JP2009159768A

JP2009159768A - 電圧均等化装置

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Publication number: JP2009159768A
Application number: JP2007337003A
Authority: JP
Inventors: Masashi Nakamura; 将司中村
Original assignee: GS Yuasa Corp
Current assignee: GS Yuasa Corp
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2009-07-16

Abstract

【課題】各単位二次電池の電圧を均等化することが可能な組電池の電圧均等化装置を提供する。
【解決手段】組電池の各電圧を均等化する電圧均等化装置であって、各単位二次電池に対応してそれぞれ個別に設けられ、対応する単位二次電池の正極に一端が連なり、対応する単位二次電池の負極に他端が連なるように結線された同じ抵抗値をもつ各放電抵抗と、各単位二次電池の正極と前記各放電抵抗との間に介挿入された各放電スイッチと、前記組電池に充電電流を供給する電流供給路Ｌに設けられ、前記充電電流の大きさを検出する電流センサと、前記各放電スイッチを一斉にオンさせて前記組電池を構成する各単位二次電池の電圧を一斉に均等化させる動作を実行する制御回路と、を備え、当該制御回路は、前記充電電流Ｉの値が前記定電圧にて充電を行う定電圧領域において設定された二つの閾値間にある区間、前記各放電スイッチを一斉にオンさせて前記均等化動作を実行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電圧均等化装置に関する。

従来より、複数の単位二次電池を直列的に接続して、所定の高電圧を得るようにした組電池が広く知られている。この種の組電池は、例えば下記特許文献１にもあるように、各単位二次電池に対応して放電抵抗よりなる放電回路をそれぞれ設け、電圧の高い単位二次電池を、電圧の低い単位二次電池に合わせて放電させ、各単位二次電池の電池電圧を均等化している。
特開平０８−１９１８８号公報

上記のものは、電池電圧を均等化させる前提として、まず、組電池を構成する各単位二次電池の電池電圧を個別に測定し、各単位二次電池の電池電圧に差があるか否かを計測する必要がある。このような計測は一般にＣＰＵ等が必要（言い換えれば、ディジタル的な処理が必要）となり、装置の構成が大掛かりとなる。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、比較的簡単な構成で、各単位二次電池の電池電圧を均等化することが可能な組電池の電圧均等化装置を提供することを目的とする。

本発明は、複数の単位二次電池を直列的に接続してなる組電池の各電池電圧を均等化する電圧均等化装置であって、前記組電池に対し充電初期には定電流で充電を行い、当該組電池の総電圧が設定電圧を上回るか、或いは単位二次電池のいずれかが設定電圧を上回った以降、充電完了までの間は定電圧にて充電を行う定電流−定電圧充電形式のものにおいて、各単位二次電池に対応してそれぞれ個別に設けられ、対応する単位二次電池の正極に一端が連なり、対応する単位二次電池の負極に他端が連なるように結線された同じ抵抗値をもつ各放電抵抗と、各単位二次電池の正極と前記各放電抵抗との間、或いは各単位二次電池の負極と各放電抵抗との間に介挿された各放電スイッチと、前記組電池に充電電流を供給する電流供給路に設けられ、前記充電電流の大きさを検出する電流センサと、前記各放電スイッチを一斉にオンさせて前記組電池を構成する各単位二次電池の電池電圧を一斉に均等化させる均等化動作を実行する制御回路と、を備え、当該制御回路は前記電流センサから出力される検出信号に基づいて、前記電流供給路を通じて前記組電池に供給される充電電流の電流値が前記定電圧にて充電を行う定電圧領域において設定された二つの電流閾値間にあるかを検出し、当該充電電流の電流値が前記電流閾値間にある区間、前記各放電スイッチを一斉にオンさせて前記均等化動作を実行するところに特徴を有する。

・この発明の実施態様として、以下の構成とすることが好ましい。
前記制御回路は、前記二つの電流閾値に対応する二つの基準電圧が一方の入力端子にそれぞれ与えられ、前記電流センサの検出信号が他方の入力端子に共通入力される二つの比較器を備え、これら両比較器の出力が不一致となるときに、前記各放電スイッチを一斉にオンさせて前記均等化を実行し、それ以外のときには前記各放電スイッチをオフさせる。このようにしておけば、制御回路を比較器などのアナログ電子部品だけで構成することが可能となり、電圧均等化装置全体を簡素化出来る。

・前記単位二次電池がリチウムイオン二次電池であるものにおいて、充電率の増加に対し電池電圧が急な勾配をもって上昇する傾向を示す充電終期の変化域を含むそれ以降の領域に対応して前記２つの電流閾値をそれぞれ設定し、当該変化域を含むそれ以降の領域において前記均等化が実行される設定とする。このようにしておけば、特に変化域で生じ得る電池電圧のアンバランスを均等化できる。

本発明によれば、各単位二次電池に対応する各放電スイッチを一斉にオンさせて、各単位二次電池の電池電圧を一斉に均等化させている。このような均等化であれば、各単位電池の電池電圧を個別に計測する必要がなく、従前の電圧均等化装置において、必須であった各単位二次電池の各電池電圧を個別に検出する機能を廃止できる。また、本発明によれば、充電電流の電流値（レベル）を電流センサにより監視しており、充電終期に近い定電圧領域において各単位二次電池の電池電圧を均等化させている。従って、均等化動作の動作タイミングとして最適であり、電池電圧を効率よく均等化できる。

本発明の一実施形態を図１ないし図５によって説明する。
本実施形態は、三つの単位二次電池（リチウムイオン二次電池）Ｅ１〜Ｅ３を直列的に接続してなる組電池Ｂを充電器２０によって充電するものであり、組電池Ｂの負極をグラウンドＧＮＤに接続する一方、正極を電流供給路Ｌを通じて充電器２０に接続している。

そして、本発明の電圧均等化装置Ｕを用いて、各リチウムイオン二次電池Ｅ１〜Ｅ３の電池電圧を均等化することで、各リチウムイオン二次電池Ｅ１〜Ｅ３を、電圧差なく同じ電池電圧で充電出来るようにしたものである。

本電圧均等化装置Ｕは以下詳しく説明するように、放電抵抗Ｒ１〜Ｒ３、放電スイッチＳＷ１〜ＳＷ３、電流センサ３０、スイッチ制御回路４０を主体に構成されている。

図１に示すように、リチウムイオン二次電池Ｅ１〜Ｅ３には、それぞれ放電抵抗Ｒ１〜Ｒ３が設けられている。各放電抵抗Ｒ１〜Ｒ３は対応する各リチウムイオン二次電池Ｅ１〜Ｅ３の正極に一端が連なり、対応するリチウムイオン二次電池Ｅ１〜Ｅ３の負極に他端が連なるように結線されている。

より詳しく言えば、放電抵抗Ｒ１はリチウムイオン二次電池Ｅ１の正極に一端が連なり、リチウムイオン二次電池Ｅ１の負極に他端が連なるように結線され、放電抵抗Ｒ２はリチウムイオン二次電池Ｅ２の正極に一端が連なり、リチウムイオン二次電池Ｅ２の負極に他端が連なるように結線されている。また、放電抵抗Ｒ３はリチウムイオン二次電池Ｅ３の正極に一端が連なり、リチウムイオン二次電池Ｅ３の負極に他端が連なるように結線されている。これら各放電抵抗Ｒ１〜Ｒ３は、いずれも抵抗値の大きさが同じ値に設定されている。

また、各放電抵抗Ｒ１〜Ｒ３と対応する各リチウムイオン二次電池Ｅ１〜Ｅ３の正極との間に、放電スイッチＳＷ１〜ＳＷ３が挿入されている。

これら３つの放電スイッチＳＷ１〜ＳＷ３は、いずれもＰチャンネル型の電界効果トランジスタより構成されている。これら各放電スイッチＳＷ１〜ＳＷ３の各ゲートは、不図示のプルアップ抵抗を介して電源側に連なっており、各放電スイッチＳＷ１〜ＳＷ３が、常にはオフ状態に制御されるようになっている。

また、各放電スイッチＳＷ１〜ＳＷ３のゲートには、共通の信号線Ｌ１が電気的に連なっている。この信号線Ｌ１には、ソースＳをグラウンドＧＮＤに接続し、ドレインＤをスイッチ側に接続させつつＮチャンネル型電界効果トランジスタ（以下、単にＦＥＴ）４１が設けられている。

このＦＥＴ４１は、次に説明するスイッチ制御回路４０の出力段を構成するものであり、同ＦＥＴ４１のゲートＧをＨレベルにすると、ＦＥＴ４１がオンして信号線Ｌ１のライン電圧がＬレベルになる結果、上述した各放電スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を一斉にオフできる構成となっている。

スイッチ制御回路４０は、入力段に一対のコンパレータ５１、５５を備えてなる。コンパレータ５１、５５は入力信号のレベルと、基準電圧のレベルとを大小比較して比較結果に応じた二値信号（Ｈレベル／Ｌレベルの信号）を出力するものであり、両コンパレータ５１、５５のプラス側の端子（本発明の「一方の入力端子」に相当）に、基準電圧Ｖａ、Ｖｂ（基準電圧の具体的な設定方法については、後に説明する）が与えられている。

一方、コンパレータ５１、５５の各マイナス側の端子（本発明の「他方の入力端子」に相当）に入力信号として、電流センサ３０の検出信号Ｓｒが印加される構成となっている。電流センサ３０は電流供給路Ｌに挿入されたシャント抵抗（不図示）と、シャント抵抗の両端電圧を増幅して出力するアンプ（不図示）などから構成され、電流供給路Ｌを通じて組電池Ｂに供給される充電電流Ｉの電流値に比例した電圧信号（検出信号Ｓｒ）を出力するものである。

そして、上記両コンパレータ５１、５５の出力端子はいずれもプルアップ抵抗Ｒｐを介して電源側に接続され、更にコンパレータ５１の出力端子はＰチャンネル型電界効果トランジスタ６１のソースＳに接続され、またコンパレータ５５の出力端子はＰチャンネル型電界効果トランジスタ６１のソースＧに接続されている。以下、このＰチャンネル型電界効果トランジスタ６１を単に、ＦＥＴ６１と呼ぶ。

そして、ＦＥＴ６１のドレインＤが上記したＦＥＴ４１のゲートＧに接続されている。また、ＦＥＴ４１のゲート−ソース間にはゲートバイアス抵抗Ｒ４が設けられ、ＦＥＴ６１のゲート−ソース間にはゲートバイアス抵抗Ｒ６が設けられている。

次に、充電器２０により行われる充電動作について説明する。本充電器２０は定電流−定電圧（ＣＣＣＶ； Constant Current Constant Voltage）充電制御を行って、組電池Ｂを充電するものである。定電流−定電圧充電制御というのは、充電の初期は定電流Ｉｏにて充電動作を進め、その後、いずれかのリチウムイオン二次電池Ｅ１〜Ｅ３が所定の設定電圧に至るか、或いはリチウムイオン二次電池Ｅ１〜Ｅ３の総電圧が所定の設定電圧に至ると、その後は、定電圧Ｖｏにて充電動作を進めて各リチウムイオン二次電池Ｅ１〜Ｅ３を満充電（例えば、充電終了電圧４．２Ｖ）に至らしめるものである。

尚、上記のような定電流−定電圧制御方式の充電器２０は、電源回路、各単位二次電池の電池電圧をモニタする電圧検出回路、電圧検出回路の検出結果に基づいて電源回路の出力を制御する制御回路などから構成出来、例えば、以下の特許文献にも開示されている。
・特開２００３−２３７３６

また、電池の特性を説明するために、図２には、縦軸に電池の電池電圧をとり、横軸に充電率(ＳＯＣ；State of Charge)をとって、リチウムイオン二次電池Ｅの充電特性図を示してある。同図に示すように、リチウムイオン二次電池Ｅは充電率が十数％〜８０％の領域は、充電率の増加に対する電池電圧の変化の割り合いが小さく同部分は、傾きが平坦な特性を示す（以下、平坦域）。

その一方、８０％超の領域は、充電率の増加に対し電池電圧が急な勾配をもって上昇する変化を示す（以下、変化域）。本実施形態のものは、平坦域から変化域に切り替わる境界の電圧が約４Ｖ強であり、この電圧を超える電圧値（例えば、約４．２Ｖ）を上記充電制御の切り替えを行う設定電圧に設定してある。そのため、平坦域から変化域に移行した後、約４．２Ｖに達したタイミングで充電制御が切り替って、定電流領域から定電圧領域に移行する。

また、図３には、本充電器２０を用いて本実施形態に適用の単位二次電池、すなわちリチウムイオン二次電池を充電させたときの、充電電流Ｉの電流値の推移を、横軸に時間をとって示してある。同図に示すように、定電圧領域では時間の推移と共に、充電電流Ｉが垂下する特性を示す。これは、充電の進行に伴ってリチウムイオン二次電池の電池電圧が次第に上昇し、定電圧Ｖｏに対する電位差が次第に小さくなるためである。

また、定電圧Ｖｏの大きさは、満充電時の電池電圧の電圧値（４．２Ｖ）に設定してあり、リチウムイオン二次電池Ｅが満充電に至ると、時間と共に垂下する充電電流の大きさがほぼゼロとなるように設定されている。

そして、本実施形態のものは、この定電圧領域（言い換えれば、図２に示す変化域）に対応して二つの電流閾値Ｉａ、Ｉｂを定めている。すなわち、電流閾値Ｉａは、定電流充電時の電流値Ｉｏよりも差分値αだけ小さい値に設定され、電流閾値Ｉｂは充電完了時の電流値（ほぼゼロ）よりも、差分値αだけ大きな値に設定されている。

そして、電流閾値Ｉａの大きさに等しい充電電流Ｉが電流供給路Ｌを流れたときに、電流センサ３０が出力する検出信号Ｓｒの電圧レベルが、コンパレータ５１の基準電圧Ｖａとして設定され、また電流閾値Ｉｂの大きさに等しい充電電流Ｉが電流供給路Ｌを流れたときに、電流センサ３０が出力する検出信号Ｓｒの電圧レベルが、コンパレータ５５の基準電圧Ｖｂとして設定されている。

このような設定とすることで、以下説明するように、図２に示す平坦域の後の変化域以降の領域（定電圧領域）内において、各リチウムイオン二次電池Ｅ１〜Ｅ３の電池電圧をバランスさせる均等化動作が実行されることとなる。

次に、上記した電圧均等化装置Ｕの回路動作について説明を行う。
組電池Ｂに対する充電が開始されると、充電初期には、電流供給路Ｌを通じて充電器２０から組電池Ｂに電流値Ｉｏの定電流が供給される。このとき、電流センサ３０からは電流値Ｉｏのレベルに応じた検出信号Ｓｒが出力され、両コンパレータ５１、５５のマイナス端子にそれぞれ入力される。

係る検出信号Ｓｒの電圧レベルは、コンパレータ５１のプラス端子に与えられている基準電圧Ｖａの電圧レベル、コンパレータ５５のプラス端子に与えられている基準電圧Ｖｂの電圧レベルより大きい。そのため、この時点では、両コンパレータ５１、５５の出力はいずれもＬレベルで一致した出力となる。

すると、ＦＥＴ６１はＶｇｓがほぼゼロになり、オフ状態となる。その結果、ＦＥＴ４１もＶｇｓがほぼゼロになり、オフ状態となる。以上のことから、各放電スイッチＳＷ１〜ＳＷ３のゲートがＨレベルの状態を維持するので、各放電スイッチＳＷ１〜ＳＷ３はいずれもオフ状態となる。

そして、両コンパレータ５１、５５の出力に変化が起きない限り、各放電スイッチＳＷ１〜ＳＷ３はいずれもオフ状態を維持するので、定電流による充電中は均等化動作が実施されないまま、組電池Ｂに対する充電が進められることとなる。そして、充電の進行に伴って組電池Ｂを構成する各リチウムイオン二次電池Ｅ１〜Ｅ３は図２に示す充電特性、すなわち充電初期に一旦急な勾配を持って電池電圧が上昇した後、平坦域に入り、各リチウムイオン二次電池Ｅ１〜Ｅ３の電池電圧は緩やかに上昇してゆく。

その後、各リチウムイオン二次電池Ｅ１〜Ｅ３の電池電圧は、平坦域を通過するレベルにほぼ到達する。そして、いずれかのリチウムイオン二次電池Ｅ１〜Ｅ３の電池電圧が平坦域と変化域の境界電圧である４Ｖを超え、設定電圧である４．２Ｖに達すると、それが充電器２０により検出される。

すると、充電器２０は定電流制御から定電圧制御に制御を切り替え、それ以降、定電圧Ｖｏにて充電を行う。この切り替え直後、充電電流の電流値はＩｏであるから、各放電スイッチＳＷ１〜ＳＷ３は依然としてオフに維持された状態にある。

さて、充電制御が定電圧に切り替えられると、図３に示すように、充電電流Ｉの大きさは、充電の進行と共に次第に小さくなってゆく。これにより、電流センサ３０より出力される検出信号Ｓｒも、電圧レベルが小さくなってゆく。

そして、充電電流Ｉの大きさが電流閾値Ｉａを下回わると、検出信号Ｓｒの電圧レベルがコンパレータ５１のプラス端子に与えられている基準電圧Ｖａの電圧レベルを下回り、コンパレータ５１の出力がＨレベルになる。

一方、検出信号Ｓｒの電圧レベルはコンパレータ５５のプラス端子に与えられている基準電圧Ｖｂの電圧レベルとの比較においては依然としてこれを上回るレベルであるため、コンパレータ５５の出力はＬレベルのままとなる。

このように両コンパレータ５１、５５の出力が不一致状態になると、ＦＥＴ６１はＶｇｓが負の所定電圧となり、オン状態となる。その結果、ＦＥＴ４１もＶｇｓが正の所定電圧となり、オン状態となる。以上のことから、各放電スイッチＳＷ１〜ＳＷ３のゲートがＨレベルの状態からＬレベルの状態に切り替わるので、各放電スイッチＳＷ１〜ＳＷ３は一斉にオンし、以下に説明する均等化動作（電池電圧のバランス動作）がなされることとなる。

ここでは、各放電スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を一斉オンする直前において、組電池Ｂの総電圧が１１．４Ｖであり、また初段のリチウムイオン二次電池Ｅ１の電池電圧が３．６Ｖ、二段目のリチウムイオン二次電池Ｅ２の電池電圧が３．８Ｖ、三段目のリチウムイオン二次電池Ｅ３の電池電圧が４Ｖであったとする。この場合、各放電スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を一斉にオンすると、図５に示すように、各放電抵抗Ｒ１〜Ｒ３には、総電圧１１．４Ｖを抵抗比に従って分担させた電圧が加わる。しかも、各放電抵抗Ｒ１〜Ｒ３の抵抗値は全て同じ値に設定されているから、結局のところ、各放電抵抗Ｒ１〜Ｒ３にはそれぞれ総電圧１１．４Ｖを３等分した値、すなわち３．８Ｖの電圧が加わる。

すると、図５に示す経路で、電流Ｉｆが流れる結果、平均電圧３．８Ｖに比べて電池電圧の高い三段目のリチウムイオン二次電池Ｅ３は放電し、これとは反対に、平均電圧３．８Ｖに比べて電池電圧の低い初段のリチウムイオン二次電池Ｅ１は充電される。また、平均電圧３．８Ｖに等しい二段目のリチウムイオン二次電池Ｅ２については放電、充電のいずれもおきない（言い換えれば、リチウムイオン二次電池Ｅ２をバイパスするように電流Ｉｆが流れる）。

以上のことから、各放電スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を一斉にオンした後、各リチウムイオン二次電池Ｅ１〜Ｅ３はバランスされ、電池電圧の高低差が次第に小さくなる。

このバランス動作は、両コンパレータ５１、５５の出力が不一致状態を維持する図３中の（２）の区間、すなわち本発明で言うところの「前記電流センサにより検出された電流のレベルが前記定電圧にて充電を行う定電圧領域において設定された二つの電流閾値（ここではＩａと、Ｉｂ）間にある区間」は継続的に行われ、またこれと同時並行的に充電器２０による組電池Ｂに対する充電動作が進められる。

これにより、各リチウムイオン二次電池Ｅ１〜Ｅ３は電池電圧がバランスされつつ、満充電に近づいてゆき、充電器２０より供給される充電電流Ｉの電流値も小さくなってゆく。

そして、充電電流Ｉの大きさがＩｂを下回る状態（すなわち、図３中の（３）の区間）になると、検出信号Ｓｒの電圧レベルが、コンパレータ５５のプラス端子に与えられている基準電圧Ｖｂの電圧レベルを下回り、コンパレータ５１の出力、コンパレータ５５の出力が双方ともＨレベルになり、コンパレータ５１、５５の出力が再び一致した状態となる。

すると、ＦＥＴ６１はＶｇｓがほぼゼロになり、オフ状態となる。その結果、ＦＥＴ４１もＶｇｓがほぼゼロになり、オフ状態となる。以上のことから、各放電スイッチＳＷ１〜ＳＷ３のゲートがＬレベルからＨレベルに切り替わり、オン状態にあった各放電スイッチＳＷ１〜ＳＷ３はいずれもオフ状態となる。これにて、バランス動作が終了する。

この時点では、各リチウムイオン二次電池Ｅ１〜Ｅ３はほぼ満充電に達しており、しかも、それまでバランス動作が実行されていたから、各電池電圧はいずれも均等化された状態にある。それ以降、充電器２０による充電が引き続き行われ、充電電流がほぼゼロとなったところで、充電動作が完了する。かくして、各リチウムイオン二次電池Ｅ１〜Ｅ３は満充電（充電終了電圧４．２Ｖ）となる。

このように、本実施形態によれば、充電器２０による充電動作中に、電圧均等化装置Ｕが作動して、リチウムイオン二次電池Ｅ１〜Ｅ３の電池電圧をバランスさせるから、電池電圧のばらつきなく充電を行うことが可能となる。

しかも、本実施形態では、各リチウムイオン二次電池Ｅ１〜Ｅ３に対応する各放電スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を一斉にオンさせて、各リチウムイオン二次電池Ｅ１〜Ｅ３の電池電圧を一斉に均等化させている。このような方法で電池電圧を均等化してやれば、各リチウムイオン二次電池Ｅ１〜Ｅ３の電池電圧を個別に計測する必要がなく、従前の電圧均等化装置において、必須であった各単位二次電池の各電池電圧を個別に検出する機能を廃止できる。

また、本発明によれば、充電電流Ｉの電流値（レベル）を電流センサ３０により監視しており、均等化動作の動作タイミングを充電電流Ｉの電流値に基づいて決定している。しかも、動作タイミングを制御するスイッチ制御回路４０については二つのコンパレータ５１、５５を含むアナログ的な電子部品（言い換えれば、ディスクリート部品）のみで構成してあり、電圧均等化装置Ｕを極めてシンプルな回路構成にでき、電池電圧を均等化するという必要な性能を確保しつつも低コスト化を実現できる。

また、本実施形態のものは、充電器２０が定電流−定電圧制御を行って各リチウムイオン二次電池Ｅ１〜Ｅ３を充電するが、リチウムイオン二次電池Ｅの変化域（充電終期のプラトー領域でない領域）以降に定電圧域が対応する関係となっている。そして、コンパレータ５１、５５に与える各基準電圧Ｖａ、Ｖｂの値が、定電圧域の充電電流Ｉの電流値に対応させて設定してあり、均等化動作が、リチウムイオン二次電池Ｅの変化域以降（より詳しく言えば、変化域を含むそれ以降の領域／図３参照）の定電圧領域で行われる設定となっている。ここで仮に、図２に示す平坦域にて均等化動作を実行させてしまうと、平坦域は電池特性上各電池の電池電圧がある程度揃っているので、例えばＲ１〜Ｒ３の抵抗値のばらつきが大きい場合には、このばらつき、などに起因して、各リチウムイオン二次電池Ｅ１〜Ｅ３の電池電圧がアンバランスになり、無駄に充電／放電をしてしまう恐れがある。この点、本実施形態では、電池電圧のばらつきが現れ易く、しかも平坦域に比べ充電終期にほど近い変化域以降の領域において、均等化動作を行わせるようにしているので、各リチウムイオン二次電池Ｅ１〜Ｅ３を効率よくバランス出来る。特に、変化域で生じ得る電池電圧のアンバランスを均等化できる。

また、均等化動作を実行させる動作域も、コンパレータ５１、５５に与える基準電圧Ｖａ、Ｖｂの大きさを変更するだけで、簡単に設定変更できるので、この点も効果的である。

尚、本実施形態のものは、図３中の（２）の区間にて、均等化動作が実行させる設定としてあるが、（２）の区間は出来るだけ長く設定することが好ましい。というのも、バランス動作を実行させる区間を短く設定してしまうと、電池容量、電池電圧のばらつきの大きさによっては、バランスさせる時間が足りず、電池電圧を均等化出来ない事が想定されるためである。

他方、（２）の区間を長く設定すると、必然的に差分値αを小さく設定することとなるが、これを小さくし過ぎると、電流センサ３０の計測誤差によっては、定電流領域であるにも拘わらず、検出信号Ｓｒの電圧レベルがコンパレータ５１の基準電圧Ｖａを下回って、意図せず均等化動作が開始される誤作動を起こす恐れがある。従って、差分値αを電流センサ３０の計測誤差βよりも大きく設定して均等化動作を定電圧領域内において確実に行わせる設定とした上で、均等化動作の時間を極力長くとるように設定することが最善である。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態では、組電池として三つの単位二次電池Ｅ１〜Ｅ３を直列接続してなる構成のものを例示したが、単位二次電池の接続段数は三段に限定されるものでなく四段、五段あるいはそれ以上であってもよい。また電池の種別も、リチウムイオン二次電池に限定されるものではなく、例えば、鉛蓄電池、ニッケル水素二次電池、ニッケル・カドミウム二次電池、二酸化マンガン・リチウム二次電池など、他の二次電池であってもよい。

本発明の一実施形態に係る電圧均等化装置の電気的構成を示す回路図リチウムイオン二次電池の充電特性を示す図リチウムイオン二次電池の充電特性を示す図各電子部品の出力パターンをまとめた図表バランス動作を説明する説明図

符号の説明

２０…充電器
３０…電流センサ
４０…スイッチ制御回路（本発明の「制御回路」に相当）
４１…Ｎチャンネル型電界効果トランジスタ
５１…コンパレータ（本発明の「比較器」に相当）
５５…コンパレータ（本発明の「比較器」に相当）
６１…Ｐチャンネル型電界効果トランジスタ
Ｉａ…電流閾値
Ｉｂ…電流閾値
ＳＷ１〜ＳＷ３…放電スイッチ
Ｒ１〜Ｒ３…放電抵抗
Ｖａ…基準電圧
Ｖｂ…基準電圧
Ｕ…電圧均等化装置

Claims

複数の単位二次電池を直列的に接続してなる組電池の各電池電圧を均等化する電圧均等化装置であって、
前記組電池に対し充電初期には定電流で充電を行い、当該組電池の総電圧が設定電圧を上回るか、或いは単位二次電池のいずれかが設定電圧を上回った以降、充電完了までの間は定電圧にて充電を行う定電流−定電圧充電形式のものにおいて、
各単位二次電池に対応してそれぞれ個別に設けられ、対応する単位二次電池の正極に一端が連なり、対応する単位二次電池の負極に他端が連なるように結線された同じ抵抗値をもつ各放電抵抗と、
各単位二次電池の正極と前記各放電抵抗との間、或いは各単位二次電池の負極と各放電抵抗との間に介挿された各放電スイッチと、
前記組電池に充電電流を供給する電流供給路に設けられ、前記充電電流の大きさを検出する電流センサと、
前記各放電スイッチを一斉にオンさせて前記組電池を構成する各単位二次電池の電池電圧を一斉に均等化させる均等化動作を実行する制御回路と、を備え、
当該制御回路は前記電流センサから出力される検出信号に基づいて、前記電流供給路を通じて前記組電池に供給される充電電流の電流値が前記定電圧にて充電を行う定電圧領域において設定された二つの電流閾値間にあるかを検出し、当該充電電流の電流値が前記電流閾値間にある区間、前記各放電スイッチを一斉にオンさせて前記均等化動作を実行することを特徴とする電圧均等化装置。
前記制御回路は、前記二つの電流閾値に対応する二つの基準電圧が一方の入力端子にそれぞれ与えられ、前記電流センサの検出信号が他方の入力端子に共通入力される二つの比較器を備え、
これら両比較器の出力が不一致となるときに、前記各放電スイッチを一斉にオンさせて前記均等化を実行し、それ以外のときには前記各放電スイッチをオフさせることを特徴とする請求項１に記載の電圧均等化装置。
前記単位二次電池がリチウムイオン二次電池であるものにおいて、
充電率の増加に対し電池電圧が急な勾配をもって上昇する傾向を示す充電終期の変化域を含むそれ以降の領域に対応して前記２つの電流閾値をそれぞれ設定し、当該変化域を含むそれ以降の領域において前記均等化が実行される設定としてあることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電圧均等化装置。