JP4220953B2 - セルバランス装置及び方法並びにプログラム - Google Patents

Description

本発明は、ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicles；ハイブリッド電気自動車）、電動フォークリフト等の移動体の駆動電源として利用される二次電池などの組電池に好適なセルバランス装置及び方法並びにプログラムに関する。

二次電池は過充電状態、過放電状態になると、寿命劣化や安全上の問題が起こる。組電池システムでは、個々の電池の残容量のバラツキにより、同じ電力を充放電しても、過充電／過放電となる電池が出てくるため、各電池の残容量を均等化する機構（以下、このようなに残容量を均等化することを「セルバランス補正」という。）が必要となる。
セルバランス補正の方式として、従来、コンデンサを利用して組電池の電圧バランスを補正することが知られている。例えば、特開２００３−１８９４９５号公報（特許文献１）には、コンデンサを利用した充放電制御装置が開示されている。
この発明によれば、複数の単位キャパシタをセルとして直列に接続して組電源を構成するとともに、組電源の各セルに対して充放電可能な調整用セルと、調整用セルを個別に組電源の各セルに接続する接続手段とを設けて、調整用セルが順番に組電源の各セルに接続するように接続手段を制御する。
このように構成することで、調整用セルと各セル間の充放電によって、各セルの電圧が均一化され、セルの残容量のバラツキによる過放電および過充電を防止する。
特開２００３−１８９４９５号公報

しかしながら、上述したような従来のセルバランス補正方法は、以下の理由により、移動体の駆動用電源として用いられる高出力二次電池への適用が難しいという問題があった。
第１に、高出力二次電池において、充放電中にセルバランスを行う場合は、比較的大電流によりセルバランス補正を行う必要があるが、従来のセルバランス装置をそのまま適用すると、回路規模が大きくなってしまう。
第２に、移動体向けの高出力二次電池は、短時間に大電流の充電（回生）／放電（力行）が繰り返される。このような高出力二次電池では、セルの内部抵抗や化学反応の影響によりセル電圧が安定しないため、セル電圧の計測値に誤差が生ずる。このため、高い精度でセルバランス補正を実施できない。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、移動体向けの二次電池のセルバランス補正を高い精度で行うことが可能なセルバランス装置及び方法並びにプログラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、移動体の駆動電源用の組電池に使用され、複数のセルが直列に接続されて構成される前記組電池の前記セル間の残容量を均等化するセルバランス装置であって、定電流源と、各セルの電圧値を検出する電圧センサと、前記移動体の停止中において、前記電圧センサから各セルの電圧値を取得し、これら電圧値に基づいて、電流を補充する充電対象セルを特定するセル特定手段と、前記移動体の停止中において、前記セル特定手段により特定された前記充電対象セルに対して、前記定電流源から電流を供給させる制御手段とを有し、前記セル特定手段は、前記移動体の停止後におけるセルの電圧又は組電池の電圧をモニタし、セルの電圧又は組電池の電圧の時間変化率が所定値以下になった時点或いはその後に、前記電圧センサから各セルの電圧値を取得し、これら電圧値に基づいて、電流を補充する充電対象セルを特定するセルバランス装置を提供する。

本発明によれば、セル特定手段は、移動体の停止中において、電圧センサから各セルの電圧値を取得する。ここで、移動体の停止中には、組電池に電流が流れないため、誤差の少ない正確なセル電圧を取得することが可能となる。セル特定手段は、このように、正確に計測されたセル電圧値を互いに比較することにより、電流を供給すべき充電対象セルを特定する。このとき特定されるセルは、１つ又は２以上でも良い。制御手段は、セル特定手段により特定された充電対象セルに対して、前記定電流源から電流を供給する。これにより、電流供給されたセルの電圧は上昇し、この結果、組電池の電圧値（残容量）を均等化させることが可能となる。
また、セル特定手段が、セル電圧の時間変化率をモニタするので、セル電圧が安定したタイミングを正確に把握することが可能となる。これにより、セルの状態が安定した後のセル電圧に基づいて充電対象セルを特定することができ、化学反応の影響による計測誤差を解消することができる。
セルは、例えば、リチウムイオン電池などの二次電池やキャパシタ、二重層コンデンサなどが挙げられる。

上記記載のセルバランス装置において、前記セル特定手段は、前記電圧センサから取得した各セルの電圧値を比較して、最高電圧のセルよりも電圧値が設定値以上低いセルの中で、最も電圧値が低いセルを充電対象セルとして特定することが好ましい。
このように、最も電圧値が低いセルから電流を供給するので、セルの残容量の均一化を効率よく行うことが可能となる。なお、最高電圧のセルよりも電圧値が所定値以上低いセルが存在しない場合には、充電は行われないこととなる。

上記記載のセルバランス装置において、前記定電流源は、前記組電池を構成する各セルにそれぞれ対応して設けられており、前記制御手段は、前記充電対象セルに対応する前記定電流源を起動させることにより、前記定電流源から前記充電対象セルに電流を供給させることが好ましい。
このように、各セルに対応して定電流源をそれぞれ設けることにより、充電対象セルに速やかに電流を供給することが可能となるので、均等化に要する時間を短縮することができる。

上記記載のセルバランス装置において、前記組電池は、複数のセルを有する複数のモジュールに分割されており、前記モジュール毎に、前記定電流源、前記セル特定手段、及び前記制御手段がそれぞれ設けられ、前記定電流源は、スイッチング手段を介して前記セルのそれぞれと接続されており、前記セル特定手段は、前記モジュールを構成する各セルの電圧値を比較して、最高電圧のセルよりも電圧値が設定値以上低いセルの中で、最も電圧値が低いセルを充電対象セルとして特定し、前記制御手段は、前記移動体の停止中において、前記セル特定手段により特定された前記充電対象セルと前記定電流源とを接続する前記スイッチング手段を作動させることにより、前記定電流源から電流を供給させることが好ましい。
このように、組電池を構成する全セルを複数のモジュールに分け、モジュール毎に均一化を行うので、セル特定手段や制御手段の処理を軽減させることが可能となる。これにより、残容量の均等化を迅速に行うことができる。

上記記載のセルバランス装置において、前記モジュール毎に対応して設けられている前記セル特定手段は、情報伝達媒体を介して互いに接続されており、相互にセルの電圧値を送受信して、前記組電池を構成する全セルの中における最高電圧値を特定し、前記最高電圧値よりも電圧値が所定値以上低いセルを自己のモジュールの中から選定し、選定した前記セルのうち、最も低いセルを充電対象セルとして特定することが好ましい。
このように、各セル特定手段は、自己が有しているセルの電圧値を互いに送受することにより、組電池を構成する全セルの電圧値を共有することが可能となるので、モジュール間における残容量のバラツキまでも解消することができる。これにより、組電池全体としてのセルの残容量均等化を図ることが可能となる。

上記記載のセルバランス装置において、前記定電流源は、前記モジュール内の電池又は組電池から駆動電力の供給を受けることが好ましい。
このように、モジュール内の電池又は組電池から定電流源の駆動電力の供給を受けることにより、外部電源装置を設ける必要がなく、装置の大型化を回避することが可能となる。

上記記載のセルバランス装置において、前記定電流源は、所定の外部電源装置から駆動電力の供給を受けることが好ましい。
このように、外部電源装置から定電流源の駆動電力の供給を受けることにより、組電池の電力を減少させることなく、セルの残容量の均等化を図ることが可能となる。

上記記載のセルバランス装置において、前記定電流源の電流値は可変であることが好ましい。
一般的に、大きい電流により充電を行うと、均等化に要する時間が短くなる一方、電力損失は大きくなる。従って、理想的に充電を行う場合には、充電時間との兼ね合いで、なるべく小さい電流値により充電を行うことが好ましい。
本発明によれば、定電流源の電流値を可変にすることにより、適切な電流値に設定することが可能となるので、セルバランス補正、つまり残容量の均等化の効率を高めることが可能となる。

上記記載のセルバランス装置において、前記制御手段は、前記組電池を構成する前記セルの状態と推定停止時間とに基づいて、前記定電流源から供給する電流値を変化させることが好ましい。
制御手段が、組電池を構成する前記セルの状態と推定停止時間とに基づいて、自動的に定電流源の電流値を設定するので、組電池の状態に応じた適切な電流値の電流により、セル間の残容量の均等化を図ることが可能となる。
上記セルの状態には、容量劣化が含まれる。この容量劣化は、セルの電圧変化に基づいて推定することができる。

上記記載のセルバランス装置において、前記セル特定手段は、移動体の停止から所定時間経過後に、前記電圧センサから各セルの電圧値を取得し、これら電圧値に基づいて、電流を補充する充電対象セルを特定することが好ましい。
一般的に、セルの電圧は、内部接触抵抗や化学反応などの影響により、移動体の停止直後には、電圧が安定していない。従って、移動体の停止から所定時間経過後に、電圧センサから各セルの電圧値を取得することにより、電圧安定後における正確な電圧値に基づいて、充電対象セルを特定することが可能となる。これにより、残容量の均等化の精度を高めることが可能となる。

本発明は、複数のセルが直列に接続されて構成され、移動体の駆動電源として使用される組電池と、前記組電池の前記セル間の残容量を均等化するセルバランス装置とを備え、前記セルバランス装置は、定電流源と、各セルの電圧値を検出する電圧センサと、前記移動体の停止中において、前記電圧センサから各セルの電圧値を取得し、これら電圧値に基づいて、電流を補充する充電対象セルを特定するセル特定手段と、前記移動体の停止中において、前記セル特定手段により特定された前記充電対象セルに対して、前記定電流源から電流を供給させる制御手段とを有し、前記セル特定手段は、前記移動体の停止後におけるセルの電圧又は組電池の電圧をモニタし、セルの電圧又は組電池の電圧の時間変化率が所定値以下になった時点或いはその後に、前記電圧センサから各セルの電圧値を取得し、これら電圧値に基づいて、電流を補充する充電対象セルを特定する蓄電装置を提供する。

本発明は、移動体の駆動電源用の組電池に使用され、複数のセルが直列に接続されて構成される前記組電池の前記セル間の残容量を均等化するセルバランス方法であって、前記移動体の停止中において、各セルの電圧値を検出する第１過程と、検出した前記各セルの電圧値に基づいて、電流を補充する充電対象セルを特定する第２過程と、前記移動体の停止中において、特定した前記充電対象セルに対して、定電流源から電流を供給させる第３過程とを有し、前記第２過程では、前記移動体の停止後におけるセルの電圧又は組電池の電圧をモニタし、セルの電圧又は組電池の電圧の時間変化率が所定値以下になった時点或いはその後に、前記電圧センサから各セルの電圧値を取得し、これら電圧値に基づいて、電流を補充する充電対象セルを特定するセルバランス方法を提供する。

本発明は、移動体の駆動電源用の組電池に使用され、複数のセルが直列に接続されて構成される前記組電池の前記セル間の残容量を均等化するセルバランス処理をコンピュータに実行させるためのセルバランスプログラムであって、前記移動体の停止中において、電圧センサにより検出された各セルの電圧値を取得する第１ステップと、取得した前記セルの電圧値に基づいて、電流を補充する充電対象セルを特定する第２ステップと、前記移動体の停止中において、充電対象セルに対して、定電流源から電流を供給させる第３ステップとを有し、前記第２ステップでは、前記移動体の停止後におけるセルの電圧又は組電池の電圧をモニタし、セルの電圧又は組電池の電圧の時間変化率が所定値以下になった時点或いはその後に、前記電圧センサから各セルの電圧値を取得し、これら電圧値に基づいて、電流を補充する充電対象セルを特定するセルバランスプログラムを提供する。

本発明のセルバランス装置及び方法並びにプログラムによれば、移動体が停止したときに、定電流電源を起動させて充電対象セルに電流を供給するので、セルの内部抵抗や化学反応に起因する計測誤差を解消することが可能となる。これにより、高い精度でセルバランス補正を実現することが可能となる。
また、停止中にのみセルバランス補正を実施するため、大電流による充電が不要となり、装置の大型化を回避することができる。

以下、本発明のセルバランス装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。

〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係るセルバランス装置の構成図である。
図１に示すように、本実施形態のセルバランス装置は、複数のセル１０が直列に接続された複数のモジュール１１（ここでは、一例として、Ｋ番目とＫ＋１番目に接続されているモジュールについて図示している）を直列に接続して構成される組電池のセル間の残容量を均等化するものである。ここで、セル１０としては、例えば、リチウムイオン電池などの二次電池やキャパシタ、二重層コンデンサなどが挙げられる。
本実施形態のセルバランス装置は、定電流源２０と、電圧センサ３０と、電圧監視部４０とを備えて構成されている。定電流源２０及び電圧監視部４０は、上記モジュール１１毎にそれぞれ１つずつ設けられている。電圧センサ３０は、組電池を構成する全てのセル１０に対応して１つずつ設けられている。

上記定電流源２０は、スイッチング素子６０を介して、対応するモジュール１１を構成する各セル１０と接続されている。定電流源２０は、例えば、図２又は図３に示すように、増幅器（アンプ）、定電圧素子、トランジスタなどを用いて構成され、電流値を一定に制御して、セルに供給する。なお、定電流源２０の具体的な構成例については、上記例に限られず、実装に応じて当業者が適宜設計することができるものである。例えば、上記例以外にも、電池充電制御用の専用ＩＣを用いて構成することも可能である。
定電流源２０は、図１に示した絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ５０を介して組電池と接続され、この組電池から駆動電力の供給を受けている。具体的には、組電池の電圧は、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ５０により、所定の電圧に降圧されて、定電流源２０に供給される。

電圧センサ３０は、各セル１０の電圧値を計測し、この電圧値をそのセルが属するモジュール１１に対応して設けられている電圧監視部４０に出力する。
電圧監視部４０は、ＣＰＵや他の電圧比較回路を持つ１または複数の論理回路で構成されている。電圧監視部４０は、電圧センサ３０からセル電圧値を取得し、モジュール１１を構成するセル１０の電圧値を比較して、後述する所定の条件に従って、定電流源２０を起動する起動信号を出力するとともに、スイッチング素子に対して切替信号を出力する。
具体的には、電圧監視部４０は、電圧センサ３０から取得したそれぞれの電圧値を比較して、最高電圧のセルよりも電圧値が設定値以上低いセルを選定し、選定したセルの中で最も電圧値の低いセルを充電対象セルとして特定する機能（セル特定手段）と、充電対象セルとして特定した充電対象セルと定電流源２０との間に設けられているスイッチング素子６０を作動（オン）させることにより、定電流源２０から充電対象セルに対して電流を供給させる機能（制御手段）とを備えている。

次に、本実施形態に係るセルバランス装置の動作について説明する。
まず、組電池は、ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicles；ハイブリッド電気自動車）や、電動フォークリフト等の移動体に搭載され、移動体の走行用モータの駆動電源として利用される。そして、本実施形態に係るセルバランス装置は、この組電池とともに、移動体に搭載され、この移動体の停止時において、残容量の少ない所定のセルに対して電流を補給することにより、組電池を構成する全てのセルの残容量の均等化を図るものである。
本実施形態では、組電池を構成するモジュール１１ごとに、残容量の均等化が行われる。ここでは、複数のモジュールが直列に接続されている組電池において、Ｋ＋１番目に接続されているモジュール１１を例にあげ、セルバランス装置の動作について説明する。
まず、移動体の停止時において、各セル１０に対応して設けられた電圧センサ３０により、セル電圧が計測され、この電圧計測値が当該モジュール１１に対応して設けられている電圧監視部４０に入力される。ここで、移動体が停止したか否かは、例えば、組電池に流れる電流がゼロになったか否か、或いは、イグニッションキーの操作などに基づいて判定される。

電圧監視部４０は、入力された当該モジュール１１に属する全てのセル１０の電圧値を比較し、この中から最高電圧のセルより所定値（例えば、２５ｍＶ）以上電圧が低いセル１０を選定する。この結果、選定されたセルが１つであれば、このセルを充電対象セルとして特定する。そして、この充電対象セル１０に対応するスイッチング素子６０をオンすることにより、充電対象セルと定電流源２０とを接続し、その後、定電流源２０に対して起動信号を出力することにより、定電流源２０を起動させる。
この結果、充電対象セルには、定電流源２０から電流が供給され、他のセルとの残容量の差（電圧差）が除々に解消される。電圧監視部４０は、充電対象セルの電圧値と最高電圧値との電圧差が１５ｍＶ以下になった時点で、電流供給を停止させる。

一方、最高電圧のセル１０より２５ｍＶ（ミリボルト）以上電圧が低いセル１０がモジュール１１内に複数存在した場合、電圧監視部４０は、各モジュール内で順次最も電圧値が低いセル１０を充電対象セルとして特定し、この充電対象セルに対応するスイッチング素子６０をオンさせることにより、定電流源２０と充電対象セルとを接続させる。これにより、定電流源２０から充放電セルへ電流が流れ、充放電セルの電圧値は除々に上昇する。電圧監視部４０は、充電対象セルの電圧値と最高電圧値との電圧差が１５ｍＶ以下になった時点で、このセルへの電流供給を停止させる。続いて、この時点で、最も電圧値が低いセルを充電対象セルとして特定し、このセルに対して、上述と同様に定電流源２０からの電流供給を開始させる。
そして、上記定電流源からの電流供給は、当該モジュール１１内から最高電圧のセルより２５ｍＶ以上電圧が低いセルがなくなるまで、或いは、移動体が走行を開始するまで繰り返し行われることとなる。

以上述べたように、本実施形態に係るセルバランス装置によれば、以下の効果を奏する。
第１に、移動体の停止中に検出されたセル電圧に基づいて、充電が必要な充電対象セルを特定して、セルの残容量の均等化を実施するため、接触抵抗やセル内部インピーダンスによる電圧計測誤差が生じず、精度の高い電圧値を測定することが可能となる。これにより、各セルの残容量を高い精度で均等化することができる。更に、移動体の停止中に充電を実施することにより、比較的長時間にわたりゆっくりと充電を行うことが可能となるので、小さい電流値による充電電流により充電を行うことができる。これにより、セルバランス装置の大型化を回避することが可能となる。
第２に、モジュール毎に定電流源２０を設置するため、定電流源２０の設置数を少なくでき、製造コストを大幅に削減することができる。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係るセルバランス装置について説明する。
上述した第１の実施形態に係るセルバランス装置では、各電圧監視部４０が各モジュールを構成する各セルの残容量の均等化をそれぞれ個別に行っていた。
これに対して、本実施形態に係るセルバランス装置では、図４に示すように、各モジュール１１にそれぞれ設けられた電圧監視部４０が、情報伝達媒体７０を介してそれぞれ接続される構成をとる。

以下、本実施形態に係るセルバランス装置の動作について説明する。
まず、各モジュール１１に対応して設けられた電圧監視部４０は、電圧センサ３０から各セルの電圧計測値を取得すると、これら電圧計測値を保有するとともに、他の電圧監視部４０に対して、これら電圧計測値を情報伝達媒体７０を介して送信する。この情報の送受信を各電圧監視部４０がそれぞれ実行することにより、各電圧監視部４０は、組電池を構成する全てのセルの電圧計測値を取得する。
電圧監視部４０は、組電池を構成する全てのセルの電圧計測値の中から最高電圧値を抽出する。続いて、自己が属するモジュール１１内のセルにおいて、この最高電圧値に対して所定値（例えば、２５ｍＶ）以上、電圧値が低いセルを選定し、選定したセルに対して順次、上述した第１の実施形態に係るセルバランス装置と同様に、定電流源２０から電流の供給を行うことにより、各セルの残容量の均等化を図る。

以上述べたように、本実施形態に係るセルバランス装置によれば、組電池を構成する全てのセルの中から最高電圧値のセルを抽出し、この最高電圧値を基準として、充電を行うべきセルを選定し、選定したセルに対して順次充電を行うので、モジュール１１間における残容量のバラツキまでも解消させることが可能となる。これにより、組電池全体としての残容量の均等化を実現させることができる。

〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態に係るセルバランス装置について説明する。
本実施形態に係るセルバランス装置では、図４に示した第２の実施形態に係るセルバランス装置において、定電流源２０の電流値を可変とする。
具体的には、図５に示すように、電圧監視部４０に、定電流源２０の電流値の変更を手動で行えるような定電流設定器８０を付加する。そして、電圧監視部４０は、定電流源２０に対して起動信号を出力する際に、定電流設定器８０により設定された電流値に基づく電流値指令を付加して出力する。これにより、起動信号を受けた定電流源２０は、電流値指令に基づく電流値の電流を充電対象セルに供給する。
以上述べたように、本実施形態に係るセルバランス装置によれば、定電流源２０の電流値を可変にすることにより、セルの残容量のばらつきなどに応じた適切な電流値でセルに対して電流を供給することが可能となるので、均等化の効率を高めることが可能となる。

なお、上述したように、手動で電流値を設定する手法のほか、例えば、電圧監視部４０に、適切な電流値指令を出力するための定電流設定機能を付加し、これにより、自動的に電流値の設定を行うように構成しても良い。
この場合、電圧監視部４０は、セルの状態と推定停止時間とに応じて、定電流現２０の電流値を設定する。例えば、推定停止時間が長いほど、電流値を小さく設定し、セルの状態、例えば、残容量のばらつきが大きいほど、電流値を大きく設定する。
充電電流は、できるだけ小さく設定することが好ましいため、電圧監視部４０は、推定停止時間において、残容量の均等化を終了できる最小の電流値に定電流源２０の電流値を設定する。

上記推定停止時間は、例えば、今までの走行状態に基づいて推定することが可能である。具体的には、車両の停止時間を毎回保持しておき、今までの平均停止時間を推定停止時間として採用することが可能である。
ここで、「車両の停止時間」は、信号待ちなどにより車両が停止している期間、つまり、停止している時間が比較的短い場合と、車両を駐車してから次回車両を走行させるまでの期間、つまり、停止している時間が比較的長い場合とに大別される。
これは、例えば、イグニッションキーがオンになっている場合と、オフになっている場合とで区別することができる。そこで、イグニッションキーがオンになっている場合と、オフになっている場合とで、２つのモードを設け、イグニッションキーのオンオフに応じて、採用する推定停止時間を分けるようにするとよい。これにより、信号待ちによる停止であるにもかかわらず、長い推定時間が採用されることにより、適切でない電流値が設定されることを回避することができる。

以上述べたように、電圧監視部４０が、組電池を構成する前記セルの状態（例えば、劣化状態）と推定停止時間とに基づいて、自動的に定電流源２０の電流値を設定することにより、組電池の状態に応じた適切な電流値の電流により、セル間の残容量の均等化を図ることが可能となる。
また、この手法によれば、移動体の走行状態に追随して電流値を変化させることができるので、適切な電流値において充電を実現させることが可能となる。

〔第４の実施形態〕
次に、第４の実施形態に係るセルバランス装置について説明する。
本実施形態に係るセルバランス装置は、図６に示すように、上述した第２の実施形態に係るセルバランス装置において、電圧監視部４０がタイマ９０を更に備えている。電圧監視部４０は、移動体が停止した時点で、タイマ９０を起動させ、予め設定されている所定時間経過後に、電圧センサ３０からそれぞれの電圧値を取得し、取得したこれらの電圧値を比較して、充電対象セルを特定する。そして、この充電対象セルに対して、定電流源２０から電流を供給する。

組電池を構成するセルは、化学反応を利用して電力を充放電するリチウムイオン電池などが一般的に採用されている。このようなセルでは、電流が流れなくなった後においても、セル内部の化学反応の影響により、セル間電圧が変化する。つまり、電流が流れなくなった後において、セルの電圧が一定値に落ち着くまでに時間がかかる。
本実施形態に係るセルバランス装置では、移動体が停止した直後に、セル電圧を取得するのではなく、移動体が停止した時点から所定時間経過後に、電圧センサからセル電圧を取得し、この取得したセル電圧に基づいて充電を行う充電対象セルを特定する。そして、特定した充放電対象セルに対して、定電流源からの充電を行う。
このように、セルの状態が安定した後のセル電圧に基づいて充電対象セルを特定するので、化学反応の影響による計測誤差を解消することができる。これにより、残容量（セル電圧）を正確に検出することができるので、セルの残容量の均等化を高い精度で実現させることが可能となる。

なお、上述したタイマ９０による手法のほか、例えば、各セルの電圧変化率が所定値以下となった場合に、そのときの電圧値に基づいて、充電対象セルの特定を行うようにしても良い。具体的には、電圧監視部４０が、各電圧センサ３０から取得した各セルの電圧値に基づいて、各セルの電圧変化率を算出し、全てのセルの電圧変化率が所定値以下となった場合に、セルの状態が安定したと判断して、このときの電圧値に基づいて充電対象セルの特定を行う。
このように、電圧変化率をモニタすることにより、セルの状態をより正確に把握することが可能となる。これにより、化学反応によるセル電圧などの測定誤差を更に低減させることが可能となり、セルの残容量の均等化をより高い精度で実現させることが可能となる。
なお、各セルの電圧変化率に代わって、組電池の電圧変化率、各モジュールの電圧変化率を利用するようにしても良い。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
第１に、電圧監視部４０は実装に応じて適宜所定数設けられるものであり、具体的には、各モジュールに対応して設けるか、すべてのモジュールの電圧を集中して監視制御すべく当該装置に１つ設けること、つまり、組電池に対して１つ設けることが考えられる。
第２に、定電流源２０は、図７に示すように、各セルに対応してそれぞれ設けるようにしても良い。つまり、１つのセル１０に対して１つの定電流源２０を設けるようにしても良い。このような構成によれば、スイッチング素子６０が不要となるので、スイッチング素子の切り替えによる時間的ロスを解消することが可能となる。これにより、均一化を迅速に行うことができる。

第３に、定電流源２０は、駆動電力の供給を上記組電池から受ける場合のほか、例えば、モジュール内の電池又は所定の外部電源装置から電力の供給を受けるようにしても良い。このように、外部電源装置から定電流源の駆動電源の供給を受けることにより、組電池の電力を減少させることなく、セルの残容量の均等化を図ることが可能となる。なお、外部電源装置は、セルバランス装置に内蔵しても良いし、外部に備えてもよい。

第４に、電圧監視部４０は、例えば、図示しないＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＯＭ（Read
Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等により構成されていても良い。この場合、電圧監視部４０が上述したような各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラムの形式でＲＯＭ等に記録されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述の各種機能が実現される。
第５に、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ５０に代わって、ＡＣ／ＤＣコンバータを用いるようにしても良い。また、ＡＣ／ＤＣコンバータに代わって、トランスを用いるようにしても良い。

本発明の第１の実施形態に係るセルバランス装置の構成図である。 図１に示した定電流源の一構成例を示す図である。 図１に示した定電流源の一構成例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るセルバランス装置の構成図である。 本発明の第３の実施形態に係るセルバランス装置の構成図である。 本発明の第４の実施形態に係るセルバランス装置の構成図である。 本発明の一実施形態に係るセルバランス装置の変形例を示す図である。

符号の説明

１０ セル
１１ モジュール
２０ 定電流源
３０ 電圧センサ
４０ 電圧監視部
６０ スイッチング素子
７０ 情報伝達媒体
８０ 定電流設定器
９０ タイマ

Claims (13)

1. 移動体の駆動電源用の組電池に使用され、複数のセルが直列に接続されて構成される前記組電池の前記セル間の残容量を均等化するセルバランス装置であって、
   定電流源と、
   各セルの電圧値を検出する電圧センサと、
   前記移動体の停止中において、前記電圧センサから各セルの電圧値を取得し、これら電圧値に基づいて、電流を補充する充電対象セルを特定するセル特定手段と、
   前記移動体の停止中において、前記セル特定手段により特定された前記充電対象セルに対して、前記定電流源から電流を供給させる制御手段と
   を有し、
   前記セル特定手段は、前記移動体の停止後におけるセルの電圧又は組電池の電圧をモニタし、セルの電圧又は組電池の電圧の時間変化率が所定値以下になった時点或いはその後に、前記電圧センサから各セルの電圧値を取得し、これら電圧値に基づいて、電流を補充する充電対象セルを特定するセルバランス装置。
2. 前記セル特定手段は、前記電圧センサから取得した各セルの電圧値を比較して、最高電圧のセルよりも電圧値が設定値以上低いセルの中で、最も電圧値が低いセルを充電対象セルとして特定する請求項１に記載のセルバランス装置。
3. 前記定電流源は、前記組電池を構成する各セルにそれぞれ対応して設けられており、
   前記制御手段は、前記充電対象セルに対応する前記定電流源を起動させることにより、前記定電流源から前記充電対象セルに電流を供給させる請求項１又は請求項２に記載のセルバランス装置。
4. 前記組電池は、複数のセルを有する複数のモジュールに分割されており、
   前記モジュール毎に、前記定電流源、前記セル特定手段、及び前記制御手段がそれぞれ設けられ、
   前記定電流源は、スイッチング手段を介して前記セルのそれぞれと接続されており、
   前記セル特定手段は、前記モジュールを構成する各セルの電圧値を比較して、最高電圧のセルよりも電圧値が設定値以上低いセルの中で、最も電圧値が低いセルを充電対象セルとして特定し、
   前記制御手段は、前記移動体の停止中において、前記セル特定手段により特定された前記充電対象セルと前記定電流源とを接続する前記スイッチング手段を作動させることにより、前記定電流源から電流を供給させる請求項１に記載のセルバランス装置。
5. 前記モジュール毎に対応して設けられている前記セル特定手段は、相互にセルの電圧値を送受信して、前記組電池を構成する全セルの中における最高電圧値を特定し、前記最高電圧値よりも電圧値が所定値以上低いセルを自己のモジュールの中から選定し、選定した前記セルのうち、最も低いセルを充電対象セルとして特定する請求項４に記載のセルバランス装置。
6. 前記定電流源は、前記モジュール内の電池から駆動電力の供給を受ける請求項１から請求項５のいずれかの項に記載のセルバランス装置。
7. 前記定電流源は、前記組電池から駆動電力の供給を受ける請求項１から請求項５のいずれかの項に記載のセルバランス装置。
8. 前記定電流源は、所定の外部電源装置から駆動電力の供給を受ける請求項１から請求項５のいずれかの項に記載のセルバランス装置。
9. 前記定電流源の電流値は可変である請求項１から請求項８のいずれかの項に記載のセルバランス装置。
10. 前記制御手段は、前記組電池を構成する前記セルの状態と推定停止時間とに基づいて、前記定電流源から供給する電流値を変化させる請求項１から請求項９のいずれかの項に記載のセルバランス装置。
11. 複数のセルが直列に接続されて構成され、移動体の駆動電源として使用される組電池と、前記組電池の前記セル間の残容量を均等化するセルバランス装置とを備え、
    前記セルバランス装置は、
    定電流源と、
    各セルの電圧値を検出する電圧センサと、
    前記移動体の停止中において、前記電圧センサから各セルの電圧値を取得し、これら電圧値に基づいて、電流を補充する充電対象セルを特定するセル特定手段と、
    前記移動体の停止中において、前記セル特定手段により特定された前記充電対象セルに対して、前記定電流源から電流を供給させる制御手段と
    を有し、
    前記セル特定手段は、前記移動体の停止後におけるセルの電圧又は組電池の電圧をモニタし、セルの電圧又は組電池の電圧の時間変化率が所定値以下になった時点或いはその後に、前記電圧センサから各セルの電圧値を取得し、これら電圧値に基づいて、電流を補充する充電対象セルを特定する蓄電装置。
12. 移動体の駆動電源用の組電池に使用され、複数のセルが直列に接続されて構成される前記組電池の前記セル間の残容量を均等化するセルバランス方法であって、
    前記移動体の停止中において、各セルの電圧値を検出する第１過程と、
    検出した前記各セルの電圧値に基づいて、電流を補充する充電対象セルを特定する第２過程と、
    前記移動体の停止中において、特定した前記充電対象セルに対して、定電流源から電流を供給させる第３過程と
    を有し、
    前記第２過程では、前記移動体の停止後におけるセルの電圧又は組電池の電圧をモニタし、セルの電圧又は組電池の電圧の時間変化率が所定値以下になった時点或いはその後に、前記電圧センサから各セルの電圧値を取得し、これら電圧値に基づいて、電流を補充する充電対象セルを特定するセルバランス方法。
13. 移動体の駆動電源用の組電池に使用され、複数のセルが直列に接続されて構成される前記組電池の前記セル間の残容量を均等化するセルバランス処理をコンピュータに実行させるためのセルバランスプログラムであって、
    前記移動体の停止中において、電圧センサにより検出された各セルの電圧値を取得する第１ステップと、
    取得した前記セルの電圧値に基づいて、電流を補充する充電対象セルを特定する第２ステップと、
    前記移動体の停止中において、充電対象セルに対して、定電流源から電流を供給させる第３ステップと
    を有し、
    前記第２ステップでは、前記移動体の停止後におけるセルの電圧又は組電池の電圧をモニタし、セルの電圧又は組電池の電圧の時間変化率が所定値以下になった時点或いはその後に、前記電圧センサから各セルの電圧値を取得し、これら電圧値に基づいて、電流を補充する充電対象セルを特定するセルバランスプログラム。

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