(57)【要約】【課題】電池の電圧を均等にする時間を短縮するとともに、セルバランス処理を安全に行う電池充電装置および電池充電方法を提供する。【解決手段】第１、第２の電池の内部抵抗と、第１、第２の電池の開始電圧の平均から目標電圧と、第１、第２の電池の目標電圧を変更し、変更した第１、第２の電池の目標電圧になるまで定電流充電を行うためのパルス幅変調処理を実行し、第１、第２の電池の電圧が均等になった後、第１、第２の電池の電圧が変更した第１、第２の電池の目標電圧になると定電流充電を行うためのパルス幅変調処理を停止させ、過放電の閾値または過充電の閾値になると定電圧充電を行うためのパルス幅変調処理に移行し、過放電の閾値または過充電の閾値を超えないように、過放電の目標電流または過充電の目標電流に、第１、第２の電池に流れる電流がなると定電圧充電を行うためのパルス幅変調処理を停止させるパルス幅変調部と、を備える電池充電装置。【選択図】図１
2014011840.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パルス幅変調処理を実行させるパルス幅変調部と、
前記第１の電池の定電流充電を行うための前記パルス幅変調処理の開始前の開始電圧と、決められた時間経過後の電圧との差である前記第１の電池の調整電圧と、前記第１の電池に流れる電流と、を用いて前記第１の電池の内部抵抗を求め、前記第２の電池の前記定電流充電を行うための前記パルス幅変調処理の開始前の開始電圧と、決められた時間経過後の電圧との差である前記第２の電池の調整電圧と、前記第２の電池に流れる電流と、を用いて前記第２の電池の内部抵抗を求める、内部抵抗算出部と、
前記第１の電池の開始電圧と前記第２の電池の開始電圧の平均から目標電圧を求める目標電圧算出部と、
前記第１の電池の調整電圧を用いて前記第１の電池の前記目標電圧を変更し、前記第２の電池の調整電圧を用いて前記第２の電池の前記目標電圧を変更する変更部と、
変更した前記第１の電池の前記目標電圧と変更した前記第２の電池の前記目標電圧になるまで前記定電流充電を行うための前記パルス幅変調処理中に、前記第１の電池と前記第２の電池それぞれの電圧が均等になったことを検出する検出部と、
前記第１の電池の電圧と前記第２の電池の電圧と、前記第１の電池の前記内部抵抗と前記第２の電池の前記内部抵抗と、により過放電の目標電流または過充電の目標電流を求める目標電流算出部と、を備え、
前記パルス幅変調部は、
電圧が均等であることを検出した後、前記第１の電池の電圧が変更した前記第１の電池の前記目標電圧になり、前記第２の電池の電圧が変更した前記第２の電池の前記目標電圧になると前記定電流充電を行うための前記パルス幅変調処理を停止し、
放電する電池の電圧が過放電の閾値または充電する電池の電圧が過充電の閾値になると定電圧充電を行うためのパルス幅変調処理に移行し、前記過放電の閾値または前記過充電の閾値を超えないようにし、
前記過放電の目標電流または前記過充電の目標電流に、前記第１の電池に流れる電流または前記第２の電池に流れる電流がなると前記定電圧充電を行うためのパルス幅変調処理を停止させる、
ことを特徴とする電池均等化装置。
【請求項２】
前記過放電の目標電流は、放電される電池の電圧が前記過放電の閾値となるときの充電される電池の電圧から前記過放電の閾値を減算した値を、前記第１の電池の前記内部抵抗と前記第２の電池の前記内部抵抗を加算した値で、除算して求める、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３】
前記過充電の目標電流は、充電される電池の電圧が前記過充電の閾値となるときの放電される電池の電圧から前記過充電の閾値を減算した値を、前記第１の電池の前記内部抵抗と前記第２の電池の前記内部抵抗を加算した値で、除算して求める、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充電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、
前記第１の電池と前記第２の電池それぞれの定電流充電を行うための前記パルス幅変調処理の開始前の開始電圧と、前記定電流充電を行うためのパルス幅変調処理の開始から決められた時間経過後の前記第１の電池と前記第２の電池それぞれの電圧と、前記第１の電池と前記第２の電池に流れる電流と、を取得し、
前記第１の電池の開始電圧と決められた時間経過後の電圧との差である前記第１の電池の調整電圧と、前記第１の電池に流れる電流と、を用いて前記第１の電池の内部抵抗を求め、
前記第２の電池の開始電圧と決められた時間経過後の電圧との差である前記第２の電池の調整電圧と、前記第２の電池に流れる電流と、を用いて前記第２の電池の内部抵抗を求め、
前記第１の電池の開始電圧と前記第２の電池の開始電圧の平均から目標電圧を求め、
前記第１の電池の調整電圧を用いて前記第１の電池の前記目標電圧を変更し、前記第２の電池の調整電圧を用いて前記第２の電池の前記目標電圧を変更し、
変更した前記第１の電池の前記目標電圧と変更した前記第２の電池の前記目標電圧になるまで定電流充電を行うための前記パルス幅変調処理をし、前記第１の電池と前記第２の電池それぞれの電圧が均等になったことを検出し、
電圧が均等であることを検出した後、前記第１の電池の電圧が変更した前記第１の電池の前記目標電圧になり、前記第２の電池の電圧が変更した前記第２の電池の前記目標電圧になると定電流充電を行うための前記パルス幅変調処理を停止し、
放電する電池の電圧が過放電の閾値または充電する電池の電圧が過充電の閾値になると定電圧充電を行うためのパルス幅変調処理に移行し、前記過放電の閾値または前記過充電の閾値を超えないようにし、
前記過放電の閾値または前記過充電の閾値になった前記第１の電池の電圧または前記第２の電池の電圧と、前記第１の電池の前記内部抵抗と前記第２の電池の前記内部抵抗と、により求まる過放電の目標電流または過充電の目標電流に、前記第１の電池に流れる電流または前記第２の電池に流れる電流がなると前記定電圧充電を行うための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】
前記過放電の目標電流は、放電される電池の電圧が前記過放電の閾値となるときの充電される電池の電圧から前記過放電の閾値を減算した値を、前記第１の電池の前記内部抵抗と前記第２の電池の前記内部抵抗を加算した値で、除算して求める、ことを特徴とする請求項４に記載の電圧均等化方法。
【請求項６】
前記過充電の目標電流は、充電される電池の電圧が前記過充電の閾値となるときの放電される電池の電圧から前記過充電の閾値を減算した値を、前記第１の電池の前記内部抵抗と前記第２の電池の前記内部抵抗を加算した値で、除算して求める、ことを特徴とする請求項４に記載の電圧均等化方法。
【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点がある。
【０００３】
また、電池の過充電領域と過放電領域の付近でセルバランス処理を開始すると、各電池の電圧がセルバランス処理中または終了時に目標電圧からずれて過充電または過放電の閾値を超えてしまうという問題がある。
【０００４】
関連する技術として、各電池に内部抵抗のバラツキがあっても、充電時に電池が最大電圧を超えることによる劣化促進を抑制し、かつ無駄なバランス放電を抑制するバッテリの充放電制御方法及び充放電制御装置が開示されている。このバッテリの充放電制御方法及び充放電制御装置によれば、各電池セルの充電開始電圧を設定する電圧設定工程と、各電池に接続された放電回路を用いて、設定された充電開始電圧となるまで各電池を放電させる放電工程と、を有し、電圧設定工程では内部抵抗の大きい電池ほど充電開始電圧を低く設定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２３２６５９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、電池の電圧を均等にする時間を短縮するとともに、セルバランス処理を安全に行う電池充電装置および電池充電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】
本発明の態様のひとつである電池均等化装置は、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、内部抵抗算出部、目標電圧算出部、変更部、検出部、目標電流算出部、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ている。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ている。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、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。
【０００９】
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の電池に流れる電流を計測する。
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パルス幅変調処理を実行させる。
【００１０】
内部抵抗算出部は、第１の電池の定電流充電を行うためのパルス幅変調処理の開始前の開始電圧と、決められた時間経過後の電圧との差である第１の電池の調整電圧と、第１の電池に流れる電流と、を用いて第１の電池の内部抵抗を求める。また、第２の電池の定電流充電を行うためのパルス幅変調処理の開始前の開始電圧と、決められた時間経過後の電圧との差である第２の電池の調整電圧と、第２の電池に流れる電流と、を用いて第２の電池の内部抵抗を求める。
【００１１】
目標電圧算出部は、第１の電池の開始電圧と第２の電池の開始電圧の平均から目標電圧を求める。
変更部は、第１の電池の調整電圧を用いて第１の電池の目標電圧を変更し、第２の電池の調整電圧を用いて第２の電池の目標電圧を変更する。
【００１２】
検出部は、変更した第１の電池の目標電圧と変更した第２の電池の目標電圧になるまで定電流充電を行うためのパルス幅変調処理中に、第１の電池と第２の電池それぞれの電圧が均等になったことを検出する。
【００１３】
目標電流算出部は、第１の電池の電圧と第２の電池の電圧と、第１の電池の内部抵抗と第２の電池の内部抵抗と、により過放電の目標電流または過充電の目標電流を求める。
また、パルス幅変調部は、電圧が均等であることを検出した後、第１の電池の電圧が変更した第１の電池の目標電圧になり、第２の電池の電圧が変更した第２の電池の目標電圧になると定電流充電を行うためのパルス幅変調処理を停止する。
【００１４】
また、パルス幅変調部は、過放電であることを示す決められた過放電の閾値または過充電であることを示す決められた過放電の閾値になると定電圧充電を行うためのパルス幅変調処理に移行し、過放電の閾値または過充電の閾値を超えないようにする。
【００１５】
また、パルス幅変調部は過放電の目標電流または過充電の目標電流に、第１の電池に流れる電流または第２の電池に流れる電流がなると定電圧充電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】
【００１６】
本実施形態によれば、電池の電圧を均等にする時間を短縮するとともに、セルバランス処理を安全に行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】電池充電装置の一実施例を示す図である。
【図２】制御部の一実施例を示す図である。
【図３】セルバランス処理中の組ごとの電流の流れを示す図である。
【図４】組電池が電力供給状態にない場合のセルバランス処理における組ごとの電池電圧の変化を示す図である。
【図５】電圧を均等にする際に過充電と過放電を抑止する動作の一実施例を示す図である。
【図６】電圧を均等にする際に過充電と過放電を抑止する動作の一実施例を示す図である。
【図７】電圧を均等にする際に過充電と過放電を抑止する動作の一実施例を示す図である。
【図８】セルバランス処理における組ごとの電池電圧の変化を示す図である。
【図９】セルバランス処理における組ごとの電池電圧の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下図面に基づいて、実施形態について詳細を説明する。
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。電池３ａ〜３ｄは二次電池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。
【００１９】
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。
【００２０】
本実施例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制御と、２）電圧を均等にする際に電池３ａ〜３ｄが過充電と過放電にならないように安全に制御を行う。ここで、過充電と過放電は電池自身の特性により決まる電池の蓄電機能が劣化する電圧とすることが考えられる。ただし、利用者が仕様として決めた電圧でもよい。
【００２１】
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。
【００２２】
図２は、制御部の一実施例を示す図である。制御部１は、例えば、内部抵抗算出部２０１、目標電圧算出部２０２、変更部２０３、検出部２０４、目標電流算出部２０５、パルス幅変調部２０６を有している。
【００２３】
内部抵抗算出部２０１は電池３ａ〜３ｄの内部抵抗を求める。電池３ａ、３ｂの組について考えた場合、例えば、電池３ａ（第１の電池）の定電流充電を行うためのパルス幅変調処理の開始前の開始電圧と、決められた時間経過後の電圧との差である電池３ａの調整電圧と、組電池とコイルＬ１に流れる電流により決まる電池３に流れる電流と、を用いて電池３ａの内部抵抗を求める。また、電池３ｂ（第２の電池）の定電流充電を行うためのパルス幅変調処理の開始前の開始電圧と、決められた時間経過後の電圧との差である電池３ｂの調整電圧と、組電池とコイルに流れる電流により決まる第２の電池に流れる電流と、を用いて電池３ｂの内部抵抗を求める。同様にして、電池３ｂ、３ｃの組、電池３ｃ、３ｄの組の内部抵抗を求める。
【００２４】
目標電圧算出部２０２は、組ごとの電池３の開始電圧の平均から目標電圧を求める。例えば、電池３ａと電池３ｂの組の場合、電池３ａの開始電圧と電池３ｂの開始電圧の平均から目標電圧を求める。
【００２５】
変更部２０３は、組ごとの電池３の調整電圧を用いて目標電圧を変更する。例えば、電池３ａの調整電圧を用いて電池３ａの目標電圧を変更し、電池３ｂの調整電圧を用いて電池３ｂの目標電圧を変更する。
【００２６】
検出部２０４は、定電流充電を行うためのパルス幅変調処理中に、電池それぞれの電圧が均等になったことを検出する。例えば、変更した電池３ａの目標電圧と変更した電池３ｂの目標電圧になるまで定電流充電を行うためのパルス幅変調処理中に、電池３ａと電池３ｂそれぞれの電圧が均等であることを検出する。
【００２７】
目標電流算出部２０５は組ごとの過放電の目標電流または過充電の目標電流を求める。例えば、組ごとの電池３ａの電圧と電池３ｂの電圧と、電池３ａの内部抵抗と電池３ｂの内部抵抗と、を用いて過放電の目標電流または過充電の目標電流を求める。
【００２８】
パルス幅変調部２０６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。
また、パルス幅変調部２０６は、例えば、電圧が均等であることを検出した後、電池３ａの電圧が変更した電池３ａの目標電圧になり、電池３ｂの電圧が変更した電池３ｂの目標電圧になると定電流充電を行うためのパルス幅変調処理を停止する。
【００２９】
また、パルス幅変調部２０６は、放電する電池の電圧が過放電の閾値または充電する電池の電圧が過充電の閾値になると定電圧充電を行うためのパルス幅変調処理に移行し、過放電の閾値または過充電の閾値を超えないようにする。
【００３０】
また、パルス幅変調部２０６は、定電圧充電を行うためのパルス幅変調処理に移行した後、過放電の目標電流または過充電の目標電流に、例えば、電池３ａに流れる電流または電池３ｂに流れる電流がなると定電圧充電を行うためのパルス幅変調処理を停止させる。
【００３１】
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。
【００３２】
電圧計測部４ａ〜４ｄ、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。
【００３３】
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。
コイルＬ１〜Ｌ３は、各組ごとの放電する電池３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３に供給して充電するために用いる。
【００３４】
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。
図１の電池充電装置の接続について説明する。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
１）電池３の電圧を均等にする時間を短縮する制御の説明
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３の平均電圧である目標電圧から、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。
【００３９】
また、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。
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３の目標電圧と充電をする電池３の目標電圧を、調整電圧を用いて式１、式２に示す電圧に変更をする。
【００４０】
・放電をする電池の変更後の目標電圧
変更後の目標電圧Ｇ１＝目標電圧Ｇ−調整電圧Ｖ１      式１
Ｇ１：放電をする電池の変更後の目標電圧
Ｇ  ：組ごとの電池の平均電圧（変更前の目標電圧）
Ｖ１：内部抵抗に応じて決まる電圧
・充電をする電池の変更後の目標電圧
変更後の目標電圧Ｇ２＝目標電圧Ｇ＋調整電圧Ｖ２      式２
Ｇ２：充電をする電池の変更後の目標電圧（変更前の目標電圧）
Ｇ  ：組ごとの電池の平均電圧
Ｖ２：内部抵抗に応じて決まる電圧
内部抵抗の推定と調整電圧の求め方について説明する。
【００４１】
図３、図４を用いて内部抵抗の推定と調整電圧の求め方について説明する。図３は、セルバランス処理中の組ごとの電流の流れを示す図である。図３の電池３ａが放電される電池で、電池３ｂが充電される電池とする。図３の電流Ｉ１は組電池の電池３ａ、３ｂに流れる電流で、電流Ｉ２にはコイルＬ１から電池３ｂに流れる電流である。図４は、組電池が電力供給状態にない場合のセルバランス処理における組ごとの電池電圧の変化を示す図である。図４の縦軸は電池の電圧を示し、横軸は時間を示している。なお、組電池が電力供給状態にない場合、図３の電流Ｉ１は流れないものとする。また、図４の電圧Ｖｍ１（放電する電池の電圧）、Ｖｍ２（充電する電池の電圧）は電池３ａ、３ｂそれぞれの電圧計測部４ａ、４ｂが計測した電圧を示す。電圧ＯＣＶ１、ＯＣＶ２は電池３ａ、３ｂそれぞれのＯＣＶ（open circuit voltage）電圧を示す。Ｖｔａｒｇｅｔは平均電圧を含む範囲を示す。
【００４２】
組電池が電力供給状態にない場合ａ１）ａ２）と充放電している場合ｂ１）ｂ２）について説明する。
ａ１）組電池が電力供給状態にない場合、組ごとにセルバランス処理を開始させたときの放電する電池３ａの開始電圧から所定時間経過した時点ｔ０までに降下した電圧を調整電圧Ｖ１とする。また、組ごとにセルバランス処理を開始させたときの充電する電池３ｂの開始電圧から所定時間経過した時点ｔ０までに上昇した電圧を調整電圧Ｖ２とする。図４のＶ１とＶ２を参照。ここで、所定時間とは内部抵抗の影響により電圧が降下するまでの時間または電圧が上昇するまでの時間である。なお、電圧が降下する時間と電圧が上昇する時間は電池の特性によるため、実験またはシミュレーションなどで予め求めておくことが考えられる。
【００４３】
ａ２）また、組電池が電力供給状態にない場合、電池３ａ〜３ｄ各々の電圧および電池３ａ〜３ｄ各々に流れる電流を用いて、内部抵抗を推定する第１の推定情報を参照し、電池３ａ〜３ｄ各々に対応する内部抵抗を推定する。続いて、電池３ａ〜３ｄごとに推定した内部抵抗と電池３ａ〜３ｄ各々に流れる電流を用いて、電池３ａ〜３ｄそれぞれに対応する調整電圧Ｖ１、Ｖ２を求める。第１の推定情報は記憶部２などに記憶され、図１に示す電池充電装置のスイッチＳＷ１〜ＳＷ７を開状態にしたときに決まる電池３のＯＣＶ電圧と電池３に流れる電流とが関連付けられる情報である。また、精度を向上させるために、さらに電池３または組電池の温度ごとの第１の推定情報を複数記憶して、ＯＣＶ電圧と電池３に流れる電流と、温度とを用いて内部抵抗を求めてもよい。
【００４４】
図３の場合であれば、電池３ａ、３ｂの電圧および電流を用いて、第１の推定情報を参照し、電池３ａ、３ｂの内部抵抗を推定する。続いて、電池３ａ、３ｂごとに推定した内部抵抗と電池３ａ、３ｂ各々に流れる電流Ｉ０（＝Ｉ２）を用いて、電池３ａ、３ｂそれぞれに対応する調整電圧Ｖ１、Ｖ２を求める。
【００４５】
ｂ１）組電池がモータなどの負荷に電力を供給している場合（電力供給状態にある場合：組電池から放電）、または外部電力源から電力の供給がある場合（組電池を充電）について説明する。
【００４６】
電池３ａ〜３ｄ各々の電圧および電池３ａ〜３ｄ各々に流れる電流を用いて、内部抵抗を推定するための第２の推定情報を参照し、電池３ａ〜３ｄ各々に対応する内部抵抗を推定する。第２の推定情報は記憶部２などに記憶され、図１に示す電池充電装置のスイッチＳＷ７を閉状態のときに決まる電池３のＣＣＶ（closed circuit voltage）電圧と電池３に流れる電流とが関連付けられる情報である。また、精度を向上させるためにさらに電池３または組電池の温度ごとの第２の推定情報を複数記憶して、ＣＣＶ電圧と電池３に流れる電流と、温度とを用いて内部抵抗を求めてもよい。
【００４７】
図３の場合であれば、電池３ａ、３ｂの電圧および電流を用いて、第２の推定情報を参照し、電池３ａ、３ｂの内部抵抗を推定する。続いて、電池３ａ、３ｂごとに推定した内部抵抗と電池３ａ、３ｂに流れる電流（電流Ｉ１、Ｉ２により決まる電流）を用いて、電池３ａ、３ｂそれぞれに対応する調整電圧Ｖ１、Ｖ２を求める。
【００４８】
ｂ２）また、組ごとにセルバランス処理を開始する前の放電する電池３の開始電圧Ｖｄ０と、セルバランス処理の開始から所定時間経過した時点の電圧Ｖｄ１と、を用いて放電する電池３の内部抵抗Ｒ１を求めてもよい。さらに、組ごとのセルバランス処理を開始する前の充電する電池３の開始電圧Ｖｃ０と、セルバランス処理の開始から所定時間経過した時点の電圧Ｖｃ１と、を用いて充電する電池３の内部抵抗Ｒ２を求めてもよい。組ごとの内部抵抗Ｒ１、Ｒ２の推定は式３、式４を用いて求める。
【００４９】
・放電をする電池の内部抵抗
Ｒ１＝（Ｖｄ０−Ｖｄ１）／Ｉｄ０                      式３
Ｒ１  ：組ごとの電池の内部抵抗（例えば、数ｍΩ〜数１００ｍΩ）
Ｖｄ０：放電する電池のセルバランス処理開始前の電圧
Ｖｄ１：放電する電池のセルバランス処理開始から所定時間経過した時点の電圧
Ｉｄ０：放電する電池に流れる電流
・充電をする電池の内部抵抗
Ｒ２＝（Ｖｃ１−Ｖｃ０）／Ｉｃ０                      式４
Ｒ２  ：組ごとの電池の内部抵抗（例えば、数ｍΩ〜数１００ｍΩ）
Ｖｃ０：充電する電池のセルバランス処理開始前の電圧
Ｖｃ１：充電する電池のセルバランス処理開始から所定時間経過した時点の電圧
Ｉｃ０：充電する電池に流れる電流
なお、電力供給状態にある場合（組電池から放電）は、図３の電流Ｉ１の向きは、組電池から流れ出る方向、即ち図３の電流Ｉ１を示す矢印と逆方向（上向き）になる。また、外部電力源から電力の供給がある場合（組電池を充電）は、図３の電流Ｉ１の向きは、組電池に流れ込む方向、即ち図３の電流Ｉ１を示す矢印と同じ方向（下向き）になる。
【００５０】
従って、図３の場合であれば、電力供給状態にある場合（組電池から放電）は、Ｉｄ０＝Ｉ１＋Ｉ２、Ｉｃ０＝Ｉ１−Ｉ２となり、外部電力源から電力の供給がある場合（組電池を充電）は、Ｉｄ０＝Ｉ１−Ｉ２、Ｉｃ０＝Ｉ１＋Ｉ２となる。
【００５１】
なお、図３の例では電池３ａ、３ｂ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、５ｂの計測した電流を用いて求めているが、電池３ａ、３ｂ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、３ｂ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、３ｂ各々に流れる電流を計測して求めてもよい。
【００５２】
続いて、電池３ａ〜３ｄごとに推定した内部抵抗と電池３ａ〜３ｄ各々に流れる電流を用いて、電池３ａ〜３ｄそれぞれに対応する調整電圧Ｖ１、Ｖ２を求める。
図３の場合であれば、電池３ａの電圧Ｖｄ０、Ｖｄ１と、電池３ｂの電圧Ｖｃ１、Ｖｃ０と、電池３ａ、３ｂそれぞれに流れる電流Ｉｄ０、Iｃ０と、を電圧計測部４ａ、４ｂ、電流計測部５ａ、５ｂから制御部１が取得する。そして、制御部１が式３、式４を用いて電池３ａ、３ｂの内部抵抗Ｒ１、Ｒ２を求める。
【００５３】
セルバランス処理について説明する。
図１の場合、電池３ａ、３ｂの組をまず選択して電池３ａ、３ｂの組のセルバランス処理が完了すると、次の電池３ｂ、３ｃの組を選択してセルバランス処理をし、電池３ｂ、３ｃの組のセルバランス処理が完了すると、次の電池３ｃ、３ｄの組を選択する。電池３ｃ、３ｄの組のセルバランス処理が完了すると、全ての電池の電圧が均等であるか否かを判定し、均等でない場合には再度セルバランス処理を行い、例えば、決められた電圧になるまで組ごとにセルバランス処理を実行する。
【００５４】
セルバランス処理はＰＷＭ制御を用いて行う。例えば、式５〜式７を用いてパルス幅を求める。ただし、式５〜式７に限定されるものではない。
ＩＬ＝α×Ｉｍａｘ×（Ｖｍ１０−Ｖｍ２０）            式５
Ａ  ＝（Ｖｍ２０×Ｄ）−（Ｖｍ１０×（１−Ｄ））      式６
ＩＬ＝Ａ／（Ｌ×ｆｒｅｑ）                            式７
ＩＬ    ：コイルＬ１〜Ｌ３に流れる電流
α      ：重み付け係数
Ｉｍａｘ：電池に流せる許容電流
Ｖｍ１０：放電する電池の開始電圧（Ｖｍ１０＞Ｖｍ２０）
Ｖｍ２０：充電する電池の開始電圧
Ｄ      ：デューティ比
Ｌ      ：コイルＬ１〜Ｌ３のインダクタンス
ｆｒｅｑ：予め決めたパルス周波数
なお、αは単純な比例係数だが電位差（Ｖｍ１０−Ｖｍ２０）に閾値を設けておいて、閾値を境にαを変化させてもよい。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ことが考えられる。また、デューティ比Ｄを決定しておき、パルス周波数ｆｒｅｑを計算するようにしてもよい。
【００５５】
続いて、組ごとにＰＷＭ制御を実行して放電する電池の電圧と充電する電池の電圧が均等になるクロス点を検出した後、ａ１）ａ２）ｂ１）ｂ２）で説明した調整電圧Ｖ１、Ｖ２になるまでＰＷＭ制御を継続し、調整電圧Ｖ１、Ｖ２を検出するとＰＷＭ制御を停止する。ａ１）ａ２）のクロス点とＰＷＭ制御の停止時間については、図４の時間ｔ１と時間ｔ２を参照。ｂ１）ｂ２）の場合については後述する。
【００５６】
項目１）に示した制御をすることにより、組ごとの電池の電圧を均等にする時間を短縮することができる。従来のように電圧が均等になるまでＣＣ充電制御をし、均等になると内部抵抗の影響（例えば分極）を最小にするようにＣＶ（constant voltage）充電制御をするとＣＶ充電制御の時間が長くなり、セルバランス処理時間が長くなる。本実施例では、内部抵抗の影響を予め推定してクロス点後の目標電圧Ｇ１、Ｇ２（Ｇ１とＧ２は調整電圧Ｖ１、Ｖ２を使って変更した後の目標電圧であり、Ｇ１とＧ２の電圧差はＶ１＋Ｖ２である）になるまでＣＣ（constant current）充電をし、その後電池３の特性により電圧を均等するため、ＣＶ充電制御の時間がない。その結果、組ごとのセルバランス処理時間を短縮することができる。
２）電圧を均等にする際に過充電と過放電にならないようにする制御の説明
上記１）ではセルバランス処理時間を短縮することに注目したが、電力供給状態にある場合（組電池から放電）または外部電力源から電力供給状態にある場合（組電池から充電）に、過充電と過放電になる場合が想定される。すなわち、電池の過放電領域との境界を示す閾値Ｖｄｓと過充電領域との境界を示す閾値Ｖｃｓの付近においてＰＷＭ制御を開始すると、閾値Ｖｄｓ、Ｖｃｓを超えてしまうことが想定される。その結果、電池が劣化してしまうことが考えられる。
【００５７】
そこで、電池の電圧が閾値Ｖｄｓ、Ｖｃｓを超えた場合には現在実行しているＰＷＭ制御から、過充電または過放電にならないようにＣＶ充電を行うＰＷＭ制御に移行させる。
図５〜７を用いて組ごとのセルバランス処理について説明をする。図５〜６は、電圧を均等にする際に過充電と過放電を抑止する動作の一実施例を示す図である。ステップＳ５０１では、制御部１が各電池３の開始電圧を取得する。図３の場合、セルバランス処理を開始する前の放電する電池３ａの開始電圧Ｖｄ０と充電する電池３ｂの開始電圧Ｖｃ０を取得する。
【００５８】
ステップＳ５０２では、制御部１が目標電圧Ｇを含む目標電圧範囲Ｖｔａｒｇｅｔを求める。開始電圧Ｖｄ０と開始電圧Ｖｃ０を用いて平均電圧（Ｖｄ０＋Ｖｃ０）／２を求める。目標電圧範囲Ｖｔａｒｇｅｔは平均電圧を有する範囲で、平均電圧±βである。βは予め決められた電圧値である。
【００５９】
ステップＳ５０３で制御部１はセルバランス処理を開始する。
ステップＳ５０４では、制御部１が決められた時間経過後の各電池３の電圧Ｖｄ１、Ｖｃ１と、各電池３に流れる電流Ｉｄ０、Ｉｃ０を取得する。図３の場合、電池３ａの電圧Ｖｄ１、電流Ｉｄ０と充電する電池３ｂの電圧Ｖｃ１、電流Ｉｃ０を取得する。
【００６０】
ステップＳ５０５では、制御部１が組ごとの各電池３の内部抵抗Ｒ１、Ｒ２を求める。式３、式４を参照。
ステップＳ５０６では、制御部１が調整電圧Ｖ１、Ｖ２を求める。式１、式２を参照。ステップＳ５０７では、制御部１が補正した目標電圧Ｇ１、Ｇ２を求める。式１、式２を参照。
【００６１】
ステップＳ５０８では、現在の電圧計測部４が計測した各電池３の電圧Ｖｍ１、Ｖｍ２を取得してクロス点を検出したか否かを判定し、クロス点を検出した場合（Ｙｅｓ）は図６のステップＳ５０９に移行する。クロス点を検出していない場合（Ｎｏ）はステップＳ５０８に移行し、セルバランス処理を継続する。
【００６２】
図８、図９に示すクロス点（時間ｔ１）を参照。図８、図９は、セルバランス処理における組ごとの電池電圧の変化を示す図である。図８、９の縦軸は電池の電圧を示し、横軸は時間を示している。なお、図８は電力供給状態にある場合（組電池から放電）を示し、図９は外部電力源から電力の供給がある場合（組電池を充電）を示す。
【００６３】
ステップＳ５０９では、現在の電圧計測部４が計測した各電池３の電圧Ｖｍ１と閾値Ｖｄｓを比較し、電圧Ｖｍ１が閾値Ｖｄｓより小さい場合（Ｙｅｓ）はステップＳ５１３に移行する。電圧Ｖｍ１≧閾値Ｖｃｄの場合（Ｎｏ）はステップＳ５１０に移行する。
【００６４】
ステップＳ５１０では、電圧Ｖｍ２が閾値Ｖｃｓより大きい場合（Ｙｅｓ）はステップＳ５１９に移行する。電圧Ｖｍ２≦閾値Ｖｃｓの場合（Ｎｏ）はステップＳ５１１に移行する。
【００６５】
ステップＳ５１１では、電圧計測部４が計測した各電池３の現在の電圧Ｖｍ１、Ｖｍ２が修正した目標電圧Ｇ１、Ｇ２を含む目標電圧範囲Ｖｔａｒｇｅｔ’にあるか否かを判定し、目標電圧範囲Ｖｔａｒｇｅｔ’内である場合（Ｙｅｓ）は図６のステップＳ５１２に移行してセルバランス処理を停止する。目標電圧範囲Ｖｔａｒｇｅｔ’外である場合（Ｎｏ）はステップＳ５０９に移行し、セルバランス処理を継続する。
【００６６】
ステップＳ５１３〜Ｓ５１８の処理は過放電になることを回避する処理である。セルバランス処理を継続していくと放電される電池３の電圧は低下し、充電される電池３の電圧は増加する。図３の場合、放電される電池３ａの電圧Ｖｍ１が過放電の閾値Ｖｄｓになるとき、充電される電池３ｂの電圧Ｖｍ２がＶｃ１になる。図８の時間ｔｃｖ１参照。
【００６７】
続いて、放電される電池３の電圧が閾値Ｖｄｓを下回らないよう電流を下げていく第１のＣＶ充電制御へ移行する。図８の第１のＣＶ充電制御を参照。
続いて、放電される電池３の電圧が閾値Ｖｄｓを下回らないように電流を下げて、電流が目標電流Ｉｔａｒｇｅｔ１（過放電の目標電流）になるとセルバランス処理を終了させる。目標電流Ｉｔａｒｇｅｔ１は式８により求める。
【００６８】
Ｉｔａｒｇｅｔ１＝（Ｖｃ１−Ｖｄｓ）／（Ｒ１＋Ｒ２）        式８
Ｉｔａｒｇｅｔ１：第１のＣＶ充電制御を停止するための目標電流
Ｖｄｓ：過放電の閾値
Ｖｃ１：放電される電池の電圧が過放電の閾値になるときの充電される電池の計測電圧
ステップＳ５１３では、電圧計測部４が計測した電池３の現在の電圧Ｖｍ１を制御部１が取得する。
【００６９】
ステップＳ５１４では、制御部１が目標電流Ｉｔａｒｇｅｔ１＝（Ｖｃ１−Ｖｄｓ）／（Ｒ１＋Ｒ２）を求める。
ステップＳ５１５では、制御部１が定電圧充電を行うためのパルス幅変調処理（第１のＣＶ充電制御）に移行する。
【００７０】
ステップＳ５１６では、制御部１が放電する電池３に流れる電流Ｉｄを求める。図３の場合、電流計測部５ａ、５ｂから電流値を取得し、放電する電池３ａに流れる電流Ｉｄを求める。
【００７１】
ステップＳ５１７では、制御部１が電流Ｉｄと目標電流Ｉｔａｒｇｅｔ１を比較し、電流Ｉｄが目標電流Ｉｔａｒｇｅｔ１と同じか超えている場合（Ｙｅｓ）はステップＳ５１８に移行し、目標電流Ｉｔａｒｇｅｔ１を超えていない場合（Ｎｏ）はステップＳ５１７に移行する。
【００７２】
ステップＳ５１８では、制御部１が第１のＣＶ充電制御を終了する。
その結果、内部抵抗Ｒ１、Ｒ２と電流による電圧変動が解消する。
ステップＳ５１９〜Ｓ５２４の処理は過充電になることを回避する処理である。セルバランス処理を継続していくと充電される電池３の電圧は増加し、放電される電池３の電圧は低下する。図３の場合、充電される電池３ａの電圧Ｖｍ２が過充電の閾値Ｖｃｓになるとき、放電される電池３ｂの電圧Ｖｍ１がＶｄ１になる。図９の時間ｔｃｖ２参照。
【００７３】
続いて、充電される電池３の電圧が閾値Ｖｃｓを上回らないよう電流を下げていく第２のＣＶ充電制御へ移行する。図９の第２のＣＶ充電制御を参照。
続いて、閾値Ｖｃｓを上回らないように電流を下げて、電流が目標電流Ｉｔａｒｇｅｔ２（過充電の目標電流）になるとセルバランス処理を終了させる。目標電流Ｉｔａｒｇｅｔ２は式９により求める。
【００７４】
Ｉｔａｒｇｅｔ２＝（Ｖｃｓ−Ｖｄ１）／(Ｒ１＋Ｒ２)        式９
Ｉｔａｒｇｅｔ２：第２のＣＶ充電制御を停止するための目標電流
Ｖｃｓ：過充電の閾値
Ｖｄ１：充電される電池の電圧が過充電の閾値になるときの放電される電池の計測電圧
ステップＳ５１９では、電圧計測部４が計測した電池３の現在の電圧Ｖｍ２を制御部１が取得する。
【００７５】
ステップＳ５２０では、制御部１が目標電流Ｉｔａｒｇｅｔ２＝（Ｖｃｓ−Ｖｄ１）／（Ｒ１＋Ｒ２）を求める。
ステップＳ５２１では、制御部１が定電圧充電を行うためのパルス幅変調処理（第２のＣＶ充電制御)に移行する。
【００７６】
ステップＳ５２２では、制御部１が充電する電池３に流れる電流Ｉｃを求める。図３の場合、電流計測部５ａ、５ｂから電流値を取得し、充電する電池３ｂに流れる電流Ｉｃを求める。
【００７７】
ステップＳ５２３では、制御部１が電流Ｉｃと目標電流Ｉｔａｒｇｅｔ２を比較し、目標電流Ｉｔａｒｇｅｔ２と同じか超えている場合（Ｙｅｓ）はステップＳ５２４に移行し、目標電流Ｉｔａｒｇｅｔ２を超えていない場合（Ｎｏ）はステップＳ５２４に移行する。
【００７８】
ステップＳ５２４では、制御部１が第２のＣＶ充電制御を終了する。
その結果、内部抵抗Ｒ１、Ｒ２と電流による電圧変動が解消する。
本実施形態によれば、電池の電圧を均等にする時間を短縮するとともに、セルバランス処理を安全に行うことができるという効果を奏する。
【００７９】
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】
【００８０】
１  制御部、
２  記憶部、
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ  電池、
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ  電圧計測部、
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ  電流計測部、
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３  コイル、
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６、ＳＷ７  スイッチ、
２０１  内部抵抗算出部、
２０２  目標電圧算出部、
２０３  変更部、
２０４  検出部、
２０５  目標電流算出部、
２０６  パルス幅変調部、
【図１】
2014011840.tif 000003
【図２】
2014011840.tif 000004
【図３】
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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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【図９】
2014011840.tif 000010
【図４】
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