JP2003153460A - 蓄電装置の充放電制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ３個以上の単位蓄電装置を直列接続してなる
蓄電装置について、回路規模の増大を回避しつつ特定の
単位蓄電装置に対して集中的に充電又は放電することが
可能な蓄電装置の充放電装置を提供する。 【解決手段】 セル１０ａの充電は、ＦＥＴスイッチ１
６が中間接続点１４ａｂに接続されＦＥＴ２４がオン作
動されリアクトル１７への電流が所定値になるとＦＥＴ
２４がオフされ、寄生ダイオード２２が自然にオンし充
電対象セル１０ａに充電電流が流れる。一方セル１０ｂ
の充電で、ＦＥＴスイッチ１６が中間接続点１４ｂｃに
接続されＦＥＴ２４がオン作動されリアクトル１７への
電流が所定値になると、ＦＥＴ２４がオフされ寄生ダイ
オード２２が自然にオンしセル１０ａ，１０ｂに充電電
流が流れる（第１動作）。次いで所定時間後にＦＥＴス
イッチ１６が中間接続点１４ａｂに接続されＦＥＴ２１
がオン作動されリアクトル１７への電流が所定値になる
とＦＥＴ２１がオフされ寄生ダイオード２５がオンしセ
ル１０ｂ〜１０ｄにはその起電力に基づいて充電電流が
流れる（第２動作）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３個以上の単位蓄
電装置を正負出力端子間で直列接続して充放電させる蓄
電装置の充放電制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば電気自動車に組み込まれる動力用
電池は複数個の単位二次電池を直列接続して高電圧を確
保するようになっている。このような組電池を充電する
場合、各単位二次電池の容量や内部インピーダンスのば
らつきによって各電池の充電状態がばらつくことを避け
得ない。ところが、各単位二次電池は直列接続されてい
るから、各電池には同一の大きさの充電電流が流れ、充
電状態のばらつきが端子電圧のばらつきとして現れ、一
部の電池の過充電状態を招いてしまう。

【０００３】このような一部の二次電池の過充電を防止
するための一例として、従来より図８に示すようなシャ
ントレギュレータ方式が採用されている。これは、各単
位二次電池１と並列にトランジスタ２を接続して電流ｉ
をトランジスタ２にバイパスさせ得るようにし、電池１
の充電が進んでその端子電圧が上昇すると、これを検出
してバイパス電流ｉb を増大させることにより電池１へ
の充電電流ｉc を絞ってその過充電を防止しようとする
ものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成では、各単位二次電池１においてトランジスタ２に流
れ込むバイパス電流ｉb と端子電圧ｖc との積が損失と
なるため、充電効率が悪いという欠点がある。また、充
電効率が悪いだけでなく、ある単位二次電池１で満充電
となってトランジスタ２にバイパス電流ｉb が流れたと
しても、未充電の他の単位二次電池１の充電電流ｉc は
電流ｉよりも増大させることができないから（ｉc ≦
ｉ）、全体の充電完了は充電不足の単位二次電池１の充
電完了を待つしかなく、充電時間の短縮化を図ることが
できない。

【０００５】こうした問題を解決するために、各単位二
次電池毎に個別の充電回路を設ける構成も提案されてい
るが、これでは単位二次電池の数に応じて回路規模が大
きくなり、製造コストや装置の小型化等の面で問題が生
じる。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、３個以上の単位蓄電装置を直列接続し
てなる蓄電装置について、回路規模の増大を回避しつつ
特定の単位蓄電装置に対して集中的に充電又は放電する
ことが可能な蓄電装置の充放電装置を提供するところに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明に係る蓄電装置の充放電制御装置
は、３個以上の単位蓄電装置を正負出力端子間で直列接
続して充放電させる蓄電装置の充放電制御装置であっ
て、リアクトルと、リアクトルの一端側を各単位蓄電装
置間の各接続点に選択的に接続可能なスイッチ素子と、
リアクトルの他端側と正負の各端子とのそれぞれの間に
接続された一対のスイッチング回路と、蓄電装置の両端
に位置する各末端単位蓄電装置については、それと隣合
う他の単位蓄電装置との接続点にリアクトルの一端側を
接続すると共に、その末端単位蓄電装置を除く単位蓄電
装置に連なるスイッチング回路をオン動作させた後にこ
れを開くことで、リアクトルに蓄えられた電磁エネルギ
ーによって当該末端単位蓄電装置への充電方向に電流を
流すようにし、末端単位蓄電装置以外の各中間単位蓄電
装置については、その中間単位蓄電装置の両端の接続点
のうちいずれか一方にリアクトルの一端側を接続すると
共に、その接続より分けられた２つの単位蓄電装置群の
うち当該中間単位蓄電装置を含まない単位蓄電装置群に
連なるスイッチング回路をオン動作させた後にこれを開
くことで、リアクトルに蓄えられた電磁エネルギーによ
って中間単位蓄電装置を含む単位蓄電装置群への充電方
向に電流を流す第１動作を行い、次に、中間単位蓄電装
置の両端の接続点のうち第１動作とは反対側の接続点に
リアクトルの一端側を接続すると共に、その接続より分
けられた２つの単位蓄電装置群のうち当該中間単位蓄電
装置を含まない単位蓄電装置群に連なるスイッチング回
路をオン動作させた後にこれを開くことで、リアクトル
に蓄えられた電磁エネルギーによって中間単位蓄電装置
を含む単位蓄電装置群への充電方向に電流を流す第２動
作を行うようスイッチ素子及び一対のスイッチング回路
の制御動作を行う制御手段とを備えたところに特徴を有
する。

【０００８】請求項２の発明に係る蓄電装置の充放電制
御装置は、３個以上の単位蓄電装置を正負出力端子間で
直列接続して充放電させる蓄電装置の充放電制御装置で
あって、リアクトルと、リアクトルの一端側を各単位蓄
電装置間の各接続点に選択的に接続可能なスイッチ素子
と、リアクトルの他端側と正負の各端子とのそれぞれの
間に接続された一対のスイッチング回路と、蓄電装置の
両端に位置する各末端単位蓄電装置については、それと
隣合う他の単位蓄電装置との接続点にリアクトルの一端
側を接続すると共に、その末端単位蓄電装置に連なるス
イッチング回路をオン動作させた後にこれを開くこと
で、リアクトルに蓄えられた電磁エネルギーによって当
該末端単位蓄電装置を除く単位蓄電装置への充電方向に
電流を流すようにし、末端単位蓄電装置以外の各中間単
位蓄電装置については、その中間単位蓄電装置の両端の
接続点のうちいずれか一方にリアクトルの一端側を接続
すると共に、その接続より分けられた２つの単位蓄電装
置群のうち当該中間単位蓄電装置を含む単位蓄電装置群
に連なるスイッチング回路をオン動作させた後にこれを
開くことで、リアクトルに蓄えられた電磁エネルギーに
よって中間単位蓄電装置を含まない単位蓄電装置群への
充電方向に電流を流す第１動作を行い、次に、中間単位
蓄電装置の両端の接続点のうち第１動作とは反対側の接
続点にリアクトルの一端側を接続すると共に、その接続
より分けられた２つの単位蓄電装置群のうち当該中間単
位蓄電装置を含む単位蓄電装置群に連なるスイッチング
回路をオン動作させた後にこれを開くことで、リアクト
ルに蓄えられた電磁エネルギーによって中間単位蓄電装
置を含まない単位蓄電装置群への充電方向に電流を流す
第２動作を行うようスイッチ素子及び一対のスイッチン
グ回路の制御動作を行う制御手段とを備えたところに特
徴を有する。

【０００９】請求項３の発明は、請求項１に記載の蓄電
装置の充放電制御装置において、制御手段は、各単位蓄
電装置の電圧のうち最大電圧と最小電圧との差が所定値
以上になったことを条件に、その最小電圧を示す単位蓄
電装置について制御動作を行うところに特徴を有する。

【００１０】請求項４の発明は、請求項２に記載の蓄電
装置の充放電制御装置において、制御手段は、各単位蓄
電装置の電圧のうち最大電圧と最小電圧との差が所定値
以上になったことを条件に、その最大電圧を示す単位蓄
電装置について制御動作を行うところに特徴を有する。

【００１１】請求項５の発明は、請求項１に記載の蓄電
装置の充放電制御装置において、制御手段は、各単位蓄
電装置の電圧のうち最小電圧と、各単位蓄電装置の電圧
の平均値との差が所定値以上になったことを条件に、そ
の最小電圧を示す単位蓄電装置について制御動作を行う
ところに特徴を有する。

【００１２】請求項６の発明は、請求項２に記載の蓄電
装置の充放電制御装置において、制御手段は、各単位蓄
電装置の電圧のうち最大電圧と、各単位蓄電装置の電圧
の平均値との差が所定値以上になったことを条件に、そ
の最大電圧を示す単位蓄電装置について制御動作を行う
ところに特徴を有する。

【００１３】

【発明の作用及び効果】＜請求項１の発明＞請求項１の
構成によれば、集中的に充電したい単位蓄電装置が蓄電
装置の両端に位置する末端単位蓄電装置の場合には、そ
れと隣合う他の単位蓄電装置との接続点にリアクトルの
一端側が接続されると共に、その末端単位蓄電装置を除
く単位蓄電装置に連なるスイッチング回路がオン動作さ
れる。これにより、末端単位蓄電装置を除く単位蓄電装
置からリアクトルに電流が流される。その後、そのスイ
ッチング回路はオフ動作されると、リアクトルに蓄えら
れた電磁エネルギーによって電流を同方向に流そうとす
る起電力が誘導されることになるから、その起電力に基
づいて末端単位蓄電装置への充電方向に電流が流れる。
このように、集中的に充電したい単位蓄電装置にだけ電
流が充電方向に流れることになり、もって集中的に充電
することが可能になる。

【００１４】一方、集中的に充電したい単位蓄電装置が
末端単位蓄電装置以外の中間単位蓄電装置の場合には、
その中間単位蓄電装置の両端の接続点のうちいずれか一
方にリアクトルの一端側が接続されると共に、その接続
より分けられた２つの単位蓄電装置群のうち当該中間単
位蓄電装置を含まない単位蓄電装置群に連なるスイッチ
ング回路がオン動作され、その後これが開かれる。これ
により、やはり中間単位蓄電装置を含まない単位蓄電装
置群からリアクトルに電流が流されて、そのリアクトル
に蓄えられた電磁エネルギーによる起電力に基づいて中
間単位蓄電装置を含む単位蓄電装置群への充電方向に電
流が流れる（第１動作）。

【００１５】次に、その中間単位蓄電装置の両端の接続
点のうち第１動作とは反対側の接続点にリアクトルの一
端側が接続されると共に、その接続より分けられた２つ
の単位蓄電装置群のうち中間単位蓄電装置を含まない単
位蓄電装置群に連なるスイッチング回路がオン動作さ
れ、その後にこれが開かれる。これにより、中間単位蓄
電装置を含まない単位蓄電装置群からリアクトルに電流
が流されて、そのリアクトルに蓄えられた電磁エネルギ
ーによる起電力に基づいて中間単位蓄電装置を含む単位
蓄電装置群への充電方向に電流が流れる（第２動作）。
このように、上記第１及び第２動作において、集中的に
充電したい単位蓄電装置には常に電流が充電方向に流れ
ることになり、もって集中的に充電することが可能にな
る。このような構成であれば、各単位蓄電装置毎に個別
の充電回路を設けることなく簡単な構成で、特定の単位
蓄電装置について集中的に充電することができる。

【００１６】＜請求項２の発明＞請求項２の構成によれ
ば、集中的に放電したい単位蓄電装置が蓄電装置の両端
に位置する末端単位蓄電装置の場合には、それと隣合う
他の単位蓄電装置との接続点にリアクトルの一端側が接
続されると共に、その末端単位蓄電装置に連なるスイッ
チング回路がオン動作される。これにより、末端単位蓄
電装置からリアクトルに電流が流される。その後、その
スイッチング回路はオフ動作されると、リアクトルに蓄
えられた電磁エネルギーによって電流を同方向に流そう
とする起電力が誘導されることになるから、その起電力
に基づいて末端単位蓄電装置を除く単位蓄電装置への充
電方向に電流が流れる。このように、集中的に放電した
い単位蓄電装置にだけ電流が放電方向に流れることにな
り、もって集中的に放電することが可能になる。

【００１７】一方、集中的に放電したい単位蓄電装置が
末端単位蓄電装置以外の中間単位蓄電装置の場合には、
その中間単位蓄電装置の両端の接続点のうちいずれか一
方にリアクトルの一端側が接続されると共に、その接続
より分けられた２つの単位蓄電装置群のうち当該中間単
位蓄電装置を含む単位蓄電装置群に連なるスイッチング
回路がオン動作され、その後これが開かれる。これによ
り、やはり中間単位蓄電装置を含む単位蓄電装置群から
リアクトルに電流が流されて、そのリアクトルに蓄えら
れた電磁エネルギーによる起電力に基づいて中間単位蓄
電装置を含まない単位蓄電装置群への充電方向に電流が
流れる（第１動作）。

【００１８】次に、その中間単位蓄電装置の両端の接続
点のうち第１動作とは反対側の接続点にリアクトルの一
端側が接続されると共に、その接続より分けられた２つ
の単位蓄電装置群のうち中間単位蓄電装置を含む単位蓄
電装置群に連なるスイッチング回路がオン動作され、そ
の後にこれが開かれる。これにより、中間単位蓄電装置
を含む単位蓄電装置群からリアクトルに電流が流され
て、そのリアクトルに蓄えられた電磁エネルギーによる
起電力に基づいて中間単位蓄電装置を含まない単位蓄電
装置群への充電方向に電流が流れる（第２動作）。この
ように、上記第１及び第２動作において、集中的に放電
したい単位蓄電装置には常に電流が放電方向に流れるこ
とになり、もって集中的に放電することが可能になる。
このような構成であれば特定の単位蓄電装置について集
中的に放電することができる。

【００１９】＜請求項３乃至請求項６の発明＞請求項３
の構成によれば、各単位蓄電装置の電圧のうち最大電圧
と最小電圧との差が所定値以上になったことを条件に、
その最小電圧を示す単位蓄電装置について制御手段によ
り請求項１に示す制御動作が行われる。一方、請求項４
の構成によれば、各単位蓄電装置の電圧のうち最大電圧
と最小電圧との差が所定値以上になったことを条件に、
その最大電圧を示す単位蓄電装置について制御手段によ
り請求項２に示す制御動作が行われる。

【００２０】また、請求項５の構成によれば、各単位蓄
電装置の電圧のうち最小電圧と、各単位蓄電装置の電圧
の平均値との差が所定値以上になったことを条件に、そ
の最小電圧を示す単位蓄電装置について制御手段により
請求項１に示す制御動作が行われる。一方、請求項６の
構成によれば、各単位蓄電装置の電圧のうち最大電圧
と、各単位蓄電装置の電圧の平均値との差が所定値以上
になったことを条件に、その最大電圧を示す単位蓄電装
置について制御手段により請求項２に示す制御動作が行
われる。

【００２１】これらの構成であれば各単位蓄電装置間の
電圧差は所定範囲内になるよう制御されることになり、
もって各単位蓄電装置の電圧の均等化を図ることができ
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】＜第１実施形態＞本発明の第１実
施形態を図１ないし図３によって説明する。この実施形
態では単位二次電池としてリチウムイオン電池の４個の
セル１０（本発明の「単位蓄電装置」に相当する。図１
では符号１０a，１０b，１０c，１０d。）を両出力端子
１１，１２間に直列接続した組電池（本発明の「蓄電装
置」に相当する）を例示してある。各セル１０は同一仕
様のものである。

【００２３】各セル１０の各端子電圧は、随時、電圧検
出回路１３によって測定されて、その各測定結果がＡ／
Ｄ変換されてＣＰＵ１５に与えられる。また、各セル１
０の各中間接続点１４ab，１４bc，１４cdには、例えば
ＦＥＴスイッチ１６を介してリアクトル１７の一端側が
選択的に接続される。また、ＦＥＴスイッチ１６及びリ
アクトル１７の一端の間にはリアクトル１７に流れる電
流を検出するための抵抗１８が接続され、その抵抗１８
に流れる電流が電流検出回路１９によって随時測定さ
れ、その測定結果がやはりＡ／Ｄ変換されてＣＰＵ１５
に与えられる。また、リアクトル１７の他端は、スイッ
チング回路２０（同図では、ＦＥＴ２１と、その寄生ダ
イオード２２とを示してある）を介して正極出力端子１
１に接続されると共に、スイッチング回路２３（同図で
は、ＦＥＴ２４と、その寄生ダイオード２５とが示して
ある）を介して負極出力端子１２に接続されている。

【００２４】スイッチング回路２０，２３の各ＦＥＴ２
１，２４は、ともに例えばＮチャンネル型であり、ＦＥ
Ｔ２１がオン作動したときには，それに連なるセル１０
からリアクトル１７に図中矢印Ａ方向に電流を流し、Ｆ
ＥＴ２４がオン作動したときにはそれに連なるセル１０
からリアクトル１７に図中矢印Ｂ方向に電流を流す。な
お、寄生ダイオード２２，２５はアノード側電位がカソ
ード側電位を上回るときにオン作動するから、両スイッ
チング回路２０，２３は図中上向きには電流を自由に流
し、下向きには各ＦＥＴ２１，２４がオンした時にだけ
それぞれ電流を流すようになる。ＣＰＵ１５は、次述す
る作用説明で明らかになるが、電圧検出回路１３及び電
流検出回路１９からの測定結果に基づいてＦＥＴスイッ
チ１６及びゲート制御回路２６を駆動制御する。ＦＥＴ
２１，２４は、このゲート制御回路２６によってゲート
電位が制御されるのである。

【００２５】さて、上記構成の作用について図２及び図
３に示すＦＥＴスイッチ１６及び両スイッチング回路２
０，２３の動作状態表を参照しつつ説明する。なお、同
図中の分数は、リアクトル１７に流れる電流の平均値に
対し、各セル１０に流れる電流の割合を示しており、プ
ラスが充電方向を、マイナスが放電方向をそれぞれ意味
する。

【００２６】組電池の充電時には、出力端子１１、１２
間に充電用電源を接続して充電電流を流し込む。充電電
流は各セル１０を直列に流れて各セル１０の充電が次第
に進行する。ところが、各セル１０の残容量や内部イン
ピーダンス等のばらつきによって各セル１０の充電状態
がばらつき、その端子電圧は同様には上昇しないことが
ある。

【００２７】＜セル１０ａ，１０ｄ（末端単位蓄電装
置）への充電動作＞ここで、例えば組電池の末端に位置
するセル１０ａ（本発明の「末端単位蓄電装置」に相当
する）の端子電圧が低下して、他の各セル１０b，１０
c，１０dのうち最大電圧を示すセルの端子電圧との差が
所定値以上になったとすると、ＣＰＵ１５は次のような
動作を開始してセル１０ａへ集中的に充電を行う（請求
項３の構成に相当する）。

【００２８】図２に示すように、セル１０ａに集中的に
充電を行う場合、ＦＥＴスイッチ１６がセル１０ａ及び
セル１０ｂ間の中間接続点１４ａｂに接続されると共
に、ゲート制御回路２６によりスイッチング回路２３
（本発明の「その末端単位蓄電装置を除く単位蓄電装置
に連なるスイッチング回路」に相当する）のＦＥＴ２４
がオン作動される。ＦＥＴ２４がオンした瞬間に、リア
クトル１７には図１に示すようにセル１０ｂ，１０ｃ，
１０ｄ側から矢印Ｂ方向に電流が流れる。

【００２９】そして、リアクトル１７に流れる電流が所
定値に達したことが電流検出回路１９により検出される
と、前記ＦＥＴ２４をオフするようゲート制御回路２６
が駆動制御される。すると、リアクトル１７に蓄えられ
た電磁エネルギーによって電流を同じ矢印Ｂ方向に流そ
うとする起電力が誘導され、今度はスイッチング回路２
０の寄生ダイオード２２が自然にオンするから、充電対
象のセル１０ａにはその起電力に基づいて充電電流が流
れる。そして、上述のようなＦＥＴ２４と寄生ダイオー
ド２２とが交互にオンするスイッチング動作が繰り返さ
れるから、ＦＥＴ２４のオン時にリアクトル１７に蓄え
られた電磁エネルギーが寄生ダイオード２２のオンによ
ってセル１０ａ側に移動してその充電に利用される。こ
のような状態はセル１０ａの端子電圧が、他のセル１０
ｂ，１０ｃ，１０ｄのうち最大電圧を示すセルの端子電
圧との差が所定値を下回るまで続く。

【００３０】＜セル１０ｂ，１０ｃ（中間単位蓄電装
置）への充電動作＞一方、例えばセル１０ｂ（本発明の
「中間単位蓄電装置」に相当する）の端子電圧が低下し
て，他の各セル１０ａ，１０c，１０dのうちやはり最大
電圧を示すセルの端子電圧との差が所定値以上になった
とすると、ＣＰＵ１５は次のような動作を開始してセル
１０ｂへ集中的に充電を行う。

【００３１】図３に示すように、セル１０ｂに集中的に
充電を行う場合、まず、ＦＥＴスイッチ１６がセル１０
ｂ及びセル１０ｃ間の中間接続点１４ｂｃに接続される
と共に、スイッチング回路２３（本発明の「当該中間単
位蓄電装置を含まない単位蓄電装置群に連なるスイッチ
ング回路」に相当する）のＦＥＴ２４がオン作動され
る。ＦＥＴ２４がオンした瞬間に、リアクトルには図１
に示すようにセル１０ｃ，１０ｄ側から矢印Ｂ方向に電
流が流れる。

【００３２】そして、リアクトル１７に流れる電流が所
定値に達すると、前記ＦＥＴ２４をオフするようゲート
制御回路２６が駆動制御される。すると、リアクトル１
７に蓄えられた電磁エネルギーによって電流を同じ矢印
Ｂ方向に流そうとする起電力が誘導され、スイッチング
回路２０の寄生ダイオード２２が自然にオンするから、
セル１０ａ，１０ｂにはその起電力に基づいて充電電流
が流れる（本発明の「第１動作」に相当する）。

【００３３】次いで、所定時間経った後に、今度はＦＥ
Ｔスイッチ１６がセル１０ａ及びセル１０ｂ間の中間接
続点１４ａｂに接続されると共に、スイッチング回路２
０（本発明の「当該中間単位蓄電装置を含む単位蓄電装
置群に連なるスイッチング回路」に相当する）のＦＥＴ
２１がオン作動され、その瞬間にリアクトル１７にはセ
ル１０ａ側から矢印Ａ方向に電流が流れる。そして、リ
アクトル１７に流れる電流が所定値に達すると、やはり
前記ＦＥＴ２１がオフされて、リアクトル１７に蓄えら
れた電磁エネルギーによって電流を同じ矢印Ａ方向に流
そうとする起電力が誘導され、今度はスイッチング回路
２３の寄生ダイオード２５が自然にオンするから、セル
１０ｂ，１０ｃ，１０ｄにはその起電力に基づいて充電
電流が流れる（本発明の「第２動作」に相当する）。

【００３４】以上の第１及び第２の動作を行うことで充
電対象のセル１０ｂには常に充電方向に電流が流れるこ
とになり、もって集中的に充電することが可能になる。
なお、本実施形態では、リアクトル１７に流れる電流の
平均値が第１動作及び第２動作で同レベルになるよう制
御されている。即ち、充電対象であるセル１０ｂは前記
平均電流値に対して３／４の割合の電流により充電さ
れ、他のセル１０ａ，１０c，１０dは、１／４の割合で
ほぼ均等に放電されるよう各動作の周期等が調整されて
いる。そして、上述のような第１及び第２の動作は、セ
ル１０ｂの端子電圧と、他のセル１０ａ，１０ｃ，１０
ｄのうち最大電圧を示すセルの端子電圧との差が所定値
を下回るまで続く。

【００３５】なお、充電対象以外のセル１０の過放電を
防ぐために、例えば上記動作開始から所定時間経過した
こと、或いはそれらのセル１０のうち最低電圧を示すセ
ルの端子電圧が所定値を下回ったことを条件に、上述の
充放電制御動作を停止させる構成を加えてもよい。

【００３６】このように本実施形態では、充電対象以外
のセル１０側の電気エネルギーをリアクトル１７を介し
て充電対象のセル１０に移動させてその充電に寄与させ
ることができるから、満充電に至ったセルについて単に
電流をバイパスさせてロスとしていた従来のシャントレ
ギュレータ方式に比べ，損失を大幅に減らすことができ
る。しかも、４個のセルからなる組電池について、回路
規模の増大を回避しつつ特定のセルを集中的に充電する
ことができる。

【００３７】＜第２実施形態＞図４及び図５は（請求項
２の発明に対応する）第２実施形態を示す。前記実施形
態では特定のセルを充電するための構成であったのに対
し、本実施形態では特定のセルを放電させるための構成
である点でＣＰＵ１５の制御内容が相違し、その他の点
は前記第１実施形態と同様である。従って、第１実施形
態と同一符号を付して重複する説明を省略し、異なると
ころのみを次に説明する。

【００３８】＜セル１０ａ，１０ｄ（末端単位蓄電装
置）への放電動作＞例えば組電池の末端に位置するセル
１０ｄ（本発明の「末端単位蓄電装置」に相当する）の
端子電圧が上昇して、全セル１０の端子電圧の平均値と
の差が所定値以上になったとする。すると、ＣＰＵ１５
は次のような動作を開始してセル１０ｄを集中的に放電
させる（請求項６の構成に相当する）。

【００３９】図４に示すように、ＦＥＴスイッチ１６が
中間接続点１４ｃｄに接続されると共に、ゲート制御回
路２６によりスイッチング回路２３（本発明の「その末
端単位蓄電装置に連なるスイッチング回路」に相当す
る）のＦＥＴ２４がオン作動され、その瞬間にリアクト
ル１７には図１に示すようにセル１０ｄ側から矢印Ｂ方
向に電流が流れる。このリアクトル１７に流れる電流が
所定値に達すると、前記ＦＥＴ２４がオフされて、リア
クトル１７に蓄えられた電磁エネルギーによって電流を
同じ矢印Ｂ方向に流そうとする起電力が誘導され、スイ
ッチング回路２３の寄生ダイオード２２が自然にオンす
る。これにより、放電対象セル１０ｄには放電電流が流
れ、それ以外のセル１０ａ，１０ｂ，１０ｃにはその起
電力に基づいて充電電流が流れることになる。そして、
上述のようなＦＥＴ２４と寄生ダイオード２２とが交互
にオンするスイッチング動作が繰り返されるから、ＦＥ
Ｔ２４のオン時におけるセル１０ｄの放電によりリアク
トル１７に蓄えられた電磁エネルギーが、寄生ダイオー
ド２２のオンで他のセル１０ａ，１０ｂ，１０ｃ側に移
される。このような状態はセル１０ｄの端子電圧が、全
セル１０の端子電圧の平均値との差が所定値を下回るま
で続く。

【００４０】＜セル１０ｂ，１０ｃ（中間単位蓄電装
置）への放電動作＞一方、例えばセル１０ｃ（本発明の
「中間単位蓄電装置」に相当する）の端子電圧が上昇し
て，全各セル１０の端子電圧の平均値との差が所定値以
上になったとすると、ＣＰＵ１５は次のような動作を開
始してセル１０ｃを集中的に放電させる。

【００４１】図５に示すように、まず、ＦＥＴスイッチ
１６が中間接続点１４ｂｃに接続されると共に、スイッ
チング回路２３（本発明の「当該中間単位蓄電装置を含
む単位蓄電装置群に連なるスイッチング回路」に相当す
る）のＦＥＴ２４がオン作動される。ＦＥＴ２４がオン
した瞬間に、アクトルには図１に示すようにセル１０
ｃ，１０ｄ側から矢印Ｂ方向に電流が流れる。リアクト
ル１７に流れる電流が所定値に達するとＦＥＴ２４がオ
フされて、リアクトル１７に蓄えられた電磁エネルギー
によって電流を同じ矢印Ｂ方向に流そうとする起電力が
誘導され、スイッチング回路２０の寄生ダイオード２２
が自然にオンする。これにより、放電対象セル１０ｃ及
びセル１０ｄには放電電流が流れ、それ以外のセル１０
ａ，１０ｂにはその起電力に基づいて充電電流が流れる
ことになる。（本発明の「第１動作」に相当する）。

【００４２】次いで、所定時間経った後に、今度はＦＥ
Ｔスイッチ１６が中間接続点１４ｃｄに接続されると共
に、スイッチング回路２０（本発明の「当該中間単位蓄
電装置を含む単位蓄電装置群に連なるスイッチング回
路」に相当する）のＦＥＴ２１がオン作動され、その瞬
間にリアクトル１７にはセル１０ａ，１０ｂ，１０ｃ側
から矢印Ａ方向に電流が流れる。そして、リアクトル１
７に流れる電流が所定値に達すると、やはり前記ＦＥＴ
２１がオフされて、リアクトル１７に蓄えられた電磁エ
ネルギーによって電流を同じ矢印Ａ方向に流そうとする
起電力が誘導され、今度はスイッチング回路２３の寄生
ダイオード２５が自然にオンする。これにより、放電対
象セル１０ｃ及び他のセル１０ａ，１０ｂには放電電流
が流れ、上記第１動作で放電したセル１０ｄにはその起
電力に基づいて充電電流が流れる（本発明の「第２動
作」に相当する）。

【００４３】以上の第１及び第２の動作を行うことで放
電対象のセル１０ｃには常に放電方向に電流が流れるこ
とになり、もって集中的に放電することが可能になる。
なお、上記第１実施形態と同様に、リアクトル１７に流
れる電流の平均値が第１動作及び第２動作で同レベルに
なるよう制御されている。即ち、放電対象であるセル１
０ｃは前記平均電流値に対して３／４の割合の電流を放
電し、他のセル１０ａ，１０ｂ，１０ｄは、１／４の割
合でほぼ均等に充電されるよう各動作の周期等が調整さ
れている。そして、上述のような第１及び第２の動作
は、セル１０ｄの端子電圧と全セル１０の端子電圧の平
均値との差、又は、最高電圧を示すセル１０の端子電圧
と最低電圧を示すセル１０の端子電圧との差が所定値を
下回るまで続く。

【００４４】なお、放電対象以外のセル１０の過充電を
防ぐために、例えば上記動作開始から所定時間経過した
こと、或いはそれらのセル１０のうち最高電圧を示すセ
ルの端子電圧が所定値を上回ったことを条件に、上述の
充放電制御動作を停止させる構成を加えてもよい。更
に、過放電を防止するために、最低電圧を示すセル１０
の端子電圧が所定値を下回ったことを条件に、上述の充
放電制御動作を停止させる構成を加えてもよい。このよ
うに本実施形態では、放電対象セル１０側の電気エネル
ギーをリアクトル１７を介してそれ以外のセル１０に移
動させることができるのである。

【００４５】＜第３実施形態＞図６は、第３実施形態を
示す回路図である。前記各実施形態では、電流検出回路
１９によりリアクトル１７に流れる電流を測定し、その
測定結果に基づいて各スイッチング回路２０，２３の動
作をフィードバック制御する構成としたが、本実施形態
ではＰＷＭ制御で行う構成である点で相違し、その他の
点は前記第１実施形態と同様である。従って、第１実施
形態と同一符号を付して重複する説明を省略し、異なる
ところのみを次に説明する。

【００４６】リアクトル１７に流れる電流は、オンされ
るスイッチング回路に連なるセル群の両端電圧によって
決まり、その両端電圧はセル群の数にほぼ比例する（上
記実施形態同様に、各セルは同一仕様のもの）。また、
オン動作されるスイッチング回路に何個のセルが連なる
かは、ＣＰＵ１５によって駆動制御されるＦＥＴスイッ
チ１６の接続状態で決まる。従って、上記実施形態のよ
うにリアクトル１７に流れる電流を測定しなくても、各
スイッチング回路のオンからオフへのタイミングをＦＥ
Ｔスイッチ１６の接続状態に応じて定めてＰＷＭ制御に
よって、上記実施形態と同様に特定のセルについて集中
的に充電或いは放電を行うようスイッチング制御するこ
とができる。なお、図７には、ＰＷＭ制御による各スイ
ッチング回路２０，２３の制御内容が示してある。

【００４７】この構成によれば、リアクトル１７の電流
を測定しフィードバックして制御を行う上記構成に比べ
てより簡単な回路構成で本発明による効果を得ることが
できる。

【００４８】＜他の実施形態＞本発明は、前記実施形態
に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するよ
うな実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、
下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実
施することができる。 （１）上記各実施形態では、各セル１０の端子電圧を所
定範囲内にバランスさせる目的で、特定セル１０に対し
て充電又は放電する構成を説明したが、これに限らず、
他のセルの端子電圧との関係に拘わらず任意に選択した
セルに対し集中的に充電又は放電を行う構成であっても
良い。

【００４９】（２）上記各実施形態では、４個のセルか
らなる組電池を例に挙げて説明したが、３個以上のセル
について本発明の効果を得ることができる。

【００５０】（３）上記各実施形態ではスイッチング回
路としてＦＥＴ２１，２４を例示したが、これに限ら
ず、トランジスタ１７，２０及びダイオード１８，２１
の並列回路、その他のスイッチング素子を利用すること
もできる。

【００５１】（４）上記各実施形態では単位蓄電装置が
リチウムイオン電池のセルである場合を示したが、これ
に限らず、鉛蓄電池やニッケルカドミウム二次電池等の
各種の二次電池、或いはコンデンサであってもよく、ま
た、各単位二次電池が複数のセルを組み合わせてなる電
池モジュールであってもよい。

【００５２】（５）上記各実施形態では、スイッチング
回路２０，２３のうちいずれか一方のＦＥＴ２１（２
４）のオンオフ動作した後にリアクトル１７に生じた起
電力によって、他方の寄生ダイオード２５（２２）が自
然にオンする構成としたが、各スイッチング回路２０，
２３のそれぞれに、寄生ダイオード２２，２５の順方向
電圧より電圧降下が小さいスイッチング素子を並列接続
して、これらをオンオフ制御しても良い。具体的には、
各スイッチング回路２０，２３のそれぞれに例えばＦＥ
Ｔを逆並列接続して、各寄生ダイオード２２，２５がオ
ンするタイミングで、それぞれに接続されたＦＥＴをオ
ンしてそれに連なるセル１０への充電方向に電流を流す
よう各ＦＥＴをオンオフ制御するのである。ＦＥＴのオ
ン動作時の電圧降下は、寄生ダイオード２２，２５の順
方向電圧に比べて小さいので、その分だけセル１０への
充電効率を向上させることができる。或いは、上記のＦ
ＥＴを逆並列接続するのではなく、各寄生ダイオード２
２，２５がオンするタイミングで、スイッチング回路２
０，２３のＦＥＴ２１，２４をゲート制御回路２６にて
オンするように制御する構成であっても同様の効果を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示す回路図

【図２】末端セルへの充電におけるＦＥＴスイッチ及び
各スイッチング回路の動作図

【図３】中間セルへの充電におけるＦＥＴスイッチ及び
各スイッチング回路の動作図

【図４】第２実施形態による末端セルの放電におけるＦ
ＥＴスイッチ及び各スイッチング回路の動作図

【図５】中間セルの放電におけるＦＥＴスイッチ及び各
スイッチング回路の動作図

【図６】第３実施形態を示す回路図

【図７】そのＦＥＴスイッチ及び各スイッチング回路の
制御内容を示す動作図

【図８】従来の二次電池充電回路を示す回路図

【符号の説明】

１０（１０a，１０b，１０c，１０d）…セル １１、１２…出力端子 １３…電圧検出回路 １４ab，１４bc，１４cd…中間接続点 １６…ＦＥＴスイッチ １７…リアクトル １８…抵抗 １９…電流検出回路 ２０，２３…スイッチング回路 ２２，２５…寄生ダイオード ２６…ゲート制御回路 １５…ＣＰＵ ２１，２４…ＦＥＴ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5G003 AA04 BA03 CA02 CA14 CC04 FA06 GB04 GC05 5H030 AA03 AA04 AS20 BB01 BB21 DD08 FF43 FF44

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３個以上の単位蓄電装置を正負出力端子
   間で直列接続して充放電させる蓄電装置の充放電制御装
   置であって、 リアクトルと、 前記リアクトルの一端側を前記各単位蓄電装置間の各接
   続点に選択的に接続可能なスイッチ素子と、 前記リアクトルの他端側と前記正負の各端子とのそれぞ
   れの間に接続された一対のスイッチング回路と、 前記蓄電装置の両端に位置する各末端単位蓄電装置につ
   いては、それと隣合う他の単位蓄電装置との接続点に前
   記リアクトルの一端側を接続すると共に、その末端単位
   蓄電装置を除く前記単位蓄電装置に連なる前記スイッチ
   ング回路をオン動作させた後にこれを開くことで、前記
   リアクトルに蓄えられた電磁エネルギーによって当該末
   端単位蓄電装置への充電方向に電流を流すようにし、 前記末端単位蓄電装置以外の各中間単位蓄電装置につい
   ては、その中間単位蓄電装置の両端の接続点のうちいず
   れか一方に前記リアクトルの一端側を接続すると共に、
   その接続より分けられた２つの単位蓄電装置群のうち当
   該中間単位蓄電装置を含まない単位蓄電装置群に連なる
   スイッチング回路をオン動作させた後にこれを開くこと
   で、前記リアクトルに蓄えられた電磁エネルギーによっ
   て中間単位蓄電装置を含む単位蓄電装置群への充電方向
   に電流を流す第１動作を行い、 次に、中間単位蓄電装置の両端の接続点のうち前記第１
   動作とは反対側の接続点に前記リアクトルの一端側を接
   続すると共に、その接続より分けられた２つの単位蓄電
   装置群のうち当該中間単位蓄電装置を含まない単位蓄電
   装置群に連なるスイッチング回路をオン動作させた後に
   これを開くことで、前記リアクトルに蓄えられた電磁エ
   ネルギーによって中間単位蓄電装置を含む単位蓄電装置
   群への充電方向に電流を流す第２動作を行うよう前記ス
   イッチ素子及び前記一対のスイッチング回路の制御動作
   を行う制御手段とを備えたことを特徴とする蓄電装置の
   充放電制御装置。
2. 【請求項２】 ３個以上の単位蓄電装置を正負出力端子
   間で直列接続して充放電させる蓄電装置の充放電制御装
   置であって、 リアクトルと、 前記リアクトルの一端側を前記各単位蓄電装置間の各接
   続点に選択的に接続可能なスイッチ素子と、 前記リアクトルの他端側と前記正負の各端子とのそれぞ
   れの間に接続された一対のスイッチング回路と、 前記蓄電装置の両端に位置する各末端単位蓄電装置につ
   いては、それと隣合う他の単位蓄電装置との接続点に前
   記リアクトルの一端側を接続すると共に、その末端単位
   蓄電装置に連なる前記スイッチング回路をオン動作させ
   た後にこれを開くことで、前記リアクトルに蓄えられた
   電磁エネルギーによって当該末端単位蓄電装置を除く前
   記単位蓄電装置への充電方向に電流を流すようにし、 前記末端単位蓄電装置以外の各中間単位蓄電装置につい
   ては、その中間単位蓄電装置の両端の接続点のうちいず
   れか一方に前記リアクトルの一端側を接続すると共に、
   その接続より分けられた２つの単位蓄電装置群のうち当
   該中間単位蓄電装置を含む単位蓄電装置群に連なるスイ
   ッチング回路をオン動作させた後にこれを開くことで、
   前記リアクトルに蓄えられた電磁エネルギーによって中
   間単位蓄電装置を含まない単位蓄電装置群への充電方向
   に電流を流す第１動作を行い、 次に、中間単位蓄電装置の両端の接続点のうち前記第１
   動作とは反対側の接続点に前記リアクトルの一端側を接
   続すると共に、その接続より分けられた２つの単位蓄電
   装置群のうち当該中間単位蓄電装置を含む単位蓄電装置
   群に連なるスイッチング回路をオン動作させた後にこれ
   を開くことで、前記リアクトルに蓄えられた電磁エネル
   ギーによって中間単位蓄電装置を含まない単位蓄電装置
   群への充電方向に電流を流す第２動作を行うよう前記ス
   イッチ素子及び前記一対のスイッチング回路の制御動作
   を行う制御手段とを備えたことを特徴とする蓄電装置の
   充放電制御装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、前記各単位蓄電装置の
   電圧のうち最大電圧と最小電圧との差が所定値以上にな
   ったことを条件に、その最小電圧を示す単位蓄電装置に
   ついて前記制御動作を行うことを特徴とする請求項１に
   記載の蓄電装置の充放電制御装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、前記各単位蓄電装置の
   電圧のうち最大電圧と最小電圧との差が所定値以上にな
   ったことを条件に、その最大電圧を示す単位蓄電装置に
   ついて前記制御動作を行うことを特徴とする請求項２に
   記載の蓄電装置の充放電制御装置。
5. 【請求項５】 前記制御手段は、前記各単位蓄電装置の
   電圧のうち最小電圧と、前記各単位蓄電装置の電圧の平
   均値との差が所定値以上になったことを条件に、その最
   小電圧を示す単位蓄電装置について前記制御動作を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置の充放電制
   御装置。
6. 【請求項６】 前記制御手段は、前記各単位蓄電装置の
   電圧のうち最大電圧と、前記各単位蓄電装置の電圧の平
   均値との差が所定値以上になったことを条件に、その最
   大電圧を示す単位蓄電装置について前記制御動作を行う
   ことを特徴とする請求項２に記載の蓄電装置の充放電制
   御装置。