(57)【要約】【課題】、充電状態または放電状態である場合にも蓄電セルの充電状態を調整することができる均等化装置および蓄電システムを提供する。【解決手段】均等化装置（１）は、電圧検出回路（２０）、放電回路（１０）および均等化制御部（３０）を備える。電圧検出回路（２０）は複数の蓄電セル（６１）の電圧を検出する。放電回路（１０）は蓄電セル（６１）を放電させる。均等化制御部（３０）は、蓄電セル（６１）における放電が必要な容量を、放電回路（１０）において基準電圧および基準デューティー比で放電する場合の放電時間を算出し、電圧検出回路（２０）により検出された電圧に基づいてデューティー比を設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電部に含まれる複数の蓄電セルの電圧を検出する電圧検出回路と、前記蓄電セルを放電させる放電回路と、前記電圧検出回路により検出された電圧に基づいて、前記放電回路の作動状態を制御する均等化制御部と、を備える均等化装置において、
前記均等化制御部は、前記蓄電セルにおける放電が必要な容量を、前記放電回路において基準電圧および基準デューティー比で放電する場合の放電時間を算出し、前記電圧検出回路により検出された電圧に基づいてデューティー比を設定することを特徴とする均等化装置。
【請求項２】
前記均等化制御部は、前記蓄電セルが充電状態または放電状態である場合に、前記蓄電セルの電圧を推定し、推定した電圧をもとに前記デューティー比を可変することを特徴とする請求項１に記載の均等化装置。
【請求項３】
前記均等化制御部は、前記蓄電セルが充電状態にある場合に、前記デューティー比を下げることを特徴とする請求項２に記載の均等化装置。
【請求項４】
前記均等化制御部は、前記蓄電セルが放電状態にある場合に、前記デューティー比を上げることを特徴とする請求項２に記載の均等化装置。
【請求項５】
蓄電部と、
請求項１から４のいずれか１項に記載の均等化装置と、
を備えることを特徴とする蓄電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電セルの充電状態（ＳＯＣ：State of Charge）を調整する均等化装置および蓄電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の均等化装置は、蓄電セルの放電を行う放電回路と制御回路とを備える。制御回路は、放電対象の蓄電セルについて、放電開始前の充電状態評価値、放電時の該評価値の変化速度、および非放電時の該評価値の変化速度に基づいて、放電時間または放電終了値を導出する手段を有する。制御回路は、放電対象セルに対して放電回路による放電を開始した後、放電時間が経過したときに、または、充電状態評価値が放電終了値に達したときに、放電を終了する手段を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００９／１１３５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の均等化装置は、蓄電セルが充電中または放電中でない場合に蓄電セルの均等化を行う。この場合、車両に搭載される蓄電セルごとのばらつきを抑制する均等化処理の実行は、車両が駐車されて電源オフの状態となり、充電装置から蓄電セルへの充電がされていない場合に制限されてしまうという問題点があった。
【０００５】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、充電状態または放電状態である場合にも蓄電セルの充電状態を調整することができる均等化装置および蓄電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様の均等化装置は、蓄電部に含まれる複数の蓄電セルの電圧を検出する電圧検出回路と、蓄電セルを放電させる放電回路と、電圧検出回路により検出された電圧に基づいて、放電回路の作動状態を制御する均等化制御部と、を備える均等化装置において、均等化制御部は、蓄電セルにおける放電が必要な容量を、放電回路において基準電圧および基準デューティー比で放電する場合の放電時間を算出し、電圧検出回路により検出された電圧に基づいてデューティー比を設定する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、充電状態または放電状態である場合にも蓄電セルの充電状態を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る蓄電システムの構成を示すブロック図である。
【図２】蓄電セルの電圧のばらつきを説明するための模式図である。
【図３】均等化制御部による均等化処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】充電時における蓄電セルの電圧を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図１から図４を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
【００１０】
（実施形態）
図１は、実施形態に係る蓄電システム１００の構成を示すブロック図である。蓄電システム１００は、蓄電部６および均等化装置１を備え、蓄電部６に含まれる複数の蓄電セル６１の電圧を均等化し、蓄電部６から車両に搭載される各種の負荷７に電力を供給する。負荷７は、例えば走行用のモータ、ヘッドライト、パワーウィンドウ等の車載機器および電子制御装置等であり、スイッチ７１のオンオフによって蓄電部６に接続される。
【００１１】
蓄電システム１００は、蓄電部６が負荷７に接続されて放電し、外部に設けられる充電装置等から電力の供給を受けて蓄電部６が充電される。蓄電部６に含まれる蓄電セル６１は、充電および放電を繰り返すことによって蓄電セル６１毎に充電状態にばらつきが生じてくる。ここでいう充電状態（ＳＯＣ：State of Charge）とは、満充電容量に対する充電量の割合を意味する。直列に接続される複数の蓄電部６の充電状態にばらつきが生じると、過充電や過放電になるおそれがあるため、均等化装置１を用いて充電状態のばらつきを解消する必要がある。具体的には、蓄電部６の充電状態と電圧との間には相関があるため、均等化装置１は、蓄電部６の電圧ばらつきを放電によって解消する。なお、本実施形態では、蓄電部６の電圧を対象として蓄電部６の充電状態を調整する構成を例に説明するが、必ずしも電圧を対象としなければならないわけではない。蓄電部６の充電状態を調整する方法としては、電池の充電量や充電状態を揃えるように対象の蓄電部６を放電させるように構成することもできる。
【００１２】
蓄電部６は、複数の蓄電セル６１、例えばリチウムイオン電池セルが直列接続されて形成される。尚、蓄電セル６１は、リチウムイオン電池セルのほか、ニッケル水素電池セル、鉛電池セル、電気二重層キャパシタセル、リチウムイオンキャパシタセル等であってもよい。
【００１３】
均等化装置１は、複数の放電回路１０、電圧検出回路２０および均等化制御部３０を備える。放電回路１０は、抵抗器１１およびスイッチ１２を備え、蓄電セル６１毎に設けられているが、隣接する複数の蓄電セル６１をブロックとし、ブロック毎に設けられていてもよい。抵抗器１１は、蓄電セル６１の両端子間に接続されており、蓄電セル６１からの電流が流れることで、蓄電セル６１の電荷を消費させ、蓄電セル６１の電圧を下げる。
【００１４】
図２は、蓄電セル６１の電圧のばらつきを説明するための模式図である。蓄電セル６１の電圧のばらつきは、放電回路１０による放電によって抑制される。均等化装置１は、蓄電セル６１のばらつきを、各蓄電セル６１の電圧のうち最小電圧に合わせるように機能する。
【００１５】
スイッチ１２は、抵抗器１１に直列に接続されており、均等化制御部３０からのオンオフ信号によって開閉する。スイッチ１２は、閉状態となることで抵抗器１１に電流が流れるが、この閉状態のデューティー比を設定および可変することで、放電量を調整することができる。尚、スイッチ１２は、均等化制御部３０からの信号によって周期的に開閉状態を切り替えられる。デューティー比は、スイッチ１２における開状態および閉状態の１周期に対する閉状態の時間の比である。
【００１６】
電圧検出回路２０は、蓄電セル６１毎に両端子に接続線で接続されており、端子間の電圧を計測する。電圧検出回路２０は、例えばＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）で構成されており、検出した蓄電セル６１の電圧を均等化制御部３０へ出力する。
【００１７】
均等化制御部３０は、マイコンで構成されており、内蔵する記憶回路に記憶したプログラムを実行することによって機能し、算出した数値を記憶回路に記憶しつつ、ソフトウェアによる処理を行う。均等化制御部３０は、電圧検出回路２０から各蓄電セル６１の電圧を取得し、蓄電セル６１のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線に基づいて、電圧ばらつきを抑制するために放電が必要な容量を算出する。
【００１８】
均等化制御部３０は、蓄電セル６１の放電が必要な容量を基準電圧および基準デューティー比で放電する場合における放電時間を算出する。均等化制御部３０は、基準電圧に対する、電圧検出回路２０により検出された電圧の比に基づいて、初期のデューティー比を設定する。この際、蓄電セル６１が充電中および負荷接続による放電中ではなく、電圧検出回路２０は、蓄電セル６１に電流が流れていない状態、即ち蓄電セル６１の開放時の電圧を検出するものとする。均等化制御部３０は、設定した初期のデューティー比によって放電回路１０のスイッチ１２を閉状態とするように制御する。
【００１９】
均等化制御部３０は、蓄電セル６１が充電状態となり電圧が上昇していく際に、電圧検出回路２０により検出された電圧に基づいて、蓄電セル６１の開放時の電圧を推定する。均等化制御部３０は、基準電圧に対する推定された電圧の比に基づいて、デューティー比を可変する。この場合、均等化制御部３０は、蓄電セル６１の電圧が充電により上昇するので、デューティー比を下げるように制御する。電圧検出回路２０は、例えば、電流積算して得た容量変化量に対する電圧変化量をＳＯＣ−ＯＣＶ曲線から算出し、算出した電圧変化量を電圧検出回路２０で検出された蓄電セル６１の電圧に加算することによって、蓄電セル６１の開放時の電圧を推定する。
【００２０】
また、均等化制御部３０は、蓄電セル６１が負荷接続されて放電状態となり電圧が下降していく際に、電圧検出回路２０により検出された電圧に基づいて、蓄電セル６１の開放時の電圧を推定する。均等化制御部３０は、基準電圧に対する推定された電圧の比に基づいて、デューティー比を可変する。この場合、均等化制御部３０は、蓄電セル６１の電圧が放電により下降するので、デューティー比を上げるように制御する。
【００２１】
次に均等化装置１による均等化処理における動作をフローチャート等に基づいて説明する。図３は均等化制御部３０による均等化処理の手順を示すフローチャート、図４は充電時における蓄電セル６１の電圧を示すグラフである。上述のように均等化制御部３０は、放電回路１０におけるスイッチ１２を閉状態とするデューティー比を設定し、蓄電セル６１が充電状態または放電状態（負荷接続時）である場合にも、蓄電セル６１の電圧を推定し、デューティー比を可変する制御処理を実行する。以下、車両が駐車されて電源オフ状態となり、その後に蓄電セル６１が充電状態となる場合について図４を参照しつつ、均等化処理の手順を図３に基づいて説明する。
【００２２】
充電開始前の時刻Ｔ１（図４参照）において、均等化制御部３０は、電圧検出回路２０から各蓄電セル６１の電圧を取得し（Ｓ１）、各蓄電セル６１のうち電圧最小値を求める（Ｓ２）。均等化制御部３０は、Ｓ２で求めた電圧最小値に各蓄電セル６１の電圧を揃えるために放電が必要な容量を蓄電セル６１のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線に基づいて算出する。均等化制御部３０は、蓄電セル６１の放電が必要な容量を基準電圧および基準デューティー比で放電する場合における放電時間を算出する（Ｓ３）。均等化制御部３０は、放電が必要な容量をＱ、基準電圧をＶｓ、基準デューティー比をＤｓ（％）、抵抗器１１の抵抗値をＲとして、次式により放電時間Ｔｄを算出する。
Ｔｄ＝Ｑ×（Ｒ／Ｖｓ）×（Ｄｓ／１００）
【００２３】
均等化制御部３０は、基準電圧に対する、電圧検出回路２０により検出された電圧の比に基づいて、初期のデューティー比を設定する（Ｓ４）。この際、蓄電セル６１が充電中および負荷接続による放電中ではなく、電圧検出回路２０は、蓄電セル６１に電流が流れていない状態、即ち蓄電セル６１の開放時の電圧を検出しているものとする。均等化制御部３０は、例えば、基準電圧Ｖｓを３．５Ｖとし、基準デューティー比Ｄｓを５０％とし、蓄電セル６１の電圧が３．６Ｖであるとすると、初期のデューティー比Ｄを３．５／３．６×５０＝４８．６（％）に設定する。均等化制御部３０は、設定した初期のデューティー比によって放電回路１０のスイッチ１２の開閉状態を制御し、蓄電セル６１の放電を開始する（Ｓ５）。
【００２４】
均等化制御部３０は、実際の蓄電セル６１の電圧が基準電圧よりも高い場合には、放電回路１０において流れる電流が増すので、デューティー比を下げる。また、均等化制御部３０は、実際の蓄電セル６１の電圧が基準電圧よりも低い場合には、放電回路１０において流れる電流が減るので、デューティー比を上げる。均等化制御部３０は、蓄電セル６１の電圧が基準電圧よりも高い場合でも低い場合でも、デューティー比を用いて放電回路１０の開閉を制御することで均等化処理を行えるので、放電回路を簡易で安価に構成することができる。
【００２５】
均等化制御部３０は、電圧検出回路２０により検出された電圧に基づいて、蓄電セル６１の開放時の電圧を推定する（Ｓ６）。均等化制御部３０は、上述のように電流積算等の方法によって、蓄電セル６１の開放時の電圧を推定することができる。充電開始前においては、蓄電セル６１に負荷７が接続されていないか、または接続されていても微小な電流を流す程度であり、蓄電セル６１の電圧はほぼ一定と考えられる。蓄電セル６１は、時刻Ｔ２（図４参照）において充電状態になると電圧が上昇していく。
【００２６】
均等化制御部３０は、基準電圧に対する推定された電圧の比に基づいて、デューティー比を可変する（Ｓ７）。均等化制御部３０は、蓄電セル６１が充電状態になると、蓄電セル６１の電圧が充電により上昇するので、デューティー比を下げるように制御する。均等化制御部３０は、初期のデューティー比の算出と同様に推定した電圧により、デューティー比を算出して可変する。均等化制御部３０は、例えば推定した電圧が３．８Ｖであった場合、３．５／３．８×５０＝４６．１（％）にデューティー比を変更する。また、均等化制御部３０は、充電が終了した時刻Ｔ３（図４参照）における推定した電圧が例えば４．２Ｖであった場合、３．５／４．２×５０＝４１．７（％）にデューティー比を変更する。
【００２７】
均等化制御部３０は、放電時間Ｔｄを経過したか否かを判定し（Ｓ８）、否であると判定した場合（Ｓ８：ＮＯ）、Ｓ６に戻って蓄電セル６１の電圧を推定し、蓄電セル６１の放電回路１０による放電を継続する。均等化制御部３０は、時刻Ｔ１からＴｄ時間経過した時刻Ｔ４（図４参照）において放電時間Ｔｄを経過したと判定した場合（Ｓ８：ＹＥＳ）、放電回路１０のスイッチ１２を開状態に制御して放電を停止させ、均等化処理を終了する（Ｓ９）。
【００２８】
均等化制御部３０は、蓄電セル６１の均等化処理中に充電状態が生じて蓄電セル６１の電圧が変化する場合にも、放電回路１０によるデューティー比を可変することで、放電する容量を可変し、放電時間Ｔｄで均等化処理を実行することができる。均等化制御部３０は、蓄電セル６１の均等化処理中に充電状態が生じる場合には、デューティー比を下げる制御を実行する。
【００２９】
また、均等化制御部３０は、蓄電セル６１が負荷接続されて放電状態となり電圧が下降していく際に、同様にデューティー比を可変とし、放電時間Ｔｄで均等化処理を実行することができる。均等化制御部３０は、電圧検出回路２０により検出された電圧に基づいて、蓄電セル６１の開放時の電圧を推定する。均等化制御部３０は、基準電圧に対する推定された電圧の比に基づいて、デューティー比を可変する。この場合、均等化制御部３０は、蓄電セル６１の電圧が放電により下降するので、デューティー比を上げるように制御する。
【００３０】
均等化制御部３０は、基準電圧Ｖｓを、蓄電セル６１が車両における蓄電部６の使用により典型的に取り得る値に設定することで、初期のデューティー比に近い値で均等化処理における放電回路１０のスイッチ１２の開閉を制御することができる。また、基準デューティー比は、蓄電セル６１の充電状態および放電状態を考慮して中位である５０％と程度と定めるとよいが、これに限られるものではない。例えば、放電時間Ｔｄを短縮して比較的に早く均等化処理を終えるためには、基準デューティー比Ｄｓを高くしてもよい。また、均等化制御部３０は、蓄電部６の温度によって基準デューティー比Ｄｓを可変とするようにしてもよく、この場合、蓄電部６の温度が低い場合には基準デューティー比Ｄｓを高く、蓄電部６の温度が高い場合には基準デューティー比Ｄｓを低く設定する。
【００３１】
以上、本発明の実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。
【００３２】
尚、実施形態および変形例は以下の項目によって特定されてもよい。
［項目１］
蓄電部（６）に含まれる複数の蓄電セル（６１）の電圧を検出する電圧検出回路（２０）と、前記蓄電セル（６１）を放電させる放電回路（１０）と、前記電圧検出回路（２０）により検出された電圧に基づいて、前記放電回路（１０）の作動状態を制御する均等化制御部（３０）と、を備える均等化装置（１）において、
前記均等化制御部（３０）は、前記蓄電セル（６１）における放電が必要な容量を、前記放電回路（１０）において基準電圧および基準デューティー比で放電する場合の放電時間を算出し、前記電圧検出回路（２０）により検出された電圧に基づいてデューティー比を設定することを特徴とする均等化装置（１）。これにより、均等化装置（１）は、蓄電セル（６１）が充電状態または放電状態である場合にも蓄電セル（６１）の電圧を均等化し、充電状態を調整することができる。
［項目２］
前記均等化制御部（３０）は、前記蓄電セル（６１）が充電状態または放電状態である場合に、前記蓄電セル（６１）の電圧を推定し、推定した電圧をもとに前記デューティー比を可変することを特徴とする項目１に記載の均等化装置（１）。これにより、均等化装置（１）は、デューティー比を用いた制御によって、算出した放電時間で蓄電セル（６１）の電圧を均等化し、充電状態を調整することができる。
［項目３］
前記均等化制御部（３０）は、前記蓄電セル（６１）が充電状態にある場合に、前記デューティー比を下げることを特徴とする項目２に記載の均等化装置（１）。これにより、均等化装置（１）は、デューティー比を下げることで、蓄電セル（６１）が充電状態にある場合にも蓄電セル（６１）の電圧を均等化し、充電状態を調整することができる。
［項目４］
前記均等化制御部（３０）は、前記蓄電セル（６１）が放電状態にある場合に、前記デューティー比を上げることを特徴とする項目２に記載の均等化装置（１）。これにより、均等化装置（１）は、デューティー比を上げることで、蓄電セル（６１）が放電状態にある場合にも蓄電セル（６１）の電圧を均等化し、充電状態を調整することができる。
［項目５］
蓄電部（６）と、
項目１から４のいずれか１項に記載の均等化装置（１）と、
を備えることを特徴とする蓄電システム（１００）。これにより、蓄電システム（１００）は、蓄電セル（６１）が充電状態または放電状態である場合にも蓄電セル（６１）の電圧を均等化し、充電状態を調整することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１  均等化装置、  １０  放電回路、  ２０  電圧検出回路、
３０  均等化制御部、  ６  蓄電部、  ６１  蓄電セル、
１００  蓄電システム。
【図１】
2018191406.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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