JPH0888944A - 組電池の充電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】組電池全体としての放電容量を増加させると共
に特定の電池が劣化するのを抑制することの出来る組電
池の充電装置を提供する。 【構成】一つの二次電池からなるセルまたは複数のセル
からなるモジュールを、複数個直列または直並列に接続
した組電池１と、上記セルまたはモジュールの電圧を検
出する電圧センサ４と、上記セルまたはモジュールを流
れる電流を検出する電流センサ５と、上記の検出した電
圧値および電流値に基づいて、各セルまたはモジュール
毎に、内部抵抗増大による放電容量低下分ΔＱｒと、劣
化による放電容量低下分ΔＱｃと、初期充電不足分によ
る放電容量低下分ΔＱｄとの和ΔＱを補充すべき充電量
として演算する演算装置６とを備え、上記演算装置の演
算結果に応じて各セルまたはモジュール毎に選択的に補
充充電を行なう充電装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数個の二次電池を直
列接続または直並列接続して用いる組電池の充電装置に
関し、特にリチウムイオン二次電池のような非水系電解
質二次電池の組電池に好適な充電装置に関する。

【０００２】

【従来技術】電気自動車等においては、複数個の二次電
池を直列または直並列に接続した組電池が用いられる。
このような組電池の場合には、放電容量（放電可能な電
気量）の減少程度が各電池によって異なっている。例え
ば各電池間には製造バラツキがあり、また組電池で使用
した場合の温度分布が均一でない等の理由により、自己
放電量や充電受入率（充放電効率）に差があるので、放
電容量の減少程度が各電池によって異なっている。その
ためＤＯＤ（放電深度：全放電で１００％、満充電で０
％）０％からの放電容量には各電池にバラツキが生じ、
それによって組電池としての放電容量が減少する。すな
わち、放電時には、放電容量の小さくなった電池は早く
放電終了して過放電状態となり、この過放電になってい
る電池が他の電池の負荷となって、全ての電池がＤＯＤ
１００％にならないうちに電圧が低下し、組電池として
は放電終了になってしまう。また、電池の放電末期に
は、内部抵抗が増大して内部発熱が大きくなることに
よる劣化、電池系物質が不安定なるための劣化、局
所的に大きな電流が流れることによる劣化、等の原因で
電池の劣化が進むので、上記の過放電状態となった電池
は、寿命の劣化の程度が大きくなる。

【０００３】一方、充電時には、放電時にＤＯＤ１００
％にならなかった電池が先にＤＯＤ０％に達して電圧が
上昇し、充電が終了してしまうが、放電時に過放電にな
った電池はＤＯＤ０％にならないままで充電が終了する
ので、ＤＯＤの差は広がり、各電池の放電容量の差も広
がる。したがって、充放電を繰り返すと、放電容量の小
さかった電池は常に充電不足になるので、バラツキが大
きくなって組電池全体としての放電容量が減少する。な
お、一般に二次電池の場合には、充電終止電圧を越えて
過充電したり、放電終止電圧を過ぎて過放電すると、寿
命が低下するが、特にリチウムイオン電池のような非水
系電解質二次電池の場合にはその傾向が強いので、組電
池中の１個でも充電終止電圧や放電終止電圧に達した場
合には、組電池としての充電、放電を終了する必要があ
る。上記のように、複数の二次電池を直列接続した組電
池においては、放電容量やＤＯＤがばらついて、組電池
全体としての放電容量が低下するという問題や特定の電
池が特に劣化するという問題があった。

【０００４】上記の問題に対処するための第１の従来例
としては、例えば、特開昭５１−８５４３７号公報に記
載されたものがある。この装置は、組電池を構成する各
電池の電圧のバラツキが大きくなると、充電電圧もしく
は充電電流を大きくして均等充電を行うものである。ま
た、第２の従来例としては、特開昭６１−２０６１７９
号公報に記載されたものがある。この装置は、組電池を
構成する各電池に並列にバイパス回路を接続し、満充電
になった電池はバイパス回路を導通させて充電電流を低
下させ、充電終了していない電池は充電を継続すること
によってバラツキを減少させるものである。また、第３
の従来例としては、特開平５−６４３７７号公報に記載
されたものがある。この従来例には、組電池を構成する
各電池のうち、１個でも満充電に達したら充電を停止さ
せるもの、および満充電に達した電池は充電電流をバイ
パスさせる回路を設けるものが記載されている。図１２
は、上記のごとく満充電（充電終止電圧）に達した電池
のバイパス回路を作動させる場合における電池電圧Ｖ
b、電池を流れる電流Ｉb、バイパス回路を流れる電流Ｉ
bpの変化を示す特性図である。図１２に示すように、充
電開始から時点ｔ₁までは、バイパス回路をオフにし、
充電回路の電流をそのまま電池電流Ｉbとする。そして
充電によって電池電圧Ｖbが次第に上昇し、充電終止電
圧に達した時点ｔ₁でバイパス回路を作動させる。それ
以後は、電池電圧Ｖbが充電終止電圧を越えないように
バイパス回路を流れる電流Ｉbpを次第に増加させ、電池
電流Ｉbを次第に減少させる。時点ｔ₂では充電電流が０
になっている。上記のように、満充電（充電終止電圧）
に達した電池については、バイパス回路を作動させて充
電電流を減少させ、他の満充電に達しない電池について
は通常の充電を継続することにより、バラツキを解消す
ることが出来る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、第１の従来例
に記載の方法は、鉛−酸二次電池の場合には各電池を満
充電にすることが出来るが、リチウム電池のような非水
系電解質二次電池の場合には、第１の従来例のように過
電圧を印加すると、前記のごとく電池の寿命に重大な悪
影響を及ぼすという問題がある。また、第２の従来例お
よび第３の従来例では、共に満充電になった電池の充電
電流をバイパスするものであるため、次のごとき問題が
ある。すなわち、充電時には常に満充電になるまで充電
するとは限らず、途中で充電を終了する場合も多いが、
上記従来例では、満充電にならなければバラツキ解消機
能が働かないので、各電池のバラツキを常に解消するこ
とは困難である。また、第１〜第３の従来例のように、
充電時に各電池を満充電にしたとしても、前記のように
製造バラツキや温度差等に起因する放電容量の差および
内部抵抗の差によって、各電池の実際の放電容量はそれ
ぞれ異なるので、放電末期に達するのに差が生じる。例
えば、図１３に示すように、各電池を満充電から放電さ
せた場合でも、それぞれの電池の放電容量と内部抵抗の
差によって放電終止電圧に達する時点は異なり、特性Ａ
の電池が最も早く放電末期に達する。そのため、前記の
ごとく、特性Ａの電池の劣化が進むと共に組電池全体と
しての放電容量も減少するという問題があった。

【０００６】本発明は、上記のような従来技術の問題を
解決するためになされたものであり、組電池としての放
電容量を増加させると共に特定の電池が劣化するのを抑
制することの出来る組電池の充電装置を提供するを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。すなわち、請求項１に記載の発明にお
いては、一つの二次電池からなるセルまたは複数のセル
からなるモジュールを、複数個直列または直並列に接続
した組電池と、上記セルまたはモジュールの電圧を検出
する電圧検出手段と、上記セルまたはモジュールを流れ
る電流を検出する電流検出手段と、上記の検出した電圧
値および電流値に基づき、各セルまたは各モジュール毎
に補充すべき充電量を演算する演算手段と、上記演算手
段の演算結果に応じて各セルまたは各モジュール毎に選
択的に補充充電を行なう制御手段と、を備えている。な
お、上記の構成は、例えば後記図１で説明する実施例に
相当する。

【０００８】また、請求項２に記載のように、上記演算
装置は、内部抵抗増大による放電容量低下分ΔＱｒと、
劣化による放電容量低下分ΔＱｃと、初期充電不足分に
よる放電容量低下分ΔＱｄとの和ΔＱ＝ΔＱｒ＋ΔＱｃ
＋ΔＱｄを求め、そのΔＱを補充すべき充電量とするも
のである。また、請求項３に記載のように、上記演算装
置は、内部抵抗が特に大きくなった電池については、予
め定められた所定値または内部抵抗値に対応した充電量
ΔＱｅを上記ΔＱに加えたΔＱ＋ΔＱｅを補充すべき充
電量とするものである。或いは、請求項４に記載のよう
に、上記演算手段は、予め定めた複数の電流値のそれぞ
れにおける各セルまたは各モジュールの電圧と、組電池
全体の電圧から求めた上記複数の電流値のそれぞれにお
けるセルまたはモジュール１個についての平均電圧とに
基づいて規定電流値における不足電気量を算出し、それ
を補充充電量とするものである。なお、上記の構成は、
例えば後記図６の実施例に相当する。或いは、請求項５
に記載のように、上記演算手段は、所定の電流値におけ
る各セルまたは各モジュールの電圧と、組電池全体の電
圧から求めたセルまたはモジュール１個についての平均
電圧とに基づいて規定電流値における不足電気量を算出
し、それを補充充電量とするものである。

【０００９】また、請求項６に記載の発明においては、
組電池の負荷が走行車両の駆動装置である場合におい
て、上記補充充電は、走行車両の減速時または制動時に
行なわれる回生充電によって行なうように構成してい
る。なお、上記の構成は、例えば後記図８の実施例に相
当する。また、請求項７に記載の発明においては、上記
各セルまたは各モジュール毎に設けられた、それぞれ他
と異なる個別の共振周波数を有する共振回路およびその
出力を整流する整流回路と、組電池の全ての上記共振回
路および整流回路に全体として一つ接続された可変周波
数電源と、上記可変周波数電源の周波数を上記演算手段
で求めた補充充電の必要なセルまたはモジュールの共振
回路の共振周波数に一致させるように制御する周波数設
定手段と、を備え、上記の電源周波数に共振した共振回
路のセルまたはモジュールのみを選択的に補充充電する
ように構成している。なお、上記の構成は、例えば後記
図９および図１１の実施例に相当する。また、請求項８
に記載のように、上記二次電池は、非水系電解質二次電
池（例えばリチウムイオン二次電池）である。ただし、
鉛−酸二次電池等の他の二次電池の組電池においても本
発明を適用することが出来る。

【００１０】

【作用】請求項１に記載の発明においては、一つの二次
電池からなるセルまたは複数のセルからなるモジュール
を、複数個直列または直並列に接続した組電池１を充電
する場合に、上記セルまたはモジュールの電圧値と電流
値に基づいて、各セルまたはモジュール毎に、補充すべ
き充電量を演算し、各セルまたはモジュールごとに補充
充電を行なうものである。そのため、常に各セルまたは
モジュールの放電容量を均一にすることが出来るので、
組電池全体としての放電容量を増加させることが出来る
と共に特定の電池が劣化するのを抑制することが出来
る。上記の補充すべき充電量は、例えば、請求項２に記
載のように、内部抵抗増大による放電容量低下分ΔＱｒ
と、劣化による放電容量低下分ΔＱｃと、初期充電不足
分による放電容量低下分ΔＱｄとの和ΔＱとする。ま
た、請求項３の発明は、内部抵抗が特に大きくなった電
池については、余裕代の充電量ΔＱｅを上記ΔＱに付加
したものである。

【００１１】また、請求項４の発明は、電池の平均電圧
と放電量との関係が放電電流に応じて変動することに着
目し、複数の電流値（例えば、“大”“中”“小”の３
値をとる）における平均電圧とそのときの各セルの実際
の電圧との差に基づいて補充充電量を算出するものであ
る。また、請求項５の発明は、上記複数の電流値のうち
の一つによって算出するものである。また、請求項６の
発明は、上記の補充充電を回生充電によって行なうよう
に構成したものであり、負荷駆動の合間に補充充電を行
なうことが出来るので、常に各電池の放電容量を均一に
保つことが出来る。また、請求項７の発明は、補充充電
を行なうセルまたはモジュールを選択する手段として共
振回路を用いたものであり、スイッチング素子のような
電流制御素子を用いることなしに、各電池を選択的に充
電することが出来る。なお、請求項１においては、補充
充電のみについて規定しているが、補充充電以外に通常
の基本充電（例えば、全てのセルまたはモジュールを同
じ条件で充電する）も行なうように構成してもよい。基
本充電は、例えば所定時間のあいだ、または充電終止電
圧に達した電池が検出されるまでの間、制御手段を開状
態にして充電電流を供給する。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明
する。図１は本発明の第１の実施例図である。図１にお
いて、１は組電池であり、１ａ〜１ｎからなる各電池
（単一の電池からなるセルまたは複数のセルからなるモ
ジュール）を直列に接続したものである。なお、直並列
に接続したものでもよい。また、２は制御装置であり、
組電池１の電力で負荷３を駆動する際の電力供給を制御
するものである。例えば、制御装置２は電気自動車にお
ける直流−交流変換用コンバータと制御用コンピュータ
からなる回路であり、負荷３は電気自動車駆動用モータ
である。なお、上記の制御装置２と負荷３の部分は組電
池の出力（放電）回路であり、以下に記載する４以下が
本実施例の充電回路の部分である。４は各電池の電圧を
検出する電圧センサ、５は電池を流れる電流を検出する
電流センサである。なお、電圧センサ４と電流センサ５
は電池から離して表示してあるが、各電池に接続されて
いる。例えば、電圧は単に電池の端子を演算装置６に接
続し、演算装置６で電圧値を検出するようにしてもよい
し、電流センサ５は各単電池に共通のセンサを１個設け
ればよい。また、６は演算装置（詳細後述）、７はメモ
リ、８は電流制御回路であり、演算装置６の演算結果に
基づいて電流制御素子９を制御する。電流制御素子９は
トランジスタ等からなる開閉素子、可変抵抗または可変
容量ダイオード等であり、開閉素子の場合はオン時間を
制御する、可変抵抗の場合は抵抗値を変える、可変容量
ダイオードの場合は容量を変化させて蓄積される電気量
を制御することにより、流れる電流値を制御する。ま
た、１０は過電圧防止用のツェナダイオード、１１は整
流用のダイオード、１２、１３は抵抗、１４は変圧器で
ある。上記の４〜１４は、充電制御回路を構成し、図中
にサフィックスａ〜ｎを付したように、各電池１ａ〜１
ｎごとにそれぞれ設けられている。ただし、演算装置６
とメモリ７は全体として１個設けてもよい。また、各電
池１ａ〜１ｎを流れる電流は同一なので、電流センサ５
も組電池１全体に１個設ければよい。また、１５は全て
の充電制御回路に電力を供給する交流電源である。

【００１３】次に、作用を説明する。なお、電池１ａを
例として説明するが、他の電池においても全く同様であ
る。交流電源１５から与えられた交流電力は、変圧器１
４ａから電流制御素子９ａを介してダイオード１１ａで
整流された後、電池１ａに与えられる。演算装置６ａは
電圧センサ４ａと電流センサ５ａで求めた電圧値と電流
値に基づいて補充充電量を演算（詳細後述）し、その結
果をメモリ７ａに記憶しておき、その値に応じて電流制
御回路８ａを制御する。電流制御回路８ａは上記演算結
果に応じて電流制御素子９ａを開閉制御し、必要な補充
充電量分だけ電池１ａを充電する。なお、補充充電以外
の基本充電（例えば、全ての電池１ａ〜１ｎを同じ条件
で充電する）の場合には、例えば所定時間のあいだ、ま
たは充電終止電圧に達した電池が検出されるまでの間、
電流制御素子９ａ〜９ｎを開状態に保つように制御す
る。また、ツェナダイオード１０ａは、電池１ａの端子
電圧が所定値以上に達した場合に導通し、過電圧が印加
されるのを防止する。上記のようにして、各電池ごとに
充電が行なわれる。

【００１４】以下、上記の演算装置６ａにおける補充充
電量の演算について説明する。補充充電量は、基本点に
は、内部抵抗増大による放電容量低下分ΔＱｒと、電池
の劣化による放電容量低下分ΔＱｃと、初期充電不足分
による放電容量低下分ΔＱｄとの和ΔＱ＝ΔＱｒ＋ΔＱ
ｃ＋ΔＱｄとして演算する。図２〜図４は、上記の各放
電容量低下分ΔＱｒ、ΔＱｃ、ΔＱｄを説明するための
放電特性曲線図であり、縦軸は電圧、横軸は放電時間で
ある。まず、図２に示すごとく、電池の内部抵抗Δｒが
大きくなると、早く放電末期に達するので、放電容量は
小さくなる。この場合の放電容量低下分（欠損）がΔＱ
ｒである。また、図３に示すごとく、電池が劣化する
と、その分だけ早く放電末期に達するので、放電容量は
小さくなる。この場合の放電容量低下分（欠損）がΔＱ
ｃである。また、図４に示すごとく、前回の充電で満充
電まで達しなかった場合には、初期充電量が不足し、そ
の分だけ早く放電末期に達するので、放電容量は小さく
なる。この場合の放電容量低下分（欠損）がΔＱｄであ
る。演算装置６ａは、上記の各放電容量低下分を算出
し、それらを合計したものを補充充電量ΔＱとする。

【００１５】以下、図２〜図４に基づいて、上記の各放
電容量低下分の算出方法について説明する。図２は、内
部抵抗による放電容量低下分ΔＱｒの算出方法を説明す
るための放電特性曲線図である。まず、二つの電流値Ｉ
₁とＩ₂における電圧値Ｖ₁とＶ₂をそれぞれ求め、下記
（数１）式によって内部抵抗値ｒを求める。 ΔＶ＝｜Ｖ₂−Ｖ₁｜ ΔＩ＝｜Ｉ₂−Ｉ₁｜ …（数１） ΔＶ／ΔＩ＝ｒ 次に、予め定められた規定最大電流値をＩregとした場
合、下記（数２）式によって最大降下電圧ΔＶmaxを求
める。 ΔＶmax＝ｒ×Ｉreg …（数２） 次に、図２に示す放電特性曲線において、実線で示す規
定放電特性曲線から最大降下電圧ΔＶmax分だけ平行に
移動させた特性曲線（破線で示す）が放電終止電圧に達
する電気量Ｑ’を求め、規定放電特性曲線におけるＱ₀
との差から放電容量低下分ΔＱｒを求める。すなわち、 ΔＱｒ＝Ｑ₀−Ｑ’ である。

【００１６】次に、図３は、電池の劣化による放電容量
低下分ΔＱｃの算出方法を説明するための放電特性曲線
図である。まず、前記ΔＱｒの場合と同様にして、内部
抵抗値ｒを求める。次に、内部抵抗値ｒから開放電圧
（電池の端子を開放した場合の端子電圧）を推定する。
これは放電時における電圧に内部抵抗による電圧降下分
を加算することによって推定できる。次に、或る放電量
の時における実際の電圧と規定放電曲線における同じ放
電量の時の電圧とを比較することにより、図３の実線で
示す規定放電曲線に対する実際の放電曲線（破線で示
す）を算出し、その曲線が放電終止電圧に達するときの
放電量Ｑ”を求め、規定放電特性曲線におけるＱ₀との
差から放電容量低下分ΔＱｃを求める。すなわち、 ΔＱｃ＝Ｑ₀−Ｑ” である。

【００１７】次に、図４は、初期充電不足分による放電
容量低下分ΔＱｄの算出方法を説明するための放電特性
曲線図である。まず、充電終了後に電池の開放電圧を測
定し、その値を放電量０として規定放電曲線と比較す
る。放電容量が低下していれば、図４に示すように、そ
の電池の開放電圧は規定電圧よりも低下しているので、
その値をｘ軸方向に平行に延ばして規定放電曲線と交わ
った点の放電量Ｑ＊が初期充電不足分による放電容量低
下分ΔＱｄとなる。上記のようにして求めたΔＱｒとΔ
ＱｃとΔＱｄを加算することにより、補充充電量ΔＱを
求める。

【００１８】次に、補充充電量ΔＱの他の演算方法につ
いて説明する。図５（ａ）は、放電末期における内部抵
抗の増大を示す特性図である。図５に示すように、放電
末期（ｋＱｉの部分）においては、内部抵抗が増大する
のに伴って電池温度が上昇し、劣化が促進される。した
がって放電容量の小さな電池は、先に放電末期に達する
ので、他の電池よりも劣化が生じやすい。上記の問題を
解決するため、図５（ｂ）に示すように、放電容量の小
さな電池についてΔＱだけ補充充電を行なうことによ
り、放電末期の内部抵抗増大域を破線で示すようにシフ
トさせ、劣化を抑制することが出来る。上記の補充充電
量ΔＱは下記（数３）式で算出する。 ΔＱ＝Ｑ−（１−ｋ)Ｑｉ …（数３） ただし Ｑｉ：ｉ番目の電池の総放電量 Ｑ ：組電池システムとしてｉ番目の電池が要求される
総放電量 ｋ ：内部抵抗増大領域の割合を示す係数 上記の係数ｋは、下記（数４）式で示される。 ｋ＝｜Ｑｉ₀−Ｑｉ'｜／Ｑｉ₀ …（数４） ただし Ｑｉ₀：ｉ番目の電池が放電終止電圧に達す
るまでの放電量 Ｑｉ'：内部抵抗が上昇し始めるときまでの放電量 次に、補充充電量ΔＱのさらに他の演算方法について説
明する。

【００１９】この実施例は、前記の基本的な補充充電量
ΔＱ＝ΔＱｒ＋ΔＱｃ＋ΔＱｄにさらに余裕代の補充量
ΔＱｅを加算するものである。この場合の補充充電量
は、ΔＱ＝ΔＱｒ＋ΔＱｃ＋ΔＱｄ＋ΔＱｅとなる。上
記の余裕代の補充量ΔＱｅは、例えば内部抵抗の特に増
大した電池に対して予め定めた所定値、または内部抵抗
増大分に対応した値に設定する。このように構成するこ
とにより、前記図５の場合と同様に、放電末期の内部抵
抗増大域を破線で示すようにシフトさせ、劣化を抑制す
ることが出来る。

【００２０】次に、図６は本発明の第２の実施例図であ
る。この実施例は、サンプリングのタイミングを放電量
と相関のある放電電流値に基づいて行なうように構成し
たものである。図６において、１６は組電池１の総電圧
から各電池の平均電圧を求めて出力する平均電圧検出回
路である。なお、上記総電圧とは、電池１ａの＋端子か
ら電池１ｎの−端子までの電圧であり、図示しない電圧
センサで求めるか、または１ａと１ｎの端子電圧を入力
して平均電圧検出回路１６で演算する。また、１７は組
電池１を流れる電流値が所定値（詳細後述）になったと
きタイミング信号を発生するタイミング信号発生回路で
ある。その他、前記図１と同符号は同様のものを示す。

【００２１】図７は、各電池の平均電圧と放電量との関
係を示す特性図である。図７に示すごとく、大電流放電
（負荷が大）のあった場合には平均電圧の低下が大き
く、平均電圧の変動は放電電流に対応することが判る。
したがって予め定めた“大”“中”“小”の３種の電流
値における平均電圧を測定すれば、図６の特性から概略
の放電量を算出することが出来る。図６の実施例は、上
記の考察に基づくものであり、予め定めた“大”“中”
“小”の３種の電流値Ｉ_H、Ｉ_M、Ｉ_Lが検出された場合
に、タイミング信号発生回路１７からそれぞれのタイミ
ング信号Ｓ_H、Ｓ_M、Ｓ_Lを送り、平均電圧検出回路１６
で総電圧から平均電圧を検出する。平均電圧は、上記電
流値Ｉ_H、Ｉ_M、Ｉ_Lに応じてＶ_H、Ｖ_M、Ｖ_Lの３種があ
る。そして上記のタイミング信号と平均電圧とを各演算
装置６ａ〜６ｎに送る。各演算装置６ａ〜６ｎでは、次
のごとき演算を行なって補充充電量を求める。例えば、
ｉ番目の演算装置６ｉでは、それぞれのタイミング信号
Ｓ_H、Ｓ_M、Ｓ_Lが与えられた時点における電池１ｉの電
圧を検出する。この電圧も上記電流値Ｉ_H、Ｉ_M、Ｉ_Lに
応じてＶ_H1、Ｖ_M1、Ｖ_L1の３種がある。次に、演算装置
６ｉでは、下記（数５）式に基づいて電池１ｉの補充充
電量を算出する。

【００２２】 Ｑ_H＝（Ｖ_Hi−Ｖ_H）／Ｉ_H Ｑ_M＝（Ｖ_Mi−Ｖ_M）／Ｉ_M …（数５） Ｑ_L＝（Ｖ_Li−Ｖ_L）／Ｉ_L 上記電流値Ｉ_H、Ｉ_M、Ｉ_Lのいずれかが検出されるごと
に上記の演算を行ない、それに対応した（数５）式のい
ずれかの補充充電量を算出し、それに応じた補充充電を
行なう。なお、上記３種の補充充電量Ｑ_H、Ｑ_M、Ｑ_Lを
全て算出し、それらを加算した値を補充充電量としても
よいし、或いは、いずれか１個のみを算出して補充充電
量としてもよい。

【００２３】次に、図８は、本発明の第３の実施例図で
ある。本実施例は、補充充電を実際に行なう構成を示し
たものであり、回生発電を用いて補充充電を行なうもの
である。図８において、１８は回生発電装置であり、例
えば電気自動車の場合には駆動用モータとその制御装置
に相当する。１９は回生電力分配回路であり、回生発電
装置１８から送られる回生電力を主回生充電回路２０と
副回生充電回路２２とに分配する。主回生充電回路２０
は組電池１全体に均一の充電を行なう回路である。蓄電
装置２１は回生電力分配回路１９から送られた回生電力
を一時的に蓄える装置であり、例えば蓄電池や大容量の
コンデンサ等である。副回生充電回路２２は蓄電装置２
１から送られた電力を交流電源１５へ送る。なお、副回
生充電回路２２から直流電力を送り、交流電源１５で交
流電力に変換するように構成してもよいし、或いは副回
生充電回路２２で交流電力に変化し、それを直接に各変
圧器１４ａ〜１４ｎに送るように構成してもよい。この
場合には交流電源１５は不用である。その他、図１と同
符号は同一物を示す。また、図１の負荷系統（制御装置
２と負荷３）は図示を省略している。

【００２４】以下、作用を説明する。例えば、電気自動
車の場合には、回生発電は車両の制動時や減速時に発生
するので、その継続時間は数秒〜数十秒程度である。回
生電力分配回路１９は、回生発電装置１８で発生した回
生電力を、例えば主回生充電回路８０％、副回生充電回
路２０％程度に分配する。主回生充電回路２０では、上
記８０％の電力で、組電池１の各電池１ａ〜１ｎを共通
に充電する。これは前記の基本充電に相当する。上記の
ように、回生発電の継続時間は数秒〜数十秒程度である
から、主回生充電回路２０は回生発電の行なわれる度に
組電池１全体に充電を行なう。なお、本実施例では記載
を省略しているが、過充電防止用の回路を設けてもよ
い。過充電防止回路としては、例えば組電池１中の少な
くとも１個の電池が充電終止電圧に達した場合に主回生
充電回路２０による充電を停止する回路を用いることが
出来る。一方、蓄電装置２１は、上記のように数秒〜数
十秒程度づつ与えられる電力の２０％を蓄電し、数分〜
１時間程度のあいだに継続して出力する。そして副回生
充電回路２２と交流電源１５とによってその電力を４〜
１４の各要素で構成する各充電制御回路に与え、前記の
ようにして演算した補充充電量ΔＱに相当する量だけ各
電池を補充充電する。上記のように、負荷駆動（放電
時）の合間に生じる回生電力を用いて必要な補充充電を
行なうように構成したことにより、常に各電池の放電容
量を均一に保つことが出来るので、放電容量の低下や特
定の電池に生じる劣化を抑制することが出来る。

【００２５】次に、図９は、本発明の第４の実施例図で
ある。図９において、３１は整流用のダイオード、３２
はコンデンサ、３３はコイル、３４は過電圧防止用のツ
ェナダイオード、３５は抵抗、３６は変圧器、３７は交
流電源、３８は各電池の電圧を検出する電圧検出回路、
３９は制御装置、４０は可変周波数発振器である。その
他、図１と同符号は同一物を示す。上記の回路におい
て、コンデンサ３２とコイル３３は共振回路を構成して
おり、かつ、各充電制御回路（３１〜３６からなる部
分）は、それぞれ異なった共振周波数となるように設定
されている。例えば、電池１ａに接続された充電制御回
路の共振周波数をωａとし、同様に電池１ｂがωｂ、電
池１ｃがωｃとすると、各充電制御回路における電力の
透過率は、図１０に示すようになる。したがって交流電
源３７から与えられる電力の周波数を変えることによ
り、任意の電池にのみ電力を供給して充電することが出
来る。

【００２６】本実施例においては、電圧検出回路３９に
よって各電池の電圧を検出し、制御装置３９によって電
圧が低下している電池を判断し、その電池の共振周波数
を可変周波数発振器４０で発生させる。この周波数の信
号で交流電源３７を駆動し、当該周波数の交流電力を発
生させる。それによってその共振周波数に対応した充電
制御回路のみに電力が与えられ、当該電池のみが選択的
に充電される。上記のように構成すれば、前記図１の電
流制御素子９のような手段を用いることなしに、各電池
を選択的に充電することが出来る。リチウムイオン電池
のような非水系電解質二次電池においては、前記のよう
に過充電や過放電は電池の寿命に重大な影響を及ぼすの
で、充電制御装置の動作には十分な安定性が望まれる
が、本実施例の場合には電流制御素子９のような単一の
素子で電流制御を行なわず、回路の共振周波数を用いて
いるので、長期間安定した制御を行なうことが出来、安
全性が高い。特に、電気自動車や潜水船などの組電池の
ように、多数の単位電池を有し、しかも長期間取り替え
ることのない組電池においては、本実施例のような安定
性の高い制御装置が有効である。

【００２７】次に、図１１は、本発明の第５の実施例図
である。この実施例は、前記図９の実施例において、共
振回路を構成するコイル３３を変圧器３６の巻線で兼用
したものである。このようにすることにより、構成部品
を省略して構成を簡素化し、小型で安価にすることがで
きる。その他の作用効果は、図９の実施例と同様であ
る。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したごとく、本発明において
は、各セルまたはモジュールごとに補充充電量を算出
し、それに応じた補充充電を行なうように構成したこと
により、常に各セルまたはモジュールの放電容量を均一
にすることが出来るので、組電池全体としての放電容量
を増加させると共に特定の電池が劣化するのを抑制する
ことが出来る、という効果が得られる。また、回生充電
によって補充充電を行なうように構成したものにおいて
は、負荷駆動の合間に補充充電を行なうことが出来るの
で、常に各電池の放電容量を均一に保つことができ、放
電容量の低下や特定の電池に生じる劣化を抑制すること
が出来る。また、共振回路を用いて選択的に充電するよ
うに構成したものにおいては、電流制御素子を用いるこ
となしに、各電池を選択的に充電することが出来るの
で、長期間安定した制御を行なうことが出来、安全性が
高いという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例図。

【図２】内部抵抗の増加による補充充電量ΔＱｒの算出
方法を説明するための特性図。

【図３】放電容量の低下による補充充電量ΔＱｃの算出
方法を説明するための特性図。

【図４】初期充電量の欠損による補充充電量ΔＱｄの算
出方法を説明するための特性図。

【図５】補充充電量の他の算出方法を説明するための放
電量と内部抵抗値との関係を示す特性図。

【図６】本発明の第２の実施例図。

【図７】放電量とセルの平均電圧との関係を示す特性
図。

【図８】本発明の第３の実施例図。

【図９】本発明の第４の実施例図。

【図１０】共振周波数と透過率との関係を示す特性図。

【図１１】本発明の第５の実施例図。

【図１２】従来例における充電電流を示す特性図。

【図１３】放電容量と電圧との関係を示す特性図。

【符号の説明】

１…組電池 ５…電流センサ １ａ〜１ｎ…単電池 ６…演算装置 ２…制御装置 ７…メモリ ３…負荷 ８…電流制御回路 ４…電圧センサ ９…電流制御素子 １０…ツェナダイオード １５…交流電源 １１…ダイオード １６…平均電圧検出
回路 １２…抵抗 １７…タイミング信
号発生回路 １３…抵抗 １８…回生発電装置 １４…変圧器 １９…回生電力分配
回路 ２０…主回生充電回路 ２１…蓄電装置 ２２…副回生充電回路 ３５…抵抗 ３１…ダイオード ３６…変圧器 ３２…コンデンサ ３７…交流電源 ３３…コイル ３８…電圧検出回路 ３４…ツェナダイオード ３９…制御装置 ４０…可変周波数発振器 ４１…抵抗

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一つの二次電池からなるセルまたは複数の
   セルからなるモジュールを、複数個直列または直並列に
   接続した組電池と、 上記セルまたはモジュールの電圧を検出する電圧検出手
   段と、 上記セルまたはモジュールを流れる電流を検出する電流
   検出手段と、 上記の検出した電圧値および電流値に基づき、各セルま
   たは各モジュール毎に補充すべき充電量を演算する演算
   手段と、 上記演算手段の演算結果に応じて各セルまたは各モジュ
   ール毎に選択的に補充充電を行なう制御手段と、 を備えたことを特徴とする組電池の充電装置。
2. 【請求項２】上記演算手段は、内部抵抗増大による放電
   容量低下分ΔＱｒと、劣化による放電容量低下分ΔＱｃ
   と、初期充電不足分による放電容量低下分ΔＱｄとの和
   ΔＱ＝ΔＱｒ＋ΔＱｃ＋ΔＱｄを求め、そのΔＱを補充
   すべき充電量とするものである、ことを特徴とする請求
   項１に記載の組電池の充電装置。
3. 【請求項３】上記演算手段は、内部抵抗が特に大きくな
   った電池については、予め定められた所定値または内部
   抵抗値に対応した充電量ΔＱｅを上記ΔＱに加えたΔＱ
   ＋ΔＱｅを補充すべき充電量とするものである、ことを
   特徴とする請求項２に記載の組電池の充電装置。
4. 【請求項４】上記演算手段は、予め定めた複数の電流値
   のそれぞれにおける各セルまたは各モジュールの電圧
   と、組電池全体の電圧から求めた上記複数の電流値のそ
   れぞれにおけるセルまたはモジュール１個についての平
   均電圧とに基づいて規定電流値における不足電気量を算
   出し、それを補充充電量とするものである、ことを特徴
   とする請求項１に記載の組電池の充電装置。
5. 【請求項５】上記演算手段は、所定の電流値における各
   セルまたは各モジュールの電圧と、組電池全体の電圧か
   ら求めたセルまたはモジュール１個についての平均電圧
   とに基づいて規定電流値における不足電気量を算出し、
   それを補充充電量とするものである、ことを特徴とする
   請求項１に記載の組電池の充電装置。
6. 【請求項６】組電池の負荷が走行車両の駆動装置である
   場合において、上記補充充電は、走行車両の減速時また
   は制動時に行なわれる回生充電によって行なうことを特
   徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の組電
   池の充電装置。
7. 【請求項７】上記各セルまたは各モジュール毎に設けら
   れた、それぞれ他と異なる個別の共振周波数を有する共
   振回路およびその出力を整流する整流回路と、 組電池の全ての上記共振回路および整流回路に全体とし
   て一つ接続された可変周波数電源と、 上記可変周波数電源の周波数を上記演算手段で求めた補
   充充電の必要なセルまたはモジュールの共振回路の共振
   周波数に一致させるように制御する周波数設定手段と、 を備え、上記の電源周波数に共振した共振回路のセルま
   たはモジュールのみを選択的に補充充電することを特徴
   とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の組電池
   の充電装置。
8. 【請求項８】上記二次電池は、非水系電解質二次電池で
   あることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに
   記載の組電池の充電装置。