特開 2022-135394 充電量調整装置および車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022135394

(43)【公開日】2022-09-15

(54)【発明の名称】充電量調整装置および車両

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/02 20160101AFI20220908BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20220908BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20220908BHJP

   B60L 58/12 20190101ALI20220908BHJP

   H01M 10/48 20060101ALN20220908BHJP

【ＦＩ】

H02J7/02 H

H02J7/00 P

H01M10/44 P

B60L58/12

H01M10/48 P

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021035174

(22)【出願日】2021-03-05

(71)【出願人】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】尾▲崎▼ 将

【テーマコード（参考）】

5G503

5H030

5H125

【Ｆターム（参考）】

5G503AA07

5G503BA03

5G503BB02

5G503CA11

5G503EA05

5G503FA06

5G503GD02

5G503HA01

5H030AA09

5H030AS06

5H030AS08

5H030BB21

5H030FF42

5H030FF43

5H030FF44

5H125AA01

5H125AC12

5H125BC16

5H125EE27

(57)【要約】

【課題】コストアップを招くことなく、組電池の状態に応じた容量調整を行うことが可能な充電量調整装置および車両を提供する。
【解決手段】充電量調整装置は、組電池を構成する第１および第２電池セル間の容量調整を行う。充電量調整装置は、第１電池セルに第１放電抵抗を並列に接続して第１電池セルを放電させる第１放電部と、第２電池セルに第２放電抵抗を並列に接続して第２電池セルを放電させる第２放電部と、第１電池セルに第１および第２放電抵抗を直列に接続して第１電池セルを放電させる第３放電部とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

組電池を構成する第１および第２電池セル間における充電量の調整を行う充電量調整装置であって、
前記第１電池セルに第１放電抵抗を並列に接続して前記第１電池セルを放電させる第１放電部と、
前記第２電池セルに第２放電抵抗を並列に接続して前記第２電池セルを放電させる第２放電部と、
前記第１電池セルに前記第１および第２放電抵抗を直列に接続して前記第１電池セルを放電させる第３放電部と、
を備える充電量調整装置。

【請求項2】

前記第１および第２電池セル間の充電容量差が所定値以上である場合、前記第１放電部は、前記第１電池セルに前記第１放電抵抗を並列に接続する一方、前記第３放電部は、前記第１電池セルに前記第１および第２放電抵抗を直列に接続しない、
請求項１に記載の充電量調整装置。

【請求項3】

前記第１および第２電池セル間の充電容量差が前記所定値未満である場合、前記第１放電部は、前記第１電池セルに前記第１放電抵抗を並列に接続しない一方、前記第３放電部は、前記第１電池セルに前記第１および第２放電抵抗を直列に接続する、
請求項２に記載の充電量調整装置。

【請求項4】

請求項１～３の何れか１項に記載の充電量調整装置を備える車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、充電量調整装置および車両に関する。

【背景技術】

【0002】

現在、電気自動車、ハイブリッド自動車等の車両に搭載されているモータ用の電源として、直列に接続されている複数の電池パックを含む電池パックユニットが製品化されている。各電池パック（組電池）は、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の充電可能な二次電池（電池セル）が直列に接続された構造を有する。

【0003】

ところで、電池パックでは、個々の電池セルの容量やリークなどの特性の個体差（ばらつき）により、各電池セル間で電池セル電圧（充電量）のアンバランスが生じる。

【0004】

このようなアンバランスのある複数の電池セルが接続された電池パックの充電では、充電量の高い電池セルが先に過充電になり、充電量が満充電（充電終止電圧）に到達していない電池があるにもかかわらす充電が停止してしまう。

【0005】

一方、放電時には、充電量の低い電池セルは先に過放電になり、他の電池セルがまだ使用可能な状態であっても電池パックとしては再充電しないと使えない状態になってしまう。

【0006】

このように充電量にアンバランスがあると、有効な電池電圧使用範囲が狭まり、電池の実効容量が減少するだけでなく、過充電や過放電という異常状態が頻発してしまう。さらに言えば、電池パック全体の性能が低下し、当該電池パックの劣化の進行も早まってしまう。

【0007】

そこで、電池セル間における充電量のアンバランスを解消して電池パックの実効的な電池容量の減少を防ぐため、セルバランス調整技術（充電量調整技術）が実用化されている。セルバランス調整技術では、充電時に、充電量の低い電池セルを基準に充電量の高い電池セルを放電させることで、電池パック内の充電量を均一化（調整）する。

【0008】

セルバランス調整技術に関連して、特許文献１には、容量調整時間（電池セルの放電時間）の短縮化を図るため、組電池の状態（例えば、組電池のセル電圧分布状況）に応じて、所定容量調整電流値での容量調整に対する調整能力向上度を設定し、調整能力向上度に基づいて変更された容量調整電流値で容量調整を行う技術が記載されている。ここで、容量調整（充電量調整）を行う方法としては例えば、各電池セルに抵抗値が可変な抵抗回路を並列接続する方法が記載されている。抵抗回路としては、複数の容量調整抵抗を設けて、スイッチによりそれらの内の少なくとも１つを選択して電池セルに並列接続させる構成が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００８－２１５８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、各電池セルに並列接続される抵抗回路において複数の容量調整抵抗を設ける必要があるため、抵抗回路のコストアップを招いてしまうという問題があった。

【0011】

本開示の目的は、コストアップを招くことなく、組電池の状態に応じた充電量調整を行うことが可能な充電量調整装置および車両を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本開示の一態様に係る充電量調整装置は、
組電池を構成する第１および第２電池セル間における充電量の調整を行う充電量調整装置であって、
前記第１電池セルに第１放電抵抗を並列に接続して前記第１電池セルを放電させる第１放電部と、
前記第２電池セルに第２放電抵抗を並列に接続して前記第２電池セルを放電させる第２放電部と、
前記第１電池セルに前記第１および第２放電抵抗を直列に接続して前記第１電池セルを放電させる第３放電部と、
を備える。

【0013】

本開示の一態様に係る車両は、上記充電量調整装置を備える。

【発明の効果】

【0014】

本開示によれば、コストアップを招くことなく、組電池の状態に応じた充電量調整を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本実施の形態における充電量調整装置を備える電池パックの構成例を示す図である。

【図2】第１電池セルに第１放電抵抗を並列に接続して第１電池セルを放電させる例を示す図である。

【図3】第１電池セルに第１，第２および第３放電抵抗を直列に接続して第１電池セルを放電させる例を示す図である。

【図4】第２電池セルに第２放電抵抗を並列に接続して第２電池セルを放電させる例を示す図である。

【図5】第２電池セルに第１，第２および第３放電抵抗を直列に接続して第２電池セルを放電させる例を示す図である。

【図6】第３電池セルに第３放電抵抗を並列に接続して第３電池セルを放電させる例を示す図である。

【図7】第３電池セルに第１，第２および第３放電抵抗を直列に接続して第３電池セルを放電させる例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本開示の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。まず、本開示の一実施の形態における充電量調整装置の構成について説明する。

【0017】

図１は、本実施の形態における充電量調整装置を備える電池パックの構成の一例を示すブロック図である。

【0018】

図１に示す充電量調整装置１００は、例えばセルコントローラであり、電池パックユニットに含まれる電池パック（組電池）を構成する第１、第２および第３電池セル１２，１４，１６間の充電量調整を行う。第１、第２および第３電池セル１２，１４，１６は、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の充電可能な二次電池であり、直列に接続されている。電池パックユニットは、電気自動車、ハイブリッド自動車等に搭載されているモータ用の電源として使用される。充電量調整装置１００は、電池パックを構成する第１、第２および第３電池セル１２，１４，１６と共に、電池パックユニットに含まれる。本実施の形態では、充電量調整装置１００は、電気自動車、ハイブリッド自動車等（以下、車両と言う）に搭載されるものとして説明する。

【0019】

第１、第２および第３電池セル１２，１４，１６は、第１、第２および第３電池セル１２，１４，１６に保持された電圧を放電して充電量を低下させるための抵抗回路１０（放電回路）に接続されている。抵抗回路１０には、スイッチ３０，３２，３４，３６，３８，４０，４２，４４と、第１，第２および第３放電抵抗２０，２２，２４とが設けられている。本実施の形態では、第１，第２および第３放電抵抗２０，２２，２４の抵抗値は、第１、第２および第３電池セル１２，１４，１６に並列に接続された場合における放電時間を短縮するため、低めの値に設定されている。

【0020】

スイッチ３０，３２，３４，３６，３８，４０，４２，４４は、例えばコンタクタ（電磁接触器）や電磁リレー等であって、充電量調整装置１００からの駆動信号によりオン（閉）／オフ（開）する。充電量調整装置１００の起動時、スイッチ３０，３２，３４，３６，３８，４０，４２，４４は、全てオフとなっている。

【0021】

図１に示すように、充電量調整装置１００は、充電量検出部１１０および放電制御部１２０を備える。なお、放電制御部１２０は、本開示の「第１放電部」、「第２放電部」および「第３放電部」として機能する。

【0022】

充電量検出部１１０は、第１、第２および第３電池セル１２，１４，１６の充電量（充電状態：ＳＯＣ）を検出し、検出した充電量を放電制御部１２０に出力する。第１、第２および第３電池セル１２，１４，１６の充電量は、例えば、第１、第２および第３電池セル１２，１４，１６に設けられた電圧センサおよび電流センサの検出値を取得し、これらの検出値から算出することができる。なお、充電量の検出方法は、電圧センサおよび電流センサの検出値から算出する方法に限定されるものではない。

【0023】

放電制御部１２０は、充電量検出部１１０から出力された第１、第２および第３電池セル１２，１４，１６の充電量に基づいて、スイッチ３０，３２，３４，３６，３８，４０，４２，４４の動作を制御することによって、第１、第２および第３電池セル１２，１４，１６の放電を制御する。具体的には、放電制御部１２０は、第１、第２および第３電池セル１２，１４，１６間で充電量のアンバランス（不均衡）が生じている場合、当該アンバランスを解消して電池パックの実効的な電池容量の減少を防ぐため、充電量の低い電池セルを基準に充電量の高い電池セルを放電させることにより電池パック内の充電量を均一化する。

【0024】

例えば、放電制御部１２０は、充電量の低い第２および第３電池セル１４，１６を基準に充電量の高い第１電池セル１２を放電させる際、第１電池セル１２と第２および第３電池セル１４，１６との間の充電容量差が所定値以上である場合（例えば、長期間、車両が放置され、充電量調整装置１００に電源が入らず充電量調整が行われなかった場合）、第１電池セル１２に第１放電抵抗２０を並列に接続する。具体的には、図２に示すように、放電制御部１２０は、スイッチ３０，３２，３４，３６をオンにし、スイッチ３８，４０，４２，４４をオフにすることによって、第１電池セル１２に第１放電抵抗２０を並列に接続する（太線を繋いで形成される閉回路を参照）。これにより、第１放電抵抗２０に大きな放電電流が流れて第１電池セル１２が放電される。その結果、第１、第２および第３電池セル１２，１４，１６間で充電量のアンバランスが大きく生じている場合でも、充電量の高い第１電池セル１２を大きい放電量で放電させることにより電池パック内の充電量を短時間で均一化することができる。

【0025】

一方、放電制御部１２０は、第１電池セル１２と第２および第３電池セル１４，１６との間の充電容量差が所定値未満である場合、第１電池セル１２に第１，第２および第３放電抵抗２０，２２，２４を直列に接続する。具体的には、図３に示すように、放電制御部１２０は、スイッチ３０，３２，３４，４４をオンにし、スイッチ３６，４０，４２，４４をオフにすることによって、第１電池セル１２に第１，第２および第３放電抵抗２０，２２，２４を直列に接続する（太線を繋いで形成される閉回路を参照）。これにより、第１，第２および第３放電抵抗２０，２２，２４の合成抵抗に小さな放電電流が流れて第１電池セル１２が放電される。その結果、第１、第２および第３電池セル１２，１４，１６間で充電量のアンバランスが大きく生じていない場合、充電量の高い第１電池セル１２を小さい放電量で放電させることにより電池パック内の充電量を均一化することができる。本実施の形態では、第１，第２および第３放電抵抗２０，２２，２４の合成抵抗値は、第１，第２または第３放電抵抗２０，２２，２４の抵抗値より小さい。

【0026】

また、小さな放電電流を流しながら第１電池セル１２を放電させることができるため、第１電池セル１２の充電量を第２および第３電池セル１４，１６の充電量に合わせる際に第１電池セル１２の過放電を防止することができる。この観点から、第１電池セル１２と第２および第３電池セル１４，１６との間の充電容量差が所定値以上である場合、まずは第１電池セル１２に第１放電抵抗２０を並列に接続して大きい放電量で放電させ、その後、第１電池セル１２に第１，第２および第３放電抵抗２０，２２，２４を直列に接続して小さい放電量で放電させても良い。

【0027】

また、放電制御部１２０は、充電量の低い第１および第３電池セル１２，１６を基準に充電量の高い第２電池セル１４を放電させる際、第２電池セル１４と第１および第３電池セル１２，１６との間の充電容量差が所定値以上である場合（例えば、長期間、車両が放置され、充電量調整装置１００に電源が入らず充電量調整が行われなかった場合）、第２電池セル１４に第２放電抵抗２２を並列に接続する（太線を繋いで形成される閉回路を参照）。具体的には、図４に示すように、放電制御部１２０は、スイッチ３４，３６，３８，４０をオンにし、スイッチ３０，３２，４２，４４をオフにすることによって、第２電池セル１４に第２放電抵抗２２を並列に接続する。これにより、第２放電抵抗２２に大きな放電電流が流れて第２電池セル１４が放電される。その結果、第１、第２および第３電池セル１２，１４，１６間で充電量のアンバランスが大きく生じている場合でも、充電量の高い第２電池セル１４を大きい放電量で放電させることにより電池パック内の充電量を短時間で均一化することができる。

【0028】

一方、放電制御部１２０は、第２電池セル１４と第１および第３電池セル１２，１６との間の充電容量差が所定値未満である場合、第２電池セル１４に第１，第２および第３放電抵抗２０，２２，２４を直列に接続する。具体的には、図５に示すように、放電制御部１２０は、スイッチ３２，３４，３８，４４をオンにし、スイッチ３０，３６，４０，４２をオフにすることによって、第２電池セル１４に第１，第２および第３放電抵抗２０，２２，２４を直列に接続する（太線を繋いで形成される閉回路を参照）。これにより、第１，第２および第３放電抵抗２０，２２，２４の合成抵抗に小さな放電電流が流れて第２電池セル１４が放電される。その結果、第１、第２および第３電池セル１２，１４，１６間で充電量のアンバランスが大きく生じていない場合、充電量の高い第２電池セル１４を小さい放電量で放電させることにより電池パック内の充電量を均一化することができる。

【0029】

以上のように、小さな放電電流を流しながら第２電池セル１４を放電させることができるため、第２電池セル１４の充電量を第１および第３電池セル１２，１６の充電量に合わせる際に第２電池セル１４の過放電を防止することができる。この観点から、第２電池セル１４と第１および第３電池セル１２，１６との間の充電容量差が所定値以上である場合、まずは第２電池セル１４に第２放電抵抗２２を並列に接続して大きい放電量で放電させ、その後、第２電池セル１４に第１，第２および第３放電抵抗２０，２２，２４を直列に接続して小さい放電量で放電させても良い。

【0030】

また、放電制御部１２０は、充電量の低い第１および第２電池セル１２，１４を基準に充電量の高い第３電池セル１６を放電させる際、第３電池セル１６と第１および第２電池セル１２，１４との間の充電容量差が所定値以上である場合（例えば、長期間、車両が放置され、充電量調整装置１００に電源が入らず充電量調整が行われなかった場合）、第３電池セル１６に第３放電抵抗２４を並列に接続する（太線を繋いで形成される閉回路を参照）。具体的には、図６に示すように、放電制御部１２０は、スイッチ３８，４０，４２，４４をオンにし、スイッチ３０，３２，３４，３６をオフにすることによって、第３電池セル１６に第３放電抵抗２４を並列に接続する。これにより、第３放電抵抗２４に大きな放電電流が流れて第３電池セル１６が放電される。その結果、第１、第２および第３電池セル１２，１４，１６間で充電量のアンバランスが大きく生じている場合でも、充電量の高い第３電池セル１６を大きい放電量で放電させることにより電池パック内の充電量を短時間で均一化することができる。

【0031】

一方、放電制御部１２０は、第３電池セル１６と第１および第２電池セル１２，１４との間の充電容量差が所定値未満である場合、第３電池セル１６に第１，第２および第３放電抵抗２０，２２，２４を直列に接続する。具体的には、図７に示すように、放電制御部１２０は、スイッチ３２，３８，４２，４４をオンにし、スイッチ３０，３４，３６，４０をオフにすることによって、第３電池セル１６に第１，第２および第３放電抵抗２０，２２，２４を直列に接続する（太線を繋いで形成される閉回路を参照）。これにより、第１，第２および第３放電抵抗２０，２２，２４の合成抵抗に小さな放電電流が流れて第３電池セル１６が放電される。その結果、第１、第２および第３電池セル１２，１４，１６間で充電量のアンバランスが大きく生じていない場合、充電量の高い第３電池セル１６を小さい放電量で放電させることにより電池パック内の充電量を均一化することができる。

【0032】

また、小さな放電電流を流しながら第３電池セル１６を放電させることができるため、第３電池セル１６の充電量を第１および第２電池セル１２，１４の充電量に合わせる際に第３電池セル１６の過放電を防止することができる。この観点から、第３電池セル１６と第１および第２電池セル１２，１４との間の充電容量差が所定値以上である場合、まずは第３電池セル１６に第３放電抵抗２４を並列に接続して大きい放電量で放電させ、その後、第３電池セル１６に第１，第２および第３放電抵抗２０，２２，２４を直列に接続して小さい放電量で放電させても良い。

【0033】

以上詳しく説明したように、本実施の形態では、充電量調整装置１００は、組電池を構成する第１および第２電池セル１２，１４間における充電量の調整を行う充電量調整装置であって、第１電池セル１２に第１放電抵抗２０を並列に接続して第１電池セル１２を放電させる第１放電部（放電制御部１２０）と、第２電池セル１４に第２放電抵抗２２を並列に接続して第２電池セル１４を放電させる第２放電部（放電制御部１２０）と、第１電池セル１２に第１および第２放電抵抗２０，２２を直列に接続して第１電池セル１２を放電させる第３放電部（放電制御部１２０）と、を備える。

【0034】

このように構成した本実施の形態によれば、第１および第２電池セル１２，１４に並列接続される抵抗回路１０において複数の容量調整抵抗を設けることなく、例えば第１電池セル１２と第２電池セル１４との間の充電容量差に応じて、第１電池セル１２に第１放電抵抗２０を並列に接続して第１電池セル１２を放電させたり、第１電池セル１２に第１および第２放電抵抗２０，２２を直列に接続して第１電池セル１２を放電させたりすることができる。そのため、各電池セルに並列接続される抵抗回路において複数の容量調整抵抗を設ける必要がある特許文献１に記載の技術と比べて、コストアップを招くことなく、組電池（電池パック）の状態に応じた充電量調整を行うことができる。

【0035】

なお、上記実施の形態では、電池パックは、３つの第１、第２および第３電池セル１２，１４，１６によって構成される例について説明したが、本開示はこれに限らない。例えば、電池パックは、２つの電池セル、または、４つ以上の電池セルによって構成されても良い。

【0036】

また、上記実施の形態では、放電制御部１２０は、第１電池セル１２と第２および第３電池セル１４，１６との間の充電容量差が所定値未満である場合、第１電池セル１２に第１，第２および第３放電抵抗２０，２２，２４を直列に接続する例について説明したが、本開示はこれに限らない。例えば、放電制御部１２０は、第１電池セル１２と第２および第３電池セル１４，１６との間の充電容量差が所定値未満である場合、第１電池セル１２に第１，第２および第３放電抵抗２０，２２，２４の中の２つ（任意）を直列に接続しても良い。要するに、第１電池セル１２に直列に接続する合成抵抗ひいては第１電池セル１２からの放電電流値の選択肢を複数設けておき、第１電池セル１２と第２および第３電池セル１４，１６との間の充電容量差に応じて当該放電電流値を細かく調整可能にしても良い。

【0037】

また、上記実施の形態では、放電制御部１２０は、第２電池セル１４と第１および第３電池セル１２，１６との間の充電容量差が所定値未満である場合、第２電池セル１４に第１，第２および第３放電抵抗２０，２２，２４を直列に接続する例について説明したが、本開示はこれに限らない。例えば、放電制御部１２０は、第２電池セル１４と第１および第３電池セル１２，１６との間の充電容量差が所定値未満である場合、第２電池セル１４に第１，第２および第３放電抵抗２０，２２，２４の中の２つ（任意）を直列に接続しても良い。要するに、第２電池セル１４に直列に接続する合成抵抗ひいては第２電池セル１４からの放電電流値の選択肢を複数設けておき、第２電池セル１４と第１および第３電池セル１２，１６との間の充電容量差に応じて当該放電電流値を細かく調整可能にしても良い。

【0038】

また、上記実施の形態では、放電制御部１２０は、第３電池セル１６と第１および第２電池セル１２，１４との間の充電容量差が所定値未満である場合、第３電池セル１６に第１，第２および第３放電抵抗２０，２２，２４を直列に接続する例について説明したが、本開示はこれに限らない。例えば、放電制御部１２０は、第３電池セル１６と第１および第２電池セル１２，１４との間の充電容量差が所定値未満である場合、第３電池セル１６に第１，第２および第３放電抵抗２０，２２，２４の中の２つ（任意）を直列に接続しても良い。要するに、第３電池セル１６に直列に接続する合成抵抗ひいては第３電池セル１６からの放電電流値の選択肢を複数設けておき、第３電池セル１６と第１および第２電池セル１２，１４との間の充電容量差に応じて当該放電電流値を細かく調整可能にしても良い。

【0039】

また、上記実施の形態は、何れも本開示を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

【産業上の利用可能性】

【0040】

本開示は、コストアップを招くことなく、組電池の状態に応じた容量調整を行うことが可能な充電量調整装置および車両として有用である。

【符号の説明】

【0041】

１０ 抵抗回路
１２ 第１電池セル
１４ 第２電池セル
１６ 第３電池セル
２０ 第１放電抵抗
２２ 第２放電抵抗
２４ 第３放電抵抗
３０，３２，３４，３５，３６，３８，４０，４２，４４ スイッチ
１００ 充電量調整装置
１１０ 充電量検出部
１２０ 放電制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】