JP2015154606A - 蓄電状態調整回路、蓄電状態調整システム、及び電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】組電池の複数の蓄電池の使用状態に応じて、蓄電池の電圧の均一化を図ることを可能にする、蓄電状態調整回路が提供される。【解決手段】直列に接続された充放電可能な複数の蓄電手段（ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３）と、前記複数の蓄電手段と直列に接続された一次側コイル（ＬＰ）と、前記複数の蓄電手段のそれぞれに並列に接続され、前記一次側コイルに蓄えられたエネルギーが伝達される複数の二次側コイル（Ｌ１〜Ｌ３）と、に接続される蓄電状態調整回路（１００）であって、前記複数の蓄電手段の少なくとも１つの蓄電手段の状態に応じて前記一次側コイルに蓄積されるエネルギー量を調整する調整部（１３０）を有する、蓄電状態調整回路。【選択図】図１

Description

本発明は、充放電可能な複数の蓄電手段に係る蓄電状態調整回路、蓄電状態調整システム、及び電池パックに関する。

従来から、複数の二次電池（セル）を直列接続した組電池からなる電池パックでは、各セルの電圧を調整して各セルの電池電圧の均一化を図る電子回路を有するものが知られている。

電池パックでは、この電子回路により各セルの電池電圧を均一に維持することで、各セルの製造バラツキやサイクル劣化、経年変化等により各セル間に特性差が生じることを抑制している。

例えば特許文献１には、充電時に複数の二次電池のそれぞれと接続された複数のスイッチを制御して、電池電圧が復帰電圧レベル未満のセルを充電することが記載されている。

また特許文献２には、複数の二次電池のそれぞれと接続されたスイッチを制御して、電池電圧の高いセルから電池電圧の低いセルへエネルギーを移動させることが記載されている。

上記従来の電子回路では、状況に応じた二次電池の電圧の均一化については、考慮されていなかった。

本発明は、上記事情を鑑みて、一態様として、組電池の使用状態に応じて、組電池の有する複数の二次電池の電圧の均一化を図ることが可能な蓄電状態調整回路、装置、及び電池パックを供給することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成すべく、下記の構成を採用した。
直列に接続された充放電可能な複数の蓄電手段と、前記複数の蓄電手段と直列に接続された一次側コイルと、前記複数の蓄電手段のそれぞれに並列に接続され、前記一次側コイルに蓄えられたエネルギーが伝達される複数の二次側コイルと、に接続される蓄電状態調整回路であって、
前記複数の蓄電手段の少なくとも１つの蓄電手段の状態に応じて前記一次側コイルに蓄積されるエネルギー量を調整する調整部を有する。

本発明によれば、組電池の使用状態に応じて、組電池の有する複数の二次電池の電圧の均一化を図ることが可能になる。

第１実施形態の電池パックを説明する図である。 電流の連続モード、不連続モードにおける各コイルの電流波形を表すグラフである。 第２実施形態の電池パックを説明する図である。 第３実施形態の電池パックを説明する図である。 充電時と放電時の電圧変化を表すグラフである。 第４実施形態の電池パックを説明する図である。 図６の電池パックに含まれる動作領域設定回路の構成図である。 第５実施形態の電池パックを説明する図である。 第６実施形態の電池パックを説明する図である。 第７実施形態の電池パックを説明する図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

＜＜第１実施形態＞＞
図１は第１実施形態の電池パックを説明する図である。図１において、本実施形態の電池パック１は、フライバックトランス３００、Ｐ＋端子、Ｐ−端子、蓄電状態調整回路（セルバランス回路）１００、組電池２００を有する。

本実施形態の蓄電状態調整回路１００は、組電池２００に含まれる複数の二次電池の電池電圧の均一化を図り、各二次電池における、電気の蓄積状態（すなわち蓄電状態）を調整する。

蓄電状態調整回路１００は、一次側駆動部１１０、二次側分配放出部１２０、調整部１３０を有する。

一次側駆動部１１０は、制御回路１１１、駆動スイッチ素子ＳＷを有し、一次側であるエネルギー蓄積元となる。本実施形態の駆動スイッチ素子ＳＷは、例えばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体スイッチ素子等である。二次側分配放出部１２０は、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３を有し、各電池に電力（エネルギー）を放電し、再配分する。調整部１３０は、電流調整部１３１と、周波数調整部１３２を有する。

電池パック１において、蓄電状態調整回路１００に接続された組電池２００は、複数（ｎ個）の充放電可能な二次電池（電池セル、蓄電池、蓄電手段とも言う）ＢＡＴ１〜ＢＡＴｎ（本実施形態では三つの二次電池ＢＡＴ１、ＢＡＴ２、ＢＡＴ３）を含む。

本実施形態のフライバックトランス３００において、一次側コイルＬＰは一次側のインダクタ、二次側コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３は二次側のインダクタである。

蓄電状態調整回路１００は、フライバックコンバータ回路を構成している。
一次側駆動部１１０では、組電池２００の正極からエネルギーが供給され、制御回路１１１が駆動スイッチ素子ＳＷを制御して、駆動スイッチ素子ＳＷのＯＮ期間に電流調整部（一次側抵抗群）１３１及び制御回路１１１で設定されたエネルギーを一次側コイルＬＰに蓄積する。

一次側コイルＬＰは組電池２００の正極に接続されているため、充電時は充電器及び組電池２００全体からエネルギーの供給を受ける。この一次側コイルＬＰに供給されたエネルギーは駆動スイッチ素子ＳＷがＯＦＦに切り替わると、二次側コイルＬ１〜Ｌ３に再分配（出力）され、二次側コイルＬ１〜Ｌ３が再分配された充電器および電池電圧からなるエネルギーを電池電圧の低い二次電池に供給する。

また、一次側コイルＬＰは負荷接続時、組電池２００全体からエネルギー供給を受ける。この一次側コイルＬＰに供給されたエネルギーは、駆動スイッチ素子ＳＷがＯＦＦしている際、二次側コイルＬ１〜Ｌ３に再分配され、二次側コイルＬ１〜Ｌ３が再分配された電池電圧からなるエネルギーを電池電圧の低い二次電池に供給する。

二次側分配放出部１２０は、放電・再分配部であり、駆動スイッチ素子ＳＷがＯＦＦの時に、一次側コイルＬＰに蓄積されたエネルギーをダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３を通して対応する二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３に放電供給する。

本実施形態のフライバックトランス３００は、駆動スイッチ素子ＳＷのＯＮ期間中に一次側コイルＬＰにエネルギーを蓄える。そしてフライバックトランス３００は、駆動スイッチ素子ＳＷがＯＦＦに切り替わると、一次側コイルＬＰの逆起エネルギーを利用して蓄えられていたエネルギーを一気に二次側コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３に出力する。

本実施形態では、蓄電状態調整回路１００とフライバックトランス３００を含む装置を蓄電状態調整装置と呼ぶ。電池パック１のＰ＋端子は充電器又は負荷の正極と接続され、Ｐ−端子は充電器又は負荷の負極と接続されている。

組電池２００において、二次電池ＢＡＴ１、ＢＡＴ２、及びＢＡＴ３は直列に接続されており、二次電池ＢＡＴ３の正極はＰ＋端子と接続され、二次電池ＢＡＴ１の負極がＰ−端子と接続されている。

組電池２００の二次電池ＢＡＴ３の正極は一次側コイルＬＰの一端と接続されており、一次側コイルＬＰの他端は駆動スイッチ素子ＳＷの一端と接続されている。駆動スイッチ素子ＳＷの他端は電流調整部１３１を介して二次電池ＢＡＴ１の負極と接続されている。

二次側コイルＬ１は一端が二次電池ＢＡＴ１の負極と接続されており、他端がダイオードＤ１を介して二次電池ＢＡＴ１の正極と接続されている。ダイオードＤ１は一端が二次側コイルＬ１の他端と接続され、他端が二次電池ＢＡＴ１の正極と接続されている。

二次側コイルＬ２は一端が二次電池ＢＡＴ１の正極と二次電池ＢＡＴ２の負極に接続されており、他端がダイオードＤ２を介して二次電池ＢＡＴ２の正極と接続されている。ダイオードＤ２は、一端が二次側コイルＬ２の他端と接続され、他端が二次電池ＢＡＴ２の正極と接続されている。

二次側コイルＬ３は一端が二次電池ＢＡＴ２の正極と二次電池ＢＡＴ３の負極に接続されており、他端がダイオードＤ３を介して二次電池ＢＡＴ３の正極とＰ＋端子にと接続されている。ダイオードＤ３は、一端が二次側コイルＬ３の他端と接続され、他端が二次電池ＢＡＴ３の正極と接続されている。

本実施形態の制御回路１１１は駆動スイッチ素子ＳＷのＯＮ／ＯＦＦを制御するスイッチ素子制御信号Ｓｃｏｎを生成し出力する。具体的には、スイッチ素子制御信号Ｓｃｏｎは、例えば駆動スイッチ素子ＳＷを所定のタイミングでＯＮさせる矩形パルス信号等である。

ここで、電流調整部１３１は抵抗Ｒ１、Ｒ２、スイッチ素子ＳＷａを有する。電流調整部１３１において、抵抗Ｒ１の一端は制御回路１１１および駆動スイッチ素子ＳＷに接続されている。抵抗Ｒ２は一端が抵抗Ｒ１と接続されており、他端がＰ−端子と接続されている。スイッチ素子ＳＷａは抵抗Ｒ２に並列に接続されており、スイッチ素子ＳＷａのＯＮ／ＯＦＦを制御するゲートに信号Ｓ１が入力可能である。

本実施形態の電流調整部１３１は、一次側コイルＬＰを介して二次側コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３に選択供給される電流の値を調整する機能を果たす。調整方法の詳細は後述する。

また、周波数調整部１３２は、抵抗Ｒ３、Ｒ４、スイッチ素子ＳＷｂを有する。周波数調整部１３２において、抵抗Ｒ３の一端は制御回路１１１に接続されている。抵抗Ｒ４は一端が抵抗Ｒ３と接続されており、他端がＰ−端子と接続されている。スイッチ素子ＳＷｂは抵抗Ｒ４と並列に接続されており、スイッチ素子ＳＷｂのＯＮ／ＯＦＦを制御するゲートに信号Ｓ２が入力される。

本実施形態の周波数調整部１３２は、一次側コイルＬＰを介して、二次側のコイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３に供給されるタイミングのスイッチング周波数を調整する機能を果たす。調整方法の詳細は後述する。

（動作モードについて）
ここで、本実施形態における動作モードについて説明する。
上記構成を有する蓄電状態調整回路１００の動作について、組電池２００が３つの二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３を有する例について説明する。このとき、各二次電池の電池電圧がＶ_ＢＡＴ１（二次電池ＢＡＴ１の電池電圧）＞Ｖ_ＢＡＴ２（二次電池ＢＡＴ２の電池電圧）＞Ｖ_ＢＡＴ３（二次電池ＢＡＴ３電圧）と電圧差がついているとする。

図２は、電流の連続モード、不連続モードにおける各コイルの電圧と電流の波形を印す図である。

図２では、駆動スイッチ素子ＳＷのＯＮ／ＯＦＦに応じた一次側コイルＬＰの電圧Ｖ_ＬＶ、一次側コイルＬＰのインダクタ電流Ｉ_ＬＰ、二次側コイルＬ１〜Ｌ３の二次側インダクタ電流Ｉ_Ｌ１〜Ｉ_Ｌ３の変化を示す。

図２（ａ）は、インダクタ電流Ｉ_ＬＰの電流値が小さい不連続モードの波形であり、図２（ｂ）は、インダクタ電流Ｉ_ＬＰの電流値が大きい連続モードの波形である。なお、Ｖ_ＬＰは駆動スイッチ素子ＳＷの電圧値であり、電圧Ｖ_ＬＰは駆動スイッチ素子ＳＷを介して一次側コイルＬＰへ電流が流れている（蓄えている）際には低い値となり、電流が流れていない（放出ししている）際には高い値となる。

本実施形態の蓄電状態調整回路１００は、電流調整部１３１の抵抗値を調整することでインダクタ電流Ｉ_ＬＰの電流値を調整し、動作モードを電流連続モードか、又は電流不連続モードに切り替えることができる。また本実施形態の蓄電状態調整回路１００は、周波数調整部１３２の抵抗値の調整により駆動スイッチ素子ＳＷのＯＮ／ＯＦＦ周期の調整し、動作モードを電流連続モードか、又は電流不連続モードに切り替えることができる。

本実施形態の不連続モードは、駆動スイッチ素子ＳＷのＯＮ期間に一次側コイルＬＰに流れるインダクタ電流Ｉ_ＬＰが０となる状態が発生する動作モードである。本実施形態の連続モードは、駆動スイッチ素子ＳＷのＯＮ期間に一次側コイルＬＰに流れるインダクタ電流Ｉ_ＬＰが０となる状態が発生しない動作モードである。

本実施形態のフライバックトランス３００は、駆動スイッチ素子ＳＷのＯＮ期間中に一次側コイルＬＰにエネルギー（一次側電力）Ｗ_１を蓄え、駆動スイッチ素子ＳＷがＯＦＦに切り替わると、逆起電力を利用して蓄えられていたエネルギーを二次側コイルＬ１〜Ｌ３へ一気に出力する。

図１の回路図及び図２（ａ）において、駆動スイッチ素子ＳＷがＯＮすると一次側コイルＬＰにインダクタ電流Ｉ_ＬＰが発生する。駆動スイッチ素子ＳＷは、インダクタ電流Ｉ_ＬＰが増えて、電流調整部１３１の抵抗値と制御回路１１１で設定される電流閾値Ｉ_Ｓに到達すると、駆動スイッチ素子ＳＷがＯＦＦにする。この時一次側コイルＬＰに一次側電力Ｗ_１が蓄えられる。ここで一次側コイルＬＰの自己インダクタをＬ_Ｐとする。

駆動スイッチ素子ＳＷがＯＦＦとなった瞬間、フライバックトランス３００に磁束φＢが起こり、一次側コイルＬＰ、二次側コイルＬ１〜Ｌ３の巻線数をそれぞれＮ_１、Ｎ_２とすると逆起電圧Ｅが発生する。

図１の通り二次側が３出力であり、二次側コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３の巻線数Ｎ_２が同一の場合、二次側コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３で発生するインダクタ電圧Ｅはそれぞれ同一となる。

インダクタ電圧Ｅが上昇し対の二次電池の電池電圧より高くなるとダイオード経由で電流が放出される。つまり電圧の低い二次電池から順番に選択充電される仕組みである。

二次側コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３から放出され二次電池ＢＡＴ〜ＢＡＴ３のいずれかに再充電される電流をＩ_Ｌ１、Ｉ_Ｌ２，Ｉ_Ｌ３、ピーク電流をＩ_Ｌ１Ｐ、Ｉ_Ｌ２Ｐ，Ｉ_Ｌ３Ｐ、二次側コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３の自己インダクタンスをＬ_１、Ｌ_２、Ｌ_３とすると、３つの二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３の電池電圧に応じ図２（ａ）の通り電流が放出される。放出される二次側電力Ｗ_２は以下の数式３で求められる。

ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びフライバックトランス３００を含め全ての電力損失が無いと仮定すると、「一次側コイルＬＰに蓄えられる電力Ｗ_１＝二次側コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３から放出される電力Ｗ_２」が成り立つ。

既知の通りダイオードの順方向電圧Ｖ_Ｄ、電流Ｉ_Ｄは次式で知られている。

ｑ ＝ １．６ × １０^−１９ （クーロン） ： 電子の電荷
ｋ ＝ ８．６ × １０^−５ （ｅＶ／Ｋ） ： ボルツマン定数
Ｉｏ （Ａ） ： 飽和電流
ｎ ：Ｉｄｅａｌｉｔｙ ｆａｃｔｏｒ （ｎ ＝ １〜２）
Ｔ （Ｋ） ＝ 絶対温度
Ｖ_ＢＡＴ１（二次電池ＢＡＴ１の電池電圧）＞Ｖ_ＢＡＴ２（二次電池ＢＡＴ２の電池電圧）＞Ｖ_ＢＡＴ３（二次電池ＢＡＴ３の電池電圧）と電圧差がついた組電池２００では
二次電池ごとに

が成り立ち、電圧の低い二次電池に、選択的に多くの電流Ｉ_Ｄ（＝Ｉ_Ｌｎ）が流れる。この時各二次電池に流れる電流Ｉ_Ｌ１、Ｉ_Ｌ２，Ｉ_Ｌ３は（数式１、数式３より、二次側コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３の自己インダクタンスをＬ_１＝Ｌ_２＝Ｌ_３＝Ｌ_Ｓとすると図２（ａ）において、

が成り立つ。
二次電池の電池電圧の差が大きい場合、電池電圧が一番低い二次電池ＢＡＴ３のみに放出され、数式６より次式が成り立つ。

一次側コイルＬＰ、二次側コイルＬ３（Ｌ_１＝Ｌ_２＝Ｌ_３）の巻線比をＮ_Ｐ：１とした場合、

であり、一次側で設定された電流閾値Ｉ_Ｓ、一次側コイルＬＰに蓄えられた一次側電力Ｗ_１が図２（ａ）の電流Ｎ_ＰＩ_Ｓのピーク電流を持った三角波として二次電池ＢＡＴ３に供給充電される。

上記の通り、蓄電状態調整回路１００とフライバックトランス３００において、二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３側に電流が放出、再充電され、制御回路１１１で設定された１周期の時間経過後に次のサイクルに入る。

以上の蓄電状態調整回路１００とフライバックトランス３００における、一次側と、二次側のエネルギーのやり取りを１サイクルとし、蓄電状態調整回路１００はエネルギーを組電池２００全体から得て、低い二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３に移送する作業が行われる。このサイクルを繰り返すことにより個々の電池電圧を監視することなく二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３の電池電圧の均一化が行われる。

（電流調整部での調整）
電流調整部１３１は、一次側コイルＬＰに流れるインダクタ電流Ｉ_ＬＰの電流値（電流閾値Ｉ_Ｓ）を調整する。このことで、駆動スイッチ素子ＳＷのスイッチング周期に対するＯＮ期間であるデューティ比（＝Ｄｕｔｙ Ｒａｔｉｏ：Ｔｏｎ／Ｔ， Ｔ＝Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）を変え、動作モードの切り替えを行う。

制御回路１１１は、出力トランジスタ等からなり、駆動スイッチ素子ＳＷをＯＮさせるスイッチング制御信号となる、（矩形）パルス信号Ｓｃｏｎを生成する。より詳しくは、パルス信号Ｓｃｏｎは、所定の周期で、駆動スイッチ素子ＳＷをＯＮさせるようにハイレベル（以下、Ｈ）になる。また、矩形パルス信号は、一次側コイルＬＰのインダクタ電流Ｉ_ＬＰが電流調整部１３１及び制御回路１１１で設定された電流閾値Ｉ_Ｓに達したタイミングで、駆動スイッチ素子ＳＷをＯＦＦさせるようにローレベル（以下、Ｌ）になる。

本実施形態において、フライバックトランス３００の動作モードを不連続モードとする場合には、一次側コイルＬＰに蓄えられる電力Ｗ_１を、駆動スイッチ素子ＳＷのＯＦＦ期間に全て放電される程度に小さくすれば良い。このためには、駆動スイッチ素子ＳＷのＯＮ期間に一次側コイルＬＰに供給されるインダクタ電流Ｉ_ＬＰの値を小さくすれば良い。

ここで、電流調整部１３１の抵抗値を変えると、一次側コイルＬＰに流れるインダクタ電流Ｉ_ＬＰも変わる。例えばインダクタ電流Ｉ_ＬＰは、抵抗値が１０倍に増えると１／１０になり、一次側コイルＬＰに貯める電力Ｗ_１は"Ｗ_１＝１／２Ｌ_ＰＩ_Ｓ ^２"より、１／１００に減る。一次側コイルＬＰに貯める電力Ｗ_１は、巻線数に基づく固定値である自己インダクタンスＬ_Ｐと、電流閾値Ｉ_Ｓにより決まる。

より詳しくは、本実施形態の電流調整部１３１の抵抗値は、スイッチ素子ＳＷａがＯＦＦの場合には、抵抗Ｒ２が抵抗Ｒ１と接続するため、抵抗Ｒ１の抵抗値と抵抗Ｒ２の抵抗値の合成抵抗となる（抵抗値：大）。

このとき、一次側コイルＬＰのインダクタ電流Ｉ_ＬＰの値が小さくなり、電流閾値Ｉ_Ｓまですぐに達するため、パルス信号Ｓｃｏｎの１周期の中で駆動スイッチ素子ＳＷのＯＮ期間が短くなる。そうすると、パルス信号Ｓｃｏｎのデューティ比は、１周期における駆動スイッチ素子ＳＷのＯＦＦ期間が長くなるため小さくなる。したがって、フライバックトランス３００の動作モードは、ＯＮ期間で一次側コイルＬＰに貯めた電力Ｗ_１をＯＦＦ期間ですべて放出する不連続モードになりやすくなる。

一方、フライバックトランス３００の動作モードを連続モードとする場合には、駆動スイッチ素子ＳＷがＯＦＦ期間に一次側コイルＬＰに蓄えられる電力Ｗ_１を、全て放電されないように大きくすれば良い。このためには、駆動スイッチ素子ＳＷがＯＮ期間に一次側コイルＬＰに供給されるインダクタ電流Ｉ_ＬＰを大きくすればよい。

より詳しくは、本実施形態の電流調整部１３１の抵抗値は、スイッチ素子ＳＷａがＯＮの場合には、抵抗Ｒ２がスイッチ素子ＳＷａを介してＰ−端子と接続されて短絡し、一次側コイルＬＰとＰ−端子間の抵抗が抵抗Ｒ１に相当する分だけ小さくなる（抵抗値：小）。

このとき、一次側コイルＬＰに流れるインダクタ電流Ｉ_Ｌｐの値が大きくなり、一次側コイルＬＰに蓄えられる電力Ｗ_１が大きくなる。よってフライバックトランス３００の動作モードは、駆動スイッチ素子ＳＷのＯＦＦ期間において、一次側コイルＬＰに蓄えられた電力Ｗ_１が全て放出される前に駆動スイッチ素子ＳＷがＯＮされる、連続モードになりやすくなる。

このように本実施形態の電流調整部１３１は、電流閾値Ｉ_Ｓを調整して、一次側コイルＬＰにエネルギーが蓄積される所定の周期に対して蓄積期間の長さを調整することで、一次側コイルＬＰに給される電流の大きさ（エネルギー量）を調整する機能を果たす。

尚、本実施形態の電流閾値Ｉｓは、例えば信号Ｓ１の入力に応じて制御回路１１１により設定されるものであっても良い。また本実施形態の電流閾値Ｉｓは、例えば駆動スイッチ素子ＳＷをトランジスタで構成した場合には、このトランジスタの特定と、電流調整部１３１の有する抵抗の値により決まる値であっても良い。

（周波数調整部での調整）
周波数調整部１３２は、一次側コイルＬＰに流れるインダクタ電流Ｉ_ＬＰを制御するパルス信号Ｓｃｏｎの周波数を調整することで、１周期におけるＯＮ期間であるデューティ比を変えて、動作モードの切り替えを行う。

フライバックトランス３００の動作モードを不連続モードとする場合は、駆動スイッチ素子ＳＷがＯＦＦ期間に一次側コイルＬＰに蓄えられる電力Ｗ_１を全て放電すべく、駆動スイッチ素子ＳＷのＯＦＦ期間を長くすれば良い。このため本実施形態の周波数調整部１３２は、駆動スイッチ素子ＳＷのＯＦＦ期間を長くするためにスイッチング周波数を低くする。ここで、周波数調整部１３２の抵抗値を変えると、制御回路１１１で生成されるパルス信号Ｓｃｏｎの１サイクル（周期）が変わる。

例えば、周波数調整部１３２の抵抗値は、スイッチ素子ＳＷｂがＯＦＦの場合、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ３の両方が制御回路１１１と接続するため、抵抗Ｒ３の抵抗値と抵抗Ｒ４の抵抗値の合成抵抗となる（抵抗値：大）。

抵抗値が増えると、パルス信号Ｓｃｏｎ信号の周波数が低くなるため、サイクル（周期）は長くなる。そのため、駆動スイッチ素子ＳＷは、一度ＯＦＦされてからパルス信号Ｓｃｏｎにより再度ＯＮされるまでのＯＦＦ期間が長くなる。よって蓄電状態調整回路１００は、一次側コイルＬＰに貯めた電力Ｗ_１をＯＦＦ期間ですべて放出する不連続モードになりやすくなる。

一方、動作モードを不連続モードとする場合には、一次側コイルＬＰに蓄えられる電力Ｗ_１が駆動スイッチ素子ＳＷのＯＦＦ期間に全て放電されないように、スイッチング周波数を高くし、駆動スイッチ素子ＳＷのＯＦＦ期間が短くする。

例えば、周波数調整部１３２において、スイッチ素子ＳＷｂがＯＮの場合、抵抗Ｒ４がスイッチ素子ＳＷｂを介してＰ−端子と接続されて抵抗Ｒ４が短絡し、周波数調整部１３２の抵抗値が、Ｒ３の抵抗値となる（抵抗値：小）。

抵抗値が小さいと、パルス信号Ｓｃｏｎの周波数が高くなるため、パルス信号Ｓｃｏｎの周期は短くなる。そのため、駆動スイッチ素子ＳＷは、一度ＯＦＦされてからパルス信号Ｓｃｏｎにより再度ＯＮされるまでのＯＦＦ期間が短くなる。よってフライバックコンバータ３００は、連続モードになりやすくなる。

このように、スイッチ素子ＳＷｂがＯＮの場合、すなわち信号Ｓ２が入力された際に、フライバックコンバータ３００の動作モードを連続モードとすることで、充電による各二次電池の電池電圧の変動の速度に応じて各二次電池の電池電圧を均一にできる。

スイッチ素子ＳＷｂがＯＦＦの場合、すなわち信号Ｓ２が入力されていない際に、フライバックコンバータ３００の動作モードを不連続モードとすることで、インダクタ電流Ｉ_ＬＰを小さくし、蓄電状態調整回路１００の動作に係る消費電流を低減することができる。

従って、本実施形態の周波数調整部１３２は、駆動スイッチ素子ＳＷの周波数を調整することで、一次側コイルＬＰにエネルギーが蓄積される所定の蓄積期間に対して周期の長さを調整して、一次側コイルＬＰに与えられるエネルギー量を調整する機能を果たす。

なお、信号Ｓ１、Ｓ２の入力について、電流調整部１３１、周波数調整部１３２の両方の抵抗値を小さくさせるよう作動させてもよいし、どちらか片方のみ、抵抗値を小さくさせるよう作動させてもよい。

このように、電流調整部１３１、周波数調整部１３２を制御することで、動作を連続モード又は不連続モードに切り替えることができ、充電、放電による各二次電池の電池電圧の変動の速度に応じて各二次電池の電池電圧の均一化を図ることができる。

連続モードでは、一次側コイルＬＰに流れるインダクタ電流Ｉ_ＬＰの値が大きいため、二次側のコイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３に流れる電流も大きくなり、不連続モードのときと比べて短時間で電池電圧の最も低い二次電池を充電し、各電池電圧の均一化を図ることができる。

本実施形態では、連続モードと不連続モードは用途に応じて選択することが好ましい。

例えば動作モードを不連続モードとすれば、蓄電状態調整回路１００が負荷として働くことを抑制でき、消費電力を低減することができる。

また本実施形態では、連続モードと不連続モードそれぞれの中で、インダクタ電流Ｉ_ＬＰの値を調整したり、駆動スイッチ素子のＯＮ/ＯＦＦを制御するパルス信号Ｓｃｏｎの周期を規定するスイッチング周波数を調整したりしてもよい。

＜＜第２実施形態＞＞
図３に、第２実施形態の電池パックを説明する図を示す。ここで、上記の第１実施形態を利用した、実際の制御例としてサーミスタ端子を利用した例として図３を参照して第２実施形態を示す。第２実施形態において、電流調整部１３１のスイッチ素子ＳＷａと周波数調整部１３２のスイッチ素子ＳＷｂはサーミスタ端子Ｔに接続されている。

以後の実施形態の説明では、上記第１実施形態との相違点についてのみ説明し、第１実施形態と同様の機能構成を有するものには第１実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。

（サーミスタ端子での充電器接続検知）
本実施例の電池パック１Ａは、充電器が接続されたことを検出するためのサーミスタ等からなる充電器接続検出端子Ｔを有している。充電器接続検出端子Ｔは二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３に接続された充電器を検知し、その充電器の接続状態に基づき二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３に流れる電流値を調整させるために設けられている。

本実施形態の電流制御部１３１Ａにおいて、スイッチ素子ＳＷａは抵抗Ｒ２に並列に接続されているＭＯＳＦＥＴであり、スイッチ素子ＳＷａのＯＮ／ＯＦＦを制御するゲートに充電器接続検出端子Ｔが接続され、端子Ｔからの信号をＳ１として受け取っている。

第２実施形態の周波数調整部１３２Ａにおいて、スイッチ素子ＳＷｂは抵抗Ｒ４に並列に接続されるＭＯＳＦＥＴであり、スイッチ素子ＳＷｂのＯＮ／ＯＦＦを制御するゲートに充電器接続検出端子Ｔが接続され、端子Ｔからの信号をＳ２として受け取っている。

充電器接続検出端子Ｔは充電器が接続されているか否か２値的に検出する。なお、充電器接続検出端子Ｔとして具体的な端子がなくてもよく、例えばＰ＋端子又はＰ―端子に接続されたサーミスタを利用してもよい。

図３の蓄電状態調整回路１００Ａでは、端子Ｔにより充電器が接続されたことが検出された際に電流連続モードとすることで、充電による各二次電池の電池電圧の変動の速度に応じて、短時間で各二次電池の電池電圧を均一にできる。

さらに、端子Ｔにより、充電器が接続されたことが検出されていない間は不連続モードとすることで、一次側コイルＬＰに流れるインダクタ電流Ｉ_ＬＰを小さくし、蓄電状態調整回路１００Ａの動作に係る消費電流を低減することができる。二次電池の状態と蓄電状態調整回路１００Ａの動作との関係を表１に示す。

なお、充電器接続検出端子Ｔが充電器接続を検知した際、電流調整部１３１Ａ、周波数調整部１３２Ａの両方を調整し、フライバックコンバータ３００の動作モードを連続モードにするように作動させてもよいし、どちらか片方についてのみ作動させてもよい。

＜＜第３実施形態＞＞
図４に、第３実施形態の電池パックを説明する図を示す。第３実施形態において、電流調整部１３１Ｂのスイッチ素子ＳＷａ、周波数調整部１３２Ｂのスイッチ素子ＳＷｂに入力される信号を生成するため、第２実施形態の充電器接続検出端子Ｔに代わりに電流検知部１４０が接続されている。

図４において、電流検知部１４０はＡＤコンバーター７１、制御スイッチ７２、抵抗７３を有する。また、電流調整部１３１Ｂは、図１の電流調整部１３１の構成要素に加えて、抵抗Ｒ５とスイッチＳＷｃを有してもよい。電流検知部１４０からの出力信号は、電流調整部１３１ＢのスイッチＳＷａとスイッチＳＷｃに入力されており、電流調整部１３１Ｂは、より段階的な抵抗値の調整ができる。

電流検知部１４０において、ＡＤコンバーター７１は、組電池２００の充放電電流をアナログ的に検知している。ＡＤコンバーター７１は充放電のアナログ値を見ることで、スイッチ制御信号を出力するか否か微妙な調整が可能となる。

図５は、充電時と放電時の電圧変化を表すグラフである。図５（ａ）は一般のリチウム（Ｌｉ）など電池の充電時の電圧変化を示し、図５（ｂ）はその電池の放電時の電圧変化を表す。図５（ａ）では、二次電池の電池電圧の変化をＶ_ＢＡＴで示し、充電電流をＩ_ＣＧＨで示す。また図５（ｂ）では、定電流負荷を接続した場合を示し、放電電流をＩ_Ｌで示す。

図５（ａ）の充電カーブは通常の充電をする場合時間Ｔ１で電圧変化点Ｖ_Ｂ１（時間Ｔ１）を持ち、定電流モードから定電圧モードに切り替わる上限電圧Ｖ_ＳＥＴ近傍で電圧飽和（Ｔ２）する。時間ＴＦ１は充電完了を表す。上限電圧Ｖ_ＳＥＴは二次電池の特性により予め設定されている。 より詳しくは、二次電池が充電されるとき、まず定電流モードで、電流値一定（Ｉ_ＣＣ）で、電圧が増えて上限電圧Ｖ_ＳＥＴまで充電が行われ（Ｔ１）、その後電圧は保持される。定電圧モードに入ると、電圧がＶ_ＳＥＴでほぼ一定になり充電電流は減衰する。低電圧モードで、一定の収束電流値Ｉ_Ｆになった時点）又は一定時間経過（ＴＦ１）後に、充電は終了する（ＴＦ１）。

よって、充電電流が小さいとき、例えば電池パック１Ｂが内蔵された電子機器の充電を数時間かけて行う低速充電のときは、各電池電圧の均一化はゆっくりでよい。このとき、フライバックトランス３００を流れる電流値を下げて、又は／および、駆動スイッチ素子ＳＷのスイッチングのＯＦＦ期間を長くしてデューティ比を下げることで、不連続モードで各二次電池の蓄電状態を均一化できる。よって、電力損失が少ない状態で、効率よく充電ができる。

これに対して、充電電流が大きいとき、例えば電池パック１Ｂが内蔵された電子機器の充電を数１０分で行う高速充電のときは、充電電流が大きいことにより二次電池の間での電圧変化量が大きくなるため、各電池電圧の均一化を急ぐ必要がある。さらに、より急速に充電する場合は、定電流充電により上限電流Ｖ_ＳＥＴに達した後（Ｔ２）、パルス電流により充電を行う。このとき、上限電圧Ｖ_ＳＥＴを短期間周期的に超えながら、充電電流を増やして、充電を速めることもある。この場合はさらに、各電池電圧の均一化を急ぐ必要がある。このような場合、フライバックトランス３００を流れる電流値を上げて、又は／及び、パルス信号Ｓｃｏｎの周波数を高くし、デューティ比を上げることで、連続モードで各二次電池の蓄電状態を短時間で均一化しながら、充電ができる。

又は、図５（ａ）において充電電流の少なくなるＴ２〜ＴＦ１の領域では、電流が急激に下がり二次電池の電圧変化量が大きくなるため、二次電池の電池電圧をより早く調整できるように充電電流を変化させるとよい。二次電池の状態と蓄電状態調整回路１００Ｃの動作との関係を表２に表す。

図５（ｂ）の放電カーブは、電圧変化点Ｖ_Ｂ３（時間Ｔ３）を持ち、電圧変化点Ｖ_Ｂ３以下になると電圧の降下が急峻になる。さらに電圧が降下すると、電池の劣化が始まる恐れがある過放電電圧Ｖ_Ｂ４近辺（電池の劣化が生じうる地点）でさらに急激な電圧降下が始まる。より詳しくは、放電時、電圧変化点Ｖ_Ｂ３に至る前の放電カーブの傾斜が緩やかな領域では、電池内の電解液のイオンは電流に変換されている。

電圧変化点Ｖ_Ｂ３は、例えば３．８Ｖであり、電圧変化点Ｖ_Ｂ３に達すると電池の電解液にイオンがなくなり、表面のキャパシタ部分だけになる。電圧変化点Ｖ_Ｂ３より低い領域での放電では表面のキャパシタから容量値が減るため放電カーブが急峻になり、急激に電圧が降下する。即ち、電圧変化点Ｖ_Ｂ３で電圧降下の度合いが変化する。

さらに電圧が降下するとキャパシタの容量もなくなり、電池電圧は過放電電圧（たとえば、電池劣化電圧）Ｖ_Ｂ４、例えば３．０Ｖに到達する。二次電池は電池電圧が過放電電圧Ｖ_Ｂ４まで降下した後に、さらに放電を行うと劣化する。

よって、放電電流が小さいとき、即ち負荷が軽いときは、各電池電圧の均一化はゆっくりでよい。フライバックトランス３００を流れる電流値を下げる、又は／及び、パルス信号Ｓｃｏｎの周波数を低くすることで、デューティ比を落として不連続モードで蓄電手段の残りの電池電圧を均一にしている。この制御により、電力損失が少ない状態で効率よく放電ができる。

反対に、放電電流が大きいとき、つまり、電池パック１Ｂにつながれた負荷が重いときはデューティ比を上げる。各電池電圧の均一化を急ぐためデューティ比上げる必要がある。この場合、フライバックトランス３００を流れる電流を大きくし、又は／及びパルス信号Ｓｃｏｎの周波数を高くすることで、スイッチングのデューティ比を上げることで、各二次電池の蓄電状態を短時間で均一化しながら、放電ができる。

又は、放電時、電圧が降下する際、電池の電圧変化点Ｖ_Ｂ３（Ｔ３）よりも小さくなると、急激な電圧降下が始まる。よって、放電時、蓄電状態調整回路１００は、電圧変化点Ｖ_Ｂ３（Ｔ３）〜電池の過放電電圧ＶＢ４（ＴＦ２）間で、スイッチングのデューティ比を上げるとよい。

複数の二次電池を有する組電池の場合、図５（ａ）、図５（ｂ）の充電カーブ、放電カーブともにｎ段の重なった特性となるため組電池全体電圧及び各二次電池の電池電圧を監視し、蓄電状態の調整の程度を決めるのが理想である。第３実施形態ではＡＤコンバーター７１が電流を検出することで、電池電圧を監視している。

このように、ＡＤコンバーター７１は、充電、放電の場合に応じた、電流値の閾値を設定している。

ＡＤコンバーター７１と接続された制御スイッチ７２は例えば、抵抗とスイッチアレイ等からなる。なお、制御スイッチ７２の代わりに、微調整できる電子ボリュームを配置してもよい。この場合、直線的に抵抗値を変えることができるように、設定している。

このように、本実施形態では、ＡＤコンバーター７１により検知された充電電流や放電電流が大きい場合、動作モードを連続モードとすることで、二次電池の電池電圧の変動の速度に応じて短時間で各二次電池の電池電圧の均一化を図ることができる。上記、ＡＤコンバーター７１により検知された充電電流や放電電流が大きい場合とは充電電流及び放電電流の絶対値が所定値以上のときであり、充電電流や放電電流が小さい場合とは、即ち、充電電流及び放電電流の絶対値が所定値未満のときである。

反対にＡＤコンバーター７１により検知された充電電流や放電電流が小さい場合は、動作モードを不連続モードとすることで、一次側コイルＬＰに流れるインダクタ電流Ｉ_ＬＰを小さくし、蓄電状態調整回路１００Ａの動作に係る消費電流を低減することができる。

なお、ＡＤコンバーター７１を含む電流検知部１４０の検知結果に応じて、電流調整部１３１Ｂ及び周波数調整部１３２Ｂの両方について抵抗を小さくするよう作動させてもよいし、電流値の検知結果に応じて段階的にどちらか片方について作動させてもよい。

＜＜第４実施形態＞＞
図６に、第４実施形態の電池パックを説明する図を示す。第４実施形態の電池パック１Ｃは、第２実施形態の電池パック１Ａと比較して、電池電圧検出回路１５０、動作領域設定回路１６０をさらに有している。また、電流調整部１３１Ｃはさらにスイッチ素子ＳＷａと接続されたセレクタＹ１を有し、周波数調整部１３２Ｃはスイッチ素子ＳＷｂと接続されたセレクタＹ２を有している。

（動作領域の設定について）
電池電圧検出回路（電池電圧検出手段）１５０は、組電池２００内の二次電池と同じ数の検知手段１５１、１５２、１５３を有する。検知手段１５１、１５２、１５３は、各二次電池ＢＡＴ１、ＢＡＴ２、ＢＡＴ３とそれぞれ並列に接続しており、各二次電池ＢＡＴ１、ＢＡＴ２、ＢＡＴ３の電池電圧を検出する。以下の説明では、電池電圧とは、各二次電池ＢＡＴ１、ＢＡＴ２、ＢＡＴ３のそれぞれの電池電圧を示し、各二次電池ＢＡＴ１、ＢＡＴ２、ＢＡＴ３を有する組電池２００の電池電圧は、組電池電圧と呼ぶ。

本実施形態の電池電圧検出回路１５０は、各検知手段１５１、１５２、１５３による電池電圧の検出結果を示す検出信号（蓄電電圧検出信号）Ｖｄｅｔを動作領域設定回路１６０へ出力する。検出信号Ｖｄｅｔは、各検知手段１５１、１５２、１５３によって検知された電池電圧のうち少なくとも一つが３．９Ｖ（第一の閾値）以下になったことを検知すると、ハイレベル（以下、Ｈレベル）からローレベル（以下、Ｌレベル）に反転する。

電池電圧検出回路１５０は、放電時、３つの二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３のすべての電池電圧が３．９Ｖよりも大きい場合は、未検出状態を示すＨレベルの検出信号Ｖｄｅｔを出力する。一方、電池電圧検出回路１５０には、それぞれ検知手段１５１、１５２、１５３のうち、一つでも３．９Ｖを下回ったことを検知すると、電池電圧検出回路１５０は、検出状態を示すＬレベルの検出信号Ｖｄｅｔを出力する。

また、動作領域設定回路（動作領域設定手段）１６０は、放電時の電圧が過放電まで降下すると放電を強制的に止める不図示の保護回路と接続されており、放電の状態を示す信号として放電状態信号Ｄｏｕｔが外部から入力されている。

ここで、不図示の保護回路は、電池の放電状態を検知し、電池パック１が放電モードにあるときはＨレベルの放電状態信号（放電可能信号）Ｄｏｕｔを出力する。より詳しくは、電池劣化点Ｖ_Ｂ４である３．０Ｖまで降下する前の３．２Ｖまで、二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３のいずれかの電池電圧が降下した場合は、保護回路が放電を強制停止させ、放電状態信号ＤｏｕｔをＬレベルにする。言い換えると、保護回路は、３つの二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３の電池電圧がすべて３．２Ｖよりも大きい期間（二次電池が放電モードの期間）、Ｈレベルの放電状態信号（放電可能信号）Ｄｏｕｔを出力する。

また、動作領域設定回路１６０は、電池電圧検出回路１５０から出力される検出信号Ｖｄｅｔと放電状態を検知した放電状態信号Ｄｏｕｔに基づいて、Ｈレベル、またはＬレベルの制御信号を出力する。

図７に、動作領域設定回路１６０の構成図を示す。動作領域設定回路１６０は例えば、二つの閾値の異なるスイッチ等で構成されるＸＯＲ回路からなる。図７では、ＸＯＲ回路１６０から出力される制御信号は、電流調整部１３１Ｃ及び、周波数調整部１３２ＣのセレクタＹ１、Ｙ２へ入力されている。二次電池の状態と蓄電状態調整回路１００Ｃの動作との関係を表３に表す。

ＸＯＲ回路は、Ｌレベルの電池電圧検出信号ＶｄｅｔかつＨレベルの放電可能信号Ｄｏｕｔを受け取る際、即ち、二次電池すべて放電モードかつ二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３のうちいずれかが３．９Ｖ以下の際、Ｈレベルの制御信号をセレクタＹ１、Ｙ２へ出力する。

また、ＸＯＲ回路は、放電時に、二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３のすべての電池電圧が３．９Ｖよりも大きい、又はいずれかの電池電圧３．２Ｖよりも小さい場合は、Ｌレベルの信号をセレクタＹ１、Ｙ２へ出力する。

なお、図７では動作領域設定回路１６０は、ＸＯＲ回路で模式的に表したが、３．２Ｖ〜３．９Ｖの検知ができるものであれば、トランジスタ等からなるスイッチや比較器で構成してもよい。

このように構成された、動作領域設定回路１６０から出力された制御信号は、電流調整部１３１Ｃのスイッチ素子ＳＷａ、周波数調整部１３２Ｃのスイッチ素子ＳＷｂと接続されたセレクタＹ１、Ｙ２に出力される。

セレクタＹ１、Ｙ２は、充電器接続端子Ｔとも接続しており、充電時は常に、充電器接続端子Ｔからの信号を選択する。第２実施形態と同じように、充電時は、スイッチ素子ＳＷａ、ＳＷｂをＯＮすることで、抵抗Ｒ２、Ｒ４を短絡させる。この制御により、抵抗値を少なくして、電流調整部１３１Ｃは一次側コイルＬＰへの電流値を増やし、周波数調整部１３２Ｃは信号Ｓｃｏｎの周波数を高くすることで、スイッチングのデューティ比を上げて、制御回路１１１Ｃを連続モードにさせる。

セレクタＹ１、Ｙ２は放電時、動作領域設定回路１６０からの制御信号を選択している。放電時において、制御信号がＨになる、電池電圧が二次電池の電池電圧が放電モードかつ二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３のうちいずれかが３．９Ｖ以下の場合は、スイッチ素子ＳＷａ、ＳＷｂをＯＮすることで、抵抗Ｒ２、Ｒ４を短絡させて、抵抗値を少なくする。このとこで、電流調整部１３１Ｃは一次側コイルＬＰへの電流値を増やし、周波数調整部１３２Ｃは信号Ｓｃｏｎの周波数を高くすることで、スイッチングのデューティ比を上げて、制御回路１１１Ｃを連続モードにさせる。

また、放電時、二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３のうちいずれかの電池電圧が３．９Ｖよりも大きい又は３．２Ｖよりも小さい場合、制御信号がＬになり、スイッチ素子ＳＷａ、ＳＷｂをＯＦＦする。従って、抵抗Ｒ２、Ｒ４を抵抗Ｒ１、Ｒ３に接続させ、抵抗値を多くする。このとき、電流調整部１３１Ｃは一次側コイルＬＰへの電流値を減らし、周波数調整部１３２Ｃは、信号Ｓｃｏｎの周波数を高くすることで、スイッチングのデューティ比を上げて、制御回路１１１Ｃを不連続モードにさせる。

このように本実施形態では、端子Ｔが充電器と接続したことを検出した際に電流連続モードとすることで、充電による各二次電池の電池電圧の変動の速度に応じて短時間で電池電圧の最も低い二次電池を充電し、短時間で各二次電池の電池電圧を均一にできる。

さらに、動作領域設定回路１６０により、放電時を、放電電圧に基づいて場合分けし、電池電圧が放電モードかつ二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３のうちいずれかが３．９Ｖ以下の場合は、制御信号により、電流連続モードとする。よって、放電による各二次電池の電池電圧の変動の速度に応じて各二次電池の電池電圧を均一にできる。

また、電池電圧が二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３のうちいずれかの電池電圧が３．９Ｖよりも大きい、又は３．２Ｖよりも小さい場合は、制御信号により、電流不連続モードとすることで、一次側コイルＬＰに流れるインダクタ電流Ｉ_ＬＰが小さくなる。よって、放電による蓄電状態調整回路１００Ａの動作に係る消費電流を低減することができる。

なお、充電器接続検出端子Ｔが充電器接続を検知した際、電流調整部１３１Ｃ、周波数調整部１３２Ｃの両方について抵抗を小さくなるよう作動させてもよいし、どちらか片方について作動させてもよい。

＜＜第５実施形態＞＞
図８に、第５実施形態の電池パックを説明する図を示す。第５実施形態は、第４実施形態と同様に、動作領域設定回路１６０Ｄ、電池電圧検出回路１５０が設けられているが、動作領域設定回路１６０Ｄからの制御信号がセレクタＹ１、Ｙ２に入力されるのではなく、制御回路１１１Ｄに入力される点が異なる。

電池電圧検出回路１５０の構成及び制御は第４実施形態と同様である。

また、動作領域設定回路（動作領域設定手段）１６０Ｄは、第４実施形態と同様に、放電時の電圧が過放電まで降下すると放電を強制的に止める不図示の保護回路と接続されており、放電の状態を示す信号として放電状態信号Ｄｏｕｔが入力されている。動作領域設定回路（動作領域設定手段）１６０Ｄは上述の図７に示すようにＸＯＲ回路等からなるが、制御信号の出力先は、制御回路１１１Ｄである点が異なる。

制御回路１１１Ｄは、動作領域設定回路１６０Ｄから出力される制御信号が入力されるイネーブル端子ＳＨＤＮを有する。二次電池の状態と蓄電状態調整回路１００Ｃの動作との関係を表４に表す。

表４に示すように、本実施形態では、制御信号がＨレベルの場合は、制御回路１１１Ｄを動作させ、制御信号がＬレベルの場合は制御回路１１１Ｄが動作を停止させて、駆動スイッチ素子ＳＷのスイッチングを停止させる。

本実施形態において、制御回路１１１Ｄが動作しているときは、駆動スイッチ素子ＳＷを所定の周期でＯＮ／ＯＦＦさせるスイッチ素子制御信号Ｓｃｏｎを生成し出力する。即ち制御回路１１１Ｄは、動作時に蓄電状態調整回路１００を作動させる。また、制御回路１１１Ｄが動作を停止しているときは、制御回路１１１Ｄのスイッチ素子制御信号Ｓｃｏｎの出力を止め、これにより駆動スイッチ素子ＳＷのＯＮ／ＯＦＦの動作を停止させる。即ち制御回路１１１Ｄは、蓄電状態調整回路１００Ｄの動作を停止させる。または、制御回路１１１Ｄ自体を停止させず、例えばローレベルの信号を出力させることで、制御回路１１１Ｄが駆動スイッチ素子ＳＷをオフの状態が所定期間持続されるように制御するようにすることでもよい。この際、駆動スイッチ素子ＳＷを停止しつづけることで、一次コイルＬＰへのエネルギー量をゼロになるように調整する、
即ち、充電器が接続されておらず、放電時、二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３のうちいずれかの電池電圧が３．９Ｖよりも大きい、又は３．２Ｖよりも小さい場合は、二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３間の残電池電圧のバランスの調整を行わないように制御する。

より詳しくは、充電時は、第２実施形態と同じように充電器の接続を検知した充電器検知信号により、電流調整部１３１Ｄのスイッチ素子ＳＷａ、周波数調整部１３２ＤのＳＷｂをＯＮすることで、抵抗Ｒ２、Ｒ４を短絡させて抵抗値を少なくする。したがって、電流調整部１３１Ｄはコイルへの電流値を増やし、周波数調整部１３２Ｄはパルス信号Ｓｃｏｎの周波数を高くして、デューティ比を上げた連続モードにさせる。

従って、図８の蓄電状態調整回路１００Ｄでは、端子Ｔにより充電器が接続されたことが検出された際に電流連続モードとすることで、充電による各二次電池の電池電圧の変動の速度に応じて、短時間で各二次電池の電池電圧を均一にできる。

なお、充電器接続検出端子Ｔが充電器接続を検知した際、電流調整部１３１Ｄ、周波数調整部１３２Ｄの両方を連続モードで作動させてもよいし、どちらか片方について作動させてもよい。

一方、放電時は、まず、第２実施形態と同じように充電器接続端子Ｔからの充電器検知信号を受け取らないことにより、電流調整部１３１Ｄのスイッチ素子ＳＷａ、周波数調整部１３２Ｄのスイッチ素子ＳＷｂをＯＦＦする。よって、抵抗Ｒ２、Ｒ４を抵抗Ｒ１、Ｒ３に接続させ、抵抗値を多くする設定を行う。したがって、放電時、コイルへの電流値が流れる際は、電流値を減らし周波数を低くすることでデューティ比を落とした不連続モードにさせる。

ここで、放電時は、制御回路１１１Ｄのイネーブル端子ＳＨＤＮは電池電圧検出回路１５０からの制御信号を直接受け取っている。制御回路１１１Ｄは、放電モードかつ二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３のうちいずれかが３．９Ｖ以下の場合を示すＨレベルの制御信号を受け取った時のみ、上記設定より、不連続モードで動作する。

それ以外の電池電圧が二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３のうちいずれかの電池電圧が３．９Ｖよりも大きい、又は３．２Ｖよりも小さい場合は、制御信号をＬにして、制御回路１１１Ｄを強制的にＯＦＦさせる。そのため、二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３のうちいずれかの電池電圧が３．９Ｖよりも大きい、又は３．２Ｖよりも小さい場合は蓄電状態調整回路１００Ｄの制御は行わない。

（動作領域の設定について）
ここで、図５（ｂ）を用いて説明したように、定電流負荷を接続した場合、電圧変化点Ｖ_Ｂ３（時間Ｔ３）を持ち、電圧降下する際は、電池の過放電電圧Ｖ_Ｂ４近辺で急激な電圧降下が始まる。さらに電圧が降下すると、キャパシタの容量もなくなり、電池電圧は、電池劣化点（過放電電圧）Ｖ_Ｂ４、例えば３．０Ｖに到達する。二次電池は、電池電圧が電圧劣化点Ｖ_Ｂ４まで降下した後に、さらに放電を行うと劣化する。

したがって二次電池の放電は、電圧劣化点Ｖ_Ｂ４まで電圧が降下する前に停止させることが好ましい。

そこで本第５実施形態では、放電時において、３つの二次電池の何れかの電池電圧が、電圧変化点Ｖ_Ｂ３である３．８Ｖまで降下する前の３．９Ｖまで降下すると、各二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３の電池電圧の均一化（セルバランス）を行うように制御する。

さらに、放電時において、３つの二次電池ＢＡＴ〜ＢＡＴ３のうち何れかの電池電圧が、電池劣化点Ｖ_Ｂ４である３．０Ｖまで降下する前の３．２Ｖ（第二の閾値）まで降下すると、不図示の保護回路により、電池パック１の組電池２００の放電を強制的に止める。

このように、蓄電状態調整回路１００は、二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３うち何れかの電池電圧が電圧変化点Ｖ_Ｂ３（例えば３．８Ｖ）（Ｔ３）より低い電圧（３．９Ｖ）となったときから、二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３うち何れかの電池電圧が電池劣化点Ｖ_Ｂ４（例えば３．０Ｖ）（Ｔ４）より高い電圧（３．２Ｖ）に到達するまでの間で動作する。

即ち第５実施形態では、二次電池間のバラツキが比較的小さい領域（放電カーブの傾斜が緩やかなとき）では、蓄電状態調整回路１００を動作させない。また、バラツキが比較的大きい領域（放電カーブが急峻の時）で且つ過放電電圧以上領域では、蓄電状態調整回路１００を動作させる。

組電池の場合蓄電手段（蓄電池）は複数存在するため、図５（ｂ）の放電カーブはｎ段の重なった特性となるため組電池全体電圧及び二次電池の電池電圧を監視し電池の蓄電状態調整動作領域を決めるのが理想である。よって、本実施形態では、電池電圧検出回路１５０を設けている。

また、本実施形態では、蓄電手段として、リチウム電池、または、両極炭素電池（dual carbon battery、以下ＤＣＢ）を用いた。

なお、電池の電圧降下が急峻すぎると、電圧を均一化する間に、過放電電圧（３．２Ｖ）に達してしまい、電池電圧均一化の効果が十分に発揮されないこともある。しかし、ＤＣＢでは、過放電電圧になるまでのカーブがリチウム電池に比べて緩やかであるため、リチウム電池よりもより効果的である。

従って、第５実施形態では、放電時、複数の二次電池の電池電圧によって設定される動作領域においてのみ、蓄電状態調整回路１００Ｄを動作させるため、複数の蓄電手段の電池電圧の均一化を図る動作による消費電力を低減させることができる。よって、エネルギーを無駄なく効率よく電圧の高い電池から低い電池にエネルギーを移送し、均一化ができる。

このように作動させることで二次電池の充電・放電の詳細な場合に応じて、蓄電状態調整回路１００Ｄの制御を行い、蓄電状態調整回路１００Ｄの動作に係る消費電流を低減して、充電、放電動作を行うことができる。

なお、電池電圧検出回路１５０および、動作領域設定回路１６０Ｄは、実施例２に示したＡＤコンバーターとともに搭載させてもよい。

＜＜第６実施形態＞＞
図９は、二次側分配放出部１２０の変形例を有する蓄電状態調整回路１００Ｅを示すブロック図である。

本実施形態は図１の３つの二次電池ＢＡＴ〜ＢＡＴ３を有する組電池２００において個々の二次側コイル及び二次電池に対となるダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３をスイッチＭ１、Ｍ２、Ｍ３とコンパレーターＣＯＭ１、ＣＯＭ２、ＣＯＭ３で置き換えた構成を有する。

本第６実施形態の二次側分配放出部１２０−１における、スイッチ群は通常、ＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチ素子などからなる。又、一次側駆動部１１０の駆動スイッチ素子ＳＷと逆相で動き、逆流を防止する同期整流スイッチであっても構わない。

このスイッチＭ１，Ｍ２，Ｍ３は通常、ＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチ素子などからなる。制御はＦＥＴの入出力電圧である二次側インダクタ発生電圧Ｅ（Ｖ）と電池電圧Ｖ_ＢＡＴｎ（Ｖ）を比較し、インダクタ側電圧が高い場合に相当のスイッチのみＯＮするように構成されたアクティブダイオードのようなものである。又、一次側駆動部１１０の駆動スイッチ素子ＳＷと逆相で動き、逆流を防止する同期整流スイッチであっても構わない。

上記構成を有する蓄電状態調整回路動作の一例について、組電池２００が３つの二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３を有する例を説明する。このとき、電流は電流不連続（断続）モード、又、各二次電池の電池電圧がＶ_ＢＡＴ１（二次電池ＢＡＴ１の電池電圧）＞Ｖ_ＢＡＴ２（二次電池ＢＡＴ２の電池電圧）＞Ｖ_ＢＡＴ３（二次電池ＢＡＴ３の電池電圧）と電圧差がついているとする。

図９おいて、フライバックトランス３００の一次側動作は上述の実施形態１の動作と同一となる。数式で違う点のみ説明する。上記実施形態と比較しダイオードの代わりにＯＮ抵抗の低いパワーＦＥＴを使うことにより損失の少ない回路が構成できる。

各ＦＥＴのＯＮ抵抗をＲ_ＳＤ＝Ｒ_ＳＤ１＝Ｒ_ＳＤ２＝Ｒ_ＳＤ３とすると、
二次電池ごとに

が成り立ち、電圧Ｅが固定なら電圧の低い電池に多くの電流Ｉ_ＳＤ（＝Ｉ_Ｌｎ、但し負電流は存在しないので０となる）が流れる。

ここで、３つの二次電池の中で二次電池ＢＡＴ３の電池電圧Ｖ_ＢＡＴ３が一番低いので二次側インダクタの解放電圧Ｅ＝Ｖ_ＢＡＴ３＋Ｒ_ＳＷ Ｉ_ＳＷ３≒Ｖ_ＢＡＴ３でクランプされ、電流放出とともに低下する。

ここでＶ_ＢＡＴ１＞Ｖ_ＢＡＴ２＞Ｖ_ＢＡＴ３＝Ｅなので、スイッチ電流Ｉ_ＳＤは二次電池ＢＡＴ３のみに供給され、再充電される。
ここでＩ_ＳＤ３はＩ_Ｌ３と等しく、上述の実施形態で示した数式１、３より次式が成り立つ。この数式は実施形態の電池電圧差が大きい場合と同一で、

一次側コイルＬＰ、二次側コイルＬ_３（Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３）の巻線比をＮ_Ｐ：１とした場合、

であり、一次側で設定された電流閾値Ｉ_Ｓ、一次側コイルＬＰに蓄えられた一次側電力Ｗ_１が、一次側コイルＬＰ→二次側インダクタＬ_３→スイッチＭ３経由で図２（a）図２（ｂ）の電流Ｎ_ＰＩ_Ｓのピーク電流を持った三角波として二次電池ＢＡＴ３に放出、再充電される。そして、制御回路１１１で設定された時間経過後に次のサイクルに入る。

以上の一次側と、二次側のエネルギーのやり取りを１サイクルとし、エネルギーを組電池２００全体から得て、低い蓄電手段に移送する作業が行われる。このサイクルを繰り返すことにより個々の電池電圧を監視することなく二次電池の電池電圧の均一化が行われる。

当実施の形態の蓄電状態調整回路１００Ｅは上述の実施形態と比較しダイオード損失がないため変換効率が良く、又、ＯＮ抵抗の低いパワーＦＥＴを用い、図２（ｂ）の連続ｂｖさせることにより、大型、大電力電池システムの急速充放電時に適している。

上述の第２実施形態〜第５実施形態は第１実施形態を基にして説明したが、第２実施形態〜第５実施形態においても、二次側回路はこの第６実施形態のようにダイオードの替わりにコンパレーターとスイッチを用いても良い。

＜＜第７実施形態＞＞
第７実施形態では、フォーワード方式のトランスを採用している。

図１０に、蓄電状態調整回路１００Ｆの二次側分配放出部１２０−２に、フォワードコンバータータイプを採用した電池パック１−Ｆ例を示す。第７実施形態のフォーワードトランス３００−２は一次側コイルＬＰ'の巻線方向が、図１のフライバックトランス３００の一次側コイルＬＰとは逆である。

図１０において、駆動スイッチ素子ＳＷをＯＮにすると、一次側コイルＬＰには逆起電力と二次側コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３には誘電起電力が発生してダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３を通して、二次電池ＢＡＴ１，ＢＡＴ２、ＢＡＴ３のいずれかに電流が流れる。このときチョークコイルＬ４、Ｌ５、Ｌ６にエネルギーが蓄えられる。

駆動スイッチ素子ＳＷをＯＦＦにすると、電流変化を妨げるようにチョークコイルＬ４，Ｌ５，Ｌ６に起電力が生まれ、蓄えられたエネルギーが放出されて、電流経路を確保する転流ダイオードＤ４、Ｄ５、Ｄ６を通して、電流が流れて還流される。

なお、この駆動スイッチ素子ＳＷがＯＮすると同じ時間の比率で二次側にエネルギーが伝達され、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、チョークコイルＬ４、Ｌ５、Ｌ６によって整流され安定化された直流を得る事ができる。このように、整流直後にチョークコイルが設置されるチョーク入力方式にできる為、本実施形態の蓄電状態調整回路１００Ｆは、より広い用途に適用することができる。

以上のことから、蓄電状態調整回路では、搭載する機器の電流量、電圧量に応じて、所望のタイプのトランスの方式と回路を選択すると好ましい。

上述の第１〜第７実施形態では、充電時は充電回路から放電時は組電池２００全体からエネルギーを得て、フライバックトランス３００又はフォーワードトランス３００−２を介して、最も電池電圧が低い二次電池に充電できるため効率の良いシステムを構築できる。

上述のように、本発明の蓄電状態調整回路は、電池の充電・放電状態を考慮して、高速で効率よく電圧の高い電池から低い電池にエネルギーを移送し、均一化ができる。

又、二次電池の電池電圧監視、演算等、特別の回路が必要でなく安価で蓄電電池の多数化も容易であり、民生用、産業用リチウム二次電池パックだけでなく、他の二次電池、キャパシタを組電池に搭載した時のシステムに有用である。

以上、各実施形態、実施例に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３ 二次電池（蓄電手段）
ＳＷ 駆動スイッチ素子
ＳＷ１、ＳＷ２ スイッチ素子
ＳＷ３、ＳＷ４ スイッチ素子
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３ スイッチ素子
ＣＯＭ１、ＣＯＭ２、ＣＯＭ３ コンパレーター
１、１−Ａ、１−Ｂ、１−Ｃ、１−Ｄ、１−Ｅ、１−Ｆ 電池パック
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｆ 蓄電状態調整回路
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３ ダイオード
Ｄ４ Ｄ５ Ｄ６ 転流ダイオード
１１０ 一次側駆動部
１１１、１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃ、１１１Ｄ 制御回路
１２０、１２０−１、１２０−２ 二次側分配放出部
１３１、１３１Ａ、１３１Ｂ、１３１Ｃ、１３１Ｄ 電流調整部
１３２、１３２Ａ，１３２Ｂ、１３２Ｃ、１３２Ｄ 周波数調整部
１４０ 電流検知部
７１ ＡＤコンバーター
１５０ 電池電圧検出回路 （電池電圧検出手段）
１６０、１６０Ｄ 動作領域設定回路（動作領域設手段）
２００ 組電池
３００ フライバックトランス
３００−２ フォーワードトランス

特開２０１１−１８２４８４号公報 特開２０１１−８３１８２号公報

Claims (14)

1. 直列に接続された充放電可能な複数の蓄電手段と、前記複数の蓄電手段と直列に接続された一次側コイルと、前記複数の蓄電手段のそれぞれに並列に接続され、前記一次側コイルに蓄えられたエネルギーが伝達される複数の二次側コイルと、に接続される蓄電状態調整回路であって、
   前記複数の蓄電手段の少なくとも１つの蓄電手段の状態に応じて前記一次側コイルに蓄積されるエネルギー量を調整する調整部を有する蓄電状態調整回路。
2. 前記一次側コイルに前記エネルギーが周期的に蓄積されており、
   前記調整部は、前記蓄電手段の状態に応じて、前記一次側コイルに前記エネルギーが蓄積される所定の周期に対して蓄積期間の長さを調整する、請求項１記載の蓄電状態調整回路。
3. 前記一次側コイルに前記エネルギーが周期的に蓄積されており、
   前記調整部は、前記蓄電手段の状態に応じて、前記一次側コイルに前記エネルギーが蓄積される所定の蓄積期間に対して周期の長さを調整する、請求項１又は２記載の蓄電状態調整回路。
4. 前記蓄電手段に対する充電器の接続を検知したことを示す信号が入力される端子を有し、
   前記調整部は、前記蓄電手段の状態として前記端子から入力される信号に応じて、前記エネルギー量を調整する、請求項１〜３のいずれか１項記載の蓄電状態調整回路。
5. 前記調整部は、前記端子から前記信号が入力されたとき、前記信号が入力されていないときよりも前記エネルギー量を大きくする請求項４記載の蓄電状態調整回路。
6. 前記蓄電手段のそれぞれの電圧値を検知する電圧検知手段を有し、
   前記調整部は、前記蓄電手段の状態として前記検知された電圧値に応じて、前記エネルギー量を調整する、請求項１〜５のいずれか１項記載の蓄電状態調整回路。
7. 請求項１〜３のいずれか１項記載の蓄電状態調整回路は、さらに
   負荷又は充電器が接続される接続端子と、
   前記蓄電手段と前記接続端子との間の電流値を検出するＡＤコンバーターとを有し、
   前記調整部は、前記蓄電手段の状態として前記ＡＤコンバーターの検出結果に応じて、前記エネルギー量を調整する、蓄電状態調整回路。
8. 前記調整部は、前記ＡＤコンバーターにより検出された電流値の絶対値が所定値以上であるとき、前記電流値が所定値未満であるときよりも前記エネルギー量を大きくする請求項７記載の蓄電状態調整回路。
9. 請求項１〜８のいずれか１項記載の蓄電状態調整回路は、さらに前記一次側コイルと直列に接続される駆動スイッチ素子と、
   前記駆動スイッチ素子のＯＮ／ＯＦＦのスイッチングを制御する制御手段と、
   を有する、蓄電状態調整回路。
10. 前記一次側コイルに前記エネルギーが周期的に蓄積されており、
    前記調整部は、
    前記駆動スイッチ素子を介して前記一次側コイルに接続する複数の抵抗を備え、前記蓄電手段の状態に応じて前記複数の抵抗の接続を変更して前記駆動スイッチ素子のＯＮ／ＯＦＦの電流閾値を調整して、前記一次側コイルに前記エネルギーが蓄積される所定の周期に対して蓄積期間の長さを調整する電流調整部
    を有する、請求項９記載の蓄電状態調整回路。
11. 前記一次側コイルに前記エネルギーが周期的に蓄積されており、
    前記調整部は、
    前記制御手段に接続される複数の抵抗を備え、前記蓄電手段の状態に応じて、前記複数の抵抗の接続を変更して前記駆動スイッチ素子のＯＮ／ＯＦＦのスイッチングの周波数を調整して、前記一次側コイルに前記エネルギーが蓄積される所定の蓄積期間に対して周期の長さを調整する周波数調整部
    を有する、請求項９又は１０記載の蓄電状態調整回路。
12. 前記調整部において、前記制御手段は前記駆動スイッチ素子を停止しつづけることで、前記エネルギー量をゼロになるように調整する、請求項９〜１１のいずれか１項記載の蓄電状態調整回路。
13. 直列に接続された充放電可能な複数の蓄電手段からなる組電池に接続され、前記複数の蓄電手段と直列に接続された一次側コイルと、前記複数の蓄電手段のそれぞれに並列に接続された複数の二次側コイルと、からなるトランスと、
    トランスと接続された蓄電状態調整回路と、を有する蓄電状態調整装置であって、
    前記蓄電状態調整回路は、
    直列に接続された充放電可能な複数の蓄電手段と、前記複数の蓄電手段と直列に接続された一次側コイルと、前記複数の蓄電手段のそれぞれに並列に接続され、前記一次側コイルに蓄えられたエネルギーが伝達される複数の二次側コイルと、に接続される蓄電状態調整回路であって、
    前記複数の蓄電手段の少なくとも１つの蓄電手段の状態に応じて前記一次側コイルに蓄積されるエネルギー量を調整する調整部を有する、
    蓄電状態調整装置。
14. 直列に接続された充放電可能な複数の蓄電手段からなる組電池と、
    前記複数の蓄電手段と直列に接続された一次側コイルと、前記複数の蓄電手段のそれぞれに並列に接続された複数の二次側コイルと、からなるトランスと、
    トランスと接続された蓄電状態調整回路と、を有する電池パックであって、
    前記蓄電状態調整回路は、
    直列に接続された充放電可能な複数の蓄電手段と、前記複数の蓄電手段と直列に接続された一次側コイルと、前記複数の蓄電手段のそれぞれに並列に接続され、前記一次側コイルに蓄えられたエネルギーが伝達される複数の二次側コイルと、に接続される蓄電状態調整回路であって、
    前記複数の蓄電手段の少なくとも１つの蓄電手段の状態に応じて前記一次側コイルに蓄積されるエネルギー量を調整する調整部を有する、
    電池パック。

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