(57)【要約】【課題】エネルギーの損失を低減させる。【解決手段】直列接続されたｎ個の蓄電装置とｎ個のコイルとをそれぞれを接続させるｎ個（ｎは３以上の自然数）のスイッチ部を有するスイッチ回路の制御方法であって、前記ｎ個の蓄電装置のうち最大電位差を有する蓄電装置以外の蓄電装置のうち、ｋ個（１＜ｋ＜ｎの自然数）の蓄電装置に対応するスイッチ部を導通させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続されたｎ個の蓄電装置とｎ個のコイルとをそれぞれを接続させるｎ個（ｎは３以上の自然数）のスイッチ部を有するスイッチ回路の制御方法であって、
前記ｎ個の蓄電装置のうち最大電位差を有する蓄電装置以外の蓄電装置のうち、ｋ個（１＜ｋ＜ｎの自然数）の蓄電装置に対応するスイッチ部を導通させることを特徴とするスイッチ回路の制御方法。
【請求項２】
前記ｎ個のコイルに対するエネルギーの蓄積及び放出を切り替えるｎ個の切替スイッチ部を有し、
前記ｋ個の蓄電装置に対応するスイッチ部が導通されたとき、前記ｋ個の前記切替スイッチ部により、前記ｋ個の前記コイルのエネルギーを放出させることを特徴とする請求項１記載のスイッチ回路の制御方法。
【請求項３】
前記スイッチ部は、
前記蓄電装置の正極と前記コイルの一端とを導通又は遮断させる第一のスイッチ素子と、
前記蓄電装置の負極と前記コイルの他端とを導通又は遮断させる第二のスイッチ素子と、を有し、
前記第一のスイッチ素子における前記蓄電装置の正極側の電位及び前記コイルの一端側の電位の差に基づき、遮断されることを特徴とする請求項２記載のスイッチ回路の制御方法。
【請求項４】
前記コイルの両端の電位差が所定値となったとき、前記切替スイッチ部により、前記コイルの前記エネルギーの放出させることを特徴とする請求項３記載のスイッチ回路の制御方法。
【請求項５】
直列接続されたｎ個の蓄電装置とｎ個のコイルとをそれぞれを接続させるｎ個（ｎは３以上の自然数）のスイッチ部を有し、
前記ｎ個の蓄電装置のうち最大電位差を有する蓄電装置以外の蓄電装置のうち、ｋ個（１＜ｋ＜ｎの自然数）の蓄電装置に対応するスイッチ部を導通させることを特徴とする蓄電状態調整回路。
【請求項６】
ｎ個のコイルと、
直列接続されたｎ個の蓄電装置と前記ｎ個のコイルとをそれぞれを接続させるｎ個（ｎは３以上の自然数）のスイッチ部と、を有し、
前記ｎ個の蓄電装置のうち最大電位差を有する蓄電装置以外の蓄電装置のうち、ｋ個（１＜ｋ＜ｎの自然数）の蓄電装置に対応するスイッチ部を導通させることを特徴とする蓄電状態調整装置。
【請求項７】
ｎ個のコイルと、
直列接続されたｎ個の蓄電装置と、
前記ｎ個の蓄電装置と前記ｎ個のコイルとをそれぞれを接続させるｎ個（ｎは３以上の自然数）のスイッチ部と、を有し、
前記ｎ個の蓄電装置のうち最大電位差を有する蓄電装置以外の蓄電装置のうち、ｋ個（１＜ｋ＜ｎの自然数）の蓄電装置に対応するスイッチ部を導通させることを特徴とする蓄電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充放電可能な複数の蓄電手段に係るスイッチ回路の制御方法、蓄電状態調整回路、蓄電状態調整装置及び蓄電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、直列に接続された複数の二次電池（セル）を有する蓄電池パックでは、セルの電圧を調整して各セルのセル電圧の均一化を図る電子回路を有するものが知られている。セル電圧の均一化においては、セル間で電力の受け渡しを行わせるアクティブ方式が注目されている。
【０００３】
アクティブ方式の電子回路は、トランスと、トランスを駆動させるスイッチ素子とを有し、スイッチ素子がオンされている期間に一次側コイルに電力を蓄え、スイッチ素子がオフされたとき一次側コイルに蓄えた電力を二次側コイルに出力する。アクティブ方式の電子回路では、この動作を繰り返して二次側コイルに接続されたセルに電力を供給し、二次電池のセル電圧の均一化を図る（例えば特許文献１〜３）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながらアクティブ方式の電子回路では、トランスによるエネルギーの損失が大きくなる。
【０００５】
開示の技術は、上記事情に鑑みてこれを解決すべくなされたものであり、エネルギーの損失を低減させることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成すべく、以下の如き構成を採用した。
【０００７】
本発明は、直列接続されたｎ個の蓄電装置とｎ個のコイルとをそれぞれを接続させるｎ個（ｎは３以上の自然数）のスイッチ部を有するスイッチ回路の制御方法であって、前記ｎ個の蓄電装置のうち最大電位差を有する蓄電装置以外の蓄電装置のうち、ｋ個（１＜ｋ＜ｎの自然数）の蓄電装置に対応するスイッチ部を導通させる。
【発明の効果】
【０００８】
エネルギーの損失を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】蓄電池パックを説明する図である。
【図２】電流制限回路と論理回路の一例を説明する図である。
【図３】蓄電状態調整回路の動作を説明するタイミングチャートである。
【図４】電流制限回路と論理回路の他の例を説明する図である。
【図５】蓄電状態調整回路の動作を説明する他のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、蓄電池パックを説明する図である。
【００１１】
本実施形態の蓄電池パック１００は、Ｂ＋端子、Ｂ−端子、コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、蓄電状態調整回路１１０、組電池１２０、セル電圧検出回路１３０、コントローラ１４０を有する。
【００１２】
本実施形態の蓄電状態調整回路１１０は、組電池１２０に含まれる複数の二次電池のセル電圧の均一化を図り、各二次電池における電気の蓄積状態（すなわち蓄電状態）を調整する。
【００１３】
本実施形態の蓄電池パック１００は、Ｂ＋端子及びＢ−端子を介して接続された負荷に、組電池１２０に蓄電された電力を供給する。また本実施形態の蓄電池パック１００は、Ｂ＋端子及びＢ−端子を介して接続された充電器により、組電池１２０に含まれる二次電池を充電する。
【００１４】
本実施形態の蓄電状態調整回路１１０は、スイッチ素子ＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３、ＳＬ４、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ４１、Ｓ４２、電流制限回路１５０、１６０、１７０、１８０を有する。本実施形態の蓄電状態調整回路１１０が有する各スイッチ素子は、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等の半導体スイッチ素子等である。
【００１５】
本実施形態の組電池１２０は、二次電池Ｂ１、二次電池Ｂ２、二次電池Ｂ３、二次電池Ｂ４を含む。本実施形態の二次電池Ｂ１〜Ｂ４は、充放電が可能な蓄電手段であり、Ｂ＋端子とＢ−端子との間で直列に接続されている。本実施形態のコイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４は、二次電池Ｂ１、二次電池Ｂ２、二次電池Ｂ３、二次電池Ｂ４のそれぞれと対応して設けられている。尚、本実施形態では、組電池１２０は４つの二次電池Ｂ１〜Ｂ４を有するものとしたが、これに限定されない。本実施形態の二次電池Ｂ１〜Ｂ４は、例えば電気二重層キャパシタ等の蓄電池とすることもできる。また、本実施形態では、組電池１２０が有する二次電池は４つとしたが、これに限定されない。本実施形態の組電池１２０が有する二次電池の数は、２つ以上であれば良く、任意の数であって良い。
【００１６】
本実施形態のセル電圧検出回路１３０は、二次電池Ｂ１〜Ｂ４のそれぞれのセル電圧を検出し、検出したセル電圧をコントローラ１４０へ出力する。
【００１７】
本実施形態のコントローラ１４０は、コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４のそれぞれに対するコイル電流ＩＬ１、ＩＬ２、ＩＬ３、ＩＬ４の供給と遮断を制御する。また本実施形態のコントローラ１４０は、二次電池Ｂ１〜Ｂ４において最もセル電圧の高い二次電池を検出し、検出された二次電池以外の二次電池に対し、各二次電池と対応するコイルに蓄えられた電力を放電させる。
【００１８】
本実施形態の蓄電状態調整回路１１０では、この構成により、組電池１２０に含まれる二次電池のセル電圧を、最も高いセル電圧に合わせるように、各二次電池の蓄電状態を調整する。また本実施形態の蓄電状態調整回路１１０では、各二次電池と対応するコイルに蓄えられた電力を用いて蓄電状態を調整するため、１つのコイルで１つの二次電池に電力を供給する。よって本実施形態の蓄電状態調整回路１１０によれば、高速に二次電池Ｂ１〜Ｂ４の蓄電状態の均一化を図ることができる。
【００１９】
以下に本実施形態の蓄電池パック１００における各部品の接続について説明する。
【００２０】
本実施形態の二次電池Ｂ１〜Ｂ４は、直列に接続されており、二次電池Ｂ１の正極がＢ＋端子と接続され、二次電池Ｂ４の負極がＢ−端子と接続されている。
【００２１】
本実施形態のスイッチ素子ＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３、ＳＬ４のそれぞれの一端は、二次電池Ｂ１の正極と接続されている。
【００２２】
スイッチ素子ＳＬ１の他端は、コイルＬ１の一端と接続されている。図１では、コイルＬ１とスイッチ素子ＳＬ１との接続点を接続点Ｌａ１とする。コイルＬ１の他端は、電流制限回路１５０の一端と接続されている。図１では、コイルＬ１と電流制限回路１５０の一端との接続点を接続点Ｌｂ１とする。電流制限回路１５０の他端は、Ｂ−端子及び二次電池Ｂ４の負極と接続されている。
【００２３】
スイッチ素子ＳＬ２の他端は、コイルＬ２の一端と接続されている。図１では、コイルＬ２とスイッチ素子ＳＬ２との接続点を接続点Ｌａ２とする。コイルＬ２の他端は、電流制限回路１６０の一端と接続されている。図１では、コイルＬ２と電流制限回路１６０の一端との接続点を接続点Ｌｂ２とする。電流制限回路１６０の他端は、Ｂ−端子及び二次電池Ｂ４の負極と接続されている。
【００２４】
スイッチ素子ＳＬ３の他端は、コイルＬ３の一端と接続されている。図１では、コイルＬ３とスイッチ素子ＳＬ３との接続点を接続点Ｌａ３とする。コイルＬ３の他端は、電流制限回路１７０の一端と接続されている。図１では、コイルＬ３と電流制限回路１７０の一端との接続点を接続点Ｌｂ３とする。電流制限回路１７０の他端は、Ｂ−端子及び二次電池Ｂ４の負極と接続されている。
【００２５】
スイッチ素子ＳＬ４の他端は、コイルＬ４の一端と接続されている。図１では、コイルＬ４とスイッチ素子ＳＬ４との接続点を接続点Ｌａ４とする。コイルＬ４の他端は、電流制限回路１８０の一端と接続されている。図１では、コイルＬ４と電流制限回路１８０の一端との接続点を接続点Ｌｂ４とする。電流制限回路１８０の他端は、Ｂ−端子及び二次電池Ｂ４の負極と接続されている。
【００２６】
すなわち本実施形態において、スイッチ素子ＳＬ１はコイルＬ１の充放電を制御するスイッチ部であり、スイッチ素子ＳＬ２はコイルＬ２の充放電を制御するスイッチ部である。同様に、本実施形態において、スイッチ素子ＳＬ３はコイルＬ３の充放電を制御するスイッチ部であり、スイッチ素子ＳＬ４はコイルＬ４の充放電を制御するスイッチ部である。尚、本実施形態の電流制限回路１５０、１６０、１７０、１８０の詳細は後述する。
【００２７】
本実施形態において、スイッチ素子Ｓ１１の一端は二次電池Ｂ１の正極に接続されており、スイッチ素子Ｓ１１の他端は、接続点Ｌｂ１に接続されている。また本実施形態のス
イッチ素子Ｓ１２の一端は二次電池Ｂ１の負極（二次電池Ｂ２の正極）に接続されており、スイッチ素子Ｓ１２の他端は、接続点Ｌａ１に接続されている。
【００２８】
本実施形態において、スイッチ素子Ｓ２１の一端は二次電池Ｂ２の正極に接続されており、スイッチ素子Ｓ２１の他端は、接続点Ｌｂ２に接続されている。また本実施形態のスイッチ素子Ｓ２２の一端は二次電池Ｂ２の負極（二次電池Ｂ３の正極）に接続されており、スイッチ素子Ｓ２２の他端は、接続点Ｌａ２に接続されている。
【００２９】
本実施形態において、スイッチ素子Ｓ３１の一端は二次電池Ｂ３の正極に接続されており、スイッチ素子Ｓ３１の他端は、接続点Ｌｂ３に接続されている。また本実施形態のスイッチ素子Ｓ３２の一端は二次電池Ｂ３の負極（二次電池Ｂ４の正極）に接続されており、スイッチ素子Ｓ３２の他端は、接続点Ｌａ３に接続されている。
【００３０】
本実施形態において、スイッチ素子Ｓ４１の一端は二次電池Ｂ４の正極に接続されており、スイッチ素子Ｓ４１の他端は、接続点Ｌｂ４に接続されている。また本実施形態のスイッチ素子Ｓ４２の一端は二次電池Ｂ４の負極に接続されており、スイッチ素子Ｓ４２の他端は、接続点Ｌａ４に接続されている。
【００３１】
すなわち本実施形態のスイッチ素子Ｓ１１、Ｓ１２は、二次電池Ｂ１と対応して設けられており、二次電池Ｂ１とコイルＬ１との接続／遮断を制御するスイッチ部である。またスイッチ素子Ｓ２１、Ｓ２２は、二次電池Ｂ２と対応して設けられており、二次電池Ｂ２とコイルＬ２との接続／遮断を制御するスイッチ部である。
【００３２】
スイッチ素子Ｓ３１、Ｓ３２は、二次電池Ｂ３と対応して設けられており、二次電池Ｂ３とコイルＬ３との接続／遮断を制御するスイッチ部である。スイッチ素子Ｓ４１、Ｓ４２は、二次電池Ｂ４と対応して設けられており、二次電池Ｂ４とコイルＬ４との接続／遮断を制御するスイッチ部である。
【００３３】
本実施形態のセル電圧検出回路１３０とコントローラ１４０とは、Ｂ＋端子とＢ−端子との間に接続されている。
【００３４】
本実施形態のコントローラ１４０は、論理回路２１０、２２０、２３０、２４０を有する。また本実施形態のコントローラ１４０は、最高電圧検出部１４１、クロック生成部１４２を有する。
【００３５】
本実施形態の論理回路２１０は、二次電池Ｂ１と対応しており、二次電池Ｂ１に対するコイルＬ１からの電力の供給／遮断を制御する。本実施形態の論理回路２２０は、二次電池Ｂ２と対応しており、二次電池Ｂ２に対するコイルＬ２からの電力の供給／遮断を制御する。論理回路２３０は、二次電池Ｂ３と対応しており、二次電池Ｂ３に対するコイルＬ３からの電力の供給／遮断を制御する。論理回路２４０は、二次電池Ｂ４と対応しており、二次電池Ｂ４に対するコイルＬ４からの電力の供給／遮断を制御する。
【００３６】
本実施形態の最高電圧検出部１４１は、セル電圧検出回路１３０の出力から、二次電池Ｂ１〜Ｂ４において最もセル電圧が高い二次電池を検出し、各論理回路に検出結果を通知する。
【００３７】
具体的には最高電圧検出部１４１は、論理回路２１０、２２０、２３０、２４０に対して、予めローレベル（以下、Ｌレベル）の選択通知信号を供給しておく。そして最高電圧検出部１４１は、最高電圧の二次電池を検出すると、この二次電池以外の二次電池に対応する論理回路に供給される選択通知信号をハイレベル（以下、Ｈレベル）に反転させても良い。
【００３８】
本実施形態のクロック生成部１４２は、論理回路２１０、２２０、２３０、２４０に供給されるクロック信号を生成する。本実施形態のクロック生成部１４２は、最高電圧検出部１４１により検出された二次電池以外の二次電池と対応する論理回路に所定周期のクロック信号を供給し、最高電圧の二次電池と対応する論理回路に供給するクロック信号は、信号のレベルを固定しても良い。
【００３９】
論理回路２１０は、スイッチ素子ＳＬ１と、電流制限回路１５０に含まれるスイッチ素子ＳＣＬ１とを制御する制御信号ＳＧ１と、スイッチ素子Ｓ１１を制御する制御信号ＳＧ１１と、スイッチ素子Ｓ１２を制御する制御信号ＳＧ１２とを生成する。
【００４０】
論理回路２２０は、スイッチ素子ＳＬ２と、電流制限回路１６０に含まれるスイッチ素子ＳＣＬ２とを制御する制御信号ＳＧ２と、スイッチ素子Ｓ２１を制御する制御信号ＳＧ２１と、スイッチ素子Ｓ２２を制御する制御信号ＳＧ２２を生成する。
【００４１】
論理回路２３０は、スイッチ素子ＳＬ３と、電流制限回路１７０に含まれるスイッチ素子ＳＣＬ３とを制御する制御信号ＳＧ３と、スイッチ素子Ｓ３１を制御する制御信号ＳＧ３１と、スイッチ素子Ｓ３２を制御する制御信号ＳＧ３２とを生成する。
【００４２】
論理回路２４０は、スイッチ素子ＳＬ４と、電流制限回路１８０に含まれるスイッチ素子ＳＣＬ４とを制御する制御信号ＳＧ４と、スイッチ素子Ｓ４１を制御する制御信号ＳＧ４１と、スイッチ素子Ｓ４２を制御する制御信号ＳＧ４２とを生成する。
【００４３】
尚、図１では、論理回路２１０とスイッチ素子ＳＬ１、Ｓ１１及びＳ１２との接続についてのみ示した。本実施形態の蓄電池パック１００では、論理回路２２０とスイッチ素子ＳＬ２、Ｓ２１及びＳ２２との接続、論理回路２３０とスイッチ素子ＳＬ３、Ｓ３１及びＳ３２との接続、論理回路２４０とスイッチ素子ＳＬ４、Ｓ４１及びＳ４２との接続は、論理回路２１０とスイッチ素子ＳＬ１、Ｓ１１及びＳ１２の接続と同様である。本実施形態の論理回路２１０、２２０、２３０、２４０の詳細は後述する。
【００４４】
以上のように本実施形態において、コントローラ１４０は、セル電圧が最も高い二次電池を検出し、蓄電状態調整回路１１０において、検出された二次電池以外の二次電池と、検出された二次電池以外の二次電池と対応するコイルとを接続させる。本実施形態では、この蓄電状態調整回路１１０の動作により、最もセル電圧が高い二次電池以外の二次電池に対し、コイルに蓄えられた電力を供給し、二次電池Ｂ１〜Ｂ４における蓄電状態を調整する。
【００４５】
次に、図２を参照して本実施形態の電流制限回路１５０、１６０、１７０、１８０と、論理回路２１０、２２０、２３０、２４０について説明する。
【００４６】
図２は、電流制限回路と論理回路の一例を説明する図である。本実施形態の電流制限回路１５０、１６０、１７０、１８０のそれぞれと、論理回路２１０、２２０、２３０、２４０のそれぞれは、が同一の構成を有する。よって、図２では論理回路２１０及び電流制限回路１５０を一例として示す。尚、図２に示す論理回路２１０は、後述する図３のタイミングチャートに示す動作を実現するための回路の一例である。論理回路２１０は、図３のタイミングチャートに示す動作を実現させる構成を有していれば良い。
【００４７】
本実施形態の電流制限回路１５０は、スイッチ素子ＳＣＬ１、抵抗Ｒ１、コンパレータ１５１、基準電圧生成部１５２を有する。
【００４８】
スイッチ素子ＳＣＬ１は、一端が接続点Ｌｂ１と接続され、他端がコンパレータ１５１の反転入力端子と抵抗Ｒ１の一端との接続点Ｐ１と接続されている。本実施形態のスイッチ素子ＳＬ１及びＳＣＬ１は、論理回路２１０から出力される制御信号ＳＧ１によりオン／オフが制御される。すなわち本実施形態のスイッチ素子ＳＬ１及びＳＣＬ１は、二次電池Ｂ１〜Ｂ４とコイルＬ１との直列の接続／遮断を制御し、コイルＬ１の充放電を制御するスイッチ部である。抵抗Ｒ１の他端は、基準電圧生成部１５２の負極とＢ−端子との接続点Ｐ２と接続されている。
【００４９】
基準電圧生成部１５２は、基準電圧Ｖｒｅｆを生成しており、正極がコンパレータ１５１の非反転入力端子と接続されている。コンパレータ１５１の出力端子は、後述するＮＡＮＤ回路２１７の一方の入力端子と接続されている。
【００５０】
本実施形態の論理回路２１０は、ＡＮＤ回路２１１、２１２、２１３、ＮＯＴ回路２１４、コンパレータ２１５を有する。また、本実施形態の論理回路２１０は、ＮＯＴ回路２１６、ＮＡＮＤ回路２１７、２１８を有する。
【００５１】
ＡＮＤ回路２１１は、一方の入力にＮＯＴ回路２１６の出力信号が供給され、他方の入力にクロック生成部１４２から出力されるクロック信号ＣＬＫ１が供給される。ＡＮＤ回路２１１の出力信号は、ＮＯＴ回路２１４に供給される。またＡＮＤ回路２１１の出力信号は、信号ＳＧ１′としてコントローラ１４０内のＯＲ回路へ入力される。そしてＯＲ回路の出力信号が、制御信号ＳＧ１として、スイッチ素子ＳＬ及びＳＣＬに供給される。
【００５２】
ＮＯＴ回路２１４の出力信号は、ＡＮＤ回路２１２の一方の入力へ供給される。ＡＮＤ回路２１２の他方の入力には、最低電圧検出部１４１から出力される選択通知信号ＳＬＥ１が供給される。
【００５３】
ＡＮＤ回路２１２の出力信号は、スイッチ素子Ｓ１２のオン／オフを制御する制御信号ＳＧ１２として、スイッチ素子Ｓ１２に供給される。また、ＡＮＤ回路２１２の出力信号は、ＡＮＤ回路２１３の一方の入力に供給される。ＡＮＤ回路２１３の他方の入力には、コンパレータ２１５の出力信号が供給される。
【００５４】
ＡＮＤ回路２１３の出力信号は、スイッチ素子Ｓ１１のオン／オフを制御する制御信号ＳＧ１１として、スイッチ素子Ｓ１１に供給される。
【００５５】
コンパレータ２１５の反転入力端子は、スイッチ素子Ｓ１１における二次電池Ｂ１側の一端と接続されている。コンパレータ２１５の反転入力端子と、スイッチ素子Ｓ１１の一端との接続点は、Ｐ３とする。
【００５６】
コンパレータ２１５の非反転入力端子は、スイッチ素子Ｓ１１におけるコイルＬ側の他端と接続されている。コンパレータ２１５の非反転入力端子と、スイッチ素子Ｓ１１の他端との接続点は、Ｐ４とする。
【００５７】
本実施形態のＮＡＮＤ回路２１７とＮＡＮＤ回路２１８とは、フリップフロップを形成している。ＮＡＮＤ回路２１７の一方の入力には、コンパレータ１５１の出力信号が供給され、ＮＡＮＤ回路２１７の他方の入力には、ＮＡＮＤ回路２１８の出力信号が供給される。ＮＡＮＤ回路２１８は、一方の入力にクロック生成部１４２から出力されるクロック信号ＣＬＫ１が供給され、他方の入力にＮＡＮＤ回路２１７の出力信号が供給される。ＮＡＮＤ回路２１７の出力信号は、ＮＯＴ回路２１６の入力に供給される。
【００５８】
以下に、図３を参照して本実施形態の蓄電状態調整回路１１０の動作について説明する。図３は、蓄電状態調整回路の動作を説明するタイミングチャートである。図３では、最高電圧検出部１４１により二次電池Ｂ４が検出され、二次電池Ｂ４以外の二次電池Ｂ１と対応する論理回路２１０に対し、Ｈレベルの選択通知信号ＳＬＥ１が供給された際の蓄電状態調整回路１１０の動作を示している。より具体的には、図３では、二次電池Ｂ１とコイルＬ１との接続を制御するスイッチ部であるスイッチ素子Ｓ１１、Ｓ１２と、コイルＬ１の充放電を制御するスイッチ部であるスイッチ素子ＳＬ１、ＳＣＬ１の動作を示している。
【００５９】
尚、最高電圧検出部１４１により二次電池Ｂ４が検出された場合、二次電池Ｂ２、Ｂ３のそれぞれと対応する論理回路２２０、２３０に対しても、Ｈレベルの選択通知信号ＳＬＥ２、ＳＬＥ３と、所定周期のクロック信号ＣＬＫ２、ＣＬＫ３とが供給される。
【００６０】
よって、二次電池Ｂ２をコイルＬ２に接続するスイッチ部あるスイッチ素子Ｓ２１、２２と、コイルＬ２の充放電を制御するスイッチ部であるスイッチ素子ＳＬ２、ＳＣＬ２（図示せず）は、図３に示す動作と同様に動作する。また二次電池Ｂ３をコイルＬ３に接続するスイッチ部あるスイッチ素子Ｓ３１、３２と、コイルＬ３の充放電を制御するスイッチ部であるスイッチ素子ＳＬ３、ＳＣＬ３（図示せず）は、図３に示す動作と同様に動作する。
【００６１】
初めに、タイミングＴ１におけるスイッチ素子ＳＬ１、ＳＣＬ１、Ｓ１１及びＳ１２の動作を説明する。タイミングＴ１では、クロック信号ＣＬＫ１がＨレベルである。このタイミングＴ１において、接続点Ｐ１−Ｐ２間の電圧は、基準電圧Ｖｒｅｆに達しておらず、コンパレータ１５１の出力信号はＨレベルである。よってＡＮＤ回路２１１の出力信号はＨレベルとなる。すなわち、タイミングＴ１において制御信号ＳＧ１はＨレベルとなり、スイッチ素子ＳＬ１及びＳＣＬ１はオンされ、コイルＬ１へコイル電流ＩＬ１の供給が開始される。
【００６２】
またＡＮＤ回路２１１の出力信号は、ＮＯＴ回路２１４を介してＬレベルに反転され、ＡＮＤ回路２１２の一方の入力に供給される。ＡＮＤ回路２１２の他方の入力には、Ｈレベルの選択通知信号ＳＬＥ１が供給されているため、ＡＮＤ回路２１２の出力信号はＬレベルである。すなわち、タイミングＴ１において制御信号ＳＧ１２はＬレベルであり、スイッチ素子Ｓ１２はオフされる。
【００６３】
ＡＮＤ回路２１２のＬレベルの出力信号は、ＡＮＤ回路２１３の一方の入力に供給される。したがってＡＮＤ回路２１３の出力信号は、コンパレータ２１５の出力信号のレベルに関わらず、Ｌレベルとなる。すなわち、タイミングＴ１において制御信号ＳＧ１１はＬレベルであり、スイッチ素子Ｓ１１はオフされる。
【００６４】
以上のように本実施形態の蓄電状態調整回路１１０は、タイミングＴ１においてスイッチ素子ＳＬ１及びＳＣＬ１がオンされ、スイッチ素子Ｓ１１及びＳ１２がオフされる。
【００６５】
このため本実施形態において、コイルＬ１は、例えば蓄電池パック１００に充電器が接続されていない場合、タイミングＴ１において二次電池Ｂ１〜Ｂ４と直列に接続される。この場合、コイルＬ１には、組電池１２０からコイル電流ＩＬ１が供給され、充電される。
【００６６】
また、コイルＬ１は、例えば蓄電池パック１００に充電器が接続されている場合、タイミングＴ１において両端がＢ＋端子及びＢ−端子を介して充電器と接続される。この場合、コイルＬには、充電器からコイル電流ＩＬ１が供給され、充電される。
【００６７】
次に、タイミングＴ２におけるスイッチ素子ＳＬ１、ＳＣＬ１、Ｓ１１及びＳ１２の動作を説明する。タイミングＴ２は、コイル電流ＩＬ１がコイルＬ１に供給され、接続点Ｐ１−Ｐ２間の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆに達したタイミングである。このタイミングＴ２において、コンパレータ１５１の出力信号は、ＨレベルからＬレベルへ反転する。したがってタイミングＴ２において、ＡＮＤ回路２１１の出力信号はクロック信号ＣＬＫ１のレベルに関わらずＬレベルに反転する。
【００６８】
すなわち、タイミングＴ２において制御信号ＳＧ１はＬレベルとなり、スイッチ素子ＳＬ１及びＳＣＬ１はオフされ、コイルＬ１に対するコイル電流ＩＬ１の供給が停止する。
【００６９】
ＡＮＤ回路２１１の出力信号は、ＮＯＴ回路２１４を介してＨレベルに反転され、ＡＮＤ回路２１２の一方の入力に供給される。ＡＮＤ回路２１２の他方の入力には、Ｈレベルの選択通知信号ＳＬＥ１が供給されるため、ＡＮＤ回路２１２の出力信号はＨレベルに反転する。すなわち、タイミングＴ２において制御信号ＳＧ１２はＨレベルとなり、スイッチ素子Ｓ１２はオンされる。
【００７０】
ＡＮＤ回路２１２のＨレベルの出力信号は、ＡＮＤ回路２１３の一方の入力に供給される。このとき接続点Ｐ４の電位は、コイルＬ１に電力が蓄えられているため、接続点Ｐ３の電位よりも高い。よってコンパレータ２１５の出力信号はＨレベルとなり、ＡＮＤ回路２１３の出力信号は、ＬレベルからＨレベルに反転する。
【００７１】
すなわち、タイミングＴ２において制御信号ＳＧ１１はＨレベルであり、スイッチ素子Ｓ１１はオンされる。
【００７２】
以上のように本実施形態の蓄電状態調整回路１１０は、タイミングＴ２においてスイッチ素子ＳＬ１及びＳＣＬ１がオフされ、スイッチ素子Ｓ１１及びＳ１２がオンされる。本実施形態の蓄電状態調整回路１１０は、この動作により、最高電圧検出部１４１により検出された二次電池Ｂ４以外の二次電池Ｂ１とコイルＬ１とを接続させ、コイルＬ１に蓄えられた電力を二次電池Ｂ１へ放電させる。
【００７３】
次に、タイミングＴ３におけるスイッチ素子ＳＬ１、ＳＣＬ１、Ｓ１１及びＳ１２の動作を説明する。タイミングＴ３は、コイルＬ１から二次電池Ｂ１に対する放電が終了したタイミングである。本実施形態では、コイルＬ１の放電終了のタイミングを、接続点Ｐ３と接続点Ｐ４の電位差により検出する。より具体的には、本実施形態では、コンパレータ２１５により接続点Ｐ３の電位と接続点Ｐ４の電位と比較する。そして蓄電状態調整回路１１０は、両者が等しくなったとき、コンパレータ２１５の出力信号によりスイッチ素子Ｓ１１をオフさせ、コイルＬ１と二次電池Ｂ１との接続を遮断する。本実施形態では、このようにスイッチ素子Ｓ１１を制御することで、二次電池Ｂ１からコイルＬ１に対してエネルギーが逆流することを防止できる。
【００７４】
タイミングＴ３において、コイルＬ１からの二次電池Ｂ１に対する放電により接続点Ｐ３の電位が接続点Ｐ４の電位に達すると、コンパレータ２１５の出力信号は、ＨレベルからＬレベルへ反転する。したがってＡＮＤ回路２１３の出力信号は、ＨレベルからＬレベルへ反転する。すなわち、タイミングＴ３において制御信号ＳＧ１１はＬレベルであり、スイッチ素子Ｓ１１はオフされ、コイルＬ１と二次電池Ｂ１との接続が遮断される。
【００７５】
以上のように本実施形態の蓄電状態調整回路１１０は、タイミングＴ２からタイミングＴ３においてコイルＬ１に蓄えられた電力が二次電池Ｂ１へ供給され、二次電池Ｂ１の充電が行われる。
【００７６】
また本実施形態の蓄電状態調整回路１１０は、タイミングＴ２からタイミングＴ３において、コイルＬ１と二次電池Ｂ１の動作と同様に、コイルＬ２、Ｌ３のそれぞれに蓄えられ電力が二次電池Ｂ２、Ｂ３へ供給され、二次電池Ｂ２、Ｂ３の充電が行われる。
【００７７】
例えば、本実施形態の蓄電状態調整回路１１０は、タイミングＴ２からタイミングＴ３において、二次電池Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３のうち１つ（または２つ）の二次電池だけが充電されても良い。つまり、最大電位差を有する蓄電装置以外の蓄電装置（（ｎ−１）個）のすべてが充電されなくても良い。
【００７８】
尚、本実施形態では、タイミングＴ３においてスイッチ素子ＳＬ１及びＳＣＬ１はオフのままであり、スイッチ素子Ｓ１２はオンのままである。本実施形態において、制御信号ＳＧ１をＨレベルに反転させるタイミング（スイッチ素子ＳＬ１及びＳＣＬ１をオンさせるタイミング）は、クロック信号ＣＬＫ１により決められる。
【００７９】
また、本実施形態において、制御信号ＳＧ１と制御信号ＳＧ１２とは、逆送である。よって制御信号ＳＧ１２は、制御信号ＳＧ１がＬレベルからＨレベルに反転するタイミングと同期して、ＨレベルからＬレベルへ反転する。すなわちスイッチ素子Ｓ１２は、スイッチ素子ＳＬ１及びＳＣＬ１がオンされるタイミングと同期してオフされる。
【００８０】
タイミングＴ４において、クロック信号ＣＬＫ１がＨレベルになると、タイミングＴ１と同様にスイッチ素子ＳＬ１及びＳＣＬ１がオンとなり、スイッチ素子Ｓ１２はオフとなる。尚、このときスイッチ素子Ｓ１１は、タイミングＴ３からオフのままである。
【００８１】
すなわち本実施形態の蓄電状態調整回路１１０は、タイミングＴ４において、タイミングＴ１と同様の状態となり、コイルＬ１に対してコイル電流ＩＬ１の供給が開始される。
【００８２】
本実施形態の最高電圧検出部１４１は、タイミングＴ３から次のクロック信号ＣＬＫ１が立ち上がるタイミングＴ４の間に、最もセル電圧が高い二次電池の検出を行っても良い。または最高電圧検出部１４１は、タイミングＴ３から、コイルＬ１に対するコイル電流ＩＬ１の供給が停止するタイミングＴ５の間に最もセル電圧が高い二次電池の検出を行っても良い。本実施形態の最高電圧検出部１４１は、例えば所定間隔毎に最もセル電圧の高い二次電池を検出すれば良い。
【００８３】
以下に、最高電圧検出部１４１により二次電池Ｂ１が検出された場合の論理回路２１０の動作を説明する。
【００８４】
本実施形態の最高電圧検出部１４１は、検出された二次電池Ｂ１と対応する論理回路２１０にＬレベルの選択通知信号ＳＬＥ１を供給する。
【００８５】
また本実施形態のクロック生成部１４２は、最高電圧検出部１４１により検出された二次電池Ｂ１と対応する論理回路２１０に対し、クロック信号ＣＬＫ１のレベルをＬレベルに固定して供給する。
【００８６】
したがって最高電圧検出部１４１が二次電池Ｂ１を検出した場合、ＡＮＤ回路２１１の一方の入力に供給されるクロック信号ＣＬＫはＬレベルで固定され、ＡＮＤ回路２１１の出力信号も、Ｌレベルに固定される。よって制御信号ＳＧ１もＬレベルに固定され、スイッチ素子ＳＬ１及びＳＣＬ１はオフされる。
【００８７】
またＡＮＤ回路２１２においても、一方の入力に供給される選択通知信号ＳＬＥ１はＬレベルに固定され、ＡＮＤ回路２１２の出力信号もＬレベルに固定される。よってＡＮＤ回路２１３の出力信号もＬレベルに固定され、制御信号ＳＧ１１及びＳＧ１２がＬレベルとなり、スイッチ素子Ｓ１１及びＳ１２はオフされる。
【００８８】
以上のように、本実施形態の蓄電状態調整回路１１０では、クロック信号ＣＬＫ１の立ち上がりに同期してスイッチ素子ＳＬ１及びＳＣＬ１をオンさせ、コイルＬ１をＢ＋端子とＢ−端子の間に接続させてコイルＬ１に電力を蓄えさせる。そして本実施形態の蓄電状態調整回路１１０は、コイルＬ１に蓄えられた電力が一定値に達したら、コイルＬ１が二次電池Ｂ１と接続されるように、スイッチ素子Ｓ１１、Ｓ１２を動作させる。
【００８９】
すなわち本実施形態では、所定間隔毎に検出される最もセル電圧が高い二次電池を検出し、検出された二次電池以外の二次電池を、それぞれと対応するコイルと接続させて閉ループを形成させる。そして本実施形態では、各閉ループにおいて、各二次電池に各コイルに蓄えられた電力を供給し、二次電池を充電する。
【００９０】
本実施形態の蓄電状態調整回路１１０は、以上の動作により、複数の二次電池のうちセル電圧が最も高い二次電池以外の二次電池に対して充電を行って蓄電状態を調整することができる。また本実施形態の蓄電状態調整回路１１０では、それぞれの二次電池に対応するコイルが１対１の関係で設けられている。したがって本実施形態の蓄電状態調整回路１１０では、最も電圧が高い二次電池以外の二次電池に対して、各二次電池に対応するコイルにより充電を行うことができ、速やかに各二次電池の電圧を最も高いセル電圧に近づけることができる。
【００９１】
また、本実施形態の蓄電状態調整回路１１０は、１つのコイルで二次電池の蓄電状態を調整することが可能となる。以上のように、本実施形態では、トランスタイプに比べて、小型化に大きく貢献することができ、特に扱う電圧が大きいほど、この効果は顕著である。また、トランスは、負荷がある場合はもちろんのこと、無負荷の状態でも損失があることは知られており、本実施形態では、このトランスによるエネルギーの損失を低減させることができる。
【００９２】
また、本実施形態では、各電流制限回路が有する基準電圧生成部により生成される基準電圧Ｖｒｅｆを変更できる構成とした。本実施形態では、例えば最もセル電圧が高い二次電池以外の二次電池のそれぞれのセル電圧に応じて、対応する基準電圧生成部により生成される基準電圧Ｖｒｅｆの値が変更されても良い。本実施形態では、基準電圧Ｖｒｅｆの値に応じてコイルに蓄積されるエネルギーを変化させることで、最もセル電圧が高い二次電池以外の二次電池のそれぞれの間でも、セル電圧の均一化を図ることができる。したがって本実施形態では、急速に二次電池Ｂ１〜Ｂ４のセル電圧の均一化を図ることができる。
【００９３】
（第二の実施形態）
以下に図面を参照して本発明の第二の実施形態について説明する。本発明の第二の実施形態では二次電池Ｂ１〜Ｂ４からコイルＬ１〜Ｌ４に対するエネルギーの逆流の防止にダイオードを用いる点が第一の実施形態と相違する。よって以下の第二の実施形態の説明では、第一の実施形態との相違点についてのみ説明し、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。
【００９４】
図４は、電流制限回路と論理回路の他の例を説明する図である。
【００９５】
尚、本実施形態においてコントローラ１４０が有する各論理回路は、同様の構成を有するため、図４では、４つの論理回路の例として、論理回路２１０Ａについて説明する。
【００９６】
本実施形態では、スイッチ素子Ｓ１１の一端と二次電池Ｂ１の正極との間にダイオードＤ１を設けた。尚、本実施形態の蓄電状態調整回路は、スイッチ素子Ｓ２１の一端と二次電池Ｂ２の正極との間、スイッチ素子Ｓ３１の一端と二次電池Ｂ３の正極との間、スイッチ素子Ｓ４１の一端と二次電池Ｂ４の正極との間にも、それぞれ図４に示す構成と同様にダイオードＤ１が設けられる。
【００９７】
本実施形態の論理回路２１０Ａは、ＡＮＤ回路２１１、２１２と、ＮＯＴ回路２１４とを有する。本実施形態では、ＡＮＤ回路２１２の出力信号が、制御信号ＳＧ１１及び制御信号ＳＧ１２として、スイッチ素子Ｓ１１及びスイッチ素子Ｓ１２のそれぞれに供給される。
【００９８】
したがって本実施形態では、制御信号ＳＧ１１及び制御信号ＳＧ１２が制御信号ＳＧ１と逆相となる。
【００９９】
図５は、蓄電状態調整回路の動作を説明する他のタイミングチャートである。本実施形態では、図５に示すように、制御信号ＳＧ１１及び制御信号ＳＧ１２により制御されるスイッチ素子Ｓ１１及びＳ１２のオン／オフのタイミングが、制御信号ＳＧ１により制御されるスイッチ素子ＳＬ１及びＳＣＬ１のオン／オフのタイミングを反転させたものとなる。
【０１００】
また本実施形態では、二次電池Ｂ１とダイオードＤ１との接続点の電位がスイッチ素子Ｓ１１とダイオードＤ１との接続点の電位よりも高くなったとき、ダイオードＤ１によりエネルギーの逆流が防止される。したがって本実施形態では、コイル電流ＩＬ１が負の値となることがない。
【０１０１】
以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【符号の説明】
【０１０２】
１００  蓄電池パック
１１０  蓄電状態調整回路
１２０  組電池
１３０  セル電圧検出回路
１４０  コントローラ
１４１  最高電圧検出部
１４２  クロック生成部
１５０、１６０、１７０、１８０  電流制限回路
２１０、２２０、２３０、２４０  論理回路
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１０３】
【特許文献１】特開２００２−２２３５２８号公報
【特許文献２】特開２０１１−８３１８２号公報
【特許文献３】特開２０１３−１３２６８号公報
【図１】
2015181332.tif 000003
【図２】
2015181332.tif 000004
【図３】
2015181332.tif 000005
【図４】
2015181332.tif 000006
【図５】
2015181332.tif 000007