(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池からなる単位セルを複数個直列に接続して構成され、負荷や充電器が両端に接続された閉回路状態において充放電を行う組電池の充電状態を調整する組電池の充電状態調整装置であって、
前記負荷や前記充電器とは絶縁して設けられたキャパシタ及び前記組電池の開回路状態において、前記各単位セルを前記キャパシタに接続して、前記各単位セルの両端電圧を均等化するキャパシタ接続手段を有する第１の充電状態調整手段と、
前記単位セルを放電させるための放電抵抗及び前記組電池の開回路状態において、前記各単位セルを前記放電抵抗に接続して、前記各単位セルの両端電圧を均等化する抵抗接続手段とを有する第２の充電状態調整手段と、
前記各単位セルの両端電圧のばらつき度合が大きいか否かを判断する判断手段とを備え、
前記判断手段により、ばらつき度合が大きいと判断されている間は、前記キャパシタ接続手段による均等化が行われ、否と判断されている間は、前記抵抗接続手段による均等化が行われる
ことを特徴とする組電池の充電状態調整装置。
【請求項２】
請求項１記載の組電池の充電状態調整装置であって、
前記キャパシタ及び前記放電抵抗は、第１の接続点及び第２の接続点間に並列に設けられ、
前記各単位セルのプラス端子を前記第１の接続点に、マイナス端子を前記第２の接続点に接続するスイッチ手段と、
前記第１及び前記第２の接続点間に、前記キャパシタと直列に設けられた第１のスイッチ素子と、
前記第１及び第２の接続点間に、前記放電抵抗と直列に設けられた第２のスイッチ素子とをさらに備え、
前記キャパシタ接続手段は、前記第１のスイッチ素子をオン制御した状態で、前記スイッチ手段のオンオフ制御を行って、前記各単位セルを前記キャパシタに接続し、
前記抵抗接続手段は、前記第２のスイッチ素子をオン制御した状態で、前記スイッチ手段のオンオフ制御を行って、前記各単位セルを前記放電抵抗に接続する
ことを特徴とする組電池の充電状態調整装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の組電池の充電状態調整装置であって、
前記各単位セルの両端電圧を各々検出する電圧検出手段をさらに備え、
前記判断手段は、前記電圧検出手段により検出された両端電圧のうちの最大両端電圧と、最小両端電圧との差が、所定値以上の間は、ばらつき度合が大きいと判断し、前記最大両端電圧と、前記最小両端電圧との差が、前記所定値より小さい間は、否と判断する
ことを特徴とする組電池の充電状態調整装置。
【請求項４】
請求項２記載の組電池の充電状態調整装置であって、
前記第１及び前記第２の接続点間に設けられ、当該両端に接続された前記単位セルの両端電圧に応じた電圧信号を出力する信号出力手段と、
前記スイッチ手段のオンオフ制御を行って、前記各単位セルの１つを前記信号出力手段に接続して、前記各単位セルの両端電圧を検出する電圧検出手段とを備え、
前記判断手段は、前記電圧検出手段により検出された両端電圧のうちの最大両端電圧と、最小両端電圧との差が、所定値以上の間は、ばらつき度合が大きいと判断し、前記最大両端電圧と、前記最小両端電圧との差が、前記所定値より小さい間は、否と判断する
ことを特徴とする組電池の充電状態調整装置。
【請求項５】
二次電池からなる単位セルを複数個直列に接続して構成され、負荷や充電器が両端に接続された閉回路状態において充放電を行う組電池の充電状態を調整するに当たり、
前記各単位セルの両端電圧のばらつき度合が大きいとき、前記負荷や前記充電器とは絶縁されたキャパシタに前記各単位セルを、前記組電池の開回路状態において接続し、
前記各単位セルの両端電圧のばらつき度合が大きくないとき、放電抵抗に前記各単位セルを、前記組電池の開回路状態において接続する
ことを特徴とする組電池の充電状態調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、二次電池からなる単位セルを複数個直列に接続して構成され、負荷や充電器が両端に接続された閉回路状態において充放電を行う組電池の充電状態を調整する装置及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、電動モータを用いて走行する電気自動車や、エンジンと電動モータとを併用して走行するハイブリッド電気自動車においては、ニッケル−水素電池やリチウム電池といった二次電池を単位セルとしてこれらを複数個直列接続した組電池が、電動モータの電源として用いられている。
【０００３】
そして、上述した組電池には、充放電を繰り返すうちに、各単位セルの充電状態（ＳＯＣ）に基づく両端電圧にばらつきが生じ、これを放置したまま充電や放電を行うと、一部の単位セルが過充電状態や過放電状態になりかねない、という問題があることが知られている。
【０００４】
そこで、特開平６−３１９２８７号公報では、各単位セルの両端電圧の大小に応じて論理回路が出力する信号により放電回路のスイッチを開閉させて、両端電圧の高い単位セルの蓄積電荷を放電させることで、全ての単位セルを両端電圧の最も低い単位セルと同じ両端電圧にすることで、各単位セルの両端電圧のばらつきを解消することが提案されている。
【０００５】
また、特開平８−１８２２１６号公報では、各単位セルを、所定のキャパシタ電圧を有するキャパシタに接続するものが提案されている。これにより、キャパシタ電圧より高い両端電圧を持つ単位セルの電荷が、キャパシタに移動され、逆に、キャパシタ電圧より低い両端電圧を持つ単位セルに、キャパシタの電荷が移動される。即ち、キャパシタを介して、両端電圧の高い方から低い方への蓄積電荷の移動が行われるため、各単位セルの両端電圧のばらつきを解消することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特開平６−３１９２８７号公報により提案された従来の解消法では、両端電圧の高い単位セルを放電させるため、電気エネルギーが無駄に消費されてしまうという問題がある。
【０００７】
その点、両端電圧の高い方の単位セルによりキャパシタに蓄積した電荷で両端電圧の低い方の単位セルを充電するという、特開平８−１８２２１６号公報により提案された従来の解消法は、電気エネルギーが無駄に消費されることがない分、有利であるといえる。
【０００８】
しかし、特開平８−１８２２１６号公報により提案された従来の解消法では、各単位セルの両端電圧の均等化がすすみ各単位セルの両端電圧のばらつきが小さくなると、キャパシタ電圧と各単位セルの両端電圧との電圧差の減少に伴い電荷の移動量が減少するため、完全に均一になるまで時間がかかるという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、短時間に、かつ電気エネルギーのロスを抑えて、各単位セルの両端電圧の均等化を行う組電池の充電状態調整装置及びその方法を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、図１の基本構成図によれば、二次電池からなる単位セルＢS1〜ＢSnを複数個直列に接続して構成され、負荷や充電器が両端に接続された閉回路状態において充放電を行う組電池Ｂの充電状態を調整する組電池の充電状態調整装置であって、前記負荷や前記充電器とは絶縁して設けられたキャパシタＣB及び前記組電池の開回路状態において、前記各単位セルを前記キャパシタに接続して、前記各単位セルの両端電圧を均等化するキャパシタ接続手段２ｄ−１１を有する第１の充電状態調整手段と、前記単位セルを放電させるための放電抵抗ＲB及び前記組電池の開回路状態において、前記各単位セルを前記放電抵抗に接続して、前記各単位セルの両端電圧を均等化する抵抗接続手段２ｄ−１２とを有する第２の充電状態調整手段と、前記各単位セルの両端電圧のばらつき度合が大きいか否かを判断する判断手段２ｄ−１３とを備え、前記判断手段により、ばらつき度合が大きいと判断されている間は、前記キャパシタ接続手段による均等化が行われ、否と判断されている間は、前記抵抗接続手段による均等化が行われることを特徴とする組電池の充電状態調整装置に存する。
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、判断手段により、各単位セルの両端電圧のばらつき度合が大きいと判断されている間は、第１の充電状態調整手段において、キャパシタ接続手段が、各単位セルをキャパシタに接続して、各単位セルの両端電圧を均等化する。逆に、ばらつき度合が大きくなく、否と判断されている間は、第２の充電状態調整手段において、抵抗接続手段が、各単位セルを放電抵抗に接続して、各単位セルの両端電圧を均等化する。
【００１２】
従って、各単位セルのばらつき度合が大きい間は、キャパシタ接続手段による均等化が行われるため、電気エネルギーが放電抵抗によって無駄に消費されることがない。また、各単位セルのばらつき度合が大きくない間は、キャパシタ接続手段による均等化では、電荷の移動量が少なくなるため、均等化に時間がかかるが、本発明では、各単位セルのばらつき度合が大きくない間は、抵抗接続手段による均等化が行われるため、短時間に各単位セルの両端電圧の均等化を図ることができる。また、ばらつき度合が小さいため、放電抵抗によって消費される電気エネルギーも少なくてすむ。
【００１３】
請求項２記載の発明は、図１の基本構成図によれば、請求項１記載の組電池の充電状態調整装置であって、前記キャパシタ及び前記放電抵抗は、第１の接続点ｃ１及び第２の接続点ｃ２間に並列に設けられ、前記各単位セルのプラス端子を前記第１の接続点に、マイナス端子を前記第２の接続点に接続するスイッチ手段２ｂと、前記第１及び前記第２の接続点間に、前記キャパシタと直列に設けられた第１のスイッチ素子ＳC1と、前記第１及び第２の接続点間に、前記放電抵抗と直列に設けられた第２のスイッチ素子ＳC2とをさらに備え、前記キャパシタ接続手段は、前記第１のスイッチ素子をオン制御した状態で、前記スイッチ手段のオンオフ制御を行って、前記各単位セルを前記キャパシタに接続し、前記抵抗接続手段は、前記第２のスイッチ素子をオン制御した状態で、前記スイッチ手段のオンオフ制御を行って、前記各単位セルを前記放電抵抗に接続することを特徴とする組電池の充電状態調整装置に存する。
【００１４】
請求項２記載の発明によれば、キャパシタ及び放電抵抗が、第１の接続点及び第２の接続点間に、並列に、設けられている。スイッチ手段が、各単位セルのプラス端子を第１の接続点に、マイナス端子を第２の接続点に接続する。第１のスイッチ素子が、第１及び第２の接続点間に、キャパシタと直列に設けられている。第２のスイッチ素子が、第１及び第２の接続点間に、放電抵抗と直列に設けられている。以上の構成において、キャパシタ接続手段が、第１のスイッチ素子をオン制御した状態で、スイッチ手段のオンオフ制御を行えば、各単位セルをキャパシタに接続することができる。また、抵抗接続手段が、第２のスイッチ素子をオン制御した状態で、スイッチ手段のオンオフ制御を行えば、各単位セルを放電抵抗に接続することができる。
【００１５】
従って、キャパシタ接続手段と抵抗接続手段とで、スイッチ手段を兼用することができ、各々別途に、各単位セルと、キャパシタ又は放電抵抗とを接続するスイッチ手段を設ける必要がない。
【００１６】
請求項３記載の発明は、図１の基本構成図によれば、請求項１又は２記載の組電池の充電状態調整装置であって、前記各単位セルの両端電圧を各々検出する電圧検出手段２ｄ−１４をさらに備え、前記判断手段は、前記電圧検出手段により検出された両端電圧のうちの最大両端電圧と、最小両端電圧との差が、所定値以上の間は、ばらつき度合が大きいと判断し、前記最大両端電圧と、前記最小両端電圧との差が、前記所定値より小さい間は、否と判断することを特徴とする組電池の充電状態調整装置に存する。
【００１７】
請求項３記載の発明によれば、電圧検出手段が、各単位セルの両端電圧を各々検出する。判断手段が、電圧検出手段により検出された各両端電圧のうちの最大両端電圧と、最小両端電圧との差が、所定値以上の間は、ばらつき度合が大きいと判断し、最大両端電圧と、最小両端電圧との差が、所定値より小さい間は、否と判断する。
【００１８】
従って、各単位セルの最大両端電圧と最小両端電圧との差が、所定値以上の間は、第１の充電状態調整手段による均等化が行われるため、大きな電気エネルギーが無駄に消費されることがない。また、各単位セルの最大両端電圧と最小両端電圧との差が、所定値より小さい間は、第２の充電状態調整手段による均等化が行われるため、短時間に各単位セルの両端電圧の均等化を図ることができる。
【００１９】
請求項４記載の発明は、図１の基本構成図に示すように、請求項２記載の組電池の充電状態調整装置であって、前記第１及び前記第２の接続点間に設けられ、当該両端に接続された前記単位セルの両端電圧に応じた電圧信号を出力する信号出力手段２ｃと、前記スイッチ手段のオンオフ制御を行って、前記各単位セルの１つを前記信号出力手段に接続して、前記各単位セルの両端電圧を検出する電圧検出手段２ｄ−１４とを備え、前記判断手段は、前記電圧検出手段により検出された両端電圧のうちの最大両端電圧と、最小両端電圧との差が、所定値以上の間は、ばらつき度合が大きいと判断し、前記最大両端電圧と、前記最小両端電圧との差が、前記所定値より小さい間は、否と判断することを特徴とする組電池の充電状態調整装置に存する。
【００２０】
請求項４記載の発明によれば、信号出力手段が、第１及び第２の接続点間に設けられ、その両端に接続された単位セルの両端電圧に応じた電圧信号を出力する。電圧検出手段が、スイッチ手段のオンオフ制御を行って、各単位セルの１つを信号出力手段に接続して、各単位セルの両端電圧を検出する。判断手段が、電圧検出手段により検出された両端電圧のうちの最大両端電圧と、最小両端電圧との差が、所定値以上の間は、ばらつき度合が大きいと判断し、最大両端電圧と、最小両端電圧との差が、所定値より小さい間は、否と判断する。
【００２１】
従って、判断手段による判断を行うための電圧検出手段が、各単位セルをキャパシタ又は放電抵抗と接続するためのスイッチ手段を流用して、各単位セルの両端電圧を検出することができ、各々別途に、スイッチ手段を設ける必要がない。
【００２２】
請求項５記載の発明は、二次電池からなる単位セルを複数個直列に接続して構成され、負荷や充電器が両端に接続された閉回路状態において充放電を行う組電池の充電状態を調整するに当たり、前記各単位セルの両端電圧のばらつき度合が大きいとき、前記負荷や前記充電器とは絶縁されたキャパシタに前記各単位セルを、前記組電池の開回路状態において接続し、前記各単位セルの両端電圧のばらつき度合が大きくないとき、放電抵抗に前記各単位セルを、前記組電池の開回路状態において接続することを特徴とする組電池の充電状態調整方法に存する。
【００２３】
請求項５記載の発明によれば、各単位セルの両端電圧のばらつき度合が大きいと判断されている間、各単位セルがキャパシタに接続されて、各単位セルの両端電圧が均等化されるため、電気エネルギーが放電抵抗によって無駄に消費されることがない。また、ばらつき度合が大きくないと判断されている間、キャパシタによる均等化では、電荷の移動量が少なくなるため、均等化に時間がかかるが、本発明では、各単位セルのばらつき度合が大きくない間は、放電抵抗による均等化が行われるため、短時間に各単位セルの両端電圧の均等化を図ることができる。また、ばらつき度合が小さいため、放電抵抗によって消費される電気エネルギーも小さくてすむ。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。
図２は、本発明の組電池の充電状態調整方法を実施した組電池の充電状態調整装置（以下、調整装置）の一実施の形態を示す回路図である。
図２中引用符号１で示す本実施形態の調整装置は、エンジンと電動モータ（いずれも図示せず。）を走行駆動源として併用するハイブリッド電気自動車（以下、車両）において、前記電動モータの電源として用いられるメインバッテリＢ（請求項中の組電池に相当）に接続して使用されるものである。
【００２５】
前記メインバッテリＢは、二次電池からなる単位セルＢS1、ＢS2、…、ＢSnをｎ個直列に接続して構成されており、メインバッテリＢの両端には、電動モータ等が必要に応じて負荷として接続される他、オルタネータ等（図示せず）が必要に応じて充電器として接続される。
【００２６】
そして、本実施形態の調整装置１は、さらに均等化部２を備えている。均等化部２は、接続点ｃ１（請求項中の第１の接続点に相当。）−接続点ｃ２（請求項中の第２の接続点に相当）間に設けられた均等充電用コンデンサＣB（請求項中のキャパシタに相当。）と、接続点ｃ１−接続点ｃ２間に、上記均等充電用コンデンサＣBと直列に設けられたスイッチＳC1を有している。なお、上記均等充電用コンデンサＣBは、前記不図示の負荷やオルタネータとは絶縁して設けられている。
【００２７】
均等化部２はまた、均等充電用コンデンサＣBと並列に設けられた放電抵抗ＲBと、接続点ｃ１−接続点ｃ２間に上記放電抵抗ＲBと直列に設けられたスイッチＳC2とを有している。そして、上記スイッチＳC1（請求項中の第１のスイッチ素子に相当。）及びＳC2（請求項中の第２のスイッチ素子に相当。）が、均等化切替部２ａを構成している。
【００２８】
また、均等化部２は、各単位セルＢS1〜ＢSnのプラス端子を接続点ｃ１に、マイナス端子を接続点ｃ２に各々接続するためのスイッチ部２ｂ（請求項中のスイッチ手段に相当。）を有している。スイッチ部２ｂは、単位セルＢS1のプラス端子、各単位セルＢS1〜ＢSnの接続点及び単位セルＢSnのマイナス端子に、一端が各々接続されているスイッチＳR1、ＳR2、…、ＳRn+1から構成されるセル切替部２ｂ−１を有している。そして、スイッチＳR1の他端は、接続点ｃ３に、スイッチＳR2の他端は、接続点ｃ４に、スイッチＳR3の他端は、接続点ｃ３に、…といったように、これらスイッチＳR1〜ＳRn+1の他端は、接続点ｃ３及びｃ４に、交互に接続されている。
【００２９】
スイッチ部２ｂはまた、一端が接続点ｃ３に接続され、他端が接続点ｃ１に接続されるスイッチＳA1、一端が接続点ｃ４に接続され、他端が接続点ｃ２に接続されるスイッチＳA2、一端が接続点ｃ３に接続され、他端が接続点ｃ２に接続されるスイッチＳB1及び一端が接続点ｃ４に接続され、他端が接続点ｃ１に接続されるスイッチＳB2を有する極性反転部２ｂ−２を有している。
【００３０】
従って、スイッチ部２ｂにおいて、セル切替部２ｂ−１内のスイッチＳR1及びＳR2のみをオン制御するとともに、極性反転部２ｂ−２内のスイッチＳA1及びＳA2のみをオン制御すれば、単位セルＢS1のプラス端子を接続点ｃ１に、マイナス端子を接続点ｃ２に各々接続することができる。
【００３１】
また、セル切替部２ｂ−１内のスイッチＳR2及びＳR3のみをオン制御するとともに、極性反転部２ｂ−２内のスイッチＳB1及びＳB2のみをオン制御すれば、単位セルＢS2のプラス端子を接続点ｃ１に、マイナス端子を接続点ｃ２に各々接続することができる。従って、スイッチ部２ｂ内のスイッチをオンオフ制御すれば、各単位セルＢS1〜ＢSnのプラス端子を接続点ｃ１に、マイナス端子を接続点ｃ２に各々接続することができる。
【００３２】
また、スイッチ部２ｂによって、各単位セルＢS1〜ＢSnのプラス端子を接続点ｃ１に、マイナス端子を接続点ｃ２に各々接続した状態で、スイッチＳc1をオン制御すれば、各単位セルＢS1〜ＢSnの両端に均等充電用コンデンサＣBを接続することができる。一方、スイッチＳc2をオン制御すれば、各単位セルＢS1〜ＢSnの両端に放電抵抗ＲBを接続することができる。
【００３３】
さらに、均等化部２は、接続点ｃ１−接続点ｃ２間に設けられた電圧検出部２ｃ（請求項中の信号出力手段に相当。）を有している。この電圧検出部２ｃは、その両端、即ち、接続点ｃ１−接続点ｃ２間に接続された各単位セルＢS1〜ＢSnの両端電圧に応じた電圧信号を出力する。さらに、均等化部２は、均等化切替部２ａ及びスイッチ部２ｂ内のスイッチの制御端子が、接続されるマイクロコンピュータ（以下、μＣＯＭ）２ｄを有している。このμＣＯＭ２ｄには、さらに、上記電圧検出部２ｃから出力された電圧信号が供給されている。
【００３４】
上記μＣＯＭ２ｄは、処理プログラムに従って各種の処理を行う中央演算処理ユニット（以下、ＣＰＵ）２ｄ−１、ＣＰＵ２ｄ−１が行う処理のプログラムなどを格納した読出専用のメモリであるＲＯＭ２ｄ−２、ＣＰＵ２ｄ−１での各種の処理過程で利用するワークエリア、各種データを格納するデータ記憶エリアなどを有する読出書き込み自在のメモリであるＲＡＭ２ｄ−３を有し、これらがバスラインによって接続されている。
【００３５】
上述した構成の調整装置１の動作を、図３のＣＰＵ２ｄ−１の処理手順を参照して以下説明する。
ＣＰＵ２ｄ−１は、例えば、車両が走行している可能性のないイグニッションスイッチのオフによって動作を開始し、図示しない初期ステップにおいて、μＣＯＭ２ｄ内のＲＡＭ２ｄ−３に形成した各種のエリアの初期設定を行ってからその最初のステップＳ１に進む。
【００３６】
上記ステップＳ１において、ＣＰＵ２ｄ−１は、電圧検出手段として働き、各単位セルＢS1〜ＢSnの両端電圧を各々検出する電圧検出処理を行う。次に、ＣＰＵ２ｄ−１は、上記電圧検出処理で検出した単位セルＢS1〜ＢSnの両端電圧のうちの最大両端電圧Ｖmaxと、最小両端電圧Ｖminとの差が所定電圧ＶAより小さいか否かを判断する（ステップＳ２）。
【００３７】
このとき、最大両端電圧Ｖmax−最小両端電圧Ｖmin＜所定電圧ＶAであれば（ステップＳ２でＹ）、ＣＰＵ２ｄ−１は、各単位セルＢS1〜ＢSnの両端電圧がほぼ均一であり、均等化処理を行う必要がないと判断して、直ちに処理を終了する。これに対して、最大両端電圧Ｖmax−最小両端電圧Ｖmin≧所定電圧ＶAであれば（ステップＳ２でＮ）、ＣＰＵ２ｄ−１は、各単位セルＢS1〜ＢSnの両端電圧にばらつきが生じていると判断して、次のステップＳ３に進む。
【００３８】
ステップＳ３において、ＣＰＵ２ｄ−１は、判断手段として働き、上記電圧検出処理で検出した単位セルＢS1〜ＢSnの両端電圧のうちの最大両端電圧Ｖmaxと、最小両端電圧Ｖminとの差が上記所定電圧ＶAより大きい値に設定された所定電圧ＶB（請求項中の所定値に相当）より小さいか否かを判断する。このとき、最大両端電圧Ｖmax−最小両端電圧Ｖmin＜所定電圧ＶBであれば（ステップＳ３でＹ）、ＣＰＵ２ｄ−１は、各単位セルＢS1〜ＢSnの両端電圧のばらつきは小さいものと判断して、ステップＳ５の放電抵抗ＲBによる均等化処理を行う。
【００３９】
放電抵抗ＲBによる均等化処理において、ＣＰＵ２ｄ−１は、抵抗接続手段として働き、全ての単位セルＢS1〜ＢSnの両端電圧が、最小両端電圧Ｖminと同じになるように、各単位セルＢS1〜ＢSnの両端を、放電抵抗ＲBに接続することにより、両端電圧の均等化を図る。
【００４０】
これに対して、最大両端電圧Ｖmax−最小両端電圧Ｖmin≧所定電圧ＶBであれば（ステップＳ３でＮ）、ＣＰＵ２ｄ−１は、各単位セルＢS1〜ＢSnの両端電圧のばらつきが大きいものであると判断して、ステップＳ４の均等充電用コンデンサＣBによる均等化処理を行う。均等充電用コンデンサＣBによる均等化処理において、ＣＰＵ２ｄ−１は、キャパシタ接続手段として働き、各単位セルＢS1〜ＢSnの両端をサイクリックに均等充電用コンデンサＣBに接続し、均等充電用コンデンサＣBを介して、両端電圧の高い方から低い方へ電荷を移動させることにより、両端電圧の均等化を図る。
【００４１】
次に、上述した電圧検出処理の詳細な動作について、図４のＣＰＵ２ｄ−１の処理手順を示すフローチャートを参照して以下説明する。
電圧検出処理において、ＣＰＵ２ｄ−１は、まず、ＲＡＭ２ｄ−３内に格納されているセルカウント値ｊに応じたスイッチＳRj及びＳRj+1のみをオン制御する（ステップＳ１００）。次に、ＣＰＵ２ｄ−１は、ＲＡＭ２ｄ−３内に格納されているフラグＦ１が１に設定されているか否かを判断する（ステップＳ１０１）。
【００４２】
なお、イグニッションスイッチオフに応じて、電圧検出処理に進んだ時点では、セルカウント値ｊ及びフラグＦ１は、１に初期設定されているため、上記ステップＳ１００において、ＣＰＵ２ｄ−１は、スイッチＳR1及びＳR2をオン制御する。また、ステップＳ１０１において、ＣＰＵ２ｄ−１は、フラグＦ１が１に設定されていると判断し（ステップＳ１０１でＹ）、極性反転部２ｂ−２内のスイッチＳA1及びＳA2をオン制御する（ステップＳ１０２）。従って、単位セルＢS1のマイナス端子が、接続点ｃ２に、プラス端子が接続点ｃ１に接続され、電圧検出部２ｃからは、単位セルＢS1の両端電圧に応じた電圧信号が出力される。
【００４３】
次に、ＣＰＵ２ｄ−１は、フラグＦ１を０に、セルカウント値ｊをインクリメントして、２に設定した後（ステップＳ１０３、Ｓ１０６）、電圧検出部２ｃから検出された電圧信号を取り込み、単位セルＢS1の両端電圧として、ＲＡＭ２ｄ−３内に格納する電圧取込処理を行う（ステップＳ１０７）。
【００４４】
その後、ＣＰＵ２ｄ−１は、上記セルカウント値ｊが単位セルＢS1〜ＢSnの個数ｎより大きいか否かを判断する（ステップＳ１０８）。上述したように、セルカウント値ｊが２（＜ｎ）に設定されていれば、ＣＰＵ２ｄ−１は、ｎより大きくないと判断して（ステップＳ１０８でＮ）、再びステップＳ１００に戻る。
【００４５】
再びステップＳ１００に戻ると、ステップＳ１０６によりセルカウント値ｊが２に、ステップＳ１０３によりフラグＦ１が０に各々設定されているため、ＣＰＵ２ｄ−１は、ステップＳR2及びＳR3をオン制御するとともに（ステップＳ１００）、スイッチＳB1及びＳB2をオン制御する（ステップＳ１０１でＮ→ステップＳ１０４）。従って、単位セルＢS2のマイナス端子が接続点ｃ２に、プラス端子が接続点ｃ１に接続され、電圧検出部２ｃからは単位セルＢS2の両端電圧に応じた電圧信号が出力される。
【００４６】
次に、ＣＰＵ２ｄ−１は、フラグＦ１を１に、セルカウント値をインクリメントして、３に設定した後（ステップＳ１０５、ステップＳ１０６）、電圧検出部２ｃから検出された電圧信号を取り込み、単位セルＢS2の両端電圧として、ＲＡＭ２ｄ−３内に格納する電圧取込処理を行う（ステップＳ１０７）。
【００４７】
上記ステップＳ１００〜Ｓ１０８を繰り返した結果、セルカウント値ｊがｎを越えれば（ステップＳ１０８でＹ）、ＣＰＵ２ｄ−１は、全ての単位セルＢS1〜ＢSnの両端電圧がＲＡＭ２ｄ−３内に格納されたと判断して、セルカウント値ｊ及びフラグＦ１を１に設定するとともに、スイッチ部２ｂ内のスイッチを全てオフにしてリターンする（ステップＳ１０９）。以上の電圧検出処理によって、ＣＰＵ２ｄ−１は、各単位セルＢS1〜ＢSnの両端を、順次、電圧検出部２ｃに接続して、各単位セルＢS1〜ＢSnの両端電圧を検出することができる。
【００４８】
次に、上述した均等充電用コンデンサＣBによる均等化処理の詳細な動作について、図５のＣＰＵ２ｄ−１の処理手順を示すフローチャートを参照して以下説明する。
均等充電用コンデンサＣBによる均等化処理において、ＣＰＵ２ｄ−１は、まず、均等化切替部２ａ内のスイッチＳC1をオン制御する（ステップＳ４００）。このスイッチＳC1のオン制御により、接続点ｃ１−接続点ｃ２間に接続されている単位セルＢS1〜ＢSnの両端を、均等充電用コンデンサＣBに接続することができる。
【００４９】
次に、ＣＰＵ２ｄ−１は、上述した電圧検出処理ですでに説明したステップＳ１００〜ステップＳ１０９の動作を行う。このステップＳ１００〜Ｓ１０９の動作を行うことにより、各単位セルＢS1〜ＢSnのプラス端子が接続点ｃ１に、マイナス端子が接続点ｃ２に、順次、接続される。従って、スイッチＳC1を介して、単位セルＢS1〜ＢSnの両端は、順次、均等充電用コンデンサＣBに接続されることになる。
【００５０】
さらに、ステップＳ１０３又はＳ１０５の後に、所定時間Ｔ１の経過を待って、次のステップＳ１０６に進む、ステップＳ４０１及び４０２の動作を行うことにより、単位セルＢS1〜ＢSnの両端が、所定時間Ｔ１毎に、順次、均等充電用コンデンサＣBに接続される。また、ステップＳ１０７では、所定時間Ｔ１、均等充電用コンデンサＣBに接続した後の、単位セルＢS1〜ＢSnの両端電圧を、検出することができる。
【００５１】
ここで、単位セルＢSjが均等充電用コンデンサＣBに接続された場合の電荷の移動について説明する。この時点での均等充電用コンデンサＣBの両端電圧が単位セルＢSjの両端電圧よりも高ければ、均等充電用コンデンサＣBに蓄積された電荷の単位セルＢSjへの移動が起こり、反対に、均等充電用コンデンサＣBの両端電圧が単位セルＢSjの両端電圧よりも低ければ、単位セルＢSjに蓄積された電荷の均等充電用コンデンサＣBへの移動が起こる。
【００５２】
そして、均等充電用コンデンサＣBに蓄積された電荷の単位セルＢSjへの移動が起こった場合は、均等充電用コンデンサＣBによって単位セルＢSjが充電されて単位セルＢSjの両端電圧が上がるのに対して、蓄積電荷を単位セルＢSjに放出した均等充電用コンデンサＣBの両端電圧が放電により下がって、単位セルＢSjの両端電圧と、均等充電用コンデンサＣBの両端電圧との差が小さくなる。
【００５３】
これに対し、単位セルＢSjに蓄積された電荷の均等充電用コンデンサＣBへの移動が起こった場合は、単位セルＢSjによって均等充電用コンデンサＣBが充電されて均等充電用コンデンサＣBの両端電圧ＢSjが上がるのに対して、蓄積電荷を均等充電用コンデンサＣBに放出した単位セルＢSjの両端電圧Ｖｎが放電により下がって、単位セルＢSjの両端電圧と、均等充電用コンデンサＣBの両端電圧との差が小さくなる。
【００５４】
従って、単位セルＢS1〜ＢSnを所定時間Ｔ１毎に、順次、均等充電用コンデンサＣBに接続すると、均等充電用コンデンサＣBを介して、両端電圧の高い方から低い方への蓄積電荷の移動が行われるため、各単位セルＢS1〜ＢSnの両端電圧の差が縮小する。
【００５５】
この結果、ステップＳ１０７で検出した単位セルＢS1〜ＢSnの両端電圧のうちの最大両端電圧Ｖmaxと、最小両端電圧Ｖminとの差が所定電圧ＶBより小さくなれば（ステップＳ４０３でＹ）、ＣＰＵ２ｄ−１は、各単位セルＢS1〜ＢSnの両端電圧のばらつきが小さくなったと判断して、スイッチＳC1をオフ制御した後（ステップＳ４０４）、リターンする。一方、最大両端電圧Ｖmaxと、最小両端電圧Ｖminとの差が所定電圧ＶB以上であれば（ステップＳ４０３でＮ）、ＣＰＵ２ｄ−１は、各単位セルＢS1〜ＢSnの両端電圧のばらつきが大きいままであるとして、再びステップＳ１００に戻る。
【００５６】
以上の均等充電用コンデンサＣBによる均等化処理により、単位セルＢS1〜ＢSnの最大両端電圧Ｖmaxと、最小両端電圧Ｖminとの差が所定電圧ＶBより小さくなって、単位セルＢS1〜ＢSnの両端電圧のばらつきが小さくなる。
【００５７】
次に、上述した放電抵抗ＲBによる均等化処理の詳細な動作について、図６のＣＰＵ２ｄ−１の処理手順を示すフローチャートを参照して以下説明する。
放電抵抗ＲBによる均等化処理において、ＣＰＵ２ｄ−１は、まず、電圧検出処理を行い、各単位セルＢS1〜ＢSnの両端電圧を検出する（ステップＳ１）。その後、ＣＰＵ２ｄ−１は、スイッチＳC2をオン制御する（ステップＳ５００）。このスイッチＳC2のオン制御により、接続点ｃ１−接続点ｃ２間に接続された単位セルＢS1〜ＢSnの両端を、放電抵抗ＲBに接続することができる。
【００５８】
次に、ＣＰＵ２ｄ−１は、上述した電圧検出処理ですでに説明したステップＳ１００〜ステップＳ１０９の動作を行う。このステップＳ１００〜Ｓ１０９の動作を行うことにより、各単位セルＢS1〜ＢSnのプラス端子が接続点ｃ１に、マイナス端子が接続点ｃ２に、順次、接続される。従って、スイッチＳC2を介して、単位セルＢS1〜ＢSnの両端は、順次、放電抵抗ＲBに接続されることになる。
【００５９】
さらに、ステップＳ１０７とステップＳ１０８との間に、ステップＳ１０７で検出した、放電抵抗ＲBに接続されている単位セルＢS1〜ＢSnの両端電圧が、上記ステップＳ１で検出された両端電圧のうちの最小両端電圧Ｖmin以下になるのを待って次のステップＳ１０８に進む、ステップＳ５０１が挿入されている。
【００６０】
従って、単位セルＢS1〜ＢSnの両端は、その蓄積電荷が放電抵抗ＲBにより消費されて、両端電圧が最小電圧Ｖmin以下になる毎に、順次、放電抵抗ＲBに接続される。以上の放電抵抗ＲBによる均等化処理により、単位セルＢS1〜ＢSnの両端電圧は、最小両端電圧Ｖminと同じになり、各単位セルの両端電圧ＢS1〜ＢSnのばらつきはほとんどなくなる。また、ステップＳ１０９の後は、ＣＰＵ２ｄ−１は、スイッチＳC2をオフ制御した後（ステップＳ５０２）、リターンする。
【００６１】
上述した調整装置１によれば、各単位セルＢS1〜ＢSnの両端電圧のばらつき度合が大きいと判断されている間は、各単位セルＢS1〜ＢSnが均等充電用コンデンサＣBに順次、接続されて、各単位セルＢS1〜ＢSnの両端電圧が均等化される。このため、電気エネルギーが放電抵抗ＲBによって無駄に消費されることがない。
【００６２】
また、ばらつき度合が大きくないと判断されている間は、均等充電用コンデンサＣBによる均等化では、電荷の移動量が少なくなるため、均等化に時間がかかるが、本発明の調整装置１では、各単位セルＢS1〜ＢSnのばらつき度合が大きくない間は、放電抵抗ＲBによる均等化が行われる。このため、短時間に各単位セルＢS1〜ＢSnの両端電圧の均等化を図ることができる。また、ばらつき度合が小さいため、放電抵抗ＲBによって消費される電気エネルギーも小さくてすみ、短時間に、かつ電気エネルギーのロスを抑えて、各単位セルＢS1〜ＢSnの両端電圧の均等化を行うことができる。
【００６３】
また、以上の構成の調整装置１においては、スイッチＳC1をオン制御した状態で、スイッチ部２ｂのスイッチのオンオフ制御を行えば、各単位セルＢS1〜ＢSnを均等充電用コンデンサＣBに接続することができる。また、スイッチＳC2をオン制御した状態で、スイッチ部２ｂ内のスイッチのオンオフ制御を行えば、各単位セルＢS1〜ＢSnを放電抵抗ＲBに接続することができる。従って、各単位セルＢS1〜ＢSnを均等充電用コンデンサＣBに接続するためのスイッチ部２ｂと放電抵抗ＲBに接続するためのスイッチ部２ｂとを別々に設ける必要がなく、コストダウンを図ることができる。
【００６４】
また、以上の構成の調整装置１においては、スイッチ部２ｂのスイッチのオンオフ制御を行って、各単位セルＢS1〜ＢSnの両端電圧を検出している。従って、各単位セルＢS1〜ＢSnを均等充電用コンデンサＣB又は放電抵抗ＲBと接続するためのスイッチ部２ｂを流用して、各単位セルＢS1〜ＢSnの両端電圧を検出することができ、各々別途に、スイッチ部２ｂを設ける必要がなく、コストダウンを図ることができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、各単位セルのばらつき度合が大きい間は、キャパシタ接続手段による均等化が行われるため、電気エネルギーが放電抵抗によって無駄に消費されることがない。また、各単位セルのばらつき度合が大きくない間は、キャパシタ接続手段による均等化では、電荷の移動量が少なくなるため、均等化に時間がかかるが、本発明では、各単位セルのばらつき度合が大きくない間は、抵抗接続手段による均等化が行われるため、短時間に各単位セルの両端電圧の均等化を図ることができる。また、ばらつき度合が小さいため、放電抵抗によって消費される電気エネルギーも少なくてすむので、短時間に、かつ電気エネルギーのロスを抑えて、各単位セルの両端電圧の均等化を行うことができる組電池の充電状態調整装置を得ることができる。
【００６６】
請求項２記載の発明によれば、キャパシタ接続手段と抵抗接続手段とで、スイッチ手段を兼用することができ、各々別途に、各単位セルと、キャパシタ又は放電抵抗とを接続するスイッチ手段を設ける必要がないので、コストダウンを図った組電池の充電状態調整装置を得ることができる。
【００６７】
請求項３記載の発明によれば、各単位セルの最大両端電圧と最小両端電圧との差が、所定値以上の間は、第１の充電状態調整手段による均等化が行われるため、大きな電気エネルギーが無駄に消費されることがない。また、各単位セルの最大両端電圧と最小両端電圧との差が、所定値以下より小さい間は、第２の充電状態調整手段による均等化が行われるため、短時間に各単位セルの両端電圧の均等化を図ることができるので、短時間に、かつ電気エネルギーのロスを抑えて、各単位セルの両端電圧の均等化を行うことができる組電池の充電状態調整装置を得ることができる。
【００６８】
請求項４記載の発明によれば、判断手段による判断を行うための電圧検出手段が、各単位セルをキャパシタ又は放電抵抗と接続するためのスイッチ手段を流用して、各単位セルの両端電圧を検出することができ、各々別途に、スイッチ手段を設ける必要がないので、コストダウンを図った組電池の充電状態調整装置を得ることができる。
【００６９】
請求項５記載の発明によれば、各単位セルの両端電圧のばらつき度合が大きいと判断されている間、各単位セルがキャパシタに接続されて、各単位セルの両端電圧が均等化されるため、電気エネルギーが放電抵抗によって無駄に消費されることがない。また、ばらつき度合が大きくないと判断されている間、キャパシタによる均等化では、電荷の移動量が少なくなるため、均等化に時間がかかるが、本発明では、各単位セルのばらつき度合が大きくない間は、放電抵抗による均等化が行われるため、短時間に各単位セルの両端電圧の均等化を図ることができる。また、ばらつき度合が小さいため、放電抵抗によって消費される電気エネルギーも小さくてすむので、短時間に、かつ電気エネルギーのロスを抑えて、各単位セルの両端電圧の均等化を行うことができる組電池の充電状態調整方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の組電池の充電状態調整装置の基本構成図である。
【図２】本発明の組電池の充電状態調整方法を実施した組電池の充電状態調整装置の一実施の形態を示す回路図である。
【図３】図２の組電池の充電状態調整装置を構成するＣＰＵ２ｄ−１の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】図３の電圧検出処理におけるＣＰＵ２ｄ−１の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】図３の均等充電用コンデンサＣBによる均等化処理におけるＣＰＵ２ｄ−１の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】図３の放電抵抗ＲBのよる均等化処理におけるＣＰＵ２ｄ−１の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１          組電池の充電状態調整装置
２ｃ        電圧検出部（信号出力手段）
２ｂ        スイッチ手段（スイッチ部）
２ｄ−１１  キャパシタ接続手段（ＣＰＵ）
２ｄ−１２  抵抗接続手段（ＣＰＵ）
２ｄ−１３  判断手段（ＣＰＵ）
２ｄ−１４  電圧検出手段（ＣＰＵ）
Ｂ          組電池（メインバッテリ）
ＢS1〜ＢSn  単位セル
ＣB          キャパシタ（均等充電用コンデンサ）
ｃ１        第１の接続点（接続点）
ｃ２        第２の接続点（接続点）
ＲB          放電抵抗
ＳC1        第１のスイッチ素子（スイッチ）
ＳC2        第２のスイッチ素子（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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