特開 2022-152830 バッテリシステム

(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】P2022152830

(43)【公開日】2022-10-12

(54)【発明の名称】バッテリシステム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/02 20160101AFI20221004BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20221004BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20221004BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20221004BHJP

【ＦＩ】

H02J7/02 H

H02J7/00 K

H01M10/44 Q

H01M10/48 P

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021055758

(22)【出願日】2021-03-29

(71)【出願人】

【識別番号】000002967

【氏名又は名称】ダイハツ工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107423

【弁理士】

【氏名又は名称】城村 邦彦

(74)【代理人】

【識別番号】100120949

【弁理士】

【氏名又は名称】熊野 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100196346

【弁理士】

【氏名又は名称】吉川 貴士

(72)【発明者】

【氏名】阿部 能聖

(72)【発明者】

【氏名】村山 一郎

(72)【発明者】

【氏名】桑原 唯

【テーマコード（参考）】

5G503

5H030

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503BA03

5G503BA05

5G503BB01

5G503CA01

5G503CA11

5G503CB11

5G503EA05

5G503FA06

5G503GD03

5G503HA03

5H030AA10

5H030AS08

5H030BB01

5H030FF22

5H030FF41

5H030FF42

5H030FF43

5H030FF44

5H030FF52

(57)【要約】

【課題】セルバランス技術の改善により、バッテリの更なる長寿命化並びにバッテリの高速充電を実現可能とする。
【解決手段】バッテリシステム１０は、複数の二次電池セル１４（１４ａ，１４ｂ…１４ん）が直列に接続されたバッテリ１１と、バッテリ１１の状態を管理可能なバッテリ管理部１２と、バッテリ１１とは別の電源である外部電源１３とを具備し、バッテリ管理部１２は、複数の二次電池セル１４（１４ａ，１４ｂ…１４ｎ）間で電圧の平準化を図るためのセルバランス回路１６を有する。ここで、セルバランス回路１６は、複数の二次電池セル１４（１４ａ，１４ｂ…１４ｎ）のうち任意の二次電池セル１４を外部電源１３で選択的に充電可能に構成され、バッテリ管理部１２は、複数の二次電池セル１４（１４ａ，１４ｂ…１４ｎ）の電圧状態に応じて、複数の二次電池セル１４（１４ａ，１４ｂ…１４ｎ）のうち相対的に電圧の低い二次電池セル１４（１４ａ，１４ｂ）に対して外部電源１３で充電を可能とする。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の二次電池セルが直列に接続されたバッテリと、前記バッテリの状態を管理可能なバッテリ管理部と、前記バッテリとは別の電源である外部電源とを具備し、
前記バッテリ管理部は、前記複数の二次電池セル間で電圧の平準化を図るためのセルバランス回路を有するバッテリシステムであって、
前記セルバランス回路は、前記複数の二次電池セルのうち任意の二次電池セルを前記外部電源で選択的に充電可能に構成され、
前記バッテリ管理部は、前記複数の二次電池セルの電圧状態に応じて、前記複数の二次電池セルのうち相対的に電圧の低い二次電池セルに対して前記外部電源で充電を可能とするバッテリシステム。

【請求項2】

前記バッテリ管理部は、前記複数の二次電池セルのうち最も電圧の高い二次電池セルの電圧値を目標値として前記電圧の低い二次電池セルに対する充電を可能とする請求項１に記載のバッテリシステム。

【請求項3】

前記セルバランス回路は、各々の前記二次電池セルについて前記外部電源と電気的に接続された状態と、前記バッテリの充電用電源と電気的に接続された状態とを切替え可能な切替え回路を有する請求項１又は２に記載のバッテリシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バッテリシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、二次電池とも呼ばれるバッテリの長寿命化、安全性の確保等を目的として、バッテリの状態を管理するＢＭＳ（バッテリ管理システム）と呼ばれる機器が用いられている。ＢＭＳは、主にバッテリ全体の電圧、電流、温度などを監視すると共に、バッテリを構成する二次電池セル間の電圧バランスを監視し、当該バランスが崩れたと判断した場合には、ＢＭＳに設けられたセルバランス回路を用いて、二次電池セル間における電圧の平準化が図られている。

【0003】

ここで、電圧の平準化の方式としては、放電による方式（パッシブ方式）と、充電による方式（アクティブ方式）とが知られている。このうちパッシブ方式と呼ばれるセルバランス方式では、バッテリを構成する複数の二次電池セルのうち相対的に残容量の多い（すなわち電圧の高い）二次電池セルについて、相対的に残容量の少ない（すなわち電圧の低い）二次電池セルと同レベルに電圧が低下するまで放電を行う（例えば、特許文献１を参照）。

【0004】

また、アクティブ方式と呼ばれるセルバランス方式では、同じくバッテリを構成する複数の二次電池セルのうち相対的に電圧の低い二次電池セルに対して、相対的に電圧の高い二次電池セルを充電用電源として用いて、各二次電池セルの電圧が平均化されるまで充電を行う（例えば、特許文献２を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１４－１０３８０４号公報

【特許文献2】国際公開第２０１３／６１４６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

最近の脱炭素化の流れを受けて、自動車分野においてもバッテリの更なる需要の広がりが見込まれている。このような状況下においては、より短時間でバッテリを充電し、またより長時間のバッテリ使用を可能とするセルバランス技術が求められるものと予測される。ここで、既存の両セルバランス方式（パッシブ方式、アクティブ方式）をエネルギー効率の面から比較した場合、相対的に電圧の高い二次電池セルを強制的に放電させるパッシブ方式よりも、相対的に電圧の高い二次電池セルを用いて相対的に電圧の低い二次電池セルの充電を行うアクティブ方式が有利である。しかしながら、このアクティブ方式だと、相対的に電圧の高い二次電池セルの放電を要する点はパッシブ方式と変わらないため、更なる長寿命化並びに高速充電を見据えた場合、セルバランス技術のより一層の改善が求められる。

【0007】

以上の事情に鑑み、本明細書では、セルバランス技術の改善により、バッテリの更なる長寿命化並びにバッテリの高速充電を実現可能とすることを、解決すべき技術課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記課題の解決は、本発明に係るバッテリシステムによって達成される。すなわち、このバッテリシステムは、複数の二次電池セルが直列に接続されたバッテリと、バッテリの状態を管理するバッテリ管理部と、バッテリとは別の電源である外部電源とを具備し、バッテリ管理部は、複数の二次電池セル間で電圧の平準化を図るためのセルバランス回路を有するバッテリシステムであって、セルバランス回路は、複数の二次電池セルのうち任意の二次電池セルを外部電源で選択的に充電可能に構成され、バッテリ管理部は、複数の二次電池セルの電圧状態に応じて、複数の二次電池セルのうち相対的に電圧の低い二次電池セルに対して外部電源で充電を可能とする点をもって特徴付けられる。

【0009】

このように、本発明に係るバッテリシステムでは、セルバランス回路を、複数の二次電池セルのうち任意の二次電池セルを外部電源で選択的に充電可能に構成すると共に、バッテリ管理部が、複数の二次電池セルの電圧状態に応じて、複数の二次電池セルのうち相対的に電圧の低い二次電池セルに対して外部電源で充電を可能とした。このようにバッテリとは別の電源である外部電源を用いて相対的に電圧の低い二次電池セルを充電可能とすることによって、従来方式のように相対的に電圧の高い二次電池セルを放電させることなく、相対的に電圧の低い二次電池セルを充電することができる。これにより、例えば二次電池セル間で電圧バランスが崩れた際に相対的に電圧の低い二次電池セルの電圧を高めて二次電池セル間の電圧差を解消することができるので、複数の二次電池セルを総じて高い電圧状態とすることが可能となる。よって、パッシブ方式や従来のアクティブ方式と比較して、バッテリの充電（満充電）に必要な時間を短くすることが可能となる。また、セルバランス後におけるバッテリの実質的な利用可能時間（放電終止電圧に達するまでの時間）を延ばすことが可能となる。以上より、本発明に係るバッテリシステムによれば、バッテリの短時間充電並びに長寿命化を図ることが可能となる。

【0010】

また、本発明に係るバッテリシステムにおいて、バッテリ管理部は、複数の二次電池セルのうち最も電圧の高い二次電池セルの電圧値を目標値として電圧の低い二次電池セルに対する充電を可能としてもよい。

【0011】

このように、バッテリを構成する複数の二次電池のうち最も電圧の高い二次電池セルの電圧値を目標値として電圧の低い二次電池セルに対する充電を可能とすることによって、全ての二次電池セルを極力高い電圧レベルで平準化することができる。よって、充電時間の更なる短縮化と長寿命化を図ることが可能となる。

【0012】

また、本発明に係るバッテリシステムにおいて、セルバランス回路は、各々の二次電池セルについて外部電源と電気的に接続された状態と、バッテリの充電用電源と電気的に接続された状態とを切替え可能な切替え回路を有してもよい。なお、ここでいうバッテリの充電用電源とは、本発明に係るバッテリと外部電源の何れとも異なる電源であって、バッテリの充電に用いられる電源を意味する。

【0013】

このように、各二次電池セルについて外部電源と電気的に接続された状態と、バッテリの充電用電源と電気的に接続された状態とを切替え可能な切替え回路を設けることにより、セルバランス用の充電を必要とする二次電池セルだけに外部電源から充電を行うことができる。その一方で、セルバランス用の充電を行う必要のない二次電池セルについては、バッテリの充電用電源と電気的に接続された状態を維持することができるので、バッテリの通常充電について従来と同じ構造を採用することができ、総じて低コストに本発明に係るバッテリシステムを構築することが可能となる。なお、ここでいうバッテリの通常充電とは、本発明に係るバッテリの充電用電源によるバッテリの充電であり、かつバッテリを構成する全ての二次電池セルに対して行う充電を意味する。

【0014】

また、本発明に係るバッテリシステムにおいて、外部電源は、バッテリ管理部の起動用電源であってもよい。

【0015】

このように、外部電源としてバッテリ管理部の起動用電源を用いることによって、この起動用電源をセルバランス用の電源として兼用することが可能となる。そのため、必要な部品点数を増やすことなく簡素にバッテリシステムを構築することが可能となる。また、部品点数を増やさずにバッテリを高性能化できれば、バッテリシステムの大型化を避けつつ高性能化を図ることができるので、バッテリシステムの適用範囲をさらに広げることが可能となる。

【0016】

また、前記課題の解決は、本発明に係るバッテリのセルバランス方法によっても達成される。すなわち、この方法は、複数の二次電池セルが直列に接続されたバッテリにおいて、複数の二次電池セル間で電圧の平準化を図るためのセルバランスを行うための方法において、複数の二次電池セル間の電圧バランスが許容範囲内であるか否かを判定する電圧バランス判定ステップと、電圧バランス判定ステップで電圧バランスが許容範囲内ではないと判定された場合に、複数の二次電池セルのうち相対的に電圧の低い二次電池セルに対して、バッテリとは別の電源である外部電源で充電を行う充電ステップとを具備する点をもって特徴付けられる。

【0017】

このように、本発明に係るセルバランス方法では、二次電池セル間の電圧バランスが許容範囲内ではないと判定された場合に、複数の二次電池セルのうち相対的に電圧の低い二次電池セルに対して、バッテリとは別の電源である外部電源で充電を行うようにした。このように、二次電池セル間で電圧バランスが崩れた（許容範囲内ではない）場合に、外部電源を用いて相対的に電圧の低い二次電池セルを充電することによって、従来方式のように相対的に電圧の高い二次電池セルを放電させることなく、相対的に電圧の低い二次電池セルを充電することができる。これにより、複数の二次電池セルを総じて高い電圧状態とすることが可能となるので、パッシブ方式や従来のアクティブ方式と比較して、バッテリの充電に必要な時間を短くすることが可能となる。また、セルバランス後におけるバッテリの実質的な利用可能時間を延ばすことが可能となる。以上より、本発明に係るセルバランス方法によれば、バッテリの短時間充電並びに長寿命化を図ることが可能となる。

【発明の効果】

【0018】

以上のように、本発明に係るバッテリシステム、又はバッテリのセルバランス方法によれば、二次電池セル間のセルバランスを電力エネルギーの観点から効率よく実施することができる。そのため、バッテリの更なる長寿命化並びにバッテリの高速充電を実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態に係るバッテリシステムの全体構成を示す図である。

【図2】図１に示すセルバランス回路とバッテリ、及び外部電源との接続状態を示す図で、バッテリの通常充電を行う場合の接続状態を示す図である。

【図3】図１に示すセルバランス回路とバッテリ、及び外部電源との接続状態を示す図で、特定の二次電池セルのみに外部電源から充電を行う場合の接続状態を示す図である。

【図4】図１に示すバッテリシステムを用いたセルバランス方法の一例を示すフローチャートである。

【図5】本発明に係るセルバランス方法の（ａ）実施前における各二次電池セルの電圧状態を示す図と、（ｂ）実施後における各二次電池セルの電圧状態を示す図である。

【図6】従来のパッシブ方式に係るセルバランス方法の（ａ）実施前における各二次電池セルの電圧状態を示す図と、（ｂ）実施後における各二次電池セルの電圧状態を示す図である。

【図7】従来のアクティブ方式に係るセルバランス方法の（ａ）実施前における各二次電池セルの電圧状態を示す図と、（ｂ）実施後における各二次電池セルの電圧状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の一実施形態に係るバッテリシステム、及びバッテリのセルバランス方法の内容を図面に基づいて説明する。

【0021】

図１は、本発明の一実施形態に係るバッテリシステム１０の全体構成を示している。このバッテリシステム１０は、バッテリ１１と、バッテリ１１の状態を管理するバッテリ管理部１２と、外部電源１３とを具備する。本実施形態では、モータを動力源とする車両に本発明に係るバッテリシステムを適用する場合を例にとって説明する。なお、ここでいうモータを動力源とする車両には、内燃機関を持たずモータのみを動力源としかつ充放電可能なバッテリ（本実施形態でいえばバッテリ１１が相当する）によりモータへの電力供給を行う電気自動車はもちろん、内燃機関とモータをともに動力源としかつ充放電可能なバッテリによりモータへの電力供給を行うハイブリッド車が含まれる。

【0022】

バッテリ１１は、複数の二次電池セル１４を直列に接続してなるもので、例えばリチウムイオンバッテリなど車載用に好適な二次電池が適用される。ここで、各二次電池セル１４の起電力（容量）は、１０^０Ｖオーダー（例えば３～５Ｖ）であり、これら複数の二次電池セル１４を直列に接続してなるバッテリ１１の起電力は、１０^１～１０^２Ｖオーダー（例えば１０^１Ｖオーダーであれば４０～５０Ｖ、１０^２Ｖオーダーであれば２００～３００Ｖ）である。

【0023】

バッテリ管理部１２は、バッテリ１１の状態を監視する監視部１５と、複数の二次電池セル１４間における電圧の平準化を図るためのセルバランス回路１６とを有する。

【0024】

監視部１５は、バッテリ１１の状態を監視し、監視した結果に基づき必要と判断した場合には、セルバランス回路１６又は本バッテリシステム１０が搭載された車両（図示は省略）のＥＣＵ１７に所定の指令を送信するように構成されている。具体的に、監視部１５は、その基板に設けられたマイコン等のホストコンピュータ（図示は省略）により、バッテリ１１全体の電圧や電流、温度などバッテリ１１の状態を示すパラメータを解析し、バッテリ１１に何らかの異常が発生していないか判定する。そして、何らかの異常が発生していると判定した場合には、異常の内容に応じた指令をＥＣＵ１７に送信する。また、監視部１５は、バッテリ１１を構成する複数の二次電池セル１４の電圧、電流など各二次電池セル１４の状態を示すパラメータを解析し、各二次電池セル１４に何らかの異常が発生していないか、及び複数の二次電池セル１４間で電圧等のアンバランスが発生していないかを判定する。そして、アンバランス等の異常が発生していると判断した場合には、異常の内容に応じた指令をセルバランス回路１６に送信する。なお、上述した監視部１５によるバッテリ１１の監視は主に、バッテリ１１の充電時又は放電時において行われるが、バッテリ１１の待機時（充電と放電の何れも行っていないとき）に行ってもよい。

【0025】

セルバランス回路１６は、例えば電圧など各二次電池セル１４の状態に関するパラメータを測定し、測定結果を監視部１５に送信すると共に、監視部１５から受けた信号（指令）の内容に応じた処理を行うように構成されている。ここで、セルバランス回路１６による主たる処理は、二次電池セル１４間の電圧バランスを制御するための処理であり、当該処理のために、セルバランス回路１６は、例えば図１に示す複数の二次電池セル１４（１４ａ，１４ｂ…１４ｎ）のうち任意の二次電池セル１４を外部電源１３で選択的に充電可能に構成される。なお、本図示例では、各図中に示した複数の二次電池セル１４の符号を１４ａ，１４ｂ…１４ｎとして、後述する説明のために便宜上の区別を図っている。

【0026】

図２は、任意の二次電池セル１４を外部電源１３により選択的に充電可能とするための構成の一例を示している。すなわち、本実施形態に係るセルバランス回路１６は、バッテリ１１内の各二次電池セル１４について、外部電源１３と電気的に接続された状態と、バッテリ１１の充電用電源（電気自動車用の充電設備など）又は電力負荷先（モータなど）と電気的に接続された状態とを切替え可能な切替え回路１９を有する。この場合、切替え回路１９は、二次電池セル１４と同じ数だけセルバランス回路１６内に設けられる。

【0027】

ここで、各切替え回路１９は、一対の切替え端子２０ａ，２０ｂを有し、各切替え端子２０ａ（２０ｂ）の切替え動作により、バッテリ１１の充電用電源又は電力負荷先につながる第一電路２１ａと各切替え端子２０ａ（２０ｂ）との接触状態と、外部電源１３につながる第二電路２１ｂと各切替え端子２０ａ（２０ｂ）との接触状態との切替えを可能としている。ここで、各切替え回路１９の切替え端子２０ａ，２０ｂが何れも第一電路２１ａに接続されている場合、複数の二次電池セル１４が直列に接続された状態となる（図２を参照）。また、一部の切替え回路１９の切替え端子２０ａ，２０ｂが第一電路２１ａに接続され、残部の切替え回路１９の切替え端子２０ａ，２０ｂが第二電路２１ｂに接続されている場合、図３に示すように、第二電路２１ｂと電気的に接続されている二次電池セル１４（１４ａ，１４ｂ）のみが並列に接続された状態となる。

【0028】

各切替え回路１９の切替え動作は、ＬＳＩ等で構成されるセルバランス回路１６の制御部（図示は省略）により制御され得る。ここで、セルバランス回路１６の制御部は、監視部１５から受けた信号の内容に応じて各切替え回路１９の切替え動作を制御する。例えば、監視部１５から特定の二次電池セル１４（例えば図２中の二次電池セル１４ａ，１４ｂ）のみ外部電源１３による充電を行う旨の指令を受けた場合、セルバランス回路１６の制御部は、特定の二次電池セル１４ａ，１４ｂに対応する切替え回路１９についてのみ切替え動作を行う。

【0029】

また、各二次電池セル１４には電圧計２２が接続されており、各電圧計２２により対応する二次電池セル１４の電圧を測定可能としている。本図示例のように、電圧計２２がセルバランス回路１６に設けられる場合、セルバランス回路１６の制御部により定期的に電圧測定の信号が電圧計２２に送られ、当該信号に基づいて電圧計２２は対応する二次電池セル１４の電圧を測定すると共に、測定した電圧の値を監視部１５に送信する。

【0030】

なお、本実施形態では、監視部１５とセルバランス回路１６がそれぞれ別個の基板に設けられていてもよい。この場合、例えばバッテリ１１を構成する二次電池セル１４の数に応じて、セルバランス回路１６側の基板を交換するだけで、バッテリ１１の変更に容易に対応可能となる。

【0031】

外部電源１３は、特定の二次電池セル１４に対して充電用の電力を供給可能に構成される。本実施形態では、バッテリ管理部１２の起動用電源を外部電源１３として用いている。この場合、外部電源１３からバッテリ管理部１２の監視部１５に所定の電力が供給されると共に、当該電力がセルバランス回路１６の切替え回路１９を介して各二次電池セル１４に選択的に供給可能とされている（図１及び図２を参照）。なお、この際、図示は省略するが、必要に応じて、外部電源１３から供給された電圧を例えばバッテリ管理部１２に設けたコンバータにより所定のレベルにまで降圧（例えば１０^１Ｖオーダーから１０^０Ｖオーダーまで降圧）した状態で、各二次電池セル１４に選択的に供給可能としてもよい。

【0032】

次に、上記構成のバッテリシステム１０を用いた本発明に係るバッテリのセルバランス方法の内容を、主に図４に示すフローチャートに基づいて説明する。

【0033】

このセルバランス方法は、バッテリ１１を構成する複数の二次電池セル１４間における電圧の平準化を図るための方法で、図４に示すように、二次電池セル１４の電圧を監視するセル電圧監視ステップＳ１と、二次電池セル１４間での電圧バランスが許容範囲内であるか否かを判定する電圧バランス判定ステップＳ２と、電圧バランスの判定結果に基づいて充電すべき二次電池セル１４を特定するセル特定ステップＳ３と、特定した二次電池セル１４のみ外部電源１３と接続する外部電源接続ステップＳ４と、特定の二次電池セル１４に対して外部電源１３で充電を行う充電ステップＳ５とを具備する。

【0034】

また、本実施形態では、セル電圧監視ステップＳ１の前段階として、バッテリ１１が充電モード又は放電モードであるか否かを判定する充放電モード判定ステップＳ６と、充電モード又は放電モードである場合にバッテリ１１全体の状態を監視するバッテリ監視ステップＳ７とをさらに具備する。以下、各ステップＳ１～Ｓ７を時系列順に説明する。

【0035】

まずバッテリ管理部１２の起動用電源（本実施形態では外部電源１３）によりバッテリ管理部１２を起動する。次に、監視部１５は、車両に搭載されたＥＣＵ１７からの信号を受信して、バッテリ１１が充電モード又は放電モードであるか否かを判定する（充放電モード判定ステップＳ６）。そして、充電モード又は放電モードであると判定した場合には、監視部１５は、バッテリ１１全体としての電圧、電流、温度などを解析することでバッテリ１１の状態を監視する（バッテリ監視ステップＳ７）。そして、解析によりバッテリ１１に何らかの異常があると判断した場合、監視部１５は、異常の内容に応じた指令（異常を解消するための処理を行う旨の指令）を例えば車両に搭載されたＥＣＵ１７に送信する。このようにして、充電時又は放電時（ここではモータの駆動時）、バッテリ１１が適正な状態に維持され得る。

【0036】

また、充放電モード判定ステップＳ６において、バッテリ１１が充電モードと放電モードの何れでもない状態にあると判定した場合には、監視部１５は、バッテリ１１を構成する各二次電池セル１４の電圧を監視する（セル電圧監視ステップＳ１）。ここでは、例えば図２に示す電圧計２２で測定した各二次電池セル１４の電圧データを監視部１５に送信し、監視部１５は受信した電圧データを解析して、各二次電池セル１４の電圧状態につき何らかの異常があるか否かを判定する。また、監視部１５は、これら二次電池セル１４間での電圧バランスを評価し、電圧バランスが許容範囲内であるか否かを判定する（電圧バランス判定ステップＳ２）。本実施形態では、測定して得た複数の二次電池セル１４の電圧値のうち最も高い電圧値と最も低い電圧値との差が予め設定しておいた閾値（例えば各二次電池セル１４の最大起電力の８％）を越えているか否かを判定する。そして、上述した電圧差の最大値が閾値を超えている場合、二次電池セル１４間の電圧バランスが崩れていると判定し、充電すべき二次電池セル１４を特定する（セル特定ステップＳ３）。

【0037】

例えば図５（ａ）に示すように、最も電圧の低い二次電池セル１４ａの残容量が最大起電力の６０％、最も電圧の高い二次電池セル１４ｎの残容量が最大起電力の７０％である場合、電圧差の最大値は最大起電力の１０％となる。ここで、閾値を最大起電力の８％とした場合、電圧差の最大値は閾値を超えているので、監視部１５は、このバッテリ１１の二次電池セル１４間における電圧バランスは崩れていると判定する。そして、監視部１５は、残容量が最大起電力の７０％よりも小さい二次電池セル１４（図５（ａ）でいえば左側の二つの二次電池セル１４ａ，１４ｂ）を外部電源１３により充電すべき二次電池セル１４と特定し、特定した二次電池セル１４（本図示例では１４ａ，１４ｂ）について外部電源１３で充電を行う指令をセルバランス回路１６の制御部に送信する。もちろん、図示は省略するが、最も電圧の高い二次電池セル１４ｎを除く残り全ての二次電池セル１４（１４ａ，１４ｂ…）の残容量が何れも最大起電力の７０％未満であった場合には、これら残り全ての二次電池セル１４ａ，１４ｂ…が外部電源１３による充電の対象として特定され得る。

【0038】

上記指令を受信したセルバランス回路１６は、複数の二次電池セル１４のうちセル特定ステップＳ３で特定した二次電池セル１４（ここでは１４ａ，１４ｂ）を外部電源１３で選択的に充電できるよう、接続状態の切替えを行う（外部電源接続ステップＳ４）。本実施形態では、各二次電池セル１４（１４ａ，１４ｂ…１４ｎ）に切替え回路１９が設けられているので、セルバランス回路１６の制御部は、特定した二次電池セル１４（１４ａ，１４ｂ）の切替え回路１９につき接続状態の切替えを行う。具体的には、図２に示す状態から、特定した二次電池セル１４（１４ａ，１４ｂ）の切替え回路１９につき切替え端子２０ａ，２０ｂの切替え動作を行い、外部電源１３につながる第二電路２１ｂと各切替え端子２０ａ，２０ｂとを接触させた状態とする（図３を参照）。然る後、外部電源１３の通電により特定した二次電池セル１４（１４ａ，１４ｂ）のみ充電を行う（充電ステップＳ５）。この際、本実施形態では、複数の二次電池セル１４ａ，１４ｂ…１４ｎのうち最も電圧の高い二次電池セル１４ｎの電圧値を目標値として電圧の低い二次電池セル１４（１４ａ，１４ｂ）に対する充電を行う。これにより、充電対象となる二次電池セル１４の電圧が、セルバランス前において最も電圧の高かった二次電池セル１４ｎの電圧レベルに平準化され得る（図５（ｂ）を参照）。もちろん、上述のように最も電圧の高い二次電池セル１４ｎ以外の残り全ての二次電池セル１４ａ，１４ｂ…の残容量が何れも最大起電力の７０％未満であった場合、これら残り全ての二次電池セル１４ａ，１４ｂ…に対して上述の如き充電を行うことで、バッテリ１１を構成する全ての二次電池セル１４（１４ａ，１４ｂ…１４ｎ）が、セルバランス前において最も電圧の高かった二次電池セル１４ｎの電圧レベルに平準化され得る。

【0039】

なお、充電ステップＳ５の際、図４に示すように、充電中の二次電池セル１４（１４ａ，１４ｂ）の電圧を電圧計２２で測定して、充電中の二次電池セル１４（１４ａ，１４ｂ）の電圧を監視しながら、外部電源１３による充電を行ってもよい。この場合、セルバランス回路１６（もしくは監視部１５）は、充電中の各二次電池セル１４（１４ａ，１４ｂ）が最も電圧の高い二次電池セル１４ｎの電圧値と同じであるか否かを判定し（電圧判定ステップＳ８）、同じ電圧値に達した二次電池セル１４（例えば図５の左から二番目の二次電池セル１４ｂ）については切替え回路１９の切替え動作により外部電源１３による充電を終了する。一方で、未だ最も電圧の高い二次電池セル１４ｎの電圧値に達していない二次電池セル１４（例えば図５の最も左側の二次電池セル１４ａ）については、引き続き外部電源１３による充電を続行し、最も電圧の高い二次電池セル１４ｎと同じ電圧レベルまで充電する。これにより、全ての二次電池セル１４ａ，１４ｂ…１４ｎの電圧につき平準化が図られる。

【0040】

以上述べたように、本実施形態に係るバッテリシステム１０では、複数の二次電池セル１４のうち任意の二次電池セル１４を外部電源１３で選択的に充電できるようにセルバランス回路１６を構成すると共に、バッテリ管理部１２が、複数の二次電池セル１４の電圧状態に応じて、複数の二次電池セル１４のうち相対的に電圧の低い二次電池セル１４に対して外部電源１３で充電を行うようにした。このように外部電源１３を用いて相対的に電圧の低い二次電池セル１４を充電可能とすることによって、従来方式のように相対的に電圧の高い二次電池セル１４を放電させることなく電圧の平準化を図ることができる。

【0041】

以下、図５～図７を参照して、従来方式と比較した場合の本発明に係るセルバランス方式（セルバランス方法）の利点を説明する。例えば図５（ａ）に示すように、最も電圧の低い二次電池セル１４ａの残容量が最大起電力の６０％、最も電圧の高い二次電池セル１４ｎの残容量が最大起電力の７０％である場合、本発明に係るバッテリシステム１０（セルバランス方法）では、残容量が最大起電力の７０％よりも小さい二次電池セル１４（図５（ａ）だと左側二つの二次電池セル１４ａ，１４ｂ）について、セルバランス回路１６が有する選択的充電機能を用いて外部電源１３による充電を行う。これにより、全ての二次電池セル１４ａ，１４ｂ…１４ｎの残容量が、セルバランス前において最も電圧の高い二次電池セル１４ｎと同じ電圧レベル（図５（ｂ）に示す例だと最大起電力の７０％）に平準化される。

【0042】

これに対して、従来のパッシブ方式と呼ばれるセルバランス方式（特許文献１を参照）だと、図６（ａ）に示すように、最も電圧の低い二次電池セル１４ａの残容量が最大起電力の６０％、最も電圧の高い二次電池セル１４ｎの残容量が最大起電力の７０％である場合、残容量が最も少ない（６０％の）二次電池セル１４ａ以外の二次電池セル１４（図６（ａ）だと右側二つの二次電池セル１４ｂ，１４ｎ）について、セルバランス回路３０が有する放電機能を用いて放電を行う。これにより、全ての二次電池セル１４ａ，１４ｂ…１４ｎの残容量が、セルバランス前において最も電圧の低い二次電池セル１４ａと同じ電圧レベル（図６（ｂ）に示す例だと最大起電力の６０％）に平準化される。

【0043】

また、従来のアクティブ方式と呼ばれるセルバランス方式（特許文献２を参照）だと、図７（ａ）に示すように、最も電圧の低い二次電池セル１４ａの残容量が最大起電力の６０％、最も電圧の高い二次電池セル１４ｎの残容量が最大起電力の７０％である場合、セルバランス回路４０が有するセル間電力供給機能を用いて、残容量が最も多い（７０％の）二次電池セル１４ｎから、残容量が最も少ない（６０％の）二次電池セル１４ａへの電力供給（二次電池セル１４ａの充電）を行う。これにより、全ての二次電池セル１４ａ，１４ｂ…１４ｎの残容量が、セルバランス前における電圧平均値もしくは当該平均値に最も近い電圧の二次電池セル１４ｂと同じ電圧レベル（図７（ｂ）に示す例だと最大起電力の６５％）に平準化される。

【0044】

このように、従来及び本発明に係る三つのセルバランス方式を比較した場合、従来のセルバランス方式だと、二次電池セル１４の放電を平準化のための手段としている以上、セルバランスの前後で二次電池セル１４の電圧レベルが総じて低下する（図６及び図７を参照）。これに対して、本発明に係るセルバランス方式だと、相対的に電圧の低い二次電池セル１４ａ，１４ｂに対して外部電源１３で充電を行うので、セルバランスの前後で何れの二次電池セル１４についても電圧低下を生じることなく電圧の平準化を図ることができる（図５を参照）。これにより、複数の二次電池セル１４を総じて高い電圧レベルにできるので、パッシブ方式や従来のアクティブ方式と比較して、バッテリ１１の充電に必要な時間を短くすることが可能となる。また、セルバランス後におけるバッテリ１１の実質的な利用可能時間を延ばすことが可能となる。以上より、本発明に係るバッテリシステム１０及びバッテリのセルバランス方法によれば、バッテリ１１の短時間充電と長寿命化を図ることが可能となる。

【0045】

また、本実施形態に係るバッテリシステム１０であれば、バッテリ１１とは別の電源である外部電源１３と各二次電池セル１４ａ，１４ｂ…１４ｎとを選択的に接続すれば足りるので、従来のアクティブ方式のように、二次電池セル１４ａ，１４ｂ…１４ｎ間で電力エネルギーの移動を行うためにセルバランス回路４０が複雑化するデメリットも生じない。よって、本実施形態に係るバッテリシステム１０によれば、バッテリ１１の短時間充電並びに長寿命化のためのセルバランス処理を低コストに実施することが可能となる。

【0046】

また、本実施形態に係るバッテリシステム１０では、セルバランス回路１６に、各々の二次電池セル１４について外部電源１３と電気的に接続された状態と、バッテリ１１の充電用電源又は電力負荷先と電気的に接続された状態とを切替え可能な切替え回路１９を設けるようにした（図２を参照）。このようにセルバランス回路１６を構成することで、セルバランス用の充電を必要とする二次電池セル１４だけに外部電源１３から充電を行うことができる。その一方で、セルバランス用の充電を行う必要のない二次電池セル１４については、バッテリ１１の充電用電源と電気的に接続された状態を維持することができるので、通常充電について従来と同じ構造を採用することができ、総じて低コストに本発明に係るバッテリシステム１０を構築することが可能となる。

【0047】

また、本実施形態に係るバッテリのセルバランス方法（バッテリシステム１０）では、バッテリ管理部１２につき、複数の二次電池セル１４のうち最も電圧の高い二次電池セル１４ｎの電圧値（ここでは最大起電力の７０％）を目標値として電圧の低い二次電池セル１４ａ，１４ｂに対する充電を行うようにした（図４を参照）。このように最も電圧の高い二次電池セル１４ｎの電圧値を目標値として電圧の低い二次電池セル１４ａ，１４ｂに対する充電を行うことによって、全ての二次電池セル１４ａ，１４ｂ…１４ｎを極力高い電圧レベルで平準化することができる。よって、充電時間の更なる短縮化と長寿命化を図ることが可能となる。

【0048】

また、本実施形態に係るバッテリシステム１０では、各二次電池セル１４に切替え回路１９を設けて、各二次電池セル１４の接続状態を別個独立に切替え可能とした（図２を参照）。そのため、例えば図５（ａ）に示すように、充電対象となる複数の二次電池セル１４ａ，１４ｂについて、充電すべき量が互いに異なる場合、充電すべき量が相対的に少ない二次電池セル１４ｂの充電が完了した後、充電が完了した二次電池セル１４ｂの接続状態を切り替えて外部電源１３と絶縁した状態で、充電すべき量が相対的に多い二次電池セル１４ａについて充電を続行することで、容易に全ての二次電池セル１４を最も電圧の高い二次電池セル１４ｎと同じ電圧レベルにまで充電することが可能となる。

【0049】

以上、本発明の一実施形態について述べたが、本発明に係るバッテリシステム、及びバッテリのセルバランス方法は、その趣旨を逸脱しない範囲において、上記以外の構成を採ることも可能である。

【0050】

例えばセルバランス回路１６が有する二次電池セル１４の選択的充電機能に関し、上記実施形態では、セルバランス回路１６に、各々の二次電池セル１４ａ，１４ｂ…１４ｎと外部電源１３とが電気的に接続された状態と、各々の二次電池セル１４ａ，１４ｂ…１４ｎとバッテリ１１の充電用電源又は電力負荷先とが電気的に接続された状態とを切替え可能な切替え回路１９を設けた場合を例示したが（図２を参照）、これには限られない。例えば図示は省略するが、バッテリ１１の充電用電源又は電力負荷先と複数の二次電池セル１４ａ，１４ｂ…１４ｎとが直列に接続される回路とは別に、外部電源１３と各二次電池セル１４ａ，１４ｂ…１４ｎとが並列に接続される回路を設けて、回路上の所定位置に複数の切り替えスイッチを設けることにより、複数の二次電池セル１４ａ，１４ｂ…１４ｎのうち任意の二次電池セル１４を外部電源１３により選択的に充電可能に構成してもよい。

【0051】

また、本発明に係るバッテリのセルバランス方法について、上記実施形態では、各二次電池セル１４ａ，１４ｂ…１４ｎの電圧バランスが許容範囲内であるか否かの具体的な判定基準として、測定して得た複数の二次電池セル１４の電圧値のうち最も高い電圧値と最も低い電圧値との差が予め設定しておいた閾値（例えば各二次電池セル１４の最大起電力の８％）を越えているか否かを判定基準とした場合を例示したが、もちろんこれ以外の基準を適用することも可能である。例えば、電圧バランス判定ステップＳ２において、測定して得た全ての二次電池セル１４ａ，１４ｂ…１４ｎの電圧値に基づいて電圧値の標準偏差を算出し、標準偏差が予め設定しておいた閾値を上回っている場合に電圧バランスが許容範囲外であるとする判定基準を適用してもよい。あるいは、測定して得た二次電池セル１４ａ，１４ｂ…１４ｎの電圧値のうち最も低い電圧値のみに着目して、当該電圧最低値が予め設定しておいた閾値を下回った場合に電圧バランスが許容範囲外であるとする判定基準を適用してもよい。

【0052】

また、本実施形態では、セルバランス方法の充電ステップＳ５において、最も電圧の高い二次電池セル１４ｎの電圧値よりも電圧の低い全ての二次電池セル１４全てについて外部電源１３で充電する場合を例示したが、もちろんこれには限られない。例えば測定した全ての二次電池セル１４の電圧値のうち中間値以下の電圧値を示した一部の二次電池セル１４のみに対して外部電源１３により充電を行ってもよい。あるいは、最も電圧の高い二次電池セル１４ｎの電圧値との電圧差が閾値より小さくかつ所定の値（例えば３％）より大きい一部の二次電池セル１４について外部電源１３により充電を行うようにしてもよい。

【0053】

また、以上の説明では、電圧バランス判定ステップＳ２で電圧バランスが許容範囲内ではないと判定された場合に、複数の二次電池セル１４のうち相対的に電圧の低い二次電池セル１４に対して、バッテリ１１とは別の電源である外部電源１３で充電を行う場合を例示したが、本発明に係るバッテリシステムは上記以外の用途に係るバッテリシステムにも適用可能である。例えばセルバランス以外の目的で相対的に電圧の低い二次電池セルのみに対して充電が必要となる場合に、本発明に係るバッテリシステムを適用してもよい。

【0054】

また、以上の説明では、図２に例示の如く複数の二次電池セル１４のうち任意の二次電池セル１４を外部電源１３で選択的に充電可能に構成されたセルバランス回路１６を用いて、複数の二次電池セル１４のうち相対的に電圧の低い二次電池セル１４に対して外部電源１３で充電を行う場合を説明したが、本発明に係るバッテリのセルバランス方法は、上記以外の構成をなすセルバランス回路を用いて、セルバランスに係る二次電池セル１４の外部電源１３による充電を行ってもよい。

【0055】

また、以上の説明では、電気自動車などモータで駆動する車両のモータ駆動用バッテリに本発明を適用した場合を例示したが、もちろんこれには限られない。例えば駆動用モータ以外の電力負荷先に電力を供給する車載用バッテリに本発明を適用してもよい。あるいは、車載用に限らずバッテリの継続的かつ安定的な駆動が必要とされるバッテリ用途全般に本発明に係るバッテリシステム又はバッテリのセルバランス方法を適用してもよい。

【符号の説明】

【0056】

１０ バッテリシステム
１１ バッテリ
１２ バッテリ管理部
１３ 外部電源
１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｎ） 二次電池セル
１５ 監視部
１６ セルバランス回路
１７ ＥＣＵ
１９ 切替え回路
２０ａ，２０ｂ 切替え端子
２１ａ 第一電路
２１ｂ 第二電路
２２ 電圧計
３０ セルバランス回路
４０ セルバランス回路
Ｓ１ セル電圧監視ステップ
Ｓ２ 電圧バランス判定ステップ
Ｓ３ セル特定ステップ
Ｓ４ 外部電源接続ステップ
Ｓ５ 充電ステップ
Ｓ６ 充放電モード判定ステップ
Ｓ７ バッテリ監視ステップ
Ｓ８ 電圧判定ステップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】