(57)【要約】【課題】セル間の容量バラツキ量や、容量調整量を演算せずに、セル間の容量調整を行う。【解決手段】容量調整回路を備えたセルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔは、複数のセルのうち、所定数のセルの電圧が目標電圧となるようにして、所定数のセル間の容量調整を行う。各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔはそれぞれ、所定数のセルのうちの少なくとも１つのセルを、他のセルコントローラと重複して容量調整を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
組電池を構成する複数のセル間の容量調整を行う組電池の容量調整装置において、
前記複数のセルのうち、所定数のセルの残容量が均一となるようにして、前記所定数のセルの容量調整を行う複数の容量調整回路を備え、
前記複数の容量調整回路はそれぞれ、前記所定数のセルのうちの少なくとも１つのセルを、他の容量調整回路と重複して容量調整を行うことを特徴とする組電池の容量調整装置。
【請求項２】
請求項１に記載の組電池の容量調整装置において、
各容量調整回路は、容量調整を行う所定数のセルの電圧を均一となるように調整することによって、前記所定数のセルの残容量を均一にすることを特徴とする組電池の容量調整装置。
【請求項３】
請求項２に記載の組電池の容量調整装置において、
各容量調整回路は、前記所定数のセルの電圧が前記所定数のセルの中で最も低いセル電圧となるように調整することを特徴とする組電池の容量調整装置。
【請求項４】
請求項２に記載の組電池の容量調整装置において、
各容量調整回路は、前記所定数のセルの電圧が前記所定数のセルの平均電圧となるように調整することを特徴とする組電池の容量調整装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の組電池の容量調整装置において、
前記容量調整回路の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
前記容量調整回路は、前記温度検出手段によって検出される温度が所定温度以上の場合には、セルの容量調整を行わないことを特徴とする組電池の容量調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組電池を構成する複数のセル間の容量（残容量）調整を行う装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、組電池を構成する複数のセルの開放電圧を検出して、電圧バラツキ量を求め、求めた電圧バラツキ量に基づいて各セルの放電必要量を演算して、各セルの放電を行うことにより、セル間の容量（残容量）を均一にする装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３２２９２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の容量調整装置では、セル間の容量を均一にするために、各セルの電圧バラツキ量や放電必要量を演算する必要があるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による組電池の容量調整装置は、組電池を構成する複数のセルのうち、所定数のセルの残容量が均一となるようにして、所定数のセルの容量調整を行う複数の容量調整回路を備え、複数の容量調整回路はそれぞれ、所定数のセルのうちの少なくとも１つのセルを、他の容量調整回路と重複して容量調整を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明による組電池の容量調整装置によれば、組電池を構成する複数のセル間の容量バラツキ量や容量調整量を演算することなく、セル間の容量調整を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、一実施の形態における組電池の容量調整装置の構成を示す図である。組電池１００は、充放電可能なｎ個（ｎは自然数）のセルＣ１〜Ｃｎを直列に接続して構成されている。各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔ（ｔは自然数）はそれぞれ、内部に容量調整回路を備えており、所定数のセルの容量調整を行う。ここでは、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔがそれぞれ４つのセルの容量調整を行う。また、１つのセルコントローラが容量調整を行う４つのセルのうちの１つのセルは、他のセルコントローラの容量調整対象セルとなっている。なお、本実施例における容量とは、残容量（SOC）を表し、以下では単に容量と記載する。
【０００８】
具体的には、セルコントローラＣＣ１は、セルＣ１〜Ｃ４の容量調整を行い、セルコントローラＣＣ１と隣り合うセルコントローラＣＣ２は、セルＣ４〜Ｃ７の容量調整を行う。従って、セルＣ４は、２つのセルコントローラＣＣ１およびＣＣ２の容量調整対象セルとなっている。また、セルコントローラＣＣ２と隣り合うセルコントローラＣＣ３は、セルＣ７〜Ｃ１０の容量調整を行う。従って、セルＣ７は、２つのセルコントローラＣＣ２およびＣＣ３の容量調整対象セルとなっている。さらに、セルコントローラＣＣ３と隣り合うセルコントローラＣＣ４は、セルＣ１０〜Ｃ１３の容量調整を行う。以下、同様に、４つのセルが１つのセルコントローラの容量調整対象セルとなっており、４つのセルのうちの１つのセルが、隣接している他のセルコントローラの容量調整対象セルとなっている。
【０００９】
すなわち、セルＣ１〜Ｃ４によって、セルコントローラＣＣ１が容量調整を行う容量調整対象セル群Ｍ１を構成し、セルＣ４〜Ｃ７によって、セルコントローラＣＣ２が容量調整を行う容量調整対象セル群Ｍ２を構成している。以下、同様に、セルＣ７〜Ｃ１０によって、セルコントローラＣＣ３が容量調整を行う容量調整対象セル群Ｍ３を構成し、セルＣ１０〜Ｃ１３によって、セルコントローラＣＣ３が容量調整を行う容量調整対象セル群Ｍ４を構成している。
【００１０】
図２は、セルコントローラＣＣ１およびＣＣ２の内部の詳細な構成を示す図である。セルコントローラＣＣ１は、抵抗Ｒ１〜Ｒ４ａと、スイッチＳ１〜Ｓ４ａと、比較器（コンパレータ）ＣＰ１〜ＣＰ４ａと、目標電圧出力回路Ｂ１とを備える。抵抗Ｒ１〜Ｒ４ａ、スイッチＳ１〜Ｓ４ａ、比較器（コンパレータ）ＣＰ１〜ＣＰ４ａ、および、目標電圧出力回路Ｂ１によって、セルＣ１〜Ｃ４の容量を均一にするための容量調整回路が構成されている。なお、スイッチＳ１〜Ｓ４は、例えば、トランジスタである。
【００１１】
セルＣ１には、抵抗Ｒ１およびスイッチＳ１を直列に接続した回路が並列に接続されている。他のセルＣ２〜Ｃ４に対しても同様に、抵抗Ｒ２〜Ｒ４ａおよびスイッチＳ２〜Ｓ４ａをそれぞれ直列に接続した回路が並列に接続されている。
【００１２】
目標電圧出力回路Ｂ１は、各セルＣ１〜Ｃ４のセル電圧Ｖ１〜Ｖ４のうち、最も値が低い電圧を容量調整時の目標電圧として、各比較器ＣＰ１〜ＣＰ４ａに出力する。なお、目標電圧出力回路Ｂ１は、アナログ回路により構成されている。なお、ここで容量調整は、組電池の無負荷時（充放電が行われていない時）に行われるものであり、従って、セル電圧は無負荷時電圧（開放電圧）であるが、本実施例では簡略化のために単にセル電圧と記載する。
【００１３】
比較器ＣＰ１〜ＣＰ４ａは、目標電圧出力回路Ｂ１から出力される目標電圧（セル電圧Ｖ１〜Ｖ４の中の最低電圧）と、各セルＣ１〜Ｃ４のセル電圧Ｖ１〜Ｖ４とをそれぞれ比較し、セル電圧が目標電圧より高い場合に、対応して設けられているスイッチＳ１〜Ｓ４をオンするための信号を出力する。例えば、セルＣ２の電圧Ｖ２が目標電圧より高ければ、スイッチＳ２をオンするための信号を出力する。スイッチＳ２がオンされると、セルＣ２から、抵抗Ｒ２を介して放電電流が流れる。このような構成により、各セルＣ１〜Ｃ４の電圧が目標電圧と一致するように電圧調整が行われる。
【００１４】
セルコントローラＣＣ２は、抵抗Ｒ４ｂ〜Ｒ７ａと、スイッチＳ４ｂ〜Ｓ７ａと、比較器（コンパレータ）ＣＰ４ｂ〜ＣＰ７ａと、目標電圧出力回路Ｂ２とを備える。抵抗Ｒ４ｂ〜Ｒ７ａ、スイッチＳ４ｂ〜Ｓ７ａ、比較器（コンパレータ）ＣＰ４ｂ〜ＣＰ７ａ、および、目標電圧出力回路Ｂ２によって、セルＣ４〜Ｃ７の容量を均一にするための容量調整回路が構成されている。
【００１５】
抵抗Ｒ４ｂおよびスイッチＳ４ｂを直列に接続した回路は、セルＣ４と並列に接続されている。他のセルＣ５〜Ｃ７に対しても同様に、抵抗Ｒ５〜Ｒ７ａおよびスイッチＳ５〜Ｓ７ａをそれぞれ直列に接続した回路が並列に接続されている。
【００１６】
目標電圧出力回路Ｂ２は、各セルＣ４〜Ｃ７のセル電圧Ｖ４〜Ｖ７のうち、最も値が低い電圧を容量調整時の目標電圧として、比較器ＣＰ４ｂ〜ＣＰ７ａに出力する。目標電圧出力回路Ｂ２も、目標電圧出力回路Ｂ１と同様に、ＣＰＵではなくアナログ回路によって構成されている。比較器ＣＰ４ｂ〜ＣＰ７ａの動作は、比較器ＣＰ１〜ＣＰ４ａの動作と同じである。すなわち、セル電圧が目標電圧出力回路Ｂ２から出力される目標電圧より高いセルと対応して設けられているスイッチをオンすることにより、セル電圧が目標電圧より高いセルの放電を行い、各セルＣ４〜Ｃ７の電圧を均一にする。
【００１７】
なお、セルコントローラＣＣ３〜ＣＣｔは、上述した構成と同様の構成であるため、説明は省略する。
【００１８】
図３〜図６は、一実施の形態における組電池の容量調整装置を用いて、セル間の容量調整を行った場合に、各セルの電圧変化を示す図である。ここでは、組電池１００が２２個のセルＣ１〜Ｃ２２により構成されているものとする。図３は、容量調整を行う前の各セルの電圧値を示している。
【００１９】
上述したように、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣ７はそれぞれ、管理している４つのセルのうち、電圧値が最も低いセルの電圧を目標電圧として、他のセルの放電を行う。容量調整前の各セルの電圧が図３のような場合、例えば、セルコントローラＣＣ１は、セルＣ１〜Ｃ４の中で最も電圧値が低いセルＣ２の電圧値を目標電圧として、セルＣ１，Ｃ３，Ｃ４の放電を行う。また、セルコントローラＣＣ２は、セルＣ４〜Ｃ７の中で最も電圧値が低いセルＣ６の電圧値を目標電圧として、セルＣ４，Ｃ５，Ｃ７の放電を行う。図４は、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣ７によって、管理している４つのセルのうち、電圧値が最も低いセルの電圧を目標電圧として、各セルの放電を行った後のセル電圧を示す図である。
【００２０】
各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣ７は、再び、管理している４つのセルのうち、電圧値が最も低いセルの電圧を目標電圧として、各セルの放電を行う。各セルの電圧が図４のようになっている場合、例えば、セルコントローラＣＣ１は、セルＣ１〜Ｃ４の中で最も電圧値が低いセルＣ４の電圧値を目標電圧として、セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３の放電を行う。また、セルコントローラＣＣ２は、セルＣ４〜Ｃ７の中で最も電圧値が低いセルＣ７の電圧値を目標電圧として、セルＣ４，Ｃ５，Ｃ６の放電を行う。図５は、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣ７によって、２回目の容量調整が行われた後のセル電圧を示す図である。
【００２１】
その後、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣ７はそれぞれ、管理している４つのセルのうち、電圧値が最も低いセルの電圧を目標電圧として、各セルの放電を行う処理を繰り返し行う。図６は、上述した容量調整処理が繰り返し行われて、各セルの電圧が均一になった時のセル電圧を示す図である。上述した容量調整処理を繰り返し行うことにより、各セルの電圧は、容量調整前に最も電圧が低かったセルＣ１０の電圧に調整されている。
【００２２】
すなわち、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔは、管理している４つのセルの電圧が、４つのセルの中で最も低いセル電圧となるように、セル間の容量調整を行うが、４つのセルのうちの１つのセルが他のセルコントローラの容量調整対象セルとなっているため、容量調整を繰り返し行うことにより、全セルの電圧を均一にすることができる。
【００２３】
一実施の形態における組電池の容量調整装置によれば、容量調整回路を備えた各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔは、組電池１００を構成する複数のセルＣ１〜Ｃｎのうち、所定数のセルの残容量が均一となるようにして、所定数のセルの容量調整を行い、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔはそれぞれ、所定数のセルのうちの少なくとも１つのセルを、他のセルコントローラと重複して容量調整を行う。これにより、組電池１００を構成する複数のセルＣ１〜Ｃｎ間の電圧バラツキ量や、容量調整量を演算することなく、セル間の容量調整を行うことができる。セル間の電圧バラツキ量や、容量調整量を演算するためのＩＣやＣＰＵを設ける必要がないので、容量調整装置全体のコストを低減することができる。また、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔ間や、セルコントローラと他のコントローラとの間でデータ通信を行わずに、全セルの電圧を均一にすることができる。
【００２４】
特に、一実施の形態における組電池の容量調整装置によれば、所定数のセルの中で最も低いセル電圧を目標電圧として容量調整を行うので、各セルの電圧を、組電池１００を構成する全セルＣ１〜Ｃｎの中で最も低いセル電圧に調整することができる。
【００２５】
本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔ内に温度センサ２００を設けて、容量調整回路の温度を検出し、検出した温度が所定温度Ｔthより高い場合には、容量調整を行わないようにしてもよい。セルの容量調整時には、各セルＣ１〜Ｃｎに対応して設けられている抵抗Ｒ１〜Ｒｎを介して放電電流を流すために、発熱量が増加して温度が上昇するが、上述した方法によれば、さらなる温度上昇を抑制することができる。
【００２６】
図７は、セルコントローラＣＣ１の内部において、温度センサ２００によって検出される容量調整回路の温度が所定温度Ｔthより高い場合に、スイッチＳ１をオフにする構成を示す図である。比較器ＣＰ１は、セルＣ１の電圧Ｖ１が目標電圧出力回路Ｂ１から出力される目標電圧よりも高ければＨレベルの信号を出力し、セル電圧Ｖ１が目標電圧よりも低ければＬレベルの信号を出力する。なお、Ｈレベルの信号とは電流が流れている状態を意味し、Ｌレベルの信号とは電流が流れない状態を意味している。比較器３００は、温度センサ２００によって検出される温度が所定温度Ｔthより高ければＬレベルの信号を出力し、検出温度が所定温度Ｔthより低ければＨレベルの信号を出力する。アンド回路４００は、比較器ＣＰ１の出力値と比較器３００の出力値に基づいて、論理積演算を行う。スイッチＳ１は、アンド回路４００の出力値がＨレベルの時にオンし、Ｌレベルの時にオフする。従って、温度センサ２００によって検出される温度が所定温度Ｔthより高い場合には、比較器ＣＰ１の出力値に関わらず、スイッチＳ１はオフする。図７では、スイッチＳ１をオフするための構成図を示しているが、他のスイッチＳ２〜Ｓｎをオフするための構成も同様である。これにより、容量調整回路の温度が所定温度Ｔthより高い場合に、容量調整を行わないようにすることができる。
【００２７】
上述した一実施の形態では、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔが管理する４つのセルの中で最も低いセル電圧を目標電圧に設定して、各セルの電圧が目標電圧となるようにした。しかし、各セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔが管理する４つのセルの平均電圧を目標電圧に設定することもできる。４つのセルの平均電圧を目標電圧に設定する方法では、４つのセルの中の最低電圧を目標電圧に設定する方法に比べて、全セルの電圧を均一にするまでに要する時間が長くなるが、４つのセルの平均電圧を目標電圧として出力する目標電圧出力回路Ｂ１〜Ｂｔの構成を簡易なものとすることができる。また、最低電圧や平均電圧以外にも、所定数の容量調整対象セルの電圧に基づいた電圧値を目標電圧に設定してもよい。さらに、セル間の容量調整では、所定数のセルの残容量が均一になればよいので、容量調整を行う方法は、各セルの電圧を目標電圧にそろえる方法に限定されることもない。
【００２８】
上述した一実施の形態では、セルコントローラ内部に設けられた容量調整回路によって、４つのセルの容量調整を行う例を挙げたが、１つの容量調整回路が容量調整を行う対象セル数は４に限られることはなく、３以下でもよいし、５以上でもよい。
【００２９】
上述した一実施の形態では、例えば、セルＣ４は、セルコントローラＣＣ１の容量調整対象セルであるとともに、セルコントローラＣＣ１と隣接するセルコントローラＣＣ２の容量調整対象セルにもなっていたが、１つのセルに対して、重複して容量調整を行うセルコントローラは隣接したものに限られることはない。また、重複して容量調整が行われるセル数は１つに限られることはなく、２つであってもよいし、３つ以上であってもよい。
【００３０】
なお、上述した組電池の容量調整装置は、電気自動車やハイブリッド自動車などの車両システムや、車両以外のシステムに適用することができる。車両システムに適用した場合、各セルの容量調整は、車両の走行時だけでなく、車両の停車時にも行うことができる。
【００３１】
特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、セルコントローラＣＣ１〜ＣＣｔが容量調整回路を、目標電圧出力回路Ｂ１〜Ｂｔが目標電圧設定回路を、温度センサ２００が温度検出手段をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する上で、上記の実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係に何ら限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】一実施の形態における組電池の容量調整装置の構成を示す図
【図２】セルコントローラＣＣ１およびＣＣ２の内部の詳細な構成を示す図
【図３】容量調整を行う前の各セルの電圧値を示す図
【図４】各セルコントローラによって、１回目の容量調整を行った後の各セルの電圧値を示す図
【図５】各セルコントローラによって、２回目の容量調整を行った後の各セルの電圧値を示す図
【図６】容量調整が繰り返し行われて、各セルの電圧が均一になった時のセル電圧を示す図
【図７】温度センサによって検出される容量調整回路の温度が所定温度より高い場合に、スイッチＳ１をオフにする構成を示す図
【符号の説明】
【００３３】
１００…組電池、２００…温度センサ、３００…比較器、４００…アンド回路、Ｂ１〜Ｂｔ…目標電圧出力回路、Ｃ１〜Ｃｎ…セル、ＣＰ１〜ＣＰｎ…比較器、Ｒ１〜Ｒｎ…抵抗、Ｓ１〜Ｓｎ…スイッチ
【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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