(57)【要約】【課題】複数の二次電池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、不均衡低減回路、電池電源装置、及び不均衡判定方法を提供することである。【解決手段】組電池４０が放電を停止したとき、各二次電池の端子電圧を各二次電池の第１電圧として取得する第１電圧取得部３３３と、放電停止後の経過時間を計時するタイマ回路３３９と、経過時間が設定時間ｔｓ以上になったとき、各二次電池の端子電圧を、各二次電池の第２電圧として取得する第２電圧取得部３３４と、各二次電池に対応する当該第１電圧と第２電圧との差をそれぞれ電圧変化量として算出する電圧変化量算出部３３５と、電圧変化量算出部３３５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、不均衡が生じていると判定する不均衡判定部３３６とを備えた。【選択図】図１
2010098866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の二次電池を含む組電池における前記各二次電池の端子電圧をそれぞれ検出する電圧検出部と、
前記組電池が放電を停止したとき、前記電圧検出部によって検出される各二次電池の端子電圧の、所定時間における各電圧変化量を取得する電圧変化量取得部と、
前記電圧変化量取得部によって取得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、前記複数の二次電池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】
前記電圧変化量取得部は、
前記組電池が放電を停止したとき、前記電圧検出部によって検出される各二次電池の端子電圧を、当該各二次電池にそれぞれ対応する複数の第１電圧として取得する第１電圧取得部と、
前記組電池が放電を停止した後の経過時間を計時する計時部と、
前記計時部によって計時された経過時間が予め設定された設定時間以上になったとき、前記電圧検出部によって検出される各二次電池の端子電圧を、当該各二次電池にそれぞれ対応する複数の第２電圧として取得する第２電圧取得部と、
前記第１電圧取得部により取得された複数の第１電圧と前記第２電圧取得部により取得された複数の第２電圧とに基づいて、前記各二次電池に対応する当該第１電圧と第２電圧との差をそれぞれ当該各二次電池に対応する前記各電圧変化量として算出する電圧変化量算出部とを含むこと
を特徴とする請求項１記載の不均衡判定回路。
【請求項３】
前記組電池のＳＯＣを示すＳＯＣ情報を取得するＳＯＣ取得部と、
前記ＳＯＣ取得部によって検出された組電池のＳＯＣ情報が、予め設定された基準値を下回るＳＯＣを示すとき、前記組電池の放電を停止させる放電制御部とをさらに備え、
前記電圧変化量取得部は、
前記放電制御部によって放電が停止されたとき、前記各電圧変化量を取得すること
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】
前記各二次電池のＳＯＣを示すＳＯＣ情報を取得するＳＯＣ取得部と、
前記ＳＯＣ取得部によって取得された各二次電池のＳＯＣ情報のうち少なくとも一つが、予め設定された基準値を下回るＳＯＣを示すとき、前記組電池の放電を停止させる放電制御部とをさらに備え、
前記電圧変化量取得部は、
前記放電制御部によって放電が停止されたとき、前記各電圧変化量を取得すること
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５】
前記組電池を流れる電流値を検出する電流検出部と、
前記電流検出部により検出された電流値が、前記組電池の放電方向の電流値からゼロに変化したとき、前記組電池が放電を停止したことを検出する放電停止検出部とをさらに備え、
前記電圧変化量取得部は、
前記放電停止検出部によって放電停止が検出されたとき、前記各電圧変化量を取得すること
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６】
前記組電池のＳＯＣを示すＳＯＣ情報を取得するＳＯＣ取得部をさらに備え、
前記電圧変化量取得部は、
前記ＳＯＣ取得部によって取得された組電池のＳＯＣ情報が予め設定された基準値を下回るＳＯＣを示し、かつ前記放電停止検出部によって放電停止が検出されたとき、前記各電圧変化量を取得すること
を特徴とする請求項５記載の不均衡判定回路。
【請求項７】
前記各二次電池のＳＯＣを示すＳＯＣ情報を取得するＳＯＣ取得部をさらに備え、
前記電圧変化量取得部は、
前記ＳＯＣ取得部によって取得された各二次電池のＳＯＣ情報のうち少なくとも一つが、予め設定された基準値を下回るＳＯＣを示し、かつ前記放電停止検出部によって放電停止が検出されたとき、前記各電圧変化量を取得すること
を特徴とする請求項５記載の不均衡判定回路。
【請求項８】
前記基準値として、
前記各二次電池が過放電になることを防止するために放電を禁止させるべきＳＯＣを示す値が、予め設定されていること
を特徴とする請求項３、４、６、及び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、
前記各二次電池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１〜８のいずれか１項に記載の不均衡判定回路。
【請求項１０】
前記電圧検出部は、
前記各二次電池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二次電池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二次電池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１〜８のいずれか１項に記載の不均衡判定回路。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の不均衡判定回路と、
前記不均衡判定部によって、前記複数の二次電池における蓄電量の不均衡が生じていると判定されたとき、前記組電池を充電する充電制御部と、
前記複数の二次電池を、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後に前記充電制御部によって前記組電池が充電された後、前記電圧検出部により検出される各二次電池の端子電圧相互間の差が減少するように、前記放電部によって前記各二次電池のうち少なくとも一部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不均衡低減回路。
【請求項１２】
前記充電制御部は、
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後に前記組電池を充電する場合、前記各二次電池の端子電圧のうち最も高い電圧が当該二次電池の満充電電圧になったとき、当該充電を終了する均等化用充電モードにより充電を行い、
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ることなく前記組電池を充電する場合、前記組電池の端子電圧が当該組電池の満充電電圧になったとき、当該充電を終了する通常充電モードにより充電を行うこと
を特徴とする請求項１１記載の不均衡低減回路。
【請求項１３】
請求項１１又は１２記載の不均衡低減回路と、
前記組電池と
を備えることを特徴とする電池電源装置。
【請求項１４】
電圧検出部が、複数の二次電池を含む組電池における前記各二次電池の端子電圧をそれぞれ検出する工程と、
電圧変化量取得部が、前記組電池が放電を停止したとき、前記電圧検出部によって検出される各二次電池の端子電圧の、所定時間における各電圧変化量を取得する工程と、
不均衡判定部が、前記電圧変化量取得部によって取得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、前記複数の二次電池における蓄電量の不均衡が生じていると判定する工程と
を含む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、複数の二次電池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、不均衡を低減する不均衡低減回路、二次電池を用いた電池電源装置、及び不均衡判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二次電池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、二次電池の充電状態（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２００６−２４６６４５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１０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１０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１０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１０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、複数の二次電池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、不均衡低減回路、電池電源装置、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、複数の二次電池を含む組電池における前記各二次電池の端子電圧をそれぞれ検出する電圧検出部と、前記組電池が放電を停止したとき、前記電圧検出部によって検出される各二次電池の端子電圧の、所定時間における各電圧変化量を取得する電圧変化量取得部と、前記電圧変化量取得部によって取得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、前記複数の二次電池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、電圧検出部が、複数の二次電池を含む組電池における前記各二次電池の端子電圧をそれぞれ検出する工程と、電圧変化量取得部が、前記組電池が放電を停止したとき、前記電圧検出部によって検出される各二次電池の端子電圧の、所定時間における各電圧変化量を取得する工程と、不均衡判定部が、前記電圧変化量取得部によって取得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、前記複数の二次電池における蓄電量の不均衡が生じていると判定する工程とを含む。
【００１９】
本願発明者らは、二次電池のＳＯＣに応じて、放電停止後の所定時間における二次電池の端子電圧の電圧変化量が異なることを見出した。そうすると、電圧変化量は、二次電池の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二次電池を用いた場合であっても、この電圧変化量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、二次電池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、前記電圧変化量取得部は、前記組電池が放電を停止したとき、前記電圧検出部によって検出される各二次電池の端子電圧を、当該各二次電池にそれぞれ対応する複数の第１電圧として取得する第１電圧取得部と、前記組電池が放電を停止した後の経過時間を計時する計時部と、前記計時部によって計時された経過時間が予め設定された設定時間以上になったとき、前記電圧検出部によって検出される各二次電池の端子電圧を、当該各二次電池にそれぞれ対応する複数の第２電圧として取得する第２電圧取得部と、前記第１電圧取得部により取得された複数の第１電圧と前記第２電圧取得部により取得された複数の第２電圧とに基づいて、前記各二次電池に対応する当該第１電圧と第２電圧との差をそれぞれ当該各二次電池に対応する前記各電圧変化量として算出する電圧変化量算出部とを含むことが好ましい。
【００２１】
この構成によれば、第１電圧取得部によって、組電池が放電を停止したときの各二次電池の端子電圧が、当該各二次電池にそれぞれ対応する複数の第１電圧として取得される。また、第２電圧取得部によって、組電池が放電を停止した後の経過時間が設定時間以上になったときの各二次電池の端子電圧が、当該各二次電池にそれぞれ対応する複数の第２電圧として取得される。さらに、電圧変化量算出部によって、第１電圧取得部により取得された複数の第１電圧と第２電圧取得部により取得された複数の第２電圧とに基づいて、各二次電池に対応する当該第１電圧と第２電圧との差をそれぞれ当該各二次電池に対応する各電圧変化量として算出されるので、電圧変化量取得部は、放電停止後の所定時間における各二次電池の端子電圧の電圧変化量を取得することができる。
【００２２】
また、前記組電池のＳＯＣを示すＳＯＣ情報を取得するＳＯＣ取得部と、前記ＳＯＣ取得部によって検出された組電池のＳＯＣ情報が、予め設定された基準値を下回るＳＯＣを示すとき、前記組電池の放電を停止させる放電制御部とをさらに備え、前記電圧変化量取得部は、前記放電制御部によって放電が停止されたとき、前記各電圧変化量を取得することが好ましい。
【００２３】
この構成によれば、ＳＯＣ取得部によって、組電池のＳＯＣを示すＳＯＣ情報が取得される。また、ＳＯＣ取得部によって検出された組電池のＳＯＣ情報が、予め設定された基準値を下回るＳＯＣを示すとき、放電制御部によって組電池の放電が停止される。そして、放電制御部によって放電が停止されたとき、電圧変化量取得部によって各電圧変化量が取得される。ここで、本願発明者らは、二次電池のＳＯＣが小さいほど、放電停止後の所定時間における二次電池の端子電圧の電圧変化量が大きくなることを見出した。そうすると、組電池、すなわち各二次電池のＳＯＣが、基準値で示されるＳＯＣより大きいときと比べて小さいＳＯＣを示し、相対的に大きな電圧変化量が得られると考えられるときに各電圧変化量が取得され、この各電圧変化量に基づき不均衡の有無が判定されるので、ＳＯＣが大きく、従って各電圧変化量として小さな値しか得られないときに不均衡の有無を判定する場合よりも不均衡の判定精度を向上させることができる。
【００２４】
また、前記各二次電池のＳＯＣを示すＳＯＣ情報を取得するＳＯＣ取得部と、前記ＳＯＣ取得部によって取得された各二次電池のＳＯＣ情報のうち少なくとも一つが、予め設定された基準値を下回るＳＯＣを示すとき、前記組電池の放電を停止させる放電制御部とをさらに備え、前記電圧変化量取得部は、前記放電制御部によって放電が停止されたとき、前記各電圧変化量を取得するようにしてもよい。
【００２５】
この構成によれば、ＳＯＣ取得部によって、各二次電池のＳＯＣを示すＳＯＣ情報が取得される。また、ＳＯＣ取得部によって検出された各二次電池のＳＯＣ情報のうち少なくとも一つが、基準値を下回るＳＯＣを示すとき、放電制御部によって組電池の放電が停止される。そして、放電制御部によって放電が停止されたとき、電圧変化量取得部によって各電圧変化量が取得される。ここで、上述したように、本願発明者らは、二次電池のＳＯＣが小さいほど、放電停止後の所定時間における二次電池の端子電圧の電圧変化量が大きくなることを見出した。そうすると、各二次電池のＳＯＣのうち少なくとも一つが、基準値で示されるＳＯＣより大きいときと比べて小さいＳＯＣを示し、複数の二次電池において全体的に相対的に大きな電圧変化量が得られると考えられるときに各電圧変化量が取得され、この各電圧変化量に基づき不均衡の有無が判定されるので、ＳＯＣが大きく、従って各電圧変化量として小さな値しか得られないときに不均衡の有無を判定する場合よりも不均衡の判定精度を向上させることができる。
【００２６】
また、前記組電池を流れる電流値を検出する電流検出部と、前記電流検出部により検出された電流値が、前記組電池の放電方向の電流値からゼロに変化したとき、前記組電池が放電を停止したことを検出する放電停止検出部とをさらに備え、前記電圧変化量取得部は、前記放電停止検出部によって放電停止が検出されたとき、前記各電圧変化量を取得するようにしてもよい。
【００２７】
この構成によれば、放電停止検出部によって、電流検出部により検出された電流値が、組電池の放電方向の電流値からゼロに変化したとき、組電池が放電を停止したことが検出される。そして、放電停止検出部によって放電停止が検出されたとき、電圧変化量取得部が、各電圧変化量を取得する。電圧変化量取得部が各電圧変化量を取得するためには、組電池の放電を停止しなければならないが、組電池の放電を停止すると、組電池は負荷への電力供給ができなくなる。しかしながら、この構成によれば、不均衡の判定と無関係に組電池の放電が停止したタイミングで電圧変化量取得部が各電圧変化量を取得することができるので、組電池の放電が停止されて負荷へ電力供給ができなくなる機会を減少させることができる。
【００２８】
また、前記組電池のＳＯＣを示すＳＯＣ情報を取得するＳＯＣ取得部をさらに備え、前記電圧変化量取得部は、前記ＳＯＣ取得部によって取得された組電池のＳＯＣ情報が予め設定された基準値を下回るＳＯＣを示し、かつ前記放電停止検出部によって放電停止が検出されたとき、前記各電圧変化量を取得することが好ましい。
【００２９】
この構成によれば、組電池のＳＯＣ情報が予め設定された基準値を下回る小さなＳＯＣを示し、かつ放電停止検出部によって放電停止が検出されたとき、電圧変化量取得部によって各電圧変化量が取得される。ここで、上述したように、本願発明者らは、二次電池のＳＯＣが小さいほど、放電停止後の所定時間における二次電池の端子電圧の電圧変化量が大きくなることを見出した。そうすると、組電池のＳＯＣが基準値で示されるＳＯＣより大きいときと比べて小さいＳＯＣを示し、各二次電池において相対的に大きな電圧変化量が得られると考えられるときに各電圧変化量が取得され、この各電圧変化量に基づき不均衡の有無が判定されるので、ＳＯＣが大きく、従って各電圧変化量として小さな値しか得られないときに不均衡の有無を判定する場合よりも不均衡の判定精度を向上させることができる。
【００３０】
また、前記各二次電池のＳＯＣを示すＳＯＣ情報を取得するＳＯＣ取得部をさらに備え、前記電圧変化量取得部は、前記ＳＯＣ取得部によって取得された各二次電池のＳＯＣ情報のうち少なくとも一つが、予め設定された基準値を下回るＳＯＣを示し、かつ前記放電停止検出部によって放電停止が検出されたとき、前記各電圧変化量を取得するようにしてもよい。
【００３１】
この構成によれば、各二次電池のＳＯＣ情報のうち少なくとも一つが基準値を下回る小さなＳＯＣを示し、かつ放電停止検出部によって放電停止が検出されたとき、電圧変化量取得部によって各電圧変化量が取得される。ここで、上述したように、本願発明者らは、二次電池のＳＯＣが小さいほど、放電停止後の所定時間における二次電池の端子電圧の電圧変化量が大きくなることを見出した。そうすると、各二次電池のＳＯＣのうち少なくとも一つが、基準値で示されるＳＯＣより大きいときと比べて小さいＳＯＣを示し、複数の二次電池において全体的に相対的に大きな電圧変化量が得られると考えられるときに各電圧変化量が取得され、この各電圧変化量に基づき不均衡の有無が判定されるので、ＳＯＣが大きく、従って各電圧変化量として小さな値しか得られないときに不均衡の有無を判定する場合よりも不均衡の判定精度を向上させることができる。
【００３２】
また、前記基準値として、前記各二次電池が過放電になることを防止するために放電を禁止させるべきＳＯＣを示す値が、予め設定されていることが好ましい。
【００３３】
この構成によれば、ＳＯＣ取得部によって取得されたＳＯＣが基準値を下回ったときは、各二次電池が過放電に近い小さなＳＯＣになっているので、相対的に大きな電圧変化量が得られると考えられるときに各電圧変化量が取得され、この各電圧変化量に基づき不均衡の有無が判定されるので、ＳＯＣが大きく、従って各電圧変化量として小さな値しか得られないときに不均衡の有無を判定する場合よりも不均衡の判定精度を向上させることができる。また、放電制御部を備える構成においては、ＳＯＣ取得部によって取得されたＳＯＣが基準値を下回ったときに組電池の放電が停止されるので、二次電池が過放電になるおそれが低減される。
【００３４】
また、前記電圧検出部は、前記各二次電池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。
【００３５】
この構成によれば、各二次電池の端子電圧を同時に検出することができるので、各二次電池の端子電圧の検出時間を短縮することが容易となる。
【００３６】
また、前記電圧検出部は、前記各二次電池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二次電池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二次電池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。
【００３７】
この構成によれば、電圧測定部を一つ設けるだけで、各二次電池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。
【００３８】
また、本発明に係る不均衡低減回路は、上述の不均衡判定回路と、前記不均衡判定部によって、前記複数の二次電池における蓄電量の不均衡が生じていると判定されたとき、前記組電池を充電する充電制御部と、前記複数の二次電池を、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後に前記充電制御部によって前記組電池が充電された後、前記電圧検出部により検出される各二次電池の端子電圧相互間の差が減少するように、前記放電部によって前記各二次電池のうち少なくとも一部を放電させる強制放電制御部とを備える。
【００３９】
この構成によれば、上述の不均衡判定回路によって、蓄電量の不均衡が生じていると判定されたとき、強制放電制御部によって、各二次電池の端子電圧相互間の差が減少するように各二次電池のうち少なくとも一部が放電されるので、各二次電池の蓄電量の不均衡を低減することができる。
【００４０】
また、前記充電制御部は、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後に前記組電池を充電する場合、前記各二次電池の端子電圧のうち最も高い電圧が当該二次電池の満充電電圧になったとき、当該充電を終了する均等化用充電モードにより充電を行い、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ることなく前記組電池を充電する場合、前記組電池の端子電圧が当該組電池の満充電電圧になったとき、当該充電を終了する通常充電モードにより充電を行う。
【００４１】
また、本発明に係る電池電源装置は、上述の不均衡低減回路と、前記組電池とを備える。
【００４２】
この構成によれば、上述の不均衡低減回路によって、組電池に含まれる各二次電池の不均衡を低減しつつ、組電池によって負荷へ電力を供給することが可能となる。
【発明の効果】
【００４３】
このような構成の不均衡判定回路、不均衡低減回路、電源装置、及び不均衡判定方法によれば、放電停止後の所定時間における各二次電池の端子電圧の電圧変化量は、二次電池の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二次電池を用いた場合であっても、この電圧変化量に基づいて各二次電池間に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、二次電池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】
【００４４】
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。
【００４５】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１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、不均衡低減回路、及びこの不均衡低減回路を用いた電池電源装置、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、及び組電池４０を備えて構成されている。そして、電源制御装置３０及び組電池４０によって、電源装置５０（電池電源装置）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の充放電制御回路３４０には、発電装置１０や組電池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】
組電池４０は、Ｎ個の二次電池Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮを直列に接続して構成されている。二次電池Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮは、図略のボックスに収納されている。また、二次電池Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮのそれぞれは、複数個の蓄電素子４０１が直列に接続された電池ブロックと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等の蓄電素子を用いることができる。
【００４９】
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放電電流が流れた後、放電電流をゼロにしたとき（放電を停止したとき）の、端子電圧（ＯＣＶ）の変化を説明するための説明図である。
【００５０】
図２（ａ）は、図２（ｂ）よりもＳＯＣが小さいときに放電を停止した場合を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）よりもＳＯＣが大きいときに放電を停止した場合を示している。図２（ａ）、図２（ｂ）の、上図は二次電池に流れる電流を示し、下図は二次電池の端子電圧の変化を示している。
【００５１】
蓄電素子４０１は、例えば、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、放電停止後、予め設定された設定時間ｔｓが経過したときの端子電圧の上昇量が、ＳＯＣが増大するほど、すなわち満充電に近いほど小さい蓄電素子が用いられている。なお、蓄電素子４０１は、放電停止後、設定時間ｔｓが経過したときの端子電圧の上昇量が、ＳＯＣに応じて異なるものであればよく、必ずしも放電停止後設定時間ｔｓが経過したときの端子電圧の上昇量が、ＳＯＣが増大するほど小さくなるものに限らない。
【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１０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未満となる二次電池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、例えば正極活物質としてＬｉＦｅＰＯ４を用いたリチウムイオン二次電池は、放電を停止した後における端子電圧の所定時間あたりの上昇量が、ＳＯＣが大きくなるほど小さ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、放電を停止する直前の端子電圧と、放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［図２（ａ）における△Ｖ］よりも、蓄電素子４０１のＳＯＣが大きいとき［図２（ｂ）における△Ｖ］の方が小さくなることを、実験的に見出した。
【００５６】
なお、オリビン系リチウム複合リン酸塩を用いた二次電池は蓄電素子４０１の一例であり、蓄電素子４０１としては、他の種々の二次電池を用いることができる。また、二次電池の数、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、各二次電池は、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、各二次電池が、それぞれ一つの蓄電素子４０１であってもよい。また、組電池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組電池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、組電池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、組電池４０の充放電を停止したり、許可したりするようになっている。
【００６０】
このように、充放電制御回路３４０によって組電池４０の充放電が制御されることで、通常の場合、組電池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、組電池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、二次電池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、二次電池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、二次電池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との直列回路が二次電池Ｂ１と並列に接続され、抵抗Ｒ２とトランジスタＱ２との直列回路が二次電池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二次電池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二次電池が、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３３９（計時部）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、ＳＯＣ取得部３３１、放電制御部３３２、第１電圧取得部３３３、第２電圧取得部３３４、電圧変化算出部３３５、不均衡判定部３３６、充電制御部３３７、及び強制放電制御部３３８として機能する。この場合、第１電圧取得部３３３、第２電圧取得部３３４、電圧変化算出部３３５、及びタイマ回路３３９が、電圧変化量取得部の一例に相当している。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】
ＳＯＣ取得部３３１は、二次電池Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮのＳＯＣを示すＳＯＣ情報を取得する。具体的には、二次電池Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮが仮にＳＯＣの変化に対する端子電圧の変化が小さい特性を有していた場合であっても、ＳＯＣが大きくなるほど端子電圧が高くなるおおよその相関関係を有するので、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮを、二次電池Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮのおおよそのＳＯＣを示すＳＯＣ情報として用いることができる。
【００７２】
なお、例えば組電池４０に流れる充放電電流の電流値を検出する電流検出部をさらに備え、ＳＯＣ取得部３３１は、電流検出部により検出された電流値を累積的に積算することにより組電池４０の蓄電電荷量を算出し、この蓄電電荷量をＳＯＣ情報として用いてもよく、さらにこの蓄電電荷量を組電池４０の満充電容量で除算することにより算出したＳＯＣをＳＯＣ情報として用いるようにしてもよい。
【００７３】
放電制御部３３２は、ＳＯＣ取得部３３１によって検出された二次電池Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮのＳＯＣ情報、すなわち端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮが、予め設定された基準値の一例である基準電圧αを下回るＳＯＣを示す電圧値であるとき、充放電制御回路３４０によって組電池４０の放電を停止させる。基準電圧αとしては、二次電池Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮが過放電になることを防止するために放電を禁止させるべき端子電圧、例えば２Ｖを用いることができる。
【００７４】
また、放電制御部３３２は、充放電制御回路３４０によって組電池４０の放電を停止させるとき（停止の直前又は直後であってもよい）に、第１電圧取得部３３３によって第１電圧Ｖ１ａ，Ｖ２ａ，・・・，ＶＮａを取得させ、さらにタイマ回路３３９によって、組電池４０の放電が停止した後の経過時間を計時させる。
【００７５】
なお、ＳＯＣ取得部３３１は、二次電池Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮのＳＯＣを示すＳＯＣ情報を取得する例に限られず、組電池４０の端子電圧（端子電圧Ｖ１〜ＶＮの合計）を、組電池４０のＳＯＣを示すＳＯＣ情報として取得するようにしてもよい。この場合、基準電圧αとしては、組電池４０が過放電になることを防止するために放電を禁止させるべき端子電圧、例えば２Ｖに二次電池の個数Ｎを乗じた電圧を用いてもよい。
【００７６】
第１電圧取得部３３３は、組電池４０が放電を停止したとき、より具体的には例えば、放電制御部３３２からの指示に応じて、組電池４０の放電が停止される直前（又は直後）に電圧検出部３２０によって検出された端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮを、二次電池Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮにそれぞれ対応する第１電圧Ｖ１ａ，Ｖ２ａ，・・・，ＶＮａとして取得し、例えばＲＡＭに記憶させる。
【００７７】
第２電圧取得部３３４は、タイマ回路３３９によって計時された経過時間が予め設定された設定時間ｔｓ以上になったとき、電圧検出部３２０によって検出された端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮを、二次電池Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮにそれぞれ対応する第２電圧Ｖ１ｂ，Ｖ２ｂ，・・・，ＶＮｂとして取得し、例えばＲＡＭに記憶させる。
【００７８】
設定時間ｔｓとしては、組電池４０の放電停止後、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮが安定して一定の電圧値を示すようになる時間が設定されている。設定時間ｔｓとしては、例えば３６００秒を用いることができる。
【００７９】
電圧変化算出部３３５は、第１電圧取得部３３３により取得された第１電圧Ｖ１ａ，Ｖ２ａ，・・・，ＶＮａと第２電圧取得部３３４により取得された第２電圧Ｖ１ｂ，Ｖ２ｂ，・・・，ＶＮｂとに基づいて、各二次電池に対応する第１電圧Ｖ１ａ，Ｖ２ａ，・・・，ＶＮａと第２電圧Ｖ１ｂ，Ｖ２ｂ，・・・，ＶＮｂとの差を、それぞれ二次電池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。
【００８０】
不均衡判定部３３６は、電圧変化算出部３３５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、二次電池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充電制御部３３７へ通知する。
【００８１】
具体的には、不均衡判定部３３６は、例えば、電圧変化量△Ｖ１，△Ｖ２，・・・，△ＶＮのうちの最大値と最小値との差が判定閾値γを超えたとき、二次電池Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮにおける蓄電量の不均衡が生じていると判定するようにしてもよい。
【００８２】
充電制御部３３７は、不均衡判定部３３６によって、二次電池Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮにおける蓄電量の不均衡が生じていると判定されたとき、発電装置１０からの充電電流を組電池４０へ供給して充電させる。
【００８３】
強制放電制御部３３８は、不均衡判定部３３６によって不均衡が生じていると判定された後に充電制御部３３７によって組電池４０が充電された後、電圧検出部３２０により検出される端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮの端子電圧相互間の差が減少するように、放電部３１０によって二次電池Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮのうち少なくとも一部を放電させる。
【００８４】
具体的には、強制放電制御部３３８は、例えば、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によって各二次電池を放電させることにより、二次電池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。
【００８５】
タイマ回路３３９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、放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。
【００８６】
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６、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、例えば、負荷装置２０の消費電流が急激に増大する等して負荷装置２０が要求する電力が発電装置１０の出力を超えた場合、充放電制御回路３４０によって、不足した電力が組電池４０から負荷装置２０へ供給されて、組電池４０の放電が開始される（ステップＳ１）。
【００８７】
次に、例えばＳＯＣ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、二次電池Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮの各端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮが検出される（ステップＳ２）。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。
【００８８】
ＳＯＣ取得部３３１は、このようにして検出された端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮを、二次電池Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮのＳＯＣを示すＳＯＣ情報として取得する。
【００８９】
なお、ＳＯＣ取得部３３１を備えず、ステップＳ２、Ｓ３を実行する代わりに任意のタイミングでステップＳ４へ移行し、不均衡の判定を実行するようにしてもよい。
【００９０】
次に、放電制御部３３２は、ＳＯＣ取得部３３１によって得られた端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮを、基準電圧αと比較する（ステップＳ３）。そして、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮの全てが基準電圧α以上の場合（ステップＳ３でＮＯ）、ステップＳ２〜Ｓ３を繰り返す一方、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮのうちいずれか一つでも基準電圧αに満たない場合（ステップＳ３でＹＥＳ）、ステップＳ４へ移行する。
【００９１】
ステップＳ４では、第１電圧取得部３３３によって、電圧検出部３２０で検出された端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮが、放電を停止したとき（直前）の各二次電池の端子電圧である第１電圧Ｖ１ａ，Ｖ２ａ，・・・，ＶＮａとして取得される（ステップＳ４）。
【００９２】
次に、放電制御部３３２は、充放電制御回路３４０へ制御信号を出力して組電池４０の放電を停止させる（ステップＳ５）。そうすると、ステップＳ４において、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮのうちいずれか一つでも基準電圧α（過放電になることを防止するために放電を禁止させるべき端子電圧）に満たない場合、組電池４０の放電が停止されるので、最も放電が進んでいる二次電池についても過放電を防止することが可能となり、二次電池Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮの過放電を防止する確実性を向上させることができる。
【００９３】
また、放電制御部３３２は、タイマ回路３３９による経過時間の計時を開始させる（ステップＳ６）。
【００９４】
以上、ステップＳ５、Ｓ６の処理により、組電池４０の放電停止後の経過時間がタイマ回路３３９によって計時されると共に、組電池４０の放電が停止して二次電池Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮに流れる電流がゼロになると、図２（ａ）に示すように、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮが上昇を開始する。
【００９５】
そして、タイマ回路３３９の計時時間が設定時間ｔｓ以上になると（ステップＳ７でＹＥＳ）、第２電圧取得部３３４は、電圧検出部３２０によって検出された端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮを、二次電池Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮにそれぞれ対応する第２電圧Ｖ１ｂ，Ｖ２ｂ，・・・，ＶＮｂとして取得する（ステップＳ８）。
【００９６】
この場合、設定時間ｔｓは、組電池４０の放電停止後、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮが安定して一定の電圧値を示すようになる時間が設定されているので、安定した状態の端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮを第２電圧Ｖ１ｂ，Ｖ２ｂ，・・・，ＶＮｂとして取得することができる結果、第２電圧Ｖ１ｂ，Ｖ２ｂ，・・・，ＶＮｂの取得精度が向上する。そして、第２電圧Ｖ１ｂ，Ｖ２ｂ，・・・，ＶＮｂの精度が向上すると、後述する電圧変化量△Ｖ１，△Ｖ２，・・・，△ＶＮの算出精度が向上し、ひいては不均衡が生じているか否かの判定精度が向上する。
【００９７】
次に、電圧変化算出部３３５によって、変数ｎに、「１」が代入される（ステップＳ９）。そして、電圧変化算出部３３５によって、第１電圧Ｖｎａから第２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Ｓ１０）。
【００９８】
次に、電圧変化算出部３３５によって、変数ｎに１が加算された後（ステップＳ１１）、変数ｎが二次電池数Ｎと比較される（ステップＳ１２）。そして、変数ｎが二次電池数Ｎに満たなければ（ステップＳ１２でＮＯ）、次の二次電池について電圧変化量△Ｖｎを算出するべく、再びステップＳ１０へ移行する。一方、変数ｎが二次電池数Ｎ以上であれば（ステップＳ１２でＹＥＳ）、すべての二次電池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。
【００９９】
次に、電圧変化算出部３３５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）。
【０１００】
次に、不均衡判定部３３６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）、不均衡判定部３３６は、均等化が必要なほどの不均衡は生じていないことを示すべく均等化フラグＦを「０」にリセット（ステップＳ２４）して充電を開始するべくステップＳ２６へ移行する。
【０１０１】
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示すべく均等化フラグＦを「１」にセット（ステップＳ２５）して充電を開始するべくステップＳ２６へ移行する。
【０１０２】
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３３６によって不均衡が生じていると判定されて、ステップＳ２６へ移行することとなる。
【０１０３】
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３３６が、不均衡が生じていると判定する構成としてもよい。
【０１０４】
以上、ステップＳ１〜Ｓ２３の処理によれば、第１電圧Ｖ１ａ，Ｖ２ａ，・・・，ＶＮａと第２電圧Ｖ１ｂ，Ｖ２ｂ，・・・，ＶＮｂとの差に基づいて、二次電池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電圧と第２電圧との差は、二次電池の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二次電池を用いた場合であっても、第１電圧と第２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。
【０１０５】
また、ステップＳ３において、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮのうちいずれか一つでも基準電圧αに満たない場合（ステップＳ３でＹＥＳ）、すなわち二次電池Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮのＳＯＣが全体的に小さな値になっていると考えられるときに、ステップＳ５以降の処理が実行されて不均衡の有無が判定される。このように、ＳＯＣが小さな値になっているときは、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、ＳＯＣが大きいときよりも電圧変化量△Ｖ１，△Ｖ２，・・・，△ＶＮが全体的に大きな値になる。
【０１０６】
このように、電圧変化量△Ｖ１，△Ｖ２，・・・，△ＶＮが全体的として大きな値が得られるときに（ステップＳ３でＹＥＳ）、電圧変化量△Ｖ１，△Ｖ２，・・・，△ＶＮに基づき不均衡の有無を判定することで、全体的にＳＯＣが大きいために電圧変化量△Ｖ１，△Ｖ２，・・・，△ＶＮとして小さな値しか得られないときに不均衡の有無を判定する場合よりも不均衡の判定精度を向上させることができる。
【０１０７】
さらに、不均衡の判定を行う際にはステップＳ５において組電池４０の放電が停止されるので、組電池４０は負荷装置２０への電力供給ができなくなる。しかしながら、基準電圧αは、過放電になることを防止するために放電を禁止させるべき端子電圧に設定されているので、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮのうちいずれか一つでも基準電圧αに満たない場合（ステップＳ３でＹＥＳ）は、不均衡判定処理とは無関係に二次電池の過放電を防止するために放電を停止する必要があるタイミングである。このようなタイミングでステップＳ４以降の不均衡判定処理を実行することで、組電池４０の放電が停止されて組電池４０が負荷装置２０へ電力供給ができなくなる機会を減少させることができる。
【０１０８】
次に、ステップＳ２６において、充電制御部３３７は、充放電制御回路３４０に充電を要求する制御信号を出力し、充放電制御回路３４０によって組電池４０の充電を開始させる（ステップＳ２６）。なお、ステップＳ２６において、充電制御部３３７は、充放電制御回路３４０に充電を開始させる例に限られず、充放電制御回路３４０に放電を停止させた状態で待機し、例えば発電装置１０で余剰電力が生じたり負荷装置２０で回生電力が発生したりする等によって、充放電制御回路３４０が組電池４０への充電を開始するようにしてもよい。
【０１０９】
次に、充電制御部３３７は、均等化フラグＦを確認する（ステップＳ２７）。そして、均等化フラグＦが「０」であれば（ステップＳ２７でＮＯ）、各二次電池における蓄電量の不均衡は生じていないので、充電制御部３３７は、充放電制御回路３４０によって、後述する通常充電モードによる充電を実行させて（ステップＳ２８）、処理を終了する。
【０１１０】
一方、均等化フラグＦが「１」であれば（ステップＳ２７でＹＥＳ）、各二次電池における蓄電量の不均衡が生じているので、充電制御部３３７は、蓄電量が多い二次電池においても過充電が発生しないように、充放電制御回路３４０によって、後述する均等化用充電モードによる充電を実行させる（ステップＳ２９）。
【０１１１】
ここで、ステップＳ２８における通常充電モードでは、充電制御部３３７は、電圧検出部３２０で検出された組電池４０の端子電圧（端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮの合計）が、組電池４０の満充電電圧になるまで充放電制御回路３４０によって組電池４０の充電を行わせる。これにより、組電池４０を満充電にすることができる。ここで、組電池４０の満充電電圧は、例えば、各二次電池の満充電電圧に二次電池の個数Ｎを乗じた電圧が設定されている。
【０１１２】
ここで、もし仮に、各二次電池における蓄電量の不均衡が生じているときに通常充電モードでの充電を行うと、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮのうち一部は各二次電池の満充電電圧に満たず、一部は各二次電池の満充電電圧を超えて過充電が生じてしまう。しかしながら、図１に示す電源装置５０は、不均衡判定部３３６が各二次電池における蓄電量の不均衡が生じていないと判定した場合（ステップＳ２３でＮＯ）のみ、通常充電モードでの充電が実行されるので、各二次電池が略均等に充電される結果、各二次電池において過充電が生じるおそれを低減しつつ、各二次電池を満充電にすることが可能となる。
【０１１３】
また、ステップＳ２９における均等化用充電モードでは、充電制御部３３７は、電圧検出部３２０で検出された各二次電池の端子電圧のうち最も高い電圧が当該二次電池の満充電電圧になったとき、充放電制御回路３４０による充電を停止させる。これにより、各二次電池における蓄電量の不均衡が生じているために組電池４０が満充電になるまで充電を行うと蓄電量が多い二次電池で過充電が生じてしまう場合には、組電池４０が満充電になる前に充電が停止される結果、二次電池の過充電が防止される。
【０１１４】
次に、ステップＳ２９における均等化用充電モードでの充電が終了すると、強制放電制御部３３８による均等化処理が実行される（ステップＳ３０）。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３３８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Ｓ４１）。
【０１１５】
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、二次電池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、二次電池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。
【０１１６】
次に、強制放電制御部３３８は、均等化処理を開始後、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮの検査を開始する（ステップＳ４２）。そして、強制放電制御部３３８は、変数ｎに「１」を代入して１番目の二次電池から電圧検査を開始し（ステップＳ４３）、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Ｓ４４）。
【０１１７】
そして、均等化放電信号ＳＧｎがオフであれば（ステップＳ４４でＮＯ）ステップＳ４７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Ｓ４４でＹＥＳ）、強制放電制御部３３８は、ｎ番目の端子電圧Ｖｎが予め設定された目標電圧Ｖｔｇ以下かどうか判定する（ステップＳ４５）。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Ｓ４５でＮＯ）ステップＳ４７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Ｓ４５でＹＥＳ）、強制放電制御部３３８は、均等化放電信号ＳＧｎをオフ（トランジスタＱｎをオフ）して二次電池Ｂｎの放電を終了する（ステップＳ４６）。
【０１１８】
ステップＳ４７において、強制放電制御部３３８は、変数ｎに「１」加算し（ステップＳ４７）、変数ｎと二次電池数Ｎとを比較する（ステップＳ４８）。
【０１１９】
そして、変数ｎが二次電池数Ｎ以下であれば（ステップＳ４８でＮＯ）、次の二次電池について端子電圧の検査をするべくステップＳ４４へ移行する。一方、変数ｎが二次電池数Ｎを超えていれば（ステップＳ４８でＹＥＳ）、ステップＳ４９へ移行する。
【０１２０】
次に、ステップＳ４９において、強制放電制御部３３８によって、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二次電池が有るか否かが判定される（ステップＳ４９）。
【０１２１】
そして、まだ放電中の二次電池が有れば（ステップＳ４９でＹＥＳ）、ステップＳ４３〜Ｓ４９の処理を繰り返す一方、放電中の二次電池が無ければ（ステップＳ４９でＮＯ）、均等化処理を終了する。
【０１２２】
以上、ステップＳ１〜Ｓ４９の処理により、二次電池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、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮが目標電圧Ｖｔｇに揃えられて不均衡が低減されるので、組電池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。
【０１２３】
図６に戻って、強制放電制御部３３８によって、均等化フラグＦが０にリセットされて（ステップＳ３１）、処理を終了する。
【０１２４】
なお、不均衡判定部３３６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３３６から不均衡が生じている旨の信号を受信すると、組電池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３３６は、組電池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。
【０１２５】
あるいは、不均衡判定部３３６は、不均衡判定部３３６から不均衡が生じている旨の信号を受信すると、組電池４０の充電を禁止するようにしてもよい。
【０１２６】
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く、その他の方法で均等化してもよい。
【０１２７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る電源装置５０ａについて説明する。図８は、本発明の第２実施形態に係る電源装置５０ａの構成の一例を示すブロック図である。図８に示す電源装置５０ａは、図１に示す電源装置５０とは、組電池４０に流れる電流値を検出する電流検出部３６０を備える点、制御部３３０ａが放電制御部３３２を備えず代わりに放電停止検出部３３２ａを備える点、及び第１電圧取得部３３３ａの動作タイミングが異なる点で異なる。
【０１２８】
その他の構成は図１に示す電源装置５０ａと同様であるのでその説明を省略し、以下本実施形態の特徴的な点について説明する。
【０１２９】
電流検出部３６０は、例えば電流検出用のシャント抵抗や電流変成器、及びアナログデジタル変換器等によって構成されている。そして、電流検出部３６０は、例えば組電池４０の充電電流をプラスの電流値Ｉで、放電電流をマイナスの電流値Ｉで表す信号を、制御部３３０ａへ出力する。
【０１３０】
放電停止検出部３３２ａは、電流検出部３６０により検出された電流値Ｉが、組電池４０の放電方向の電流値（マイナスの電流値）からゼロに変化したとき、組電池４０が放電を停止したことを検出する。
【０１３１】
第１電圧取得部３３３ａは、ＳＯＣ取得部３３１によって取得された各二次電池のＳＯＣ情報である端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮが、基準電圧αを下回り、かつ放電停止検出部３３２ａによって放電停止が検出されると、電圧検出部３２０によって検出された端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮを第１電圧Ｖ１ａ，Ｖ２ａ，・・・，ＶＮａとして取得すると共に、タイマ回路３３９によって放電停止が検出された後の経過時間を計時させる。
【０１３２】
図９は、図８に示す電源装置５０ａの動作の一例を示すフローチャートである。図９に示すフローチャートにおいて、図５に示すフローチャートと同一の動作には同一のステップ番号を付してその説明を省略する。
【０１３３】
まず、ステップＳ１において組電池４０の放電が開始され、その電流値Ｉが電流検出部３６０によって検出される。電流検出部３６０で検出された電流値Ｉは、放電停止検出部３３２ａによって監視され（ステップＳ１３）、電流値Ｉがマイナスの電流値からゼロに変化すると（ステップＳ１３でＹＥＳ）、電流検出部３６０は、組電池４０が放電を停止したことを検出し、ステップＳ２へ移行する。
【０１３４】
以下、ステップＳ２〜Ｓ４は図５におけるステップＳ２〜Ｓ４と同様であるのでその説明を省略する。ステップＳ４の後、ステップＳ６において、第１電圧取得部３３３ａは、タイマ回路３３９によって放電停止が検出された後の経過時間を計時させる。以下、図５におけるステップＳ７〜Ｓ４９と同様に動作する。
【０１３５】
ステップＳ４以降の処理により不均衡の判定を行うためには、組電池４０の放電を停止させる必要があるので、組電池４０は負荷装置２０への電力供給ができなくなる。しかしながら、ステップＳ１３の処理によれば、不均衡の判定と無関係に組電池４０の放電が停止したタイミングで不均衡の判定を行うことができるので、組電池４０の放電が停止されて組電池４０が負荷装置２０へ電力供給ができなくなる機会を減少させることができる。
【０１３６】
また、上述したように、電圧変化量△Ｖ１，△Ｖ２，・・・，△ＶＮが全体的として大きな値が得られるときに（ステップＳ３でＹＥＳ）、電圧変化量△Ｖ１，△Ｖ２，・・・，△ＶＮに基づき不均衡の有無を判定することで、全体的にＳＯＣが大きく、従って電圧変化量△Ｖ１，△Ｖ２，・・・，△ＶＮとして小さな値しか得られないときに不均衡の有無を判定する場合よりも不均衡の判定精度を向上させることができる。
【０１３７】
なお、ＳＯＣ取得部３３１を備えず、ステップＳ２、Ｓ３を実行することなくステップＳ１３からステップＳ４へ移行する構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３８】
本発明に係る不均衡判定回路、不均衡低減回路、これを用いた電池電源装置、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】
【０１３９】
【図１】本発明の第１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、不均衡低減回路、及びこの不均衡低減回路を用いた電池電源装置、電源システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図２】二次電池に放電電流が流れた後、放電電流をゼロにしたとき（放電を停止したとき）の、端子電圧の変化を説明するための説明図である。図２（ａ）は、図２（ｂ）よりもＳＯＣが小さいときに放電を停止した場合を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）よりもＳＯＣが大きいときに放電を停止した場合を示している。
【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】本発明の第２実施形態に係る電源装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図９】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１０】二次電池のＳＯＣと端子電圧との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１４０】
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  組電池
５０，５０ａ  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
３３０，３３０ａ  制御部
３３１  ＳＯＣ取得部
３３２  放電制御部
３３２ａ  放電停止検出部
３３３，３３３ａ  電圧取得部
３３４  第２電圧取得部
３３５  電圧変化算出部
３３６  不均衡判定部
３３７  充電制御部
３３８  強制放電制御部
３３９  タイマ回路
３４０  充放電制御回路
３５０  不均衡判定回路
３６０  電流検出部
４０１  蓄電素子
Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮ  二次電池
Ｆ  均等化フラグ
Ｉ  電流値
Ｑ１，Ｑ２，・・・，ＱＮ  トランジスタ
Ｒ１，Ｒ２，・・・，ＲＮ  抵抗
ＳＧ１，ＳＧ２，・・・，ＳＧＮ  均等化放電信号
Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮ  端子電圧
Ｖ１ａ，Ｖ２ａ，・・・，ＶＮａ  第１電圧
Ｖ１ｂ，Ｖ２ｂ，・・・，ＶＮｂ  第２電圧
ｔｓ  設定時間
α  基準電圧
γ  判定閾値
【図１】
2010098866.tif 000003
【図２】
2010098866.tif 000004
【図３】
2010098866.tif 000005
【図４】
2010098866.tif 000006
【図５】
2010098866.tif 000007
【図６】
2010098866.tif 000008
【図７】
2010098866.tif 000009
【図８】
2010098866.tif 000010
【図９】
2010098866.tif 000011
【図１０】
2010098866.tif 000012