JP3746886B2

JP3746886B2 - 蓄電装置

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Publication number: JP3746886B2
Application number: JP26387997A
Authority: JP
Inventors: 俊也真保; 浩恭鈴木
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1997-09-29
Filing date: 1997-09-29
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2017-09-29
Also published as: JPH11103534A; DE19843417A1; FR2769144B1; FR2769144A1; US6404165B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数の蓄電池を直列接続し組電池として構成された蓄電装置に関し、特に、電気自動車に用いて好適の、蓄電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気自動車の実用性向上のための技術開発が進められているが、現在の電気自動車の電源としては、多数の蓄電池（以下、バッテリという）を直列接続したもの（組電池）を使用している。
このように多数の蓄電池を直列接続した組電池の場合、組電池の出力は、最も低い電圧の電池に依存するため、各電池を均等に使用することができず、各電池の能力を最大限に発揮させることができない。
【０００３】
ところで、リチウムイオン電池のように、放電量に依存して出力電圧が決定されるもの（図４参照）では、各電池の電圧を等しくすることで、各電池の放電量（逆に言うと、充電量又は残存容量）を等しくすることができ、各電池の電圧が等しくなるように調整しながら、充電を行なうようにすればよい。
そこで、蓄電池（バッテリ）の電圧均衡化回路が従来から提供されており、図５に示すように構成されている。
【０００４】
図５に示す回路は、組電池の電圧均衡化回路の１セル分（あるいは１モジュール分）を抜粋したものであり、各バッテリに同回路が装備される。
そして、このような回路をそなえた状態での充電動作が行なわれるが、充電動作の末期に該回路による放電動作が行なわれる。
すなわち、充電の進行によりバッテリ１０１の端子電圧が上昇するが、この状態を電圧監視回路（電圧検出回路）１０４が監視しており、セルの両端電圧ＶＢが設定電圧以上になった場合に放電スイッチ１０２をオン状態（閉状態）に移行させる。
【０００５】
これにより、放電抵抗器１０３への通電が行なわれ、電気エネルギが熱に変換されることにより消費される。
この消費により、セル電圧ＶＢが設定電圧以下の電圧になれば、放電スイッチ１０２をオフ状態（開状態）に移行させることが行なわれる。
このような放電スイッチ１０２のオン，オフが繰り返されることにより、バッテリセルの電圧ＶＢは、設定電圧に調整される。
【０００６】
なお、実際の回路では、放電スイッチ１０２の代わりにパワートランジスタ等の電力素子を使用し、オンオフ制御ではなく、リニア制御により電圧を調整する等の方法が一般的である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の蓄電装置では、種々の課題がある。
すなわち、上述の回路による場合、設定電圧を超過したエネルギが放電抵抗器１０３により熱の形で浪費されてしまう。
このため、電力損失が大きくなるとともに、放熱対策を考慮しなければならないことが大きな問題となる。
【０００８】
また、充電の末期のセル電圧ＶＢが上昇した場合にだけ均衡化が可能であり、放電時や車両を使用していない間の空き時間などを利用した電圧均衡化を行なえないという課題がある。
したがって、ハイブリッド電気自動車のように発電走行時に満充電まで充電しないものには利用できない。
【０００９】
さらに、放電抵抗器や放熱板およびスイッチング用の素子など大容量のものを使用しなければならず、装置が大型化したり、放熱のために冷却装置が必要になるなど構造が単純にならないという課題もある。
そこで、放電方式ではない均衡化回路が必要であり、その一例として特開平６−３１９２８７号公報の技術が提供されている。
【００１０】
この技術は、直列接続された組電池の両端にコンデンサを接続して、各バッテリセル（充電単電池）を略均一に充電するものであるが、大容量コンデンサが必要であり、各バッテリセルの端子電圧を検出しながら所要の充電対象となるバッテリセルを選択する制御は制御ロジックが複雑である。
そこで、直列に接続されたバッテリに対して、各バッテリと対応した数のコンデンサを設け、各コンデンサを対応したバッテリとそれぞれ並列接続させる第１の接続モードと、上記の各コンデンサを対応するバッテリに隣接したバッテリとそれぞれ並列接続させる第２の接続モードとを交互に切り換えるようにすることで、各バッテリの電圧の均衡化を図ることが考えられる。
【００１１】
この場合は、コンデンサを介して電荷をバッテリ間で移動させることにより、各バッテリの電圧が均衡化されるのである。
しかしながら、このような構成では、隣り合うバッテリ間でしか電荷の移動を行なうことができないため、バッテリのセル数が多くなるのにしたがって、電圧の均衡化に時間かかかってしまうという課題かある。また、バッテリセル毎にコンデンサが必要となるため、電圧均衡化回路が大きくなってしまい、コスト高を招くという課題もある。
【００１２】
ところで、特開平６−３１９２８７号公報には、複数のバッテリセルを直列接続してなる組電池に、回生電流より充電されたコンデンサにより充電を行なう際に、各バッテリセルの端子電圧とコンデンサ電圧とを監視しながら、充電するバッテリセルを選択する技術が開示されている。
この技術では、充電するバッテリセルの端子電圧の総和がコンデンサ電圧よりも低くなるように複数のバッテリセルの中から一部を選択して充電することで、コンデンサの電圧が低下していても充電を可能にすると共に、端子電圧の低いバッテリセルを充電することで、複数のバッテリセルを均一に充電できるようにしている。
【００１３】
この技術は、バッテリの充電に際して各バッテリの電圧を均一化することはできるが、バッテリの充電時以外にバッテリの電圧均衡化を図ることはできない。しかしながら、一般的なバッテリの電圧均衡化に利用可能な技術である。
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、電気エネルギの浪費を防止しながら、コストを抑制しうる簡素な構成でしかも速やかに、満充電ではない状態においても蓄電手段の電圧の均衡化を行なうことができるようにした、蓄電装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明の蓄電装置では、電圧監視手段が複数の蓄電手段のそれぞれの電圧を監視して、接続切換手段が、所定の周期で、電圧監視手段の電圧監視結果に応じて複数の蓄電手段の中からその時点で互いの電圧差が最も大きい第１蓄電手段と第２蓄電手段との２つの蓄電手段を選択してこれらの２つの蓄電手段の間で第１の接続モード及び第２の接続モードの切り換えを行なう。第１の接続モードが選択されると、蓄電器を複数の蓄電手段のうちの第１の蓄電手段に接続してこの第１の蓄電手段を通じて蓄電器の充電又は放電を行ない、蓄電器の電圧と第１の蓄電手段の電圧とが接近するようになり、第２の接続モードが選択されると、蓄電器を第１の蓄電手段とは異なる第２の蓄電手段に接続してこの第２の蓄電手段を通じて蓄電器の充電又は放電を行ない、蓄電器の電圧と第２の蓄電手段の電圧とが接近するようになる。したがって、接続切換手段により、上記２つの蓄電手段の選択を所定の周期で行なわれ、選択した上記２つの蓄電手段に対して、第１の接続モード及び第２の接続モードの切り換えが繰り返して行なわれると、蓄電器を介して第１の蓄電手段と第２の蓄電手段との間で電圧が均衡化されていく。
【００１６】
請求項２記載の本発明の蓄電装置では、上記の互いに電圧差の大きい２つの蓄電手段は、その時点で最も電圧の高いバッテリセルと最も電圧の低いバッテリセルとであるため、その時点で最も電圧の高いバッテリセルと最も電圧の低いバッテリセルとの間で電圧が均衡化されていく。
請求項３記載の本発明の蓄電装置では、複数の蓄電手段を直列に接続されて構成された蓄電装置において、電圧監視手段が、上記複数の蓄電手段のそれぞれの電圧を監視して、接続切換手段が、上記電圧監視手段の電圧監視結果に基づいて、全ての蓄電手段の平均電圧を算出して、電圧が該平均電圧よりも所定電圧差以上高い蓄電手段群に接続してこの所定電圧差以上高い蓄電手段群を通じて該蓄電器の充電を行なう第１の接続モード、電圧が該平均電圧よりも所定電圧差以上低い蓄電手段群に接続してこの所定電圧差以上低い蓄電手段群を通じて該蓄電器の放電を行なう第２の接続モードを選択的に切り換える。この際、接続切換手段は、所定の周期で、上記平均電圧の算出と、電圧が該平均電圧よりも所定電圧差以上高い蓄電手段群，及び電圧が該平均電圧よりも所定電圧差以上低い蓄電手段群の選別を行ない、上記の第１及び第２の接続モードの切り換えを繰り返して行なう。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明すると、図１〜図４は本発明の一実施形態としての蓄電装置を示すものである。
図１に示すように、本蓄電装置では、複数の蓄電手段としての蓄電池（二次電池、以下、バッテリ又はバッテリセルともいう）Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，・・・が直列に接続された組電池として構成されている。
【００１８】
特に、本実施形態の蓄電装置は、電気自動車用電源として用いられる組電池（＝複数の蓄電池を接続してなる電池）に適用しうるものであり、数十個のバッテリセルを直列に接続した組電池として構成されている。
なお、図１では図面の都合上、４個のバッテリセルのみを示しているが、図示しない多数のバッテリセルがさらに接続されており、全部で数十個のバッテリセルが直列に接続されているものとする。
【００１９】
ただし、本蓄電装置では、組電池を構成するバッテリセル（蓄電手段）の数は特に限定されるものではない。
このようなバッテリセル（蓄電手段）Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，・・・の各端子には、それぞれ２つずつのスイッチが接続されている。つまり、図１に示すように、バッテリセルＢ１のプラス端子側にはスイッチＳ１１，Ｓ１２の各一端が接続され、バッテリセルＢ１のマイナス端子側（即ち、バッテリセルＢ２のプラス端子側）にはスイッチＳ２１，Ｓ２２の各一端が接続され、バッテリセルＢ２のマイナス端子側（即ち、バッテリセルＢ３のプラス端子側）にはスイッチＳ３１，Ｓ３２の各一端が接続され、バッテリセルＢ３のマイナス端子側（即ち、バッテリセルＢ４のプラス端子側）にはスイッチＳ４１，Ｓ４２の各一端が接続されている。図示しないバッテリセルの端子についても同様にスイッチが接続されている。
【００２０】
このようなスイッチＳ１１，Ｓ１２〜Ｓ４１，Ｓ４２，・・・は、いずれもオン・オフスイッチであり、スイッチＳ１１，Ｓ１２〜Ｓ４１，Ｓ４２，・・・のうち、スイッチＳ１１，Ｓ２１，Ｓ３１，Ｓ４１，・・・の各他端は、蓄電器（コンデンサ）Ｃ１の一端側に接続されており、スイッチＳ１２，Ｓ２２，Ｓ３２，Ｓ４２，・・・の各他端は、コンデンサＣ１の他端側に接続されている。そして、これらのスイッチＳ１１，Ｓ１２〜Ｓ４１，Ｓ４２，・・・をオン・オフ制御するために、スイッチ切換制御装置１がそなえられている。
【００２１】
また、各バッテリセルＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，・・・の端子電圧を監視する電圧監視手段としてのバッテリセル電圧モニタ２がそなえられており、このバッテリセル電圧モニタ２の監視により得られた各バッテリセルＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，・・・の端子電圧情報はスイッチ切換制御装置１に送信されるようになっている。
【００２２】
スイッチ切換制御装置１では、スイッチＳ１１，Ｓ１２〜Ｓ４１，Ｓ４２，・・・の中の任意のスイッチを接続させることができるが、ここでは、バッテリセル電圧モニタ２からの電圧情報に基づいて最も電圧の高いバッテリセルと最も電圧の低いバッテリセルとの間で、電圧を均衡化させるためのスイッチ切換処理を行なうようになっている。
【００２３】
すなわち、スイッチ切換制御装置１では、スイッチ切換処理により、まず、最も電圧の高いバッテリセルとコンデンサＣ１とを並列接続して（このような接続状態を、第１の接続モードという）、次に、この最も電圧の高いバッテリセルとコンデンサＣ１との並列接続を遮断した上で、最も電圧の低いバッテリセルとコンデンサＣ１とを並列接続して（このような接続状態を、第２の接続モードという）、その後、この最も電圧の低いバッテリセルとコンデンサＣ１との並列接続を遮断する。
【００２４】
なお、各バッテリセルをコンデンサＣ１に接続する際に、各バッテリセルのプラス端子をコンデンサＣ１の一端側に、各バッテリセルのマイナス端子をコンデンサＣ１の他端側にというように、端子方向を合わせて接続することは勿論のことである。
このような処理を行なうと、第１の接続モードでは、コンデンサＣ１に高い電圧が加えられるためこの高い電圧に応じた多量の電荷が蓄えられて、第２の接続モードでは、コンデンサＣ１に加わる電圧は第１の接続モードよりも低くなりこき電圧低下に応じた電荷が最も電圧の低いバッテリセルに移送される。したがって、第１の接続モードと第２の接続モードとを繰り返すことで、最も電圧の高いバッテリセルから最も電圧の低いバッテリセルへ電荷が移送され、これらバッテリセル間で電圧の均衡化が行なわれるのである。
【００２５】
本実施形態のスイッチ切換制御装置１では、所定の周期で、その時点で最も電圧の高いバッテリセルと最も電圧の低いバッテリセルとを選択して、選択したバッテリセルを適宜コンデンサＣ１と並列接続させて、第１の接続モードと第２の接続モードとを実行しながら、これらのバッテリセル間で、電圧の高いバッテリセルから電圧の低いバッテリセルへ電荷を移送してバッテリセル間での電圧の均衡化を行なうようになっている。
【００２６】
なお、１周期内で、第１の接続モードと第２の接続モードとを所定数回繰り返すように構成してもよく、第１の接続モードと第２の接続モードとをそれぞれ１回だけ行なうように構成してもよい。
いずれにしても、このような第１の接続モードと第２の接続モードとによるバッテリセルとコンデンサＣ１との並列接続により、その時点で最も電圧の高いバッテリセルと最も電圧の低いバッテリセルとの間で電圧の均衡化が行なわれるようになっているのである。
【００２７】
なお、接続切換手段としてのスイッチＳ１１，Ｓ１２〜Ｓ４１，Ｓ４２，・・・は、機械的なスイッチＳ１１〜Ｓ１４で構成してもよいが、制御性や耐久性を考慮すると、トランジスタ等の半導体素子による半導体切換手段（半導体スイッチ）により構成することが考えられる。
本発明の一実施形態としての蓄電装置は、上述のように構成されているので、次のような動作が行なわれる。
【００２８】
つまり、スイッチ切換制御装置１では、電圧監視手段としてのバッテリセル電圧モニタ２からの電圧情報に基づいて、複数のバッテリセルの中から最も電圧の高いバッテリセルと最も電圧の低いバッテリセルとを周期的に選択して、これらの最も電圧の高いバッテリセルと最も電圧の低いバッテリセルとの間で、電圧を均衡化させるためのスイッチ切換処理を行なう。
【００２９】
例えばある処理周期で、バッテリセルＢ１の電圧Ｖ１が最も電圧が高く、バッテリセルＢ３の電圧Ｖ３（Ｖ１＜Ｖ３）が最も電圧が低い場合には、まず、図２に示すように、スイッチＳ１１とスイッチＳ２２とをオン（接続）状態にして、バッテリＢ１のプラス側端子をコンデンサＣ１の一端側（図１，図２，図３中、の下方の端子側）に接続させると共に、バッテリＢ１のマイナス側端子をコンデンサＣ１の他端側（図１，図２，図３中、の上方の端子側）に接続させる（第１の接続モード）。
【００３０】
この第１の接続モードのように、コンデンサＣ１とバッテリセルＢ１とが並列接続されると、バッテリセルＢ１の電圧及びコンデンサＣ１の電位差はいずれもＶ１′となる。このＶ１′は、バッテリセルＢ１からコンデンサＣ１へ流入した電荷に応じた分ｖ₁だけＶ１よりも低い電圧（＝Ｖ１−ｖ₁）である。
次に、図１に示すように、スイッチＳ１１とスイッチＳ２２とをオフ（遮断）状態に戻してから、図３に示すように、スイッチＳ３１とスイッチＳ４２とをオン（接続）状態にして、バッテリＢ３のプラス側端子をコンデンサＣ１の一端側に接続させると共に、バッテリＢ３のマイナス側端子をコンデンサＣ１の他端側に接続させる（第２の接続モード）。
【００３１】
この第２の接続モードのように、コンデンサＣ１とバッテリセルＢ３とが並列接続されると、バッテリセルＢ３の電圧及びコンデンサＣ１の電位差はそれぞれＶ３′となる。このＶ３′は、バッテリセルＢ３からコンデンサＣ１へ流入した電荷分ｖ₃だけＶ３よりも高い電圧（＝Ｖ３＋ｖ₃）である。
また、第２の接続モードの終了時にも、図１に示すように、スイッチＳ３１とスイッチＳ４２とをオフ（遮断）状態に戻す。
【００３２】
このようにして、コンデンサＣ１を介して、バッテリセルＢ１からバッテリセルＢ３へ電荷が移送されてバッテリセルＢ１の電圧はＶ１から減少し、バッテリセルＢ３の電圧はＶ３から増加して、これらのバッテリセルＢ１とバッテリセルＢ３との電圧差は減少する。
このようなバッテリセルＢ１とバッテリセルＢ３との間で、第１の接続モードによるスイッチ制御と第２の接続モードによるスイッチ制御とを所定回数又は１回だけ行なうと、次の処理周期に移り、スイッチ切換制御装置１では、再びバッテリセル電圧モニタ２からの電圧情報に基づいて、複数のバッテリセルの中から最も電圧の高いバッテリセルと最も電圧の低いバッテリセルとを選択する。
【００３３】
ここでは、バッテリセルＢ１の電圧が減少しバッテリセルＢ３の電圧が増加しているが、これらの電圧の増加や減少が少なければ、最も電圧の高いバッテリセルとしてバッテリセルＢ１が選択されたり、最も電圧の低いバッテリセルとしてバッテリセルＢ３が選択されたりすることもあり得るが、少なくとも、前回の処理周期に比べて、最も電圧の高いバッテリセルの電圧は低くなっており、最も電圧の低いバッテリセルの電圧は高くなっている。
【００３４】
そして、上述と同様に、新たに選択した最も電圧の高いバッテリセルと最も電圧の低いバッテリセルとの間で、第１の接続モードによるスイッチ制御と第２の接続モードによるスイッチ制御とを所定回数又は１回だけ行なうことで、これらのバッテリセル間での電圧の均衡化を行なう。この結果、やはり、前回の処理周期に比べて、最も電圧の高いバッテリセルの電圧は低くなり、最も電圧の低いバッテリセルの電圧は高くなる。
【００３５】
このような処理を繰り返すことで、複数のバッテリセル間での電圧の均衡化が効率よく行なわれるようになって、複数のバッテリセルにおいて速やかに電圧が均衡化されるようになるのである。
特に、２つのバッテリセル間の電圧差が大きいほど、バッテリセルからコンデンサＣ１への電荷の移動が速やかに行なわれ、２つのバッテリセル間での電荷の移動による電圧均衡化が短時間で行なわれるようになるため、電圧の均衡化が効率よく行なわれるのである。
【００３６】
なお、上述の実施形態では、最もシンプルな例として、各処理周期で最も電圧の高いバッテリセル及び最も電圧の低いバッテリセルの２つのバッテリセル間での電圧均衡化を行なうものとしているが、３つ以上の多数のバッテリセル間での電圧均衡化を同時に行なうようにしてもよい。
例えば、全てのバッテリセルの平均電圧を算出して、電圧がこの平均電圧よりも所定電圧差以上高いバッテリセル群（単数又は複数のバッテリセル）と、電圧がこの平均電圧よりも所定電圧差以上低いバッテリセル群（単数又は複数のバッテリセル）との間で、同時に電圧均衡化を行なうように構成することが考えられる。
【００３７】
この場合、まず、平均電圧よりも所定電圧差以上高いバッテリセル群の各バッテリセルを同時にコンデンサＣ１に並列接続して（第１の接続モード）、コンデンサＣ１を充電し、次いで、これらの接続を解除した上で、平均電圧よりも所定電圧差以上低いバッテリセル群の各バッテリセルを同時にコンデンサＣ１に並列接続して（第２の接続モード）、コンデンサＣ１から電圧の低い各バッテリセルへ放電させる。これにより、電圧の高い各バッテリセルから電圧の低い各バッテリセルへと電荷が移動して、多数（３個以上）のバッテリセル間で同時に電圧均衡化を行なうことができ、多数のバッテリセル間でより速やかに電圧均衡化を行なうことができる利点がある。
【００３８】
また、全てのバッテリセルの平均電圧に対して、いずれのバッテリセルの電圧もこの平均電圧に対して所定電圧差（微小値）以内になった時点で、電圧均衡化処理を終了するように設定すれば、より効率よく電圧均衡化処理を行なうことができる。もちろん、さらに蓄電池を使用していくうちに、いずれかのバッテリセルの電圧が平均電圧に対して所定電圧差（微小値）以上になったら、例えば最も電圧差のあるバッテリセル間で電圧均衡化処理を行なうようにすればよい。
【００３９】
このように、本蓄電装置では、多数のバッテリセル（充電手段）の中から任意のものを選んで、これをコンデンサに接続して電圧均衡化処理を行なうことができるので、バッテリセルを適切に選択して電圧均衡化処理すれば、極めて効率よく電圧均衡化処理を行なうことができるのである。
また、電荷移動部品が１つのバランスコンデンサＣ１だけで済むため、回路を小さく構成することができ、コストも低減することができる利点もある。
【００４０】
ところで、本蓄電装置にかかる蓄電池は例えばリチウムイオン電池で形成されており、図４に示すリチウムイオン電池の特性のように、電圧が放電量に依存して決定される。逆に言えば、バッテリ電圧は充電量（蓄電量）に依存して決定されるともいえる。したがって、かかる電圧の均衡化により、所望の放電量、即ち、充電量（蓄電量）の状態に調整されることになる。
【００４１】
なお、図４中に示すニッケル水素電池の特性のように、放電量に対し電圧が一意に定まらない平坦な特性の蓄電池では、電圧の均衡化により放電量（充電量）が所望の状態にならないが、上記のリチウムイオン電池のように放電量に対し電圧が一意に定まるものでは、組電池の各バッテリセルの放電量（充電量）が所望の状態に均一化されるため、かかる電池（例えばリチウムイオン電池）の性能をフルに活用することができるようになる。
【００４２】
もちろん、本装置では、コンデンサＣ１を介して電荷を移動させることにより各バッテリセルＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，・・・の電圧を均衡化するため、大きな発熱要素が存在せず、発熱によるエネルギ損失を回避した状態での均衡化が実現される。
また、組電池への満充電までの充電中に限らず、走行中，充電中，放電中など使用状況にとらわれることなく、すべての状態で均衡化の動作を行なうことができるため、放電中や電池未使用時等においても均衡化の動作を行なわせることができる。もちろん、ハイブリッド電気自動車のように発電走行時に満充電まで充電しないものにも利用することができる。
【００４３】
なお、このような回路を実際に適用する場合には、効率がよく動作が確実で耐久性のよいことが必要となるが、このような具体的条件を考慮すると、スイッチＳ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２，・・・には電力素子（ＦＥＴあるいはＩＧＢＴ）等のスイッチングロスが極力小さなものを使用し、スイッチ切換制御装置１に外部発振回路等により自動的にスイッチＳ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２，・・・の切り換え動作を行なわせる回路を装備することが好ましい。
【００４４】
また、コンデンサＣ１には比較的容量の大きなコンデンサ、例えば電気二重層コンデンサを用いれば速やかな電圧の均衡化を行なえるが、例えば常時又は頻繁にこのような電圧の均衡化制御を行なうようにすれば、小容量のコンデンサを用いても実用上十分に電圧の均衡化による充電量の均衡化を行なうことができる。さらに、コンデンサＣ１への突入電流の防止回路や初期充電回路も必要と考えられる。
【００４５】
また、スイッチ切換制御装置１については、上述のようなスイッチ切り換えの動作以外に、メンテナンスを行なう時に用いるメンテナンススイッチと各スイッチＳ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２，・・・とを連動させるようにしたり、外部の電圧測定回路などにより必要が生じた場合に駆動する方法や、電圧均衡化処理（各スイッチＳ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２，・・・を選択して適宜接続する処理）を、車両不使用時に行なうようにする方法や、タイマー回路などで一定時間ごとに行なう方法や、接続される電気負荷の制御回路等（電気自動車の場合は、モータコントローラや残存容量計など）からの均衡化指示を受けた場合に行なう方法などのさまざまな組み合わせが考えられる。
【００４６】
さらに、蓄電器としてのコンデンサＣ１に代えて、絶縁トランスやバッテリセルを用いるようにしても、ほぼ同様な効果を得ることができる。
また、本蓄電装置は、蓄電手段としてバッテリに代えてコンデンサ（蓄電器）を用いるようにした組蓄電器にも適用しうるものである。つまり、複数の直列接続された蓄電池（バッテリ）からなる組電池に代えて、複数の直列接続された蓄電器（コンデンサ）からなる組蓄電器に適用することも考えられる。
【００４７】
そして、組電池状態又は組蓄電器状態にした場合にセル電圧のばらつきによる各種不具合が顕著化しやすいバッテリや電気二重層コンデンサなどについて上述の構造を採用し、電圧均衡化回路を構成すれば、大きなエネルギ損失の発生なしに常時電圧の均衡化を行なえるシステムを実現できるようになる。
本回路の作動を常時ではなく、バッテリセル電圧モニタなどにより、任意の必要な時期に電圧を均衡化する方法等を具現化することができる。
【００４８】
特に、リチウムイオン電池に本回路を適用することにより、リチウムイオン電池の能力を１００パーセント引き出した上での、安全性の確保が容易になる。
なお、セル電圧のアンバランスが大きい場合から小さくなった場合に移行するに従い、制御手段による接続モード切り換えの速度を変化させることにより、電圧均衡化の所要時間を短縮させることもできる。
【００５０】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明の蓄電装置によれば、接続切換手段により、第１の接続モード及び第２の接続モードの切り換えが繰り返して行なわれると、蓄電器を介して電圧監視結果に応じて選択された第１の蓄電手段と第２の蓄電手段との間で電圧が均衡化されていくため、電圧状態に応じて均衡化の要求度の高い蓄電手段を選択して効率よく速やかに電圧の均衡化を行なうことができるようになり、組電池としての能力を効率良く発揮しうるようになる。もちろん、アンバランス電圧分を放熱による電力消費で浪費させるようなことなく、電力損失を抑制しながら電圧均衡化を行なうことができる利点や、放熱損失の低減により放熱対策を軽減化しうるという付加的な利点や、走行中，充電中，放電中など使用状況にとらわれることなく電圧の均衡化を行なうことができるようになる利点もある。
特に、接続切換手段は、その時点で互いの電圧差が最も大きい第１蓄電手段と第２蓄電手段との２つの蓄電手段の選択を所定の周期で行ない、選択した上記２つの蓄電手段に対して、上記の第１及び第２の接続モードの切り換えを繰り返して行なうので、電圧差の大きい蓄電手段から効率よく電圧の均衡化を進めることができ、複数の蓄電手段における電圧の均衡化を速やかに行なうことができ、組電池としての能力を速やかに効率良く発揮しうるようになる。
【００５１】
請求項２記載の本発明の蓄電装置によれば、２つの蓄電手段間の電圧差が大きいほど、蓄電手段から蓄電器への電荷の移動が速やかに行なわれ、２つの蓄電手段間での電荷の移動による電圧均衡化が短時間で行なわれるようになるため、電圧の均衡化が効率よく行なわれる。
請求項３記載の本発明の蓄電装置によれば、まず、平均電圧よりも所定電圧差以上高い蓄電手段群の各蓄電手段を同時に蓄電器に並列接続して（第１の接続モード）、蓄電器を充電し、次いで、これらの接続を解除した上で、平均電圧よりも所定電圧差以上低い蓄電手段群の各蓄電手段を同時に蓄電器に並列接続して（第２の接続モード）、蓄電器から電圧の低い各蓄電手段へ放電させる。これにより、電圧の高い各蓄電手段から電圧の低い各蓄電手段へと電荷が移動して、多数の蓄電手段間で同時に電圧均衡化を行なうことができ、多数の蓄電手段間でより速やかに電圧均衡化を行なうことができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての蓄電装置の要部構成を示す回路図である。
【図２】本発明の一実施形態としての蓄電装置の動作を説明するための図１に対応した回路図であり、図１とは異なる動作態様を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態としての蓄電装置の動作を説明するための図１，図２に対応した回路図であり、図１，図２とは異なる動作態様を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態としての蓄電装置における電池の特性を示すグラフである。
【図５】従来の蓄電装置を示す模式的回路図である。
【符号の説明】
１スイッチ切換制御装置
２電圧監視手段としてのバッテリセル電圧モニタ
Ｂ１〜Ｂ４蓄電手段としての蓄電池（二次電池）を構成するバッテリセル
Ｃ１蓄電器（コンデンサ）
Ｓ１１〜Ｓ４１，Ｓ１２〜Ｓ４２接続切換手段としてのスイッチ

Claims

複数の蓄電手段を直列に接続されて構成された蓄電装置において、
上記複数の蓄電手段にそれぞれ並列接続可能な蓄電器と、
上記複数の蓄電手段のそれぞれの電圧を監視する電圧監視手段と、
上記電圧監視手段の電圧監視結果に応じて上記複数の蓄電手段の中からその時点で互いの電圧差が最も大きい第１蓄電手段と第２蓄電手段との２つの蓄電手段を選択して上記蓄電器をこれらの２つの蓄電手段のうちの該第１の蓄電手段に接続して該第１の蓄電手段を通じて該蓄電器の充電又は放電を行なう第１の接続モード、及び、上記蓄電器を該第２の蓄電手段に接続して該第２の蓄電手段を通じて該蓄電器の充電又は放電を行なう第２の接続モードを選択的に切り換える接続切換手段とをそなえ、
上記接続切換手段は、上記２つの蓄電手段の選択を所定の周期で行ない、選択した上記２つの蓄電手段に対して、上記の第１及び第２の接続モードの切り換えを繰り返して行なう
ことを特徴とする、蓄電装置。
上記の互いに電圧差の大きい２つの蓄電手段とは、その時点で最も電圧の高いバッテリセルと最も電圧の低いバッテリセルとである
ことを特徴とする、請求項１記載の蓄電装置。
複数の蓄電手段を直列に接続されて構成された蓄電装置において、
上記複数の蓄電手段にそれぞれ並列接続可能な蓄電器と、
上記複数の蓄電手段のそれぞれの電圧を監視する電圧監視手段と、
上記電圧監視手段の電圧監視結果に基づいて、上記全ての蓄電手段の平均電圧を算出して、電圧が該平均電圧よりも所定電圧差以上高い蓄電手段群に該蓄電器を接続してこの所定電圧差以上高い蓄電手段群を通じて該蓄電器の充電を行なう第１の接続モード、電圧が該平均電圧よりも所定電圧差以上低い蓄電手段群に該蓄電器を接続してこの所定電圧差以上低い蓄電手段群を通じて該蓄電器の放電を行なう第２の接続モードを選択的に切り換える接続切換手段とをそなえ、
上記接続切換手段は、所定の周期で、上記平均電圧の算出と、電圧が該平均電圧よりも所定電圧差以上高い蓄電手段群，及び電圧が該平均電圧よりも所定電圧差以上低い蓄電手段群の選別を行ない、上記の第１及び第２の接続モードの切り換えを繰り返して行なう
ことを特徴とする、蓄電装置。