複数組電池のセル電圧均等化装置
【課題】高精度に各セルの出力電圧を均等化することが可能な複数組電池のセル電圧均等化装置を提供する。
【解決手段】各セルの出力電圧を測定する電圧検出用ＩＣと、各セル毎に設けられセルの出力電圧を放電する放電回路４０と、電圧検出用ＩＣにより測定されるセルの出力電圧に基づいて二次電池１３の電圧残存量を求め、この電圧残存量が所定の残存量であるか否かを判定し、電圧検出用ＩＣにて測定された各セルの出力電圧から、所定の基準電圧を減算した差分値を求め、差分値が第１の電圧閾値以上であるセルが存在する場合に放電回路４０により出力電圧を均等化するメインマイコン３３と、を有し、メインマイコン３３は、電圧残存量が所定の残存量でない場合には、前回の均等化処理から第１の待ち時間経過後、均等化処理を実行し、電圧残存量が所定の残存量である場合には、前回の均等化処理から第２の待ち時間経過後、均等化処理を実行する。
【解決手段】各セルの出力電圧を測定する電圧検出用ＩＣと、各セル毎に設けられセルの出力電圧を放電する放電回路４０と、電圧検出用ＩＣにより測定されるセルの出力電圧に基づいて二次電池１３の電圧残存量を求め、この電圧残存量が所定の残存量であるか否かを判定し、電圧検出用ＩＣにて測定された各セルの出力電圧から、所定の基準電圧を減算した差分値を求め、差分値が第１の電圧閾値以上であるセルが存在する場合に放電回路４０により出力電圧を均等化するメインマイコン３３と、を有し、メインマイコン３３は、電圧残存量が所定の残存量でない場合には、前回の均等化処理から第１の待ち時間経過後、均等化処理を実行し、電圧残存量が所定の残存量である場合には、前回の均等化処理から第２の待ち時間経過後、均等化処理を実行する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のセルを直列に接続して所望の電圧を出力する複数組電池の、各セルの出力電圧を均等化するセル電圧均等化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電気自動車やハイブリッド車両等では、モータの駆動電源として、高電圧バッテリを備えている。このような高電圧バッテリは、例えば、ニッケル・水素電池やリチウム電池などの二次電池（蓄電式電池）のセルを複数個、直列に接続することにより、高電圧を得ている。
【０００３】
また、全ての二次電池を同じ電力で充電、或いは放電するため、各々の二次電池の劣化する状態が異なる場合、二次電池は過充電状態、或いは過放電状態になりやすくなる。そこで、二次電池が過充電状態、或いは過放電状態とならないように、各セル毎の充電状態を確認する必要がある。そのため、複数個（例えば、５５個）のセルを、例えば、５個のブロックに分割し（即ち、１１個のセルで１ブロック）、各ブロックの電圧を各ブロック毎に設けられた電圧検出用ＩＣにより、リアルタイムで電圧を測定している。
【０００４】
更に、高電圧バッテリの充放電を繰り返して長時間使用した場合や、高電圧バッテリを長期間放置した場合には、二次電池の電圧残存量が不均一になることがある。このような場合には、高電圧バッテリの使用容量が減少することになり、高電圧バッテリから十分な電力を得ることができなくなる。そこで、例えば、特開２００３−１８９４９０号公報（特許文献１）及び特開２００２−１０１５６５号公報（特許文献２）に記載されているように、各セルの出力電圧を均等化するセル電圧均等化装置が提案されている。
【０００５】
このようなセル電圧均等化装置では、電気自動車やハイブリット車等に搭載される二次電池の各セルの出力電圧を均等にするため、イグニッションがオフのときに各セルの出力電圧を検出し、最も出力電圧の低いセルと一致するように出力電圧の高いセルの出力電圧を放電している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１８９４９０号公報
【特許文献２】特開２００２−１０１５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した従来のセル電圧均等化装置では、電圧検出用ＩＣにより検出したセルの出力電圧に基づいて各セルの出力電圧を均等化しているため、電圧検出用ＩＣがセルの出力電圧を検出する精度によって均等化の基準電圧となる値が異なる場合が生ずる。このため、高精度にセルの出力電圧を均等化することができないという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、高精度に各セルの出力電圧を均等化することが可能な複数組電池のセル電圧均等化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、複数のセルを直列に接続して所望の電圧を出力する複数組電池の、前記各セルの出力電圧を均等化するセル電圧均等化装置において、前記各セルの出力電圧を測定する電圧測定手段と、前記各セル毎に設けられ、セルのプラス極、マイナス極間を通電して、当該セルの出力電圧を放電する放電手段と、前記電圧測定手段により測定される少なくとも一つのセルの出力電圧に基づいて、前記複数組電池の電圧残存量を求め、この電圧残存量が予め設定した第１閾値以下となる所定の残存量であるか否かを判定する電圧残存量測定手段と、前記電圧測定手段にて測定された各セルの出力電圧から、予め設定した所定の基準電圧を減算した差分値を求める差分値演算手段と、前記差分値演算手段により求められた差分値が第１の電圧閾値以上であるセルが存在する場合に、このセルに設けられる前記放電手段にて放電することにより、各セルの出力電圧を均等化する均等化制御手段と、を有し、前記均等化制御手段は、前記電圧残存量測定手段で測定される電圧残存量が前記所定の残存量でない場合には、前回の均等化処理から予め設定した第１の待ち時間が経過したことを条件として、前記各セルの均等化処理を実行し、電圧残存量が前記所定の残存量である場合には、前回の均等化処理から前記第１の待ち時間よりも短い第２の待ち時間が経過したことを条件として、前記各セルの均等化処理を実行することを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の複数組電池のセル電圧均等化装置において、前記複数組電池の電圧残存量が前記第１閾値以下である場合に加え、前記第１閾値よりも大きく設定した第２閾値以上である場合を前記所定の残存量とすることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の複数組電池のセル電圧均等化装置において、前記均等化制御手段は、前記差分値演算手段にて各セルの出力電圧から前記基準電圧を減算した差分値の全てが、前記第１の電圧閾値よりも小さく設定した第２の電圧閾値以下であることを条件として、前記各セルの均等化処理を終了することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、電圧残存量が第１閾値以下である所定の残存量である場合には、前回の均等化処理から第１の待ち時間よりも短い第２の待ち時間が経過したことを条件として各セルの均等化処理を実行する。このため、所定の電圧残存量の場合には、前回の均等化処理から短い時間内で再度均等化処理を実行することとなり、高精度に各セルの出力電圧を均等化することができる。
【００１３】
さらに、電圧残存量が所定の残存量の場合に均等化処理を行うことにより、高精度に検出したセルの出力電圧を基準電圧として均等化処理を実行することができる。このため、電圧測定手段がセルの出力電圧を検出する精度によって均等化処理の基準となる基準電圧の値が異なることがない。
【００１４】
従って、高精度に各セルの出力電圧を均等化することが可能な複数組電池のセル電圧均等化装置を提供することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、電圧残存量が第１の閾値以下である場合に加え、第２の閾値以上である場合を所定の残存量とする。このため、より高精度に各セルの出力電圧を均等化することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、各セルの出力電圧から基準電圧を減算した差分値の全てが、第２の電圧閾値以下であることを条件として、各セルの均等化処理を終了する。このため、複数組電池の過放電状態を防止して、高精度に各セルの出力電圧を均等化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置の詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置の放電回路を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る二次電池の電圧残存量と出力電圧との関係を示す特性図である。
【図５】本発明の実施形態に係るセルの出力電圧を放電した場合の出力電圧及び電圧のバラツキと時間との関係を示す特性図である。
【図６】従来における均等化実施領域を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置の均等化実施領域を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置の均等化処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。はじめに、図１を参照して、本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置について説明する。本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置は、複数のセルを直列に接続して所望の電圧を出力する複数組電池の各セルの出力電圧を均等化する装置である。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置１０、及び複数のセルＢＴ１〜ＢＴ５５からなる二次電池（複数組電池）１３を示すブロック図である。本実施形態に係る二次電池１３は、例えば、蓄電式電池であるリチウム電池等であって、電気自動車やプラグインハイブリット車両等に搭載して車両駆動用のモータを駆動するための高圧バッテリとして用いられる。
【００２０】
図１に示すように、本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置１０は、絶縁インターフェース３２を介して、高電圧側装置１１と低電圧側装置１２に分離されている。
【００２１】
高電圧側装置１１は、５個の電圧検出用ＩＣ（電圧測定手段）、即ち、第１電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜第５電圧検出用ＩＣ（２１−５）を備えている。そして、第１電圧検出用ＩＣ（２１−１）は、第１ブロック６１−１として区切られた１１個のセルＢＴ１〜ＢＴ１１の出力電圧を測定する。
【００２２】
また、第２電圧検出用ＩＣ（２１−２）は、第２ブロック６１−２として区切られた１１個のセルＢＴ１２〜ＢＴ２２の出力電圧を測定し、同様に、第３電圧検出用ＩＣ（２１−３）は、第３ブロック６１−３として区切られた１１個のセルＢＴ２３〜ＢＴ３３の出力電圧を測定し、第４電圧検出用ＩＣ（２１−４）は、第４ブロック６１−４として区切られた１１個のセルＢＴ３４〜ＢＴ４４の出力電圧を測定し、第５電圧検出用ＩＣ（２１−５）は、第５ブロック６１−５として区切られた１１個のセルＢＴ４５〜ＢＴ５５の出力電圧を測定する。すなわち、電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）は、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を測定する電圧測定手段として機能する。
【００２３】
電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）は、それぞれ放電回路（放電手段）４０（後述する図２及び図３参照）を備えている。この放電回路４０は、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５毎に設けられ、セルＢＴ１〜ＢＴ５５のプラス極とマイナス極との間を通電して、セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を放電する。すなわち、放電回路４０は、各セルセルＢＴ１〜ＢＴ５５毎に設けられ、セルＢＴ１〜ＢＴ５５のプラス極、マイナス極間を通電して、セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を放電する放電手段として機能する。
【００２４】
また、電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）は、それぞれ、Ａ／Ｄ変換器２６（後述する図２参照、「ＡＤＣ」と記載）を備えており、Ａ／Ｄ変換器２６用の基準電源７１−１〜７１−５（図１参照）より出力される基準電圧を用いて、各ブロック（第１ブロック〜第５ブロック）毎に検出した電圧信号をディジタルの電圧信号に変換する。
【００２５】
さらに、第２〜第５電圧検出用ＩＣ（２１−２）〜（２１−５）は、通信線３１を介して、第１電圧検出用ＩＣ（２１−１）と接続され、この第１電圧検出用ＩＣ（２１−１）は、絶縁インターフェース３２を介して、低電圧側装置１２側に設けられているメインマイコン（電圧残存量測定手段、差分値演算手段、均等化制御手段）３３に接続されている。すなわち、メインマイコン３３と、各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）は、絶縁インターフェース３２を介し、デイジーチェーン通信で接続されている。
【００２６】
低電圧側装置１２には、５Ｖの直流電圧を出力するレギュレータ５２が設けられ、このレギュレータ５２は、車両に搭載されるバッテリ（電源）５１より出力される電圧（例えば、１２Ｖ）から、安定した５Ｖの直流電圧を生成してメインマイコン３３に供給する。
【００２７】
本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置１０のメインマイコン３３は、各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）に電圧検出指令信号を出力して電圧検出信号を取得すると、少なくとも一つのセルの出力電圧（例えば、セルＢＴ１〜ＢＴ５５のうち最も低い出力電圧）に基づいて、二次電池１３のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ、以下、電圧残存量と称する）を求める。そして、この電圧残存量が所定の残存量（第１閾値以下又は第２閾値以上）であるか否かを判定する。すなわち、メインマイコン３３は、各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）により測定される少なくとも一つのセルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧に基づいて、二次電池１３の電圧残存量を求め、この電圧残存量が予め設定した所定の残存量であるか否かを判定する電圧残存量測定手段として機能する。
【００２８】
また、メインマイコン３３は、各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）に電圧検出指令信号を出力して電圧検出信号を取得すると、この電圧検出信号に基づいて、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧から予め設定した基準電圧（例えば、最も低い出力電圧（例えば、３Ｖ）に所定の電圧値（例えば、０．０２Ｖ）を加算した値）を減算した差分値を求める。すなわち、メインマイコン３３は、各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）にて測定された各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧から、予め設定した所定の基準電圧（例えば、最も低い出力電圧（例えば、３Ｖ）に所定の電圧値（例えば、０．０２Ｖ）を加算した値）を減算した差分値を求める差分値演算手段として機能する。
【００２９】
そして、メインマイコン３３は、求めた差分値が第１の電圧閾値以上（例えば、１．５Ｖ以上）であるセルが存在する場合に、このセルに設けられる放電回路４０（図２及び図３参照）にて放電することにより、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を均等化する均等化処理を実行する。すなわち、メインマイコン３３は、求められた差分値が第１の電圧閾値以上であるセルが存在する場合に、このセルに設けられる放電回路４０にて放電することにより、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を均等化する均等化制御手段として機能する。均等化処理は、差分値の全てが、第２の電圧閾値以下（例えば。０．５Ｖ）であることを条件として、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の均等化処理を終了する。
【００３０】
また、メインマイコン３３は、求めた電圧残存量が所定の残存量でない場合には、前回の均等化処理から予め設定した第１の待ち時間（例えば、１時間）が経過したことを条件として、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の均等化処理を実行する。
【００３１】
一方、求めた電圧残存量が所定の残存量である場合には、前回の均等化処理から第１の待ち時間（例えば、１時間）よりも短い第２の待ち時間（例えば、３０分）が経過したことを条件として、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の均等化処理を実行する。詳細については後述する。
【００３２】
次に、図２を参照して、本発明の実施形態に係る電圧検出用ＩＣの詳細な構成について説明する。図２は、本発明の実施形態に係る第１電圧検出用ＩＣ（２１−１）の内部構成を示すブロック図である。なお、第２電圧検出用ＩＣ〜第５電圧検出用ＩＣ（２１−２）〜（２１−５）は、第１電圧検出用ＩＣ２１−１と略同一の構成であるので、詳細な説明を省略する。
【００３３】
図２に示すように、第１電圧検出用ＩＣ２１−１は、セルＢＴ１〜ＢＴ１１毎に設けられた放電回路４０と、セルＢＴ１〜ＢＴ１１より出力される電力を入力して、所定の電圧を生成する電源回路２３と、ブロック６１−１に設けられる各セルＢＴ１〜ＢＴ１１と放電回路４０を介して接続されて、これらの出力電圧検出するセル電圧入力部２２と、セル電圧入力部２２より出力される各セルの電圧信号を、１系統の時系列的な信号に変換するマルチプレクサ２５と、マルチプレクサ２５より出力される各単位セルの電圧信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２６と、を備えている。
【００３４】
Ａ／Ｄ変換器２６は、基準電源７１−１（図１参照）より出力される基準電圧を用いて、アナログ信号をディジタル信号に変換する。また、第１電圧検出用ＩＣ２１−１は、コントロール部２７と、２つの通信Ｉ／Ｆ３５ａ、３５ｂと、を備えている（第１電圧検出用ＩＣ２１−１は、通信Ｉ／Ｆ３５ａのみでも良い）。
【００３５】
コントロール部２７は、第１電圧検出用ＩＣ（２１−１）を総括的に制御する。特に、図１に示したメインマイコン３３より、セル電圧の電圧検出指令信号が送信された場合には、セル電圧入力部２２で検出したセルＢＴ１〜ＢＴ１１の出力電圧を通信Ｉ／Ｆ３５ａ、３５ｂを経由して、メインマイコン３３に送信する。
【００３６】
また、コントロール部２７は、図１に示したメインマイコン３３より、セルの放電開始指令信号が送信された場合には、放電回路４０による放電開始の指令がなされたセルの出力電圧の放電を開始し、セルの放電終了指令信号が送信された場合には、放電回路４０による放電を終了する。
【００３７】
次に、図３を参照して、本発明の実施形態に係る放電回路について説明する。図３は、本発明の実施形態に係るセルＢＴ１〜ＢＴ３に設けられた放電回路の回路図である。なお、セルＢＴ４〜ＢＴ５５は、セルＢＴ１〜ＢＴ３と同一の回路構成であるので、詳細な説明を省略する。
【００３８】
図３に示すように、放電回路４０は、各セルＢＴ１〜セルＢＴ３毎に設けられ、セルＢＴ１〜セルＢＴ３のプラス極、マイナス極間を通電してセルの出力電圧を放電する。放電回路４０は、それぞれスイッチＳＷ（スイッチＳＷ１〜スイッチＳＷ３）と、抵抗Ｒ（抵抗Ｒ１〜抵抗Ｒ４）と、を備えている。そして、図１に示したメインマイコン３３より送信された放電開始指令信号又は放電終了指令信号に基づいて、スイッチＳＷ（スイッチＳＷ１〜スイッチＳＷ３）をＯＮ、ＯＦＦ制御することによりセルＢＴ１〜ＢＴ３の出力電圧の放電を制御する。
【００３９】
例えば、図１に示したメインマイコン３３より、セルＢＴ１の放電開始指令信号が送信された場合には、コントロール部２７は（図２参照）、セルＢＴ１に設けられるスイッチＳＷ１をＯＮすることにより、セルＢＴ１の出力電圧の放電を開始する。
【００４０】
放電を開始すると、メインマイコン３３ではタイマー（図示省略）によりセルＢＴ１を放電している時間を計時する。そして、放電を開始してから所定時間（例えば、３分）経過したときに、セルＢＴ１の放電終了指令信号を送信し、コントロール部２７は、セルＢＴ１に設けられるスイッチＳＷ１をＯＦＦすることにより、セルＢＴ１の出力電圧の放電を終了する。
【００４１】
次に、本発明の実施形態に係る二次電池の電圧残存量について説明する。図４は、本発明の実施形態に係る二次電池の電圧残存量と出力電圧との関係を示す特性図である。図５（ａ）は、本発明の実施形態に係るセルの出力電圧を放電した場合の出力電圧及び電圧のバラツキと時間との関係を示す特性図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示した放電終止付近を拡大した拡大図である。図６は、従来における均等化実施領域を示す図である。図７は、本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置における均等化実施領域を示す図である。
【００４２】
図４に示すように、二次電池１３が十分に電荷が蓄えられた状態の満充電付近や、二次電池１３が蓄積した電荷を失う放電終止付近になると、電圧残存量（ＳＯＣ）の変化に対する出力電圧の感度が良くなるため、少しの電圧残存量の変化で大きく出力電圧が変化する。
【００４３】
つまり、電圧残存量（例えば、満充電の状態を１００％、完全放電状態を０％とした場合、実際に使用できる電池の量）が２０％（第１閾値）以下の領域と、電圧残存量が８０％（第２閾値）以上の領域では、電圧残存量の変化に対して出力電圧が敏感に変化するため、電圧残存量と出力電圧との関係を示す曲線Ｌ１は、満充電付近及び放電終止付近では傾きが大きくなる（電圧残存量に対する出力電圧の変化率が大きい）。
【００４４】
一方、電圧残存量が２０％以上であって、８０％以下の電圧残存量の中間領域では、電圧残存量の変化に対して出力電圧が敏感に変化しないため、電圧残存量と出力電圧との関係を示す曲線Ｌ１は、電圧残存量の中間領域では傾きが小さく一定となる。つまり、中間領域では、電圧残存量と出力電圧との関係を示す曲線Ｌ１は直線状となる（図４の中間領域参照）。
【００４５】
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、二次電池１３のセルＢＴ１〜ＢＴ５５を放電すると（図５（ａ）及び図５（ｂ）は、７つのセルを放電した場合の図）、放電終止付近では、電圧のバラツキ（各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧の差、最も高い出力電圧と最も低い出力電圧との差）が拡大する。電圧のバラツキが拡大している場合、二次電池１３は過充電状態、或いは過放電状態になりやすくなる。
【００４６】
図６に示すように、従来、ハイブリット車両に搭載して車両駆動用のモータを駆動するための高圧バッテリとして用いられる二次電池は、電圧残存量が中間領域（図４参照）のときに使用されるため、電圧残存量が中間領域（図６の均等化実施領域）にあるときにのみ均等化処理を実行している。そのため、電圧残存量の変化に対する出力電圧を感度が良くなる満充電付近及び放電終止付近、特に、電圧のバラツキが拡大する放電終止付近において均等化処理を実行することができないため、高精度なセル電圧検出精度が求められた。
【００４７】
つまり、均等化処理を実行する際、電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）により検出したセルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧に基づいて各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を均等化しているため、電圧残存量の変化に対して出力電圧が敏感に変化しない中間領域（図４参照）では、電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）がセルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を検出する精度によって均等化の基準電圧となる値が異なる場合が生ずる。
【００４８】
特に、電気自動車やプラグインハイブリット車両等は、二次電池の使用領域が中間領域（図４参照）のみならず、満充電付近及び放電終止付近（図４参照）であっても使用することができるため、二次電池を使用する領域が広くなる。
【００４９】
そこで、本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置１０は、電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良い満充電付近及び放電終止付近、特に、電圧のバラツキが拡大する放電終止付近において均等化処理を実行することにより、高精度に各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を均等化する。
【００５０】
つまり、図７に示すように、電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良く、電圧のバラツキが拡大する電圧残存量が２０％（第１閾値）以下の領域（図７の均等化実施領域）と、電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良い電圧残存量が８０％（第２閾値）以上の領域（図７の均等化実施領域）においても均等化処理を実行する。
【００５１】
そして、本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置１０は、図６に示す均等化実施領域の範囲では、前回の均等化処理から予め設定した第１の待ち時間（例えば、１時間）が経過したことを条件として、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の均等化処理を実行する。
【００５２】
また、図７に示す均等化実施領域の範囲では、前回の均等化処理から第１の待ち時間よりも短い第２の待ち時間（例えば、３０分）が経過したことを条件として、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の均等化処理を実行する。
【００５３】
このように、図７に示す均等化実施領域の範囲、つまり、電圧残存量が２０％（第１閾値）以下の領域と、電圧残存量が８０％（第２閾値）以上の領域では、電圧残存量に対する出力電圧の感度が良く、さらに、電圧残存量が２０％（第１閾値）以下の領域では電圧のバラツキが拡大するため、短い時間で均等化処理を繰り返すことにより、精度よく各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を均等化することができる。
【００５４】
また、電圧残存量が、電圧残存量が第１閾値（例えば、２０％）以下の領域（電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良く、電圧のバラツキが拡大する領域）、又は、第２閾値（８０％）以上の領域（電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良い領域）の場合に均等化処理を行うことにより、高精度に検出したセルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を基準電圧として均等化処理を実行することができる。このため、電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）がセルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を検出する精度によって均等化処理の基準となる基準電圧（例えば、最も低い出力電圧（例えば、３Ｖ）に所定の電圧値（例えば、０．０２Ｖ）を加算した値）の値が異なることがない。
【００５５】
従って、高精度に各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を均等化することが可能な二次電池１３のセル電圧均等化装置１０を提供することができる。
【００５６】
次に、上記のように構成された本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置１０の動作について説明する。図８は、本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置の均等化処理を示すフローチャートである。
【００５７】
はじめに、メインマイコン３３は、二次電池１３のセルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧が安定するまでの一定期間、作動を停止する（ステップＳ１）。
【００５８】
次に、メインマイコン３３は、各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）に初期電圧検出指令信号を出力する（ステップＳ２）。メインマイコン３３より指示された各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）は、各ブロックのセルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を検出し、検出した各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の電圧信号を通信Ｉ／Ｆ３５ａ、３５ｂを経由して、メインマイコン３３に送信する。
【００５９】
次に、メインマイコン３３は、各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）から初期電圧検出信号を取得する（ステップＳ３）。
【００６０】
次に、メインマイコン３３は、電圧残存量を算出する（ステップＳ４）。電圧残存量は、ステップＳ３において取得した電圧検出信号に基づいて算出する。具体的には、セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧のうち、最も低い出力電圧に基づいて二次電池１３の電圧残存量（例えば、満充電の状態を１００％、完全放電状態を０％とした場合、実際に使用できる電池の量）を算出する。
【００６１】
次に、メインマイコン３３は、初期差分値を算出する（ステップＳ５）。初期差分値は、ステップＳ３において取得した電圧検出信号に基づいて算出する。具体的には、セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧のうち、最も低い出力電圧（例えば、３Ｖ）に所定の電圧値（例えば、０．０２Ｖ）を加算した基準電圧（例えば、３Ｖ＋０．０２Ｖ＝３．０２Ｖ）を設定し、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５から基準電圧を減算した差分値を求める。
【００６２】
このように、最も低い電圧値に所定の電圧値を加算した基準電圧を設定することにより、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧が最も低い電圧値よりも低い出力電圧値になること、すなわち、二次電池１３が過放電状態になることを防ぐことができる。
【００６３】
次に、メインマイコン３３は、初期差分値は第１の電圧閾値以上か否かを判定する（ステップＳ６）。つまり、ステップＳ５において算出した初期差分値が第１の電圧閾値（例えば、１．５Ｖ）以上であるセルが存在するか否かを判定する。
【００６４】
メインマイコン３３は、初期差分値が第１の電圧閾値以上であるセルが存在しないと判定したときには（ステップＳ６：ＮＯ）、処理をステップＳ１５に移る。つまり、電圧のバラツキ（各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧の差、最も高い出力電圧と最も低い出力電圧との差）が小さいと判定し、放電回路４０にてセル（ＢＴ１〜ＢＴ５５）の出力電圧を放電する放電処理（ステップＳ７〜ステップＳ１４の処理）を実行しない。
【００６５】
一方、メインマイコン３３は、初期差分値が第１の電圧閾値以上のセルが存在すると判定したときには（ステップＳ６：ＹＥＳ）、電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）に放電開始指令信号を出力する（ステップＳ７）。つまり、ステップＳ５において算出した初期差分値が第１の電圧閾値（例えば、１．５Ｖ）以上であるセルが存在する場合には、セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧にバラツキが大きい（各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧の差が大きい、最も高い出力電圧と最も低い出力電圧との差が大きい）と判定し、初期差分値が第１の電圧閾値以上のセルに設けられる放電回路４０のスイッチＳＷ（図３参照）をＯＮにするための信号を出力する。
【００６６】
メインマイコン３３より指示された各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）は、放電開始の指示がなされたセルに設けられた放電回路４０のスイッチＳＷ（図３参照）をＯＮにし、セルの出力電圧の放電を開始する。
【００６７】
次に、メインマイコン３３は、所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ８）。メインマイコン３３は、所定時間が経過していないと判定したときには（ステップＳ８：ＮＯ）、所定の時間が経過するまで待機する。
【００６８】
一方、メインマイコン３３は、所定の時間が経過したと判定したときには（ステップＳ８：ＹＥＳ）、電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）に放電終了指令信号を出力する（ステップＳ９）。つまり、メインマイコン３３は、タイマー（図示省略）により、セルの出力電圧を放電している時間を計時する。そして、放電を開始してから所定時間（例えば、３分）経過したときに、放電終了指令信号を送信する。
【００６９】
メインマイコン３３より指示された各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）は、放電しているセルに設けられた放電回路４０のスイッチＳＷ（図３参照）をＯＦＦすることにより、セルの出力電圧の放電を終了する。
【００７０】
次に、メインマイコン３３は、二次電池１３のセルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧が安定するまでの一定期間、作動を停止する（ステップＳ１０）。
【００７１】
次に、メインマイコン３３は、各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）に電圧検出指令信号を出力する（ステップＳ１１）。メインマイコン３３より指示された各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）は、各ブロックのセルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を検出し、検出した各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の電圧信号を通信Ｉ／Ｆ３５ａ、３５ｂを経由して、メインマイコン３３に送信する。
【００７２】
次に、メインマイコン３３は、各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）から電圧検出信号を取得する（ステップＳ１２）。
【００７３】
次に、メインマイコン３３は、差分値を算出する（ステップＳ１３）。差分値は、ステップＳ１２において取得した電圧検出信号に基づいて算出する。具体的には、セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧のうち、最も低い出力電圧（例えば、３Ｖ）に所定の電圧値（例えば、０．０２Ｖ）を加算した基準電圧（例えば、３Ｖ＋０．０２Ｖ＝３．０２Ｖ）を設定し、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５から基準電圧を減算した差分値を求める。
【００７４】
次に、メインマイコン３３は、差分値は第２の電圧閾値以下か否かを判定する（ステップＳ１４）。つまり、ステップＳ１２において算出した差分値の全てが第１の電圧閾値（例えば１．５Ｖ）よりも小さく設定した第２の電圧閾値（例えば、０．５Ｖ）以下であるか否かを判定する（各セルＢＴ１〜ＢＴ５５から基準電圧を減算した差分値が全て第２の閾値以下であるか否かを判定する。）
メインマイコン３３は、差分値が全て特定の閾値以下ではないと判定したときには（ステップＳ１４：ＮＯ）、ステップＳ７の処理に戻る。つまり、放電回路４０にて、セル（ＢＴ１〜ＢＴ５５）の出力電圧を放電する放電処理（ステップＳ７〜ステップＳ１４の処理）を差分値の全てが第２の電圧閾値以下となるまで繰り返す（差分値が第２の電圧閾値以上のセルに設けられた放電回路４０にて放電を繰り返す）。
【００７５】
一方、メインマイコン３３は、ステップＳ６に処理において、差分値が第１の電圧閾値以上であるセルが存在しないと判定したとき（ステップＳ６：ＮＯ）、又は、ステップＳ１４の処理において、差分値が全て第２の電圧閾値以下であると判定したとき（ステップＳ１４：ＹＥＳ）には、電圧残存量が第１閾値以下又は第２閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。つまり、ステップＳ４において算出した二次電池１３の電圧残存量が、電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良く、電圧のバラツキが拡大する電圧残存量が第１閾値（例えば、２０％）以下の領域（図７参照）、又は、電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良い電圧残存量が第２閾値（例えば、８０％）以上の領域（図７参照）であるか否かを判定する。
【００７６】
電圧残存量が第１閾値以下又は第２閾値以上であるか否かの判断は、二次電池１３の特性に基づいて、電圧残存量と出力電圧との関係を示す曲線Ｌ１の傾きが変わる値（電圧残存量に対する出力電圧の変化率が大きい値、図４参照）を閾値（第１閾値及び第２閾値）として予めメモリ（図示省略）に記憶しておき、メインマイコン３３は、電圧残存量に対する出力電圧の変化率が大きい値である閾値（第１閾値及び第２閾値）に基づいて判定する。
【００７７】
メインマイコン３３は、電圧残存量が第１閾値以下又は第２閾値以上ではないと判定したときには（ステップＳ１５：ＮＯ）、第１の待ち時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１６）。つまり、電圧残存量が、電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良い満充電付近及び放電終止付近ではない場合には、第１の待ち時間（例えば、１時間）が経過したか否かを判定する。
【００７８】
メインマイコン３３は、第１の待ち時間が経過していないと判定したときには（ステップＳ１６：ＮＯ）、第１の待ち時間が経過するまで待機する。
【００７９】
一方、メインマイコン３３は、第１の待ち時間が経過したと判定したときには（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、ステップＳ２の処理に戻る。つまり、前回の均等化処理（ステップＳ２〜ステップＳ１４の処理）から第１の待ち時間を経過したことを条件として、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の均等化処理を実行する。
【００８０】
一方、メインマイコン３３は、電圧残存量が第１閾値以下又は第２閾値以上であると判定したときには（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、第２の待ち時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１７）。つまり、電圧残存量が、電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良い満充電付近及び放電終止付近である場合には、第１の待ち時間よりも短い第２の待ち時間が経過したか否かを判定する。
【００８１】
メインマイコン３３は、第２の待ち時間が経過していないと判定したときには（ステップＳ１７：ＮＯ）、第２の待ち時間が経過するまで待機する。
【００８２】
一方、メインマイコン３３は、第２の待ち時間が経過したと判定したときには（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、ステップＳ２の処理に戻る。つまり、前回の均等化処理（ステップＳ２〜ステップＳ１４の処理）から第１の待ち時間よりも短い第２の待ち時間を経過したことを条件として、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の均等化処理を実行する。
【００８３】
このようにして、本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置１０は、複数のセルＢＴ１〜ＢＴ５５を直列に接続して所望の電圧を出力する二次電池１３の、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を均等化するセル電圧均等化装置１０であって、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を測定する各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）と、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５毎に設けられ、セルＢＴ１〜ＢＴ５５のプラス極、マイナス極間を通電して、セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を放電する放電回路４０と、各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）により測定される少なくとも一つのセルの出力電圧（例えば、セルＢＴ１〜ＢＴ５５のうち、一番低い出力電圧値）に基づいて、二次電池１３の電圧残存量を求め、この電圧残存量が予め設定した第１閾値（例えば、２０％）以下となる所定の残存量であるか否かを判定し、各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）にて測定された各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧から、予め設定した所定の基準電圧（例えば、最も低い出力電圧（例えば、３Ｖ）に所定の電圧値（例えば、０．０２Ｖ）を加算した値）を減算した差分値を求め、求められた差分値が第１の電圧閾値（例えば、１．５Ｖ）以上であるセルが存在する場合に、このセルに設けられる放電回路４０にて放電することにより、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を均等化するメインマイコン３３と、を有し、メインマイコン３３は、電圧残存量が所定の残存量でない場合には、前回の均等化処理から予め設定した第１の待ち時間（例えば、１時間）が経過したことを条件として、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の均等化処理を実行し、電圧残存量が所定の残存量である場合には、前回の均等化処理から第１の待ち時間よりも短い第２の待ち時間（例えば、３０分）が経過したことを条件として、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の均等化処理を実行する。
【００８４】
また、本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置１０は、二次電池１３の電圧残存量が第１閾値（例えば、２０％）以下である場合に加え、第１閾値よりも大きく設定した第２閾値（例えば、８０％）以上である場合を所定の残存量とする。
【００８５】
さらに、本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置１０は、メインマイコン３３は、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧から基準電圧（例えば、最も低い出力電圧（例えば、３Ｖ）に所定の電圧値（例えば、０．０２Ｖ）を加算した値）を減算した差分値の全てが、第１の電圧閾値（例えば、１．５Ｖ）よりも小さく設定した第２の電圧閾値（例えば、０．５Ｖ）以下であることを条件として、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の均等化処理を終了する。
【００８６】
そして、本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置１０によれば、二次電池１３の電圧残存量が、第１閾値（例えば、２０％）以下の領域（電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良く、電圧のバラツキが拡大する領域）の場合に均等化処理を実行するため、高精度に均等化することができる。
【００８７】
また、二次電池１３の電圧残存量が、電圧残存量が第１閾値（例えば、２０％）以下の領域（電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良く、電圧のバラツキが拡大する領域）の場合には、前回の均等化処理（ステップＳ２〜ステップＳ１４の処理）から第１の待ち時間（例えば、１時間）よりも短い第２の待ち時間（例えば、３０分）が経過したことを条件として各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の均等化処理を実行する。このため、二次電池１３の電圧残存量が、高精度に均等化することができる電圧残存量の場合には、前回の均等化処理から短い時間内で再度均等化処理を実行することとなり、高精度に各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を均等化することができる。
【００８８】
さらに、二次電池１３の電圧残存量が、電圧残存量が第１閾値（例えば、２０％）以下の領域（電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良く、電圧のバラツキが拡大する領域）の場合に均等化処理（ステップＳ２〜ステップＳ１４の処理）を行うことにより、高精度に検出したセルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を基準電圧として均等化処理を実行することができる。このため、電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）がセルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を検出する精度によって均等化処理の基準となる基準電圧（例えば、最も低い出力電圧（例えば、３Ｖ）に所定の電圧値（例えば、０．０２Ｖ）を加算した値）が異なることがない。
【００８９】
従って、高精度に各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を均等化することが可能な二次電池１３のセル電圧均等化装置１０を提供することができる。
【００９０】
また、二次電池１３の電圧残存量が、電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良く、電圧のバラツキが拡大する電圧残存量が第１閾値（例えば、２０％）以下の領域（図７参照）である場合に加え、電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良い電圧残存量が第２閾値（例えば、８０％）以上の領域（図７参照）である場合を所定の残存量として均等化処理（ステップＳ２〜ステップＳ１４の処理）を実行する。このため、より高精度に各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を均等化することができる。
【００９１】
さらに、電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良く、電圧のバラツキが拡大する電圧残存量が第１閾値以下の領域（図７参照）、又は、電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良い電圧残存量が第２閾値以上の領域（図７参照）で均等化処理を実行することにより、高精度な電圧検出用ＩＣを使用しなくとも、セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を高精度に均等化することができる。また、高精度な電圧検出用ＩＣが不要なため、電圧監視システムのコストを低減することができる。
【００９２】
また、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧から基準電圧（例えば、最も低い出力電圧（例えば、３Ｖ）に所定の電圧値（例えば、０．０２Ｖ）を加算した値）を減算した差分値の全てが、第２の電圧閾値以下（例えば、０．５Ｖ）であることを条件として、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の均等化処理を終了する。このため、二次電池１３の過放電状態を防止して、高精度に各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を均等化することができる。
【００９３】
さらに、セルの出力電圧を検出する精度を向上するために高精度な電圧検出用ＩＣを使用することに伴い、構成部品が多く、構成部品を管理する工程が増え製造コストが高くなるという問題が生ずることがなく、高精度な電圧検出用ＩＣを使用する場合と比較して、構成部品を減らして軽量化を図ることができる。
【００９４】
また、電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良く、電圧のバラツキが拡大する電圧残存量が第１閾値以下の領域（図７参照）、又は、電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良い電圧残存量が第２閾値以上の領域（図７参照）で均等化処理を実行することにより、効率の良い均等化処理を実行することができるため、消費電力が少なくなり、無駄な充電を低減して電力を有効活用することができる。
【００９５】
以上、本発明の二次電池のセル電圧均等化装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。
【００９６】
例えば、上記した実施形態では、二次電池１３の電圧残存量は、最も低い出力電圧に基づいて算出する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、出力電圧の平均値に基づいて算出しても良いし、特定のセルに基づいて算出しても良い。
【００９７】
また、上述した実施形態では、基準電圧は、セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧のうち、最も低い出力電圧（例えば、３Ｖ）に所定の電圧値（例えば、０．０２Ｖ）を加算した値（例えば、３．０２Ｖ）を設定する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、基準電圧は、セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧のうち、最も低い出力電圧（所定の電圧値を加算しない）値であっても良いし、セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧の平均値であっても良い。
【００９８】
さらに、上述した実施形態では、放電を開始すると、メインマイコン３３がタイマーにより放電している時間を計時する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、コントロール部２７がタイマー等により放電している時間を計時し、所定時間経過後に、放電回路４０のスイッチをＯＦＦしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明は、高精度に各セルの出力電圧を均等化することが可能な複数組電池のセル電圧均等化装置を提供する上で極めて有用である。
【符号の説明】
【０１００】
１０ セル電圧均等化装置
１１ 高電圧側装置
１２ 低電圧側装置
１３ 二次電池
２１−１〜２１−５ 第１〜第５電圧検出用ＩＣ
２３ 電源回路
２５ マルチプレクサ
２６ Ａ／Ｄ変換器
２７ コントロール部
３１ 通信線
３２ 絶縁インターフェース
３３ メインマイコン
４０ 放電回路
５１ バッテリ
５２ レギュレータ
３５ 通信Ｉ／Ｆ
６１−１〜６１−５ 第１〜第５ブロック
７１−１〜７１−５ 基準電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のセルを直列に接続して所望の電圧を出力する複数組電池の、各セルの出力電圧を均等化するセル電圧均等化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電気自動車やハイブリッド車両等では、モータの駆動電源として、高電圧バッテリを備えている。このような高電圧バッテリは、例えば、ニッケル・水素電池やリチウム電池などの二次電池（蓄電式電池）のセルを複数個、直列に接続することにより、高電圧を得ている。
【０００３】
また、全ての二次電池を同じ電力で充電、或いは放電するため、各々の二次電池の劣化する状態が異なる場合、二次電池は過充電状態、或いは過放電状態になりやすくなる。そこで、二次電池が過充電状態、或いは過放電状態とならないように、各セル毎の充電状態を確認する必要がある。そのため、複数個（例えば、５５個）のセルを、例えば、５個のブロックに分割し（即ち、１１個のセルで１ブロック）、各ブロックの電圧を各ブロック毎に設けられた電圧検出用ＩＣにより、リアルタイムで電圧を測定している。
【０００４】
更に、高電圧バッテリの充放電を繰り返して長時間使用した場合や、高電圧バッテリを長期間放置した場合には、二次電池の電圧残存量が不均一になることがある。このような場合には、高電圧バッテリの使用容量が減少することになり、高電圧バッテリから十分な電力を得ることができなくなる。そこで、例えば、特開２００３−１８９４９０号公報（特許文献１）及び特開２００２−１０１５６５号公報（特許文献２）に記載されているように、各セルの出力電圧を均等化するセル電圧均等化装置が提案されている。
【０００５】
このようなセル電圧均等化装置では、電気自動車やハイブリット車等に搭載される二次電池の各セルの出力電圧を均等にするため、イグニッションがオフのときに各セルの出力電圧を検出し、最も出力電圧の低いセルと一致するように出力電圧の高いセルの出力電圧を放電している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１８９４９０号公報
【特許文献２】特開２００２−１０１５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した従来のセル電圧均等化装置では、電圧検出用ＩＣにより検出したセルの出力電圧に基づいて各セルの出力電圧を均等化しているため、電圧検出用ＩＣがセルの出力電圧を検出する精度によって均等化の基準電圧となる値が異なる場合が生ずる。このため、高精度にセルの出力電圧を均等化することができないという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、高精度に各セルの出力電圧を均等化することが可能な複数組電池のセル電圧均等化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、複数のセルを直列に接続して所望の電圧を出力する複数組電池の、前記各セルの出力電圧を均等化するセル電圧均等化装置において、前記各セルの出力電圧を測定する電圧測定手段と、前記各セル毎に設けられ、セルのプラス極、マイナス極間を通電して、当該セルの出力電圧を放電する放電手段と、前記電圧測定手段により測定される少なくとも一つのセルの出力電圧に基づいて、前記複数組電池の電圧残存量を求め、この電圧残存量が予め設定した第１閾値以下となる所定の残存量であるか否かを判定する電圧残存量測定手段と、前記電圧測定手段にて測定された各セルの出力電圧から、予め設定した所定の基準電圧を減算した差分値を求める差分値演算手段と、前記差分値演算手段により求められた差分値が第１の電圧閾値以上であるセルが存在する場合に、このセルに設けられる前記放電手段にて放電することにより、各セルの出力電圧を均等化する均等化制御手段と、を有し、前記均等化制御手段は、前記電圧残存量測定手段で測定される電圧残存量が前記所定の残存量でない場合には、前回の均等化処理から予め設定した第１の待ち時間が経過したことを条件として、前記各セルの均等化処理を実行し、電圧残存量が前記所定の残存量である場合には、前回の均等化処理から前記第１の待ち時間よりも短い第２の待ち時間が経過したことを条件として、前記各セルの均等化処理を実行することを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の複数組電池のセル電圧均等化装置において、前記複数組電池の電圧残存量が前記第１閾値以下である場合に加え、前記第１閾値よりも大きく設定した第２閾値以上である場合を前記所定の残存量とすることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の複数組電池のセル電圧均等化装置において、前記均等化制御手段は、前記差分値演算手段にて各セルの出力電圧から前記基準電圧を減算した差分値の全てが、前記第１の電圧閾値よりも小さく設定した第２の電圧閾値以下であることを条件として、前記各セルの均等化処理を終了することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、電圧残存量が第１閾値以下である所定の残存量である場合には、前回の均等化処理から第１の待ち時間よりも短い第２の待ち時間が経過したことを条件として各セルの均等化処理を実行する。このため、所定の電圧残存量の場合には、前回の均等化処理から短い時間内で再度均等化処理を実行することとなり、高精度に各セルの出力電圧を均等化することができる。
【００１３】
さらに、電圧残存量が所定の残存量の場合に均等化処理を行うことにより、高精度に検出したセルの出力電圧を基準電圧として均等化処理を実行することができる。このため、電圧測定手段がセルの出力電圧を検出する精度によって均等化処理の基準となる基準電圧の値が異なることがない。
【００１４】
従って、高精度に各セルの出力電圧を均等化することが可能な複数組電池のセル電圧均等化装置を提供することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、電圧残存量が第１の閾値以下である場合に加え、第２の閾値以上である場合を所定の残存量とする。このため、より高精度に各セルの出力電圧を均等化することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、各セルの出力電圧から基準電圧を減算した差分値の全てが、第２の電圧閾値以下であることを条件として、各セルの均等化処理を終了する。このため、複数組電池の過放電状態を防止して、高精度に各セルの出力電圧を均等化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置の詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置の放電回路を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る二次電池の電圧残存量と出力電圧との関係を示す特性図である。
【図５】本発明の実施形態に係るセルの出力電圧を放電した場合の出力電圧及び電圧のバラツキと時間との関係を示す特性図である。
【図６】従来における均等化実施領域を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置の均等化実施領域を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置の均等化処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。はじめに、図１を参照して、本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置について説明する。本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置は、複数のセルを直列に接続して所望の電圧を出力する複数組電池の各セルの出力電圧を均等化する装置である。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置１０、及び複数のセルＢＴ１〜ＢＴ５５からなる二次電池（複数組電池）１３を示すブロック図である。本実施形態に係る二次電池１３は、例えば、蓄電式電池であるリチウム電池等であって、電気自動車やプラグインハイブリット車両等に搭載して車両駆動用のモータを駆動するための高圧バッテリとして用いられる。
【００２０】
図１に示すように、本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置１０は、絶縁インターフェース３２を介して、高電圧側装置１１と低電圧側装置１２に分離されている。
【００２１】
高電圧側装置１１は、５個の電圧検出用ＩＣ（電圧測定手段）、即ち、第１電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜第５電圧検出用ＩＣ（２１−５）を備えている。そして、第１電圧検出用ＩＣ（２１−１）は、第１ブロック６１−１として区切られた１１個のセルＢＴ１〜ＢＴ１１の出力電圧を測定する。
【００２２】
また、第２電圧検出用ＩＣ（２１−２）は、第２ブロック６１−２として区切られた１１個のセルＢＴ１２〜ＢＴ２２の出力電圧を測定し、同様に、第３電圧検出用ＩＣ（２１−３）は、第３ブロック６１−３として区切られた１１個のセルＢＴ２３〜ＢＴ３３の出力電圧を測定し、第４電圧検出用ＩＣ（２１−４）は、第４ブロック６１−４として区切られた１１個のセルＢＴ３４〜ＢＴ４４の出力電圧を測定し、第５電圧検出用ＩＣ（２１−５）は、第５ブロック６１−５として区切られた１１個のセルＢＴ４５〜ＢＴ５５の出力電圧を測定する。すなわち、電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）は、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を測定する電圧測定手段として機能する。
【００２３】
電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）は、それぞれ放電回路（放電手段）４０（後述する図２及び図３参照）を備えている。この放電回路４０は、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５毎に設けられ、セルＢＴ１〜ＢＴ５５のプラス極とマイナス極との間を通電して、セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を放電する。すなわち、放電回路４０は、各セルセルＢＴ１〜ＢＴ５５毎に設けられ、セルＢＴ１〜ＢＴ５５のプラス極、マイナス極間を通電して、セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を放電する放電手段として機能する。
【００２４】
また、電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）は、それぞれ、Ａ／Ｄ変換器２６（後述する図２参照、「ＡＤＣ」と記載）を備えており、Ａ／Ｄ変換器２６用の基準電源７１−１〜７１−５（図１参照）より出力される基準電圧を用いて、各ブロック（第１ブロック〜第５ブロック）毎に検出した電圧信号をディジタルの電圧信号に変換する。
【００２５】
さらに、第２〜第５電圧検出用ＩＣ（２１−２）〜（２１−５）は、通信線３１を介して、第１電圧検出用ＩＣ（２１−１）と接続され、この第１電圧検出用ＩＣ（２１−１）は、絶縁インターフェース３２を介して、低電圧側装置１２側に設けられているメインマイコン（電圧残存量測定手段、差分値演算手段、均等化制御手段）３３に接続されている。すなわち、メインマイコン３３と、各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）は、絶縁インターフェース３２を介し、デイジーチェーン通信で接続されている。
【００２６】
低電圧側装置１２には、５Ｖの直流電圧を出力するレギュレータ５２が設けられ、このレギュレータ５２は、車両に搭載されるバッテリ（電源）５１より出力される電圧（例えば、１２Ｖ）から、安定した５Ｖの直流電圧を生成してメインマイコン３３に供給する。
【００２７】
本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置１０のメインマイコン３３は、各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）に電圧検出指令信号を出力して電圧検出信号を取得すると、少なくとも一つのセルの出力電圧（例えば、セルＢＴ１〜ＢＴ５５のうち最も低い出力電圧）に基づいて、二次電池１３のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ、以下、電圧残存量と称する）を求める。そして、この電圧残存量が所定の残存量（第１閾値以下又は第２閾値以上）であるか否かを判定する。すなわち、メインマイコン３３は、各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）により測定される少なくとも一つのセルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧に基づいて、二次電池１３の電圧残存量を求め、この電圧残存量が予め設定した所定の残存量であるか否かを判定する電圧残存量測定手段として機能する。
【００２８】
また、メインマイコン３３は、各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）に電圧検出指令信号を出力して電圧検出信号を取得すると、この電圧検出信号に基づいて、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧から予め設定した基準電圧（例えば、最も低い出力電圧（例えば、３Ｖ）に所定の電圧値（例えば、０．０２Ｖ）を加算した値）を減算した差分値を求める。すなわち、メインマイコン３３は、各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）にて測定された各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧から、予め設定した所定の基準電圧（例えば、最も低い出力電圧（例えば、３Ｖ）に所定の電圧値（例えば、０．０２Ｖ）を加算した値）を減算した差分値を求める差分値演算手段として機能する。
【００２９】
そして、メインマイコン３３は、求めた差分値が第１の電圧閾値以上（例えば、１．５Ｖ以上）であるセルが存在する場合に、このセルに設けられる放電回路４０（図２及び図３参照）にて放電することにより、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を均等化する均等化処理を実行する。すなわち、メインマイコン３３は、求められた差分値が第１の電圧閾値以上であるセルが存在する場合に、このセルに設けられる放電回路４０にて放電することにより、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を均等化する均等化制御手段として機能する。均等化処理は、差分値の全てが、第２の電圧閾値以下（例えば。０．５Ｖ）であることを条件として、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の均等化処理を終了する。
【００３０】
また、メインマイコン３３は、求めた電圧残存量が所定の残存量でない場合には、前回の均等化処理から予め設定した第１の待ち時間（例えば、１時間）が経過したことを条件として、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の均等化処理を実行する。
【００３１】
一方、求めた電圧残存量が所定の残存量である場合には、前回の均等化処理から第１の待ち時間（例えば、１時間）よりも短い第２の待ち時間（例えば、３０分）が経過したことを条件として、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の均等化処理を実行する。詳細については後述する。
【００３２】
次に、図２を参照して、本発明の実施形態に係る電圧検出用ＩＣの詳細な構成について説明する。図２は、本発明の実施形態に係る第１電圧検出用ＩＣ（２１−１）の内部構成を示すブロック図である。なお、第２電圧検出用ＩＣ〜第５電圧検出用ＩＣ（２１−２）〜（２１−５）は、第１電圧検出用ＩＣ２１−１と略同一の構成であるので、詳細な説明を省略する。
【００３３】
図２に示すように、第１電圧検出用ＩＣ２１−１は、セルＢＴ１〜ＢＴ１１毎に設けられた放電回路４０と、セルＢＴ１〜ＢＴ１１より出力される電力を入力して、所定の電圧を生成する電源回路２３と、ブロック６１−１に設けられる各セルＢＴ１〜ＢＴ１１と放電回路４０を介して接続されて、これらの出力電圧検出するセル電圧入力部２２と、セル電圧入力部２２より出力される各セルの電圧信号を、１系統の時系列的な信号に変換するマルチプレクサ２５と、マルチプレクサ２５より出力される各単位セルの電圧信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２６と、を備えている。
【００３４】
Ａ／Ｄ変換器２６は、基準電源７１−１（図１参照）より出力される基準電圧を用いて、アナログ信号をディジタル信号に変換する。また、第１電圧検出用ＩＣ２１−１は、コントロール部２７と、２つの通信Ｉ／Ｆ３５ａ、３５ｂと、を備えている（第１電圧検出用ＩＣ２１−１は、通信Ｉ／Ｆ３５ａのみでも良い）。
【００３５】
コントロール部２７は、第１電圧検出用ＩＣ（２１−１）を総括的に制御する。特に、図１に示したメインマイコン３３より、セル電圧の電圧検出指令信号が送信された場合には、セル電圧入力部２２で検出したセルＢＴ１〜ＢＴ１１の出力電圧を通信Ｉ／Ｆ３５ａ、３５ｂを経由して、メインマイコン３３に送信する。
【００３６】
また、コントロール部２７は、図１に示したメインマイコン３３より、セルの放電開始指令信号が送信された場合には、放電回路４０による放電開始の指令がなされたセルの出力電圧の放電を開始し、セルの放電終了指令信号が送信された場合には、放電回路４０による放電を終了する。
【００３７】
次に、図３を参照して、本発明の実施形態に係る放電回路について説明する。図３は、本発明の実施形態に係るセルＢＴ１〜ＢＴ３に設けられた放電回路の回路図である。なお、セルＢＴ４〜ＢＴ５５は、セルＢＴ１〜ＢＴ３と同一の回路構成であるので、詳細な説明を省略する。
【００３８】
図３に示すように、放電回路４０は、各セルＢＴ１〜セルＢＴ３毎に設けられ、セルＢＴ１〜セルＢＴ３のプラス極、マイナス極間を通電してセルの出力電圧を放電する。放電回路４０は、それぞれスイッチＳＷ（スイッチＳＷ１〜スイッチＳＷ３）と、抵抗Ｒ（抵抗Ｒ１〜抵抗Ｒ４）と、を備えている。そして、図１に示したメインマイコン３３より送信された放電開始指令信号又は放電終了指令信号に基づいて、スイッチＳＷ（スイッチＳＷ１〜スイッチＳＷ３）をＯＮ、ＯＦＦ制御することによりセルＢＴ１〜ＢＴ３の出力電圧の放電を制御する。
【００３９】
例えば、図１に示したメインマイコン３３より、セルＢＴ１の放電開始指令信号が送信された場合には、コントロール部２７は（図２参照）、セルＢＴ１に設けられるスイッチＳＷ１をＯＮすることにより、セルＢＴ１の出力電圧の放電を開始する。
【００４０】
放電を開始すると、メインマイコン３３ではタイマー（図示省略）によりセルＢＴ１を放電している時間を計時する。そして、放電を開始してから所定時間（例えば、３分）経過したときに、セルＢＴ１の放電終了指令信号を送信し、コントロール部２７は、セルＢＴ１に設けられるスイッチＳＷ１をＯＦＦすることにより、セルＢＴ１の出力電圧の放電を終了する。
【００４１】
次に、本発明の実施形態に係る二次電池の電圧残存量について説明する。図４は、本発明の実施形態に係る二次電池の電圧残存量と出力電圧との関係を示す特性図である。図５（ａ）は、本発明の実施形態に係るセルの出力電圧を放電した場合の出力電圧及び電圧のバラツキと時間との関係を示す特性図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示した放電終止付近を拡大した拡大図である。図６は、従来における均等化実施領域を示す図である。図７は、本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置における均等化実施領域を示す図である。
【００４２】
図４に示すように、二次電池１３が十分に電荷が蓄えられた状態の満充電付近や、二次電池１３が蓄積した電荷を失う放電終止付近になると、電圧残存量（ＳＯＣ）の変化に対する出力電圧の感度が良くなるため、少しの電圧残存量の変化で大きく出力電圧が変化する。
【００４３】
つまり、電圧残存量（例えば、満充電の状態を１００％、完全放電状態を０％とした場合、実際に使用できる電池の量）が２０％（第１閾値）以下の領域と、電圧残存量が８０％（第２閾値）以上の領域では、電圧残存量の変化に対して出力電圧が敏感に変化するため、電圧残存量と出力電圧との関係を示す曲線Ｌ１は、満充電付近及び放電終止付近では傾きが大きくなる（電圧残存量に対する出力電圧の変化率が大きい）。
【００４４】
一方、電圧残存量が２０％以上であって、８０％以下の電圧残存量の中間領域では、電圧残存量の変化に対して出力電圧が敏感に変化しないため、電圧残存量と出力電圧との関係を示す曲線Ｌ１は、電圧残存量の中間領域では傾きが小さく一定となる。つまり、中間領域では、電圧残存量と出力電圧との関係を示す曲線Ｌ１は直線状となる（図４の中間領域参照）。
【００４５】
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、二次電池１３のセルＢＴ１〜ＢＴ５５を放電すると（図５（ａ）及び図５（ｂ）は、７つのセルを放電した場合の図）、放電終止付近では、電圧のバラツキ（各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧の差、最も高い出力電圧と最も低い出力電圧との差）が拡大する。電圧のバラツキが拡大している場合、二次電池１３は過充電状態、或いは過放電状態になりやすくなる。
【００４６】
図６に示すように、従来、ハイブリット車両に搭載して車両駆動用のモータを駆動するための高圧バッテリとして用いられる二次電池は、電圧残存量が中間領域（図４参照）のときに使用されるため、電圧残存量が中間領域（図６の均等化実施領域）にあるときにのみ均等化処理を実行している。そのため、電圧残存量の変化に対する出力電圧を感度が良くなる満充電付近及び放電終止付近、特に、電圧のバラツキが拡大する放電終止付近において均等化処理を実行することができないため、高精度なセル電圧検出精度が求められた。
【００４７】
つまり、均等化処理を実行する際、電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）により検出したセルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧に基づいて各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を均等化しているため、電圧残存量の変化に対して出力電圧が敏感に変化しない中間領域（図４参照）では、電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）がセルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を検出する精度によって均等化の基準電圧となる値が異なる場合が生ずる。
【００４８】
特に、電気自動車やプラグインハイブリット車両等は、二次電池の使用領域が中間領域（図４参照）のみならず、満充電付近及び放電終止付近（図４参照）であっても使用することができるため、二次電池を使用する領域が広くなる。
【００４９】
そこで、本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置１０は、電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良い満充電付近及び放電終止付近、特に、電圧のバラツキが拡大する放電終止付近において均等化処理を実行することにより、高精度に各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を均等化する。
【００５０】
つまり、図７に示すように、電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良く、電圧のバラツキが拡大する電圧残存量が２０％（第１閾値）以下の領域（図７の均等化実施領域）と、電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良い電圧残存量が８０％（第２閾値）以上の領域（図７の均等化実施領域）においても均等化処理を実行する。
【００５１】
そして、本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置１０は、図６に示す均等化実施領域の範囲では、前回の均等化処理から予め設定した第１の待ち時間（例えば、１時間）が経過したことを条件として、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の均等化処理を実行する。
【００５２】
また、図７に示す均等化実施領域の範囲では、前回の均等化処理から第１の待ち時間よりも短い第２の待ち時間（例えば、３０分）が経過したことを条件として、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の均等化処理を実行する。
【００５３】
このように、図７に示す均等化実施領域の範囲、つまり、電圧残存量が２０％（第１閾値）以下の領域と、電圧残存量が８０％（第２閾値）以上の領域では、電圧残存量に対する出力電圧の感度が良く、さらに、電圧残存量が２０％（第１閾値）以下の領域では電圧のバラツキが拡大するため、短い時間で均等化処理を繰り返すことにより、精度よく各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を均等化することができる。
【００５４】
また、電圧残存量が、電圧残存量が第１閾値（例えば、２０％）以下の領域（電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良く、電圧のバラツキが拡大する領域）、又は、第２閾値（８０％）以上の領域（電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良い領域）の場合に均等化処理を行うことにより、高精度に検出したセルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を基準電圧として均等化処理を実行することができる。このため、電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）がセルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を検出する精度によって均等化処理の基準となる基準電圧（例えば、最も低い出力電圧（例えば、３Ｖ）に所定の電圧値（例えば、０．０２Ｖ）を加算した値）の値が異なることがない。
【００５５】
従って、高精度に各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を均等化することが可能な二次電池１３のセル電圧均等化装置１０を提供することができる。
【００５６】
次に、上記のように構成された本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置１０の動作について説明する。図８は、本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置の均等化処理を示すフローチャートである。
【００５７】
はじめに、メインマイコン３３は、二次電池１３のセルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧が安定するまでの一定期間、作動を停止する（ステップＳ１）。
【００５８】
次に、メインマイコン３３は、各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）に初期電圧検出指令信号を出力する（ステップＳ２）。メインマイコン３３より指示された各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）は、各ブロックのセルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を検出し、検出した各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の電圧信号を通信Ｉ／Ｆ３５ａ、３５ｂを経由して、メインマイコン３３に送信する。
【００５９】
次に、メインマイコン３３は、各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）から初期電圧検出信号を取得する（ステップＳ３）。
【００６０】
次に、メインマイコン３３は、電圧残存量を算出する（ステップＳ４）。電圧残存量は、ステップＳ３において取得した電圧検出信号に基づいて算出する。具体的には、セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧のうち、最も低い出力電圧に基づいて二次電池１３の電圧残存量（例えば、満充電の状態を１００％、完全放電状態を０％とした場合、実際に使用できる電池の量）を算出する。
【００６１】
次に、メインマイコン３３は、初期差分値を算出する（ステップＳ５）。初期差分値は、ステップＳ３において取得した電圧検出信号に基づいて算出する。具体的には、セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧のうち、最も低い出力電圧（例えば、３Ｖ）に所定の電圧値（例えば、０．０２Ｖ）を加算した基準電圧（例えば、３Ｖ＋０．０２Ｖ＝３．０２Ｖ）を設定し、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５から基準電圧を減算した差分値を求める。
【００６２】
このように、最も低い電圧値に所定の電圧値を加算した基準電圧を設定することにより、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧が最も低い電圧値よりも低い出力電圧値になること、すなわち、二次電池１３が過放電状態になることを防ぐことができる。
【００６３】
次に、メインマイコン３３は、初期差分値は第１の電圧閾値以上か否かを判定する（ステップＳ６）。つまり、ステップＳ５において算出した初期差分値が第１の電圧閾値（例えば、１．５Ｖ）以上であるセルが存在するか否かを判定する。
【００６４】
メインマイコン３３は、初期差分値が第１の電圧閾値以上であるセルが存在しないと判定したときには（ステップＳ６：ＮＯ）、処理をステップＳ１５に移る。つまり、電圧のバラツキ（各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧の差、最も高い出力電圧と最も低い出力電圧との差）が小さいと判定し、放電回路４０にてセル（ＢＴ１〜ＢＴ５５）の出力電圧を放電する放電処理（ステップＳ７〜ステップＳ１４の処理）を実行しない。
【００６５】
一方、メインマイコン３３は、初期差分値が第１の電圧閾値以上のセルが存在すると判定したときには（ステップＳ６：ＹＥＳ）、電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）に放電開始指令信号を出力する（ステップＳ７）。つまり、ステップＳ５において算出した初期差分値が第１の電圧閾値（例えば、１．５Ｖ）以上であるセルが存在する場合には、セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧にバラツキが大きい（各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧の差が大きい、最も高い出力電圧と最も低い出力電圧との差が大きい）と判定し、初期差分値が第１の電圧閾値以上のセルに設けられる放電回路４０のスイッチＳＷ（図３参照）をＯＮにするための信号を出力する。
【００６６】
メインマイコン３３より指示された各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）は、放電開始の指示がなされたセルに設けられた放電回路４０のスイッチＳＷ（図３参照）をＯＮにし、セルの出力電圧の放電を開始する。
【００６７】
次に、メインマイコン３３は、所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ８）。メインマイコン３３は、所定時間が経過していないと判定したときには（ステップＳ８：ＮＯ）、所定の時間が経過するまで待機する。
【００６８】
一方、メインマイコン３３は、所定の時間が経過したと判定したときには（ステップＳ８：ＹＥＳ）、電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）に放電終了指令信号を出力する（ステップＳ９）。つまり、メインマイコン３３は、タイマー（図示省略）により、セルの出力電圧を放電している時間を計時する。そして、放電を開始してから所定時間（例えば、３分）経過したときに、放電終了指令信号を送信する。
【００６９】
メインマイコン３３より指示された各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）は、放電しているセルに設けられた放電回路４０のスイッチＳＷ（図３参照）をＯＦＦすることにより、セルの出力電圧の放電を終了する。
【００７０】
次に、メインマイコン３３は、二次電池１３のセルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧が安定するまでの一定期間、作動を停止する（ステップＳ１０）。
【００７１】
次に、メインマイコン３３は、各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）に電圧検出指令信号を出力する（ステップＳ１１）。メインマイコン３３より指示された各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）は、各ブロックのセルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を検出し、検出した各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の電圧信号を通信Ｉ／Ｆ３５ａ、３５ｂを経由して、メインマイコン３３に送信する。
【００７２】
次に、メインマイコン３３は、各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）から電圧検出信号を取得する（ステップＳ１２）。
【００７３】
次に、メインマイコン３３は、差分値を算出する（ステップＳ１３）。差分値は、ステップＳ１２において取得した電圧検出信号に基づいて算出する。具体的には、セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧のうち、最も低い出力電圧（例えば、３Ｖ）に所定の電圧値（例えば、０．０２Ｖ）を加算した基準電圧（例えば、３Ｖ＋０．０２Ｖ＝３．０２Ｖ）を設定し、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５から基準電圧を減算した差分値を求める。
【００７４】
次に、メインマイコン３３は、差分値は第２の電圧閾値以下か否かを判定する（ステップＳ１４）。つまり、ステップＳ１２において算出した差分値の全てが第１の電圧閾値（例えば１．５Ｖ）よりも小さく設定した第２の電圧閾値（例えば、０．５Ｖ）以下であるか否かを判定する（各セルＢＴ１〜ＢＴ５５から基準電圧を減算した差分値が全て第２の閾値以下であるか否かを判定する。）
メインマイコン３３は、差分値が全て特定の閾値以下ではないと判定したときには（ステップＳ１４：ＮＯ）、ステップＳ７の処理に戻る。つまり、放電回路４０にて、セル（ＢＴ１〜ＢＴ５５）の出力電圧を放電する放電処理（ステップＳ７〜ステップＳ１４の処理）を差分値の全てが第２の電圧閾値以下となるまで繰り返す（差分値が第２の電圧閾値以上のセルに設けられた放電回路４０にて放電を繰り返す）。
【００７５】
一方、メインマイコン３３は、ステップＳ６に処理において、差分値が第１の電圧閾値以上であるセルが存在しないと判定したとき（ステップＳ６：ＮＯ）、又は、ステップＳ１４の処理において、差分値が全て第２の電圧閾値以下であると判定したとき（ステップＳ１４：ＹＥＳ）には、電圧残存量が第１閾値以下又は第２閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。つまり、ステップＳ４において算出した二次電池１３の電圧残存量が、電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良く、電圧のバラツキが拡大する電圧残存量が第１閾値（例えば、２０％）以下の領域（図７参照）、又は、電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良い電圧残存量が第２閾値（例えば、８０％）以上の領域（図７参照）であるか否かを判定する。
【００７６】
電圧残存量が第１閾値以下又は第２閾値以上であるか否かの判断は、二次電池１３の特性に基づいて、電圧残存量と出力電圧との関係を示す曲線Ｌ１の傾きが変わる値（電圧残存量に対する出力電圧の変化率が大きい値、図４参照）を閾値（第１閾値及び第２閾値）として予めメモリ（図示省略）に記憶しておき、メインマイコン３３は、電圧残存量に対する出力電圧の変化率が大きい値である閾値（第１閾値及び第２閾値）に基づいて判定する。
【００７７】
メインマイコン３３は、電圧残存量が第１閾値以下又は第２閾値以上ではないと判定したときには（ステップＳ１５：ＮＯ）、第１の待ち時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１６）。つまり、電圧残存量が、電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良い満充電付近及び放電終止付近ではない場合には、第１の待ち時間（例えば、１時間）が経過したか否かを判定する。
【００７８】
メインマイコン３３は、第１の待ち時間が経過していないと判定したときには（ステップＳ１６：ＮＯ）、第１の待ち時間が経過するまで待機する。
【００７９】
一方、メインマイコン３３は、第１の待ち時間が経過したと判定したときには（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、ステップＳ２の処理に戻る。つまり、前回の均等化処理（ステップＳ２〜ステップＳ１４の処理）から第１の待ち時間を経過したことを条件として、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の均等化処理を実行する。
【００８０】
一方、メインマイコン３３は、電圧残存量が第１閾値以下又は第２閾値以上であると判定したときには（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、第２の待ち時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１７）。つまり、電圧残存量が、電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良い満充電付近及び放電終止付近である場合には、第１の待ち時間よりも短い第２の待ち時間が経過したか否かを判定する。
【００８１】
メインマイコン３３は、第２の待ち時間が経過していないと判定したときには（ステップＳ１７：ＮＯ）、第２の待ち時間が経過するまで待機する。
【００８２】
一方、メインマイコン３３は、第２の待ち時間が経過したと判定したときには（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、ステップＳ２の処理に戻る。つまり、前回の均等化処理（ステップＳ２〜ステップＳ１４の処理）から第１の待ち時間よりも短い第２の待ち時間を経過したことを条件として、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の均等化処理を実行する。
【００８３】
このようにして、本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置１０は、複数のセルＢＴ１〜ＢＴ５５を直列に接続して所望の電圧を出力する二次電池１３の、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を均等化するセル電圧均等化装置１０であって、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を測定する各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）と、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５毎に設けられ、セルＢＴ１〜ＢＴ５５のプラス極、マイナス極間を通電して、セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を放電する放電回路４０と、各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）により測定される少なくとも一つのセルの出力電圧（例えば、セルＢＴ１〜ＢＴ５５のうち、一番低い出力電圧値）に基づいて、二次電池１３の電圧残存量を求め、この電圧残存量が予め設定した第１閾値（例えば、２０％）以下となる所定の残存量であるか否かを判定し、各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）にて測定された各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧から、予め設定した所定の基準電圧（例えば、最も低い出力電圧（例えば、３Ｖ）に所定の電圧値（例えば、０．０２Ｖ）を加算した値）を減算した差分値を求め、求められた差分値が第１の電圧閾値（例えば、１．５Ｖ）以上であるセルが存在する場合に、このセルに設けられる放電回路４０にて放電することにより、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を均等化するメインマイコン３３と、を有し、メインマイコン３３は、電圧残存量が所定の残存量でない場合には、前回の均等化処理から予め設定した第１の待ち時間（例えば、１時間）が経過したことを条件として、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の均等化処理を実行し、電圧残存量が所定の残存量である場合には、前回の均等化処理から第１の待ち時間よりも短い第２の待ち時間（例えば、３０分）が経過したことを条件として、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の均等化処理を実行する。
【００８４】
また、本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置１０は、二次電池１３の電圧残存量が第１閾値（例えば、２０％）以下である場合に加え、第１閾値よりも大きく設定した第２閾値（例えば、８０％）以上である場合を所定の残存量とする。
【００８５】
さらに、本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置１０は、メインマイコン３３は、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧から基準電圧（例えば、最も低い出力電圧（例えば、３Ｖ）に所定の電圧値（例えば、０．０２Ｖ）を加算した値）を減算した差分値の全てが、第１の電圧閾値（例えば、１．５Ｖ）よりも小さく設定した第２の電圧閾値（例えば、０．５Ｖ）以下であることを条件として、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の均等化処理を終了する。
【００８６】
そして、本発明の実施形態に係るセル電圧均等化装置１０によれば、二次電池１３の電圧残存量が、第１閾値（例えば、２０％）以下の領域（電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良く、電圧のバラツキが拡大する領域）の場合に均等化処理を実行するため、高精度に均等化することができる。
【００８７】
また、二次電池１３の電圧残存量が、電圧残存量が第１閾値（例えば、２０％）以下の領域（電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良く、電圧のバラツキが拡大する領域）の場合には、前回の均等化処理（ステップＳ２〜ステップＳ１４の処理）から第１の待ち時間（例えば、１時間）よりも短い第２の待ち時間（例えば、３０分）が経過したことを条件として各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の均等化処理を実行する。このため、二次電池１３の電圧残存量が、高精度に均等化することができる電圧残存量の場合には、前回の均等化処理から短い時間内で再度均等化処理を実行することとなり、高精度に各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を均等化することができる。
【００８８】
さらに、二次電池１３の電圧残存量が、電圧残存量が第１閾値（例えば、２０％）以下の領域（電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良く、電圧のバラツキが拡大する領域）の場合に均等化処理（ステップＳ２〜ステップＳ１４の処理）を行うことにより、高精度に検出したセルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を基準電圧として均等化処理を実行することができる。このため、電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）がセルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を検出する精度によって均等化処理の基準となる基準電圧（例えば、最も低い出力電圧（例えば、３Ｖ）に所定の電圧値（例えば、０．０２Ｖ）を加算した値）が異なることがない。
【００８９】
従って、高精度に各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を均等化することが可能な二次電池１３のセル電圧均等化装置１０を提供することができる。
【００９０】
また、二次電池１３の電圧残存量が、電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良く、電圧のバラツキが拡大する電圧残存量が第１閾値（例えば、２０％）以下の領域（図７参照）である場合に加え、電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良い電圧残存量が第２閾値（例えば、８０％）以上の領域（図７参照）である場合を所定の残存量として均等化処理（ステップＳ２〜ステップＳ１４の処理）を実行する。このため、より高精度に各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を均等化することができる。
【００９１】
さらに、電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良く、電圧のバラツキが拡大する電圧残存量が第１閾値以下の領域（図７参照）、又は、電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良い電圧残存量が第２閾値以上の領域（図７参照）で均等化処理を実行することにより、高精度な電圧検出用ＩＣを使用しなくとも、セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を高精度に均等化することができる。また、高精度な電圧検出用ＩＣが不要なため、電圧監視システムのコストを低減することができる。
【００９２】
また、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧から基準電圧（例えば、最も低い出力電圧（例えば、３Ｖ）に所定の電圧値（例えば、０．０２Ｖ）を加算した値）を減算した差分値の全てが、第２の電圧閾値以下（例えば、０．５Ｖ）であることを条件として、各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の均等化処理を終了する。このため、二次電池１３の過放電状態を防止して、高精度に各セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧を均等化することができる。
【００９３】
さらに、セルの出力電圧を検出する精度を向上するために高精度な電圧検出用ＩＣを使用することに伴い、構成部品が多く、構成部品を管理する工程が増え製造コストが高くなるという問題が生ずることがなく、高精度な電圧検出用ＩＣを使用する場合と比較して、構成部品を減らして軽量化を図ることができる。
【００９４】
また、電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良く、電圧のバラツキが拡大する電圧残存量が第１閾値以下の領域（図７参照）、又は、電圧残存量の変化に対する出力電圧の感度が良い電圧残存量が第２閾値以上の領域（図７参照）で均等化処理を実行することにより、効率の良い均等化処理を実行することができるため、消費電力が少なくなり、無駄な充電を低減して電力を有効活用することができる。
【００９５】
以上、本発明の二次電池のセル電圧均等化装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。
【００９６】
例えば、上記した実施形態では、二次電池１３の電圧残存量は、最も低い出力電圧に基づいて算出する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、出力電圧の平均値に基づいて算出しても良いし、特定のセルに基づいて算出しても良い。
【００９７】
また、上述した実施形態では、基準電圧は、セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧のうち、最も低い出力電圧（例えば、３Ｖ）に所定の電圧値（例えば、０．０２Ｖ）を加算した値（例えば、３．０２Ｖ）を設定する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、基準電圧は、セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧のうち、最も低い出力電圧（所定の電圧値を加算しない）値であっても良いし、セルＢＴ１〜ＢＴ５５の出力電圧の平均値であっても良い。
【００９８】
さらに、上述した実施形態では、放電を開始すると、メインマイコン３３がタイマーにより放電している時間を計時する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、コントロール部２７がタイマー等により放電している時間を計時し、所定時間経過後に、放電回路４０のスイッチをＯＦＦしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明は、高精度に各セルの出力電圧を均等化することが可能な複数組電池のセル電圧均等化装置を提供する上で極めて有用である。
【符号の説明】
【０１００】
１０ セル電圧均等化装置
１１ 高電圧側装置
１２ 低電圧側装置
１３ 二次電池
２１−１〜２１−５ 第１〜第５電圧検出用ＩＣ
２３ 電源回路
２５ マルチプレクサ
２６ Ａ／Ｄ変換器
２７ コントロール部
３１ 通信線
３２ 絶縁インターフェース
３３ メインマイコン
４０ 放電回路
５１ バッテリ
５２ レギュレータ
３５ 通信Ｉ／Ｆ
６１−１〜６１−５ 第１〜第５ブロック
７１−１〜７１−５ 基準電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルを直列に接続して所望の電圧を出力する複数組電池の、前記各セルの出力電圧を均等化するセル電圧均等化装置において、
前記各セルの出力電圧を測定する電圧測定手段と、
前記各セル毎に設けられ、セルのプラス極、マイナス極間を通電して、当該セルの出力電圧を放電する放電手段と、
前記電圧測定手段により測定される少なくとも一つのセルの出力電圧に基づいて、前記複数組電池の電圧残存量を求め、この電圧残存量が予め設定した第１閾値以下となる所定の残存量であるか否かを判定する電圧残存量測定手段と、
前記電圧測定手段にて測定された各セルの出力電圧から、予め設定した所定の基準電圧を減算した差分値を求める差分値演算手段と、
前記差分値演算手段により求められた差分値が第１の電圧閾値以上であるセルが存在する場合に、このセルに設けられる前記放電手段にて放電することにより、各セルの出力電圧を均等化する均等化制御手段と、を有し、
前記均等化制御手段は、
前記電圧残存量測定手段で測定される電圧残存量が前記所定の残存量でない場合には、前回の均等化処理から予め設定した第１の待ち時間が経過したことを条件として、前記各セルの均等化処理を実行し、
電圧残存量が前記所定の残存量である場合には、前回の均等化処理から前記第１の待ち時間よりも短い第２の待ち時間が経過したことを条件として、前記各セルの均等化処理を実行することを特徴とする複数組電池のセル電圧均等化装置。
【請求項２】
前記複数組電池の電圧残存量が前記第１閾値以下である場合に加え、前記第１閾値よりも大きく設定した第２閾値以上である場合を前記所定の残存量とすることを特徴とする請求項１に記載の複数組電池のセル電圧均等化装置。
【請求項３】
前記均等化制御手段は、前記差分値演算手段にて各セルの出力電圧から前記基準電圧を減算した差分値の全てが、前記第１の電圧閾値よりも小さく設定した第２の電圧閾値以下であることを条件として、前記各セルの均等化処理を終了することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の複数組電池のセル電圧均等化装置。
【請求項１】
複数のセルを直列に接続して所望の電圧を出力する複数組電池の、前記各セルの出力電圧を均等化するセル電圧均等化装置において、
前記各セルの出力電圧を測定する電圧測定手段と、
前記各セル毎に設けられ、セルのプラス極、マイナス極間を通電して、当該セルの出力電圧を放電する放電手段と、
前記電圧測定手段により測定される少なくとも一つのセルの出力電圧に基づいて、前記複数組電池の電圧残存量を求め、この電圧残存量が予め設定した第１閾値以下となる所定の残存量であるか否かを判定する電圧残存量測定手段と、
前記電圧測定手段にて測定された各セルの出力電圧から、予め設定した所定の基準電圧を減算した差分値を求める差分値演算手段と、
前記差分値演算手段により求められた差分値が第１の電圧閾値以上であるセルが存在する場合に、このセルに設けられる前記放電手段にて放電することにより、各セルの出力電圧を均等化する均等化制御手段と、を有し、
前記均等化制御手段は、
前記電圧残存量測定手段で測定される電圧残存量が前記所定の残存量でない場合には、前回の均等化処理から予め設定した第１の待ち時間が経過したことを条件として、前記各セルの均等化処理を実行し、
電圧残存量が前記所定の残存量である場合には、前回の均等化処理から前記第１の待ち時間よりも短い第２の待ち時間が経過したことを条件として、前記各セルの均等化処理を実行することを特徴とする複数組電池のセル電圧均等化装置。
【請求項２】
前記複数組電池の電圧残存量が前記第１閾値以下である場合に加え、前記第１閾値よりも大きく設定した第２閾値以上である場合を前記所定の残存量とすることを特徴とする請求項１に記載の複数組電池のセル電圧均等化装置。
【請求項３】
前記均等化制御手段は、前記差分値演算手段にて各セルの出力電圧から前記基準電圧を減算した差分値の全てが、前記第１の電圧閾値よりも小さく設定した第２の電圧閾値以下であることを条件として、前記各セルの均等化処理を終了することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の複数組電池のセル電圧均等化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−６５４６９（Ｐ２０１２−６５４６９Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０８１０８（Ｐ２０１０−２０８１０８）
【出願日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]