(57)【要約】【課題】  二次電池の充放電時においてセルバランスを補正することができるセルバランス補正装置、二次電池及びセルバランス補正方法及びセルバランス補正プログラムを提供する。【解決手段】  直列電池１００を構成する複数の電池１０の充放電電流を補完する補完電流を供給する定電流源２０と、複数の電池１０の電圧値を計測する複数の電圧センサ３０と、複数の電圧センサ３０から複数の電池１０それぞれの電圧値を入力し、複数の電池１０それぞれの電圧値を比較して、定電流源２０を起動する電圧監視４０とを備えることにより、セルバランスを補正する。【選択図】  図１
2005151720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列電池を構成する複数の電池の充放電電流を補完する補完電流を供給する定電流源と、
前記複数の電池の電圧値を計測する複数の電圧センサと、
前記複数の電圧センサから前記複数の電池それぞれの電圧値を入力し、前記複数の電池それぞれの電圧値を比較して、前記定電流源を起動する電圧監視手段と
を具備することを特徴とするセルバランス補正装置。
【請求項２】
前記定電流源は、前記直列電池を構成する電池１つに対応して１つ設けられ、
前記電圧監視手段は、前記複数の電圧センサから前記複数の電池それぞれの電圧値を入力し、前記複数の電池それぞれの電圧値を比較して、最高電圧の電池より電圧値が設定値以上低い電池に対応する定電流源を起動する
ことを特徴とする請求項１に記載のセルバランス補正装置。
【請求項３】
前記定電流源は、前記直列電池を構成する全電池のうちの複数の電池からなるグループに対応して１つ設けられ、前記電圧監視手段によって切替制御される切替手段を介して、前記グループを構成する複数の電池のうち、１の電池の充放電電流を補完する補完電流を供給し、
前記電圧監視手段は、前記複数の電圧センサから前記グループを構成する複数の電池それぞれの電圧値を入力し、前記複数の電池それぞれの電圧値を比較して、最高電圧の電池より電圧値が設定値以上低い電池の中で、最も電圧値が低い電池に対応する定電流源を起動する
ことを特徴とする請求項１に記載のセルバランス補正装置。
【請求項４】
前記電圧監視手段は、さらに、最も電圧値が高い電池と定電流源を起動する電池との電圧差に応じた電流指令を前記起動した定電流源に出力する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの項に記載のセルバランス補正装置。
【請求項５】
前記電圧監視手段は、前記最も電圧値が高い電池と定電流源を起動する電池との電圧差が閾値よりも大きい場合、前記電圧差に応じた電流指令よりも低い電流値を示す電流指令を前記起動した定電流源に出力する
ことを特徴とする請求項４に記載のセルバランス補正装置。
【請求項６】
前記直列電池を構成する複数の電池の充放電電流を計測する１又は複数の電流センサをさらに設け、
前記電圧監視手段は、前記電流センサが計測した前記充放電電流値を入力して、前記電圧差と前記充放電電流値とに応じた電流指令を前記起動した定電流源に出力する
ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のセルバランス補正装置。
【請求項７】
前記定電流源は、前記直列電池から駆動電流の供給を受ける
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかの項に記載のセルバランス補正装置。
【請求項８】
前記定電流源は、所定の外部電源装置から駆動電流の供給を受ける
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかの項に記載のセルバランス補正装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかの項に記載のセルバランス補正装置を備えることを特徴とする二次電池。
【請求項１０】
複数の電圧センサが、直列電池を構成する複数の電池それぞれの電圧値を計測し、
前記計測した複数の電池それぞれの電圧値を入力し、前記複数の電池それぞれの電圧値を比較して、前記直列電池を構成する複数の電池の充放電電流を補完する補完電流を供給する定電流源を起動する
ことを特徴とするセルバランス補正方法。
【請求項１１】
直列電池を構成する複数の電池それぞれに設けられた複数の電圧センサよりそれぞれの電圧値を入力する処理と、
前記入力した複数の電池それぞれの電圧値を比較して、前記直列電池を構成する複数の電池の充放電電流を補完する補完電流を供給する定電流源を起動する処理と
をコンピュータに実行させるためのセルバランス補正プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力貯蔵装置、ＵＰＳ（uninterruptible
power supplies；無停電装置）等の非常用電源向け二次電池やＨＥＶ（Hybrid Electric
Vehicles；ハイブリッド電気自動車）、電動フォークリフト等の移動体向け二次電池において用いられるセルバランス補正装置、二次電池、セルバランス補正方法及びセルバランス補正プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池は過充電状態、過放電状態になると、寿命劣化や安全上の問題が起こる。直列電池システムでは、個々の電池の容量のバラツキにより、同じ電力を充放電しても、過充電／過放電となる電池が出てくるため、各電池の電圧のバランスを補正する機構が必要となる。
セルバランス補正の方式として、従来、コンデンサを利用して直列電池の電圧バランスを補正することが知られている。例えば特許文献１には、コンデンサを利用した充放電制御装置が開示されている。この発明によれば、複数の単位キャパシタをセルとして直列に接続して組電源を構成するとともに、組電源の各セルに対して充放電可能な調整用セルと、調整用セルを個別に組電源の各セルに接続する接続手段とを設けて、調整用セルが順番に組電源の各セルに接続するように接続手段を制御する（図７を参照）。
このように構成することで、調整用セルと各セル間の充放電によって、各セルの電圧が均一化され、セルの容量バラツキによる過放電および過充電を防止する。
【特許文献１】特開２００３−１８９４９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した発明によれば、バランス回路を低コストで構成することができる。しかし、この方式を大容量の電池に適用する場合、調整セルとして大型のコンデンサが必要となるため小型化が難しいという問題点があった。
【０００４】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、第１の目的は、二次電池の充放電時においてセルバランスを補正することができるセルバランス補正装置、セルバランス補正方法及びセルバランス補正プログラムを提供することにある。
また、第２の目的は、大容量の直列電池のセルバランスの補正を小型の回路で実現することができるセルバランス補正装置、セルバランス補正方法及びセルバランス補正プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明は上記の課題を解決すべくなされたもので、本発明は、直列電池を構成する複数の電池の充放電電流を補完する補完電流を供給する定電流源と、前記複数の電池の電圧値を計測する複数の電圧センサと、前記複数の電圧センサから前記複数の電池それぞれの電圧値を入力し、前記複数の電池それぞれの電圧値を比較して、前記定電流源を起動する電圧監視手段とを具備することを特徴とする。
【０００６】
また、本発明は、前記定電流源は、前記直列電池を構成する電池１つに対応して１つ設けられ、前記電圧監視手段は、前記複数の電圧センサから前記複数の電池それぞれの電圧値を入力し、前記複数の電池それぞれの電圧値を比較して、最高電圧の電池より電圧値が設定値以上低い電池に対応する定電流源を起動することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は前記定電流源は、前記直列電池を構成する全電池のうちの複数の電池からなるグループに対応して１つ設けられ、前記電圧監視手段によって切替制御される切替手段を介して、前記グループを構成する複数の電池のうち、１の電池の充放電電流を補完する補完電流を供給し、前記電圧監視手段は、前記複数の電圧センサから前記グループを構成する複数の電池それぞれの電圧値を入力し、前記複数の電池それぞれの電圧値を比較して、最高電圧の電池より電圧値が設定値以上低い電池の中で、最も電圧値が低い電池に対応する定電流源を起動することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、前記電圧監視手段は、さらに、最も電圧値が高い電池と定電流源を起動する電池との電圧差に応じた電流指令を前記起動した定電流源に出力することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、前記電圧監視手段は、前記最も電圧値が高い電池と定電流源を起動する電池との電圧差が閾値よりも大きい場合、前記電圧差に応じた電流指令よりも低い電流値を示す電流指令を前記起動した定電流源に出力することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、前記直列電池を構成する複数の電池の充放電電流を計測する１又は複数の電流センサをさらに設け、前記電圧監視手段は、前記電流センサが計測した前記充放電電流値を入力して、前記電圧差と前記充放電電流値とに応じた電流指令を前記起動した定電流源に出力することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、前記定電流源は、前記直列電池から駆動電流の供給を受けることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、前記定電流源は、所定の外部電源装置から駆動電流の供給を受けることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の二次電池は、上記セルバランス補正装置を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、複数の電圧センサが、直列電池を構成する複数の電池それぞれの電圧値を計測し、前記計測した複数の電池それぞれの電圧値を入力し、前記複数の電池それぞれの電圧値を比較して、前記直列電池を構成する複数の電池の充放電電流を補完する補完電流を供給する定電流源を起動することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、直列電池を構成する複数の電池それぞれに設けられた複数の電圧センサよりそれぞれの電圧値を入力する処理と、前記入力した複数の電池それぞれの電圧値を比較して、前記直列電池を構成する複数の電池の充放電電流を補完する補完電流を供給する定電流源を起動する処理とをコンピュータに実行させるためのセルバランス補正プログラムである。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、複数の電圧センサが、直列電池を構成する複数の電池それぞれの電圧値を計測し、複数の電池それぞれの電圧値を比較して、直列電池を構成する複数の電池の充放電電流を補完する補完電流を供給する定電流源を起動する。
このように構成することで、充放電時に直列電池を構成する複数の電池それぞれの電圧値に基づいて、電池の充放電電流を補完する補完電流が供給される。
したがって、充電時には、充電器からの充電電流のほかに定電流源からの補完電流が該当する電池に流れるため他の複数の電池との電圧差が解消される効果が得られる。
また、放電時には、該当する電池に接続する定電流源から負荷へ電流が流れることで、電池自身の放電電流が減少し電圧差が解消される効果が得られる。
また、このように構成することで、定電流源の損失のみで直列電池の電圧を均一化させるため、充放電時におけるセルバランス効率を向上させることができる効果が獲られる。
また、このように構成することで、コンデンサの代わりに定電流源及び定電流源を制御する制御回路のみで直列電池の電圧を均一化させるため、装置の小型化を図ることができる効果が得られる。
【００１７】
また、本発明によれば、定電流源は、直列電池を構成する全電池のうちの複数の電池からなるグループに対応して１つ設けることも可能で、この場合は電圧監視手段によって切替制御される切替手段を介して、グループを構成する複数の電池のうち１の電池の充放電電流を補完する補完電流を供給する。
したがって、定電流源回路の数を減らすことができるため、製造コストを大幅に削減することができる効果が得られる。
【００１８】
また、本発明によれば、電圧監視手段は、最も電圧値が高い電池と定電流源を起動する電池との電圧差が閾値よりも大きい場合、電圧差に応じた電流指令よりも低い電流値を示す電流指令を起動した定電流源に出力する。
このように構成することで、電圧差が大きい場合であっても大電流が電池を流れない。
したがって、定電流源回路に用いる電子素子には電流値が小さい低コストのものが使用可能であり、大電流が流れることによる充放電効率の低下を防止することができる効果も得られる。
【００１９】
また、本発明によれば、直列電池を構成する複数の電池の充放電電流を計測する１又は複数の電流センサをさらに設け、電圧監視手段は、電流センサが計測した充放電電流値を入力して、電圧差と充放電電流値とに応じた電流指令を起動した定電流源に出力する。
したがって、放電時において低い負荷に応じた低い補完電流を供給することができるため、負荷が低い場合であっても、効率的に直列電池の電圧を均一化させることができる効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００２１】
<第１の実施形態>
以下、図面を参照して、本発明のセルバランス補正装置の一実施形態について説明する。図１は、本実施形態のセルバランス補正装置の構成図である。
図１に示すように、本実施形態のセルバランス補正装置は、複数のセル（電池）１０を直列に接続した直列電池１００に対して、充放電時に充電電流、放電電流を補完する補完電流を供給することでセルバランスを調整する。
本実施形態のセルバランス補正装置は、具体的には、複数の定電流源２０、複数の電圧センサ３０、電圧監視部４０、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ５０とから構成される。
定電流源２０は、直列電池１００を構成する電池１０すべてに対応して、つまり、１つの電池１０に対して１つ設けられ、この対応する電池１０の充放電電流を補完する補完電流を供給する。定電流源２０は、たとえば、図２、３に示すようにアンプ、定電圧素子、トランジスタ等を用いて構成され、補完電流の電流値を一定に制御して電池１０に出力する。なお、定電流源２０の具体的な構成例については、これ以外にもたとえば、電池充電制御用の専用ＩＣを用いて構成することも考えられるものであり、実装に応じて当業者が適宜設計することができるものである。また、定電流源２０は、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ５０を介して直列電池１００と接続され、この直列電池１００から駆動電流の供給を受ける。
【００２２】
電圧センサ３０は、定電流源２０と同様に直列電池１００を構成する電池１０すべてに対応して、つまり、１つの電池１０に対して１つ設けられ、この対応する電池１０の電圧値を計測し、電圧監視部４０に出力する。
電圧監視部４０は、ＣＰＵや他の電圧比較回路を持つ１または複数の論理回路で構成され、すべての電圧センサ３０からすべての電池１０それぞれの電圧値を入力し、すべての電池１０それぞれの電圧値を比較して、充放電時に設定された条件に従って定電流源２０を起動する起動信号を出力する。具体的には、電圧監視部４０は、入力するそれぞれの電圧値を比較して、最高電圧の電池より電圧値が設定値以上低い電池に対応する定電流源２０を起動する起動信号を出力する。たとえば、充電時において、電圧監視部４０は直列電池１００の中の最高電圧の電池１０より２５ｍＶ（ミリボルト）以上低い電圧の電池１０に対応する定電流源２０を起動する起動信号を出力する。一方、放電時において、電圧監視部４０は直列電池１００の中の最高電圧の電池１０より２５ｍＶ（ミリボルト）以上電圧が低い電池１０に対応する定電流源２０を起動する起動信号を出力する。
絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、直列電池１００から入力する電池総電圧を降圧して定電流源２０に供給する。
【００２３】
次に、本実施形態のセルバランス補正装置の動作について説明する。
まず充電時において、直列電池１００は充電器と接続されて、すべての電池１０に対して充電電流が供給される。このとき、すべての電圧センサ３０から電圧監視部４０に測定した電圧値が常時出力され、電圧監視部４０が入力するそれぞれの電圧値を比較する。そして、電圧監視部４０は、入力した電圧値の中で最高電圧の電池１０より２５ｍＶ（ミリボルト）以上電圧が低い電池１０を選択する。
最高電圧の電池１０より２５ｍＶ（ミリボルト）以上電圧が低い電池１０が複数存在する場合でも、電圧監視部４０は、該当する全ての電池に対応する定電流源を起動する。
なお、起動する定電流源の数の制限が予め設定されている場合は、電圧値が低い方から制限数分の電池に対応する定電流源２０を起動する起動信号を出力する。
定電流源２０を起動すると、該当する電池１０には、充電器から供給される充電電流のほかに定電流源２０から供給される補完電流が流れることで他の補完電流が供給されていない電池１０に比べて充電が加速され、電圧差が解消していく。
電圧差が１５ｍＶ以下になった時点で、当該電池に対応する定電流源２０を停止する。起動する定電流源の数が制限されていた場合は、停止した定電流源に代わって、最高電圧の電池より２５ｍＶ（ミリボルト）以上電圧値の低い電池の中で、次に電圧値が低い電池１０と対応する定電流源２０を順次起動する。
なお、起動・停止電圧にヒステリシスを持たせることで、切り替えが頻発することを防止する。
【００２４】
一方、放電時において、直列電池１００は負荷と接続されて、放電電流を供給する。このときも同様に、すべての電圧センサ３０から電圧監視部４０に測定した電圧値が常時出力され、電圧監視部４０が入力するそれぞれの電圧値を比較する。そして、電圧監視部４０は、入力した電圧値の中で最高電圧の電池１０より２５ｍＶ（ミリボルト）以上電圧が低い電池１０を選択する。
最高電圧の電池１０より２５ｍＶ（ミリボルト）以上電圧が低い電池１０が複数存在する場合でも、電圧監視部４０は、該当する全ての電池に対応する定電流源を起動する。
起動する定電流源の数を制限が予め設定されている場合は、電圧値が低い方から制限数分の電池と対応する定電流源２０を起動する起動信号を出力する。定電流源２０を起動すると、該当する電池１０に接続した定電流源２０から負荷へ補完電流が流れることで他の補完電流が供給されていない電池１０に比べて電池１０自身の放電電流が減少し、電圧差が解消していく。
電圧差が１５ｍＶ以下になった時点で、当該電池に対応する定電流源２０を停止する。起動する定電流源の数が制限されていた場合は、停止した定電流源に代わって、最高電圧の電池より２５ｍＶ（ミリボルト）以上電圧値の低い電池の中で、次に電圧値が低い電池１０と対応する定電流源２０を順次起動する。
起動・停止電圧にヒステリシスを持たせることで、充電時と同様に切り替えが頻発することを防止する。
【００２５】
以上説明したように、本実施形態のセルバランス補正装置によれば、複数の電圧センサ３０が、直列電池１００を構成する複数の電池１０それぞれの電圧値を計測し、複数の電池１０それぞれの電圧値を比較して、充放電電流を補完する補完電流を供給する定電流源２０を起動する起動信号を出力する。
このように構成することで、充放電時に直列電池１００を構成する複数の電池１０それぞれの電圧値に基づいて、電池１０の充放電電流を補完する補完電流が供給される。したがって、充電時には、充電器からの充電電流のほかに定電流源２０からの補完電流が該当する電池１０に流れるため他の複数の電池１０との電圧差が解消される効果が得られる。また、放電時には、該当する電池１０に接続する定電流源２０から負荷へ電流が流れることで、電池自身の放電電流が減少し電圧差が解消される効果が得られる。
また、このように構成することで、定電流源２０の損失のみで直列電池１００の電圧を均一化させるため、充放電時におけるセルバランス効率を向上させることができる効果が獲られる。
また、このように構成することで、コンデンサの代わりに定電流源２０と定電流源２０を制御する電圧監視回路４０のみで直列電池１００の電圧を均一化させるため、装置の小型化を図ることができる効果が得られる。
更に、起動する定電流源の数を制限することにより、定電流源の損失による効率悪化や装置内の温度上昇を抑えることができる。
【００２６】
<第２の実施形態>
以下、図面を参照して、本発明のセルバランス補正装置の第２の実施形態について説明する。図４は、本実施形態のセルバランス補正装置の構成図である。本実施形態のセルバランス補正装置が第１の実施形態と異なる点は、定電流源２０がすべての電池１０に対して設けられるのではなく、直列電池１００を構成する全電池を複数の電池１０からなるグループに区分して、このグループに属する複数の電池１０に対して１つの定電流源２０を設ける点である。以下、本実施形態のセルバランス補正装置について、第１の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
本実施形態のセルバランス補正装置は、図４に示すように、直列電池１００を複数のグループＮに区分し（図４では一例としてグループＫとＫ＋１についてのみ示す）、各グループに属する複数の電池１０について各グループごとにセルバランスを補正する。すなわち、定電流源２０は、直列電池１００を構成する全電池のうちの複数の電池１０からなるグループに対応して１つ設けられる。各定電流源２０は、グループ内の複数の電池１０とスイッチ６０を介して接続される。スイッチ６０は、電圧監視部４０によって切替制御され、定電流源２０から入力する補完電流をグループ内の複数の電池１０のうちの１の電池１０に対して供給する。
電圧監視部４０は、グループ内のすべての電圧センサ３０からグループ内のすべての電池１０それぞれの電圧値を入力し、それぞれの電圧値を比較して、充放電時に設定された条件に従ってグループ内のいずれかの定電流源２０を起動する起動信号を出力する。なお、電圧監視部４０は実装に応じて適宜所定数設けられるものであり、具体的には、各グループに対応して設けるか、すべてのグループの電圧を集中して監視制御すべく当該装置に１つ設けることが考えられる。
【００２７】
次に、本実施形態のセルバランス補正装置の動作について説明する。
まず充電時において、直列電池１００は充電器と接続されて、すべての電池１０に対して充電電流が供給される。このとき、各グループ１〜Ｎにおいて、グループ内のすべての電圧センサ３０から各グループの電圧監視部４０に測定した電圧値が常時出力され、電圧監視部４０が入力するそれぞれの電圧値を比較する。そして、電圧監視部４０は、入力した電圧値の中で最高電圧の電池１０より２５ｍＶ（ミリボルト）以上電圧が低い電池１０を各グループの中から選択する。
最高電圧の電池１０より２５ｍＶ（ミリボルト）以上電圧が低い電池１０が各グループ内で１つであれば、電圧監視部４０は、この電池１０に対応する定電流源２０を起動する起動信号及びスイッチ６０の切替信号を出力する。一方、最高電圧の電池１０より２５ｍＶ（ミリボルト）以上電圧が低い電池１０が各グループ内で複数存在する場合、電圧監視部４０は、各グループ内で順次最も電圧値が低い電池１０に対応する定電流源２０を起動する起動信号及びスイッチ６０の切替信号を出力する。各グループ内で最も電圧値が低い電池１０に対応する定電流源２０を起動すると、該当する電池１０には、充電器から供給される充電電流の他にスイッチ６０を介して定電流源２０から供給される補完電流が流れることでグループ内の補完電流が供給されていない他の電池１０に比べて充電が加速され、電圧差が解消していく。そして、電圧差が１５ｍＶ以下になった時点で、各グループ内で当該定電流源２０を停止し、各グループ内で次に電圧値が低い電池１０と対応する定電流源２０を順次起動することで、起動電圧に対してヒステリシスを持たせる。このように構成することで、各グループ内で切り替えが頻発することを防止する。
【００２８】
一方、放電時において、直列電池１００は負荷と接続されて、放電電流を供給する。このときも同様に、グループ内のすべての電圧センサ３０から電圧監視部４０に測定した電圧値が常時出力され、電圧監視部４０が入力するそれぞれの電圧値を比較する。そして、電圧監視部４０は、入力した電圧値の中で最高電圧の電池１０より２５ｍＶ（ミリボルト）以上電圧が低い電池１０を各グループで選択する。
最高電圧の電池１０より２５ｍＶ（ミリボルト）以上電圧が低い電池１０が１つであれば、電圧監視部４０は、この電池１０に対応する定電流源２０を起動する起動信号及びスイッチ６０の切替信号を出力する。一方、最高電圧の電池１０より２５ｍＶ（ミリボルト）以上電圧が低い電池１０が複数存在する場合、電圧監視部４０は、順次最も電圧値が低い電池１０に対応する定電流源２０を起動する起動信号及びスイッチ６０の切替信号を出力する。最も電圧値が低い電池１０に対応する定電流源２０を起動すると、スイッチ６０を介して該当する電池１０に接続した定電流源２０から負荷へ補完電流が流れることでグループ内の補完電流が供給されていない他の電池１０に比べて電池１０自身の放電電流が減少し、電圧差が解消していく。そして、電圧差が１５ｍＶ以下になった時点で、当該定電流源２０を停止し、各グループで次に電圧値が低い電池１０に対応する定電流源２０を順次起動することで、起動電圧に対してヒステリシスを持たせる。このように構成することで、充電時と同様に切り替えが頻発することを防止する。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態のセルバランス補正装置によれば、定電流源２０は、直列電池１００を構成する全電池１０のうちの複数の電池１０からなるグループ１〜Ｎに対応して１つ設けられ、電圧監視部４０によって切替制御されるスイッチ６０を介して、グループを構成する複数の電池１０のうち１の電池１０の充放電電流を補完する補完電流を供給する。
したがって、直列電池１００のグループごとの電池電圧のセルバランスを補正することができる効果が獲られる。また、直列電池全体を制御するための定電流源２０の回路数を減らすことができるため、製造コストを大幅に削減することができる効果が得られる。
【００３０】
<第３の実施形態>
以下、図面を参照して、本発明のセルバランス補正装置の第３の実施形態について説明する。図５は、本実施形態のセルバランス補正装置の構成図である。本実施形態のセルバランス補正装置が第２の実施形態と異なる点は、定電流源２０に代えて電流値が可変である電流源２１を設けるとともに、各グループを流れる充放電電流を測定する電流センサ７０を設け、さらに、電圧監視部４０に代えて電圧・電流を監視する電圧・電流監視部４１を設けた点である。以下、本実施形態のセルバランス補正装置について、第１、２の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
電流源２１は、電圧・電流監視部４１から起動信号を入力して起動し、電圧・電流監視部４１から最も電圧値が高い電池と定電流源を起動する電池との電圧差に応じた電流指令を入力して、電池１０に補完電流を供給する。
たとえば、電圧差２５ｍＶ〜１００ｍＶで電流源出力の２５％〜１００％の電流指令を入力し、電圧差が１００ｍＶを超えた場合は、以後、１００％の固定出力とし、これ以上供給する補完電流を増大させないようにする。
また、電流源２１は、放電時において、負荷に供給する放電電流が電圧差と対応する補完電流よりも小さい場合には、電流センサ７０が測定した充放電電流に応じた電流指令を入力して、電池に補完電流１０を供給する。たとえば、指令値として、充放電電流の１０％程度と設定された場合、電流源２１は、充放電電流の１０％程度の補完電流を電池１０に出力する。
電圧・電流監視部４１は、最も電圧値が高い電池１０と定電流源を起動する電池１０との電圧差が閾値よりも大きい場合、電圧差に応じた電流指令よりも低い電流値を示す電流指令を起動した電流源２１に出力する。さらに、電圧・電流監視部４１は、電流センサ７０が計測した充放電電流値を入力して、上述した電圧差と、充放電電流値とに応じた電流指令を起動した電流源２１に出力する。
電流センサ７０は、各グループごと（図５）又は全グループ共通で１つに設けられ、直列電池１００の充放電電流を計測する。
【００３１】
次に、本実施形態のセルバランス補正装置の動作について説明する。
まず充電時において、直列電池１００は充電器と接続されて、すべての電池１０に対して充電電流が供給される。このとき、各グループ１〜Ｎにおいて、グループ内のすべての電圧センサ３０及び各グループごと又は全グループ共通で１つ用意した電流センサ７０から各グループの電圧・電流監視部４１に測定した電圧値及び充放電電流値が常時出力され、電圧・電流監視部４１がまず入力するそれぞれの電圧値を比較する。そして、電圧・電流監視部４１は、入力した電圧値の中で最高電圧の電池１０より２５ｍＶ（ミリボルト）以上電圧が低い電池１０を各グループの中から選択する。
最高電圧の電池１０より２５ｍＶ（ミリボルト）以上電圧が低い電池１０が各グループ内で１つであれば、電圧・電流監視部４１は、この電池に対応する電流源２１を起動する起動信号及びスイッチ６０の切替信号を出力する。一方、最高電圧の電池１０より２５ｍＶ（ミリボルト）以上電圧が低い電池１０が各グループ内で複数存在する場合、電圧・電流監視部４１は、電池毎に電流源２１を配置する構成では該当する全電池１０又は電圧の最も低い方から順に、制限された起動台数分の電池１０に対応する電流源２１を起動する起動信号を出力する。また、グループ毎に電流源２１を１つ設置する構成では、各グループ内で順次最も電圧値が低い電池１０に対応する電流源２１を起動する起動信号を出力する。また電流源の起動信号出力と同時に電圧・電流監視部４１は、最も電圧値が高い電池１０と定電流源を起動する電池１０との電圧差に応じた電流指令及びスイッチ６０の切替信号を出力する。
【００３２】
各グループ内で電池１０に対応する電流源２１を起動すると、該当する電池１０には、充電器から供給される充電電流のほかに、スイッチ６０を介して電流源２１から最も電圧値が高い電池１０と当該電池１０との電圧差に応じた補完電流が供給される。これにより、グループ内の補完電流が供給されていない他の電池１０に比べて充電が加速され、電圧差が除々に解消される。
ただし、充放電電流が、最も電圧値が高い電池１０と当該電池１０との電圧差に応じた補完電流を下回るような場合においては、電圧・電流監視部４１は、充放電電流に応じた電流指令を電流源２１に出力する。
例えば、充放電電流に対して一定の割合の電流指令を入力すると、電流源２１は、最も電圧値が高い電池１０と当該電池１０との電圧差に応じた補完電流よりも小さい充放電電流に対して一定の割合の補完電流をスイッチ６０を介して電池１０に供給する。これにより、グループ内の補完電流が供給されていない他の電池１０に比べて充電が加速され、電圧差が除々に解消される。
【００３３】
一方、放電時において、直列電池１００は負荷と接続されて、放電電流を供給する。このときも同様に、各グループ１〜Ｎにおいて、グループ内のすべての電圧センサ３０及び各グループごと又は全グループ共通で１つ用意した電流センサ７０から各グループの電圧・電流監視部４１に測定した電圧値及び充放電電流値が常時出力され、電圧・電流監視部４１がまず入力するそれぞれの電圧値を比較する。そして、電圧・電流監視部４１は、入力した電圧値の中で最高電圧の電池１０より２５ｍＶ（ミリボルト）以上電圧が低い電池１０を各グループの中から選択する。
最高電圧の電池１０より２５ｍＶ（ミリボルト）以上電圧が低い電池１０が各グループ内で１つであれば、電圧・電流監視部４１は、この電池に対応する電流源２１を起動する起動信号、及び、最も電圧値が高い電池１０と最も電圧値が低い電池１０との電圧差に応じた電流指令、並びに、スイッチ６０の切替信号を出力する。一方、最高電圧の電池１０より２５ｍＶ（ミリボルト）以上電圧が低い電池１０が各グループ内で複数存在する場合、電圧・電流監視部４１は、電池毎に電流源２１を配置する構成では該当する全電池１０又は電圧の最も低い方から順次に制限された起動台数分の電池１０に対応する電流源２１を起動する起動信号を出力し、一方、グループ毎に電流源２１を１つ設置する構成では、各グループ内で順次最も電圧値が低い電池１０と対応する電流源２１を起動する起動信号を出力する。
また電流源２１の起動信号出力と同時に、電圧・電流監視部４１は、最も電圧値が高い電池１０と定電流源を起動する電池１０との電圧差に応じた電流指令、及びスイッチ６０の切替信号を出力する。
【００３４】
各グループ内で電池１０と対応する電流源２１を起動すると、スイッチ６０を介して負荷へ最も電圧値が高い電池１０と当該電池１０との電圧差に応じた補完電流が流れることでグループ内の補完電流が供給されていない他の電池１０に比べて電池１０自身の放電電流が減少し、電圧差が解消していく。
ただし、充放電電流が最も電圧値が高い電池１０と当該電池１０との電圧差に応じた補完電流を下回るような場合においては、電圧・電流監視部４１は、充放電電流に応じた電流指令を電流源２１に出力する。
例えば、充放電電流に対して一定の割合の電流指令を入力すると、電流源２１は、最も電圧値が高い電池１０と当該電池１０との電圧差に応じた補完電流よりも小さい充放電電流に対して一定の割合の補完電流をスイッチ６０を介して負荷に供給する。これにより、グループ内の補完電流が供給されていない他の電池１０に比べて電池１０自身の放電電流が減少し、電圧差が除々に解消される。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態のセルバランス補正装置によれば、電圧・電流監視部４１は、最も電圧値が高い電池１０と当該電池１０との電圧差が閾値よりも大きい場合、電圧差に応じた電流指令よりも低い電流値を示す電流指令を起動した電流源２１に出力する。このように構成することで、電圧差が大きい場合であっても大電流が電池１０を流れない。したがって、大電流が流れることによる充放電効率の低下を防止することができる効果が得られる。
【００３６】
また、本実施形態のセルバランス補正装置によれば、直列電池１００を構成する複数の電池１０の充放電電流を計測する複数の電流センサ７０をさらに設け、電圧・電流監視部４１は、電流センサ７０が計測した充放電電流値を入力して、電圧差と充放電電流値とに応じた電流指令を起動した定電流源に出力する。
したがって、放電時において低い負荷に応じた低い補完電流を供給することができるため、負荷が低い場合であっても、効率的に直列電池１００の電圧を均一化させることができる効果が得られる。
【００３７】
<第４の実施形態>
以下、図面を参照して、本発明のセルバランス補正装置の第４の実施形態について説明する。図６は、本実施形態のセルバランス補正装置の構成図である。本実施形態のセルバランス補正装置が第１の実施形態と異なる点は、電流源２１は、直列電池１００ではなく、所定の外部電源装置２００から駆動電流の供給を受ける点である。以下、本実施形態のセルバランス補正装置について、第１、２の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
図６に示すように、各グループ１〜Ｎを流れる放電電流に対して順方向に双方向インバータ３００を介して、商用系統の外部電源装置２００が接続される。外部電源装置２００は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４００を介して各グループの電流源２１と接続され、駆動電流を供給する。
したがって、直列電池１００を駆動電源の供給元とする場合に比較して、直列電池１００の電源供給負荷を減少させることができる効果が得られる。
【００３８】
なお、上記実施形態においては、具体的な補完電流の数値については、特に限定しなかったが、たとえば、充放電電流を電圧値に応じて０．１Ａ（アンペア）、または１アンペア変動させることが考えられる。たとえば、充放電電流が１０Ａであれば、出力１００％で１Ａの補完電流を供給するものとし、出力２５％では０．２５Ａの補完電流を供給することが考えられる。
【００３９】
上述のセルバランス補正装置は、内部に、コンピュータシステムを有している。
そして、上述したセルバランス補正処理に関する一連の処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。
すなわち、セルバランス補正装置における、各処理手段、処理部は、ＣＰＵ等の中央演算処理装置がＲＯＭやＲＡＭ等の主記憶装置に上記プログラムを読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、実現されるものである。
ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００４０】
また、上記第１から第４の実施形態において、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ５０に代わって、ＡＣ／ＤＣコンバータを用いるようにしても良い。
また、ＡＣ／ＤＣコンバータ４００に代わって、トランスを用いるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第１の実施形態のセルバランス補正装置の構成図。
【図２】定電流源２０の構成図。
【図３】定電流源２０の他の構成図。
【図４】第２の実施形態のセルバランス補正装置の構成図。
【図５】第３の実施形態のセルバランス補正装置の構成図。
【図６】第４の実施形態のセルバランス補正装置の構成図。
【図７】従来の充放電制御装置の構成図。
【符号の説明】
【００４２】
１０…電池
２０…定電流源
２１…電流源
３０…電圧センサ
４０…電圧監視部
４１…電圧・電流監視部
５０…絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ
６０…スイッチ
７０…電流センサ
１００…直列電池
２００…外部電源
３００…双方向インバータ
４００…ＡＣ／ＤＣコンバータ
【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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