(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された複数の電池セル間における電圧値の差を調整する電圧調整システムであって、
前記複数の電池セルから抽出される２つの電池セルの全ての組み合わせのうち予め設定された所定の複数の組み合わせに対応してそれぞれ設けられ、各組み合わせを構成する２つの電池セルを当該２つの電池セルの同極同士が通電する並列状態で接続する複数の調整回路と、
前記所定の複数の組み合わせのそれぞれに対応して設けられ、前記複数の調整回路のそれぞれを遮断する通常位置と当該調整回路を接続する調整位置とに選択的に設定される複数のスイッチと、
前記複数の電池セルの各電圧値を検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した電圧値間の差が予め設定された第１所定電圧値を超える２つの電池セルが存在する場合、開始条件が成立したと判定する第１判定手段と、
前記検出手段が検出した電圧値間の差が前記第１所定電圧値以下に予め設定された第２所定電圧値を超える２つの電池セルが存在しない場合、終了条件が成立したと判定する第２判定手段と、
前記開始条件が成立したと前記第１判定手段が判定したとき、前記検出手段が検出した電圧値間の差が前記第１所定電圧値を超える２つの電池セルの組み合わせが何れの組み合わせであっても、前記所定の複数の組み合わせの中から予め設定された所定の順番に従って１つの組み合わせを処理対象として決定し、前記複数のスイッチのうち前記処理対象の組み合わせに対応するスイッチのみを当該組み合わせを構成する２つの電池セルの電圧値が平均化されるまで継続して前記調整位置に設定する調整処理を、前記終了条件が成立したと前記第２判定手段が判定するまで、前記所定の順番に従って前記処理対象の組み合わせを変更して繰り返す制御手段と、を備える
ことを特徴とする電圧調整システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電圧調整システムであって、
前記所定の複数の組み合わせは、隣接して直列接続される２つの電池セルの組み合わせを除いた全ての組み合わせである
ことを特徴とする電圧調整システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の電圧調整システムであって、
前記第２所定電圧値は、前記第１所定電圧値未満である
ことを特徴とする電圧調整システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直列接続された複数の電池セル間における電圧値の差を調整する電圧調整システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００７−３１１３３５号公報には、複数のセルを具備する燃料電池において、各セルの電圧を周期的に測定して、測定された電圧が所定の電圧より低い性能低下セルが検出された場合、性能低下セルに近接する近接セルを性能低下セルと並列連結させることによって、燃料電池の性能を改善する回路連結制御システムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３１１３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、複数の電池セルを直列接続して所望の出力を得ている組電池では、充放電を繰り返すうちに複数の電池セルの容量にばらつきが生じ、組電池一体で充放電させると、容量の小さい電池セルは過充電や過放電を引き起こして性能が劣化し、組電池全体の充放電可能容量の低下や寿命の低下等を招く。このため、複数の電池セル間の電圧値の差が低減するように調整することが望ましい。
【０００５】
しかし、上記特開２００７−３１１３３５号公報に記載された制御システムでは、例えば、近接セルの電圧値も低下している場合は、性能低下セルの電圧値が十分に増大しないので、燃料電池を構成する複数のセル間の電圧値の差を低減させることはできない。また、何れのセルも近接セルと並列に連結可能である回路を構成することから、多数のスイッチや接続線を設ける必要があり、制御回路が複雑化する。
【０００６】
そこで、本発明は、直列接続された複数の電池セルの電圧値を調整する回路の構成を簡素化しつつ、複数の電池セル間の電圧値の差を低減させることが可能な電圧調整システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成すべく、本発明は、直列接続された複数の電池セル間における電圧値の差を調整する電圧調整システムであって、複数の調整回路と複数のスイッチと検出手段と第１判定手段と第２判定手段と制御手段とを備える。
【０００８】
複数の調整回路は、複数の電池セルから抽出される２つの電池セルの全ての組み合わせのうち予め設定された所定の複数の組み合わせに対応してそれぞれ設けられ、各組み合わせを構成する２つの電池セルを当該２つの電池セルの同極同士が通電する並列状態で接続する。複数のスイッチは、上記所定の複数の組み合わせのそれぞれに対応して設けられ、通常位置と調整位置とに選択的に設定される。通常位置のスイッチは、上記複数の調整回路のそれぞれを遮断し、調整位置のスイッチは、当該調整回路を接続する。
【０００９】
検出手段は、複数の電池セルの各電圧値を検出する。第１判定手段は、検出手段が検出した電圧値間の差が予め設定された第１所定電圧値を超える２つの電池セルが存在する場合、開始条件が成立したと判定する。第２判定手段は、検出手段が検出した電圧値間の差が上記第１所定電圧値以下に予め設定された第２所定電圧値を超える２つの電池セルが存在しない場合、終了条件が成立したと判定する。上記開始条件が成立したと上記第１判定手段が判定したとき、制御手段は、検出手段が検出した電圧値間の差が上記第１所定電圧値を超える２つの電池セルの組み合わせが何れの組み合わせであっても、上記所定の複数の組み合わせの中から予め設定された所定の順番に従って１つの組み合わせを処理対象として決定し、上記複数のスイッチのうち上記処理対象の組み合わせに対応するスイッチのみを当該組み合わせを構成する２つの電池セルの電圧値が平均化されるまで継続して上記調整位置に設定する調整処理を、上記終了条件が成立したと第２判定手段が判定するまで、予め設定された順番に従って上記処理対象の組み合わせを変更して繰り返す。
【００１０】
上記構成では、第１判定手段は、第１所定電圧値を超える電圧値の差となる２つの電池セルが存在する場合に、開始条件が成立していると判定する。つまり、第１所定電圧値を超える電圧値の差となる２つの電池セルの組み合わせが少なくとも１つ存在する場合に、開始条件が成立していると判定する。同様に、第２判定手段は、第２所定電圧値を超える電圧値の差となる２つの電池セルの組み合わせが全く存在しない場合に、終了条件が成立していると判定する。制御手段は、開始条件が成立していると第１判定手段が判定したときに、予め設定された順番に従って予め設定された複数の組み合わせの中から１つの組み合わせを処理対象として決定し、決定した処理対象の組み合わせに対応するスイッチのみを調整位置に設定する１回目の調整処理を実行する。１回目の調整処理を実行中又は終了後に、終了条件が成立しているか否かを第２判定手段が判定し、終了条件が成立していないと判定したとき、制御手段は、１回目の調整処理が実行中である場合には、当該調整処理を継続し、１回目の調整処理終了後である場合には、予め設定された順番に従って処理対象とする次の組み合わせを決定し、当該組み合わせに対する２回目の調整処理を実行する。一方、終了条件が成立していると第２判定手段が判定したときは、制御手段は、１回目の調整処理実行後である場合には、２回目の調整処理へは移行せず、１回目の調整処理が実行中である場合には、当該調整処理を途中で終了し、若しくは当該調整処理が完了するまで継続して２回目の調整処理へは移行しない。このように、制御手段は、開始条件が成立していると判定されたときから、終了条件が成立していると判定されるときまで、所定の順番に従って所定の複数の組み合わせの中から処理対象となる１つの組み合わせを決定し、決定された組み合わせに対してそれぞれ調整処理を実行する。
【００１１】
このように、各電池セルの状態とは無関係に設定された所定の組み合わせの中から、処理対象とする組み合わせを決定して各調整処理を実行するため、複雑な判定及び制御を必要とせずに、全ての電池セル間の電圧値の差を低減させることができる。また、開始条件が成立してから終了条件が成立するまで、各調整処理を繰り返す一連の処理を実行するので、全ての電池セル間の電圧値の差を確実に低減させることができる。さらに、終了条件が成立していると判定されたときに一連の処理を終了するため、全ての調整処理に要する時間の短縮化を図ることができ、且つ調整処理による必要以上の電力消費を抑止することができる。さらに、各調整処理において、制御手段は、処理対象の組み合わせを構成する２つの電池セルの電圧値が平均化するまで継続して調整処理を実行するため、これら２つの電池セルの電圧値を確実に平均化することができる。さらに、２つの電池セルが平均化したときに調整処理を終了するため、各調整処理に要する時間の短縮化を図ることができる。
【００１２】
また、上記所定の複数の組み合わせは、隣接して直列接続される２つの電池セルの組み合わせを除いた全ての組み合わせであってもよい。
【００１３】
一般に、直列接続された２つの電池セルを並列状態に接続するためには、直列接続を遮断するスイッチと各電池セルの同極同士をそれぞれ接続する接続線とが必要である。つまり、直列接続された複数の電池セルから抽出される２つの電池セルの全ての組み合わせに対応する調整回路を形成するとき、隣接して直列接続される２つの電池セル間には、一方の電池セルの負極に接続する接続線と他方の電池セルの正極に接続する接続線とスイッチとを設ける必要がある。
【００１４】
これに対し、上記構成では、複数の電池セルから抽出される２つの電池セルの全ての組み合わせのうち、隣接して直列接続される２つの電池セルの組み合わせを除いた全ての組み合わせに対応する複数の調整回路が設けられる。この場合、隣接して直列接続される２つの電池セル間に、一方の電池セルの負極及び他方の電池セルの正極の何れにも共通して接続する接続線とスイッチとを設けることで、直列接続を遮断し２つの電池セルを並列状態に接続することが可能である。従って、回路の構成を簡素化することができる。また、直列接続された複数の電池セルは全て、複数の電池セルから抽出される２つの電池セルの全ての組み合わせのうち、隣接して直列接続される２つの電池セルの組み合わせを除いた全ての組み合わせのいずれかに属しているため、全ての電池セルを対象として調整処理を実行することができる。
【００１５】
また、上記第２所定電圧値は、上記第１所定電圧値未満であってもよい。
【００１６】
上記構成では、第２所定電圧値は第１所定電圧値未満に設定されるため、終了条件が成立してからすぐに開始条件が成立することはない。従って、一連の調整処理の実行頻度を低減させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、直列接続された複数の電池セルの電圧値を調整する回路の構成を簡素化しつつ、複数の電池セル間の電圧値の差を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】一実施形態の電圧調整システムの構成図である。
【図２】一実施形態の電圧調整処理を示すフローチャートである。
【図３】５回の調整処理を実行した場合のセルＣａ〜Ｃｄの電圧値Ｖａ〜Ｖｄの変遷を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態の電圧調整システムについて図面を参照して説明する。
【００２０】
図１に示すように、電圧調整システム１は、複数の電池セル（二次電池セル）Ｃａ〜Ｃｄ間の電圧値の差を調整するものであり、電池セルＣａ〜Ｃｄとともに車両に搭載される。電池セルＣａ〜Ｃｄは、直列接続され、二次電池として車両の駆動用のモータや車載電装品などの負荷回路２に電力を供給する。なお、電池セルＣａ〜Ｃｄは、発電機などの充電回路３に接続されてもよく、また、モータは、発電機能を併有するモータジェネレータであってもよい。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態では４つの電池セルＣａ〜Ｃｄが車両に搭載され、電圧調整システム１は、電池側スイッチ群４と、調整側スイッチ群５と、制御ユニット６とを有する。電池側スイッチ群４は、４つのスイッチＳＷ１〜ＳＷ４を有し、調整側スイッチ群５は５つのスイッチＳＷ１１〜ＳＷ１５を有する。なお、以下において、電池セルを単にセルと略称して説明する。また、所定の複数の組み合わせとは、隣接して直列接続される２つの電池セルの組み合わせを除いた全ての組み合わせであり、セルＣａとセルＣｃの組み合わせ、セルＣｂとセルＣｄの組み合わせ、及びセルＣａとセルＣｄの組み合わせの３つの組み合わせである。また、これら３つの組み合わせの中から各調整処理の処理対象となる１つの組み合わせを決定する順番は、第１にセルＣａとセルＣｃの組み合わせ、第２にセルＣｂとセルＣｄの組み合わせ、第３にセルＣａとセルＣｄの組み合わせである。さらに、第２所定電圧値Ｖｙは第１所定電圧値Ｖｘ未満である。
【００２２】
電池側スイッチ群４のスイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、２つの接点を有し、２つの接点を接続する接続位置と、２つの接点間を遮断する中立位置との何れかの位置に設定可能な２路スイッチである。
【００２３】
スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、セルＣａ〜Ｃｄの負極側にそれぞれ設けられる。スイッチＳＷ１は、セルＣａの負極とセルＣｂの正極との間を断接するとともに、セルＣａの負極とスイッチＳＷ１２との間を断接する。スイッチＳＷ２は、セルＣｂの負極とセルＣｃの正極との間を断接するとともに、セルＣｂの負極とスイッチＳＷ１３との間を断接する。スイッチＳＷ３は、セルＣｃの負極とセルＣｄの正極との間を断接するとともに、セルＣｃの負極とスイッチＳＷ１４との間を断接する。スイッチＳＷ４は、セルＣｄの負極とスイッチＳＷ１５との間を断接する。
【００２４】
スイッチＳＷ１〜ＳＷ４が全て接続位置に設定される（２つの接点が接続される）と、セルＣａ〜Ｃｄ間は直列接続される。一方、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の何れかが中立位置に設定されると、セルＣａ〜Ｃｄ間の直列接続は遮断される。従って、モータや発電機等との間でセルＣａ〜Ｃｄに対する放充電が行われており、且つ後述する電圧調整処理が実行されていない通常状態のスイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、制御ユニット６によって、接続位置に設定され維持される。また、電圧調整処理の実行中において、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のうち処理対象となる２つのセルの組み合わせに対応しないスイッチは、制御ユニット６によって、中立位置に設定される。
【００２５】
調整側スイッチ群５のスイッチＳＷ１１〜ＳＷ１５は、基本接点と第１接点と第２接点とを有し、基本接点を第１接点に接続する第１接続位置と、基本接点を第２接点に接続する第２接続位置と、基本接点を第１接点及び第２接点の何れにも接続しない中立位置との何れかの位置に設定可能な３路スイッチである。
【００２６】
スイッチＳＷ１１の基本接点１１ａは、セルＣａの正極に接続される。スイッチＳＷ１２の基本接点１２ａは、スイッチＳＷ１を介してセルＣａの負極に接続されるとともに、セルＣｂの正極に接続される。スイッチＳＷ１３の基本接点１３ａは、スイッチＳＷ２を介してセルＣｂの負極に接続されるとともに、セルＣｃの正極に接続される。スイッチＳＷ１４の基本接点１４ａは、スイッチＳＷ３を介してセルＣｃの負極に接続されるとともに、セルＣｄの正極に接続される。スイッチＳＷ１５の基本接点１５ａは、スイッチＳＷ４を介してセルＣｄの負極に接続される。スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１５の第１接点１１ｂ〜１５ｂは、第１接続線１２にそれぞれ接続され、第２接点１１ｃ〜１５ｃは、第２接続線１３にそれぞれ接続される。後述する電圧調整処理が実行されていない通常状態のスイッチＳＷ１１〜ＳＷ１５は、制御ユニット６によって、中立位置に設定され維持される。
【００２７】
スイッチＳＷ１が接続位置に設定され（２つの接点が接続され）、スイッチＳＷ３が接続位置に設定され（２つの接点が接続され）、スイッチＳＷ１１が第１接続位置に設定され（基本接点１１ａと第１接点１１ｂとが接続され）、スイッチＳＷ１２が第２接続位置に設定され（基本接点１２ａと第２接点１２ｃとが接続され）、スイッチＳＷ１３が第１接続位置に設定され（基本接点１３ａと第１接点１３ｂとが接続され）、スイッチＳＷ１４が第２接続位置に設定され（基本接点１４ａと第２接点１４ｃとが接続され）、スイッチＳＷ２が中立位置に設定されると、セルＣａとセルＣｃとは両セルの同極同士が通電する並列状態で接続される。並列状態に接続されたセルＣａとセルＣｃとの電圧値に差がある場合、電圧値が大きいセルは小さいセルに放電し、小さいセルは充電されて、セルＣａとセルＣｃとの電圧値は、両セルの平均電圧値に近づくように調整される。すなわち、スイッチＳＷ１が接続位置に、スイッチＳＷ３が接続位置に、スイッチＳＷ１１が第１接続位置に、スイッチＳＷ１２が第２接続位置に、スイッチＳＷ１３が第１接続位置に、スイッチＳＷ１４が第２接続位置に、スイッチＳＷ２が中立位置にそれぞれ設定されることによって形成される回路は、セルＣａとセルＣｃとの組み合わせに対応する調整回路として機能し、スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ３、スイッチＳＷ１１、スイッチＳＷ１２、スイッチＳＷ１３、及びスイッチＳＷ１４は、セルＣａとセルＣｃの組み合わせに対応する調整用スイッチとして機能する。この場合、スイッチＳＷ１の接続位置、スイッチＳＷ３の接続位置、スイッチＳＷ１１の第１接続位置、スイッチＳＷ１２の第２接続位置、スイッチＳＷ１３の第１接続位置、及びスイッチＳＷ１４の第２接続位置が、セルＣａとセルＣｃの組み合わせに対応する調整回路を機能させる調整位置である。また、セルＣｂとセルＣｄの組み合わせ及びセルＣａとセルＣｄの組み合わせについても、セルＣａとセルＣｃの組み合わせと同様に対応する調整回路が形成可能であり、調整用スイッチとして機能するスイッチ及びその調整位置が決定する。
【００２８】
なお、２つのセルからそれぞれ構成されるこれら３つの組み合わせに対応する調整回路は、それぞれ２つの異なる経路で形成可能である。例えば、セルＣａとセルＣｃの組み合わせに対応する上記調整用スイッチのうち、スイッチＳＷ１１及びスイッチＳＷ１３の調整位置を第１接続位置から第２接続位置に切り替え（基本接点１１ａ，１３ａと第２接点１１ｃ，１３ｃとがそれぞれ接続される）、スイッチＳＷ１２及びスイッチＳＷ１４の調整位置を第２接続位置から第１接続位置に切り替えた（基本接点１２ａ，１４ａと第１接点１２ｂ，１４ｂとがそれぞれ接続される）場合も、セルＣａとセルＣｃとは並列状態に接続される。すなわち、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ３が接続位置に、スイッチＳＷ１１及びスイッチＳＷ１３が第２接続位置に、スイッチＳＷ１２及びスイッチＳＷ１４が第１接続位置に、スイッチＳＷ２が中立位置にそれぞれ設定されることによって形成される回路も、セルＣａとセルＣｃの組み合わせに対応する調整回路として機能する。
【００２９】
制御ユニット６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）７と記憶部１１とを有する。記憶部１１は、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などの記録媒体によって構成される。
【００３０】
記憶部１１には、電圧調整処理実行プログラムが記憶されている。ＣＰＵ７は、電圧調整処理実行プログラムに従って電圧調整処理を実行することにより、検出部８、判定部９及び制御部１０として機能する。また、記憶部１１には、セルＣａ〜Ｃｄの各電圧値が逐次更新して記憶される電圧値記憶テーブルと、所定の３つの組み合わせ（セルＣａとセルＣｃの組み合わせ、セルＣｂとセルＣｄの組み合わせ、セルＣａとセルＣｄの組み合わせ）に対応する調整用スイッチ及び調整位置が予め設定された調整スイッチ設定テーブルとが記憶されている。上述のように、これら３つの組み合わせに対応する調整回路は２つの異なる経路で形成可能であることから、調整スイッチ設定テーブルには、これら２つの経路のうち任意の一方の経路が予め選択され、当該経路で形成される調整回路を機能させる調整用スイッチ及び調整位置が設定される。また、各組み合わせに対応する調整用スイッチ及び調整位置は、各調整処理の処理対象となる組み合わせの順に設定される。本実施形態における調整スイッチ設定テーブルには、第１の順にセルＣａとセルＣｃの組み合わせに対応する調整用スイッチ及び調整位置、第２の順にセルＣｂとセルＣｄの組み合わせに対応する調整用スイッチ及び調整位置、第３の順にセルＣａとセルＣｄの組み合わせに対応する調整用スイッチ及び調整位置が設定され、またセルＣａとセルＣｃの組み合わせに対応する調整用スイッチ及び調整位置として、スイッチＳＷ１（調整位置：接続位置）、スイッチＳＷ３（調整位置：接続位置）、スイッチＳＷ１１（調整位置：第１接続位置）、スイッチＳＷ１２（調整位置：第２接続位置）、スイッチＳＷ１３（調整位置：第１接続位置）、及びスイッチＳＷ１４（調整位置：第２接続位置）が設定されている。
【００３１】
検出部８は、セルＣａ〜Ｃｄの電圧値Ｖａ〜Ｖｄを検出し、検出した電圧値Ｖａ〜Ｖｄを記憶部１１の電圧値記憶テーブルに逐次更新して記憶する。
【００３２】
判定部９には、第１判定部と第２判定部とが含まれる。第１判定部は、検出部８が検出した電圧値Ｖａ〜Ｖｄのうち、最大である電圧値と最小である電圧値との差ΔＶを算出し、算出した電圧値の差ΔＶが第１所定電圧値Ｖｘを超えているか否か（電圧値間の差が第１所定電圧値Ｖｘを超える２つのセルが存在するか否か）を判定する。第１判定部は、電圧値の差ΔＶが第１所定電圧値Ｖｘを超えている（電圧値間の差が第１所定電圧値Ｖｘを超える２つのセルが存在する）と判定したときに、開始条件が成立していると判定する。第２判定部は、検出部８が検出した各電圧値Ｖａ〜Ｖｄのうち最大である電圧値と最小である電圧値との差ΔＶを算出し、算出した電圧値の差ΔＶが第２所定電圧値Ｖｙを超えているか否か（電圧値間の差が第２所定電圧値Ｖｙを超える２つの電池セルが存在するか否か）を判定する。第２判定部は、電圧値の差ΔＶが第２所定電圧値Ｖｙ以下である（電圧値間の差が第２所定電圧値Ｖｙを超える２つの電池セルが存在しない）と判定したときに、終了条件が成立していると判定する。
【００３３】
制御部１０は、開始条件が成立していると判定部９が判定したとき、予め設定された順番に従って、所定の３つの組み合わせの中から処理対象とする組み合わせを決定し、当該組み合わせに対して調整処理を実行する。制御部１０は、調整スイッチ設定テーブルを参照して、第１の順に設定されているセルＣａとセルＣｃの組み合わせに対応する調整用スイッチを調整位置に設定し、セルＣａとセルＣｃの組み合わせに対応する調整回路を機能させる（１回目の調整処理）。制御部１０は、セルＣａ及びセルＣｃの電圧値が平均化されたか否かを判断し、平均化されたと判断したときに、調整位置に設定したスイッチを通常位置に戻す。１回目の調整処理終了後、終了条件が成立していないと判定部９が判定したときは、制御部１０は調整スイッチ設定テーブルを参照して、第２の順に設定されているセルＣｂとセルＣｄの組み合わせに対応する調整用スイッチを調整位置に設定する２回目の調整処理を実行する。制御部１０は、終了条件が成立していると判定部９が判定するまで、予め設定された順番（第１の順：セルＣａとセルＣｃの組み合わせ、第２の順：セルＣｂとセルＣｄの組み合わせ、第３の順：セルＣａとセルＣｄの組み合わせ）に従って、処理対象の組み合わせを変更して各調整処理を繰り返し実行する（３回目の調整処理（セルＣａ，Ｃｄの組み合わせを処理対象とする調整処理）、４回目の調整処理（セルＣａとセルＣｃの組み合わせを処理対象とする調整処理）、５回目の調整処理（セルＣｂ，Ｃｄの組み合わせを処理対象とする調整処理）、・・・、ｎ回目の調整処理）。制御部１０は、終了条件が成立していると判定部９が判定したとき、次の調整処理へは移行せずに、各調整処理を繰り返す一連の処理を終了する。
【００３４】
なお、各調整処理において並列状態に接続される２つのセルの電圧値が平均化されたと判断する方法は、特に限定されるものではなく、例えば、２つのセルの電圧値を逐次検出し、２つの電圧値の差が第２所定電圧値Ｖｙ以下に設定された基準電圧値Ｖｚ（Ｖｚ≦Ｖｙ）以下のときに平均化されたと判定する方法や、接続された調整回路の電流値を計測し、計測した電流値が所定の基準電流値以下のときに平均化されたと判定する方法や、電圧値の平均化に要する時間を基準時間として求めて設定し、調整処理の経過時間を計時し、計時した経過時間が基準時間に達したときに平均化されたと判定する方法など、様々な方法が適用可能である。
【００３５】
以下、図２のフローチャートを用いて、ＣＰＵ７が実行する電圧調整処理について説明する。本処理は、車両の停止時などセルＣａ〜Ｃｄに対する放充電が行われていないことを条件に開始され、所定時間毎に実行される。また、各調整処理が実行中でないことを条件に実行される。なお、以下では、セルＣａ〜Ｃｄの電圧値Ｖａ〜Ｖｄは、Ｖａ＞Ｖｃ＞Ｖｄ＞Ｖｂである場合を想定して説明する。
【００３６】
処理が開始されると、検出部８は、セルＣａ〜Ｃｄの電圧値Ｖａ〜Ｖｄを検出し、検出した電圧値Ｖａ〜Ｖｄを記憶部１１に記憶する（ステップＳ１）。
【００３７】
次に、判定部９は、開始条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ２）。具体的には、記憶部１１から各電圧値Ｖａ〜Ｖｄを読み出し、最大である電圧値と最小である電圧値との差（ΔＶ＝Ｖａ−Ｖｂ）を算出し、算出した電圧値の差ΔＶが第１所定電圧値Ｖｘを超えているか否かを判定する。
【００３８】
電圧値の差ΔＶが第１所定電圧値Ｖｘを超えている（ΔＶ＞Ｖｘ）場合、開始条件が成立していると判定され（ステップＳ２：ＹＥＳ）、制御部１０は、１回目の調整処理を実行する（ステップＳ３）。制御部１０は、調整スイッチ設定テーブルを参照して、第１の順に設定されているセルＣａとセルＣｃの組み合わせに対応する調整用スイッチを調整位置に設定し、セルＣａとセルＣｃとを並列状態に接続する調整回路を機能させる。具体的には、スイッチＳＷ１を接続位置に設定（維持）し、スイッチＳＷ３を接続位置に設定（維持）し、スイッチＳＷ１１とスイッチＳＷ１３とを第１接続位置に設定し、スイッチＳＷ１２とスイッチＳＷ１４とを第２接続位置に設定するとともに、スイッチＳＷ２及びスイッチＳＷ４（スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のうちセルＣａとセルＣｃの組み合わせに対応しないスイッチ）を中立位置に設定する。制御部１０は、セルＣａとセルＣｃとの電圧値が平均化されたか否かを判定し、平均化されたと判断したときに、スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ３、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４を調整位置から通常位置に戻すとともに、スイッチＳＷ２及びスイッチＳＷ４を中立位置から通常位置に戻す。
【００３９】
続いて、検出部８は、セルＣａ〜Ｃｄの電圧値Ｖａ〜Ｖｄを検出し、記憶部１１に記憶された電圧値Ｖａ〜Ｖｄを更新する（ステップＳ４）。
【００４０】
次に、判定部９は、終了条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ５）。具体的には、記憶部１１から各電圧値Ｖａ〜Ｖｄを読み出し、最大である電圧値と最小である電圧値との差ΔＶを算出し、算出した電圧値の差ΔＶが第２所定電圧値Ｖｙを超えているか否かを判定する。
【００４１】
電圧値の差ΔＶが第２所定電圧値Ｖｙを超えている（ΔＶ＞Ｖｙ）場合、終了条件は成立していないと判定され（ステップＳ５：ＮＯ）、制御部１０は、セルＣｂとセルＣｄの組み合わせを処理対象とする２回目の調整処理を実行する（ステップＳ３）。
【００４２】
続いて、検出部８は、セルＣａ〜Ｃｄの電圧値Ｖａ〜Ｖｄを検出し、記憶部１１の電圧値Ｖａ〜Ｖｄを更新する（ステップＳ４）。
【００４３】
判定部９は、終了条件が成立しているか否かを判定し（ステップＳ５）、電圧値の差ΔＶが第２所定電圧値Ｖｙ以下である（ΔＶ≦Ｖｙ）場合、終了条件が成立していると判定し（ステップＳ５：ＹＥＳ）、本処理を終了する。
【００４４】
また、判定部９は、電圧値の差ΔＶが第１所定電圧値Ｖｘ以下である（ΔＶ≦Ｖｘ）場合、開始条件が成立していないと判定し（ステップＳ２：ＮＯ）、ＣＰＵ７は本処理を終了する。
【００４５】
次に、調整処理を実行する各セルＣａ〜Ｃｄの電圧値Ｖａ〜Ｖｄの状態について、図３を参照して説明する。図３は、５回の調整処理を実行した場合のセルＣａ〜Ｃｄの電圧値Ｖａ〜Ｖｄの変遷を示す図である。図３（ａ）は、１回目の調整処理実行前のセルＣａ〜Ｃｄの電圧値Ｖａ〜Ｖｄを示す図である。図３（ｂ）は、セルＣａとセルＣｃの組み合わせを処理対象とする１回目の調整処理実行後のセルＣａ〜Ｃｄの電圧値Ｖａ２，Ｖｂ，Ｖｃ２，Ｖｄを示す図である。図３（ｃ）は、セルＣｂとセルＣｄの組み合わせを処理対象とする２回目の調整処理実行後のセルＣａ〜Ｃｄの電圧値Ｖａ２〜Ｖｄ２を示す図である。図３（ｄ）は、セルＣａとセルＣｄの組み合わせを処理対象とする３回目の調整処理実行後のセルＣａ〜Ｃｄの電圧値Ｖａ３，Ｖｂ２，Ｖｃ２，Ｖｄ３を示す図である。図３（ｅ）は、セルＣａとセルＣｃの組み合わせを処理対象とする４回目の調整処理実行後のセルＣａ〜Ｃｄの電圧値Ｖａ４，Ｖｂ２，Ｖｃ３，Ｖｄ３を示す図である。図３（ｆ）は、セルＣｂとセルＣｄの組み合わせを処理対象とする５回目の調整処理実行後のセルＣａ〜Ｃｄの電圧値Ｖａ４，Ｖｂ３，Ｖｃ３，Ｖｄ４を示す図である。なお、各調整処理は、２つのセルの電圧値が完全に平均化されて等しくなるまで継続して実行される。
【００４６】
図３（ａ）に示すように、１回目の調整処理実行前のセルＣａ〜Ｃｄの電圧値Ｖａ〜Ｖｄは、Ｖａ＞Ｖｃ＞Ｖｄ＞Ｖｂである。このとき、セルＣａとセルＣｂとの電圧値の差ΔＶ１＝Ｖａ−Ｖｂは第１所定電圧値Ｖｘを超えており（ΔＶ１＞Ｖｘ）、開始条件は成立している。
【００４７】
１回目の調整処理を実行すると、セルＣａとセルＣｃとが並列状態に接続され、電圧値の大きいセルＣａは放電し、電圧値の小さいセルＣｃは充電される。すなわち、セルＣａの電圧値Ｖａは低下し、セルＣｃの電圧値Ｖｃは上昇して、セルＣａ，Ｃｃの電圧値Ｖａ，Ｖｃは平均化される。１回目の調整処理実行後のセルＣａ，Ｃｃの電圧値Ｖａ２，Ｖｃ２は、Ｖａ２＝Ｖｃ２＝（Ｖａ＋Ｖｃ）／２となり、図３（ｂ）に示すように、セルＣａ〜Ｃｄの電圧値Ｖａ２，Ｖｂ，Ｖｃ２，Ｖｄは、Ｖａ２＝Ｖｃ２＞Ｖｄ＞Ｖｂである。このとき、セルＣａとセルＣｂとの電圧値の差ΔＶ２＝Ｖａ２−Ｖｂは第２所定電圧値Ｖｙを超えており（ΔＶ２＞Ｖｙ）、終了条件は成立していない。
【００４８】
続いて、２回目の調整処理を実行すると、セルＣｂとセルＣｄとが並列状態に接続され、セルＣｂ，Ｃｄの電圧値Ｖｂ，Ｖｄは平均化される。２回目の調整処理実行後のセルＣｂ，Ｃｄの電圧値Ｖｂ２，Ｖｄ２は、Ｖｂ２＝Ｖｄ２＝（Ｖｂ＋Ｖｄ）／２となり、図３（ｃ）に示すように、セルＣａ〜Ｃｄの電圧値Ｖａ２〜Ｖｄ２は、Ｖａ２＝Ｖｃ２＞Ｖｂ２＝Ｖｄ２である。このとき、セルＣａとセルＣｂとの電圧値の差ΔＶ３＝Ｖａ２−Ｖｂ２は第２所定電圧値Ｖｙを超えており（ΔＶ３＞Ｖｙ）、終了条件は成立していない。
【００４９】
続いて、３回目の調整処理を実行して平均化されたセルＣａ，Ｃｄの電圧値Ｖａ３，Ｖｄ３は、Ｖａ３＝Ｖｄ３＝（Ｖａ＋Ｖｂ＋Ｖｃ＋Ｖｄ）／４となり、４回目の調整処理を実行すると、セルＣａ，Ｃｃの電圧値Ｖａ４，Ｖｃ３は、Ｖａ４＝Ｖｃ３＝（３Ｖａ＋Ｖｂ＋３Ｖｃ＋Ｖｄ）／８となる。３回目及び４回目の調整処理実行後のセルＣａ〜Ｃｄの各電圧値は図３（ｄ）（ｅ）に示すとおりであり、セルＣａ〜Ｃｄの電圧値のうち最大である電圧値と最小である電圧値との差ΔＶ４，ΔＶ５は第２所定電圧値Ｖｙを超えており（ΔＶ４＞Ｖｙ，ΔＶ５＞Ｖｙ）、終了条件は成立していない。５回目の調整処理を実行すると、セルＣｂ，Ｃｄの電圧値Ｖｂ３，Ｖｄ４は、Ｖｂ３＝Ｖｄ４＝（Ｖａ＋３Ｖｂ＋Ｖｃ＋３Ｖｄ）／８となり、図３（ｆ）に示すように、セルＣａ〜Ｃｄの電圧値Ｖａ４，Ｖｂ３，Ｖｃ３，Ｖｄ４は、Ｖａ４＝Ｖｃ３＞Ｖｂ３＝Ｖｄ４である。このとき、セルＣａとセルＣｂとの電圧値の差ΔＶ６＝Ｖａ４−Ｖｂ３は第２所定電圧値Ｖｙ以下となり（ΔＶ６≦Ｖｙ）、終了条件が成立して一連の調整処理が終了する。
【００５０】
１回目の調整処理実行前及び５回目の調整処理実行後におけるセルＣａ〜Ｃｄの電圧値のうち、最大である電圧値と最小である電圧値との差ΔＶ１（図３（ａ）に示す）及びΔＶ６（図３（ｆ）に示す）は、次式（１）及び（２）であり、ΔＶ１−ΔＶ６は、次式（３）である。
【００５１】
ΔＶ１＝Ｖａ−Ｖｂ・・・（１）
ΔＶ６＝Ｖａ４−Ｖｂ３
＝（Ｖａ−Ｖｂ＋Ｖｃ−Ｖｄ）／４・・・（２）
ΔＶ１−ΔＶ６＝（３Ｖａ−３Ｖｂ−Ｖｃ＋Ｖｄ）／４
＝{３（Ｖａ−Ｖｂ）−（Ｖｃ−Ｖｄ）}／４・・・（３）
【００５２】
Ｖａ＞Ｖｃ＞Ｖｄ＞Ｖｂであることから、Ｖａ−Ｖｂ＞Ｖｃ−Ｖｄであり、上式（３）において３（Ｖａ−Ｖｂ）−（Ｖｃ−Ｖｄ）＞０であり、ΔＶ１−ΔＶ６＞０となる。つまり、５回目の調整処理実行後のセルＣａ〜Ｃｄの電圧値のうち最大である電圧値と最小である電圧値との差ΔＶ６は、１回目の調整処理実行前の電圧値の差ΔＶ１より小さい（ΔＶ１＞ΔＶ６）ことから、５回の調整処理を実行することによって、セルＣａ〜Ｃｄ間の電圧値Ｖａ〜Ｖｄの差が低減することが分かる。
【００５３】
このように、本実施形態の電圧調整システムによれば、直列接続された複数の電池セルの電圧値を調整する回路の構成を簡素化しつつ、各電池セル間の電圧値の差を低減させることができる。
【００５４】
なお、上記実施形態では、判定部９は、セルＣａ〜Ｃｄの電圧値Ｖａ〜Ｖｄのうち最大である電圧値と最小である電圧値との差を算出し、算出した電圧値の差ΔＶが第１所定電圧値Ｖｘを超えているか否かを判定することで、開始条件が成立しているか否かを判定しているが、上記に限定されるものではなく、第１所定電圧値を超える電圧値の差となる２つのセルの組み合わせが少なくとも１つ存在するか否かが判定できる方法であれば様々な方法が適用可能である。例えば、電圧値Ｖａ〜Ｖｄの中から２つの電圧値を抽出し、これら２つの電圧値の差と第１所定電圧値との比較を順次行なう方法や、電圧値Ｖａ〜Ｖｄの平均値を算出し、算出した平均値に第１所定電圧値の半分の値を加算した第１上限電圧値と減算した第１下限電圧値とをそれぞれ算出し、第１上限電圧値を超える電圧値であるセルと第１下限電圧値以下の電圧値であるセルとが同時に存在するか否かを判定する方法などがある。また、終了条件を判定する場合も同様である。
【００５５】
また、上記実施形態では、判定部９は、各調整処理実行後に終了条件が成立しているか否かを判定しているが、各調整処理実行中に逐次判定し、終了条件が成立していると判定したときに一連の調整処理を終了してもよい。但し、各調整処理において、２つのセルの電圧値の差が第２所定電圧値Ｖｙ未満に設定された基準電圧値Ｖｚ（Ｖｚ＜Ｖｙ）以下となる場合に２つのセルの電圧値が平均化されたと判断するときには、一連の調整処理の終了条件が成立しているにも関わらず、各調整処理が完了していない場合がある。この場合、終了条件が成立したときに当該調整処理を打ち切って一連の調整処理を終了するか、当該調整処理が完了したときに一連の調整処理を終了する。
【００５６】
また、所定の複数の組み合わせをそれぞれ構成する２つのセルを並列状態に接続する回路やスイッチの形態及び配置は、上記に限定されるものではない。
【００５７】
また、所定の複数の組み合わせは、上記に限定されるものではない。例えば、隣接して直列接続される２つの電池セルの全ての組み合わせを所定の組み合わせとしてもよい。この場合、隣接して直列接続される２つの電池セルの全ての組み合わせにそれぞれ対応する各調整回路を形成する回路を構成する。
【００５８】
また、直列接続される電池セルは、４つに限定されるものではなく、２つ又は３つであってもよく、５つ以上であってもよい。
【００５９】
また、調整スイッチ設定テーブルは、上記に限定されるものではない。例えば、各組み合わせに対応する調整用スイッチ及び調整位置が順不同に設定された調整スイッチ設定テーブルであってもよい。この場合、制御手段１０は、予め設定された順で処理対象となる１つの組み合わせを決定すると、調整スイッチ設定テーブルを参照して、当該組み合わせに対応する調整用スイッチ及び調整位置を決定する。さらに、調整スイッチ設定テーブルには、形成可能な２つの経路を機能させる調整用スイッチ及び調整位置が設定されていてもよい。この場合、本処理を開始するまでに、ユーザーが記憶された２つの経路から１つの経路を予め選択する。
【００６０】
さらに、第２所定電圧値Ｖｙは、第１所定電圧値Ｖｘと同じ値に設定されてもよい。但し、この場合、上記のように第２所定電圧値Ｖｙを第１所定電圧値Ｖｘ未満に設定される場合に比べて、調整処理の回数は同じ又は少なくなり、全ての調整処理に要する時間も同じ又は短くなるが、セルＣａ〜Ｃｄに対する放充電が行われると、すぐに開始条件が成立する可能性が高くなる。なお、第２所定電圧値Ｖｙが第１所定電圧値Ｖｘより小さく設定されるほど、終了条件が成立してから開始条件が成立するまでの期間は長くなり、調整処理の実行頻度は低減する。
【００６１】
上述した実施形態は本発明の一例であり、本発明を逸脱しない範囲において変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、ハイブリッド車や電気自動車等に搭載される電源のように、多数の電池セルが直列接続されている場合の電池セル間の電圧調整に広く適用可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１：電圧調整システム
２：負荷回路
３：充電回路
４：電池側スイッチ群
５：調整側スイッチ群
６：制御ユニット
７：ＣＰＵ（Central Processing Unit）
８：検出部（検出手段）
９：判定部（判定手段）
１０：制御部（制御手段）
１１：記憶部
１２，１３：接続線
Ｃａ〜Ｃｄ：電池セル
ＳＷ１〜ＳＷ４，ＳＷ１１〜ＳＷ１５：スイッチ
【図１】
0005601569.tif 000002
【図２】
0005601569.tif 000003
【図３】
0005601569.tif 000004