(57)【要約】【課題】複数の電池セルを接続して構成される組電池の電圧の均等化制御で、指定される電流値が大電流であっても小電流であっても、効率のよい電池均等化制御を実現する。【解決手段】バランス回路１０４は、スタック１０３内の電池セル１０２の電圧を均等化させる回路の構成要素であって、スイッチング素子またはインダクタを少なくとも含み放電および充電のための電流値にそれぞれ適した特性を有する複数の回路素子１０５を含む。制御部１０６は、電圧監視部１０７が検出した各電池セル１０２の電圧に基づいて決定される均等化の動作ごとに指定される放電および充電のための電流値に対応して、複数の回路素子１０５から対応する回路素子を選択してバランス回路１０４を動作させる。指定される電流値が大電流であっても小電流であっても効率のよい電池均等化制御が実現される。【選択図】図１
2013201866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルを接続して構成される組電池における該複数の電池セルの電圧を均等化させる電池均等化装置であって、
前記複数の電池セルを構成し連続的に直列接続された所定数の電池セルからなるスタックの集合における該各スタックについて、該スタック内の電池セルのうちの１つ以上の電池セルから放電される電力を該スタック内の電池セルのうちの１つ以上の他の電池セルに充電させることによって該スタック内の電池セルの電圧を均等化させる回路の構成要素であって、スイッチング素子またはインダクタを少なくとも含み前記放電および充電のための電流値にそれぞれ適した特性を有する複数の回路素子を含むバランス回路と、
前記各電池セルの電圧を監視し検出する電圧監視部と、
前記電圧監視部が検出した前記各電池セルの電圧に基づいて決定される均等化の動作ごとに指定される前記放電および充電のための電流値に対応して、前記複数の回路素子から対応する回路素子を選択して前記バランス回路を動作させる制御部と、
を備えることを特徴とする電池均等化装置。
【請求項２】
前記制御部によって選択される複数の回路素子はインダクタである、
ことを特徴とする請求項１に記載の電池均等化装置。
【請求項３】
前記制御部によって選択される複数の回路素子はそれぞれ、前記制御部によって選択される、前記放電および充電のための電流値にそれぞれ適したインダクタンスを有する複数のインダクタである、
ことを特徴とする請求項２に記載の電池均等化装置。
【請求項４】
前記制御部によって選択される複数の回路素子はそれぞれ、複数のインダクタを直列に接続した回路から、前記制御部によって前記放電および充電のための電流値にそれぞれ適した直列数で選択される直列回路部分である、
ことを特徴とする請求項２に記載の電池均等化装置。
【請求項５】
前記制御部によって選択される複数の回路素子はそれぞれ、前記制御部によって選択される、前記放電および充電のための電流値にそれぞれ適したスイッチング特性を有する複数のスイッチング素子である、
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電池均等化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池セルを接続して構成される組電池の電圧の均等化を制御する電池均等化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるハイブリッドカー、プラグインハイブリッドカー、あるいはハイブリッドビークル、ハイブリッドエレクトリックビークルなどと呼ばれる、エンジンに加えてモータ（電動機）を動力源として備えた車両または輸送機械（以下、「車両等」と称する）が実用化されている。さらには、エンジンを備えずモータのみで車両を駆動する電気自動車も実用化されつつある。それらのモータを駆動する電源として、小型、大容量の特徴を有するリチウムイオン電池などが多く使用されるようになってきている。そして、このような用途においては、複数の電池セルが例えば直列に接続されてスタックが構成され、さらにこのスタックを組み合わして接続される組電池として供給される場合がある。電池セルの直列接続により車両のモータを駆動するのに必要な高電圧が得られ、スタックをさらに直列や並列に組み合わして接続することにより必要な電流容量やさらなる高電圧が得られる。
【０００３】
この場合、リチウムイオン電池などは温度による特性の変化が大きく、電池が使用される環境の温度によって電池の残存容量や充電効率も大きく変化する。自動車のような使用環境ではなおさらである。
【０００４】
この結果、スタックを構成する電池セル等において、各セル等の残存容量および出力電圧にばらつきが生じる。各セル等が発生する電圧にばらつきが発生すると、１つのセルの電圧が駆動可能な閾値を下回ったような場合に、全体の電源供給を止めたり抑制したりする必要が生じ、電力効率が低下してしまう。このため、各セルの電圧の均等化を行う電池均等化制御が必要となる。
【０００５】
電池均等化制御の従来技術として、放電が必要な電池セルからの放電電力を、インダクタとスイッチング素子を含むコンバータバランス回路によって、充電が必要な電池セルに充電させる、いわゆるアクティブ方式の電池均等化制御技術が知られている。
【０００６】
この従来技術は、ある電池セルからの放電電力を他の電池セルへの充電電力として使用することで電力損失を少なくし、また、直列接続数の多い多直列蓄電セルにおいて全セルの電圧バランス補正を迅速かつ円滑に行わせることを目的にしている。
【０００７】
この従来技術では、電池容量が十分な電池セルへの電池均等化制御による充電においては、制御効率を高めるために十分な電流で充電が行われるようにスイッチング素子におけるスイッチング動作のためのパルス周波数やデューティー比が設定される。一方、劣化が進んだ電池セルへの電池均等化制御による充電においては、劣化の進行が早まらないようにあまり大きな電流で充電を行うことができない。
【０００８】
この場合、コンバータバランス回路を構成するインダクタやスイッチング素子等の回路素子としては、最大の電流値を考慮してそれに耐えうる回路素子が使用される。しかしながら、大電流に耐えうる回路素子を用いると、劣化の進んだ電池セル１０２に対する電池均等化制御等において小電流での充電が行われる場合に、大電流に適したインダクタやスイッチング素子等の回路素子において電力損失が大きくなってしまい、充電効率が低下してしまうという問題点を有していた。充電効率が低下すると、電池均等化制御が完了するまでの時間が伸びてしまい、結果的に車両の走行距離が短縮されてしまう等の性能低下を招く。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−０７４８３９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、電池均等化制御において指定される電流値が大電流であっても小電流であっても、効率のよい電池均等化制御を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
態様の一例は、複数の電池セルを接続して構成される組電池におけるその複数の電池セルの電圧を均等化させる電池均等化装置であって、複数の電池セルを構成し連続的に直列接続された所定数の電池セルからなるスタックの集合におけるその各スタックについて、そのスタック内の電池セルのうちの１つ以上の電池セルから放電される電力をそのスタック内の電池セルのうちの１つ以上の他の電池セルに充電させることによってそのスタック内の電池セルの電圧を均等化させる回路の構成要素であって、スイッチング素子またはインダクタを少なくとも含み放電および充電のための電流値にそれぞれ適した特性を有する複数の回路素子を含むバランス回路と、各電池セルの電圧を監視し検出する電圧監視部と、電圧監視部が検出した各電池セルの電圧に基づいて決定される均等化の動作ごとに指定される放電および充電のための電流値に対応して、複数の回路素子から対応する回路素子を選択してバランス回路を動作させる制御部とを備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電池均等化制御において指定される電流値に適した回路素子が選択されて電池均等化制御が実行されることにより、指定される電流値が大電流であっても小電流であっても効率のよい電池均等化制御を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態の基本構成図である。
【図２】第１の実施形態のシステム構成図である。
【図３】電池均等化制御における電流値決定の動作説明図である。
【図４】電流（パルス周波数）と効率ηの関係の説明図である。
【図５】第２の実施形態のシステム構成図である。
【図６】第３の実施形態のシステム構成図である。
【図７】第４の実施形態のシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態の基本構成図である。
複数の電池セル１０２が直列に接続されて組電池１０１が構成される。本実施形態では、組電池１０１は、連続的に直列接続された所定数の電池セル１０２からなるスタック１０３の集合として構成される。
【００１５】
バランス回路１０４は、組電池１０１を構成する各スタック１０３について、スタック１０３内の電池セル１０２のうちの１つ以上の電池セル１０２から放電される電力をそのスタック１０３内の電池セル１０２のうちの１つ以上の他の電池セルに充電させることによってそのスタック１０３内の電池セル１０２の電圧を均等化させる。このバランス回路１０４は、その構成要素として、スイッチング素子またはインダクタを少なくとも含み放電および充電のための電流値にそれぞれ適した特性を有する＃１から＃Ｎ（Ｎは例えば２）の複数の回路素子１０５を含む。
【００１６】
電圧監視部１０７は、各電池セル１０２の電圧を監視し検出する。
制御部１０６は、電圧監視部１０７が検出した各電池セル１０２の電圧に基づいて決定される均等化の動作ごとに指定される放電および充電のための電流値に対応して、＃１から＃Ｎの複数の回路素子１０５から対応する回路素子１０５を選択してバランス回路１０４を動作させる。
【００１７】
上述の構成において、制御部１０６によって選択される＃１から＃Ｎの複数の回路素子１０５は、例えばインダクタである。より具体的には、複数の回路素子１０５はそれぞれ例えば、制御部１０６によって選択される、放電および充電のための電流値にそれぞれ適したインダクタンスを有する複数の例えばスイッチにより選択され得る並列接続されたインダクタである。この具体的な構成については、図２の第１の実施形態または図５の第２の実施形態として説明する。あるいは、複数の回路素子１０５はそれぞれ例えば、複数のインダクタを直列に接続した回路から、制御部１０６によって放電および充電のための電流値にそれぞれ適した直列数で選択される直列回路部分である。この具体的な構成については、図６の第３の実施形態として説明する。さらには、複数の回路素子１０５はそれぞれ例えば、制御部１０６によって選択される、放電および充電のための電流値にそれぞれ適したスイッチング特性を有する複数のスイッチング素子である、この具体的な構成については、図２の第１の実施形態または図７の第４の実施形態として説明する。
【００１８】
図１の構成において、特には図示しないが、スタック１０３単位でそれらの間の電池均等化制御を行うための例えばトランスを用いたバランス回路が別途構成されてもよい。
図１に示される実施形態の基本構成により、一つのスタック１０３に対して、バランス回路１０４によって電池均等化制御が実施される場合に、制御部１０６は、電圧監視部１０７でのそのスタック１０３内の電池セル１０２に対する電圧等監視結果に基づいて、電池均等化制御を実施する放電側と充電側の各電池セル１０２のペアを決定する。この場合さらに制御部１０６は例えば、各電池セル１０２に対する電圧監視部１０７による電圧等の監視結果に基づいて、各電池セル１０２の劣化度を表す内部抵抗値を算出する。制御部１０６は例えば、各電池セル１０２の内部抵抗値に基づいて、電池均等化制御において許容される許容電流値を決定し、電池均等化制御における電流値を指定する。制御部１０６はさらに、指定された電流値に対応する回路素子１０５を、＃１から＃Ｎの回路素子１０５の中から選択する。この選択の結果、バランス回路１０４内で動作するインダクタおよびスイッチング素子を含む電池均等化制御のための回路構成が決定する。そして、制御部１０６は、許容電流値に対応する周波数およびデューティー比を有するパルス信号をバランス回路１０４内で動作するスイッチング素子に対して供給し、電池均等化制御を実施する。
【００１９】
上述の動作において、電池均等化制御が実施される電池セル１０２のペアがともに十分な電池容量を有しており、それぞれの劣化が進んでおらず内部抵抗値が小さい場合には、許容電流値が大きくなるため、制御部１０６によって指定される電流値も大きい。この場合には、大電流に適した回路素子１０５が選択され、電池均等化制御が実施される。これにより、電池均等化制御において、大電流による放電と充電が実行される。一方、電池均等化制御が実施される電池セル１０２のペアの例えば充電側の電池セル１０２の劣化が進んでおり内部抵抗値が大きい場合には、許容電流値が小さくなるため、制御部１０６によって指定される電流値は小さくなる。この場合には、小電流に適した回路素子１０５が選択され、電池均等化制御が実施される。これにより、電池均等化制御において、小電流による放電と充電が実行されて電池セル１０２の劣化の進行が抑制される。またこのとき、回路素子１０５は小電流に適したものが選択されているため、その回路素子１０５における電力損失は小さく、制御効率の低下を防止することが可能となる。
【００２０】
このようにして、本発明の実施形態では、電池均等化制御において指定される電流値に適した回路素子１０５が制御部１０６により選択されて電池均等化制御が実行されることにより、指定される電流値が大電流であっても小電流であっても効率のよい電池均等化制御を実現することが可能となる。
【００２１】
図２は、図１の基本構成に基づく、本発明の第１の実施形態のシステム構成図である。
図２において、図１のバランス回路１０４をコンバータバランス回路として、図１の制御部１０６をＣＰＵ（中央処理装置）２０１およびドライバ２０２として、それぞれ具体化した実施形態である。
【００２２】
バランス回路１０４は、スタック１０３を構成する例えば＃１および＃２の２つの電池セル１０２に対して、＃１および＃２のインダクタＬと、それぞれ＃１および＃２のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２と、電流測定用の抵抗Ｒを備える。これらは、図１の＃１から＃Ｎ（Ｎ＝２）の回路素子１０５に対応している。具体的には、＃１と＃２の電池セル１０２の共通の接続端子に電流測定用の抵抗Ｒの第１の端子が接続される。電流測定用の抵抗Ｒの第２の端子には、＃１および＃２のインダクタＬの各第１の端子が接続される。また、＃１のインダクタＬの第２の端子は＃１のスイッチング素子ＳＷ１と＃１のスイッチング素子ＳＷ２の共通接続端子に接続される。同様に、＃２のインダクタＬの第２の端子は＃２のスイッチング素子ＳＷ１と＃２のスイッチング素子ＳＷ２の共通接続端子に接続される。さらに、＃１の電池セル１０２の出力端子側は、＃１および＃２の各スイッチング素子ＳＷ１の単独接続端子に接続される。＃２の電池セル１０２の出力端子側は、＃１および＃２の各スイッチング素子ＳＷ２の単独接続端子に接続される。
【００２３】
ドライバ２０２は、ＣＰＵ２０１から指定される所定の周波数およびデューティー比を有するパルス信号を発振する発振回路である。＃１および＃２の各スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２は、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であり、ドライバ２０２からのパルス信号によりスイッチング動作を行う。
【００２４】
ここで、＃１のインダクタＬおよび＃１のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２は、例えば大電流に適した特性のものが配置される。逆に、＃２のインダクタＬおよび＃２のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２は、例えば小電流に適した特性のものが配置される。
【００２５】
そして、例えば＃１および＃２の電池セル１０２のペアに対して電池均等化制御が実施される場合に、そのペアに対する許容電流値が大きい場合には、ＣＰＵ２０１は、ドライバ２０２内の切替部２０４を制御して、＃１のドライブ回路Ａ１、Ａ２のみを動作させる。この結果、＃１のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２がスイッチング動作をし、＃２のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２はスイッチング動作をしない。この結果、＃１のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２のスイッチング動作により、＃１のインダクタＬを介して、例えば、＃１の電池セル１０２から放電された電力が＃２の電池セル１０２に大電流で充電される。
【００２６】
一方、例えば＃１および＃２の電池セル１０２のペアに対して電池均等化制御が実施される場合に、そのペアに対する許容電流値が小さい場合には、ＣＰＵ２０１は、ドライバ２０２内の切替部２０４を制御して、＃２のドライブ回路Ａ１、Ａ２のみを動作させる。この結果、＃１のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２はスイッチング動作をせず、＃２のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２がスイッチング動作をする。この結果、＃２のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２のスイッチング動作により、＃２のインダクタＬを介して、例えば、＃１の電池セル１０２から放電された電力が＃２の電池セル１０２に小電流で充電される。
【００２７】
制御部１０６内の電流モニタ２０３は、抵抗Ｒの両端の電圧を測定し、ＣＰＵ２０１に通知する。ＣＰＵ２０１は、測定された電圧を抵抗Ｒの抵抗値で除算することにより、抵抗Ｒの部分を流れる電流値を監視する。この電流値に基づいて、ＣＰＵ２０１は、さらに＃１のインダクタＬおよびスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２と＃２のインダクタＬおよびスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２とを切り替えるような制御を行うことも可能である。
【００２８】
上述の第１の実施形態の構成において、ＣＰＵ２０１は、図１の電圧監視部１０７による＃１および＃２の電池セル１０２に対する電圧監視の結果、各電池セル１０２の各内部抵抗を算出する。そして、ＣＰＵ２０１は、算出した各内部抵抗の値から許容電流値を算出し、電池均等化制御において指定する電流値を決定する。そして例えば、ＣＰＵ２０１は、指定した電流値が所定の閾値以上であれば、ドライバ２０２内の切替部２０４を制御して、＃１のドライブ回路Ａ１、Ａ２のみを動作させる。一方、ＣＰＵ２０１は、指定した電流値が所定の閾値よりも小さければ、ドライバ２０２内の切替部２０４を制御して、＃２のドライブ回路Ａ１、Ａ２のみを動作させる。そして、ＣＰＵ２０１は、選択したドライブ回路Ａ１、Ａ２に接続されるスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２でのスイッチング動作のためのパルス信号の周波数とデューティー比を計算し、そのドライブ回路Ａ１、Ａ２に設定する。
この計算について、以下に詳細に説明する。図３は、電池均等化制御における電流値決定の動作説明図である。図３において、インダクタＬは図２の＃１または＃２のインダクタＬに、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２は、図２の＃１または＃２のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２に対応し、図２のバランス回路１０４の一部を構成している。Ｅ１、Ｅ２は、図２の＃１と＃２の電池セル１０２のペアに対応する電圧値である。
【００２９】
いま、Ｅ１＞Ｅ２とすれば、図２のドライブ回路Ａ１から与えられる第１のパルス信号によるスイッチング素子ＳＷ１のオンオフ動作により、Ｅ１の電池セル１０２から放電された電力がインダクタＬに蓄積される。続いて、図２のドライブ回路Ａ２から与えられる第２のパルス信号によるデューティー比分だけ遅れたスイッチング素子ＳＷ２のオンオフ動作により、インダクタＬに蓄積された電力がＥ２の電池セル１０２に充電される。
【００３０】
ここで、パルス周波数ｆｒｅｑおよびデューティー比Ｄによって、Ｅ１の放電およびＥ２の充電の電流ＩL を、次式に基づいて変化させることができる。ただし、電位差ΔＶ＝Ｅ１−Ｅ２、Ｉmax は各電池セル１０２の内部抵抗値に対応する許容電流値、αは重み付け係数である。また、ＩL はインダクタＬに流れる電流、Ｌはインダクタンスである。
【００３１】
【数１】
2013201866.tif 000003
この数１式に基づいて、内部抵抗から決定した電流許容値Ｉmax 、重み付け係数α、電位差ΔＶから電流ＩL を決定し、インダクタンスＬとパルス周波数ｆｒｅｑ、求めたＩL から、デューティー比を決定することができる。ここで、αは単純な比例係数だが、電位差ΔＶに閾値を設けておいて、閾値を境に係数αを変化させてもよい。たとえば、一定電位差までは一定の電流になるように重み付けを行い、ある電位差以下になった場合は電流が下がるようにするなどである。また逆に、デューティー比を任意で決定しておきパルス周波数ｆｒｅｑを決定するようにしてもよい。さらには、内部抵抗の値からスイッチング制御のパルス信号の周波数とデューティー比を計算する処理において、温度センサからの温度情報を加味して計算がされてもよい。
【００３２】
ＣＰＵ２０１は、上述の数１式によって決定される電流値ＩL に応じて、ドライバ２０２内の切替部２０４を制御して、＃１または＃２のいずれか一方のみドライブ回路Ａ１、Ａ２のみを動作させ、それらに接続される＃１または＃２のいずれか一方のみのスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２およびインダクタＬを動作させることができる。これにより、電流値ＩL に適した回路素子１０５（図１）が選択され、効率のよい電池均等化制御を実施することが可能となる。
【００３３】
図４は、電流（パルス周波数）と効率ηの関係の説明図である。図４（ｂ）に示されるように、インダクタンスＬが固定の場合（従来技術の場合）、ＳＷ２のパルス周波数ｆｒｅｑとそれらの回路素子を含む効率η（回路損失の逆数）は、或るパルス周波数で最大となり、その前後で低下してゆく。数１式で示されるようにパルス周波数ｆｒｅｑは電流値ＩL によって決定されるため、インダクタンスＬが固定の場合には、電流値ＩL が変化すると効率ηが低下する。これに対して、図４（ａ）に示されるように、電流値ＩL に応じて、インダクタンスＬが大きいインダクタまたはインダクタンスＬが小さいインダクタが選択されて動作させられる。これにより、より広い電流値ＩL の範囲で、効率ηを高く維持することが可能となることが理解される。
【００３４】
以上の議論は、インダクタＬだけではなく、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２についても同様であり、図２に示されるように、電流値ＩL に応じて＃１または＃２のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２を切り替えることにより、スイッチング損失の増加を抑制することが可能となり、電池均等化制御の効率をアップさせることができる。
【００３５】
図５は、図１の基本構成に基づく、本発明の第２の実施形態のシステム構成図である。
図５において、図１のバランス回路１０４をコンバータバランス回路として、図１の制御部１０６をＣＰＵ２０１およびドライバ２０２′として、それぞれ具体化した実施形態である。図２の第１の実施形態では、インダクタＬおよびスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２の両者が電流値ＩL に応じて切り替えられた。これに対して、図５の第２の実施形態では、インダクタＬのみが電流値ＩL に応じて＃１および＃２の間で切り替えられる構成を有する点が、第１の実施形態の場合と異なる。図５の第２の実施形態では、＃１および＃２のインダクタＬが、図１の回路素子１０５に対応している。具体的には、＃１と＃２の電池セル１０２の共通の接続端子に電流測定用の抵抗Ｒの第１の端子が接続される。電流測定用の抵抗Ｒの第２の端子には、＃１および＃２のインダクタＬの各第１の端子が接続される。また、＃１のインダクタＬの第２の端子は切替部３０１内の第１のスイッチに接続され、＃２インダクタＬの第２の端子は切替部３０１内の第２のスイッチに接続される。切替部３０１内の第１および第２のスイッチの共通接続端子は、スイッチング素子ＳＷ１とスイッチング素子ＳＷ２の共通接続端子に接続される。＃１の電池セル１０２の出力端子側は、スイッチング素子ＳＷ１の単独接続端子に接続される。＃２の電池セル１０２の出力端子側は、スイッチング素子ＳＷ２の単独接続端子に接続される。
【００３６】
ドライバ２０２′は、ＣＰＵ２０１から指定される所定の周波数およびデューティー比を有するパルス信号を発振する発振回路である。スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２は、例えばＦＥＴであり、ドライバ２０２′からのパルス信号によりスイッチング動作を行う。
【００３７】
ここで、＃１のインダクタＬは、例えば大電流に適した特性のものが配置される。逆に、＃２のインダクタＬは、例えば小電流に適した特性のものが配置される。
そして、例えば＃１および＃２の電池セル１０２のペアに対して電池均等化制御が実施される場合に、そのペアに対する許容電流値が大きい場合には、ＣＰＵ２０１は、切替部３０１を制御して、＃１のインダクタＬを動作させる。この結果、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２のスイッチング動作により、＃１のインダクタＬを介して、例えば、＃１の電池セル１０２から放電された電力が＃２の電池セル１０２に大電流で充電される。
【００３８】
一方、例えば＃１および＃２の電池セル１０２のペアに対して電池均等化制御が実施される場合に、そのペアに対する許容電流値が小さい場合には、ＣＰＵ２０１は、切替部３０１を制御して、＃２のインダクタＬを動作させる。この結果、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２のスイッチング動作により、＃２のインダクタＬを介して、例えば、＃１の電池セル１０２から放電された電力が＃２の電池セル１０２に小電流で充電される。
【００３９】
制御部１０６内の電流モニタ２０３の機能は、図２の第１の実施形態の場合と同様である。また、上述の第２の実施形態のＣＰＵ２０１における電池均等化制御のための電流値を決定する動作は、図２の第１の実施形態の場合と同様である。
【００４０】
以上の図５に示される第２の実施形態の構成により、効率は図２に示される第１の実施形態よりは若干落ちるが、第１の実施形態の場合よりは小さな回路規模で、従来技術よりは効率のよい電池均等化制御を実現することが可能となる。
【００４１】
図６は、図１の基本構成に基づく、本発明の第３の実施形態のシステム構成図である。
図６において、図１のバランス回路１０４をコンバータバランス回路として、図１の制御部１０６をＣＰＵ２０１およびドライバ２０２′として、それぞれ具体化した実施形態である。図２の第１の実施形態では、インダクタＬおよびスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２の両者が電流値ＩL に応じて切り替えられた。これに対して、図５の第２の実施形態では、電流値ＩL に応じて、＃１と＃２の２つのインダクタＬの直列回路部分または＃２のインダクタＬのみの回路部分が切り替えられる構成を有する点が、第１の実施形態の場合と異なる。図６の第３の実施形態では、＃１および＃２のインダクタＬが、図１の回路素子１０５に対応している。具体的には、＃１と＃２の電池セル１０２の共通の接続端子に電流測定用の抵抗Ｒの第１の端子が接続される。電流測定用の抵抗Ｒの第２の端子には、＃１のインダクタＬの第１の端子および切替部６０１の第１のスイッチ端子が接続される。また、＃１のインダクタＬの第２の端子は＃２のインダクタＬの第１の端子と切替部６０１の第２のスイッチ端子に接続される。＃２のインダクタＬの第２の端子は、スイッチング素子ＳＷ１とスイッチング素子ＳＷ２の共通接続端子に接続される。＃１の電池セル１０２の出力端子側は、スイッチング素子ＳＷ１の単独接続端子に接続される。＃２の電池セル１０２の出力端子側は、スイッチング素子ＳＷ２の単独接続端子に接続される。
【００４２】
ドライバ２０２′は、ＣＰＵ２０１から指定される所定の周波数およびデューティー比を有するパルス信号を発振する発振回路である。スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２は、例えばＦＥＴであり、ドライバ２０２′からのパルス信号によりスイッチング動作を行う。
【００４３】
そして、例えば＃１および＃２の電池セル１０２のペアに対して電池均等化制御が実施される場合に、そのペアに対する許容電流値が大きい場合には、ＣＰＵ２０１は、切替部６０１を制御して、＃１のインダクタＬを切り離して＃２のインダクタＬのみを動作させて、全体のインダクタンス値を小さくする（図４（ａ）のＬが小さいときの特性を参照）。この結果、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２のスイッチング動作により、＃２のインダクタＬを介して、例えば、＃１の電池セル１０２から放電された電力が＃２の電池セル１０２に大電流で充電される。
【００４４】
一方、例えば＃１および＃２の電池セル１０２のペアに対して電池均等化制御が実施される場合に、そのペアに対する許容電流値が小さい場合には、ＣＰＵ２０１は、切替部６０１を制御して、＃１および＃２のインダクタＬを直列動作させて、全体のインダクタンス値を大きくする（図４（ａ）のＬが大きいときの特性を参照）。この結果、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２のスイッチング動作により、＃１および＃２の各インダクタＬの直列接続を介して、例えば、＃１の電池セル１０２から放電された電力が＃２の電池セル１０２に小電流で充電される。
【００４５】
制御部１０６内の電流モニタ２０３の機能は、図２の第１の実施形態の場合と同様である。また、上述の第３の実施形態のＣＰＵ２０１における電池均等化制御のための電流値を決定する動作は、図２の第１の実施形態の場合と同様である。
【００４６】
以上の図６に示される第３の実施形態の構成により、効率は図２に示される第１の実施形態よりは若干落ちるが、第２の実施形態の場合と同様の回路規模で、従来技術よりは効率のよい電池均等化制御を実現することが可能となる。
【００４７】
図７は、図１の基本構成に基づく、本発明の第４の実施形態のシステム構成図である。
図７において、図１のバランス回路１０４をコンバータバランス回路として、図１の制御部１０６をＣＰＵ２０１およびドライバ２０２”として、それぞれ具体化した実施形態である。図２の第１の実施形態では、インダクタＬおよびスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２の両者が電流値ＩL に応じて切り替えられた。これに対して、図７の第３の実施形態では、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２およびそれらをドライブするドライブ回路Ａ１、Ａ２のみが電流値ＩL に応じて＃１および＃２の間で切り替えられる構成を有する点が、第１の実施形態の場合と異なる。図７の第３の実施形態では、＃１および＃２のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２が、図１の回路素子１０５に対応している。具体的には、＃１と＃２の電池セル１０２の共通の接続端子に電流測定用の抵抗Ｒの第１の端子が接続される。電流測定用の抵抗Ｒの第２の端子には、インダクタＬの各第１の端子が接続される。また、インダクタＬの第２の端子は＃１のスイッチング素子ＳＷ１と＃１のスイッチング素子ＳＷ２の共通接続端子および＃２のスイッチング素子ＳＷ１と＃２のスイッチング素子ＳＷ２の共通接続端子に接続される。＃１の電池セル１０２の出力端子側は、＃１および＃２の各スイッチング素子ＳＷ１の各単独接続端子に接続される。＃２の電池セル１０２の出力端子側は、＃１および＃２の各スイッチング素子ＳＷ２の各単独接続端子に接続される。
【００４８】
ドライバ２０２”は、ＣＰＵ２０１から指定される所定の周波数およびデューティー比を有するパルス信号を発振する発振回路である。＃１および＃２の各スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２は、例えばＦＥＴであり、ドライバ２０２”からのパルス信号によりスイッチング動作を行う。
【００４９】
ここで、＃１のインダクタＬおよび＃１のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２は、例えば大電流に適した特性のものが配置される。逆に、＃２のインダクタＬおよび＃２のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２は、例えば小電流に適した特性のものが配置される。
【００５０】
そして、例えば＃１および＃２の電池セル１０２のペアに対して電池均等化制御が実施される場合に、そのペアに対する許容電流値が大きい場合には、ＣＰＵ２０１は、ドライバ２０２”内の＃１のドライブ回路Ａ１、Ａ２のみを動作させる。この結果、＃１のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２がスイッチング動作をし、＃２のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２はスイッチング動作をしない。この結果、＃１のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２のスイッチング動作により、インダクタＬを介して、例えば、＃１の電池セル１０２から放電された電力が＃２の電池セル１０２に大電流で充電される。
【００５１】
一方、例えば＃１および＃２の電池セル１０２のペアに対して電池均等化制御が実施される場合に、そのペアに対する許容電流値が小さい場合には、ＣＰＵ２０１は、ドライバ２０２”内の＃２のドライブ回路Ａ１、Ａ２のみを動作させる。この結果、＃１のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２はスイッチング動作をせず、＃２のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２がスイッチング動作をする。この結果、＃２のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２のスイッチング動作により、インダクタＬを介して、例えば、＃１の電池セル１０２から放電された電力が＃２の電池セル１０２に小電流で充電される。
【００５２】
制御部１０６内の電流モニタ２０３の機能は、図２の第１の実施形態の場合と同様である。また、上述の第２の実施形態のＣＰＵ２０１における電池均等化制御のための電流値を決定する動作は、図２の第１の実施形態の場合と同様である。
【００５３】
以上の図７に示される第３の実施形態の構成により、効率は図２に示される第１の実施形態よりは若干落ちるが、第１の実施形態の場合よりは小さな回路規模で、従来技術よりは効率のよい電池均等化制御を実現することが可能となる。
【００５４】
上述したように、第１から第４の実施形態は、スタック１０３に対して、スタック内バランス制御を実行するためのコンバータバランス回路であるバランス回路１０４を備える。コンバータバランス回路としては、インダクタＬとスイッチング素子だけではなく、キャパシタやマルチプレクサなどの回路素子が様々に組み合わされたものを適用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１０１  組電池
１０２  電池セル
１０３  スタック
１０４  バランス回路
１０５  回路素子
１０６  制御部
１０７  電圧監視部
２０１  ＣＰＵ
２０２、２０２′、２０２”  ドライバ
２０３  電流モニタ
２０４、３０１、６０１  切替部
Ｌ  インダクタ
ＳＷ１、ＳＷ２  スイッチング素子
【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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