(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において、電池セルの直列数が増えても二次巻線の数の増大を抑えてトランスのサイズの増大を抑え、二次巻線間のばらつきを抑えて均等化の精度を向上させる。【解決手段】ＤＳＰ１０８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、各第１のスイッチング素子１１１または第２のスイッチング素子１１４のいずれかを動作させるためのスイッチング動作をスイッチ制御部１０９に指示して、均等化の動作を実行させる。トランスバランス回路が第１および第２のトランスバランス回路１０５および１１３の２段で構成され、各トランスバランス回路は電池セル１０２のばらつきに応じて各々独立して動作し均等化制御を実施できる。この結果、トランスの小型化と、個別のスイッチング制御による均等化制御の精度の向上が実現される。【選択図】図１
2013207906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルが直列接続され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のうち、所定数の電池セルからなる複数のスタックのうちの隣接する所定数のスタックごとに電荷の放電または充電を行わせることによって前記隣接する所定数のスタック間の電圧を均等化させる回路であって、前記隣接する所定数のスタックごとに、第１のスイッチング素子、第１のトランス、および第１の整流回路を介して、均等化の動作を実行する第１のトランスバランス回路と、
前記隣接する所定数のスタックを一つのスタックグループとして、該スタックグループごとに電荷の放電または充電を行わせることによって前記スタックグループ間の電圧を均等化させる回路であって、前記スタックグループごとに、第２のスイッチング素子、第２のトランス、および第２の整流回路を介して、均等化の動作を実行する第２のトランスバランス回路と、
前記各電池セルの電圧を監視して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、前記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチング素子に対して前記均等化の動作に対応するスイッチング動作を指示して均等化の動作を実行させるバランス制御部と、
を備えることを特徴とする電池均等化装置。
【請求項２】
前記第１のトランスの一次巻線には該第１のトランスに接続される前記第１のスイッチング素子を介して前記スタックグループの両端子が接続され、該第１のトランスの複数の二次巻線にはそれぞれ前記スタックグループ内の各スタックの両端子が前記第１の整流回路を介して接続され、
前記第２のトランスの一次巻線には該第２のトランスに接続される前記第２のスイッチング素子を介して前記組電池の両端子が接続され、該第２のトランスの複数の二次巻線にはそれぞれ前記組電池内の各スタックグループの両端子が前記第２の整流回路を介して接続される、
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】
前記バランス制御部は、
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前記組電池全体の電圧を算出し、該電圧を前記組電池における前記電池セルの数で除算することでセル平均電圧を算出し、
前記各スタックグループごとに、該スタックグループ内の各スタックごとの平均のセル電圧の前記セル平均電圧からのばらつきが第１の閾値以上であると判定したならば、該スタックグループに対応する前記第１のトランスに接続される前記第１のスイッチング素子に該ばらつきが前記第１の閾値より小さくなるまでスイッチング動作を行わせ、 
前記組電池内の各スタックグループごとの平均のセル電圧の前記セル平均電圧からのばらつきが第２の閾値以上であると判定したならば、前記第２のスイッチング素子に該ばらつきが前記第２の閾値より小さくなるまでスイッチング動作を行わせる、
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】
前記各スタックごとに、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荷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コンバータバランス回路をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電池均等化装置。
【請求項５】
前記コンバータバランス回路は、前記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、スイッチング素子およびインダクタを含む回路を介して、前記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、
ことを特徴とする請求項４に記載の電池均等化装置。
【請求項６】
複数の電池セルが直列接続され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方法であって、
前記複数の電池セルのうち、所定数の電池セルからなる複数のスタックのうちの隣接する所定数のスタックごとに電荷の放電または充電を行わせることによって前記隣接する所定数のスタック間の電圧を均等化させる動作として、前記隣接する所定数のスタックごとに、第１のスイッチング素子、第１のトランス、および第１の整流回路かなる第１のトランスバランス回路を介して、均等化の動作を実行し、
前記隣接する所定数のスタックを一つのスタックグループとして、該スタックグループごとに電荷の放電または充電を行わせることによって前記スタックグループ間の電圧を均等化させる動作として、前記スタックグループごとに、第２のスイッチング素子、第２のトランス、および第２の整流回路からなる第２のトランスバランス回路を介して、均等化の動作を実行し、
前記各電池セルの電圧を監視して検出し、
前記検出した前記各電池セルの電圧に基づいて、前記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチング素子に対して前記均等化の動作に対応するスイッチング動作を指示して均等化の動作を実行させる、
ことを特徴とする電池均等化方法。
【請求項７】
前記第１のトランスの一次巻線には該第１のトランスに対応する前記第１のスイッチング素子を介して前記スタックグループの両端子を接続し、
該第１のトランスの複数の二次巻線にはそれぞれ前記スタックグループ内の各スタックの両端子を前記第１の整流回路を介して接続し、
前記第２のトランスの一次巻線には該第２のトランスに接続される前記第２のスイッチング素子を介して前記組電池の両端子を接続し、該第２のトランスの複数の二次巻線にはそれぞれ前記組電池内の各スタックグループの両端子を前記第２の整流回路を介して接続する、
ことを特徴とする請求項６に記載の電池均等化方法。
【請求項８】
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前記組電池全体の電圧を算出し、該電圧を前記組電池における前記電池セルの数で除算することでセル平均電圧を算出し、
前記各スタックグループごとに、該スタックグループ内の各スタックごとの平均のセル電圧の前記セル平均電圧からのばらつきが第１の閾値以上であると判定したならば、該スタックグループに対応する前記第１のトランスに接続される前記第１のスイッチング素子に該ばらつきが前記第１の閾値より小さくなるまでスイッチング動作を行わせ、
前記組電池内の各スタックグループごとの平均のセル電圧の前記セル平均電圧からのばらつきが第２の閾値以上であると判定したならば、前記第２のスイッチング素子に該ばらつきが前記第２の閾値より小さくなるまでスイッチング動作を行わせる、
ことを特徴とする請求項７に記載の電池均等化方法。
【請求項９】
複数の電池セルが直列接続され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、
前記隣接するスタックを複数段のスタックグループにグループ化して、該各段のスタックグループごとに電荷の放電または充電を行わせることによって該各段のスタックグループ間の電圧を均等化させる回路であって、該各段のスタックグループごとに、スイッチング素子、トランス、および整流回路を介して、均等化の動作を実行する複数段かなるトランスバランス回路と、
前記各電池セルの電圧を監視して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、前記各段のスタックグループの電圧を算出し、該算出された電圧に基づいて前記均等化の動作を実行すべきスタックグループを決定し、該決定したスタックグループに対応する段のスイッチング素子に対して前記均等化の動作に対応するスイッチング動作を指示して前記均等化の動作を実行させるバランス制御部と、
を備えることを特徴とする電池均等化装置。
【請求項１０】
複数の電池セルが直列接続され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、
前記隣接するスタックを複数段のスタックグループにグループ化して、該各段のスタックグループごとに電荷の放電または充電を行わせることによって該各段のスタックグループ間の電圧を均等化させる動作として、該各段のスタックグループごとに、スイッチング素子、トランス、および整流回路からなる複数段のトランスバランス回路を介して、均等化の動作を実行し、
前記各電池セルの電圧を監視して検出し、
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、前記各段のスタックグループの電圧を算出し、該算出された電圧に基づいて前記均等化の動作を実行すべきスタックグループを決定し、該決定したスタックグループに対応する段のスイッチング素子に対して前記均等化の動作に対応するスイッチング動作を指示して前記均等化の動作を実行させる、
ことを特徴とする電池均等化方法。
【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および方法に関する。
【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電池ブロックが構成され、さらにこの電池ブロ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、電池ブロ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、電池ブロ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。さらには、電池ブロック間でも電圧の均等化を行う必要も生じる。
【０００５】
電池均等化制御の従来技術としては、放電が必要な電池セルからの放電電力を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】
アクティブ方式の従来技術として、インダクタ＋トランス方式が知られている（例えば特許文献１に記載の技術）。この方式は、インダクタ結合方式の回路構成に加えて、直列する電池セル内の連続する数セルずつの電池セルをスタックとしてまとめ、各スタックの両端子にトランスの各巻線を接続した方式である。この方式では、トランスの各巻線の巻数を同一にすることにより、数セルずつの電池セルからなるスタックを単位として各スタック間の両端電圧が均等化され、各スタック内の電池セル間の電圧はインダクタ結合方式により均等化される。この方式では、均等化時間を短縮することができる。
【０００７】
しかし、上述のインダクタ＋トランス結合方式の従来技術では、電池セルの直列数が増えると、トランスの二次巻線の数も増え、トランスのサイズが増大してしまうという問題点を有していた。また、二次巻線間のばらつきが増大して、電池セルの均等化の精度を出すことができなくなってしまうという問題点を有していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−３５６８０号公報
【特許文献２】特開２００５−３０４１１２号公報
【特許文献３】特開２００４−８８８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、電池セルの直列数が増えても二次巻線の数の増大を抑えてトランスのサイズの増大を抑えることを可能とし、二次巻線間のばらつきを抑えて均等化の精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
態様の一例は、複数の電池セルが直列接続され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として構成され、複数の電池セルのうち、所定数の電池セルからなる複数のスタックのうちの隣接する所定数のスタックごとに電荷の放電または充電を行わせることによって隣接する所定数のスタック間の電圧を均等化させる回路であって、隣接する所定数のスタックごとに、第１のスイッチング素子、第１のトランス、および第１の整流回路を介して、均等化の動作を実行する第１のトランスバランス回路と、隣接する所定数のスタックを一つのスタックグループとして、そのスタックグループごとに電荷の放電または充電を行わせることによってスタックグループ間の電圧を均等化させる回路であって、スタックグループごとに、第２のスイッチング素子、第２のトランス、および第２の整流回路を介して、均等化の動作を実行する第２のトランスバランス回路と、各電池セルの電圧を監視して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、スタックおよびスタックグループの電圧を算出し、その算出された電圧に基づいて均等化の動作を実行すべきスタックまたはスタックグループを決定し、その決定したスタックに対応する第１のスイッチング素子またはその決定したスタックグループに対応する第２のスイッチング素子に対して均等化の動作に対応するスイッチング動作を指示して均等化の動作を実行させるバランス制御部とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電池セルの直列数が増えても二次巻線の数の増大を抑えてトランスのサイズの増大を抑えることが可能となり、二次巻線間のばらつきを抑えて均等化の精度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態のシステム構成図である。
【図２】本実施形態におけるコンバータバランス回路の構成図である。
【図３】本実施形態のセル均等化の制御動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
第１のトランスバランス回路１０５は、隣接する所定数のスタック１０３に対して電荷の放電または充電を行わせることによってスタック１０３間の電圧を均等化させる回路である。より具体的には、第１のトランスバランス回路１０５は、例えば隣接する２個のスタック１０３ごとに、第１のスイッチング素子１１１、第１のトランス１１０、および第１の整流回路である第１のダイオード１１２を介して、均等化の動作を実行する。
【００１５】
図１の実施形態では、第１のトランスバランス回路１０５において、各第１のトランス１１０の一次巻線には、その第１のトランス１１０に接続される第１のスイッチング素子１１１を介して、隣接する２個ずつのスタック１０３かなるスタックグループの両端子が接続される。また、その第１のトランス１１０の２個の二次巻線にはそれぞれ、上述のスタックグループ内の各スタック１０３の両端子が第１のダイオード１１２を介して接続される。
【００１６】
第２のトランスバランス回路１０６は、上述のスタックグループごとに電荷の放電または充電を行わせることによってスタックグループ間の電圧を均等化させる回路である。より具体的には、第２のトランスバランス回路１０６は、スタックグループごとに、第２のスイッチング素子１１４、第２のトランス１１３、および第２の整流回路である第２のダイオード１１５を介して、均等化の動作を実行する。
【００１７】
図１の実施形態では、第２のトランスバランス回路１０６において、一次巻線には第２のトランス１１３に接続される第２のスイッチング素子１１４を介して組電池１０１の両端子が接続され、第２のトランス１１３の複数の二次巻線にはそれぞれ組電池１０１内の各スタックグループの両端子が第２のダイオード１１５を介して接続される。
【００１８】
スイッチ制御部１０９は、バランス制御部の一部として機能し、後述するＤＳＰ１０８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。各第１のスイッチング素子１１１および第２のスイッチング素子１１４は、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であり、スイッチ制御部１０９からのパルス信号によりスイッチング動作を行う。
【００１９】
コンバータバランス回路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から放電される電荷をそのスタック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。このコンバータバランス回路１０４は例えば、スタック１０３内の各電池セル１０２から放電される電力を、スイッチング素子およびインダクタを含む回路を介して、そのスタック１０３内の隣接する電池セルに充電させる。
【００２０】
電圧監視部１０７は、各電池セル１０２の電圧を監視しデジタル信号値として検出する。
デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ：以下「ＤＳＰ」と呼ぶ）１０８は、バランス制御部の一部として機能し、電圧監視部１０７が検出した各電池セル１０２の電圧のデジタル信号値に基づいて、デジタル信号処理によって、コンバータバランス回路１０４、第１のトランスバランス回路１０５、または第２のトランスバランス回路１１３のいずれかを選択して動作させる。
【００２１】
具体的には、ＤＳＰ１０８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、各第１のスイッチング素子１１１または第２のスイッチング素子１１４のいずれかを動作させるためのスイッチング動作をスイッチ制御部１０９に指示して、均等化の動作を実行させる。例えば、ＤＳＰ１０８は、決定したスタック１０３またはスタックグループの両端に第１のトランス１１０または第２のトランス１１３を介して所定の電圧を与えて充電を行うために、周波数およびデューティー比を指定したパルス信号を第１のスイッチング素子１１１または第２のスイッチング素子１１４に与えることを、スイッチ制御部１０９に指示する。
【００２２】
さらに具体的には、ＤＳＰ１０８は、電圧監視部１０７が検出した各電池セル１０３の電圧に基づいて組電池１０１全体の電圧を算出し、その電圧を組電池１０１における電池セル１０２の数で除算することでセル平均電圧を算出する。ＤＳＰ１０８は、各スタックグループごとに、そのスタックグループ内の各スタック１０３ごとの平均のセル電圧のセル平均電圧からのばらつきが閾値２（第１の閾値）以上であると判定したならば、スイッチ制御部１０９に対して、そのスタックグループに対応する第１のトランス１１０に接続される第１のスイッチング素子１１１によるスイッチング動作を指示する。具体的には、ＤＳＰ１０８は、スイッチ制御部１０９に対して、パルス信号を出力すべき第１のスイッチング素子１１１の識別情報を与え、また、そのパルス信号の周波数およびデューティー比を指定する。これにより、スイッチ制御部１０９は、指定された第１のスイッチング素子１１１に対して、指定された周波数およびデューティー比を有するパルス信号を出力する。この結果、指定された第１のスイッチング素子１１１がスイッチング動作を開始し、その第１のスイッチング素子１１１が接続される第１のトランス１１０および第１のダイオード１１２を介して、その第１のトランス１１０の二次巻線が接続されるスタックグループ内の各スタック１０３内の各電池セル１０２への充電が開始される。ＤＳＰ１０８は、上述のばらつきが閾値２より小さくなったら、そのスタックグループに対する均等化の動作を終了し、他の残っている未処理のスタックグループに対して、同様の均等化の動作を実行する。
【００２３】
次に、ＤＳＰ１０８は、組電池１０１内の各スタックグループごとに算出した平均のセル電圧の予め全体から求めてあるセル平均電圧からのばらつきが閾値３（第２の閾値）以上であると判定したならば、スイッチ制御部１０９に対して、第２のスイッチング素子１１４によるスイッチング動作を指示する。具体的には、ＤＳＰ１０８は、スイッチ制御部１０９に対して、第２のスイッチング素子１１４の識別情報を与え、また、パルス信号の周波数およびデューティー比を指定する。これにより、スイッチ制御部１０９は、指定された第２のスイッチング素子１１４に対して、指定された周波数およびデューティー比を有するパルス信号を出力する。この結果、指定された第２のスイッチング素子１１４がスイッチング動作を開始し、その第２のスイッチング素子１１４が接続される第２のトランス１１３および第２のダイオード１１５を介して、その第２のトランス１１３の二次巻線が接続される各スタックグループ内の各スタック１０３内の各電池セル１０２への充電が開始される。ＤＳＰ１０８は、上述のばらつきが閾値３より小さくなったら、各スタックグループに対する均等化の動作を終了する。
【００２４】
以上のように本実施形態では、トランスバランス回路が第１のトランスバランス回路１０５および第２のトランスバランス回路１０６の２段で構成される。そして、第１のトランスバランス回路１０５と第２のトランスバランス回路１０６は独立して動作し、電池セル１０２のばらつきに応じて、各々動作してバランスをとることができる。この結果、１段目の第１のトランスバランス回路１０５は、二次巻線の数が例えば２個というような、小型のトランスを用意すればよく、２段目の第２のトランスバランス回路１０６の二次巻線の数も少なくして小型化を実現できる。電池セル１０２の直列数が増えても、小型の第１のトランスバランス回路１０５の数を増やし、第２のトランスバランス回路１０６の二次巻線の数をスタックグループの数に対応させることによって対応でき、システムのサイズはそれほど増大しないで済む。あるいは、第１のトランスバランス回路１０５および第２のトランスバランス回路１０６に加えてさらに上位のトランスバランス回路を加えて多段構成にすることによっても対応することが可能となる。この場合は、第１のトランスバランス回路１０５および第２のトランスバランス回路１０６のサイズは変更する必要がない。
【００２５】
このように本実施形態によれば、電池セルの直列数が増えても二次巻線の数の増大を抑えてトランスのサイズの増大を抑えることが可能となる。
また、本実施形態では、トランスバランス回路１０５において、各スタック１０３ごとに、第１のスイッチング素子１１１、第１のトランス１１０、および第１のダイオード１１２を含む回路が個別に備えられる。そして、ＤＳＰ１０８は、スタック１０３ごとに、そのスタック１０３の電圧がスタック平均電圧に揃うように均等化制御を実施するときに、そのスタック１０３に対応する第１のスイッチング素子１１１に印加するパルス信号の周波数およびデューティー比を精密に決定する。この結果、各スタック１０３に充電される電圧を高い精度で制御することが可能となる。
【００２６】
図１のコンバータバランス回路１０４の詳細は、図２に示される。
図２において、スタック１０３および電圧監視部１０７は、図１の同じ番号の部分と同じである。
【００２７】
コンバータバランス回路１０４は、バランス回路２０１、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）２０２、およびスイッチ制御部２０３を備える。バランス回路２０１は、スタック１０３を構成する例えば＃１から＃４の４つの電池セル１０２に対して、複数のインダクタＬと複数のスイッチング素子ＳＷとを備える。具体的には、＃１と＃２の電池セル１０２の共通の接続端子に＃１のインダクタＬの第１の端子が、＃２と＃３の電池セル１０２の共通接続端子に＃２のインダクタＬの第１の端子が、＃３と＃４の電池セル１０２の共通接続端子に＃３のインダクタＬの第１の端子がそれぞれ接続される。また、＃１のインダクタＬの第２の端子は＃１と＃２のスイッチング素子ＳＷの共通接続端子に、＃２のインダクタＬの第２の端子は＃３と＃４のスイッチング素子ＳＷの共通接続端子に、＃３のインダクタＬの第２の端子は＃５と＃６のスイッチング素子ＳＷの共通接続端子にそれぞれ接続される。さらに、＃１の電池セル１０２の出力端子側は、＃１のスイッチング素子ＳＷの単独接続端子に接続される。＃１と＃２の電池セル１０２の共通接続端子は、＃２のスイッチング素子ＳＷに接続される。＃２と＃３の電池セル１０２の共通接続端子は、＃２および＃５のスイッチング素子ＳＷの共通接続端子に接続される。＃４の電池セル１０２の出力端子側は、＃６のスイッチング素子ＳＷの単独接続端子に接続される。
【００２８】
スイッチ制御部２０３は、ＤＳＰ２０２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から＃６の各スイッチング素子ＳＷは、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であり、スイッチ制御部２０３からのパルス信号によりスイッチング動作を行う。
【００２９】
電圧監視部１０７は、スタック１０３を構成する＃１から＃４の各電池セル１０２の各両端電圧を検出し、その検出した電圧をデジタル値として図１のＤＳＰ１０８および図２のＤＳＰ２０２に出力する。
【００３０】
上述のコンバータバランス回路１０４の構成において、ＤＳＰ２０２は、例えば＃１と＃２の電池セル１０２間のバランス制御を実施すると判定したときには、スイッチ制御部２０３に対して、所定の周波数とデューティー比を指定して、＃１と＃２のスイッチング素子ＳＷを動作させるように指示する。そして例えば、ＤＳＰ２０２が、電圧監視部１０７の電圧監視結果に基づいて、＃１の電池セル１０２の電圧が＃２の電池セル１０２の電圧よりも高いと判定する。この場合はまず、＃１のスイッチング素子ＳＷのオンオフ動作により、＃１の電池セル１０２から放電された電荷が＃１のインダクタＬに蓄積される。続いて、デューティー比分だけ遅れた＃２のスイッチング素子ＳＷのオンオフ動作により、＃１のインダクタＬに蓄積された電荷が＃２の電池セル１０２に充電される。逆に例えば、ＤＳＰ２０２が、電圧監視部１０７の電圧監視結果に基づいて、＃２の電池セル１０２の電圧が＃１の電池セル１０２の電圧よりも高いと判定する。この場合はまず、＃２のスイッチング素子ＳＷのオンオフ動作により、＃２の電池セル１０２から放電された電荷が＃１のインダクタＬに蓄積される。続いて、デューティー比分だけ遅れた＃１のスイッチング素子ＳＷのオンオフ動作により、＃１のインダクタＬに蓄積された電荷が＃１の電池セル１０２に充電される。
【００３１】
また、ＤＳＰ２０２は、＃２と＃３の電池セル１０２間のバランス制御を実施すると判定したときには、スイッチ制御部２０３に対して、所定の周波数とデューティー比を指定して、＃３と＃４のスイッチング素子ＳＷを動作させるように指示する。そして例えば、ＤＳＰ２０２が、電圧監視部１０７の電圧監視結果に基づいて、＃２の電池セル１０２の電圧が＃３の電池セル１０２の電圧よりも高いと判定する。この場合はまず、＃３のスイッチング素子ＳＷのオンオフ動作により、＃２の電池セル１０２から放電された電荷が＃２のインダクタＬに蓄積される。続いて、デューティー比分だけ遅れた＃４のスイッチング素子ＳＷのオンオフ動作により、＃２のインダクタＬに蓄積された電荷が＃３の電池セル１０２に充電される。逆に例えば、ＤＳＰ２０２が、電圧監視部１０７の電圧監視結果に基づいて、＃３の電池セル１０２の電圧が＃２の電池セル１０２の電圧よりも高いと判定する。この場合はまず、＃４のスイッチング素子ＳＷのオンオフ動作により、＃３の電池セル１０２から放電された電荷が＃２のインダクタＬに蓄積される。続いて、デューティー比分だけ遅れた＃３のスイッチング素子ＳＷのオンオフ動作により、＃２のインダクタＬに蓄積された電荷が＃２の電池セル１０２に充電される。
【００３２】
さらに、ＤＳＰ２０２は、＃３と＃４の電池セル１０２間のバランス制御を実施すると判定したときには、スイッチ制御部２０３に対して、所定の周波数とデューティー比を指定して、＃５と＃６のスイッチング素子ＳＷを動作させるように指示する。そして例えば、ＤＳＰ２０２が、電圧監視部１０７の電圧監視結果に基づいて、＃３の電池セル１０２の電圧が＃４の電池セル１０２の電圧よりも高いと判定する。この場合はまず、＃５のスイッチング素子ＳＷのオンオフ動作により、＃３の電池セル１０２から放電された電荷が＃３のインダクタＬに蓄積される。続いて、デューティー比分だけ遅れた＃６のスイッチング素子ＳＷのオンオフ動作により、＃３のインダクタＬに蓄積された電荷が＃４の電池セル１０２に充電される。逆に例えば、ＤＳＰ２０２が、電圧監視部１０７の電圧監視結果に基づいて、＃４の電池セル１０２の電圧が＃３の電池セル１０２の電圧よりも高いと判定する。この場合はまず、＃６のスイッチング素子ＳＷのオンオフ動作により、＃４の電池セル１０２から放電された電荷が＃３のインダクタＬに蓄積される。続いて、デューティー比分だけ遅れた＃５のスイッチング素子ＳＷのオンオフ動作により、＃３のインダクタＬに蓄積された電荷が＃３の電池セル１０２に充電される。
【００３３】
以上のようにして、コンバータバランス回路１０４では、電圧監視部１０７でのスタック１０３内の各電池セル１０２の電圧監視の結果、スタック１０３内でのバランス制御が必要であると判定されたときには、＃１から＃３のインダクタＬおよび＃１から＃６のスイッチング素子ＳＷが順次選択的に動作させられる。この結果、＃１から＃４の各電池セル１０２のそれぞれ隣接する電池セル１０２間でバランス制御が順次実施され、その動作が繰り返されることにより、最終的にスタック１０３内の＃１から＃４の電池セル１０２の電圧が均一になる。
【００３４】
上述の構成において、図２のＤＳＰ２０２は、図１のＤＳＰ１０８と同一のＤＰＳによって実現されてもよい。
図１の実施形態におけるトランスバランス回路１０５の動作について、更に詳細に説明する。
【００３５】
図３は、図１のＤＳＰ１０８が実行するセル均等化の制御動作を示すフローチャートである。この制御動作は、ＤＳＰ１０８内の特には図示しないプロセッサが、特には図示しないメモリに記憶された制御プログラムを実行する動作として実現される。この制御プログラムは、例えば本実施形態のシステムを搭載した車両のイグニッションオフ時またはアイドリング開始時に、１回、もしくは所定の時間間隔で繰返し、実行される。
【００３６】
まず、図１のＤＳＰ１０８は、電圧監視部１０７が検出した各電池セル１０３の電圧に基づいて組電池１０１全体の電圧を算出し、その電圧を組電池１０１における電池セル１０２の数で除算することでセル平均電圧を算出する。そして、ＤＳＰ１０８は、組電池１０１内の各電池セル１０２のセル平均電圧からのばらつきが閾値１以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０１）。
【００３７】
上記ばらつきが閾値１よりも小さくステップＳ３０１の判定がＮＯの場合には、セル均等化制御を実行する必要はないため、ＤＳＰ１０８は、今回のセル均等化の制御動作を終了する。
【００３８】
上記ばらつきが閾値１以上であってステップＳ３０１の判定がＹＥＳの場合には、ＤＳＰ１０８はさらに、第１のトランスバランス回路１０５内の各第１のトランス１１０の二次巻線が接続されるスタック１０３ごとに、そのスタック１０３内の各電池セル１０２の平均電圧のステップＳ３０１で算出されているセル平均電圧からのばらつきが閾値１以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０２）。
【００３９】
そして、上記ばらつきが閾値１以上であってステップＳ３０２の判定がＹＥＳとなったスタック１０３がある場合には、そのスタック１０３に接続されるコンバータバランス回路１０４内のＤＳＰ２０２に対して、図２を用いて前述した均等化制御の動作を実行させる。そして、ＤＳＰ１０８は、上記ばらつきが閾値１未満になったところで、上記コンバータバランス回路１０４の動作を停止させる（以上、ステップＳ３０３）。その後、ステップＳ３０２の判定処理に戻る。
【００４０】
組電池１０１内の全てのスタック１０３内の各上記ばらつきが閾値１以内になってステップＳ３０２の判定がＮＯになったら、次にＤＳＰ１０８は、各スタックグループごとに、そのスタックグループ内の各スタック１０３ごとの電池セル１０２の平均電圧のステップＳ３０１で算出されているセル平均電圧からのばらつきが閾値２（第１の閾値）以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０４）。
【００４１】
上記ばらつきが閾値２以上であってステップＳ３０４の判定がＹＥＳとなるスタックグループがある場合には、ＤＳＰ１０８は、スイッチ制御部１０９に対して、そのスタックグループに対応する第１のトランス１１０に接続される第１のスイッチング素子１１１の識別情報を与える。また、ＤＳＰ１０８は、スイッチ制御部１０９からその第１のスイッチング素子１１１に出力されるパルス信号の周波数およびデューティー比を指定する。これにより、スイッチ制御部１０９は、指定された第１のスイッチング素子１１１に対して、指定された周波数およびデューティー比を有するパルス信号を出力する。この結果、指定された第１のスイッチング素子１１１がスイッチング動作を開始し、その第１のスイッチング素子１１１が接続される第１のトランス１１０および第１のダイオード１１２を介して、その第１のトランス１１０の各二次巻線が接続されるスタック１０３内の各電池セル１０２への充電が開始される。そして、ＤＳＰ１０８は、上記ばらつきが閾値２未満になったところで、上記第１のスイッチング素子１１１の動作を停止させる（以上、ステップＳ３０５）。その後、ステップＳ３０４の判定処理に戻る。
【００４２】
組電池１０１内の全てのスタックグループについて、各スタックグループ内の上記ばらつきが閾値２以内になってステップＳ３０４の判定がＮＯになったら、次にＤＳＰ１０８は、組電池１０１内の各スタックグループごとに算出した平均のセル電圧の予め全体から求めてあるセル平均電圧からのばらつきが閾値３（第２の閾値）以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０６）。
【００４３】
ステップＳ３０６の判定がＹＥＳとなった場合、ＤＳＰ１０８は、スイッチ制御部１０９に対して、第２のスイッチング素子１１４によるスイッチング動作を指示する。具体的には、ＤＳＰ１０８は、スイッチ制御部１０９に対して、第２のスイッチング素子１１４の識別情報を与え、また、パルス信号の周波数およびデューティー比を指定する。これにより、スイッチ制御部１０９は、指定された第２のスイッチング素子１１４に対して、指定された周波数およびデューティー比を有するパルス信号を出力する。この結果、指定された第２のスイッチング素子１１４がスイッチング動作を開始し、その第２のスイッチング素子１１４が接続される第２のトランス１１３および第２のダイオード１１５を介して、その第２のトランス１１３の二次巻線が接続される各スタックグループ内の各スタック１０３内の各電池セル１０２への充電が開始される。そして、ＤＳＰ１０８は、上述のばらつきが閾値３より小さくなったら、各スタックグループに対する均等化の動作を終了する（以上ステップＳ３０７）。
【００４４】
ステップＳ３０７の処理の後、またはステップＳ３０６の判定がＮＯの場合に、今回の均等化制御の動作を終了する。
上述の実施形態において、図１のコンバータバランス回路１０４の具体的な構成としては、図２に示される回路構成が採用されたが、コンバータバランス回路１０４の構成はこれに限られるものではない。各スタック１０３ごとに、そのスタック１０３内の電池セル１０２のうちの１つ以上の電池セルから放電される電荷をそのスタック１０３内の電池セル１０２のうちの１つ以上の他の電池セル１０２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構成であれば、どのようなコンバータバランス回路１０４の構成が採用されてもよい。
【００４５】
さらに本実施形態では、トランスバランス回路は、第１のトランスバランス回路１０５および第２のトランスバランス回路１１３の２段構成が示されているが、隣接するスタックを複数段のスタックグループにグループ化して、各段のスタックグループごとに電荷の放電または充電を行わせることによって各段のスタックグループ間の電圧を均等化させる回路であって、各段のスタックグループごとに、スイッチング素子、トランス、および整流回路を介して均等化の動作を実行する３段以上の複数段かなるトランスバランス回路が採用されてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１０１  組電池
１０２  電池セル
１０３  スタック
１０４  コンバータバランス回路
１０５  第１のトランスバランス回路
１０６  第２のトランスバランス回路
１０７  電圧監視部
１０８、２０２  ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）
１０９、２０３  スイッチ制御部
１１０  第１のトランス
１１１  第１のスイッチング素子
１１２  第１のダイオード
１１３  第２のトランス
１１４  第２のスイッチング素子
１１５  第２のダイオード
【図１】
2013207906.tif 000003
【図２】
2013207906.tif 000004
【図３】
2013207906.tif 000005