JP4811349B2

JP4811349B2 - 電池パックおよび制御方法

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Description

この発明は、二次電池の電池パックおよび電池セルの容量のバランスを制御する制御方法に関する。

リチウムイオン二次電池などを用いた二次電池の電池パックは、複数の電池セルが直列および／または並列に接続されたものが広く使用されている。このような電池パックでは、充放電の繰り返しや高温環境下での放置などにより、電池セル間の容量のバランス（以下、セルバランスと適宜称する）が崩れてしまうことがある。セルバランスが崩れた状態で充放電を行うと、複数の電池セルのうちいずれかの電池セルが過充電状態や過放電状態となるおそれがあり、電池セルの劣化を促進させてしまう。

そこで、従来から、セルバランスを一致させる方法として、複数の電池セルのうち電圧の高い電池セルを検出し、検出された電池セルを、電池パックに設けられた放電回路で放電させ、他の電池セルとのセルバランスを一致させる方法がある。

例えば、複数の電池セルが直列に接続された組電池を用いた電池パックの場合における、セルバランスを一致させる処理は、図５のフローチャートに示すように、ステップＳ１０１において、各電池セルの電圧が測定される。そして、ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で測定した各電池セルの電圧に基づき最大電圧となる電池セルを検出し、検出された電池セルを放電回路で放電する。

こうすることにより、各電池セルの電圧が略等しくなるため、特定の電池セルの過充電や過放電を防ぎ、電池パックの劣化の促進を防止することができる。

このように、直列に接続された複数の電池セルの電圧を検出し、いずれかの電池セルが所定電圧以上となった場合に放電回路を用いて放電させることにより、他の電池セルとのセルバランスを一致させる技術が下記の特許文献１に記載されている。

特開２００２−５８１７０号公報

ところで、セルバランスが崩れる要因としては、主に、２つの要因が考えられる。先ず、例えば、各電池セルの自己放電量が異なることによってセルバランスが崩れることが考えられる。電池パックは、例えば長時間放置されることによって電池セルの特性にバラツキが生じ、自己放電量が変化してしまう場合がある。このようにして、各電池セルの自己放電量に差が生じ、セルバランスが崩れてしまう。

図６は、各電池セルの自己放電量が異なる場合において、直列に接続された２個の電池セルの充放電電圧特性を示す。実線で示されるグラフは、自己放電量が少ない電池セルの充放電電圧特性を示す。点線で示されるグラフは、実線のグラフで示された電池セルよりも自己放電量が多い電池セルの充放電電圧特性を示す。

図６に示すように、自己放電量が多い電池セルは、自己放電量が少ない電池セルに比べて充電開始時のセル電圧が低い。また、自己放電量が多い電池セルと自己放電量が少ない電池セルとでは、充放電特性の傾斜が略等しい。

通常、このような電池パックでは、過充電や過放電状態となるのを防止するため、いずれかの電池セルが満充電状態となると充電を停止し、いずれかの電池セルが完放電状態となると、放電を停止するようにされているため、充電の際には、自己放電量が少ない電池セルが先に満充電状態となり、自己放電量が多い電池セルは、満充電状態となる前に充電が停止される。また、放電の際には、自己放電量が多い電池セルが先に完放電状態となり、自己放電量が少ない電池セルは、完放電状態となる前に放電が停止される。

すなわち、自己放電量が異なることによってセルバランスが崩れた場合には、自己放電量が少ない電池セルの電圧が常に高くなると考えられる。

次に、セルバランスが崩れる別の要因としては、例えば、各電池セルの電池容量が異なることが考えられる。電池パックは、例えば充放電を繰り返すことにより電池セルが劣化し、電池セルの内部インピーダンスが増加することによって、放電の際の電圧降下が大きくなり、電池容量が低下してしまう場合がある。このようにして、各電池セルの電池容量に差が生じ、セルバランスが崩れてしまう。

図７は、各電池セルの電池容量が異なる場合において、直列に接続された２個の電池セルの充放電特性を示す。実線で示されるグラフは、電池容量の多い電池セルの充放電特性を示す。点線で示されるグラフは、実線のグラフで示された電池セルよりも電池容量が少ない電池セルの充放電電圧特性を示す。

図７に示すように、電池容量が少ない電池セルは、電池容量が多い電池セルに比べて充電開始時のセル電圧が低い。また、電池容量が少ない電池セルと電池容量が多いセルとでは、充放電特性の傾斜が異なる。

電池容量が少ない電池セルは、充電開始時のセル電圧が低いが、電池容量が少ないために、電池容量が多い電池セルに比べて先に満充電状態となり、電池容量が多い電池セルは、満充電状態となる前に充電が停止される。また、電池容量が少ない電池セルは、放電開始時のセル電圧が高いが、電池容量が多い電池セルよりも先に完放電状態となり、電池容量が多い電池セルは、完放電状態となる前に放電が停止される。

すなわち、電池容量が異なることによってセルバランスが崩れた場合には、満充電状態においては、電池容量が少ない電池セルの電圧が高くなり、完放電状態においては、電池容量が少ない電池セルの電圧が低くなると考えられる。なお、満充電状態とは、社団法人電池工業会が「ノート型ＰＣにおけるリチウムイオン二次電池の安全利用に関する手引書」に示す上限充電電圧（例えば４．２Ｖ）まで充電した状態であり、完放電状態とは、下限放電電圧（例えば２．５Ｖ）まで放電した状態を指すものとする。

ここで、上述の特許文献１に記載された方法を用いてセルバランスを一致させる場合について考える。電池セルの自己放電量が異なることによりセルバランスが崩れた場合、図６に示すように、自己放電量が少ない電池セルは、自己放電量が多い電池セルに比べてセル電圧が常に高いので、自己放電量が少ない電池セルを放電させてセル電圧を低くすることにより、自己放電量が多い電池セルとのセルバランスを一致させることができる。

しかしながら、電池セルが電池容量が異なることによりセルバランスが崩れた場合、図７に示すように、電池容量が少ない電池セルは、充電開始時には、電池容量が多い電池セルに比べてセル電圧が低いが、満充電状態付近においては、電池容量が少ない電池セルの方が、電池容量が多い電池セルに比べてセル電圧が高くなる。そのため、例えば、充電開始付近でセル電圧の高い電池セルを放電させた場合には、電池容量が多い電池セルを放電させることになるが、満充電付近でセル電圧の高い電池セルを放電させてしまうと、電池容量が少ない電池セルを放電させてしまうことになる。

すなわち、放電を行うタイミングによっては、電池容量が少ない電池セルを放電させてしまうことになり、セルバランスをさらに崩してしまうおそれがあるという問題点があった。セルバランスがさらに崩れてしまうと、電池容量が少ない電池セルは、充電時には過充電状態、放電時には過放電状態となるおそれがあり、電池セルの劣化をさらに促進させてしまう場合がある。

また、従来では、単にある時点における各電池セルのセル電圧差に基づきセルバランスの状態を判断しているため、セルバランスが崩れている要因が各電池セルの自己放電量が異なることによるものであるか、または、内部インピーダンスの増加などに基づく電池容量が異なることによるものであるかを判断することができないという問題点があった。

したがって、この発明の目的は、電池セル間のセルバランスが崩れる要因を判断し、セルバランスを一致させることができる電池パックおよび制御方法を提供することにある。

上述した課題を解決するために、第１の発明は、複数の電池セルを有する二次電池の電池パックであって、充電および放電の際に、複数の電池セルの電圧をそれぞれ測定する制御部と、測定結果に基づき、充電の際に最大電圧となる電池セルの位置を示す第１のセル位置情報、および放電の際に最大電圧となる電池セルの位置を示す第２のセル位置情報を記憶する記憶部と、制御部による制御に基づき複数の電池セルのうち所定の電池セルを放電させる放電回路とを有し、制御部は、第１のセル位置情報と第２のセル位置情報とを比較し、第１のセル位置情報と第２のセル位置情報とが一致した場合には、複数の電池セルの自己放電量が異なることによって複数の電池セルのセルバランスが崩れていると判断し、第１のセル位置情報および第２のセル位置情報に対応する電池セルを放電回路を制御して放電させることを特徴とする電池パックである。

また、第２の発明は、複数の電池セルを有する二次電池の電池パックの制御方法であって、充電および放電の際に、複数の電池セルの電圧をそれぞれ測定し、測定結果に基づき、充電の際に最大電圧となる電池セルの位置を示す第１のセル位置情報、および放電の際に最大電圧となる電池セルの位置を示す第２のセル位置情報を記憶部に記憶し、第１のセル位置情報と第２のセル位置情報とを比較し、第１のセル位置情報と第２のセル位置情報とが一致した場合には、複数の電池セルの自己放電量が異なることによってセルバランスが崩れていると判断し、第１のセル位置情報および第２のセル位置情報に対応する電池セルを放電回路により放電させることを特徴とする制御方法である。

上述したように、第１および第２の発明では、充電および放電の際に、複数の電池セルの電圧をそれぞれ測定し、測定結果に基づき、充電の際に最大電圧となる電池セルの位置を示す第１のセル位置情報、および放電の際に最大電圧となる電池セルの位置を示す第２のセル位置情報を記憶部に記憶し、第１のセル位置情報と第２のセル位置情報とを比較し、第１のセル位置情報と第２のセル位置情報とが一致した場合には、複数の電池セルの自己放電量が異なることによってセルバランスが崩れていると判断し、第１のセル位置情報および第２のセル位置情報に対応する電池セルを放電回路により放電させるようにしているため、複数の電池セルのセルバランスを一致させることができる。

この発明は、充電の際に最大電圧となる電池セルの位置を示す第１のセル位置情報と、放電の際に最大電圧となる電池セルの位置を示す第２のセル位置情報とに基づき、電池セルのセルバランスが崩れた要因を判断し、判断結果に応じて電圧が高い電池セルを放電させるようにしているため、複数の電池セルのセルバランスを一致させることができるという効果がある。

また、この発明は、電圧が高い電池セルを放電させることによって複数の電池セルのセルバランスを一致させるようにしているため、電池セルが過放電となるのを防ぐことができ、電池パックの劣化の促進を防止することができるという効果がある。さらに、この発明は、制御部によるソフトウェア処理を変更するのみで実現可能であり、従来の電池パックと同様の回路構成が適用可能である。したがって、新たなコストが発生することがない。

以下、この発明の実施の一形態について、図面を参照して説明する。この発明の実施の一形態による電池パック１は、図１に示すように、組電池２、制御部としてのＭＰＵ（Micro Processing Unit）３、放電回路４ａおよび４ｂ（以下、特に区別する必要がない場合には、単に放電回路４と適宜称する）、スイッチ回路５、電流検出抵抗６を備え、正極端子７および負極端子８がそれぞれ外部の電子機器や充電器の正極端子および負極端子に接続され、組電池２に対する充放電が行われる。

組電池２は、リチウムイオン二次電池等の二次電池であり、複数の電池セルを直列および／または並列接続した組電池である。この例では、２個の電池セル１１ａおよび１１ｂ（以下、特に区別する必要がない場合には、単に電池セル１１と適宜称する）が直列に接続された場合について説明する。

ＭＰＵ３は、図示しないＲＯＭ（Read Only Memory）に予め格納されたプログラムに従い、図示しないＲＡＭ（Random Access Memory）をワークメモリとして各部を制御する。ＭＰＵ３は、電池セル１１ａおよび１１ｂの電圧を所定時間毎に測定するとともに、電流検出抵抗６を流れる電流の大きさおよび向きを所定時間毎に測定する。

そして、ＭＰＵ３は、測定した電圧値および電流値に基づきスイッチ回路５を制御する。いずれかの電池セルの電圧が過充電検出電圧になったときや、いずれかの電池セルの電圧が過放電検出電圧以下になったときにスイッチ回路５をＯＦＦすることにより、過充電や過放電を防止する。ここで、リチウムイオン電池の場合、電池セル１個につき過充電検出電圧が例えば４．２Ｖ±０．０５Ｖと定められ、過放電検出電圧が２．５Ｖ±０．１Ｖと定められる。なお、スイッチ回路５の詳細については後述する。

また、ＭＰＵ３は、その内部に記憶部としての不揮発性メモリＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）などのメモリ１６を備え、充電時および放電時の、各電池セル１１の電圧を所定時間毎に測定した際の最大電圧となる電池セルのセル位置を示す情報（以下、セル位置情報と適宜称する）をメモリ１６に記憶する。なお、充電時の最大電圧のセル位置情報を記憶するのは、例えば電池セルの電圧が安定する満充電付近が好ましく、放電時の最大電圧のセル位置情報を記憶するのは、例えば電池の残存容量が確定する完放電付近が好ましい。

ＭＰＵ３は、メモリ１６に記憶された充電時および放電時の最大電圧のセル位置情報に基づき、各電池セル１１の電圧を調整し、各電池セル１１間のセルバランスを一致させるためのバランス処理を行う。ＭＰＵ３は、各電池セル１１間の電圧差が所定量以上となった場合に、セル位置情報に基づき、放電させる電池セルに対応する放電回路４を制御し、所望の電池セル１１を放電させて電圧を低下させる。例えば、各電池セル１１間の電圧差が１００ｍＶ程度となった場合に、数ｍＡから数十ｍＡ程度の放電電流によりセル電圧が高い電池セルの放電を行う。そして、各電池セル１１間の電圧差が０ｍＶから５０ｍＶ程度となった場合、または、各電池セル１１の電圧が一致した場合にバランス処理を終了することにより、セルバランスを一致させることができる。なお、バランス処理の詳細については後述する。

セル位置情報は、複数の電池セル１１のうち、どの電池セルであるかを示す情報である。セル位置情報としては、例えば、最前段または最後段の電池セルから順に、電池セル毎に所定に割り当てられた番号が用いられる。

スイッチ回路５は、充電制御ＦＥＴ（Field Effect Transistor）１４ａ、放電制御ＦＥＴ１４ｂ、寄生ダイオード１５ａおよび１５ｂを備え、ＭＰＵ３によって制御される。充電制御ＦＥＴ１４ａは、電池電圧が過充電検出電圧となった場合にＯＦＦとなり、組電池２の電流経路に充電電流が流れないように、ＭＰＵ３によって制御される。なお、充電制御ＦＥＴ１４ａのＯＦＦ後は、寄生ダイオード１５ａを介することによって放電のみが可能となる。放電制御ＦＥＴ１４ｂは、電池電圧が過放電検出電圧となった場合にＯＦＦとなり、組電池２の電流経路に放電電流が流れないように、ＭＰＵ３によって制御される。なお、放電制御ＦＥＴ１４ｂのＯＦＦ後は、寄生ダイオード１５ｂを介することによって充電のみが可能となる。

放電回路４は、電池パック１の各電池セル１１にそれぞれ対応して設けられており、この例では、２個の電池セル１１ａおよび１１ｂに対応して放電回路４ａおよび４ｂがそれぞれ設けられている。放電回路４ａは、放電負荷１２ａおよびスイッチ素子１３ａを備え、ＭＰＵ３の制御に基づきスイッチ素子１３ａがＯＮとされ、放電負荷１２ａによって電池セル１１ａを放電させて電圧を低下させる。また、放電回路４ｂは、放電回路４ａと同様に、放電負荷１２ｂおよびスイッチ素子１３ｂを備え、ＭＰＵ３の制御に基づきスイッチ素子１３ｂがＯＮとされ、放電負荷１２ｂによって電池セル１１ｂを放電させて電圧を低下させる。なお、以下の説明において、特定の放電負荷およびスイッチ素子を示す必要がない場合には、単に放電負荷１２、スイッチ素子１３と適宜称する。

この発明の実施の一形態によるバランス処理について、図２に示すフローチャートを参照して説明する。電池パック１の充放電が行われることによって処理が開始され、ステップＳ１１において、充電時の各電池セル１１の電圧が所定時間毎に測定される。なお、電池パック１の状態が充電中であるか、または放電中であるかは、電流検出抵抗６に流れる電流の向きによって判断される。

ステップＳ１２では、ステップＳ１１で測定された充電時の各電池セル１１のうち、最大電圧となった電池セルのセル位置情報がメモリ１６に記憶される。なお、充電時の最大電圧のセル位置情報を記憶するのは、例えば電池セルの電圧が安定する満充電付近が好ましい。

次に、ステップＳ１３において、放電時の各電池セル１１の電圧が所定時間毎に測定される。ステップＳ１４では、ステップＳ１３で測定された放電時の各電池セル１１のうち、最大電圧となった電池セルのセル位置情報がメモリ１６に記憶される。なお、放電時の最大電圧のセル位置情報を記憶するのは、例えば電池の残存容量が確定する完放電付近が好ましい。

ステップＳ１５では、メモリ１６に記憶された、充電時の最大電圧のセル位置情報と、放電時の最大電圧のセル位置情報とが比較される。充電時の最大電圧のセル位置情報と放電時の最大電圧のセル位置情報とが一致する場合には、自己放電量の差によってセルバランスが崩れたと判断し、処理がステップＳ１６に移行する。

ステップＳ１６において、各電池セル１１間の電圧差が１００ｍＶ程度など所定量以上となった場合には、最大電圧のセル位置情報に基づき、対応する放電回路４のスイッチ素子１３をＯＮとし、放電負荷１２によりセル電圧が高い電池セルの放電が行われる。そして、例えば、各電池セル１１間の電圧差が０ｍＶから５０ｍＶ程度などの所定量となった場合、または各電池セル１１の電圧が一致した場合に放電が完了し、一連の処理が終了する。

一方、ステップＳ１５において、充電時の最大電圧のセル位置情報と放電時の最大電圧のセル位置情報とが一致しない場合には、放電回路４による放電を行わずに一連の処理が終了する。

このように、この発明の実施の一形態では、充電時の最大電圧のセル位置と放電時の最大電圧のセル位置とを比較し、セル位置が一致した場合には、自己放電量が異なるためにセルバランスが崩れたものと判断して、セル電圧の高い電池セルを放電するようにしている。こうすることにより、自己放電量の少ない電池セルの電圧を自己放電量の多い電池セルの電圧まで低下させ、それぞれの電池セルのセルバランスを一致させることができる。また、セル電圧の高い電池セルの電圧を放電させるようにしているため、充電時に過充電を防ぎ、セルの劣化の促進を防ぐことができる。

次に、この発明の実施の一形態の第１の変形例について説明する。この実施の一形態の第１の変形例では、充電時および放電時の最大電圧のセル位置情報の比較に加えて、充電時および放電時の最小電圧のセル位置情報とを比較することにより、より正確にセルバランスの状態を判断することができるようにした。

この発明の実施の一形態の第１の変形例による電池パックは、図１に示す上述の実施の一形態による電池パック１におけるＭＰＵ３の動作以外は、同様の構成で実現可能である。したがって、ここでは、この実施の一形態と同様の部分については同一の符号を付し、ＭＰＵ３による処理の動作以外については、説明を省略する。

ＭＰＵ３は、充電時の各電池セル１１の電圧を所定時間毎に測定した際の、最大電圧となるセル位置情報および最小電圧となるセル位置情報をメモリ１６に記憶する。また、ＭＰＵ３は、放電時の各電池セル１１の電圧を所定時間毎に測定した際の、最大電圧となるセル位置情報および最小電圧となるセル位置情報をメモリ１６に記憶する。なお、充電時の最大電圧のセル位置情報および最小電圧のセル位置情報を記憶するのは、例えば電池セルの電圧が安定する満充電付近が好ましい。また、放電時の最大電圧のセル位置情報および最小電圧のセル位置情報を記憶するのは、例えば電池の残存容量が確定する完放電付近が好ましい。

そして、ＭＰＵ３は、メモリ１６に記憶されたセル位置情報に基づき、各電池セル１１の電圧を調整し、各電池セル１１間のセルバランスを一致させるためのバランス処理を行う。ＭＰＵ３は、各電池セル１１間の電圧差が所定量以上となった場合に、セル位置情報に基づき、放電させる電池セルに対応する放電回路４を制御し、所望の電池セル１１を放電させて電圧を低下させる。

この発明の実施の一形態の第１の変形例によるバランス処理について、図３に示すフローチャートを参照して説明する。電池パック１の充放電が行われることによって処理が開始され、ステップＳ２１において、充電時の各電池セル１１の電圧が所定時間毎に測定される。なお、電池パック１の状態が充電中であるか、または放電中であるかは、電流検出抵抗６に流れる電流の向きによって判断される。

ステップＳ２２では、ステップＳ２１で測定された充電時の各電池セル１１のうち、最大電圧および最小電圧となった電池セルのセル位置情報がそれぞれメモリ１６に記憶される。なお、充電時の最大電圧のセル位置情報および最小電圧のセル位置情報を記憶するのは、例えば電池セルの電圧が安定する満充電付近が好ましい。

次に、ステップＳ２３において、放電時の各電池セル１１の電圧が所定時間毎に測定される。ステップＳ２４では、ステップＳ２３で測定された放電時の各電池セル１１のうち、最大電圧および最小電圧となった電池セルのセル位置情報がそれぞれメモリ１６に記憶される。なお、放電時の最大電圧のセル位置情報および最小電圧のセル位置情報を記憶するのは、例えば電池の残存容量が確定する完放電付近が好ましい。

ステップＳ２５では、メモリ１６に記憶された、充電時の最大電圧のセル位置情報と放電時の最大電圧のセル位置情報とが比較される。充電時の最大電圧のセル位置情報と放電時の最大電圧のセル位置情報とが一致すると判断された場合には、処理がステップＳ２６に移行する。

ステップＳ２６では、メモリ１６に記憶された、充電時の最小電圧のセル位置情報と放電時の最小電圧のセル位置情報とが比較される。充電時の最小電圧のセル位置情報と放電時の最小電圧のセル位置情報とが一致する場合には、自己放電量の差によってセルバランスが崩れたと判断し、処理がステップＳ２７に移行する。

ステップＳ２７において、各電池セル１１間の電圧差が１００ｍＶ程度など所定量以上となった場合には、最大電圧のセル位置情報に基づき、対応する放電回路４のスイッチ素子１３をＯＮとし、放電負荷１２によりセル電圧が高い電池セルの放電が行われる。そして、例えば、各電池セル１１間の電圧差が０ｍＶから５０ｍＶ程度などの所定量となった場合、または各電池セル１１の電圧が一致した場合にと放電が完了し、一連の処理が終了する。

一方、ステップＳ２５において、充電時の最大電圧のセル位置情報と放電時の最大電圧のセル位置情報とが一致しない場合、および、ステップＳ２６において、充電時の最小電圧のセル位置情報と放電時の最小電圧のセル位置情報とが一致しない場合には、には、放電回路４による放電を行わずに一連の処理が終了する。

このように、この発明の実施の一形態の第１の変形例では、充電時の最大電圧のセル位置と放電時の最大電圧のセル位置とを比較するとともに、充電時の最小電圧のセル位置と放電時の最小電圧のセル位置とを比較し、それぞれのセル位置が一致した場合には、自己放電量が異なるためにセルバランスが崩れたものと確定し、セル電圧の高い電池セルを放電するようにしている。こうすることにより、セルバランスが崩れた要因をより確実に検出することができ、誤検出を減らし、より適切にセルバランスを一致させることができる。

次に、この発明の実施の一形態の第２の変形例について説明する。背景技術の項で説明したように、各電池セルの電池容量が異なることによりセルバランスが崩れた場合、電池容量が少ない電池セルのセル電圧は、充電開始時には低く、満充電付近では高くなる。また、放電開始時には高く、完放電付近では低くなる。

そこで、この発明の実施の一形態の第２の変形例では、充電時の最大電圧のセル位置情報と、放電時の最小電圧のセル位置情報に基づき、セルバランスの状態を判断し、判断結果に基づき、充電時にのみ、セル電圧が高い電池セルを放電するようにした。

この発明の実施の一形態の第２の変形例による電池パックは、図１に示した上述の実施の一形態およびこの実施の一形態の第１の変形例による電池パック１におけるＭＰＵ３の動作以外は、同様の構成で実現可能である。したがって、ここでは、この実施の一形態およびこの実施の一形態の第１の変形例と同様の部分については同一の符号を付し、ＭＰＵ３による処理の動作以外については、説明を省略する。

ＭＰＵ３は、充電時の各電池セル１１の電圧を所定時間毎に測定した際の最大電圧となるセル位置情報と、放電時の各電池セル１１の電圧を所定時間毎に測定した際の最小電圧となるセル位置情報とをメモリ１６に記憶する。なお、充電時の最大電圧のセル位置情報を記憶するのは、例えば電池セルの電圧が安定する満充電付近が好ましく、放電時の最小電圧のセル位置情報を記憶するのは、例えば電池の残存容量が確定する完放電付近が好ましい。

この発明の実施の一形態の第２の変形例によるバランス処理について、図４に示すフローチャートを参照して説明する。電池パック１の充放電が行われることによって処理が開始され、ステップＳ３１において、充電時の各電池セル１１の電圧が所定時間毎に測定される。なお、電池パック１の状態が充電中であるか、または放電中であるかは、電流検出抵抗６に流れる電流の向きによって判断される。

ステップＳ３２では、ステップＳ３１で測定された充電時の各電池セル１１のうち、最大電圧となった電池セルのセル位置情報がメモリ１６に記憶される。なお、充電時の最大電圧のセル位置情報を記憶するのは、例えば電池セルの電圧が安定する満充電付近が好ましい。

次に、ステップＳ３３において、放電時の各電池セル１１の電圧が所定時間毎に測定される。ステップＳ３４では、ステップＳ３３で測定された放電時の各電池セル１１のうち、最小電圧となった電池セルのセル位置情報がメモリ１６に記憶される。なお、放電時の最小電圧のセル位置情報を記憶するのは、例えば電池の残存容量が確定する完放電付近が好ましい。

ステップＳ３５では、メモリ１６に記憶された、充電時の最大電圧のセル位置情報と放電時の最小電圧のセル位置情報とが比較される。充電時の最大電圧のセル位置情報と放電時の最小電圧のセル位置情報とが一致すると判断された場合には、処理がステップＳ３６に移行する。

ステップＳ３６では、電池パック１が充電中であるか否かが判断される。充電中であるか否かの判断は、電流検出抵抗６に流れる電流の向きによって判断される。充電中であると判断された場合には、処理がステップＳ３７に移行する。

ステップＳ３７において、各電池セル１１間の電圧差が１００ｍＶ程度など所定量以上となった場合には、最大電圧のセル位置情報に基づき、対応する放電回路４のスイッチ素子１３をＯＮとし、放電負荷１２によりセル電圧が高い電池セルの放電が行われる。そして、例えば、各電池セル１１間の電圧差が０ｍＶから５０ｍＶ程度などの所定量となった場合、または各電池セル１１の電圧が一致した場合に放電が完了し、一連の処理が終了する。

一方、ステップＳ３５において、充電時の最大電圧のセル位置情報と放電時の最小電圧のセル位置情報とが一致しない場合、および、ステップＳ３６において、充電中でないと判断された場合には、放電回路４による放電を行わずに一連の処理が終了する。

このように、この発明の実施の一形態の第２の変形例では、充電時の最大電圧のセル位置と放電時の最小電圧のセル位置とを比較し、セル位置が一致した場合には、電池容量が異なるためにセルバランスが崩れたものと判断し、充電時にセル電圧の高い電池セルを放電するようにしている。こうすることにより、電池容量が少ない電池セルの電圧が過充電電圧まで上昇するのを防ぎ、電池セルの劣化の促進を防ぐことができる。

また、放置時および放電時に電池セルを放電することがないので、誤って電池容量が少ない電池セルを放電してしまうことを防ぎ、電池パックの放電時間を最大化することができる。

以上、この発明の実施の一形態、実施の一形態の第１の変形例および第２の変形例について説明したが、この発明は、上述したこの発明の実施の一形態、実施の一形態の第１の変形例および第２の変形例に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、ＭＰＵ３に設けられたメモリ１６は、ＭＰＵ３の外部に設けるようにしてもよい。また、例えば、セル位置情報は、ＲＡＭなどの揮発性メモリに記憶するようにしてもよい。

この発明の実施の一形態による電池パックの一例の構成を示すブロック図である。この発明の実施の一形態による電池パックにおける、セルバランスを一致させる処理の流れを示すフローチャートである。この発明の実施の一形態の第１の変形例による電池パックにおける、セルバランスを一致させる処理の流れを示すフローチャートである。この発明の実施の一形態の第２の変形例による電池パックにおける、セルバランスを一致させる処理の流れを示すフローチャートである。従来の電池パックによるセルバランスを一致させる処理の流れを示すフローチャートである。各電池セルの自己放電量が異なる場合の充放電電圧特性を示す略線図である。各電池セルの電池容量が異なる場合の充放電電圧特性を示す略線図である。

符号の説明

１電池パック
２組電池
３ＭＰＵ
４ａ、４ｂ放電回路
５スイッチ回路
６電流検出抵抗
１１ａ、１１ｂ電池セル
１２ａ、１２ｂ放電負荷
１３ａ、１３ｂスイッチ素子
１６メモリ

Claims

複数の電池セルを有する二次電池の電池パックであって、
充電および放電の際に、上記複数の電池セルの電圧をそれぞれ測定する制御部と、
上記測定結果に基づき、充電の際に最大電圧となる電池セルの位置を示す第１のセル位置情報、および放電の際に最大電圧となる電池セルの位置を示す第２のセル位置情報を記憶する記憶部と、
上記制御部による制御に基づき上記複数の電池セルのうち所定の電池セルを放電させる放電回路と
を有し、
上記制御部は、
上記第１のセル位置情報と上記第２のセル位置情報とを比較し、上記第１のセル位置情報と上記第２のセル位置情報とが一致した場合には、上記複数の電池セルの自己放電量が異なることによって上記複数の電池セルのセルバランスが崩れていると判断し、
上記第１のセル位置情報および第２のセル位置情報に対応する電池セルを上記放電回路を制御して放電させる
ことを特徴とする電池パック。
請求項１に記載の電池パックにおいて、
上記記憶部は、
満充電状態付近において測定された上記複数の電池セルの電圧に基づく上記第１のセル位置情報と、完放電状態付近において測定された上記複数の電池セルの電圧に基づく上記第２のセル位置情報とを記憶する
ことを特徴とする電池パック。
請求項１に記載の電池パックにおいて、
上記記憶部は、
上記制御部による測定結果に基づき、充電の際に最小電圧となる電池セルの位置を示す第３のセル位置情報、および放電の際に最小電圧となる電池セルの位置を示す第４のセル位置情報をさらに記憶し、
上記制御部は、
上記第１のセル位置情報と上記第２のセル位置情報とを比較し、上記第１のセル位置情報と上記第２のセル位置情報とが一致した場合には、上記第３のセル位置情報と上記第４のセル位置情報とをさらに比較し、上記第３のセル位置情報と上記第４のセル位置情報とが一致した場合には、上記複数の電池セルの自己放電量が異なることによって上記複数の電池セルのセルバランスが崩れていると判断し、
上記第１のセル位置情報および第２のセル位置情報に対応する電池セルを上記放電回路を制御して放電させる
ことを特徴とする電池パック。
請求項１に記載の電池パックにおいて、
上記記憶部は、
上記制御部による測定結果に基づき、放電の際に最小電圧となる電池セルの位置を示す第４のセル位置情報をさらに記憶し、
上記制御部は、
上記第１のセル位置情報と上記第４のセル位置情報とを比較し、上記第１のセル位置情報と上記第４のセル位置情報とが一致した場合には、上記複数の電池セルの電池容量が異なることによって上記複数の電池セルのセルバランスが崩れていると判断し、
充電の際に、上記第１のセル位置情報に対応する電池セルを上記放電回路を制御して放電させる
ことを特徴とする電池パック。
複数の電池セルを有する二次電池の電池パックの制御方法であって、
充電および放電の際に、上記複数の電池セルの電圧をそれぞれ測定し、
上記測定結果に基づき、充電の際に最大電圧となる電池セルの位置を示す第１のセル位置情報、および放電の際に最大電圧となる電池セルの位置を示す第２のセル位置情報を記憶部に記憶し、
上記第１のセル位置情報と上記第２のセル位置情報とを比較し、上記第１のセル位置情報と上記第２のセル位置情報とが一致した場合には、上記複数の電池セルの自己放電量が異なることによってセルバランスが崩れていると判断し、
上記第１のセル位置情報および第２のセル位置情報に対応する電池セルを放電回路により放電させる
ことを特徴とする制御方法。