(57)【要約】【課題】直列に接続された３以上の電池セルを有する電池内の任意の電池セル間で電圧のバランスを実現する。【解決手段】電池セル電圧均等化装置は、直列に接続された充電可能な電池セル１−１〜１−ｎの電圧を均等化する。電圧センサ１２−１〜１２−ｎは、各電池セル１−１〜１−ｎの電圧を検出する。スイッチ回路１５は、スイッチ制御部１７の指示に従って、電池セル１−１〜１−ｎとインダクタＬとを電気的に接続又は遮断する。スイッチ制御部１７は、電圧センサ１２−１〜１２−ｎによる検出結果に基づいて、電池セル１−１〜１−ｎの中から放電セル及び充電セルを特定し、放電セルから充電セルへ電荷を移動させるようにスイッチ回路１５を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続された充電可能な３以上の電池セルの電圧を均等化する電池セル電圧均等化装置であって、
インダクタと、
前記３以上の電池セルと前記インダクタとの間に設けられ、各電池セルと前記インダクタとを電気的に接続又は遮断するスイッチ回路と、
前記３以上の電池セルの中から１又は複数の放電セル、及び１又は複数の充電セルを特定し、前記放電セルから前記充電セルへ電荷を移動させるように前記スイッチ回路を制御するスイッチ制御手段と、
を有する電池セル電圧均等化装置。
【請求項２】
前記３以上の電池セルの電圧を監視する電圧監視手段を有し、
前記スイッチ制御手段は、前記電圧監視手段による監視結果に基づいて、前記３以上の電池セルの中から１又は複数の放電セル、及び１又は複数の充電セルを特定し、前記放電セルから前記充電セルへ電荷を移動させるように前記スイッチ回路を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電池セル電圧均等化装置。
【請求項３】
前記電圧監視手段は、前記３以上の電池セルの電圧を検出する電圧検出手段を有し、
前記スイッチ制御手段は、前記電圧検出手段による検出結果に基づいて、前記３以上の電池セルの中から１又は複数の放電セル、及び１又は複数の充電セルを特定し、前記放電セルから前記充電セルへ電荷を移動させるように前記スイッチ回路を制御する、
ことを特徴とする請求項２に記載の電池セル電圧均等化装置。
【請求項４】
前記スイッチ制御手段は、前記スイッチ回路を前記放電セル及び前記インダクタが電気的に接続する第１の状態に制御し、前記第１の状態の後に前記スイッチ回路を前記充電セル及び前記インダクタが電気的に接続する第２の状態に制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の電池セル電圧均等化装置。
【請求項５】
前記スイッチ制御手段は、前記放電セルとして前記３以上の電池セルの中から最も電圧の高い電池セルを特定し、前記充電セルとして前記３以上の電池セルの中から最も電圧の低い電池セルを特定する
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の電池セル電圧均等化装置。
【請求項６】
前記スイッチ制御手段は、前記放電セルとして前記３以上の電池セルの中から互いに隣接する２以上の電池セルを特定する
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の電池セル電圧均等化装置。
【請求項７】
前記スイッチ制御手段は、前記充電セルとして前記３以上の電池セルの中から互いに隣接する２以上の電池セルを特定する
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の電池セル電圧均等化装置。
【請求項８】
直列に接続された充電可能な３以上の電池セルの電圧を均等化する電池セル電圧均等化方法であって、
各電池セルの電圧を監視する電圧監視ステップと、
前記電圧監視ステップによる監視結果に基づいて、前記３以上の電池セルの中から１又は複数の放電セル、及び１又は複数の充電セルを特定する特定ステップと、
前記３以上の電池セルとインダクタとの間に設けられた、各電池セルと前記インダクタとを電気的に接続又は遮断するスイッチ回路を利用して、前記放電セルから前記充電セルへ電荷を移動させるスイッチ制御ステップと、
を有する電池セル電圧均等化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直列に接続されている複数の電池セルの電圧を均等化する装置及び方法に係わる。
【背景技術】
【０００２】
複数の充電可能な電池セルを直列に接続して高電圧の電池を実現する技術が実用化されてきている。この種の電池は、近年では、例えば、電気自動車又はエンジンとモータを併用するハイブリッド車への実装において注目されている。
【０００３】
ところが、多数の電池セルを直列に接続した状態で充電を行うと、各電池セルの出力電圧（又は、電池セルの残容量）が不均一になることがある。また、上述の電池が電気自動車等に搭載される場合には、モータ駆動時の放電と回生時の充電が繰り返されるので、この充放電の繰り返しによっても電池セルの電圧が不均一になることがある。そして、電池セルの電圧の不均一は、一部の電池セルの劣化を促進させるおそれがあり、また、電池全体として効率の低下を引き起こすことがある。なお、電池セルの電圧の不均一は、各電池セルの製造ばらつきや、経年劣化等により生じ得る。このため、従来より、複数の電池セルの電圧を均等化する技術が提案又は実用化されている。
【０００４】
図９（ａ）に示す構成では、直列に接続された電池セル１−１、１−２、．．．に対して、それぞれ抵抗Ｒ１、Ｒ２、．．．及びスイッチＳＷ１、ＳＷ２、．．．が設けられている。そして、不図示の均等化装置は、各電池セルの電圧をモニタする。このとき、例えば、電池セル１−１の電圧Ｅ１が電池セル１−２の電圧Ｅ２よりも高ければ、均等化装置は、スイッチＳＷ１をオン状態に制御することにより、電池セル１−１の電圧がＥ２まで低下するように、電池セル１−１を放電させる。この結果、電池セル１−１、１−２の電圧は、いずれもＥ２となる。すなわち、電池セルの電圧が均等化される。
【０００５】
ただし、図９（ａ）に示す構成では、均等化のための放電電流は、抵抗において熱に変換されるのでエネルギー損失が大きい。このため、電池セルの均等化に際してのエネルギー損失を抑える構成が提案されている。
【０００６】
図９（ｂ）に示す構成では、直列に接続された電池セル１−１、１−２に対してインダクタＬが設けられている（例えば、特許文献１〜３参照）。そして、例えば、電池セル１−１の電圧Ｅ１が電池セル１−２の電圧Ｅ２よりも高ければ、均等化装置は、まずスイッチＳＷ１をオン状態に制御し、矢印Ａ１で表される電流を流す。すなわち、電池セル１−１の放電が行われる。このとき、インダクタＬにエネルギーが蓄積される。続いて、均等化装置は、スイッチＳＷ１をオフ状態に制御すると共に、スイッチＳＷ２をオン状態に制御する。そうすると、インダクタＬに蓄積されているエネルギーにより、矢印Ａ２で表される電流が流れ、電池セル１−２が充電される。このように、図９（ｂ）に示す構成においては、電圧の高い電池セルから電圧の低い電池セルへ電荷を移動させることにより、電圧の均等化が実現される。
【０００７】
しかしながら、図９（ｂ）に示す構成（又は、特許文献１〜３に示す構成）においては、２個の電池セルに対して１個のインダクタを必要とする。このため、多数の電池セルが直列に接続される場合は、多数のインダクタが必要となり、電池全体としてコストが上昇し、そのサイズも大きくなってしまう。
【０００８】
また、図９（ｂ）に示す構成（又は、特許文献１〜３に示す構成）においては、互いに隣接する電池セル間で電圧が制御される。このため、３以上の電池セルが直列に接続される場合は、互いに隣接していない電池セル間で電圧の均等化を行うことは困難である。すなわち、従来技術では、電池全体として電池セルの電圧の均等化を十分に又は効率的に行うことはできなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−０４２９７０号公報
【特許文献２】特開２００１−１８５２２９号公報
【特許文献３】特開２００６−０６７７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、直列に接続された３以上の電池セルを有する電池内の任意の電池セル間で電圧のバランスを実現することが可能な電池セル電圧均等化装置及び方法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】
【００１１】
本発明に係る電池セル電圧均等化装置は、直列に接続された充電可能な３以上の電池セルの電圧を均等化する装置であって、インダクタと、前記３以上の電池セルと前記インダクタとの間に設けられ、各電池セルと前記インダクタとを電気的に接続又は遮断するスイッチ回路と、前記３以上の電池セルの中から１又は複数の放電セル、及び１又は複数の充電セルを特定し、前記放電セルから前記充電セルへ電荷を移動させるように前記スイッチ回路を制御するスイッチ制御手段とを備える。
【００１２】
上記構成によれば、３以上の電池セルの電圧を均等化するために１つのインダクタが共用されるので、電池セル電圧均等化装置のサイズが小さくなり、及び／又は、電池セル電圧均等化装置の低コスト化を図ることができる。また、上記構成によれば、任意の電池セル間で電荷の移動が可能なので、電池セルの電圧の均等化を十分に又は効率的に行うことができる。
【００１３】
上記電池セル電圧均等化装置は、前記３以上の電池セルの電圧を監視する電圧監視手段を有し、前記スイッチ制御手段は、前記電圧監視手段による監視結果に基づいて、前記３以上の電池セルの中から１又は複数の放電セル、及び１又は複数の充電セルを特定し、前記放電セルから前記充電セルへ電荷を移動させるように前記スイッチ回路を制御するように構成してもよい。
【００１４】
前記電圧監視手段は、前記３以上の電池セルの電圧を検出する電圧検出手段を有し、前記スイッチ制御手段は、前記電圧検出手段による検出結果に基づいて、前記３以上の電池セルの中から１又は複数の放電セル、及び１又は複数の充電セルを特定し、前記放電セルから前記充電セルへ電荷を移動させるように前記スイッチ回路を制御するように構成してもよい。
【００１５】
前記スイッチ制御手段は、前記スイッチ回路を前記放電セル及び前記インダクタが電気的に接続する第１の状態に制御し、前記第１の状態の後に前記スイッチ回路を前記充電セル及び前記インダクタが電気的に接続する第２の状態に制御するように構成してもよい。
【００１６】
この構成によれば、第１の状態において、放電セルから電荷が放出され、インダクタにエネルギーが蓄積される。そして、第２の状態において、インダクタに蓄積されているエネルギーにより流れる電流で、充電セルが充電される。
【００１７】
前記スイッチ制御手段は、前記放電セルとして前記３以上の電池セルの中から最も電圧の高い電池セルを特定し、前記充電セルとして前記３以上の電池セルの中から最も電圧の低い電池セルを特定するように構成してもよい。
【００１８】
この構成によれば、最も電圧の高い電池セルの電圧が低下し、最も電圧の低い電池セルの電圧が上昇するので、効率的な均等化が実現される。
前記スイッチ制御手段は、前記放電セルとして前記３以上の電池セルの中から互いに隣接する２以上の電池セルを特定してもよく、前記充電セルとして前記３以上の電池セルの中から互いに隣接する２以上の電池セルを特定するように構成してもよい。
【００１９】
この構成によれば、複数の電池セルの電圧を同時に低下させることができ、及び／又は、複数の電池セルの電圧を同時に上昇させることができるので、電池セルの電圧のばらつき状況によっては、さらに効率的な均等化が実現される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、直列に接続された３以上の電池セルを有する電池内の任意の電池セル間で電圧のバランスを実現される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態の電池セル電圧均等化装置を示す図である。
【図２】スイッチ回路の一例を示す図である。
【図３】スイッチング制御及び電池セル間の電荷の移動について説明する図である。
【図４】電池セルの電圧を均等化する処理を示すフローチャートである。
【図５】電池セルの電圧の均等化の一実施例を示す図である。
【図６】電池セルの電圧の均等化の他の実施例を示す図である。
【図７】図６に示す均等化を実現するフローチャートである。
【図８】電池セルの電圧の均等化のさらに他の実施例を示す図である。
【図９】従来の電池セル電圧の均等化を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、本発明の実施形態の電池セル電圧均等化装置を示す図である。実施形態の電池セル電圧均等化装置１０は、直列に接続された充電可能な３以上の電池セルの電圧を均等化する。図１に示す例では、電池セル電圧均等化装置１０は、直列に接続されたｎ個の電池セル１−１〜１−ｎの電圧を均等化する。電池セル１−１〜１−ｎは、電池２の中に収容されている。
【００２３】
電池２及び電池セル電圧均等化装置１０は、例えば、エンジンとモータを併用するハイブリッド車、プラグインハイブリッド車、電気自動車、又はフォークリフトなどに搭載される。この場合、電池２は、不図示の充電器により充電される。また、電池２は、少なくとも走行モータに電力を供給するために使用される。さらに、電池２は、車両の減速時等には、走行モータに起因して発生する回生電流により充電される。
【００２４】
電池セル電圧均等化装置１０は、電池監視部１１と、インダクタＬと、スイッチ回路１５と、コントローラ１６とを備える。なお、特に限定されるものではないが、電池監視部１１は、電池２と共に、電池パックの中に収容されてもよい。
【００２５】
電池監視部１１は、この実施例では、電圧センサ１２−１〜１２−ｎと、マルチプレクサ１３と、Ａ／Ｄ変換器１４とを備える。電圧センサ１２−１〜１２−ｎは、それぞれ、対応する電池セル１−１〜１−ｎの電圧を検出する。すなわち、電圧センサ１２−１〜１２−ｎは、電池セル１−１〜１−ｎの電圧を検出する電圧検出手段の一例である。そして、電圧センサ１２−１〜１２−ｎは、それぞれ、電池セル１−１〜１−ｎの電圧を表す電圧信号を生成する。
【００２６】
マルチプレクサ１３は、電圧センサ１２−１〜１２−ｎから出力される電圧信号を多重化する。マルチプレクサ１３は、例えば、時間分割多重方式で、電圧センサ１２−１〜１２−ｎから出力される電圧信号を多重化する。そして、Ａ／Ｄ変換器１４は、マルチプレクサ１３の出力信号をデジタル信号に変換して出力する。すなわち、電池監視部１１は、電池セル１−１〜１−ｎの電圧を表すデジタル信号を出力する。ここで、電圧センサを使用しないでマルチプレクサ１３の出力を直接Ａ／D変換機で電圧値を読み取ってデジタル信号を出力しても良い。このように、本実施形態の電池セル電圧均等化装置１０は、電池監視部１１内にマルチプレクサ１３を備え、電圧センサ１２−１〜１２−ｎから出力される電圧信号を多重化して１つのＡ／Ｄ変換器１４に出力する構成であるため、電池セル１１〜１１−ｎに対してそれぞれＡ／Ｄ変換器を用意する必要がなく、装置全体の小型化やコスト低減を図ることができる。
【００２７】
インダクタＬは、後で詳しく説明するが、電池セル１−１〜１−ｎの電圧均等化処理において、電池セル間で電流を流すために使用される。従って、インダクタＬのインダクタンス及び飽和電流は、例えば、電池セル間の電流の想定される最大値に基づいて設計される。
【００２８】
スイッチ回路１５は、電池セル１−１〜１−ｎとインダクタＬとの間に設けられ、スイッチ制御部１７からの指示に応じて、電池セル１−１〜１−ｎとインダクタＬとを電気的に接続又は遮断する。スイッチ回路１５は、後で詳しく説明するが、複数の半導体スイッチ素子を備える。
【００２９】
コントローラ１６は、例えば、プロセッサ及びメモリを備え、電池制御プログラムを実行することにより電池２に係わる制御を行う。すなわち、コントローラ１６は、例えば、電池２の状態をモニタしながら、電池２の充電を制御する。また、コントローラ１６は、電池２の温度をモニタしながら、電池２の冷却を制御してもよい。そして、コントローラ１６は、電池２に係わる制御の１つとして、スイッチ制御部１７を利用して、電池セル１−１〜１−ｎの電圧を均等化する処理を行う。
【００３０】
スイッチ制御部１７は、例えば、プロセッサが電池制御プログラムの一部である均等化処理プログラムを実行することにより実現される。又は、スイッチ制御部１７は、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等を利用して実現してもよい。
【００３１】
スイッチ制御部１７は、電池監視部１１により検出される各電池セル１−１〜１−ｎの電圧に基づいて、電池セル１−１〜１−ｎの中から１又は複数の放電セル、及び１又は複数の充電セルを特定する。なお、放電セルは、電池セル１−１〜１−ｎの電圧を均等化する処理において電荷を放出する電池セルを意味する。また、充電セルは、電池セル１−１〜１−ｎの電圧を均等化する処理において、放電セルから放出される電荷を受け取る電池セルを意味する。そして、スイッチ制御部１７は、放電セルから充電セルへ電荷を移動させるようにスイッチ回路１５を制御する。
【００３２】
図２は、スイッチ回路１５の一例の構成を示す図である。ここでは、説明を簡単にするために、直列に接続された５個の電池セル１−１〜１−５が電池２に収容されているものとする。この場合、スイッチ回路１５は、スイッチＳＡ１〜ＳＡ６、ＳＢ１〜ＳＢ６、ＳＣ１〜ＳＣ６、ＳＤ１〜ＳＤ２を備える。
【００３３】
スイッチＳＡ１〜ＳＡ５の第１端子は、それぞれ、電池セル１−１〜１−５の正極に電気的に接続されている。すなわち、スイッチＳＡ２〜ＳＡ５の第１端子は、それぞれ、電池セル１−１〜１−４の負極に電気的に接続されている。また、スイッチＳＡ６の第１端子は、電池セル１−５の負極に電気的に接続されている。そして、スイッチＳＡ１〜ＳＡ６の第２端子は、互いに電気的に接続され、さらにインダクタＬの第１端子に電気的に接続されている。
【００３４】
スイッチＳＢ１〜ＳＢ５の第１端子は、それぞれ、電池セル１−１〜１−５の正極に電気的に接続されている。すなわち、スイッチＳＢ２〜ＳＢ５の第１端子は、それぞれ、電池セル１−１〜１−４の負極に電気的に接続されている。また、スイッチＳＢ６の第１端子は、電池セル１−５の負極に電気的に接続されている。そして、スイッチＳＢ１〜ＳＢ６の第２端子は、互いに電気的に接続され、さらにスイッチＳＤ１の第１端子に電気的に接続されている。
【００３５】
スイッチＳＣ１〜ＳＣ５の第１端子は、それぞれ、電池セル１−１〜１−５の正極に電気的に接続されている。すなわち、スイッチＳＣ２〜ＳＣ５の第１端子は、それぞれ、電池セル１−１〜１−４の負極に電気的に接続されている。また、スイッチＳＣ６の第１端子は、電池セル１−５の負極に電気的に接続されている。そして、スイッチＳＣ１〜ＳＣ６の第２端子は、互いに電気的に接続され、さらにスイッチＳＤ２の第２端子に電気的に接続されている。
【００３６】
スイッチＳＤ１の第２端子は、インダクタＬの第２端子に接続されている。また、スイッチＳＤ２の第１端子も、インダクタＬの第２端子に接続されている。
スイッチＳＡ１〜ＳＡ６、ＳＢ１〜ＳＢ６、ＳＣ１〜ＳＣ６、ＳＤ１〜ＳＤ２は、それぞれ、１以上のトランジスタを含む半導体スイッチであり、リレーでも良い。また、スイッチＳＡ１〜ＳＡ６、ＳＢ１〜ＳＢ６、ＳＣ１〜ＳＣ６、ＳＤ１〜ＳＤ２は、それぞれ、スイッチ制御部１７により制御される。すなわち、スイッチ制御部１７は、スイッチＳＡ１〜ＳＡ６、ＳＢ１〜ＳＢ６、ＳＣ１〜ＳＣ６、ＳＤ１〜ＳＤ２の状態（オン／オフ）を個々に制御することができる。
【００３７】
電池セル１−ｉ（ｉ＝１〜５）の電荷を放出させるとき（すなわち、電池セル１−ｉが放電セルとして特定されたとき）は、スイッチ制御部１７は、スイッチＳＡ（ｉ＋１）、スイッチＳＢ（ｉ）、スイッチＳＤ１をオン状態に制御し、他のスイッチをオフ状態に制御する。例えば、電池セル１−１の電荷を放出させるとき（すなわち、電池セル１−１が放電セルとして特定されたとき）は、スイッチ制御部１７は、スイッチＳＡ２、スイッチＳＢ１、スイッチＳＤ１をオン状態に制御し、他のスイッチをオフ状態に制御する。
【００３８】
電池セル１−ｊ（ｊ＝１〜５）に電荷を蓄積させるとき（すなわち、電池セル１−ｊが充電セルとして特定されたとき）は、スイッチ制御部１７は、スイッチＳＡ（ｊ）、スイッチＳＣ（ｊ＋１）、スイッチＳＤ２をオン状態に制御し、他のスイッチをオフ状態に制御する。例えば、電池セル１−２に電荷を蓄積させるとき（すなわち、電池セル１−２が充電セルとして特定されたとき）は、スイッチ制御部１７は、スイッチＳＡ２、スイッチＳＣ３、スイッチＳＤ２をオン状態に制御し、他のスイッチをオフ状態に制御する。
【００３９】
図３は、スイッチング制御及び電池セル間の電荷の移動について説明する図である。ここで、図３は、図２に示す電池セル１−１〜１−５において放電セルとして特定された電池セル１−ｉから充電セルとして特定された電池セル１−ｊへの電荷の移動を模式的に示している。すなわち、図３に示すスイッチＳＷ（ｉ）は、図２を参照しながら説明したスイッチＳＡ（ｉ＋１）、スイッチＳＢ（ｉ）、スイッチＳＤ１に相当する。また、図３に示すスイッチＳＷ（ｊ）は、図２を参照しながら説明したスイッチＳＡ（ｊ）、スイッチＳＣ（ｊ＋１）、スイッチＳＤ２に相当する。なお、電池セル１−ｉの出力電圧は電池セル１−ｊの出力電圧よりも高いものとする。
【００４０】
スイッチ制御部１７は、時刻Ｔ１〜Ｔ２において、スイッチＳＷ（ｉ）をオン状態に制御し、他のスイッチをオフ状態に制御する。そうすると、矢印Ａｉで表される方向に電流が流れて、インダクタＬにエネルギーが蓄積される。続いて、スイッチ制御部１７は、時刻Ｔ２〜Ｔ３において、スイッチＳＷ（ｊ）をオン状態に制御し、他のスイッチをオフ状態に制御する。そうすると、インダクタＬに蓄積されているエネルギーにより、矢印Ａｊで表される方向に電流が流れ、電池セル１−ｊが充電される。
【００４１】
このように、上述のスイッチング制御により、放電セルである電池セル１−ｉから電荷が放出され、充電セルである電池セル１−ｊにその電荷が蓄積される。このとき、インダクタＬを介して流れる電流は、放電セルの電圧と充電セルの電圧の差分に依存する。そして、上述の電荷の移動により、電池セル１−ｉの電圧が低下し、電池セル１−ｊの電圧が上昇する。
【００４２】
なお、スイッチ制御部１７は、所定の周期で、上述のスイッチング制御を繰り返し実行してもよい。この場合、スイッチ制御部１７は、例えば、放電セルの電圧と充電セルの電圧の差分が所定の閾値レベルよりも小さくなるまで、上述のスイッチング制御を繰り返し実行する。
【００４３】
また、期間Ｔ１〜Ｔ２及び期間Ｔ２〜Ｔ３は、スイッチ制御部１７がスイッチ回路１５の各スイッチを制御するパルス信号のパルス幅に相当する。このパルス幅は、例えば、電池セル間での電圧の差分の想定される最大値、インダクタＬの飽和電流などに基づいて決定される。また、このパルス幅は、一定である必要はなく、例えば、徐々に小さくしていくようにしてもよい。
【００４４】
図４は、電池セルの電圧を均等化する処理を示すフローチャートである。この処理は、コントローラ１６により実行される。なお、この処理は、例えば、定期的に実行される。又は、コントローラ１６は、所定の事象（例えば、電池２の充電の終了）が発生したときに、図４に示す処理を実行してもよい。
【００４５】
まず、コントローラ１６は、各電池セルの電圧を取得する（Ｓ１）。ここで、各電池セルの電圧は、電池監視部１１により検出される。従って、コントローラ１６は、電池管理部１１の出力信号を読み込むことにより、各電池セルの電圧を取得する。なお、コントローラ１６は、各電池セルの電圧だけでなく、各電池セルの電流及び／又は温度を取得してもよい。ただし、以下の説明では、各電池セルの電流及び／又は温度は、電池セルの電圧の均等化処理において使用しないものとする。
【００４６】
次に、コントローラ１６は、Ｓ１で取得した各電池セルの電圧についての情報に基づいて、電池セルの電圧の最大値（最大電圧）、及び電池セルの電圧の最小値（最小電圧）を検出する（Ｓ２）。そして、コントローラ１６は、最大電圧と最小電圧との間の電圧差が、予め決められている閾値以上であるか否かを判定する。そして、最大電圧と最小電圧との間の電圧差が閾値以上であれば、コントローラ１６は、電池セルの電圧がばらついていると判定し、電池セルの電圧を均等化するためにＳ３〜Ｓ５を実行する。
【００４７】
すなわち、コントローラ１６は、全電池セルの電圧の平均を算出し（Ｓ３）、出力電圧が最大である電池セルを放電セルとして特定し、出力電圧が最小である電池セルを充電セルとして特定する。
【００４８】
次に、コントローラ１６は、スイッチ制御部１７を利用して、放電セルから充電セルへ電荷を移動させるスイッチング制御を行う（Ｓ４）。このスイッチング制御は、図３を参照しながら説明した通りである。
【００４９】
そして、放電セル又は充電セルの電圧が、全電池セルの電圧の平均値±αの範囲内に収束すると、スイッチ制御部１７は、スイッチング制御を停止する（Ｓ５）。なお、定数αは、特に限定されるものではないが、閾値に対してそれ以下もしくは十分に小さい値である。
【００５０】
上述のＳ１〜Ｓ５の処理は、最大電圧と最小電圧との間の電圧差が閾値以上となる電池セルの組合せが存在しなくなるまで、繰り返し実行される。そして、最大電圧と最小電圧との間の電圧差が閾値以上となる電池セルの組合せが存在しなくなると、コントローラ１６は、電池セルの電圧が十分に均等化されたと判定し、電池セルの電圧を均等化する処理を停止する。
【００５１】
図５は、電池セルの電圧の均等化の一実施例を示す図である。ここでは、電池２は、直列に接続された電池セル１−１〜１−５を収容し、スイッチ回路１５は、図２に示す構成であるものとする。そして、電池セル１−１〜１−５の中で電池セル１−１の電圧が最も高く、電池セル１−５の電圧が最も低いものとする。すなわち、コントローラ１６は、電池セル１−１を放電セルとして特定し、電池セル１−５を充電セルとして特定する。
【００５２】
この場合、スイッチ制御回路１７は、図５（ａ）に示すように、スイッチＳＡ２、スイッチＳＢ１、スイッチＳＤ１をオン状態に制御すると共に、他のスイッチをオフ状態に制御する。すると、電池セル１−１の正極から、スイッチＳＢ１、スイッチＳＤ１、インダクタＬ、スイッチＳＡ２を経由して電池セル１−１の負極へ至るループ回路が形成される。従って、電池セル１−１から電荷が放出され、図５（ａ）において矢印で示す方向に電流が流れるので、インダクタＬにエネルギーが蓄積されてゆく。この過程で、電池セル１−１の電圧は低下してゆく。
【００５３】
続いて、スイッチ制御回路１７は、図５（ｂ）に示すように、スイッチＳＡ５、スイッチＳＣ６、スイッチＳＤ２をオン状態に制御すると共に、他のスイッチをオフ状態に制御する。すると、電池セル１−５の負極から、スイッチＳＣ６、スイッチＳＤ２、インダクタＬ、スイッチＳＡ５を経由して電池セル１−５の正極へ至るループ回路が形成される。このとき、インダクタＬには図５（ａ）で説明したエネルギーが蓄積されている。よって、図５（ｂ）に示すループ回路は、矢印で示す方向に電流を流す。そして、この電流により電池セル１−５が充電される。すなわち、この過程で、電池セル１−５の電圧は上昇してゆく。
【００５４】
このように、電池セル１−１、１−５がそれぞれ放電セル、充電セルとして特定されると、電池セル１−１から電池セル１−５へ電荷を移動させるように、スイッチ回路１５が制御される。この結果、電池セル１−１の電圧が低下すると共に、電池セル１−５の電圧が上昇し、それら２つの電池セルの電圧が互いに近づいてゆく。すなわち、電池セル１−１、１−５間で電圧の均等化が行われる。このとき、スイッチ制御部１７は、電池セル１−１又は１−５の電圧が、電池セル１−１〜１−５の電圧の平均±αの範囲内に収束するまで、図５に示すスイッチング制御を繰り返し実行してもよい。
【００５５】
なお、図５に示す実施例では、電池セル１−１から電池セル１−５へ電荷を移動させる電圧均等化が行われているが、電池セル電圧均等化装置１０は、任意の電池セルから他の任意の電池セルへ電荷を移動させることができる。すなわち、電池セル電圧均等化装置１０は、任意の電池セル間で電圧の均等化を行うことができる。ここで、電池セル電圧均等化装置１０は、３以上の電池セルに対して１つのインダクタＬを備える構成であり、スイッチ回路１５を制御することにより、任意の電池セルをインダクタＬに電気的に接続できる。
【００５６】
したがって、本発明の実施形態によれば、図９（ｂ）に示す構成（又は、特許文献１〜３に示す構成）と比較して、インダクタの個数が少なくなるので、コストの低減及び回路サイズの小型化が実現される。また、本発明の実施形態によれば、３以上の電池セルが直列に接続される場合に、互いに隣接していない電池セル間で電圧の均等化を行うことが可能である。よって、電池セルの電圧を効率的に均等化できる。
【００５７】
図４〜図５に示す実施例では、１つの電池セルから他の１つの電池セルへの電荷の移動により、電圧の均等化が行われる。しかし、本発明は、この構成に限定されるものではない。すなわち、本発明は、１又は複数の電池セルから他の１又は複数の電池セルへの電荷の移動により、電圧の均等化を行うようにしてもよい。
【００５８】
図６は、電池セルの電圧の均等化の他の実施例を示す図である。ここでは、コントローラ１６により、２つの電池セル１−１、１−２が放電セルとして特定され、２つの電池セル１−４、１−５が充電セルとして特定されたものとする。
【００５９】
この場合、スイッチ制御回路１７は、図６（ａ）に示すように、スイッチＳＡ３、スイッチＳＢ１、スイッチＳＤ１をオン状態に制御すると共に、他のスイッチをオフ状態に制御する。すると、電池セル１−１の正極から、スイッチＳＢ１、スイッチＳＤ１、インダクタＬ、スイッチＳＡ３を経由して電池セル１−２の負極へ至るループ回路が形成される。したがって、直列に接続されている電池セル１−１、１−２から電荷が放出され、図６（ａ）において矢印で示す方向に電流が流れるので、インダクタＬにエネルギーが蓄積されてゆく。この過程で、電池セル１−１、１−２の電圧は低下してゆく。
【００６０】
続いて、スイッチ制御回路１７は、図６（ｂ）に示すように、スイッチＳＡ４、スイッチＳＣ６、スイッチＳＤ２をオン状態に制御すると共に、他のスイッチをオフ状態に制御する。すると、電池セル１−５の負極から、スイッチＳＣ６、スイッチＳＤ２、インダクタＬ、スイッチＳＡ４を経由して電池セル１−４の正極へ至るループ回路が形成される。このとき、インダクタＬには、図６（ａ）で説明したエネルギーが蓄積されている。よって、図６（ｂ）に示すループ回路は、矢印で示す方向に電流を流す。そして、この電流により、直列に接続されている電池セル１−４、１−５が充電される。すなわち、この過程で、電池セル１−４、１−５の電圧は上昇してゆく。
【００６１】
このように、本発明の実施形態の均等化装置によれば、放電セルとして特定される複数の電池セルから充電セルとして特定される他の複数の電池セルへの電荷の移動により、電圧の均等化を行うこともできる。ただし、放電セルとして特定される複数の電池セルは互いに隣接して直列に接続されている必要があり、また、充電セルとして特定される複数の電池セルも互いに隣接して直列に接続されている必要がある。
【００６２】
図７は、図６に示す均等化処理のフローチャートである。図６に示す均等化を実現する場合、コントローラ１６は、下記のＳ１１〜Ｓ１５を実行する。
まず、コントローラ１６は、Ｓ１と同様に、各電池セルの電圧を取得する（Ｓ１１）。
【００６３】
次に、コントローラ１６は、Ｓ１１で取得した各電池セルの電圧についての情報に基づいて、隣接する２つの電池セルの電圧の最大値（最大電圧）、及び隣接する２つの電池セルの電圧の最小値（最小電圧）を検出する。図６に示す例では、電池セル１−１、１−２の電圧の和、電池セル１−２、１−３の電圧の和、電池セル１−３、１−４の電圧の和、電池セル１−４、１−５の電圧の和から、最大値及び最小値が決定される。そして、コントローラ１６は、最大電圧と最小電圧との間の電圧差が、予め決められている閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ１２）。
【００６４】
最大電圧と最小電圧との間の電圧差が閾値以上であれば、コントローラ１６は、電池セルの電圧がばらついていると判定し、電池セルの電圧を均等化するためにＳ１３〜Ｓ１５を実行する。なお、Ｓ１２で使用する閾値は、Ｓ２で使用する閾値より大きくしてもよい。
【００６５】
すなわち、コントローラ１６は、全電池セルの電圧の平均を算出する（Ｓ１３）。
次に、コントローラ１６は、出力電圧が最大である１組の電池セルを放電セルとして特定し、出力電圧が最小である１組の電池セルを充電セルとして特定する。また、コントローラ１６は、スイッチ制御部１７を利用して、放電セルから充電セルへ電荷を移動させるスイッチング制御を行う（Ｓ１４）。
【００６６】
そして、放電セル又は充電セルの電圧が、２×平均値±αの範囲内に収束すると、スイッチ制御部１７は、スイッチング制御を停止する（Ｓ１５）。なお、この平均値は、Ｓ１３で算出された、全電池セルの電圧の平均である。
【００６７】
Ｓ１１〜Ｓ１５の処理は、最大電圧と最小電圧との間の電圧差が閾値以上となる組合せが存在しなくなるまで、繰り返し実行される。そして、最大電圧と最小電圧との間の電圧差が閾値以上となる組合せが存在しなくなると、コントローラ１６は、電池セルの電圧が十分に均等化されたと判定し、電池セルの電圧を均等化する処理を停止する。
【００６８】
このように、図６〜図７に示す方法によれば、２つの電池セルから他の２つの電池セルへの電荷の移動により電圧の均等化が行われる。したがって、図６〜図７に示す方法によれば、電池セルの電圧のばらつき状況によっては、１つの電池セルから他の１つの電池セルへ電荷を移動させる構成と比較して、均等化処理に要する時間が短くなる。
【００６９】
なお、図６〜図７に示す実施例は、２つの電池セルから他の２つの電池セルへの電荷の移動で電圧の均等化を行う構成であるが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、３以上の電池セルから他の３以上の電池セルへの電荷の移動により電圧の均等化を行ってもよい。
【００７０】
また、本発明は、電圧の均等化処理において、電荷を放出する電池セルの個数と、その電荷を受け取る電池セルの個数は、互いに異なっていてもよい。例えば、図８に示す例では、２個の電池セル１−１、１−２から放出される電荷が、インダクタＬを利用して、１つの電池セル１−５に導かれる。このような状況は、例えば、電池セル１−１、１−２の電圧の平均が全電池セル１−１〜１−５の電圧の平均よりも高く、電池セル１−５の電圧が全電池セル１−１〜１−５の電圧の平均よりも低い場合に実行される。
【００７１】
この場合、スイッチ制御回路１７は、図８（ａ）に示すように、スイッチＳＡ３、スイッチＳＢ１、スイッチＳＤ１をオン状態に制御すると共に、他のスイッチをオフ状態に制御する。この状態は、図６（ａ）と同じであり、電池セル１−１、１−２から電荷が放出され、電池セル１−１、１−２の電圧は低下してゆく。
【００７２】
続いて、スイッチ制御回路１７は、図８（ｂ）に示すように、スイッチＳＡ５、スイッチＳＣ６、スイッチＳＤ２をオン状態に制御すると共に、他のスイッチをオフ状態に制御する。この状態は、図５（ｂ）と同じであり、インダクタＬを介して流れる電流により電池セル１−５が充電され、電池セル１−５の電圧は上昇してゆく。
【符号の説明】
【００７３】
１−１〜１−ｎ（１−１〜１−５）  電池セル
２  電池
１０  電池セル電圧均等化装置
１１  電池監視部
１２−１〜１２−ｎ  電圧センサ
１５  スイッチ回路
１６  コントローラ
１７  スイッチ制御部
【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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