JP3870577B2

JP3870577B2 - Variation determination method for battery pack and battery device

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Publication number: JP3870577B2
Application number: JP26003398A
Authority: JP
Inventors: 敦志今井; 博志田村; 哲也永田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-09-14
Filing date: 1998-09-14
Publication date: 2007-01-17
Anticipated expiration: 2018-09-14
Also published as: JP2000092732A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電気自動車やハイブリッド電気自動車等に採用するに好適する、組電池のばらつき判定方法及びバッテリ装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
近年、地球環境保護等の観点から、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）が注目されてきている。そのうちＨＥＶは、エンジンの効率が低く二酸化炭素や窒素酸化物の排出量の多い低速走行時に電池からの電力で駆動するため、低公害であり、一方、ＥＶほどの大容量の電池を用意しなくても、高速走行時には、エンジンによりガソリン車並みの走行性能を確保することができる特長を有している。ところが、発進時やフル加速時には、電池からの電力を使用するため、電池には高い出力が要求され、またエンジンやモータジェネレータ等の多くの搭載部品により重量が増すことから、小形軽量化が要求される事情は、ＥＶの場合と同様であった。
【０００３】
そこで、従来の鉛，ニッカドやニッケル水素電池などに代えて、それらの約２〜４倍もの高い重量及び体積エネルギ密度を有するリチウム二次電池を採用することが考えられている。しかしながら、このリチウム二次電池は、過充電や過放電に弱いといった事情があり、規定された電圧の範囲内で使用しないと、材料が分解して著しく容量が減少したり異常な発熱をしたりして、電池として使用できなくなる虞がある。そのため、リチウム二次電池を使用するに際しては、上限電圧及び下限電圧が明確に規定され、必ずその範囲内で使用されるように、定電圧充電制御をしたり保護回路とセットで用いたりすることが行われる。
【０００４】
ところで、ＥＶやＨＥＶに使用される電池は、モータを駆動するために高い電圧が要求されるので、通常、複数個の電池（単位セル）を直列に接続した組電池として構成される。例えば３００Ｖの電圧を得るには、単位セルあたり２Ｖの鉛電池では１５０個、単位セルあたり１．２Ｖのニッケル水素電池では２５０個、また単位セルあたり３．６Ｖのリチウム二次電池の場合には約８０個を直列接続することになる。このように多数の単位セルを直列接続してなる組電池を放電，充電する場合、従来では、組電池の両端の正，負極の端子間電圧を監視しながら充放電を制御していた。
【０００５】
この場合に問題となるのが、組電池を構成する各単位セルの残存容量（ＳＯＣ；State of Charge ）のばらつきに起因する電圧のばらつきである。組電池を流れる電流はどの単位セルにおいても等しいが、各単位セル毎の性能の個体差や温度の相違によって容量には必ずばらつきが生じるため、各単位セル毎の電圧の変化は異なったものとなる。そのため、組電池の両端電圧を制御しただけでは、あくまでそれを構成する単位セルの平均電圧が制御されているに過ぎず、組電池が下限電圧となるまで放電すれば、平均電圧よりも低い単位セルは過放電となる。また、組電池が上限電圧となるまで充電した場合も、平均電圧よりも高い単位セルでは過充電となる。
【０００６】
従来の鉛電池やニッカド電池、ニッケル水素電池等においては、一部の単位セルが過放電、過充電となっても性能がやや劣化するだけで使用不能となるに至るものではなく、また、単位セル個々の電圧制御はコスト高を招くことから、組電池の両端電圧を制御するに止まっていたのが一般的であった。
【０００７】
しかし、リチウム二次電池を直列接続した組電池にあっては、単位セルのうち一つでも過放電（あるいは過充電）となった場合には、上述のように、電池として使用できなくなる虞がある。特に、組電池をＥＶやＨＥＶの電源として用いる場合には、１個の単位セルが使用不能となることにより、走行が不可能になってしまう虞があるので、個々の単位セルにおける過放電（過充電）も避けなければならない。
【０００８】
そこで、従来では、その対策として、例えば実開平２−１３６４４５号公報に示される技術が考えられている。このものは、放電時には、各単位セルの端子電圧のうち最低値を検出してその最低電圧に基づいて制御を行うようにしている。また、充電時にも、同最高値を検出してその最高電圧に基づいて制御を行うようにしている。これによれば、全ての単位セルが所定の電圧範囲を越えないようにしながら使用することが可能となる。
【０００９】
ところが、この技術は、最も電圧の低い単位セルを検出して、その単位セルの電圧が下限電圧まで下がったら放電を終了するものであり、その他の多数の単位セルでは、下限電圧まで未だ放電能力が十分に残っている状態で放電が終了されることになる。また、充電時は最も電圧の高い単位セルを検出して、その単位セルが満充電になったら充電を終了するものであり、その他の多数の単位セルは満充電に至らないまま充電が終了されることになる。つまり、組電池全体としての使用電圧の範囲が狭まってしまって個々の単位セルの容量を十分に活かしきっていないものとなる。特に、例えば１個の単位セルが劣化してその容量が減った場合には、他の単位セルの劣化がなくても、組電池全体としての放電容量が大幅に制限され、継続放電時間が大幅に減少してしまう不具合を招く。
【００１０】
また、別の技術として、例えば特開平６−２５３４６３号公報には、各単位セルに抵抗とスイッチとからなる放電回路（バイパス回路）を並列に接続し、単位セル電圧にばらつきが生じると、電圧の高い方の単位セルに接続された放電回路を閉じて放電させたり、あるいは充電中に充電電流を分流（バイパス）させたりするいわゆるバランス充放電を行い、単位セル間の電圧差を小さくしてばらつきを小さくする方法が開示されている。さらには、特開平５−６４３７７号公報には、各単位セルのＳＯＣ（充電状態）を監視し、満充電に達した単位セルは、バイパス回路に充電電流を分流することによって、単位セルを全て満充電の状態に揃え、ばらつきを解消するという方法が開示されている。
【００１１】
しかしながら、これらの方法を実施するためには、ばらつきの判定を行うために各単位セルのＳＯＣを正確に検出する必要があり、それには、各単位セルの電圧を正確に検出する回路が必要となる。この場合、リチウム電池においては、ＳＯＣは開回路電圧（ＯＣＶ；充放電電流が０Ａの場合の電圧）の関数となるが、例えば４Ｖ定格のものにあっては、ＳＯＣが８０％付近で、ＳＯＣに対する開回路電圧の変化率が２．５ｍＶ／％とかなり小さいものとなる。従って、例えばＳＯＣを±１％の精度で検出するためには、単位セルの電圧を±２．５ｍＶの精度で検出可能な構成とする必要がある。このため、各単位セルのＳＯＣを正確に検出するためには、各単位セルの電圧検出回路（作動増幅回路やＡ／Ｄ変換器）を高精度で高分解能を備えるものとしなければならず、コストアップの大きな要因となってしまう欠点があった。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数個の単位セルを直列接続した組電池を備えるものにあって、単位セル間のＳＯＣのばらつきを効果的に解消しながらも、各単位セルの電圧検出のための回路構成を安価に済ませることができる組電池のばらつき判定方法及びバッテリ装置を提供するにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
例えば４Ｖ定格のリチウム電池の単位セルにおけるＳＯＣと開回路電圧（ＯＣＶ）との関係は、図３に示すように、ＳＯＣが０％の近傍（０〜１０％）の範囲と、１００％の近傍（９０〜１００％）の範囲とにおいて、ＳＯＣに対するＯＣＶの変化率が大きくなり、それらの中間の範囲では、ＳＯＣに対するＯＣＶの変化率が比較的小さくなる。
【００１４】
本発明者等は、このような単位セルのＳＯＣとＯＣＶとの関係に着目し、ＳＯＣに対するＯＣＶの変化率が大きいところで、ばらつき判定を行うようにすれば、単位セルの電圧検出回路の精度や分解能を低くしても、単位セルのＳＯＣを精度良く検出することができることを確認し、本発明を成し遂げたのである。
【００１５】
即ち、本発明の請求項１の組電池のばらつき判定方法は、組電池全体のＳＯＣの変化に対する各単位セルの開回路電圧の変化率を検出し、その変化率が所定値を上回っている範囲において、前記各単位セルの開回路電圧に基づいてそれら各単位セル間のＳＯＣのばらつきを判定するところに特徴を有する。
【００１６】
また、本発明の請求項２の組電池のばらつき判定方法は、組電池全体のＳＯＣを検出し、そのＳＯＣが、０％から第１の値までの第１の範囲あるいは第２の値から１００％までの第２の範囲にあるときに、各単位セルの開回路電圧に基づいてそれら単位セル間のＳＯＣのばらつきを判定するところに特徴を有する。
【００１７】
これらによれば、上述のようなＳＯＣに対するＯＣＶの変化率が大きいところで、ばらつき判定が行われるようになるので、単位セルの電圧検出回路の精度や分解能を低くしても、各単位セルのＳＯＣを精度良く検出することができてばらつき判定を正確に行うことができる。従って、請求項１又は請求項２の発明によれば、単位セル間のＳＯＣのばらつきを効果的に解消しながらも、各単位セルの電圧検出のための回路構成を安価に済ませることができるという優れた効果を得ることができる。
【００１８】
本発明の請求項３のバッテリ装置は、二次電池からなる複数個の単位セルを直列に接続してなる組電池全体のＳＯＣを検出するＳＯＣ検出手段と、前記各単位セルの電圧を検出する電圧検出手段と、前記ＳＯＣ検出手段の検出したＳＯＣの変化に対する前記電圧検出手段の検出電圧から求められる開回路電圧の変化率が所定値を上回ったときに、その開回路電圧に基づいて前記各単位セル間のＳＯＣのばらつきを判定するばらつき判定手段と、このばらつき判定手段の判定に基づいてばらつきの大きい単位セルに対する放電あるいは充電を行って前記各単位セル間のＳＯＣのばらつきを補正するばらつき補正手段とを具備する構成に特徴を有する。
【００１９】
また、本発明の請求項４のバッテリ装置は、二次電池からなる複数個の単位セルを直列に接続してなる組電池全体のＳＯＣを検出するＳＯＣ検出手段と、前記各単位セルの電圧を検出する電圧検出手段と、前記ＳＯＣ検出手段により検出されたＳＯＣが、０％から第１の値までの第１の範囲、あるいは、第２の値から１００％までの第２の範囲にあるときに、前記電圧検出手段の検出電圧から求められる開回路電圧に基づいて前記各単位セル間のＳＯＣのばらつきを判定するばらつき判定手段と、このばらつき判定手段の判定に基づいてばらつきの大きい単位セルに対する放電あるいは充電を行って前記各単位セル間のＳＯＣのばらつきを補正するばらつき補正手段とを具備する構成に特徴を有する。
【００２０】
これらによれば、ばらつき判定手段は、ＳＯＣに対するＯＣＶの変化率が大きいところで、ばらつき判定を行うようになるので、単位セルの電圧を検出する電圧検出手段の精度や分解能を低くしても、各単位セルのＳＯＣを精度良く検出することができてばらつき判定を正確に行うことができる。従って、請求項３又は請求項４の発明によれば、ばらつき補正手段により単位セル間のＳＯＣのばらつきを効果的に解消しながらも、各単位セルの電圧検出のための回路構成を安価に済ませることができるという優れた効果を得ることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を電気自動車やハイブリッド電気自動車用のバッテリ装置に適用したいくつかの実施例について、図面を参照しながら説明する。
（１）第１の実施例
まず、図１ないし図４を参照しながら、本発明の第１の実施例（請求項１，３に対応）について述べる。
【００２６】
図１は、本実施例に係るバッテリ装置１の全体の電気的構成を概略的に示している。ここで、このバッテリ装置１は、大きく分けて、複数個の単位セル２を直列接続してなる組電池３、この組電池３の各単位セル２の端子電圧を検出する電圧検出手段たる電圧検出回路４、ばらつき補正手段の一部として機能し前記各単位セル２の放電を行う放電回路５、ＳＯＣ検出手段の一部として機能し組電池２に流れる電流を検出する電流センサ６、バッテリ装置１全体を制御するための制御装置７を備えて構成されている。
【００２７】
前記単位セル２は、この場合、リチウムイオンを吸蔵，放出可能な物質からなる正極及び負極を有し、そのうち正極がマンガン化合物から成るリチウム系二次電池から構成され、１個の標準電圧が例えば４Ｖとされている。かかるリチウム系二次電池は、鉛，ニッカドやニッケル水素電池などに比べて２〜４倍もの高い重量及び体積エネルギ密度を有するものとなっている。
【００２８】
組電池３は、この単位セル２を多数個（例えば８０個）直列に接続して構成され、その両端に接続された正，負側の母線８，９が、図示しないモータの駆動回路（インバータ回路）あるいは充電装置に接続されるようになっている。尚、前記単位セル２は、その電圧が上限値（例えば４．２Ｖ）と下限値（例えば３．０Ｖ）との所定範囲内で使用されるようになっている。
【００２９】
前記電圧検出回路４は、この場合、前記各単位セル２に対しそれらの端子電圧を検出する差動増幅器（オペアンプ）１０を夫々接続して構成されており、それら各差動増幅器１０の出力（検出電圧信号）が、マルチプレクサ（ＭＰＸ）１１及びＡＤコンバータ１２を介して順次前記制御装置７（後述するＭＰＵ）に入力されるようになっている。
【００３０】
尚、前記組電池３全体の電圧を検出する差動増幅器１３の出力信号もマルチプレクサ１１に入力されるようになっている。また、前記電流センサ６は、前記母線８に流れる電流を検出するようになっており、その検出電流信号がＡＤコンバータ１４を介して制御装置７（ＭＰＵ）に入力されるようになっている。
【００３１】
そして、前記放電回路５は、前記各単位セル２に対し、放電抵抗１５と、リレーやＦＥＴ等のスイッチング手段１６との直列接続回路を夫々並列に接続してなり、それらスイッチング手段１６が、デコーダ１７により夫々フォトカプラ１８を介して信号絶縁状態で制御されてオン，オフするようになっている。前記スイッチング手段１６は通常時はオフされており、オンされることにより、その単位セル２の電力が放電抵抗１５によって消費され、放電がなされるようになっている。尚、前記放電抵抗１５の抵抗値は例えば２００Ωとされている。
【００３２】
さて、前記制御装置７は、ＭＰＵ（マイクロプロセッサ）１９及びメモリ２０等から構成されている。ＭＰＵ１９には、上述のように、前記電圧検出回路４の各差動増幅器１０，１３からの電圧検出信号がＡＤコンバータ１２を介して入力されると共に、前記電流センサ６からの電流検出信号がＡＤコンバータ１４を介して入力されるようになっている。また、ＭＰＵ１９は、前記デコーダ１７を介して放電回路５の各スイッチング手段１６を制御するようになっている。
【００３３】
前記メモリ２０には、制御用のプログラムや各種データが記憶されている。このとき、本実施例では、このメモリ２０には、図３に示すような、単位セル（リチウム系二次電池）２の開回路電圧（ＯＣＶ；充放電電流が０Ａの場合の電圧）とＳＯＣ（充電状態）との関数が、予め例えば実験的に求められて記憶されている。
【００３４】
図３に示すように、このＳＯＣとＯＣＶとの関係は、ＳＯＣが０％の近傍（０〜１０％）の範囲と、１００％の近傍（９０〜１００％）の範囲とにおいて、ＳＯＣに対するＯＣＶの変化率が大きくなり、それらの中間の範囲では、ＳＯＣに対するＯＣＶの変化率が比較的小さくなるものとなっている。さらに、メモリ２０には、図４に示すような、単位セル２の充放電電流と電圧との関数が（ほぼ直線的な関係）、予め例えば実験的に求められて記憶されている。この関数から、開回路電圧Ｅ0 を求めることが可能とされている。
【００３５】
後のフローチャート説明にて詳述するように、制御装置７（ＭＰＵ１９）は、そのソフトウエア的構成により、組電池３の単位セル２間のＳＯＣのばらつきの判定を行い、そのばらつき判定に基づいてばらつきの大きい単位セル２に対して放電を行ってばらつきの補正を行うようになっている。
【００３６】
本実施例に係るばらつき判定方法を実行するにあたっては、制御装置７は、まず、前記電流センサ６の電流検出信号に基づいて組電池３全体のＳＯＣを検出すると共に、そのときの前記電圧検出回路４による各単位セル２の電圧検出信号に基づいて各単位セル２のＯＣＶを求める。そして、組電池３全体のＳＯＣの変化に対する各単位セル２のＯＣＶの変化率が、所定値（例えば２０ｍＶ／％）以上のとき、即ち図３に示すようにＳＯＣが０％の近傍及び１００％の近傍の、ＳＯＣに対するＯＣＶの変化率が大きくなるところで、各単位セル２のＯＣＶからＳＯＣを求めてばらつき判定を行うようになっている。
【００３７】
さらに、ばらつきの補正は、ＳＯＣのばらつきが大きい（例えば最低値よりも１０％以上大きい）単位セル２に対応するスイッチング手段１６を、デコーダ１７を介して一定時間（例えば１０ｈ）オンしてその単位セル２を放電することにより行われる。従って、制御装置７は、ばらつき判定手段として機能するようになっていると共に、電流センサ６等と共にＳＯＣ検出手段を構成し、放電回路５等と共にばらつき補正手段を構成するようになっている。
【００３８】
次に、上記構成の作用について述べる。図２のフローチャートは、制御装置７（ＭＰＵ１９）が実行する単位セル２のＳＯＣのばらつき判定及びばらつき補正の処理手順の概略を示している。ばらつき判定を行うにあたっては、まず、ステップＳ１にて、組電池３全体のＳＯＣが求められると共に、各単位セル２の開回路電圧（ＯＣＶ）が求められる。
【００３９】
そのうち組電池３全体のＳＯＣを求めるには、まず電流センサ６により検出された電流値を時間ｔs （例えば１０〜２０ｍｓ）周期でサンプリングし、例えば一分間のサンプリングにより得られたｎ個の電流値データＩ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 ，…Ｉn から、次の（１）式にて充放電容量Ｂ（Ａｈ）を算出する。
【数１】

【００４０】
次に、充電状態；ＳＯＣ（％）を次の（２）式にて算出する。
ＳＯＣ＝ＳＯＣ0 ＋Ｂ／Ｃ×１００ …（２）
但し、ＳＯＣ0 は初期のＳＯＣの値（％）、Ｃは組電池３の定格容量（Ａｈ）である。尚、前記初期のＳＯＣの値とは、例えばその日のバッテリ装置１の起動時のＳＯＣの値であり、差動増幅器１３により求められる組電池３の全体の電圧等から求められるようになっている。
【００４１】
一方、個々の単位セル２の開回路電圧（ＯＣＶ）は、電圧検出回路４の各差動増幅器１０により検出された個々の単位セル２の電圧値と、上記電流センサ６により検出された電流値とから、予め記憶されている単位セル２の充放電電流と電圧との関数（図４参照）に基づいて、電流値が０のときの電圧値Ｅ0 が演算により求められるようになっている。
【００４２】
次のステップＳ２では、組電池３全体のＳＯＣに対する、各単位セル２のＯＣＶの変化率が、所定値（例えば±２０ｍＶ／％）以上であるかどうかが判断される。この場合の変化率は、例えばＳＯＣが５％変化する間に、ＯＣＶの値がどれだけ変化したかによって求められる。そして、この判断は、個々の単位セル２について行われ、全ての単位セル２について、ＯＣＶの変化率が所定値未満であれば（Ｎｏ）、ステップＳ１に戻り、同様に組電池３全体のＳＯＣ及び各単位セル２のＯＣＶの検出が繰返される。
【００４３】
ＯＣＶの変化率が所定値以上となった単位セル２がひとつでもあった場合には（ステップＳ２にてＹｅｓ）、次のステップＳ３に進む。ステップＳ３では、各単位セル２のＳＯＣ（ＳＯＣ1 〜ＳＯＣn ）が求められる。この各単位セル２のＳＯＣは、各単位セル２のＯＣＶから、図３に示す関数を用いて求めることができる。
【００４４】
次のステップＳ４では、上記ステップＳ３で求められた各単位セル２のＳＯＣのばらつきの大小（許容範囲から外れるか許容範囲内か）の判定が行われる。ここではこの判定は、各単位セル２について、そのＳＯＣの値と全てのＳＯＣのうちの最小値との差が、基準ばらつき値（ＳＯＣon）以上となるかどうかを判断することにより行われ、基準ばらつき値以上であれば（Ｙｅｓ）ばらつきが大きい（補正が必要）と判定される。この場合、基準ばらつき値は、例えばばらつき補正の目標値が±５％である場合には、１０％とされる。
【００４５】
そして、ＳＯＣの値が基準ばらつき値未満である単位セル２については（ステップＳ４にてＮｏ）、補正の必要はないので、放電回路５（スイッチング手段１６）はオフ状態のままとされる（ステップＳ５）。これに対し、ＳＯＣの値が基準ばらつき値以上である単位セル２については（ステップＳ４にてＹｅｓ）、次のステップＳ６にて、スイッチング手段１６が一定時間（例えば１０時間）オンされて放電による補正が行われるようになるのである。
【００４６】
この場合、補正時間（上記一定時間）の決め方の一例をあげると、今、一回の放電でのＳＯＣの補正量をＸ（％）、単位セル２の定格容量をＣ（Ａｈ）とすると、例えばＸ＝２％、Ｃ＝１０Ａｈの場合、
（補正容量）＝Ｃ×（Ｘ／１００）＝０．２（Ａｈ）
単位セル２の電圧を４Ｖ、放電抵抗１５の抵抗値Ｒを２００Ωとすると、１個の単位セル２の放電回路５に流れる電流Ｉ（Ａ）は、
Ｉ＝４／Ｒ＝０．０２（Ａ）
従って、補正時間Ｔは、
Ｔ＝（補正容量）／Ｉ＝１０（ｈ）となる。尚、この補正時間を、一定時間に固定するのではなく、その単位セル２のＳＯＣの値（ばらつきの大きさ）によって変動するように決めても良いことは勿論である。
【００４７】
以上のような単位セル２のＳＯＣのばらつき判定及びばらつき補正の処理により、ＳＯＣが上方に大きくばらついた単位セル２については放電によりばらつきの補正がなされるので、過放電，過充電を防止しながらも、個々の単位セル２の容量を十分に活かしながら組電池３を使用することができる。これにより、組電池３全体としての使用電圧の範囲を広くして長い継続放電時間を確保することができるのである。
【００４８】
そして、単位セル２のＳＯＣのばらつき判定を、ＳＯＣに対するＯＣＶの変化率が大きいところ（変化率が±２０ｍＶ／％以上のところ）で行うようにしたので、単位セル２の電圧を検出する差動増幅器１０の精度やＡＤコンバータ１２の分解能を低くしても、各単位セル２のＳＯＣを精度良く（±１％の精度）検出することができ、ひいてはばらつき判定を正確に行うことができる。
【００４９】
この場合、図３で例えばＳＯＣが８０％のところでＳＯＣの検出を行うことを考えると、このＳＯＣが８０％付近では、ＳＯＣに対するＯＣＶの変化率が最低（±２．５ｍＶ／％）であるため、ＳＯＣを１％の精度で検出しようとすれば、単位セル２の電圧を±２．５ｍＶの精度つまり本実施例の８倍の精度で検出しなければならなくなる。このことは、言換えれば、本実施例のばらつき判定方法では、精度や分解能が高い電圧検出回路を用いれば、より高精度にＳＯＣを検出でき、ばらつきの判定をより正確に行うことができることを意味している。
【００５０】
このように本実施例によれば、複数個の単位セル２を直列接続した組電池３を備えるものにあって、単位セル２間のＳＯＣのばらつきを効果的に解消しながらも、各単位セル２の電圧検出のための回路構成を安価に済ませることができるという優れた実用的効果を奏するものである。
【００５１】
（２）第２の実施例
次に、本発明の第２の実施例（請求項２，４に対応）について、図５を参照しながら説明する。この実施例が上記第１の実施例と異なる点は、制御装置７のソフトウエア的構成の一部にある。従って、図１に示したバッテリ装置１のハードウエア的構成等については、上記第１の実施例と共通するので、第１の実施例と同一部分には同一符号を付して、新たな図示及び詳しい説明を省略することとする。
【００５２】
図５に示すように、本実施例においては、各単位セル２のＳＯＣのばらつき判定を行う際には、上記第１の実施例と同様に、まず組電池３全体のＳＯＣを検出すると共に、各単位セル２のＯＣＶを検出する（ステップＳ１）。そして、次のステップＳ１１にて、検出された組電池３全体のＳＯＣが、０％から１０％（第１の値）までの第１の範囲、あるいは、９０％（第２の値）から１００％までの第２の範囲にあるどうかが判断される。尚、前記第２の値を９５％とすれば、より好ましいものとなる。
【００５３】
そして、組電池３全体のＳＯＣが、上記第１の範囲又は第２の範囲のいずれかにある場合に（ステップＳ１１にてＹｅｓ）、上記第１の実施例と同様に、各単位セル２のＳＯＣの検出（ステップＳ３）、ばらつきの大小の判定（ステップＳ４）、ばらつき補正（ステップＳ６）が行われるのである。ここで、図３に示したように、ＳＯＣが０％の近傍（０〜１０％）の第１の範囲と、１００％の近傍（９０〜１００％）の第２の範囲とにおいては、それらの中間の範囲に比べて、ＳＯＣに対するＯＣＶの変化率が大きく（２０〜４５ｍＶ／％）なる。
【００５４】
従って、この実施例によっても、単位セル２のＳＯＣのばらつき判定を、ＳＯＣに対するＯＣＶの変化率が大きいところ（変化率が±２０ｍＶ／％以上のところ）で行うようにしたので、単位セル２の電圧を検出する差動増幅器１０の精度やＡＤコンバータ１２の分解能を低くしても、各単位セル２のＳＯＣを精度良く（±１％の精度）検出することができ、ひいてはばらつき判定を正確に行うことができる。この結果、単位セル２間のＳＯＣのばらつきを効果的に解消しながらも、各単位セル２の電圧検出のための回路構成を安価に済ませることができるという効果を得ることができるものである。
【００６５】
尚、上記各実施例では、単位セル２のＳＯＣが上方にばらついたときに、その単位セル２の放電を行うことによりばらつき補正を行うように構成したが、例えば個々の単位セル２に対して充電を行うことが可能な充電回路を設け、ＳＯＣが上方にばらついたときに、その単位セル２に対して充電を行ってばらつき補正を行う構成としても良い。
【００６６】
その他、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、例えば単位セルとしては１個のリチウム系二次電池に限らず、２個以上の電池を並列接続したものであっても良く、また、電気自動車やハイブリッド電気自動車以外にも各種の用途のバッテリ装置に適用することができ、さらには、上記した実施例の各具体的数値等はあくまでも一例に過ぎない等、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示すもので、バッテリ装置の電気的構成を示す図
【図２】ＳＯＣのばらつき判定及びばらつき補正の手順を示すフローチャート
【図３】単位セル（リチウム系二次電池）のＳＯＣとＣＯＶとの関係を示す図
【図４】単位セルの充放電電流と電圧との関係を示す図
【図５】本発明の第２の実施例を示す図２相当図
【符号の説明】
図面中、１はバッテリ装置、２は単位セル、３は組電池、４は電圧検出回路（電圧検出手段）、５は放電回路、６は電流センサ、７は制御装置（ばらつき判定手段，ばらつき補正手段）、１０は差動増幅器、１２はＡＤコンバータ、１５は放電抵抗、１９はＭＰＵ、２０はメモリを示す。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an assembled battery variation determination method and a battery device that are suitable for use in, for example, an electric vehicle and a hybrid electric vehicle.
[0002]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV) have attracted attention from the viewpoint of protecting the global environment. Among them, HEV is low pollution because it is driven by electric power from the battery during low-speed driving with low engine efficiency and large emission of carbon dioxide and nitrogen oxides. On the other hand, a battery with a capacity as large as EV is not prepared. However, when running at high speed, the engine has the advantage of ensuring the same level of performance as a gasoline car. However, when starting or fully accelerating, power from the battery is used, so the battery is required to have a high output, and the weight increases due to many mounted parts such as engines and motor generators. The circumstances were the same as in the case of EV.
[0003]
Therefore, it is considered that lithium secondary batteries having a weight and volume energy density that are about 2 to 4 times higher than those of conventional lead, nickel cadmium, nickel metal hydride batteries and the like are considered. However, this lithium secondary battery is vulnerable to overcharge and overdischarge, and if it is not used within the specified voltage range, the material will decompose, resulting in a significant decrease in capacity or abnormal heat generation. As a result, the battery may not be used. Therefore, when using a lithium secondary battery, the upper limit voltage and the lower limit voltage are clearly defined, and must be controlled with constant voltage or used in combination with a protection circuit so that it is always used within that range. Is done.
[0004]
By the way, since the battery used for EV and HEV requires a high voltage in order to drive a motor, it is normally comprised as an assembled battery which connected the some battery (unit cell) in series. For example, in order to obtain a voltage of 300V, in the case of a lithium secondary battery of 150 pieces for a 2V lead battery per unit cell, 250 pieces for a nickel hydrogen battery of 1.2V per unit cell, and 3.6V per unit cell About 80 pieces are connected in series. Thus, when discharging and charging an assembled battery formed by connecting a large number of unit cells in series, conventionally, charging / discharging is controlled while monitoring the voltage between the positive and negative terminals at both ends of the assembled battery.
[0005]
In this case, a problem is a variation in voltage caused by a variation in remaining capacity (SOC) of each unit cell constituting the assembled battery. The current flowing through the assembled battery is the same in every unit cell, but the capacity always varies due to individual differences in performance and temperature in each unit cell, so the change in voltage for each unit cell is different. Become. Therefore, just controlling the voltage at both ends of the assembled battery only controls the average voltage of the unit cells constituting the unit, and if the battery is discharged until it reaches the lower limit voltage, the unit is lower than the average voltage. The cell is overdischarged. Even when the assembled battery is charged until the upper limit voltage is reached, the unit cell is overcharged in a unit cell higher than the average voltage.
[0006]
In conventional lead batteries, nickel-cadmium batteries, nickel metal hydride batteries, etc., even if some unit cells become overdischarged or overcharged, the performance is only slightly degraded and the unit is not usable. Since voltage control for each cell incurs high costs, it has generally been limited to controlling the voltage across the assembled battery.
[0007]
However, in an assembled battery in which lithium secondary batteries are connected in series, if even one of the unit cells is overdischarged (or overcharged), as described above, there is a possibility that it cannot be used as a battery. is there. In particular, when an assembled battery is used as a power source for EVs or HEVs, there is a possibility that one unit cell becomes unusable, and thus traveling may become impossible. Overcharge) must also be avoided.
[0008]
Therefore, conventionally, as a countermeasure, for example, a technique disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 2-136445 is considered. In this case, at the time of discharging, the lowest value of the terminal voltages of each unit cell is detected, and control is performed based on the lowest voltage. Also during charging, the maximum value is detected and control is performed based on the maximum voltage. According to this, all unit cells can be used while not exceeding a predetermined voltage range.
[0009]
However, this technology detects the unit cell with the lowest voltage and terminates the discharge when the voltage of the unit cell drops to the lower limit voltage. In many other unit cells, the discharge capacity is still up to the lower limit voltage. The discharge is terminated in a state where there is sufficient remaining. When charging, the unit cell with the highest voltage is detected, and when the unit cell is fully charged, the charging is terminated. Many other unit cells are charged without reaching full charge. Will be. That is, the range of the operating voltage as the whole assembled battery is narrowed, and the capacity of each unit cell is not fully utilized. In particular, for example, when one unit cell deteriorates and its capacity decreases, the discharge capacity of the assembled battery as a whole is greatly limited even if there is no deterioration of other unit cells, and the continuous discharge time is greatly increased. This leads to a problem that decreases.
[0010]
As another technique, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-253463, a discharge circuit (bypass circuit) composed of a resistor and a switch is connected in parallel to each unit cell. The discharge circuit connected to the higher unit cell is closed and discharged, or so-called balanced charge / discharge is performed in which the charging current is diverted (bypassed) during charging to reduce the voltage difference between unit cells. A method for reducing the variation is disclosed. Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 5-64377, the SOC (charged state) of each unit cell is monitored, and the unit cell that has reached full charge is divided into all the unit cells by diverting the charging current to the bypass circuit. A method is disclosed in which variations are eliminated by aligning the fully charged state.
[0011]
However, in order to carry out these methods, it is necessary to accurately detect the SOC of each unit cell in order to determine variation, and this requires a circuit that accurately detects the voltage of each unit cell. Become. In this case, in the lithium battery, the SOC is a function of the open circuit voltage (OCV; voltage when the charge / discharge current is 0 A). For example, in the case of a 4V rated battery, the SOC is about 80%. The change rate of the open circuit voltage with respect to is 2.5 mV /%, which is considerably small. Therefore, for example, in order to detect the SOC with an accuracy of ± 1%, it is necessary to have a configuration capable of detecting the voltage of the unit cell with an accuracy of ± 2.5 mV. For this reason, in order to accurately detect the SOC of each unit cell, the voltage detection circuit (operational amplifier circuit or A / D converter) of each unit cell must have high accuracy and high resolution. There was a drawback that would cause a significant increase in cost.
[0012]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an assembled battery in which a plurality of unit cells are connected in series, while effectively eliminating variations in SOC between unit cells. Another object of the present invention is to provide an assembled battery variation determination method and a battery device that can reduce the circuit configuration for voltage detection of each unit cell at low cost.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
For example, the relationship between the SOC and the open circuit voltage (OCV) in a unit cell of a lithium battery rated at 4V is as follows. As shown in FIG. 3, the SOC is in the vicinity of 0% (0 to 10%) and in the vicinity of 100%. In the range of (90 to 100%), the change rate of the OCV with respect to the SOC becomes large, and in the middle range, the change rate of the OCV with respect to the SOC becomes relatively small.
[0014]
The present inventors pay attention to the relationship between the SOC and OCV of the unit cell, and if the variation determination is performed when the change rate of the OCV with respect to the SOC is large, the accuracy of the voltage detection circuit of the unit cell and It was confirmed that the SOC of the unit cell can be accurately detected even when the resolution is lowered, and the present invention has been accomplished.
[0015]
That is, the variation determination method of the assembled battery according to claim 1 of the present invention detects the change rate of the open circuit voltage of each unit cell with respect to the change in the SOC of the entire assembled battery, and the range in which the change rate exceeds a predetermined value. 3 is characterized in that the variation in SOC between each unit cell is determined based on the open circuit voltage of each unit cell.
[0016]
According to another aspect of the present invention, there is provided an assembled battery variation determination method that detects the SOC of the entire assembled battery, and that the SOC is 100 from the first range from 0% to the first value or from the second value. It is characterized in that, when it is in the second range up to%, the variation in SOC between unit cells is determined based on the open circuit voltage of each unit cell.
[0017]
According to these, since the variation determination is performed when the change rate of the OCV with respect to the SOC as described above is large, even if the accuracy and resolution of the voltage detection circuit of the unit cell are lowered, the SOC of each unit cell is determined. Can be detected with high accuracy, and variation determination can be performed accurately. Therefore, according to the first or second aspect of the invention, it is possible to reduce the circuit configuration for detecting the voltage of each unit cell while effectively eliminating the variation in SOC between the unit cells. An excellent effect can be obtained.
[0018]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a battery device for detecting an SOC of an entire assembled battery formed by connecting a plurality of unit cells made of secondary batteries in series, and detecting a voltage of each unit cell. When the rate of change of the open circuit voltage obtained from the voltage detected by the voltage detection means with respect to the change in the SOC detected by the SOC detection means exceeds a predetermined value, each of the above-described values is determined based on the open circuit voltage. Variation determining means for determining variation in SOC between unit cells, and variation correction for correcting variation in SOC between the unit cells by discharging or charging the unit cells having large variations based on the determination of the variation determining means. And a means comprising the means.
[0019]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a battery device comprising: SOC detecting means for detecting the SOC of the entire assembled battery formed by connecting a plurality of unit cells made of secondary batteries in series; and the voltage of each unit cell. When the voltage detection means to detect and the SOC detected by the SOC detection means are in the first range from 0% to the first value or in the second range from the second value to 100% Further, a variation determination unit that determines a variation in SOC between the unit cells based on an open circuit voltage obtained from a detection voltage of the voltage detection unit, and a unit cell having a large variation based on the determination of the variation determination unit It is characterized in that it comprises a variation correcting means for correcting the SOC variation between the unit cells by discharging or charging.
[0020]
According to these, the variation determination means performs the variation determination when the rate of change of the OCV with respect to the SOC is large. Therefore, even if the accuracy and resolution of the voltage detection means for detecting the voltage of the unit cell is lowered, The SOC of the unit cell can be detected with high accuracy, and the variation determination can be performed accurately. Therefore, according to the invention of

claim

3 or 4, the circuit configuration for detecting the voltage of each unit cell can be made inexpensive while the variation of the SOC between the unit cells is effectively eliminated by the variation correcting means. It is possible to obtain an excellent effect of being able to.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, some embodiments in which the present invention is applied to a battery device for an electric vehicle or a hybrid electric vehicle will be described with reference to the drawings.
  (1) First embodiment
  First, referring to FIG. 1 to FIG. 4, a first embodiment of the present invention (claims 1 and 2).To 3).
[0026]
FIG. 1 schematically shows the overall electrical configuration of the battery device 1 according to this embodiment. Here, the battery device 1 is roughly divided into an assembled battery 3 in which a plurality of unit cells 2 are connected in series, and voltage detection as voltage detecting means for detecting a terminal voltage of each unit cell 2 of the assembled battery 3. A circuit 4, a discharge circuit 5 that functions as a part of the variation correction unit and discharges the unit cells 2, a current sensor 6 that functions as a part of the SOC detection unit and detects a current flowing through the assembled battery 2, and the battery device 1. A control device 7 for controlling the whole is provided.
[0027]
In this case, the unit cell 2 has a positive electrode and a negative electrode made of a material capable of occluding and releasing lithium ions, and the positive electrode is composed of a lithium secondary battery made of a manganese compound, and one standard voltage is, for example, 4V. Such lithium secondary batteries have a weight and volumetric energy density that is 2 to 4 times higher than lead, nickel cadmium, nickel metal hydride batteries, and the like.
[0028]
The assembled battery 3 is configured by connecting a large number (for example, 80) of the unit cells 2 in series, and positive and negative buses 8 and 9 connected to both ends thereof are motor drive circuits (inverters) (not shown). Circuit) or a charging device. The unit cell 2 is used within a predetermined range of a voltage between an upper limit value (for example, 4.2V) and a lower limit value (for example, 3.0V).
[0029]
In this case, the voltage detection circuit 4 is configured by connecting differential amplifiers (op-amps) 10 for detecting terminal voltages to the unit cells 2, respectively. Detection voltage signal) is sequentially input to the control device 7 (MPU described later) via the multiplexer (MPX) 11 and the AD converter 12.
[0030]
The output signal of the differential amplifier 13 that detects the voltage of the entire assembled battery 3 is also input to the multiplexer 11. The current sensor 6 detects a current flowing through the bus 8 and the detected current signal is input to the control device 7 (MPU) via the AD converter 14.
[0031]
The discharge circuit 5 is formed by connecting, in parallel to each unit cell 2, a series connection circuit of a discharge resistor 15 and a switching means 16 such as a relay or FET, and the switching means 16 is connected to a decoder. 17 is controlled in a signal insulation state via a photocoupler 18 and turned on and off. The switching means 16 is normally turned off. When the switching means 16 is turned on, the electric power of the unit cell 2 is consumed by the discharge resistor 15 to be discharged. The resistance value of the discharge resistor 15 is set to 200Ω, for example.
[0032]
The control device 7 includes an MPU (microprocessor) 19 and a memory 20. As described above, voltage detection signals from the differential amplifiers 10 and 13 of the voltage detection circuit 4 are input to the MPU 19 via the AD converter 12, and the current detection signal from the current sensor 6 is input to the MPU 19. It is input via the converter 14. The MPU 19 controls each switching means 16 of the discharge circuit 5 via the decoder 17.
[0033]
The memory 20 stores a control program and various data. At this time, in this embodiment, the memory 20 includes an open circuit voltage (OCV; voltage when the charge / discharge current is 0 A) and the SOC of the unit cell (lithium secondary battery) 2 as shown in FIG. A function of (charged state) is previously obtained, for example, experimentally and stored.
[0034]
As shown in FIG. 3, the relationship between the SOC and the OCV is that the OCV with respect to the SOC is in the range where the SOC is 0% (0 to 10%) and in the vicinity where the SOC is 100% (90 to 100%). In the middle range, the OCV change rate relative to the SOC is relatively small. Further, in the memory 20, a function of the charge / discharge current and voltage of the unit cell 2 (substantially linear relationship) as shown in FIG. From this function, the open circuit voltage E0 can be obtained.
[0035]
As will be described in detail later in the flowchart description, the control device 7 (MPU 19) determines the SOC variation between the unit cells 2 of the assembled battery 3 by the software configuration, and based on the variation determination. The unit cell 2 having a large variation is discharged to correct the variation.
[0036]
In executing the variation determination method according to the present embodiment, the control device 7 first detects the SOC of the entire assembled battery 3 based on the current detection signal of the current sensor 6 and the voltage detection circuit at that time. 4, the OCV of each unit cell 2 is obtained based on the voltage detection signal of each unit cell 2. When the change rate of the OCV of each unit cell 2 with respect to the change of the SOC of the entire assembled battery 3 is a predetermined value (for example, 20 mV /%) or more, that is, as shown in FIG. When the rate of change of the OCV with respect to the SOC increases in the vicinity of, the SOC is determined from the OCV of each unit cell 2 and the variation is determined.
[0037]
Further, the correction of the variation is performed by turning on the switching means 16 corresponding to the unit cell 2 having a large SOC variation (for example, 10% or more larger than the minimum value) via the decoder 17 for a certain time (for example, 10 h). This is done by discharging the cell 2. Therefore, the control device 7 functions as a variation determination unit, and constitutes an SOC detection unit together with the current sensor 6 and the like, and constitutes a variation correction unit together with the discharge circuit 5 and the like.
[0038]
Next, the operation of the above configuration will be described. The flow chart of FIG. 2 shows an outline of the processing procedure of the SOC variation determination and variation correction of the unit cell 2 executed by the control device 7 (MPU 19). In performing the variation determination, first, in step S1, the SOC of the entire assembled battery 3 is obtained, and the open circuit voltage (OCV) of each unit cell 2 is obtained.
[0039]
In order to determine the SOC of the entire assembled battery 3, the current value detected by the current sensor 6 is first sampled at a period of time ts (for example, 10 to 20 ms), and n current values obtained by sampling for one minute, for example. From the data I1, I2, I3,... In, the charge / discharge capacity B (Ah) is calculated by the following equation (1).
[Expression 1]

[0040]
Next, the state of charge; SOC (%) is calculated by the following equation (2).
SOC = SOC0 + B / C × 100 (2)
Here, SOC0 is the initial SOC value (%), and C is the rated capacity (Ah) of the assembled battery 3. The initial SOC value is, for example, the SOC value when the battery device 1 is started on the day, and is obtained from the overall voltage of the assembled battery 3 obtained by the differential amplifier 13 or the like. .
[0041]
On the other hand, the open circuit voltage (OCV) of each unit cell 2 is the voltage value of each unit cell 2 detected by each differential amplifier 10 of the voltage detection circuit 4 and the current value detected by the current sensor 6. Thus, based on the function (see FIG. 4) of the charge / discharge current and voltage of the unit cell 2 stored in advance, the voltage value E0 when the current value is 0 is obtained by calculation.
[0042]
In the next step S2, it is determined whether the change rate of the OCV of each unit cell 2 with respect to the SOC of the entire assembled battery 3 is a predetermined value (for example, ± 20 mV /%) or more. The rate of change in this case is obtained, for example, by how much the value of the OCV changes while the SOC changes by 5%. This determination is made for each unit cell 2. If the change rate of the OCV is less than a predetermined value for all the unit cells 2 (No), the process returns to step S1, and similarly the SOC of the entire assembled battery 3 is determined. And the detection of the OCV of each unit cell 2 is repeated.
[0043]
If there is at least one unit cell 2 with the OCV change rate equal to or greater than the predetermined value (Yes in step S2), the process proceeds to the next step S3. In step S3, the SOC (SOC1 to SOCn) of each unit cell 2 is obtained. The SOC of each unit cell 2 can be obtained from the OCV of each unit cell 2 using the function shown in FIG.
[0044]
In the next step S4, it is determined whether or not the variation in the SOC of each unit cell 2 obtained in step S3 is out of the allowable range or within the allowable range. Here, this determination is performed for each unit cell 2 by determining whether the difference between the SOC value and the minimum value of all the SOCs is equal to or greater than the reference variation value (SOCon). If it is equal to or greater than the variation value (Yes), it is determined that the variation is large (correction is required). In this case, the reference variation value is, for example, 10% when the variation correction target value is ± 5%.
[0045]
For the unit cell 2 whose SOC value is less than the reference variation value (No in step S4), there is no need for correction, and therefore the discharge circuit 5 (switching means 16) remains in the off state (step). S5). On the other hand, for the unit cell 2 whose SOC value is equal to or larger than the reference variation value (Yes in step S4), the switching unit 16 is turned on for a certain time (for example, 10 hours) in the next step S6, and is caused by discharge. The correction will be performed.
[0046]
In this case, an example of how to determine the correction time (the above-mentioned fixed time) is as follows. Now, assuming that the SOC correction amount in one discharge is X (%) and the rated capacity of the unit cell 2 is C (Ah), For example, when X = 2% and C = 10 Ah,
(Correction capacity) = C × (X / 100) = 0.2 (Ah)
If the voltage of the unit cell 2 is 4V and the resistance value R of the discharge resistor 15 is 200Ω, the current I (A) flowing through the discharge circuit 5 of one unit cell 2 is
I = 4 / R = 0.02 (A)
Therefore, the correction time T is
T = (correction capacity) / I = 10 (h). Of course, this correction time is not fixed to a fixed time, but may be determined so as to vary depending on the SOC value (variation magnitude) of the unit cell 2.
[0047]
The unit cell 2 in which the SOC greatly varies upward is corrected by the discharge by the above processing for determining the variation of the SOC of the unit cell 2 and the variation correction, thereby preventing overdischarge and overcharge. However, the assembled battery 3 can be used while fully utilizing the capacity of each unit cell 2. Thereby, the range of the use voltage as the assembled battery 3 whole can be expanded, and a long continuous discharge time can be ensured.
[0048]
Since the determination of the variation in the SOC of the unit cell 2 is performed when the change rate of the OCV with respect to the SOC is large (where the change rate is ± 20 mV /% or more), the differential for detecting the voltage of the unit cell 2 is detected. Even if the accuracy of the amplifier 10 and the resolution of the AD converter 12 are lowered, the SOC of each unit cell 2 can be detected with high accuracy (± 1% accuracy), so that the variation can be accurately determined.
[0049]
In this case, considering that the SOC is detected when the SOC is 80% in FIG. 3, for example, the change rate of the OCV with respect to the SOC is the lowest (± 2.5 mV /%) when the SOC is around 80%. If the SOC is to be detected with an accuracy of 1%, the voltage of the unit cell 2 must be detected with an accuracy of ± 2.5 mV, that is, with an accuracy eight times that of the present embodiment. In other words, in the variation determination method of this embodiment, if a voltage detection circuit with high accuracy and resolution is used, the SOC can be detected with higher accuracy, and the variation can be determined more accurately. I mean.
[0050]
As described above, according to the present embodiment, the unit cell 2 includes the assembled battery 3 in which a plurality of unit cells 2 are connected in series. Thus, an excellent practical effect is achieved that the circuit configuration for voltage detection 2 can be completed at low cost.
[0051]
  (2) Second embodiment
  Next, a second embodiment of the present invention (Claim 2, Claim 2).4Will be described with reference to FIG. The difference between this embodiment and the first embodiment lies in a part of the software configuration of the control device 7. Accordingly, since the hardware configuration and the like of the battery device 1 shown in FIG. 1 are the same as those in the first embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and are newly illustrated. Detailed description will be omitted.
[0052]
As shown in FIG. 5, in this embodiment, when determining the variation in the SOC of each unit cell 2, first, the SOC of the assembled battery 3 is first detected, as in the first embodiment. The OCV of each unit cell 2 is detected (step S1). Then, in the next step S11, the detected SOC of the entire assembled battery 3 is in the first range from 0% to 10% (first value), or from 90% (second value) to 100. It is determined whether it is in the second range up to%. Note that it is more preferable that the second value is 95%.
[0053]
And when SOC of the whole assembled battery 3 exists in either the said 1st range or the 2nd range (it is Yes at step S11), as with the said 1st Example, each unit cell 2 of The detection of the SOC (step S3), the determination of the magnitude of the variation (step S4), and the variation correction (step S6) are performed. Here, as shown in FIG. 3, in the first range in the vicinity of 0% SOC (0 to 10%) and the second range in the vicinity of 100% (90 to 100%), The change rate of OCV with respect to the SOC is larger (20 to 45 mV /%) than the middle range.
[0054]
Therefore, also in this embodiment, the determination of the variation in the SOC of the unit cell 2 is performed when the rate of change of the OCV with respect to the SOC is large (where the rate of change is ± 20 mV /% or more). Even if the accuracy of the differential amplifier 10 for detecting the voltage and the resolution of the AD converter 12 are lowered, the SOC of each unit cell 2 can be detected with high accuracy (± 1% accuracy), and the variation determination can be accurately performed. It can be carried out. As a result, it is possible to obtain an effect that the circuit configuration for voltage detection of each unit cell 2 can be completed at low cost while effectively eliminating the variation in SOC between the unit cells 2.
[0065]
In each of the embodiments described above, when the SOC of the unit cell 2 varies upward, the unit cell 2 is discharged to correct the variation. A charging circuit capable of charging may be provided, and when the SOC varies upward, the unit cell 2 may be charged to perform variation correction.
[0066]
In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, the unit cell is not limited to one lithium secondary battery, and two or more batteries may be connected in parallel. In addition, the present invention can be applied to battery devices for various uses other than electric vehicles and hybrid electric vehicles, and the specific numerical values in the above-described embodiments are merely examples, and do not depart from the gist. It can be implemented with appropriate modifications within the range.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an electrical configuration of a battery device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a procedure for SOC variation determination and variation correction;
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between SOC and COV of a unit cell (lithium secondary battery).
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the charge / discharge current and voltage of a unit cell.
FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention, corresponding to FIG.Figure
[Explanation of symbols]
  In the drawing,1 isBattery device, 2 is a unit cell, 3 is an assembled battery, 4 is a voltage detection circuit (voltage detection means), 5 is a discharge circuit, 6 is a current sensor, 7 is a control device (variation determination means, variation correction means), 10 Differential amplifier, 12 AD converter, 15 discharge resistance, 19 MPU, 20 memoLiShow.

Claims

二次電池からなる複数個の単位セルを直列に接続してなる組電池における、前記単位セル間のＳＯＣのばらつきを判定するための方法であって、
前記組電池全体のＳＯＣに対する前記各単位セルの開回路電圧の変化率を検出し、
その変化率が所定値を上回っている範囲において、前記各単位セルの開回路電圧に基づいてそれら各単位セル間のＳＯＣのばらつきを判定することを特徴とする組電池のばらつき判定方法。In an assembled battery formed by connecting a plurality of unit cells made of secondary batteries in series, a method for determining variation in SOC between the unit cells,
Detecting the rate of change of the open circuit voltage of each unit cell with respect to the SOC of the entire assembled battery;
A variation determination method for assembled batteries, wherein variation in SOC between each unit cell is determined based on an open circuit voltage of each unit cell in a range in which the rate of change exceeds a predetermined value.

二次電池からなる複数個の単位セルを直列に接続してなる組電池における、前記単位セル間のＳＯＣのばらつきを判定するための方法であって、
前記組電池全体のＳＯＣを検出し、
そのＳＯＣが、０％から第１の値までの第１の範囲、あるいは、第２の値から１００％までの第２の範囲にあるときに、前記各単位セルの開回路電圧に基づいてそれら単位セル間のＳＯＣのばらつきを判定することを特徴とする組電池のばらつき判定方法。In an assembled battery formed by connecting a plurality of unit cells made of secondary batteries in series, a method for determining variation in SOC between the unit cells,
Detecting the SOC of the entire assembled battery;
When the SOC is in the first range from 0% to the first value or in the second range from the second value to 100%, they are determined based on the open circuit voltage of each unit cell. A variation determination method for assembled batteries, wherein variation in SOC between unit cells is determined.

二次電池からなる複数個の単位セルを直列に接続してなる組電池と、
この組電池全体のＳＯＣを検出するＳＯＣ検出手段と、
前記各単位セルの電圧を検出する電圧検出手段と、
前記ＳＯＣ検出手段の検出したＳＯＣに対する前記電圧検出手段の検出電圧から求められるの開回路電圧の変化率が所定値を上回ったときに、その開回路電圧に基づいて前記各単位セル間のＳＯＣのばらつきを判定するばらつき判定手段と、
このばらつき判定手段の判定に基づいてばらつきの大きい単位セルに対する放電あるいは充電を行って前記各単位セル間のＳＯＣのばらつきを補正するばらつき補正手段とを具備してなるバッテリ装置。An assembled battery formed by connecting a plurality of unit cells composed of secondary batteries in series;
SOC detection means for detecting the SOC of the entire assembled battery;
Voltage detecting means for detecting the voltage of each unit cell;
When the change rate of the open circuit voltage obtained from the detection voltage of the voltage detection means with respect to the SOC detected by the SOC detection means exceeds a predetermined value, the SOC of each unit cell is determined based on the open circuit voltage. Variation determining means for determining variation;
A battery device comprising: a variation correcting unit that discharges or charges a unit cell having a large variation based on the determination of the variation determining unit to correct the variation in SOC between the unit cells.

二次電池からなる複数個の単位セルを直列に接続してなる組電池と、
この組電池全体のＳＯＣを検出するＳＯＣ検出手段と、
前記各単位セルの電圧を検出する電圧検出手段と、
前記ＳＯＣ検出手段により検出されたＳＯＣが、０％から第１の値までの第１の範囲、あるいは、第２の値から１００％までの第２の範囲にあるときに、前記電圧検出手段の検出電圧から求められる開回路電圧に基づいて前記各単位セル間のＳＯＣのばらつきを判定するばらつき判定手段と、
このばらつき判定手段の判定に基づいてばらつきの大きい単位セルに対する放電あるいは充電を行って前記各単位セル間のＳＯＣのばらつきを補正するばらつき補正手段とを具備してなるバッテリ装置。An assembled battery formed by connecting a plurality of unit cells composed of secondary batteries in series;
SOC detection means for detecting the SOC of the entire assembled battery;
Voltage detecting means for detecting the voltage of each unit cell;
When the SOC detected by the SOC detection means is in the first range from 0% to the first value or in the second range from the second value to 100%, the voltage detection means A variation determining means for determining a variation in SOC between the unit cells based on an open circuit voltage obtained from a detection voltage;
A battery device comprising: a variation correcting unit that discharges or charges a unit cell having a large variation based on the determination of the variation determining unit to correct the variation in SOC between the unit cells.