JPH10285818A - 組電池の充放電制御装置 - Google Patents
組電池の充放電制御装置Info
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- JPH10285818A JPH10285818A JP9095231A JP9523197A JPH10285818A JP H10285818 A JPH10285818 A JP H10285818A JP 9095231 A JP9095231 A JP 9095231A JP 9523197 A JP9523197 A JP 9523197A JP H10285818 A JPH10285818 A JP H10285818A
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
- Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 組電池の早期劣化を防止し、各単電池の容
量を最大利用する。 【解決手段】 組電池１００の各単電池に端子電圧検出
器１が接続され、スイッチ５と６によってバッファ電池
７と接続することが可能になっている。インバータ４は
コントローラ２の制御を受けてバッファ電池７の端子電
圧を調整する。電圧検出器８はバッファ電池の端子電圧
を検出し、コントローラ２はその検出値からバッファ電
池の充電状況を判断する。充電を必要とする場合、バッ
ファ電池を端子電圧の最も高い単電池に接続し、単電池
に充電されるようにインバータ４を制御し、バッファ電
池が満充電の場合、最も端子電圧の低い単電池に接続し
バッファ電池が放電できるようにインバータ４を制御す
るようにしたので、各単電池間の充放電量が容量に応じ
て調整され、充放電深度が均一な方向に向うことにな
る。
量を最大利用する。 【解決手段】 組電池１００の各単電池に端子電圧検出
器１が接続され、スイッチ５と６によってバッファ電池
７と接続することが可能になっている。インバータ４は
コントローラ２の制御を受けてバッファ電池７の端子電
圧を調整する。電圧検出器８はバッファ電池の端子電圧
を検出し、コントローラ２はその検出値からバッファ電
池の充電状況を判断する。充電を必要とする場合、バッ
ファ電池を端子電圧の最も高い単電池に接続し、単電池
に充電されるようにインバータ４を制御し、バッファ電
池が満充電の場合、最も端子電圧の低い単電池に接続し
バッファ電池が放電できるようにインバータ４を制御す
るようにしたので、各単電池間の充放電量が容量に応じ
て調整され、充放電深度が均一な方向に向うことにな
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、組電池に接続して
使用し、組電池が充放電されるときに各単電池の容量バ
ラツキに起因する組電池劣化を無くし、かつ容量を最大
利用することが可能な組電池の充放電制御装置に関す
る。
使用し、組電池が充放電されるときに各単電池の容量バ
ラツキに起因する組電池劣化を無くし、かつ容量を最大
利用することが可能な組電池の充放電制御装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】二次電池を充放電する際充放電量を規制
する必要がある。その規制は殆ど充電量に応じて変動す
る端子電圧を利用して行なう。すなわち二次電池に充電
終了電圧および放電終了電圧として予め所定の基準値を
設定し、端子電圧が基準値を越えないように充放電制御
が行なわれている。
する必要がある。その規制は殆ど充電量に応じて変動す
る端子電圧を利用して行なう。すなわち二次電池に充電
終了電圧および放電終了電圧として予め所定の基準値を
設定し、端子電圧が基準値を越えないように充放電制御
が行なわれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の充放電制御を組電池に用いると、単電池のバラツキ
から、組電池の端子電圧では各単電池の充放電量を規制
できないため、各単電池の端子電圧を用いて充放電制御
が行なわれる。しかし単電池の充放電進行にバラツキが
あり、容量の小さいものが早く進行してしまうため、組
電池全体が容量の最も小さい単電池の充放電進行に応じ
て充放電制御されることになる。この結果組電池は容量
の最も小さい単電池に一致した充放電しかできず各単電
池の容量を最大利用できないという問題があった。
来の充放電制御を組電池に用いると、単電池のバラツキ
から、組電池の端子電圧では各単電池の充放電量を規制
できないため、各単電池の端子電圧を用いて充放電制御
が行なわれる。しかし単電池の充放電進行にバラツキが
あり、容量の小さいものが早く進行してしまうため、組
電池全体が容量の最も小さい単電池の充放電進行に応じ
て充放電制御されることになる。この結果組電池は容量
の最も小さい単電池に一致した充放電しかできず各単電
池の容量を最大利用できないという問題があった。
【０００４】また、二次電池は充放電の進行にしたがっ
て、単電池の内部抵抗が変化する。新型の非水系二次電
池の場合、図５の（ａ）に示すように放電深度ＤＯＤ７
０％付近までは抵抗値が小さく大電流放電に適した特性
を示すが、それを超すと抵抗が急激に上昇し始めるの
で、放電深度７０％を超す領域での放電は、抵抗熱の発
生が多く、電池が劣化し易い状態となる。また、充電す
る場合、充電の進行にしたがって内部抵抗が徐々に小さ
くなるが、図５の（ｂ）に示すように容量が５０％以上
に回復すると、内部抵抗が逆に増大する性質を有する。
このため、充放電深度の浅い単電池は内部抵抗による充
電流消費が少なく、温度上昇が少ないのに対して、充電
深度の深い単電池は充電流を多く消費し、温度上昇をも
たらして劣化し易い状態になっている。
て、単電池の内部抵抗が変化する。新型の非水系二次電
池の場合、図５の（ａ）に示すように放電深度ＤＯＤ７
０％付近までは抵抗値が小さく大電流放電に適した特性
を示すが、それを超すと抵抗が急激に上昇し始めるの
で、放電深度７０％を超す領域での放電は、抵抗熱の発
生が多く、電池が劣化し易い状態となる。また、充電す
る場合、充電の進行にしたがって内部抵抗が徐々に小さ
くなるが、図５の（ｂ）に示すように容量が５０％以上
に回復すると、内部抵抗が逆に増大する性質を有する。
このため、充放電深度の浅い単電池は内部抵抗による充
電流消費が少なく、温度上昇が少ないのに対して、充電
深度の深い単電池は充電流を多く消費し、温度上昇をも
たらして劣化し易い状態になっている。
【０００５】組電池の充放電において、各単電池に一様
な充放電電流を流す場合、容量の小さい単電池は常に先
に深い充放電状態に入り、劣化し易くなっているが、こ
の劣化がさらに組電池を繰り返して充放電を行なうなか
で進み、内部抵抗がさらに増大し、やがて組電池全体が
容量小となり、サイクル寿命に達するまでに早期劣化し
てしまう問題がある。
な充放電電流を流す場合、容量の小さい単電池は常に先
に深い充放電状態に入り、劣化し易くなっているが、こ
の劣化がさらに組電池を繰り返して充放電を行なうなか
で進み、内部抵抗がさらに増大し、やがて組電池全体が
容量小となり、サイクル寿命に達するまでに早期劣化し
てしまう問題がある。
【０００６】一方、各単電池のバラツキによる充電深度
の不揃いで組電池が劣化するのを防ぐ目的で、各単電池
にバイパス回路を設置して単電池の容量に応じて進行の
早いものに充電電流をバイパスして単電池の充電進行を
調整することが行なわれている。この方法では単電池の
容量に応じた充電はできるものの、バイパスされた電流
は殆ど抵抗熱となって放散するため、熱放散対策やエネ
ルギーロスといった問題を有するとともに、放電時の劣
化あるいは最小容量の単電池に一致した電気量しか出せ
ない従来の問題は依然として残る。本発明は、上記の問
題点に鑑み、各単電池の容量に応じて充放電量を制御
し、各単電池の容量を最大利用できる組電池の充放電制
御装置を提供することを目的としている。
の不揃いで組電池が劣化するのを防ぐ目的で、各単電池
にバイパス回路を設置して単電池の容量に応じて進行の
早いものに充電電流をバイパスして単電池の充電進行を
調整することが行なわれている。この方法では単電池の
容量に応じた充電はできるものの、バイパスされた電流
は殆ど抵抗熱となって放散するため、熱放散対策やエネ
ルギーロスといった問題を有するとともに、放電時の劣
化あるいは最小容量の単電池に一致した電気量しか出せ
ない従来の問題は依然として残る。本発明は、上記の問
題点に鑑み、各単電池の容量に応じて充放電量を制御
し、各単電池の容量を最大利用できる組電池の充放電制
御装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】このため、本発明は、図
１に示すように複数の単電池を直列に接続して構成され
る組電池１００を充放電する際に使用される組電池の充
放電制御装置であって、各単電池の端子電圧を検出する
端子電圧検出手段１０と、前記単電池に並列に接続して
使用され、単電池に対して充放電を行なうバッファ電池
１７と、前記バッファ電池の端子電圧を検出するバッフ
ァ電池端子電圧検出手段１８と、前記バッファ電池と接
続される前記単電池との電圧差を調整する電圧調整手段
１４と、前記バッファ電池を前記単電池間に切り替えて
接続可能なスイッチ手段１３と、前記バッファ電池端子
電圧検出手段の検出値により、バッファ電池内の充電量
を判断し、充電量が所定値以下の場合は、バッファ電池
を端子電圧の最も高い単電池に接続してバッファ電池が
充電されるよう、バッファ電池の充電量が所定値になっ
た場合は、バッファ電池を端子電圧の最も低い単電池に
接続してバッファ電池が単電池に放電できるように前記
電圧調整手段１４、スイッチ手段１３を制御し単電池間
の電気量を調整するコントローラ１２とを有するものと
した。
１に示すように複数の単電池を直列に接続して構成され
る組電池１００を充放電する際に使用される組電池の充
放電制御装置であって、各単電池の端子電圧を検出する
端子電圧検出手段１０と、前記単電池に並列に接続して
使用され、単電池に対して充放電を行なうバッファ電池
１７と、前記バッファ電池の端子電圧を検出するバッフ
ァ電池端子電圧検出手段１８と、前記バッファ電池と接
続される前記単電池との電圧差を調整する電圧調整手段
１４と、前記バッファ電池を前記単電池間に切り替えて
接続可能なスイッチ手段１３と、前記バッファ電池端子
電圧検出手段の検出値により、バッファ電池内の充電量
を判断し、充電量が所定値以下の場合は、バッファ電池
を端子電圧の最も高い単電池に接続してバッファ電池が
充電されるよう、バッファ電池の充電量が所定値になっ
た場合は、バッファ電池を端子電圧の最も低い単電池に
接続してバッファ電池が単電池に放電できるように前記
電圧調整手段１４、スイッチ手段１３を制御し単電池間
の電気量を調整するコントローラ１２とを有するものと
した。
【０００８】そして、コントローラ１２は、前記単電池
の端子電圧から組電池の充放電深度を判断し、所定の深
度に達してから、前記スイッチ手段及び前記電圧調整手
段を制御し前記バッファ電池の充放電による単電池間の
電気量調整を行なうことが望ましい。また、前記組電池
の充放電回路内に電流検出手段１９を設け、前記コント
ローラ１２は前記電流検出手段と前記端子電圧検出手段
の検出値を用いて単電池の内部抵抗を算出し、前記端子
電圧検出手段１０の検出値に内部抵抗による電圧降下分
を補正して前記単電池間の電気量調整を行なうことが望
ましい。
の端子電圧から組電池の充放電深度を判断し、所定の深
度に達してから、前記スイッチ手段及び前記電圧調整手
段を制御し前記バッファ電池の充放電による単電池間の
電気量調整を行なうことが望ましい。また、前記組電池
の充放電回路内に電流検出手段１９を設け、前記コント
ローラ１２は前記電流検出手段と前記端子電圧検出手段
の検出値を用いて単電池の内部抵抗を算出し、前記端子
電圧検出手段１０の検出値に内部抵抗による電圧降下分
を補正して前記単電池間の電気量調整を行なうことが望
ましい。
【０００９】
【作用】本発明では、各単電池に並列に接続して使用さ
れるバッファ電池１７が設けられる。バッファ電池１７
はその充電量に応じて、コントローラ１２に制御される
スイッチ手段１３の切り替えにより、充電が必要な場
合、端子電圧の最も高い単電池に接続し、放電が必要な
場合端子電圧の最も低い単電池に接続される。コントロ
ーラ１２は単電池の端子電圧に対応してバッファ電池１
７の端子電圧を調整し、バッファ電池が充電または放電
可能に電圧調整手段を制御するようにしたので、端子電
圧の高い単電池から端子電圧の低い単電池に電気量が調
整される。このように、充電進行の早い単電池あるいは
放電進行の遅い単電池はバッファ電池に充電をし、充電
進行の遅い単電池あるいは放電進行の早い単電池はバッ
ファ電池から電気をとるので、単電池間の電気量が充放
電の深度に応じて配分され、各単電池が容量に応じて均
等な充放電深度に向かうことになる。
れるバッファ電池１７が設けられる。バッファ電池１７
はその充電量に応じて、コントローラ１２に制御される
スイッチ手段１３の切り替えにより、充電が必要な場
合、端子電圧の最も高い単電池に接続し、放電が必要な
場合端子電圧の最も低い単電池に接続される。コントロ
ーラ１２は単電池の端子電圧に対応してバッファ電池１
７の端子電圧を調整し、バッファ電池が充電または放電
可能に電圧調整手段を制御するようにしたので、端子電
圧の高い単電池から端子電圧の低い単電池に電気量が調
整される。このように、充電進行の早い単電池あるいは
放電進行の遅い単電池はバッファ電池に充電をし、充電
進行の遅い単電池あるいは放電進行の早い単電池はバッ
ファ電池から電気をとるので、単電池間の電気量が充放
電の深度に応じて配分され、各単電池が容量に応じて均
等な充放電深度に向かうことになる。
【００１０】そして、前記コントローラは、前記単電池
の端子電圧から組電池の充放電深度を判断し、所定の深
度に達してから、前記スイッチ手段及び前記電圧調整手
段を制御し前記バッファ電池の充放電による単電池間の
電気量調整を行なうようにすると、組電池に早期劣化を
もたらさない常用の充放電深度では通常の充放電を行な
う設定ができ、バッファ電池の充放電によるエネルギー
のロスが減少し、効率の高い制御となる。またこのとき
バッファ電池が作動しないため、バッファ電池の充放電
時間を考慮しない組電池の充放電も可能となる。
の端子電圧から組電池の充放電深度を判断し、所定の深
度に達してから、前記スイッチ手段及び前記電圧調整手
段を制御し前記バッファ電池の充放電による単電池間の
電気量調整を行なうようにすると、組電池に早期劣化を
もたらさない常用の充放電深度では通常の充放電を行な
う設定ができ、バッファ電池の充放電によるエネルギー
のロスが減少し、効率の高い制御となる。またこのとき
バッファ電池が作動しないため、バッファ電池の充放電
時間を考慮しない組電池の充放電も可能となる。
【００１１】さらに、前記組電池の充放電回路内に電流
検出手段を設け、前記コントローラは前記電流検出手段
と前記端子電圧検出手段の検出値を用いて単電池の内部
抵抗を算出し、前記端子電圧検出手段の検出値に内部抵
抗による電圧降下分を補正して前記単電池間の電気量調
整を行なうことにより、より正確な電気量調整を行なう
ことができる。
検出手段を設け、前記コントローラは前記電流検出手段
と前記端子電圧検出手段の検出値を用いて単電池の内部
抵抗を算出し、前記端子電圧検出手段の検出値に内部抵
抗による電圧降下分を補正して前記単電池間の電気量調
整を行なうことにより、より正確な電気量調整を行なう
ことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施
例により説明する。図２は、本実施例の構成を示す図で
ある。組電池１００は単電池ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅが直列
に接続して構成され、Ａ、Ｂ端子は正負の出力端子とし
て充電器あるいはモータなどに接続して充放電が行なわ
れる。各単電池ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは新型非水二次電池
を使用し、端子にはそれぞれ端子電圧を検出する端子電
圧検出器１（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ）が接続さ
れる。端子電圧検出器１は共通の信号線によってコント
ローラ２に接続され、コントローラ２は時分割で各端子
電圧検出器にアクセスすることによって検出値を入力す
る。
例により説明する。図２は、本実施例の構成を示す図で
ある。組電池１００は単電池ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅが直列
に接続して構成され、Ａ、Ｂ端子は正負の出力端子とし
て充電器あるいはモータなどに接続して充放電が行なわ
れる。各単電池ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは新型非水二次電池
を使用し、端子にはそれぞれ端子電圧を検出する端子電
圧検出器１（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ）が接続さ
れる。端子電圧検出器１は共通の信号線によってコント
ローラ２に接続され、コントローラ２は時分割で各端子
電圧検出器にアクセスすることによって検出値を入力す
る。
【００１３】各単電池はさらにスイッチ５（５ａ、５
ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ）とスイッチ６（６ａ、６ｂ、６
ｃ、６ｄ、６ｅ）によってバッファ電池７の正負端子に
接続することが可能となっている。すなわち、単電池ａ
はスイッチ５ａ、スイッチ６ａ、単電池ｂはスイッチ５
ｂ、スイッチ６ｂ、単電池ｃはスイッチ５ｃ、スイッチ
６ｃ、単電池ｄはスイッチ５ｄ、スイッチ６ｄ、単電池
ｅはスイッチ５ｅ、スイッチ６ｅの閉じによってバッフ
ァ電池７の正負端子に接続されるようになっている。ス
イッチ５、スイッチ６はドライブ３を介してコントロー
ラ２に制御される。
ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ）とスイッチ６（６ａ、６ｂ、６
ｃ、６ｄ、６ｅ）によってバッファ電池７の正負端子に
接続することが可能となっている。すなわち、単電池ａ
はスイッチ５ａ、スイッチ６ａ、単電池ｂはスイッチ５
ｂ、スイッチ６ｂ、単電池ｃはスイッチ５ｃ、スイッチ
６ｃ、単電池ｄはスイッチ５ｄ、スイッチ６ｄ、単電池
ｅはスイッチ５ｅ、スイッチ６ｅの閉じによってバッフ
ァ電池７の正負端子に接続されるようになっている。ス
イッチ５、スイッチ６はドライブ３を介してコントロー
ラ２に制御される。
【００１４】また、スイッチ５とスイッチ６の組み合わ
せによって隣り合う複数の単電池をバッファ電池７に接
続することも可能である。例えばスイッチ５ａとスイッ
チ６ｂを閉じることによって単電池ａ、単電池ｂを直列
のままにバッファ電池７に接続できる。バッファ電池７
としては快速充電、放電可能な二次電池を選ぶ。バッフ
ァ電池７に接続されるインバータ４は、コントローラか
ら指令を受けてバッファ電池７と接続される単電池との
電圧差を調整し、電流の流れ方向や大きさを調整する。
その電流の流れ方向によってバッファ電池７が充電ある
いは放電される。電圧検出器８はバッファ電池の端子電
圧を検出し、コントローラ２はその検出値をもとにイン
バータ４に電圧調整指令を出力する。インバータ４とし
ては双方向に電流が流れるものを用いる。
せによって隣り合う複数の単電池をバッファ電池７に接
続することも可能である。例えばスイッチ５ａとスイッ
チ６ｂを閉じることによって単電池ａ、単電池ｂを直列
のままにバッファ電池７に接続できる。バッファ電池７
としては快速充電、放電可能な二次電池を選ぶ。バッフ
ァ電池７に接続されるインバータ４は、コントローラか
ら指令を受けてバッファ電池７と接続される単電池との
電圧差を調整し、電流の流れ方向や大きさを調整する。
その電流の流れ方向によってバッファ電池７が充電ある
いは放電される。電圧検出器８はバッファ電池の端子電
圧を検出し、コントローラ２はその検出値をもとにイン
バータ４に電圧調整指令を出力する。インバータ４とし
ては双方向に電流が流れるものを用いる。
【００１５】組電池を構成する単電池の個数ｎ、各単電
池の容量Ｃｉから組電池の平均容量Ｃを算出することが
でき、その平均容量Ｃに対する単電池Ｃｊの容量差に対
応して式（１）に示すように補正量Ｑｊを決定すれば各
単電池を均一な充放電深度に向かわせ、組電池の容量を
最大利用できる。すなわち容量差が負となれば、容量が
平均値より小さく、充放電進行が早く進むので、容量差
に対応して充放電量を減少させる方向に補正し、容量差
が正となれば、容量が平均値以上にあり、充放電進行が
遅くなるので、容量差に対応して充放電量を増加させる
方向に補正するようにすれば、各単電池を容量に応じて
平均的な充放電深度に調整しながら充放電を進むことが
できる。
池の容量Ｃｉから組電池の平均容量Ｃを算出することが
でき、その平均容量Ｃに対する単電池Ｃｊの容量差に対
応して式（１）に示すように補正量Ｑｊを決定すれば各
単電池を均一な充放電深度に向かわせ、組電池の容量を
最大利用できる。すなわち容量差が負となれば、容量が
平均値より小さく、充放電進行が早く進むので、容量差
に対応して充放電量を減少させる方向に補正し、容量差
が正となれば、容量が平均値以上にあり、充放電進行が
遅くなるので、容量差に対応して充放電量を増加させる
方向に補正するようにすれば、各単電池を容量に応じて
平均的な充放電深度に調整しながら充放電を進むことが
できる。
【数１】
【００１６】単電池の端子電圧は充放電深度を表わし、
単電池の容量と対応関係を持っている。単電池の端子か
ら電圧高いことは充電深度が深いあるいは放電深度が浅
いことを意味し、充電深度浅いあるいは放電深度深いこ
とは単電池に高い端子電圧で表現される。したがって、
コントローラ２には、まず、端子電圧検出器１の検出値
を入力し、各単電池の端子電圧の平均値を演算して、単
電池の平均充放電深度を求める。単電池の端子電圧平均
値に対しての各単電池の電圧差を演算して、充放電深度
差を求めて、充放電深度の最も深い単電池と浅い単電池
を検出する。
単電池の容量と対応関係を持っている。単電池の端子か
ら電圧高いことは充電深度が深いあるいは放電深度が浅
いことを意味し、充電深度浅いあるいは放電深度深いこ
とは単電池に高い端子電圧で表現される。したがって、
コントローラ２には、まず、端子電圧検出器１の検出値
を入力し、各単電池の端子電圧の平均値を演算して、単
電池の平均充放電深度を求める。単電池の端子電圧平均
値に対しての各単電池の電圧差を演算して、充放電深度
差を求めて、充放電深度の最も深い単電池と浅い単電池
を検出する。
【００１７】入力される端子電圧検出器１の検出値がバ
ッファ電池７の充電状況判断に用いられる。バッファ電
池７が充電を必要とするときに、バッファ電池７を端子
電圧の最も高い単電池に、バッファ電池７が放電を必要
とするときに、バッファ電池を端子電圧の最も低い単電
池に接続するよう、スイッチ５、スイッチ６はコントロ
ーラ２に制御される。インバータ４はすぐには電流を流
さず、コントローラ２からの制御指令を待つ。
ッファ電池７の充電状況判断に用いられる。バッファ電
池７が充電を必要とするときに、バッファ電池７を端子
電圧の最も高い単電池に、バッファ電池７が放電を必要
とするときに、バッファ電池を端子電圧の最も低い単電
池に接続するよう、スイッチ５、スイッチ６はコントロ
ーラ２に制御される。インバータ４はすぐには電流を流
さず、コントローラ２からの制御指令を待つ。
【００１８】コントローラ２は、バッファ電池７が充電
を必要とする場合は、接続される単電池の端子電圧に応
じて所定の充電電流をバッファ電池７に流れるようにバ
ッファ電池７と接続される単電池との電圧差を調整する
制御指令を出力し、インバータ４を制御する。またバッ
ファ電池が満充電になった場合は、接続される単電池と
バッファ電池との電圧差に応じてバッファ電池が所定の
電流で放電するように電圧調整を行なう制御指令を出力
しインバータ４を制御する。
を必要とする場合は、接続される単電池の端子電圧に応
じて所定の充電電流をバッファ電池７に流れるようにバ
ッファ電池７と接続される単電池との電圧差を調整する
制御指令を出力し、インバータ４を制御する。またバッ
ファ電池が満充電になった場合は、接続される単電池と
バッファ電池との電圧差に応じてバッファ電池が所定の
電流で放電するように電圧調整を行なう制御指令を出力
しインバータ４を制御する。
【００１９】これによって、図３の（ａ）に示すように
充電時には、容量小の単電池ａは端子電圧が早く上昇す
るので、充電量の一部（ハッチング部分）を容量大の単
電池ｅに回される。また放電時には（ｂ）に示すように
容量小の単電池ａは充電量が少なく端子電圧早く低下す
るので、高い端子電圧を維持している容量大の単電池ｅ
から充電量を回されて出力するので、各単電池の容量に
充放電進行が調整され、各単電池が均一な充放電深度に
向かうことになる。図３において端子電圧４．２Ｖは充
電終了電圧で、４．０Ｖは充電上限電圧を示し、端子電
圧３．０Ｖは放電下限電圧で、２．５Ｖは放電終了電圧
を示す。充放電量の調整は充電時に４．２Ｖ、放電時に
は２．５Ｖを越えない範囲内で行なう。
充電時には、容量小の単電池ａは端子電圧が早く上昇す
るので、充電量の一部（ハッチング部分）を容量大の単
電池ｅに回される。また放電時には（ｂ）に示すように
容量小の単電池ａは充電量が少なく端子電圧早く低下す
るので、高い端子電圧を維持している容量大の単電池ｅ
から充電量を回されて出力するので、各単電池の容量に
充放電進行が調整され、各単電池が均一な充放電深度に
向かうことになる。図３において端子電圧４．２Ｖは充
電終了電圧で、４．０Ｖは充電上限電圧を示し、端子電
圧３．０Ｖは放電下限電圧で、２．５Ｖは放電終了電圧
を示す。充放電量の調整は充電時に４．２Ｖ、放電時に
は２．５Ｖを越えない範囲内で行なう。
【００２０】本実施例は以上のように構成され、組電池
の充放電進行にしたがって、バッファ電池７を充電進行
が早く、放電進行が遅い高い端子電圧の単電池から電流
をとらせ、充電進行が遅い単電池あるいは放電進行が早
い端子電圧の低い単電池に放電させるようにしたので、
各単電池を容量の大小に係わらず充放電進行が平均値に
向かうことになる。これによって各単電池の容量に応じ
て充放電進行が一様に揃った均等な充放電を行なうこと
ができるとともに、放電時には各単電池をその容量いっ
ぱい利用できる効果が得られる。
の充放電進行にしたがって、バッファ電池７を充電進行
が早く、放電進行が遅い高い端子電圧の単電池から電流
をとらせ、充電進行が遅い単電池あるいは放電進行が早
い端子電圧の低い単電池に放電させるようにしたので、
各単電池を容量の大小に係わらず充放電進行が平均値に
向かうことになる。これによって各単電池の容量に応じ
て充放電進行が一様に揃った均等な充放電を行なうこと
ができるとともに、放電時には各単電池をその容量いっ
ぱい利用できる効果が得られる。
【００２１】次は、第２の実施例について説明する。こ
の実施例は、コントローラ２が組電池の充放電全過程に
おいて単電池間の電気量調整を行なっている第１の実施
例に対し、コントローラ１２を用いて、組電池が放電す
る場合、電気量調整を放電末期から行なう点が異なる。
その他は第１の実施例と同様である。
の実施例は、コントローラ２が組電池の充放電全過程に
おいて単電池間の電気量調整を行なっている第１の実施
例に対し、コントローラ１２を用いて、組電池が放電す
る場合、電気量調整を放電末期から行なう点が異なる。
その他は第１の実施例と同様である。
【００２２】電気自動車の場合、電池が切れても、ある
程度距離の走行が継続できることは望ましいが、予備電
池を設けることは、車両の重量増につながり、１充電走
行距離が短くなるという電気自動車にとっての基本性能
が損なわれる恐れがあるとともに、通常使わない電池の
ため、日常的なメンテナンスも不可欠で、使い勝手がよ
くないという問題がある。
程度距離の走行が継続できることは望ましいが、予備電
池を設けることは、車両の重量増につながり、１充電走
行距離が短くなるという電気自動車にとっての基本性能
が損なわれる恐れがあるとともに、通常使わない電池の
ため、日常的なメンテナンスも不可欠で、使い勝手がよ
くないという問題がある。
【００２３】そこで、本実施例では、組電池に均一な放
電をさせ、所定の放電深度に達する単電池が現われる
と、組電池全体の放電を停止する。その後各単電池内の
充電残量を各単電池に均等に調整して予備電池として働
かせる。充電の時には、コントローラ１２は第１の実施
例と同様に充電進行に伴ない電気量調整をし単電池の容
量に応じた充電制御を行なう。放電の時には、図示しな
い組電池の出力制御スイッチと連携して組電池の放電制
御を行なう。
電をさせ、所定の放電深度に達する単電池が現われる
と、組電池全体の放電を停止する。その後各単電池内の
充電残量を各単電池に均等に調整して予備電池として働
かせる。充電の時には、コントローラ１２は第１の実施
例と同様に充電進行に伴ない電気量調整をし単電池の容
量に応じた充電制御を行なう。放電の時には、図示しな
い組電池の出力制御スイッチと連携して組電池の放電制
御を行なう。
【００２４】まず入力される端子電圧検出器１の検出結
果から、各単電池の放電深度を判断し、一個でも所定の
深度に達した単電池を検出すると、組電池全体の放電を
終了とし出力制御スイッチを作動させ、組電池の出力を
停止する。これによって過放電による組電池の劣化が防
止される。次に各単電池の放電残量を第１の実施例と同
様に各単電池の端子電圧から放電残量の平均値を算出す
る。その平均値に対して残量の最も多い単電池から最も
少ない単電池にバッファ電池７が電気量を運搬し、各単
電池の放電残量を均等させてから出力制御スイッチを閉
じ放電を許可する。
果から、各単電池の放電深度を判断し、一個でも所定の
深度に達した単電池を検出すると、組電池全体の放電を
終了とし出力制御スイッチを作動させ、組電池の出力を
停止する。これによって過放電による組電池の劣化が防
止される。次に各単電池の放電残量を第１の実施例と同
様に各単電池の端子電圧から放電残量の平均値を算出す
る。その平均値に対して残量の最も多い単電池から最も
少ない単電池にバッファ電池７が電気量を運搬し、各単
電池の放電残量を均等させてから出力制御スイッチを閉
じ放電を許可する。
【００２５】本実施例は、所定の放電深度まで電気量調
整をせずに組電池の放電を許し、その後は、単電池内の
充電残量を各単電池に均等化して使用するので、第１の
実施例と同様にすべての充電量を利用することができる
とともに、バッファ電池の作動を最小限に抑さえ、効率
のよい制御となる。これにより電気自動車の組電池を制
御する場合、別途に予備電池を設ける必要がなく、メン
テナンスの軽減と一充電走行距離の延長が図られ、実用
度の高い充放電制御となる。また、組電池の製造におい
て、単電池の容量を均一に揃える必要が無くなるため、
その工程を省略あるいは選別精度を落として処理するこ
とができるので、製造コストが低下する効果が得られ
る。
整をせずに組電池の放電を許し、その後は、単電池内の
充電残量を各単電池に均等化して使用するので、第１の
実施例と同様にすべての充電量を利用することができる
とともに、バッファ電池の作動を最小限に抑さえ、効率
のよい制御となる。これにより電気自動車の組電池を制
御する場合、別途に予備電池を設ける必要がなく、メン
テナンスの軽減と一充電走行距離の延長が図られ、実用
度の高い充放電制御となる。また、組電池の製造におい
て、単電池の容量を均一に揃える必要が無くなるため、
その工程を省略あるいは選別精度を落として処理するこ
とができるので、製造コストが低下する効果が得られ
る。
【００２６】次は、第３の実施例について説明する。こ
の実施例は、図２に示すように組電池１００に充放電電
流を検出するための電流検出器９を取り付け、その検出
値をコントローラ２２に出力する。コントローラ２２は
その充放電電流の検出値をもとに各単電池の内部抵抗を
演算し、各単電池の端子電池に内部抵抗による電圧降下
分を補正して充放電深度の判断を行なう。その他は第１
の実施例と同様である。
の実施例は、図２に示すように組電池１００に充放電電
流を検出するための電流検出器９を取り付け、その検出
値をコントローラ２２に出力する。コントローラ２２は
その充放電電流の検出値をもとに各単電池の内部抵抗を
演算し、各単電池の端子電池に内部抵抗による電圧降下
分を補正して充放電深度の判断を行なう。その他は第１
の実施例と同様である。
【００２７】すなわち、単電池の端子電圧の検出値には
内部抵抗による電圧降下分が含まれるので、その端子電
圧から検出した充放電深度に電圧降下による誤差が含ま
れる。この誤差は充放電電流の変動によって異なる値を
とるので、端子電圧が同じでも、充放電深度が異なる場
合があり、電気量調整あるいは放電終了は誤差を含むも
のとなる。
内部抵抗による電圧降下分が含まれるので、その端子電
圧から検出した充放電深度に電圧降下による誤差が含ま
れる。この誤差は充放電電流の変動によって異なる値を
とるので、端子電圧が同じでも、充放電深度が異なる場
合があり、電気量調整あるいは放電終了は誤差を含むも
のとなる。
【００２８】放電終了する場合、一般に下限電圧（２．
５Ｖ）によって行なうので、すべての単電池を同じ時点
で下限電圧に到達することが必要となるが、単電池の内
部抵抗が異なれば、下限電圧に到達する時間が異なり、
すべての単電池が同じ条件で終了するには単電池の放電
深度判断に使用する端子電圧を内部抵抗に左右されない
開放電圧に補正する必要もある。
５Ｖ）によって行なうので、すべての単電池を同じ時点
で下限電圧に到達することが必要となるが、単電池の内
部抵抗が異なれば、下限電圧に到達する時間が異なり、
すべての単電池が同じ条件で終了するには単電池の放電
深度判断に使用する端子電圧を内部抵抗に左右されない
開放電圧に補正する必要もある。
【００２９】そこで、本実施例では、図４に示すように
異なった内部抵抗について端子電圧と放電量の変化関係
を示す曲線マップをコントローラ２２に記憶させる。Ｈ
は内部抵抗を補正した曲線であり、Ｉ、Ｊ、Ｋは順次に
抵抗値が大きくなっていくときの曲線である。第１の実
施例と同様に、端子電圧に基づいて調整する電気量を演
算する。また充放電時の電圧と電流の変動から、単電池
の内部抵抗を算出する。
異なった内部抵抗について端子電圧と放電量の変化関係
を示す曲線マップをコントローラ２２に記憶させる。Ｈ
は内部抵抗を補正した曲線であり、Ｉ、Ｊ、Ｋは順次に
抵抗値が大きくなっていくときの曲線である。第１の実
施例と同様に、端子電圧に基づいて調整する電気量を演
算する。また充放電時の電圧と電流の変動から、単電池
の内部抵抗を算出する。
【００３０】電流検出器９の検出値を用いて図４のよう
に内部抵抗による電圧降下分をマップ上にスライトさせ
て欠損分を補正する。その補正量は、式（２）に基づい
て、求めることも可能である。すなわち各単電池の放電
量Ｃから平均放電量を求める。その平均放電量に対して
各単電池の放電量差Ｑｊ’を算出する。その放電量差を
符号を含めて各単電池に充電時にはプラス補正し、放電
時にはマイナス補正する。
に内部抵抗による電圧降下分をマップ上にスライトさせ
て欠損分を補正する。その補正量は、式（２）に基づい
て、求めることも可能である。すなわち各単電池の放電
量Ｃから平均放電量を求める。その平均放電量に対して
各単電池の放電量差Ｑｊ’を算出する。その放電量差を
符号を含めて各単電池に充電時にはプラス補正し、放電
時にはマイナス補正する。
【数２】
【００３１】これによって、バッファ電池に調整される
電気量が正確なものとなり、充放電電流が異なっても各
単電池を容量に応じた均等な充放電制御が可能で、質の
高い充放電制御が得られる。放電の終了制御は各単電池
が均一な放電深度に行なうことができる。
電気量が正確なものとなり、充放電電流が異なっても各
単電池を容量に応じた均等な充放電制御が可能で、質の
高い充放電制御が得られる。放電の終了制御は各単電池
が均一な放電深度に行なうことができる。
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば、バッファ電池が各単電
池の充放電深度に応じて充電量を調整し、各単電池を均
一な充放電深度に向かわせるようにしたので、各単電池
がそのバラツキにより異なる充放電深度に入ることに起
因して、劣化が早期に起きることが防止される。また、
放電時は単電池の容量を最大限に出力することができ
る。これによって組電池の使用寿命が伸び、組電池を使
用する電気自動車の場合、一充電走行距離が延長しラン
ニングコストが低下するという効果が得られる。
池の充放電深度に応じて充電量を調整し、各単電池を均
一な充放電深度に向かわせるようにしたので、各単電池
がそのバラツキにより異なる充放電深度に入ることに起
因して、劣化が早期に起きることが防止される。また、
放電時は単電池の容量を最大限に出力することができ
る。これによって組電池の使用寿命が伸び、組電池を使
用する電気自動車の場合、一充電走行距離が延長しラン
ニングコストが低下するという効果が得られる。
【００３３】そして、コントローラは、単電池の端子電
圧から組電池の充放電深度を判断し、所定の深度に達し
てから、バッファ電池の充放電による単電池間の電気量
調整を行なうようにすると、組電池に早期劣化をもたら
さない常用の充放電深度では通常の充放電を行なう設定
ができ、バッファ電池の充放電によるエネルギーのロス
が減少し、効率の高い制御となる。またこのときバッフ
ァ電池が作動しないため、バッファ電池の充放電時間を
考慮しない組電池の充放電も可能となる。
圧から組電池の充放電深度を判断し、所定の深度に達し
てから、バッファ電池の充放電による単電池間の電気量
調整を行なうようにすると、組電池に早期劣化をもたら
さない常用の充放電深度では通常の充放電を行なう設定
ができ、バッファ電池の充放電によるエネルギーのロス
が減少し、効率の高い制御となる。またこのときバッフ
ァ電池が作動しないため、バッファ電池の充放電時間を
考慮しない組電池の充放電も可能となる。
【００３４】また、組電池の充放電回路内に電流検出手
段を設け、コントローラは電流検出手段と電圧検出手段
の検出値を用いて単電池の内部抵抗を算出し、端子電圧
検出手段及びバッファ電池端子電圧検出手段の検出値に
内部抵抗による電圧降下分を補正して単電池間の電気量
調整を行なうときには、より正確な電気量調整を行なう
ことができる。
段を設け、コントローラは電流検出手段と電圧検出手段
の検出値を用いて単電池の内部抵抗を算出し、端子電圧
検出手段及びバッファ電池端子電圧検出手段の検出値に
内部抵抗による電圧降下分を補正して単電池間の電気量
調整を行なうときには、より正確な電気量調整を行なう
ことができる。
【図１】本発明の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例の構成図である。
【図３】単電池容量の大小に応じた電気量調整前後の端
子電圧変化を示す図である。
子電圧変化を示す図である。
【図４】内部抵抗による充電終了時の誤差を示す図であ
る。
る。
【図５】放電深度とその内部抵抗の関係を示す図であ
る。
る。
１ 電圧検出器（端子電圧検出手段） ８ 電圧検出器（バッファ電池端子電圧検出手
段） ２、１１、１２、２２ コントローラ ３ ドライバ ４ インバータ（電圧調整手段） ５、６ スイッチ（スイッチ手段） ９ 電流検出器 １０ 端子電圧検出手段 １３ スイッチ手段 １４ 電圧調整手段 １７ バッファ電池 １８ バッファ電池端子電圧検出手段 １９ 電流検出器 １００ 組電池 ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ 単電池
段） ２、１１、１２、２２ コントローラ ３ ドライバ ４ インバータ（電圧調整手段） ５、６ スイッチ（スイッチ手段） ９ 電流検出器 １０ 端子電圧検出手段 １３ スイッチ手段 １４ 電圧調整手段 １７ バッファ電池 １８ バッファ電池端子電圧検出手段 １９ 電流検出器 １００ 組電池 ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ 単電池
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｊ 7/00 ３０３ Ｈ０２Ｊ 7/00 ３０３Ｃ 7/04 7/04 Ａ
Claims (3)
- 【請求項１】 複数の単電池を直列に接続して構成され
る組電池を充放電する際に使用される組電池の充放電制
御装置であって、各単電池の端子電圧を検出する端子電
圧検出手段と、前記単電池に並列に接続して使用され、
単電池に対して充放電を行なうバッファ電池と、前記バ
ッファ電池の端子電圧を検出するバッファ電池端子電圧
検出手段と、前記バッファ電池と接続される前記単電池
との電圧差を調整する電圧調整手段と、前記バッファ電
池を前記単電池間に切り替えて接続可能なスイッチ手段
と、前記バッファ電池端子電圧検出手段の検出値によ
り、バッファ電池内の充電量を判断し、充電量が所定値
以下の場合は、バッファ電池を端子電圧の最も高い単電
池に接続してバッファ電池が充電されるよう、バッファ
電池の充電量が満充電になった場合は、バッファ電池を
端子電圧の最も低い単電池に接続してバッファ電池が単
電池に放電できるように前記電圧調整手段、スイッチ手
段を制御し単電池間の電気量を調整するコントローラと
を有することを特徴とする組電池の充放電制御装置。 - 【請求項２】 前記コントローラは、前記単電池の端子
電圧から組電池の充放電深度を判断し、所定の深度に達
してから、前記スイッチ手段及び前記電圧調整手段を制
御し前記バッファ電池の充放電による単電池間の電気量
調整を行なうことを特徴とする請求項１記載の組電池の
充放電制御装置。 - 【請求項３】 前記組電池の充放電回路内に電流検出手
段を設け、前記コントローラは前記電流検出手段と前記
端子電圧検出手段の検出値を用いて単電池の内部抵抗を
算出し、前記端子電圧検出手段の検出値に内部抵抗によ
る電圧降下分を補正して前記単電池間の電気量調整を行
なうことを特徴とする請求項１または２記載の組電池の
充放電制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09523197A JP3702575B2 (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | 組電池の充放電制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09523197A JP3702575B2 (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | 組電池の充放電制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10285818A true JPH10285818A (ja) | 1998-10-23 |
| JP3702575B2 JP3702575B2 (ja) | 2005-10-05 |
Family
ID=14131995
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09523197A Expired - Fee Related JP3702575B2 (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | 組電池の充放電制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3702575B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| MY162002A (en) | 2010-08-27 | 2017-05-31 | Nissan Motor | Battery control device |
-
1997
- 1997-03-28 JP JP09523197A patent/JP3702575B2/ja not_active Expired - Fee Related
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