專利名稱：電池組和電池組的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由多個(gè)二次電池單體(cell，也稱“單電池”或“單體電池，，)構(gòu)成的電池組及其控制裝置。
背景技術(shù)：
作為在電動(dòng)汽車(chē)用、鐵路用、電力系統(tǒng)蓄電系統(tǒng)用等必需大容量的二次電池系統(tǒng)中使用的電池組，迄今已知在專利文獻(xiàn)I中公開(kāi)的那樣的電池組。該電池組通過(guò)把多個(gè)二次電池單體串聯(lián)連接而構(gòu)成串聯(lián)單電池群，并進(jìn)而把多個(gè)該串聯(lián)單電池群并聯(lián)連接而構(gòu)成。另一方面，在專利文獻(xiàn)2中公開(kāi)了，在把由多個(gè)二次電池單體并聯(lián)連接而構(gòu)成的并聯(lián)塊以多個(gè)塊串聯(lián)連接而得到的電池組中，檢測(cè)充放電前后的各并聯(lián)塊的電壓變化量， 基于其檢測(cè)結(jié)果判斷有沒(méi)有異常單電池。<專利文獻(xiàn)1>日本特開(kāi)2004-312863號(hào)公報(bào)<專利文獻(xiàn)2>日本專利第4019815號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
(發(fā)明要解決的問(wèn)題)在像上述那樣的現(xiàn)有的電池組中，在對(duì)整個(gè)電池組進(jìn)行充放電的期間，難以準(zhǔn)確地診斷各單電池群的劣化度和故障。即，為了以單電池群為單位準(zhǔn)確地診斷劣化度和故障，必須切斷該單電池群的充放電電流，但是在專利文獻(xiàn)I中公開(kāi)的電池組中，由于把多個(gè)二次電池單體串聯(lián)連接而構(gòu)成一個(gè)串聯(lián)單電池群，所以如果對(duì)該單電池群切斷充放電電流，則整個(gè)電池組的充放電能力會(huì)大幅度降低。另外，在專利文獻(xiàn)2中公開(kāi)的電池組中，由于把與單電池群相當(dāng)?shù)母鞑⒙?lián)塊串聯(lián)連接，所以不能以單電池群為單位切斷充放電電流。因此，在對(duì)整個(gè)電池組進(jìn)行充放電的期間，不能準(zhǔn)確地診斷各單電池群的劣化度和故障。本發(fā)明正是鑒于上述情況而提出的，其目的在于提供能夠?qū)φ麄€(gè)電池組進(jìn)行充放電、且能夠診斷各電池組件的劣化度和故障的電池組。(用來(lái)解決問(wèn)題的手段)根據(jù)本發(fā)明的第I方式的電池組,包括相互并聯(lián)連接的多個(gè)電池組件,每個(gè)電池組件具有由一個(gè)或兩個(gè)以上的二次電池單體串聯(lián)連接得到的單電池群、和與該單電池群串聯(lián)連接的第一電流控制元件；控制每個(gè)電池組件具有的第一電流控制元件的動(dòng)作，針對(duì)每個(gè)電池組件控制充放電電流的第一控制單元；測(cè)定每個(gè)電池組件具有的單電池群或各單電池的電壓的電壓測(cè)定單元；以及基于由電壓測(cè)定單元測(cè)定的單電池群或各單電池的電壓，診斷各電池組件的劣化度或故障的診斷單元。根據(jù)本發(fā)明的第2方式，在第I方式的電池組中，診斷單元，可以基于在第一控制單元使第一電流控制元件導(dǎo)通而通過(guò)了充放電電流時(shí)由電壓測(cè)定單元測(cè)得的單電池群或各單電池的電壓、和在第一控制單元使第一電流控制元件截止而切斷了充放電電流時(shí)由電壓測(cè)定單元測(cè)得的單電池群或各單電池的電壓，計(jì)算出各電池組件的直流內(nèi)部電阻值，基于其計(jì)算結(jié)果診斷各電池組件的劣化度。根據(jù)本發(fā)明的第3方式，在第2方式的電池組中，優(yōu)選地，第一控制單元從多個(gè)電池組件中選擇一部分電池組件，在使除被選擇的電池組件以外的各電池組件中通過(guò)了充放電電流的狀態(tài)下，使被選擇的電池組件中通過(guò)和切斷充放電電流；診斷單元針對(duì)由第一控制單元選擇的電池組件，診斷劣化度。根據(jù)本發(fā)明的第4方式，在第2或第3方式的電池組中，診斷單元可以基于由第一控制單元導(dǎo)通了的第一電流控制元件的兩端電壓計(jì)算出充放電電流，用其計(jì)算結(jié)果計(jì)算出各電池組件的直流內(nèi)部電阻值。根據(jù)本發(fā)明的第5方式，在第I方式的電池組中，每個(gè)電池組件還具有分別與單電池群并聯(lián)連接的強(qiáng)制放電用的第二電流控制元件和放電用電阻，電池組還具有控制每個(gè)電池組件具有的第二電流控制元件的動(dòng)作的第二控制單元；診斷單元可以基于在第一控 制單元使第一電流控制元件截止而切斷了充放電電流的狀態(tài)下，在第二控制單元使第二電流控制元件截止時(shí)由電壓測(cè)定單元測(cè)得的單電池群或各單電池的開(kāi)路電壓、在第二控制單元使第二電流控制元件導(dǎo)通了時(shí)由電壓測(cè)定單元測(cè)得的單電池群的負(fù)載時(shí)電壓、和放電用電阻的電阻值，計(jì)算出各電池組件的直流內(nèi)部電阻值，基于其計(jì)算結(jié)果診斷各電池組件的劣化度。根據(jù)本發(fā)明的第6方式，在第I飛方式中任一方式的電池組中，第一控制單元也可以基于由診斷單元得到的劣化度的診斷結(jié)果，調(diào)整各電池組件間的充放電電流。根據(jù)本發(fā)明的第7方式，在第I方式的電池組中，診斷單元可以基于在第一控制單元使全部的第一電流控制元件截止而切斷了充放電電流由電壓測(cè)定單元多次測(cè)得的單電池群或各單電池的電壓，計(jì)算出各電池組件的開(kāi)路電壓的下降量，基于其計(jì)算結(jié)果診斷各電池組件的故障。根據(jù)本發(fā)明的第8方式，在第廣7方式中任一方式的電池組中，優(yōu)選地，第一控制單元針對(duì)由診斷單元診斷的劣化度為預(yù)定閾值以上的電池組件或由診斷單元診斷為故障的電池組件，使第一電流控制元件截止，從充放電對(duì)象切離。根據(jù)本發(fā)明的第9方式，第8方式的電池組還包括與多個(gè)電池組件并聯(lián)連接且具有單電池群和第一電流控制元件的預(yù)備電池組件。在該電池組中，優(yōu)選地，第一控制單元通過(guò)使預(yù)備電池組件中的第一電流控制元件導(dǎo)通，取代從充放電對(duì)象切離的電池組件而把預(yù)備電池組件并入充放電對(duì)象。根據(jù)本發(fā)明的第10方式，在第I、方式中任一方式的電池組中，第一控制單元可以分別控制各電池組件中的第一電流控制元件，使各電池組件間的充放電電流均勻化。根據(jù)本發(fā)明的第11方式，在第10方式的電池組中，優(yōu)選地，第一控制單元用PWM控制，分別控制使各電池組件中的第一電流控制元件接通的時(shí)間的比例。根據(jù)本發(fā)明的第12方式，在第f 11方式中任一方式的電池組中，優(yōu)選地，第一電流控制元件用具有恒流特性的MOSFET構(gòu)成，利用恒流特性限制電池組件中的充放電電流。根據(jù)本發(fā)明的第13方式的電池組的控制裝置，該電池組包括相互并聯(lián)連接的多個(gè)電池組件,每個(gè)電池組件具有由一個(gè)或兩個(gè)以上的二次電池單體串聯(lián)連接得到的單電池群、和與該單電池群串聯(lián)連接的第一電流控制元件，該控制裝置包括控制每個(gè)電池組件具有的第一電流控制元件的動(dòng)作，針對(duì)每個(gè)電池組件控制充放電電流的第一控制單元；測(cè)定每個(gè)電池組件具有的單電池群或各單電池的電壓的電壓測(cè)定單元；以及基于由電壓測(cè)定單元測(cè)定的單電池群或各單電池的電壓，診斷各電池組件的劣化度或故障的診斷單元。根據(jù)本發(fā)明的第14方式，在第13方式的的電池組的控制裝置中，診斷單元可以基于在第一控制單元使第一電流控制元件導(dǎo)通而通過(guò)了充放電電流時(shí)由電壓測(cè)定單元測(cè)得的單電池群或各單電池的電壓、和在第一控制單元使第一電流控制元件截止而切斷了充放電電流時(shí)由電壓測(cè)定單元測(cè)得的單電池群或各單電池的電壓，計(jì)算出各電池組件的直流內(nèi)部電阻值，基于其計(jì)算結(jié)果診斷各電池組件的劣化度。根據(jù)本發(fā)明的第15方式，在第13方式的電池組的控制裝置中，每個(gè)電池組件還具有分別與單電池群并聯(lián)連接的強(qiáng)制放電用的第二電流控制元件和放電用電阻，控制裝置還具有控制每個(gè)電池組件具有的第二電流控制元件的動(dòng)作的第二控制單元；診斷單元可以基于在第一控制單元使第一電流控制元件截止而切斷了充放電電流的狀態(tài)下，在第二控制單元使第二電流控制元件截止時(shí)由電壓測(cè)定單元測(cè)得的單電池群或各單電池的開(kāi)路電 壓、在第二控制單元使第二電流控制元件導(dǎo)通了時(shí)由電壓測(cè)定單元測(cè)得的單電池群的負(fù)載時(shí)電壓、和放電用電阻的電阻值，計(jì)算出各電池組件的直流內(nèi)部電阻值，基于其計(jì)算結(jié)果診斷各電池組件的劣化度。根據(jù)本發(fā)明的第16方式，在第13方式的電池組的控制裝置中，診斷單元可以基于在第一控制單元使第一電流控制元件截止而切斷了充放電電流時(shí)由電壓測(cè)定單元多次測(cè)得的單電池群或各單電池的電壓，計(jì)算出各電池組件的開(kāi)路電壓的下降量，基于其計(jì)算結(jié)果診斷各電池組件的故障。(發(fā)明的效果)根據(jù)本發(fā)明，能夠在對(duì)整個(gè)電池組進(jìn)行充放電的同時(shí)診斷各電池組件的劣化度和故障。


圖I是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式I的電池組中的劣化診斷時(shí)的布線關(guān)系的布線圖。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式I的電池組中的切離不良電池組件和連接預(yù)備電池組件時(shí)的布線關(guān)系的布線圖。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式2的電池組中的劣化診斷時(shí)的布線關(guān)系的布線圖。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式3的電池組中的故障診斷時(shí)的布線關(guān)系的布線圖。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式4的電池組中的布線關(guān)系的布線圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式I的電池組中，單電池群的構(gòu)成單位是3個(gè)單電池時(shí)的布線圖。圖7是示出二次電池單體的SoH與DCR的關(guān)系的圖。圖8是用來(lái)說(shuō)明在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式I的電池組中進(jìn)行劣化診斷時(shí)的診斷對(duì)象的單電池群的電池電壓與充放電電流的隨時(shí)間的變化的圖。
圖9是示出二次電池單體的SoC與OCV的關(guān)系的圖。圖10是示出正常單電池和故障單電池中的電流切斷后的電池電壓的變化例的圖。圖11是示出把OCV不同的單電池并聯(lián)連接時(shí)在各單電池上流動(dòng)的相互電流的變化的圖。圖12是示出MOSFET的電流電壓特性的圖。圖13是示出一般結(jié)構(gòu)的N型功率MOSFET的剖面結(jié)構(gòu)的圖。 圖14是示出N型的轉(zhuǎn)換MOSFET (transfer MOSFET)的剖面結(jié)構(gòu)的圖。圖15是示出對(duì)稱結(jié)構(gòu)的N型轉(zhuǎn)換MOSFET的剖面結(jié)構(gòu)的圖。
具體實(shí)施例方式下面，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的電池組和電池組的控制裝置。根據(jù)本發(fā)明的電池組，在電動(dòng)汽車(chē)用、鐵路用、電力系統(tǒng)蓄電系統(tǒng)用等必需大容量的二次電池系統(tǒng)中使用。作為這樣的在大容量的二次電池系統(tǒng)中使用的電池，鋰離子電池因其能量密度、充放電效率等高而是合適的。鋰離子電池近年來(lái)隨著其性能的進(jìn)步而在各領(lǐng)域被廣泛使用。鋰離子電池由于其能量密度高、內(nèi)部電阻低，可能會(huì)在發(fā)生劣化或故障時(shí)，在將它放置后繼續(xù)充放電時(shí)引起異常發(fā)熱等。因此，確保安全性和可靠性是面臨的課題。在現(xiàn)有的串聯(lián)型電池系統(tǒng)中，像例如專利文獻(xiàn)I中所公開(kāi)的那樣，也有把被判斷為發(fā)生劣化或故障的串聯(lián)單電池群切離等來(lái)確保安全性和可靠性的情況。但是在該電池系統(tǒng)的構(gòu)成中，由于在單電池群內(nèi)即使只有一個(gè)單電池發(fā)生了劣化或故障，包含其它的多個(gè)正常單電池的單電池群整體就被切離而不能使用，所以存在整個(gè)二次電池系統(tǒng)的容量降低會(huì)加劇的問(wèn)題。另外，在串聯(lián)型電池系統(tǒng)中，在對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行充放電的期間，難以進(jìn)行單電池的診斷，尤其是伴隨著單電池的開(kāi)路電壓的測(cè)定進(jìn)行診斷。即，串聯(lián)單電池群的并聯(lián)數(shù)目有限，即使為了對(duì)它們中的一個(gè)串聯(lián)單電池群測(cè)定開(kāi)路電壓而切斷充放電電流，也會(huì)存在整個(gè)系統(tǒng)的充放電能力以與該部分相應(yīng)的量大幅度減少的問(wèn)題。為了解決像上述那樣的問(wèn)題，考慮了把單電池群的構(gòu)成數(shù)目降低到數(shù)個(gè)以下，把它們以多個(gè)并聯(lián)連接的方法。如果是這樣的構(gòu)成，即使切離不良的單電池，也可以使整個(gè)系統(tǒng)的容量降低為最小。另外，即使在對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行充放電的期間進(jìn)行單電池的診斷，也可以使整個(gè)系統(tǒng)的充放電能力的降低為最小。但是，如果把單電池群并聯(lián)連接，則各單電池群的電池電壓顯然成為一致，無(wú)法測(cè)定單個(gè)的電池電壓，無(wú)法實(shí)施診斷，所以迄今沒(méi)有采用。本發(fā)明正是鑒于上述情況而提出的。其目的在于以盡可能小的單位診斷單電池的劣化和故障。另外，提供通過(guò)進(jìn)行不良單電池的切離、預(yù)備單電池的并入來(lái)長(zhǎng)期地確保整個(gè)電池組的安全性和可靠性的方案。在本發(fā)明中，通過(guò)控制針對(duì)每個(gè)單電池群設(shè)置的開(kāi)關(guān)，克服像上述那樣的問(wèn)題，可以通過(guò)測(cè)定單個(gè)的電池電壓進(jìn)行高精度的診斷，且可以進(jìn)行精細(xì)的不良單電池的切離、預(yù)備單電池的并入。具體地，像圖I所示的那樣，在由一個(gè)單電池或少數(shù)幾個(gè)單電池串聯(lián)連接得到的單電池群211、221和231上，分別串聯(lián)連接第一電流控制元件212、222和232，成為以它為最小構(gòu)成單位的電池組件21、22和23。通過(guò)把該電池組件21、22和23以多個(gè)并聯(lián)連接，用控制電路I控制它們，構(gòu)建大容量的電池模塊3。通過(guò)用第一電流控制元件212、222和232對(duì)每個(gè)該電池組件21、22和23進(jìn)行充放電電流的切斷和控制，針對(duì)每個(gè)電池組件21、22和23單獨(dú)地診斷單電池的劣化。另外，像圖2所示的那樣，通過(guò)從主系統(tǒng)切離單電池發(fā)生了劣化或故障的電池組件23，并進(jìn)行另行設(shè)置的預(yù)備電池組件24的并入，確保整個(gè)電池模塊3的長(zhǎng)期的安全性和
可靠性。另外，像圖3所示的那樣，在圖I的構(gòu)成的基礎(chǔ)上，分別與單電池群211、221和231并聯(lián)地連接第二電流控制元件215、225和235以及放電用電阻216、226和236。通過(guò)經(jīng)由放電用電阻216、226和236使單電池群211、221和231分別強(qiáng)制地放電，可以針對(duì)每個(gè)電池組件21、22和23單獨(dú)地診斷單電池的劣化和故障。另外，像圖4所示的那樣，在使第一電流控制元件212、222和232分別成為OFF(截·止)的狀態(tài)下，分別測(cè)定單電池群211、221和231的電壓，觀察其隨時(shí)間的變化。由此，可以診斷因各單電池內(nèi)部的微小短路造成的故障。另外，像圖5所示的那樣，在第一電流控制元件212、222和232的控制中使用PWM(脈寬調(diào)制)信號(hào)。由此，可以分別在電池組件21、22和23上流過(guò)均等的電流，或者根據(jù)單電池群211、221和231的劣化度分配電池組件21、22和23的電流。另外，第一電流控制元件212、222和232分別使用MOSFET (金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管)，利用其恒流特性。由此可以限制過(guò)電流。尤其是，在再次連接已切斷了電流的電池組件21、22和23時(shí)，可以限制電池組件21、22和23相互的過(guò)渡電流。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)像上述那樣構(gòu)成電池組，可以在單電池發(fā)生劣化或故障時(shí)，以小的單位(一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)單電池)進(jìn)行單電池的切離、預(yù)備單電池的并入。因此，可以減少正常但白白使用的單電池的個(gè)數(shù)，可以既確保安全性和可靠性又提高成本效率。另外，對(duì)每個(gè)電池組件21、22和23設(shè)置第一電流控制元件212、222和232，可以針對(duì)電池組件21、22和23的每一個(gè)進(jìn)行充放電電流的切斷和控制。由此，可以在對(duì)整個(gè)電池模塊3進(jìn)行充放電時(shí)，在繼續(xù)其充放電的同時(shí)，伴隨著開(kāi)路電壓的測(cè)定對(duì)一部分電池組件進(jìn)行診斷。另外，通過(guò)檢測(cè)包含開(kāi)路電壓的單電池的基本物理性質(zhì)，可以更準(zhǔn)確地進(jìn)行劣化診斷和診斷故障。另外，通過(guò)單獨(dú)地控制或限制各電池組件的充放電電流，可以抑制單電池的劣化，
使壽命最大化。根據(jù)本發(fā)明的電池組及其控制裝置可以實(shí)現(xiàn)像以上說(shuō)明的那樣的各種作用效果。下面，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的電池組及其控制裝置的實(shí)施方式。(實(shí)施方式I)下面，參照?qǐng)DI和圖2說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的電池組及其控制裝置的實(shí)施方式I。圖I是示出作為根據(jù)本實(shí)施方式的電池組的電池模塊3中的布線關(guān)系的布線圖。像圖I所示的那樣，電池模塊3由控制電路I、多個(gè)電池組件21、22和23以及預(yù)備電池組件24構(gòu)成。電池組件21、22和23與預(yù)備電池組件24相互并聯(lián)連接。電池組件21、22和23和預(yù)備電池組件24的兩端端子分別與電池模塊3的并聯(lián)連接布線31和32連接。
控制電路I由運(yùn)算部10、信號(hào)產(chǎn)生電路11、信號(hào)分配電路12、電壓測(cè)定電路13和電壓測(cè)定電路14以及切換電路15構(gòu)成。電池組件21、22和23分別由單電池群211、221和231和第一電流控制元件212、222和232構(gòu)成，單電池群211、221和231由一個(gè)二次電池單體或兩個(gè)以上的少數(shù)幾個(gè)二次電池單體串聯(lián)連接得到。預(yù)備電池組件24也同樣地，由單電池群241和第一電流控制元件242構(gòu)成，單電池群241由一個(gè)二次電池單體或兩個(gè)以上的少數(shù)幾個(gè)二次電池單體串聯(lián)連接得到。運(yùn)算部10基于電壓測(cè)定電路13、14的各測(cè)定結(jié)果分別診斷電池組件21、22和23的劣化度。具體診斷方法在后面說(shuō)明。信號(hào)產(chǎn)生電路11產(chǎn)生用來(lái)分別控制第一電流控制元件212、222和232的動(dòng)作的信號(hào)，向信號(hào)分配電路12輸出。信號(hào)分配電路12把來(lái)自信號(hào)產(chǎn)生電路11的信號(hào)經(jīng)由布線214,224和234分別分配并輸出給第一電流控制元件212、222和232的控制輸入端子。通過(guò)這樣的信號(hào)產(chǎn)生電路11和信號(hào)分配電路12的動(dòng)作，分別控制電池組件21、22和23中的每個(gè)電池組件具有的第一電流控制元件212、222和232的動(dòng)作，由此針對(duì)每個(gè)電池組件21、 22和23進(jìn)行充放電電流的控制。電壓測(cè)定電路13分別測(cè)定電池組件21、22和23中的每個(gè)電池組件具有的單電池群211、221和231的單電池電壓。而電壓測(cè)定電路14分別測(cè)定電池組件21、22和23中的每個(gè)電池組件具有的第一電流控制元件212、222和232的兩端電壓。電壓測(cè)定電路13、14的各測(cè)定結(jié)果被分別向運(yùn)算部10輸出，用于電池組件21、22和23的劣化度診斷。電壓測(cè)定電路13和14的一個(gè)端子分別與切換電路15連接，另一個(gè)端子分別布線到整個(gè)電池模塊3共用的并聯(lián)連接布線32、31。切換電路15是用來(lái)在電池組件21、22和23之間切換電壓測(cè)定電路13和14的電壓測(cè)定對(duì)象的電路，與布線213、223和233連接，該布線213、223和233分別連接在單電池群211、221和231和第一電流控制元件212、222和232之間。電壓測(cè)定電路13根據(jù)切換電路15的切換動(dòng)作，通過(guò)布線213、223和233分別測(cè)定單電池群211、221和231的單電池電壓。而電壓測(cè)定電路14根據(jù)切換電路15的切換動(dòng)作，通過(guò)布線213、223和233分別測(cè)定第一電流控制元件212、222和232的兩端電壓。單電池群211、221和231中使用的二次電池單體采用鋰離子電池等。例如，可以采用制造時(shí)的生產(chǎn)率高、從批量生產(chǎn)效果上看可以抑制每單位容量的價(jià)格的容量比較小(O. 5^50Ah左右)的鋰離子電池等。作為這樣的小容量的鋰離子電池，已知有18650尺寸等的電池。第一電流控制元件212、222和232分別與單電池群211、221和231串聯(lián)連接。第一電流控制元件212、222和232的0N/0FF (通斷)動(dòng)作像上述那樣由信號(hào)產(chǎn)生電路11和信號(hào)分配電路12的動(dòng)作進(jìn)行控制。第一電流控制元件212、222和232可以采用例如反向連接型M0SFET。反向連接型MOSFET是把兩個(gè)MOSFET串聯(lián)連接，把其漏極或源極相互連接而可以控制雙向的電流的M0SFET。另外，在圖I中，把構(gòu)成單電池群211、221、231和241的二次電池單體的個(gè)數(shù)分別作為I個(gè)來(lái)展示，但也可以把少數(shù)的幾個(gè)二次電池單體串聯(lián)連接來(lái)構(gòu)成單電池群211、221、231和241。例如，像圖6的布線圖所示的那樣，可以把3個(gè)二次電池單體串聯(lián)連接來(lái)構(gòu)成單電池群211、221、231和241。另外，在這樣地用多個(gè)二次電池單體構(gòu)成單電池群時(shí)，也可以設(shè)置切換電路215、225、235、245，測(cè)定構(gòu)成單電池群的各二次電池單體的電壓。此時(shí)，具有隨著電路和布線的增加，可以以更精細(xì)的尺度進(jìn)行電池診斷的優(yōu)點(diǎn)。下面說(shuō)明根據(jù)本實(shí)施方式的電池組的充放電時(shí)的動(dòng)作。在通常的充放電時(shí)，信號(hào)產(chǎn)生電路11通過(guò)信號(hào)分配電路12向電池組件21、22和23分別輸出用來(lái)使第一電流控制元件212、222和232變成導(dǎo)通(ON)狀態(tài)的信號(hào)。另外，預(yù)備電池組件24的第一電流控制元件242 —直是截止(OFF)。在該狀態(tài)下，在除了預(yù)備電池組件24之外的電池組件21、22和23中的全部電池組件中，單電池群211、221和231可以分別進(jìn)行充放電。因此，作為整個(gè)電池模塊3可以得到最大的充放電輸出。下面說(shuō)明根據(jù)本實(shí)施方式的電池組的單電池的劣化診斷的原理?？梢酝ㄟ^(guò)測(cè)定各單電池的直流內(nèi)部電阻值(以下稱為DCR)進(jìn)行單電池的劣化診斷。二次電池單體的劣化(容量下降)的程度可以用稱為SoH (健康狀態(tài))的值來(lái)表示。SoH是以新產(chǎn)品時(shí)的單電池容量為基準(zhǔn)，用百分率表示現(xiàn)在的單電池容量的大小得到的值，如果單電池劣化SoH就會(huì)下降。一般地，已知單電池的SoH與DCR之間存在像圖7所示的那樣的關(guān)系。從圖7可 見(jiàn)，通過(guò)測(cè)定單電池的DCR可以推測(cè)單電池的劣化程度。基于在單電池中流動(dòng)充放電電流的狀態(tài)和切斷而不流動(dòng)充放電電流的開(kāi)路狀態(tài)下分別測(cè)定的單電池電壓的差，求出單電池的DCR。具體地，如果在單電池中流動(dòng)充放電電流Il的狀態(tài)下的單電池電壓為VI，在單電池中不流動(dòng)充放電電流的狀態(tài)下的單電池電壓為V2，則可以從以下的式I計(jì)算出DCR。DCR= (V2-VD/I1 (式 I)下面，說(shuō)明單電池的劣化診斷時(shí)的動(dòng)作。以下說(shuō)明在電池組件21、22和23中，用信號(hào)產(chǎn)生電路11和信號(hào)分配電路12選擇電池組件22作為診斷對(duì)象，診斷電池組件22的單電池群221時(shí)的情形。此時(shí)，在除電池組件22以外的各電池組件21、23中通過(guò)了充放電電流的狀態(tài)下，利用信號(hào)產(chǎn)生電路11和信號(hào)分配電路12使電池組件22的第一電流控制元件222成為導(dǎo)通(ON)狀態(tài)和截止(OFF)狀態(tài)。其結(jié)果，在電池組件22中通過(guò)和切斷充放電電流。圖8是用來(lái)說(shuō)明在根據(jù)本實(shí)施方式的電池組中進(jìn)行劣化診斷時(shí)的單電池群221中的單電池電壓與充放電電流的隨時(shí)間的變化的圖。另外，像上述那樣，在本實(shí)施方式中，單電池電壓的測(cè)定使用電壓測(cè)定電路13，電流的切斷使用第一電流控制元件222。在診斷開(kāi)始前，由于第一電流控制元件222是導(dǎo)通(ON)狀態(tài)，所以在單電池群221中流動(dòng)充放電電流。此時(shí)測(cè)定單電池群221的電壓和充放電電流。測(cè)定結(jié)果的例子分別示于圖8的Il和VI。另外，可以用電壓測(cè)定電路13測(cè)定單電池群221的電壓。另一方面，可以利用電壓測(cè)定電路14測(cè)定第一電流控制元件222為導(dǎo)通(ON)狀態(tài)時(shí)的電壓下降量即兩端電壓，基于該測(cè)定結(jié)果由運(yùn)算部10計(jì)算出充放電電流?；蛘撸部梢栽O(shè)置用來(lái)測(cè)定充放電電流的電流傳感器(未圖示)，使用其測(cè)定值。測(cè)定流過(guò)單電池群221的充放電電流和此時(shí)的單電池電壓，然后從信號(hào)產(chǎn)生電路11通過(guò)信號(hào)分配電路12輸出信號(hào)，把第一電流控制元件222從導(dǎo)通(ON)狀態(tài)切換成截止(OFF)狀態(tài)。然后，經(jīng)過(guò)預(yù)定時(shí)間后單電池群221的電壓趨于穩(wěn)定，然后用電壓測(cè)定電路13測(cè)定該電壓。測(cè)定結(jié)果的例子分別示于圖8的V2。像以上說(shuō)明的那樣，測(cè)定通過(guò)了充放電電流時(shí)的單電池電壓Vl和充放電電流II、以及切斷充放電電流時(shí)的單電池電壓V2，則能夠基于這些測(cè)定結(jié)果在運(yùn)算部10中用式I計(jì)算出單電池群221的DCR。為了在運(yùn)算部10中診斷單電池群221的劣化度而使用計(jì)算出的DCR0另外，在測(cè)定了單電池電壓V2后，通過(guò)使第一電流控制元件222成為導(dǎo)通(ON)狀態(tài)，再次開(kāi)始充放電，結(jié)束劣化診斷。在上述的說(shuō)明中描述了以電池組件22為診斷對(duì)象時(shí)的動(dòng)作，但在診斷其它電池組件21、23時(shí)也是一樣的。即，在以電池組件21為診斷對(duì)象時(shí)，測(cè)定在單電池群211中流動(dòng)的充放電電流Il和此時(shí)的電壓VI，然后把第一電流控制元件212從導(dǎo)通(ON)狀態(tài)切換成截止(OFF)狀態(tài)，測(cè)定切斷充放電電流時(shí)的單電池電壓V2。基于這些測(cè)定結(jié)果計(jì)算出單電池群211的DCR，進(jìn)行劣化診斷。而在以電池組件23為診斷對(duì)象時(shí)，測(cè)定在單電池群231中流動(dòng)的充放電電流Il和此時(shí)的電壓VI，然后把第一電流控制元件232從導(dǎo)通(ON)狀態(tài)切換成截止(OFF)狀態(tài)，測(cè)定切斷充放電電流時(shí)的單電池電壓V2?；谶@些測(cè)定結(jié)果計(jì)算出單電池群231的DCR，進(jìn)行劣化診斷。另外，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的順序等進(jìn)行針對(duì)電池組件21、22和23中的各個(gè)電池組件的 劣化診斷處理。即，通過(guò)用信號(hào)產(chǎn)生電路11和信號(hào)分配電路12控制第一電流控制元件212、222和232的動(dòng)作，把切斷電流的電池組件即第一電流控制元件成為截止(OFF)狀態(tài)的電池組件限定成全部電池組件的一部分，對(duì)該電池組件進(jìn)行劣化診斷。在劣化診斷結(jié)束后，切換切斷電流的電池組件。這樣，通過(guò)依次對(duì)各電池組件進(jìn)行劣化診斷，可以在無(wú)須大幅度降低整個(gè)電池模塊3的充放電能力的情況下進(jìn)行充放電，同時(shí)進(jìn)行各電池組件的劣化診斷。下面，說(shuō)明針對(duì)進(jìn)行像上述那樣的劣化診斷的結(jié)果為判斷為劣化到了一定程度以上的電池組件的處理。圖2是示出根據(jù)本實(shí)施方式的電池組中的切離電池組件和連接預(yù)備電池組件時(shí)的布線關(guān)系的布線圖。在以下的說(shuō)明中，考慮在圖I所示的構(gòu)成中，把電池組件23判斷為劣化到了一定程度以上時(shí)的情形。在通過(guò)像上述那樣的劣化診斷，電池組件23的單電池群231的SoH為預(yù)定的閾值以下時(shí)，即針對(duì)單電池群231計(jì)算出的DCR為預(yù)定值以上時(shí)，把單電池群231判斷為劣化程度大的不良單電池。此時(shí)，采取用信號(hào)產(chǎn)生電路11和信號(hào)分配電路12把發(fā)給第一電流控制元件232的信號(hào)固定在截止(OFF)狀態(tài)的措施。其結(jié)果，把電池組件23從充放電對(duì)象切離，從電池模塊3的主系統(tǒng)去除。通過(guò)該動(dòng)作可以防止單電池群231的劣化發(fā)展到該程度以上而進(jìn)入異常發(fā)熱等的危險(xiǎn)狀態(tài)。如果像上述那樣進(jìn)行發(fā)生了劣化的電池組件23的切離，則整個(gè)電池模塊3的充放電容量會(huì)降低一些。于是在本實(shí)施方式中，為了彌補(bǔ)它，并入預(yù)備電池組件24作為充放電對(duì)象以取代被切離了的電池組件23。通過(guò)像圖2所示的那樣，在把電池組件23的第一電流控制元件232固定在截止(OFF)狀態(tài)后，經(jīng)由布線244向到那時(shí)為止一直被固定在截止(OFF)狀態(tài)的預(yù)備電池組件24的第一電流控制元件242輸出信號(hào)，使它變成導(dǎo)通(ON)狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)該動(dòng)作，另外，在組裝了預(yù)備電池組件24時(shí)，預(yù)備電池組件24中的單電池群241的電壓測(cè)定和第一電流控制元件242的兩端電壓的測(cè)定，可以經(jīng)由布線243分別由電壓測(cè)定電路13和電壓測(cè)定電路14進(jìn)行?；谶@些測(cè)定結(jié)果，可以對(duì)預(yù)備電池組件24也進(jìn)行與其它電池模塊相同的劣化診斷。在例如串聯(lián)連接多個(gè)電池模塊3，使各電池模塊3的容量保持恒定時(shí)等情形下，像以上說(shuō)明的那樣的預(yù)備電池組件24的并入尤其有效?；蛘撸部梢詾榱讼到y(tǒng)的簡(jiǎn)化而省略預(yù)備電池組件24的并入，在檢測(cè)到不良電池組件時(shí)只進(jìn)行切離，成為整個(gè)電池模塊3的充放電容量逐漸減少的構(gòu)成。此時(shí)也可以獲得通過(guò)不良電池組件的切離而確保長(zhǎng)期的安全性和可靠性的效果。另外，在本實(shí)施方式中，為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，使電池模塊3中包含的電池組件的數(shù)目為3個(gè)，預(yù)備電池組件為I個(gè)，但電池組件的數(shù)目不限于此。例如，包含預(yù)備電池組件在內(nèi)的電池組件的數(shù)目也可以為幾十個(gè)、幾百個(gè)。電池組件的數(shù)目越多，越能夠提高預(yù)備電池組件的并入造成的延長(zhǎng)壽命的效果。另外，在本實(shí)施方式中，說(shuō)明了第一電流控制元件212、222、232和242使用反向連接型MOSFET的例子，但也可以使用其它種類的電流控制元件，即使采用以反向連接型以外的方法實(shí)施了反流防止對(duì)策的MOSFET、雙極晶體管、IGBT (絕緣柵雙極晶體管)、各種繼電器等，也可以實(shí)現(xiàn)與以上說(shuō)明的同樣的作用效果。用圖13、14、15說(shuō)明采用以反向連接型以外的方法實(shí)施了反流防止對(duì)策的MOSFET 的例子。首先，圖13示出一般廣泛使用的N型功率MOSFET的剖面結(jié)構(gòu)。通過(guò)加工半導(dǎo)體晶片91而制作該元件，向元件的外部引出源極端子922、柵極端子923、漏極端子924，晶片內(nèi)的P型阱區(qū)912與源極端子922連接。通過(guò)使P型阱區(qū)與源極端子連接，P型阱區(qū)不會(huì)成為浮置電位，可以穩(wěn)定地工作，但副作用是在源極端子與漏極端子之間形成PN結(jié)造成的寄生二極管931，所以在源極端子比漏極端子電壓高時(shí)該寄生二極管會(huì)導(dǎo)通，不能進(jìn)行電流的控制。由于在控制電池組件的充放電電流時(shí)必須控制雙向的電流，所以在作為電流控制元件使用該元件時(shí)必須把兩個(gè)MOSFET的源極端子彼此之間或漏極端子彼此之間連接(反向連接M0SFET)，使得二者的寄生二極管不會(huì)同時(shí)成為導(dǎo)通(ON)狀態(tài)，存在成本為兩倍、導(dǎo)通電阻也為兩倍的問(wèn)題。另一方面，圖14示出稱為轉(zhuǎn)換MOSFET的MOSFET的剖面結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)換MOSFET的基本結(jié)構(gòu)與一般的MOSFET相同，但不同之處在于不進(jìn)行P型阱區(qū)與源極端子的連接地引出P型阱區(qū)專用的端子的結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中與一般的MOSFET同樣地形成寄生二極管932和933，但只要在元件的外部把P型阱端子連接到比源極端子、漏極端子中的某一個(gè)端子低的電位，寄生二極管932和933就不導(dǎo)通。因此，如果采用該轉(zhuǎn)換M0SFET，則用一個(gè)元件就可以控制雙向的電流，可以降低成本和導(dǎo)通電阻。另外，作為該轉(zhuǎn)換MOSFET的其它結(jié)構(gòu)，還考慮了像圖15所示的那樣，追加一處n+區(qū)，從它引出漏極端子，成為源極端子與漏極端子對(duì)稱的構(gòu)成的例子。在本構(gòu)成中，與圖14的例子同樣地，可以控制雙向的電流，且具有可以把其電流電壓特性作為對(duì)象的優(yōu)點(diǎn)。以上構(gòu)成是針對(duì)N型M0SFET，但即使是針對(duì)P型MOSFET也可以同樣地構(gòu)成轉(zhuǎn)換MOSFET。(實(shí)施方式2)下面，參照?qǐng)D3說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的電池組及其控制裝置的實(shí)施方式2。在本實(shí)施方式中，說(shuō)明用與在實(shí)施方式I中說(shuō)明過(guò)的方法不同的方法進(jìn)行單電池的劣化診斷的例子。圖3是示出作為根據(jù)本實(shí)施方式的電池組的電池模塊3中的布線關(guān)系的布線圖。與在實(shí)施方式I中說(shuō)明過(guò)的圖I相比，圖3的主要不同之處在于，在各電池組件中設(shè)置與單電池群并聯(lián)連接的強(qiáng)制放電用的第二電流控制元件和放電用電阻這一點(diǎn)、以及在控制電路I內(nèi)設(shè)置用來(lái)控制該第二電流控制元件的動(dòng)作的信號(hào)產(chǎn)生電路16和信號(hào)分配電路17這一點(diǎn)。例如，在電池組件21中，與單電池群211并聯(lián)連接第二電流控制元件215和放電用電阻216。第二電流控制元件215的控制輸入端子經(jīng)由布線217和信號(hào)分配電路17與信號(hào)產(chǎn)生電路16連接，被輸入來(lái)自信號(hào)產(chǎn)生電路16的信號(hào)。在通常的充放電時(shí)，利用信號(hào)產(chǎn)生電路16把該第二電流控制元件215固定在截止(OFF)狀態(tài)，不進(jìn)行沒(méi)必要的放電。其它的電池組件22、23和24也是一樣的。下面，說(shuō)明根據(jù)本實(shí)施方式的電池組的單電池的劣化診斷時(shí)的動(dòng)作。另外，在本實(shí)施方式中也是，關(guān)于通過(guò)測(cè)定各單電池的DCR進(jìn)行單電池的劣化診斷這一點(diǎn)，與上述的實(shí)施方式I相同。在本實(shí)施方式中，說(shuō)明診斷電池組件22的單電池群221時(shí)的情形。對(duì)其它的電池組件21、23進(jìn)行診斷時(shí)也是一樣的。進(jìn)行劣化診斷時(shí)，信號(hào)產(chǎn)生電路11通過(guò)信號(hào)分配電路12使第一電流控制元件222成為截止(OFF)狀態(tài)，切斷充放電電流。在該狀態(tài)下，電壓測(cè)定電路13通過(guò)切換電路15測(cè)定單電池群221的開(kāi)路電壓VI。另外，此時(shí)第二電流控制元件225為截止(OFF)狀態(tài)。然·后，在保持充放電電流被切斷的狀態(tài)下，信號(hào)產(chǎn)生電路16通過(guò)使第二電流控制元件225在短時(shí)間內(nèi)成為導(dǎo)通(ON)狀態(tài)，從單電池群221向放電用電阻226強(qiáng)制地放電。此時(shí)，電壓測(cè)定電路13通過(guò)切換電路15測(cè)定單電池群221的負(fù)載時(shí)電壓V2。可以基于這樣測(cè)得的各電壓值和放電用電阻226的電阻值(設(shè)為RL)，在運(yùn)算部10中用以下的式2計(jì)算出單電池群221的DCR，基于計(jì)算出的DCR診斷電池組件22的劣化度。DCR=RL (V1/V2-1) (式 2)在本實(shí)施方式中，與在實(shí)施方式I中說(shuō)明過(guò)的方法相比，優(yōu)點(diǎn)是無(wú)須為了計(jì)算出DCR測(cè)定第一電流控制元件的兩端電壓或電流值。另外，如果RL是已知的，則通過(guò)只測(cè)定開(kāi)路電壓Vl和負(fù)載時(shí)電壓V2的比就可以計(jì)算出DCR的值(比率法測(cè)定)。因此，有無(wú)須高精度的基準(zhǔn)電壓，用簡(jiǎn)便的電路就可以進(jìn)行高精度測(cè)定的優(yōu)點(diǎn)。另外，在本實(shí)施方式中，也可以把診斷的結(jié)果為判斷為劣化發(fā)展到了一定程度以上的電池組件作為不良單電池，與實(shí)施方式I同樣地，進(jìn)行該不良單電池的切離和預(yù)備電池組件的連接。另外，在以上說(shuō)明的實(shí)施方式I和2中分別說(shuō)明了，不同時(shí)對(duì)多個(gè)電池組件進(jìn)行劣化診斷，只對(duì)一個(gè)電池組件進(jìn)行診斷而對(duì)其它電池組件進(jìn)行通常的充放電的例子。但是，如果是整個(gè)電池模塊3都為不使用狀態(tài)時(shí)，例如起動(dòng)處理時(shí)等，可以針對(duì)全部電池組件同時(shí)進(jìn)行像上述那樣的劣化診斷。在電池中，一般地，即使切斷電流變成開(kāi)路狀態(tài)，其電壓穩(wěn)定下來(lái)也需要較長(zhǎng)的時(shí)間。因此，從使第一電流控制元件截止(OFF)到測(cè)定單電池群或各單電池的開(kāi)路電壓Vl為止的時(shí)間越長(zhǎng)，則測(cè)定值的精度越高。因此，通過(guò)在整個(gè)電池模塊3都不使用時(shí)，使全部電池組件的第一電流控制元件截止(0FF)，在一定時(shí)間后或者再次開(kāi)始使用電池模塊時(shí)再進(jìn)行后續(xù)的處理，可以提高診斷的精度。(實(shí)施方式3)下面，參照?qǐng)D4說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的電池組及其控制裝置的實(shí)施方式3。使用本發(fā)明的電池組及其控制裝置也可以是取代像上述那樣的劣化診斷而進(jìn)行故障診斷的構(gòu)成。在本實(shí)施方式中，說(shuō)明進(jìn)行這樣的故障診斷的例子。圖4是示出作為根據(jù)本實(shí)施方式的電池組的電池模塊3中的布線關(guān)系的布線圖。與在實(shí)施方式I中說(shuō)明過(guò)的圖I相比，圖4的主要不同之處在于，不存在用來(lái)測(cè)定第一電流控制元件212、222、232和242的兩端電壓的電壓測(cè)定電路14。下面，說(shuō)明根據(jù)本實(shí)施方式的電池組中的單電池的故障診斷時(shí)的原理。在本實(shí)施方式中，通過(guò)測(cè)定各單電池的因內(nèi)部的微小短路造成的自放電量，進(jìn)行單電池的故障診斷。一般地，如果二次電池單體內(nèi)部的隔片劣化，或電解液中的鋰離子以枝晶(樹(shù)枝狀)在隔片上析出等而使正負(fù)極間的絕緣降低，則其影響表現(xiàn)為因絕緣降低造成自放電量的增大。如果在放任該絕緣降低的狀態(tài)下繼續(xù)充放電，則有可能枝晶會(huì)很快突破隔片等，絕緣降低急劇惡化，造成單電池異常發(fā)熱等的危險(xiǎn)狀況。為了避免這樣的情形，必須通過(guò)監(jiān)視各單電池的自放電量，把自放電量大于預(yù)定值的單電池判斷為故障，停止充放電等，使該單電池的絕緣降低不會(huì)發(fā)展到此種程度以上。
通過(guò)在停止單電池的充放電的狀態(tài)下測(cè)定自放電造成的剩余容量的降低，可以推測(cè)單電池的自放電量。圖9是示出二次電池單體的SoC (充電狀態(tài))與開(kāi)路時(shí)的電池電壓OCV (開(kāi)路電壓)的關(guān)系的一例的圖。SoC是以滿充電時(shí)為基準(zhǔn)，用百分率表示現(xiàn)在的可放電的電荷量(電流與時(shí)間的乘積)得到的值，。另外，滿充電時(shí)的SoC為100%，放電結(jié)束狀態(tài)的SoC為0%。從圖4所示的關(guān)系可見(jiàn)，可以通過(guò)測(cè)定單電池的OCV把握電池的剩余容量。在近些年的鋰離子電池中，如果是正常的單電池，則自放電造成的SoC的降低為例如每個(gè)月5%左右，非常小。但是如果單電池內(nèi)部發(fā)生微小短路，則像例如圖10中的虛線所示的那樣，自放電造成SoC降低，OCV也隨之降低。圖10分別示出正常單電池和內(nèi)部發(fā)生微小短路而自放電量增大的故障單電池中，將充放電電流切斷后的電池電壓的變化例的圖?？梢酝ㄟ^(guò)檢測(cè)該OCV的降低來(lái)測(cè)定自放電量，由此檢測(cè)單電池的故障。但是，如果從單電池電流停止開(kāi)始未經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的時(shí)間，則OCV的值沒(méi)有收斂下來(lái)，所以難以僅僅從各個(gè)單電池群中的電池電壓的變化推測(cè)自放電量。于是，在本實(shí)施方式中，在進(jìn)行故障診斷時(shí)使作為診斷對(duì)象的全部電池組件的第一電流控制元件一齊變成截止(OFF)0通過(guò)這樣做，可以使在作為診斷對(duì)象的全部單電池群中切斷電流后經(jīng)過(guò)的時(shí)間相同，所以即使經(jīng)過(guò)短的時(shí)間也可以容易地相對(duì)地比較各單電池群的OCV的值彼此。另外，已知SoC與OCV的關(guān)系容易受溫度的影響。因此，更優(yōu)選地，使電池模塊內(nèi)的各電池組件彼此接近配置。如果這樣做，可以減小各電池組件之間的溫度差?；蛘?，在這樣的配置有困難時(shí)，通過(guò)實(shí)測(cè)各單電池的溫度，在故障診斷中使用根據(jù)其溫度差修正了的OCV的值，可能獲得與使各電池組件彼此接近配置相同的效果。通過(guò)這些措施，在作為診斷對(duì)象的單電池群中，正常的單電池群的電池電壓進(jìn)行大致相同的變化，而自放電量大的單電池群的電池電壓從其它正常的單電池群的電池電壓偏離而呈現(xiàn)出下降的傾向。因此，通過(guò)觀察各單電池群中的相對(duì)的電池電壓的偏差，可以檢測(cè)出自放電量比其它大的單電池群，即包含發(fā)生故障的單電池的單電池群。下面，說(shuō)明根據(jù)本實(shí)施方式的電池組中的單電池的故障診斷時(shí)的動(dòng)作。在以下的說(shuō)明中，考慮電池組件23的單電池群231內(nèi)部發(fā)生微小短路2311時(shí)的情形。在整個(gè)電池模塊3都不使用時(shí)，針對(duì)作為診斷對(duì)象的電池組件21、22和23中的每一個(gè)電池組件，信號(hào)產(chǎn)生電路11通過(guò)信號(hào)分配電路12使第一電流控制元件212、222和232成為截止(OFF)狀態(tài)，切斷充放電電流。在該狀態(tài)下，用電壓測(cè)定電路13測(cè)定各單電池群211,221和231的電壓即OCV。通過(guò)每隔一定時(shí)間或電池模塊再次起動(dòng)處理時(shí)分別進(jìn)行這樣的處理，多次進(jìn)行各單電池群211、221和231中的OCV的測(cè)定?；谙裆鲜瞿菢佣啻螠y(cè)定得到的單電池群211、221和231的各OCV值，在運(yùn)算部10中分別計(jì)算出電池組件21、22和23中的單電池群211、221、231的OCV的下降量。其結(jié)果，在有OCV的下降量比其它電池組件大的電池組件時(shí)，例如有與全部電池組件中的OCV的下降量的平均值的差為預(yù)定值以上的電池組件時(shí)，把該電池組件的單電池群判斷為因自放電過(guò)大而出現(xiàn)故障。這樣，對(duì)電池組件21、22和23的單電池群211、221和231進(jìn)行故障診斷。另外，在有被判斷為故障的電池組件時(shí)，與在實(shí)施方式I和2中被判斷為劣化的電池組件同樣地，可以把該電池組件從充放電對(duì)象切離。而且也可以取代被切離的電池組件而并入預(yù)備電池組件，組裝到充放電對(duì)象中。(實(shí)施方式4)
下面，參照?qǐng)D5說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的電池組及其控制裝置的實(shí)施方式4。在本實(shí)施方式中，說(shuō)明第一電流控制元件212、222、232和242使用MOSFET時(shí)特別有用的例子。圖5是示出作為根據(jù)本實(shí)施方式的電池組的電池模塊3中的布線關(guān)系的布線圖。與在實(shí)施方式I中說(shuō)明過(guò)的圖I相比，圖4的主要不同之處在于，第一電流控制元件212、222、232和242使用MOSFET這一點(diǎn)、以及在產(chǎn)生控制它們的信號(hào)的信號(hào)產(chǎn)生電路111、112和113以可以分別向第一電流控制元件212、222和232施加專用的脈沖信號(hào)的方式相獨(dú)立這一點(diǎn)。另外，在取代切離電池組件21、22和23而并入預(yù)備電池組件24時(shí)，到此為止對(duì)該電池組件的第一電流控制元件輸出了脈沖信號(hào)的信號(hào)產(chǎn)生電路111、112或113，對(duì)被對(duì)并入的預(yù)備電池組件24的第一電流控制元件242輸出脈沖信號(hào)。另外，在圖4中示出對(duì)根據(jù)實(shí)施方式I的電池模塊3適用本實(shí)施方式的例子，但對(duì)根據(jù)實(shí)施方式2或3的電池模塊3也可以同樣地適用本實(shí)施方式。通過(guò)適用本實(shí)施方式可以更靈活地用信號(hào)產(chǎn)生電路111、112和113控制第一電流控制元件212、222、232和242。在上述的實(shí)施方式1、2和3中，在通常的充放電時(shí)，即在電池組件21、22和23進(jìn)行充放電的狀態(tài)下，全部的單電池群211、221和231并聯(lián)連接。因此，如果各單電池群211、221和231之間DCR、0CV的值有偏差，則充放電電流不均勻，充放電電流會(huì)集中到一部分特定的單電池群上。一般地，在二次電池中必須規(guī)定最大充放電電流，不能超過(guò)它。但是，如果電流集中到特定的單電池群上而達(dá)到最大充放電電流，則即使其它的單電池群的充放電電流還沒(méi)達(dá)到最大充放電電流，整個(gè)電池模塊3的電流也不能增加到比它更大的電流。其結(jié)果，整個(gè)電池模塊3的最大輸出會(huì)降低。于是，通過(guò)對(duì)實(shí)施方式I、2和3適用本實(shí)施方式，根據(jù)各單電池群的充放電電流從信號(hào)產(chǎn)生電路111、112和113分別產(chǎn)生PWM信號(hào)，分別控制使第一電流控制元件212、222和232成為導(dǎo)通(ON)狀態(tài)的時(shí)間的比例。由此，可以在各電池組件21、22、23之間使各單電池群211、221和231的充放電電流均勻化，可以解決像上述那樣的問(wèn)題。另外，根據(jù)電池模塊3的用途不同，有時(shí)壽命比最大輸出更重要。在這樣的情況下，也可以根據(jù)利用在實(shí)施方式I和2中說(shuō)明過(guò)的劣化診斷得到的各單電池群的劣化度的診斷結(jié)果，分別控制使第一電流控制元件212、222和232成為導(dǎo)通(ON)狀態(tài)的時(shí)間的比例。由此，可以在各電池組件21、22和23之間調(diào)整單電池群211、221和231的充放電電流，實(shí)現(xiàn)劣化度的均勻化。即，在劣化診斷的結(jié)果為，有劣化的進(jìn)展程度比其它單電池群高的單電池群時(shí)，對(duì)該單電池群使用利用來(lái)自信號(hào)產(chǎn)生電路111、112或113的PWM信號(hào)的控制，與其它單電池群相比減小充放電電流。由此可以推遲該單電池群中的劣化的進(jìn)展。另外，第一電流控制元件212、222、232和242使用MOSFET時(shí)，因?yàn)槠漤憫?yīng)速度快，所以像以上說(shuō)明的那樣的PWM控制尤其有用。在使用其它種類的電流控制元件例如雙極晶體管、IGBT、各種繼電器等時(shí)，可以用PWM控制或其它控制方法，以與其響應(yīng)速度相應(yīng)的控制速度進(jìn)行控制。在無(wú)論哪種情況下都可以獲得同樣的效果。另外，作為實(shí)施方式1、2和3中的其它問(wèn)題，為了劣化或故障的診斷而使第一電流控制元件212、222或232成為截止(OFF)狀態(tài)，如果把從主系統(tǒng)暫時(shí)切離的單電池群再次連接，則會(huì)因?yàn)閱坞姵厝?11、221和231相互間的OCV的偏差，像圖11所示的那樣，在電池組件21、22和23間流過(guò)大的相互電流。圖11是示出在作為例子的兩個(gè)單電池群211與221的OCV有偏差時(shí)，把這些單電池群并聯(lián)連接時(shí)在各單電池群上流動(dòng)的相互電流的變化的圖。 圖11所示的相互電流以在整個(gè)電池模塊3的充放電電流上進(jìn)一步重疊的形式流動(dòng)。必須使把該充放電電流與相互電流相加得到的電流不能超過(guò)每個(gè)單電池群的最大充放電電流。為了減小相互電流，還考慮了與各單電池群串聯(lián)地插入限流用的電阻等的方法，但由于用該方法時(shí)通常的充放電時(shí)的損失也會(huì)增大，所以會(huì)導(dǎo)致充放電效率的降低。于是，對(duì)實(shí)施方式1、2和3適用本實(shí)施方式,第一電流控制兀件使用M0SFET,利用MOSFET具有的恒流特性(電流飽和特性)。由此，可以解決像上述那樣的問(wèn)題。下面描述使用了 MOSFET的限流的原理和動(dòng)作。圖12針對(duì)各種不同的Vgs (柵極源極間電壓)示出MOSFET的Vds (漏極源極間電壓)和Id (漏極電流)的關(guān)系。另外，可以通過(guò)調(diào)節(jié)Vgs的值進(jìn)行MOSFET的控制。首先，考慮電池組件的充放電電流十分小的情形。在Vgs為某值例如圖12中的粗線所示的值時(shí)，在Id比與該Vgs的值對(duì)應(yīng)的固有的飽和電流值Isat充分低的區(qū)域(Id〈〈Isat)，隨著Id的增加，Vds大致呈比例地增大。即，在該區(qū)域(線性區(qū)域)，MOSFET像電阻值低的電阻那樣動(dòng)作。由于在該線性區(qū)域中Id、Vds都是低值，所以MOSFET中產(chǎn)生的損失小。因此，在線性區(qū)域進(jìn)行通常的充放電。接著，考慮在電池組件中流過(guò)過(guò)大電流的情形(Id ^ Isat)。在Id接近飽和電流值Isat的區(qū)域，MOSFET的導(dǎo)電率急劇下降，Vds增大，Id基本上不會(huì)增加到比它更大。即，在該區(qū)域(飽和區(qū)域)，MOSFET表現(xiàn)出恒流特性，把電流限制成與Vgs的值對(duì)應(yīng)的飽和電流值Isat以下。如果利用像上述那樣的MOSFET的性質(zhì)，則可以減小通常的充放電時(shí)的損失，且可以在再次連接單電池群等流過(guò)過(guò)大電流時(shí)，無(wú)須使用特別的處理和控制就實(shí)現(xiàn)自動(dòng)地限制電流的動(dòng)作。另外，利用它時(shí)，信號(hào)產(chǎn)生電路111、112和113必須預(yù)先調(diào)整使第一電流控制元件212、222和232分別成為導(dǎo)通(ON)狀態(tài)時(shí)輸出的信號(hào)的電壓?？梢愿鶕?jù)單電池群
211、221和231的最大充放電電流和分別構(gòu)成第一電流控制元件212、222和232的MOSFET的特性進(jìn)行該調(diào)整。在利用像上述那樣的MOSFET的恒流特性限制最大電流時(shí)，無(wú)須非要像本實(shí)施方式那樣，由信號(hào)產(chǎn)生電路111、112和113產(chǎn)生PWM信號(hào)。即使在像實(shí)施方式1、2和3中說(shuō)明過(guò)的那樣不使用PWM信號(hào)時(shí)，也可以通過(guò)像上述那樣預(yù)先調(diào)整信號(hào)產(chǎn)生電路11的ON輸出時(shí)的電壓，獲得與本實(shí)施方式中說(shuō)明過(guò)的同樣的效果。另外，在上述的各實(shí)施方式中，作為根據(jù)本發(fā)明的電池組的例子說(shuō)明了由控制電路I、電池組件21、22和23以及預(yù)備電池組件24構(gòu)成的電池模塊3，但也可以把控制電路I與電池組分別地構(gòu)成。此時(shí)，由電池組件21、22和23以及預(yù)備電池組件24構(gòu)成電池組，作為該電池組的控制裝置可以使用控制裝置I。另外，在上述的各實(shí)施方式中，在控制電路I內(nèi)設(shè)置運(yùn)算部10，在該運(yùn)算部10中診斷各電池組件21、22和23的劣化度或故障的例子。但也可以把運(yùn)算部10與控制電路I分別地設(shè)置。此時(shí)，優(yōu)選地，在控制電路I與運(yùn)算部10之間相互收發(fā)表示利用電壓測(cè)定電路13、14測(cè)定電壓的結(jié)果的信號(hào)、用來(lái)控制信號(hào)產(chǎn)生電路11、16、信號(hào)分配電路12、17、切換電路15等的動(dòng)作的信號(hào)。在無(wú)損本發(fā)明的特征的前提下，本發(fā)明不受像上述那樣的各實(shí)施方式的任何限制。 附圖標(biāo)記說(shuō)明I :控制電路；11、16 :信號(hào)產(chǎn)生電路；12、17 :信號(hào)分配電路；13、14 :電壓測(cè)定電路；15 :切換電路；21、22、23 :電池組件；24 :預(yù)備電池組件；211、221、231、241 :單電池群；
212、222、232、242 :第一電流控制元件;215、225、235、245 :第二電流控制元件；216、226、236,246 :放電用電阻；3 :電池模塊
權(quán)利要求
1.一種電池組，包括 相互并聯(lián)連接的多個(gè)電池組件，每個(gè)電池組件具有由一個(gè)或兩個(gè)以上的二次電池單體串聯(lián)連接得到的單電池群、和與上述單電池群串聯(lián)連接的第一電流控制元件； 第一控制單元，控制每個(gè)上述電池組件具有的上述第一電流控制元件的動(dòng)作，針對(duì)每個(gè)上述電池組件控制充放電電流； 電壓測(cè)定單元，測(cè)定每個(gè)上述電池組件具有的上述單電池群或各單電池的電壓；以及 診斷單元，基于由上述電壓測(cè)定單元測(cè)定的上述單電池群或各單電池的電壓，診斷各電池組件的劣化度或故障。
2.如權(quán)利要求I所述的電池組,其中 上述診斷單元基于在上述第一控制單元使上述第一電流控制元件導(dǎo)通而通過(guò)了上述充放電電流時(shí)由上述電壓測(cè)定單元測(cè)得的上述單電池群或各單電池的電壓、和在上述第一控制單元使上述第一電流控制元件截止而切斷了上述充放電電流時(shí)由上述電壓測(cè)定單元測(cè)得的上述單電池群或各單電池的電壓，計(jì)算出各電池組件的直流內(nèi)部電阻值，基于其計(jì)算結(jié)果診斷各電池組件的劣化度。
3.如權(quán)利要求2所述的電池組，其中 上述第一控制單元從上述多個(gè)電池組件中選擇一部分電池組件，在除被選擇的電池組件以外的各電池組件中通過(guò)了上述充放電電流的狀態(tài)下,在被選擇的電池組件中通過(guò)和切斷上述充放電電流； 上述診斷單元針對(duì)由上述第一控制單元選擇的電池組件，診斷劣化度。
4.如權(quán)利要求2或3所述的電池組，其中 上述診斷單元基于由上述第一控制單元導(dǎo)通了的上述第一電流控制元件的兩端電壓計(jì)算出上述充放電電流，用其計(jì)算結(jié)果計(jì)算出各電池組件的直流內(nèi)部電阻值。
5.如權(quán)利要求I所述的電池組,其中 每個(gè)上述電池組件還具有分別與上述單電池群并聯(lián)連接的強(qiáng)制放電用的第二電流控制元件和放電用電阻， 上述電池組還具有控制每個(gè)上述電池組件具有的上述第二電流控制元件的動(dòng)作的第二控制單元； 上述診斷單元基于在上述第一控制單元使上述第一電流控制元件截止而切斷了上述充放電電流的狀態(tài)下，在上述第二控制單元使上述第二電流控制元件截止時(shí)由上述電壓測(cè)定單元測(cè)得的上述單電池群或各單電池的開(kāi)路電壓、在上述第二控制單元使上述第二電流控制元件導(dǎo)通了時(shí)由上述電壓測(cè)定單元測(cè)得的上述單電池群的負(fù)載時(shí)電壓、和上述放電用電阻的電阻值，計(jì)算出各電池組件的直流內(nèi)部電阻值，基于其計(jì)算結(jié)果診斷各電池組件的劣化度。
6.如權(quán)利要求I飛中任一項(xiàng)所述的電池組，其中 上述第一控制單元基于由上述診斷單元得到的上述劣化度的診斷結(jié)果，調(diào)整各電池組件間的充放電電流。
7.如權(quán)利要求I所述的電池組,其中 上述診斷單元基于在上述第一控制單元使全部的上述第一電流控制元件截止而切斷了上述充放電電流時(shí)由上述電壓測(cè)定單元多次測(cè)得的上述單電池群或各單電池的電壓，計(jì)算出各電池組件的開(kāi)路電壓的下降量，基于其計(jì)算結(jié)果診斷各電池組件的故障。
8.如權(quán)利要求廣7中任一項(xiàng)所述的電池組，其中 上述第一控制單元針對(duì)由上述診斷單元診斷的劣化度為預(yù)定閾值以上的電池組件或由上述診斷單元診斷為故障的電池組件，使上述第一電流控制元件截止而從充放電對(duì)象切離。
9.如權(quán)利要求8所述的電池組，其中 還包括與上述多個(gè)電池組件并聯(lián)連接且具有上述單電池群和上述第一電流控制元件的預(yù)備電池組件； 上述第一控制單元通過(guò)使上述預(yù)備電池組件中的上述第一電流控制元件導(dǎo)通，取代從充放電對(duì)象切離的上述電池組件而把上述預(yù)備電池組件并入充放電對(duì)象。
10.如權(quán)利要求I、中任一項(xiàng)所述的電池組，其中 上述第一控制單元分別控制各電池組件中的上述第一電流控制元件，使各電池組件間的充放電電流均勻化。
11.如權(quán)利要求10所述的電池組，其中 上述第一控制單元用PWM控制，分別控制使各電池組件中的上述第一電流控制元件導(dǎo)通的時(shí)間的比例。
12.如權(quán)利要求f11中任一項(xiàng)所述的電池組,其中 上述第一電流控制元件用具有恒流特性的MOSFET構(gòu)成，利用上述恒流特性限制上述電池組件中的充放電電流。
13.一種電池組的控制裝置，該電池組包括相互并聯(lián)連接的多個(gè)電池組件，每個(gè)電池組件具有由一個(gè)或兩個(gè)以上的二次電池單體串聯(lián)連接得到的單電池群、和與上述單電池群串聯(lián)連接的第一電流控制元件，其中 該電池組的控制裝置包括 第一控制單元，控制每個(gè)上述電池組件具有的上述第一電流控制元件的動(dòng)作，針對(duì)每個(gè)上述電池組件控制充放電電流； 電壓測(cè)定單元，測(cè)定每個(gè)上述電池組件具有的上述單電池群或各單電池的電壓；以及 診斷單元，基于由上述電壓測(cè)定單元測(cè)定的上述單電池群或各單電池的電壓，診斷各電池組件的劣化度或故障。
14.如權(quán)利要求13所述的電池組的控制裝置，其中 上述診斷單元基于在上述第一控制單元使上述第一電流控制元件導(dǎo)通而通過(guò)了上述充放電電流時(shí)由上述電壓測(cè)定單元測(cè)得的上述單電池群或各單電池的電壓、和在上述第一控制單元使上述第一電流控制元件截止而切斷了上述充放電電流時(shí)由上述電壓測(cè)定單元測(cè)得的上述單電池群或各單電池的電壓，計(jì)算出各電池組件的直流內(nèi)部電阻值，基于其計(jì)算結(jié)果診斷各電池組件的劣化度。
15.如權(quán)利要求13所述的電池組的控制裝置，其中 每個(gè)上述電池組件還具有分別與上述單電池群并聯(lián)連接的強(qiáng)制放電用的第二電流控制元件和放電用電阻， 上述控制裝置還具有控制每個(gè)上述電池組件具有的上述第二電流控制元件的動(dòng)作的第二控制單元；上述診斷單元基于在上述第一控制單元使上述第一電流控制元件截止而切斷了上述充放電電流的狀態(tài)下，在上述第二控制單元使上述第二電流控制元件截止時(shí)由上述電壓測(cè)定單元測(cè)得的上述單電池群或各單電池的開(kāi)路電壓、在上述第二控制單元使上述第二電流控制元件導(dǎo)通了時(shí)由上述電壓測(cè)定單元測(cè)得的上述單電池群的負(fù)載時(shí)電壓、和上述放電用電阻的電阻值，計(jì)算出各電池組件的直流內(nèi)部電阻值，基于其計(jì)算結(jié)果診斷各電池組件的劣化度。
16.如權(quán)利要求13所述的電池組的控制裝置，其中 上述診斷單元基于在上述第一控制單元使上述第一電流控制元件截止而切斷了上述充放電電流時(shí)由上述電壓測(cè)定單元多次測(cè)得的上述單電池群或各單電池的電壓，計(jì)算出各電池組件的開(kāi)路電壓的下降量，基于其計(jì)算結(jié)果診斷各電池組件的故障。
全文摘要
一種電池組，包括相互并聯(lián)連接的多個(gè)電池組件，每個(gè)電池組件具有由一個(gè)或兩個(gè)以上的二次電池單體串聯(lián)連接得到的單電池群、和與該單電池群串聯(lián)連接的第一電流控制元件；控制每個(gè)電池組件具有的第一電流控制元件的動(dòng)作，針對(duì)每個(gè)電池組件控制充放電電流的第一控制單元；測(cè)定每個(gè)電池組件具有的單電池群或各單電池的電壓的電壓測(cè)定單元；以及基于由電壓測(cè)定單元測(cè)定的單電池群或各單電池的電壓，診斷各電池組件的劣化度或故障的診斷單元。
文檔編號(hào)H01M10/48GK102893170SQ20108006634
公開(kāi)日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2010年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月23日
發(fā)明者巖澤寬, 江守昭彥, 小林裕, 高橋宏, 葉田玲彥 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所