(57)【要約】【課題】複数の二次電池を直列状態にして充電しまたは放電させ，個々の二次電池の充電状態を揃えて充放電を終了させる電圧調整装置を提供すること。【解決手段】本発明の電圧調整装置は，定電流モードと定電圧モードとを取る電源部と，複数個の二次電池を電源部に対して直列に接続するとともに，そのうち任意のものを個別に充放電対象から除外するスイッチ群と，二次電池の電圧値を個別に検出する電圧検出部と，電流値を検出する電流検出部と，制御部とを有する。制御部は，全二次電池を充放電対象にして定電流モードで充放電を開始する（Ｓ１）。そして，二次電池の最高（充電）・最低（放電）の電圧値が目標電圧値になると，定電圧モードに切り替える（Ｓ４）。そして，電流値が目標電流値まで下がると，最高電圧を示した二次電池を充放電対象から除外して（Ｓ７），定電流モードに戻す（Ｓ８）。すべての二次電池の充放電対象が完了するまで上記を反復する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の二次電池を直列接続状態にして狙いの充電状態になるように充電しまたは放電させる電圧調整装置であって，
対象の二次電池を定電流充電しもしくは定電流放電させる定電流モードと，対象の二次電池を定電圧充電しもしくは定電圧放電させる定電圧モードとを切り替え可能な電源部と，
前記複数個の二次電池を前記電源部に対して直列接続状態とするとともに，前記複数個の二次電池のうち任意のものを個別に直列接続状態から除外して，除外したもの以外の二次電池を前記電源部に対して直列接続状態とするスイッチ群と，
前記複数個の二次電池の電圧値を個別に検出する電圧検出部と，
前記電源部に対して直列接続状態とされている二次電池に流れる電流値を検出する電流検出部と，
前記電源部および前記スイッチ群を制御する制御部とを有し，
前記制御部は，
前記定電流モード中に，直列接続状態にある二次電池のうち電圧値があらかじめ定められた目標電圧値に最も近いものである先頭電池の電圧値が前記目標電圧値になると，前記電源部を前記定電流モードから前記定電圧モードに切り替える第１切り替え操作と，
前記定電圧モード中に，直列接続状態にある二次電池に流れる電流値があらかじめ定められた目標電流値まで下がると，前記スイッチ群により前記先頭電池を直列接続状態から除外して残りの二次電池を前記電源部に対して直列接続状態とするとともに，前記電源部を前記定電圧モードから前記定電流モードに切り替える第２切り替え操作とを行うものであるとともに，
前記複数個の二次電池のすべてを前記スイッチ群により直列接続状態にして前記電源部による前記定電流モードにて充電または放電を開始するとともに，
前記複数個の二次電池のすべてが直列接続状態から除外されるまで前記第１切り替え操作と前記第２切り替え操作とを反復するように構成されているものであることを特徴とする電圧調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，二次電池を充電しあるいは放電させる電圧調整装置に関する。さらに詳細には，複数の二次電池を直列状態にして充電しあるいは放電させる電圧調整装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から，充電可能な電池である二次電池が使用されている。一方で二次電池は，複数個直列接続状態にした組電池として使用されることも多い。そのため，二次電池の充電に際しても，複数個が直列接続状態にされているものを一度に充電したいという要請がある。このような充電装置として，特許文献１に記載されているものがある。同文献の技術では，充電時に多直列接続された二次電池の単電池毎あるいは複数個の電池ブロック毎の電圧を検出することとしている。そして，各単電池若しくは電池ブロックのいずれかの１個の電圧が所定の上限値以上となった時点で，定電流充電から定電圧充電に切り替えることとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2002-152984号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら前記した従来の技術では，次のような問題点があった。すなわち，充電対象の二次電池の充電状態がきちんと揃わないのである。充電対象のうち最も電池電圧が高いものの電圧値に基づいて充電方法が切り替えられるためである。つまり，最も電池電圧が高いもの以外の二次電池は，前述の所定の上限値に達しないまま充電が終了してしまう可能性がある。このため，直列接続状態にされている複数個の二次電池の充電状態が不揃いなままとなってしまう。このような事情は，複数個の二次電池を充電する場合に限らず，放電させる場合でも同様である。
【０００５】
本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，複数の二次電池を直列状態にして充電しあるいは放電させるとともに，個々の二次電池がそれぞれ目標の充電状態に揃うように充電または放電を終了させる電圧調整装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様における電圧調整装置は，複数個の二次電池を直列接続状態にして狙いの充電状態になるように充電しまたは放電させて電圧を調整する装置であって，対象の二次電池を定電流充電しもしくは定電流放電させる定電流モードと，対象の二次電池を定電圧充電しもしくは定電圧放電させる定電圧モードとを切り替え可能な電源部と，複数個の二次電池を電源部に対して直列接続状態とするとともに，複数個の二次電池のうち任意のものを個別に直列接続状態から除外して，除外したもの以外の二次電池を電源部に対して直列接続状態とするスイッチ群と，複数個の二次電池の電圧値を個別に検出する電圧検出部と，電源部に対して直列接続状態とされている二次電池に流れる電流値を検出する電流検出部と，電源部およびスイッチ群を制御する制御部とを有し，制御部は，定電流モード中に，直列接続状態にある二次電池のうち電圧値があらかじめ定められた目標電圧値に最も近いものである先頭電池の電圧値が目標電圧値になると，電源部を定電流モードから定電圧モードに切り替える第１切り替え操作と，定電圧モード中に，直列接続状態にある二次電池に流れる電流値があらかじめ定められた目標電流値まで下がると，スイッチ群により先頭電池を直列接続状態から除外して残りの二次電池を電源部に対して直列接続状態とするとともに，電源部を定電圧モードから定電流モードに切り替える第２切り替え操作とを行うものであるとともに，複数個の二次電池のすべてをスイッチ群により直列接続状態にして電源部による定電流モードにて充電または放電を開始するとともに，複数個の二次電池のすべてが直列接続状態から除外されるまで第１切り替え操作と第２切り替え操作とを反復するように構成されているものである。
【０００７】
上記態様における電圧調整装置では，スイッチ群により複数個の二次電池のすべてを直列接続状態にして，電源部による定電流モードにて充電または放電を開始する。この定電流モードでは，電圧検出部により，複数個の二次電池の電圧値が個別に検出される。そして，その中の最高（充電の場合）または最低（放電の場合）の電圧値があらかじめ定められた目標電圧値になると，定電流モードから定電圧モードに切り替える（第１切り替え操作）。そして，電流検出部により充電または放電の電流値が検出される。そして，電流値があらかじめ定められた目標電流値まで下がると，スイッチ群により，先に電圧値が最高または最低となった二次電池を直列接続状態から除外し，残りの二次電池のみを電源部に対して直列接続状態とする。さらに，電源部を定電圧モードから定電流モードに切り替える（第２切り替え操作）。こうして，すべての二次電池が直列接続状態から除外されるまで第１切り替え操作と第２切り替え操作とを反復する。すべての二次電池が直列接続状態から除外されると充電または放電の完了である。充電または放電が完了すると，各二次電池の充放電状態は精度よく狙いの状態に揃っている。
【発明の効果】
【０００８】
本構成によれば，複数の二次電池を直列状態にして充電しあるいは放電させるとともに，個々の二次電池がそれぞれ目標の充電状態に揃うように充電または放電を終了させる電圧調整装置が提供されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態に係る充電装置と充電対象の二次電池とを接続した状態を示す回路図である。
【図２】図１の充電装置による充電操作の手順を示すフローチャートである。
【図３】二次電池の１つについて充電が完了した状態を示す回路図である。
【図４】実施の形態に係る充電装置による充電の過程における電圧値および電流値の変化の例を示すグラフである。
【図５】放電装置の場合の放電操作の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，図１に示す充電装置１として本発明を具体化したものである。充電装置１は，電源部２と，スイッチＲＹ１〜ＲＹｎと，電圧検出部Ｖ１〜Ｖｎと，電流検出部Ｉと，制御部３とを有している。図１中にはこれらの他，二次電池Ｅ１〜Ｅｎも描かれている。ただし二次電池Ｅ１〜Ｅｎは，充電装置１の一部ではない。
【００１１】
電源部２は，二次電池Ｅ１〜Ｅｎを充電する電力供給源である。電源部２は後述するように，定電流モードと定電圧モードとの２通りの動作モードを取ることができるものである。スイッチＲＹ１〜ＲＹｎは，二次電池Ｅ１〜Ｅｎを電源部２に接続するスイッチ群である。図１中では，スイッチＲＹ１〜ＲＹｎにより，すべての二次電池Ｅ１〜Ｅｎが直列接続状態とされて充電装置１に接続されている。ただし後述するように，スイッチＲＹ１〜ＲＹｎの個々のスイッチを操作することで，二次電池Ｅ１〜Ｅｎのうち任意のものを直列接続から除外して，除外したもの以外の二次電池Ｅ１〜Ｅｎを直列接続状態とすることができる。
【００１２】
電圧検出部Ｖ１〜Ｖｎは，二次電池Ｅ１〜Ｅｎの個別の電圧値を検出する電圧計である。電流検出部Ｉは，電源部２により二次電池Ｅ１〜Ｅｎに流れる電流の電流値を検出する電流計である。制御部３は，充電装置１の動作を制御するものである。制御部３は具体的には，電源部２とスイッチＲＹ１〜ＲＹｎとを操作する。電源部２については，前述の定電流モードと定電圧モードとの切り替えが操作の内容である。スイッチＲＹ１〜ＲＹｎについては，個々のスイッチの切り替えにより，すべての二次電池Ｅ１〜Ｅｎを直列接続状態としたり，そのうちの任意のものを直列接続から除外したりすることが操作の内容である。制御部３は，その操作のために必要な情報として，電圧検出部Ｖ１〜Ｖｎの検出電圧値と，電流検出部Ｉの検出電流値とを使用する。
【００１３】
上記の構成において，スイッチＲＹ１，電圧検出部Ｖ１，二次電池Ｅ１をまとめてＣＨ（チャンネル）１という。また，スイッチＲＹ１において，当該チャンネルの二次電池Ｅ１を直列接続に含める状態をオフ状態といい，直列接続から除外する状態をオン状態という。ＣＨ２以下も同様とする。
【００１４】
上記のように構成されている充電装置１による二次電池Ｅ１〜Ｅｎの充電は，制御部３の制御により，図２のフローチャートに示されるように行われる。まず充電開始に先立ち，スイッチＲＹ１〜ＲＹｎをすべてオフ状態にしておく。すなわち，すべての二次電池Ｅ１〜Ｅｎを直列接続状態として電源部２に繋いだ状態としておく。
【００１５】
この状態で，定電流モードにより，二次電池Ｅ１〜Ｅｎの充電を開始する（Ｓ１）。そして，電圧検出部Ｖ１〜Ｖｎにより，二次電池Ｅ１〜Ｅｎの個別の電圧値を検出する（Ｓ２）。以下，記号Ｖ１〜Ｖｎを，検出される個々の電圧値を示す記号としても使用する。ここで電圧値Ｖ１〜Ｖｎは，定電流充電の進行により上昇していくが，目標電圧値Ｖｔがあらかじめ定められている。目標電圧値Ｖｔは，制御部３に記憶されている。そこで，測定された個々の電圧値Ｖ１〜Ｖｎに，目標電圧値Ｖｔに達しているものがあるか否かが判定される（Ｓ３）。充電開始後間もないうちは，目標電圧値Ｖｔに達している電圧値Ｖ１〜Ｖｎは１つもない。このため，Ｓ３でＮｏと判定されることとなる。この場合には，さらにＳ１，Ｓ２が続行される。すなわち，個々の電圧値Ｖ１〜Ｖｎを検出しながらの定電流充電が継続される。
【００１６】
定電流充電の継続により電圧値Ｖ１〜Ｖｎが上昇していくと，そのうち最も高電圧のものがやがて目標電圧値Ｖｔに達することとなる。このときＳ３の判定がＹｅｓとなる。ここで制御部３は，目標電圧値Ｖｔに達したのはどのチャンネルの二次電池であるかも把握する。以下，当該チャンネルをＣＨｘという。そして，電源部２の動作モードが定電圧モードに切り替えられる（Ｓ４）。これが第１切り替え操作である。この定電圧モードにおける電圧値は，二次電池Ｅ１〜ＥｎのうちＣＨｘ（目標電圧値Ｖｔに達したもの）の電圧値を目標電圧値Ｖｔのまま維持するように定められる。仮に，定電圧中モード中にＣＨｘ以外のチャンネルの二次電池の電圧値が目標電圧値Ｖｔを上回るようなことがあれば，そのチャンネルを新たにＣＨｘとする。これにより，さらなる充電が定電圧モードで続行される。
【００１７】
そして，電流検出部Ｉにより，電源部２から二次電池Ｅ１〜Ｅｎに流れる電流の電流値を検出する（Ｓ５）。以下，記号Ｉを，検出される電流値を示す記号としても使用する。この電流値は，定電圧充電の進行により下降していくが，目標電流値Ｉｔ（図２中では「目標カット電流」）があらかじめ定められている。目標電流値Ｉｔは，制御部３に記憶されている。そこで，測定された電流値Ｉが，目標電流値Ｉｔまで低下したか否かが判定される（Ｓ６）。定電圧モードに切り替えられた直後には，電流値Ｉが目標電流値Ｉｔより大きい。このため，Ｓ６でＮｏと判定されることとなる。この場合には，さらにＳ４，Ｓ５が続行される。すなわち，電流値Ｉを検出しながらの定電圧充電が継続される。
【００１８】
定電圧充電の継続により電流値Ｉは低下していき，やがて目標電流値Ｉｔ以下となる。このときＳ６の判定がＹｅｓとなる。これにより，二次電池Ｅ１〜ＥｎのうちＣＨｘに該当するものは充電が完了したこととなる。このため，スイッチＲＹ１〜ＲＹｎのうちＣＨｘに該当するものをオンに切り替える（Ｓ７）。つまり，二次電池Ｅ１〜Ｅｎのうち充電が完了したものを直列接続から除外して，除外したもの以外の二次電池Ｅ１〜Ｅｎを直列接続状態とする。この状態を図３に示す。図３では，スイッチＲＹ２がオンされ二次電池Ｅ２が充電対象から除外された状態を示している。そして，二次電池Ｅ１〜Ｅｎのすべてについて充電が完了したか否かを判定する（Ｓ８）。
【００１９】
二次電池Ｅ１〜Ｅｎのうち，未だ充電が完了していないものが残っている場合には（Ｓ８：Ｎｏ），Ｓ１へ戻る。すなわち，電源部２の動作モードが再び定電流モードに切り替えられる。ただしこのとき，充電対象の二次電池Ｅ１〜Ｅｎの個数はＳ７により１つ減っている。これが第２切り替え操作である。以下，Ｓ１〜Ｓ８の前述の処理が反復される。これにより，二次電池Ｅ１〜Ｅｎが１つずつ順次充電完了に至る。二次電池Ｅ１〜Ｅｎのすべてについて充電が完了すると（Ｓ８：Ｙｅｓ），図２のフローは終了する。この状態では，二次電池Ｅ１〜Ｅｎのすべてが，目標電圧値Ｖｔかつ目標電流値Ｉｔへの充電がなされた状態に揃っている。
【００２０】
図２のフローチャートによる充電の過程における電圧値Ｖ１〜Ｖｎおよび電流値Ｉの変遷の例を，図４に示す。図４では，左の縦軸に電圧値のスケールを，右の縦軸に電流値のスケールを，それぞれ示している。また，左側から右側へと時間が経過していく様子を示している。図４ではまた，次のような設定例の場合を示している。
二次電池の総数（チャンネル数）：５個
目標電圧値：３．９７［Ｖ］
定電流値：５０００［ｍＡ］
目標電流値（目標カット電流）：９００［ｍＡ］
【００２１】
図４のグラフでは，充電開始（左端）から時間の経過とともに，１回目の定電流充電（ＣＣ），１回目の定電圧充電（ＣＶ），２回目の定電流充電，２回目の定電圧充電，……といった具合に充電が進行していく。
【００２２】
図４に示す例は，５つの二次電池のうち１つだけがもともと目標電圧値Ｖｔにかなり近い初期電圧を有しており，残る４つの二次電池の初期電圧はそれより明らかに低かった場合のものである。このため充電開始後早々に，電圧値Ｖｎの１つが目標電圧値Ｖｔに到達し，１回目の定電流充電が終了して１回目の定電圧充電に切り替わっている（第１切り替え操作）。その後，各電圧値Ｖｎはほぼ一定に維持されつつ，電流値Ｉが定電流値から目標電流値Ｉｔまで下がると，１回目の定電圧充電が終了して２回目の定電流充電に切り替わっている（第２切り替え操作）。以後，前述のように定電流充電と定電圧充電とが繰り返されている。
【００２３】
ここで図４の例では，各回の定電流充電（ＣＣ）の所要時間が大きくばらついている。すなわち２回目の定電流充電にはある程度の時間を要したが，それ以外の回の定電流充電は短時間で済んでいる。特に５回目の定電流充電は，ほとんど図４上で期間として認識されないほど短くなっている。また，定電圧充電（ＣＶ）の所要時間も，定電流充電ほどではないが回により異なっている。この，各回における定電流充電時間および定電圧充電時間のばらつきは，二次電池Ｅ１〜Ｅｎの各初期電圧のばらつき具合次第である。しかしそれでも，充電完了後における各二次電池の電圧値のばらつき（図４中のＶｓ）は，約２［ｍＶ］と，ごくわずかなものでしかない。このように本形態の充電装置１を用いることで，各二次電池Ｅ１〜Ｅｎを均一に充電することができる。
【００２４】
なお，上記の説明では，定電流モードと定電圧モードとのいずれにおいても，二次電池Ｅ１〜Ｅｎを充電することとした。しかしこれに限らず，定電流モードでは二次電池Ｅ１〜Ｅｎを充電するが，定電圧モードでは逆に二次電池Ｅ１〜Ｅｎを少し放電させることで，充電後の電圧を調整する，という手法も可能である。これは，目標電圧値Ｖｔを最終的な目標値よりもやや高めに設定しておくことで可能である。
【００２５】
また，二次電池Ｅ１〜Ｅｎを充電する充電装置ばかりでなく，二次電池Ｅ１〜Ｅｎを放電させる放電装置として本発明を具体化することもできる。その場合の定電流モードでは，電圧値Ｖ１〜Ｖｎが下降していき，そのうち最も低電圧のものが最初に目標電圧値Ｖｔになる。その最低電圧のチャンネルが「ＣＨｘ」とされる。むろんその場合でも，放電完了後の二次電池Ｅ１〜Ｅｎの電圧値の均一性が高いことが特徴となる。この，放電装置の場合の動作のフローチャートを図５に示す。基本的に図５は，図２中の「充電」を「放電」で置き替えたものである。なお図５では，定電流モードと定電圧モードとのいずれにおいても，二次電池Ｅ１〜Ｅｎを放電させることとしているが，これに限らない。定電圧モードでは逆に二次電池Ｅ１〜Ｅｎを少し充電することで，放電後の電圧を調整する，という手法も可能である。本発明では，上記の充電装置と放電装置とを総称して，電圧調整装置と呼んでいる。
【００２６】
以上詳細に説明したように本実施の形態によれば，二次電池Ｅ１〜Ｅｎを充電するに当たり，定電流モードによる充電と定電圧モードによる充電とを反復することにより，すべての二次電池を狙いの充電状態に揃えていく。これにより，充電完了後における各二次電池の電圧の均一性が高い状態が得られる充電装置が実現されている。電池を放電させる放電装置の場合でも同様である。
【００２７】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，電圧検出部Ｖ１〜Ｖｎにおいて，電圧計の数をチャンネル数より少なくして，タイムシェアリングにより各チャンネルの測定を行うようにしてもよい。また，充電（電圧調整）の対象となる二次電池の種類は問わない。また，定電流モードの際の定電流値や，定電圧モードでの定電圧値，上記の目標電流値等は，対象とする電池の仕様や，狙いとする充放電状態に合わせて適宜設定すればよい。
【符号の説明】
【００２８】
１              充電装置（電圧調整装置）
２              電源部
３              制御部
Ｉ              電流検出部
ＲＹ１〜ＲＹｎ  スイッチ（群）
Ｖ１〜Ｖｎ      電圧検出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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