組電池の制御装置
【課題】周囲温度検出素子を用いずに、放電回路の発熱に起因する誤動作を防止する。
【解決手段】組電池の制御装置は、組電池４０を構成する二次電池Ｂ１〜Ｂｎの各電圧を検出する電圧検出部２と、二次電池Ｂ１〜Ｂｎのそれぞれに対応して設けられた放電回路３１〜３ｎと、電圧検出部２で検出された電圧を充放電ユニット２０へ送信するとともに、充放電ユニット２０から放電要求を受信し、放電が要求された二次電池Ｂ１〜Ｂｎに対応する放電回路３１〜３ｎを動作状態にして、当該二次電池が放電するように制御を行う制御部１とを備える。二次電池Ｂ１〜Ｂｎが放電を開始した後、制御部１は、放電開始からの経過時間に基づいて、温度測定部４で算出された各二次電池の温度測定値を補正し、放電回路３１〜３ｎにおける放電抵抗Ｒ１〜Ｒｎの発熱の影響を除去する。
【解決手段】組電池の制御装置は、組電池４０を構成する二次電池Ｂ１〜Ｂｎの各電圧を検出する電圧検出部２と、二次電池Ｂ１〜Ｂｎのそれぞれに対応して設けられた放電回路３１〜３ｎと、電圧検出部２で検出された電圧を充放電ユニット２０へ送信するとともに、充放電ユニット２０から放電要求を受信し、放電が要求された二次電池Ｂ１〜Ｂｎに対応する放電回路３１〜３ｎを動作状態にして、当該二次電池が放電するように制御を行う制御部１とを備える。二次電池Ｂ１〜Ｂｎが放電を開始した後、制御部１は、放電開始からの経過時間に基づいて、温度測定部４で算出された各二次電池の温度測定値を補正し、放電回路３１〜３ｎにおける放電抵抗Ｒ１〜Ｒｎの発熱の影響を除去する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の二次電池を直列に接続した組電池の充放電を制御する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば電気自動車においては、走行用モータや車載機器を駆動するための高電圧バッテリが搭載される。この高電圧バッテリは、一般に、リチウムイオン電池などの二次電池を複数個直列に接続した、いわゆる組電池から構成される。このような組電池にあっては、各電池の特性のばらつきに起因して、放電可能な電気エネルギー（以下、「放電容量」という。）が電池間で異なる。また、二次電池の場合、過充電や過放電によって電池寿命が低下することから、組電池を構成する電池のうちの１つが充電完了状態や放電完了状態になれば、組電池全体として充電動作や放電動作を停止する必要がある。
【０００３】
このため、放電時に、最も放電容量の小さい電池が放電を完了すると、他の電池の放電が完了しない状態で、組電池全体の放電動作が停止する。一方、充電時には、放電時に完全に放電した電池が充電完了状態にならないうちに、放電時に完全に放電しなかった電池が先に充電完了状態となり、この時点で組電池全体の充電動作が停止する。このような動作が繰り返されると、放電容量の小さい電池は常に充電不足となり、組電池全体としての放電容量が低下する。
【０００４】
上記のような問題の解決策として、組電池を構成する各電池と並列に、スイッチング素子と抵抗の直列回路を接続し、各電池の充電状態に応じて、スイッチング素子の導通・非導通を制御する方法が従来から提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法によれば、電圧の高い電池については、スイッチング素子が導通して充電が抑制され、電圧の低い電池については、スイッチング素子が非導通となって充電が優先的に行われる。これにより、各電池を均等に充電することができ、組電池全体の放電容量が低下するのを抑制することができる。
【０００５】
一方、電池の温度が高い状態で充放電を行うと、電池が破壊されるおそれがあることから、電池の温度を検出し、検出温度が基準値以上であれば充放電を禁止することも、従来から行われている。また、特許文献２には、充電器において、電池自体の温度だけでなく、周囲の温度も考慮して充電制御を行なうことが記載されている。特許文献２においては、組電池の温度を検出する電池温度検出素子と、充電器の周囲温度を検出する周囲温度検出素子とを設け、周囲温度検出素子の出力に基づいて電池温度検出素子の出力を補正することにより、周囲温度の変動による充電器の誤動作を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１９１８８号公報
【特許文献２】特開平８−３０８１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
組電池を構成する電池が放電する場合、放電回路中の放電抵抗に電流が流れて、放電抵抗が発熱する。このため、電池の温度を測定して放電制御を行なう場合、放電抵抗の熱の影響により、各電池の温度測定値は実際の電池温度よりも高い値となる。その結果、電池自体の温度は正常範囲にあるにもかかわらず、電池の温度が異常と判定され、誤動作により放電動作が停止してしまうという事態が生じる。
【０００８】
この対策として、特許文献２のような周囲温度検出素子を設けて、電池の温度測定値を補正する方法もあるが、本発明は、周囲温度検出素子を用いずに、放電回路の発熱に起因する誤動作を防止することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、組電池を構成する複数の二次電池のそれぞれの電圧を検出する電圧検出部と、二次電池のそれぞれに対応して設けられ、二次電池が放電する場合の電流経路を形成する放電回路と、温度検出素子を有し、当該温度検出素子の出力に基づいて各二次電池の温度を測定する温度測定部と、放電回路および温度検出素子が実装された回路基板と、電圧検出部で検出された電圧を上位装置へ送信するとともに、上位装置から放電要求を受信し、放電が要求された二次電池に対応する放電回路を動作状態にして、当該二次電池が放電するように制御を行う放電制御手段と、温度測定部で測定された二次電池の温度が基準温度以上である場合に、当該二次電池に対応する放電回路を非動作状態にして放電を禁止する放電禁止手段とを備えた組電池の制御装置において、二次電池が放電を開始した後、放電開始からの経過時間に基づいて、温度測定部で算出された各二次電池の温度測定値を補正する補正手段を設ける。
【００１０】
このようにすると、二次電池の放電により放電回路に発熱が生じて、温度検出素子がこの発熱の影響を受けた場合でも、各セルの温度測定値が補正されるので、温度測定値から発熱の影響が除去される。したがって、各セルに対する正確な放電制御を行うことができ、温度が正常範囲にあるセルの放電が停止するのを防止することができる。また、放電回路における温度上昇分を、放電開始からの経過時間に基づいて演算により求めるので、周囲温度検出素子を設けなくても、温度補正を行うことができる。
【００１１】
本発明では、補正手段は、さらに、二次電池が放電を停止した後、放電停止からの経過時間に基づいて、温度測定部で算出された各二次電池の温度測定値を補正するようにしてもよい。
【００１２】
また、本発明では、補正手段は、放電開始または放電停止からの経過時間に基づいて、各放電回路における温度上昇分を算出するとともに、それぞれの温度上昇分を合計した合計値を算出し、温度測定値から合計値を減算することにより、温度測定値を補正するようにしてもよい。
【００１３】
また、本発明では、組電池を構成する複数の二次電池のそれぞれの電圧を検出する電圧検出部と、二次電池のそれぞれに対応して設けられ、二次電池が放電する場合の電流経路を形成する放電回路と、温度検出素子を有し、当該温度検出素子の出力に基づいて各二次電池の温度を測定する温度測定部と、放電回路および温度検出素子が実装された回路基板と、電圧検出部で検出された電圧に基づいて、各二次電池の充電および放電を制御する充放電制御手段と、温度測定部で測定された二次電池の温度が基準温度以上である場合に、当該二次電池に対応する放電回路を非動作状態にして放電を禁止する放電禁止手段とを備えた組電池の制御装置において、二次電池が放電を開始した後、放電開始からの経過時間に基づいて、温度測定部で算出された各二次電池の温度測定値を補正するとともに、二次電池が放電を停止した後、放電停止からの経過時間に基づいて、温度測定部で算出された各二次電池の温度測定値を補正する補正手段を設ける。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、周囲温度検出素子を用いずに、二次電池の温度測定値を補正して、放電回路の発熱に起因する誤動作を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態を示したブロック図である。
【図２】温度測定部のブロック図である。
【図３】回路基板上の素子の配置を表した平面図である。
【図４】充放電制御ユニットおよび電圧・温度計測ユニットにおける処理手順を表したフローチャートである。
【図５】放電動作時の温度補正処理の手順を表したフローチャートである。
【図６】放電停止時の温度補正処理の手順を表したフローチャートである。
【図７】放電動作時における温度測定値の変化を表したグラフである。
【図８】放電停止時における温度測定値の変化を表したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一部分には同一符号を付してある。以下では、本発明を電気自動車に搭載される組電池に適用した場合を例に挙げる。
【００１７】
まず、図１を参照して、実施形態の構成について説明する。図１において、複数個の二次電池Ｂ１〜Ｂｎが直列に接続されて組電池４０を構成している。以下では、個々の二次電池Ｂ１〜Ｂｎを「セル」と呼ぶ。組電池４０の充放電を制御するシステムとして、電圧・温度計測ユニット１０と、充放電制御ユニット２０と、充電ユニット３０とが設けられている。本実施形態では、電圧・温度計測ユニット１０が、本発明に係る組電池の制御装置を構成する。
【００１８】
電圧・温度計測ユニット１０は、制御部１、電圧検出部２、放電回路３１〜３ｎ（まとめて符号３で表す）、温度測定部４、および接続端子Ｔを備えている。
【００１９】
制御部１は、ＣＰＵやメモリ等から構成され、電圧検出部２との間で通信を行うとともに、充放電制御ユニット２０との間でも通信を行う。この制御部１は、本発明における放電制御手段、放電禁止手段、および補正手段を構成する。
【００２０】
電圧検出部２は、アナログデジタルコンバータ等から構成され、各セルＢ１〜Ｂｎの電圧Ｖ１〜Ｖｎを検出し、これらの電圧Ｖ１〜Ｖｎをデジタル値に変換して制御部１へ出力する。また、電圧検出部２は、制御部１からの指令に基づいて、放電回路３１〜３ｎを駆動または停止するための放電制御信号Ｐ１〜Ｐｎを出力する。
【００２１】
放電回路３１〜３ｎは、各セルＢ１〜Ｂｎに対応して、電圧検出部２と接続端子Ｔとの間に設けられている。各放電回路の構成は同じなので、ここでは放電回路３１について説明する。放電回路３１は、スイッチング素子Ｑ１と放電抵抗Ｒ１とを備えている。スイッチング素子Ｑ１は、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）からなる。
【００２２】
スイッチング素子Ｑ１のドレインには、放電抵抗Ｒ１の一端が接続されており、放電抵抗Ｒ１の他端は、ラインＬ１および接続端子Ｔを介して、セルＢ１の正極に接続されている。スイッチング素子Ｑ１のソースは、ラインＬ２および接続端子Ｔを介して、セルＢ１の負極に接続されている。これにより、セルＢ１の正極から、放電抵抗Ｒ１およびスイッチング素子Ｑ１を経由して、セルＢ１の負極へ至る放電経路が形成される。スイッチング素子Ｑ１のゲートには、抵抗を介して、電圧検出部２から放電制御信号Ｐ１が与えられる。
【００２３】
温度測定部４は、図２に示すように、複数の温度検出素子５と、１個のマイクロコンピュータ６とを備えている。温度検出素子５は、温度の変化に伴って抵抗値が変化するサーミスタのような素子から構成される。マイクロコンピュータ６は、各温度検出素子５の出力に基づいて温度を演算し、演算結果を温度測定値として制御部１へ送る。
【００２４】
セルＢ１〜Ｂｎは、例えばリチウムイオン電池からなり、各セルの正極および負極は、一対の端子Ｔに接続されている。そして、セルＢ１〜Ｂｎの電圧Ｖ１〜Ｖｎは、ラインＬ１〜Ｌｎを介して電圧検出部２へ入力される。
【００２５】
充放電制御ユニット２０は、セルＢ１〜Ｂｎに対する充電制御および放電制御を統轄する上位装置であって、マイクロコンピュータ（図示省略）等を備えている。この充放電制御ユニット２０は、電圧・温度計測ユニット１０から取得した情報に基づき、セルの充電が必要な場合は、電圧・温度計測ユニット１０と充電ユニット３０へ指令を与え、セルの放電が必要な場合は、電圧・温度計測ユニット１０へ指令を与える。この充放電制御ユニット２０は、本発明における充放電制御手段を構成する。
【００２６】
充電ユニット３０は、セルＢ１〜Ｂｎを定電圧で充電するための充電装置であって、入力側は充放電制御ユニット２０に接続され、出力側はセルＢ１の正極に接続されている。充電ユニット３０には、定電圧回路、電圧検出部、制御部等が備わっている（図示省略）。
【００２７】
図３に示したように、放電回路３の放電抵抗Ｒ１〜Ｒｎ、温度検出素子５、および接続端子Ｔは、回路基板Ｋに実装されている。この回路基板Ｋには、電圧・温度計測ユニット１０を構成する制御部１や電圧検出部２も実装されているが、図３ではこれらの図示を省略してある。温度検出素子５は、接続端子Ｔごとに設けられ、各端子Ｔに近接して配置されている。接続端子Ｔには、セルＢ１〜Ｂｎの電極が接続されているので（図１参照）、充放電によりセルＢ１〜Ｂｎの温度が上昇すると、端子Ｔが発熱する。したがって、温度検出素子５は、接続端子Ｔを介してセルＢ１〜Ｂｎの温度を検出する。また、セルＢ１〜Ｂｎの放電時には、放電回路３に流れる電流により放電抵抗Ｒ１〜Ｒｎが発熱する。そして、回路基板Ｋには、放電抵抗Ｒ１〜Ｒｎと温度検出素子５が実装されているので、放電抵抗Ｒ１〜Ｒｎで発生した熱が、回路基板Ｋを伝導して温度検出素子５へ及ぶ。
【００２８】
次に、上記実施形態の動作につき、図４のフローチャートを参照しながら説明する。
【００２９】
ステップＳ１では、電圧・温度計測ユニット１０から充放電制御ユニット２０へ、各セルの電圧が通知される。詳しくは、電圧検出部２で検出されたセルＢ１〜Ｂｎの電圧Ｖ１〜Ｖｎが制御部１へ送られ、制御部１がこれらの電圧Ｖ１〜Ｖｎを充放電制御ユニット２０へ通知する。
【００３０】
ステップＳ２では、充放電制御ユニット２０において、電圧・温度計測ユニット１０から通知されたセル電圧を解析する。具体的には、充放電制御ユニット２０において、各セルＢ１〜Ｂｎの電圧Ｖ１〜Ｖｎを、予め定められた基準電圧と比較し、セル電圧が基準電圧以上か否かを判定する。
【００３１】
ステップＳ３では、ステップＳ２での解析結果に基づき、セル電圧が基準電圧以上であるセルを抽出し、これらのセルを放電が必要なセルと判定する。
【００３２】
ステップＳ４では、ステップＳ３での判定結果に基づき、充放電制御ユニット２０から電圧・温度計測ユニット１０へ、放電が必要なセルに対する放電要求が送信される。
【００３３】
ステップＳ５では、電圧・温度計測ユニット１０において、放電要求のあったセルに対し、放電制御が行なわれる。詳しくは、制御部１が充放電制御ユニット２０から放電要求を受信すると、制御部１は当該要求に基づく指令を電圧検出部２へ送る。電圧検出部２は、この指令を受けて、放電回路３１〜３ｎのうち放電が必要なセルに対応する放電回路へ、放電制御信号を出力する。これにより、例えば放電回路３１において、スイッチング素子Ｑ１のゲートにＨ（High）レベルの放電制御信号Ｐ１が与えられ、スイッチング素子Ｑ１がオン状態となる。すると、セルＢ１の正極→接続端子Ｔ→ラインＬ１→放電抵抗Ｒ１→スイッチング素子Ｑ１→ラインＬ２→接続端子Ｔ→セルＢ１の負極という放電経路が形成され、セルＢ１はこの放電経路を通して放電する。その結果、セルＢ１の電圧は低下する。
【００３４】
ステップＳ６では、温度測定部４によるセル温度の測定が行われる。詳しくは、温度測定部４において、マイクロコンピュータ６（図２参照）が、各温度検出素子５の出力を取り込み、これらに基づいて温度測定値を算出する。算出された温度測定値は、制御部１へ送られる。なお、前述したように、温度検出素子５には、セルＢ１〜Ｂｎの温度に加えて、放電時の放電抵抗Ｒ１〜Ｒｎでの発熱が影響する。したがって、温度測定部４で算出された温度測定値は、セルと放電抵抗の両方の温度が反映されたものとなっている。
【００３５】
ステップＳ７では、制御部１により、本発明の特徴である温度補正処理が行われる。温度補正処理においては、温度測定部４により算出された各セルの温度測定値を、放熱抵抗Ｒ１〜Ｒｎの発熱による温度上昇分で補正する。この補正の詳細については後述する。
【００３６】
以上のステップＳ１〜Ｓ７の手順が、電圧・温度計測ユニット１０と充放電制御ユニット２０との間で、一定周期で繰り返される。
【００３７】
電圧・温度計測ユニット１０では、制御部１が、ステップＳ７の温度補正処理を行った後、各セルの補正後の温度測定値を、予め定められた基準温度と比較する。そして、温度測定値が基準温度以上であるセルについては、破壊を防止するため、制御部１から電圧検出部２へ指令を送って、放電動作を停止させる。この場合、電圧検出部２は、Ｌ（Low）レベルの放電制御信号を出力する。これにより、例えば放電回路３１において、スイッチング素子Ｑ１のゲートにＬレベルの放電制御信号Ｐ１が与えられ、スイッチング素子Ｑ１はオフ状態となる。したがって、セルＢ１の正極から、放電抵抗Ｒ１およびスイッチング素子Ｑ１を介してセルＢ１の負極へ至る放電経路が遮断されるので、セルＢ１の放電が禁止される。一方、温度測定値が基準温度未満のセルについては、制御部１は、電圧検出部２へ指令を送らず、放電動作を継続させる。
【００３８】
次に、ステップＳ７の温度補正処理の詳細について、図５および図６のフローチャートを参照しながら説明する。
【００３９】
図５は、放電動作時の温度補正処理の手順を示している。セルが放電を開始した後、ステップＳ１０では、放電中のセルについて、放電開始からの経過時間を算出する。この経過時間は、制御部１に備わるタイマにより計測される。
【００４０】
ステップＳ１１では、ステップＳ１０で算出された経過時間に基づいて、その時点での当該セルに対応する放電回路３の温度上昇分を算出する。この温度上昇分は、放電電流による放電抵抗の発熱に基づくもので、次式により算出される。
ΔＴｉ＝Ｋｒ・［１−ｅｘｐ（−ｔ／τ）］ …（１）
ここで、
ΔＴｉ：温度上昇分〔ｉ＝１，２，…ｍ（ｍは放電中のセルの数）〕
Ｋｒ：係数（放電抵抗の発熱による温度上昇分の最大値）
ｔ：経過時間
τ：温度上昇分が最大値に対して６３．２％になるまでの時間
である。式（１）より、放電動作時には、温度上昇分ΔＴｉは経過時間ｔとともに増加する。
【００４１】
ステップＳ１２では、放電中のセルに対応する放電回路３の全て（ｍ個）について、ステップＳ１１での温度上昇分の算出処理が終了したか否かを判定する。判定結果がＮＯである場合は、ステップＳ１０、Ｓ１１を再度実行し、次の放電回路について温度上昇分を算出する。判定結果がＹＥＳである場合は、ステップＳ１３へ進む。
【００４２】
ステップＳ１３では、ステップＳ１１で算出した各放電回路の温度上昇分ΔＴｉを合計して、合計値を求める。合計値Ｔｓｕｍは、次式により算出される。
Ｔｓｕｍ＝ΔＴ１＋ΔＴ２＋ … ＋ΔＴｍ …（２）
図３で説明したように、セルの放電時に放電抵抗で発生した熱は、回路基板Ｋを伝導し、温度検出素子５へ及ぶ。したがって、複数の放電抵抗が発熱している場合は、１つの温度検出素子５に対して、それぞれの放電抵抗の熱が影響するので、式（２）のように、各放電抵抗での温度上昇分を合計する。この合計値Ｔｓｕｍが、温度補正を行う場合の補正値となる。
【００４３】
ステップＳ１４では、ステップＳ１３で算出した温度上昇分の合計値Ｔｓｕｍを用いて、図４のステップＳ６で求めた各セルの温度測定値を補正する。すなわち、各セルの補正温度Ｔｃを次式により算出する。
Ｔｃ＝温度測定値−Ｔｓｕｍ …（３）
【００４４】
こうして算出された補正温度Ｔｃは、温度測定部４で算出された温度測定値から、放電抵抗Ｒ１〜Ｒｎでの発熱の影響を除去したものとなっている。すなわち、補正温度Ｔｃは、実質的に、各セルの実際の温度を表している。そこで、この補正温度Ｔｃを、前述したように基準温度と比較し、補正温度Ｔｃが基準温度以上であれば、放電動作を停止させ、補正温度Ｔｃが基準温度未満であれば、放電動作を継続させる。これにより、放電抵抗での発熱に影響されずに、各セルに対する正確な放電制御を行うことができる。したがって、温度が正常範囲にあるセルの放電動作が停止するといった誤動作を防止することができる。
【００４５】
図７は、放電動作時における温度測定値の変化の一例を表したグラフである。この例では、放電開始前のセル温度は２５℃となっている。放電が開始されると、放電抵抗Ｒ１〜Ｒ４に電流が流れて、各抵抗の温度が図示のように上昇する。このため、温度測定部４によるセルの温度測定値は、放電抵抗Ｒ１〜Ｒ４の温度上昇の影響を受けて、太実線で示すように上昇する。
【００４６】
この温度測定値は、セルの温度２５℃に、放電抵抗Ｒ１での温度上昇分ａ１、放電抵抗Ｒ２での温度上昇分ａ２、放電抵抗Ｒ３での温度上昇分ａ３、および放電抵抗Ｒ４での温度上昇分ａ４を加算した値である。したがって、温度測定値から、各放電抵抗での温度上昇分の合計値を減算すると、補正温度Ｔｃは、
Ｔｃ＝温度測定値−（ａ１＋ａ２＋ａ３＋ａ４）＝２５℃
となり、セルの実際の温度として算出される。
【００４７】
次に、放電を停止した場合の温度補正について説明する。図６は、放電停止時の温度補正処理の手順を示している。セルが放電を停止した後、ステップＳ２０では、放電が停止したセルについて、放電停止からの経過時間を算出する。この経過時間は、制御部１に備わるタイマにより計測される。
【００４８】
ステップＳ２１では、ステップＳ２０で算出された経過時間に基づいて、その時点での当該セルに対応する放電回路の温度上昇分を算出する。この温度上昇分は、次式により算出される。
ΔＴｉ＝Ｋｒ・ｅｘｐ（−ｔ／τ） …（４）
ここで、
ΔＴｉ：温度上昇分〔ｉ＝１，２，…ｍ（ｍは放電停止したセルの数）〕
Ｋｒ：係数（放電抵抗の発熱による温度上昇分の最大値）
ｔ：経過時間
τ：温度上昇分が最大値に対して６３．２％になるまでの時間
である。式（４）より、放電停止時には、温度上昇分ΔＴｉは経過時間ｔとともに減少する。
【００４９】
ステップＳ２２では、放電が停止したセルに対応する放電回路３の全て（ｍ個）について、ステップＳ２１での温度上昇分の算出処理が終了したか否かを判定する。判定結果がＮＯである場合は、ステップＳ２０、Ｓ２１を再度実行し、次の放電回路について温度上昇分を算出する。判定結果がＹＥＳである場合は、ステップＳ２３へ進む。
【００５０】
ステップＳ２３では、ステップＳ２１で算出した各放電回路の温度上昇分ΔＴｉを加算して、合計値を求める。合計値Ｔｓｕｍは、次式により算出される。
Ｔｓｕｍ＝ΔＴ１＋ΔＴ２＋ … ＋ΔＴｍ …（５）
この場合も、１つの温度検出素子５に対して、それぞれの放電抵抗の熱が影響するので、各放電抵抗での温度上昇分を合計する。この合計値Ｔｓｕｍが、温度補正を行う場合の補正値となる。
【００５１】
ステップＳ２４では、図５のステップＳ１４の場合と同様に、温度測定値を補正する。すなわち、ステップＳ２３で算出した温度上昇分の合計値Ｔｓｕｍを用いて、各セルの補正温度Ｔｃを次式により算出する。
Ｔｃ＝温度測定値−Ｔｓｕｍ …（６）
この場合も、補正温度Ｔｃは、実質的に、各セルの実際の温度を表している。したがって、この補正温度Ｔｃと基準温度とを比較することで、各セルに対する正確な充電制御を行うことができ、温度が正常範囲にあるセルに充電がされないといった誤動作を防止することができる。
【００５２】
図８は、放電停止時における温度測定値の変化の一例を表したグラフである。放電が停止されると、放電抵抗Ｒ１〜Ｒ４に電流が流れなくなり、各抵抗の温度が図示のように下降する。このため、温度測定部４によるセルの温度測定値は、放電抵抗Ｒ１〜Ｒ４の温度下降の影響を受けて、太実線で示すように下降する。
【００５３】
この温度測定値は、セルの温度２５℃に、放電抵抗Ｒ１での温度上昇分ｂ１、放電抵抗Ｒ２での温度上昇分ｂ２、放電抵抗Ｒ３での温度上昇分ｂ３、および放電抵抗Ｒ４での温度上昇分ｂ４を加算した値である。したがって、温度測定値から、各放電抵抗での温度上昇分の合計値を減算すると、補正温度Ｔｃは、
Ｔｃ＝温度測定値−（ｂ１＋ｂ２＋ｂ３＋ｂ４）＝２５℃
となり、セルの実際の温度として算出される。
【００５４】
以上のように、本実施形態においては、セルの放電開始または放電停止からの経過時間に基づいて、放電抵抗における温度上昇分を算出する。そして、この温度上昇分の合計値を、温度測定部４で測定された各セルの温度測定値から減算することにより、当該温度測定値を補正する。このため、各セルの温度測定値から熱の影響が除去され、正確な充放電制御を行うことができる。また、放電抵抗の温度上昇分は、放電の開始または停止からの経過時間に基づいて算出されるので、周囲温度検出素子を設けなくても、温度補正を行うことができる。
【００５５】
なお、放電が開始して放電抵抗の温度が上昇している途中で、電圧・温度計測ユニット１０の電源がオフになると、放電回路３が動作しなくなって、放電抵抗の温度が低下する。この場合、電圧・温度計測ユニット１０の電源がオフでも、上位装置である充放電制御ユニット２０の電源はオン状態を維持する。このため、電圧・温度計測ユニット１０の電源が再度オンとなった場合、電圧・温度計測ユニット１０では電源がオフであった時間（以下、「電源オフ時間」という。）はわからないが、充放電制御ユニット２０では電源オフ時間を計数することができる。したがって、電源が再度オンした時に、充放電制御ユニット２０から電圧・温度計測ユニット１０へ電源オフ時間を通知してやれば、電圧・温度計測ユニット１０側で、電源がオフとなっていた期間の温度下降分を算出し、正確な温度上昇分を求めることができる。
【００５６】
本発明では、以上述べた以外にも種々の実施形態を採用することができる。例えば、前記の実施形態では、電圧・温度計測ユニット１０が１つだけ設けられているが、電圧・温度計測ユニット１０を複数ユニット設け、これらを１つの充放電制御ユニット２０で統轄的に管理するような構成にしてもよい。
【００５７】
また、前記の実施形態では、電圧・温度計測ユニット１０と充放電制御ユニット２０を別ユニットとして設けた例を挙げたが、これらを１つのユニットとして構成してもよい。すなわち、本発明に係る組電池の制御装置は、充放電制御手段を含むものであってもよい。
【００５８】
また、前記の実施形態では、温度測定部４に設けたマイクロコンピュータ６により、各セルの温度測定値を算出したが、マイクロコンピュータ６を省略して、制御部１により各セルの温度測定値を算出するようにしてもよい。この場合は、制御部１および温度検出素子５が、温度測定部を構成する。
【００５９】
また、前記の実施形態では、セルＢ１〜Ｂｎが接続される接続端子Ｔに近接して、温度測定素子５を設けた例を挙げたが、接続端子Ｔとは別に、セルＢ１〜Ｂｎの熱を伝える熱伝導部材（図示省略）を設け、当該部材に近接して、または当該部材と接触させて、温度測定素子５を設けてもよい。
【００６０】
さらに、前記の実施形態では、本発明を電気自動車に搭載される組電池に適用した例を挙げたが、本発明は、電気自動車以外の用途に用いられる組電池にも適用することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 制御部
２ 電圧検出部
３ 放電回路
４ 温度測定部
５ 温度検出素子
１０ 電圧・温度計測ユニット
２０ 充放電制御ユニット
３０ 充電ユニット
４０ 組電池
Ｂ１〜Ｂｎ 二次電池
Ｋ 回路基板
Ｑ１〜Ｑｎ スイッチング素子
Ｒ１〜Ｒｎ 放電抵抗
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の二次電池を直列に接続した組電池の充放電を制御する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば電気自動車においては、走行用モータや車載機器を駆動するための高電圧バッテリが搭載される。この高電圧バッテリは、一般に、リチウムイオン電池などの二次電池を複数個直列に接続した、いわゆる組電池から構成される。このような組電池にあっては、各電池の特性のばらつきに起因して、放電可能な電気エネルギー（以下、「放電容量」という。）が電池間で異なる。また、二次電池の場合、過充電や過放電によって電池寿命が低下することから、組電池を構成する電池のうちの１つが充電完了状態や放電完了状態になれば、組電池全体として充電動作や放電動作を停止する必要がある。
【０００３】
このため、放電時に、最も放電容量の小さい電池が放電を完了すると、他の電池の放電が完了しない状態で、組電池全体の放電動作が停止する。一方、充電時には、放電時に完全に放電した電池が充電完了状態にならないうちに、放電時に完全に放電しなかった電池が先に充電完了状態となり、この時点で組電池全体の充電動作が停止する。このような動作が繰り返されると、放電容量の小さい電池は常に充電不足となり、組電池全体としての放電容量が低下する。
【０００４】
上記のような問題の解決策として、組電池を構成する各電池と並列に、スイッチング素子と抵抗の直列回路を接続し、各電池の充電状態に応じて、スイッチング素子の導通・非導通を制御する方法が従来から提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法によれば、電圧の高い電池については、スイッチング素子が導通して充電が抑制され、電圧の低い電池については、スイッチング素子が非導通となって充電が優先的に行われる。これにより、各電池を均等に充電することができ、組電池全体の放電容量が低下するのを抑制することができる。
【０００５】
一方、電池の温度が高い状態で充放電を行うと、電池が破壊されるおそれがあることから、電池の温度を検出し、検出温度が基準値以上であれば充放電を禁止することも、従来から行われている。また、特許文献２には、充電器において、電池自体の温度だけでなく、周囲の温度も考慮して充電制御を行なうことが記載されている。特許文献２においては、組電池の温度を検出する電池温度検出素子と、充電器の周囲温度を検出する周囲温度検出素子とを設け、周囲温度検出素子の出力に基づいて電池温度検出素子の出力を補正することにより、周囲温度の変動による充電器の誤動作を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１９１８８号公報
【特許文献２】特開平８−３０８１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
組電池を構成する電池が放電する場合、放電回路中の放電抵抗に電流が流れて、放電抵抗が発熱する。このため、電池の温度を測定して放電制御を行なう場合、放電抵抗の熱の影響により、各電池の温度測定値は実際の電池温度よりも高い値となる。その結果、電池自体の温度は正常範囲にあるにもかかわらず、電池の温度が異常と判定され、誤動作により放電動作が停止してしまうという事態が生じる。
【０００８】
この対策として、特許文献２のような周囲温度検出素子を設けて、電池の温度測定値を補正する方法もあるが、本発明は、周囲温度検出素子を用いずに、放電回路の発熱に起因する誤動作を防止することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、組電池を構成する複数の二次電池のそれぞれの電圧を検出する電圧検出部と、二次電池のそれぞれに対応して設けられ、二次電池が放電する場合の電流経路を形成する放電回路と、温度検出素子を有し、当該温度検出素子の出力に基づいて各二次電池の温度を測定する温度測定部と、放電回路および温度検出素子が実装された回路基板と、電圧検出部で検出された電圧を上位装置へ送信するとともに、上位装置から放電要求を受信し、放電が要求された二次電池に対応する放電回路を動作状態にして、当該二次電池が放電するように制御を行う放電制御手段と、温度測定部で測定された二次電池の温度が基準温度以上である場合に、当該二次電池に対応する放電回路を非動作状態にして放電を禁止する放電禁止手段とを備えた組電池の制御装置において、二次電池が放電を開始した後、放電開始からの経過時間に基づいて、温度測定部で算出された各二次電池の温度測定値を補正する補正手段を設ける。
【００１０】
このようにすると、二次電池の放電により放電回路に発熱が生じて、温度検出素子がこの発熱の影響を受けた場合でも、各セルの温度測定値が補正されるので、温度測定値から発熱の影響が除去される。したがって、各セルに対する正確な放電制御を行うことができ、温度が正常範囲にあるセルの放電が停止するのを防止することができる。また、放電回路における温度上昇分を、放電開始からの経過時間に基づいて演算により求めるので、周囲温度検出素子を設けなくても、温度補正を行うことができる。
【００１１】
本発明では、補正手段は、さらに、二次電池が放電を停止した後、放電停止からの経過時間に基づいて、温度測定部で算出された各二次電池の温度測定値を補正するようにしてもよい。
【００１２】
また、本発明では、補正手段は、放電開始または放電停止からの経過時間に基づいて、各放電回路における温度上昇分を算出するとともに、それぞれの温度上昇分を合計した合計値を算出し、温度測定値から合計値を減算することにより、温度測定値を補正するようにしてもよい。
【００１３】
また、本発明では、組電池を構成する複数の二次電池のそれぞれの電圧を検出する電圧検出部と、二次電池のそれぞれに対応して設けられ、二次電池が放電する場合の電流経路を形成する放電回路と、温度検出素子を有し、当該温度検出素子の出力に基づいて各二次電池の温度を測定する温度測定部と、放電回路および温度検出素子が実装された回路基板と、電圧検出部で検出された電圧に基づいて、各二次電池の充電および放電を制御する充放電制御手段と、温度測定部で測定された二次電池の温度が基準温度以上である場合に、当該二次電池に対応する放電回路を非動作状態にして放電を禁止する放電禁止手段とを備えた組電池の制御装置において、二次電池が放電を開始した後、放電開始からの経過時間に基づいて、温度測定部で算出された各二次電池の温度測定値を補正するとともに、二次電池が放電を停止した後、放電停止からの経過時間に基づいて、温度測定部で算出された各二次電池の温度測定値を補正する補正手段を設ける。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、周囲温度検出素子を用いずに、二次電池の温度測定値を補正して、放電回路の発熱に起因する誤動作を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態を示したブロック図である。
【図２】温度測定部のブロック図である。
【図３】回路基板上の素子の配置を表した平面図である。
【図４】充放電制御ユニットおよび電圧・温度計測ユニットにおける処理手順を表したフローチャートである。
【図５】放電動作時の温度補正処理の手順を表したフローチャートである。
【図６】放電停止時の温度補正処理の手順を表したフローチャートである。
【図７】放電動作時における温度測定値の変化を表したグラフである。
【図８】放電停止時における温度測定値の変化を表したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一部分には同一符号を付してある。以下では、本発明を電気自動車に搭載される組電池に適用した場合を例に挙げる。
【００１７】
まず、図１を参照して、実施形態の構成について説明する。図１において、複数個の二次電池Ｂ１〜Ｂｎが直列に接続されて組電池４０を構成している。以下では、個々の二次電池Ｂ１〜Ｂｎを「セル」と呼ぶ。組電池４０の充放電を制御するシステムとして、電圧・温度計測ユニット１０と、充放電制御ユニット２０と、充電ユニット３０とが設けられている。本実施形態では、電圧・温度計測ユニット１０が、本発明に係る組電池の制御装置を構成する。
【００１８】
電圧・温度計測ユニット１０は、制御部１、電圧検出部２、放電回路３１〜３ｎ（まとめて符号３で表す）、温度測定部４、および接続端子Ｔを備えている。
【００１９】
制御部１は、ＣＰＵやメモリ等から構成され、電圧検出部２との間で通信を行うとともに、充放電制御ユニット２０との間でも通信を行う。この制御部１は、本発明における放電制御手段、放電禁止手段、および補正手段を構成する。
【００２０】
電圧検出部２は、アナログデジタルコンバータ等から構成され、各セルＢ１〜Ｂｎの電圧Ｖ１〜Ｖｎを検出し、これらの電圧Ｖ１〜Ｖｎをデジタル値に変換して制御部１へ出力する。また、電圧検出部２は、制御部１からの指令に基づいて、放電回路３１〜３ｎを駆動または停止するための放電制御信号Ｐ１〜Ｐｎを出力する。
【００２１】
放電回路３１〜３ｎは、各セルＢ１〜Ｂｎに対応して、電圧検出部２と接続端子Ｔとの間に設けられている。各放電回路の構成は同じなので、ここでは放電回路３１について説明する。放電回路３１は、スイッチング素子Ｑ１と放電抵抗Ｒ１とを備えている。スイッチング素子Ｑ１は、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）からなる。
【００２２】
スイッチング素子Ｑ１のドレインには、放電抵抗Ｒ１の一端が接続されており、放電抵抗Ｒ１の他端は、ラインＬ１および接続端子Ｔを介して、セルＢ１の正極に接続されている。スイッチング素子Ｑ１のソースは、ラインＬ２および接続端子Ｔを介して、セルＢ１の負極に接続されている。これにより、セルＢ１の正極から、放電抵抗Ｒ１およびスイッチング素子Ｑ１を経由して、セルＢ１の負極へ至る放電経路が形成される。スイッチング素子Ｑ１のゲートには、抵抗を介して、電圧検出部２から放電制御信号Ｐ１が与えられる。
【００２３】
温度測定部４は、図２に示すように、複数の温度検出素子５と、１個のマイクロコンピュータ６とを備えている。温度検出素子５は、温度の変化に伴って抵抗値が変化するサーミスタのような素子から構成される。マイクロコンピュータ６は、各温度検出素子５の出力に基づいて温度を演算し、演算結果を温度測定値として制御部１へ送る。
【００２４】
セルＢ１〜Ｂｎは、例えばリチウムイオン電池からなり、各セルの正極および負極は、一対の端子Ｔに接続されている。そして、セルＢ１〜Ｂｎの電圧Ｖ１〜Ｖｎは、ラインＬ１〜Ｌｎを介して電圧検出部２へ入力される。
【００２５】
充放電制御ユニット２０は、セルＢ１〜Ｂｎに対する充電制御および放電制御を統轄する上位装置であって、マイクロコンピュータ（図示省略）等を備えている。この充放電制御ユニット２０は、電圧・温度計測ユニット１０から取得した情報に基づき、セルの充電が必要な場合は、電圧・温度計測ユニット１０と充電ユニット３０へ指令を与え、セルの放電が必要な場合は、電圧・温度計測ユニット１０へ指令を与える。この充放電制御ユニット２０は、本発明における充放電制御手段を構成する。
【００２６】
充電ユニット３０は、セルＢ１〜Ｂｎを定電圧で充電するための充電装置であって、入力側は充放電制御ユニット２０に接続され、出力側はセルＢ１の正極に接続されている。充電ユニット３０には、定電圧回路、電圧検出部、制御部等が備わっている（図示省略）。
【００２７】
図３に示したように、放電回路３の放電抵抗Ｒ１〜Ｒｎ、温度検出素子５、および接続端子Ｔは、回路基板Ｋに実装されている。この回路基板Ｋには、電圧・温度計測ユニット１０を構成する制御部１や電圧検出部２も実装されているが、図３ではこれらの図示を省略してある。温度検出素子５は、接続端子Ｔごとに設けられ、各端子Ｔに近接して配置されている。接続端子Ｔには、セルＢ１〜Ｂｎの電極が接続されているので（図１参照）、充放電によりセルＢ１〜Ｂｎの温度が上昇すると、端子Ｔが発熱する。したがって、温度検出素子５は、接続端子Ｔを介してセルＢ１〜Ｂｎの温度を検出する。また、セルＢ１〜Ｂｎの放電時には、放電回路３に流れる電流により放電抵抗Ｒ１〜Ｒｎが発熱する。そして、回路基板Ｋには、放電抵抗Ｒ１〜Ｒｎと温度検出素子５が実装されているので、放電抵抗Ｒ１〜Ｒｎで発生した熱が、回路基板Ｋを伝導して温度検出素子５へ及ぶ。
【００２８】
次に、上記実施形態の動作につき、図４のフローチャートを参照しながら説明する。
【００２９】
ステップＳ１では、電圧・温度計測ユニット１０から充放電制御ユニット２０へ、各セルの電圧が通知される。詳しくは、電圧検出部２で検出されたセルＢ１〜Ｂｎの電圧Ｖ１〜Ｖｎが制御部１へ送られ、制御部１がこれらの電圧Ｖ１〜Ｖｎを充放電制御ユニット２０へ通知する。
【００３０】
ステップＳ２では、充放電制御ユニット２０において、電圧・温度計測ユニット１０から通知されたセル電圧を解析する。具体的には、充放電制御ユニット２０において、各セルＢ１〜Ｂｎの電圧Ｖ１〜Ｖｎを、予め定められた基準電圧と比較し、セル電圧が基準電圧以上か否かを判定する。
【００３１】
ステップＳ３では、ステップＳ２での解析結果に基づき、セル電圧が基準電圧以上であるセルを抽出し、これらのセルを放電が必要なセルと判定する。
【００３２】
ステップＳ４では、ステップＳ３での判定結果に基づき、充放電制御ユニット２０から電圧・温度計測ユニット１０へ、放電が必要なセルに対する放電要求が送信される。
【００３３】
ステップＳ５では、電圧・温度計測ユニット１０において、放電要求のあったセルに対し、放電制御が行なわれる。詳しくは、制御部１が充放電制御ユニット２０から放電要求を受信すると、制御部１は当該要求に基づく指令を電圧検出部２へ送る。電圧検出部２は、この指令を受けて、放電回路３１〜３ｎのうち放電が必要なセルに対応する放電回路へ、放電制御信号を出力する。これにより、例えば放電回路３１において、スイッチング素子Ｑ１のゲートにＨ（High）レベルの放電制御信号Ｐ１が与えられ、スイッチング素子Ｑ１がオン状態となる。すると、セルＢ１の正極→接続端子Ｔ→ラインＬ１→放電抵抗Ｒ１→スイッチング素子Ｑ１→ラインＬ２→接続端子Ｔ→セルＢ１の負極という放電経路が形成され、セルＢ１はこの放電経路を通して放電する。その結果、セルＢ１の電圧は低下する。
【００３４】
ステップＳ６では、温度測定部４によるセル温度の測定が行われる。詳しくは、温度測定部４において、マイクロコンピュータ６（図２参照）が、各温度検出素子５の出力を取り込み、これらに基づいて温度測定値を算出する。算出された温度測定値は、制御部１へ送られる。なお、前述したように、温度検出素子５には、セルＢ１〜Ｂｎの温度に加えて、放電時の放電抵抗Ｒ１〜Ｒｎでの発熱が影響する。したがって、温度測定部４で算出された温度測定値は、セルと放電抵抗の両方の温度が反映されたものとなっている。
【００３５】
ステップＳ７では、制御部１により、本発明の特徴である温度補正処理が行われる。温度補正処理においては、温度測定部４により算出された各セルの温度測定値を、放熱抵抗Ｒ１〜Ｒｎの発熱による温度上昇分で補正する。この補正の詳細については後述する。
【００３６】
以上のステップＳ１〜Ｓ７の手順が、電圧・温度計測ユニット１０と充放電制御ユニット２０との間で、一定周期で繰り返される。
【００３７】
電圧・温度計測ユニット１０では、制御部１が、ステップＳ７の温度補正処理を行った後、各セルの補正後の温度測定値を、予め定められた基準温度と比較する。そして、温度測定値が基準温度以上であるセルについては、破壊を防止するため、制御部１から電圧検出部２へ指令を送って、放電動作を停止させる。この場合、電圧検出部２は、Ｌ（Low）レベルの放電制御信号を出力する。これにより、例えば放電回路３１において、スイッチング素子Ｑ１のゲートにＬレベルの放電制御信号Ｐ１が与えられ、スイッチング素子Ｑ１はオフ状態となる。したがって、セルＢ１の正極から、放電抵抗Ｒ１およびスイッチング素子Ｑ１を介してセルＢ１の負極へ至る放電経路が遮断されるので、セルＢ１の放電が禁止される。一方、温度測定値が基準温度未満のセルについては、制御部１は、電圧検出部２へ指令を送らず、放電動作を継続させる。
【００３８】
次に、ステップＳ７の温度補正処理の詳細について、図５および図６のフローチャートを参照しながら説明する。
【００３９】
図５は、放電動作時の温度補正処理の手順を示している。セルが放電を開始した後、ステップＳ１０では、放電中のセルについて、放電開始からの経過時間を算出する。この経過時間は、制御部１に備わるタイマにより計測される。
【００４０】
ステップＳ１１では、ステップＳ１０で算出された経過時間に基づいて、その時点での当該セルに対応する放電回路３の温度上昇分を算出する。この温度上昇分は、放電電流による放電抵抗の発熱に基づくもので、次式により算出される。
ΔＴｉ＝Ｋｒ・［１−ｅｘｐ（−ｔ／τ）］ …（１）
ここで、
ΔＴｉ：温度上昇分〔ｉ＝１，２，…ｍ（ｍは放電中のセルの数）〕
Ｋｒ：係数（放電抵抗の発熱による温度上昇分の最大値）
ｔ：経過時間
τ：温度上昇分が最大値に対して６３．２％になるまでの時間
である。式（１）より、放電動作時には、温度上昇分ΔＴｉは経過時間ｔとともに増加する。
【００４１】
ステップＳ１２では、放電中のセルに対応する放電回路３の全て（ｍ個）について、ステップＳ１１での温度上昇分の算出処理が終了したか否かを判定する。判定結果がＮＯである場合は、ステップＳ１０、Ｓ１１を再度実行し、次の放電回路について温度上昇分を算出する。判定結果がＹＥＳである場合は、ステップＳ１３へ進む。
【００４２】
ステップＳ１３では、ステップＳ１１で算出した各放電回路の温度上昇分ΔＴｉを合計して、合計値を求める。合計値Ｔｓｕｍは、次式により算出される。
Ｔｓｕｍ＝ΔＴ１＋ΔＴ２＋ … ＋ΔＴｍ …（２）
図３で説明したように、セルの放電時に放電抵抗で発生した熱は、回路基板Ｋを伝導し、温度検出素子５へ及ぶ。したがって、複数の放電抵抗が発熱している場合は、１つの温度検出素子５に対して、それぞれの放電抵抗の熱が影響するので、式（２）のように、各放電抵抗での温度上昇分を合計する。この合計値Ｔｓｕｍが、温度補正を行う場合の補正値となる。
【００４３】
ステップＳ１４では、ステップＳ１３で算出した温度上昇分の合計値Ｔｓｕｍを用いて、図４のステップＳ６で求めた各セルの温度測定値を補正する。すなわち、各セルの補正温度Ｔｃを次式により算出する。
Ｔｃ＝温度測定値−Ｔｓｕｍ …（３）
【００４４】
こうして算出された補正温度Ｔｃは、温度測定部４で算出された温度測定値から、放電抵抗Ｒ１〜Ｒｎでの発熱の影響を除去したものとなっている。すなわち、補正温度Ｔｃは、実質的に、各セルの実際の温度を表している。そこで、この補正温度Ｔｃを、前述したように基準温度と比較し、補正温度Ｔｃが基準温度以上であれば、放電動作を停止させ、補正温度Ｔｃが基準温度未満であれば、放電動作を継続させる。これにより、放電抵抗での発熱に影響されずに、各セルに対する正確な放電制御を行うことができる。したがって、温度が正常範囲にあるセルの放電動作が停止するといった誤動作を防止することができる。
【００４５】
図７は、放電動作時における温度測定値の変化の一例を表したグラフである。この例では、放電開始前のセル温度は２５℃となっている。放電が開始されると、放電抵抗Ｒ１〜Ｒ４に電流が流れて、各抵抗の温度が図示のように上昇する。このため、温度測定部４によるセルの温度測定値は、放電抵抗Ｒ１〜Ｒ４の温度上昇の影響を受けて、太実線で示すように上昇する。
【００４６】
この温度測定値は、セルの温度２５℃に、放電抵抗Ｒ１での温度上昇分ａ１、放電抵抗Ｒ２での温度上昇分ａ２、放電抵抗Ｒ３での温度上昇分ａ３、および放電抵抗Ｒ４での温度上昇分ａ４を加算した値である。したがって、温度測定値から、各放電抵抗での温度上昇分の合計値を減算すると、補正温度Ｔｃは、
Ｔｃ＝温度測定値−（ａ１＋ａ２＋ａ３＋ａ４）＝２５℃
となり、セルの実際の温度として算出される。
【００４７】
次に、放電を停止した場合の温度補正について説明する。図６は、放電停止時の温度補正処理の手順を示している。セルが放電を停止した後、ステップＳ２０では、放電が停止したセルについて、放電停止からの経過時間を算出する。この経過時間は、制御部１に備わるタイマにより計測される。
【００４８】
ステップＳ２１では、ステップＳ２０で算出された経過時間に基づいて、その時点での当該セルに対応する放電回路の温度上昇分を算出する。この温度上昇分は、次式により算出される。
ΔＴｉ＝Ｋｒ・ｅｘｐ（−ｔ／τ） …（４）
ここで、
ΔＴｉ：温度上昇分〔ｉ＝１，２，…ｍ（ｍは放電停止したセルの数）〕
Ｋｒ：係数（放電抵抗の発熱による温度上昇分の最大値）
ｔ：経過時間
τ：温度上昇分が最大値に対して６３．２％になるまでの時間
である。式（４）より、放電停止時には、温度上昇分ΔＴｉは経過時間ｔとともに減少する。
【００４９】
ステップＳ２２では、放電が停止したセルに対応する放電回路３の全て（ｍ個）について、ステップＳ２１での温度上昇分の算出処理が終了したか否かを判定する。判定結果がＮＯである場合は、ステップＳ２０、Ｓ２１を再度実行し、次の放電回路について温度上昇分を算出する。判定結果がＹＥＳである場合は、ステップＳ２３へ進む。
【００５０】
ステップＳ２３では、ステップＳ２１で算出した各放電回路の温度上昇分ΔＴｉを加算して、合計値を求める。合計値Ｔｓｕｍは、次式により算出される。
Ｔｓｕｍ＝ΔＴ１＋ΔＴ２＋ … ＋ΔＴｍ …（５）
この場合も、１つの温度検出素子５に対して、それぞれの放電抵抗の熱が影響するので、各放電抵抗での温度上昇分を合計する。この合計値Ｔｓｕｍが、温度補正を行う場合の補正値となる。
【００５１】
ステップＳ２４では、図５のステップＳ１４の場合と同様に、温度測定値を補正する。すなわち、ステップＳ２３で算出した温度上昇分の合計値Ｔｓｕｍを用いて、各セルの補正温度Ｔｃを次式により算出する。
Ｔｃ＝温度測定値−Ｔｓｕｍ …（６）
この場合も、補正温度Ｔｃは、実質的に、各セルの実際の温度を表している。したがって、この補正温度Ｔｃと基準温度とを比較することで、各セルに対する正確な充電制御を行うことができ、温度が正常範囲にあるセルに充電がされないといった誤動作を防止することができる。
【００５２】
図８は、放電停止時における温度測定値の変化の一例を表したグラフである。放電が停止されると、放電抵抗Ｒ１〜Ｒ４に電流が流れなくなり、各抵抗の温度が図示のように下降する。このため、温度測定部４によるセルの温度測定値は、放電抵抗Ｒ１〜Ｒ４の温度下降の影響を受けて、太実線で示すように下降する。
【００５３】
この温度測定値は、セルの温度２５℃に、放電抵抗Ｒ１での温度上昇分ｂ１、放電抵抗Ｒ２での温度上昇分ｂ２、放電抵抗Ｒ３での温度上昇分ｂ３、および放電抵抗Ｒ４での温度上昇分ｂ４を加算した値である。したがって、温度測定値から、各放電抵抗での温度上昇分の合計値を減算すると、補正温度Ｔｃは、
Ｔｃ＝温度測定値−（ｂ１＋ｂ２＋ｂ３＋ｂ４）＝２５℃
となり、セルの実際の温度として算出される。
【００５４】
以上のように、本実施形態においては、セルの放電開始または放電停止からの経過時間に基づいて、放電抵抗における温度上昇分を算出する。そして、この温度上昇分の合計値を、温度測定部４で測定された各セルの温度測定値から減算することにより、当該温度測定値を補正する。このため、各セルの温度測定値から熱の影響が除去され、正確な充放電制御を行うことができる。また、放電抵抗の温度上昇分は、放電の開始または停止からの経過時間に基づいて算出されるので、周囲温度検出素子を設けなくても、温度補正を行うことができる。
【００５５】
なお、放電が開始して放電抵抗の温度が上昇している途中で、電圧・温度計測ユニット１０の電源がオフになると、放電回路３が動作しなくなって、放電抵抗の温度が低下する。この場合、電圧・温度計測ユニット１０の電源がオフでも、上位装置である充放電制御ユニット２０の電源はオン状態を維持する。このため、電圧・温度計測ユニット１０の電源が再度オンとなった場合、電圧・温度計測ユニット１０では電源がオフであった時間（以下、「電源オフ時間」という。）はわからないが、充放電制御ユニット２０では電源オフ時間を計数することができる。したがって、電源が再度オンした時に、充放電制御ユニット２０から電圧・温度計測ユニット１０へ電源オフ時間を通知してやれば、電圧・温度計測ユニット１０側で、電源がオフとなっていた期間の温度下降分を算出し、正確な温度上昇分を求めることができる。
【００５６】
本発明では、以上述べた以外にも種々の実施形態を採用することができる。例えば、前記の実施形態では、電圧・温度計測ユニット１０が１つだけ設けられているが、電圧・温度計測ユニット１０を複数ユニット設け、これらを１つの充放電制御ユニット２０で統轄的に管理するような構成にしてもよい。
【００５７】
また、前記の実施形態では、電圧・温度計測ユニット１０と充放電制御ユニット２０を別ユニットとして設けた例を挙げたが、これらを１つのユニットとして構成してもよい。すなわち、本発明に係る組電池の制御装置は、充放電制御手段を含むものであってもよい。
【００５８】
また、前記の実施形態では、温度測定部４に設けたマイクロコンピュータ６により、各セルの温度測定値を算出したが、マイクロコンピュータ６を省略して、制御部１により各セルの温度測定値を算出するようにしてもよい。この場合は、制御部１および温度検出素子５が、温度測定部を構成する。
【００５９】
また、前記の実施形態では、セルＢ１〜Ｂｎが接続される接続端子Ｔに近接して、温度測定素子５を設けた例を挙げたが、接続端子Ｔとは別に、セルＢ１〜Ｂｎの熱を伝える熱伝導部材（図示省略）を設け、当該部材に近接して、または当該部材と接触させて、温度測定素子５を設けてもよい。
【００６０】
さらに、前記の実施形態では、本発明を電気自動車に搭載される組電池に適用した例を挙げたが、本発明は、電気自動車以外の用途に用いられる組電池にも適用することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 制御部
２ 電圧検出部
３ 放電回路
４ 温度測定部
５ 温度検出素子
１０ 電圧・温度計測ユニット
２０ 充放電制御ユニット
３０ 充電ユニット
４０ 組電池
Ｂ１〜Ｂｎ 二次電池
Ｋ 回路基板
Ｑ１〜Ｑｎ スイッチング素子
Ｒ１〜Ｒｎ 放電抵抗
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組電池を構成する複数の二次電池のそれぞれの電圧を検出する電圧検出部と、
前記二次電池のそれぞれに対応して設けられ、二次電池が放電する場合の電流経路を形成する放電回路と、
温度検出素子を有し、当該温度検出素子の出力に基づいて各二次電池の温度を測定する温度測定部と、
前記放電回路および前記温度検出素子が実装された回路基板と、
前記電圧検出部で検出された電圧を上位装置へ送信するとともに、前記上位装置から放電要求を受信し、放電が要求された二次電池に対応する前記放電回路を動作状態にして、当該二次電池が放電するように制御を行う放電制御手段と、
前記温度測定部で測定された二次電池の温度が基準温度以上である場合に、当該二次電池に対応する前記放電回路を非動作状態にして放電を禁止する放電禁止手段と、を備えた組電池の制御装置において、
前記二次電池が放電を開始した後、放電開始からの経過時間に基づいて、前記温度測定部で算出された各二次電池の温度測定値を補正する補正手段を設けたことを特徴とする組電池の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の組電池の制御装置において、
前記補正手段は、さらに、前記二次電池が放電を停止した後、放電停止からの経過時間に基づいて、前記温度測定部で算出された各二次電池の温度測定値を補正することを特徴とする組電池の制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の組電池の制御装置において、
前記補正手段は、前記経過時間に基づいて、各放電回路における温度上昇分を算出するとともに、それぞれの温度上昇分を合計した合計値を算出し、前記温度測定値から前記合計値を減算することにより、前記温度測定値を補正することを特徴とする組電池の制御装置。
【請求項４】
組電池を構成する複数の二次電池のそれぞれの電圧を検出する電圧検出部と、
前記二次電池のそれぞれに対応して設けられ、二次電池が放電する場合の電流経路を形成する放電回路と、
温度検出素子を有し、当該温度検出素子の出力に基づいて各二次電池の温度を測定する温度測定部と、
前記放電回路および前記温度検出素子が実装された回路基板と、
前記電圧検出部で検出された電圧に基づいて、各二次電池の充電および放電を制御する充放電制御手段と、
前記温度測定部で測定された二次電池の温度が基準温度以上である場合に、当該二次電池に対応する前記放電回路を非動作状態にして放電を禁止する放電禁止手段と、を備えた組電池の制御装置において、
前記二次電池が放電を開始した後、放電開始からの経過時間に基づいて、前記温度測定部で算出された各二次電池の温度測定値を補正するとともに、前記二次電池が放電を停止した後、放電停止からの経過時間に基づいて、前記温度測定部で算出された各二次電池の温度測定値を補正する補正手段を設けたことを特徴とする組電池の制御装置。
【請求項１】
組電池を構成する複数の二次電池のそれぞれの電圧を検出する電圧検出部と、
前記二次電池のそれぞれに対応して設けられ、二次電池が放電する場合の電流経路を形成する放電回路と、
温度検出素子を有し、当該温度検出素子の出力に基づいて各二次電池の温度を測定する温度測定部と、
前記放電回路および前記温度検出素子が実装された回路基板と、
前記電圧検出部で検出された電圧を上位装置へ送信するとともに、前記上位装置から放電要求を受信し、放電が要求された二次電池に対応する前記放電回路を動作状態にして、当該二次電池が放電するように制御を行う放電制御手段と、
前記温度測定部で測定された二次電池の温度が基準温度以上である場合に、当該二次電池に対応する前記放電回路を非動作状態にして放電を禁止する放電禁止手段と、を備えた組電池の制御装置において、
前記二次電池が放電を開始した後、放電開始からの経過時間に基づいて、前記温度測定部で算出された各二次電池の温度測定値を補正する補正手段を設けたことを特徴とする組電池の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の組電池の制御装置において、
前記補正手段は、さらに、前記二次電池が放電を停止した後、放電停止からの経過時間に基づいて、前記温度測定部で算出された各二次電池の温度測定値を補正することを特徴とする組電池の制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の組電池の制御装置において、
前記補正手段は、前記経過時間に基づいて、各放電回路における温度上昇分を算出するとともに、それぞれの温度上昇分を合計した合計値を算出し、前記温度測定値から前記合計値を減算することにより、前記温度測定値を補正することを特徴とする組電池の制御装置。
【請求項４】
組電池を構成する複数の二次電池のそれぞれの電圧を検出する電圧検出部と、
前記二次電池のそれぞれに対応して設けられ、二次電池が放電する場合の電流経路を形成する放電回路と、
温度検出素子を有し、当該温度検出素子の出力に基づいて各二次電池の温度を測定する温度測定部と、
前記放電回路および前記温度検出素子が実装された回路基板と、
前記電圧検出部で検出された電圧に基づいて、各二次電池の充電および放電を制御する充放電制御手段と、
前記温度測定部で測定された二次電池の温度が基準温度以上である場合に、当該二次電池に対応する前記放電回路を非動作状態にして放電を禁止する放電禁止手段と、を備えた組電池の制御装置において、
前記二次電池が放電を開始した後、放電開始からの経過時間に基づいて、前記温度測定部で算出された各二次電池の温度測定値を補正するとともに、前記二次電池が放電を停止した後、放電停止からの経過時間に基づいて、前記温度測定部で算出された各二次電池の温度測定値を補正する補正手段を設けたことを特徴とする組電池の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−５４８２（Ｐ２０１３−５４８２Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３１０１３（Ｐ２０１１−１３１０１３）
【出願日】平成２３年６月１３日（２０１１．６．１３）
【出願人】（５１０１２３８３９）オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 (110)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１３日（２０１１．６．１３）
【出願人】（５１０１２３８３９）オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 (110)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]