JP2009072038A

JP2009072038A - 組電池の電圧検出装置及びその制御方法

Info

Publication number: JP2009072038A
Application number: JP2007240559A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Kubo; 昌彦久保
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2007-09-18
Filing date: 2007-09-18
Publication date: 2009-04-02

Abstract

【課題】複数の二次電池を直列に接続した組電池の電圧測定装置において、電圧変換器とバイパス回路が独立で必要であるため部品点数の増加を招き、又、電圧変換器は電池セルに接続したままのため、その入力インピーダンスによる電池セルの放電が生じ、さらに入力インピーダンスのバラツキによりセル電圧バラツキの原因となるという課題を有していた。
【解決手段】電圧変換器の入力インピーダンスによりバイパス電流を流し、電圧変換器の接続時間を変化させることにより、セル電圧均等化回路の簡略化及び電圧変換器インピーダンスの高インピーダンス化・バラツキ抑制が不要となり、上記課題を解決できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の二次電池組み合わせた組電池のセル電圧検出装置及びその制御方法に関するものである。

電源装置、特に停電時、主要負荷に一定時間の給電が可能な停電補償機能を有する装置に使用される二次電池は、通常高い電圧を必要とするため多数の電池セルを直列に接続して、使用される。又、二次電池の自己放電量や充電受入率のバラツキのため、各電池セルの放電容量およびセル電圧にバラツキが生じる。この問題を解決するために従来より電池セルごとに電圧検出手段とバイパス回路を設け、セル電圧の電圧差が所定値以上になった場合、バイパス回路を導通させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。図３は、前記特許文献１に記載された従来の充電装置を示すものである。

図３において、電池セル１０１〜１０３に並列に接続された電圧変換器２１〜２３により検出されたセル電圧の値をセル電圧比較・バイパス時間演算回路４に入力し、各セル電圧を比較することにより、バイパス抵抗６１〜６３に直列に接続されたバイパススイッチ５１〜５３のＯＮ時間を変化させ、電池セル１０１〜１０３のセル電圧を均等化可能となる。
特開平８−１９１８８号公報

しかしながら、前記従来の構成では、電圧変換器とバイパス回路が独立で必要であるため部品点数の増加を招き、又、電圧変換器は電池セルに接続したままのため、その入力インピーダンスによる電池セルの放電が生じ、さらに入力インピーダンスのバラツキによりセル電圧バラツキの原因となるという課題を有していた。

前記特許文献１の課題を解決するため、本発明は、電圧変換器の入力インピーダンスによりバイパス電流を流し、電圧変換器の接続時間を変化させることにより、セル電圧均等化回路の簡略化及び電圧変換器インピーダンスの高インピーダンス化・バラツキ抑制が不要な組電池電圧検出装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明では、複数の電池セルを直列に接続した組電池の電圧検出装置において、前記組電池の各電池セルに並列に接続スイッチを介して電圧変換器を接続し、この電圧変換器の出力によって前記接続スイッチの接続時間を制御するセル電圧比較・接続時間演算回路を設けた。さらに、組電池のセル電圧検出時、全電池セルの電圧測定時間を初期化し、各電池セルのセル電圧を設定された測定時間で測定し、この測定した各電池セルのセル電圧を比較してセル電圧の最小の電池セルの次回測定時間をＴｍｉｎにセットし、その他の電池セルのセル電圧とセル電圧の最小電池セルのセル電圧の差が閾値以下か否かを判断し、閾値以下の場合はその電池セルの次回測定時間をＴｍｉｎにセットし、閾値以下でない場合はその電池セルの次回測定時間を△Ｔ増加させて測定する構成としている。

本発明によって、セル電圧測定と同時にセル電圧バラツキの均等化を行うことができ、加えて、電圧変換器の入力インピーダンスの高インピーダンス化およびバラツキ抑制のための高精度な部品や調整が不要となるため、部品点数を低減し、低コストなセル電圧均等
化機能を有する電圧検出装置が実現できる。

本発明の組電池電圧検出装置によれば、セル電圧検出用の電圧変換器にセル電圧を均等化するバイパス回路を兼ねることができるため、それぞれ独立の回路が不要となり、回路の簡略化が可能となる。加えて、電圧変換器を接続スイッチを介して電池セルに接続しているため、電池の自己放電を抑制するための電圧変換器の高インピーダンス化を接続スイッチのオン時間を絞ることで実現可能となる。さらに、電圧変換器の入力インピーダンスのバラツキは、接続スイッチオン時間の変更によるセル電圧均等化により結果的にキャンセルされる。従って、本発明によれば、専用のバイパス回路の削減や電圧変換器の入力インピーダンスの高インピーダンス化およびバラツキ抑制のための高精度な部品や調整が不要となるため、低コストなセル電圧均等化機能を有する電圧検出装置が実現できる。

以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における組電池電圧検出装置のブロック図の一例である。図１において、図３と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図１において直列に接続された二次電池１０１〜１０３に、接続スイッチ１１〜１４を介して並列に電圧変換器２１〜２３が接続されている。電圧変換器２１〜２３で検出されたセル電圧測定値は、セル電圧比較・接続時間演算回路３に入力され、セル電圧比較・接続時間演算回路３は、演算結果に基づき接続スイッチ１１〜１４を制御する構成としている。

かかる構成における組電池電圧検出装置を以下に説明する。

接続スイッチ１１〜１４をオンさせると、二次電池１０１〜１０３とそれぞれ対応した電圧変換器２１〜２３が接続される。電圧変換器２１〜２３の入力インピーダンスは、二次電池１０１〜１０３の自己放電量などセル電圧バラツキ原因を解消するに足る程度に低く、電圧変換器２１〜２３が接続されている間、その入力インピーダンスにより二次電池１０１〜１０３の各セルにバイパス電流が流れる。電圧変換器２１〜２３により検出された各セル電圧は、セル電圧比較・接続時間演算回路３に入力される。セル電圧比較・接続時間演算回路３は各セル電圧を比較し、その値が大きい電池セルに対応した接続スイッチのオン時間を長く設定し、セル電圧値が小さい電池セルに対応した接続スイッチのオン時間を短く設定することにより、セル電圧検出とセル電圧バラツキの均等化を同時に実施できる。

このように本発明によれば、セル電圧検出用の電圧変換器にセル電圧を均等化するバイパス回路を兼ねることができるため、それぞれ独立の回路が不要となり、回路の簡略化が可能となる。加えて、電圧変換器を接続スイッチを介して電池セルに接続しているため、電池の自己放電を抑制するための電圧変換器の高インピーダンス化を接続スイッチのオン時間を絞ることで実現可能となる。さらに、電圧変換器の入力インピーダンスのバラツキは、接続スイッチオン時間の変更によるセル電圧均等化により結果的にキャンセルされる。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における組電池電圧検出装置の制御フローチャートの一例である。

一般に、電圧変換器２１〜２３の変換時間およびセル電圧比較・接続時間演算回路３の入力回路時定数等により、正確な測定を完了するためには、有限な時間が必要となる。そこで、セル電圧の正確な測定が完了できる最低限の接続スイッチオン時間をＴｍｉｎとし、測定開始時は、全接続スイッチオン時間をＴｍｉｎに設定し、セル電圧測定を実施する。次に測定したセル電圧を比較し、セル電圧が最小の電池セルをＳｍｉｎとし、Ｓｍｉｎの次回接続スイッチオン時間をＴｍｉｎにセットする。次に他の電池セルのセル電圧とＳｍｉｎのセル電圧を比較し、その差が閾値以下（又は未満）の場合は、該当電池セルの接続スイッチオン時間をＴｍｉｎに、その差が閾値より大きい（又は以上）の場合は、該当電池セルの接続スイッチオン時間を△Ｔだけ増加させセットする。このように全ての電池セルの接続スイッチオン時間がセット完了すれば、全セルのセル電圧をそれぞれの接続スイッチオン時間で測定する。これらの動作を繰り返すことにより、接続スイッチオン時間を変化させる。

かかる構成によれば、セル電圧測定間隔時間が許す限り、全電池セルのセル電圧の差が閾値以下（又は未満）となるまで接続スイッチオン時間を変化させることが可能で、全電池セルのセル電圧の差が閾値以下（又は未満）の状態では、それぞれの接続スイッチオン時間が最小のＴｍｉｎとなり、測定による放電電流を最小とすることが可能となる。

本発明の組電池電圧検出装置は、セル電圧検出用の電圧変換器にセル電圧を均等化するバイパス回路を兼ねることができるため、それぞれ独立の回路が不要となり、回路の簡略化が可能となる。加えて、電圧変換器を接続スイッチを介して電池セルに接続しているため、電池の自己放電を抑制するための電圧変換器の高インピーダンス化を接続スイッチのオン時間を絞ることで実現可能となる。さらに、電圧変換器の入力インピーダンスのバラツキは、接続スイッチオン時間の変更によるセル電圧均等化により結果的にキャンセルされる。従って、本発明によれば、専用のバイパス回路の削減や電圧変換器の入力インピーダンスの高インピーダンス化およびバラツキ抑制のための高精度な部品や調整が不要となるため、低コストなセル電圧均等化機能を有する電圧検出装置が実現できるため、複数の二次電池を直列に接続した組電池の電圧検出装置として有用である。

本発明の実施の形態１における構成の一例を示すブロック図本発明の実施の形態２における構成のフローチャート従来の組電池電圧検出装置の構成の一例を示すブロック図

符号の説明

１１〜１４接続スイッチ
２１〜２３電圧変換器
３セル電圧比較・接続時間演算回路
４セル電圧比較・バイパス時間演算回路
５１〜５３バイパススイッチ
６１〜６３バイパス抵抗
１０１〜１０３電池セル

Claims

複数の電池セルを直列に接続した組電池の電圧検出装置において、前記組電池の各電池セルに並列に接続スイッチを介して電圧変換器を接続し、この電圧変換器の出力を比較することによって前記接続スイッチの接続時間を制御するセル電圧比較・接続時間演算回路を設けたことを特徴とする組電池の電圧検出装置。
組電池の全電池セルの電圧測定時間を初期化し、各電池セルのセル電圧を設定された測定時間で測定し、この測定した各電池セルのセル電圧を比較してセル電圧の最小の電池セルの次回測定時間をＴｍｉｎにセットし、その他の電池セルのセル電圧とセル電圧の最小電池セルのセル電圧の差が閾値以下か否かを判断し、閾値以下の場合はその電池セルの次回測定時間をＴｍｉｎにセットし、閾値以下でない場合はその電池セルの次回測定時間を△Ｔ増加させて測定することを特徴とする組電池の電圧検出装置の制御方法。