JP2009232659A - バッテリの充放電制御方法及び充放電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリを構成する各電池セルに内部抵抗のバラツキがあっても、充電時に電池セルが最大電圧を超えることによる劣化促進を抑制し、且つ、無駄なバランス放電を抑制することができるバッテリの充放電制御方法及び充放電制御装置を提供する。
【解決手段】複数の電池セル１１が接続されてなるバッテリ１０の充放電制御方法であって、各電池セル１１の充電開始電圧（Ｖｂａｌ）を設定する電圧設定工程と、各電池セル１１に接続された放電回路２１を用いて、設定された充電開始電圧となるまで各電池セル１１を放電させる放電工程と、を有し、電圧設定工程では、内部抵抗の大きい電池セル１１ほど、充電開始電圧を低く設定する。
【選択図】図５

Description

本発明は、バッテリの充放電制御方法及び充放電制御装置に係り、特に複数の電池セルにより構成された組電池であるバッテリの充放電制御方法及び充放電制御装置に関する。

従来、組電池として構成されたバッテリを構成する複数の電池セル（単電池）毎に設けられた放電回路と、放電回路を制御して各電池セルの容量が均一となるようにセルバランス制御を行う制御部とを備えたバッテリ制御装置が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
特許文献１及び２に記載されたセルバランス制御では、すべての電池セルの容量が均一となるように制御が行われる。これにより、例えば充電時に各電池セルが通電時最大電圧を超えてしまう可能性を低減することができる。

特開２００７−２４４０５８号公報 特開２００１−１９００３０号公報

しかしながら、バッテリを長期間使用すると各電池セルで劣化が生じ、電池セルの内部抵抗にバラツキが生じてくる。したがって、上述の先行技術のようにバッテリの電池セルの容量を均一にするように制御すると、電池セル間の内部抵抗バラツキのため、内部抵抗の大きな電池セルでは充電時の電圧上昇分が大きくなる。これにより、内部抵抗が大きくなった電池セルでは最大電圧を超えてしまい劣化が促進されるという問題があった。

また、このような充電時においてセル電圧が最大電圧を超えて劣化が促進されることを抑制するために、放電回路によるバランス放電でセル電圧を大きく低下させると、セル電圧が最大電圧を超えることを抑制できても、バランス放電による無駄が大きくなってしまうという問題が生じる。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、バッテリを構成する各電池セルに内部抵抗のバラツキがあっても、充電時に電池セルが最大電圧を超えることによる劣化促進を抑制し、且つ、無駄なバランス放電を抑制することができるバッテリの充放電制御方法及び充放電制御装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明は、複数の電池セルが接続されてなるバッテリの充放電制御方法であって、各電池セルの充電開始電圧を設定する電圧設定工程と、各電池セルに接続された放電回路を用いて、設定された充電開始電圧となるまで各電池セルを放電させる放電工程と、を有し、電圧設定工程では、内部抵抗の大きい電池セルほど、充電開始電圧を低く設定することを特徴としている。

このように構成された本発明によれば、電池セルの内部抵抗にバラツキがあっても、内部抵抗の大きな電池セルほど、セルバランス制御時の目標電圧である充電開始電圧を低く設定しておくことにより、バッテリへの充電電流通電時における電圧上昇が生じた際に、特に内部抵抗の大きな電池セルで、電池セルの電圧リミット値を超える電池セルが発生することを抑制することができる。これにより、電池セルの過充電による劣化促進を抑制することができる。また、内部抵抗の小さな電池セルでは、相対的に充電開始電圧が高く設定されるため、無駄なバランス放電を抑制可能となり、バランシング制御による蓄電効率の悪化を低減することができる。

また、本発明において好ましくは、電圧設定工程では、各電池セルの充電開始電圧を、バッテリに対して設定された通電可能な最大制限充電電流でバッテリを充電したときに、各電池セルの電圧が略等しくなるような値に設定する。
このように構成された本発明によれば、バッテリへの充電電流が最大値である場合に、各セルの充電中電圧が略等しくなるように各セルの充電開始電圧が設定されているので、充電時における電圧上昇によって、一部の電池セルが電圧リミット値を超えてしまうことを防止することができる。

また、本発明において好ましくは、電圧設定工程では、所定期間におけるバッテリの充電電流値の履歴に応じて、所定期間中の充電電流値の最大値が小さいほど、各電池セルの充電開始電圧を高く設定する。
このように構成された本発明によれば、所定期間中の最大充電電流値が小さいほど、各電池セルの充電開始電圧を高く設定することで、充電中に各電池セルが電圧リミット値を超えてしまうことを防止すると共に、バランシング制御による放電量を少なくし、バッテリ効率を向上させることができる。

また、本発明において好ましくは、放電工程は、各電池セルの電圧の平均電圧値よりも所定電圧を超えて大きな電圧を有する電池セルがある場合に実行される。このように構成された本発明によれば、各電池セルの電圧値のバラツキが大きい場合に、バランシング制御を行うことができる。

また、上記の目的を達成するために、本発明は、複数の電池セルが接続されてなるバッテリの充放電制御装置であって、電池セル毎に接続された放電回路と、各電池セルの内部抵抗を検出する内部抵抗検出手段と、放電回路により各電池セルを充電開始電圧まで放電させる放電手段と、を有し、放電手段は、内部抵抗の大きい電池セルほど、充電開始電圧を低く設定することを特徴としている。

また、本発明において好ましくは、放電手段は、各電池セルの充電開始電圧を、バッテリに対して設定された通電可能な最大制限充電電流でバッテリを充電したときに、各電池セルの電圧が略等しくなるような値に設定する。

また、本発明において好ましくは、バッテリへ通電される電流値を検出する電流値検出手段と、バッテリへ通電される電流値の所定期間における履歴を取得する電流値履歴取得手段と、を有し、放電手段は、所定期間におけるバッテリの充電電流値の履歴に応じて、所定期間中の充電電流値の最大値が小さいほど、各電池セルの充電開始電圧を高く設定する。
また、本発明において好ましくは、放電手段は、各電池セルの電圧の平均電圧値よりも所定電圧を超えて大きな電圧を有する電池セルがある場合に、放電回路により各電池セルを放電させる。

本発明のバッテリの充放電制御方法及び充放電制御装置によれば、バッテリを構成する各電池セルに内部抵抗のバラツキがあっても、充電時に電池セルが最大電圧を超えることによる劣化促進を抑制し、且つ、無駄なバランス放電を抑制することができる。

以下、添付図面図１乃至図１１を参照して本発明の実施形態について説明する。図１はバッテリの充放電制御装置の説明図、図２はバッテリの充放電制御装置の放電回路の説明図、図３は充電時のセル電圧変化の説明図、図４は従来例に係るバランシング制御の説明図、図５はバランシング制御の説明図、図６は急速充電時を含む充電電流の時間変化を示す図、図７は急速充電制御によるバランシング制御の説明図、図８はセル開放電圧とＳＯＣとの関係を示すマップデータの説明図、図９は急速充電時を含まない充電電流の時間変化を示す図、図１０は非急速充電制御によるバランシング制御の説明図、図１１は充放電制御処理のフローチャートである。

本実施形態では、ハイブリッド車両等に搭載された高電圧バッテリに本発明のバッテリの充放電制御方法及び充放電制御装置を適用した例を示す。
図１に示すように、本実施形態のバッテリパック１は、複数の単電池（電池セル）１１が直列接続された組電池であるバッテリ１０と、このバッテリ１０を制御する充放電制御装置２０とを備えている。

充放電制御装置２０は、各電池セル１１に対応して設けられた放電回路２１と、電圧検出部２３と、内部抵抗検出部２５と、充放電判別部２７と、これらを制御する制御部２９を備えている。
各放電回路２１は、図２に示すように、抵抗器２２ａとスイッチ２２ｂとの直列接続が各電池セル１１と並列に接続された構成である。スイッチ２２ｂは、制御部２９からの制御信号により、開状態と閉状態の間でオンオフ制御される。スイッチ２２ｂをオン状態（閉状態）にすることで、電池セル１１と抵抗器２２ａからなる閉回路が形成され、この閉回路を流れる電流により、スイッチ２２ｂのオン時間（放電時間）に応じて抵抗器２２ａで電力消費され、電池セル１１の容量を低下させることができるようになっている。

充放電判別部２７は、バッテリ１０の正極端子とバッテリパック１の正極端子との間に接続されており、バッテリ１０の充放電電流の電流方向を検出し、これから充電状態，放電状態，休止状態を判別して、判別結果を制御部２９に出力している。
電圧検出部２３は、各電池セル１１の正極及び負極端子に接続されており、各電池セル１１の両端子電圧を測定し、電圧値を制御部２９に出力するように構成されている。

内部抵抗検出部２５も、各電池セル１１の正負両端子に接続されており、各電池セル１１の内部抵抗を測定し、内部抵抗値を制御部２９に出力するように構成されている。内部抵抗検出部２５は、内部で発生させた電流を各電池セル１１に通電し、その際に電圧値及び電流値を検出し、検出したそれらの値から各電池セル１１の内部抵抗値を算出するように構成されている。

なお、内部抵抗検出部２５は、上記構成に限られない。例えば、内部抵抗検出部２５が、バッテリパック１を含むバッテリシステムに設けられた電流センサ３０からバッテリ１０の入出力電流値（充放電電流値）Ｉｍを受け取り、また、電圧検出部２３から各電池セル１１の電圧値を受け取り、これらの時間変化分から、各電池セル１１の内部抵抗値を算出するように構成してもよい。

制御部２９は、ＣＰＵ，制御プログラム等を記憶したＲＯＭ，作業領域として使用されるＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータで構成されている。制御部２９は、以下に説明するように、電圧検出部２３，内部抵抗検出部２５，充放電判別部２７や外部からの信号に基づいて、放電回路２１を制御し、各電池セル１１の充放電制御を行うように構成されている。上記外部信号には、バッテリ１０の入出力電流を測定する電流センサ３０からの充放電電流値Ｉｍ，イグニッションスイッチからのイグニッション信号ＩＧ等が含まれる。

次に、図３に基づいて、充電時における電池セル１１の電圧変化を説明する。
図３では、時間ｔ_Sから時間ｔ_Eまで電池セル１１にステップ状の充電電流Ｉ_Cが流れるものとする。時間ｔ_Sに充電電流Ｉ_Cが流れ始めると、電池セル１１には、内部抵抗Ｒによる電圧上昇分ＲＩ_Cと、充電電流によるＳＯＣ上昇分ΔＳＯＣと、分極電圧による上昇分Ｖｐとが充電前の開放電圧ＯＣＶ_Sに加算されていく。すなわち、電池セル１１の開放電圧ＯＣＶは、ＯＣＶ＝ＯＣＶ_S＋ＲＩ_C＋ΔＳＯＣ＋Ｖｐであらわされる。充電電流によるＳＯＣ上昇分ΔＳＯＣと、分極電圧上昇分Ｖｐは、時間経過と共に徐々に増加していくが、内部抵抗Ｒによる電圧上昇分ＲＩ_Cは、時間変動しないものとみなすことができる。なお、ＳＯＣ上昇分ΔＳＯＣは、Ｉ_C・（ｔ_E−ｔ_S）で見積もることができる。

そして、時間ｔ_Eに充電電流Ｉ_Cがなくなると、内部抵抗Ｒによる電圧上昇分ＲＩ_Cがなくなり、さらに時間ｔ_Eからの時間経過と共に分極電圧上昇分Ｖｐも減少していく。これにより、ＲＩ_C，Ｖｐによる電圧上昇分がなくなり、電池セル１１の開放電圧ＯＣＶは、ＯＣＶ＝ＯＣＶ_S＋ΔＳＯＣまで低下する。このように、充電電流Ｉ_Cによって電池セル１１の開放電圧ＯＣＶが、ＯＣＶ_SからＯＣＶ_S＋ΔＳＯＣに上昇する（充電される）。

しかしながら、充電中の電池セル１１の開放電圧ＯＣＶは、ＯＣＶ＝ＯＣＶ_S＋ＲＩ_C＋ΔＳＯＣ＋Ｖｐまで上昇する。したがって、この充電中の最高電圧が、電池セル１１の通電時（作動）最大電圧Ｖｍａｘや上限電圧ＨＣＶに到達しないように充電制御を行う必要がある。ここで、通電時最大電圧Ｖｍａｘは、セル劣化を考慮して設定された使用制限値であり、これを超えると過充電となりセル劣化が促進されてしまう。ＨＣＶは、電池セル１１で使用することのできる上限電圧値である。

次に、図４に基づいて従来の充放電制御の概略について説明する。
図４では、理解の容易のため、３つの電池セル１１（電池セル１１₁，電池セル１１₂，電池セル１１₃）でバッテリ１０が構成されていると仮定する。また、各電池セル１１₁，電池セル１１₂，電池セル１１₃の内部抵抗をそれぞれＲ₁，Ｒ₂，Ｒ₃（Ｒ₁＜Ｒ₂＜Ｒ₃）とし、各セルを最大制限充電電流（規格最大充電電流）Ｉｍａｘで時間ｔの間充電するものとする。ここで、最大制限充電電流Ｉｍａｘは、バッテリ１０の充電電流として設定された上限電流値であり、充電電流値は、装置保護のため充電装置（ジェネレータ）側で最大制限充電電流Ｉｍａｘを超えないように制限される。

図４では、電池セル１１₁，１１₂，１１₃は、放電回路２１により開放電圧ＯＣＶ₁，ＯＣＶ₂，ＯＣＶ₃が同一のバランシング目標電圧Ｖｂａｌに揃えられた後（ＯＣＶ₁＝ＯＣＶ₂＝ＯＣＶ₃）、充電される。バランシング目標電圧が充電開始電圧に相当する。
ここで、図４に示すように、電池セル１１₂の充電中電圧が通電時最大電圧Ｖｍａｘに達したときに、充電を終了するように制御を行うと、充電終了直前において、電池セル１１₁の電圧はＶｂａｌ＋Ｒ₁・Ｉｍａｘ＋ΔＳＯＣ＋Ｖｐ（＜Ｖｍａｘ）であり、電池セル１１₂の電圧はＶｂａｌ＋Ｒ₂・Ｉｍａｘ＋ΔＳＯＣ＋Ｖｐ（＝Ｖｍａｘ）であり、電池セル１１₃の電圧はＶｂａｌ＋Ｒ₃・Ｉｍａｘ＋ΔＳＯＣ＋Ｖｐ（＞Ｖｍａｘ）となる。この場合、電池セル１１₁，１１₂，１１₃において、ΔＳＯＣ（＝Ｉｍａｘ・ｔ），Ｖｐは略同じ値である。

したがって、電池セル１１₁の電圧はＶｍａｘに達しておらず充電継続可能であり、一方、電池セル１１₃の電圧はＶｍａｘを超えており過充電となり劣化が促進されるおそれがある。
このような電池セル１１₃の過充電を防止するために、電池セル１１₃の充電中電圧が通電時最大電圧Ｖｍａｘに達したときに、充電を終了するように制御を行うと、電池セル１１₁及び電池セル１１₂が十分に充電できないことになる。

このように、電池セル１１₁，電池セル１１₂，電池セル１１₃のバランシング目標電圧Ｖｂａｌを同じ値に設定すると、セル間の内部抵抗値の不均一さにより、過充電になるセルや十分に充電できないセルが生じてしまい、バッテリの劣化が促進されたり、全体として電池能力を十分に活用することができなかったりするという問題があった。

次に、図５に基づいて本実施形態の充放電制御の概略について説明する。
図４の例と同様に、内部抵抗値Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃（Ｒ₁＜Ｒ₂＜Ｒ₃）の電池セル１１₁，電池セル１１₂，電池セル１１₃を、最大制限充電電流Ｉｍａｘで充電するものとする。さらに、上述のように、各電池セル１１₁，電池セル１１₂，電池セル１１₃の充電による電圧上昇分のうち、ΔＳＯＣ，Ｖｐは各セルで略等しいものとする。一方、充電による電圧上昇分のうち、Ｒ₁・Ｉｍａｘ，Ｒ₂・Ｉｍａｘ，Ｒ₃・Ｉｍａｘは、内部抵抗値に応じて異なる。

したがって、電池セル１１₁，１１₂，１１₃のバランシング目標電圧をそれぞれＶｂａｌ₁，Ｖｂａｌ₂，Ｖｂａｌ₃とすると、充電電流の通電開始時には、各セル１１₁，１１₂，１１₃の電圧は、それぞれＶｂａｌ₁＋Ｒ₁・Ｉｍａｘ，Ｖｂａｌ₂＋Ｒ₂・Ｉｍａｘ，Ｖｂａｌ₃＋Ｒ₃・Ｉｍａｘとなり、時間経過と共に、ΔＳＯＣ及びＶｐが加算されていく。

本実施形態では、充電電流が流れたときに、各セル１１₁，１１₂，１１₃での電圧が略等しくなり、充電終了直前に、各電池セル１１₁，１１₂，１１₃の充電中電圧が通電時最大電圧Ｖｍａｘに同時に達するように制御が行われる。すなわち、上述の通電開始時の電圧が等しくなるように、内部抵抗値が大きいほど、バランシング目標電圧Ｖｂａｌが低く設定される。このため、各バランシング目標電圧に、Ｖｂａｌ₁−Ｖｂａｌ₂＝（Ｒ₂−Ｒ₁）・Ｉｍａｘ、Ｖｂａｌ₁−Ｖｂａｌ₃＝（Ｒ₃−Ｒ₁）・Ｉｍａｘであらわされる電圧差が設けられる。

このように充放電制御を行うことにより、各電池セル１１₁，１１₂，１１₃を過充電させることなく、充電可能な最大の電圧値Ｖｍａｘまで充電することが可能となる。これにより、電池セル１１の劣化を抑制すると共に、電池性能を最大限に活用することが可能となる。

次に、本実施形態のバランシング目標電圧の設定処理について説明する。
まず、図６及び図７により、車両操作で急加速・急減速が頻繁になされる場合（急速充電制御）について説明する。この例においても、理解の容易のため、図４及び図５と同様に、バッテリ１０が電池セル１１₁，１１₂，１１₃からなるものとする。

図６は、制御部２９が電流センサ３０から受けた電流値Ｉｍの時間変化を示している。この例では、現在の時点から所定時間前（本例では１０時間前）までの間に、電流値Ｉｍが最大制限充電電流Ｉｍａｘにｎ回到達しており、到達時には、最大制限充電電流Ｉｍａｘが、それぞれ時間ｔ１，ｔ２，・・・ｔｎだけ継続している。

制御部２９は、所定期間に（例えば、過去１０時間の作動時間中に）、電流値Ｉｍが最大制限充電電流Ｉｍａｘに到達した回数と、各継続時間をメモリに記憶するように構成されている。そして、制御部２９は、所定時間の作動時間中に、電流値が最大制限充電電流Ｉｍａｘに達した回数で、継続時間の和を除すことにより、継続時間の平均値ｔ_AVEを算出する。

また、制御部２９は、充電電流を最大制限充電電流Ｉｍａｘに設定し、内部抵抗による電圧上昇分を見積もる。この場合、電池セル１１₁，１１₂，１１₃の内部抵抗による電圧上昇分は、それぞれＲ₁・Ｉｍａｘ，Ｒ₂・Ｉｍａｘ，Ｒ₃・Ｉｍａｘとなる（Ｒ₁＜Ｒ₂＜Ｒ₃）。
また、制御部２９は、充電時間を平均継続時間ｔ_AVEに設定し、充電によるＳＯＣ上昇分ΔＳＯＣ（＝Ｉｍａｘ・ｔ_AVE）と、このときのオフセット分（分極電圧上昇分Ｖｐ）を設定する。これらの値は、各電池セル１１で同一の値に設定することができる。なお、オフセット分は、充電電流及び充電時間の関数として算出してもよいし、計算の容易のため所定の一定値としてもよい。

そして、制御部２９は、各電池セル１１₁，１１₂，１１₃に対して、通電時最大電圧Ｖｍａｘから、内部抵抗による電圧上昇分，ＳＯＣ上昇分ΔＳＯＣ，オフセット分を差し引いた電圧値をバランシング目標電圧値Ｖｂａｌ₁，Ｖｂａｌ₂，Ｖｂａｌ₃に設定する（Ｖｂａｌ₁＞Ｖｂａｌ₂＞Ｖｂａｌ₃）。

また、制御部２９は、図８に示すような、電池セル１１の蓄電量ＳＯＣと開放電圧値ＯＣＶとの関係を表すマップデータをメモリに記憶している。制御部２９は、このマップデータから、各電池セル１１の開放電圧値ＯＣＶ_nとバランシング目標電圧値Ｖｂａｌ_nとの差Ｄｖ_nに相当する、放電量Ｄ_SOCnを算出する（ｎ＝１，２，３）。この放電量Ｄ_SOCnが各電池セル１１毎の目標放電量となる。すなわち、各電池セル１１の開放電圧値ＯＣＶ_nが相当する蓄電量ＳＯＣ_nと、バランシング目標電圧値Ｖｂａｌ_nが相当する蓄電量ＳＯＣｂａｌ_nとの差が放電すべき目標放電量Ｄ_SOCnとなる。したがって、放電量Ｄ_SOCnだけ放電されると、その電池セル１１の開放電圧値ＯＣＶ_nは、計算上、バランシング目標電圧値Ｖｂａｌ_nに到達することになる。

さらに、制御部２９は、各電池セル１１の目標放電量Ｄ_SOCn，各電池セル１１の開放電圧値ＯＣＶ_n，放電回路２１の抵抗器２２ａの抵抗値に基づいて、各電池セル１１での目標放電時間を算出する。そして、制御部２９は、各電池セル１１に対応する放電回路２１のスイッチ２２ｂを算出した目標放電時間だけ閉状態に作動させて、各電池セル１１を目標放電量だけ放電させる。目標放電量だけ放電されると、制御部２９は、放電回路２１のスイッチ２２ｂを開状態に戻す処理を行う。これにより、すべての電池セル１１の開放電圧ＯＣＶ_nが、バランシング目標電圧値Ｖｂａｌ_nに到達する。

バランス制御後、各電池セル１１は、最大制限充電電流Ｉｍａｘの大きさの充電電流がバッテリ１０に継続して流れてきた場合に、過充電されることなく最大容量まで同時に充電される。詳しくは、制御部２９は、バランシング目標電圧Ｖｂａｌが最も大きい電池セル１１（図７の場合は電池セル１１₁）の電圧をモニターし、この電圧値が通電時最大電圧Ｖｍａｘに達したときに、充電装置側に充電を終了させる信号を出力し充電を終了する。これにより、充電電流が継続的に最大制限充電電流Ｉｍａｘの大きさであれば、すべてのセルを充電中に同時に通電時最大電圧Ｖｍａｘに到達させることができる。

次に、図９及び図１０により、車両操作で急加速・急減速が頻繁になされず、図６及び図７の例のように急速充電が行われ難い場合（非急速充電制御）について説明する。
図９は、図６と同様に、制御部２９が電流センサ３０から受けた電流値Ｉｍの時間変化を示している。この例では、現在の時点から所定時間前（本例では１０時間前）までの間に、電流値Ｉｍが最大制限充電電流Ｉｍａｘに達せず、この間に制御部２９が検出した最大電流値が、最大充電電流ｉｍａｘであったものとする。制御部２９は、この最大充電電流ｉｍａｘをメモリに記憶するように構成されている。

そして、制御部２９は、現在の時点から所定時間前までの作動時間中に、電流値Ｉｍが最大制限充電電流Ｉｍａｘに達しなかった場合は、充電電流を最大充電電流ｉｍａｘに設定して、内部抵抗による電圧上昇分を見積もる。この場合、電池セル１１₁，１１₂，１１₃の内部抵抗による電圧上昇分は、それぞれＲ₁・ｉｍａｘ，Ｒ₂・ｉｍａｘ，Ｒ₃・ｉｍａｘとなる（Ｒ₁＜Ｒ₂＜Ｒ₃）。

また、制御部２９は、充電によるＳＯＣ上昇分ΔＳＯＣと、このときのオフセット分（分極電圧上昇分Ｖｐ）を設定する。本実施形態では、ΔＳＯＣを固定値に設定している。
そして、制御部２９は、各電池セル１１₁，１１₂，１１₃に対して、通電時最大電圧Ｖｍａｘから、内部抵抗による電圧上昇分，ＳＯＣ上昇分ΔＳＯＣ，オフセット分を差し引いた電圧値をバランシング目標電圧値Ｖｂａｌ₁´，Ｖｂａｌ₂´，Ｖｂａｌ₃´に設定する。

ここで、図６及び図７の場合（急速充電制御）は、充電電流を最大充電電流Ｉｍａｘに設定しているので、内部電圧による電圧上昇分がＲｎ・Ｉｍａｘ（ｎ＝１，２，３）であったが、図９及び図１０の場合（非急速充電制御）は、充電電流を最大充電電流ｉｍａｘに設定しているので、内部電圧による電圧上昇分がＲｎ・ｉｍａｘ（ｎ＝１，２，３）となる。すなわち、図９及び図１０の場合の方が、内部抵抗による電圧上昇分がＲｎ・（Ｉｍａｘ−ｉｍａｘ）分だけ小さく見積もられる。これにより、各セルのバランシング目標電圧Ｖｂａｌ_n´の大きさを、Ｖｂａｌ_nよりもＲｎ・（Ｉｍａｘ−ｉｍａｘ）だけ、大きく設定することができる。すなわち、Ｖｂａｌ_n´＝Ｖｂａｌ_n＋Ｒｎ・（Ｉｍａｘ−ｉｍａｘ）である。

このように、バランシング目標電圧Ｖｂａｌを大きく設定しても、過去の運転履歴から、充電電流が最大充電電流Ｉｍａｘまで大きくなるおそれが極めて小さいので、充電中に大きな充電電流が流れて各セルの電圧が通電時最大電圧Ｖｍａｘを超えてしまうことがなく、また、バランシング制御における各セルの放電量を低減することができるので、バッテリ効率を向上させることができる。

次に、図１１に基づいて本実施形態の充放電制御装置２０の処理フローを説明する。
まず、制御部２９は、放電制御を開始するための条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１）。この条件は、各電池セル１１に充放電電流が流れていない状態を検出するものであり、制御部２９は、例えば、イグニッション・オンによりイグニッション信号ＩＧを受けたとき、電流センサ３０からの充放電電流値がゼロ値の状態、充放電判別部２７が休止状態であることを検出しているとき等に条件が成立したと判定する。

条件が成立していない場合（ステップＳ１；Ｎｏ）、制御部２９は、処理を終了して所定時間後に再びステップＳ１の処理を行う。
一方、条件が成立している場合（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、制御部２９は、充放電電流が流れていない状態における、各電池セル１１の開放電圧ＯＣＶを電圧検出部２３から取得し、メモリに記憶する（ステップＳ２）。

次いで、メモリに記憶した各電池セル１１の開放電圧ＯＣＶのうち、いずれかが平均開放電圧よりも所定電圧値を超えて大きいか否かを判定する（ステップＳ３）。すなわち、制御部２９は、各セルの開放電圧ＯＣＶのバラツキの有無を、メモリに記憶した各電池セル１１の開放電圧ＯＣＶの平均値を算出し、この平均値よりも所定電圧を超えて大きい開放電圧ＯＣＶを有する電池セル１１があるか否かで判定する。

平均開放電圧よりも所定電圧値を超えて大きな開放電圧ＯＣＶを有するセルがない場合（ステップＳ３；Ｎｏ）、制御部２９は処理を終了する。
一方、平均開放電圧よりも所定電圧値を超えて大きな開放電圧ＯＣＶを有するセルがある場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、制御部２９は、各電池セル１１の内部抵抗値を内部抵抗検出部２５から取得する（ステップＳ４）。

さらに、制御部２９は、過去所定時間（例えば１０時間）の作動中における電流値の履歴情報を取込む（ステップＳ５）。すなわち、制御部２９は、所定期間内の電流値の最大値ｉｍａｘを読み込み、最大電流値が最大制限充電電流Ｉｍａｘである場合には、到達後に最大制限充電電流Ｉｍａｘが流れた平均継続時間ｔ_AVEをメモリから読み込む。

そして、制御部２９は、取得した各電池セル１１の内部抵抗値と、電流値の履歴情報から、各電池セル１１のバランシング目標電圧Ｖｂａｌを算出する（ステップＳ６）。
また、制御部２９は、各電池セル１１の開放電圧ＯＣＶとバランシング目標電圧Ｖｂａｌから，図８に示したマップデータに基づいて、各電池セル１１の目標放電量Ｄ_SOCを決定する（ステップＳ７）。さらに、制御部２９は、各電池セル１１の開放電圧ＯＣＶ，放電回路２１の抵抗器２２ａのバランシング抵抗値，目標放電量Ｄ_SOC等に基づいて目標放電時間を算出する（ステップＳ８）。

次いで、制御部２９は、バッテリ１０が充放電されない状態であるか否かを判定する（ステップＳ９）。この処理では、制御部２９は、例えば、イグニッションがオフ、充放電判別部２７が休止状態を出力等により判定を行う。
バッテリ１０が充放電されない状態ではない場合（ステップＳ９；Ｎｏ）、制御部２９はステップＳ９の処理を繰り返す。一方、バッテリ１０が充放電されない状態である場合（ステップＳ９；Ｙｅｓ）、制御部２９は、バランシング制御を開始する（ステップＳ１０）。

このバランシング制御では、制御部２９は、各電池セル１１に対応する放電回路２１に制御信号を出力し、スイッチ２２ｂを作動させて閉状態として、目標放電時間を計時する。これにより、各電池セル１１で放電され、電力が抵抗器２２ａで消費される。

制御部２９は、放電時間が目標放電時間に到達した電池セル１１があるか否かを判定する（ステップＳ１１）。
放電時間が目標放電時間に到達した電池セル１１がない場合（ステップＳ１１；Ｎｏ）、制御部２９はステップＳ１１を繰り返す。一方、放電時間が目標放電時間に到達した電池セル１１がある場合（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、制御部２９は、放電時間が目標放電時間に到達した電池セル１１のバランシング制御を終了し、未だ放電時間が目標放電時間に到達していない電池セル１１のバランシング制御を継続する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２では、制御部２９は、該当する放電回路２１のスイッチ２２ｂを開状態に制御する。

そして、制御部２９は、すべての電池セル１１でバランシング制御が終了したか否かを判定する（ステップＳ１３）。
すべての電池セル１１でバランシング制御が終了していない場合（ステップＳ１３；Ｎｏ）、制御部２９はステップＳ１１の処理を再び繰り返す。一方、すべての電池セル１１でバランシング制御が終了した場合（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、制御部２９は処理を終了する。

このように、本実施形態では、各電池セル１１の内部抵抗の大きさに応じて、内部抵抗が大きい電池セル１１ほど、充電開始電圧（バランシング目標電圧Ｖｂａｌ）を低く設定している。これにより、充電電流が流れたとき、一部の電池セル１１の電圧が、内部抵抗に起因する電圧上昇分によって、電圧リミット値（通電時最大電圧Ｖｍａｘ）を超えてしまうことを防止することができ、セル劣化を抑制することが可能となる。

また、本実施形態では、内部抵抗が小さい電池セル１１ほど、充電開始電圧を高く設定することができるので、放電回路２１を用いたバランシング放電による放電量を抑えることができ、バッテリ効率を向上させることが可能となる。

本発明の実施形態によるバッテリの充放電制御装置の説明図である。 図１のバッテリの充放電制御装置の放電回路の説明図である。 本発明の実施形態による充電時のセル電圧変化の説明図である。 従来例に係るバランシング制御の説明図である。 本発明の実施形態によるバランシング制御の説明図である。 本発明の実施形態による急速充電時を含む充電電流の時間変化を示す図である。 本発明の実施形態による急速充電制御によるバランシング制御の説明図である。 本発明の実施形態によるセル開放電圧とＳＯＣとの関係を示すマップデータの説明図である。 本発明の実施形態による急速充電時を含まない充電電流の時間変化を示す図である。 本発明の実施形態による非急速充電制御によるバランシング制御の説明図である。 本発明の実施形態による充放電制御処理のフローチャートである。

符号の説明

１ バッテリパック
１０ バッテリ
１１，１１₁，１１₂，１１₃ 電池セル
２０ 充放電制御装置
２１ 放電回路
２２ａ 抵抗器
２２ｂ スイッチ
２３ 電圧検出部
２５ 内部抵抗検出部（内部抵抗検出手段）
２７ 充放電判別部
２９ 制御部（放電手段）
３０ 電流センサ

Claims (8)

1. 複数の電池セルが接続されてなるバッテリの充放電制御方法であって、
   各電池セルの充電開始電圧を設定する電圧設定工程と、
   各電池セルに接続された放電回路を用いて、設定された充電開始電圧となるまで各電池セルを放電させる放電工程と、を有し、
   前記電圧設定工程では、内部抵抗の大きい電池セルほど、前記充電開始電圧を低く設定することを特徴とするバッテリの充放電制御方法。
2. 前記電圧設定工程では、各電池セルの充電開始電圧を、バッテリに対して設定された通電可能な最大制限充電電流でバッテリを充電したときに、各電池セルの電圧が略等しくなるような値に設定することを特徴とする請求項１に記載のバッテリの充放電制御方法。
3. 前記電圧設定工程では、所定期間におけるバッテリの充電電流値の履歴に応じて、前記所定期間中の充電電流値の最大値が小さいほど、各電池セルの充電開始電圧を高く設定することを特徴とする請求項１に記載のバッテリの充放電制御方法。
4. 前記放電工程は、各電池セルの電圧の平均電圧値よりも所定電圧を超えて大きな電圧を有する電池セルがある場合に実行されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のバッテリの充放電制御方法。
5. 複数の電池セルが接続されてなるバッテリの充放電制御装置であって、
   電池セル毎に接続された放電回路と、
   各電池セルの内部抵抗を検出する内部抵抗検出手段と、
   前記放電回路により各電池セルを充電開始電圧まで放電させる放電手段と、を有し、
   前記放電手段は、内部抵抗の大きい電池セルほど、充電開始電圧を低く設定することを特徴とするバッテリの充放電制御装置。
6. 前記放電手段は、各電池セルの充電開始電圧を、バッテリに対して設定された通電可能な最大制限充電電流でバッテリを充電したときに、各電池セルの電圧が略等しくなるような値に設定することを特徴とする請求項５に記載のバッテリの充放電制御装置。
7. バッテリへ通電される電流値を検出する電流値検出手段と、
   バッテリへ通電される電流値の所定期間における履歴を取得する電流値履歴取得手段と、を有し、
   前記放電手段は、所定期間におけるバッテリの充電電流値の履歴に応じて、前記所定期間中の充電電流値の最大値が小さいほど、各電池セルの充電開始電圧を高く設定することを特徴とする請求項５に記載のバッテリの充放電制御装置。
8. 前記放電手段は、各電池セルの電圧の平均電圧値よりも所定電圧を超えて大きな電圧を有する電池セルがある場合に、前記放電回路により各電池セルを放電させることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載のバッテリの充放電制御装置。

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