特許ウォッチ

公開番号2025069548
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-01
出願番号2023179338
出願日2023-10-18
発明の名称直列二次電池のセルバランス調整方法及びセルバランス調整装置
出願人Mazda Imasen Electric Drive株式会社
代理人弁理士法人前田特許事務所
主分類H02J 7/02 20160101AFI20250423BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】フライングキャパシタACB回路の問題点を解消する。
【解決手段】二次電池3におけるセル2の充電状態を均一化するためのセルバランス調整方法である。互いに隣接している処理対象グループ4の間でセル2の一部を重複して含んだ状態で、二次電池3を構成しているセル2の全てが複数の処理対象グループ4に区分されている。処理対象グループ4の両端部位にキャパシタ8を接続することによってキャパシタ8を充電するキャパシタ充電ステップと、処理対象グループ4に含まれている所定の処理対象セルとキャパシタ8を接続し、その電荷を放電させることによって処理対象セルを充電するキャパシタ放電ステップとを含む。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
複数のセルを直列に接続して構成されている二次電池における前記セルの充電状態を均一化するためのセルバランス調整方法であって、
連続している少なくとも２つ以上の前記セルからなる複数の処理対象グループに、互いに隣接している前記処理対象グループの間で前記セルの一部を重複して含んだ状態で、前記二次電池を構成している前記セルの全てが区分されていて、
前記処理対象グループの両端部位にキャパシタを接続することによって当該キャパシタを充電するキャパシタ充電ステップと、
前記処理対象グループに含まれている所定の処理対象セルと前記キャパシタを接続し、その電荷を放電させることによって前記処理対象セルを充電するキャパシタ放電ステップと、
を含むことを特徴とするセルバランス調整方法。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
請求項１に記載のセルバランス調整方法において、
前記処理対象セルが前記処理対象グループの中で最も電圧の低い低電圧セルであることを特徴とするセルバランス調整方法。
【請求項３】
請求項２に記載のセルバランス調整方法において、
前記処理対象グループは２つの前記セルで構成されており、
前記低電圧セルに相当する一方の低電圧側セルと、他方の高電圧側セルとで、電圧の大小関係が反転するまで、前記キャパシタ充電ステップ及び前記キャパシタ放電ステップを繰り返すことを特徴とするセルバランス調整方法。
【請求項４】
請求項１に記載のセルバランス調整方法において、
前記処理対象グループの各々が含む前記セルの電圧の差が所定値以下になるまで、前記キャパシタ充電ステップ及び前記キャパシタ放電ステップを繰り返すことを特徴とするセルバランス調整方法。
【請求項５】
請求項１に記載のセルバランス調整方法において、
前記二次電池の使用中は、継続して前記キャパシタ充電ステップ及び前記キャパシタ放電ステップを繰り返すことを特徴とするセルバランス調整方法。
【請求項６】
請求項３～５のいずれか１つに記載のセルバランス調整方法において、
前記キャパシタ充電ステップ及び前記キャパシタ放電ステップを１ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下の周期で交互に繰り返すことを特徴とするセルバランス調整方法。
【請求項７】
複数のセルを直列に接続して構成されている二次電池における前記セルの充電状態を均一化するためのセルバランス調整装置であって、
連続している少なくとも２つ以上の前記セルからなる複数の処理対象グループに、互いに隣接している前記処理対象グループの間で前記セルの一部を重複して含んだ状態で、前記二次電池を構成している前記セルの全てが区分されていて、
前記処理対象グループ毎に配置されるとともに、前記セルの各々の正極側及び負極側にスイッチを介して接続されている複数のキャパシタと、
前記セルの各々の電圧を比較可能なセル電圧比較手段と、
前記セル電圧比較手段の検出値に基づいて前記スイッチの各々を制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段が、
前記処理対象グループの各々の両端部位に前記キャパシタを接続することによって当該キャパシタを充電するキャパシタ充電処理と、
前記処理対象グループの各々に含まれている所定の処理対象セルと前記キャパシタを接続し、その電荷を放電させることによって前記処理対象セルを充電するキャパシタ放電処理と、
を実行することを特徴とするセルバランス調整装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
開示する技術は、電気自動車などの駆動用のバッテリに好適なセルバランス調整方法及びセルバランス調整装置に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車や電気自動車などに搭載される高電圧（例えば数１００Ｖ）な駆動用のバッテリは、一般に、電圧が数Ｖのリチウムイオン電池などからなる単電池（セル）を、直列に多数接続することによって構成されている。
【０００３】
バッテリを同じように充電や放電しても、各セルの充電状態は、その固体差によって同じにはならない。すなわち、各セルの電圧には差が生じる。そして、各セルの電圧に差がある状態でバッテリを充電すると、最も電圧の高いセルが満充電（ＳＯＣ１００％）になれば、そのセルの過充電を防止するために、充電を停止する必要がある。このとき、他のセルは満充電に達していないので、バッテリを充電しても、実際に使用できる電力量は、バッテリ本来の電力量よりも大幅に低下することになる。
【０００４】
従って、バッテリ本来の電力量が使用できるように、セルの充電状態を均一化する技術（セルバランスの調整技術）が実用化されている。その技術には、一般にパッシブ方式とアクティブ方式とがある。
【０００５】
パッシブ方式は、各セルの充電状態を同じにするために、最も充電量の少ないセルの充電量（最小充電量）に合わせて、他のセルの充電量を調整する。すなわち、他のセルの最小充電量以上の電力は放電して廃棄することによって最小充電量に調整し、全セルの充電状態を均一化する。パッシブ方式の場合、回路や制御が簡単で低コストで実施できるが、エネルギーロスが多い欠点がある。
【０００６】
それに対し、アクティブ方式は、充電量の多いセルから充電量の少ないセルに電力を移動させる。そうすることによって各セルの充電量を平均的な充電量に調整して全セルの充電状態を均一化する。従って、アクティブ方式の場合、エネルギーロスは少ないが、回路や制御が複雑になり易い。そのため、アクティブ方式は、高コストで大型化する欠点があり、実用化に至っていないのが実情である。
【０００７】
このようなアクティブ方式によってセルバランス調整を行う回路（略してＡＣＢ回路ともいう）は、ハーフブリッジ・インダクター方式やトランス方式など、様々なタイプが提案されている。その中でも、回路から分離可能なキャパシタ（フライングキャパシタ）を用いたＡＣＢ回路（フライングキャパシタＡＣＢ回路）は、コストやサイズの欠点が少なく、制御も比較的容易な点で優れている。
【０００８】
その一方で、フライングキャパシタＡＣＢ回路には、均一化処理に時間がかかるという問題がある。すなわち、フライングキャパシタＡＣＢ回路では、充電量の多いセルからその電力をフライングキャパシタに充電した後、フライングキャパシタの電力を充電量の少ないセルに充電する。そうすることによって各セルの充電状態を均一化していく。
【０００９】
このようなキャパシタを介した電力の移動は、各セルの充電状態の均一化が進んで各セルの電圧差が小さくなると、それに伴ってキャパシタに流れる電流も小さくなるので、電圧が収束するまでの時間が非常に長くなる。それにより、均一化処理に時間がかかる。
【００１０】
このようなフライングキャパシタＡＣＢ回路の問題点を解消するための技術も提案されている。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許