(57)【要約】【課題】複数の蓄電体における各蓄電量に不均衡が生じているか否かの判定精度を向上することができる不均衡判定回路、電源装置、及び不均衡判定方法を提供する。【解決手段】蓄電体Ｂ１〜ＢＮの充電期間中に、各蓄電体の端子電圧を、当該各蓄電体にそれぞれ対応する第１端子電圧Ｖ１ａ〜ＶＮａとして取得する第１端子電圧取得部３３１と、第１端子電圧Ｖ１ａ〜ＶＮａが取得された後に充電が停止したとき、充電の停止期間中において検出された各蓄電体の端子電圧を、第２端子電圧Ｖ１ｂ〜ＶＮｂとして取得する第２端子電圧取得部３３２と、第１端子電圧Ｖ１ａ〜ＶＮａと第２端子電圧Ｖ１ｂ〜ＶＮｂとの差を、それぞれ各蓄電体に対応する電圧変化量△Ｖ１〜△ＶＮとして算出する電圧変化量算出部３３３と、電圧変化量△Ｖ１〜△ＶＮ相互間の差が判定閾値γを超えたとき、不均衡が生じていると判定する不均衡判定部３３４とを備えた。【選択図】図１
2010032261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の蓄電体における端子電圧をそれぞれ検出する電圧検出部と、
前記各蓄電体に充電電流が供給されたことにより、前記各蓄電体の端子電圧に分極が生じている期間中に、前記電圧検出部によって検出された各蓄電体の端子電圧を、当該各蓄電体にそれぞれ対応する複数の第１端子電圧として取得する第１端子電圧取得部と、
前記第１端子電圧取得部によって前記複数の第１端子電圧が取得された後の充電の停止期間中において前記電圧検出部によって検出された各蓄電体の端子電圧を、当該各蓄電体にそれぞれ対応する複数の第２端子電圧として取得する第２端子電圧取得部と、
前記第１端子電圧取得部により取得された複数の第１端子電圧と前記第２端子電圧取得部により取得された複数の第２端子電圧とに基づいて、当該各第１端子電圧と各第２端子電圧との間での各蓄電体に対応する値毎の差を、それぞれ前記各蓄電体に対応する電圧変化量として算出する電圧変化量算出部と、
前記電圧変化量算出部によって算出された各電圧変化量の相互間における差のうち、少なくとも一つが予め設定された判定閾値を超えたとき、前記複数の蓄電体における蓄電量の不均衡が生じていると判定する不均衡判定部と
を備えることを特徴とする不均衡判定回路。
【請求項２】
前記第１端子電圧取得部は、
前記分極が生じている期間として、前記各蓄電体が充電されている充電期間を用いること
を特徴とする請求項１記載の不均衡判定回路。
【請求項３】
前記第１端子電圧取得部は、
前記複数の蓄電体を、充電する充電部に、前記充電の実行を要求することにより前記充電を実行させ、
前記第２端子電圧取得部は、
前記充電部に、前記充電の停止を要求することにより前記充電を停止させること
を特徴とする請求項１又は２記載の不均衡判定回路。
【請求項４】
前記第１端子電圧取得部は、
前記分極が生じている期間における、前記充電電流による充電が停止した直後のタイミングで、前記複数の第１端子電圧を取得すること
を特徴とする請求項１記載の不均衡判定回路。
【請求項５】
前記第１端子電圧取得部は、
前記充電電流による充電が停止した後、まだ分極が残留している期間として予め設定された分極残留期間中に、前記複数の第１端子電圧を取得すること
を特徴とする請求項１記載の不均衡判定回路。
【請求項６】
前記第２端子電圧取得部は、
前記第１端子電圧取得部によって前記第１端子電圧が取得された後に、前記充電の停止状態が予め設定された設定時間継続した後、前記第２端子電圧を取得すること
を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の不均衡判定回路。
【請求項７】
前記第１端子電圧取得部は、
前記分極が生じている期間中において前記電圧検出部によって検出された各端子電圧が、予め設定された基準電圧を超えた場合に、前記複数の第１端子電圧を取得すること
を特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の不均衡判定回路。
【請求項８】
前記電圧検出部は、
前記各蓄電体の端子電圧を検出する複数の電圧測定部を備えること
を特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の不均衡判定回路。
【請求項９】
前記電圧検出部は、
前記各蓄電体の端子電圧を検出する一つの電圧測定部と、
前記電圧測定部と前記各蓄電体との接続関係を切り換えて、前記電圧測定部により前記各蓄電体の端子電圧をそれぞれ検出させる切換部とを備えること
を特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の不均衡判定回路。
【請求項１０】
前記複数の蓄電体は、
充電を停止してから所定時間経過するまでの端子電圧の低下量が、蓄電量が増大するほど大きくなるものであること
を特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の不均衡判定回路。
【請求項１１】
前記蓄電体は、
正極活物質として、オリビン系リチウム複合リン酸塩を用いたリチウムイオン二次電池であること
を特徴とする請求項１０記載の不均衡判定回路。
【請求項１２】
前記正極活物質は、
ＬｉＸＡＹＢＺＰＯ４
（Ａは、Ｍｅ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕのうち少なくとも一種、
Ｂは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂのうち少なくとも一種、０＜Ｘ≦１、０．９≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦０．１）であること
を特徴とする請求項１１記載の不均衡判定回路。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の不均衡判定回路と、
前記複数の蓄電体と、
前記複数の蓄電体を、それぞれ放電させる放電部と、
前記不均衡判定部によって、前記不均衡が生じていると判定されたとき、前記電圧検出部により検出される端子電圧が、それぞれ予め設定された目標電圧以下になるまで、前記放電部によって前記各蓄電体を放電させる強制放電制御部と
を備えることを特徴とする電源装置。
【請求項１４】
前記各蓄電体に充電電流が供給されたことにより、前記各蓄電体の端子電圧に分極が生じている期間中に、検出された各蓄電体の端子電圧を当該各蓄電体にそれぞれ対応する複数の第１端子電圧として取得する第１端子電圧取得工程と、
前記第１端子電圧取得工程において前記複数の第１端子電圧が取得された後の充電の停止期間中において検出された各蓄電体の端子電圧を、当該各蓄電体にそれぞれ対応する複数の第２端子電圧として取得する第２端子電圧取得工程と、
前記複数の第１端子電圧と前記複数の第２端子電圧とに基づいて、当該各第１端子電圧と各第２端子電圧との間での各蓄電体に対応する値毎の差を、それぞれ前記各蓄電体に対応する電圧変化量として算出する電圧変化量算出工程と、
前記算出された各電圧変化量の相互間における差のうち、少なくとも一つが予め設定された判定閾値を超えたとき、前記複数の蓄電体における蓄電量の不均衡が生じていると判定する不均衡判定工程と
を備えることを特徴とする不均衡判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の蓄電体における蓄電量の不均衡が生じているか否かを判定する不均衡判定回路、電源装置、及び不均衡判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、蓄電体等を用いた蓄電装置は、太陽電池や発電装置と組み合わされ、電源システムとして広く利用されている。発電装置は、風力や水力といった自然エネルギーや内燃機関等の人工的な動力によって駆動される。このような蓄電装置を組み合わせた電源システムは、余剰な電力を蓄電装置に蓄積し、負荷装置が必要な時に蓄電装置から電力を供給することによって、エネルギー効率の向上を図っている。
【０００３】
このようなシステムの一例としては、太陽光発電システムが挙げられる。太陽光発電システムは、太陽光による発電量が、負荷装置の電力消費量に比べて大きい場合には、余剰電力で蓄電装置に充電を行う。逆に、発電量が負荷装置の消費電力より小さい場合には、不足の電力を補うために蓄電装置から出力して、負荷装置を駆動する。
【０００４】
このように、太陽光発電システムにおいては、従来利用されていなかった余剰電力を蓄電装置に蓄積できるため、蓄電装置を用いない電源システムに比べて、エネルギー効率を高めることができる。
【０００５】
このような太陽光発電システムにおいては、蓄電装置が満充電になってしまうと余剰電力を充電できなくなって、損失が生じる。そこで、余剰電力を効率よく蓄電装置に充電するため、蓄電体の充電状態（以下、ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）が１００％とならないように、充電制御が行われている。また、必要なときに負荷装置を駆動できるように、ＳＯＣが０（ゼロ）％とならないようにも充電制御が行われている。具体的には、通常、蓄電装置においては、ＳＯＣが２０％〜８０％の範囲で推移するように充電制御が行われている。
【０００６】
また、エンジンとモータとを用いたハイブリット自動車（ＨＥＶ；Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）もこのような原理を利用している。ＨＥＶは、走行に必要な動力に対してエンジンからの出力が大きい場合には、余剰のエンジン出力で発電機を駆動し、蓄電装置を充電する。また、ＨＥＶは、車両の制動や減速時には、モータを発電機として利用することによって蓄電装置を充電する。
【０００７】
さらに、夜間電力を有効活用するために用いられる負荷平準化電源や、プラグインハイブリット車も最近注目されている。負荷平準化電源は、電力消費が少なく、電力料金が安い夜間に蓄電装置に電力を貯蔵し、電力消費がピークとなる日中に、貯蔵した電力を活用するシステムである。電力の消費量を平滑化することにより、電力の発電量を一定にし、電力設備の効率的運用や設備投資の削減に貢献することを目的としている。
【０００８】
また、プラグインハイブリット車は夜間電力を活用し、燃費が悪い市街地走行時には蓄電装置から電力を供給するＥＶ走行を主体とし、長距離走行時には、エンジンとモータを活用したＨＥＶ走行を行うことにより、トータルのＣＯ２の排出量を削減することを目的としている。
【０００９】
ところで、このような蓄電装置は、所望の出力電圧を得るために、複数の蓄電素子（単電池等）を直列に接続することによって構成されている。このような蓄電素子では、個々の蓄電素子の蓄電電荷量がバラついた状態で深い放電が行われると、蓄電電荷量が少ない蓄電素子がより過放電され、蓄電素子が劣化して蓄電装置全体の寿命を低下させることとなる。
【００１０】
このような蓄電装置の寿命の劣化を抑制するために、蓄電電荷量（ＳＯＣ）にバラツキ、すなわち不均衡が発生すると、均等化手段を用いて蓄電電荷量のバラツキを解消する技術が知られている。均等化する手段として、最低電圧と各蓄電素子の端子電圧とを比較し、電圧差が所定値を超えると均等化させる方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平８―１９１８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述の特許文献１に開示の方法では、最低電圧と各蓄電素子の端子電圧とを比較し、電圧差が所定値以上になった場合に不均衡が生じていると判定し、均等化が必要との判定をする。そして、ＳＯＣの変化に対するＯＣＶ（Open Circuit Voltage：開放電圧）の変化が小さい特性を有する蓄電素子では、蓄電電荷量が電圧差に反映されない。その結果、このような方法により電圧差に基づき不均衡を検出すると、蓄電電荷量のバラツキの検出精度が低下する。
【００１２】
図８は、二次電池（例えばリチウムイオン二次電池）のＳＯＣと端子電圧との関係を示すグラフである。図８の横軸はＳＯＣ、縦軸は二次電池の無負荷時の端子電圧、すなわちＯＣＶを示している。図８のグラフＧ１０１で示すように、一般的には充電が進んでＳＯＣが増大するにつれて、二次電池の端子電圧が上昇する。
【００１３】
従って、グラフＧ１０１に示すような性質を有する蓄電素子の場合、蓄電電荷量の変化が容易に端子電圧に反映されるため、蓄電電荷量のバラツキの検知精度は良好となる。
【００１４】
しかし、蓄電素子の中には、例えば図８のグラフＧ１０２で示すように、ＳＯＣ、すなわち蓄電電荷量の変化に対して端子電圧の変化が小さく、平坦な電圧特性を有するものがある。このようにＳＯＣの変化に対して端子電圧の変化が平坦な蓄電素子の場合、ＳＯＣの変化に対して端子電圧が緩やかに変化するため、端子電圧に基づいてＳＯＣを検出すると、蓄電電荷量のバラツキの検知精度が低下することになる。例えば、実際のＳＯＣが２０％であるのに８０％と誤検知したりするおそれがある。
【００１５】
そして、蓄電電荷量のバラツキの検知精度が低下すると、蓄電電荷量のバラツキが生じたまま蓄電装置が充放電されて、複数の蓄電素子のうち、蓄電電荷量が少ないものが過放電され、蓄電電荷量の多いものが過充電される結果、蓄電素子が劣化し、蓄電装置全体の寿命劣化を加速してしまうという不都合があった。
【００１６】
本発明の目的は、複数の蓄電体における各蓄電量に不均衡が生じているか否かの判定精度を向上することができる不均衡判定回路、電源装置、及び不均衡判定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係る不均衡判定回路は、複数の蓄電体における端子電圧をそれぞれ検出する電圧検出部と、前記各蓄電体に充電電流が供給されたことにより、前記各蓄電体の端子電圧に分極が生じている期間中に、前記電圧検出部によって検出された各蓄電体の端子電圧を、当該各蓄電体にそれぞれ対応する複数の第１端子電圧として取得する第１端子電圧取得部と、前記第１端子電圧取得部によって前記複数の第１端子電圧が取得された後の充電の停止期間中において前記電圧検出部によって検出された各蓄電体の端子電圧を、当該各蓄電体にそれぞれ対応する複数の第２端子電圧として取得する第２端子電圧取得部と、前記第１端子電圧取得部により取得された複数の第１端子電圧と前記第２端子電圧取得部により取得された複数の第２端子電圧とに基づいて、当該各第１端子電圧と各第２端子電圧との間での各蓄電体に対応する値毎の差を、それぞれ前記各蓄電体に対応する電圧変化量として算出する電圧変化量算出部と、前記電圧変化量算出部によって算出された各電圧変化量の相互間における差のうち、少なくとも一つが予め設定された判定閾値を超えたとき、前記複数の蓄電体における蓄電量の不均衡が生じていると判定する不均衡判定部とを備える。
【００１８】
また、本発明に係る不均衡判定方法は、前記各蓄電体に充電電流が供給されたことにより、前記各蓄電体の端子電圧に分極が生じている期間中に、検出された各蓄電体の端子電圧を当該各蓄電体にそれぞれ対応する複数の第１端子電圧として取得する第１端子電圧取得工程と、前記第１端子電圧取得工程において前記複数の第１端子電圧が取得された後の充電の停止期間中において検出された各蓄電体の端子電圧を、当該各蓄電体にそれぞれ対応する複数の第２端子電圧として取得する第２端子電圧取得工程と、前記複数の第１端子電圧と前記複数の第２端子電圧とに基づいて、当該各第１端子電圧と各第２端子電圧との間での各蓄電体に対応する値毎の差を、それぞれ前記各蓄電体に対応する電圧変化量として算出する電圧変化量算出工程と、前記算出された各電圧変化量の相互間における差のうち、少なくとも一つが予め設定された判定閾値を超えたとき、前記複数の蓄電体における蓄電量の不均衡が生じていると判定する不均衡判定工程とを備える。
【００１９】
この構成によれば、各蓄電体に充電電流が供給されたことで、安定状態のＯＣＶ（Open circuit voltage）から端子電圧がズレる分極が生じている期間中において検出された各蓄電体の端子電圧が、当該各蓄電体にそれぞれ対応する複数の第１端子電圧として取得される。次に、複数の第１端子電圧が取得された後に、充電の停止期間中において検出された各蓄電体の端子電圧が、当該各蓄電体にそれぞれ対応する複数の第２端子電圧として取得される。そして、各第１端子電圧と各第２端子電圧との間での各蓄電体に対応する値毎の差が、それぞれ各蓄電体に対応する電圧変化量として算出される。本願発明者らは、蓄電体のＳＯＣに応じて、充電により分極が生じた蓄電体の端子電圧と充電停止後に分極が少なくとも減少した蓄電体の端子電圧との差が、異なることを見出した。そうすると、第１端子電圧と第２端子電圧との差は、蓄電体のＳＯＣに応じて変化するから、ＳＯＣの変化に対して端子電圧の変化が小さい蓄電体を用いた場合であっても、第１端子電圧と第２端子電圧との差に基づいて不均衡が生じているか否かを判定することにより、背景技術のように、蓄電体間の端子電圧の差から直接不均衡の有無を判定する場合よりも、不均衡が生じているか否かの判定精度を向上することができる。
【００２０】
また、前記第１端子電圧取得部は、前記分極が生じている期間として、前記各蓄電体が充電されている充電期間を用いることが好ましい。
【００２１】
充電期間中は、充電電流により分極が生じることが明らかであるから分極が生じている期間として適している。
【００２２】
また、前記第１端子電圧取得部は、前記複数の蓄電体を、充電する充電部に、前記充電の実行を要求することにより前記充電を実行させ、前記第２端子電圧取得部は、前記充電部に、前記充電の停止を要求することにより前記充電を停止させることが好ましい。
【００２３】
この構成によれば、第１及び第２端子電圧取得部が自律的に第１及び第２端子電圧の取得を開始し、実行することができるので、複数の蓄電体における各蓄電量の不均衡を判定しようとするときに、不均衡判定回路が自律的に不均衡の判定処理を開始することが可能となる。
【００２４】
また、前記第１端子電圧取得部は、前記分極が生じている期間における、前記充電電流による充電が停止した直後のタイミングで、前記複数の第１端子電圧を取得するようにしてもよい。
【００２５】
充電電流により生じた分極は、充電電流がゼロになった後、徐々に減少するので、充電が停止した直後のタイミングでは、まだ分極が残っている。従って、充電電流による充電が停止した直後のタイミングを、前記分極が生じている期間として用いることができる。
【００２６】
また、前記第１端子電圧取得部は、前記充電電流による充電が停止した後、まだ分極が残留している期間として予め設定された分極残留期間中に、前記複数の第１端子電圧を取得するようにしてもよい。
【００２７】
充電電流がゼロになった後、分極がゼロになるまで時間がかかるから、分極が残留していることが予め判っている分極残留期間は、前記分極が生じている期間として用いることができる。
【００２８】
また、前記第２端子電圧取得部は、前記第１端子電圧取得部によって前記第１端子電圧が取得された後に、前記充電の停止状態が予め設定された設定時間継続した後、前記第２端子電圧を取得することが好ましい。
【００２９】
蓄電体の端子電圧は、充電が停止してから徐々に低下し、一定の電圧で安定するまで、ある程度の時間を要する。そこで、第２端子電圧取得部が、充電の停止状態が予め設定された設定時間継続した後、第２端子電圧を取得することで、蓄電体の端子電圧が安定してから第２端子電圧を取得することができるので、第２端子電圧の精度を向上することができる。
【００３０】
また、前記第１端子電圧取得部は、前記分極が生じている期間中において前記電圧検出部によって検出された各端子電圧が、予め設定された基準電圧を超えた場合に、前記複数の第１端子電圧を取得することが好ましい。
【００３１】
各蓄電体の蓄電量が少ないときは、蓄電量の不均衡を低減する必要性は少ないと考えられる。そこで、電圧検出部によって検出された各端子電圧が、予め設定された基準電圧を超え、ある程度以上の蓄電量があると考えられるときに、第１端子電圧の取得を行うことで、第１端子電圧が取得された後に実行される第２端子電圧の取得処理、電圧変化量の算出処理、及び不均衡の判定処理の実行頻度を減少させることができる。特に、第２端子電圧が充電部に充電の停止を要求することにより充電を停止させる構成においては、第２端子電圧の取得処理の実行頻度が減少すれば、充電が停止される機会が減少する結果、本来蓄電体に充電されるべき電力が充電停止によって充電されず、損失となってしまうおそれが低減される。さらに、各蓄電体の端子電圧が基準電圧を超えるまで充電させておけば、蓄電量に不均衡が生じていた場合、各蓄電体を基準電圧以下の目標電圧まで放電させることで、不均衡を低減できる確実性が増大する。
【００３２】
また、前記電圧検出部は、前記各蓄電体の端子電圧を検出する複数の電圧測定部を備えることが好ましい。
【００３３】
この構成によれば、各蓄電体の端子電圧を同時に検出することができるので、各蓄電体の端子電圧の検出時間を短縮することが容易となる。
【００３４】
また、前記電圧検出部は、前記各蓄電体の端子電圧を検出する一つの電圧測定部と、前記電圧測定部と前記各蓄電体との接続関係を切り換えて、前記電圧測定部により前記各蓄電体の端子電圧をそれぞれ検出させる切換部とを備えることが好ましい。
【００３５】
この構成によれば、電圧測定部を一つ設けるだけで、各蓄電体の端子電圧を検出できるので、省スペース化や低コスト化が容易となる。
【００３６】
また、前記複数の蓄電体は、充電を停止してから所定時間経過するまでの端子電圧の低下量が、蓄電量が増大するほど大きくなるものであることが好ましい。
【００３７】
この構成によれば、各蓄電体における蓄電量の差が、充電を停止した後における各蓄電体の端子電圧の所定時間あたりの低下量の差として得られるので、各蓄電体における蓄電量の不均衡が生じているか否かを判定することが容易となる。
【００３８】
また、前記蓄電体は、正極活物質として、オリビン系リチウム複合リン酸塩を用いたリチウムイオン二次電池であることが好ましい。
【００３９】
正極活物質として、オリビン系リチウム複合リン酸塩を用いたリチウムイオン二次電池は、充電を停止したときに生じる端子電圧の低下量が、蓄電量が大きいほど大きくなるので、上述の蓄電体として好適である。
【００４０】
また、前記正極活物質は、ＬｉＸＡＹＢＺＰＯ４（Ａは、Ｍｅ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕのうち少なくとも一種、Ｂは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂのうち少なくとも一種、０＜Ｘ≦１、０．９≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦０．１）であることが好ましい。
【００４１】
正極活物質として、ＬｉＸＡＹＢＺＰＯ４（Ａは、Ｍｅ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕのうち少なくとも一種、Ｂは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂのうち少なくとも一種、０＜Ｘ≦１、０．９≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦０．１）を用いたリチウムイオン二次電池は、充電を停止したときに生じる端子電圧の低下量が、蓄電量が大きいほど大きくなるので、上述の蓄電体として好適である。
【００４２】
また、本発明に係る電源装置は、上述の不均衡判定回路と、前記複数の蓄電体と、前記複数の蓄電体を、それぞれ放電させる放電部と、前記不均衡判定部によって、前記不均衡が生じていると判定されたとき、前記電圧検出部により検出される端子電圧が、それぞれ予め設定された目標電圧以下になるまで、前記放電部によって前記各蓄電体を放電させる強制放電制御部とを備える。
【００４３】
この構成によれば、各蓄電体の蓄電量の不均衡が上述の不均衡判定回路によって検出されると、放電部によって、各蓄電体の端子電圧がそれぞれ目標電圧以下になるまで放電されて、不均衡が低減される。
【発明の効果】
【００４４】
このような構成の不均衡判定回路、電源装置、及び不均衡判定方法によれば、蓄電体のＳＯＣに応じて充電中における蓄電体の端子電圧と充電停止後の蓄電体の端子電圧との差が異なる現象を利用して、各蓄電池における蓄電量に不均衡が生じているか否かを判定するので、ＳＯＣの変化に対して端子電圧の変化が小さい蓄電体を用いた場合においても、背景技術のように蓄電体間の端子電圧の差から直接不均衡の有無を判定する場合よりも、不均衡が生じているか否かの判定精度を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図１は、本発明の一実施形態に係る不均衡判定方法を用いた不均衡判定回路、及びこの不均衡判定回路を備えた電源装置、電源システムの構成の一例を示すブロック図である。
【００４６】
図１に示す電源システム１は、発電装置１０、電源制御装置３０、及び蓄電装置４０を備えて構成されている。そして、電源制御装置３０及び蓄電装置４０によって、電源装置５０が構成されている。電源装置５０は、例えば、電池パック、無停電電源装置、自然エネルギーを活用した発電装置やエンジンを動力源とする発電装置の余剰電力を蓄電する電力調整用の蓄電装置、及び負荷平準化電源等、種々の電源装置として用いられる。そして、電源装置５０には、発電装置１０や蓄電装置４０から電力供給を受ける負荷装置２０が接続されている。
【００４７】
発電装置１０は、具体的には、例えば、太陽光発電装置（太陽電池）などの自然エネルギーを活用した発電装置やエンジンを動力源とする発電機などである。なお、電源装置５０は、発電装置１０の代わりに商用電源から電力供給を受ける構成であってもよい。
【００４８】
蓄電装置４０は、Ｎ個の蓄電体Ｂ１、Ｂ２，・・・、ＢＮを直列に接続して構成されている。蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮは、図略のボックスに収納されている。また、蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮのそれぞれは、複数個の蓄電素子４０１を電気的に直列に接続して構成されている。各蓄電素子４０１としては、ニッケル水素電池などのアルカリ蓄電池、リチウムイオン電池などの有機電池、及び電気二重層キャパシタなどのキャパシタ、等の蓄電素子を用いることができる。
【００４９】
蓄電素子４０１は、例えば図８のグラフＧ１０２に示すように、ＳＯＣの変化に対して端子電圧の変化が少なく、平坦な特性を有している。
【００５０】
図２は、正極活物質としてオリビン系リチウム複合リン酸塩の一例であるＬｉＦｅＰＯ４を用いたリチウムイオン二次電池に充電電流を流した後、充電電流をゼロにしたとき（充電を停止したとき）の、端子電圧（ＯＣＶ）の変化を説明するための説明図である。グラフＧ１はＳＯＣが１００％で充電を停止した場合を示し、グラフＧ２はＳＯＣが７０％で充電を停止した場合を示している。図２の縦軸は、当該二次電池の端子電圧（ＯＣＶ）を示し、横軸は、充電を停止してからの経過時間を示している。
【００５１】
蓄電素子４０１は、図２のグラフＧ１，Ｇ２に示すように、充電停止後定常値になるまでの端子電圧の低下量（所定時間での低下量）が、蓄電量が増大するほど、すなわち満充電に近いほど大きい蓄電素子が用いられている。
【００５２】
具体的には、蓄電素子４０１として、例えば正極活物質として、オリビン系リチウム複合リン酸塩の一例であるＬｉＦｅＰＯ４を用いたリチウムイオン二次電池を好適に用いることができる。なお、正極活物質は、例えば、ＬｉＸＡＹＢＺＰＯ４（Ａは、Ｍｅ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕのうち少なくとも一種、Ｂは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂのうち少なくとも一種、０＜Ｘ≦１、０．９≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦０．１）であってもよく、より好ましくはＬｉｘＦｅＰＯ４（０＜ｘ≦１）であってもよい。
【００５３】
正極活物質としてＬｉＦｅＰＯ４を用いたリチウムイオン二次電池は、例えば図８のグラフＧ１０２に示すように、広い領域でＳＯＣの変化に対して端子電圧の変化が小さく平坦である。例えば、蓄電素子４０１として、ＳＯＣが１０％から９５％まで変化した場合における端子電圧の変化量が、０．０１Ｖ以上、０．３Ｖ未満となる蓄電体を用いることができる。
【００５４】
本願発明者らは、図２に示すように、正極活物質としてＬｉＦｅＰＯ４を用いたリチウムイオン二次電池は、充電を停止した後における端子電圧の所定時間あたりの低下量が、ＳＯＣが大きくなるほど大きくなる性質を有することを、実験的に見出した。
【００５５】
すなわち、充電を停止する直前の端子電圧と、充電を停止してから所定時間経過後の端子電圧との差は、図２に示すように、蓄電素子４０１のＳＯＣが小さいとき（グラフＧ２）よりも、蓄電素子４０１が満充電のとき（グラフＧ１）の方が大きくなることを、実験的に見出した。換言すると、充電を停止した後の端子電圧の低下カーブの傾き、すなわち充電を停止した後における端子電圧の所定時間あたりの低下量は、図２に示すように、蓄電素子４０１のＳＯＣが小さいとき（グラフＧ２）よりも、蓄電素子４０１が満充電のとき（グラフＧ１）の方が大きくなる。
【００５６】
なお、蓄電体の数、蓄電素子４０１の数、接続状態は、特に限定されるものではない。例えば、各蓄電体は、複数の蓄電素子４０１が直列、並列、あるいは直列と並列とが組み合わされて接続されることにより、構成されていてもよい。また、各蓄電体が、それぞれ一つの蓄電素子４０１であってもよい。また、蓄電装置４０の構成も上記に限定されるものではない。
【００５７】
電源制御装置３０は、例えば車載用のＥＣＵ（Electric Control Unit）として構成されている。電源制御装置３０は、放電部３１０、不均衡判定回路３５０、及び充放電制御回路３４０を備えている。また、不均衡判定回路３５０は、電圧検出部３２０、及び制御部３３０を備えている。
【００５８】
充放電制御回路３４０は、例えば発電装置１０で生じた余剰電力や負荷装置２０で発生する回生電力を蓄電装置４０へ充電する。また、負荷装置２０の消費電流が急激に増大したり、または、発電装置１０の発電量が低下し、負荷装置２０が要求する電力が発電装置１０の出力を超えたりすると、充放電制御回路３４０によって、蓄電装置４０から不足した電力が負荷装置２０へ供給される。
【００５９】
また、充放電制御回路３４０は、制御部３３０からの制御信号に応じて、蓄電装置４０の充電を停止したり、許可したりするようになっている。この場合、充放電制御回路３４０や、あるいは発電装置１０が、充電部の一例に相当している。
【００６０】
このように、充放電制御回路３４０によって蓄電装置４０の充放電が制御されることで、通常の場合、蓄電装置４０のＳＯＣが２０〜８０％程度の範囲になるようにされている。あるいは、夜間電力の有効活用をした負荷平準化電源やプラグインハイブリット車などでは、蓄電装置４０が、ＳＯＣ  １００％の状態まで充電されて、負荷装置２０でエネルギーが必要な時に放電されるようになっている。
【００６１】
電圧検出部３２０は、蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮの各端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮを検出し、その検出値を制御部３３０へ出力する。図３は、図１に示す電圧検出部３２０の構成の一例を示すブロック図である。図３に示す電圧検出部３２０は、例えば、アナログデジタルコンバータ３２１（電圧測定部）と、切換回路３２２（切換部）とを備えている。なお、電圧測定部は、アナログデジタルコンバータに限られず、例えばコンパレータ等の電圧検出回路であってもよい。
【００６２】
切換回路３２２は、例えば複数のスイッチング素子を用いて構成されている。そして、切換回路３２２は、制御部３３０からの制御信号に応じて複数のスイッチング素子をオン、オフすることにより、蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮの各端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮのうち、いずれか一つを選択し、アナログデジタルコンバータ３２１へ出力する。
【００６３】
アナログデジタルコンバータ３２１は、切換回路３２２から出力された電圧をデジタル値に変換して制御部３３０へ出力する。
【００６４】
これにより、制御部３３０は、切換回路３２２によって、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮを順次選択させることにより、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮをアナログデジタルコンバータ３２１によってデジタル値に変換させて、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮを示すデータを取得するようにされている。
【００６５】
これにより、蓄電体の数に関わりなくアナログデジタルコンバータ３２１等の電圧測定部を一つ設けるだけでよいので、省スペース化や低コスト化が容易となる。
【００６６】
なお、例えば図４に示すように、電圧検出部３２０ａを、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮをそれぞれ検出するＮ個の電圧測定部３２３によって、構成してもよい。この場合、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮを同時に検出することができるので、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮの検出時間を短縮することができる。
【００６７】
放電部３１０は、Ｎ個の抵抗Ｒ１，Ｒ２，・・・，ＲＮと、Ｎ個のトランジスタＱ１，Ｑ２，・・・，ＱＮとを備えている。そして、抵抗Ｒ１とトランジスタＱ１との直列回路が蓄電体Ｂ１と並列に接続され、抵抗Ｒ２とトランジスタＱ２との直列回路が蓄電体Ｂ２と並列に接続され、以下同様に、抵抗とトランジスタとの直列回路が各蓄電体と並列に接続されている。
【００６８】
トランジスタＱ１，Ｑ２，・・・，ＱＮは、制御部３３０からの均等化放電信号ＳＧ１、ＳＧ２、・・・、ＳＧＮに応じて、それぞれオン、オフされるようになっている。そして、トランジスタＱ１，Ｑ２，・・・，ＱＮがオンされると、当該オンされたトランジスタと並列接続されている蓄電体が、抵抗を介して放電されるようになっている。
【００６９】
制御部３３０は、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、所定の制御プログラムが記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、タイマ回路３３６と、これらの周辺回路等とを備えて構成されている。
【００７０】
そして、制御部３３０は、例えばＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、第１端子電圧取得部３３１、第２端子電圧取得部３３２、電圧変化算出部３３３、不均衡判定部３３４、及び強制放電制御部３３５として機能する。なお、充放電制御回路３４０や負荷装置２０が、制御部３３０の一部、又は全部を含んで構成されていてもよい。
【００７１】
第１端子電圧取得部３３１は、充放電制御回路３４０から蓄電装置４０へ充電電流が供給されて充電されている充電期間中に、電圧検出部３２０によって検出された蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮの端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮを、蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮにそれぞれ対応する複数の第１端子電圧Ｖ１ａ，Ｖ２ａ，・・・，ＶＮａとして取得し、例えばＲＡＭに記憶させる。
【００７２】
なお、第１端子電圧取得部３３１は、充電期間中に第１端子電圧Ｖ１ａ，Ｖ２ａ，・・・，ＶＮａを取得する例に限られず、例えば充電が停止された直後、あるいは充電が停止した後まだ分極が残留している期間として予め設定された分極残留期間中に、第１端子電圧Ｖ１ａ，Ｖ２ａ，・・・，ＶＮａを取得するようにしてもよい。
【００７３】
第２端子電圧取得部３３２は、第１端子電圧取得部３３１によって第１端子電圧Ｖ１ａ，Ｖ２ａ，・・・，ＶＮａが取得された後に充放電制御回路３４０から蓄電装置４０へ供給される充電電流が略ゼロになって充電が停止したとき、当該充電の停止期間中において電圧検出部３２０によって検出された蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮの端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮを、蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮにそれぞれ対応する複数の第２端子電圧Ｖ１ｂ，Ｖ２ｂ，・・・，ＶＮｂとして取得し、例えばＲＡＭに記憶させる。
【００７４】
第２端子電圧取得部３３２は、充電が停止して蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮで生じる分極が完全に解消してから第２端子電圧Ｖ１ｂ，Ｖ２ｂ，・・・，ＶＮｂを取得するようにしてもよいが、分極が解消していなくても、第１端子電圧取得部３３１によって第１端子電圧Ｖ１ａ，Ｖ２ａ，・・・，ＶＮａが取得されてから予め設定された設定時間、例えば１秒経過後に第２端子電圧Ｖ１ｂ，Ｖ２ｂ，・・・，ＶＮｂを取得するようにしてもよい。
【００７５】
電圧変化算出部３３３は、第１端子電圧取得部３３１により取得された第１端子電圧Ｖ１ａ，Ｖ２ａ，・・・，ＶＮａと第２端子電圧取得部３３２により取得された第２端子電圧Ｖ１ｂ，Ｖ２ｂ，・・・，ＶＮｂとに基づいて、第１端子電圧Ｖ１ａ，Ｖ２ａ，・・・，ＶＮａと第２端子電圧Ｖ１ｂ，Ｖ２ｂ，・・・，ＶＮｂとにおける各蓄電体に対応する値毎の差を、それぞれ蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮに対応する電圧変化量△Ｖ１，△Ｖ２，・・・，△ＶＮとして算出し、例えばＲＡＭに記憶させる。
【００７６】
第２端子電圧取得部３３２が、第１端子電圧取得部３３１によって第１端子電圧Ｖ１ａ，Ｖ２ａ，・・・，ＶＮａが取得されてから予め設定された設定時間経過後に第２端子電圧Ｖ１ｂ，Ｖ２ｂ，・・・，ＶＮｂを取得するようにした構成においては、電圧変化量△Ｖ１，△Ｖ２，・・・，△ＶＮは、分極が解消する過程における電圧の降下速度を反映することとなる。この降下速度もＳＯＣの影響を受けるから、ＳＯＣの不均衡を判定するために利用できる。
【００７７】
不均衡判定部３３４は、電圧変化算出部３３３によって算出された電圧変化量△Ｖ１，△Ｖ２，・・・，△ＶＮのうちから２つの電圧変化量を選択するすべての組み合わせのうち、少なくとも一つの組み合わせにおいて当該２つの電圧変化量の差が、予め設定された判定閾値γを超えたとき、蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮにおける蓄電量の不均衡が生じていると判定し、不均衡が生じた旨を強制放電制御部３３５、及び充放電制御回路３４０へ通知する。
【００７８】
強制放電制御部３３５は、不均衡判定部３３４から不均衡が生じた旨通知されたとき、電圧検出部３２０により検出される端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮが、それぞれ予め設定された目標電圧Ｖｔｇ以下になるまで、放電部３１０によって各蓄電体を放電させることにより、蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮにおける蓄電電荷量のばらつき、すなわち不均衡を低減する。
【００７９】
タイマ回路３３６は、電圧検出部３２０によって、周期的に、例えば単位時間毎に端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮを検出させたり、充電停止からの経過時間を計時したりするために用いられる。
【００８０】
次に、図１に示す電源装置５０の動作について説明する。図５〜図７は、図１に示す電源装置５０の動作の一例を示すフローチャートである。まず、第１端子電圧取得部３３１は、充放電制御回路３４０へ充電の実行を要求する要求信号を出力することにより、充放電制御回路３４０によって、発電装置１０から蓄電装置４０へ予め設定された設定電流値Ｉｃｃの充電電流を供給させる。そうすると、蓄電装置４０の充電が開始される（ステップＳ１）。
【００８１】
なお、必ずしも第１端子電圧取得部３３１からの要求信号に応じて蓄電装置４０の充電が開始される例に限られず、例えば、第１端子電圧取得部３３１が充放電制御回路３４０から充電を開始する旨の信号を受信したり、図略の電流検出回路によって、蓄電装置４０に充電電流が流れていることが検出されたりしたときに、第１端子電圧取得部３３１がステップＳ２へ移行するようにしてもよい。
【００８２】
次に、例えば第１端子電圧取得部３３１からの制御信号に応じて、切換回路３２２によって、検出対象の端子電圧が順次切り替えられることで、電圧検出部３２０によって、蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮの各端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮが検出される。なお、電圧検出部３２０ａによって、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮが同時に検出されるようにしてもよい。そして、第１端子電圧取得部３３１は、このようにして得られた端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮを、第１端子電圧Ｖ１ａ，Ｖ２ａ，・・・，ＶＮａとして仮に取得する（ステップＳ２）。
【００８３】
次に、第１端子電圧取得部３３１によって、第１端子電圧Ｖ１ａ，Ｖ２ａ，・・・，ＶＮａが予め設定された基準電圧αと比較される（ステップＳ３）。そして、第１端子電圧Ｖ１ａ，Ｖ２ａ，・・・，ＶＮａのうちいずれか一つでも基準電圧αに満たなければステップＳ２へ戻って充電を継続しつつ第１端子電圧Ｖ１ａ，Ｖ２ａ，・・・，ＶＮａの仮取得を繰り返す（ステップＳ３でＮＯ）。一方、第１端子電圧Ｖ１ａ，Ｖ２ａ，・・・，ＶＮａのすべてが基準電圧α以上であれば（ステップＳ３でＹＥＳ）、第１端子電圧取得部３３１は、当該仮に取得した第１端子電圧Ｖ１ａ，Ｖ２ａ，・・・，ＶＮａを確定的に取得し、第２端子電圧Ｖ１ｂ，Ｖ２ｂ，・・・，ＶＮｂを取得するべくステップＳ４へ移行する。
【００８４】
これにより、蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮのすべてが、基準電圧α以上に充電されてから、不均衡の判定が行われる。
【００８５】
蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮの蓄電量が少ないときは、蓄電量の不均衡を低減する必要性は少ないと考えられる。そこで、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮが、予め設定された基準電圧を超え、ある程度以上の蓄電量があると考えられるときに、不均衡判定処理を継続するべくステップＳ４へ移行することで、ステップＳ４における充電の停止機会を減少させることができる。そして、充電が停止される機会が減少する結果、本来蓄電体に充電されるべき電力が充電停止によって充電されず、損失となってしまうおそれが低減される。
【００８６】
また、後述するように、不均衡判定部３３４によって不均衡が生じていると判定されたとき、強制放電制御部３３５は、各端子電圧が目標電圧Ｖｔｇ以下になるまで蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮをそれぞれ放電させることにより、不均衡を低減する。従って、強制放電制御部３３５による放電の開始前に、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮが目標電圧Ｖｔｇを下回っていた場合には、放電によって不均衡を低減することができない。
【００８７】
しかし、基準電圧αを、目標電圧Ｖｔｇ以上の電圧値に設定しておくことにより、蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮの端子電圧を目標電圧Ｖｔｇ以上とし、放電により不均衡を低減することが可能にされている。
【００８８】
ステップＳ４において、第２端子電圧取得部３３２によって、充電の停止を要求する制御信号が充放電制御回路３４０へ出力され、充放電制御回路３４０によって、蓄電装置４０の充放電電流がゼロにされて、充電が停止される（ステップＳ４）。
【００８９】
そして、第２端子電圧取得部３３２は、タイマ回路３３６の計時を開始させる（ステップＳ５）。そして、タイマ回路３３６によって、充電の停止からの経過時間が計時される。
【００９０】
なお、必ずしも第２端子電圧取得部３３２からの要求信号に応じて蓄電装置４０の充電が停止される例に限られない。例えば、第２端子電圧取得部３３２が充放電制御回路３４０から充電を停止する旨の信号を受信したり、図略の電流検出回路によって、蓄電装置４０に流れる充電電流が略ゼロになったことが検出されたりしたときに、第２端子電圧取得部３３２がステップＳ５へ移行してタイマ回路３３６の計時を開始させるようにしてもよい。
【００９１】
次に、タイマ回路３３６で計時された経過時間が予め設定された設定時間βを超えて継続すると（ステップＳ６でＹＥＳ）、ステップＳ２と同様に、電圧検出部３２０によって、蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮの各端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮが検出される。そして、第２端子電圧取得部３３２は、このようにして得られた端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮを、第２端子電圧Ｖ１ｂ，Ｖ２ｂ，・・・，ＶＮｂとして取得する（ステップＳ７）。
【００９２】
設定時間βは、例えば図２に示すように、ＳＯＣが大きいグラフＧ１において、充電電流がゼロになってから端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮが安定するのに掛かる時間ｔｗ以上の時間が予め設定されている。これにより、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮが安定してから第２端子電圧Ｖ１ｂ，Ｖ２ｂ，・・・，ＶＮｂが取得されるので、第２端子電圧Ｖ１ｂ，Ｖ２ｂ，・・・，ＶＮｂの精度が向上する。
【００９３】
次に、電圧変化算出部３３３によって、変数ｎに、「１」が代入される（ステップＳ８）。そして、電圧変化算出部３３３によって、第１端子電圧Ｖｎａから第２端子電圧Ｖｎｂが減算されて、電圧変化量△Ｖｎが算出される（ステップＳ９）。
【００９４】
次に、電圧変化算出部３３３によって、変数ｎに１が加算された後（ステップＳ１０）、変数ｎが蓄電体数Ｎと比較される（ステップＳ１１）。そして、変数ｎが蓄電体数Ｎに満たなければ（ステップＳ１１でＮＯ）、次の蓄電体について電圧変化量△Ｖｎを算出するべく、再びステップＳ９へ移行する。一方、変数ｎが蓄電体数Ｎ以上であれば（ステップＳ１１でＹＥＳ）、すべての蓄電体について電圧変化量△Ｖ１，△Ｖ２，・・・，△ＶＮの算出が終了したので、ステップＳ２１へ移行する。
【００９５】
次に、電圧変化算出部３３３によって、電圧変化量△Ｖ１，△Ｖ２，・・・，△ＶＮの最大値が最大電圧変化量△Ｖｍａｘとして取得され（ステップＳ２１）、電圧変化量△Ｖ１，△Ｖ２，・・・，△ＶＮの最小値が最小電圧変化量△Ｖｍｉｎとして取得される（ステップＳ２２）。
【００９６】
次に、不均衡判定部３３４は、最大電圧変化量△Ｖｍａｘと最小電圧変化量△Ｖｍｉｎとの差を、判定閾値γと比較する（ステップＳ２３）。そして、最大電圧変化量△Ｖｍａｘと最小電圧変化量△Ｖｍｉｎとの差が判定閾値γ以下であれば（ステップＳ２３でＮＯ）、均等化が必要なほどの不均衡は生じていないと考えられるので、不均衡が生じている旨の判定を行うことなく不均衡判定処理を終了する。
【００９７】
一方、最大電圧変化量△Ｖｍａｘと最小電圧変化量△Ｖｍｉｎとの差が判定閾値γを超えていれば（ステップＳ２３でＹＥＳ）、均等化が必要な不均衡が生じていると考えられるので、不均衡が生じていると判定し、不均衡が生じた旨を強制放電制御部３３５、及び充放電制御回路３４０へ通知して、均等化処理へ移行する。
【００９８】
ステップＳ２１〜Ｓ２３によれば、電圧変化量△Ｖ１，△Ｖ２，・・・，△ＶＮ相互間の差のうち、少なくとも一つが判定閾値γを超えた場合、必ず不均衡判定部３３４によって不均衡が生じていると判定されて、均等化処理へ移行することとなる。
【００９９】
なお、ステップＳ２１〜Ｓ２３において、電圧変化量△Ｖ１，△Ｖ２，・・・，△ＶＮから２つを選択するすべての組み合わせにおいて得られる差のうち、少なくとも一つが判定閾値γを超えた場合に、不均衡判定部３３４が、不均衡が生じていると判定する構成としてもよい。
【０１００】
以上、ステップＳ１〜Ｓ２３の処理によれば、第１端子電圧Ｖ１ａ，Ｖ２ａ，・・・，ＶＮａと第２端子電圧Ｖ１ｂ，Ｖ２ｂ，・・・，ＶＮｂとの差に基づいて、蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮにおける蓄電量の不均衡（バラツキ）が生じているか否かが判定される。そうすると、第１端子電圧と第２端子電圧との差は、蓄電体のＳＯＣに応じて変化するから、ＳＯＣの変化に対して端子電圧の変化が小さい蓄電体を用いた場合であっても、第１端子電圧と第２端子電圧との差に基づいて不均衡が生じているか否かを判定することにより、端子電圧から直接換算されたＳＯＣに基づき不均衡の有無を判定する場合よりも、不均衡が生じているか否かの判定精度を向上することができる。
【０１０１】
なお、蓄電素子４０１として、充電を停止したときに生じる端子電圧の低下量が、ＳＯＣが大きくなるほど大きくなる蓄電素子を用いる例を示したが、充電を停止したときに生じる端子電圧の低下量が、ＳＯＣが大きくなるほど小さくなる蓄電素子を、蓄電素子４０１として用いることもできる。
【０１０２】
図７は、均等化処理の一例を示すフローチャートである。まず、強制放電制御部３３５は、均等化放電信号ＳＧ１、ＳＧ２、・・・、ＳＧＮをすべてオンしてトランジスタＱ１，Ｑ２，・・・，ＱＮをオンさせることで、均等化処理を開始する（ステップＳ３１）。
【０１０３】
均等化処理による放電の実行中は、発電装置１０から負荷装置２０へ電力供給できない。また、均等化処理による放電の実行が多発すると、蓄電体が頻繁に放電されることとなり、エネルギーの損失増大や、蓄電体の充放電サイクル数の増大による劣化を招くこととなる。しかしながら、ステップＳ１〜Ｓ２３の処理によれば、上述したように、不均衡が生じているか否かの判定精度を向上することができるので、誤判定による均等化処理の多発を低減できる結果、このような不都合が生じるおそれを低減することができる。
【０１０４】
次に、強制放電制御部３３５は、均等化処理を開始後、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮの検査を開始し（ステップＳ３２）、それと同時にタイマ回路３３６をスタートさせる（ステップＳ３３）。そして、強制放電制御部３３５は、変数ｎに「１」を代入して１番目の蓄電体から電圧検査を開始し（ステップＳ３４）、ｎ番目の均等化放電信号ＳＧｎがオンしているか否かを判定する（ステップＳ３５）。
【０１０５】
そして、均等化放電信号ＳＧｎがオフであれば（ステップＳ３５でＮＯ）ステップＳ３８へ移行する一方、均等化放電信号ＳＧｎがオンしていれば（ステップＳ３５でＹＥＳ）、強制放電制御部３３５は、ｎ番目の端子電圧Ｖｎが目標電圧Ｖｔｇ以下かどうか判定する（ステップＳ３６）。そして、端子電圧Ｖｎが目標電圧Ｖｔｇを超えていれば（ステップＳ３６でＮＯ）ステップＳ３８へ移行する一方、端子電圧Ｖｎが目標電圧Ｖｔｇ以下であれば（ステップＳ３６でＹＥＳ）、強制放電制御部３３５は、均等化放電信号ＳＧｎをオフ（トランジスタＱｎをオフ）して蓄電体Ｂｎの放電を終了し、その蓄電体番号ｎと終了時刻を保存する（ステップＳ３７）。
【０１０６】
ステップＳ３８において、強制放電制御部３３５は、変数ｎに「１」加算し（ステップＳ３８）、変数ｎと蓄電体数Ｎとを比較する（ステップＳ３９）。
【０１０７】
そして、変数ｎが蓄電体数Ｎ以下であれば（ステップＳ３９でＮＯ）、次の蓄電体について端子電圧の検査をするべくステップＳ３５へ移行する。一方、変数ｎが蓄電体数Ｎを超えていれば（ステップＳ３９でＹＥＳ）、ステップＳ４０へ移行する。
【０１０８】
次に、ステップＳ４０において、強制放電制御部３３５によって、タイマ回路３３６のタイマ値Ｔが監視時間Ｔｌｉｍと比較される（ステップＳ４０）。そして、タイマ値Ｔが監視時間Ｔｌｉｍ以上になると（ステップＳ４０でＹＥＳ）、均等化処理を強制的に終了する。
【０１０９】
均等化処理中は、発電装置１０や負荷装置２０に対する充放電ができないので、均等化処理のために充放電が停止される時間が長時間になると、電源システム１の使用に支障が生じる。ステップＳ４０によれば、均等化処理の時間が監視時間Ｔｌｉｍ以上になると、均等化処理が強制的に終了されて、蓄電装置４０による発電装置１０や負荷装置２０に対する充放電が可能となるので、均等化処理が電源システム１の使用に支障を及ぼすおそれが低減される。監視時間Ｔｌｉｍは、電源システム１の使用上、均等化処理のために充放電を停止しても差し支えない程度の時間に設定することが望ましい。
【０１１０】
一方、タイマ値Ｔが監視時間Ｔｌｉｍに満たなければ（ステップＳ４０でＮＯ）、まだオンしている均等化放電信号が有るか否か、すなわちまだ放電中の蓄電体が有るか否かが判定される（ステップＳ４１）。
【０１１１】
そして、まだ放電中の蓄電体が有れば（ステップＳ４１でＹＥＳ）、ステップＳ３４〜Ｓ４１の処理を繰り返す一方、放電中の蓄電体が無ければ（ステップＳ４１でＮＯ）、均等化処理を終了する。
【０１１２】
なお、不均衡の判定に用いた判定閾値γは、蓄電装置４０の蓄電量（ＳＯＣ）により補正された値を用いてもよく、特に蓄電装置４０の蓄電量（ＳＯＣ）及び温度に応じて補正されるのが好ましい。
【０１１３】
以上、ステップＳ１〜Ｓ４１の処理により、蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮにおける蓄電量の不均衡のバラツキを検出した場合、均等化処理によって不均衡を低減することができるので、蓄電装置４０の寿命劣化を抑制することが可能となる。これにより、電源装置５０を長寿命化することが容易となる。
【０１１４】
なお、不均衡判定部３３４によって不均衡が生じていると判定された場合、均等化処理によって不均衡を低減する例を示したが、必ずしも均等化処理を行う例に限らない。例えば、充放電制御回路３４０が、不均衡判定部３３４から不均衡が生じている旨の信号を受信すると、蓄電装置４０全体のＳＯＣを、不均衡が生じていない場合よりも上限を減少させＳＯＣの下限を増大させて、狭い範囲に維持するように、充放電を制御するようにしてもよい。例えば、不均衡判定部３３４は、蓄電装置４０全体のＳＯＣを、不均衡が生じていない場合に２０〜８０％の範囲に維持し、不均衡が生じた場合に３０〜７０％に維持するようにしてもよい。
【０１１５】
あるいは、不均衡判定部３３４は、不均衡判定部３３４から不均衡が生じている旨の信号を受信すると、蓄電装置４０の充電を禁止するようにしてもよい。
【０１１６】
なお、図１に示す電源装置５０の構成は上記に限定されるものではなく、同等の機能を有するものであればかまわない。例えば、制御部３３０は、上述の各種処理を具現化させるプログラムをインストールし、このプログラムを実行することによって実現することができる。
【０１１７】
更に、充放電制御回路３４０が、制御部３３０としても機能する態様が考えられる。この態様においては、制御部３３０は、充放電制御回路３４０を構成するマイクロコンピュータに、図５〜図７に示す各種処理を具現化させるプログラムをインストールし、このプログラムを実行することによって、実現することができる。
【０１１８】
また、蓄電装置の均等化開始判定は、制御部３３０に限定するものでなく、制御部３３０から蓄電素子情報を得て充放電制御回路３４０や負荷装置２０で行ってもよく、その他であっても問題ない。
【０１１９】
また、均等化処理において、固定抵抗を用いた抵抗放電により、電圧データを監視しながら目標電圧値まで定抵抗放電を行う例を示したが、可変抵抗を用いて放電量を調節することで均等化処理を行ってもよく、あるいは所定電圧値まで充電することで均等化処理を行うようにしてもよい。
【０１２０】
今回開示した本発明の実施の形態は、例示であってこれに限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明に係る不均衡判定回路、これを用いた電源装置、及び不均衡判定方法は、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、携帯電話機等の電子機器、電気自動車やハイブリッドカー等の車両、太陽電池や発電装置と二次電池とを組み合わされた電源システム等の電池搭載装置、システム等において、好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る不均衡判定方法を用いた不均衡判定回路、及びこの不均衡判定回路を備えた電源装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】蓄電素子に充電電流を流した後、充電電流をゼロにしたときの、端子電圧の変化を説明するための説明図である。
【図３】図１に示す電圧検出部の構成の一例を示すブロック図である。
【図４】図１に示す電圧検出部の構成の他の一例を示すブロック図である。
【図５】図１に示す電源装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図６】図１に示す電源装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図７】図１に示す電源装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図８】蓄電体のＳＯＣと端子電圧との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１２３】
１  電源システム
１０  発電装置
２０  負荷装置
３０  電源制御装置
４０  蓄電装置
５０  電源装置
３１０  放電部
３２０，３２０ａ  電圧検出部
３２１  アナログデジタルコンバータ
３２２  切換回路
３２３  電圧測定部
３３０  制御部
３３１  第１端子電圧取得部
３３２  第２端子電圧取得部
３３３  電圧変化算出部
３３４  不均衡判定部
３３５  強制放電制御部
３３６  タイマ回路
３４０  充放電制御回路
３５０  不均衡判定回路
４０１  蓄電素子
Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮ  蓄電体
Ｉｃｃ  設定電流値
Ｎ  蓄電体数
Ｑ１，Ｑ２，・・・，ＱＮ  トランジスタ
Ｒ１，Ｒ２，・・・，ＲＮ  抵抗
ＳＧ１，ＳＧ２，・・・，ＳＧＮ  均等化放電信号
Ｔｌｉｍ  監視時間
Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮ  端子電圧
Ｖ１ａ，Ｖ２ａ，・・・，ＶＮａ  第１端子電圧
Ｖ１ｂ，Ｖ２ｂ，・・・，ＶＮｂ  第２端子電圧
Ｖｔｇ  目標電圧
α  基準電圧
β  設定時間
γ  判定閾値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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