂ…１４ｎの電圧につき平準化が図られる。 In addition, in the charging step S5, as shown in FIG. Charging by the external power source 13 may be performed while monitoring the voltage of 14b). In this case, the cell balance circuit 16 (or the monitoring unit 15) checks whether the voltage value of each secondary battery cell 14 (14a, 14b) being charged is the same as the voltage value of the secondary battery cell 14n having the highest voltage. (voltage determination step S8), and the secondary battery cell 14 (for example, the second secondary battery cell 14b from the left in FIG. 5) that has reached the same voltage value is charged by the external power supply 13 by the switching operation of the switching circuit 19. exit. On the other hand, the secondary battery cell 14 (for example, the leftmost secondary battery cell 14a in FIG. 5) that has not yet reached the voltage value of the secondary battery cell 14n with the highest voltage continues to be charged by the external power supply 13. and charge to the same voltage level as the secondary battery cell 14n with the highest voltage. Thereby, the voltages of all the secondary battery cells 14a, 14b, . . . 14n are leveled.

以上述べたように、本実施形態に係るバッテリシステム１０では、複数の二次電池セル１４のうち任意の二次電池セル１４を外部電源１３で選択的に充電できるようにセルバランス回路１６を構成すると共に、バッテリ管理部１２が、複数の二次電池セル１４の電圧状態に応じて、複数の二次電池セル１４のうち相対的に電圧の低い二次電池セル１４に対して外部電源１３で充電を行うようにした。このように外部電源１３を用いて相対的に電圧の低い二次電池セル１４を充電可能とすることによって、従来方式のように相対的に電圧の高い二次電池セル１４を放電させることなく電圧の平準化を図ることができる。 As described above, in the battery system 10 according to the present embodiment, the cell balance circuit 16 is configured so that an arbitrary secondary battery cell 14 out of the plurality of secondary battery cells 14 can be selectively charged by the external power supply 13. At the same time, the battery management unit 12 applies the external power supply 13 to the secondary battery cell 14 having a relatively low voltage among the plurality of secondary battery cells 14 according to the voltage state of the plurality of secondary battery cells 14. I set it to charge. By enabling the secondary battery cell 14 with a relatively low voltage to be charged using the external power supply 13 in this way, the voltage can be adjusted without discharging the secondary battery cell 14 with a relatively high voltage as in the conventional method. can be leveled.

以下、図５～図７を参照して、従来方式と比較した場合の本発明に係るセルバランス方式（セルバランス方法）の利点を説明する。例えば図５（ａ）に示すように、最も電圧の低い二次電池セル１４ａの残容量が最大起電力の６０％、最も電圧の高い二次電池セル１４ｎの残容量が最大起電力の７０％である場合、本発明に係るバッテリシステム１０（セルバランス方法）では、残容量が最大起電力の７０％よりも小さい二次電池セル１４（図５（ａ）だと左側二つの二次電池セル１４ａ，１４ｂ）について、セルバランス回路１６が有する選択的充電機能を用いて外部電源１３による充電を行う。これにより、全ての二次電池セル１４ａ，１４ｂ…１４ｎの残容量が、セルバランス前において最も電圧の高い二次電池セル１４ｎと同じ電圧レベル（図５（ｂ）に示す例だと最大起電力の７０％）に平準化される。 Advantages of the cell balance method (cell balance method) according to the present invention compared to the conventional method will be described below with reference to FIGS. For example, as shown in FIG. 5A, the remaining capacity of the secondary battery cell 14a with the lowest voltage is 60% of the maximum electromotive force, and the remaining capacity of the secondary battery cell 14n with the highest voltage is 70% of the maximum electromotive force. , in the battery system 10 (cell balance method) according to the present invention, the secondary battery cells 14 whose remaining capacity is smaller than 70% of the maximum electromotive force (two secondary battery cells on the left side in FIG. 5(a) 14a, 14b) are charged by the external power supply 13 using the selective charging function of the cell balance circuit 16. FIG. As a result, the remaining capacity of all the secondary battery cells 14a, 14b, . 70% of

これに対して、従来のパッシブ方式と呼ばれるセルバランス方式（特許文献１を参照）だと、図６（ａ）に示すように、最も電圧の低い二次電池セル１４ａの残容量が最大起電力の６０％、最も電圧の高い二次電池セル１４ｎの残容量が最大起電力の７０％である場合、残容量が最も少ない（６０％の）二次電池セル１４ａ以外の二次電池セル１４（図６（ａ）だと右側二つの二次電池セル１４ｂ，１４ｎ）について、セルバランス回路３０が有する放電機能を用いて放電を行う。これにより、全ての二次電池セル１４ａ，１４ｂ…１４ｎの残容量が、セルバランス前において最も電圧の低い二次電池セル１４ａと同じ電圧レベル（図６（ｂ）に示す例だと最大起電力の６０％）に平準化される。 On the other hand, in the conventional cell balance system called passive system (see Patent Document 1), as shown in FIG. , and the remaining capacity of the secondary battery cell 14n with the highest voltage is 70% of the maximum electromotive force, the secondary battery cells 14 other than the secondary battery cell 14a with the lowest remaining capacity (60%) ( In FIG. 6A, the two secondary battery cells 14b and 14n on the right side are discharged using the discharge function of the cell balance circuit 30. FIG. As a result, the remaining capacity of all the secondary battery cells 14a, 14b, . 60% of ).

また、従来のアクティブ方式と呼ばれるセルバランス方式（特許文献２を参照）だと、図７（ａ）に示すように、最も電圧の低い二次電池セル１４ａの残容量が最大起電力の６０％、最も電圧の高い二次電池セル１４ｎの残容量が最大起電力の７０％である場合、セルバランス回路４０が有するセル間電力供給機能を用いて、残容量が最も多い（７０％の）二次電池セル１４ｎから、残容量が最も少ない（６０％の）二次電池セル１４ａへの電力供給（二次電池セル１４ａの充電）を行う。これにより、全ての二次電池セル１４ａ，１４ｂ…１４ｎの残容量が、セルバランス前における電圧平均値もしくは当該平均値に最も近い電圧の二次電池セル１４ｂと同じ電圧レベル（図７（ｂ）に示す例だと最大起電力の６５％）に平準化される。 In addition, in the cell balance method (see Patent Document 2) called a conventional active method, as shown in FIG. 7A, the remaining capacity of the secondary battery cell 14a with the lowest voltage is 60% of the maximum electromotive force , when the remaining capacity of the secondary battery cell 14n with the highest voltage is 70% of the maximum electromotive force, the cell-to-cell power supply function of the cell balance circuit 40 is used to select the second cell with the highest remaining capacity (70%). Power is supplied from the secondary battery cell 14n to the secondary battery cell 14a with the lowest remaining capacity (60%) (charging of the secondary battery cell 14a). As a result, the remaining capacity of all the secondary battery cells 14a, 14b, . 65% of the maximum electromotive force).

このように、従来及び本発明に係る三つのセルバランス方式を比較した場合、従来のセルバランス方式だと、二次電池セル１４の放電を平準化のための手段としている以上、セルバランスの前後で二次電池セル１４の電圧レベルが総じて低下する（図６及び図７を参照）。これに対して、本発明に係るセルバランス方式だと、相対的に電圧の低い二次電池セル１４ａ，１４ｂに対して外部電源１３で充電を行うので、セルバランスの前後で何れの二次電池セル１４についても電圧低下を生じることなく電圧の平準化を図ることができる（図５を参照）。これにより、複数の二次電池セル１４を総じて高い電圧レベルにできるので、パッシブ方式や従来のアクティブ方式と比較して、バッテリ１１の充電に必要な時間を短くすることが可能となる。また、セルバランス後におけるバッテリ１１の実質的な利用可能時間を延ばすことが可能となる。以上より、本発明に係るバッテリシステム１０及びバッテリのセルバランス方法によれば、バッテリ１１の短時間充電と長寿命化を図ることが可能となる。 In this way, when comparing the three cell balance methods according to the conventional method and the present invention, in the conventional cell balance method, as long as the discharge of the secondary battery cell 14 is used as a means for leveling, , the voltage level of the secondary battery cells 14 generally decreases (see FIGS. 6 and 7). On the other hand, in the cell balancing method according to the present invention, since the secondary battery cells 14a and 14b with relatively low voltages are charged by the external power supply 13, any secondary battery before and after cell balancing is charged. The voltage of the cell 14 can also be leveled without causing a voltage drop (see FIG. 5). As a result, the plurality of secondary battery cells 14 can be set to a high voltage level as a whole, so that the time required to charge the battery 11 can be shortened compared to the passive system and the conventional active system. In addition, it is possible to extend the substantial usable time of the battery 11 after cell balancing. As described above, according to the battery system 10 and the battery cell balancing method according to the present invention, it is possible to charge the battery 11 in a short time and extend its life.

また、本実施形態に係るバッテリシステム１０であれば、バッテリ１１とは別の電源である外部電源１３と各二次電池セル１４ａ，１４ｂ…１４ｎとを選択的に接続すれば足りるので、従来のアクティブ方式のように、二次電池セル１４ａ，１４ｂ…１４ｎ間で電力エネルギーの移動を行うためにセルバランス回路４０が複雑化するデメリットも生じない。よって、本実施形態に係るバッテリシステム１０によれば、バッテリ１１の短時間充電並びに長寿命化のためのセルバランス処理を低コストに実施することが可能となる。 Further, in the battery system 10 according to the present embodiment, it is sufficient to selectively connect the external power source 13, which is a power source different from the battery 11, to each of the secondary battery cells 14a, 14b . . . 14n. Unlike the active method, the disadvantage of complicating the cell balance circuit 40 for transferring power energy among the secondary battery cells 14a, 14b . . . 14n does not occur. Therefore, according to the battery system 10 according to the present embodiment, it is possible to charge the battery 11 in a short period of time and perform cell balance processing for extending the life of the battery 11 at low cost.

また、本実施形態に係るバッテリシステム１０では、セルバランス回路１６に、各々の二次電池セル１４について外部電源１３と電気的に接続された状態と、バッテリ１１の充電用電源又は電力負荷先と電気的に接続された状態とを切替え可能な切替え回路１９を設けるようにした（図２を参照）。このようにセルバランス回路１６を構成することで、セルバランス用の充電を必要とする二次電池セル１４だけに外部電源１３から充電を行うことができる。その一方で、セルバランス用の充電を行う必要のない二次電池セル１４については、バッテリ１１の充電用電源と電気的に接続された状態を維持することができるので、通常充電について従来と同じ構造を採用することができ、総じて低コストに本発明に係るバッテリシステム１０を構築することが可能となる。 In addition, in the battery system 10 according to the present embodiment, the cell balance circuit 16 includes a state in which each secondary battery cell 14 is electrically connected to the external power source 13, a charging power source for the battery 11, or a power load destination. A switching circuit 19 capable of switching between an electrically connected state and a state of being electrically connected is provided (see FIG. 2). By configuring the cell balance circuit 16 in this manner, only the secondary battery cells 14 that require charging for cell balance can be charged from the external power supply 13 . On the other hand, the secondary battery cells 14, which do not need to be charged for cell balancing, can be kept electrically connected to the charging power source of the battery 11, so normal charging is the same as in the conventional case. structure can be adopted, and the battery system 10 according to the present invention can be constructed at low cost.

また、本実施形態に係るバッテリのセルバランス方法（バッテリシステム１０）では、バッテリ管理部１２につき、複数の二次電池セル１４のうち最も電圧の高い二次電池セル１４ｎの電圧値（ここでは最大起電力の７０％）を目標値として電圧の低い二次電池セル１４ａ，１４ｂに対する充電を行うようにした（図４を参照）。このように最も電圧の高い二次電池セル１４ｎの電圧値を目標値として電圧の低い二次電池セル１４ａ，１４ｂに対する充電を行うことによって、全ての二次電池セル１４ａ，１４ｂ…１４ｎを極力高い電圧レベルで平準化することができる。よって、充電時間の更なる短縮化と長寿命化を図ることが可能となる。 In addition, in the battery cell balancing method (battery system 10) according to the present embodiment, the voltage value of the secondary battery cell 14n having the highest voltage (here, the maximum 70% of the electromotive force) is set as a target value, and the secondary battery cells 14a and 14b with low voltage are charged (see FIG. 4). In this way, by charging the secondary battery cells 14a and 14b with the lowest voltage with the voltage value of the secondary battery cell 14n with the highest voltage as the target value, all the secondary battery cells 14a, 14b . It can be leveled by voltage level. Therefore, it is possible to further shorten the charging time and extend the life of the battery.

また、本実施形態に係るバッテリシステム１０では、各二次電池セル１４に切替え回路１９を設けて、各二次電池セル１４の接続状態を別個独立に切替え可能とした（図２を参照）。そのため、例えば図５（ａ）に示すように、充電対象となる複数の二次電池セル１４ａ，１４ｂについて、充電すべき量が互いに異なる場合、充電すべき量が相対的に少ない二次電池セル１４ｂの充電が完了した後、充電が完了した二次電池セル１４ｂの接続状態を切り替えて外部電源１３と絶縁した状態で、充電すべき量が相対的に多い二次電池セル１４ａについて充電を続行することで、容易に全ての二次電池セル１４を最も電圧の高い二次電池セル１４ｎと同じ電圧レベルにまで充電することが可能となる。 In addition, in the battery system 10 according to the present embodiment, each secondary battery cell 14 is provided with a switching circuit 19 so that the connection state of each secondary battery cell 14 can be switched independently (see FIG. 2). Therefore, for example, as shown in FIG. 5A, when the amounts to be charged are different for the plurality of secondary battery cells 14a and 14b to be charged, the secondary battery cells with relatively small amounts to be charged After the charging of the secondary battery cell 14b is completed, the connection state of the secondary battery cell 14b that has been charged is switched to insulate it from the external power supply 13, and the charging of the secondary battery cell 14a that has a relatively large amount to be charged is continued. By doing so, it becomes possible to easily charge all the secondary battery cells 14 to the same voltage level as the secondary battery cell 14n with the highest voltage.

以上、本発明の一実施形態について述べたが、本発明に係るバッテリシステム、及びバッテリのセルバランス方法は、その趣旨を逸脱しない範囲において、上記以外の構成を採ることも可能である。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the battery system and the battery cell balancing method according to the present invention can adopt configurations other than those described above without departing from the scope of the present invention.

例えばセルバランス回路１６が有する二次電池セル１４の選択的充電機能に関し、上記実施形態では、セルバランス回路１６に、各々の二次電池セル１４ａ，１４ｂ…１４ｎと外部電源１３とが電気的に接続された状態と、各々の二次電池セル１４ａ，１４ｂ…１４ｎとバッテリ１１の充電用電源又は電力負荷先とが電気的に接続された状態とを切替え可能な切替え回路１９を設けた場合を例示したが（図２を参照）、これには限られない。例えば図示は省略するが、バッテリ１１の充電用電源又は電力負荷先と複数の二次電池セル１４ａ，１４ｂ…１４ｎとが直列に接続される回路とは別に、外部電源１３と各二次電池セル１４ａ，１４ｂ…１４ｎとが並列に接続される回路を設けて、回路上の所定位置に複数の切り替えスイッチを設けることにより、複数の二次電池セル１４ａ，１４ｂ…１４ｎのうち任意の二次電池セル１４を外部電源１３により選択的に充電可能に構成してもよい。 For example, regarding the selective charging function of the secondary battery cells 14 that the cell balance circuit 16 has, in the above embodiment, the cell balance circuit 16 is electrically connected to the secondary battery cells 14a, 14b . . . 14n and the external power supply 13. A switching circuit 19 capable of switching between a connected state and a state in which each of the secondary battery cells 14a, 14b, . Although illustrated (see FIG. 2), it is not limited to this. For example, although illustration is omitted, an external power supply 13 and each secondary battery cell are connected in series with a power supply for charging the battery 11 or a power load destination and a plurality of secondary battery cells 14a, 14b . . . 14n. 14a, 14b, . Cell 14 may be configured to be selectively chargeable by external power source 13 .

また、本発明に係るバッテリのセルバランス方法について、上記実施形態では、各二次電池セル１４ａ，１４ｂ…１４ｎの電圧バランスが許容範囲内であるか否かの具体的な判定基準として、測定して得た複数の二次電池セル１４の電圧値のうち最も高い電圧値と最も低い電圧値との差が予め設定しておいた閾値（例えば各二次電池セル１４の最大起電力の８％）を越えているか否かを判定基準とした場合を例示したが、もちろんこれ以外の基準を適用することも可能である。例えば、電圧バランス判定ステップＳ２において、測定して得た全ての二次電池セル１４ａ，１４ｂ…１４ｎの電圧値に基づいて電圧値の標準偏差を算出し、標準偏差が予め設定しておいた閾値を上回っている場合に電圧バランスが許容範囲外であるとする判定基準を適用してもよい。あるいは、測定して得た二次電池セル１４ａ，１４ｂ…１４ｎの電圧値のうち最も低い電圧値のみに着目して、当該電圧最低値が予め設定しておいた閾値を下回った場合に電圧バランスが許容範囲外であるとする判定基準を適用してもよい。 Further, with regard to the battery cell balancing method according to the present invention, in the above-described embodiment, the voltage balance of each of the secondary battery cells 14a, 14b . . . The difference between the highest voltage value and the lowest voltage value among the voltage values of the plurality of secondary battery cells 14 obtained by the above is a preset threshold value (for example, 8% of the maximum electromotive force of each secondary battery cell 14 ) has been exemplified, but of course other criteria can be applied. For example, in the voltage balance determination step S2, the standard deviation of the voltage values is calculated based on the measured voltage values of all the secondary battery cells 14a, 14b, . A criterion may be applied that states that the voltage balance is out of the acceptable range if it exceeds . Alternatively, focusing only on the lowest voltage value among the voltage values of the secondary battery cells 14a, 14b ... 14n obtained by measurement, the voltage balance when the lowest voltage value is below a preset threshold may apply a criterion that is outside the acceptable range.

また、本実施形態では、セルバランス方法の充電ステップＳ５において、最も電圧の高い二次電池セル１４ｎの電圧値よりも電圧の低い全ての二次電池セル１４全てについて外部電源１３で充電する場合を例示したが、もちろんこれには限られない。例えば測定した全ての二次電池セル１４の電圧値のうち中間値以下の電圧値を示した一部の二次電池セル１４のみに対して外部電源１３により充電を行ってもよい。あるいは、最も電圧の高い二次電池セル１４ｎの電圧値との電圧差が閾値より小さくかつ所定の値（例えば３％）より大きい一部の二次電池セル１４について外部電源１３により充電を行うようにしてもよい。 Further, in the present embodiment, in the charging step S5 of the cell balancing method, all the secondary battery cells 14 having a voltage lower than the voltage value of the secondary battery cell 14n having the highest voltage are charged by the external power supply 13. Although exemplified, it is of course not limited to this. For example, of all the measured voltage values of the secondary battery cells 14 , only some of the secondary battery cells 14 showing a voltage value equal to or lower than the intermediate value may be charged by the external power source 13 . Alternatively, some secondary battery cells 14 whose voltage difference from the voltage value of the secondary battery cell 14n with the highest voltage is smaller than the threshold value and larger than a predetermined value (for example, 3%) are charged by the external power supply 13. can be

また、以上の説明では、電圧バランス判定ステップＳ２で電圧バランスが許容範囲内ではないと判定された場合に、複数の二次電池セル１４のうち相対的に電圧の低い二次電池セル１４に対して、バッテリ１１とは別の電源である外部電源１３で充電を行う場合を例示したが、本発明に係るバッテリシステムは上記以外の用途に係るバッテリシステムにも適用可能である。例えばセルバランス以外の目的で相対的に電圧の低い二次電池セルのみに対して充電が必要となる場合に、本発明に係るバッテリシステムを適用してもよい。 Further, in the above description, when it is determined that the voltage balance is not within the allowable range in the voltage balance determination step S2, the secondary battery cell 14 having a relatively low voltage among the plurality of secondary battery cells 14 is Although the case of charging with the external power supply 13, which is a power supply different from the battery 11, is illustrated, the battery system according to the present invention can also be applied to battery systems according to applications other than the above. For example, the battery system according to the present invention may be applied when only secondary battery cells with relatively low voltages need to be charged for purposes other than cell balancing.

また、以上の説明では、図２に例示の如く複数の二次電池セル１４のうち任意の二次電池セル１４を外部電源１３で選択的に充電可能に構成されたセルバランス回路１６を用いて、複数の二次電池セル１４のうち相対的に電圧の低い二次電池セル１４に対して外部電源１３で充電を行う場合を説明したが、本発明に係るバッテリのセルバランス方法は、上記以外の構成をなすセルバランス回路を用いて、セルバランスに係る二次電池セル１４の外部電源１３による充電を行ってもよい。 Further, in the above description, as illustrated in FIG. A case has been described in which the external power supply 13 charges the secondary battery cell 14 with a relatively low voltage among the plurality of secondary battery cells 14, but the battery cell balancing method according to the present invention can be applied to other than the above. By using the cell balance circuit having the configuration of (1), the secondary battery cell 14 related to cell balance may be charged by the external power supply 13 .

また、以上の説明では、電気自動車などモータで駆動する車両のモータ駆動用バッテリに本発明を適用した場合を例示したが、もちろんこれには限られない。例えば駆動用モータ以外の電力負荷先に電力を供給する車載用バッテリに本発明を適用してもよい。あるいは、車載用に限らずバッテリの継続的かつ安定的な駆動が必要とされるバッテリ用途全般に本発明に係るバッテリシステム又はバッテリのセルバランス方法を適用してもよい。 Further, in the above description, the case where the present invention is applied to a motor-driving battery of a vehicle such as an electric vehicle that is driven by a motor has been exemplified, but of course the present invention is not limited to this. For example, the present invention may be applied to an in-vehicle battery that supplies power to a power load other than a drive motor. Alternatively, the battery system or the battery cell balancing method according to the present invention may be applied not only to in-vehicle applications but also to general battery applications that require continuous and stable battery driving.

１０ バッテリシステム
１１ バッテリ
１２ バッテリ管理部
１３ 外部電源
１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｎ） 二次電池セル
１５ 監視部
１６ セルバランス回路
１７ ＥＣＵ
１９ 切替え回路
２０ａ，２０ｂ 切替え端子
２１ａ 第一電路
２１ｂ 第二電路
２２ 電圧計
３０ セルバランス回路
４０ セルバランス回路
Ｓ１ セル電圧監視ステップ
Ｓ２ 電圧バランス判定ステップ
Ｓ３ セル特定ステップ
Ｓ４ 外部電源接続ステップ
Ｓ５ 充電ステップ
Ｓ６ 充放電モード判定ステップ
Ｓ７ バッテリ監視ステップ
Ｓ８ 電圧判定ステップ 10 battery system 11 battery 12 battery management unit 13 external power source 14 (14a, 14b, 14n) secondary battery cell 15 monitoring unit 16 cell balance circuit 17 ECU
19 Switching circuits 20a, 20b Switching terminal 21a First electric circuit 21b Second electric circuit 22 Voltmeter 30 Cell balance circuit 40 Cell balance circuit S1 Cell voltage monitoring step S2 Voltage balance determination step S3 Cell identification step S4 External power supply connection step S5 Charging step S6 Charge/discharge mode determination step S7 Battery monitoring step S8 Voltage determination step

Claims (3)

複数の二次電池セルが直列に接続されたバッテリと、前記バッテリの状態を管理可能なバッテリ管理部と、前記バッテリとは別の電源である外部電源とを具備し、
前記バッテリ管理部は、前記複数の二次電池セル間で電圧の平準化を図るためのセルバランス回路を有するバッテリシステムであって、
前記セルバランス回路は、前記複数の二次電池セルのうち任意の二次電池セルを前記外部電源で選択的に充電可能に構成され、
前記バッテリ管理部は、前記複数の二次電池セルの電圧状態に応じて、前記複数の二次電池セルのうち相対的に電圧の低い二次電池セルに対して前記外部電源で充電を可能とするバッテリシステム。 A battery in which a plurality of secondary battery cells are connected in series, a battery management unit capable of managing the state of the battery, and an external power supply that is a power supply separate from the battery,
The battery management unit is a battery system having a cell balance circuit for leveling voltages among the plurality of secondary battery cells,
The cell balance circuit is configured to be able to selectively charge any secondary battery cell among the plurality of secondary battery cells with the external power supply,
The battery management unit enables the external power source to charge a secondary battery cell having a relatively low voltage among the plurality of secondary battery cells according to the voltage state of the plurality of secondary battery cells. battery system. 前記バッテリ管理部は、前記複数の二次電池セルのうち最も電圧の高い二次電池セルの電圧値を目標値として前記電圧の低い二次電池セルに対する充電を可能とする請求項１に記載のバッテリシステム。 2. The battery management unit according to claim 1, wherein the secondary battery cell having the highest voltage among the plurality of secondary battery cells is set as a target value to enable charging of the secondary battery cell having the lowest voltage. battery system. 前記セルバランス回路は、各々の前記二次電池セルについて前記外部電源と電気的に接続された状態と、前記バッテリの充電用電源と電気的に接続された状態とを切替え可能な切替え回路を有する請求項１又は２に記載のバッテリシステム。 The cell balance circuit has a switching circuit capable of switching between a state of being electrically connected to the external power source and a state of being electrically connected to the battery charging power source for each of the secondary battery cells. The battery system according to claim 1 or 2.

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