(57)【要約】【課題】電池電圧を均等にする時間を短縮し、電池電圧を均等にする精度を向上させる電池充電装置および電圧均等化方法を提供する。【解決手段】第１の電池の電圧が第１の目標電圧になるか、または第２の電池の電圧が第２の目標電圧になると、定電流制御を行うためのパルス幅変調処理であるクロス制御を停止させる。続いて、第１の目標電圧と第２の目標電圧とで決まる第１の範囲より小さい、平均電圧から第１の閾値を引いた値と平均電圧に第１の閾値を加えた値により決まる第２の範囲を、第１の電池の電圧または第２の電池の電圧が超えないように定電流制御を行うためのパルス幅変調処理である均等化補正制御に移行する。また、第１の電池の電圧または第２の電池の電圧が平均電圧になると均等化補正制御を行うためのパルス幅変調処理を停止させる。【選択図】図１
2014075953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電池と第２の電池とが直列に接続される組電池と、
前記第１の電池の負極端子と前記第２の電池の正極端子とに一方の端子が接続されるコイルと、
前記第１の電池の正極端子と前記コイルの他方の端子との間に接続される第１のスイッチと、
前記第２の電池の負極端子と前記コイルの他方の端子との間に接続される第２のスイッチと、
前記第１の電池と前記第２の電池それぞれの電圧を計測する電圧計測部と、
前記第１の電池と前記第２の電池それぞれの電流を計測する電流計測部と、
前記第１のスイッチと前記第２のスイッチの開閉を制御して定電流制御を行うためのパルス幅変調処理を実行させるパルス幅変調部と、
前記パルス幅変調処理の開始前の前記第１の電池の開始電圧と決められた時間経過後の前記第１の電池の電圧との差である第１の調整電圧と、前記パルス幅変調処理の開始前の前記第２の電池の開始電圧と前記決められた時間経過後の前記第２の電池の電圧との差である第２の調整電圧と、を求める調整電圧算出部と、
前記第１の電池の電圧と前記第２の電池の電圧の平均から平均電圧を求め、前記平均電圧と前記第１の電池の調整電圧を用いて前記第１の電池の第１の目標電圧を求め、前記平均電圧と前記第２の電池の調整電圧を用いて前記第２の電池の第２の目標電圧を求める目標電圧算出部と、
前記パルス幅変調部は、
前記第１の電池の電圧が前記第１の目標電圧になるか、または前記第２の電池の電圧が前記第２の目標電圧になると、前記定電流制御を行うための前記パルス幅変調処理であるクロス制御を停止し、
前記第１の目標電圧と前記第２の目標電圧とで決まる第１の範囲より小さい、前記平均電圧から第１の閾値を引いた値と前記平均電圧に前記第１の閾値を加えた値により決まる第２の範囲を、前記第１の電池の電圧または前記第２の電池の電圧が超えないように定電流制御を行うためのパルス幅変調処理である均等化補正制御に移行し、
前記第１の電池の電圧または前記第２の電池の電圧が前記平均電圧を含む前記パルス幅変調処理を停止させる範囲になると、前記均等化補正制御を行うための前記パルス幅変調処理を停止させる、
ことを特徴とする電池充電装置。
【請求項２】
第１の電池と第２の電池とが直列に接続される組電池と、
前記第１の電池の負極端子と前記第２の電池の正極端子とに一方の端子が接続されるコイルと、
前記第１の電池の正極端子と前記コイルの他方の端子との間に接続される第１のスイッチと、
前記第２の電池の負極端子と前記コイルの他方の端子との間に接続される第２のスイッチと、
前記第１の電池と前記第２の電池それぞれの電圧を計測する電圧計測部と、
前記第１の電池と前記第２の電池それぞれの電流を計測する電流計測部と、
前記第１のスイッチと前記第２のスイッチの開閉を制御して定電流制御を行うためのパルス幅変調処理を実行させるパルス幅変調部と、
前記パルス幅変調処理の開始前の前記第１の電池の開始電圧と決められた時間経過後の前記第１の電池の電圧との差である第１の調整電圧と、前記パルス幅変調処理の開始前の前記第２の電池の開始電圧と前記決められた時間経過後の前記第２の電池の電圧との差である第２の調整電圧と、を求める調整電圧算出部と、
前記第１の電池の電圧と前記第２の電池の電圧の平均から平均電圧を求め、前記平均電圧と前記第１の電池の調整電圧を用いて前記第１の電池の第１の目標電圧を求め、前記平均電圧と前記第２の電池の調整電圧を用いて前記第２の電池の第２の目標電圧を求める目標電圧算出部と、
前記パルス幅変調部は、
前記第１の電池の電圧が前記第１の目標電圧になるか、または前記第２の電池の電圧が前記第２の目標電圧になると、前記定電流制御を行うための前記パルス幅変調処理であるクロス制御を停止し、
前記第１の目標電圧から第１の補正電圧を引いた値または前記第２の目標電圧に第１の補正電圧を加えた値に、前記第１の電池の電圧または前記第２の電池の電圧がなると、定電流制御を行うための２回目のクロス制御に移行し、
前記第１の電池の電圧が第３の目標電圧を含む範囲になるか、または前記第２の電池の電圧が第４の目標電圧を含む範囲になると前記２回目のクロス制御を行うための前記パルス幅変調処理を停止させる、
ことを特徴とする電池充電装置。
【請求項３】
第１の電池と第２の電池とが直列に接続される組電池と、
前記第１の電池の負極端子と前記第２の電池の正極端子とに一方の端子が接続されるコイルと、
前記第１の電池の正極端子と前記コイルの他方の端子との間に接続される第１のスイッチと、
前記第２の電池の負極端子と前記コイルの他方の端子との間に接続される第２のスイッチと、
前記第１の電池と前記第２の電池それぞれの電圧を計測する電圧計測部と、
前記第１の電池と前記第２の電池それぞれの電流を計測する電流計測部と、
前記第１のスイッチと前記第２のスイッチの開閉を制御して定電流制御を行うためのパルス幅変調処理を実行させるパルス幅変調部と、
前記パルス幅変調処理の開始前の前記第１の電池の開始電圧と決められた時間経過後の前記第１の電池の電圧との差である第１の調整電圧と、前記パルス幅変調処理の開始前の前記第２の電池の開始電圧と前記決められた時間経過後の前記第２の電池の電圧との差である第２の調整電圧と、を求める調整電圧算出部と、
前記第１の電池の電圧と前記第２の電池の電圧の平均から平均電圧を求め、前記平均電圧と前記第１の電池の調整電圧を用いて前記第１の電池の第１の目標電圧を求め、前記平均電圧と前記第２の電池の調整電圧を用いて前記第２の電池の第２の目標電圧を求める目標電圧算出部と、
前記パルス幅変調部は、
前記第１の電池の電圧が前記第１の目標電圧になるか、または前記第２の電池の電圧が前記第２の目標電圧になると、前記定電流制御を行うための前記パルス幅変調処理であるクロス制御を停止し、
前記第１の目標電圧と前記第２の目標電圧とで決まる第１の範囲より小さい、前記平均電圧から第１の閾値を引いた値と前記平均電圧に前記第１の閾値を加えた値により決まる第２の範囲を、前記第１の電池の電圧または前記第２の電池の電圧が超えると、前記第２の範囲を超えないように定電圧制御を行うためのパルス幅変調処理に移行し、
前記電流が決められた電流値より小さくなると前記定電圧制御を行うための前記パルス幅変調処理を停止させる、
ことを特徴とする電池充電装置。
【請求項４】
第１の電池の負極端子と第２の電池の正極端子とに一方の端子が接続されるコイルと、前記第１の電池の正極端子と前記コイルの他方の端子との間に接続される第１のスイッチと、前記第２の電池の負極端子と前記コイルの他方の端子との間に接続される第２のスイッチと、前記第１の電池と前記第２の電池それぞれの電圧を計測する電圧計測部と、前記組電池と前記コイルに流れる電流を計測する電流計測部と、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチの開閉を制御して定電流制御を行うためのパルス幅変調処理を実行させる制御部と、を有するセルバランス回路の電圧均等化方法であって、
制御部は、
前記パルス幅変調処理の開始前の前記第１の電池の開始電圧と決められた時間経過後の前記第１の電池の電圧との差である前記第１の調整電圧と、前記パルス幅変調処理の開始前の前記第２の電池の開始電圧と前記決められた時間経過後の前記第２の電池の電圧との差である前記第２の調整電圧と、を求め、
前記第１の電池の電圧と前記第２の電池の電圧の平均から平均電圧を求め、
前記平均電圧と前記第１の電池の調整電圧を用いて前記第１の電池の第１の目標電圧を求め、前記平均電圧と前記第２の電池の調整電圧を用いて前記第２の電池の第２の目標電圧を求め、
前記第１の電池の電圧が前記第１の目標電圧になるか、または前記第２の電池の電圧が前記第２の目標電圧になると、前記定電流制御を行うための前記パルス幅変調処理であるクロス制御を停止し、
前記第１の目標電圧と前記第２の目標電圧とで決まる第１の範囲より小さい、前記平均電圧から第１の閾値を引いた値と前記平均電圧に前記第１の閾値を加えた値により決まる第２の範囲を、前記第１の電池の電圧または前記第２の電池の電圧が超えないように定電流制御を行うためのパルス幅変調処理である均等化補正制御に移行し、
前記第１の電池の電圧または前記第２の電池の電圧が前記平均電圧を含む前記パルス幅変調処理を停止させる範囲になると前記均等化補正制御を行うための前記パルス幅変調処理を停止させる、
ことを特徴とする電圧均等化方法。
【請求項５】
第１の電池の負極端子と第２の電池の正極端子とに一方の端子が接続されるコイルと、前記第１の電池の正極端子と前記コイルの他方の端子との間に接続される第１のスイッチと、前記第２の電池の負極端子と前記コイルの他方の端子との間に接続される第２のスイッチと、前記第１の電池と前記第２の電池それぞれの電圧を計測する電圧計測部と、前記組電池と前記コイルに流れる電流を計測する電流計測部と、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチの開閉を制御して定電流制御を行うためのパルス幅変調処理を実行させる制御部と、を有するセルバランス回路の電圧均等化方法であって、
制御部は、
前記パルス幅変調処理の開始前の前記第１の電池の開始電圧と決められた時間経過後の前記第１の電池の電圧との差である前記第１の調整電圧と、前記パルス幅変調処理の開始前の前記第２の電池の開始電圧と前記決められた時間経過後の前記第２の電池の電圧との差である前記第２の調整電圧と、を求め、
前記第１の電池の電圧と前記第２の電池の電圧の平均から平均電圧を求め、
前記平均電圧と前記第１の電池の調整電圧を用いて前記第１の電池の第１の目標電圧を求め、前記平均電圧と前記第２の電池の調整電圧を用いて前記第２の電池の第２の目標電圧を求め、
前記第１の電池の電圧が前記第１の目標電圧になるか、または前記第２の電池の電圧が前記第２の目標電圧になると、前記定電流制御を行うための前記パルス幅変調処理であるクロス制御を停止し、
前記第１の目標電圧から第１の補正電圧を引いた値または前記第２の目標電圧に第１の補正電圧を加えた値に、前記第１の電池の電圧または前記第２の電池の電圧がなると、定電流制御を行うための２回目のクロス制御に移行し、
前記第１の電池の電圧が第３の目標電圧を含む範囲になるか、または前記第２の電池の電圧が第４の目標電圧を含む範囲になると前記２回目のクロス制御を行うための前記パルス幅変調処理を停止させる、
ことを特徴とする電圧均等化方法。
【請求項６】
第１の電池の負極端子と第２の電池の正極端子とに一方の端子が接続されるコイルと、前記第１の電池の正極端子と前記コイルの他方の端子との間に接続される第１のスイッチと、前記第２の電池の負極端子と前記コイルの他方の端子との間に接続される第２のスイッチと、前記第１の電池と前記第２の電池それぞれの電圧を計測する電圧計測部と、前記組電池と前記コイルに流れる電流を計測する電流計測部と、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチの開閉を制御して定電流制御を行うためのパルス幅変調処理を実行させる制御部と、を有するセルバランス回路の電圧均等化方法であって、
制御部は、
前記パルス幅変調処理の開始前の前記第１の電池の開始電圧と決められた時間経過後の前記第１の電池の電圧との差である前記第１の調整電圧と、前記パルス幅変調処理の開始前の前記第２の電池の開始電圧と前記決められた時間経過後の前記第２の電池の電圧との差である前記第２の調整電圧と、を求め、
前記第１の電池の電圧と前記第２の電池の電圧の平均から平均電圧を求め、
前記平均電圧と前記第１の電池の調整電圧を用いて前記第１の電池の第１の目標電圧を求め、前記平均電圧と前記第２の電池の調整電圧を用いて前記第２の電池の第２の目標電圧を求め、
前記第１の電池の電圧が前記第１の目標電圧になるか、または前記第２の電池の電圧が前記第２の目標電圧になると、前記定電流制御を行うための前記パルス幅変調処理であるクロス制御を停止し、
前記第１の目標電圧と前記第２の目標電圧とで決まる第１の範囲より小さい、前記平均電圧から第１の閾値を引いた値と前記平均電圧に前記第１の閾値を加えた値により決まる第２の範囲を、前記第１の電池の電圧または前記第２の電池の電圧が超えると、前記第２の範囲を超えないように定電圧制御を行うためのパルス幅変調処理に移行し、
前記電流が決められた電流値より小さくなると前記定電圧制御を行うための前記パルス幅変調処理を停止させる、
ことを特徴とする電圧均等化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池の電圧を均等にする電池充電装置および電圧均等化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
直列に接続される複数の電池に対して、各電池の電圧を均等にするセルバランス処理を実行する場合、放電または充電の際に計測される電池各々の電圧は、電池の内部抵抗の影響により本来出力されるべき電圧と異なる値になることが知られている。例えば、目標となる目標電圧を求めて、目標電圧に各電池の電圧を揃えるセルバランス処理を実行する場合、各電池が実際に到達する電圧は内部抵抗の影響を受けて目標電圧にはならずにずれてしまう。また、このずれを補正するために、繰り返しセルバランス処理を行うと、各電池の電圧が均等になるまでに時間がかかるという問題がある。
【０００３】
関連する技術として、複数のリチウムイオン二次電池を直列に接続している組電池を定電流・定電圧充電して満充電にする組電池の充電方法が知られている。この充電方法によれば、組電池のトータル電圧がトータル設定電圧に上昇するまでは定電流充電し、トータル電圧がトータル設定電圧に上昇した後は、定電流充電を定電圧充電に切り換えて満充電されるまで充電する。さらに、充電される各々の電池電圧を検出し、いずれかの電池電圧が設定電圧を超えた後、パルス充電に切り換えて充電する。その結果、簡単な充電回路を使用しながら、直列に接続している電池がアンバランスな状態となる組電池を、劣化した電池に与える悪影響を少なくしながら、できる限り大容量に充電する。
【０００４】
関連する技術として、複数のセルを直列に接続してなる組電池を対象として各セルの充電状態を均等化する充電状態均等化装置が知られている。充電状態均等化装置は各セルに対して並列に接続されて各セルの放電を行なう複数の放電回路、各放電回路に接続されて各セルの両端電圧を測定する複数の電圧測定回路および制御回路を具えている。制御回路は、放電開始前の測定電圧に基づいて均等化目標電圧を算出する手段と、両端電圧が該均等化目標電圧を越えるセルについて放電を開始する手段と、を具えている。さらに、それらのセルについて夫々、放電開始前の測定電圧と放電開始から一定時間経過後の測定電圧との差に基づいて均等化目標電圧に補正を施すことにより補正後均等化目標電圧を算出する手段と、測定電圧が補正後均等化目標電圧に達したときに放電を終了する手段と、を具えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２１０６９４号公報
【特許文献２】特開２００９−１５９７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたものであり、電池電圧を均等にする時間を短縮し、電池電圧を均等にする精度を向上させる電池充電装置および電圧均等化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施の態様のひとつである電池充電装置は、組電池、コイル、第１のスイッチ、第２のスイッチ、電圧計測部、電流計測部、調整電圧算出部、目標電圧算出部、パルス幅変調部を有している。
【０００８】
組電池は、第１の電池と第２の電池とが直列に接続される。コイルは、第１の電池の負極端子と第２の電池の正極端子とに一方の端子が接続される。第１のスイッチは、第１の電池の正極端子とコイルの他方の端子との間に接続される。第２のスイッチは、第２の電池の負極端子とコイルの他方の端子との間に接続される。電圧計測部は、第１の電池と第２の電池それぞれの電圧を計測する。電流計測部は、第１の電池と第２の電池それぞれの電流を計測する。パルス幅変調部は、第１のスイッチと第２のスイッチの開閉を制御して定電流制御を行うためのパルス幅変調処理を実行させる。
【０００９】
調整電圧算出部では、電池の内部抵抗の推定を行っている。電池の内部抵抗の推定は、電流出力量と電圧変動量から求める方法、電流を流していない状態での電池電圧（開回路電圧ＯＣＶ）と電池温度から求める方法がある。調整電圧算出部は、これらの方法を用いて電池の内部抵抗を求めている。下記は、電流出力量と電圧変動量から求める方法を用いた制御方法を示す。
【００１０】
パルス幅変調処理の開始前の第１の電池の開始電圧と決められた時間経過後の第１の電池の電圧との差である第１の調整電圧を求める。パルス幅変調処理の開始前の第２の電池の開始電圧と決められた時間経過後の第２の電池の電圧との差である第２の調整電圧を求める。
【００１１】
目標電圧算出部は、第１の電池の電圧と第２の電池の電圧の平均から平均電圧を求める。そして、平均電圧と第１の電池の調整電圧を用いて第１の電池の第１の目標電圧を求め、平均電圧と第２の電池の調整電圧を用いて第２の電池の第２の目標電圧を求める。
【００１２】
パルス幅変調部は、第１の電池の電圧が第１の目標電圧になるか、または第２の電池の電圧が第２の目標電圧になると、定電流制御を行うためのパルス幅変調処理であるクロス制御を停止させる。続いて、第１の目標電圧と第２の目標電圧とで決まる第１の範囲より小さい、平均電圧から第１の閾値を引いた値と平均電圧に第１の閾値を加えた値により決まる第２の範囲を、第１の電池の電圧または第２の電池の電圧が超えないように定電流制御を行うためのパルス幅変調処理である均等化補正制御に移行する。また、第１の電池の電圧または第２の電池の電圧が平均電圧を含む前記パルス幅変調処理を停止させる範囲になると均等化補正制御を行うためのパルス幅変調処理を停止させる。
【００１３】
他の実施の態様のひとつである電池充電装置は、組電池、コイル、第１のスイッチ、第２のスイッチ、電圧計測部、電流計測部、調整電圧算出部、目標電圧算出部、パルス幅変調部を有している。
【００１４】
組電池は、第１の電池と第２の電池とが直列に接続される。コイルは、第１の電池の負極端子と第２の電池の正極端子とに一方の端子が接続される。第１のスイッチは、第１の電池の正極端子とコイルの他方の端子との間に接続される。第２のスイッチは、第２の電池の負極端子とコイルの他方の端子との間に接続される。電圧計測部は、第１の電池と第２の電池それぞれの電圧を計測する。電流計測部は、第１の電池と第２の電池それぞれの電流を計測する。パルス幅変調部は、第１のスイッチと第２のスイッチの開閉を制御して定電流制御を行うためのパルス幅変調処理を実行させる。
【００１５】
調整電圧算出部では、電池の内部抵抗の推定を行っている。電池の内部抵抗の推定は、電流出力量と電圧変動量から求める方法、電流を流していない状態での電池電圧（開回路電圧ＯＣＶ）と電池温度から求める方法がある。調整電圧算出部は、これらの方法を用いて電池の内部抵抗を求めている。下記は、電流出力量と電圧変動量から求める方法を用いた制御方法を示す。
【００１６】
パルス幅変調処理の開始前の第１の電池の開始電圧と決められた時間経過後の第１の電池の電圧との差である第１の調整電圧を求める。パルス幅変調処理の開始前の第２の電池の開始電圧と決められた時間経過後の第２の電池の電圧との差である第２の調整電圧を求める。
【００１７】
目標電圧算出部は、第１の電池の電圧と第２の電池の電圧の平均から平均電圧を求める。そして、平均電圧と第１の電池の調整電圧を用いて第１の電池の第１の目標電圧を求め、平均電圧と第２の電池の調整電圧を用いて第２の電池の第２の目標電圧を求める。
【００１８】
パルス幅変調部は、第１の電池の電圧が第１の目標電圧になるか、または第２の電池の電圧が第２の目標電圧になると、定電流制御を行うためのパルス幅変調処理であるクロス制御を停止させる。続いて、第１の目標電圧から第１の補正電圧を引いた値または前記第２の目標電圧に第１の補正電圧を加えた値に、第１の電池の電圧または第２の電池の電圧がなると、定電流制御を行うための２回目のクロス制御に移行する。また、前記第１の電池の電圧が第３の目標電圧を含む範囲になるか、または前記第２の電池の電圧が第４の目標電圧を含む範囲になると２回目のクロス制御を行うためのパルス幅変調処理を停止させる。
【００１９】
他の実施の態様のひとつである電池充電装置は、組電池、コイル、第１のスイッチ、第２のスイッチ、電圧計測部、電流計測部、調整電圧算出部、目標電圧算出部、パルス幅変調部を有している。
【００２０】
組電池は、第１の電池と第２の電池とが直列に接続される。コイルは、第１の電池の負極端子と第２の電池の正極端子とに一方の端子が接続される。第１のスイッチは、第１の電池の正極端子とコイルの他方の端子との間に接続される。第２のスイッチは、第２の電池の負極端子とコイルの他方の端子との間に接続される。電圧計測部は、第１の電池と第２の電池それぞれの電圧を計測する。電流計測部は、第１の電池と第２の電池それぞれの電流を計測する。パルス幅変調部は、第１のスイッチと第２のスイッチの開閉を制御して定電流制御を行うためのパルス幅変調処理を実行させる。
【００２１】
調整電圧算出部では、電池の内部抵抗の推定を行っている。電池の内部抵抗の推定は、電流出力量と電圧変動量から求める方法、電流を流していない状態での電池電圧（開回路電圧ＯＣＶ）と電池温度から求める方法がある。調整電圧算出部は、これらの方法を用いて電池の内部抵抗を求めている。下記は、電流出力量と電圧変動量から求める方法を用いた制御方法を示す。
【００２２】
パルス幅変調処理の開始前の第１の電池の開始電圧と決められた時間経過後の第１の電池の電圧との差である第１の調整電圧を求める。パルス幅変調処理の開始前の第２の電池の開始電圧と決められた時間経過後の第２の電池の電圧との差である第２の調整電圧を求める。
【００２３】
目標電圧算出部は、第１の電池の電圧と第２の電池の電圧の平均から平均電圧を求める。そして、平均電圧と第１の電池の調整電圧を用いて第１の電池の第１の目標電圧を求め、平均電圧と第２の電池の調整電圧を用いて第２の電池の第２の目標電圧を求める。
【００２４】
パルス幅変調部は、第１の電池の電圧が第１の目標電圧になるか、または第２の電池の電圧が第２の目標電圧になると、定電流制御を行うためのパルス幅変調処理であるクロス制御を停止させる。続いて、第１の目標電圧と第２の目標電圧とで決まる第１の範囲より小さい、平均電圧から第１の閾値を引いた値と平均電圧に第１の閾値を加えた値により決まる第２の範囲を、第１の電池の電圧または第２の電池の電圧が超えると、第２の範囲を超えないように定電圧制御を行うためのパルス幅変調処理に移行する。また、第１の電池の電圧または第２の電池の電圧が平均電圧を含む前記パルス幅変調処理を停止させる範囲になると前記定電圧制御を行うためのパルス幅変調処理を停止させる。
【発明の効果】
【００２５】
本実施の態様によれば、電池電圧を均等にする時間を短縮できるとともに、電池電圧を均等にする精度を向上させることできるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】電池充電装置の一実施例を示す図である。
【図２】１組の放電する電池と充電する電池の関係を示す図である。
【図３】クロス制御における電池電圧の変化を示す図である。
【図４】制御部の一実施例を示す図である。
【図５】実施形態１における電池充電装置の動作の一実施例を示すフロー図である。
【図６】実施形態１における電池充電装置の動作の一実施例を示すフロー図である。
【図７】一定電流を流す場合における電圧と電流の変化を示す図である。
【図８】実施形態２における電池充電装置の動作の一実施例を示すフロー図である。
【図９】一定電流を流すクロス制御における電圧と電流の変化を示す図である。
【図１０】実施形態３における電池充電装置の動作の一実施例を示すフロー図である。
【図１１】定電圧制御を用いセルバランス処理における電圧と電流の変化を示す図である。
【図１２】定電圧制御を用いセルバランス処理における電圧と電流の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下図面に基づいて、実施形態について詳細を説明する。
実施形態１について説明する。
図１は、電池充電装置の一実施例を示す図である。図１の電池充電装置は組電池とセルバランス回路を有する。組電池は複数の電池３ａ〜３ｄが直列に接続されている回路である。セルバランス回路は、制御部１、記憶部２、電圧計測部４ａ〜４ｄ、電流計測部５ａ〜５ｄ、コイルＬ１〜Ｌ３、スイッチＳＷ１〜ＳＷ７を有している。図１に示したアクティブ方式のセルバランス回路では、スイッチＳＷ１〜ＳＷ６を制御部１がＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御することにより、コイルＬ１〜Ｌ３を用いて電池３ａ〜３ｄの電圧を均等にする。
【００２８】
本実施形態のセルバランス回路は、１）電池３ａ〜３ｄの電圧を均等にする時間を短縮する後述するクロス制御と、２）電池電圧を均等にする精度を向上させる均等化補正制御を行う。
【００２９】
１）クロス制御について説明する。
図１の電池３ａ、３ｂの組、電池３ｂ、３ｃの組、電池３ｃ、３ｄの組についてセルバランス処理を行う際に、電圧計測部４ａ〜４ｄで計測した電圧が均等になった時点でセルバランス処理を停止させると、目標とする平均電圧から実際の電池３ａ〜３ｄの電圧はずれてしまう。すなわち、それぞれの組の電池の平均電圧から、電池３ａ〜３ｄ各々の内部抵抗と電池３ａ〜３ｄ各々に流れる電流により決まる電圧だけ、電池３ａ〜３ｄ各々の電圧が均等になった時点から時間の経過とともにずれてしまう。そして、この電圧のずれを調整するために、繰り返しセルバランス処理を行うと、電池３ａ〜３ｄの電圧が均等になるまでに時間がかかる。
【００３０】
そこで、電池３ａ〜３ｄの内部抵抗を推定し、推定した内部抵抗に応じて調整電圧を求め、各組における放電をする電池と充電をする電池の目標電圧を、調整電圧を用いて式１、式２に示す電圧Ｖｔ１、Ｖｔ２にする。そして、各組における放電をする電池の電圧と充電をする電池の電圧の大小関係が逆転（クロス）したのち、目標電圧Ｖｔ１、Ｖｔ２になるまで定電流制御を行う。定電流制御を停止したのち推定した内部抵抗の緩和を利用して電池の電圧を均等にする。このような定電流制御を用いることで電池３ａ〜３ｄの電圧を均等にする時間を短縮できる。
【００３１】
図２、図３を用いて目標電圧について説明する。
図２は、１組の放電する電池と充電する電池の関係を示す図である。図３は、クロス制御における電池電圧の変化を示す図である。図３のＡは、図２の電池３ａを放電する電池とし、電池３ｂを充電する電池とした場合の電池電圧の変化を示す図である。図３のＢは、図２の電池３ｂを放電する電池とし、電池３ａを充電する電池とした場合の電池電圧の変化を示す図である。図２に示す電流Ｉｕｐは電池３ａの初期電圧Ｖｕｐ０が電池３ｂの初期電圧Ｖｕｎ０より大きい場合に、電池３ａからコイルＬ１を用いて電池３ｂに流れる電流である。図２に示す電流Ｉｕｎは電池３ｂの初期電圧Ｖｕｎ０が電池３ａの初期電圧Ｖｕｐ０より大きい場合に、電池３ｂからコイルＬ１を用いて電池３ａに流れる電流である。
【００３２】
図３のＡ、Ｂの電圧Ｖｕｐは電池３ａの電圧計測部４ａにより計測される電圧で、電圧Ｖｕｎは電池３ｂの電圧計測部４ｂにより計測される電圧である。図３のＡ、Ｂの電圧Ｖｕｐ０は電池３ａの初期電圧で、電圧Ｖｕｎ０は電池３ｂの初期電圧である。図３のＡ、Ｂの電圧Ｖｕｐ１は内部抵抗を計測するために電池の特性などに基づいて決めた時間ｔ１経過後の電池３ａの電圧で、電圧Ｖｕｎ１は時間ｔ１経過後の電池３ｂの電圧である。
【００３３】
放電をする電池の目標電圧Ｖｔ１と充電をする電池の目標電圧Ｖｔ２は式１〜４により求める。
・放電する電池３ａと充電する電池３ｂの場合
目標電圧Ｖｔ１＝平均電圧ＶａＶｇ−調整電圧Ｖ１      式１
目標電圧Ｖｔ２＝平均電圧ＶａＶｇ＋調整電圧Ｖ２      式２
Ｖｔ１  ：充電をする電池の目標電圧
Ｖｔ２  ：放電をする電池の目標電圧
ＶａＶｇ：組ごとの電池の平均電圧
Ｖ１    ：内部抵抗に応じて決まる電圧（Ｖｕｐ０−Ｖｕｐ１）
Ｖ２    ：内部抵抗に応じて決まる電圧（Ｖｕｎ１−Ｖｕｎ０）
・放電する電池３ｂと充電する電池３ａの場合
目標電圧Ｖｔ１＝平均電圧ＶａＶｇ＋調整電圧Ｖ１      式３
目標電圧Ｖｔ２＝平均電圧ＶａＶｇ−調整電圧Ｖ２      式４
Ｖ１    ：内部抵抗に応じて決まる電圧（Ｖｕｐ１−Ｖｕｐ０）
Ｖ２    ：内部抵抗に応じて決まる電圧（Ｖｕｎ０−Ｖｕｎ１）
ただし、式１〜４において調整電圧Ｖ１、Ｖ２の平均電圧（Ｖ１＋Ｖ２）／２を求めて調整電圧Ｖ１、Ｖ２としてもよい。
【００３４】
２）均等化補正制御について説明する。
アクティブ方式のセルバランス回路でクロス制御をする場合、内部抵抗を推定して目標電圧Ｖｔ１、Ｖｔ２を求めているため、電圧を均等にすることが難しくなる。すなわち、内部抵抗の緩和を利用して電池の電圧を均等にする時間において、推定した内部抵抗の推定精度やその他の要因により、電圧を均等にする精度に影響してしまう。そこで、定電流制御停止後（クロス制御実施後）に、平均電圧へ収束をするような制御を行うことにより、電圧を均等にする精度を向上させる。実施形態１では、定電流制御停止後に断続的に繰り返し定電流制御を行う。
【００３５】
電池充電装置の構成について説明する。
図１の制御部１は、Central Processing Unit（ＣＰＵ）、マルチコアＣＰＵ、プログラマブルなデバイス（Field Programmable Gate Array（ＦＰＧＡ）、Programmable Logic DeＶice（ＰＬＤ）など）を用いることが考えられる。制御部１は、例えば、後述する調整電圧算出部４０１、目標電圧算出部４０２、パルス幅変調部４０３などを有している。
【００３６】
記憶部２は、例えばRead Only Memory（ＲＯＭ）、Random Access Memory（ＲＡＭ）などのメモリやハードディスクなどが考えられる。なお、記憶部２にはパラメータ値、変数値などのデータを記録してもよいし、実行時のワークエリアとして用いてもよい。
【００３７】
電池３ａ〜３ｄは二次電池やキャパシタなどを用いることが考えられる。二次電池として、例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池などが考えられる。なお、本例では４つの電池を用いて説明しているが４つに限定されるものではない。
【００３８】
電圧計測部４ａ〜４ｄは、電池３ａ〜３ｄ各々の電圧を計測する。例えば、電圧計などが考えられる。また、電圧計測部４ａ〜４ｄが計測したデータは制御部１に出力される。
電流計測部５ａ〜５ｄは電流を計測する。例えば、電流計などが考えられる。また、電流計測部５ａ〜５ｄが計測したデータは制御部１に出力される。
【００３９】
なお、図１の例では電池３ａ〜３ｄ各々に流れる電流を、図に示す位置に設けた電流計測部５ａ〜５ｄの計測した電流を用いて求めているが、電池３ａ〜３ｄ各々に流れる電流の求め方は上記方法に限定されるものではない。例えば、電池３ａ〜３ｄ各々の負極側に電流計をそれぞれ直列に接続して、電池３ａ〜３ｄ各々に流れる電流を計測して求めてもよい。
【００４０】
コイルＬ１〜Ｌ３は、各組ごとの放電する電池から放電された電力がコイルＬ１〜Ｌ３に蓄積され、その後コイルＬ１〜Ｌ３に蓄積された電力を充電する電池に供給して充電するために用いる。
【００４１】
スイッチＳＷ１〜ＳＷ７は、セルバランス処理を行うために用いられるスイッチである。スイッチＳＷ１〜ＳＷ７は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）やリレーを用いる。
【００４２】
電池充電装置の接続について説明する。
図１の電池充電装置は、電池３ａ〜３ｄの両端には電圧計測部４ａ〜４ｄがそれぞれ接続されている。また、スイッチＳＷ７の一方の端子は負荷側と外部電力源側に接続される、スイッチＳＷ７の他方の端子は電流計測部５ａの一方の端子に接続されている。電流計測部５ａの他方の端子は電池３ａの正極端子に接続され、電池３ｄの負極端子は負荷側と外部電力源側に接続される。
【００４３】
電池３ａの負極端子と電池３ｂの正極端子と電流計測部５ｂの一方の端子が接続され、電流計測部５ｂの他方の端子はコイルＬ１の一方の端子に接続されている。コイルＬ１の他方の端子はスイッチＳＷ１、ＳＷ２の一方の端子に接続され、スイッチＳＷ１の他方の端子は電池３ａの正極端子に接続される。スイッチＳＷ２の他方の端子は電池３ｂの負極端子に接続される。
【００４４】
電池３ｂの負極端子と電池３ｃの正極端子と電流計測部５ｃの一方の端子が接続され、電流計測部５ｃの他方の端子はコイルＬ２の一方の端子に接続されている。コイルＬ２の他方の端子はスイッチＳＷ３、ＳＷ４の一方の端子に接続され、スイッチＳＷ３の他方の端子は電池３ｂの正極端子に接続される。スイッチＳＷ４の他方の端子は電池３ｃの負極端子に接続される。
【００４５】
電池３ｃの負極端子と電池３ｄの正極端子と電流計測部５ｄの一方の端子が接続され、電流計測部５ｄの他方の端子はコイルＬ３の一方の端子に接続されている。コイルＬ３の他方の端子はスイッチＳＷ５、ＳＷ６の一方の端子に接続され、スイッチＳＷ５の他方の端子は電池３ｃの正極端子に接続される。スイッチＳＷ６の他方の端子は電池３ｄの負極端子に接続される。
【００４６】
図４は、制御部の一実施例を示す図である。制御部１は、定電流制御の際に電池３ａ〜３ｄに一定の電流が供給されているかを監視する。
制御部１の調整電圧算出部４０１は、電池３ａ、３ｂの組の場合、パルス幅変調処理の開始前の電池３ａ（第１の電池）の開始電圧と決められた時間ｔ１経過後の電池３ａの電圧との差である調整電圧Ｖ１（第１の調整電圧）を求める。パルス幅変調処理の開始前の電池３ｂ（第２の電池）の開始電圧と決められた時間ｔ１経過後の電池３ｂの電圧との差である調整電圧Ｖ２（第２の調整電圧）を求める。
【００４７】
制御部１の目標電圧算出部４０２は、電池３ａ、３ｂの組の場合、電池３ａの電圧と電池３ｂの電圧の平均から平均電圧ＶａＶｇを求める。そして、平均電圧ＶａＶｇと電池３ａの調整電圧Ｖ１を用いて電池３ａの目標電圧Ｖｔ１を求め、平均電圧ＶａＶｇと電池３ｂの調整電圧Ｖ２を用いて電池３ｂの目標電圧Ｖｔ２を求める。
【００４８】
制御部１のパルス幅変調部４０３は、図１の電池３ａ、３ｂの組、電池３ｂ、３ｃの組、電池３ｃ、３ｄの組ごとについてスイッチの開閉を制御してパルス幅変調処理を実行させる。パルス幅変調部４０３は、電池３ａ、３ｂの組の場合、電池３ａの電圧が目標電圧Ｖｔ１になるか、または電池３ｂの電圧が目標電圧Ｖｔ２になると、定電流制御を行うためのパルス幅変調処理であるクロス制御を停止させる。続いて、目標電圧Ｖｔ１と目標電圧Ｖｔ２とで決まる第１の範囲（図７参照）より小さい第２の範囲を、電池３ａの電圧Ｖｕｐまたは電池３ｂの電圧Ｖｕｎが超えないように定電流制御を行うためのパルス幅変調処理である均等化補正制御に移行する。第２の範囲は、平均電圧ＶａＶｇから第１の閾値Ｖｓ１を引いた値（ＶａＶｇ−Ｖｓ１）と平均電圧ＶａＶｇに第１の閾値Ｖｓ１を加えた値（ＶａＶｇ＋Ｖｓ１）により表される範囲（図７参照）。
【００４９】
また、電池３ａの電圧または電池３ｂの電圧が平均電圧になると均等化補正制御を行うためのパルス幅変調処理を停止させる。
実施形態１の動作について説明する。
【００５０】
図５、図６は、実施形態１における電池充電装置の動作の一実施例を示すフロー図である。電池３ａと電池３ｂの組について説明をする。ステップＳ５０１〜Ｓ５０８は内部抵抗を推定して調整電圧Ｖ１、Ｖ２を求める。
【００５１】
ステップＳ５０１では、制御部１が電圧計測部４ａ、４ｂから電池３ａ、３ｂの初期電圧Ｖｕｐ０、Ｖｕｎ０を取得し、記憶部２などに初期電圧Ｖｕｐ０、Ｖｕｎ０を記憶する。
【００５２】
ステップＳ５０２では、制御部１が初期電圧Ｖｕｐ０と初期電圧Ｖｕｎ０を比較し、初期電圧の関係がＶｕｐ０＞Ｖｕｎ０である場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ５０３に移行し、Ｖｕｐ０＜Ｖｕｎ０である場合（Ｎｏ）にはステップＳ５０４に移行する。なお、初期電圧がＶｕｐ０≒Ｖｕｎ０である場合にはこの組のセルバランス処理を行わない。すなわち、電圧Ｖｕｐ０と電圧Ｖｕｎ０との電圧差が均等であると決めた範囲である場合にはセルバランス処理を行わない。
【００５３】
ステップＳ５０３では、初期電圧の関係がＶｕｐ０＞Ｖｕｎ０である場合、制御部１が電池３ａから電池３ｂへ一定電流を流す定電流制御を行う。
ステップＳ５０４では、初期電圧の関係がＶｕｐ０＜Ｖｕｎ０である場合、制御部１が電池３ｂから電池３ａへ一定電流を流す定電流制御を行う。
【００５４】
一定電流を流す定電流制御は、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を用いて一定電流を電池３ａまたは電池３ｂに供給する。図７のＡ、Ｂに示す時間０〜ｔ３まで一定電流を流すように定電流制御を行う。図７は、電池３ａから電池３ｂに一定電流を流す場合における電圧と電流の変化を示す図である。
【００５５】
ステップＳ５０５では制御部１が時間の計測を開始する。ステップＳ５０６では制御部１が計測した時間ｔｉｍｅと、内部抵抗を計測するために電池の特性などに基づいて決めた時間ｔ１とを比較してｔｉｍｅ＝ｔ１になるまで計測をする。ｔｉｍｅ＝ｔ１の場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ５０７に移行し、ステップＳ５０７で時間の計測を停止する。ｔｉｍｅ＜ｔ１の場合（Ｎｏ）にはステップＳ５０６に移行する。
【００５６】
ステップＳ５０８では、制御部１が内部抵抗に応じて決まる調整電圧Ｖ１、Ｖ２を求める。
電池３ａが放電する電池で、電池３ｂが充電する電池の場合、調整電圧Ｖ１は電池３ａの初期電圧Ｖｕｐ０から時間ｔ１で計測した電圧Ｖｕｐ１を引いた値となる。電圧Ｖ２は電池３ｂの時間ｔ１で計測した電圧Ｖｕｎ１から初期電圧Ｖｕｎ０を引いた値となる。
【００５７】
電池３ｂが放電する電池で、電池３ａが充電する電池の場合、調整電圧Ｖ１は電池３ａの初期電圧Ｖｕｐ０から時間ｔ１で計測した電圧Ｖｕｐ１を引いた値となる。調整電圧Ｖ２は電池３ｂの時間ｔ１で計測した電圧Ｖｕｎ１から初期電圧Ｖｕｎ０を引いた値となる。
【００５８】
従って、ステップＳ５０８ではＶ１＝｜Ｖｕｐ０−Ｖｕｐ１｜とＶ２＝｜Ｖｕｎ０−Ｖｕｎ１｜を求める。
ステップＳ５０９〜Ｓ５１３はクロス制御を行う。
【００５９】
ステップＳ５０９では、制御部１が初期電圧Ｖｕｐ０と初期電圧Ｖｕｎ０を比較し、初期電圧の関係がＶｕｐ０＞Ｖｕｎ０である場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ５１０に移行し、Ｖｕｐ０＜Ｖｕｎ０である場合（Ｎｏ）にはステップＳ５１１に移行する。なお、ステップＳ５０９において初期電圧がＶｕｐ０＝Ｖｕｎ０の状態はないと考えられる。
【００６０】
ステップＳ５１０では、初期電圧の関係がＶｕｐ０＞Ｖｕｎ０である場合で、充電する電池３ｂの電圧Ｖｕｎを用いてクロス制御をする場合の、目標電圧Ｖｔ２を求める。目標電圧Ｖｔ２は、例えば、Ｖｔ２＝（Ｖｕｐ＋Ｖｕｎ）／２＋（Ｖ１＋Ｖ２）／２あるいはＶｔ２＝（Ｖｕｐ＋Ｖｕｎ）／２＋Ｖ２を用いる。
【００６１】
ステップＳ５１２では、制御部１が充電する電池３ｂの電圧Ｖｕｎと目標電圧Ｖｔ２とを比較し、Ｖｕｎ＝Ｖｔ２である場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ５１３に移行し、Ｖｕｎ＝Ｖｔ２でない場合（Ｎｏ）にはステップＳ５１１に移行する。
【００６２】
また、初期電圧の関係がＶｕｐ０＞Ｖｕｎ０である場合で、放電する電池３ａの電圧Ｖｕｐを用いてクロス制御をする場合は、ステップＳ５１０では目標電圧Ｖｔ１を求める。目標電圧Ｖｔ１は、例えば、Ｖｔ１＝（Ｖｕｐ＋Ｖｕｎ）／２−（Ｖ１＋Ｖ２）／２あるいはＶｔ１＝（Ｖｕｐ＋Ｖｕｎ）／２−Ｖ１を用いる。
【００６３】
ステップＳ５１２では、制御部１が放電する電池３ａの電圧Ｖｕｐと目標電圧Ｖｔ１とを比較し、Ｖｕｎ＝Ｖｔ１である場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ５１３に移行し、Ｖｕｎ＝Ｖｔ１でない場合（Ｎｏ）にはステップＳ５１１に移行する。
【００６４】
なお、説明したステップＳ５１０、Ｓ５１２については図７のＡ、Ｂを参照。
ステップＳ５１１では、初期電圧の関係がＶｕｐ０＜Ｖｕｎ０である場合で、放電する電池３ｂの電圧Ｖｕｎを用いてクロス制御をする場合の、目標電圧Ｖｔ２を求める。すなわち、電池３ｂから電池３ａに一定電流を流す場合の目標電圧Ｖｔ２は、例えば、Ｖｔ２＝（Ｖｕｐ＋Ｖｕｎ）／２−（Ｖ１＋Ｖ２）／２あるいはＶｔ２＝（Ｖｕｐ＋Ｖｕｎ）／２−Ｖ２を用いる。
【００６５】
ステップＳ５１２では、制御部１が放電する電池３ｂの電圧Ｖｕｎが目標電圧Ｖｔ２を比較し、Ｖｕｎ＝Ｖｔ２である場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ５１３に移行し、Ｖｕｎ＝Ｖｔ２でない場合（Ｎｏ）にはステップＳ５１１に移行する。
【００６６】
また、初期電圧の関係がＶｕｐ０＜Ｖｕｎ０である場合で、充電する電池３ａの電圧Ｖｕｐを用いてクロス制御をする場合は、ステップＳ５１１では目標電圧Ｖｔ１を求める。目標電圧Ｖｔ１は、例えば、Ｖｔ１＝（Ｖｕｐ＋Ｖｕｎ）／２＋（Ｖ１＋Ｖ２）／２あるいはＶｔ１＝（Ｖｕｐ＋Ｖｕｎ）／２＋Ｖ１を用いる。その場合のステップＳ５１２では、制御部１が充電する電池３ａの電圧Ｖｕｐと目標電圧Ｖｔ１とを比較し、Ｖｕｎ＝Ｖｔ１である場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ５１３に移行し、Ｖｕｎ＝Ｖｔ１でない場合（Ｎｏ）にはステップＳ５１１に移行する。
【００６７】
ステップＳ５１３では、制御部１が一定電流を流す定電流制御を停止する。
ステップＳ５１４〜Ｓ５１９は均等化補正制御を行う。
図６のステップＳ５１４では、制御部１が定電流制御を停止したのち、電池３ｂの電圧Ｖｕｎと、平均電圧ＶａＶｇ＋第１の閾値Ｖｓ１または平均電圧ＶａＶｇ−第１の閾値Ｖｓ１と比較する。第１の閾値Ｖｓ１は、例えば、電圧計測部４ａ、４ｂの計測精度や周辺環境などを加味して決められる値で、記憶部２などに予め記憶しておくことが考えられる。
【００６８】
ＶａＶｇ＋Ｖｓ１＜ＶｕｎまたはＶａＶｇ−Ｖｓ１＞Ｖｕｎの状態（Ｙｅｓ）になるとステップＳ５１５に移行する。ＶａＶｇ＋Ｖｓ１＜ＶｕｎまたはＶａＶｇ−Ｖｓ１＞Ｖｕｎでない場合（Ｎｏ）にはステップＳ５１４に移行して定電流制御の停止を継続する。
【００６９】
例えば、図７のＡの時間ｔ６において再度分極が発生し、時間ｔ７においてＶａＶｇ−Ｖｓ１に電圧Ｖｕｎがなると、定電流制御を行うためにステップＳ５１５に移行する。
また、図７のＡの時間ｔ６において再度分極をし、時間ｔ７においてＶａＶｇ＋Ｖｓ１に電圧Ｖｕｎがなると、定電流制御を行うためにステップＳ５１５に移行する。
【００７０】
なお、本例のステップＳ５１４では電池３ｂの電圧Ｖｕｎを用いて比較をしているが、電池３ａの電圧Ｖｕｐを用いてもよい。
ステップＳ５１５では、制御部１が電圧Ｖｕｐと電圧Ｖｕｎを比較し、電圧の関係がＶｕｐ＞Ｖｕｎである場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ５１６に移行し、Ｖｕｐ＜Ｖｕｎである場合（Ｎｏ）にはステップＳ５１８に移行する。なお、ステップＳ５１５において電圧がＶｕｐ＝Ｖｕｎの状態では定電流制御を停止する。
【００７１】
ステップＳ５１６では、制御部１が電池３ａから電池３ｂへ一定電流を流す定電流制御を開始する。図７のＡ、Ｂにおける時間ｔ５〜ｔ６、ｔ７〜ｔ８、ｔ９〜ｔ１０、ｔ１１〜ｔ１２を参照。
【００７２】
ステップＳ５１７では、制御部１が電池３ｂの電圧Ｖｕｎを計測し、平均電圧ＶａＶｇ−第２の閾値Ｖｓ２と比較する。第２の閾値Ｖｓ２は、例えば、電圧計測部４ａ、４ｂの計測精度や周辺環境などを加味して決められ、かつＶｓ２＜Ｖｓ１の値で、記憶部２などに予め記憶しておくことが考えられる。また、Ｖｓ２は０であってもよい。
【００７３】
ＶａＶｇ−Ｖｓ２＞Ｖｕｎである場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ５１５に移行する。また、ＶａＶｇ−Ｖｓ２＞Ｖｕｎでない場合（Ｎｏ）にはステップＳ５１３に移行して定電流制御の停止をする。図７のＡ、Ｂにおける時間ｔ６、ｔ８、ｔ１０、ｔ１２を参照。
【００７４】
なお、本例のステップＳ５１７では電池３ｂの電圧Ｖｕｎを用いて比較をしているが、電池３ａの電圧Ｖｕｐを用いてもよい。その場合、ＶａＶｇ＋Ｖｓ２＜Ｖｕｐである場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ５１５に移行する。また、ＶａＶｇ＋Ｖｓ２＜Ｖｕｐでない場合（Ｎｏ）にはステップＳ５１３に移行して定電流制御の停止をする。
【００７５】
ステップＳ５１８では、制御部１が電池３ｂから電池３ａへ一定電流を流す定電流制御を開始する。図７のＡ、Ｂにおける時間ｔ５〜ｔ６、ｔ７〜ｔ８、ｔ９〜ｔ１０、ｔ１１〜ｔ１２を参照。
【００７６】
ステップＳ５１９では、制御部１が電池３ｂの電圧Ｖｕｎを計測し、平均電圧ＶａＶｇ＋第２の閾値Ｖｓ２と比較する。
ＶａＶｇ＋Ｖｓ２＜Ｖｕｎである場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ５１５に移行する。また、ＶａＶｇ＋Ｖｓ２＜Ｖｕｎでない場合（Ｎｏ）にはステップＳ５１３に移行して定電流制御の停止をする。図７のＡ、Ｂにおける時間ｔ６、ｔ８、ｔ１０、ｔ１２を参照。
【００７７】
なお、本例のステップＳ５１９では電池３ｂの電圧Ｖｕｎを用いて比較をしているが、電池３ａの電圧Ｖｕｐを用いてもよい。その場合、ＶａＶｇ−Ｖｓ２＞Ｖｕｐである場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ５１５に移行する。また、ＶａＶｇ−Ｖｓ２＞Ｖｕｐでない場合（Ｎｏ）にはステップＳ５１３に移行して定電流制御の停止をする。
【００７８】
実施形態１では、クロス制御を終了したのちに分極が緩和し電池の電圧差がＶａＶｇ−Ｖｓ１〜ＶａＶｇ＋Ｖｓ１の範囲（第２の範囲）を超えた場合、断続して一定電流を供給することで、ＶａＶｇ−Ｖｓ２〜ＶａＶｇ＋Ｖｓ２の範囲（均等化補正制御のパルス幅変調処理を停止させる範囲）に近づける制御を行う。
【００７９】
実施形態１によれば、電池の電圧を均等にする時間を短縮でき、さらに電池電圧を均等にする精度を向上させることができるという効果を奏する。
実施形態２について説明する。
【００８０】
実施形態２では、１回目のクロス制御が終了したのちに分極が緩和して電池の電圧が、新に設定された目標電圧を超えた場合、クロス制御を断続的に繰り返し行う。
実施形態２の電池３ａ、３ｂの組の場合、パルス幅変調部４０３は電池３ａの電圧Ｖｕｐが目標電圧Ｖｔ１になるか、または電池３ｂの電圧Ｖｕｎが目標電圧Ｖｔ２になると、定電流制御を行うためのパルス幅変調処理である１回目のクロス制御を停止させる。
【００８１】
続いて、１回目のクロス制御が終了したのちに分極が緩和して、電池の電圧が設定された電圧を超えると２回目のクロス制御を行い、電池３ａの電圧Ｖｕｐが目標電圧Ｖｔ１ｎ（第３の目標電圧）になるか、または電池３ｂの電圧Ｖｕｎが目標電圧Ｖｔ２ｎ（第４の目標電圧）になると、定電流制御を行うためのパルス幅変調処理である２回目のクロス制御を停止させる。２回目以降のクロス制御において用いる目標電圧Ｖｔ１ｎ、Ｖｔ２ｎは、１回目のクロス制御と同様の方法で求めることが考えられる。
【００８２】
このとき、Ｖｔ１ｎはＶｔ１と近い値となり、Ｖｔ２ｎはＶｔ２と近い値となる。また、２回目以降のクロス制御で計測する内部抵抗に応じて決まる電圧Ｖ１ｎは１回目のクロス制御で計測されたＶ１と近い値となり、電圧Ｖ２ｎは１回目のクロス制御で計測されたＶ２と近い値となる。
実施形態２の動作について説明する。
【００８３】
図８は、実施形態２における電池充電装置の動作の一実施例を示すフロー図である。電池３ａと電池３ｂの組について説明をする。図９は、電池３ａから電池３ｂに一定電流を流すクロス制御における電圧と電流の変化を示す図である。
【００８４】
実施形態２では、実施形態１のステップＳ５０１〜Ｓ５１３の処理をすると、ステップＳ８０１〜Ｓ８１５に移行して均等化補正制御（２回目以降のクロス制御）を行う。
ステップＳ８０１では、ＶａＶｇ＋（Ｖ２＋Ｖｃ１）＜ＶｕｎまたはＶａＶｇ−（Ｖ２＋Ｖｃ１）＞Ｖｕｎであるか否かを判定する。ＶａＶｇ＋（Ｖ２＋Ｖｃ１）＜ＶｕｎまたはＶａＶｇ−（Ｖ２＋Ｖｃ１）＞Ｖｕｎである場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ８０２に移行し、そうでない場合（Ｎｏ）にはステップＳ８０１に移行する。本例では、１回目の調整電圧Ｖ２を用いているが、調整電圧Ｖ２の替わりに１回目の目標電圧Ｖｔ１、Ｖｔ２を用いて（Ｖｔ２−Ｖｔ１）／２を算出してもよい。
【００８５】
補正電圧Ｖｃ１（第１の補正電圧）は、後述するステップＳ８０８で２回目以降の調整電圧Ｖ２ｎを計測した後に、電池３ｂの電圧Ｖｕｎが平均電圧ＶａＶｇを超えないように余裕を持たせるための値である。図９のＡの９０１、９０２および図９のＣを参照。なお、補正電圧Ｖｃ１は０でもよい。
【００８６】
ステップＳ８０２では、制御部１が現在における電圧Ｖｕｐと電圧Ｖｕｎを比較し、Ｖｕｐ＞Ｖｕｎである場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ８０３に移行し、Ｖｕｐ＜Ｖｕｎである場合（Ｎｏ）にはステップＳ８０４に移行する。なお、電圧がＶｕｐ≒Ｖｕｎである場合にはこの組のセルバランス処理を行わない。すなわち、電圧Ｖｕｐと電圧Ｖｕｎとの電圧差が均等であると決めた範囲である場合にはセルバランス処理を行わない。
【００８７】
ステップＳ８０３では、初期電圧の関係がＶｕｐ＞Ｖｕｎである場合、制御部１が電池３ａから電池３ｂへ一定電流を流す定電流制御を行う。
ステップＳ８０４では、初期電圧の関係がＶｕｐ＜Ｖｕｎである場合、制御部１が電池３ｂから電池３ａへ一定電流を流す定電流制御を行う。
【００８８】
一定電流を流す定電流制御は、例えば、ＰＷＭ制御を用いて一定電流を電池３ａまたは電池３ｂに供給する。図９のＡとＢに示す時間ｔ４〜ｔ６まで一定電流を流すように定電流制御を行う。
【００８９】
ステップＳ８０５では制御部１が時間の計測を開始する。ステップＳ８０６では制御部１が計測した時間ｔｉｍｅと、内部抵抗を計測するために電池の特性などに基づいて決めた時間ｔ１とを比較してｔｉｍｅ＝ｔ４＋ｔ１になるまで計測をする。ｔｉｍｅ＝ｔ４＋ｔ１の場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ８０７に移行し、ステップＳ８０７で時間の計測を停止する。ｔｉｍｅ＜ｔ４＋ｔ１の場合（Ｎｏ）にはステップＳ８０６に移行する。
【００９０】
ステップＳ８０８では、制御部１が内部抵抗に応じて決まる調整電圧Ｖ１ｎ、Ｖ２ｎを求める。
図９における２回目以降のクロス制御の場合であれば、ｔ４からｔ１経過後における電圧Ｖｕｐと、ｔ４における電圧Ｖｕｐとの電圧差を求めて、調整電圧Ｖ１ｎとする。また、ｔ４からｔ１経過後における電圧Ｖｕｎと、ｔ４における電圧Ｖｕｎとの電圧差を求めて、調整電圧Ｖ２ｎとする。
【００９１】
図９における３回目以降のクロス制御の場合であれば、ｔ８からｔ１経過後における電圧Ｖｕｐと、ｔ８における電圧Ｖｕｐとの電圧差を求めて、調整電圧Ｖ１ｎとする。また、ｔ８からｔ１経過後における電圧Ｖｕｎと、ｔ８における電圧Ｖｕｎとの電圧差を求めて、調整電圧Ｖ２ｎとする。
【００９２】
ステップＳ８０９では、制御部１がステップＳ８０２と同様の比較し、電圧の関係がＶｕｐ＞Ｖｕｎである場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ８１０に移行し、Ｖｕｐ＜Ｖｕｎである場合（Ｎｏ）にはステップＳ８１３に移行する。なお、ステップＳ８０９において初期電圧がＶｕｐ＝Ｖｕｎの状態はないと考えられる。
【００９３】
ステップＳ８１０では、充電する電池３ｂの電圧Ｖｕｎを用いてクロス制御をする場合の、目標電圧Ｖｔ２ｎを求める。目標電圧Ｖｔ２ｎは、例えば、Ｖｔ２ｎ＝（Ｖｕｐ＋Ｖｕｎ）／２＋（Ｖ１ｎ＋Ｖ２ｎ）／２あるいはＶｔ２ｎ＝（Ｖｕｐ＋Ｖｕｎ）／２＋Ｖ２ｎを用いる。
【００９４】
ステップＳ８１１では、制御部１が電池３ａから電池３ｂへ一定電流を流す定電流制御を開始する。図９のＡ、Ｂにおける時間ｔ４〜ｔ６、ｔ８〜ｔ１０を参照。
ステップＳ８１２では、制御部１がＶｔ２ｎ−Ｖｓ３＞Ｖｕｎであるか否かを判定し、Ｖｔ２ｎ−Ｖｓ３＞Ｖｕｎである場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ８０９に移行し、Ｖｔ２ｎ−Ｖｓ３＞Ｖｕｎでない場合（Ｎｏ）にはステップＳ５１３に移行する。
【００９５】
ステップＳ８１３では、充電する電池３ｂの電圧Ｖｕｎを用いてクロス制御をする場合の、目標電圧Ｖｔ２ｎを求める。目標電圧Ｖｔ２ｎは、例えば、Ｖｔ２ｎ＝（Ｖｕｐ＋Ｖｕｎ）／２−（Ｖ１ｎ＋Ｖ２ｎ）／２あるいはＶｔ２ｎ＝（Ｖｕｐ＋Ｖｕｎ）／２＋Ｖ２ｎを用いる。
【００９６】
ステップＳ８１４では、制御部１が電池３ｂから電池３ａへ一定電流を流す定電流制御を開始する。図９のＡ、Ｂにおける時間ｔ４〜ｔ６、ｔ８〜ｔ１０を参照。
ステップＳ８１５では、制御部１がＶｔ２ｎ＋Ｖｓ３＜Ｖｕｎであるか否かを判定し、Ｖｔ２ｎ＋Ｖｓ３＜Ｖｕｎである場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ８０９に移行し、Ｖｔ２ｎ＋Ｖｓ３＜Ｖｕｎでない場合（Ｎｏ）にはステップＳ５１３に移行する。
【００９７】
第３の閾値Ｖｓ３は、目標電圧Ｖｔ１ｎまたはＶｔ２ｎを含む範囲で均等化補正制御のパルス幅変調処理を停止させるための値である。図９のＡの９０１、９０３および図９のＤを参照。なお、第３の閾値Ｖｓ３は０でもよい。
【００９８】
実施形態２では、１回目のクロス制御が終了したのちに分極が緩和して電池の電圧が、新に設定された目標電圧を超えた場合、クロス制御を断続的に繰り返し行う。
実施形態２によれば、電池の電圧を均等にする時間を短縮でき、さらに電池電圧を均等にする精度を向上させることができるという効果を奏する。
【００９９】
実施形態３について説明する。
実施形態３では、クロス制御を終了したのちに分極が緩和し電池の電圧差がＶａＶｇ−Ｖｓ１〜ＶａＶｇ＋Ｖｓ１の範囲を超えた場合、均等化補正制御として定電圧制御行う。定電圧制御は、例えば、ＰＩＤ（Proportinal Integral Differential）制御を利用したＰＷＭ制御などが考えられる。後述する図１１を参照。
【０１００】
ここで、本例ではＰＩＤ制御を行う際の離散伝達関数Ｇｃ（ｚ）を式５で表す。
【０１０１】
【数１】
2014075953.tif 000003
【０１０２】
この離散伝達関数Ｇｃ（ｚ）から式６に表すＰＷＭ値（デューティ）を求める。
ＰＷＭ値＝    前々回ＰＷＭ値
＋（差×係数ｋ０）
＋（前回差×係数ｋ１）          （式６）
＋（前々回差×係数ｋ２)
また、クロス制御を終了したのちに内部抵抗の緩和により電圧が一致した時点で定電圧制御を開始し、ＶａＶｇ−Ｖｓ２〜ＶａＶｇ＋Ｖｓ２の範囲に電池の電圧差を保つように制御をしてもよい。後述する図１２を参照。
【０１０３】
実施形態３の動作について説明する。
図１０は、実施形態３における電池充電装置の動作の一実施例を示すフロー図である。図１１、１２は、電池３ａから電池３ｂに定電圧制御を用いたセルバランス処理における電圧と電流の変化を示す図である。
【０１０４】
実施形態３の電池３ａ、３ｂの組の場合、パルス幅変調部４０３は、電池３ａの電圧Ｖｕｐが目標電圧Ｖｔ１になるか、または電池３ｂの電圧Ｖｕｎが目標電圧Ｖｔ２になると、定電流制御を行うためのパルス幅変調処理であるクロス制御を停止させる。続いて、第１の範囲より小さい第２の範囲を、電池３ａの電圧Ｖｕｐまたは電池３ｂの電圧が超えると、第２の範囲を超えないように定電圧制御を行うためのパルス幅変調処理に移行する。また、電池３ａの電圧Ｖｕｐまたは電池３ｂの電圧Ｖｕｎが平均電圧ＶａＶｇになると定電圧制御を行うためのパルス幅変調処理を停止させる。
【０１０５】
実施形態３では、実施形態１、２のステップＳ５０１〜Ｓ５１３までの処理をしたのち、ステップＳ１００１〜Ｓ１００９に示す処理を行う。
ステップＳＳ１００１では、制御部１が定電流制御を停止したのち、電池３ｂの電圧Ｖｕｎと、平均電圧ＶａＶｇ＋第１の閾値Ｖｓ１または平均電圧ＶａＶｇ−第１の閾値Ｖｓ１と比較する。
【０１０６】
ＶａＶｇ＋Ｖｓ１＜ＶｕｎまたはＶａＶｇ−Ｖｓ１＞Ｖｕｎである場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ１００２に移行する。ＶａＶｇ＋Ｖｓ１＜ＶｕｎまたはＶａＶｇ−Ｖｓ１＞Ｖｕｎでない場合（Ｎｏ）にはステップＳ１００１に移行して定電流制御の停止を継続する。
【０１０７】
例えば、図１１のＡの時間ｔ５において分極が緩和し、時間ｔ５においてＶａＶｇ−Ｖｓ１に電圧Ｖｕｎがなると、定電流制御を行うためにステップＳ１００２に移行する。
なお、本例のステップＳ１００１では電池３ｂの電圧Ｖｕｎを用いて比較をしているが、電池３ａの電圧Ｖｕｐを用いてもよい。
【０１０８】
ステップＳ１００２では、制御部１が現在の平均値ＶａＶｇ２＝（Ｖｕｐ＋Ｖｕｎ）／２を求める。
ステップＳ１００３では、制御部１が平均値ＶａＶｇ２と電池３ｂの電圧Ｖｕｎとの差△Ｖ＝ＶａＶｇ２−Ｖｕｎを求める。
【０１０９】
ステップＳ１００４〜Ｓ１００６では、制御部１が式２に示した計算を行い、ＰＷＭ値を求める。本例では、ステップＳ１００４でＰＷＭ値＝前々回ＰＷＭ値＋（△Ｖ×係数ｋ０）を求め、ステップＳ１００５でＰＷＭ値＝ＰＷＭ値＋（前回△Ｖ×係数ｋ１）を求め、ステップＳ１００６でＰＷＭ値＝ＰＷＭ値＋（前々回△Ｖ×係数ｋ２）を求めている。本例では、ステップＳ１００４〜Ｓ１００６を用いてＰＷＭ値を求めたが限定されるものではない。
【０１１０】
ステップＳ１００７では、制御部１がステップＳ１００４〜Ｓ１００６で求めたＰＷＭ値を用いてＰＷＭ制御を行い、定電圧制御を行う。図１１のＡ、Ｂの時間ｔ５〜ｔ６を参照。
【０１１１】
ステップＳ１００８で制御部１は、電流値が電流値Ｉｓより小さいか否かを判定し、電流値が電流値Ｉｓ以上である場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ１００２に移行する。また、電流値が電流値Ｉｓより小さい場合（Ｎｏ）には、ステップＳ１００９に移行してＰＷＭ制御（定電圧制御）の停止をする。例えば、図１１、１２を参照。
【０１１２】
ステップＳ１００９では、制御部１がＰＷＭ制御を停止してステップＳ１００１に移行する。
なお、図１２のＡ、Ｂに示すようにクロス制御の後に、内部抵抗の緩和により電池３ａと電池３ｂの電圧が一致した時点である図１２のｔ４から定電流制御を行ってもよい。
【０１１３】
実施形態３は内部抵抗の緩和時のずれが小さい場合に、定電圧制御を用いても実施形態１、２よりもセルバランス処理時間を短くすることができる。
また、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
【符号の説明】
【０１１４】
１  制御部、
２  記憶部、
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ  電池、
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ  電圧計測部、
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ  電流計測部、
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３  コイル、
４０１  調整電圧算出部、
４０２  目標電圧算出部、
４０３  パルス幅変調部、
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６、ＳＷ７  スイッチ、
【図１】
2014075953.tif 000004
【図２】
2014075953.tif 000005
【図３】
2014075953.tif 000006
【図４】
2014075953.tif 000007
【図５】
2014075953.tif 000008
【図６】
2014075953.tif 000009
【図７】
2014075953.tif 000010
【図８】
2014075953.tif 000011
【図９】
2014075953.tif 000012
【図１０】
2014075953.tif 000013
【図１１】
2014075953.tif 000014
【図１２】
2014075953.tif 000015