(57)【要約】【課題】複数の電池セルが直列接続された電池ユニットを複数並列に接続した電池ブロックにおいて、電池ユニット間のアンバランスを解消する。【解決手段】各電池ユニット１０に直列に接続されたユニットスイッチ１６と、セル電圧に基づいて電池ユニット１０を構成する電池セル１１間の電池残存容量のばらつきを抑制するセル容量均等化回路２０と、電池ユニット１０の総電圧であるユニット電圧を検出するユニット電圧検出回路４５と、ユニット電圧検出回路４５で検出されたユニット電圧に基づいて、電池ユニット１０間の電池残存容量ばらつきを抑制するユニット容量均等化回路４０と、セル容量均等化回路２０を制御して、各電池ユニット１０に対して個別にセル残存容量均等化を行った後、ユニット容量均等化回路４０を制御して、電池ブロック１５全体に対して電池ユニット１０間のユニット残存容量均等化を行うための電源コントローラ３０とを備える。【選択図】図１
2011072153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルを直列に接続した複数の電池ユニットと、
前記複数の電池ユニットを並列に接続した電池ブロックと、
各電池ユニットに直列に接続されたユニットスイッチと、
前記電池ユニットを構成する前記電池セルのセル電圧を検出するセル電圧検出回路と、
前記セル電圧検出回路で検出されたセル電圧に基づいて、前記電池ユニットを構成する前記電池セル間の電池残存容量のばらつきを抑制するセル容量均等化回路と、
前記電池ユニットの総電圧であるユニット電圧を検出するユニット電圧検出回路と、
前記ユニット電圧検出回路で検出されたユニット電圧に基づいて、電池ユニット間の電池残存容量ばらつきを抑制するユニット容量均等化回路と、
前記セル容量均等化回路を制御して、各電池ユニットに対して個別にセル残存容量均等化を行った後、ユニット容量均等化回路を制御して、電池ブロック全体に対して電池ユニット間のユニット残存容量均等化を行うための電源コントローラと、
を備えることを特徴とする車両用電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用電源装置であって、
前記電源コントローラは、車両側からのスタート信号を受領可能であり、
さらに前記電源コントローラは、車両側からのスタート信号が非アクティブ状態であることを検出し、前記ユニットスイッチをすべてＯＦＦとした後、前記セル容量均等化回路によって前記電池ユニット中の電池セル間の均等化を行うようにしてなることを特徴とする車両用電源装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の車両用電源装置であって、
前記電源コントローラは、前記セル電圧検出回路によって検出された電池セル電圧値に基づいて、各電池ユニット毎に電池セル間の均等化の必要性を判定し、均等化が必要と判断した電池ユニットについて、各電池セル間の電池残存量が均等になるように、該当する電池ユニットのセル容量均等化回路に対してセル残存容量均等化指示を発することを特徴とする車両用電源装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一に記載の車両用電源装置であって、
前記電源コントローラは、セル残存容量均等化の完了を検出すると、前記ユニット電圧検出回路によって検出された電池ユニット電圧値に基づいて、各電池ユニット間の均等化の必要性を判定し、均等化が必要と判断した電池ユニットについて、各電池ユニット間の電池残存容量が均等になるように、該当する電池ユニットのユニット電圧検出回路に対してユニット残存容量均等化指示を発することを特徴とする車両用電源装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一に記載の車両用電源装置であって、
前記電源コントローラは、該当する電池ユニットから均等化完了信号を受け取ることでセル残存容量均等化の完了を検出することを特徴とする車両用電源装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一に記載の車両用電源装置であって、
前記電源コントローラは、前記セル電圧検出回路によって検出された電池セル電圧値に基づいて、セル残存容量均等化の完了を判定することを特徴とする車両用電源装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一に記載の車両用電源装置であって、
前記電源コントローラは、各電池ユニットにおけるユニット電圧検出回路によって検出された電池ユニット電圧値に基づいて、ユニット残存容量均等化の完了を判定することを特徴とする車両用電源装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一に記載の車両用電源装置であって、さらに、
前記電池ブロックの電力出力端子と、
前記電力出力端子と前記電池ブロックとの間に接続された出力スイッチと
を備え、
前記電源コントローラは、車両の走行終了後キーＯＦＦ信号を車両側から受領すると、前記出力スイッチをＯＦＦにした後、前記ユニットスイッチをＯＮ状態とし、所定時間経過後、前記ユニットスイッチをＯＦＦとすることを特徴とする車両用電源装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一に記載の車両用電源装置であって、
前記スタート信号が、キーＯＮ信号であることを特徴とする車両用電源装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一に記載の電源装置を備える車両。
【請求項１１】
複数の電池セルを直列に接続した複数の電池ユニットと、
前記複数の電池ユニットを並列に接続した電池ブロックと、
前記電池ユニットを構成する前記電池セルのセル電圧を検出するセル電圧検出回路と、
各電池ユニットに直列に接続されたユニットスイッチと、
前記電池ユニットの総電圧を検出するユニット電圧検出回路と、
前記電池ユニットを構成する前記電池セルの電池残存容量のばらつきを抑制するセル容量均等化回路と、
前記電池ユニットの電池残存容量ばらつきを抑制するユニット容量均等化回路と、
車両側からの信号を受領可能とすると共に、前記セル容量均等化回路を制御して、各電池ユニットに対して個別にセル残存容量均等化を行い、ユニット容量均等化回路を制御して、電池ブロック全体に対して電池ユニット間のユニット残存容量均等化を行うための電源コントローラと、
を備える車両用電源装置の容量均等化方法であって、
車両側からのスタート信号が非アクティブ状態にあるかどうかを判定する工程と、
非アクティブ状態にあるとき、前記ユニットスイッチのすべてをＯＦＦとする工程と、
前記電源コントローラが、前記セル電圧検出回路によって検出された電池セル電圧値に基づいて、各電池ユニット毎に電池セル間の均等化が必要かどうかを判定する工程と、
均等化が必要と判断した場合、該当する電池ユニットについて、各電池セル間の電池残存量が均等になるように、対応するセル容量均等化回路が前記電池ユニット中の電池セル間の均等化を行う工程と、
前記電源コントローラが、該当する電池ユニットのセル残存容量均等化が完了したかどうかを判定する工程と、
セル残存容量均等化が完了したと判定した場合、前記電源コントローラが、前記ユニット電圧検出回路によって検出された電池ユニット電圧値に基づいて、各電池ユニット間の均等化が必要かどうかを判定する工程と、
均等化が必要と判断した場合、該当する電池ユニットについて、各電池ユニット間の電池残存容量が均等になるように、対応するユニット容量均等化回路が前記電池ユニット間の均等化を行う工程と、
を含むことを特徴とする車両用電源装置の容量均等化方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の車両用電源装置の容量均等化方法であって、さらに、
前記電源コントローラは、車両の走行終了後キーＯＦＦ信号を車両側から受領すると、前記電池ブロックの電力出力端子と、前記電池ブロックとの間に接続された出力スイッチをＯＦＦにした後、前記ユニットスイッチをＯＮ状態とし、所定時間経過後、前記ユニットスイッチをＯＦＦとする工程を含むことを特徴とする車両用電源装置の容量均等化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の電池を直列に接続して出力電圧を高くしている車両用の電源装置及びこれを備える車両並びに車両用電源装置の容量均等化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用の電源装置は、出力を大きくするために、多数の電池を直列に接続して電圧を高くしている。この電源装置は、直列に接続している電池を同じ充電電流で充電し、また同じ電流で放電する。したがって、全ての電池が全く同じ特性であれば、電池電圧や残容量にアンバランスは発生しない。しかしながら、現実には、全く同じ特性の電池は製造できない。電池のアンバランスは、充放電を繰り返すときに、電圧や残容量のアンバランスとなる。さらに、電池電圧のアンバランスは、特定の電池を過充電し、あるいは過放電させる原因となる。この弊害を防止するために、各々の電池の電圧を検出してアンバランスを解消する車両用の電源装置が開発されている。（特許文献１等参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３１０１３号公報
【特許文献２】特開２００４−２２９３９１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に記載される車両用の電源装置は、図８に示すように、複数の電池セル１１を並列に接続した並列ブロック８１ａ〜８１ｄを複数組直列に接続した電池ブロックに対して、並列ブロック単位で電池ブロックの充電容量を調整する際に、電池ブロックの各並列ブロックのセル開放電圧をセル電圧検出部８３で検出し、予め記憶したセル開放電圧に対する放電深度の特性データから各並列ブロックのセル開放電圧に対応する放電深度を読み出し、放電深度が所定値以下の並列ブロックがある場合には、電池ブロックの並列ブロック単位での容量調整を禁止している。この方法によれば、前提として電池セルを並列に接続したものを直列に接続する形態でなければ使用できない。
【０００５】
しかしながら、現実には電池セルを多数直列に接続した電池ユニットを複数並列に接続する形態も利用されており、このような接続形態には上記方法は適用できない。加えて、図９に示すように電池ユニット１０を並列接続した車両用の電源装置では、各電池ユニット１０中に含まれる電池セル１１間の均等化を行った際に、並列接続された各電池ユニット１０のユニット電圧に差がある場合がある。この場合、車両の始動時に各電池ユニット１０のスイッチＳＷを閉状態にした際、ユニット電圧の高い電池ユニット１０からユニット電圧の低い電池ユニット１０へ、電位差に応じた突入電流が流れることがある。特に電池ユニット１０間の接続抵抗は低抵抗であるため、突入電流も大きくなる傾向にある。このような大きな突入電流は、スイッチや電池セルに悪影響を及ぼす虞があった。
【０００６】
本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、複数の電池セルが直列接続された電池ユニットを複数並列に接続した電池ブロックにおいて、電池ユニット間のアンバランスを効果的に解消可能な車両用電源装置及びこれを備える車両並びに車両用電源装置の容量均等化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面に係る車両用電源装置によれば、複数の電池セルを直列に接続した複数の電池ユニットと、前記複数の電池ユニットを並列に接続した電池ブロックと、各電池ユニットに直列に接続されたユニットスイッチと、前記電池ユニットを構成する前記電池セルのセル電圧を検出するセル電圧検出回路と、前記セル電圧検出回路で検出されたセル電圧に基づいて、前記電池ユニットを構成する前記電池セル間の電池残存容量のばらつきを抑制するセル容量均等化回路と、前記電池ユニットの総電圧であるユニット電圧を検出するユニット電圧検出回路と、前記ユニット電圧検出回路で検出されたユニット電圧に基づいて、電池ユニット間の電池残存容量ばらつきを抑制するユニット容量均等化回路と、前記セル容量均等化回路を制御して、各電池ユニットに対して個別にセル残存容量均等化を行った後、ユニット容量均等化回路を制御して、電池ブロック全体に対して電池ユニット間のユニット残存容量均等化を行うための電源コントローラとを備えることができる。これにより、電池セルが直列接続された電池ユニットを並列接続した電池ブロックにおいて、セル間の残存容量のアンバランス解消及びユニット間のアンバランス解消を図ることが可能となる。
【０００８】
また、第２の側面に係る車両用電源装置によれば、前記電源コントローラは、車両側からのスタート信号を受領可能であり、さらに前記電源コントローラは、車両側からのスタート信号が非アクティブ状態であることを検出し、前記ユニットスイッチをすべてＯＦＦとした後、前記セル容量均等化回路によって前記電池ユニット中の電池セル間の均等化を行うように構成できる。これにより、電池セル間の均等化を図ると共に、ユニット残存容量均等化処理を各電池ユニット毎に独立して行うことができ、該均等化の際に一部の電池セルに過大な突入電流が通電する事態を回避できる。
【０００９】
さらに、第３の側面に係る車両用電源装置によれば、前記電源コントローラは、前記セル電圧検出回路によって検出された電池セル電圧値に基づいて、各電池ユニット毎に電池セル間の均等化の必要性を判定し、均等化が必要と判断した電池ユニットについて、各電池セル間の電池残存量が均等になるように、該当する電池ユニットのセル容量均等化回路に対してセル残存容量均等化指示を発することができる。これにより、セル残存容量均等化が必要な電池ユニットを選択して、該電池ユニットに対して適切なセル残存容量均等化処理を行うことができる。
【００１０】
さらにまた、第４の側面に係る車両用電源装置によれば、前記電源コントローラは、セル残存容量均等化の完了を検出すると、前記ユニット電圧検出回路によって検出された電池ユニット電圧値に基づいて、各電池ユニット間の均等化の必要性を判定し、均等化が必要と判断した電池ユニットについて、各電池ユニット間の電池残存容量が均等になるように、該当する電池ユニットのユニット電圧検出回路に対してユニット残存容量均等化指示を発することができる。これにより、ユニット残存容量均等化が必要な複数の電池ユニットを選択して、該電池ユニットに対して適切なユニット残存容量均等化処理を行うことができる。
【００１１】
さらにまた、第５の側面に係る車両用電源装置によれば、前記電源コントローラは、該当する電池ユニットから均等化完了信号を受け取ることでセル残存容量均等化の完了を検出することができる。これにより、セル残存容量均等化の完了タイミングを電源コントローラに確実に伝達できる。
【００１２】
さらにまた、第６の側面に係る車両用電源装置によれば、前記電源コントローラは、前記セル電圧検出回路によって検出された電池セル電圧値に基づいて、セル残存容量均等化の完了を判定することができる。これにより、セル残存容量均等化の完了タイミングを電源コントローラで適切に把握できる。
【００１３】
さらにまた、第７の側面に係る車両用電源装置によれば、前記電源コントローラは、各電池ユニットにおけるユニット電圧検出回路によって検出された電池ユニット電圧値に基づいて、ユニット残存容量均等化の完了を判定することができる。これにより、ユニット残存容量均等化の完了タイミングを電源コントローラで適切に把握できる。
【００１４】
さらにまた、第８の側面に係る車両用電源装置によれば、さらに前記電池ブロックの電力出力端子と、前記電力出力端子と前記電池ブロックとの間に接続された出力スイッチとを備え、前記電源コントローラは、車両の走行終了後キーＯＦＦ信号を車両側から受領すると、前記出力スイッチをＯＦＦにした後、前記ユニットスイッチをＯＮ状態とし、所定時間経過後、前記ユニットスイッチをＯＦＦとすることができる。これにより、直列群電圧同士を並列に接続した状態に所定時間維持できるので、この間にユニット残存容量均等化が図られる。車両の毎回の走行終了後にこの処理を行うことで、常時ユニット間の均等化が維持される。
【００１５】
さらにまた、第９の側面に係る車両用電源装置によれば、前記スタート信号を、キーＯＮ信号とすることができる。
【００１６】
さらにまた、第１０の側面に係る車両によれば、上記いずれかの電源装置を備えることができる。
【００１７】
さらにまた、第１１の側面に係る車両用電源装置の容量均等化方法によれば、複数の電池セルを直列に接続した複数の電池ユニットと、前記複数の電池ユニットを並列に接続した電池ブロックと、前記電池ユニットを構成する前記電池セルのセル電圧を検出するセル電圧検出回路と、各電池ユニットに直列に接続されたユニットスイッチと、前記電池ユニットの総電圧を検出するユニット電圧検出回路と、前記電池ユニットを構成する前記電池セルの電池残存容量のばらつきを抑制するセル容量均等化回路と、前記電池ユニットの電池残存容量ばらつきを抑制するユニット容量均等化回路と、車両側からの信号を受領可能とすると共に、前記セル容量均等化回路を制御して、各電池ユニットに対して個別にセル残存容量均等化を行い、ユニット容量均等化回路を制御して、電池ブロック全体に対して電池ユニット間のユニット残存容量均等化を行うための電源コントローラとを備える車両用電源装置の容量均等化方法であって、車両側からのスタート信号が非アクティブ状態にあるかどうかを判定する工程と、非アクティブ状態にあるとき、前記ユニットスイッチのすべてをＯＦＦとする工程と、前記電源コントローラが、前記セル電圧検出回路によって検出された電池セル電圧値に基づいて、各電池ユニット毎に電池セル間の均等化が必要かどうかを判定する工程と、均等化が必要と判断した場合、該当する電池ユニットについて、各電池セル間の電池残存量が均等になるように、対応するセル容量均等化回路が前記電池ユニット中の電池セル間の均等化を行う工程と、前記電源コントローラが、該当する電池ユニットのセル残存容量均等化が完了したかどうかを判定する工程と、セル残存容量均等化が完了したと判定した場合、前記電源コントローラが、前記ユニット電圧検出回路によって検出された電池ユニット電圧値に基づいて、各電池ユニット間の均等化が必要かどうかを判定する工程と、均等化が必要と判断した場合、該当する電池ユニットについて、各電池ユニット間の電池残存容量が均等になるように、対応するユニット容量均等化回路が前記電池ユニット間の均等化を行う工程とを含むことができる。これにより、セル残存容量均等化が必要な電池ユニット、及びユニット残存容量均等化が必要な電池ユニットに対して、適切なセル残存容量均等化処理及びユニット残存容量均等化処理を行うことができる。さらに該均等化の際に電池セルに過大な突入電流が通電する事態を回避できる。
【００１８】
さらにまた、第１２の側面に係る車両用電源装置の容量均等化方法によれば、さらに前記電源コントローラは、車両の走行終了後キーＯＦＦ信号を車両側から受領すると、前記電池ブロックの電力出力端子と、前記電池ブロックとの間に接続された出力スイッチをＯＦＦにした後、前記ユニットスイッチをＯＮ状態とし、所定時間経過後、前記ユニットスイッチをＯＦＦとする工程を含むことができる。これにより、直列群電圧同士を並列に接続した状態に所定時間維持できるので、この間にユニット残存容量均等化が図られる。車両の毎回の走行終了後にこの処理を行うことで、常時ユニット間の均等化が維持される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一実施例に係る車両用電源装置を示すブロック図である。
【図２】セル容量均等化回路の一例を示す回路図である。
【図３】ユニット容量均等化回路の一例を示す回路図である。
【図４】変形例に係る電源装置を示すブロック図である。
【図５】容量均等化方法の一例を示すフローチャートである。
【図６】エンジンとモータの走行するハイブリッドカーに電源装置を搭載する例を示すブロック図である。
【図７】モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示すブロック図である。
【図８】電池ユニットを直列接続した従来の車両用の電源装置を示すブロック図である。
【図９】電池ユニットを並列接続した車両用の電源装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための車両用電源装置及びこれを備える車両並びに車両用電源装置の容量均等化方法を例示するものであって、本発明は車両用電源装置及びこれを備える車両並びに車両用電源装置の容量均等化方法を以下のものに特定しない。なお、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
【００２１】
図１〜図５に基づいて、一実施例に係る車両用電源装置と容量均等化方法を説明する。これらの図において、図１は一実施例に係る電源装置のブロック図、図２はセル容量均等化回路の一例を示す回路図、図３はユニット容量均等化回路の一例を示す回路図、図４は変形例に係る電源装置のブロック図、図５は容量均等化方法の一例を示すフローチャートを、それぞれ示している。これらの図に示す車両用電源装置１００では、車両を走行させるモータに電力を供給する複数の充電可能な電池セル１１を直列に接続してなる電池ユニット１０と、各電池ユニット１０に各々並列に接続された回路ユニット１２とで組電池ユニット１３を構成している。また電源装置１００は、組電池ユニット１３の電池ユニット１０を複数並列に接続して電池ブロック１５を構成すると共に、各電池ユニット１０に各々直列にユニットスイッチ１６を接続しており、ユニットスイッチ１６をＯＮ／ＯＦＦすることで各電池ユニット１０を電池ブロック１５から切り離し可能としている。ユニットスイッチ１６は、ブレーカやコンタクタなどが適宜利用できる。
【００２２】
さらに電源装置１００は、電源装置１００を制御するための電源コントローラ３０と、電池ブロック１５の電力出力端子５０とを備える。電源コントローラ３０は、車両側の車両コントローラＣＣからのキー信号を受領可能であり、この信号に基づいて各回路ユニット１２に対して個別に均等化のための制御を行う。この電源装置１００は、車両のモータに駆動電力を供給するバッテリシステムを構成し、駆動電力は電力出力端子５０から供給される。
（回路ユニット１２）
【００２３】
また回路ユニット１２は、電池ユニット１０を構成する電池セル１１のセル電圧を検出するセル電圧検出回路２５と、電池ユニット１０の総電圧を検出するユニット電圧検出回路４５と、電池ユニット１０を構成する前記電池セル１１の電池残存容量のばらつきを抑制するセル容量均等化回路２０と、電池ユニット１０の電池残存容量ばらつきを抑制するユニット容量均等化回路４０とを備える。
（電池ブロック１５）
【００２４】
電池ブロック１５としては、充放電可能な二次電池である素電池（電池セル１１）を複数直列及び並列に接続したものが利用できる。二次電池としては、リチウムイオン電池やニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池などが好適に利用できる。
（セル容量均等化回路２０）
【００２５】
各セル容量均等化回路２０は、電池セル１１のセル電圧を均等化してアンバランスを解消する。セル容量均等化回路２０の回路図の一例を図２に示す。ここでは３つあるセル容量均等化回路２０の一のみを回路図に示して説明する。このセル容量均等化回路２０は、電圧が高い電池セル１１をセル放電抵抗２２で放電して、アンバランスを解消する。ただ本発明は、セル容量均等化回路を、セル放電抵抗で電池を放電する回路には特定しない。例えば、セル容量均等化回路は、電圧の高い電池をコンデンサや電池等の蓄電器に放電して蓄電器に蓄電し、この蓄電器の電荷を電圧の低い電池に放電して、電池の電圧差を解消することもできる。
【００２６】
図２のセル容量均等化回路２０は、セル放電抵抗２２にセルスイッチング素子２３を直列に接続しているセル放電回路２１を備え、各々のセル電圧を検出して、セルスイッチング素子２３をＯＮ／ＯＦＦに制御するセルコントロール回路２４と、各々の電池セル１１のセル電圧を検出するセル電圧検出回路２５を接続している。セル放電抵抗２２とセルスイッチング素子２３のセル放電回路２１は、各々の電池セル１１と並列に接続している。このセル容量均等化回路２０は、電池セル１１のセル電圧が高くなるときに、セルコントロール回路２４でセルスイッチング素子２３をＯＮに切り変えて、セル放電抵抗２２で電池セル１１を放電させて電池セル１１の電圧を低下して均等化する。
【００２７】
さらにセル容量均等化回路２０は、電池ユニット１０から電力の供給を受けて駆動される。図のセル容量均等化回路２０は、電池ユニット１０から電力供給を受けている電源回路２６の出力電圧（Ｖcc）によって動作している。電池ユニット１０の電圧は、例えば電源回路２６であるＤＣ／ＤＣコンバータで降圧して、セル容量均等化回路２０に供給することができる。この回路構成によると、電池ユニット１０の電圧が高くても、セル容量均等化回路２０に最適電圧として供給できる。
【００２８】
セル電圧検出回路２５は、各々の電池セル１１のセル電圧を検出するために、各々の電池セル１１にサブ電圧検出回路２７の入力端子２８を接続している。ただ、サブ電圧検出回路の入力側に、接続する電池を切り変える切換回路（図示せず）を設けて、ひとつのサブ電圧検出回路で複数のセル電圧を検出することもできる。サブ電圧検出回路２７の出力信号は、マルチプレクサ２９を介してセルコントロール回路２４に入力される。マルチプレクサ２９は、サブ電圧検出回路２７の出力を順番に切り変えて、セルコントロール回路２４に入力する。
【００２９】
セルコントロール回路２４は、各々の電池セル１１のセル電圧を比較して、全ての電池セル１１のセル電圧を均等化するようにセルスイッチング素子２３を制御する。このセルコントロール回路２４は、高すぎる電池セル１１に接続しているセル放電回路２１のセルスイッチング素子２３をＯＮに切り変えて放電させる。電池セル１１は放電するに従って電圧が低下する。セルスイッチング素子２３は、電池セル１１の電圧が他の電池セル１１とバランスするまで低下すると、ＯＮからＯＦＦに切り変えられる。セルスイッチング素子２３がＯＦＦになると、電池セル１１の放電は停止される。このように、セルコントロール回路２４は、高いセル電圧の電池セル１１を放電して、全ての電池セル１１のセル電圧をバランスさせる。
（ユニット容量均等化回路４０）
【００３０】
図１の電源装置は、３組の電池ユニット１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃに、図２に示すようなセル容量均等化回路２０を各々備えており、各々の電池ユニット１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの電池セル１１を均等化する。一方で電池ユニット間、すなわち組電池ユニット間のアンバランスを解消するために、ユニット容量均等化回路４０を設けている。図３に、ユニット容量均等化回路４０の一例を示す。この図に示すユニット容量均等化回路４０は、電池ブロック１５にユニット電圧検出回路４５とユニットコントロール回路４４を接続している。さらにユニット容量均等化回路４０は、各々の電池ユニット１０に対して並列に、ユニット放電抵抗４２とユニットスイッチング素子４３の直列回路からなるユニット放電回路４１を設けている。このユニット放電回路４１で各々の電池ユニット１０を均等化することができる。ユニット放電回路４１は、各々の電池ユニット１０のトータルのユニット電圧を検出して、ユニットスイッチング素子４３をＯＮ／ＯＦＦに切り換えるユニットコントロール回路４４で制御する。ユニットコントロール回路４４は、各々の電池ユニット１０のユニット電圧をユニット電圧検出回路４５で検出し、検出したユニット電圧の高い電池ユニット１０に接続しているユニット放電回路４１のユニットスイッチング素子４３をＯＮに切り換えて放電して、各々の電池ユニット１０を均等化する。
【００３１】
さらに、図１の電源装置は、セル容量均等化回路２０のセル残存容量均等化及びユニット容量均等化回路４０のユニット残存容量均等化を制御する電源コントローラ３０を備える。セル容量均等化回路２０は、電源コントローラ３０から入力されるセル残存容量均等化信号で電池ユニット１０毎のセル残存容量均等化を開始する。そしてすべての電池ユニットでセル残存容量均等化が終了したことを検出すると、次いで電源コントローラ３０からユニット容量均等化回路４０にユニット残存容量均等化信号が出力され、今度は電池ユニット間のユニット残存容量均等化処理が開始される。電源コントローラ３０は、車両の走行状態やイグニッションスイッチの状態から、セル容量均等化回路２０が電池ブロック１５を均等化するタイミングを特定し、セル容量均等化回路２０がセル残存容量均等化動作するタイミングになると、セル残存容量均等化信号をセル容量均等化回路２０に出力する一方、ユニット容量均等化回路４０がユニット残存容量均等化動作するタイミングになると、ユニット残存容量均等化信号をユニット容量均等化回路４０に出力する。
【００３２】
電源コントローラ３０は、例えばイグニッションスイッチをＯＦＦにして車両を停止することを検出して、セル容量均等化回路２０にセル残存容量均等化信号を出力する。イグニッションスイッチのＯＦＦは、車両側の車両コントローラＣＣからキーＯＦＦ信号を受信することで検出できる。あるいはスタート信号が非アクティブ状態にあることを検出する構成としてもよい。さらにセル残存容量均等化の際は、各電池ユニット１０のユニットスイッチ１６をすべてＯＦＦとする。これにより、セル残存容量均等化処理は各電池ユニット毎に独立して行われるため、特にセル残存容量均等化処理に次いで電池ユニット間の均等化を図る際に、ユニット電圧の低いユニットに過大な突入電流が通電する事態が回避される。
（電源コントローラ３０）
【００３３】
電源コントローラ３０は、上述の通り所定のタイミングでセル容量均等化回路２０にセル残存容量均等化信号を、ユニット容量均等化回路４０にユニット残存容量均等化信号を、それぞれ出力する。均等化処理を行うタイミングは、例えばキーＯＦＦ時やキーＯＮ時といった規定のタイミングとする他、均等化が必要と判定された任意のタイミングとすることもできる。例えば、セル電圧検出回路によって検出されたセル電圧値に基づいて、各電池ユニット毎に電池セル間の均等化の必要性を判定し、均等化が必要と判断した電池ユニット１０についてのみ、各電池セル間の電池残存量が均等になるように、該当する電池ユニット１０のセル容量均等化回路２０に対してセル残存容量均等化指示を発する。これにより、セル残存容量均等化が必要な電池ユニット１０のみに対して、必要なタイミングでセル残存容量均等化処理を行うことができる。
【００３４】
また電源コントローラ３０は、セル残存容量均等化処理を終えた後に、ユニット残存容量均等化処理を行う。この際も、すべてのユニットに対してユニット残存容量均等化処理を行う構成に限られず、例えば、ユニット電圧検出回路４５によって検出されたユニット電圧値に基づいて、各電池ユニット間の均等化の必要性を判定し、均等化が必要と判断した電池ユニットについてのみ、各電池ユニット間の電池残存容量が均等になるように、該当する電池ユニットのユニット電圧検出回路に対してユニット残存容量均等化指示を発する。またセル残存容量均等化処理が終了したことを検出するため、電源コントローラは該当する電池ユニットから均等化完了信号を受け取る構成としてもよい。例えばセル電圧検出回路、あるいはセル容量均等化回路が電源コントローラに対して均等化完了信号を発する。あるいは、セル電圧検出回路によって検出されたセル電圧値に基づいて、セル残存容量均等化の完了を電源コントローラ側で判定することもできる。さらに電源コントローラは、各電池ユニットにおけるユニット電圧検出回路４５によって検出された電池ユニット電圧値に基づいて、ユニット残存容量均等化の完了を判定することも可能である。
【００３５】
さらに電池ブロック１５への充放電を制御するための充放電制御手段１３と、電池ブロック１５を通電する充放電電流を検出するための電流検出手段１４と、電流検出手段１４で検出された充放電電流に基づいて、電池ブロック１５の残存容量を推定するための電池容量演算手段１５と、電池容量演算手段１５で推定された電池ブロック１５の残存容量に基づいて充放電電流制限値を、電力供給対象機器である車両側に対して通信するための電源側通信手段１６としても機能する。なお図１の例では、電源コントローラ３０は、車両の電装用バッテリから供給される電力で動作する。
【００３６】
電力出力端子５０は、車両側の電力入力端子と接続されて、電池ブロック１５からの電力を車両側に供給する。また図４の変形例に係る車両用電源装置２００に示すように、電力出力端子５０と電池ブロックとの間に出力スイッチ５１を設けてもよい。この場合は、車両の走行終了後キーＯＦＦ信号を車両コントローラＣＣから電源コントローラ３０が受領すると、電源コントローラ３０は出力スイッチ５１をＯＦＦにすると共に、所定時間はユニットスイッチ１６をＯＮ状態とする。この状態では、直列群電圧同士が並列に接続されるので、組電池ユニット間のユニット残存容量均等化が図られる。特に車両の毎回の走行終了後にこの処理を行うことで、常時ユニット間の均等化が維持される。
【００３７】
この車両用電源装置が、セル残存容量均等化処理及びユニット残存容量均等化処理を行う手順を、図５のフローチャートに基づいて説明する。まずステップＳ１で、車両側からのスタート信号が非アクティブ状態にあるかどうかを判定する。図１の例では、車両コントローラＣＣからキーＯＦＦ信号を電源コントローラ３０で受信することにより、非アクティブ状態となったことを判定できる。非アクティブ状態でないと判定された場合、すなわちキーＯＮ状態の場合は、処理を終了する。
【００３８】
非アクティブ状態にあると判定された場合はステップＳ２に進み、電源コントローラ３０がユニットスイッチ１６のすべてをＯＦＦとする。次いでステップＳ３に進み、電源コントローラ３０が、セル電圧検出回路２５によって検出されたセル電圧値に基づいて、各電池ユニット毎に電池セル間の均等化が必要かどうかを判定する。必要でないと判定した場合はそのままステップＳ４に進み、一方セル残存容量均等化が必要と判断した場合はステップＳ３−２に進む。ステップＳ３−２では、セル残存容量均等化が必要と判定された電池ユニット１０について、各電池セル間の電池残存量が均等になるように、対応するセル容量均等化回路２０が電池ユニット１０中の電池セル間の均等化を行う。次いでステップＳ４に進み、電源コントローラ３０が、該当する電池ユニット１０のセル残存容量均等化が完了したかどうかを判定し、完了していない場合はステップＳ３に戻って処理を繰り返し、すべての電池ユニット１０でセル残存容量均等化処理が完了したと判定された場合は、ステップＳ４に進む。
【００３９】
次にステップＳ４では、電源コントローラ３０が、ユニット電圧検出回路４５によって検出されたユニット電圧値に基づいて、各電池ユニット間の均等化が必要かどうかを判定する。不要と判断した場合はそのままステップＳ６に進み、ユニット残存容量均等化処理が必要と判断した場合はステップＳ５−２に進む。ステップＳ５−２では、該当する電池ユニット１０について、各電池ユニット間の電池残存容量が均等になるように、対応するユニット容量均等化回路４０が電池ユニット間の均等化を行った後、ステップＳ６に進む。
【００４０】
最後にステップＳ６では、電源コントローラ３０が、各電池ユニット１０についてユニット残存容量均等化が完了したかどうかを判定し、完了していない場合はステップＳ５に戻って処理を繰り返し、すべての電池ユニット１０でユニット残存容量均等化処理が完了したと判定された場合は、処理を終了する。このようにして、順次セル残存容量均等化処理とユニット残存容量均等化処理とが行われ、すべてのアンバランスを解消できる。
【００４１】
以上の電源装置は、車載用のバッテリシステムとして利用できる。電源装置を搭載する車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーやプラグインハイブリッドカー、あるいはモータのみで走行する電気自動車などの電動車両が利用でき、これらの車両の電源として使用される。
【００４２】
図６に、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーに電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両ＨＶは、車両ＨＶを走行させるエンジン９６及び走行用のモータ９３と、モータ９３に電力を供給するバッテリシステム１００Ｂと、バッテリシステム１００Ｂの電池を充電する発電機９４とを備えている。バッテリシステム１００Ｂは、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。車両ＨＶは、バッテリシステム１００Ｂの電池を充放電しながらモータ９３とエンジン９６の両方で走行する。モータ９３は、エンジン効率の悪い領域、例えば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ９３は、バッテリシステム１００Ｂから電力が供給されて駆動する。発電機９４は、エンジン９６で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、バッテリシステム１００Ｂの電池を充電する。
【００４３】
また図７に、モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両ＥＶは、車両ＥＶを走行させる走行用のモータ９３と、このモータ９３に電力を供給するバッテリシステム１００Ｃと、このバッテリシステム１００Ｃの電池を充電する発電機９４とを備えている。モータ９３は、バッテリシステム１００Ｃから電力が供給されて駆動する。発電機９４は、車両ＥＶを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、バッテリシステム１００Ｃの電池を充電する。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明に係る車両用電源装置及びこれを備える車両並びに車両用電源装置の容量均等化方法は、ＥＶ走行モードとＨＥＶ走行モードとを切り替え可能なプラグイン式ハイブリッド電気自動車やハイブリッド式電気自動車、電気自動車などの容量均等化方法として好適に利用できる。
【符号の説明】
【００４５】
１００、２００…車両用電源装置
１００Ｂ、１００Ｃ…バッテリシステム
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ…電池ユニット
１１…電池セル
１２…回路ユニット
１３…組電池ユニット
１５…電池ブロック
１６…ユニットスイッチ
２０…セル容量均等化回路
２１…セル放電回路
２２…セル放電抵抗
２３…セルスイッチング素子
２４…セルコントロール回路
２５…セル電圧検出回路
２６…電源回路
２７…サブ電圧検出回路
２８…入力端子
２９…マルチプレクサ
３０…電源コントローラ
４０…ユニット容量均等化回路
４１…ユニット放電回路
４２…ユニット放電抵抗
４３…ユニットスイッチング素子
４４…ユニットコントロール回路
４５…ユニット電圧検出回路
５０…電力出力端子
５１…出力スイッチ
８１ａ〜８１ｄ…並列ブロック
８３…セル電圧検出部
９３…モータ
９４…発電機
９５…ＤＣ／ＡＣインバータ
９６…エンジン
ＳＷ…スイッチ
ＣＣ…車両コントローラ
ＥＶ、ＨＶ…車両
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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