JP2008048496A

JP2008048496A - 充電状態調整装置

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Publication number: JP2008048496A
Application number: JP2006219843A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Saigo; 勉西郷
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2006-08-11
Filing date: 2006-08-11
Publication date: 2008-02-28
Anticipated expiration: 2026-08-11
Also published as: JP4560501B2; US7859227B2; DE102007036146B4; US20080036424A1; DE102007036146A1

Abstract

【課題】容量均等化時間の短縮を図った充電状態調整装置を提供する。
【解決手段】ＣＰＵが、目標電圧よりも高い両端電圧を有する単位セルであって、互いに連なって接続された複数の単位セルＣ_１〜Ｃ_４、複数の単位セルＣ_６及びＣ_７から成るブロックを抽出し、各ブロックの両端と放電抵抗とを接続して各ブロックを放電させる。その後、ＣＰＵが、目標電圧よりも高い両端電圧を有する単位セルＣ_２、Ｃ_４を抽出し、抽出した単位セルＣ_２、Ｃ_４が目標電圧に達するまで単位セルＣ_２、Ｃ_４の両端と放電抵抗とを順に接続して単位セルＣ_２、Ｃ_４を放電させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、充電状態調整装置に係り、特に、互いに直列接続された二次電池から成る複数の単位セルの各々の両端電圧を検出する電圧検出手段と、前記単位セルを放電するための放電抵抗と、前記複数の単位セルの両端電圧が均等になるように前記電圧検出手段が検出した各単位セルの両端電圧に基づいて前記複数の単位セルの前記放電抵抗を通じての放電を制御する容量均等化手段とを有する充電状態調整装置に関するものである。

近年、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自動車（以下ＨＥＶ）が普及してきている。このＨＥＶは、上記エンジン始動用の１２Ｖ程度の低圧バッテリと、上記電動モータ駆動用の高圧バッテリとの２種類のバッテリを備えている。上述した高圧バッテリは、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、この単位セルを複数直列接続して高電圧を得ている。

上述した高圧バッテリは充放電を繰り返すうちに各単位セルの両端電圧、即ち充電状態（ＳＯＣ）にばらつきが生じる。バッテリの充放電にあたっては、各単位セルの耐久性や安全確保の観点より、ＳＯＣ（又は両端電圧）の最も高い単位セルが設定上限ＳＯＣ（又は上限両端電圧値）に到達した時点で充電を禁止し、ＳＯＣ（又は両端電圧）の最も低い単位セルが設定下限ＳＯＣ（又は下限両端電圧値）に到達した時点で放電を禁止する必要がある。

従って、各単位セルにＳＯＣのバラツキが生じると、実質上、バッテリの使用可能容量が減少することになる。このため、ＨＥＶにおいては、登坂時にガソリンに対してバッテリにエネルギーを補充したり、降坂時にバッテリにエネルギーを回生したりする、いわゆるアシスト・回生が不十分となり、実車動力性能や燃料を低下させることになる。

そこで、複数の単位セルの両端電圧を検出して各両端電圧の平均電圧を求め、求めた平均電圧よりも高い両端電圧を有する単位セルを各単位セル毎に設けた放電抵抗に接続して、接続した単位セルの両端電圧が平均電圧となるまでその蓄積電荷を放電させることを繰り返すことで、各単位セルの両端電圧のバラツキを解消する放電式の充電状態調整装置が提案されている（例えば特許文献１）。
特開２００２−３６９４００号公報

しかしながら、上述した従来の充電状態調整装置では、各単位セルを順番に放電抵抗に接続して一つ一つ放電しているため、均等化するまでの時間がかかるという問題があった。

そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、容量均等化時間の短縮を図った充電状態調整装置を提供することを課題とする。

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、互いに直列接続された二次電池から成る複数の単位セルの各々の両端電圧を検出する電圧検出手段と、前記単位セルを放電するための放電抵抗と、前記複数の単位セルの両端電圧が均等になるように前記電圧検出手段が検出した各単位セルの両端電圧に基づいて前記複数の単位セルの前記放電抵抗を通じての放電を制御する容量均等化手段と、を有する充電状態調整装置において、前記容量均等化手段が、（ａ）前記複数の単位セルのうち目標電圧よりも高い両端電圧を有する単位セルであって、互いに連なって接続された複数の単位セルから成るブロックを抽出するブロック抽出手段と、（ｂ）前記各ブロックの両端と前記放電抵抗とを接続して前記各ブロックを放電させる第１均等化放電手段と、（ｃ）前記第１均等化放電手段の動作が終了した後に前記目標電圧よりも高い両端電圧を有する単位セルを抽出する単位セル抽出手段と、（ｄ）前記単位セル抽出手段が抽出した単位セルが前記目標電圧に達するまでその単位セルの両端と前記放電抵抗とを接続して前記単位セルを放電させる第２均等化放電手段とを有することを特徴とする充電状態調整装置に存する。

請求項１記載の発明によれば、第１均等化放電手段が、各ブロックの両端と放電抵抗とを接続して各ブロックを放電させる。その後、第２均等化放電手段が、単位セル抽出手段が抽出した単位セルが目標電圧に達するまでその単位セルの両端と放電抵抗とを接続して単位セルを放電させる。従って、第１均等化放電手段によりブロックを構成する複数の単位セルをまとめて同時に放電した後、第２均等化放電手段により各単位セルを一つ一つ放電することができる。

請求項２記載の発明は、前記容量均等化手段が、前記ブロック抽出手段により前記ブロックが抽出される間は、前記ブロック抽出手段及び前記第１均等化放電手段の動作を順に繰り返し行わせ、そして、前記ブロック抽出手段により前記ブロックが抽出できなくなると、前記第１均等化放電手段の動作を終了させる第１放電制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の充電状態調整装に存する。

請求項２記載の発明によれば、第１放電制御手段がブロック抽出手段によりブロックが抽出されなくなるまでブロック抽出手段及び第１均等化放電手段の動作を順に繰り返す。従って、ブロック抽出手段によりブロックが抽出されなくなるまで繰り返しブロックの放電を行うことができる。

請求項３記載の発明は、前記第１均等化放電手段が、第１所定時間だけ前記各ブロックの両端と前記放電抵抗とを接続して前記各ブロックを放電させるものであることを特徴とする請求項２項に記載の充電状態調整装置に存する。

請求項３記載の発明によれば、ブロック抽出手段によりブロックが抽出されなくなるまで第１所定時間だけ各ブロックの両端と放電抵抗とを接続して各ブロックを放電させることが繰り返される。従って、簡単な構成でブロックが抽出されなくなるまでブロックを放電させることができる。

請求項４記載の発明は、前記ブロック抽出手段が、前記複数の単位セルを複数に分割して得たグループ毎に前記ブロックの抽出を行うものであることを特徴とする請求項１〜３何れか１項記載の充電状態調整装置に存する。

請求項４記載の発明によれば、ブロック抽出手段が、複数の単位セルを複数に分割して得たグループ毎にブロックの抽出を行うので、グループ毎にブロックを抽出して放電を行うことができる。

請求項５記載の発明は、前記第２均等化放電手段が、第２所定時間だけ前記単位セルを放電させる放電手段と、該放電手段による放電が終了する毎に前記電圧検出手段により前記単位セルの両端電圧を検出して該検出した両端電圧が前記目標電圧に達するまで前記放電手段による放電を繰り返させる第２放電制御手段と、を有することを特徴とする請求項１〜４何れか１項記載の充電状態調整装置に存する。

請求項５記載の発明によれば、第２均等化放電手段において、放電手段が、第２所定時間だけ単位セルを放電させて、第２放電制御手段が、放電手段による放電が終了する毎に電圧検出手段により単位セルの両端電圧を検出して該検出した両端電圧が目標電圧に達するまで放電手段による放電を繰り返させるので、目標電圧と単位セルの両端電圧とに基づいて放電時間を求めなくても単位セルの両端を目標電圧まで放電することができる。

以上説明したように請求項１記載の発明によれば、第１均等化放電手段によりブロックを構成する複数の単位セルをまとめて同時に放電した後、第２均等化放電手段により各単位セルを一つ一つ放電することができるので、容量均等化時間の短縮を図ることができる。

請求項２記載の発明によれば、ブロック抽出手段によりブロックが抽出されなくなるまで繰り返しブロックの放電を行うことができるので、より一層容量均等化時間の短縮を図ることができる。

請求項３記載の発明によれば、簡単な構成でブロックが抽出されなくなるまでブロックを放電させることができるので、コストダウンを図ることができる。

請求項４記載の発明によれば、グループ毎にブロックを抽出して放電を行うことができるので、より一層容量均等化時間の短縮を図ることができる。

請求項５記載の発明によれば、目標電圧と単位セルの両端電圧とに基づいて放電時間を求めなくても単位セルの両端を目標電圧まで放電することができるので、複雑な計算を必要とせず正確に単位セルの両端を目標電圧まで放電することができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明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。図中引用符号Ｂ_Ｌは低圧バッテリである。低圧バッテリＢ_Ｌは、図１に示すように、例えば一つの二次電池から構成されている。低圧バッテリＢ_Ｌは、エンジンを始動するスタータの動作電源として用いられ、その両端にはオルタネータ等が必要に応じて充電器として接続される。

また、図中引用符号Ｂ_Ｈは高圧バッテリである。上記高圧バッテリＢ_Ｈは、電動モータＭを走行駆動源とするＨＥＶや、ＥＶにおいて前記電動モータＭの電源として用いられ、その両端には電動モータＭが必要に応じて負荷として接続されると共にオルタネータ等（図示せず）が必要に応じて充電器として接続される。

高圧バッテリＢ_Ｈは、複数のグループＧ_１、Ｇ_２に分割されている。グループＧ_１、Ｇ_２は各々、７つの単位セルＣ_１〜Ｃ_７、Ｃ_８〜Ｃ_１４から構成されている。単位セルＣ_１〜Ｃ_１４はそれぞれ一つの二次電池から構成されている。なお、本実施形態では、説明を簡単にするために高圧バッテリＢ_Ｈを２つのグループＧ_１、Ｇ_２に分割しているが、複数であればいくつに分割してもよい。また、本実施形態では、各グループＧ_１、Ｇ_２は７つの単位セルＣ_１〜Ｃ_７、Ｃ_８〜Ｃ_１４から構成されているが、各グループＧ_１、Ｇ_２を構成する単位セル数は複数であればいくつでもよい。また、単位セルＣ_１〜Ｃ_１４は一つの二次電池から構成されているが、単位セルＣ_１〜Ｃ_１４を構成する二次電池の数は複数でもよい。

充電状態調整装置は、電圧検出手段としての電圧検出回路１１、１２、放電回路２１、２２及びマイクロコンピュータ（μＣＯＭ）３を備えている。μＣＯＭ３は、電圧検出回路１１、１２及び放電回路２１、２２を制御する。μＣＯＭ３は、プログラムに従って各種の処理を行う中央処理ユニット（ＣＰＵ）３１、ＣＰＵ３１が行う処理のプログラムなどを格納した読み出し専用のメモリであるＲＯＭ３２及びＣＰＵ３１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格納エリアなどを有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ３３などを内蔵している。

電圧検出回路１１、１２及び放電回路２１、２２は、各グループＧ_１、Ｇ_２毎に対応して設けられている。電圧検出回路１１は、選択スイッチ群１１Ａと、コンデンサＦＣ１と、検出スイッチ群１１Ｂと、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１１Ｃとを有している。電圧検出回路１２は、選択スイッチ群１２Ａと、コンデンサＦＣ２と、検出スイッチ群１２Ｂと、Ａ／Ｄ変換器１２Ｃとを有している。

上記選択スイッチ群１１Ａ、１２Ａ、検出スイッチ群１１Ｂ、１２Ｂはそれぞれ、ＣＰＵ３１によってオンオフが制御される。上記選択スイッチ群１１Ａ、１２Ａ、検出スイッチ群１１Ｂ、１２Ｂはそれぞれ、例えばフォトモスなどの光スイッチや磁気スイッチで構成され、ＣＰＵ３１との絶縁を保つことができる。

上記選択スイッチ群１１Ａ、１２Ａはそれぞれ単位セルＣ_１〜Ｃ_７、Ｃ_８〜Ｃ_１４の両端に設けられた選択スイッチＳ１ｂ〜Ｓ７ａ、Ｓ８ｂ〜Ｓ１４ａを有している。単位セルＣ_１〜Ｃ_７、Ｃ_８〜Ｃ_１４のプラス側に接続されているスイッチＳ１ａ〜Ｓ７ａ、Ｓ８ａ〜Ｓ１４ａは、コンデンサＦＣ１、ＦＣ２のプラス側に接続されている。これに対して、単位セルＣ_１〜Ｃ_７、Ｃ_８〜Ｃ_１４のマイナス側に接続されているスイッチＳ１ｂ〜Ｓ７ｂ、Ｓ８ｂ〜Ｓ１４ｂは、コンデンサＦＣ１、ＦＣ２のマイナス側に接続されている。

上記検出スイッチ群１１Ｂ、１２Ｂは、検出スイッチＳＶＨ１、ＳＶＬ１及びＳＶＨ２、ＳＶＬ２から構成されている。検出スイッチＳＶＨ１、ＳＶＬ１及びＳＶＨ２、ＳＶＬ２は、コンデンサＦＣ１、ＦＣ２の両端とＡ／Ｄ変換器１１Ｃ、１２Ｃとの間に設けられている。検出スイッチＳＶＨ１、ＳＶＬ１及びＳＶＨ２、ＳＶＬ２をオンすると、コンデンサＦＣ１、ＦＣ２の両端電圧がＡ／Ｄ変換器１１Ｃ、１２Ｃに対して供給される。Ａ／Ｄ変換器１１Ｃ、１２Ｃは、コンデンサＦＣ１、ＦＣ２を介して順次供給される単位セルＣ_１〜Ｃ_７、Ｃ_８〜Ｃ_１４の両端電圧をデジタル値に変換してＣＰＵ３１に対して供給する。

放電回路２１は、選択スイッチ群１１Ａと、放電スイッチＳＤ１と、放電抵抗Ｒ１とを有している。放電回路２２は、選択スイッチ群１２Ａと、放電スイッチＳＤ２と、放電抵抗Ｒ２とを有している。放電スイッチＳＤ１、ＳＤ２は、単位セルＣ_１〜Ｃ_７、Ｃ_８〜Ｃ_１４のプラス側に接続されている選択スイッチＳ１ａ〜Ｓ７ａ、Ｓ８ａ〜Ｓ１４ａと放電抵抗Ｒ１及びＲ２との間に設けられている。なお、本実施形態では、電圧検出回路１１、１２と放電回路２１、２２とで選択スイッチ群１１Ａ、１２Ａを兼用しているが、それぞれ別々に設けても良い。

次に、上述した構成の充電状態調整装置の動作について図２〜図５を参照して説明する。図２は、図１に示す充電状態調整装置を構成するＣＰＵ３１の処理手順を示すフローチャートである。図３は、図１に示す充電状態調整装置を構成する選択スイッチＳ１ａ〜Ｓ７ｂ、検出スイッチＳＶＨ１、ＳＶＬ１のオンオフ状態を示すタイムチャートである。図４及び図５は、図１に示す充電状態調整装置の動作を説明するためのグラフである。

まず、ＣＰＵ３１は、イグニッションスイッチのオフしてから単位セルＣ_１〜Ｃ_１４の両端電圧が安定するまでの一定時間が経過すると容量均等化手段として働き均等化処理を開始する。均等化処理においてＣＰＵ３１は、全単位セルＣ_１〜Ｃ_１４の両端電圧を順次検出する電圧検出処理を行う（ステップＳ１）。

電圧検出処理において、ＣＰＵ３１は、まず、単位セルＣ_１の両端の選択スイッチＳ１ａ、Ｓ１ｂを予め定めた充電時間Ｔ１だけオン制御する（図３（Ａ））。これにより単位セルＣ_１の両端とコンデンサＦＣ１とが接続される。コンデンサＦＣ１は、その両端電圧が単位セルＣ_１の両端電圧と等しくなるように充電される。

次に、ＣＰＵ３１は、上記充電時間Ｔ１が経過すると単位セルＣ_１の両端の選択スイッチＳ１ａ、Ｓ１ｂをオフ制御して、単位セルＣ_１とコンデンサＦＣ１との接続を切り離す。その後、ＣＰＵ３１は、検出スイッチＳＶＨ１、ＳＶＬ１をオン制御する（図３（Ｈ））。これにより、コンデンサＦＣ１の両端電圧がＡ／Ｄ変換器１１Ｃに供給される。ＣＰＵ３１は、検出スイッチＳＶＨ１、ＳＶＬ１をオンしてから予め定めた検出時間Ｔ２経過後にＡ／Ｄ変換器１１ＣによってサンプリングしたコンデンサＦＣ１の両端電圧を単位セルＣ_１の両端電圧として検出する。

ＣＰＵ３１は、単位セルＣ_１の両端電圧の検出が終了すると、検出スイッチＳＶＨ１、ＳＶＬ１をオフ制御して、コンデンサＦＣ１とＡ／Ｄ変換器１１Ｃとの接続を切り離す。ＣＰＵ３１は、単位セルＣ_２〜Ｃ_７についても同様に、その単位セルＣ_２〜Ｃ_７の両端に接続された選択スイッチＳ２ａ〜Ｓ７ｂのオン制御と検出スイッチＳＶＨ１、ＳＶＬ１のオン制御とを交互に順次行って、単位セルＣ_２〜Ｃ_７の両端電圧を順次検出する（図３（Ｂ）〜図３（Ｈ））。

ＣＰＵ３１は、グループＧ_２を構成する単位セルＣ_８〜Ｃ_１４の両端電圧の検出も同様に行う。以上のことから明らかなように、電圧検出回路１１、１２及びＣＰＵ３１が請求項中の電圧検出手段を構成する。

上記電圧検出処理が終わると、ＣＰＵ３１は、単位セルＣ_１〜Ｃ_７、Ｃ_８〜Ｃ_１４の両端電圧にバラツキがあるか否かを判断する（ステップＳ２）。ここでＣＰＵ３１は、単位セルＣ_１〜Ｃ_７、Ｃ_８〜Ｃ_１４のうち両端電圧が最大の最大単位セルＣ_ｍａｘと最小の最小単位セルＣ_ｍｉｎとを抽出し、最大単位セルＣ_ｍａｘの両端電圧Ｖ_ｍａｘと最小単位セルＣ_ｍｉｎの両端電圧Ｖ_ｍｉｎとの差（Ｖ_ｍａｘ−Ｖ_ｍｉｎ）が予め定めた許容電圧以下であるか否かで判断する。ＣＰＵ３１は、差（Ｖ_ｍａｘ−Ｖ_ｍｉｎ）が許容電圧以下であればバラツキがないと判断して（ステップＳ２でＮ）、均等化処理を終了する。

一方、ＣＰＵ３１は、差（Ｖ_ｍａｘ−Ｖ_ｍｉｎ）が許容電圧より大きければバラツキがあると判断して（ステップＳ２でＹ）、目標電圧を設定する（ステップＳ３）。ここでＣＰＵ３１は、例えば最小単位セルＣ_ｍｉｎの両端電圧Ｖ_ｍｉｎを目標電圧として設定する。次に、ＣＰＵ３１は、ブロック抽出手段として機能し、各グループＧ_１、Ｇ_２毎に、単位セルＣ_１〜Ｃ_１４のうち目標電圧よりも高い両端電圧を有する単位セルＣ_１〜Ｃ_１４であって、互いに連なって接続された複数の単位セルＣ_１〜Ｃ_１４から成るブロックを抽出する（ステップＳ４）。ただし、ステップＳ４では、単位セルＣ_１〜Ｃ_１４の両端電圧が、目標電圧に対して上記許容電圧内であれば、その単位セルＣ_１〜Ｃ_１４の両端電圧は目標電圧と等しいと判断する。

このブロックの抽出の詳細について図４（Ａ）及び図５（Ａ）を参照して以下説明する。例えば、図４（Ａ）に示すように、グループＧ_１を構成する単位セルＣ_１〜Ｃ_７の両端電圧がばらついていたとする。グループＧ_１では、単位セルＣ_１〜Ｃ_４から構成されるブロックと、単位セルＣ_６及びＣ_７から構成されるブロックとの２つが抽出される。これに対して、図５（Ａ）に示すように、グループＧ_２を構成する単位セルＣ_８〜Ｃ_１４の両端電圧がばらついていたとする。グループＧ_２では、単位セルＣ_８〜Ｃ_１４から構成されるブロックが１つ抽出される。

その後、ＣＰＵ３１は、上述したステップＳ４でブロックが抽出されたか否かを判断する（ステップＳ５）。グループＧ_１、Ｇ_２の少なくとも一方からブロックが抽出されていれば（ステップＳ５でＹ）、ＣＰＵ３１は、グループＧ_１、Ｇ_２毎に抽出されたブロックのうち単位セル数の多いブロックを放電ブロックとして選択する（ステップＳ６）。

この放電ブロックの選択の詳細について図４（Ａ）及び図５（Ａ）を参照して以下説明する。図４（Ａ）に示すように、ステップＳ４で単位セルＣ_１〜Ｃ_４から構成されるブロックと単位セルＣ_６及びＣ_７から構成されるブロックとの２つが抽出されている場合、ＣＰＵ３１は、単位セル数の多い単位セルＣ_１〜Ｃ_４から構成されるブロックをグループＧ_１の放電ブロックとして選択する。

これに対して、図５（Ａ）に示すように、ステップＳ４で単位セルＣ_８〜Ｃ_１４から構成されるブロック一つしか抽出されていない場合、ＣＰＵ３１は、その単位セルＣ_８〜Ｃ_１４から構成されるブロックをグループＧ_２の放電ブロックとして選択する。なお、ステップＳ４で抽出されたブロックがなければ放電ブロックは選択しない。次に、ＣＰＵ３１は、選択された各グループＧ_１、Ｇ_２の放電ブロックの両端と放電抵抗Ｒ１、Ｒ２とをそれぞれ接続して、各グループＧ_１、Ｇ_２の放電ブロックの放電を同時に開始する（ステップＳ７）。

例えば、単位セルＣ_１〜Ｃ_４から構成されるブロックが放電ブロックとして選択されている場合は、ＣＰＵ３１は、放電スイッチＳＤ１、選択スイッチＳ１ｂ及びＳ４ａをオン制御して、単位セルＣ_１〜Ｃ_４から構成される放電ブロックの両端と放電抵抗Ｒ１とを接続して、放電を開始する。また、単位セルＣ_８〜Ｃ_１４から構成されるブロックが放電ブロックとして選択されている場合は、ＣＰＵは、放電スイッチＳＤ２、選択スイッチＳ８ｂ及びＳ１４ａをオン制御して、単位セルＣ_８〜Ｃ_１４から構成される放電ブロックの両端と放電抵抗Ｒ２とを接続して、放電を開始する。

ＣＰＵ３１は、放電ブロックの放電を開始してから所定時間（第１所定時間）経過すると（ステップＳ８でＹ）、放電スイッチＳＤ１、ＳＤ２及び選択スイッチ群１１Ａ、１２Ａをオフ制御して、放電ブロックの放電を停止させた後（ステップＳ９）、ステップＳ１に戻る。ステップＳ１〜ステップＳ９までを繰り返すことにより、グループＧ_１では、単位セルＣ_１〜Ｃ_４で構成される放電ブロックのうち最小の両端電圧を有する単位セルＣ_１及びＣ_４の両端電圧が目標電圧になるまで放電される（図４（Ｂ））。即ち、図４（Ａ）中の斜線で示す容量が放電される。

その後、ステップＳ４においてＣＰＵ３１によって、単位セルＣ_２及びＣ_３から構成されるブロックと、単位セルＣ_６及びＣ_７から構成されるブロックとの２つが抽出される。

上述したように抽出された複数のブロックを構成する単位セル数が同じであった場合、任意の一つを放電ブロックとする。ステップＳ６において、ＣＰＵ３１は、例えば単位セルＣ_６及びＣ_７から構成されるブロックを放電ブロックとして選択する。さらにステップＳ１〜ステップＳ９までを繰り返すと、単位セルＣ_６及びＣ_７で構成される放電ブロックのうち最小の両端電圧を有する単位セルＣ_６及びＣ_７の両端電圧が目標電圧になるまで放電される（図４（Ｃ））。即ち、図４（Ｂ）中の斜線で示す容量が放電される。

その後、ステップＳ４においてＣＰＵ３１によって、単位セルＣ_２及びＣ_３から構成されるブロックが１つ抽出される。次に、ステップＳ６において、ＣＰＵ３１は、単位セルＣ_２及びＣ_３から構成されるブロックを放電ブロックとして選択する。さらにステップＳ１〜ステップＳ９までを繰り返すと、単位セルＣ_２及びＣ_３で構成される放電ブロックのうち最小の両端電圧を有する単位セルＣ_３が目標電圧になるまで放電される（図４（Ｄ））。即ち、図４（Ｃ）中の斜線で示す容量が放電される。その後、ステップＳ４においてＣＰＵ３１は、グループＧ_１のブロックを抽出しない。

これに対して、ステップＳ１〜ステップＳ９までを繰り返すことにより、グループＧ_２では、単位セルＣ_８〜Ｃ_１４で構成されるブロックのうち最小の両端電圧を有する単位セルＣ_９の両端電圧が目標電圧になるまで放電される（図５（Ｂ））。即ち、図５（Ａ）中の斜線で示す容量が放電される。

その後、ステップＳ４においてＣＰＵ３１によって、単位セルＣ_１０〜Ｃ_１４から構成されるブロックが１つ抽出される。次に、ステップＳ６において、ＣＰＵ３１は、単位セルＣ_１０〜Ｃ_１４から構成されるブロックを放電ブロックとして選択する。さらにステップＳ１〜ステップＳ９までを繰り返すと、単位セルＣ_１０〜Ｃ_１４で構成されるブロックのうち最小の両端電圧を有する単位セルＣ_１３及びＣ_１４の両端電圧が目標電圧になるまで放電される（図５（Ｃ））。即ち、図５（Ｂ）中の斜線で示す容量が放電される。

その後、ステップＳ４においてＣＰＵ３１によって、単位セルＣ_１０〜Ｃ_１２から構成されるブロックが１つ抽出される。次に、ステップＳ６において、ＣＰＵ３１は、単位セルＣ_１０〜Ｃ_１２から構成されるブロックを放電ブロックとして選択する。さらにステップＳ１〜ステップＳ９までを繰り返すと、単位セルＣ_１０〜Ｃ_１２で構成されるブロックのうち最小の両端電圧を有する単位セルＣ_１０〜Ｃ_１２の両端電圧が目標電圧になるまで放電される（図５（Ｄ））。即ち、図５（Ｃ）中の斜線で示す容量が放電される。その後、ステップＳ４においてＣＰＵ３１は、グループＧ_２のブロックを抽出しない。ＣＰＵ３１は、全てのグループＧ_１、Ｇ_２においてブロックが抽出されなくなると（ステップＳ５でＮ）、次のステップＳ１０に進む。

以上の動作から明らかなように、ステップＳ６〜Ｓ９においてＣＰＵ３１は、第１均等化放電手段として働き、所定時間だけ各ブロックの両端と放電抵抗Ｒ１、Ｒ２とを接続して各ブロックを放電させる。また、ステップＳ５においてＣＰＵ３１は、第１放電制御手段として働き、ステップＳ４でブロックが抽出される間はステップＳ４及びステップＳ６〜Ｓ９の動作を順に繰り返し行わせ、ステップＳ４でブロックが抽出できなくなるとステップＳ６〜Ｓ９の動作を終了させる。

ステップＳ１０において、ＣＰＵ３１は、目標電圧よりも高い両端電圧を有する単位セルを抽出する。例えば、グループＧ_１において、ブロックが抽出されなくなった図４（Ｄ）に示す状態では、単位セルＣ_２が抽出される。一方、グループＧ_２において、ブロックが抽出されなくなった図５（Ｄ）に示す状態では、単位セルＣ_８が抽出される。ＣＰＵ３１は、グループＧ_１、Ｇ_２毎に抽出された単位セルのうち両端電圧が高いものを放電セルとして選択する（ステップＳ１１）。

例えば、図４（Ｃ）に示すように、一つしか単位セルＣ_２が抽出されていない場合は、その単位セルＣ_２を放電セルとして選択する。また、図５（Ｄ）に示す場合も同様に、単位セルＣ_８を放電セルとして選択する。次に、ＣＰＵ３１は、選択された放電セルの両端と放電抵抗Ｒ１、Ｒ２とを接続して放電セルの放電を開始する（ステップＳ１２）。

例えば、単位セルＣ_２が放電セルとして選択されている場合、ＣＰＵ３１は、放電スイッチＳＤ１、選択スイッチＳ２ｂ及びＳ２ａをオン制御して、単位セルＣ_２の両端と放電抵抗Ｒ１とを接続して、放電を開始する。また、単位セルＣ_８が放電セルとして選択されている場合、ＣＰＵ３１は、放電スイッチＳＤ２、選択スイッチＳ８ｂ及びＳ８ａをオン制御して、単位セルＣ_８の両端と放電抵抗Ｒ２とを接続して、放電を開始する。

ＣＰＵ３１は、放電セルの放電を開始してから所定時間（第２所定時間）経過すると（ステップＳ１３でＹ）、放電スイッチＳＤ１、ＳＤ２及び選択スイッチ群１１Ａ、１２Ａをオフ制御して、放電セルの放電を停止させた後（ステップＳ１４）、ステップＳ１に戻る。ステップＳ１〜Ｓ５、Ｓ１１〜Ｓ１４までを繰り返すことにより、グループＧ_１では、単位セルＣ_２の両端電圧が目標電圧に達するまで放電される（図４（Ｄ））。即ち、図４（Ｄ）中の斜線で示す容量が放電される。

これに対して、ステップＳ１〜Ｓ５、Ｓ１１〜Ｓ１４までを繰り返すことにより、グループＧ_２では、単位セルＣ_８の両端電圧が目標電圧になるまで放電される。即ち、図５（Ｄ）中の斜線で示す容量が放電される。グループＧ_１、Ｇ_２の単位セルＣ_１〜Ｃ_１４が目標電圧に達すると、ステップＳ２でバラツキなしと判断されて、均等化処理が終了される。

以上の動作から明らかなように、ステップＳ１〜Ｓ５、ステップＳ１２〜Ｓ１４を繰り返し行うことにより、ＣＰＵ３１は、第２均等化放電手段として働き、ステップＳ１０で抽出した単位セルが目標電圧に達するまでその単位セルの両端電圧と放電抵抗とを接続して単位セルを放電させている。

また、ステップＳ１２〜Ｓ１４においてＣＰＵ３１は、所定時間だけ単位セルを放電させる放電手段として働き、ステップＳ２においてＣＰＵ３１は、ステップＳ１２〜Ｓ１４の放電が終了する毎にステップＳ１の電圧検出処理により単位セルの両端電圧を検出して該検出した両端電圧が目標電圧に達するまでステップＳ１２〜Ｓ１４の放電を繰り返させる第２放電制御手段として働くことが明らかである。

上述した充電状態調整装置によれば、ステップＳ６〜Ｓ９に示すようにブロックを構成する複数の単位セルをまとめて同時に放電した後、ステップＳ１１〜Ｓ１４に示すように各単位セルを一つ一つ放電することができ、容量均等化時間の短縮を図ることができる。

また、上述した充電状態調整装置によれば、ステップＳ４のブロック抽出によりブロックが抽出されなくなるまでステップＳ４のブロック抽出、ステップＳ６〜Ｓ７のブロックの放電が順に繰り返されるので、ステップＳ４のブロック抽出によりブロックが抽出されなくなるまで繰り返しブロックの放電を行うことができ、より一層容量均等化時間の短縮を図ることができる。

また、上述した充電状態調整装置によれば、ステップＳ６〜Ｓ９に示すように、所定時間だけブロックの両端電圧と放電抵抗Ｒ１、Ｒ２とを接続して、各ブロックを放電させていた。これによれば、ステップＳ４のブロック抽出によりブロックが抽出されなくなるまで所定時間だけ各ブロックの両端と放電抵抗Ｒ１、Ｒ２とを接続して各ブロックを放電させることが繰り返される。従って、簡単な構成でブロックが抽出されなくなるまでブロックを放電させることができ、コストダウンを図ることができる。

また、上述した充電状態調整装置によれば、互いに異なる両端電圧の２つの単位セルから構成されるブロックはブロックとして抽出していない。これにより、互いに異なる両端電圧の２つの単位セルから構成されるブロックの両端と放電抵抗Ｒ１、Ｒ２との接続を省くことができ、より一層容量均等化時間の短縮を図ることができる。

また、上述した充電状態調整装置によれば、ステップＳ４のブロック抽出において、複数の単位セルＣ_１〜Ｃ_１４を複数に分割して得たグループＧ_１、Ｇ_２毎にブロックの抽出を行うので、グループＧ_１、Ｇ_２毎にブロックを抽出して放電を行うことができ、より一層容量均等化時間の短縮を図ることができる。

また、上述した充電状態調整装置によれば、ステップＳ１２〜Ｓ１４において所定時間だけ単位セルＣ_１〜Ｃ_１４を放電させて、その放電が終了する毎にステップＳ１の電圧検出処理により単位セルＣ_１〜Ｃ_１４の両端電圧を検出して該検出した両端電圧が目標電圧に達してバラツキがなくなるまで単位セルＣ_１〜Ｃ_１４の放電を繰り返させるので、目標電圧と単位セルの両端電圧とに基づいて放電時間を求めなくても単位セルＣ_１〜Ｃ_１４の両端を目標電圧まで放電することができるので、複雑な計算を必要とせず正確に単位セルＣ_１〜Ｃ_１４の両端を目標電圧まで放電することができる

なお、上述した実施形態によれば、ステップＳ４のブロック抽出によりブロックが抽出されなくなるまで繰り返しブロックの放電を行った後に、各単位セルの放電を行っていたが、本発明はこれに限ったものではない。本発明は、ブロックが抽出される限り、そのブロックの放電を１回でも行った後に単位セルＣ_１〜Ｃ_１４の放電を行えばよく、例えば、ステップＳ９からステップＳ１に戻らずにステップＳ１０に進んでもよい。ただし、本実施形態のように、ステップＳ４のブロック抽出によりブロックが抽出されなくなるまで繰り返しブロックの放電を行う方が、まとめて放電する電荷量を多くすることができ、容量均等化時間の短縮を図るのに最適である。なお、上記図２のフローチャートからも明らかなように、最初のステップＳ４でブロックが抽出されない場合は、ブロックの放電が行われずに、単位セルＣ_１〜Ｃ_１４の放電のみが実施される。

また、上述した実施形態では、ステップＳ６〜Ｓ９に示すように、所定時間だけブロックの両端電圧と放電抵抗Ｒ１、Ｒ２とを接続して、各ブロックを放電させていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、ブロックを構成する単位セルＣ_１〜Ｃ_１４のうち最小の両端電圧を有するブロック最小単位セルを抽出し、そのブロック最小単位セルが目標電圧に達するまでの放電時間を求めて、求めた放電時間だけブロックの両端電圧と放電抵抗とを接続するようにしてもよい。ただし、この場合、放電時間を求めるという複雑な計算をする必要があり、ＣＰＵ３１として処理能力の高いものが要求されコストアップとなることがあるため、本実施形態が最適である。

また、上述した実施形態では、ブロックの抽出をグループＧ_１、Ｇ_２毎に行っていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、高圧バッテリＢ_Ｈを構成する複数の単位セルＣ_１〜Ｃ_１４についてブロックの抽出を行っても良い。

また、上述した実施形態では、ステップＳ１０〜Ｓ１４において、所定時間だけ単位セルＣ_１〜Ｃ_１４の両端と放電抵抗Ｒ１、Ｒ２とを接続して、単位セルＣ_１〜Ｃ_１４を放電させていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、単位セルＣ_１〜Ｃ_１４が目標電圧に達するまでの放電時間を求めて、求めた放電時間だけ単位セルＣ_１〜Ｃ_１４の両端電圧と放電抵抗Ｒ１、Ｒ２とを接続するようにしてもよい。ただし、この場合、放電時間を求めるという複雑な計算をする必要があり、ＣＰＵ３１として処理能力の高いものが要求されコストアップとなることがあるため、本実施形態が最適である。

また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明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１に示す充電状態調整装置を構成するＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。図１に示す充電状態調整装置を構成する選択スイッチ、検出スイッチのオンオフ状態を示すタイムチャートである。図１に示す充電状態装置の動作を説明するためのグラフである。図１に示す充電状態装置の動作を説明するためのグラフである。

符号の説明

１１電圧検出回路（電圧検出手段）
１２電圧検出回路（電圧検出手段）
３１ＣＰＵ（電圧検出手段、容量均等化手段、ブロック抽出手段、第１均等化放電手段、単位セル抽出手段、第２均等化放電手段、第１放電制御手段、放電手段、第２放電制御手段）
Ｃ_１〜Ｃ_７単位セル
Ｃ_８〜Ｃ_１４単位セル
Ｇ_１グループ
Ｇ_２グループ
Ｒ１放電抵抗
Ｒ２放電抵抗

Claims

互いに直列接続された二次電池から成る複数の単位セルの各々の両端電圧を検出する電圧検出手段と、前記単位セルを放電するための放電抵抗と、前記複数の単位セルの両端電圧が均等になるように前記電圧検出手段が検出した各単位セルの両端電圧に基づいて前記複数の単位セルの前記放電抵抗を通じての放電を制御する容量均等化手段と、を有する充電状態調整装置において、
前記容量均等化手段が、
（ａ）前記複数の単位セルのうち目標電圧よりも高い両端電圧を有する単位セルであって、互いに連なって接続された複数の単位セルから成るブロックを抽出するブロック抽出手段と、
（ｂ）前記各ブロックの両端と前記放電抵抗とを接続して前記各ブロックを放電させる第１均等化放電手段と、
（ｃ）前記第１均等化放電手段の動作が終了した後に前記目標電圧よりも高い両端電圧を有する単位セルを抽出する単位セル抽出手段と、
（ｄ）前記単位セル抽出手段が抽出した単位セルが前記目標電圧に達するまでその単位セルの両端と前記放電抵抗とを接続して前記単位セルを放電させる第２均等化放電手段と
を有することを特徴とする充電状態調整装置。
前記容量均等化手段が、前記ブロック抽出手段により前記ブロックが抽出される間は、前記ブロック抽出手段及び前記第１均等化放電手段の動作を順に繰り返し行わせ、そして、前記ブロック抽出手段により前記ブロックが抽出できなくなると、前記第１均等化放電手段の動作を終了させる第１放電制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の充電状態調整装置。
前記第１均等化放電手段が、第１所定時間だけ前記各ブロックの両端と前記放電抵抗とを接続して前記各ブロックを放電させるものであることを特徴とする請求項２記載の充電状態調整装置。
前記ブロック抽出手段が、前記複数の単位セルを複数に分割して得たグループ毎に前記ブロックの抽出を行うものであることを特徴とする請求項１〜３何れか１項記載の充電状態調整装置。
前記第２均等化放電手段が、第２所定時間だけ前記単位セルを放電させる放電手段と、該放電手段による放電が終了する毎に前記電圧検出手段により前記単位セルの両端電圧を検出して該検出した両端電圧が前記目標電圧に達するまで前記放電手段による放電を繰り返させる第２放電制御手段と、を有することを特徴とする請求項１〜４何れか１項記載の充電状態調整装置。