JP2008043009A - 電池パックおよび制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のセルブロックに対して効率的に充放電を行う。
【解決手段】電池ユニット１０は、充電と放電とで経路が異なり、それぞれの経路には、充電制御スイッチ２３ａ、２３ｂおよび放電制御スイッチ２４ａ、２４ｂが設けられている。充電の際には、充放電制御部２２の制御に基づき充電制御スイッチ２３ａ、２３ｂがＯＮし、セルブロック２１に充電電流が流れる。放電の際には、放電制御スイッチ２４ａ、２４ｂがＯＮし、セルブロック２１から放電電流が流れる。電池セル４０の電圧が低下して過放電状態となった場合には、放電経路に設けられたバイパススイッチをＯＮすることにより、放電正極端子２９ａと放電負極端子２９ｂとを直接接続してセルブロック２１の過放電を防ぐ。このように、電流経路を切り替え、充電の際には、複数の電池ユニット１０が並列に接続され、放電の際には直列に接続される。
【選択図】図２

Description

この発明は、効率的に充放電を行う電池パックおよびその制御方法に関する。

近年、ノート型ＰＣ（Personal Computer）や携帯電話、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants)等の携帯型電子機器が普及し、電源として高電圧、高エネルギー密度、軽量といった利点を有するリチウムイオン二次電池が広く使用されている。また、このリチウムイオン二次電池は、上述した利点を生かし、電気自動車やハイブリッド自動車、ＵＰＳ（Uninterruptible Power Supply;無停電電源装置）や太陽光発電機といった大電力用蓄電器の二次電池としても使用されるようになってきている。

二次電池を大電力を出力するために使用する場合、通常、セルブロックと呼ばれる複数の電池セルを直列および／または並列に接続した電池セルの組を複数使用し、機器に対して大電力を供給するようにしている。

このように、複数の電池セルを直列および／または並列に接続されたセルブロックを用いた電池パックに関する技術が、下記の特許文献１に記載されている。

特開２００２−２０４５３４号公報

上述したセルブロックを充電する場合、充電器からの充電電圧は、１つの電池セルの充電電圧に電池セルの直列数を乗じた値となる。そのため、電池セルの直列数を少なくすることにより充電器の充電電圧を低くすることができ、効率的に充電を行うことができるが、この場合、放電の際の放電電圧が低くなってしまう。したがって、放電の際に大電力を出力しようとする場合、放電電圧が低いために放電電流を大きくしなければならず線路抵抗による熱損失が大きくなってしまうため、放電効率が悪化してしまうという問題点があった。

一方、放電の際の熱損失を減らすために、電池セルの直列数を増やすことにより、放電電圧を高くして効率的に大電力を出力することができる。しかしながら、電池セルの直列数を増やすと、充電の際の充電電圧が高くなるため、高電圧を出力できる充電器が必要となってしまうという問題点があった。高電圧を出力できる充電器は、その扱いが困難であり、また、充電のために昇圧回路を使用するのは、効率が悪い。

このように、充電の際には、充電電圧を低くするために電池セルの直列数を減らし、放電の際には、高電圧を出力するために電池セルの直列数を増やすことが必要である。したがって、効率的に充電および放電を行うためには、矛盾が生じてしまう。

また、セルブロックに用いられている電池セルを充電する場合には、通常、定電流定電圧充電が用いられる。１つの電池セルを充電する場合には、定電流定電圧充電を用いることにより、常に電池セルを満充電とすることができる。しかしながら、この充電方法をセルブロックに使用した際に、それぞれのセルブロックの電池容量等の特性が異なる場合、直列に接続された複数の電池セルのうちいずれかの電池セルが満充電となった段階で充電が停止されてしまうため、残りの電池セルを満充電することができない。

これは、複数のセルブロックについても同様である。例えば、電池容量等の特性が異なる複数のセルブロックを接続した場合において、従来は、充電の際に、直列接続された複数のセルブロックのうちいずれかのセルブロックが満充電となった段階で充電が停止されてしまい、残りのセルブロックを満充電することができないという問題点があった。

さらに、セルブロックに用いられている電池セルが劣化または故障した場合、この電池セルの劣化または故障による影響がセルブロック全体に及んでしまう。そのため、劣化または故障した電池セルを交換する必要があるが、セルブロックに用いられる電池セルの特性をそろえる必要があるため、問題が発生した電池セルのみを交換することが困難であるという問題点があった。

したがって、この発明の目的は、複数のセルブロックに対して効率的に充放電を行うことができる電池パックおよびその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、直列および並列に接続される複数の電池ユニットと、複数の電池ユニットに対する充放電を制御する第１の制御部とを有し、複数の電池ユニットは、１または複数の二次電池の電池セルが直列および／または並列に接続されたセルブロックと、セルブロックの充放電状態を検出し、検出結果を第１の制御部に供給し、第１の制御部による検出結果に応じた命令を受け取り、命令に基づきセルブロックに対する充放電を制御する第２の制御部と、第２の制御部による制御に基づきＯＮ／ＯＦＦされる充電制御スイッチと、第２の制御部による制御に基づきＯＮ／ＯＦＦされる放電制御スイッチとを有し、第１の制御部は、検出結果に基づき複数の電池ユニットの充放電状態を判断し、複数の電池ユニットの少なくとも１つの電池ユニットが満充電状態でない場合に、電池ユニットに対して充電命令を供給し、複数の電池ユニットが全て満充電状態である場合に、複数の電池ユニットに対して放電命令を供給し、第２の制御部は、第１の制御部からの充電命令に基づき充電制御スイッチをＯＮにするとともに、放電制御スイッチをＯＦＦにして、複数の電池ユニットを並列に接続し、第１の制御部からの放電命令に基づき放電制御スイッチをＯＮにするとともに、充電制御スイッチをＯＦＦにして、複数の電池ユニットを直列に接続す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、直列および並列に接続される複数の電池ユニット内に設けられた、１また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セルブロックの充放電状態を第２の制御部で検出する検出ステップと、検出結果に基づき複数の電池ユニットに対する充放電を制御する第１の制御部から複数の電池ユニットに対して充放電命令を供給する供給ステップと、第１の制御部による充放電命令に基づきセルブロックに対する充放電を第２の制御部で制御する制御ステップとを有し、供給ステップでは、検出結果に基づき複数の電池ユニットの充放電状態を判断し、複数の電池ユニットの少なくとも１つの電池ユニットが満充電状態でない場合に、第１の制御部から電池ユニットに対して充電命令を供給し、複数の電池ユニットが全て満充電状態である場合に、第１の制御部から複数の電池ユニットに対して放電命令を供給し、制御ステップでは、第１の制御部からの充電命令に基づき、第２の制御部による制御に応じてＯＮ／ＯＦＦされる充電制御スイッチをＯＮにするとともに、第２の制御部による制御に応じてＯＮ／ＯＦＦされる放電制御スイッチをＯＦＦにして、複数の電池ユニットを並列に接続し、第１の制御部からの放電命令に基づき放電制御スイッチをＯＮにするとともに、充電制御スイッチをＯＦＦにして、複数の電池ユニットを直列に接続す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、第２の制御部において、セルブロックの充放電状態を検出し、検出結果に基づき第１の制御部から複数の電池ユニットに対して充放電命令を供給し、第１の制御部からの充電命令に基づき、充電制御スイッチをＯＮにするとともに、放電制御スイッチをＯＦＦにし、第１の制御部からの放電命令に基づき放電制御スイッチをＯＮにするとともに、充電制御スイッチをＯＦＦにするようにしているため、充電時には複数の電池ユニットが並列に接続され、放電時には複数の電池ユニットが直列に接続される。

この発明は、充電の際には、複数の電池ユニットを並列に接続し、放電の際には、複数の電池ユニットを直列に接続するようにしているため、低電圧で充電し、高電圧を出力することができ、複数の電池ユニットについて効率的に充放電を行うことができる。

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では、直列および／または並列に接続した複数の電池セルからなるセルブロックを複数設け、充電の際には、このセルブロックを並列接続し、放電の場合には、直列接続するようにして、効率的に充放電を行うようにしている。

先ず、この発明の実施の一形態による電池パック１の一例の構成について、図１を参照して説明する。電池パック１は、１または複数の電池ユニット１０，１０，・・・、および統合制御部１１を備える。

電池ユニット１０，１０，・・・は、その内部に複数の電池セルが直列および／または並列に接続されたセルブロックを備えるとともに、充電用の電極端子である充電正極端子２８ａおよび充電負極端子２８ｂ、放電用の電極端子である放電正極端子２９ａおよび放電負極端子２９ｂ、並びに電池ユニット１０の充放電に関する情報の授受を行うための制御端子３０を備える。なお、電池ユニット１０の詳細については、後述する。

それぞれの電池ユニット１０，１０，・・・の充電正極端子２８ａおよび充電負極端子２８ｂは、並列接続されるとともに、外部の充電器１２の正極端子および負極端子に接続され、充電器１２から電池ユニット１０の内部に収納された電池セルに対して充電が行われる。また、それぞれの電池ユニット１０，１０，・・・の放電正極端子２９ａおよび放電負極端子２９ｂは、直列接続されるとともに、最前段の電池ユニット１０の放電正極端子２９ａおよび最終段の電池ユニット１０の放電負極端子２９ｂが外部の負荷１３の正極端子および負極端子に接続され、負荷１３に対して放電が行われる。

統合制御部１１は、それぞれの電池ユニット１０，１０，・・・から供給される充放電情報に基づく充放電状態や充電器１２の接続状態等に応じて、電池ユニット１０，１０，・・・に対する充放電を制御する。統合制御部１１は、それぞれの電池ユニット１０，１０，・・・からセルブロックが満充電であることを示す満充電信号や、セルブロックが完放電状態であることを示す完放電信号を制御端子３０を介して受信する。そして、満充電信号および完放電信号に基づき、それぞれの電池ユニット１０，１０，・・・に対して放電および充電の命令を送信する。また、統合制御部１１は、電池ユニット１０，１０，・・・と充電器１２との接続状態を検出する。例えば、統合制御部１１は、充電器１２の電極端子の電圧を測定し、測定した電圧の大きさや有無によって接続状態を検出することができる。また、例えば、統合制御器１１は、充電器１２と電池ユニット１０，１０，・・・とが接続しているかどうかを示す接続信号を充電器１２から受信することにより、接続状態を検出するようにしてもよい。なお、統合制御部１１によるそれぞれの電池ユニット１０，１０，・・・の制御方法の詳細については、後述する。

次に、この発明の実施の一形態に適用可能な電池ユニット１０の一例の構成について、図２を参照して説明する。電池ユニット１０は、セルブロック２１、充放電制御部２２、充電制御スイッチ２３ａおよび２３ｂ、放電制御スイッチ２４ａおよび２４ｂ、バイパススイッチ２５、電流検出抵抗２６、ヒューズ２７を備える。また、電池ユニット１０には、外部と接続するための充電正極端子２８ａ、充電負極端子２８ｂ、放電正極端子２９ａ、放電負極端子２９ｂ、ならびに制御端子３０が設けられている。

また、電池ユニット１０は、充電経路と放電経路とが分かれており、それぞれの経路に設けられたスイッチをＯＮ／ＯＦＦすることにより、充電または放電の際に、電流が流れる経路を切り替えるようにしている。

充電正極端子２８ａおよび充電負極端子２８ｂは、充電器１２の正極端子および負極端子に接続されている。さらに、放電正極端子２９ａおよび放電負極端子２９ｂは、それぞれ前段の電池ユニット１０の放電負極端子２９ｂおよび後段の放電正極端子２９ａに接続されている。そして、充電の際には、充電正極端子２８ａ、充電負極端子２８ｂを介して充電器１２からセルブロック２１に対して電力が供給され、放電の際には、放電正極端子２９ａ、放電負極端子２９ｂを介してセルブロック２１から負荷１３に対して電力が供給される。

セルブロック２１は、複数の電池セル４０，４０，・・・が直列および／または並列接続されることによって構成されている。

複数の電池セル４０，４０，・・・には、効率的に充放電を行うために、電池容量等の特性が同等のものが用いられる。これは、例えば、電池容量が異なる電池セルを用いて充電を行う場合には、直列に接続された電池セルのうちいずれかの電池セルが満充電となると、残りの電池セルを満充電することができず、放電を行う場合には、直列に接続された電池セルのうちいずれかの電池セルが完放電となると、残りの電池セルから放電を継続することができないためである。

そのため、電池セル４０，４０，・・・を直列に接続する個数は、電池容量等の特性を同等にする必要があることと、充電の際に用いられる充電器から供給される電圧とを考慮すると、例えば４直列４並列程度までとすると好ましい。

充放電制御部２２は、電池ユニット１０の状態を監視し、充放電に関する各種信号を制御端子３０を介して統合制御部１１に供給し、統合制御部１１から供給された充放電の命令に基づき、電池セル４０の充放電を制御する。

充放電制御部２２は、セルブロック２１内のそれぞれの電池セル４０，４０，・・・の電圧を測定し、電流検出抵抗２６に印加された電圧を電流に変換して充放電電流を測定する。充放電制御部２２は、測定したそれぞれの電池セル４０，４０，・・・の電圧に基づきセルブロック２１の充放電状態を監視し、満充電状態の場合には、セルブロック２１が満充電であることを示す満充電信号を生成し、統合制御部１１に対して出力する。また、充放電制御部２２は、完放電状態の場合に、セルブロック２１が完放電であることを示す完放電信号を生成し、統合制御部１１に対して出力する。

なお、セルブロック２１に用いられる電池セル４０としてリチウムイオン二次電池を使用する場合、例えば、電池セル４０の電圧が３Ｖ（ボルト）となった際に容量が「０」となり、完放電したものとみなす。また、電圧が２．５Ｖになった際には、過放電であるとみなして放電禁止とする。

また、充放電制御部２２は、セルブロック２１の故障診断を行い、セルブロック２１が故障していると判断した場合には、統合制御部１１に対してセルブロック２１の故障を示すエラー信号を出力する。なお、故障診断方法としては、例えば公知の方法を適用することができる。

さらに、充放電制御部２２は、統合制御部１１からの命令に基づき、充電または放電を行うために各スイッチを制御する。充電の際には、充放電制御部２２は、充電制御スイッチ２３ａおよび２３ｂをＯＮにするとともに、放電制御スイッチ２４ａおよび２４ｂをＯＦＦにして、充電器１２からセルブロック２１に対して充電電流が流れるようにする。そして、セルブロック２１が満充電状態となった場合には、セルブロック２１に対して充電電流が流れないように全てのスイッチをＯＦＦにする。

また、放電の際には、充放電制御部２２は、放電制御スイッチ２４ａおよび２４ｂをＯＮにするとともに、充電制御スイッチ２３ａおよび２３ｂをＯＦＦにして、セルブロック２１から負荷１３に対して放電電流が流れるようにする。そして、セルブロック２１が完放電状態となった場合には、セルブロック２１から放電電流が流れないように、各スイッチを制御する。さらに、充放電制御部２２は、セルブロック２１が過放電状態となるのを防ぐため、充電制御スイッチ２３ａおよび２３ｂ、ならびに放電制御スイッチ２４ａおよび２４ｂをＯＦＦにするとともに、バイパススイッチ２５をＯＮにして、このセルブロック２１をバイパスさせる。

また、充電器の故障等によりセルブロック２１が過電流状態になったり、電池セル４０の電圧が過電圧状態となった場合、充放電制御部２２は、過電流状態を示す過電流信号や過電圧状態を示す過電圧信号を統合制御部１１に対して供給する。そして、ヒューズ２７を溶断し、セルブロック２１に対する充放電電流経路を遮断する。

充電制御スイッチ２３ａおよび２３ｂは、充電電流経路上に設けられ、充放電制御部２２の制御に基づきＯＮ／ＯＦＦされる。充電の際には、充電制御スイッチ２３ａおよび２３ｂがＯＮとなり、充電電流がセルブロック２１に供給されるようになっている。また、放電の際には、充電制御スイッチ２３ａおよび２３ｂがＯＦＦとなり、セルブロック２１に対する充電電流が遮断される。

放電制御スイッチ２４ａおよび２４ｂは、放電電流経路上に設けられ、充放電制御部２２の制御に基づきＯＮ／ＯＦＦされる。放電の際には、放電制御スイッチ２４ａおよび２４ｂがＯＮとなり、セルブロック２１から放電電流が流れるようになっている。また、充電の際には、放電制御スイッチ２４ａおよび２４ｂがＯＦＦとなり、セルブロック２１からの放電電流が遮断される。

バイパススイッチ２５は、放電正極端子２９ａと放電負極端子２９ｂとを接続する経路上に設けられ、充放電制御部２２の制御に基づきＯＮ／ＯＦＦされる。バイパススイッチ２５は、通常、ＯＦＦになっており、セルブロック２１が完放電状態となった場合にＯＮとなり、放電正極端子２９ａと放電負極端子２９ｂとを直接的に接続してセルブロック２１の過放電を防ぐことができる。

充電制御スイッチ２３ａおよび２３ｂ、放電制御スイッチ２４ａおよび２４ｂ、ならびにバイパススイッチ２５としては、例えば、リレー等の機械的なスイッチや、ＭＯＳ−ＦＥＴ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）およびＧＴＯサイリスタ（Gate Turn Off thyristor）等の半導体素子による電気的なスイッチのいずれも用いることができる。なお、スイッチング時間、接触抵抗、スイッチングの際の接点損失および接点の劣化度等を考慮すると、電気的なスイッチを用いるのが好ましく、半導体素子のスイッチであるＭＯＳ−ＦＥＴを用いるのがより好ましい。

ヒューズ２７は、充放電電流経路上に設けられ、異常な電流等によりヒューズ２７の周囲の温度が所定の温度に達した際に溶解することにより、電流経路を流れる充放電電流を遮断する。また、ヒューズ２７は、充放電制御部２２からの制御に基づき、周囲の温度が上昇することにより溶断されるようになっている。

次に、統合制御部１１による電池ユニット１０，１０，・・・の制御について、図３に示す統合制御部１１の状態遷移図を参照して説明する。統合制御部１１は、電池ユニット１０，１０，・・・から供給された満充電信号および完放電信号に基づき電池ユニット１０，１０，・・・の充放電を制御する。

シーケンスＳＥＱ１において、統合制御部１１が起動され、処理がシーケンスＳＥＱ２に移行する。シーケンスＳＥＱ２では、統合制御部１１が初期化され、それぞれの電池ユニット１０から満充電信号や完放電信号を受け取り、電池ユニット１０の充放電状態を監視する。全ての電池ユニット１０が満充電状態である場合、または充電器が接続されていない場合には、処理がシーケンスＳＥＱ３に移行する。また、全ての電池ユニット１０が完放電状態であり、且つ充電器が接続されていない場合には、処理がシーケンスＳＥＱ５に移行する。さらに、上述の場合以外の場合、例えば、充電器が接続され、且つ満充電状態でない電池ユニット１０が１つ以上存在する場合には、処理がシーケンスＳＥＱ４に移行する。

シーケンスＳＥＱ３において、統合制御部１１は、全ての電池ユニット１０に対して放電命令を送信する。充電器が接続され、且つ満充電状態でない電池ユニット１０が１つ以上存在し、且つ放電電流が流れていない場合には、処理がシーケンスＳＥＱ４に移行する。また、全ての電池ユニット１０が完放電状態である場合には、処理がシーケンスＳＥＱ５に移行する。さらに、上述の場合以外の場合、例えば、全ての電池ユニット１０が満充電状態である場合や、放電電流が流れている場合には、シーケンスＳＥＱ３の処理が継続され、それぞれの電池ユニット１０に対してそのまま放電命令が送信される。

シーケンスＳＥＱ４において、統合制御部１１は、全ての電池ユニット１０に対して充電命令を送信する。満充電状態でない電池ユニット１０が１つ以上存在し、且つ充電器が接続されている場合には、シーケンスＳＥＱ４の処理が継続され、それぞれの電池ユニット１０に対してそのまま充電命令が送信される。また、充電器が切り離され、且つ全ての電池ユニット１０が完放電状態である場合には、処理がシーケンスＳＥＱ５に移行する。さらに、上述の場合以外の場合、例えば、全ての電池ユニット１０が満充電状態である場合や、充電器が切り離され、且つ満充電状態でない電池ユニット１０が１つ以上存在する場合には、処理がシーケンスＳＥＱ３に移行する。

シーケンスＳＥＱ５において、統合制御部１１は、全ての電池ユニット１０に対して充放電命令を解除する。充電器が接続された場合には、処理がシーケンスＳＥＱ４に移行する。また、上述の場合以外の場合、例えば充電器が接続されていない場合には、シーケンスＳＥＱ５の処理が継続され、全ての電池ユニット１０に対する充放電命令を解除する。

このように、統合制御部１１は、それぞれの電池ユニット１０，１０，・・・から供給される満充電信号および完放電信号と、充電器の接続状態とに基づき、それぞれの電池ユニット１０，１０，・・・に対して充放電を行うための命令を出力し、電池ユニット１０，１０，・・・の充放電を制御することができる。

次に、充放電制御部２２による充放電の制御について、図４に示す充放電制御部２２の状態遷移図を参照して説明する。充放電制御部２２は、統合制御部１１からの命令とセルブロック２１の充放電状態に基づき、電池ユニット１０に設けられた各スイッチを制御して、セルブロック２１の充放電を行うようにしている。

シーケンスＳＥＱ１１では、充放電制御部２２が初期化され、所定時間毎に電池セル４０，４０，・・・の電圧や、充放電電流の測定が行われる。また、充放電制御部２２は、測定された電池セル４０，４０，・・・の電圧や充放電電流等に基づき、電池ユニット１０が故障しているかどうかの故障診断を行う。故障診断の結果、正常である場合には、処理がシーケンスＳＥＱ１２に移行する。一方、故障を検出した場合には、統合制御部１１に対してエラー信号を出力し、処理がシーケンスＳＥＱ１９に移行する。

シーケンスＳＥＱ１２では、充放電制御部２２は、充電制御スイッチ（Ｃ−ＳＷ）２３ａおよび２３ｂ、放電制御スイッチ（Ｄ−ＳＷ）２４ａおよび２４ｂ、バイパススイッチ（Ｂ−ＳＷ）２５を全てＯＦＦにするように制御し、セルブロック２１に対する充放電を停止して、待機状態となる。

統合制御部１１から充電が命令され、且つ各電池セル４０，４０，・・・が完放電状態である場合には、処理がシーケンスＳＥＱ１３に移行する。統合制御部１１から充電が命令され、各電池セル４０，４０，・・・が満充電状態または完放電状態でない場合には、処理がシーケンスＳＥＱ１４に移行する。統合制御部１１から充電が命令され、且つ各電池セル４０，４０，・・・が満充電状態である場合には、処理がシーケンスＳＥＱ１５に移行する。

また、統合制御部１１から放電が命令され、且つ各電池セル４０，４０，・・・が満充電状態である場合には、処理がシーケンスＳＥＱ１６に移行する。統合制御部１１から放電が命令され、各電池セル４０，４０，・・・が満充電状態または完放電状態でない場合には、処理がシーケンスＳＥＱ１７に移行する。統合制御部１１から放電が命令され、且つ各電池セル４０，４０，・・・が完放電状態である場合には、処理がシーケンスＳＥＱ１８に移行する。

シーケンスＳＥＱ１３では、充放電制御部２２は、充電制御スイッチ２３ａおよび２３ｂをＯＮするように制御するとともに、放電制御スイッチ２４ａおよび２４ｂ、バイパススイッチ２５をＯＦＦにするように制御して、充電を待機する。充電電流が検出された場合には、処理がシーケンスＳＥＱ１４に移行する。また、統合制御部１１からの充電命令が解除された場合には、処理がシーケンスＳＥＱ１２に移行する。上述の場合以外の場合には、シーケンスＳＥＱ１３の処理が継続される。

シーケンスＳＥＱ１４では、充放電制御部２２は、充電制御スイッチ２３ａおよび２３ｂをＯＮにするように制御するとともに、放電制御スイッチ２４ａおよび２４ｂ、バイパススイッチ２５をＯＦＦにするように制御して、セルブロック２１に対して充電を行う。なお、この場合、セルブロック２１に対して充電が行われているため、統合制御部１１に対して、満充電信号は出力されない。電池セル４０，４０，・・・の電圧が満充電電圧に達した場合には、処理がシーケンスＳＥＱ１５に移行する。また、統合制御部１１からの充電命令が解除された場合には、処理がシーケンスＳＥＱ１２に移行する。上述の場合以外の場合には、シーケンスＳＥＱ１４の処理が継続され、セルブロック２１の充電が行われる。

シーケンスＳＥＱ１５では、充放電制御部２２は、充電制御スイッチ２３ａおよび２３ｂ、放電制御スイッチ２４ａおよび２４ｂ、バイパススイッチ２５を全てＯＦＦにするように制御するとともに、統合制御部１１に対して満充電信号を出力し、セルブロック２１の充電を停止する。統合制御部１１からの充電命令が解除された場合には、処理がシーケンスＳＥＱ１２に移行する。また、上述の場合以外の場合には、シーケンスＳＥＱ１５の処理が継続される。

シーケンスＳＥＱ１６では、充放電制御部２２は、放電制御スイッチ２４ａおよび２４ｂをＯＮにするように制御するとともに、充電制御スイッチ２３ａおよび２３ｂ、バイパススイッチ２５をＯＦＦにするように制御して、放電を待機する。放電電流が検出された場合には、処理がシーケンスＳＥＱ１７に移行する。また、統合制御部１１からの放電命令が解除された場合には、処理がシーケンスＳＥＱ１２に移行する。上述の場合以外の場合には、シーケンスＳＥＱ１６の処理が継続される。

シーケンスＳＥＱ１７では、充放電制御部２２は、放電制御スイッチ２４ａおよび２４ｂをＯＮにするように制御するとともに、充電制御スイッチ２３ａおよび２３ｂ、バイパススイッチ２５をＯＦＦにするように制御して、セルブロック２１から放電を行う。なお、この場合、セルブロック２１から放電が行われているため、統合制御部１１に対して、完放電信号は出力されない。電池セル４０，４０，・・・の電圧が完放電電圧以下となった場合には、処理がシーケンスＳＥＱ１８に移行する。また、統合制御部１１からの放電命令が解除された場合には、処理がシーケンスＳＥＱ１２に移行する。上述の場合以外の場合には、シーケンスＳＥＱ１７の処理が継続される。

シーケンスＳＥＱ１８では、充放電制御部２２は、充電制御スイッチ２３ａおよび２３ｂ、放電制御スイッチ２４ａおよび２４ｂ、バイパススイッチ２５を全てＯＦＦにするように制御するとともに、統合制御部１１に対して完放電信号を出力し、セルブロック２１の放電を停止する。統合制御部１１からの放電命令が解除された場合には、処理がシーケンスＳＥＱ１２に移行する。また、上述の場合以外の場合には、シーケンスＳＥＱ１８の処理が継続される。

シーケンスＳＥＱ１９では、充放電制御部２２は、充電制御スイッチ２３ａおよび２３ｂ、放電制御スイッチ２４ａおよび２４ｂをＯＦＦにするように制御するとともに、バイパススイッチ２５をＯＮにするように制御して、セルブロック２１の充放電を停止し、故障したセルブロック２１をバイパスする。また、充放電制御部２２は、統合制御部１１に対してエラー信号を出力する。

なお、セルブロック２１の充放電が行われている間でも、充放電制御部２２は、所定時間毎に電池セル４０，４０，・・・の電圧や充放電電流を測定してセルブロック２１の故障診断を行い、故障と判断した場合には、処理がシーケンスＳＥＱ１９に移行する。

このように、充放電制御部２２は、それぞれの電池セル４０，４０，・・・の電圧と、充放電電流を所定時間毎に測定することにより、セルブロック２１に対する充放電を制御することができる。

上述したように、この発明の実施の一形態では、直列および／または並列に接続された電池セル４０，４０，・・・をセルブロック毎に分割し、それぞれの電池ユニット１０，１０，・・・が、充電の際には並列接続となり、放電の際には直列接続となるように切り替えている。したがって、充電の際には、電池ユニット１０、１０、・・が並列接続されるため、低電圧の電源を用いて充電することができる。また、放電の際には、電池ユニット１０、１０、・・が直列接続されるため、高電圧を確保して放電電流を小さくすることができるので、線路抵抗による熱損失を軽減することができる。

さらに、この電池パックは、複数に分割された電池ユニットで構成されているため、それぞれの電池ユニット内に設けられたセルブロック２１に用いられる電池セル４０，４０，・・・の満充電電圧がそろっていれば、電池ユニット毎に異なる容量の電池セルを用いることができる。

さらにまた、放電の際に、従来は、直列接続された複数の電池ユニット１０，１０，・・・のうちいずれかの電池ユニット１０が放電終止電圧に達すると放電が停止されてしまい、残りの電池ユニットから放電することができなかったが、この発明の実施の一形態では、放電経路にセルブロックをバイパスさせるための経路を設け、セルブロックが完放電したり故障して放電が停止した際に、セルブロックをバイパスさせることができるようにしているため、残りの電池ユニットで放電し続けることができる。

また、複数の電池ユニットが分割されて設けられているため、故障した電池ユニットや劣化した電池ユニットの単体交換を容易に行うことができる。

以上、この発明の実施の一形態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。

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。 電池ユニットの一例の構成を示す略線図である。 統合制御部による電池ユニットの制御の一例を示す状態遷移図である。 充放電制御部による充放電制御の一例を示す状態遷移図である。

符号の説明

１ 電池パック
１０ 電池ユニット
１１ 統合制御部
１２ 充電器
１３ 負荷
２１ セルブロック
２２ 充放電制御部
２３ａ、２３ｂ 充電制御スイッチ
２４ａ、２４ｂ 放電制御スイッチ
２５ バイパススイッチ
２６ 電流検出抵抗
２７ ヒューズ
２８ａ 充電正極端子
２８ｂ 充電負極端子
２９ａ 放電正極端子
２９ｂ 放電負極端子
３０ 制御端子
４０ 電池セル

Claims (5)

1. 直列および並列に接続される複数の電池ユニットと、
   上記複数の電池ユニットに対する充放電を制御する第１の制御部と
   を有し、
   上記複数の電池ユニットは、
   １または複数の二次電池の電池セルが直列および／または並列に接続されたセルブロックと、
   上記セルブロックの充放電状態を検出し、該検出結果を上記第１の制御部に供給し、上記第１の制御部による上記検出結果に応じた命令を受け取り、該命令に基づき上記セルブロックに対する充放電を制御する第２の制御部と、
   上記第２の制御部による制御に基づきＯＮ／ＯＦＦされる充電制御スイッチと、
   上記第２の制御部による制御に基づきＯＮ／ＯＦＦされる放電制御スイッチと
   を有し、
   上記第１の制御部は、
   上記検出結果に基づき上記複数の電池ユニットの充放電状態を判断し、上記複数の電池ユニットの少なくとも１つの電池ユニットが満充電状態でない場合に、該電池ユニットに対して充電命令を供給し、
   上記複数の電池ユニットが全て満充電状態である場合に、上記複数の電池ユニットに対して放電命令を供給し、
   上記第２の制御部は、
   上記第１の制御部からの充電命令に基づき上記充電制御スイッチをＯＮにするとともに、上記放電制御スイッチをＯＦＦにして、上記複数の電池ユニットを並列に接続し、
   上記第１の制御部からの放電命令に基づき上記放電制御スイッチをＯＮにするとともに、上記充電制御スイッチをＯＦＦにして、上記複数の電池ユニットを直列に接続する
   ことを特徴とする電池パック。
2. 請求項１に記載の電池パックにおいて、
   上記第２の制御部は、
   充電の際に、上記検出の結果、上記電池セルの電圧が満充電を示す満充電電圧となった場合に、上記充電制御スイッチをＯＦＦにして、上記電池セルに対する充電を停止する
   ことを特徴とする電池パック。
3. 請求項１に記載の電池パックにおいて、
   上記電池ユニットは、
   上記第２の制御部による制御に基づきＯＮ／ＯＦＦされるバイパススイッチをさらに有し、
   上記第１の制御部は、
   上記検出結果に基づき、上記複数の電池ユニットが全て完放電状態である場合には、上記複数の電池ユニットに対して過放電保護命令を送信し、
   上記第２の制御部は、
   上記第１の制御部から過放電保護命令を受信した場合に、上記バイパススイッチをＯＮにするとともに、上記充電制御スイッチおよび上記放電制御スイッチをＯＦＦにして、上記セルブロックからの放電を停止するように制御する
   ことを特徴とする電池パック。
4. 請求項３に記載の電池パックにおいて、
   上記第２の制御部は、
   放電の際に、上記検出の結果、上記電池セルの電圧が完放電を示す完放電電圧となった場合に、上記放電制御スイッチをＯＦＦにするとともに、上記バイパススイッチをＯＮにして、上記電池セルからの放電を停止する
   ことを特徴とする電池パック。
5. 直列および並列に接続される複数の電池ユニット内に設けられた、１また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セルブロックの充放電状態を第２の制御部で検出する検出ステップと、
   上記検出結果に基づき上記複数の電池ユニットに対する充放電を制御する第１の制御部から上記複数の電池ユニットに対して充放電命令を供給する供給ステップと、
   上記第１の制御部による上記充放電命令に基づき上記セルブロックに対する充放電を上記第２の制御部で制御する制御ステップと
   を有し、
   上記供給ステップでは、
   上記検出結果に基づき上記複数の電池ユニットの充放電状態を判断し、上記複数の電池ユニットの少なくとも１つの電池ユニットが満充電状態でない場合に、上記第１の制御部から該電池ユニットに対して充電命令を供給し、
   上記複数の電池ユニットが全て満充電状態である場合に、上記第１の制御部から上記複数の電池ユニットに対して放電命令を供給し、
   上記制御ステップでは、
   上記第１の制御部からの充電命令に基づき、上記第２の制御部による制御に応じてＯＮ／ＯＦＦされる充電制御スイッチをＯＮにするとともに、上記第２の制御部による制御に応じてＯＮ／ＯＦＦされる放電制御スイッチをＯＦＦにして、上記複数の電池ユニットを並列に接続し、
   上記第１の制御部からの放電命令に基づき上記放電制御スイッチをＯＮにするとともに、上記充電制御スイッチをＯＦＦにして、上記複数の電池ユニットを直列に接続する
   ことを特徴とする制御方法。

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