JP2010035285A - 不均衡低減回路、電源装置、及び不均衡低減方法 - Google Patents

Abstract

【課題】端子電圧の均等化に伴い、劣化が進んでいる蓄電素子の劣化が加速されるおそれを低減することができる不均衡低減回路、電源装置、及び不均衡低減方法を提供する。
【解決手段】
蓄電体Ｂ１〜ＢＮにおける端子電圧Ｖ１〜ＶＮをそれぞれ検出する電圧検出部３２０と、電圧検出部３２０によって検出された端子電圧Ｖ１〜ＶＮが低いほど、高い電圧値になるように各蓄電体に対応する目標電圧Ｖｔｇ１〜ＶｔｇＮをそれぞれ設定する目標電圧設定部３３４と、蓄電体Ｂ１〜ＢＮを、端子電圧Ｖ１〜ＶＮが各蓄電体に対応して設定された目標電圧Ｖｔｇ１〜ＶｔｇＮになるまでそれぞれ放電させる放電処理を実行する放電部３１０とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の蓄電体における端子電圧の不均衡を低減する不均衡低減回路、電源装置、及び不均衡低減方法に関する。

近年、蓄電体等を用いた蓄電装置は、太陽電池や発電装置と組み合わされ、電源システムとして広く利用されている。発電装置は、風力や水力といった自然エネルギーや内燃機関等の人工的な動力によって駆動される。このような蓄電装置を組み合わせた電源システムは、余剰な電力を蓄電装置に蓄積し、負荷装置が必要な時に蓄電装置から電力を供給することによって、エネルギー効率の向上を図っている。

このようなシステムの一例としては、太陽光発電システムが挙げられる。太陽光発電システムは、太陽光による発電量が、負荷装置の電力消費量に比べて大きい場合には、余剰電力で蓄電装置に充電を行う。逆に、発電量が負荷装置の消費電力より小さい場合には、不足の電力を補うために蓄電装置から出力して、負荷装置を駆動する。

このように、太陽光発電システムにおいては、従来利用されていなかった余剰電力を蓄電装置に蓄積できるため、蓄電装置を用いない電源システムに比べて、エネルギー効率を高めることができる。

このような太陽光発電システムにおいては、蓄電装置が満充電になってしまうと余剰電力を充電できなくなって、損失が生じる。そこで、余剰電力を効率よく蓄電装置に充電するため、蓄電体の充電状態（以下、ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が１００％とならないように、充電制御が行われている。また、必要なときに負荷装置を駆動できるように、ＳＯＣが０（ゼロ）％とならないようにも充電制御が行われている。具体的には、通常、蓄電装置においては、ＳＯＣが２０％〜８０％の範囲で推移するように充電制御が行われている。

また、エンジンとモータとを用いたハイブリット自動車（ＨＥＶ；Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）もこのような原理を利用している。ＨＥＶは、走行に必要な動力に対してエンジンからの出力が大きい場合には、余剰のエンジン出力で発電機を駆動し、蓄電装置を充電する。また、ＨＥＶは、車両の制動や減速時には、モータを発電機として利用することによって蓄電装置を充電する。

さらに、夜間電力を有効活用するために用いられる負荷平準化電源や、プラグインハイブリット車も最近注目されている。負荷平準化電源は、電力消費が少なく、電力料金が安い夜間に蓄電装置に電力を貯蔵し、電力消費がピークとなる日中に、貯蔵した電力を活用するシステムである。電力の消費量を平滑化することにより、電力の発電量を一定にし、電力設備の効率的運用や設備投資の削減に貢献することを目的としている。

また、プラグインハイブリット車は夜間電力を活用し、燃費が悪い市街地走行時には蓄電装置から電力を供給するＥＶ走行を主体とし、長距離走行時には、エンジンとモータを活用したＨＥＶ走行を行うことにより、トータルのＣＯ_２の排出量を削減することを目的としている。

ところで、このような蓄電装置は、所望の出力電圧を得るために、複数の蓄電素子（単電池等）を直列に接続することによって構成されている。このような蓄電素子では、個々の蓄電素子の蓄電電荷量がバラついた状態で深い放電が行われると、蓄電電荷量が少ない蓄電素子がより過放電され、蓄電素子が劣化して蓄電装置全体の寿命を低下させることとなる。

このような蓄電装置の寿命の劣化を抑制するために、蓄電電荷量（ＳＯＣ）にバラツキ、すなわち不均衡が発生すると、均等化手段を用いて蓄電電荷量のバラツキを解消する技術が知られている。均等化する手段として、最低電圧と各蓄電素子の端子電圧とを比較し、電圧差が所定値を超えると、各蓄電素子を同一の基準電圧まで放電させることで均等化させる方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平８―１９１８８号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示の方法では、各蓄電素子の端子電圧を、すべて同じ電圧に均等化する。そのため、劣化が進んで電圧が低下しやすい蓄電池は、所定時間経過後には自己放電等のために、劣化の程度が少ない他の蓄電池より端子電圧が低下して、再び各蓄電素子の端子電圧にバラツキが発生することとなる。

このような状態で各蓄電素子が直列接続された蓄電装置による放電が行われると、劣化が進んで端子電圧が低下しやすい蓄電素子ほど、低い端子電圧まで放電されて過放電されやすくなる結果、劣化が進んでいる蓄電素子ほど、ますます劣化が加速されてしまうという、不都合があった。

本発明の目的は、端子電圧の均等化に伴い、劣化が進んでいる蓄電素子の劣化が加速されるおそれを低減することができる不均衡低減回路、電源装置、及び不均衡低減方法を提供することである。

本発明に係る不均衡低減回路は、複数の蓄電体における端子電圧をそれぞれ検出する電圧検出部と、前記電圧検出部によって検出された各端子電圧が低いほど、高い電圧値になるように前記各蓄電体に対応する目標電圧をそれぞれ設定する目標電圧設定部と、前記複数の蓄電体を、当該各蓄電体の端子電圧が前記目標電圧設定部により前記各蓄電体に対応して設定された目標電圧になるまでそれぞれ放電させる放電処理を実行する放電部とを備える。

また、本発明に係る不均衡低減方法は、電圧検出部が、複数の蓄電体における端子電圧をそれぞれ検出する工程と、目標電圧設定部が、前記電圧検出部によって検出された各端子電圧が低いほど、高い電圧値になるように前記各蓄電体に対応する目標電圧をそれぞれ設定する工程と、放電部が、前記複数の蓄電体を、当該各蓄電体の端子電圧が前記目標電圧設定部により前記各蓄電体に対応して設定された目標電圧になるまでそれぞれ放電させる放電処理を実行する工程とを含む。

この構成によれば、目標電圧設定部によって、端子電圧が低いほど、すなわち端子電圧が低下し易く劣化が進んでいると考えられる蓄電体に対応する目標電圧ほど、高い電圧値になるように設定される。そして、放電部によって、各目標電圧まで各蓄電体が放電されるので、放電終了後の各端子電圧は、端子電圧が低下し易い蓄電体ほど高い電圧にされ、端子電圧が低下し難い蓄電体ほど低い電圧にされる。その結果、複数の蓄電体による負荷への電力供給の過程で、まず各端子電圧相互間の差（バラツキ）が小さくなる方向へ各端子電圧が変化し、その後に各端子電圧相互間の差（バラツキ）が大きくなる方向へ各端子電圧が変化する。一方、従来技術のように、各端子電圧が同一の電圧になるまで各蓄電体を放電させて均一化すると、負荷への放電の過程で、始めから各端子電圧相互間の差（バラツキ）が増大し始める。従って、この構成によれば、各端子電圧が同一の電圧になるまで各蓄電体を放電させて均一化する従来技術よりも、負荷への放電サイクルを通じて各端子電圧のバラツキが低減されて均等化のための放電量が減少する結果、端子電圧の均等化に伴い劣化が進んでいる蓄電素子の劣化が加速されるおそれを低減することができる。

また、前記目標電圧設定部は、前記放電部による前記放電処理が実行される都度、当該放電処理の実行前に、前記電圧検出部によって検出された各端子電圧の平均値に対する、当該各端子電圧の偏差を前記各蓄電体について算出する偏差算出部と、前記偏差算出部によって前記放電処理の都度算出された偏差を、前記蓄電体毎に複数回分平均することにより各蓄電体に対応する時系列的な偏差の平均値を時系列偏差平均値として算出する時系列偏差平均部と、前記時系列偏差平均部によって算出された各時系列偏差平均値を所定の基準電圧からそれぞれ減算した値を、前記各蓄電体に対応する目標電圧としてそれぞれ算出する目標電圧算出部とを備えることが好ましい。

この構成によれば、時系列偏差平均部によって、放電処理の都度算出された偏差が、蓄電体毎に複数回分平均されて各蓄電体に対応する時系列的な偏差の平均値が時系列偏差平均値として算出される。そして、目標電圧算出部によって、この各時系列偏差平均値が所定の基準電圧からそれぞれ減算された値が、各蓄電体に対応する目標電圧としてそれぞれ算出される。これにより、均等化を実行する毎に各蓄電体の電圧の平均値からの偏差を算出し、偏差の時系列的な平均値を算出することによって、各蓄電体がどの程度バラツキを発生するかが推測でき、これを加味した目標値を設定できる。

これにより、バラツキが発生しやすいものは、バラツキに応じた分だけ目標値を変更し、バラツキが増大して再び均等化する必要が生じるまでの時間を増大し、均等化のための放電処理の実行頻度を減らすことが可能となり、均等化によって生じる上位機器の利便性低下を低減し、蓄電体を長寿命化することが可能となる。

また、前記基準電圧は、前記電圧検出部によって検出された各端子電圧のうちの最低電圧値であることが好ましい。

背景技術に記載のように、バラツキが生じた各端子電圧を、各蓄電体を放電させることにより同一の電圧に揃えようとすると、各端子電圧のうちの最低電圧値に揃えるのが最も放電量が少ない。一方、この構成によれば、各端子電圧は各目標電圧まで放電されるので、同じ電圧になるまで放電されるわけではないが、各端子電圧のうちの最低電圧値を基準電圧として用いることで、過度の放電を低減できる目標電圧を設定することが容易となる。

また、前記目標電圧算出部は、前記時系列偏差平均部によって算出された各時系列偏差平均値のうちいずれかが、正の値である場合、当該正の値の時系列偏差平均値については前記基準電圧から減算することなく前記最低電圧値をそのまま前記目標電圧として用いることが好ましい。

この構成によれば、放電部による放電処理においても、最低電圧値を下回る電圧まで各蓄電体が放電されることがないので、背景技術よりも放電量が増大して劣化が促進されるおそれが低減される。

また、前記目標電圧算出部は、前記時系列偏差平均部によって算出された各時系列偏差平均値のうちいずれかが、予め設定された範囲内である場合、当該範囲内の時系列偏差平均値については前記基準電圧から減算することなく前記基準電圧をそのまま前記目標電圧として用いるようにしてもよい。

この構成によれば、例えば他の蓄電体と比べて比較的劣化の程度が少ないと考えられる端子電圧値の範囲を、予め設定しておけば、比較的劣化の程度が少ない蓄電体を、最低電圧値を下回る端子電圧になるまで放電させることがなくなるので、比較的劣化の程度が少ない蓄電体を過度に放電させて劣化させるおそれが低減される。

また、前記目標電圧設定部は、前記電圧検出部によって検出された各端子電圧の平均値に対する、当該各端子電圧の偏差を前記各蓄電体について算出する偏差算出部と、前記偏差算出部によって算出された各偏差を所定の基準電圧からそれぞれ減算した値を、前記各蓄電体に対応する目標電圧としてそれぞれ算出する目標電圧算出部とを備えることが好ましい。

この構成によれば、偏差算出部によって、電圧検出部によって検出された各端子電圧の平均値に対する、当該各端子電圧の偏差が、各蓄電体について算出される。そして、目標電圧算出部によって、この各偏差が所定の基準電圧からそれぞれ減算された値が、各蓄電体に対応する目標電圧としてそれぞれ算出される。これにより、各蓄電体の端子電圧の偏差を算出し、この偏差から各蓄電体がどの程度バラツキを発生するかが推測でき、これを加味した目標値を設定できる。

これにより、バラツキが発生しやすいものは、バラツキに応じた分だけ目標値を変更し、バラツキが増大して再び均等化する必要が生じるまでの時間を増大し、均等化のための放電処理の実行頻度を減らすことが可能となり、均等化によって生じる上位機器の利便性低下を低減し、蓄電体を長寿命化することが可能となる。

また、前記電圧検出部によって検出された各端子電圧の最大値及び当該各端子電圧の平均値のうち一つと、当該各端子電圧の最小値との差が、予め設定された判定閾値を超える場合、前記複数の蓄電体に不均衡が生じていると判定する不均衡検出部をさらに備え、前記不均衡検出部によって前記不均衡が生じていると判定された場合に、前記目標電圧設定部は前記各目標電圧を設定し、前記放電部は前記放電処理を実行することが好ましい。

この構成によれば、各端子電圧のバラツキが増大して各端子電圧の最大値及び当該各端子電圧の平均値のうち一つと、当該各端子電圧の最小値との差が判定閾値を超えた場合にのみ、放電処理が実行されるので、まだバラツキが小さい場合に放電処理が実行されて、蓄電体の劣化が促進されてしまうおそれが低減される。

また、本発明に係る電源装置は、上述の不均衡低減回路と、前記複数の蓄電体とを備える。

この構成によれば、電源に用いられる蓄電体の端子電圧の不均衡を低減できると共に、各端子電圧が同一の電圧になるまで各蓄電体を放電させて均一化する従来技術よりも、負荷への放電サイクルを通じて各端子電圧のバラツキが低減されて均等化のための放電量が減少する結果、端子電圧の均等化に伴い劣化が進んでいる蓄電素子の劣化が加速されるおそれを低減することができる。

このような構成の不均衡低減回路、電源装置、及び不均衡低減方法は、目標電圧設定部によって、端子電圧が低いほど、すなわち端子電圧が低下し易く劣化が進んでいると考えられる蓄電体に対応する目標電圧ほど、高い電圧値になるように設定される。そして、放電部によって、各目標電圧まで各蓄電体が放電されるので、放電終了後の各端子電圧は、端子電圧が低下し易い蓄電体ほど高い電圧にされ、端子電圧が低下し難い蓄電体ほど低い電圧にされる。その結果、複数の蓄電体による負荷への電力供給の過程で、まず各端子電圧相互間の差（バラツキ）が小さくなる方向へ各端子電圧が変化し、その後に各端子電圧相互間の差（バラツキ）が大きくなる方向へ各端子電圧が変化する。一方、従来技術のように、各端子電圧が同一の電圧になるまで各蓄電体を放電させて均一化すると、負荷への放電の過程で、始めから各端子電圧相互間の差（バラツキ）が増大し始める。従って、この構成によれば、各端子電圧が同一の電圧になるまで各蓄電体を放電させて均一化する従来技術よりも、負荷への放電サイクルを通じて各端子電圧のバラツキが低減されて均等化のための放電量が減少する結果、端子電圧の均等化に伴い劣化が進んでいる蓄電素子の劣化が加速されるおそれを低減することができる。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図１は、本発明の一実施形態に係る不均衡低減方法を用いた不均衡低減回路、及びこの不均衡低減回路を備えた電源装置、電源システムの構成の一例を示すブロック図である。

図１に示す電源システム１は、発電装置１０、電源制御装置３０、及び蓄電装置４０を備えて構成されている。そして、電源制御装置３０及び蓄電装置４０によって、電源装置５０が構成されている。電源装置５０は、例えば、電池パック、無停電電源装置、自然エネルギーを活用した発電装置やエンジンを動力源とする発電装置の余剰電力を蓄電する電力調整用の蓄電装置、及び負荷平準化電源等、種々の電源装置として用いられる。そして、電源装置５０には、発電装置１０や蓄電装置４０から電力供給を受ける負荷装置２０が接続されている。

発電装置１０は、具体的には、例えば、太陽光発電装置（太陽電池）などの自然エネルギーを活用した発電装置やエンジンを動力源とする発電機などである。なお、電源装置５０は、発電装置１０の代わりに商用電源から電力供給を受ける構成であってもよい。

蓄電装置４０は、Ｎ個の蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮを直列に接続して構成されている。蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮは、図略のボックスに収納されている。また、蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮのそれぞれは、複数個の蓄電素子４０１を電気的に直列に接続して構成されている。各蓄電素子４０１としては、ニッケル水素電池などのアルカリ蓄電池、リチウムイオン電池などの有機電池、及び電気二重層キャパシタなどのキャパシタ、等の蓄電素子を用いることができる。

なお、蓄電体の数、蓄電素子４０１の数、接続状態は、特に限定されるものではない。例えば、各蓄電体は、複数の蓄電素子４０１が直列、並列、あるいは直列と並列とが組み合わされて接続されることにより、構成されていてもよい。また、各蓄電体が、それぞれ一つの蓄電素子４０１であってもよい。また、蓄電装置４０の構成も上記に限定されるものではない。

電源制御装置３０は、例えば車載用のＥＣＵ（Electric Control Unit）として構成されている。電源制御装置３０は、放電部３１０、不均衡低減回路３５０、及び充放電制御回路３４０を備えている。また、不均衡低減回路３５０は、放電部３１０、電圧検出部３２０、及び制御部３３０を備えている。

充放電制御回路３４０は、例えば発電装置１０で生じた余剰電力や負荷装置２０で発生する回生電力を蓄電装置４０へ充電する。また、負荷装置２０の消費電流が急激に増大したり、または、発電装置１０の発電量が低下し、負荷装置２０が要求する電力が発電装置１０の出力を超えたりすると、充放電制御回路３４０によって、蓄電装置４０から不足した電力が負荷装置２０へ供給される。

また、充放電制御回路３４０は、制御部３３０からの制御信号に応じて、蓄電装置４０の充電を停止したり、許可したりするようになっている。

このように、充放電制御回路３４０によって蓄電装置４０の充放電が制御されることで、通常の場合、蓄電装置４０のＳＯＣが２０〜８０％程度の範囲になるようにされている。あるいは、夜間電力の有効活用をした負荷平準化電源やプラグインハイブリット車などでは、蓄電装置４０が、ＳＯＣ １００％の状態まで充電されて、負荷装置２０でエネルギーが必要な時に放電されるようになっている。

電圧検出部３２０は、蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮの各端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮを検出し、その検出値を制御部３３０へ出力する。電圧検出部３２０は、例えば、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮのうちいずれか一つを選択する図略の切換回路や、切換回路で選択された電圧をデジタル値に変換して制御部３３０へ出力する図略のアナログデジタルコンバータ等を用いて構成されている。

放電部３１０は、Ｎ個の抵抗Ｒ１，Ｒ２，・・・，ＲＮと、Ｎ個のトランジスタＱ１，Ｑ２，・・・，ＱＮとを備えている。そして、抵抗Ｒ１とトランジスタＱ１との直列回路が蓄電体Ｂ１と並列に接続され、抵抗Ｒ２とトランジスタＱ２との直列回路が蓄電体Ｂ２と並列に接続され、以下同様に、抵抗とトランジスタとの直列回路が各蓄電体と並列に接続されている。

トランジスタＱ１，Ｑ２，・・・，ＱＮは、制御部３３０からの均等化放電信号ＳＧ１，ＳＧ２，・・・，ＳＧＮに応じて、それぞれオン、オフされるようになっている。そして、トランジスタＱ１，Ｑ２，・・・，ＱＮがオンされると、当該オンされたトランジスタと並列接続されている蓄電体が、抵抗を介して放電されるようになっている。

制御部３３０は、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、所定の制御プログラムが記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、これらの周辺回路等とを備えて構成されている。

そして、制御部３３０は、例えばＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、不均衡検出部３３１、偏差算出部３３２、時系列偏差平均部３３３、目標電圧算出部３３４、及び強制放電制御部３３５として機能する。この場合、偏差算出部３３２、時系列偏差平均部３３３、及び目標電圧算出部３３４が、目標電圧設定部の一例に相当している。なお、充放電制御回路３４０や負荷装置２０が、制御部３３０の一部、又は全部を含んで構成されていてもよい。

不均衡検出部３３１は、電圧検出部３２０によって検出された端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮの最大電圧Ｖｍａｘと最小電圧Ｖｍｉｎとの差が、予め設定された判定閾値Ｖｔｈを超える場合、蓄電装置４０に不均衡が生じていると判定する。

偏差算出部３３２は、不均衡検出部３３１によって不均衡が生じていると判定されて放電処理が実行される都度、当該放電処理の実行前に、電圧検出部３２０によって検出された端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮの平均値に対する、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮの偏差Ｖｄ１，Ｖｄ２，・・・，ＶｄＮを、それぞれ算出する。

時系列偏差平均部３３３は、偏差算出部３３２によって放電処理の前に都度算出された偏差を、蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮそれぞれについて複数回分平均することにより各蓄電体に対応する時系列的な偏差の平均値を時系列偏差平均値Ｖｄ１ａｖｅ，Ｖｄ２ａｖｅ，・・・，ＶｄＮａｖｅとして算出する。

目標電圧算出部３３４は、時系列偏差平均部３３３によって算出された時系列偏差平均値Ｖｄ１ａｖｅ，Ｖｄ２ａｖｅ，・・・，ＶｄＮａｖｅを基準電圧Ｖｒｅｆからそれぞれ減算した値を、蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮに対応する目標電圧Ｖｔｇ１，Ｖｔｇ２，・・・，ＶｔｇＮとしてそれぞれ算出する。基準電圧Ｖｒｅｆとしては、例えば最小電圧Ｖｍｉｎが用いられる。なお、基準電圧Ｖｒｅｆは、最小電圧Ｖｍｉｎに限られず、例えば端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮの平均値Ｖａｖｅ以下の範囲で任意の電圧を基準電圧Ｖｒｅｆとして設定してもよい。

強制放電制御部３３５は、不均衡検出部３３１によって不均衡が生じていると判定され、目標電圧算出部３３４によって目標電圧Ｖｔｇ１，Ｖｔｇ２，・・・，ＶｔｇＮが算出されると、放電部３１０によって、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮが、それぞれ対応する目標電圧Ｖｔｇ１，Ｖｔｇ２，・・・，ＶｔｇＮ以下になるまで放電させる。

次に、図１に示す電源装置５０の動作について説明する。図２、図３は、図１に示す電源装置５０の動作の一例を示すフローチャートである。なお、以下のフローチャートにおいて、同一の処理には同一のステップ番号を付してその説明を省略する。

まず、偏差算出部３３２によって、偏差の算出回数を示す変数ｉに１が代入される（ステップＳ１）。

次に、電圧検出部３２０によって、蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮの各端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮが検出される（ステップＳ２）。そして、偏差算出部３３２によって、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮのうちの最大電圧Ｖｍａｘと最小電圧Ｖｍｉｎとが取得され、例えばＲＡＭに記憶される（ステップＳ３）。

次に、不均衡検出部３３１によって、最大電圧Ｖｍａｘと最小電圧Ｖｍｉｎとの差が判定閾値Ｖｔｈと比較される（ステップＳ４）。そして、当該差が判定閾値Ｖｔｈ以下であれば（ステップＳ４でＮＯ）再びステップＳ２へ戻ってステップＳ２〜Ｓ４の処理を繰り返す一方、当該差が判定閾値Ｖｔｈを超えていれば（ステップＳ４でＹＥＳ）、不均衡検出部３３１によって、蓄電装置４０に不均衡が生じていると判定されて、ステップＳ５へ移行する。

なお、不均衡検出部３３１は、最大電圧Ｖｍａｘと最小電圧Ｖｍｉｎとの差を判定閾値Ｖｔｈと比較することで不均衡の有無を判定する例に限られず、例えば端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮの平均値と最小電圧Ｖｍｉｎとの差を判定閾値Ｖｔｈと比較することで不均衡の有無を判定するようにしてもよく、その他の方法によって不均衡の有無を判定するようにしてもよい。

ステップＳ５において、偏差算出部３３２によって、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮの平均値Ｖａｖｅが算出される（ステップＳ５）。次に、偏差算出部３３２によって、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮからそれぞれ平均値Ｖａｖｅが減算されて、偏差Ｖｄ１（ｉ），Ｖｄ２（ｉ），・・・，ＶｄＮ（ｉ）が算出される（ステップＳ６）。ここで、偏差Ｖｄ１（ｉ）はｉ回目に算出された端子電圧Ｖ１の偏差を示し、偏差ＶｄＮ（ｉ）はｉ回目に算出された端子電圧ＶＮの偏差を示している。

次に、時系列偏差平均部３３３によって、偏差算出部３３２が１回目からｉ回目までのｉ回算出した偏差Ｖｄ１（１），Ｖｄ２（１），・・・，ＶｄＮ（１）〜偏差Ｖｄ１（ｉ），Ｖｄ２（ｉ），・・・，ＶｄＮ（ｉ）が、蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮそれぞれについて平均されて、各蓄電体に対応する時系列的な偏差の平均値が時系列偏差平均値Ｖｄ１ａｖｅ，Ｖｄ２ａｖｅ，・・・，ＶｄＮａｖｅとして算出される（ステップＳ７）。

次に、目標電圧算出部３３４によって、基準電圧Ｖｒｅｆである最小電圧Ｖｍｉｎから時系列偏差平均値Ｖｄ１ａｖｅ，Ｖｄ２ａｖｅ，・・・，ＶｄＮａｖｅがそれぞれ減算されて、蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮに対応する目標電圧Ｖｔｇ１，Ｖｔｇ２，・・・，ＶｔｇＮが算出される（ステップＳ８）。

なお、例えば、ステップＳ６において平均値Ｖａｖｅから端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮをそれぞれ減算することで符号が逆の偏差Ｖｄ１（ｉ），Ｖｄ２（ｉ），・・・，ＶｄＮ（ｉ）を算出し、ステップＳ８において最小電圧Ｖｍｉｎに時系列偏差平均値Ｖｄ１ａｖｅ，Ｖｄ２ａｖｅ，・・・，ＶｄＮａｖｅを加算することで目標電圧Ｖｔｇ１，Ｖｔｇ２，・・・，ＶｔｇＮを算出する、というように、目標電圧Ｖｔｇ１，Ｖｔｇ２，・・・，ＶｔｇＮを算出するために用いる数式を変形して等価な演算を行うようにしてもむろんよい。

ステップＳ５〜Ｓ８の処理により、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮが、時系列的に平均して低い電圧を示す蓄電体、すなわち端子電圧が低下し易く劣化が進んでいると考えられる蓄電体に対応する目標電圧ほど、高い電圧値になるように設定される。

なお、例えば図４に示すように、ステップＳ７における時系列偏差平均値の算出を行わず、ステップＳ８の代わりにステップＳ８１において、目標電圧算出部３３４は、最小電圧Ｖｍｉｎから偏差Ｖｄ１，Ｖｄ２，・・・，ＶｄＮをそれぞれ減算することで、蓄電体Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮに対応する目標電圧Ｖｔｇ１，Ｖｔｇ２，・・・，ＶｔｇＮを算出するようにしてもよい。

偏差Ｖｄ１，Ｖｄ２，・・・，ＶｄＮは、端子電圧が低下し易く劣化が進んでいると考えられる蓄電体ほど、値が小さくなって負の値を示すから、図４に示すステップＳ２〜Ｓ８１の処理によっても、劣化が進んでいると考えられる蓄電体に対応する目標電圧ほど、高い電圧値になるように目標電圧を設定することができる。

ここで、偏差Ｖｄ１，Ｖｄ２，・・・，ＶｄＮは、例えばノイズ等、蓄電体の劣化の程度（端子電圧の低下のし易さ）とは別の要因で一時的に変動することがある。そこで、図２に示すように、ステップＳ７において時系列偏差平均値を算出し、ステップＳ８において目標電圧を算出することで、蓄電体の劣化の程度（端子電圧の低下のし易さ）が反映された目標電圧の算出精度を向上することができる。

また、ステップＳ８（Ｓ８１）において、目標電圧算出部３３４は、時系列偏差平均部３３３によって算出された各時系列偏差平均値（各偏差）のうちいずれかが、他の蓄電体と比べて比較的劣化の程度が少ないと考えられる値として予め設定された範囲内である場合、当該範囲内の時系列偏差平均値（各偏差）については最小電圧Ｖｍｉｎ（基準電圧）から減算することなく最小電圧Ｖｍｉｎをそのまま目標電圧として用いるようにしてもよい。

後述する放電処理によって、各蓄電体は、それぞれ各目標電圧まで放電されるので、各時系列偏差平均値（各偏差）が、比較的劣化の程度が少ないと考えられる範囲内である場合、最小電圧Ｖｍｉｎをそのまま目標電圧として用いることで、劣化の少ない蓄電体を過度に放電させて劣化させてしまうおそれを低減することができる。

特に、最小電圧Ｖｍｉｎが基準電圧Ｖｒｅｆとして設定されている場合には、当該範囲として正の範囲を設定することで、目標電圧が最小電圧Ｖｍｉｎより低い電圧に設定されることがなくなり、端子電圧を均一化するための放電を最小限に止めることが可能となる。

次に、強制放電制御部３３５は、均等化放電信号ＳＧ１、ＳＧ２、・・・、ＳＧＮをすべてオンしてトランジスタＱ１，Ｑ２，・・・，ＱＮをオンさせることで、放電処理を開始する（ステップＳ１１）。

次に、強制放電制御部３３５は、放電処理を開始後、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮの検査を開始し（ステップＳ１２）、変数ｎに「１」を代入して１番目の蓄電体から電圧検査を開始する（ステップＳ１３）。次に、強制放電制御部３３５は、ｎ番目の均等化放電信号ＳＧｎがオンしているか否かを判定する（ステップＳ１４）。

そして、均等化放電信号ＳＧｎがオフであれば（ステップＳ１４でＮＯ）ステップＳ１７へ移行する一方、均等化放電信号ＳＧｎがオンしていれば（ステップＳ１４でＹＥＳ）、強制放電制御部３３５は、ｎ番目の端子電圧Ｖｎが、ｎ番目の蓄電体Ｂｎの目標電圧Ｖｔｇｎ以下かどうか判定する（ステップＳ１５）。そして、端子電圧Ｖｎが目標電圧Ｖｔｇｎを超えていれば（ステップＳ１５でＮＯ）ステップＳ１７へ移行する一方、端子電圧Ｖｎが目標電圧Ｖｔｇｎ以下であれば（ステップＳ１５でＹＥＳ）、強制放電制御部３３５は、均等化放電信号ＳＧｎをオフ（トランジスタＱｎをオフ）して蓄電体Ｂｎの放電を終了する（ステップＳ１６）。

ステップＳ１７において、強制放電制御部３３５は、変数ｎに「１」加算し（ステップＳ１７）、変数ｎと蓄電体数Ｎとを比較する（ステップＳ１８）。

そして、変数ｎが蓄電体数Ｎ以下であれば（ステップＳ１８でＮＯ）、次の蓄電体について端子電圧の検査をするべくステップＳ１４へ移行する。一方、変数ｎが蓄電体数Ｎを超えていれば（ステップＳ１８でＹＥＳ）、ステップＳ１９へ移行する。

次に、ステップＳ１９において、強制放電制御部３３５によって、まだオンしている均等化放電信号が有るか否か、すなわちまだ放電中の蓄電体が有るか否かが判定される（ステップＳ１９）。

そして、まだ放電中の蓄電体が有れば（ステップＳ１９でＹＥＳ）、ステップＳ１３〜Ｓ１９の処理を繰り返す一方、放電中の蓄電体が無ければ（ステップＳ１９でＮＯ）、放電処理を終了する。

以上、ステップＳ１１〜Ｓ１９の処理により、放電部３１０によって、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮが、それぞれ対応する目標電圧Ｖｔｇ１，Ｖｔｇ２，・・・，ＶｔｇＮになるまで放電される。

次に、偏差算出部３３２によって、偏差の算出回数を計数するべく変数ｉに１が加算されて（ステップＳ２０）、再びステップＳ２〜Ｓ２０が繰り返される。

以上、ステップＳ１〜Ｓ２０の処理により、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮが低いほど、すなわち端子電圧が低下し易く劣化が進んでいると考えられる蓄電体に対応する目標電圧ほど、高い電圧値になるように設定される。そして、各目標電圧まで各蓄電体が放電されるので、放電終了後の端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮは、端子電圧が低下し易い蓄電体ほど高い電圧にされ、端子電圧が低下し難い蓄電体ほど低い電圧にされる。

その結果、蓄電装置４０による負荷装置２０への電力供給の過程で、まず端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮ相互間の差（バラツキ）が小さくなる方向へ各端子電圧が変化し、その後に各端子電圧相互間の差（バラツキ）が大きくなる方向へ各端子電圧が変化する。一方、従来技術のように、各端子電圧が同一の電圧になるまで各蓄電体を放電させて均一化すると、負荷への放電の過程で、始めから各端子電圧相互間の差（バラツキ）が増大し始める。

従って、図１に示す電源システム１は、各端子電圧が同一の電圧になるまで各蓄電体を放電させて均一化する従来技術よりも、負荷への放電サイクルを通じて各端子電圧のバラツキが低減される結果、端子電圧の均等化に伴い、劣化が進んでいる蓄電素子の劣化が加速されるおそれを低減することができる。

また、図１に示す電源システム１においては、負荷への放電サイクルを通じて各端子電圧のバラツキが低減されるので、ステップＳ４において不均衡検出部３３１によって、蓄電装置４０に不均衡が生じていると判定される頻度が減少する結果、各蓄電体を均一化のために放電させる頻度も減少する。蓄電体の均一化のための放電処理中は、上位機器（発電装置１０、負荷装置２０）は蓄電装置４０に余剰電力を充電させたり、蓄電装置４０から電力供給を受けたりすることができないので、蓄電体の均一化のための放電頻度が減少すれば、このような上位機器の利便性を向上させることが可能となる。

このように、図１に示す電源システム１は、均等化を実行する毎に各蓄電体の電圧の平均値からの偏差量を算出し、偏差量の平均値を算出することによって、各蓄電体がどの程度バラツキを発生するかが推測でき、これを加味した目標値を設定できる。これにより、バラツキが発生しやすいものは、バラツキに応じた分だけ目標値を変更し、バラツキが所定値になるまでの時間と頻度を減らすことが可能となり、均等化によって生じる上位機器（発電装置１０、負荷装置２０）の利便性低下を最低限に抑制でき、長寿命な電源装置を提供することができる。

なお、図１に示す電源装置５０の構成は上記に限定されるものではなく、同等の機能を有するものであればかまわない。例えば、制御部３３０は、上述の各種処理を具現化させるプログラムをインストールし、このプログラムを実行することによって実現することができる。

更に、充放電制御回路３４０が、制御部３３０としても機能する態様が考えられる。この態様においては、制御部３３０は、充放電制御回路３４０を構成するマイクロコンピュータに、図２〜図４に示す各種処理を具現化させるプログラムをインストールし、このプログラムを実行することによって、実現することができる。

また、各蓄電体の放電処理開始判定は、制御部３３０に限定するものでなく、制御部３３０から蓄電素子情報を得て充放電制御回路３４０や負荷装置２０で行ってもよく、その他であっても問題ない。

今回開示した本発明の実施の形態は、例示であってこれに限定されるものではない。

本発明に係る不均衡低減回路、これを用いた電源装置、及び不均衡低減方法は、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、携帯電話機等の電子機器、電気自動車やハイブリッドカー等の車両、太陽電池や発電装置と二次電池とを組み合わされた電源システム等の電池搭載装置、システム等において、好適に利用することができる。

本発明の一実施形態に係る不均衡低減方法を用いた不均衡低減回路、及びこの不均衡低減回路を備えた電源装置、電源システムの構成の一例を示すブロック図である。 図１に示す電源装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図１に示す電源装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図１に示す電源装置の動作の他の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 電源システム
１０ 発電装置
２０ 負荷装置
３０ 電源制御装置
４０ 蓄電装置
５０ 電源装置
３１０ 放電部
３２０ 電圧検出部
３３０ 制御部
３３１ 不均衡検出部
３３２ 偏差算出部
３３３ 時系列偏差平均部
３３４ 目標電圧算出部
３３５ 強制放電制御部
３４０ 充放電制御回路
３５０ 不均衡低減回路
４０１ 蓄電素子
Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮ 蓄電体
Ｑ１，Ｑ２，・・・，ＱＮ トランジスタ
Ｒ１，Ｒ２，・・・，ＲＮ 抵抗
ＳＧ１，ＳＧ２，・・・，ＳＧＮ 均等化放電信号
Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮ 端子電圧
Ｖａｖｅ 平均値
Ｖｄ１，Ｖｄ２，・・・，ＶｄＮ 偏差
Ｖｄ１ａｖｅ，Ｖｄ２ａｖｅ，・・・，ＶｄＮａｖｅ 時系列偏差平均値
Ｖｍａｘ 最大電圧
Ｖｍｉｎ 最小電圧
Ｖｒｅｆ 基準電圧
Ｖｔｇ１，Ｖｔｇ２，・・・，ＶｔｇＮ 目標電圧
Ｖｔｈ 判定閾値

Claims (9)

1. 複数の蓄電体における端子電圧をそれぞれ検出する電圧検出部と、
   前記電圧検出部によって検出された各端子電圧が低いほど、高い電圧値になるように前記各蓄電体に対応する目標電圧をそれぞれ設定する目標電圧設定部と、
   前記複数の蓄電体を、当該各蓄電体の端子電圧が前記目標電圧設定部により前記各蓄電体に対応して設定された目標電圧になるまでそれぞれ放電させる放電処理を実行する放電部と
   を備えることを特徴とする不均衡低減回路。
2. 前記目標電圧設定部は、
   前記放電部による前記放電処理が実行される都度、当該放電処理の実行前に、前記電圧検出部によって検出された各端子電圧の平均値に対する、当該各端子電圧の偏差を前記各蓄電体について算出する偏差算出部と、
   前記偏差算出部によって前記放電処理の都度算出された偏差を、前記蓄電体毎に複数回分平均することにより各蓄電体に対応する時系列的な偏差の平均値を時系列偏差平均値として算出する時系列偏差平均部と、
   前記時系列偏差平均部によって算出された各時系列偏差平均値を所定の基準電圧からそれぞれ減算した値を、前記各蓄電体に対応する目標電圧としてそれぞれ算出する目標電圧算出部とを備えること
   を特徴とする請求項１記載の不均衡低減回路。
3. 前記基準電圧は、
   前記電圧検出部によって検出された各端子電圧のうちの最低電圧値であること
   を特徴とする請求項２記載の不均衡低減回路。
4. 前記目標電圧算出部は、
   前記時系列偏差平均部によって算出された各時系列偏差平均値のうちいずれかが、正の値である場合、当該正の値の時系列偏差平均値については前記基準電圧から減算することなく前記最低電圧値をそのまま前記目標電圧として用いること
   を特徴とする請求項３記載の不均衡低減回路。
5. 前記目標電圧算出部は、
   前記時系列偏差平均部によって算出された各時系列偏差平均値のうちいずれかが、予め設定された範囲内である場合、当該範囲内の時系列偏差平均値については前記基準電圧から減算することなく前記基準電圧をそのまま前記目標電圧として用いること
   を特徴とする請求項２又は３記載の不均衡低減回路。
6. 前記目標電圧設定部は、
   前記電圧検出部によって検出された各端子電圧の平均値に対する、当該各端子電圧の偏差を前記各蓄電体について算出する偏差算出部と、
   前記偏差算出部によって算出された各偏差を所定の基準電圧からそれぞれ減算した値を、前記各蓄電体に対応する目標電圧としてそれぞれ算出する目標電圧算出部とを備えること
   を特徴とする請求項１記載の不均衡低減回路。
7. 前記電圧検出部によって検出された各端子電圧の最大値及び当該各端子電圧の平均値のうち一つと、当該各端子電圧の最小値との差が、予め設定された判定閾値を超える場合、前記複数の蓄電体に不均衡が生じていると判定する不均衡検出部をさらに備え、
   前記不均衡検出部によって前記不均衡が生じていると判定された場合に、前記目標電圧設定部は前記各目標電圧を設定し、前記放電部は前記放電処理を実行すること
   を特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の不均衡低減回路。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の不均衡低減回路と、
   前記複数の蓄電体と
   を備えることを特徴とする電源装置。
9. 電圧検出部が、複数の蓄電体における端子電圧をそれぞれ検出する工程と、
   目標電圧設定部が、前記電圧検出部によって検出された各端子電圧が低いほど、高い電圧値になるように前記各蓄電体に対応する目標電圧をそれぞれ設定する工程と、
   放電部が、前記複数の蓄電体を、当該各蓄電体の端子電圧が前記目標電圧設定部により前記各蓄電体に対応して設定された目標電圧になるまでそれぞれ放電させる放電処理を実行する工程と
   を含むことを特徴とする不均衡低減方法。

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