(57)【要約】【課題】  複数の電池ブロックを直列接続した組電池において、電池ブロックの容量を均等化する、小型で安価な容量均等化装置を提供する。【解決手段】  本発明の容量均等化装置は、電池ブロックをＮ個直列に接続した組電池の、Ｎ個の電池ブロックに接続された（Ｎ＋１）個の電圧検出端子と、容量手段と、奇数番目の電圧検出端子を容量手段に選択的に接続する第１のマルチプレクサと、偶数番目の電圧検出端子を容量手段に選択的に接続する第２のマルチプレクサと、電圧測定回路と、容量手段の両端子を電圧測定回路に接続するサンプルスイッチと、各電池ブロックの電圧を測定し、第１の電池ブロックの電圧を容量手段に印加した後に第１の電池ブロックより電圧が低い第２の電池ブロックの電圧を容量手段に印加する制御部と、を有する。【選択図】図１
2005328642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１又は複数の二次電池からなる電池ブロックをＮ個（Ｎは２以上の正整数）直列に接続した組電池の、前記Ｎ個の電池ブロックに接続された（Ｎ＋１）個の電圧検出端子と、
奇数番目の前記電圧検出端子を第１の端子に選択的に接続する複数のスイッチを有する第１のマルチプレクサと、
偶数番目の前記電圧検出端子を第２の端子に選択的に接続する複数のスイッチを有する第２のマルチプレクサと、
一端が前記第１の端子に接続され他端が前記第２の端子に接続され電池電圧を蓄積する容量手段と、
前記容量手段の電圧を測定する電圧測定回路と、
前記容量手段の両端子を前記電圧測定回路の２つの入力端子に接続するサンプルスイッチと、
前記サンプルスイッチを開いた状態で前記第１及び第２のマルチプレクサにより所望の電池ブロックを選択し、選択された電池ブロックの両端電圧を前記容量手段に印加した後に、前記第１及び第２のマルチプレクサのスイッチを開いて前記サンプルスイッチを閉じる動作を繰り返すことにより前記各電池ブロックの電圧を測定する電圧測定処理を実行し、第１の電池ブロック及び前記第１の電池ブロックより電圧が低い第２の電池ブロックを検索する検索処理を実行し、前記第１の電池ブロックの電圧を前記容量手段に印加した後に、前記容量手段に印加された前記第１の電池ブロックの電圧の極性と同一の電圧極性で前記第２の電池ブロックの電圧を前記容量手段に印可する容量均等化処理を実行する制御部と、
を有することを特徴とする容量均等化装置。
【請求項２】
１又は複数の二次電池からなる電池ブロックをＮ個（Ｎは２以上の正整数）直列に接続した組電池の、前記Ｎ個の電池ブロックに接続された（Ｎ＋１）個の電圧検出端子と、
電池電圧を蓄積する容量手段と、
奇数番目の前記電圧検出端子を第１の端子に選択的に接続する複数のスイッチを有する第１のマルチプレクサと、
偶数番目の前記電圧検出端子を第２の端子に選択的に接続する複数のスイッチを有する第２のマルチプレクサと、
前記第１の端子を前記容量手段の一端又は他端に選択的に接続し、前記第２の端子を前記容量手段の他端又は一端に選択的に接続するスイッチを有し、前記第１の端子と前記第２の端子との間の電圧を、その極性を所定の極性に揃えて前記容量手段に印加する極性補正手段と、
前記容量手段の電圧を測定する電圧測定回路と、
前記容量手段の両端子を前記電圧測定回路の２つの入力端子に接続するサンプルスイッチと、
前記サンプルスイッチを開いた状態で前記第１及び第２のマルチプレクサにより所望の電池ブロックを選択し、選択された電池ブロックの両端電圧を所定の極性で前記容量手段に印加した後に、前記第１及び第２のマルチプレクサ又は前記極性補正手段のスイッチを開いて前記サンプルスイッチを閉じる動作を繰り返すことにより前記各電池ブロックの電圧を測定する電圧測定処理を実行し、第１の電池ブロック及び前記第１の電池ブロックより電圧が低い第２の電池ブロックを検索する検索処理を実行し、前記第１の電池ブロックの電圧を前記容量手段に印加した後に、前記容量手段に印加された前記第１の電池ブロックの電圧の極性と同一の電圧極性で前記第２の電池ブロックの電圧を前記容量手段に印可する容量均等化処理を実行する制御部と、
を有することを特徴とする容量均等化装置。
【請求項３】
前記制御部が、前記検索処理において前記第２の電池ブロックに代え、前記第１の電池ブロックより電圧が高い第３の電池ブロックを検索し、前記容量均等化処理において前記第１の電池ブロックの電圧を前記容量手段に印加した後に、前記容量手段に印加された前記第１の電池ブロックの電圧の極性と同一の電圧極性で前記第３の電池ブロックの電圧を前記容量手段に印可することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の容量均等化装置。
【請求項４】
前記制御部が、前記検索処理及び前記容量均等化処理に代え、
１又は複数の前記電池ブロックから成る第１の直列電池ブロック群と、１又は複数の前記電池ブロックから成り前記第１の直列電池ブロック群より電圧が低い第２の直列電池ブロック群を検索する検索処理と、
前記サンプルスイッチを開いた状態で、前記第１の直列電池ブロック群を前記容量手段に並列に接続した後に前記第２の直列電池ブロック群を前記容量手段に並列に接続する容量均等化処理と、
を実行することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の容量均等化装置。
【請求項５】
１又は複数の二次電池からなる電池ブロックをＮ個（Ｎは２以上の正整数）直列に接続した組電池の、前記Ｎ個の電池ブロックに接続された（Ｎ＋１）個の電圧検出端子と、
奇数番目の前記電圧検出端子を第１の端子に選択的に接続する複数のスイッチを有する第１のマルチプレクサと、
偶数番目の前記電圧検出端子を第２の端子に選択的に接続する複数のスイッチを有する第２のマルチプレクサと、
前記第１のマルチプレクサ及び前記第２のマルチプレクサの各スイッチに直列に接続された（Ｎ＋１）個の抵抗と、
一端が前記第１の端子に接続され他端が前記第２の端子に接続され電池電圧を蓄積する容量手段と、
前記容量手段の電圧を測定する電圧測定回路と、
前記容量手段の両端子を前記電圧測定回路の２つの入力端子に接続するサンプルスイッチと、
前記サンプルスイッチを開いた状態で前記第１及び第２のマルチプレクサにより所望の電池ブロックを選択し、選択された電池ブロックの両端電圧を前記容量手段に印加した後に、前記第１及び第２のマルチプレクサのスイッチを開いて前記サンプルスイッチを閉じる動作を繰り返すことにより前記各電池ブロックの電圧を測定する電圧測定処理と、電圧が高い前記電池ブロックを検索する検索処理と、前記サンプルスイッチを開いた状態で、前記第１のマルチプレクサ又は前記第２マルチプレクサの複数のスイッチを導通させることにより、１又は複数の前記電池ブロックから成り前記電圧が高い電池ブロックを含む直列電池ブロック群と前記抵抗との閉ループによる放電回路を少なくとも１つ形成する容量均等化処理と、を実行する制御部と、
を有することを特徴とする容量均等化装置。
【請求項６】
１又は複数の二次電池からなる電池ブロックをＮ個（Ｎは２以上の正整数）直列に接続した組電池の、前記Ｎ個の電池ブロックに接続された（Ｎ＋１）個の電圧検出端子と、
奇数番目の前記電圧検出端子を第１の端子に選択的に接続する複数のスイッチを有する第１のマルチプレクサと、
偶数番目の前記電圧検出端子を第２の端子に選択的に接続する複数のスイッチを有する第２のマルチプレクサと、
前記第１のマルチプレクサ及び前記第２のマルチプレクサの各スイッチに直列に接続された（Ｎ＋１）個の抵抗と、
電池電圧を蓄積する容量手段と、
前記第１の端子を前記容量手段の一端又は他端に選択的に接続し、前記第２の端子を前記容量手段の他端又は一端に選択的に接続するスイッチを有し、前記第１の端子と前記第２の端子との間の電圧を、その極性を所定の極性に揃えて前記容量手段に印加する極性補正手段と、
前記容量手段の電圧を測定する電圧測定回路と、
前記容量手段の両端子を前記電圧測定回路の２つの入力端子に接続するサンプルスイッチと、
前記サンプルスイッチを開いた状態で前記第１及び第２のマルチプレクサにより所望の電池ブロックを選択し、選択された電池ブロックの両端電圧を所定の極性で前記容量手段に印加した後に、前記第１及び第２のマルチプレクサ又は前記極性補正手段のスイッチを開いて前記サンプルスイッチを閉じる動作を繰り返すことにより前記各電池ブロックの電圧を測定する電圧測定処理と、電圧が高い前記電池ブロックを検索する検索処理と、前記サンプルスイッチを開いた状態で、前記第１のマルチプレクサ又は前記第２マルチプレクサの複数のスイッチを導通させることにより、又は前記第１のマルチプレクサ及び前記第２マルチプレクサのスイッチを導通させ且つ前記補正極性手段のスイッチで前記第１の端子と前記第２の端子とを接続することにより、１又は複数の前記電池ブロックから成り前記電圧が高い電池ブロックを含む直列電池ブロック群と前記抵抗との閉ループによる放電回路を少なくとも１つ形成する容量均等化処理と、を実行する制御部と、
を有することを特徴とする容量均等化装置。
【請求項７】
１又は複数の二次電池からなる電池ブロックをＮ個（Ｎは２以上の正整数）直列に接続した組電池の、前記Ｎ個の電池ブロックに接続された（Ｎ＋１）個の電圧検出端子と、
奇数番目の前記電圧検出端子を第１の端子に選択的に接続する複数のスイッチを有する第１のマルチプレクサと、
偶数番目の前記電圧検出端子を第２の端子に選択的に接続する複数のスイッチを有する第２のマルチプレクサと、
前記第１のマルチプレクサ及び前記第２のマルチプレクサの各スイッチに直列に接続された（Ｎ＋１）個の抵抗と、
一端が前記第１の端子に接続され他端が前記第２の端子に接続され電池電圧を蓄積する容量手段と、
前記容量手段の電圧を測定する電圧測定回路と、
前記容量手段の両端子を前記電圧測定回路の２つの入力端子に接続するサンプルスイッチと、
前記容量手段に並列に接続され前記容量手段の両端子を前記サンプルスイッチを介さずに短絡するバイパススイッチと、
前記サンプルスイッチ及び前記バイパススイッチを開いた状態で前記第１及び第２のマルチプレクサにより所望の電池ブロックを選択し、選択された電池ブロックの両端電圧を前記容量手段に印加した後に、前記第１及び第２のマルチプレクサを開いて前記サンプルスイッチを閉じる動作を繰り返すことにより前記各電池ブロックの電圧を測定する電圧測定処理と、電圧が高い前記電池ブロックを検索する検索処理と、前記サンプルスイッチを開いた状態で、前記第１のマルチプレクサのスイッチ、前記第２マルチプレクサのスイッチ及び前記バイパススイッチを導通させることにより、１又は複数の前記電池ブロックから成り前記電圧が高い電池ブロックを含む直列電池ブロック群と前記抵抗と前記バイパススイッチとの閉ループによる放電回路を形成する容量均等化処理と、を実行する制御部と、
を有することを特徴とする容量均等化装置。
【請求項８】
１又は複数の二次電池からなる電池ブロックをＮ個（Ｎは２以上の正整数）直列に接続した組電池の、前記Ｎ個の電池ブロックに接続された（Ｎ＋１）個の電圧検出端子と、
奇数番目の前記電圧検出端子を第１の端子に選択的に接続する複数のスイッチを有する第１のマルチプレクサと、
偶数番目の前記電圧検出端子を第２の端子に選択的に接続する複数のスイッチを有する第２のマルチプレクサと、
前記第１のマルチプレクサ及び前記第２のマルチプレクサの各スイッチに直列に接続された（Ｎ＋１）個の抵抗と、
電池電圧を蓄積する容量手段と、
前記第１の端子を前記容量手段の一端又は他端に選択的に接続し、前記第２の端子を前記容量手段の他端又は一端に選択的に接続するスイッチを有し、前記第１の端子と前記第２の端子との間の電圧を、その極性を所定の極性に揃えて前記容量手段に印加する極性補正手段と、
前記容量手段の電圧を測定する電圧測定回路と、
前記容量手段の両端子を前記電圧測定回路の２つの入力端子に接続するサンプルスイッチと、
前記容量手段に並列に接続され前記容量手段の両端子を前記サンプルスイッチを介さずに短絡するバイパススイッチと、
前記サンプルスイッチを開いた状態で前記第１及び第２のマルチプレクサにより所望の電池ブロックを選択し、選択された電池ブロックの両端電圧を所定の極性で前記容量手段に印加した後に、前記第１及び第２のマルチプレクサ又は前記極性補正手段のスイッチを開いて前記サンプルスイッチを閉じる動作を繰り返すことにより前記各電池ブロックの電圧を測定する電圧測定処理と、電圧が高い前記電池ブロックを検索する検索処理と、前記サンプルスイッチを開いた状態で、前記第１のマルチプレクサのスイッチ、前記第２マルチプレクサのスイッチ及び前記バイパススイッチを導通させることにより、１又は複数の前記電池ブロックから成り前記電圧が高い電池ブロックを含む直列電池ブロック群と前記抵抗と前記バイパススイッチとの閉ループによる放電回路を形成する容量均等化処理と、を実行する制御部と、
を有することを特徴とする容量均等化装置。
【請求項９】
前記組電池に流れる充放電電流を検出する電流検出素子を更に有し、前記制御部は、少なくとも前記各電池ブロックの電圧及び前記充放電電流の積算値により前記各電池ブロックの残存容量を算出する残存容量算出処理を実行し、前記検索処理及び前記容量均等化処理において、前記各電池ブロックの電圧に代えて前記各電池ブロックの残存容量に基づいて前記第１の電池ブロック及び前記第２の電池ブロックを定め、又は、前記第１の電池ブロック及び前記第２の電池ブロックを定め、又は、前記第１の直列電池ブロック群及び前記第２の直列電池ブロック群を定め、又は、残存容量が高い電池ブロックを含む直列電池ブロック群を含む閉ループによる放電回路を形成することを特徴とする、請求項１〜請求項８のいずれかの請求項に記載の容量均等化装置。
【請求項１０】
前記各電池ブロックの温度を検出する温度検出部を更に有し、前記制御部が前記残存容量算出処理において前記各電池ブロックの温度を残存容量を算出する算出処理のパラメータとして使用することを特徴とする、請求項９に記載の容量均等化装置。
【請求項１１】
前記制御部が、少なくとも１つの前記電池ブロックの電圧又は残存容量が所定の閾値より高い場合に前記容量均等化処理を行うことを特徴とする、請求項１〜請求項１０のいずれかの請求項に記載の容量均等化装置。
【請求項１２】
前記制御部が、少なくとも１つの前記電池ブロックの電圧又は残存容量が所定の閾値より低い場合に前記容量均等化処理を行うことを特徴とする、請求項１〜請求項１０のいずれかの請求項に記載の容量均等化装置。
【請求項１３】
前記制御部が、前記各電池ブロックの電圧又は残存容量のばらつきの大きさが所定の閾値より大きい場合に前記容量均等化処理を行うことを特徴とする、請求項１〜請求項１０のいずれかの請求項に記載の容量均等化装置。
【請求項１４】
前記二次電池がニッケル−金属水素化物電池であることを特徴とする、請求項１〜請求項１３のいずれかの請求項に記載の容量均等化装置。
【請求項１５】
前記組電池の電圧によって負荷を駆動し前記組電池と前記負荷との間に挿入接続されるリレーを有する電動車両に搭載され、
前記各電池ブロックの電圧又は残存容量を記憶する記憶部を更に有し、
前記制御部は前記リレーがオフからオンに切り替わる時に、前記電圧測定処理に代え、前記リレーが前回オンからオフに切り替わった時の前記各電池ブロックの電圧又は残存容量を前記記憶部から読み出す、ことを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれかの請求項に記載の容量均等化装置。
【請求項１６】
前記組電池の電圧によって負荷を駆動し前記組電池と前記負荷との間に挿入接続されるリレーを有する電動車両に搭載され、
前記制御部は、前記リレーがオフの時に前記容量均等化処理を行う、
ことを特徴とする請求項１〜請求項１５のいずれかの請求項に記載の容量均等化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容量均等化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車（ＰＥＶ：Pure Electric Vehicle）やハイブリッド車両（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicle）等の電動車両に、モータの動力源及び各種負荷の駆動源として、エネルギー密度、出力密度、サイクル寿命等の基本特性に優れている密閉型のニッケル−金属水素化物電池（以下、「ニッケル−水素電池」と言う。）が近年注目され、実用化への開発がすすんでいる。この電池を電動車両用電源として用いる場合、所定の駆動出力を得るためには電池容量が５０Ａｈ〜１２０Ａｈで且つ１００Ｖ〜３５０Ｖ程度の総電圧が必要となる。ニッケル−水素電池は、電池を構成する最小単位である単電池（即ち、１セル）の出力電圧が１．２Ｖ程度であるため、一つのニッケル−水素電池からなるセル又は複数のセルからなる電池ブロックを、複数個直列接続した組電池によって所要の総電圧を得る。
【０００３】
組電池を構成するセルの温度は均一ではなく、特に自動車のような使用環境では、セル間の温度格差が生じやすい。また、製造工程やその後の使用状態によって、セル毎に残存容量（ＳＯＣ：State of Charge）及び充電効率（供給電気量に対して蓄電される電気量の比）が異なる。従って、組電池を構成するセルの実際の残存容量には、ばらつきがあり、組電池として使用できる容量の範囲が狭まっていく。即ち、組電池の寿命が見かけ上、大きく低下していく。組電池においては、組電池を構成するセルの過充電及び過放電を防止するために、セル又は電池ブロック間の容量を均等化する制御を行うことが重要である。
【０００４】
特開平１１−３５５９６６号公報に記載の組電池の充電装置および放電装置では、組電池に対して、各単電池（以下、「セル」と言う。）と並列に接続可能なコンデンサを設ける。組電池の充電時には、過充電間近のセルを含む隣接する２つのセルにコンデンサを並列に接続し、コンデンサに対して充電を行った後、コンデンサを最も充電レベルの低いセルに並列接続して放電させる。組電池の放電時には、過放電間近のセルに、充電レベルの最も高いセルを含む隣接する２つのセルにコンデンサを並列に接続し、コンデンサに対して充電を行った後、コンデンサを過放電間近のセルと並列接続して放電させる。この充放電を繰返して行うことによって、各セルの電圧を、組電池全体で均一化させるようにしている。セルの電圧は容量にほぼ対応するため、セル間の容量のばらつきが均等化される。
【０００５】
しかしながら、コンデンサがセルと充放電を行うには時間が必要なため、例えば組電池の充電において、コンデンサを最も充電レベルの低いセルに並列接続して放電させているときに、過充電間近のセルの充電が進行し、コンデンサの放電が完了する前に、過充電に至ることがあった。このため、例えば上記の装置を、組電池への充電と放電とが急速に切り替わるハイブリッド車両に利用した場合は、車両の力行制御で、組電池に急速に大電流の放電が要求されるときに、各セルの電圧ばらつきが均一化される前に、容量の小さいセルが完全放電になり、組電池としては、これ以上放電できなくなった。回生制御時には、大電流によって、電圧ばらつきが均一化される前に、電圧が高くなったセルが満充電になり、回生電力をこれ以上に充電にまわすことができなくなった。
【０００６】
特開２００３−１８９４９２号公報に記載の充放電制御装置は、組電池を充電する際に、最も電圧の高いセルを検出し、そのセルに並列に調整用セルを接続する。これにより、電圧上昇の早いセルの充電量が調整され、各セル電圧が均一化される。即ち、容量が均一化される。組電池の放電時には、最も電圧の低いセルを検出し、そのセルに並列に調整用セルを接続する。これにより、電圧が低いセルの電圧下降が遅らされ、各セル電圧が均一化される。上記の充放電制御装置は、セル電圧の均等化を行うためのスイッチをセルの２倍の数だけ設ける必要がある。電動車両に使用される組電池では、高電圧を得るために数百個のセルを直列接続して使用するため、上記の充放電制御装置の回路規模及びコストが増加するいう問題があった。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−３５５９６６号公報
【特許文献２】特開２００３−１８９４９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、１又は複数の二次電池からなる電池ブロックを直列接続した組電池において、電池ブロックの容量を均等化する、小型で安価な容量均等化装置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】
【０００９】
上記課題を解決するため本発明は以下の構成を有する。請求項１に記載の発明は、１又は複数の二次電池からなる電池ブロックをＮ個（Ｎは２以上の正整数）直列に接続した組電池の、前記Ｎ個の電池ブロックに接続された（Ｎ＋１）個の電圧検出端子と、奇数番目の前記電圧検出端子を第１の端子に選択的に接続する複数のスイッチを有する第１のマルチプレクサと、偶数番目の前記電圧検出端子を第２の端子に選択的に接続する複数のスイッチを有する第２のマルチプレクサと、一端が前記第１の端子に接続され他端が前記第２の端子に接続され電池電圧を蓄積する容量手段と、前記容量手段の電圧を測定する電圧測定回路と、前記容量手段の両端子を前記電圧測定回路の２つの入力端子に接続するサンプルスイッチと、前記サンプルスイッチを開いた状態で前記第１及び第２のマルチプレクサにより所望の電池ブロックを選択し、選択された電池ブロックの両端電圧を前記容量手段に印加した後に、前記第１及び第２のマルチプレクサのスイッチを開いて前記サンプルスイッチを閉じる動作を繰り返すことにより前記各電池ブロックの電圧を測定する電圧測定処理を実行し、第１の電池ブロック及び前記第１の電池ブロックより電圧が低い第２の電池ブロックを検索する検索処理を実行し、前記第１の電池ブロックの電圧を前記容量手段に印加した後に、前記容量手段に印加された前記第１の電池ブロックの電圧の極性と同一の電圧極性で前記第２の電池ブロックの電圧を前記容量手段に印可する容量均等化処理を実行する制御部と、を有することを特徴とする容量均等化装置である。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、１又は複数の二次電池からなる電池ブロックをＮ個（Ｎは２以上の正整数）直列に接続した組電池の、前記Ｎ個の電池ブロックに接続された（Ｎ＋１）個の電圧検出端子と、電池電圧を蓄積する容量手段と、奇数番目の前記電圧検出端子を第１の端子に選択的に接続する複数のスイッチを有する第１のマルチプレクサと、偶数番目の前記電圧検出端子を第２の端子に選択的に接続する複数のスイッチを有する第２のマルチプレクサと、前記第１の端子を前記容量手段の一端又は他端に選択的に接続し、前記第２の端子を前記容量手段の他端又は一端に選択的に接続するスイッチを有し、前記第１の端子と前記第２の端子との間の電圧を、その極性を所定の極性に揃えて前記容量手段に印加する極性補正手段と、前記容量手段の電圧を測定する電圧測定回路と、前記容量手段の両端子を前記電圧測定回路の２つの入力端子に接続するサンプルスイッチと、前記サンプルスイッチを開いた状態で前記第１及び第２のマルチプレクサにより所望の電池ブロックを選択し、選択された電池ブロックの両端電圧を所定の極性で前記容量手段に印加した後に、前記第１及び第２のマルチプレクサ又は前記極性補正手段のスイッチを開いて前記サンプルスイッチを閉じる動作を繰り返すことにより前記各電池ブロックの電圧を測定する電圧測定処理を実行し、第１の電池ブロック及び前記第１の電池ブロックより電圧が低い第２の電池ブロックを検索する検索処理を実行し、前記第１の電池ブロックの電圧を前記容量手段に印加した後に、前記容量手段に印加された前記第１の電池ブロックの電圧の極性と同一の電圧極性で前記第２の電池ブロックの電圧を前記容量手段に印可する容量均等化処理を実行する制御部と、を有することを特徴とする容量均等化装置である。
【００１１】
組電池を用いる装置においては、各電池ブロックの状態を正確に把握するために、各電池ブロックの電圧を測定する積層電圧測定装置を設ける必要がある。本発明の容量均等化装置は、各電池ブロックの電圧を測定する従来の積層電圧測定装置に新たなハードウェアを追加することなく、容量均等化処理を実行するプログラムをＣＰＵ内のメモリに記憶させるだけで、安価に実現できる。本発明の容量均等化装置は、電池ブロックの過放電を防止しながら、全ての電池ブロックの容量を均等化できる。二次電池の容量は電圧と相関があるので、電圧が均等化される。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記制御部が、前記検索処理において前記第２の電池ブロックに代え、前記第１の電池ブロックより電圧が高い第３の電池ブロックを検索し、前記容量均等化処理において前記第１の電池ブロックの電圧を前記容量手段に印加した後に、前記容量手段に印加された前記第１の電池ブロックの電圧の極性と同一の電圧極性で前記第３の電池ブロックの電圧を前記容量手段に印可することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の容量均等化装置である。
本発明の容量均等化装置は、電池ブロックの過充電を防止しながら、全ての電池ブロックの容量を均等化できる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記制御部が、前記検索処理及び前記容量均等化処理に代え、１又は複数の前記電池ブロックから成る第１の直列電池ブロック群と、１又は複数の前記電池ブロックから成り前記第１の直列電池ブロック群より電圧が低い第２の直列電池ブロック群を検索する検索処理と、前記サンプルスイッチを開いた状態で、前記第１の直列電池ブロック群を前記容量手段に並列に接続した後に前記第２の直列電池ブロック群を前記容量手段に並列に接続する容量均等化処理と、を実行することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の容量均等化装置である。
本発明の容量均等化装置は、効率的に電池ブロックの容量を均等化できる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、１又は複数の二次電池からなる電池ブロックをＮ個（Ｎは２以上の正整数）直列に接続した組電池の、前記Ｎ個の電池ブロックに接続された（Ｎ＋１）個の電圧検出端子と、奇数番目の前記電圧検出端子を第１の端子に選択的に接続する複数のスイッチを有する第１のマルチプレクサと、偶数番目の前記電圧検出端子を第２の端子に選択的に接続する複数のスイッチを有する第２のマルチプレクサと、前記第１のマルチプレクサ及び前記第２のマルチプレクサの各スイッチに直列に接続された（Ｎ＋１）個の抵抗と、一端が前記第１の端子に接続され他端が前記第２の端子に接続され電池電圧を蓄積する容量手段と、前記容量手段の電圧を測定する電圧測定回路と、前記容量手段の両端子を前記電圧測定回路の２つの入力端子に接続するサンプルスイッチと、前記サンプルスイッチを開いた状態で前記第１及び第２のマルチプレクサにより所望の電池ブロックを選択し、選択された電池ブロックの両端電圧を前記容量手段に印加した後に、前記第１及び第２のマルチプレクサのスイッチを開いて前記サンプルスイッチを閉じる動作を繰り返すことにより前記各電池ブロックの電圧を測定する電圧測定処理と、電圧が高い前記電池ブロックを検索する検索処理と、前記サンプルスイッチを開いた状態で、前記第１のマルチプレクサ又は前記第２マルチプレクサの複数のスイッチを導通させることにより、１又は複数の前記電池ブロックから成り前記電圧が高い電池ブロックを含む直列電池ブロック群と前記抵抗との閉ループによる放電回路を少なくとも１つ形成する容量均等化処理と、を実行する制御部と、を有することを特徴とする容量均等化装置である。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、１又は複数の二次電池からなる電池ブロックをＮ個（Ｎは２以上の正整数）直列に接続した組電池の、前記Ｎ個の電池ブロックに接続された（Ｎ＋１）個の電圧検出端子と、奇数番目の前記電圧検出端子を第１の端子に選択的に接続する複数のスイッチを有する第１のマルチプレクサと、偶数番目の前記電圧検出端子を第２の端子に選択的に接続する複数のスイッチを有する第２のマルチプレクサと、前記第１のマルチプレクサ及び前記第２のマルチプレクサの各スイッチに直列に接続された（Ｎ＋１）個の抵抗と、電池電圧を蓄積する容量手段と、前記第１の端子を前記容量手段の一端又は他端に選択的に接続し、前記第２の端子を前記容量手段の他端又は一端に選択的に接続するスイッチを有し、前記第１の端子と前記第２の端子との間の電圧を、その極性を所定の極性に揃えて前記容量手段に印加する極性補正手段と、前記容量手段の電圧を測定する電圧測定回路と、前記容量手段の両端子を前記電圧測定回路の２つの入力端子に接続するサンプルスイッチと、前記サンプルスイッチを開いた状態で前記第１及び第２のマルチプレクサにより所望の電池ブロックを選択し、選択された電池ブロックの両端電圧を所定の極性で前記容量手段に印加した後に、前記第１及び第２のマルチプレクサ又は前記極性補正手段のスイッチを開いて前記サンプルスイッチを閉じる動作を繰り返すことにより前記各電池ブロックの電圧を測定する電圧測定処理と、電圧が高い前記電池ブロックを検索する検索処理と、前記サンプルスイッチを開いた状態で、前記第１のマルチプレクサ又は前記第２マルチプレクサの複数のスイッチを導通させることにより、又は前記第１のマルチプレクサ及び前記第２マルチプレクサのスイッチを導通させ且つ前記補正極性手段のスイッチで前記第１の端子と前記第２の端子とを接続することにより、１又は複数の前記電池ブロックから成り前記電圧が高い電池ブロックを含む直列電池ブロック群と前記抵抗との閉ループによる放電回路を少なくとも１つ形成する容量均等化処理と、を実行する制御部と、を有することを特徴とする容量均等化装置である。
【００１６】
本発明の容量均等化装置は、各電池ブロックの電圧を測定する積層電圧測定装置に抵抗を追加し、容量均等化処理を実行するプログラムをＣＰＵ内のメモリに記憶させるだけで、安価に実現できる。本発明の容量均等化装置は、電池ブロックの過充電を防止しながら、全ての電池ブロックの容量を均等化できる。放電回路による放電は、コンデンサを用いた放電よりも急速に実行できる。本発明の容量均等化装置は、充電状態と放電状態との切り替えが頻繁に行われるハイブリッド車両用電源等に有用である。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、１又は複数の二次電池からなる電池ブロックをＮ個（Ｎは２以上の正整数）直列に接続した組電池の、前記Ｎ個の電池ブロックに接続された（Ｎ＋１）個の電圧検出端子と、奇数番目の前記電圧検出端子を第１の端子に選択的に接続する複数のスイッチを有する第１のマルチプレクサと、偶数番目の前記電圧検出端子を第２の端子に選択的に接続する複数のスイッチを有する第２のマルチプレクサと、前記第１のマルチプレクサ及び前記第２のマルチプレクサの各スイッチに直列に接続された（Ｎ＋１）個の抵抗と、一端が前記第１の端子に接続され他端が前記第２の端子に接続され電池電圧を蓄積する容量手段と、前記容量手段の電圧を測定する電圧測定回路と、前記容量手段の両端子を前記電圧測定回路の２つの入力端子に接続するサンプルスイッチと、前記容量手段に並列に接続され前記容量手段の両端子を前記サンプルスイッチを介さずに短絡するバイパススイッチと、前記サンプルスイッチ及び前記バイパススイッチを開いた状態で前記第１及び第２のマルチプレクサにより所望の電池ブロックを選択し、選択された電池ブロックの両端電圧を前記容量手段に印加した後に、前記第１及び第２のマルチプレクサを開いて前記サンプルスイッチを閉じる動作を繰り返すことにより前記各電池ブロックの電圧を測定する電圧測定処理と、電圧が高い前記電池ブロックを検索する検索処理と、前記サンプルスイッチを開いた状態で、前記第１のマルチプレクサのスイッチ、前記第２マルチプレクサのスイッチ及び前記バイパススイッチを導通させることにより、１又は複数の前記電池ブロックから成り前記電圧が高い電池ブロックを含む直列電池ブロック群と前記抵抗と前記バイパススイッチとの閉ループによる放電回路を形成する容量均等化処理と、を実行する制御部と、
を有することを特徴とする容量均等化装置である。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、１又は複数の二次電池からなる電池ブロックをＮ個（Ｎは２以上の正整数）直列に接続した組電池の、前記Ｎ個の電池ブロックに接続された（Ｎ＋１）個の電圧検出端子と、奇数番目の前記電圧検出端子を第１の端子に選択的に接続する複数のスイッチを有する第１のマルチプレクサと、偶数番目の前記電圧検出端子を第２の端子に選択的に接続する複数のスイッチを有する第２のマルチプレクサと、前記第１のマルチプレクサ及び前記第２のマルチプレクサの各スイッチに直列に接続された（Ｎ＋１）個の抵抗と、電池電圧を蓄積する容量手段と、前記第１の端子を前記容量手段の一端又は他端に選択的に接続し、前記第２の端子を前記容量手段の他端又は一端に選択的に接続するスイッチを有し、前記第１の端子と前記第２の端子との間の電圧を、その極性を所定の極性に揃えて前記容量手段に印加する極性補正手段と、前記容量手段の電圧を測定する電圧測定回路と、前記容量手段の両端子を前記電圧測定回路の２つの入力端子に接続するサンプルスイッチと、前記容量手段に並列に接続され前記容量手段の両端子を前記サンプルスイッチを介さずに短絡するバイパススイッチと、前記サンプルスイッチを開いた状態で前記第１及び第２のマルチプレクサにより所望の電池ブロックを選択し、選択された電池ブロックの両端電圧を所定の極性で前記容量手段に印加した後に、前記第１及び第２のマルチプレクサ又は前記極性補正手段のスイッチを開いて前記サンプルスイッチを閉じる動作を繰り返すことにより前記各電池ブロックの電圧を測定する電圧測定処理と、電圧が高い前記電池ブロックを検索する検索処理と、前記サンプルスイッチを開いた状態で、前記第１のマルチプレクサのスイッチ、前記第２マルチプレクサのスイッチ及び前記バイパススイッチを導通させることにより、１又は複数の前記電池ブロックから成り前記電圧が高い電池ブロックを含む直列電池ブロック群と前記抵抗と前記バイパススイッチとの閉ループによる放電回路を形成する容量均等化処理と、を実行する制御部と、を有することを特徴とする容量均等化装置である。
【００１９】
本発明の容量均等化装置は、各電池ブロックの電圧を測定する積層電圧測定装置に抵抗及びバイパススイッチを追加し、容量均等化処理を実行するプログラムをＣＰＵ内のメモリに記憶させるだけで、安価に実現できる。本発明の容量均等化装置は、電池ブロックの過充電を防止しながら、全ての電池ブロックの容量を均等化できる。放電回路による放電は、コンデンサを用いた放電よりも急速に実行できる。
極性補正手段を有さない、請求項１、請求項５、請求項７に記載の容量均等化装置は、安価に実現できる。
【００２０】
請求項９に記載の発明は、前記組電池に流れる充放電電流を検出する電流検出素子を更に有し、前記制御部は、少なくとも前記各電池ブロックの電圧及び前記充放電電流の積算値により前記各電池ブロックの残存容量を算出する残存容量算出処理を実行し、前記検索処理及び前記容量均等化処理において、前記各電池ブロックの電圧に代えて前記各電池ブロックの残存容量に基づいて前記第１の電池ブロック及び前記第２の電池ブロックを定め、又は、前記第１の電池ブロック及び前記第２の電池ブロックを定め、又は、前記第１の直列電池ブロック群及び前記第２の直列電池ブロック群を定め、又は、残存容量が高い電池ブロックを含む直列電池ブロック群を含む閉ループによる放電回路を形成することを特徴とする、請求項１〜請求項８のいずれかの請求項に記載の容量均等化装置である。
【００２１】
残存容量とは、電池の中にある放電しうる電気量であり、電池の容量に対応する。電池の残存容量は、電圧と相関がある量である。本発明の容量均等化装置は、電池ブロックの容量を確実に均等化できる。
【００２２】
請求項１０に記載の発明は、前記各電池ブロックの温度を検出する温度検出部を更に有し、前記制御部が前記残存容量算出処理において前記各電池ブロックの温度を残存容量を算出する算出処理のパラメータとして使用することを特徴とする、請求項９に記載の容量均等化装置である。
【００２３】
温度検出部は、電池ブロックの内部温度、表面温度又は雰囲気温度のいずれかを検出し、残存容量演算部に送信する。温度検出部は、好ましくは電池ブロックの表面温度を検出する。温度検出部の数は、電池ブロックの数より少なくても良い。例えば、実験又はシミュレーションによって、温度が近い複数の電池ブロックのグルーピングを行い、同一グループの複数の電池ブロックに共通の温度検出部を設けても良い。電池の容量は、温度に依存する。本発明の容量均等化装置は、より正確に充電状態を演算でき、電池ブロックの容量を確実に均等化できる。
【００２４】
請求項１１に記載の発明は、前記制御部が、少なくとも１つの前記電池ブロックの電圧又は残存容量が所定の閾値より高い場合に前記容量均等化処理を行うことを特徴とする、請求項１〜請求項１０のいずれかの請求項に記載の容量均等化装置である。
本発明の容量均等化装置は、過充電を防止し、効率的且つ確実に電池ブロックの容量を均等化できる。
【００２５】
請求項１２に記載の発明は、前記制御部が、少なくとも１つの前記電池ブロックの電圧又は残存容量が所定の閾値より低い場合に前記容量均等化処理を行うことを特徴とする、請求項１〜請求項１０のいずれかの請求項に記載の容量均等化装置である。
本発明の容量均等化装置は、過放電を防止し、効率的且つ確実に電池ブロックの容量を均等化できる。
【００２６】
請求項１３に記載の発明は、前記制御部が、前記各電池ブロックの電圧又は残存容量のばらつきの大きさが所定の閾値より大きい場合に前記容量均等化処理を行うことを特徴とする、請求項１〜請求項１０のいずれかの請求項に記載の容量均等化装置である。
本発明の容量均等化装置は、効率的且つ確実に電池ブロックの容量を均等化できる。
【００２７】
請求項１４に記載の発明は、前記二次電池がニッケル−金属水素化物電池であることを特徴とする、請求項１〜請求項１３のいずれかの請求項に記載の容量均等化装置である。
ニッケル−金属水素化物電池は、高いエネルギー密度を有するが、過充電等に弱い。本発明の容量均等化装置は、電動車両のモータ駆動等のための高電圧電源として使用されるニッケル−金属水素化物電池の組電池の過充電等を防止し、実質的に組電池を長寿命化することが出来る。
【００２８】
請求項１５に記載の発明は、前記組電池の電圧によって負荷を駆動し前記組電池と前記負荷との間に挿入接続されるリレーを有する電動車両に搭載され、前記各電池ブロックの電圧又は残存容量を記憶する記憶部を更に有し、前記制御部は前記リレーがオフからオンに切り替わる時に、前記電圧測定処理に代え、前記リレーが前回オンからオフに切り替わった時の前記各電池ブロックの電圧又は残存容量を前記記憶部から読み出す、ことを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれかの請求項に記載の容量均等化装置である。
本発明の容量均等化装置は、例えば、ユーザが電動車両を停めてイグニションキーをオフし、次に使用する時に、速やかに電池ブロックの容量を均等化できる。
【００２９】
請求項１６に記載の発明は、前記組電池の電圧によって負荷を駆動し前記組電池と前記負荷との間に挿入接続されるリレーを有する電動車両に搭載され、前記制御部は、前記リレーがオフの時に前記容量均等化処理を行う、ことを特徴とする請求項１〜請求項１５のいずれかの請求項に記載の容量均等化装置である。
制御部は、「リレーがオフの時」にも組電池以外のバッテリーによって駆動される。本発明の容量均等化装置は、電動車両が停止している時（例えば、ユーザが夜中電動車両を使用していない時）にも組電池を構成する電池ブロックの容量を均等化する。従って、常に電池ブロックの容量が均等化され、組電池が最適の状態に保たれる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明は、複数の電池ブロックを直列接続した組電池において、電池ブロックの容量を均等化する、小型で安価な容量均等化装置を実現できるという効果を奏する。これによって、組電池への充電エネルギーの無駄な消費を避けることができると共に、組電池の能力を十分に発揮せしめることができる。また、信頼性の高い電源を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施の形態について、図面とともに記載する。
【００３２】
《実施の形態１》
図１〜図３を用いて、本発明の実施の形態１の容量均等化装置を説明する。図１は、本発明の実施の形態１の容量均等化装置を有する電動車両１の概略構成を示すブロック図である。
電動車両１は、電池パックシステム１００、リレー１１、インバータ１２、モータ１３を有する。電池パックシステム１００は、組電池２０及び容量均等化装置１５０を有する。電動車両１は、電池パックシステム１００内の組電池２０の直流電力をインバータ１２において交流電力に変換し、モータ１３を駆動させて走行する。リレー１１は、組電池２０とインバータ１２との間の電気的な接続を継断する。
【００３３】
電池パックシステム１００内の容量均等化装置１５０は、第１のマルチプレクサ２１、第２のマルチプレクサ２２、極性選択スイッチＳ４（極性補正手段である。）、コンデンサＣ（容量手段である。）、サンプルスイッチＳ３、電圧測定回路２４、制御部１６０、温度検出素子ｔ１〜ｔ２０（温度検出部である。）を有する。
組電池２０は、Ｎ個（Ｎは２以上の正整数。図１ではＮ＝２０である。）の電池ブロックＢ１〜Ｂ２０を直列接続したものであり、各電池ブロックＢ１〜Ｂ２０はさらに複数（１２個）の二次電池セルの直列接続体により構成されている。この構成により、組電池２０は、全体として２４０セルの組電池となる。実施の形態１において、各セルは公称電圧１．２Ｖのニッケル−水素電池であり、組電池２０から総公称電圧２８８Ｖが得られる。
【００３４】
第１のマルチプレクサ２１は、１１個のスイッチＳ１１、Ｓ１３、Ｓ１５、……及びＳ１２１からなる。第２のマルチプレクサ２２は、１０個のスイッチＳ２２、Ｓ２４、……及びＳ２２０からなる。
【００３５】
極性選択スイッチＳ４は、スイッチＳ４ａ、Ｓ４ｂ、Ｓ４ｃ、Ｓ４ｄからなる。例えば第１のマルチプレクサ２１のスイッチＳ１１と、第２のマルチプレクサ２２のスイッチＳ２２とを閉じて電池ブロックＢ１の電圧をコンデンサＣに出力した場合（本明細書では、電池電荷をコンデンサに蓄積することを、電池電圧をコンデンサに出力する、又は電池電圧をコンデンサに蓄積すると表現している。）、スイッチＳ４ａ、Ｓ４ｃが共に接続する端子の電位が高く、スイッチＳ４ｂ、Ｓ４ｄが共に接続する端子の電位が低い。この場合、スイッチＳ４ａ、Ｓ４ｂが閉じる。第１のマルチプレクサ２１のスイッチＳ１３と、第２のマルチプレクサ２２のスイッチＳ２２とを閉じて電池ブロックＢ２の電圧をコンデンサＣに出力した場合、スイッチＳ４ａ、Ｓ４ｃが共に接続する端子の電位が低く、スイッチＳ４ｂ、Ｓ４ｄが共に接続する端子の電位が高い。この場合、スイッチＳ４ｃ、Ｓ４ｄが閉じる。極性選択スイッチＳ４は、コンデンサＣ及び電圧測定回路２４に一定の極性の電圧を印加する機能を有する。
【００３６】
実施の形態１のコンデンサＣは、容量均等化の仲立ちをする役割を果たす故に、大容量のコンデンサが用いられる。
【００３７】
各電池ブロックＢ１〜Ｂ２０の奇数番目の電圧検出端子Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、……及びＴ２１は、第１のマルチプレクサ２１及び極性選択スイッチＳ４を介してコンデンサＣの一電極に接続される。各電池ブロックＢ１〜Ｂ２０の偶数番目の電圧検出端子Ｔ２、Ｔ４、……及びＴ２０は、第２のマルチプレクサ２２及び極性選択スイッチＳ４を介してコンデンサＣの他方の電極に接続される。コンデンサＣは、スイッチＳ３ａ及びＳ３ｂからなるサンプルスイッチＳ３を経由して電圧測定回路２４に接続される。
【００３８】
各スイッチは開いた状態を基準とする。スイッチＳ１１、Ｓ２２、Ｓ４ａ及びＳ４ｂを所定時間閉じれば、電池ブロックＢ１が選択され、電池ブロックＢ１の電圧Ｖ１でコンデンサＣが充電される。次に、スイッチＳ１１、Ｓ２２、Ｓ４ａ及びＳ４ｂを開き、サンプルスイッチＳ３を所定時間閉じると、コンデンサＣの充電電圧、即ち電池ブロックＢ１の電圧Ｖ１が、電圧測定回路２４に入力される。電圧測定回路２４は電圧Ｖ１を測定し、制御部１６０に入力する。次に、サンプルスイッチＳ３を開き、スイッチＳ２２、Ｓ１３、Ｓ４ｃ及びＳ４ｄを所定時間閉じると、電池ブロックＢ２が選択され、電池ブロックＢ２の電圧Ｖ２でコンデンサＣが充電される。次に、スイッチＳ２２、Ｓ１３、Ｓ４ｃ及びＳ４ｄを開き、サンプルスイッチＳ３を所定時間閉じると電圧測定回路２４にコンデンサＣの充電電圧、即ち電池ブロックＢ２の電圧Ｖ２が入力される。電圧測定回路２４は電圧Ｖ２を測定し、制御部１６０に入力する。
【００３９】
同様に、順次、第１のマルチプレクサ２１、第２のマルチプレクサ２２及び極性選択スイッチＳ４をマルチプレックスすることにより、電池ブロックＢ３、Ｂ４、……Ｂ２０が順次選択され、電池ブロックの各電圧Ｖ３、Ｖ４、……Ｖ２０が電圧測定回路２４から制御部１６０に入力される。
第１のマルチプレクサ２１及び第２のマルチプレクサ２２によって、奇数番目の電池ブロックが選択される場合、スイッチ４ａ及びスイッチ４ｂが閉じる。第１のマルチプレクサ２１及び第２のマルチプレクサ２２によって、偶数番目の電池ブロックが選択される場合、スイッチ４ｃ及びスイッチ４ｄが閉じる。従って、コンデンサＣの、スイッチＳ３ａ側の電極は、サンプルスイッチＳ３が開いている期間に、選択されている電池ブロックの正極側と常に接続される。コンデンサＣは、スイッチＳ３ａ側の電極の電位が、他方の電極の電位に対して高い状態で充放電される。
【００４０】
第１のマルチプレクサ２１、第２のマルチプレクサ２２及び極性選択スイッチＳ４とサンプルスイッチＳ３とは同時に閉じないので、各電池ブロックＢ１〜Ｂ２０の電圧は、各電池ブロックＢ１〜Ｂ２０と絶縁的に測定される。
なお、各スイッチ素子として、ＬＥＤの光で光電素子を介してＭＯＳトランジスタを開閉する構成のフォトＭＯＳリレー（ＳＳＲ（Solid State Relay）とも言う。）を使用する。フォトＭＯＳリレーは機械式のリレーに比べて、絶縁効果、高オフ耐圧、低オン抵抗、許容オンオフ回数等の面で優れている。
【００４１】
温度検出素子ｔ１〜ｔ２０はサーミスタであり、それぞれ電池ブロックＢ１〜Ｂ２０のセル表面温度を検出し、温度に依存して変換する抵抗値を、通電することで電圧信号に変換し、制御部１６０に出力する。
電流検出素子２３は、組電池２０に流れる充放電電流によって電線に発生する電磁界をホール素子によって検出し、電圧信号に変換し、制御部１６０に出力する。
【００４２】
制御部１６０は、電流算出部１６１、温度算出部１６２、容量演算部１６３、スイッチ駆動部１６４を有する。電流算出部１６１は、電流検出素子２３からの電圧信号に基づき、組電池２０に流れる充放電電流Ｉを算出する。温度算出部１６２は、温度検出素子ｔ１〜ｔ２０からの電圧信号に基づき、各電池ブロックＢ１〜Ｂ２０の電池温度を算出する。容量演算部１６３は、電池ブロックＢ１〜Ｂ２０の残存容量ＳＯＣ１〜ＳＯＣ２０を演算する。本明細書において「残存容量（State of Charge）」とは、電池の中にある放電しうる電気量であり、電池の容量に対応する量である。具体的には、電流算出部１６１が算出した電流値Ｉ及び容量の初期値（出荷時の容量又は前回電動車両１を停止した時の容量）を用い、電流積算法によって容量を算出し、その容量に対して電圧及び電池温度による補正を施し、残存容量を演算する。スイッチ駆動部１６４は、第１のマルチプレクサ２１、第２のマルチプレクサ２２、サンプルスイッチＳ３及び極性選択スイッチＳ４を構成するスイッチの開閉を制御する。
【００４３】
制御部１６０のハード構成（図示しない）を説明する。制御部１６０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）とメモリとＩ／Ｏポートとを有するマイクロコンピュータ及び周辺回路を有する。制御部１６０は、図示しない低電圧電源（例えば、公称電圧が１２Ｖの鉛蓄電池）によって駆動される。制御部１６０にＩ／Ｏポートを介して入力された各電圧信号は、所定のサンプリング周波数でＡ／Ｄ変換される。ＣＰＵは、メモリ内に記憶された容量均等化処理用のプログラム（後述する）に基づいて、Ａ／Ｄ変換されたデータを用いて容量均等化処理を実施する。そして、第１のマルチプレクサ２１、第２のマルチプレクサ２２、極性選択スイッチＳ４及びサンプルスイッチＳ３を構成するスイッチの開閉を制御する制御信号を、Ｉ／Ｏポートを介して各スイッチに出力する。
【００４４】
図２及び図３を用いて、容量均等化処理の方法を説明する。図２は、本発明の実施の形態１の容量均等化装置が行う容量均等化処理の方法を示すフローチャートである。図２のフローチャートは、運転者が電動車両１のイグニションキー（図示しない）をＯＮし、制御部１６０に低電圧電源（図示しない）から電力が供給されると開始し、走行中は常に実行され、イグニションキーがＯＦＦされると終了する。
ステップ２０１で制御部１６０は、ｎに初期値として１を代入する。ステップ２０２で制御部１６０は、ｎ番目の電池ブロックＢｎの電圧Ｖｎを測定する。スイッチ駆動部１６４は、奇数番目の電池ブロックの電圧を測定する場合、始めにスイッチＳ１ｎ、Ｓ２（ｎ＋１）、Ｓ４ａ及びＳ４ｂを所定時間閉じ、次にスイッチＳ１ｎ、Ｓ２（ｎ＋１）、Ｓ４ａ及びＳ４ｂを開き、サンプルスイッチＳ３を閉じる。スイッチ駆動部１６４は、偶数番目の電池ブロックの電圧を測定する場合、始めにスイッチＳ１（ｎ＋１）、Ｓ２ｎ、Ｓ４ｃ及びＳ４ｄを所定時間閉じ、次にＳ１（ｎ＋１）、Ｓ２ｎ、Ｓ４ｃ及びＳ４ｄを開き、サンプルスイッチＳ３を閉じる。
【００４５】
ステップ２０３で容量演算部１６３は、電流算出部１６１が算出した電流値Ｉ及び電池ブロックＢｎの容量の初期値（出荷時の容量又は前回電動車両１を停止した時の容量）を用い、電流積算法によって容量を算出し、その容量に対して電圧Ｖｎ及び電池温度（温度検出素子ｔｎによって検出された、電池ブロックＢｎの温度）による補正を施し、残存容量ＳＯＣｎを演算する。演算結果をメモリに格納する。
ステップ２０４で制御部１６０はｎに１を加算し、ステップ２０５に進む。ｎが電池ブロックの総数Ｎ以下の場合、ステップ２０５からステップ２０２に戻る。ｎがＮより大きい場合、ステップ２０６に進む。制御部１６０は、ステップ２０２〜２０５で、全ての電池ブロックの電圧測定及び残存容量の演算を行う。テップ２０１〜ステップ２０５における処理を、電圧測定シーケンスＳｖ１と言う。
【００４６】
ステップ２０６で制御部１６０は、メモリに記憶された各電池ブロックの残存容量の中で、残存容量が所定の閾値ＳＯＣａより高い電池ブロックの個数Ｍを調べ、ステップ２０７に進む。Ｍがゼロの場合は、ステップ２０７からステップ２０１に戻る。
Ｍが１以上の場合はステップ２０７からステップ２０８に進み、ｍに初期値として１を代入する。制御部１６０は、残存容量がＳＯＣａより高い電池ブロックの番号ｋ及びその電池ブロックの残存容量の値を記憶する。ステップ２０９で制御部１６０は、残存容量がＳＯＣａより高い電池ブロックのうち、ｍ番目の電池ブロック（電池ブロックＢｋ（ｍ）、残存容量がＳＯＣｋ（ｍ）である。）の電圧を測定する。電圧測定の方法は、ステップ２０２における処理と同じである。ステップ２１０で制御部は、残存容量がＳＯＣｋ（ｍ）より低い電池ブロックの電圧を測定する。実施の形態１において、ステップ２１０で制御部は、残存容量が最も低い電池ブロックの電圧を測定する。ステップ２１１で制御部１６０はｍに１を加算し、ステップ２１２に進む。ｍがＭよりも大きい場合、ステップ２１２からステップ２０９に戻り、ｍがＭ以下の場合ステップ２０１に戻る。ステップ２０８〜ステップ２１２における処理を、容量均等化シーケンスＳｈ１と言う。
【００４７】
図３は、本発明の実施の形態１の容量均等化装置におけるスイッチの開閉タイミング図である。電圧測定シーケンスＳｖ１の各期間Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４……、及びＰ２０において、電池ブロックＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、……及びＢ２０の電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、……及びＶ２０が測定される。なお、図３では、電池ブロックＢ５以降の電池ブロックの電圧測定期間Ｐ５〜Ｐ２０の記載を省略している。各期間の長さは４ｍ秒である。制御部１６０は、８０ｍ秒で全て（２０個）の電池ブロックの電圧測定及び残存容量の算出を行う。
図３には、電池ブロックＢ４の残存容量ＳＯＣ４のみがＳＯＣａより高く、電池ブロックＢ１の残存容量ＳＯＣ１が最も低い例を示す。容量均等化シーケンスＳｈ１の期間Ｐ２１において、制御部１６０は電池ブロックＢ４の電圧を測定する。コンデンサＣは、電圧Ｖ４で充電される。なお、期間Ｐ２１のサンプルスイッチＳ３が閉じている期間において、コンデンサＣの電荷は、ほとんど電圧測定回路２４に移動しない。引き続き、制御部１６０は電池ブロックＢ１の電圧を測定する。一般に、二次電池の電圧は、容量又は残存容量の値が高いほど、高い。従って期間Ｐ２２では、コンデンサＣから電池ブロックＢ１に電荷が移動する。電池ブロックＢ１とコンデンサＣとの間の電荷の流れが平衡状態に近づくにつれ、電池ブロックＢ１の電圧がＶ１からＶ１とＶ４（Ｖ１＜Ｖ４）との間の電圧に近づいて上昇する。
【００４８】
電圧測定シーケンスＳｖ１と容量均等化シーケンスＳｈ１とを交互に繰り返すと、残存容量がより低い電池ブロックが充電されるので、電池ブロックの過放電が防止されながら全ての電池ブロックの残存容量が、均等化される。組電池２０を構成する二次電池セルの電圧は、その容量及び残存容量と相関があるので、このことは、全ての電池の電圧及び残存容量が均等化されることを意味する。
電動車両１の制動は、いつ行われるか予測することは困難であるため、組電池２０は、回生制動によって発生した電力を十分受け入れられるような状態であることが望ましい。一方、エンジンの出力だけでは運転者の所望する加速を得られない場合、モータ１３を発電機として動作させるために、組電池２０はある程度の容量を確保している必要がある。このような理由により、ＳＯＣａの値は６０％程度であることが望ましい。
【００４９】
容量均等化処理の方法は、図２に示したものに限らない。
容量均等化シーケンスＳｈ１において、残存容量が高い電池ブロックの電圧を測定した後に、残存容量がより低い電池ブロックの電圧を測定すればよい。例えば、Ｎ個の電池ブロックすべての電圧測定を、残存容量が高い電池ブロックから順に行っても良い。
図２に示したフローチャートでは、残存容量がＳＯＣａより高い電池ブロックがある場合に、容量均等化シーケンスＳｈ１が実行される。これに代え、残存容量の最大値と最小値の差（残存容量のばらつきの大きさ）が、所定値（例えば、１０％）を超えた時に、容量均等化を行っても良い。例えば、残存容量が上位の電池ブロックの電圧測定を行った後に、残存容量がより低い電池ブロックの電圧測定を行う。
残存容量が所定の閾値より低い電池ブロックがある場合に、残存容量が上位の電池ブロックの電圧測定を行った後に、残存容量が所定の閾値より低い電池ブロックの電圧測定を行っても良い。
【００５０】
実施の形態１の容量均等化処理（図２）においては、容量均等化シーケンスＳｈ１のステップ２０９及びステップ２１０で所望の電池ブロックの電圧測定を行った。即ち、第１のマルチプレクサ２１、第２のマルチプレクサ２２及び極性選択スイッチＳ４を制御して所望の電池ブロックの電圧をコンデンサＣに出力した後、全てのスイッチを開き、サンプルスイッチＳ３を閉じ、コンデンサＣの電圧（所望の電池ブロックの電圧に等しい）を電圧測定回路２４で測定した。これに代え、ステップ２０９で、残存容量がＳＯＣａより高い電池ブロックのうち、ｍ番目の電池ブロック（電池ブロックＢｋ（ｍ）、残存容量がＳＯＣｋ（ｍ）である。）の電圧を、第１のマルチプレクサ２１、第２のマルチプレクサ２２及び極性選択スイッチＳ４を制御してコンデンサＣに出力した後、全てのスイッチを開き、その後ステップ２１０で、残存容量がＳＯＣｋ（ｍ）より低い電池ブロックを、第１のマルチプレクサ２１、第２のマルチプレクサ２２及び極性選択スイッチＳ４を制御して、コンデンサＣに接続しても良い。即ち、サンプルスイッチＳ３の開閉による電圧測定を行わない。
【００５１】
図２において、ステップ２０９及び２１０を複数回繰り返し、電池ブロックＢｋ（ｍ）の電圧降下を促進しても良い。
【００５２】
組電池２０の各セルを、ニッケル−水素電池以外の二次電池としても良い。例えば、組電池２０を、鉛蓄電池、ニッケル−カドミウム蓄電池又はリチウムイオン二次電池から構成しても良い。特に、組電池２０を、リチウムイオン二次電池のセルから構成する場合、電圧と容量とは高い相関関係があるので、残存容量に代えて電圧を残存容量の指標とすることができる。
【００５３】
一般に、電動車両には各電池ブロックの電圧を測定するための積層電圧計測装置が搭載される。実施の形態１の容量均等化装置は、第１のマルチプレクサ２１、第２のマルチプレクサ２２、極性選択スイッチＳ４、コンデンサＣ、サンプルスイッチＳ３及び電圧測定回路２４を有する積層電圧計測装置、又は第１のマルチプレクサ２１、第２のマルチプレクサ２２、コンデンサＣ、サンプルスイッチＳ３及び電圧測定回路２４を有する積層電圧計測装置（いずれも、電圧測定シーケンスＳｖ１を実行する。）に、新たなハードウェアを追加することなく、容量均等化シーケンスＳｈ１を実行するプログラムをＣＰＵ内のメモリに記憶させるだけで、安価に実現できる。
【００５４】
容量均等化装置１５０を、極性選択スイッチＳ４を設けない構成としても良い。極性選択スイッチＳ４を有さない容量均等化装置は、より安価に実現できる。この場合、奇数番目の電池ブロックをコンデンサＣに接続する時と、偶数番目の電池ブロックをコンデンサＣに接続する時とで、コンデンサＣの電圧の極性が逆になる。従って、容量均等化シーケンスＳｈ１において、ステップ２１０で電圧測定を行う電池ブロックの電圧の極性を、ステップ２０９で電圧測定を行う電池ブロックの極性と同じに制御する必要がある。更に、奇数番目の電池ブロックと偶数番目の電池ブロックの検出電圧の極性を揃えるための極性補正手段を、電圧測定回路２４の後段に設ける。極性補正手段は、例えば、絶対値回路等のアナログ回路、又は制御部１６０に設けられ入力信号のＡ／Ｄ変換時に極性出力ビットを無視するデジタル回路等で実現できる。
各電池ブロックを構成するセルの数は、一個又は複数の何れでも良いが、電池ブロック間でセルの個数は同じである必要がある。
【００５５】
実施の形態１において、全ての電池ブロックＢ１〜Ｂ２０に対して、温度検出素子ｔ１〜ｔ２０を設けた。これに代え、実験又はシミュレーションによって、温度が近い電池ブロックを調べ、電池ブロック温度が近いグループに分け、グループ毎に共通の温度検出素子を設けても良い。
【００５６】
《実施の形態２》
図１及び図４を用いて、本発明の実施の形態２の容量均等化装置を説明する。本発明の実施の形態２の容量均等化装置の構成は、実施の形態１の容量均等化装置の構成（図１）と同じであるので、説明を省略する。実施の形態２の容量均等化装置は、容量均等化処理の方法のみが、実施の形態１の容量均等化装置と異なる。実施の形態２の容量均等化装置における処理において、実施の形態１の容量均等化装置における処理と異なる部分のみを説明する。
【００５７】
図４は、本発明の実施の形態２の容量均等化装置が行う容量均等化処理の方法を示すフローチャートである。図２のフローチャートは、運転者が電動車両１のイグニションキー（図示しない）をＯＮし、制御部１６０に低電圧電源（図示しない）から電力が供給されると開始し、走行中は常に実行され、イグニションキーがＯＦＦされると終了する。図４に示すフローチャートは、図２に示すフローチャートのステップ２０６〜ステップ２１２を、ステップ４０６〜ステップ４１２に置き換えたものである。
【００５８】
電圧測定シーケンスＳｖ１（ステップ２０１〜ステップ２０５）において、全ての電池ブロックの電圧測定及び残存容量の演算が行われる。
ステップ４０６で制御部１６０は、残存容量が所定の閾値ＳＯＣｂより低い電池ブロックの個数Ｍを調べ、ステップ４０７に進む。Ｍがゼロの場合は、ステップ４０７からステップ２０１に戻る。
Ｍが１以上の場合はステップ４０７からステップ４０８に進み、ｍに初期値として１を代入する。制御部１６０は、残存容量がＳＯＣｂより低い電池ブロックの番号ｋ及びその電池ブロックの残存容量の値を記憶する。ステップ４０９で制御部１６０は、残存容量がＳＯＣｂより低い電池ブロックのうち、ｍ番目の電池ブロック（電池ブロックＢｋ（ｍ）、残存容量がＳＯＣｋ（ｍ）である。）の電圧を測定する。電圧測定の方法は、ステップ２０２における処理と同じである。ステップ４１０で制御部は、残存容量がＳＯＣｋ（ｍ）より高い電池ブロックの電圧を測定する。実施の形態２において、ステップ４１０で制御部は、残存容量が最も高い電池ブロックの電圧を測定する。ステップ４１１で制御部１６０はｍに１を加算し、ステップ４１２に進む。ｍがＭよりも大きい場合、ステップ４１２からステップ４０９に戻り、ｍがＭ以下の場合ステップ２０１に戻る。ステップ４０８〜ステップ４１２における処理を、容量均等化シーケンスＳｈ２と言う。
【００５９】
ステップ４１０で電圧測定を行う電池ブロックの電圧は、ステップ４０９で電圧測定を行う電池ブロックの電圧より高い。従って、ステップ４１０において、コンデンサＣに電池ブロックＢｋ（ｍ）を接続すると、電池ブロックＢｋ（ｍ）からコンデンサＣに電荷が移動する。その電荷の流れが平衡状態に近づくにつれ、電池ブロックＢｋ（ｍ）の電圧、残存容量が低下する。電圧測定シーケンスＳｖ１と容量均等化シーケンスＳｈ２とを交互に繰り返すと、残存容量が高い電池ブロックの放電が繰り返されるので、電池ブロックの過充電が防止されながら全ての電池ブロックの残存容量が、均等化される。ＳＯＣｂの値は６０％程度であることが望ましい。
【００６０】
容量均等化処理の方法を示すフローチャートは、図４に示したものに限らない。
容量均等化シーケンスＳｈ２において、残存容量が低い電池ブロックの電圧を測定した後に、残存容量がより高い電池ブロックの電圧を測定すればよい。例えば、Ｎ個の電池ブロックすべての電圧測定を、残存容量が低い電池ブロックから順に行っても良い。
図４に示したフローチャートでは、残存容量がＳＯＣｂより低い電池ブロックがある場合に、容量均等化シーケンスが実行される。これに代え、残存容量の最大値と最小値の差（残存容量のばらつきの大きさ）が、所定値（例えば、１０％）を超えた時に、容量均等化処理を行っても良い。例えば、残存容量が下位の電池ブロックの電圧測定を行った後、残存容量がより高い電池ブロックの電圧測定を行う。
残存容量が所定の閾値より高い電池ブロックがある場合に、残存容量が下位の電池ブロックの電圧測定を行った後に、残存容量が所定の閾値より高い電池ブロックの電圧測定を行っても良い。
各電池ブロックの残存容量に代えて、各電池ブロックの電圧を残存容量の指標としても良い。
【００６１】
図４において、ステップ４０９及び４１０を複数回繰り返し、電池ブロックＢｋ（ｍ）の電圧上昇を促進しても良い。
【００６２】
実施の形態２の容量均等化処理（図４）においては、容量均等化シーケンスＳｈ１のステップ４０９及びステップ４１０で所望の電池ブロックの電圧測定を行った。即ち、第１のマルチプレクサ２１、第２のマルチプレクサ２２及び極性選択スイッチＳ４を制御して所望の電池ブロックの電圧をコンデンサＣに出力した後、全てのスイッチを開き、サンプルスイッチＳ３を閉じ、コンデンサＣの電圧（所望の電池ブロックの電圧に等しい）を電圧測定回路２４で測定した。これに代え、ステップ４０９で、残存容量がＳＯＣｂより低い電池ブロックのうち、ｍ番目の電池ブロック（電池ブロックＢｋ（ｍ）、残存容量がＳＯＣｋ（ｍ）である。）の電圧を、第１のマルチプレクサ２１、第２のマルチプレクサ２２及び極性選択スイッチＳ４を制御してコンデンサＣに出力した後、全てのスイッチを開き、その後ステップ４１０で、残存容量がＳＯＣｋ（ｍ）より高い電池ブロックを、第１のマルチプレクサ２１、第２のマルチプレクサ２２及び極性選択スイッチＳ４を制御して、コンデンサＣに接続しても良い。即ち、サンプルスイッチＳ３の開閉による電圧測定を行わない。
【００６３】
図２、４において電圧測定シーケンスＳｖ１において各電池ブロックの残存容量を測定した後、その測定結果をメモリに保存する。次の電圧測定シーケンスＳｖ１において、前回の電圧測定結果において、残存容量が高い方から１番目の電池ブロックの電圧を測定し、次に残存容量が低い方から１番目の電池ブロックの電圧を測定する。残存容量が高い方からｉ番目の電池ブロックの電圧を測定し、次に残存容量が低い方からｉ番目の電池ブロックの電圧を測定する（１≦ｉ≦Ｎ／２）。これを繰り返す。これにより、前回の容量均等化シーケンス（Ｓｈ１又はＳｈ２）を次の容量均等化シーケンスＳｖ１のための電圧測定シーケンスとすることが出来る。
【００６４】
コンデンサＣに代えて、従来例の積層電圧測定装置と同様の小容量の第１のコンデンサと、大容量の第２のコンデンサとスイッチとの直列接続体と、を並列に接続した回路を設けても良い。スイッチを開いて後述する電圧測定処理を行い、スイッチを閉じて容量均等化処理を行う。大容量の第２のコンデンサの両端電圧が静定するまでには多少の時間がかかる。上記の方法により、電圧測定処理を素早く行い、且つ効率的に容量均等化処理を行うことが出来る。
【００６５】
実施の形態１及び２において、全電池ブロックの電圧（又はＳＯＣ）の平均値を算出して、全ての電池ブロックの電圧（又はＳＯＣ）が平均値に近づくように測定の順番を制御しても良い。
全電池ブロックの電圧（又はＳＯＣ）の平均値を算出して、平均値より所定値以上電圧（又はＳＯＣ）が高い電池ブロックの電圧を測定した後、次に平均値より所定値以上電圧（又はＳＯＣ）が低い電池ブロックの電圧を測定するように測定の順番を制御しても良い。
全電池ブロックの電圧（又はＳＯＣ）の平均値を算出して、平均値より所定値以上電圧（又はＳＯＣ）が低い電池ブロックの電圧を測定した後、次に平均値より所定値以上電圧（又はＳＯＣ）が高い電池ブロックの電圧を測定するように測定の順番を制御しても良い。  一番高い電圧（又はＳＯＣ）の電池ブロックの電圧を測定した後に、一番低い電圧（又はＳＯＣ）の電池ブロックの電圧を測定するように測定の順番を制御しても良い。
一番低い電圧（又はＳＯＣ）の電池ブロックの電圧を測定した後に、一番高い電圧（又はＳＯＣ）の電池ブロックの電圧を測定するように測定の順番を制御しても良い。
【００６６】
《実施の形態３》
図５及び図６を用いて、本発明の実施の形態３の容量均等化装置を説明する。
図５は、本発明の実施の形態３の容量均等化装置を有する電動車両２の概略構成を示すブロック図である。電動車両２は、図１の電動車両１の電池パックシステム１００を電池パックシステム５００に置き換えたものである。電池パックシステム５００は、電池パックシステム１００（図１）の容量均等化装置１５０を、実施の形態３の容量均等化装置５５０に置き換えたものである。容量均等化装置５５０は、電池パックシステム５００に搭載される。容量均等化装置５５０は、容量均等化装置１５０の制御部１６０を制御部５６０に置き換え、電圧検出端子Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、……及びＴ２１と第１のマルチプレクサ２１又は第２のマルチプレクサ２２との間に抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、……及びＲ２１を直列に接続したものである。その他の構成は実施の形態１の容量均等化装置１５０と同じであるので、共通のブロックには共通の符号を用い、説明を省略する。図５において、図１と共通する部分には共通の符号を用い、説明を省略する。
【００６７】
抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、……及びＲ２１は、全て同じ抵抗値を有する。制御部５６０は、電流算出部１６１、温度算出部１６２、容量演算部１６３、スイッチ駆動部１６４を有する。制御部５６０のハード構成は、制御部１６０のハード構成と同じである。
【００６８】
図６は、本発明の実施の形態３の容量均等化装置が行う容量均等化処理の方法を示すフローチャートである。図６のフローチャートは、運転者が電動車両２のイグニションキー（図示しない）をＯＮし、制御部５６０に低電圧電源（図示しない）から電力が供給されると開始し、走行中は常に実行され、イグニションキーがＯＦＦされると終了する。
ステップ６０１で制御部５６０は、電圧測定シーケンスＳｖ１を実行する。電圧測定シーケンスＳｖ１は、実施の形態１の容量均等化装置１５０が実行するフローチャート（図２）のステップ２０１〜ステップ２０５である。電圧測定シーケンスＳｖ１において、電池ブロックＢ１〜Ｂ２０の電圧Ｖ１〜Ｖ２０が測定され、残存容量ＳＯＣ１〜ＳＯＣ２０が算出される。
【００６９】
ステップ６０２で制御部５６０は、残存容量の最大値ＳＯＣｍａｘ及び最小値ＳＯＣｍｉｎを検索し、残存容量のばらつきΔＳＯＣ（＝ＳＯＣｍａｘ−ＳＯＣｍｉｎ）を算出し、ステップ６０３に進む。ΔＳＯＣが閾値（例えば、１０％）以下の場合は、ステップ６０３からステップ６０１に戻る。ΔＳＯＣが閾値より大きい場合は、ステップ６０３からステップ６０４に進む。
【００７０】
ステップ６０４で制御部５６０は、ｎに初期値１を代入する。ステップ６０５で制御部５６０は、ｎ番目の電池ブロックＢｎの残存容量ＳＯＣｎが、（ＳＯＣｍｉｎ＋閾値）より大きいか否か判断する。ＳＯＣｎが（ＳＯＣｍｉｎ＋閾値）より大きい場合は、ステップ６０６に進む。
【００７１】
ステップ６０６でスイッチ駆動部１６４は、サンプルスイッチＳ３を開いた状態で、電池ブロックＢｎを含む直列電池ブロック群と抵抗との閉ループによる放電回路を形成する。実施の形態３において制御部５６０は、電池ブロックＢｎ及び電池ブロックＢｎと温度が近い電池ブロックとで直列電池ブロック群と抵抗とで閉ループを形成するように、制御信号を第１のマルチプレクサ２１及び／又は第２のマルチプレクサ２２に送信する。
【００７２】
第１のマルチプレクサ２１又は第２マルチプレクサ２２の複数のスイッチを導通させることにより、閉ループを形成できる。又は第１のマルチプレクサ２１及び第２マルチプレクサ２２のスイッチを導通させ、且つ極性選択スイッチＳ４で第１のマルチプレクサ２１の共通端子と第２マルチプレクサ２２の共通端子とを接続することにより、閉ループを形成できる。極性選択スイッチＳ４は、スイッチ４ａ及び４ｄを閉じることにより、又はスイッチ４ｂ及び４ｃを閉じることにより、２つの共通端子を接続できる。
【００７３】
例えば、電池ブロックＢ１と電池ブロックＢ２とを選択する場合、スイッチＳ１１とスイッチＳ１３とを閉じ、電池ブロックＢ１、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ３及び電池ブロックＢ２で閉ループを形成する。このとき、抵抗Ｒ１及びＲ３に電流が流れ、電池ブロックＢ１及びＢ２の電力が消費される。
ステップ６０７で制御部５６０は、ステップ６０６のスイッチの閉状態を所定時間保持し、ステップ６０６で選択した直列電池ブロック群を放電する。放電終了後、ステップ６０６で閉じたスイッチを開く。
【００７４】
ステップ６０８で制御部５６０はｎに１を加算し、ステップ６０９に進む。ｎが電池ブロックの総数Ｎより大きい場合は、ステップ６０９からステップ６０１に戻る。ｎがＮ以下の場合は、ステップ６０９からステップ６０５に戻る。なお、ステップ６０５で、ＳＯＣｎが（ＳＯＣｍｉｎ＋閾値）以下の場合は、放電（ステップ６０６及びステップ６０８）を行わず、ステップ６０８に進む。ステップ６０４〜ステップ６０９における処理を、容量均等化シーケンスＳｈ３と言う。容量均等化シーケンスＳｈ３において、残存容量が所定のばらつきの範囲より高い電池ブロックが放電される。電圧測定シーケンスＳｖ１と容量均等化シーケンスＳｈ３とを交互に繰り返すと、電池ブロックの過充電が防止されながら、全電池ブロックの残存容量のばらつきが閾値以内になるように均等化される。即ち、電圧及び容量のばらつきが均等化される。
【００７５】
一般に、電動車両には電池ブロックの電圧を測定するための積層電圧計測装置が搭載される。実施の形態３の容量均等化装置は、第１のマルチプレクサ２１、第２のマルチプレクサ２２、極性選択スイッチＳ４、コンデンサＣ、サンプルスイッチＳ３及び電圧測定回路２４を有する積層電圧計測装置、又は第１のマルチプレクサ２１、第２のマルチプレクサ２２、コンデンサＣ、サンプルスイッチＳ３及び電圧測定回路２４を有する積層電圧計測装置（いずれも、電圧測定シーケンスＳｖ１を実行する。）に、抵抗Ｒ１〜Ｒ２１を追加し、容量均等化シーケンスＳｈ３を実行するプログラムをＣＰＵ内のメモリに記憶させるだけで、安価に実現できる。
【００７６】
電動車両２には、組電池２０を冷却するための冷却装置（図示しない）が設けられるものの、冷却装置の配置及び冷媒の流速によって電池ブロック間には温度差が生じる。電池ブロックの温度と容量、充電効率には相関関係があるため、温度が近い電池ブロック間では、残存容量の値も近い。ステップ６０６で制御部５６０は、温度が近い電池ブロックを複数選択することにより、残存容量の値が近い直列電池ブロック群を選択する。なお、ステップ６０６で選択する直列電池ブロック群は、複数であっても良い。一つの電池ブロックを直列電池ブロック群としても良い。制御部５６０は、所望の電池ブロックを最も効率的に放電できるように、各スイッチの開閉を制御する。例えば、スイッチＳ１１、Ｓ２２及びＳ２４、Ｓ１３を閉じることにより、電池ブロックＢ１、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ３及び電池ブロックＢ２の閉ループと、電池ブロックＢ２、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ４及び電池ブロックＢ３の閉ループとの放電回路が形成される。このとき、電池ブロックＢ２は２つのループに含まれるので、他の電池ブロックＢ１及びＢ３より効率的に放電される。
【００７７】
実施の形態３の容量均等化装置によれば、残存容量が高い電池ブロックを効率的に放電できる。
図６に示した容量均等化処理の方法に代え、残存容量が所定値（例えば、７０％）を超えた電池ブロックがある場合に、その電池ブロックを含む直列電池群を放電しても良い。残存容量が所定値（例えば、７０％）より小さい電池ブロックがある場合に、残存容量がより高い電池ブロックを含む直列電池群を放電しても良い。
各電池ブロックの残存容量に代えて、各電池ブロックの電圧を残存容量の指標としても良い。
【００７８】
容量均等化装置５５０を、極性選択スイッチＳ４を設けない構成としても良い。極性選択スイッチＳ４を有さない容量均等化装置は、より安価に実現できる。この場合、奇数番目の電池ブロックをコンデンサＣに接続する時と、偶数番目の電池ブロックをコンデンサＣに接続する時とで、コンデンサＣの電圧の極性が逆になるので、コンデンサＣより後段に、電圧の極性を揃えるための極性補正手段を設ければ良い。
【００７９】
《実施の形態４》
図５及び図７を用いて、本発明の実施の形態４の容量均等化装置を説明する。
本発明の実施の形態４の容量均等化装置の構成は、実施の形態３の容量均等化装置の構成（図５）と同じであるので、説明を省略する。実施の形態４の容量均等化装置は、容量均等化処理の方法のみが、実施の形態３の容量均等化装置と異なる。実施の形態４の容量均等化装置における処理において、実施の形態３の容量均等化装置における処理と異なる部分のみを説明する。
【００８０】
図７は、本発明の実施の形態４の容量均等化装置が行う容量均等化処理の方法を示すフローチャートである。図７のフローチャートは、運転者が電動車両２のイグニションキー（図示しない）をＯＮし、制御部５６０に低電圧電源（図示しない）から電力が供給されると開始し、走行中は常に実行され、イグニションキーがＯＦＦされると終了する。図７に示すフローチャートは、図６に示すフローチャートのステップ６０４〜ステップ６０９を、ステップ７０４〜ステップ７０７に置き換えたものである。
電圧測定シーケンスＳｖ１（ステップ６０１）において、電池ブロックＢ１〜Ｂ２０の電圧Ｖ１〜Ｖ２０が測定され、残存容量ＳＯＣ１〜ＳＯＣ２０が算出される。残存容量のばらつき（ＳＯＣｍａｘ−ＳＯＣｍｉｎ）が所定の閾値より大きい場合、ステップ６０３からステップ７０４に進む。
【００８１】
ステップ７０４で制御部５６０は、残存容量が最も高い電池ブロックを含む直列電池ブロック群を、第１のマルチプレクサ２１、第２のマルチプレクサ２２及び極性選択スイッチＳ４のスイッチングによって、コンデンサＣに並列接続する。例えば、電池ブロックＢ２の残存容量ＳＯＣ２が最も高い場合、スイッチＳ１１、Ｓ２４、Ｓ４ａ及びＳ４ｂを閉じ、電池ブロックＢ１、Ｂ２及びＢ３をコンデンサＣに並列接続する。コンデンサＣが、電圧（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３）で充電される。所定時間経過後、制御部５６０は、ステップ７０４で閉じたスイッチを開く（ステップ７０５）。
【００８２】
ステップ７０６で制御部５６０は、残存容量が最も低い電池ブロックを含む直列電池ブロック群を、第１のマルチプレクサ２１、第２のマルチプレクサ２２及び極性選択スイッチＳ４のスイッチングによって、コンデンサＣに並列接続する。例えば、電池ブロックＢ４が最も低い場合、スイッチＳ１５、Ｓ２４、Ｓ４ｃ及びＳ４ｄを閉じ、電池ブロックＢ４をコンデンサＣに並列接続する。コンデンサＣから電池ブロックＢ４及び抵抗Ｒ４、Ｒ５に電流が流れ、電池ブロックＢ４が充電される。この時、上記の例では、コンデンサＣの電圧は電池ブロックＢ４の電圧のほぼ３倍であるから、効率的に充電される。所定時間経過後、制御部５６０は、ステップ７０６で閉じたスイッチを開く（ステップ７０７）。ステップ７０７からステップ６０１に戻る。ステップ７０４〜ステップ７０７の処理を、容量均等化シーケンスＳｈ４と言う。なお、容量均等化シーケンスＳｈ４において、サンプルスイッチＳ３は開いた状態が保持される。
【００８３】
なお、ステップ７０４で選択される直列電池ブロック群の両端の電圧は、ステップ７０６で選択される直列電池ブロック群の両端の電圧より高い。典型的には、ステップ７０４で選択される電池ブロックの数は、ステップ７０６で選択される電池ブロックの数より多く制御される。ステップ７０４で選択される直列電池ブロック群と、ステップ７０６で選択される直列電池ブロック群とに、共通の電池ブロックが含まれていても良い。電圧測定シーケンスＳｖ１と容量均等化シーケンスＳｈ４とを交互に繰り返すことにより、残存容量が高い電池ブロックから、残存容量が低い電池ブロックに電荷が移動し、容量が均等化される。即ち、電池ブロックの残存容量が均等化される。実施の形態４の容量均等化処理によれば、実施の形態３の容量均等化処理よりも早く、確実に電池ブロックの容量を均等化できる。実施の形態４の容量均等化装置は、電池ブロックの過充電及び過放電を防止できる。
【００８４】
図７に示したフローチャートに代え、以下の処理を行っても良い。
電圧測定シーケンスＳｖ１（ステップ７０１）を実行した後、少なくとも一つの電池ブロックの残存容量が所定値を超えている場合又は所定値を下回っている場合に、容量均等化シーケンスＳｈ４を実行する構成としても良い。
各電池ブロックの残存容量に代えて、各電池ブロックの電圧を残存容量の指標としても良い。
【００８５】
容量均等化装置５５０を、抵抗Ｒ１〜Ｒ２１を設けない、実施の形態１の容量均等化装置１５０（図１）としても良い。
【００８６】
《実施の形態５》
図８及び図９を用いて、本発明の実施の形態５の容量均等化装置を説明する。
図８は、本発明の実施の形態５の容量均等化装置を有する電動車両３の概略構成を示すブロック図である。電動車両３は、図５の電動車両２の電池パックシステム５００を電池パックシステム８００に置き換えたものである。電池パックシステム８００は、電池パックシステム５００（図５）の容量均等化装置５５０を、実施の形態５の容量均等化装置８５０に置き換えたものである。容量均等化装置８５０は、電池パックシステム８００に搭載される。容量均等化装置８５０は、容量均等化装置５５０の制御部５６０を制御部８６０に置き換え、コンデンサＣとサンプルスイッチＳ３との間に、コンデンサＣと並列にバイパススイッチＳ５を接続したものである。その他の構成は実施の形態３の容量均等化装置５５０と同じであるので、共通のブロックには共通の符号を用い、説明を省略する。図８において、図５と共通する部分には共通の符号を用い、説明を省略する。
【００８７】
制御部８６０は、電流算出部１６１、温度算出部１６２、容量演算部１６３、スイッチ駆動部１６４を有する。制御部８６０のハード構成は、制御部５６０のハード構成と同じである。スイッチ駆動部１６４は、第１のマルチプレクサ２１、第２のマルチプレクサ２２、極性選択スイッチＳ４及びサンプルスイッチＳ３を構成するスイッチに加え、バイパススイッチＳ５の開閉を制御する。
【００８８】
図９は、本発明の実施の形態５の容量均等化装置が行う容量均等化処理の方法を示すフローチャートである。図９のフローチャートは、運転者が電動車両３のイグニションキー（図示しない）をＯＮし、制御部８６０に低電圧電源（図示しない）から電力が供給されると開始し、走行中は常に実行され、イグニションキーがＯＦＦされると終了する。図９のフローチャートは、図６のフローチャート（実施の形態３の容量均等化装置が行う容量均等化処理の方法を示すフローチャート）の、ステップ６０６をステップ９０６に置き換えたものである。
【００８９】
ステップ９０６で制御部８６０は、残存容量が組電池２０を構成する電池ブロックの残存容量の最小値Ｓｍｉｎに所定の閾値を加えた値より大きい電池ブロックＢｎを放電するために、以下の制御を行う。電池ブロックＢｎの電圧を測定する時（電圧測定シーケンスＳｖ１における、ステップ２０２。）と同じように、第１のマルチプレクサ２１、第２のマルチプレクサ２２及び極性選択スイッチＳ４を閉じる。更に、バイパススイッチＳ５を閉じる。例えば、電池ブロックＢ２を放電する場合、スイッチＳ２２、Ｓ１３、Ｓ４ｃ、Ｓ４ｄ及びバイパススイッチＳ５を閉じる。電池ブロックＢ２、抵抗Ｒ２、スイッチＳ４ｄ、バイパススイッチＳ５、スイッチＳ４ｃ及び抵抗Ｒ３によって、閉ループの放電回路が形成されるので、抵抗Ｒ２及びＲ３に電流が流れ、電池ブロックＢ２の電力が消費される。
【００９０】
ステップ６０４、６０５、９０６、６０７〜６０９における処理を、容量均等化シーケンスＳｈ５と言う。容量均等化シーケンスＳｈ５において、残存容量が所定のばらつきの範囲より高い電池ブロックが放電される。電圧測定シーケンスＳｖ１と容量均等化シーケンスＳｈ５とを交互に繰り返すと、電池ブロックの過充電が防止されながら、電池ブロックの残存容量のばらつきが閾値以内になるように均等化される。
なお、ステップ９０６において、電池ブロックＢｎを含む直列電池ブロック群を選択しても良い。例えば、スイッチＳ１１、Ｓ２４、Ｓ４ａ、Ｓ４ｂ及びバイパススイッチＳ５を閉じると、電池ブロックＢ１、Ｂ２、Ｂ３を放電させることができる。
【００９１】
一般に、電動車両には電池ブロックの電圧を測定するための積層電圧計測装置が搭載される。実施の形態５の容量均等化装置は、第１のマルチプレクサ２１、第２のマルチプレクサ２２、極性選択スイッチＳ４、コンデンサＣ、サンプルスイッチＳ３及び電圧測定回路２４を有する積層電圧計測装置、又は第１のマルチプレクサ２１、第２のマルチプレクサ２２、コンデンサＣ、サンプルスイッチＳ３及び電圧測定回路２４を有する積層電圧計測装置（いずれも、電圧測定シーケンスＳｖ１を実行する。）に、抵抗Ｒ１〜Ｒ２１及びバイパススイッチＳ５を設け、容量均等化シーケンスＳｈ５を実行するプログラムをＣＰＵ内のメモリに記憶させるだけで、安価に実現できる。
なお、バイパススイッチＳ５を、コンデンサＣと極性選択スイッチＳ４との間に設けても良い。極性選択スイッチＳ４を設けない構成としても良い。極性選択スイッチＳ４を有さない容量均等化装置は、より安価に実現できる。この場合、奇数番目の電池ブロックをコンデンサＣに接続する時と、偶数番目の電池ブロックをコンデンサＣに接続する時とで、コンデンサＣの電圧の極性が逆になるので、コンデンサＣより後段に、電圧の極性を揃えるための極性補正手段を設ければ良い。
【００９２】
電圧測定シーケンスＳｖ１（ステップ６０１）を実行した後、少なくとも一つの電池ブロックの残存容量が所定値を超えている場合又は所定値を下回っている場合に、容量均等化シーケンスＳｈ５を実行する構成としても良い。
各電池ブロックの残存容量に代えて、各電池ブロックの電圧を残存容量の指標としても良い。
【００９３】
なお、上記の実施の形態の容量均等化装置を、電池パックシステムを構成し、組電池２０の状態を把握して出力制御を行う、電池ＥＣＵ（Electronic Control Unit）の一部として構成しても良い。
コンデンサＣは、電池電圧を蓄積する容量手段であれば良い。コンデンサＣとして、セラミックコンデンサや電気二重層キャパシタのような蓄電デバイスを使用することで、同様の機能を実現できる。
上記の実施の形態の容量均等化装置は、電動車両の走行時（リレー１１がＯＮしている時）に容量均等化処理を行ったが、イグニションキーがＯＦＦされ、リレー１１がＯＦＦの状態にも、その制御部に低電圧電源から給電し、容量均等化処理を行っても良い。これにより、組電池を構成する電池ブロックの容量を、常に均等化しておくことができる。
上記の実施の形態の容量均等化装置は、走行開始時（リレー１１がＯＦＦからＯＮに切り替わる時）に電圧測定シーケンスＳｖ１を実行し、各電池ブロックの電圧を測定した。これに代え、前回電動車両が停車した時（リレー１１がＯＮからＯＦＦに切り替わった時）の各電池ブロックの電圧測定値又は残存容量をメモリに記憶しておき、走行開始時にその電圧測定値又は残存容量をメモリから読み出し、１回目の電圧測定シーケンスＳｖ１を実行しない構成としても良い。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明の容量均等化装置は、電気自動車（ＰＥＶ）、ハイブリッド車両（ＨＥＶ）、燃料電池と二次電池とを有するハイブリッド車両等の電動車両等の用途に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の実施の形態１及び実施の形態２の容量均等化装置を有する電動車両の概略構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１の容量均等化装置が行う容量均等化処理の方法を示すフローチャート
【図３】本発明の実施の形態１の容量均等化装置におけるスイッチの開閉タイミング図
【図４】本発明の実施の形態２の容量均等化装置が行う容量均等化処理の方法を示すフローチャート
【図５】本発明の実施の形態３及び実施の形態４の容量均等化装置を有する電動車両の概略構成を示すブロック図
【図６】本発明の実施の形態３の容量均等化装置が行う容量均等化処理の方法を示すフローチャート
【図７】本発明の実施の形態４の容量均等化装置が行う容量均等化処理の方法を示すフローチャート
【図８】本発明の実施の形態５の容量均等化装置を有する電動車両の概略構成を示すブロック図
【図９】本発明の実施の形態５の容量均等化装置が行う容量均等化処理の方法を示すフローチャート
【符号の説明】
【００９６】
１、２、３              電動車両
１１                    リレー
１２                    インバータ
１３                    モータ
２０                    組電池
２１                    第１のマルチプレクサ
２２                    第２のマルチプレクサ
２３                    電流検出素子
２４                    電圧測定回路
１００、５００、８００  電池パックシステム
１５０、５５０、８５０  容量均等化装置
１６０、５６０、８６０  制御部
１６１                  電流算出部
１６２                  温度算出部
１６３                  容量演算部
１６４                  スイッチ駆動部
Ｃ                      コンデンサ（容量手段）
Ｓ３                    サンプルスイッチ
Ｓ４                    極性選択スイッチ（極性補正手段）
Ｓ５                    バイパススイッチ
Ｂ１〜Ｂ２０            電池ブロック
Ｒ１〜Ｒ２１            抵抗
Ｔ１〜Ｔ２１            電圧検出端子
ｔ１〜ｔ２０            温度検出素子（温度検出部）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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