電池均等化装置および方法
【課題】複数の電池セルを接続して構成される組電池において、電力損失が少なくかつ所定の精度で電圧を均等に追い込むための収束時間を短かくできる均等化制御を実現する。
【解決手段】組電池１００は、複数の電池セル１０１を例えば直列に接続して構成される。第１の均等化制御部１０２は、複数の電池セル１０１のうちの１つ以上の電池セル１０１から放電される電力を１つ以上の他の電池セル１０１に充電させることによって複数の電池セル１０１の電圧または電力を均等化させる。第２の均等化制御部１０３は、複数の電池セル１０１から選択した１つ以上の電池セル１０１の電力を放電消費させることによって複数の電池セル１０１の電圧または電力を均等化させる。電池監視部１０４は、複数の電池セル１０１の状態を監視する。均等化切替制御部１０５は、電池監視部１０４が監視した複数の電池セル１０１の状態に基づいて、第１の均等化制御部１０２または第２の均等化制御部１０３のいずれかを選択して動作させる。
【解決手段】組電池１００は、複数の電池セル１０１を例えば直列に接続して構成される。第１の均等化制御部１０２は、複数の電池セル１０１のうちの１つ以上の電池セル１０１から放電される電力を１つ以上の他の電池セル１０１に充電させることによって複数の電池セル１０１の電圧または電力を均等化させる。第２の均等化制御部１０３は、複数の電池セル１０１から選択した１つ以上の電池セル１０１の電力を放電消費させることによって複数の電池セル１０１の電圧または電力を均等化させる。電池監視部１０４は、複数の電池セル１０１の状態を監視する。均等化切替制御部１０５は、電池監視部１０４が監視した複数の電池セル１０１の状態に基づいて、第１の均等化制御部１０２または第２の均等化制御部１０３のいずれかを選択して動作させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池セルを接続して構成される組電池の電圧または蓄電量の均等化を制御する電池均等化装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるハイブリッドカー、プラグインハイブリッドカー、あるいはハイブリッドビークル、ハイブリッドエレクトリックビークルなどと呼ばれる、エンジンに加えてモータ（電動機）を動力源として備えた車両または輸送機械（以下、「車両等」と称する）が実用化されている。さらには、エンジンを備えずモータのみで車両を駆動する電気自動車も実用化されつつある。それらのモータを駆動する電源として、小型、大容量の特徴を有するリチウムイオン電池などが多く使用されるようになってきている。そして、このような用途においては、複数の電池セルが例えば直列に接続されて電池ブロックが構成され、さらにこの電池ブロックを組み合わして接続される組電池として供給される場合がある。電池セルの直列接続により車両のモータを駆動するのに必要な高電圧が得られ、電池ブロックをさらに直列や並列に組み合わして接続することにより必要な電流容量やさらなる高電圧が得られる。
【０００３】
この場合、リチウムイオン電池などは温度による特性の変化が大きく、電池が使用される環境の温度によって電池の残存容量や充電効率も大きく変化する。自動車のような使用環境ではなおさらである。
【０００４】
この結果、電池ブロックを構成する電池セル等において、各セル等の残存容量および出力電圧にばらつきが生じる。各セル等が発生する電圧にばらつきが発生すると、１つのセルの電圧が駆動可能な閾値を下回ったような場合に、全体の電源供給を止めたり抑制したりする必要が生じ、電力効率が低下してしまう。このため、各セルの電圧または蓄電量の均等化を行う電池均等化制御が必要となる。さらには、電池ブロック間でも電圧または容量の均等化を行う必要も生じる。
【０００５】
電池均等化制御の第１の従来技術として、過充電（または過放電）になった電池セルを電池セルと並列に接続した抵抗にバイパスさせ放電させることで各電池セルの電圧をそろえる、いわゆるパッシブ方式の電池均等化制御技術が知られている（例えば、特許文献１、特許文献３、特許文献４に記載の技術）。
【０００６】
この第１の従来技術は、抵抗バイパスによって電力を消費させて放電を行うため、電池セルの電圧を短い時間で目的の電圧まで降下させることができる。しかし、放電された電力は抵抗によって消費されてしまうため、電力損失が大きいという問題点を有していた。
【０００７】
電池均等化制御の第２の従来技術として、放電が必要な電池セルからの放電電力を、インダクタまたはトランスを用いて構成されるコンバータ回路によって、充電が必要な電池セルに充電させる、いわゆるアクティブ方式の電池均等化制御技術が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２に記載の技術）。
【０００８】
この第２の従来技術では、ある電池セルからの放電電力が他の電池セルへの充電電力として使用されるため、電力損失が少ないという特徴を有する。しかし、放電側の電池セルの電圧と充電側の電池セルの電圧を所定の精度で均等に追い込むためには、長い収束時間が必要になってしまうという問題点を有していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−３３３７６２号公報
【特許文献２】特開２００８−３５６８０号公報
【特許文献３】特開２０１０−５１７５０４号公報
【特許文献４】特開２０１０−１４８３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、電力損失が少なくかつ所定の精度で電圧を均等に追い込むための収束時間を短かくできる組電池の均等化制御を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
態様の一例は、複数の電池セルを接続して構成される組電池における複数の電池セルの電圧または電力を均等化させる電池均等化装置として構成され、複数の電池セルのうちの１つ以上の電池セルから放電される電力を複数の電池セルのうちの１つ以上の他の電池セルに充電させることによって複数の電池セルの電圧または電力を均等化させる第１の均等化制御部と、複数の電池セルから選択した１つ以上の電池セルの電力を放電消費させることによって複数の電池セルの電圧または電力を均等化させる第２の均等化制御部と、複数の電池セルの状態を監視する電池監視部と、電池監視部が監視した複数の電池セルの状態に基づいて、第１の均等化制御部または第２の均等化制御部のいずれかを選択して動作させる均等化切替制御部とを備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電力損失が少なくかつ所定の精度で電圧を均等に追い込むための収束時間が短い組電池の均等化制御を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態の基本構成図である。
【図２】本実施形態の動作説明図である。
【図３】本実施形態の全体システム構成図である。
【図４】本実施形態の詳細構成図である。
【図５】本実施形態の制御動作を示すフローチャートである。
【図６】アクティブバランス回路の他の実施形態の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態の基本構成図である。
組電池１００は、複数の電池セル１０１を接続して構成される。具体的な構成例は、図３において後述するが、複数の電池セル１０１が例えば直列に接続されて電池ブロックが構成され、さらにこの電池ブロックを組み合わして組電池１００が構成されてよい。
【００１５】
第１の均等化制御部１０２は、複数の電池セル１０１のうちの１つ以上の電池セル１０１から放電される電力を１つ以上の他の電池セル１０１に充電させることによって複数の電池セル１０１の電圧または電力を均等化させる。この第１の均等化制御部１０２は例えば、複数の電池セル１０１のうちの１つ以上の電池セル１０１から放電される電力を、スイッチング素子、トランス、および整流回路を介して、複数の電池セル１０１のうちの１つ以上の他の電池セル１０１に充電させるコンバータ回路である。あるいは、この第１の均等化制御部１０２は例えば、複数の電池セル１０１のうちの１つ以上の電池セル１０１から放電される電力を、スイッチング素子、インダクタ、および整流回路を介して、複数の電池セル１０１のうちの１つ以上の他の電池セル１０１に充電させるコンバータ回路である。
【００１６】
第２の均等化制御部１０３は、複数の電池セル１０１から選択した１つ以上の電池セル１０１の電力を放電消費させることによって複数の電池セル１０１の電圧または電力を均等化させる。この第２の均等化制御部は例えば、複数の電池セルにそれぞれ並列に接続され、それぞれバイパススイッチおよび抵抗素子とからなる複数のバイパス放電回路である。
【００１７】
電池監視部１０４は、複数の電池セル１０１の状態を監視する。この電池監視部１０４は、例えば各電池セル１０１の両端の電圧を測定する。
均等化切替制御部１０５は、電池監視部１０４が監視した複数の電池セル１０１の状態に基づいて、第１の均等化制御部１０２または第２の均等化制御部１０３のいずれかを選択して動作させる。より具体的には、均等化切替制御部１０５は例えば、次のような動作を実行する。すなわち、均等化切替制御部１０５は、複数の電池セル１０１の電圧または電力が均等でない度合いが第１の閾値および第１の閾値よりも大きい第２の閾値以上であって均等化が必要であると判定した後に、第１の均等化制御部１０２を動作させる。その後、均等化切替制御部１０５は、均等でない度合いが第２の閾値よりも小さくなったときに第１の均等化制御部１０２の動作を停止させて第２の均等化制御部１０３を動作させる。その後、均等化切替制御部１０５は、均等でない度合いが第１の閾値よりも小さくなったときに第２の均等化制御部の動作を停止させて均等化制御を終了する。ここで、均等化の度合いは例えば、電池監視部１０４において監視された各電池セル１０１の電圧値の最大値と最小値の差である。この場合、均等化切替制御部１０５は、第２の均等化制御部１０３を動作させるときに、上記最大値に対応する電池セル１０１を選択的に放電消費させる。より具体的には、均等化切替制御部１０５は例えば、第２の均等化制御部１０４を動作させるときに、電池監視部１０４において監視された電圧値が最大値を示す電池セルに対応する前述のバイパス放電回路内のスイッチ素子をオンする。
【００１８】
以上のように、本実施形態では例えば、複数の電池セル１０１の電圧または電力が均等でない度合いが大きい（第２の閾値以上である）ときには、第１の均等化制御部１０２が動作する。第１の均等化制御部１０２は、１つ以上の電池セル１０１から放電される電力を１つ以上の他の電池セル１０１に充電させる方式で均等化制御を実施するため、電力損失が少ない状態で電池セル１０１の均等化を実施することができる。
【００１９】
この動作により、均等でない度合いが小さくなる（第１の閾値以上第２の閾値未満になる）と、第１の均等化制御部１０２の動作が停止させられて第２の均等化制御部１０３が動作させられる。第２の均等化制御部１０３は例えば、放電すべき電池セル１０１の電力を抵抗素子等を介してバイパス放電させる回路であるため、急速な放電動作が可能であると共に制御が容易であるため、精度が良くなる。。
【００２０】
第２の均等化制御部１０３は原理的には電力損失が大きい方式であるが、第２の均等化制御部１０３が動作するのは均等でない度合いが小さく電池セル１０１間の電圧または電力容量の差が小さい期間であるため、本実施形態においては、第２の均等化制御部１０３の動作による電力損失は小さく抑えることが可能となる。
【００２１】
図２は、本実施形態の動作説明図である。
図２（ａ）は、本実施形態における第１の均等化制御部１０２に相当するいわゆるアクティブ方式の均等化制御のみを実施した場合の従来技術における動作を示す図である。電池セル１０１の電圧差（最大値と最小値の差）が大きい状態から均等化制御が開始された後、電圧差が均等化の目標範囲２０１に到達するまでの時間、すなわち、電圧差が第１の閾値（図中、「閾値１」）になるまでの時間ｔend は、長時間を要する。これは、電圧差が第２の閾値（図中、「閾値２」）付近まで収束した付近から、放電されるべき電池セル１０１からの放電量が少なくなってくるために充電されるべき電池セル１０１への充電量が少なくなり、目標範囲２０１に完全に収束するまでに長い時間がかかるためである。
【００２２】
また、図示はしていないが、本実施形態における第２の均等化制御部１０２に相当するいわゆるパッシブ方式の均等化制御のみを実施した場合の従来技術では、電池セル１０１の電圧差が均等化の目標範囲に到達するまでの時間は比較的短くすむが、電圧差が大きい場合に大きな放電電力が失われるため、組電池が車両を駆動する時間性能等が低下してしまう。
【００２３】
図２（ｂ）は、図１の構成を基本とする本実施形態における動作を示す図である。前述したように、本実施形態では、電池セル１０１の電圧差が大きい第２の閾値（図中「閾値２」）に達するまでは第１の均等化制御部１０２によるいわゆるアクティブ方式による均等化制御が実施される。これにより、電圧差が大きい期間での電力損失を回避することが可能となる。そして、電圧差が第２の閾値（図中、「閾値２」）付近まで収束した時点ｔchangeで、均等化制御が、第１の均等化制御部１０２による制御から第２の均等化制御部１０３による制御に切り替えられる。これにより、第２の均等化制御部１０３によって急速な放電が実行される結果、電圧差が急速に第１の閾値（図中、「閾値１」）より小さくなって目標範囲２０１に到達する。すなわち、本実施形態において均等化制御が終了するまでの図２（ｂ）の時間ｔend ′は、従来のアクティブ方式による制御において均等化制御が終了するための図２（ａ）の時間tend よりも、図２（ｂ）中の矢印２０２で示されるように、大幅に短縮することが可能となる。しかも、本実施形態では、第２の均等化制御部１０３は電圧差が小さい範囲でのみ動作するため、第２の均等化制御部１０３の動作による電力損失を抑えることが可能となる。
【００２４】
図３は、図１の基本構成に基づく、本実施形態の全体システム構成図である。
図３（ａ）において、電池パック３０１は、組電池３０２と、電池監視部３０３と、制御部３０４と、電流測定部３０５を含む。
【００２５】
組電池３０２は、図１の組電池１００に対応し、例えば図３（ｂ）の構成を有する。図３（ｂ）において、組電池１００は、複数（図では４個）の電池ブロック３０８が直列および並列に接続される構成を有する。このような複数構成により、所望の電圧および電流容量が得られる。電池ブロック３０８は、複数の電池セル３０９が直列に接続される構成を有する。電池セル３０９は、図１の電池セル１０１に対応する。また、各電池ブロック３０８は、遮断器３１０を有する。遮断器３１０は、制御部３０４によって遮断されて、過電流時の回路保護や電池ブロック３０８の破損時の切り離し等を行う。本実施形態では、図４で後述するように、電池ブロック３０８の単位で均等化制御を実施することができる。
【００２６】
図３（ａ）において、電池監視部３０３および制御部３０４はそれぞれ、図１の電池監視部１０４および均等化切替制御部１０５に対応する。
図３（ａ）において、電池パック３０１の外部に設けられる電池制御部３０６は、電池監視部３０３、および電池監視部３０３を介して電流測定部３０５と通信をすることにより、均等化制御以外の各種監視制御や温度制御等を実行する。電池制御部３０６はさらに上位の走行制御部３０７との間で、各種走行制御のための情報を通信する。
【００２７】
図４は、図３のシステム構成をベースにした、本実施形態のさらに詳細な構成を示す図である。
図４（ａ）において、電池監視部３０３は、電池ブロック３０８内の各電池セル３０９の両端の電圧をマルチプレクサ４０２を使って収集し、Ａ／Ｄ変換器４０３でデジタル値に変換して制御部３０４に通知する電圧測定部４０１を有する。電流測定部３０５の出力は電池監視部３０３を介して制御部３０４に通知される。電流測定部３０５は、電池ブロック３０８の出力電流を測定する。電池ブロック３０８は、図３の電池セル３０９の直列接続構成のほか、均等化制御を実施するバランス回路４０４を有する。バランス回路４０４は、スイッチ制御部４０５を含み、スイッチ制御部４０５は制御部３０４から制御される。
【００２８】
図４（ｂ）は、図４（ａ）のバランス回路４０４の詳細な構成図である。バランス回路４０４は、スイッチ制御部４０５と、アクティブバランス回路４０６と、抵抗バランス回路４０７を含む。アクティブバランス回路４０６は、図１の第１の均等化制御部１０２に対応する。抵抗バランス回路４０７は、図１の第２の均等化制御部１０３に対応する。
【００２９】
アクティブバランス回路４０６は、トランス４０８と、スイッチング素子４０９と、整流用ダイオードＤを含む。電池ブロック３０８の２つの出力端子は、片方がスイッチング素子４０９を介してトランス４０８の１次側コイルＣ１に接続される。トランス４０８の２次側コイルＣ２は、電池ブロック３０８内の各電池セル３０９に対応する数を有し、２次側コイルＣ２の２つの出力端子は片方が整流用ダイオードＤを介して対応する電池セル３０９の２つの出力端子に接続される。
【００３０】
抵抗バランス回路４０７は、電池ブロック３０８内の各電池セル３０９に対応して、各電池セル３０９の２つの出力端子に並列に接続される抵抗素子ＲとバイパススイッチＳＷの直列接続回路を有する。
【００３１】
以上の図３および図４の本実施形態のシステム構成において、制御部３０４は、前述したように図１の均等化切替制御部１０５として動作し、組電池３０２内の各電池ブロック３０８（図３）に対して、電池均等化制御を実施する。
【００３２】
制御部３０４は、電池ブロック３０８内の各電池セル３０９に対して、前述した図１の第１の均等化制御部１０２に対応するバランス回路４０４内のアクティブバランス回路４０６を動作させるときは、次のような制御を行う。制御部３０４は、バランス回路４０４内のスイッチ制御部４０５を制御して、アクティブバランス回路４０６内のスイッチング素子４０９を動作させる。スイッチング素子４０９は、例えばＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：電界効果トランジスタ）によって構成され、所定周波数（例えば十〜数十キロヘルツ程度）の断続（ＰＷＭ：パルス波変調）動作をデューティー比を制御しながら実施させる。これにより、電圧値が相対的に高い電池セル３０９から放電された電力が、トランス４０８の１次側コイルＣ１から電圧値が相対的に低い電池セル３０９に接続されるトランス４０８の２次側コイルＣ２に伝達されて、その電池セル３０９に充電される。この動作が断続的に繰り返されることにより、図１の第１の均等化制御部１０２による均等化制御動作が実施される。
【００３３】
制御部３０４は、電池ブロック３０８内の所望の電池セル３０９に対して、前述した図１の第２の均等化制御部１０３に対応するバランス回路４０４内の抵抗バランス回路４０７を動作させるときは、次のような制御を行う。制御部３０４は、バランス回路４０４内のスイッチ制御部４０５を制御して、急速放電を行わせる電池セル３０９に並列に接続されているバイパススイッチＳＷをオンさせる。これにより、所望の電池セル３０９からの放電が急速に実行されることにより、図１の第２の均等化制御部１０３による均等化制御動作が実施される。
【００３４】
図５は、図３または図４の制御部３０４が実行する図１の均等化切替制御部１０５の制御動作を示すフローチャートである。この制御動作は例えば、制御部３０４内の特には図示しないＣＰＵが同じく特には図示しないメモリに記憶された制御プログラムを実行する動作として実現される。この制御動作は、制御部３０４が一定時間毎に実行する。
【００３５】
まず、制御部３０４は、図３の電池監視部３０３内の電圧測定部４０１を介して、電池ブロック３０８内の各電池セル３０９の電圧を測定する（ステップＳ４０１）。
制御部３０４は、化電池セル３０９の電圧の最大値と最小値の電圧差を計算する（ステップＳ４０２）。
【００３６】
制御部３０４は、上記電圧差が閾値１（図２参照）以上であるか否かを判定する（ステップＳ４０３）。
上記電圧差が閾値１よりも小さい場合には、制御部３０４は、均等化制御は実施する必要がないとして、今回の均等化制御動作を終了する。
【００３７】
上記電圧差が閾値１以上である場合には、制御部３０４は、均等化制御を実施する。
まず、制御部３０４は、上記電圧差が閾値１よりも大きな値である閾値２（図２参照）以上であるか否かを判定する（ステップＳ４０４）。
【００３８】
上記電圧差が閾値２以上である場合には、制御部３０４は、図４のバランス回路４０４内のスイッチ制御部４０５に対して、バランス回路４０４内のアクティブバランス回路４０６を動作させて、ＰＷＭ動作を実行させる（ステップＳ４０５）。これにより、図１の第１の均等化制御部１０２の動作が実行される。
【００３９】
この動作とともに、制御部３０４は、ステップＳ４０２で電圧の最大値と最小値を取得した電池セル３０９の対の電圧差を、図３の電池監視部３０３内の電圧測定部４０１を介して取得する（ステップＳ４０６）。
【００４０】
制御部３０４は、ステップＳ４０６で取得した電圧差が閾値２未満になったか否かを判定する（ステップＳ４０７）。
制御部３０４は、ステップＳ４０６で取得した電圧差が閾値２未満になっていないときには、ステップＳ４０５に戻って、アクティブバランス回路４０６の動作を継続させる。これは、図１の第１の均等化制御部１０２の動作が継続している状態である。
【００４１】
制御部３０４は、ステップＳ４０６で取得した電圧差が閾値２未満になったとき、または前述したステップＳ４０４で始めから電圧差が閾値２未満であると判定されたときには、次の動作を実行する。このタイミングは、図２の時点ｔchangeに対応する。制御部３０４は、スイッチ制御部４０５を制御して、アクティブバランス回路４０６の動作を停止させる。そして、制御部３０４は、スイッチ制御部４０５を制御して、バランス回路４０４内の抵抗バランス回路４０７において、ステップＳ４０２で電圧の最大値を取得した電池セル３０９に対応するバイパススイッチＳＷをオンさせて、その電池セル３０９に対して急速放電を行わせる（ステップＳ４０８）。これにより、図１の第２の均等化制御部１０３による動作が実現され、図２（ｂ）の時点ｔchange以降の急速放電の動作が実現される。
【００４２】
制御部３０４は、ステップＳ４０８の動作の後、ステップＳ４０１の動作に戻って、均等制御を続行する。通常は、ステップＳ４０８の動作により均等化が完了するため、ステップＳ４０１、Ｓ４０２、Ｓ４０３を介して、均等化制御の処理を終了する。
【００４３】
以上のようにして、本実施形態のシステムにより、電力損失が少なくかつ所定の精度で電圧を均等に追い込むための収束時間が短い組電池の均等化制御が実現される。
以上説明した本実施形態において、アクティブバランス回路４０６の例として、図４の４０６として示される回路例を示したが、アクティブバランス回路４０６としては、様々な構成のものを採用することができる。
【００４４】
図６（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、トランスを用いたアクティブバランス回路４０６の回路構成例を示した図である。また（d）はインダクタを用いたアクティブバランス回路４０６の回路構成例を示した図である。基本的には、図３または図４の電池セル３０９群に対して、１つ以上の電池セル３０９から放電される電力を１つ以上の他の電池セル３０９に充電させることができるアクティブバランス構成が、トランス、インダクタ、整流用ダイオード、スイッチング素子等を用いて実現されればよい。そして、そのスイッチング素子４０９が、図４のスイッチ制御部４０５によってスイッチング制御されることにより、図１の第１の均等化制御部１０２の動作が実現されればよい。
【符号の説明】
【００４５】
１００、３０２ 組電池
１０１、３０９ 電池セル
１０２ 第１の均等化制御部
１０３ 第２の均等化制御部
１０４、３０３ 電池監視部
１０５ 均等化切替制御部
３０１ 電池パック
３０４ 制御部
３０５ 電流測定部
３０６ 電池制御部
３０７ 走行制御部
３０８ 電池ブロック
３１０ 遮断スイッチ
４０１ 電圧測定部
４０２ マルチプレクサ
４０３ Ａ／Ｄ変換器
４０４ バランス回路
４０５ スイッチ制御部
４０６ アクティブバランス回路
４０７ 抵抗バランス回路
４０８ トランス
４０９ スイッチング素子
Ｄ ダイオード
Ｒ 抵抗
ＳＷ バイパススイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池セルを接続して構成される組電池の電圧または蓄電量の均等化を制御する電池均等化装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるハイブリッドカー、プラグインハイブリッドカー、あるいはハイブリッドビークル、ハイブリッドエレクトリックビークルなどと呼ばれる、エンジンに加えてモータ（電動機）を動力源として備えた車両または輸送機械（以下、「車両等」と称する）が実用化されている。さらには、エンジンを備えずモータのみで車両を駆動する電気自動車も実用化されつつある。それらのモータを駆動する電源として、小型、大容量の特徴を有するリチウムイオン電池などが多く使用されるようになってきている。そして、このような用途においては、複数の電池セルが例えば直列に接続されて電池ブロックが構成され、さらにこの電池ブロックを組み合わして接続される組電池として供給される場合がある。電池セルの直列接続により車両のモータを駆動するのに必要な高電圧が得られ、電池ブロックをさらに直列や並列に組み合わして接続することにより必要な電流容量やさらなる高電圧が得られる。
【０００３】
この場合、リチウムイオン電池などは温度による特性の変化が大きく、電池が使用される環境の温度によって電池の残存容量や充電効率も大きく変化する。自動車のような使用環境ではなおさらである。
【０００４】
この結果、電池ブロックを構成する電池セル等において、各セル等の残存容量および出力電圧にばらつきが生じる。各セル等が発生する電圧にばらつきが発生すると、１つのセルの電圧が駆動可能な閾値を下回ったような場合に、全体の電源供給を止めたり抑制したりする必要が生じ、電力効率が低下してしまう。このため、各セルの電圧または蓄電量の均等化を行う電池均等化制御が必要となる。さらには、電池ブロック間でも電圧または容量の均等化を行う必要も生じる。
【０００５】
電池均等化制御の第１の従来技術として、過充電（または過放電）になった電池セルを電池セルと並列に接続した抵抗にバイパスさせ放電させることで各電池セルの電圧をそろえる、いわゆるパッシブ方式の電池均等化制御技術が知られている（例えば、特許文献１、特許文献３、特許文献４に記載の技術）。
【０００６】
この第１の従来技術は、抵抗バイパスによって電力を消費させて放電を行うため、電池セルの電圧を短い時間で目的の電圧まで降下させることができる。しかし、放電された電力は抵抗によって消費されてしまうため、電力損失が大きいという問題点を有していた。
【０００７】
電池均等化制御の第２の従来技術として、放電が必要な電池セルからの放電電力を、インダクタまたはトランスを用いて構成されるコンバータ回路によって、充電が必要な電池セルに充電させる、いわゆるアクティブ方式の電池均等化制御技術が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２に記載の技術）。
【０００８】
この第２の従来技術では、ある電池セルからの放電電力が他の電池セルへの充電電力として使用されるため、電力損失が少ないという特徴を有する。しかし、放電側の電池セルの電圧と充電側の電池セルの電圧を所定の精度で均等に追い込むためには、長い収束時間が必要になってしまうという問題点を有していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−３３３７６２号公報
【特許文献２】特開２００８−３５６８０号公報
【特許文献３】特開２０１０−５１７５０４号公報
【特許文献４】特開２０１０−１４８３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、電力損失が少なくかつ所定の精度で電圧を均等に追い込むための収束時間を短かくできる組電池の均等化制御を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
態様の一例は、複数の電池セルを接続して構成される組電池における複数の電池セルの電圧または電力を均等化させる電池均等化装置として構成され、複数の電池セルのうちの１つ以上の電池セルから放電される電力を複数の電池セルのうちの１つ以上の他の電池セルに充電させることによって複数の電池セルの電圧または電力を均等化させる第１の均等化制御部と、複数の電池セルから選択した１つ以上の電池セルの電力を放電消費させることによって複数の電池セルの電圧または電力を均等化させる第２の均等化制御部と、複数の電池セルの状態を監視する電池監視部と、電池監視部が監視した複数の電池セルの状態に基づいて、第１の均等化制御部または第２の均等化制御部のいずれかを選択して動作させる均等化切替制御部とを備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電力損失が少なくかつ所定の精度で電圧を均等に追い込むための収束時間が短い組電池の均等化制御を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態の基本構成図である。
【図２】本実施形態の動作説明図である。
【図３】本実施形態の全体システム構成図である。
【図４】本実施形態の詳細構成図である。
【図５】本実施形態の制御動作を示すフローチャートである。
【図６】アクティブバランス回路の他の実施形態の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態の基本構成図である。
組電池１００は、複数の電池セル１０１を接続して構成される。具体的な構成例は、図３において後述するが、複数の電池セル１０１が例えば直列に接続されて電池ブロックが構成され、さらにこの電池ブロックを組み合わして組電池１００が構成されてよい。
【００１５】
第１の均等化制御部１０２は、複数の電池セル１０１のうちの１つ以上の電池セル１０１から放電される電力を１つ以上の他の電池セル１０１に充電させることによって複数の電池セル１０１の電圧または電力を均等化させる。この第１の均等化制御部１０２は例えば、複数の電池セル１０１のうちの１つ以上の電池セル１０１から放電される電力を、スイッチング素子、トランス、および整流回路を介して、複数の電池セル１０１のうちの１つ以上の他の電池セル１０１に充電させるコンバータ回路である。あるいは、この第１の均等化制御部１０２は例えば、複数の電池セル１０１のうちの１つ以上の電池セル１０１から放電される電力を、スイッチング素子、インダクタ、および整流回路を介して、複数の電池セル１０１のうちの１つ以上の他の電池セル１０１に充電させるコンバータ回路である。
【００１６】
第２の均等化制御部１０３は、複数の電池セル１０１から選択した１つ以上の電池セル１０１の電力を放電消費させることによって複数の電池セル１０１の電圧または電力を均等化させる。この第２の均等化制御部は例えば、複数の電池セルにそれぞれ並列に接続され、それぞれバイパススイッチおよび抵抗素子とからなる複数のバイパス放電回路である。
【００１７】
電池監視部１０４は、複数の電池セル１０１の状態を監視する。この電池監視部１０４は、例えば各電池セル１０１の両端の電圧を測定する。
均等化切替制御部１０５は、電池監視部１０４が監視した複数の電池セル１０１の状態に基づいて、第１の均等化制御部１０２または第２の均等化制御部１０３のいずれかを選択して動作させる。より具体的には、均等化切替制御部１０５は例えば、次のような動作を実行する。すなわち、均等化切替制御部１０５は、複数の電池セル１０１の電圧または電力が均等でない度合いが第１の閾値および第１の閾値よりも大きい第２の閾値以上であって均等化が必要であると判定した後に、第１の均等化制御部１０２を動作させる。その後、均等化切替制御部１０５は、均等でない度合いが第２の閾値よりも小さくなったときに第１の均等化制御部１０２の動作を停止させて第２の均等化制御部１０３を動作させる。その後、均等化切替制御部１０５は、均等でない度合いが第１の閾値よりも小さくなったときに第２の均等化制御部の動作を停止させて均等化制御を終了する。ここで、均等化の度合いは例えば、電池監視部１０４において監視された各電池セル１０１の電圧値の最大値と最小値の差である。この場合、均等化切替制御部１０５は、第２の均等化制御部１０３を動作させるときに、上記最大値に対応する電池セル１０１を選択的に放電消費させる。より具体的には、均等化切替制御部１０５は例えば、第２の均等化制御部１０４を動作させるときに、電池監視部１０４において監視された電圧値が最大値を示す電池セルに対応する前述のバイパス放電回路内のスイッチ素子をオンする。
【００１８】
以上のように、本実施形態では例えば、複数の電池セル１０１の電圧または電力が均等でない度合いが大きい（第２の閾値以上である）ときには、第１の均等化制御部１０２が動作する。第１の均等化制御部１０２は、１つ以上の電池セル１０１から放電される電力を１つ以上の他の電池セル１０１に充電させる方式で均等化制御を実施するため、電力損失が少ない状態で電池セル１０１の均等化を実施することができる。
【００１９】
この動作により、均等でない度合いが小さくなる（第１の閾値以上第２の閾値未満になる）と、第１の均等化制御部１０２の動作が停止させられて第２の均等化制御部１０３が動作させられる。第２の均等化制御部１０３は例えば、放電すべき電池セル１０１の電力を抵抗素子等を介してバイパス放電させる回路であるため、急速な放電動作が可能であると共に制御が容易であるため、精度が良くなる。。
【００２０】
第２の均等化制御部１０３は原理的には電力損失が大きい方式であるが、第２の均等化制御部１０３が動作するのは均等でない度合いが小さく電池セル１０１間の電圧または電力容量の差が小さい期間であるため、本実施形態においては、第２の均等化制御部１０３の動作による電力損失は小さく抑えることが可能となる。
【００２１】
図２は、本実施形態の動作説明図である。
図２（ａ）は、本実施形態における第１の均等化制御部１０２に相当するいわゆるアクティブ方式の均等化制御のみを実施した場合の従来技術における動作を示す図である。電池セル１０１の電圧差（最大値と最小値の差）が大きい状態から均等化制御が開始された後、電圧差が均等化の目標範囲２０１に到達するまでの時間、すなわち、電圧差が第１の閾値（図中、「閾値１」）になるまでの時間ｔend は、長時間を要する。これは、電圧差が第２の閾値（図中、「閾値２」）付近まで収束した付近から、放電されるべき電池セル１０１からの放電量が少なくなってくるために充電されるべき電池セル１０１への充電量が少なくなり、目標範囲２０１に完全に収束するまでに長い時間がかかるためである。
【００２２】
また、図示はしていないが、本実施形態における第２の均等化制御部１０２に相当するいわゆるパッシブ方式の均等化制御のみを実施した場合の従来技術では、電池セル１０１の電圧差が均等化の目標範囲に到達するまでの時間は比較的短くすむが、電圧差が大きい場合に大きな放電電力が失われるため、組電池が車両を駆動する時間性能等が低下してしまう。
【００２３】
図２（ｂ）は、図１の構成を基本とする本実施形態における動作を示す図である。前述したように、本実施形態では、電池セル１０１の電圧差が大きい第２の閾値（図中「閾値２」）に達するまでは第１の均等化制御部１０２によるいわゆるアクティブ方式による均等化制御が実施される。これにより、電圧差が大きい期間での電力損失を回避することが可能となる。そして、電圧差が第２の閾値（図中、「閾値２」）付近まで収束した時点ｔchangeで、均等化制御が、第１の均等化制御部１０２による制御から第２の均等化制御部１０３による制御に切り替えられる。これにより、第２の均等化制御部１０３によって急速な放電が実行される結果、電圧差が急速に第１の閾値（図中、「閾値１」）より小さくなって目標範囲２０１に到達する。すなわち、本実施形態において均等化制御が終了するまでの図２（ｂ）の時間ｔend ′は、従来のアクティブ方式による制御において均等化制御が終了するための図２（ａ）の時間tend よりも、図２（ｂ）中の矢印２０２で示されるように、大幅に短縮することが可能となる。しかも、本実施形態では、第２の均等化制御部１０３は電圧差が小さい範囲でのみ動作するため、第２の均等化制御部１０３の動作による電力損失を抑えることが可能となる。
【００２４】
図３は、図１の基本構成に基づく、本実施形態の全体システム構成図である。
図３（ａ）において、電池パック３０１は、組電池３０２と、電池監視部３０３と、制御部３０４と、電流測定部３０５を含む。
【００２５】
組電池３０２は、図１の組電池１００に対応し、例えば図３（ｂ）の構成を有する。図３（ｂ）において、組電池１００は、複数（図では４個）の電池ブロック３０８が直列および並列に接続される構成を有する。このような複数構成により、所望の電圧および電流容量が得られる。電池ブロック３０８は、複数の電池セル３０９が直列に接続される構成を有する。電池セル３０９は、図１の電池セル１０１に対応する。また、各電池ブロック３０８は、遮断器３１０を有する。遮断器３１０は、制御部３０４によって遮断されて、過電流時の回路保護や電池ブロック３０８の破損時の切り離し等を行う。本実施形態では、図４で後述するように、電池ブロック３０８の単位で均等化制御を実施することができる。
【００２６】
図３（ａ）において、電池監視部３０３および制御部３０４はそれぞれ、図１の電池監視部１０４および均等化切替制御部１０５に対応する。
図３（ａ）において、電池パック３０１の外部に設けられる電池制御部３０６は、電池監視部３０３、および電池監視部３０３を介して電流測定部３０５と通信をすることにより、均等化制御以外の各種監視制御や温度制御等を実行する。電池制御部３０６はさらに上位の走行制御部３０７との間で、各種走行制御のための情報を通信する。
【００２７】
図４は、図３のシステム構成をベースにした、本実施形態のさらに詳細な構成を示す図である。
図４（ａ）において、電池監視部３０３は、電池ブロック３０８内の各電池セル３０９の両端の電圧をマルチプレクサ４０２を使って収集し、Ａ／Ｄ変換器４０３でデジタル値に変換して制御部３０４に通知する電圧測定部４０１を有する。電流測定部３０５の出力は電池監視部３０３を介して制御部３０４に通知される。電流測定部３０５は、電池ブロック３０８の出力電流を測定する。電池ブロック３０８は、図３の電池セル３０９の直列接続構成のほか、均等化制御を実施するバランス回路４０４を有する。バランス回路４０４は、スイッチ制御部４０５を含み、スイッチ制御部４０５は制御部３０４から制御される。
【００２８】
図４（ｂ）は、図４（ａ）のバランス回路４０４の詳細な構成図である。バランス回路４０４は、スイッチ制御部４０５と、アクティブバランス回路４０６と、抵抗バランス回路４０７を含む。アクティブバランス回路４０６は、図１の第１の均等化制御部１０２に対応する。抵抗バランス回路４０７は、図１の第２の均等化制御部１０３に対応する。
【００２９】
アクティブバランス回路４０６は、トランス４０８と、スイッチング素子４０９と、整流用ダイオードＤを含む。電池ブロック３０８の２つの出力端子は、片方がスイッチング素子４０９を介してトランス４０８の１次側コイルＣ１に接続される。トランス４０８の２次側コイルＣ２は、電池ブロック３０８内の各電池セル３０９に対応する数を有し、２次側コイルＣ２の２つの出力端子は片方が整流用ダイオードＤを介して対応する電池セル３０９の２つの出力端子に接続される。
【００３０】
抵抗バランス回路４０７は、電池ブロック３０８内の各電池セル３０９に対応して、各電池セル３０９の２つの出力端子に並列に接続される抵抗素子ＲとバイパススイッチＳＷの直列接続回路を有する。
【００３１】
以上の図３および図４の本実施形態のシステム構成において、制御部３０４は、前述したように図１の均等化切替制御部１０５として動作し、組電池３０２内の各電池ブロック３０８（図３）に対して、電池均等化制御を実施する。
【００３２】
制御部３０４は、電池ブロック３０８内の各電池セル３０９に対して、前述した図１の第１の均等化制御部１０２に対応するバランス回路４０４内のアクティブバランス回路４０６を動作させるときは、次のような制御を行う。制御部３０４は、バランス回路４０４内のスイッチ制御部４０５を制御して、アクティブバランス回路４０６内のスイッチング素子４０９を動作させる。スイッチング素子４０９は、例えばＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：電界効果トランジスタ）によって構成され、所定周波数（例えば十〜数十キロヘルツ程度）の断続（ＰＷＭ：パルス波変調）動作をデューティー比を制御しながら実施させる。これにより、電圧値が相対的に高い電池セル３０９から放電された電力が、トランス４０８の１次側コイルＣ１から電圧値が相対的に低い電池セル３０９に接続されるトランス４０８の２次側コイルＣ２に伝達されて、その電池セル３０９に充電される。この動作が断続的に繰り返されることにより、図１の第１の均等化制御部１０２による均等化制御動作が実施される。
【００３３】
制御部３０４は、電池ブロック３０８内の所望の電池セル３０９に対して、前述した図１の第２の均等化制御部１０３に対応するバランス回路４０４内の抵抗バランス回路４０７を動作させるときは、次のような制御を行う。制御部３０４は、バランス回路４０４内のスイッチ制御部４０５を制御して、急速放電を行わせる電池セル３０９に並列に接続されているバイパススイッチＳＷをオンさせる。これにより、所望の電池セル３０９からの放電が急速に実行されることにより、図１の第２の均等化制御部１０３による均等化制御動作が実施される。
【００３４】
図５は、図３または図４の制御部３０４が実行する図１の均等化切替制御部１０５の制御動作を示すフローチャートである。この制御動作は例えば、制御部３０４内の特には図示しないＣＰＵが同じく特には図示しないメモリに記憶された制御プログラムを実行する動作として実現される。この制御動作は、制御部３０４が一定時間毎に実行する。
【００３５】
まず、制御部３０４は、図３の電池監視部３０３内の電圧測定部４０１を介して、電池ブロック３０８内の各電池セル３０９の電圧を測定する（ステップＳ４０１）。
制御部３０４は、化電池セル３０９の電圧の最大値と最小値の電圧差を計算する（ステップＳ４０２）。
【００３６】
制御部３０４は、上記電圧差が閾値１（図２参照）以上であるか否かを判定する（ステップＳ４０３）。
上記電圧差が閾値１よりも小さい場合には、制御部３０４は、均等化制御は実施する必要がないとして、今回の均等化制御動作を終了する。
【００３７】
上記電圧差が閾値１以上である場合には、制御部３０４は、均等化制御を実施する。
まず、制御部３０４は、上記電圧差が閾値１よりも大きな値である閾値２（図２参照）以上であるか否かを判定する（ステップＳ４０４）。
【００３８】
上記電圧差が閾値２以上である場合には、制御部３０４は、図４のバランス回路４０４内のスイッチ制御部４０５に対して、バランス回路４０４内のアクティブバランス回路４０６を動作させて、ＰＷＭ動作を実行させる（ステップＳ４０５）。これにより、図１の第１の均等化制御部１０２の動作が実行される。
【００３９】
この動作とともに、制御部３０４は、ステップＳ４０２で電圧の最大値と最小値を取得した電池セル３０９の対の電圧差を、図３の電池監視部３０３内の電圧測定部４０１を介して取得する（ステップＳ４０６）。
【００４０】
制御部３０４は、ステップＳ４０６で取得した電圧差が閾値２未満になったか否かを判定する（ステップＳ４０７）。
制御部３０４は、ステップＳ４０６で取得した電圧差が閾値２未満になっていないときには、ステップＳ４０５に戻って、アクティブバランス回路４０６の動作を継続させる。これは、図１の第１の均等化制御部１０２の動作が継続している状態である。
【００４１】
制御部３０４は、ステップＳ４０６で取得した電圧差が閾値２未満になったとき、または前述したステップＳ４０４で始めから電圧差が閾値２未満であると判定されたときには、次の動作を実行する。このタイミングは、図２の時点ｔchangeに対応する。制御部３０４は、スイッチ制御部４０５を制御して、アクティブバランス回路４０６の動作を停止させる。そして、制御部３０４は、スイッチ制御部４０５を制御して、バランス回路４０４内の抵抗バランス回路４０７において、ステップＳ４０２で電圧の最大値を取得した電池セル３０９に対応するバイパススイッチＳＷをオンさせて、その電池セル３０９に対して急速放電を行わせる（ステップＳ４０８）。これにより、図１の第２の均等化制御部１０３による動作が実現され、図２（ｂ）の時点ｔchange以降の急速放電の動作が実現される。
【００４２】
制御部３０４は、ステップＳ４０８の動作の後、ステップＳ４０１の動作に戻って、均等制御を続行する。通常は、ステップＳ４０８の動作により均等化が完了するため、ステップＳ４０１、Ｓ４０２、Ｓ４０３を介して、均等化制御の処理を終了する。
【００４３】
以上のようにして、本実施形態のシステムにより、電力損失が少なくかつ所定の精度で電圧を均等に追い込むための収束時間が短い組電池の均等化制御が実現される。
以上説明した本実施形態において、アクティブバランス回路４０６の例として、図４の４０６として示される回路例を示したが、アクティブバランス回路４０６としては、様々な構成のものを採用することができる。
【００４４】
図６（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、トランスを用いたアクティブバランス回路４０６の回路構成例を示した図である。また（d）はインダクタを用いたアクティブバランス回路４０６の回路構成例を示した図である。基本的には、図３または図４の電池セル３０９群に対して、１つ以上の電池セル３０９から放電される電力を１つ以上の他の電池セル３０９に充電させることができるアクティブバランス構成が、トランス、インダクタ、整流用ダイオード、スイッチング素子等を用いて実現されればよい。そして、そのスイッチング素子４０９が、図４のスイッチ制御部４０５によってスイッチング制御されることにより、図１の第１の均等化制御部１０２の動作が実現されればよい。
【符号の説明】
【００４５】
１００、３０２ 組電池
１０１、３０９ 電池セル
１０２ 第１の均等化制御部
１０３ 第２の均等化制御部
１０４、３０３ 電池監視部
１０５ 均等化切替制御部
３０１ 電池パック
３０４ 制御部
３０５ 電流測定部
３０６ 電池制御部
３０７ 走行制御部
３０８ 電池ブロック
３１０ 遮断スイッチ
４０１ 電圧測定部
４０２ マルチプレクサ
４０３ Ａ／Ｄ変換器
４０４ バランス回路
４０５ スイッチ制御部
４０６ アクティブバランス回路
４０７ 抵抗バランス回路
４０８ トランス
４０９ スイッチング素子
Ｄ ダイオード
Ｒ 抵抗
ＳＷ バイパススイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルを接続して構成される組電池における前記複数の電池セルの電圧または電力を均等化させる電池均等化装置であって、
前記複数の電池セルのうちの１つ以上の電池セルから放電される電力を前記複数の電池セルのうちの１つ以上の他の電池セルに充電させることによって前記複数の電池セルの電圧または電力を均等化させる第１の均等化制御部と、
前記複数の電池セルから選択した１つ以上の電池セルの電力を放電消費させることによって前記複数の電池セルの電圧または電力を均等化させる第２の均等化制御部と、
前記複数の電池セルの状態を監視する電池監視部と、
前記電池監視部が監視した前記複数の電池セルの状態に基づいて、前記第１の均等化制御部または前記第２の均等化制御部のいずれかを選択して動作させる均等化切替制御部と、
を備えることを特徴とする電池均等化装置。
【請求項２】
前記均等化切替制御部は、前記複数の電池セルの電圧または電力が均等でない度合いが第１の閾値および該第１の閾値よりも大きい第２の閾値以上であって均等化が必要であると判定した後に前記第１の均等化制御部を動作させ、その後前記均等でない度合いが前記第２の閾値よりも小さくなったときに前記第１の均等化制御部の動作を停止させて前記第２の均等化制御部を動作させ、その後前記均等でない度合いが前記第１の閾値よりも小さくなったときに前記第２の均等化制御部の動作を停止させて均等化制御を終了する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電池均等化装置。
【請求項３】
前記均等化の度合いは、前記電池監視部において監視された前記各電池セルの電圧値の最大値と最小値の差であり、
前記均等化切替制御部は、前記第２の均等化制御部を動作させるときに、前記最大値に対応する電池セルを選択的に放電消費させる、
ことを特徴とする請求項２に記載の電池均等化装置。
【請求項４】
前記第２の均等化制御部は、前記複数の電池セルにそれぞれ並列に接続され、それぞれバイパススイッチおよび抵抗素子とからなる複数のバイパス放電回路であり、
前記均等化切替制御部は、前記第２の均等化制御部を動作させるときに、前記電池監視部において監視された電圧値が最大値を示す電池セルに対応する前記バイパス放電回路内の前記スイッチ素子をオンする、
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電池均等化装置。
【請求項５】
前記第１の均等化制御部は、前記複数の電池セルのうちの１つ以上の電池セルから放電される電力を、スイッチング素子、トランス、および整流回路を介して、前記複数の電池セルのうちの１つ以上の他の電池セルに充電させる、
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電池均等化装置。
【請求項６】
前記第１の均等化制御部は、前記複数の電池セルのうちの１つ以上の電池セルから放電される電力を、スイッチング素子、インダクタを介して、前記複数の電池セルのうちの１つ以上の他の電池セルに充電させる、
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電池均等化装置。
【請求項７】
複数の電池セルを接続して構成される組電池における前記複数の電池セルの電圧または電力を均等化させる電池均等化方法であって、
前記複数の電池セルの状態を監視し、
前記監視した前記複数の電池セルの状態に基づいて、前記複数の電池セルのうちの１つ以上の電池セルから放電される電力を前記複数の電池セルのうちの１つ以上の他の電池セルに充電させることによって前記複数の電池セルの電圧または電力を均等化させる第１の均等化制御部、または前記複数の電池セルから選択した１つ以上の電池セルの電力を放電消費させることによって前記複数の電池セルの電圧または電力を均等化させる第２の均等化制御部のいずれかを選択して動作させる、
ことを特徴とする電池均等化方法。
【請求項８】
前記複数の電池セルの電圧または電力が均等でない度合いが第１の閾値および該第１の閾値よりも大きい第２の閾値以上であって均等化が必要であると判定した後に前記第１の均等化制御部を動作させ、
その後前記均等でない度合いが前記第２の閾値よりも小さくなったときに前記第１の均等化制御部の動作を停止させて前記第２の均等化制御部を動作させ、
その後前記均等でない度合いが前記第１の閾値よりも小さくなったときに前記第２の均等化制御部の動作を停止させて均等化制御を終了する、
ことを特徴とする請求項７に記載の電池均等化方法。
【請求項９】
前記均等化の度合いは、前記電池監視部において監視された前記各電池セルの電圧値の最大値と最小値の差であり、
前記第２の均等化制御部を動作させるときに、前記最大値に対応する電池セルを選択的に放電消費させる、
ことを特徴とする請求項８に記載の電池均等化方法。
【請求項１０】
前記第２の均等化制御部を、前記複数の電池セルにそれぞれ並列に接続され、それぞれバイパススイッチおよび抵抗素子とからなる複数のバイパス放電回路で構成し、
前記第２の均等化制御部を動作させるときに、前記電池監視部において監視された電圧値が最大値を示す電池セルに対応する前記バイパス放電回路内の前記スイッチ素子をオンする、
ことを特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載の電池均等化方法。
【請求項１１】
前記第１の均等化制御部を、前記複数の電池セルのうちの１つ以上の電池セルから放電される電力を、スイッチング素子、トランスを介して、前記複数の電池セルのうちの１つ以上の他の電池セルに充電させるように構成する、
ことを特徴とする請求項７ないし１０のいずれかに記載の電池均等化方法。
【請求項１２】
前記第１の均等化制御部を、前記複数の電池セルのうちの１つ以上の電池セルから放電される電力を、スイッチング素子、インダクタ、および整流回路を介して、前記複数の電池セルのうちの１つ以上の他の電池セルに充電させるように構成する、
ことを特徴とする請求項７ないし１０のいずれかに記載の電池均等化方法。
【請求項１】
複数の電池セルを接続して構成される組電池における前記複数の電池セルの電圧または電力を均等化させる電池均等化装置であって、
前記複数の電池セルのうちの１つ以上の電池セルから放電される電力を前記複数の電池セルのうちの１つ以上の他の電池セルに充電させることによって前記複数の電池セルの電圧または電力を均等化させる第１の均等化制御部と、
前記複数の電池セルから選択した１つ以上の電池セルの電力を放電消費させることによって前記複数の電池セルの電圧または電力を均等化させる第２の均等化制御部と、
前記複数の電池セルの状態を監視する電池監視部と、
前記電池監視部が監視した前記複数の電池セルの状態に基づいて、前記第１の均等化制御部または前記第２の均等化制御部のいずれかを選択して動作させる均等化切替制御部と、
を備えることを特徴とする電池均等化装置。
【請求項２】
前記均等化切替制御部は、前記複数の電池セルの電圧または電力が均等でない度合いが第１の閾値および該第１の閾値よりも大きい第２の閾値以上であって均等化が必要であると判定した後に前記第１の均等化制御部を動作させ、その後前記均等でない度合いが前記第２の閾値よりも小さくなったときに前記第１の均等化制御部の動作を停止させて前記第２の均等化制御部を動作させ、その後前記均等でない度合いが前記第１の閾値よりも小さくなったときに前記第２の均等化制御部の動作を停止させて均等化制御を終了する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電池均等化装置。
【請求項３】
前記均等化の度合いは、前記電池監視部において監視された前記各電池セルの電圧値の最大値と最小値の差であり、
前記均等化切替制御部は、前記第２の均等化制御部を動作させるときに、前記最大値に対応する電池セルを選択的に放電消費させる、
ことを特徴とする請求項２に記載の電池均等化装置。
【請求項４】
前記第２の均等化制御部は、前記複数の電池セルにそれぞれ並列に接続され、それぞれバイパススイッチおよび抵抗素子とからなる複数のバイパス放電回路であり、
前記均等化切替制御部は、前記第２の均等化制御部を動作させるときに、前記電池監視部において監視された電圧値が最大値を示す電池セルに対応する前記バイパス放電回路内の前記スイッチ素子をオンする、
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電池均等化装置。
【請求項５】
前記第１の均等化制御部は、前記複数の電池セルのうちの１つ以上の電池セルから放電される電力を、スイッチング素子、トランス、および整流回路を介して、前記複数の電池セルのうちの１つ以上の他の電池セルに充電させる、
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電池均等化装置。
【請求項６】
前記第１の均等化制御部は、前記複数の電池セルのうちの１つ以上の電池セルから放電される電力を、スイッチング素子、インダクタを介して、前記複数の電池セルのうちの１つ以上の他の電池セルに充電させる、
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電池均等化装置。
【請求項７】
複数の電池セルを接続して構成される組電池における前記複数の電池セルの電圧または電力を均等化させる電池均等化方法であって、
前記複数の電池セルの状態を監視し、
前記監視した前記複数の電池セルの状態に基づいて、前記複数の電池セルのうちの１つ以上の電池セルから放電される電力を前記複数の電池セルのうちの１つ以上の他の電池セルに充電させることによって前記複数の電池セルの電圧または電力を均等化させる第１の均等化制御部、または前記複数の電池セルから選択した１つ以上の電池セルの電力を放電消費させることによって前記複数の電池セルの電圧または電力を均等化させる第２の均等化制御部のいずれかを選択して動作させる、
ことを特徴とする電池均等化方法。
【請求項８】
前記複数の電池セルの電圧または電力が均等でない度合いが第１の閾値および該第１の閾値よりも大きい第２の閾値以上であって均等化が必要であると判定した後に前記第１の均等化制御部を動作させ、
その後前記均等でない度合いが前記第２の閾値よりも小さくなったときに前記第１の均等化制御部の動作を停止させて前記第２の均等化制御部を動作させ、
その後前記均等でない度合いが前記第１の閾値よりも小さくなったときに前記第２の均等化制御部の動作を停止させて均等化制御を終了する、
ことを特徴とする請求項７に記載の電池均等化方法。
【請求項９】
前記均等化の度合いは、前記電池監視部において監視された前記各電池セルの電圧値の最大値と最小値の差であり、
前記第２の均等化制御部を動作させるときに、前記最大値に対応する電池セルを選択的に放電消費させる、
ことを特徴とする請求項８に記載の電池均等化方法。
【請求項１０】
前記第２の均等化制御部を、前記複数の電池セルにそれぞれ並列に接続され、それぞれバイパススイッチおよび抵抗素子とからなる複数のバイパス放電回路で構成し、
前記第２の均等化制御部を動作させるときに、前記電池監視部において監視された電圧値が最大値を示す電池セルに対応する前記バイパス放電回路内の前記スイッチ素子をオンする、
ことを特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載の電池均等化方法。
【請求項１１】
前記第１の均等化制御部を、前記複数の電池セルのうちの１つ以上の電池セルから放電される電力を、スイッチング素子、トランスを介して、前記複数の電池セルのうちの１つ以上の他の電池セルに充電させるように構成する、
ことを特徴とする請求項７ないし１０のいずれかに記載の電池均等化方法。
【請求項１２】
前記第１の均等化制御部を、前記複数の電池セルのうちの１つ以上の電池セルから放電される電力を、スイッチング素子、インダクタ、および整流回路を介して、前記複数の電池セルのうちの１つ以上の他の電池セルに充電させるように構成する、
ことを特徴とする請求項７ないし１０のいずれかに記載の電池均等化方法。
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−１１６００６（Ｐ２０１３−１１６００６Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６２７２９（Ｐ２０１１−２６２７２９）
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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