(57)【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対して前記複数の電池セルの電圧を均等化させるセルバランス部を備える電池均等化装置であって、
前記各電池セルの電圧を監視する電池セル監視部と、
電圧を均等化する電池セルについて、前記電池セル監視部が監視する該電池セルの電圧に基づいて、補正電圧を算出する補正電圧算出部と、
前記複数の電池セルのうち前記電圧を均等化する電池セルを決定し、前記補正電圧算出部が算出する該決定した電池セルに対応する補正電圧によって該決定した電池セルに対応する均等化制御の目標電圧を補正し、終了電圧を求め、前記電池セル監視部を介して該決定した電池セルの電圧を監視しながら前記求めた終了電圧を制御終了の目標値として、該決定した電池セルに対して前記セルバランス部による電圧の均等化制御を実行させるセルバランス制御部とを備え、
前記セルバランス部は、前記複数の電池セルのうち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を均等化し、
前記セルバランス制御部は、前記均等化によって放電させる電池セルに対して、前記補正電圧算出部が算出する該電池セルに対応する補正電圧を、該電池セルに対応する均等化制御の目標電圧から減算し、前記終了電圧を求め、前記均等化によって充電させる電池セルに対して、前記補正電圧算出部が算出する該電池セルに対応する補正電圧を、該電池セルに対応する均等化制御の目標電圧に加算し、前記終了電圧を求める、
ことを特徴とする電池均等化装置。
【請求項２】
前記補正電圧算出部は、前記組電池が電力供給状態にあるときに、前記電圧を均等化する電池セルについて、前記電池セル監視部が監視する該電池セルの電圧および電流に基づいて、電圧と電流から内部抵抗を決定するマップデータを参照することにより、該電池セルに対応する内部抵抗を算出し、該内部抵抗と前記電池セル監視部が監視する該電池セルの電流に基づいて前記補正電圧を算出する、
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】
前記補正電圧算出部は、前記組電池が電力供給状態にないときに、前記電圧を均等化する電池セルについて、前記セルバランス制御部が前記セルバランス部に対して電圧の均等化制御を開始させたときから該開始後所定時間経過した時点までの前記電池セル監視部が監視する該電池セルの電圧降下に対応する電圧を前記補正電圧として算出する、
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４】
前記補正電圧算出部は、前記組電池が電力供給状態にないときに、前記電圧を均等化する電池セルについて、前記セルバランス制御部が前記セルバランス部に対して電圧の均等化制御を開始させたときから該開始後所定時間経過した時点までの前記電池セル監視部が監視する該電池セルの電圧降下と前記セルバランス部に流れる充放電電流に基づいて前記補正電圧を算出する、
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５】
前記電池セル監視部はさらに前記各電池セルの温度を監視し、
前記補正電圧算出部は、前記組電池が電力供給状態にあるときに、前記電圧を均等化する電池セルについて、前記電池セル監視部が監視する該電池セルの電圧、電流および温度に基づいて、電圧と電流と温度から内部抵抗を決定するマップデータを参照することにより、該電池セルに対応する内部抵抗を算出し、該内部抵抗と前記電池セル監視部が監視する該電池セルの電流に基づいて前記補正電圧を算出する、
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６】
前記電池セル監視部はさらに前記各電池セルの温度を監視し、
前記補正電圧算出部は、前記組電池が電力供給状態にないときに、前記電圧を均等化する電池セルについて、前記電池セル監視部が監視する該電池セルの電圧および温度に基づいて、電圧と温度から内部抵抗を決定するマップデータを参照することにより、該電池セルに対応する内部抵抗を算出し、該内部抵抗と前記セルバランス制御部が前記セルバランス部に対して電圧の均等化制御を開始させた後に前記電池セル監視部が監視する該電池セルの電流に基づいて前記補正電圧を算出する、
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７】
前記セルバランス制御部は、前記均等化によって放電させる電池セルに対して、前記補正電圧算出部が算出する該電池セルに対応する補正電圧を、前記決定された各電池の電圧の平均である前記目標電圧から減算し、前記終了電圧を求め、前記均等化によって充電させる電池セルに対して、前記補正電圧算出部が算出する該電池セルに対応する補正電圧を、前記決定された各電池の電圧の平均である前記目標電圧に加算し、前記終了電圧を求める、
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８】
複数の電池セルを接続して構成される組電池に対し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を均等化させるセルバランス部を制御する電池均等化方法であって、
前記各電池セルの電圧を監視し、
電圧を均等化する電池セルについて、前記監視される該電池セルの電圧に基づいて、補正電圧を算出し、
前記複数の電池セルのうち前記電圧を均等化する電池セルを決定し、
該決定した電池セルのうち前記均等化によって放電させる電池セルに対して、前記補正電圧を、該電池セルに対応する均等化制御の目標電圧から減算し、終了電圧を求め、
該決定した電池セルのうち前記均等化によって充電させる電池セルに対して、前記補正電圧を、該電池セルに対応する均等化制御の目標電圧に加算し、終了電圧を求め、
該決定した電池セルの電圧を監視しながら前記求めた終了電圧を制御終了の目標値として、該決定した電池セルに対して前記セルバランス部による電圧の均等化制御を実行させる、
ことを特徴とする電池均等化方法。
【請求項９】
前記組電池が電力供給状態にあるときに、
前記電圧を均等化する電池セルについて、前記監視される該電池セルの電圧および電流に基づいて、電圧と電流から内部抵抗を決定するマップデータを参照することにより、該電池セルに対応する内部抵抗を算出し、
該内部抵抗と前記監視される該電池セルの電流に基づいて前記補正電圧を算出する、
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】
前記組電池が電力供給状態にないときに、
前記電圧を均等化する電池セルについて、前記セルバランス部に対して電圧の均等化制御を開始させたときから該開始後所定時間経過した時点までの前記監視される該電池セルの電圧降下に対応する電圧を前記補正電圧として算出する、
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１１】
前記組電池が電力供給状態にあるときに、
さらに前記各電池セルの温度を監視し、
前記電圧を均等化する電池セルについて、前記監視される該電池セルの電圧、電流および温度に基づいて、電圧と電流と温度から内部抵抗を決定するマップデータを参照することにより、該電池セルに対応する内部抵抗を算出し、
該内部抵抗と前記監視される該電池セルの電流に基づいて前記補正電圧を算出する、
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１２】
前記組電池が電力供給状態にないときに、
さらに前記各電池セルの温度を監視し、
前記電圧を均等化する電池セルについて、前記監視される該電池セルの電圧および温度に基づいて、電圧と温度から内部抵抗を決定するマップデータを参照することにより、該電池セルに対応する内部抵抗を算出し、
該内部抵抗と前記セルバランス部に対して電圧の均等化制御を開始させた後に前記監視される該電池セルの電流に基づいて前記補正電圧を算出する、
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１３】
前記均等化によって放電させる電池セルに対して、前記補正電圧を、前記決定された各電池の電圧の平均である前記目標電圧から減算し、前記終了電圧を求め、
前記均等化によって充電させる電池セルに対して、前記補正電圧を、前記決定された各電池の電圧の平均である前記目標電圧に加算し、前記終了電圧を求める、
ことを特徴とする請求項８に記載の電池均等化方法。
【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。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。上記第１および第２の従来技術のいずれにおいても、電池均等化制御では、その電池セルの電圧が目標の終了電圧に到達するまで、放電または充電の動作が実施される。例えば、アクティブ方式の均等化制御では、最大電圧を示す電池セルと最小電圧を示す電池セルとで、それら２つの電池セルの電圧の平均値が終了電圧とされる。そして、最大電圧を示す電池セルに対しては終了電圧になるまで放電が実施され、最小電圧を示す電池セルに対しては終了電圧になるまで充電が実施される。また、パッシブ方式の均等化制御では、最小電圧を示す電池セルのその電圧値が終了電圧とされる。そして、他の電池セルに対して終了電圧になるまで順次放電が実施される。
【０００６】
この場合に、各電池セルは、内部抵抗をもっており、各電池セルの特性のばらつきや劣化度によって、それぞれの内部抵抗は異なる。そして、各電池セルに対してある終了電圧を目標値として電圧の均等化制御が行われる場合に、放電または充電の動作によって観測される各電池セルの電圧値は、各電池セルの内部抵抗の影響を受けて各電池セルが本来出力する電圧値からずれた値となる。このため、例えば各電池セルに対して電圧を監視しながらある終了電圧を目標として電圧の均等化制御を実施したとしても、各電池セルが実際に到達する電圧値はそれぞれの内部抵抗の影響を受けて同一の目標値にはならずにずれてしまうという問題点を有していた。また該ずれを補正する場合、繰り返し均等化制御を行う必要が出てくる為、最終的に終了するまでに時間がかかり、それに従って制御による電池エネルギー損失が大きくなる、またアクティブ方式の制御では目標電圧付近では均等化の電流が小さくなり、均等化回路の効率が低下し、損失が大きくなるという問題点があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、内部抵抗にばらつきがあっても迅速にかつ効率よく各電池セルが到達する終了電圧を揃えることのできる組電池の均等化制御を最適に実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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対して複数の電池セルの電圧を均等化させるセルバランス部を備える電池均等化装置として構成され、各電池セルの少なくとも電圧および電流を監視する電池セル監視部と、電圧を均等化する電池セルについて、電池セル監視部が監視するその電池セルの電圧および電流に基づいて、その電池セルの内部抵抗に対応する補正電圧を算出する補正電圧算出部と、複数の電池セルのうち前記電圧を均等化する電池セルを決定し、補正電圧算出部が算出する該決定した電池セルに対応する補正電圧によってその決定した電池セルに対応する均等化制御の終了電圧を補正し、電池セル監視部を介してその決定した電池セルの電圧を監視しながら補正した終了電圧を制御終了の目標値として、その決定した電池セルに対してセルバランス部による電圧の均等化制御を実行させるセルバランス制御部とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、内部抵抗にばらつきがあっても迅速にかつ効率よく各電池セルが到達する終了電圧を揃えることのできる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】
【００１０】
【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】本実施形態と従来技術の比較説明図である。
【図４】本実施形態の詳細構成図である。
【図５】ＤＳＰによる均等化制御の開始処理の第１の制御動作例を示すフローチャートである。
【図６】電池セルの電圧と電流の関係から内部抵抗を算出するマップの構成例を示す図である。
【図７】本実施形態の制御動作のタイミングチャートである。
【図８】ＤＳＰによる均等化制御の開始処理の第２の制御動作例を示すフローチャートである。
【図９】電池セルの電圧と温度から内部抵抗を算出するマップの構成例を示す図である。
【図１０】バランス回路の例を示す図（その１）である。
【図１１】バランス回路の例を示す図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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１０１は、複数の電池セル１０２を例えば直列に接続して構成される。セルバランス部１０３は、組電池１０１に対して複数の電池セル１０２の電圧を均等化させる。このセルバランス部１０３は例えば、複数の電池セルのうちの１つ以上の電池セル１０２から放電される電力を複数の電池セル１０２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を均等化させる、いわゆるアクティブ方式のバランス回路である。あるいは、このセルバランス部１０３は例えば、複数の電池セル１０２から選択した１つ以上の電池セル１０２の電力を放電消費させることによって複数の電池セル１０２の電圧を均等化させる、いわゆるパッシブ方式のバランス回路である。
【００１２】
電池セル監視部１０４は、各電池セル１０２の少なくとも電圧および電流を監視する。
補正電圧算出部１０５は、電圧を均等化する電池セル１０２について、電池セル監視部１０４が監視するその電池セル１０２の電圧および電流に基づいて、その電池セル１０２の内部抵抗に対応する補正電圧を算出する。
【００１３】
この補正電圧算出部１０５は例えば、組電池１０１が電力供給状態にあるときに、電圧を均等化する電池セル１０２について、電池セル監視部１０４が監視するその電池セル１０２の電圧および電流に基づいて、電圧と電流から内部抵抗を決定するマップデータを参照する。これにより、補正電圧算出部１０５は、その電池セル１０２に対応する内部抵抗を算出し、その内部抵抗と電池セル監視部１０４が監視するその電池セル１０２の電流に基づいて補正電圧を算出する。
【００１４】
または、この補正電圧算出部１０５は例えば、組電池１０１が電力供給状態にないときに、補正電圧算出部１０５は、電圧を均等化する電池セル１０２について、次の動作を実行する。補正電圧算出部１０５は、セルバランス部１０３に対して電圧の均等化制御を開始させられたときからその開始後所定時間経過した時点までの電池セル監視部１０４が監視するその電池セル１０２の電圧降下に対応する電圧を補正電圧として算出する。
【００１５】
あるいは例えば、電池セル監視部１０４がさらに各電池セル１０２の温度を監視するようにし、補正電圧算出部１０５は例えば、組電池１０１が電力供給状態にあるときに、電圧を均等化する電池セル１０２について、電池セル監視部１０４が監視するその電池セル１０２の電圧、電流および温度に基づいて、電圧と電流と温度から内部抵抗を決定するマップデータを参照する。これにより、補正電圧算出部１０５は、その電池セル１０２に対応する内部抵抗を算出し、その内部抵抗と電池セル監視部１０４が監視するその電池セル１０２の電流に基づいて補正電圧を算出する。
【００１６】
あるいは例えば、電池セル監視部１０４がさらに各電池セル１０２の温度を監視するようにし、補正電圧算出部１０５は例えば、組電池１０１が電力供給状態にないときに、電圧を均等化する電池セル１０２について、次の動作を実行する。補正電圧算出部１０５は、電池セル監視部１０４が監視するその電池セル１０２の電圧および温度に基づいて、電圧と温度から内部抵抗を決定するマップデータを参照する。これにより、補正電圧算出部１０５は、その電池セル１０２に対応する内部抵抗を算出し、その内部抵抗と、セルバランス部１０３に対して電圧の均等化制御を開始させられた後に電池セル監視部１０４が監視するその電池セルの電流に基づいて、補正電圧を算出する。
【００１７】
あるいは例えば、この補正電圧算出部１０５は例えば、組電池１０１が電力供給状態にないときに、電圧を均等化する電池セル１０２について、電池セル監視部１０４が監視するその電池セル１０２の電圧およびセルバランス部１０３を流れる充放電電流に基づいて、電圧と電流から内部抵抗を算出しても良い。
【００１８】
セルバランス制御部１０６は、電圧を均等化する電池セル１０２を決定し、補正電圧算出部１０５が算出する決定した電池セル１０２に対応する補正電圧によって決定した電池セル１０２に対応する均等化制御の終了電圧を補正する。より具体的には、セルバランス制御部１０６は例えば、電圧を均等化する電池セル１０２を放電させる場合には、補正電圧算出部１０５が算出するその電池セル１０２に対応する補正電圧を、その電池セル１０２に対応する均等化制御の終了電圧から減算する補正を行う。また、セルバランス制御部１０６は例えば、電圧を均等化する電池セル１０２を充電させる場合には、補正電圧算出部１０５が算出するその電池セル１０２に対応する補正電圧を、その電池セル１０２に対応する均等化制御の終了電圧に加算する補正を行う。そして、セルバランス制御部１０６は、電池セル監視部１０４を介して決定した電池セル１０２の電圧を監視しながら補正した終了電圧を制御終了の目標値として、決定した電池セル１０２に対してセルバランス部１０３による電圧の均等化制御を実行させる。
【００１９】
以上の実施形態の基本構成において、補正電圧算出部１０５が、電圧を均等化する電池セル１０２について、その内部抵抗に対応する補正電圧を算出することができる。この補正電圧によって均等化制御の終了電圧を補正することにより、均等化制御される電池セル１０２の均等化制御の目標となる終了電圧が個々の電池セルの内部抵抗の影響でずれてしまうという問題点を解決することが可能となる。また最終的な均等化終了までの時間が短くなり、さらにアクティブ方式では均等化の充放電電流が小さい時間帯が短くできるため効率がよく損失を減らすことができる。
【００２０】
この場合、アクティブ方式の均等化制御では、組電池１０１が車両のモータ等へ電力供給状態にあるときにも均等化制御が実施される可能性がある。この場合であっても、電池セル１０２の電圧および電流の観測値で内部抵抗を決定するマップデータを参照することで内部抵抗を算出でき、その内部抵抗と電流観測値とから補正電圧を算出することが可能である。
【００２１】
また、組電池１０１が電力供給状態にないときには、均等化制御開始後から所定時間経過時点までの電池セル１０２の電圧降下値を内部抵抗に対応する補正電圧として算出することが可能である。あるいは、組電池１０１が電力供給状態にないときには、電池セル１０２の電圧および温度の観測値で内部抵抗を決定するマップデータを参照することで内部抵抗を算出でき、その内部抵抗と均等化制御開始後の電流観測値とから補正電圧を算出することが可能である。
【００２２】
図２は、図１の基本構成を有する本実施形態の動作説明図である。また、図３は、本実施形態と従来技術の比較説明図である。図１のセルバランス部１０３が、例えば図２（ａ）に示されるようなアクティブ方式のセルバランス回路によって構成される場合を考える。この構成では、直列接続される２つの電池セル１０２（＃１）および１０２（＃２）の接続点にインダクタＬ（＃１２）の一端が接続される。インダクタＬ（＃１２）の他端は、スイッチング素子ＳＷ（＃１）を介して電池セル１０２（＃１）のプラス側端子に、スイッチング素子ＳＷ（＃２）を介して電池セル１０２（＃２）のマイナス側端子に接続される。図１の他の電池セル１０２についても、同様の構成である（後述する図４のセルバランス回路４０１を参照）。ここで例えば、電池セル１０２（＃１）が最大電圧を示しており、電池セル１０２（＃２）が最小電圧を示していているとする。この場合、スイッチング素子ＳＷ（＃１）を例えば数十から数百キロヘルツ程度の周波数で断続的にオンオフを繰り返することにより、電池セル１０２（＃１）からの放電電力が、インダクタＬ（＃１２）に蓄積される。スイッチング素子ＳＷ（＃１）がオフした直後にスイッチング素子ＳＷ（＃２）がオンするように、スイッチング素子ＳＷ（＃２）をスイッチング素子ＳＷ（＃１）に同期させて断続的にオンオフを繰り返すことで、インダクタＬ（＃１２）中の電力が電池セル１０２（＃２）に充電される。このようにして、電池セル１０２（＃１）と電池セル１０２（＃２）の電圧を均等化することができる。
【００２３】
この場合、電池セル１０２（＃１）の理想電圧は、図２（ｂ）の破線ＯＣＶ１で示されるように、放電によって、当初の最高電位から徐々に下降してゆく。一方、電池セル１０２（＃２）の理想電圧は、図２（ｂ）の破線ＯＣＶ２で示されるように、充電によって、当初の最低電位から徐々に上昇してゆく。そして、均等化制御の目標電圧Ｇは例えば、
目標電圧Ｇ＝（ＯＣＶ１＋ＯＣＶ２）／２      ・・・（１）
である。しかしながら、図１の電池セル監視部１０４で実際に観測される電池セル１０２（＃１）の観測電圧は、図２（ｂ）の観測電圧１の実線で示されるように、均等化制御開始から所定時間（数秒程度）が経過した後から、理想電圧ＯＣＶ１よりも電位差ΔＶ１だけ低い電圧値として観測される。一方、図１の電池セル監視部１０４で実際に観測される電池セル１０２（＃２）の観測電圧は、図２（ｂ）の観測電圧２の実線で示されるように、均等化制御開始から所定時間（数秒程度）が経過した後から、理想電圧ＯＣＶ２よりも電位差ΔＶ２だけ高い電圧値として観測される。これらの電位差ΔＶ１およびΔＶ２はそれぞれ、電池セル１０２（＃１）および１０２（＃２）の分極抵抗を含む内部抵抗により生ずる電位である。
【００２４】
そして、従来技術では、これらの観測電圧１および観測電圧２が、目標電圧Ｇに所定の許容誤差の範囲で一致するように均等化制御が実施されていた。この結果、従来技術では、図２（ｂ）の時点ｔ１で、観測電圧１および観測電圧２がほぼ一致して目標電圧Ｇに到達し、電池セル１０２（＃１）および１０２（＃２）に対する均等化制御が終了する。この均等化制御に要する時間ｔ１は、組電池１０１の特性や均等化制御の度合いによって異なるが、例えば数時間である。
【００２５】
しかし、上述の従来技術の場合、図３（ｃ）に示されるように、均等化制御の終了により図２（ａ）のセルバランス回路に流れる平均電流Ｉが停止する結果、観測電圧１は電池セル１０２（＃１）の内部抵抗×平均電流Ｉの分だけ上昇してしまう。逆に、観測電圧２は電池セル１０２（＃２）の内部抵抗×平均電流Ｉの分だけ下降してしまう。これらにより、図３（ｃ）に示されるように、従来技術では、均等化制御が終了した時点ｔ１以降、電池セル１０２（＃１）と１０２（＃２）がそれぞれ示す電圧値が図２（ｂ）の目標電圧Ｇからはずれてしまい、収束時点ｔ２では両者の電圧値は均等でなくなってしまう。
【００２６】
そこで、本実施形態では、電池セル１０２（＃１）および１０２（＃２）の各内部抵抗に起因する電位差ΔＶ１およびΔＶ２（正の値とする）が、それぞれ図１の補正電圧算出部１０５により各電池セル１０２（＃１）および１０２（＃２）に対応する各補正電圧として算出される。そして、図１のセルバランス制御部１０６は、放電側の電池セル１０２（＃１）に対しては、図１の電池監視部１０４による観測電圧１が、
終了電圧１＝目標電圧Ｇ−補正電圧ΔＶ１      ・・・（２）
になったときに均等化制御を終了するように、目標電圧Ｇを終了電圧１に補正する。一方、セルバランス制御部１０６は、充電側の電池セル１０２（＃２）に対しては、図１の電池監視部１０４による観測電圧２が、
終了電圧２＝目標電圧Ｇ＋補正電圧ΔＶ２      ・・・（３）
になったときに均等化制御を終了するように、目標電圧Ｇを終了電圧２に補正する。
【００２７】
この結果、本実施形態では、電池セル１０２（＃１）および１０２（＃２）に対する均等化制御は、図２（ｂ）の時点ｔ１′で終了する。この時点ｔ１′では、放電側の電池セル１０２（＃１）は目標電圧Ｇに対して、電池セル１０２（＃１）の内部抵抗×セルバランス回路に流れる平均電流Ｉの分だけ低い電圧値を示す。また、充電側の電池セル１０２（＃２）は目標電圧Ｇに対して、電池セル１０２（＃２）の内部抵抗×セルバランス回路に流れる平均電流Ｉの分だけ高い電圧値を示す。そして、本実施形態の場合、図２（ｂ）および図３（ｄ）に示されるように、均等化制御の終了により図２（ａ）のセルバランス回路に流れる平均電流Ｉが停止する結果、観測電圧１は、時点ｔ１′以降、電池セル１０２（＃１）の内部抵抗×平均電流Ｉの分だけ上昇し、ほぼちょうど目標電圧Ｇに一致する。逆に、観測電圧２は、時点ｔ１′以降、電池セル１０２（＃２）の内部抵抗×平均電流Ｉの分だけ下降し、やはりほぼちょうど目標電圧Ｇに一致する。このようにして、本実施形態では、均等化制御が終了した時点ｔ１′以降の収束時点ｔ２では、両者の電圧値を均等にすることが可能となる。
【００２８】
図４は、本実施形態の詳細構成図である。
図４において、組電池１０１、電池セル１０２（＃１〜＃４）、セルバランス回路１０３、および電池セル監視部１０４はそれぞれ、図１の組電池１０１、電池セル１０２、セルバランス部１０３、および電池セル監視部１０４に対応する。電池セル監視部１０４は、各電池セル（＃１〜＃４）の各両端の電圧を監視検出してＤＳＰ４０１に通知する。また、電池セル監視部１０４は、電圧測定部４０３が検出する組電池１０１の電池セル１０２全体に流れる電流を監視してＤＳＰ４０１に通知する。さらに、電池セル監視部１０４は、各電池セル１０２の近傍の温度を特には図示しない温度センサから取得してＤＳＰ４０１に通知する。なお、温度情報は、図８に示されるフローチャートの処理において使用される。図４のＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）４０１は、図１の補正電圧算出部１０５による補正電圧算出の機能とセルバランス制御部１０６による終了電圧の補正算出の機能を実現する。また、ＤＳＰ４０１とスイッチ制御部４０２は、図１のセルバランス制御部１０６による均等化制御の機能を実現する。
【００２９】
セルバランス回路１０３は、図２（ａ）と同様、アクティブ方式のコンバータバランス回路により均等化制御を実現する回路構成例である。この構成では、直列接続される４つの電池セル１０２（＃１）、１０２（＃２）、１０２（＃３）、および１０２（＃４）の各接続点にインダクタＬ（＃１２）、Ｌ（＃２３）、およびＬ（＃３４）の各一端が接続される。インダクタＬ（＃１２）の他端は、スイッチング素子ＳＷ（＃１）を介して電池セル１０２（＃１）のプラス側端子に、スイッチング素子ＳＷ（＃２）を介して電池セル１０２（＃２）のマイナス側端子に接続される。インダクタＬ（＃２３）の他端は、スイッチング素子ＳＷ（＃５）を介して電池セル１０２（＃２）のプラス側端子に、スイッチング素子ＳＷ（＃６）を介して電池セル１０２（＃３）のマイナス側端子に接続される。インダクタＬ（＃３４）の他端は、スイッチング素子ＳＷ（＃３）を介して電池セル１０２（＃３）のプラス側端子に、スイッチング素子ＳＷ（＃４）を介して電池セル１０２（＃４）のマイナス側端子に接続される。
【００３０】
ＤＳＰ４０１の均等化制御の機能は、一定時間毎に、電池セル監視部１０４から通知される各電池セルの電圧値を判定する。そして、ＤＳＰ４０１は、＃１と＃２、＃２と＃３、＃３と＃４の互いに隣り合う電池セル１０２のうち隣り合う電圧差が最大となる電池セル１０２の組を抽出する。そしてＤＳＰ４０１は、例えば＃１と＃２の電池セル１０２の電圧差が最大の場合には、スイッチ制御部４０２を介してスイッチング素子ＳＷ（＃１）とＳＷ（＃２）を動作させて、インダクタＬ（＃１２）を介して電圧が高い電池セル１０２から低い電池セル１０２へ放電−＞充電動作を実行させる。電圧が高い電池セル１０２の側のスイッチング素子ＳＷが先にオンされる。また、ＤＳＰ４０１は、例えば＃２と＃３の電池セル１０２の電圧差が最大の場合には、スイッチ制御部４０２を介してスイッチング素子ＳＷ（＃５）とＳＷ（＃６）を動作させて、インダクタＬ（＃２３）を介して電圧が高いセルから低いセルへ放電−＞充電動作を実行させる。また、ＤＳＰ４０１は、例えば＃３と＃４の電池セル１０２の電圧差が最大の場合には、スイッチ制御部４０２を介してスイッチング素子ＳＷ（＃３）とＳＷ（＃４）を動作させて、インダクタＬ（＃３４）を介して電圧が高いセルから低いセルへ放電−＞充電動作を実行させる。
【００３１】
スイッチ制御部４０２は、各スイッチング素子ＳＷ（＃１〜＃６）のうちＤＳＰ４０１から指示された素子を、ＤＳＰ４０１から指定された周波数およびデューティー比で断続的にオンオフを繰り返し動作させる。放電側の電池セル１０２に接続されているスイッチング素子ＳＷが先にオンオフされ、放電側の電池セル１０２に接続されているスイッチング素子ＳＷのオフの直後に充電側の電池セル１０２に接続されているスイッチング素子ＳＷがオンオフされるように制御される。これにより、まず、放電側の電池セル１０２から放電された電力がインダクタＬに蓄積され、その直後に、インダクタＬに蓄積された電力が充電側の電池セル１０２に充電される。
【００３２】
図５は、ＤＳＰ４０１による均等化制御の開始処理の第１の制御動作例を示すフローチャートである。この制御動作は例えば、ＤＳＰ４０１内の特には図示しない演算処理プロセッサ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。なお、ＤＳＰ４０１内のファームウェアとソフトウェアとハードウェアが組み合わされて実行されてもよい。
【００３３】
ＤＳＰ４０１は、このフローチャートの制御動作とは別の特には図示しない制御動作により、均等化制御を行うべき電池セル１０２の組を抽出する。その後、図５のフローチャートの制御動作を実行する。
【００３４】
まず、ＤＳＰ４０１は、図４の電流測定部４０３から電池セル監視部１０４を介して、電池セル１０２に電流が流れているか否かを判定する（ステップＳ５０１）。
ステップＳ５０１で電池セル１０２に電流が流れていると判定され、組電池１０１が電力供給状態にあるときに、ＤＳＰ４０１は、電圧を均等化する電池セル１０２について、電池セル監視部１０４が監視するその電池セル１０２の電圧および電流を取得する。そして、ＤＳＰ４０１は、これらの取得した電圧および電流の組を用いて、電圧と電流から内部抵抗を決定するマップデータを参照し、内部抵抗を推定する（以上、ステップＳ５０２）。図６は、ＤＳＰ４０１がその内部に保持する、電圧と電流から内部抵抗を算出するマップデータの例を示す図である。電池セル１０２から検出された電圧ＣＣＶ（Ｖ：ボルト）と電流（Ａ：アンペア）を用いてこのマップデータが参照されると、それらの組合せの交点に相当する記憶位置に記憶されている内部抵抗（ｍΩ：ミリオーム）のデータが読み出される。例えば、ＣＣＶ＝３．０４（ボルト）、電流＝８０（アンペア）であれば、内部抵抗は６６（ミリオーム）である。このように、内部抵抗は、電池セル１０２の電圧と電流の組に対応するデータとして、あらかじめマップデータとして持たせておくことができ、本実施形態はこのマップデータを利用して、組電池１０１が電源供給状態にあるときの電池セル１０２の内部抵抗を推定することができる。
【００３５】
次に、ＤＳＰ４０１は、均等化制御のために選択された２つの電池セル１０２の電位差に応じて、以下の（４）式および（５）式に基づいて、スイッチング素子ＳＷ（図４）でのスイッチング制御のパルス周波数とデューティー比（Ｄｕｔｙ比）を計算し、スイッチ制御部４０２に設定する（ステップＳ５０３）。
【００３６】
【数１】
0005573818.tif 000002
上記（４）式および（５）式において、Ｅ１、Ｅ２は、均等化制御される２つの電池セル１０２の各電圧値である。ここで、Ｅ１＞Ｅ２であるとする。電位差ΔＶ＝Ｅ１−Ｅ２で算出される。Ｉmax は電池セル１０２に流すことのできる許容電流値である。αは適切な重み付け係数である。これらのパラメータと（４）式によって、動作中のスイッチング素子ＳＷが接続されるインダクタＬに流れる電流値ＩL が算出される。この電流値ＩL とインダクタ値Ｌと予め決定したパルス周波数ｆｒｅｑを（５）式に代入することにより、デューティー比Ｄが算出される。（４）式のαは単純な比例係数だが、電位差ΔＶに閾値を設けておいて、閾値を境にαを変化させても良い。例えば、一定の電位差までは一定の電流になるように重み付けを行い、ある電位差以下になった場合は電流が下がるようにするなどである。また、（５）式の計算において、デューティー比Ｄを任意で決定しおき、パルス周波数ｆｒｅｑを計算するようにしても良い。
【００３７】
その後、ＤＳＰ４０１は、スイッチ制御部４０２に対して、セルバランス（均等化制御）の動作開始を指示する（ステップＳ５０４）。
その後、ＤＳＰ４０１は、ステップＳ５０２で推定した内部抵抗の値に、図４の電流測定部４０３および電池セル監視部１０４を介して検出される電流の値を乗算することにより、補正電圧値を算出する。そして、ＤＳＰ４０１は、前述した（２）式（放電の場合）または（３）式（充電の場合）に基づいて、均等化制御を行う電池セル１０２に対する終了電圧値を補正し、均等化制御の開始処理を終了する（ステップＳ５０５）。
【００３８】
図５のステップＳ５０１で電池セル１０２に電流が流れていないと判定され、組電池１０１が電力供給状態にないとき、ＤＳＰ４０１は、電圧を均等化する電池セル１０２について、次の動作を実行する。
【００３９】
まず、ＤＳＰ４０１は、均等化制御のために選択された２つの電池セル１０２の電位差に応じて、前述した（４）式および（５）式に基づいて、スイッチング素子ＳＷ（図４）でのスイッチング制御のパルス周波数とデューティー比（Ｄｕｔｙ比）を計算し、スイッチ制御部４０２に設定する（ステップＳ５０６）。この処理は、ステップＳ５０３の処理と同じである。
【００４０】
次に、ＤＳＰ４０１は、スイッチ制御部４０２に対して、セルバランス（均等化制御）の動作開始を指示する（ステップＳ５０７）。
次に、ＤＳＰ４０１は、ステップＳ５０７による均等化制御の開始時の該当する電池セル１０２の電圧の値（図２のＯＣＶに対応する）を電池セル監視部１０４から取得しておく。続いて、ＤＳＰ４０１は、上記開始指示後所定時間経過時の該当する電池セル１０２の電圧の値を電池セル監視部１０４から取得する。そして、ＤＳＰ４０１は、取得した上記２つの電圧の値の差の絶対値を計算して、ＯＣＶから所定時間経過後までの変化電圧の値を、補正電圧として算出する。そして、ＤＳＰ４０１は、前述した（２）式（放電の場合）または（３）式（充電の場合）に基づいて、均等化制御を行う電池セル１０２に対する終了電圧値を補正し、均等化制御の開始処理を終了する（以上、ステップＳ５０８）。
【００４１】
以上のようにして図５のフローチャートで示される均等化制御の開始処理を終了した後、ＤＳＰ４０１は、均等化制御中の電池セル１０２に関して、図４の電池セル監視部１０４から通知される電圧の値が、図５のステップＳ５０５またはＳ５０８で得られた補正された終了電圧の値に所定の許容誤差範囲で一致したか否かを判定し、一致したら該当する電池セル１０２に対するスイッチング素子ＳＷのスイッチング動作の停止をスイッチ制御部４０２に指示し、均等化制御の処理を終了する。
【００４２】
図７は、上記実施形態により実行される均等化制御のタイミングチャートの例を示す図である。例えば、図４の実施形態によるバッテリシステムが車両に搭載される場合、イグニッションオフ（ＩＧ−ＯＦＦ）またはアイドリング開始後、タイマが起動される。そして、タイマによる一定時間の計時の後、図４のＤＳＰ４０１が、図４のセルバランス回路１０３による均等化制御を開始し、全ての電池セル１０２について均等化が完了すると動作を終了する。なお、本実施形態による均等化制御は、イグニッションオン時でも開始することが可能である。
【００４３】
図８は、ＤＳＰ４０１による均等化制御の開始処理の第２の制御動作例を示すフローチャートである。図５の第１の制御動作例の場合と同様に、この制御動作は例えば、ＤＳＰ４０１内の特には図示しない演算処理プロセッサ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。
【００４４】
ＤＳＰ４０１は、このフローチャートの制御動作とは別の特には図示しない制御動作により、均等化制御を行うべき電池セル１０２の組を抽出する。その後、図８のフローチャートの制御動作を実行する。
【００４５】
図８のフローチャートにおいて、図５の第１の制御動作例の場合と同じ処理を実行する部分には同じステップ番号を付してある。図８の第２の制御動作例が図５の第１の制御動作例と異なる点は、ステップＳ５０１で電池セル１０２に電流が流れていないと判定され組電池１０１が電力供給状態にないときに図４のＤＳＰ４０１が実行する、終了電圧を補正する処理である。
【００４６】
この場合、図４のＤＳＰ４０１は、図５の場合と同様に、均等化制御のために選択された２つの電池セル１０２の電位差に応じて、前述した（４）式および（５）式に基づいて、スイッチング素子ＳＷ（図４）でのスイッチング制御のパルス周波数とデューティー比（Ｄｕｔｙ比）を計算し、スイッチ制御部４０２に設定する（ステップＳ５０６）。そして、ＤＳＰ４０１は、スイッチ制御部４０２に対して、セルバランス（均等化制御）の動作開始を指示する（ステップＳ５０７）。
【００４７】
次に、ＤＳＰ４０１は、電圧を均等化する電池セル１０２について、電池セル監視部１０４が監視するその電池セル１０２の電圧および近傍の温度を取得する。そして、ＤＳＰ４０１は、これらの取得した電圧および温度の組を用いて、電圧と温度から内部抵抗を決定するマップデータを参照し、内部抵抗を推定する（以上、ステップＳ８０１）。図９は、ＤＳＰ４０１がその内部に保持する、電圧と温度から内部抵抗を算出するマップデータの例を示す図である。電池セル１０２から検出された電圧ＯＣＶ（Ｖ：ボルト）と温度（℃：度）を用いてこのマップデータが参照されると、それらの組合せの交点に相当する記憶位置に記憶されている内部抵抗（ｍΩ：ミリオーム）のデータが読み出される。例えば、ＣＣＶ＝３．０４（ボルト）、温度＝２５（度）であれば、内部抵抗は３８（ミリオーム）である。このように、内部抵抗は、電池セル１０２の電圧と温度の組に対応するデータとして、あらかじめマップデータとして持たせておくことができ、本実施形態はこのマップデータを利用して、組電池１０１が電源供給状態にないときの電池セル１０２の内部抵抗を推定することができる。
【００４８】
その後、ＤＳＰ４０１は、ステップＳ８０１で推定した内部抵抗の値に、図４の電流測定部４０３および電池セル監視部１０４を介して検出される電流の値を乗算することにより、補正電圧値を算出する。そして、ＤＳＰ４０１は、前述した（２）式（放電の場合）または（３）式（充電の場合）に基づいて、均等化制御を行う電池セル１０２に対する終了電圧値を補正し、均等化制御の開始処理を終了する（ステップＳ５０５）。
【００４９】
以上説明したようにして、図５または図８のフローチャートで示されるＤＳＰ４０１の均等化制御の開始処理によって、図４の組電池１０１が電源供給状態にある（車両走行状態である）場合であっても、電源供給状態にない（アイドリング状態または停止状態）場合であっても、均等化制御の終了電圧を正しく設定することが可能となり、最適な均等化制御が実現される。
【００５０】
以上説明した図１乃至図９の実施形態では、セルバランス回路（セルバランス部）１０３として、アクティブ方式のコンバータバランス回路により均等化制御を実現する回路構成例について説明したが、この回路部分は上記回路構成例に限られるものではない。
【００５１】
セルバランス回路（セルバランス部）１０３としては例えば、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示されるようなトランスと整流用ダイオードを用いて、放電を行う電池セル１０２（＃１）と充電を行う電池セル１０２（＃２）を結合するような、フライバック型またはフォワード型のバランス回路によって実現することが可能である。
【００５２】
あるいは、セルバランス回路（セルバランス部）１０３として例えば、図１１（ｄ）に示されるようなキャパシタンスとスイッチング素子を用いて、放電を行う電池セル１０２（＃１）と充電を行う電池セル１０２（＃２）を結合するような、キャパシタ方式のバランス回路によって実現することも可能である。
【００５３】
さらに、セルバランス回路（セルバランス部）１０３として例えば、図１１（ｅ）に示されるようなトランス型とインダクタによるコンバータ型を組み合わせて、放電を行う電池セル１０２（＃１）と充電を行う電池セル１０２（＃２）を結合するようなコンバータ、トランス方式のバランス回路によって実現することも可能である。
【００５４】
加えて、図１０、図１１に示されるようなアクティブ方式ではなく、各電池セル１０２の両端に並列に接続されたスイッチと抵抗からなるバイパス回路によって各電池セル１０２の放電のみを行う、いわゆるパッシブ方式のバランス回路を採用することも可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１０１  組電池
１０２  電池セル
１０３  セルバランス部、セルバランス回路
１０４  電池セル監視部
１０５  補正電圧算出部
１０６  セルバランス制御部
４０１  ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）
４０２  スイッチ制御部
４０３  電流測定部
【図１】
0005573818.tif 000003
【図２】
0005573818.tif 000004
【図３】
0005573818.tif 000005
【図４】
0005573818.tif 000006
【図５】
0005573818.tif 000007
【図６】
0005573818.tif 000008
【図７】
0005573818.tif 000009
【図８】
0005573818.tif 000010
【図９】
0005573818.tif 000011
【図１０】
0005573818.tif 000012
【図１１】
0005573818.tif 000013