JP2016154423A - 電圧バランス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の二次電池の出力電圧を均一化する際の無駄な電力消費を抑えることが可能な電圧バランス装置を提供する。
【解決手段】本発明の電圧バランス装置２０は、直列接続された複数のセルＢ（二次電池）に対応して複数の高電位側充電回路４１と複数の低電位側充電回路４２とを備え、隣り合うセルＢの出力電圧が異なる場合に、それら両セルＢのうち出力電圧が高い当該セルＢの高電位側充電回路４１又は低電位側充電回路４２がその当該セルＢを電源として、出力電圧が低いセルＢを充電する。即ち、本発明の電圧バランス装置では、相対的に出力電圧が高いセルＢの電力を、出力電圧が低いセルＢに補充して複数のセルＢの出力電圧を均一化するので、従来のものに比べて、セルＢ群の出力電圧の均一化に伴う無駄な電力消費を抑えることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、直列接続された複数の二次電池の出力電圧を均一化する電圧バランス装置に関する。

一般に知られているように、直列接続された複数の二次電池の出力電圧のばらつきは、二次電池の過充電及び過放電の原因になる。これに対し、出力電圧が相対的に高い二次電池に抵抗放電回路を接続して強制的に放電させることで、複数の二次電池の出力電圧の均一化を図った電圧バランス装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−１１６９９２号公報（段落［０００３］，［０００４］）

しかしながら、上記した従来の電圧バランス装置では、電力が無駄に消費されることが問題になっていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、複数の二次電池の出力電圧を均一化する際の無駄な電力消費を抑えることが可能な電圧バランス装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明は、直列接続された複数の二次電池のそれぞれに対応して設けられ、それら対応する当該二次電池を電源として、当該二次電池の高電位側の隣の二次電池を充電することが可能な複数の高電位側充電回路と、前記複数の二次電池のそれぞれに対応して設けられ、それら対応する当該二次電池を電源として、当該二次電池の低電位側の隣の二次電池を充電することが可能な複数の低電位側充電回路と、隣り合う二次電池の出力電圧が異なる場合に、それら隣り合う二次電池のうち出力電圧が高い二次電池を前記電源とする前記高電位側充電回路又は前記低電位側充電回路を作動させて、出力電圧が低い前記二次電池を充電させる充電統括制御回路と、を有する電圧バランス装置である。

請求項２の発明は、前記高電位側充電回路は、前記電源となる前記当該二次電池の負極と前記高電位側の隣の二次電池である高電位側二次電池の正極との間に接続され、前記当該二次電池の負極側から第１スイッチ素子、第１ダイオードの順番に直列に並びかつ前記第１ダイオードのアノードが前記第１スイッチ素子側に配置された第１スイッチ・コイル回路と、前記第１ダイオードのアノードと前記高電位側二次電池の負極との間に接続された昇圧用コイルと、前記第１スイッチ素子をオンオフする第１スイッチ制御部と、を有する昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータであり、前記低電位側充電回路は、前記電源となる前記当該二次電池の正極と前記低電位側の隣の二次電池である低電位側二次電池の負極との間に接続され、前記当該二次電池の正極側から第２スイッチ素子、第２ダイオードの順番に直列に並びかつ前記第２ダイオードのカソードが前記第２スイッチ素子側に配置された第２スイッチ・コイル回路と、前記第２ダイオードのカソードと前記低電位側二次電池の正極との間に接続された昇圧用コイルと、前記第２スイッチ素子をオンオフする第２スイッチ制御部と、を有する昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータである請求項１に記載の電圧バランス装置である。

請求項３の発明は、電源となる前記当該二次電池が共通する前記高電位側充電回路及び前記低電位側充電回路は、前記当該二次電池の正極と負極との間に接続されかつその負極側から前記第１スイッチ素子、前記昇圧用コイル及び前記第２スイッチ素子が順番に直列に並んだダブルスイッチ・コイル回路を共有し、前記第１ダイオードは、アノードが前記第１スイッチ素子と前記昇圧用コイルとの共通接続部分に接続される一方、カソードが前記高電位側二次電池の正極に接続され、前記第２ダイオードは、カソードが前記第２スイッチ素子と前記昇圧用コイルとの共通接続部分に接続される一方、アノードが前記低電位側二次電池の負極に接続され、前記第２スイッチ素子がオフ状態で前記第１スイッチ素子がオンオフされることで前記低電位側充電回路が停止状態で前記高電位側充電回路が作動し、前記第１スイッチ素子がオフ状態で前記第２スイッチ素子がオンオフされることで前記高電位側充電回路が停止状態で前記低電位側充電回路が作動する請求項２に記載の電圧バランス装置である。

請求項４の発明は、前記複数の高電位側充電回路及び前記複数の低電位側充電回路には、共通の基準電源電流が予め設定されると共に、前記電源となる前記当該二次電池から流出する電流が、前記基準電源電流になるように制御する電流制御手段が備えられ、その電流制御手段は、前記電源となる前記当該二次電池と前記昇圧用コイルとを含む閉回路に設けられた電流検出用抵抗と、前記第１スイッチ制御部及び前記第２スイッチ制御部とからなり、前記第１スイッチ制御部及び前記第２スイッチ制御部が、前記基準電源電流の代用値である基準電圧と、前記当該二次電池からの電流の代用値である前記電流検出用抵抗の端末間電圧との偏差に基づいて前記第１スイッチ素子のオンオフのＤＵＴＹ比を変更し、前記当該二次電池からの電流が前記基準電源電流となるようにフィードバック制御する請求項３に記載の電圧バランス装置である。

請求項５の発明は、前記複数の高電位側充電回路及び前記複数の低電位側充電回路に、前記電源となる前記当該二次電池から流出する電流が、予め定められた共通の基準電源電流になるように制御する電流制御手段が備えられた請求項１乃至３に記載の電圧バランス装置である。

請求項６の発明は、前記充電統括制御回路は、前記複数の二次電池のうち出力電圧が異常に低い第１の二次電池と、出力電圧が異常に高い第２の二次電池との間に、通常の出力電圧の第３の二次電池が存在する場合に、それら第１、第２、第３の二次電池に対応した全ての前記高電位側充電回路又は全ての前記低電位側充電回路を同時に作動させて、前記第２の二次電池から前記第１の二次電池へと前記第３の二次電池を中継して電力を受け渡し、前記第１の二次電池を充電する請求項１乃至５に記載の電圧バランス装置である。

請求項１の電圧バランス装置では、直列接続された複数の二次電池に対応して複数の高電位側充電回路と複数の低電位側充電回路とが備えられ、隣り合う二次電池の出力電圧が異なる場合に、それら両二次電池のうち出力電圧が高い当該二次電池の高電位側充電回路又は低電位側充電回路がその当該二次電池を電源として、出力電圧が低い二次電池を充電する。即ち、本発明の電圧バランス装置では、相対的に出力電圧が高い二次電池の電力を、出力電圧が低い二次電池に補充して複数の二次電池の出力電圧を均一化するので、従来のものに比べて、二次電池群の出力電圧の均一化に伴う無駄な電力消費を抑えることができる。

ここで、高電位側充電回路及び低電位側充電回路は、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータであるので、トランスで電力変換するものに比べて効率良く充電を行うことができる。また、請求項２の構成によれば、高電位側充電回路及び低電位側充電回路の間で、昇圧用コイルを共有したので、電圧バランス装置の低コスト化、小型化が図られる。

さらに、請求項４及び５の発明によれば、電源となる当該二次電池から流出する電流が一定の基準電源電流になるように制御して充電を行うので、充電する二次電池から充電される二次電池へと過剰な電流が流れ込む事態が防がれる。また、その基準電源電流は、複数の高電位側充電回路及び複数の低電位側充電回路の間で共通しているので、請求項６の発明のように、第１、第２、第３の二次電池に対応した全ての高電位側充電回路又は全ての低電位側充電回路を同時に作動させて、第２の二次電池から第１の二次電池へと第３の二次電池を中継して電力を受け渡して充電を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る電圧バランス装置とセルストリングスの概念図 電圧バランス装置のブロック図 電圧バランス装置の回路図 個別充電回路の回路図 個別充電回路の回路図 高電位側充電回路の回路図 低電位側充電回路の回路図

以下、本発明の一実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。図１には、電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載されるバッテリー１０が示されている。このバッテリー１０は、１対のバッテリー電極１０Ａ，１０Ｂの間に複数のバッテリーパック１１を並列接続して備え、各バッテリーパック１１は、本発明の「二次電池」に相当するリチウムイオンバッテリーセルＢ（以下、単に「セルＢ」という）を複数（例えば、９６個）直列接続してなる。また、１対のバッテリー電極１０Ａ，１０Ｂには、パワーコンディショナー１４が接続され、そのパワーコンディショナー１４にコンバータ１６を介して発電機１５が接続されると共に負荷１７が接続され、これによりバッテリー１０の充放電が行われる。なお、各セルＢの出力電圧は、約３．７Ｖで適正値であり、４．５［Ｖ］以上で過充電、３．５［Ｖ］以下で過放電になる。

なお、以下の説明においてセルＢ同士を区別しないで説明する場合には、単に「セルＢ」と記載し、セルＢ同士を区別して説明する場合には、バッテリーパック１１の低電位側のセルＢから順番に末尾に通し番号１，２，３，・・・を付して、例えば「セルＢ１、Ｂ２，Ｂ３，・・・」と記載する。

本実施形態の電圧バランス装置２０は、バッテリーパック１１毎に１つずつ備えられ、図２には、１つのバッテリーパック１１と１つの電圧バランス装置２０とがブロック図で示されている。同図に示すように、電圧バランス装置２０は、セルＢ毎に設けられた複数の電圧検出回路５０及び個別充電回路２１と、１つの充電統括制御回路４０とを有する。そして、充電統括制御回路４０が、電圧検出回路５０群による各セルＢの出力電圧の検出結果に基づいて複数の個別充電回路２１の何れを作動させるかを制御する。

なお、本実施形態では、複数の電圧検出回路５０が電圧バランス装置２０の一部として備えられているが、電圧バランス装置２０が電圧検出回路５０群を備えず、車両に搭載されている他の回路が検出した各セルＢの出力電圧の情報を取得する構成としてもよい。

各個別充電回路２１は、充電統括制御回路４０からの信号に応じて作動し、対応するセルＢから受電して両隣のセルＢの任意の一方を充電することができる。また、バッテリーパック１１のうち最も高電位側のセルＢに対応した個別充電回路２１は、それより高電位側にはセルＢがないので低電位側の隣のセルＢのみを充電可能な構成をなし、最も低電位側のセルＢに対応した個別充電回路２１は、それより低電位側にはセルＢがないので、高電位側の隣のセルＢのみを充電可能な構成になっている。

図３には、複数のセルＢに接続された複数の個別充電回路２１の回路図が示され、それら複数の個別充電回路２１のうち１つのセルＢ４９（以下、適宜、「当該セルＢ４９」という）に対応した１つの個別充電回路２１が図４に抜粋して示されている。その図４に示すように、個別充電回路２１は、当該セルＢ４９の１対の正電極と負電極の間に、本発明に係るダブルスイッチ・コイル回路２４を有する。ダブルスイッチ・コイル回路２４は、当該セルＢ４９の正電極側から順番に、第２スイッチ２２、昇圧用コイルＬ１、第１スイッチ２３及び抵抗Ｒ１を直列接続してなる。なお、抵抗Ｒ１の両端末間には、バイパスコンデンサ２９が接続されている。

第１スイッチ２３はＮチャンネルのＭＯＳＦＥＴである一方、第２スイッチ２２はＰチャンネルのＭＯＳＦＥＴである。そして、第１スイッチ２３としてのＭＯＳＦＥＴのドレインと第２スイッチ２２としてのＭＯＳＦＥＴのドレインとが昇圧用コイルＬ１にそれぞれ接続されている。また、第１スイッチ２３と昇圧用コイルＬ１との共通接続部分には、第１ダイオードＤ１のアノードが接続され、その第１ダイオードＤ１のカソードが高電位側の隣のセルＢ５０（以下、適宜「高電位側セルＢ５０」という）の正電極に接続されている。さらには、第２スイッチ２２と昇圧用コイルＬ１との共通接続部分には、第２ダイオードＤ２のカソードが接続され、その第２ダイオードＤ２のアノードが低電位側の隣のセルＢ４８（以下、適宜「低電位側セルＢ４８」という）の負電極に接続されている。

また、各セルＢの１対の正電極と負電極の間には、ダブルスイッチ・コイル回路２４と並列に平滑コンデンサＣが接続されている。なお、図３〜図７おいて、各平滑コンデンサＣを示す符号「Ｃ」の後には、対応するセルＢ４４，Ｂ４９，Ｂ５０・・・等の末尾の番号と同じ番号が付されている。

個別充電回路２１には、第１と第２のスイッチ２２，２３をオンオフ制御するために、電源制御ＩＣ２５とロジック回路２６とが備えられ、これら電源制御ＩＣ２５とロジック回路２６とによって本発明に係る「第１スイッチ制御部」と「第２スイッチ制御部」とが構成されている。ロジック回路２６は、アンドゲートＧ１とオアゲートＧ２とからなる。アンドゲートＧ１は、反転入力端子と非反転入力端子と有し、オアゲートＧ２は、１対の非反転入力端子（以下、単に「入力端子」という）を有する。また、アンドゲートＧ１の反転入力端子とオアゲートＧ２の一方の入力端子は、電源制御ＩＣ２５の出力端子に共通接続されると共に、アンドゲートＧ１の入力端子とオアゲートＧ２の他方の入力端子は、フォトカプラＰ２（図５参照）を介して充電統括制御回路４０の選択信号用出力端子に接続されている。

充電統括制御回路４０は、各個別充電回路２１に対して「ＨＩＧＨ」と「ＬＯＷ」の二値信号である待機信号及び選択信号を出力する。充電統括制御回路４０のうち選択信号を出力する選択信号用出力端子は、前述の通りでフォトカプラＰ２を介してロジック回路２６に接続されている。一方、充電統括制御回路４０のうち待機信号を出力する待機信号用出力端子は、フォトカプラＰ１を介して電源制御ＩＣ２５に接続されている。

充電統括制御回路４０が出力する待機信号が「ＬＯＷ」になると、電源制御ＩＣ２５は、ロジック回路２６への出力を「ＬＯＷ」と「ＨＩＧＨ」とに交互に切り替える。このとき、選択信号が「ＬＯＷ」になっていると、アンドゲートＧ１の出力が「ＬＯＷ」に保持され、オアゲートＧ２の出力が「ＬＯＷ」と「ＨＩＧＨ」とに切り替わる。これにより、第２スイッチ２２がＯＮに保持され、第１スイッチ２３がＯＮとＯＦＦとに交互に切り替わり、個別充電回路２１が、図６（Ａ）に示した本発明に係る高電位側充電回路４１（図６（Ａ）参照）になって、当該セルＢ４９の電力で高電位側セルＢ５０を充電する。高電位側充電回路４１に関しては次述する低電位側充電回路４２と併せて後に詳説する。

一方、待機信号が「ＬＯＷ」で選択信号が「ＨＩＧＨ」であると、オアゲートＧ２の出力が「ＨＩＧＨ」に保持され、アンドゲートＧ１の出力が「ＬＯＷ」と「ＨＩＧＨ」とに切り替わる。これにより、第１スイッチ２３がＯＮに保持され、第２スイッチ２２がＯＮとＯＦＦとに交互に切り替わり、個別充電回路２１が図７（Ａ）に示した本発明に係る低電位側充電回路４２になって、当該セルＢ４９の電力で低電位側セルＢ４８を充電する。

また、充電統括制御回路４０は、待機信号を「ＨＩＧＨ」にした場合には、選択信号を「ＬＯＷ」にする。待機信号が「ＨＩＧＨ」になると、電源制御ＩＣ２５は、ロジック回路２６への出力を「ＬＯＷ」に保持し、ロジック回路２６が、電源制御ＩＣ２５と充電統括制御回路４０との両方から「ＬＯＷ」の信号を受けることになる。これにより、アンドゲートＧ１とオアゲートＧ２の出力が共に「ＬＯＷ」になり、第１と第２のスイッチ２２，２３が共にオフになって、昇圧用コイルＬ１等が当該セルＢ４９から切り離される。

即ち、充電統括制御回路４０が待機信号を「ＨＩＧＨ」、選択信号を「ＬＯＷ」としたことが、充電を禁じる待機指令を個別充電回路２１に付与したことになり、充電統括制御回路４０が待機信号を「ＬＯＷ」、選択信号を「ＬＯＷ」としたことが、高電位側セルＢ５０への充電を命ずる高電位側セル充電指令を個別充電回路２１に付与したことになり、さらには、充電統括制御回路４０が待機信号を「ＬＯＷ」、選択信号を「ＨＩＧＨ」としたことが、低電位側セルＢ４８への充電を命ずる低電位側セル充電指令を個別充電回路２１に付与したことになる。

充電統括制御回路４０から高電位側セル充電指令を受けた個別充電回路２１は、前述の如く、図６（Ａ）の高電位側充電回路４１になる。この高電位側充電回路４１は、図６（Ｂ）に整理して示されており、昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータであって以下のように動作する。即ち、第１スイッチ２３がＯＮすると当該セルＢ４９から昇圧用コイルＬ１に電流が流れ、その電流は昇圧用コイルＬ１のインダクタンスにより徐々に大きくなる。そして、昇圧用コイルＬ１に流れる電流が飽和する前に第１スイッチ２３がＯＦＦし、電磁誘導により昇圧用コイルＬ１に急峻に大きな電流が流れ込んで昇圧用コイルＬ１の両端に当該セルＢ４９の出力電圧より高い誘導電圧が発生し、その誘導電圧により昇圧用コイルＬ１と第１ダイオードＤ１と高電位側セルＢ５０とを有する閉回路に電流が流れる。そして、この動作を繰り返すことで、個別充電回路２１（高電位側充電回路４１）は、当該セルＢ４９を電源として高電位側セルＢ５０を充電する。

上記した第１スイッチ２３のＯＮ・ＯＦＦ制御は、電源制御ＩＣ２５によって行われる。ここで、全ての個別充電回路２１の電源制御ＩＣ２５には、本発明に係る基準電源電流の代用値である共通の基準電圧が設定されている。そして、電源制御ＩＣ２５は、抵抗Ｒ１の両端末間電圧を当該セルＢ４９から流出する電流の代用値として取り込み、基準電圧との偏差を求め、その偏差に基づいて第１スイッチ２３のオンオフのＤＵＴＹ比（例えば、ＯＮ ＤＵＴＹ比）を変更し、当該セルＢ４９からの電流が基準電源電流になるようにフィードバック制御する。

充電統括制御回路４０から低電位側セル充電指令を受けた個別充電回路２１は、前述の如く、図７（Ａ）の低電位側充電回路４２になる。この低電位側充電回路４２も、昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータであって（図７（Ｂ）参照）、前述の高電位側充電回路４１と同じように動作し、当該セルＢ４９を電源として低電位側セルＢ４８を充電する。即ち、本実施形態の構成によれば、電源制御ＩＣ２５は、高電位側充電回路４１と低電位側充電回路４２とを区別せずに制御することができる。

なお、前述した通り、バッテリーパック１１（図２参照）のうち高電位側の端部のセルＢに対応した個別充電回路２１は、低電位側の隣のセルＢのみを充電できればよいので、図４に示した個別充電回路２１から第１ダイオードＤ１と第１スイッチ２３とオアゲートＧ２とを排除した構成をなし、バッテリーパック１１のうち低電位側の端部のセルＢに対応した個別充電回路２１は、高電位側の隣のセルＢのみを充電できればよいので、図４に示した個別充電回路２１から第２ダイオードＤ２と第２スイッチ２２とアンドゲートＧ１とを排除した構成になっている。

充電統括制御回路４０は、所定周期（例えば、１０［ｍｓｅｃ］）で図示しない電位差検出処理を繰り返して実行し、バッテリーパック１１（図２参照）の複数のセルＢのうちそれぞれ隣り合ったセルＢ同士の出力電圧差を求め、予め定められた許容電圧差と比較して、出力電圧差が許容電圧差を超えかつ隣り合っているセルＢのペア（以下、「要充放電ペア」という）を特定する。そして、要充放電ペアのうち出力電圧が高いセルＢを電源とする個別充電回路２１に、高電位側セル充電指令か低電位側セル充電指令かを付与して、個別充電回路２１を高電位側充電回路４１か低電位側充電回路４２かとして作動させ、要充放電ペアのうち出力電圧が低いセルＢを充電させる。また、その充電の結果、要充放電ペアの両セルＢの出力電圧差が許容電圧差より小さくなったら（即ち、要充放電ペアの両セルＢの出力電圧が許容電圧差の範囲で同一になったら）、充電統括制御回路４０から個別充電回路２１に待機指令を付与して充電を停止させる。これにより、要充放電ペアであった１対のセルＢの出力電圧が、それら両セルＢの出力電圧の平均に近づけられる。

また、上述の処理が行われることで、例えば、当該セルＢ４９が低電位側セルＢ４８を充電したために当該セルＢ４９と高電位側セルＢ５０との出力電圧差が許容電圧差を超えた場合には、高電位側セルＢ５０の電力で当該セルＢ４９が充電されることになり、さらに、その結果、高電位側セルＢ５０とその高電位側の隣のセルＢ５１との出力電圧差が許容電圧差を超えた場合には、セルＢ５１の電力でセルＢ５０が充電されることになる。このように、複数のセルＢが連動して充放電されることもあり、その結果、バッテリーパック１１のセルＢ全体の出力電圧が均一化される。

また、充電統括制御回路４０は、複数のセルＢのうち出力電圧が異常に低い第１のセルＢ（過放電状態に近いセルＢ）と、出力電圧が異常に高い第２のセルＢ（過充電状態に近いセルＢ）とが、それらの間に通常の出力電圧の第３のセルＢを挟んだ状態で検出されたときには、それら第１、第２、第３のセルＢに対応した全ての高電位側充電回路４１又は全ての低電位側充電回路４２を同時に作動させて、第２のセルＢから第１のセルＢへと第３のセルＢを中継して電力を受け渡す。これにより、過放電状態に近い第１のセルＢと、過充電状態に近い第２のセルＢとを、早急に正常な状態に戻すことができる。このとき、高電位側充電回路４１又は低電位側充電回路４２の全ての電源制御ＩＣ２５は、電源となる当該セルＢから流出する電流を一定の基準電源電流になるように制御するので、電力の中継により第３のセルＢの出力電圧の変動が抑えられる。

このように本実施形態の電圧バランス装置２０では、相対的に出力電圧が高いセルＢの電力を、出力電圧が低いセルＢに補充して複数のセルＢの出力電圧を均一化するので、従来のものに比べて、セルＢ群の出力電圧の均一化に伴う無駄な電力消費を抑えることができる。また、高電位側充電回路４１及び低電位側充電回路４２は、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータであるので、トランスで電力変換するものに比べて効率良く、小型部品で充電を行うことができる。さらに、高電位側充電回路４１及び低電位側充電回路４２の間で、昇圧用コイルＬ１、電源制御ＩＣ２５及びロジック回路２６を共有したので電圧バランス装置２０の低コスト化、小型化が図られる。しかも、高電位側充電回路４１及び低電位側充電回路４２は、電源となる当該セルＢから流出する電流が、一定の基準電源電流になるように制御しているので、充電するセルＢから充電されるセルＢへと過剰な電流が流れ込む事態が防がれる。また、その基準電源電流は、複数の高電位側充電回路４１及び複数の低電位側充電回路４２の間で共通しているので、複数のセルＢで順繰りに電力を受け渡すように充電を行うことができる。

［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）前記実施形態の電圧バランス装置２０では、高電位側充電回路４１と低電位側充電回路４２とが昇圧用コイルＬ１、抵抗Ｒ１、電源制御ＩＣ２５等を共有していたが、高電位側充電回路４１と低電位側充電回路４２とを別個に切り離して備えた構成にしてもよい。

（２）前記電圧バランス装置２０は、車両に搭載された二次電池群（セルＢ群）の保護に使用されていたが、それに限定されるものではなく、例えば、家電製品や医療機器等に備えた二次電池群の保護に使用してもよい。

（３）前記実施形態では、１つのセルＢを本発明に係る１つの二次電池として、それら各二次電池毎に個別充電回路２１が設けられていたが、複数のセルＢを並列又は直列接続してなるセルグループを本発明に係る１つの二次電池として、それら各二次電池毎に個別充電回路２１を設けてもよい。

１０ バッテリー
２０ 電圧バランス装置
２２ 第２スイッチ
２３ 第１スイッチ
２５ 電源制御ＩＣ（第１スイッチ制御部、第２スイッチ制御部）
２６ ロジック回路（第１スイッチ制御部、第２スイッチ制御部）
４０ 充電統括制御回路
４１ 高電位側充電回路
４２ 低電位側充電回路
Ｂ セル（二次電池）
Ｄ１ 第１ダイオード
Ｄ２ 第２ダイオード
Ｌ１ 昇圧用コイル

Claims (6)

1. 直列接続された複数の二次電池のそれぞれに対応して設けられ、それら対応する当該二次電池を電源として、当該二次電池の高電位側の隣の二次電池を充電することが可能な複数の高電位側充電回路と、
   前記複数の二次電池のそれぞれに対応して設けられ、それら対応する当該二次電池を電源として、当該二次電池の低電位側の隣の二次電池を充電することが可能な複数の低電位側充電回路と、
   隣り合う二次電池の出力電圧が異なる場合に、それら隣り合う二次電池のうち出力電圧が高い二次電池を前記電源とする前記高電位側充電回路又は前記低電位側充電回路を作動させて、出力電圧が低い前記二次電池を充電させる充電統括制御回路と、を有する電圧バランス装置。
2. 前記高電位側充電回路は、
   前記電源となる前記当該二次電池の負極と前記高電位側の隣の二次電池である高電位側二次電池の正極との間に接続され、前記当該二次電池の負極側から第１スイッチ素子、第１ダイオードの順番に直列に並びかつ前記第１ダイオードのアノードが前記第１スイッチ素子側に配置された第１スイッチ・コイル回路と、前記第１ダイオードのアノードと前記高電位側二次電池の負極との間に接続された昇圧用コイルと、前記第１スイッチ素子をオンオフする第１スイッチ制御部と、を有する昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータであり、
   前記低電位側充電回路は、
   前記電源となる前記当該二次電池の正極と前記低電位側の隣の二次電池である低電位側二次電池の負極との間に接続され、前記当該二次電池の正極側から第２スイッチ素子、第２ダイオードの順番に直列に並びかつ前記第２ダイオードのカソードが前記第２スイッチ素子側に配置された第２スイッチ・コイル回路と、前記第２ダイオードのカソードと前記低電位側二次電池の正極との間に接続された昇圧用コイルと、前記第２スイッチ素子をオンオフする第２スイッチ制御部と、を有する昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータである請求項１に記載の電圧バランス装置。
3. 電源となる前記当該二次電池が共通する前記高電位側充電回路及び前記低電位側充電回路は、前記当該二次電池の正極と負極との間に接続されかつその負極側から前記第１スイッチ素子、前記昇圧用コイル及び前記第２スイッチ素子が順番に直列に並んだダブルスイッチ・コイル回路を共有し、
   前記第１ダイオードは、アノードが前記第１スイッチ素子と前記昇圧用コイルとの共通接続部分に接続される一方、カソードが前記高電位側二次電池の正極に接続され、
   前記第２ダイオードは、カソードが前記第２スイッチ素子と前記昇圧用コイルとの共通接続部分に接続される一方、アノードが前記低電位側二次電池の負極に接続され、
   前記第２スイッチ素子がオフ状態で前記第１スイッチ素子がオンオフされることで前記低電位側充電回路が停止状態で前記高電位側充電回路が作動し、前記第１スイッチ素子がオフ状態で前記第２スイッチ素子がオンオフされることで前記高電位側充電回路が停止状態で前記低電位側充電回路が作動する請求項２に記載の電圧バランス装置。
4. 前記複数の高電位側充電回路及び前記複数の低電位側充電回路には、共通の基準電源電流が予め設定されると共に、前記電源となる前記当該二次電池から流出する電流が、前記基準電源電流になるように制御する電流制御手段が備えられ、
   その電流制御手段は、前記電源となる前記当該二次電池と前記昇圧用コイルとを含む閉回路に設けられた電流検出用抵抗と、前記第１スイッチ制御部及び前記第２スイッチ制御部とからなり、
   前記第１スイッチ制御部及び前記第２スイッチ制御部が、前記基準電源電流の代用値である基準電圧と、前記当該二次電池からの電流の代用値である前記電流検出用抵抗の端末間電圧との偏差に基づいて前記第１スイッチ素子のオンオフのＤＵＴＹ比を変更し、前記当該二次電池からの電流が前記基準電源電流となるようにフィードバック制御する請求項３に記載の電圧バランス装置。
5. 前記複数の高電位側充電回路及び前記複数の低電位側充電回路に、前記電源となる前記当該二次電池から流出する電流が、予め定められた共通の基準電源電流になるように制御する電流制御手段が備えられた請求項１乃至３に記載の電圧バランス装置。
6. 前記充電統括制御回路は、前記複数の二次電池のうち出力電圧が異常に低い第１の二次電池と、出力電圧が異常に高い第２の二次電池との間に、通常の出力電圧の第３の二次電池が存在する場合に、それら第１、第２、第３の二次電池に対応した全ての前記高電位側充電回路又は全ての前記低電位側充電回路を同時に作動させて、前記第２の二次電池から前記第１の二次電池へと前記第３の二次電池を中継して電力を受け渡し、前記第１の二次電池を充電する請求項１乃至５に記載の電圧バランス装置。

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