JP5126403B1 - 充放電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池セルに供給可能な範囲の最大電流に応じた一定幅のパルスを用いて、二次電池セル各々が所定の電位差になるまで充電をし、均等化処理時間を短縮する二次電池充電装置を提供する。
【解決手段】直列に接続される隣り合う二次電池セルと、直列に接続されるスイッチ素子とが並列に接続され、直列に接続される隣り合う二次電池セルの間と、直列に接続されるスイッチ素子の間とに接続されるインダクタを用いて、隣り合う二次電池セルの電圧を均等にする１つ以上の回路について、閾値以上である第２の電圧差に対応する隣り合う二次電池セルを検出し、検出した隣り合う二次電池セル各々に対して、第２の電圧差により決まる二次電池セルが許容できる最大電流を供給可能な一定のパルス幅を用いて、一定周期ごとにスイッチ素子各々を交互に導通と遮断を切り替え、検出した隣り合う前記二次電池セルの電圧を均等にさせる充放電制御装置である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、二次電池セルの充放電を制御する充放電制御装置に関する。

従来、複数の二次電池セルの電圧を均等にする処理として、二次電池セル各々と並列に接続された抵抗を用いて、二次電池セル各々の電圧を複数の二次電池セルのうち最小の電圧に揃えるパッシブ方式の電圧均等化処理が知られている。しかし、パッシブ方式の電圧均等化処理では、抵抗の発熱を抑え、二次電池セル各々の均等化を行うため、電圧均等化に長時間を要することがある。

また、アクティブ方式を使った二次電池セルの電圧均等化処理が提案されている。しかし、アクティブ方式の制御方法では、二次電池セル各々の電圧の差に応じてPulse Width Modulation（ＰＷＭ）制御を行っているため、目標とする電圧差が小さい場合に、電圧均等化に時間がかかることがある。

関連する技術として、例えば、充電電流を切り替える基準値を電池の種類と型番ごとに設定する煩雑さをなくすとともに、基準値を固定した場合の充電特性のばらつきを低減させることを目的とした急速充電回路が知られている。この急速充電回路によれば、二次電池を充電するための電流を発生する電源と、その電源からの電流を所定周期の電流パルスに切り換えて二次電池に供給する電流切換手段を備えている。また、電流パルスのオフ直後の第１タイミングと、電流パルスのオフ期間中であって第１タイミングよりも遅い第２タイミングとを設定し、設定された各タイミングにおける二次電池の電圧を計測する。そして、計測した各タイミングにおける電圧の差を所定の基準値と比較し、比較結果により電流パルスの電流値を変更する。その結果、充電中の過電圧の変化をとらえてガス発生を抑えて電流を切り換えることができ、二次電池の種類、型番による充電特性のばらつきを低減する。例えば、特許文献１など。

また、関連する技術として、例えば充電される二次電池の履歴を問わず、過充電や充電不足を生じることなく、適正な充電を行う充電装置が知られている。その充電装置によれば、パルス電流の通電期間中の電圧と非通電期間中の電圧との差電圧を求め、差電圧が許容最大差電圧より大きいか否かで電池の状態を判定する。その後、判定結果である電池の状態と差電圧とに応じて、電池温度を大幅に上昇させることなく放電容量を増大させるように充電電流の電流値及びデューティ比を変化させる。例えば、特許文献２など。

また、関連する技術として、例えば直列に接続された１対のバッテリに接続されたバッテリ充電等化器モジュールのスイッチング装置の切り替えを制御する制御装置が知られている。この制御装置によれば、２つのバッテリ間の電圧差が小さくなると、充電電流のレベルを低くする。例えば、特許文献３など。

また、関連する技術として、例えば被充電電池の電池電圧と充電用入力電圧との電位差を求め、この電位差に応じた充電デューティを満たすように充電入力電圧を被充電電池に対してパルス通電をする技術が知られている。その技術によれば、通電パルスを可変調節して、任意の充電電流をもって被充電電池を充電する。例えば、特許文献４など。

また、関連する技術として、例えば一定パルス幅の充電パルスを用いてパルス充電を行う充電方法が知られている。その充電方法によれば、充電パルスが発生する毎に該充電パルスにより充電を行っている期間中の充電電圧の電圧変化率を測定し、電圧変化率が設定値以上になるまでは充電パルスを基準周期で発生し、電圧変化率が設定値以上になった後は、所定の周期に変更して充電を行う。例えば、特許文献５など。

特開平０９−２３３７２５号公報 特開平０８−１８２２１５号公報 特表２００３−５１３６０５号公報 特開２０００−３１６２３７号公報 特開平０６−０３０５３０号公報

本発明は、アクティブ方式の電圧均等化処理において、二次電池セルに供給可能な範囲の最大電流に応じた一定幅のパルスを用いて、二次電池セル各々が所定の電位差になるまで充電をし、均等化処理時間を短縮する二次電池充電装置を提供することを目的とする。

本発明の態様のひとつである充放電制御装置は、隣り合う二次電池セルを均等化する１つ以上の回路、電圧計測部、制御部を有する。
回路は、直列に接続される隣り合う二次電池セルと、直列に接続されるスイッチ素子とが並列に接続されている。また、直列に接続される隣り合う上記二次電池セルの間と、直列に接続される上記スイッチ素子の間とに接続されるインダクタを用いて、隣り合う上記二次電池セルの電圧を均等にする。電圧計測部は、上記二次電池セル各々の電圧を計測する。

制御部は、計測した上記二次電池セルの電圧の最大値と最小値の第１の電圧差を求め、上記二次電池セル各々の電圧が均等であるか否かを判定するための第１の閾値と比較する。そして、上記第１の電圧差が第１の閾値以上であるとき、隣り合う前記二次電池セル各々について第２の電圧差を求め、上記閾値以上である前記第２の電圧差に対応する隣り合う前記二次電池セルを検出する。その後、検出した隣り合う上記二次電池セル各々に対して、上記第２の電圧差により決まる上記二次電池セルが許容できる最大電流を供給可能な一定のパルス幅を用いて、一定周期ごとに上記スイッチ素子各々を交互に導通と遮断を切り替え、検出した隣り合う前記二次電池セルの電圧を均等にさせる。

実施の形態によれば、電圧均等化処理にかかる時間を短縮することができるという効果を奏する。

図１は、充放電制御装置の一実施例を示す図である。 図２は、実施形態１の充放電制御装置の動作の一実施例を示すフロー図である。 図３は、記憶部２に記憶されている電圧計測情報、最大値最小値情報、隣接セル情報、パルス幅情報、隣接セル制御情報のデータ構造の一実施例を示す図である。 図４は、実施形態２の充放電制御装置の動作の一実施例を示すフロー図である。

以下図面に基づいて、実施形態について詳細を説明する。
図１は、充放電制御装置の一実施例を示す図である。なお、本実施形態の充放電制御装置は、プラグインハイブリット車、電気自動車、またはフォークリフトなどの車両に搭載されることが考えられる。ただし、上記車両に限定されるものではない。

図１の充放電制御装置は、制御部１、記憶部２、二次電池セル３（３ａ〜３ｄ）、電圧計測部４、インダクタＬ１〜Ｌ３、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６、ＳＷ１１〜ＳＷ１８を備えている。

制御部１は充放電制御装置の各部を制御する。制御部１は、例えば、車両に搭載される電池Electronic Control Unit（ＥＣＵ）などが考えられる。なお、制御部１は、Central Processing Unit（ＣＰＵ）やプログラマブルなデバイス（Field Programmable Gate Array（ＦＰＧＡ）、Programmable Logic Device（ＰＬＤ）など）を用いることが考えられる。

記憶部２は、制御部１が実行するプログラム、各種テーブルなどのデータが記憶されている。また、記憶部２はRead Only Memory（ＲＯＭ）、Random Access Memory（ＲＡＭ）などのメモリやハードディスクなどが考えられる。なお、記憶部２にはパラメータ値、変数値などのデータを記録してもよいし、実行時のワークエリアとして用いてもよい。制御部１の詳細については後述する。

電圧計測部４は、二次電池セル３（３ａ〜３ｄ）各々の電圧を計測する。
二次電池セル３ａ〜３ｄが直列に接続されている二次電池ブロックは、放電時は不図示の負荷に接続され、充電時不図示の充電器などに接続される。負荷は、例えば、車両用の駆動モータなどが考えられる。充電器は、例えば、車両に設けられ、ＡＣ１００ＶまたはＡＣ２００Ｖを用いて二次電池セル３ａ〜３ｄに充電する充電器が考えられる。

インダクタＬ１〜Ｌ３は、隣り合う二次電池セル３ａ〜３ｄを均等にするために用いられる。
スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６、スイッチ素子ＳＷ１１〜ＳＷ１８は電圧均等化処理を行う回路で用いる。なお、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６、ＳＷ１１〜ＳＷ１８は、例えば、Metal Oxide Semiconductor field Effect Transistor（ＭＯＳＦＥＴ）などにより構成され、制御部１から出力される制御信号（図１の破線は制御配線）によりオンオフされる。なお、スイッチ素子はＭＯＳＦＥＴに限定されるものではなく、スイッチの機能を有するものであればよくリレーなどを用いてもよい。

図１に示す回路の構成について説明する。
スイッチ素子ＳＷ１の一方の端子と二次電池セル３ａの正極端子とスイッチ素子ＳＷ１１の一方の端子が接続されている。スイッチ素子ＳＷ１の他方の端子とスイッチ素子ＳＷ２の一方の端子とインダクタＬ１の一方の端子とが接続されている。二次電池セル３ａの負極端子とインダクタＬ１の他方の端子とスイッチ素子ＳＷ３の一方の端子とスイッチ素子ＳＷ１２の一方の端子とスイッチ素子ＳＷ１３の一方の端子と二次電池セル３ｂの正極端子とが接続されている。

スイッチ素子ＳＷ２の他方の端子とスイッチ素子ＳＷ５の一方の端子とインダクタＬ２の一方の端子と二次電池セル３ｂの負極端子とスイッチ素子ＳＷ１４の一方の端子とスイッチ素子ＳＷ１５の一方の端子と二次電池セル３ｃの正極端子とが接続されている。

インダクタＬ２の他方の端子とスイッチ素子ＳＷ３の他方の端子とスイッチ素子ＳＷ４の一方の端子とが接続されている。
スイッチ素子ＳＷ５の他方の端子とスイッチ素子ＳＷ６の一方の端子とインダクタＬ３の一方の端子とが接続されている。

二次電池セル３ｃの負極端子とインダクタＬ３の他方の端子とスイッチ素子ＳＷ４の他方の端子とスイッチ素子ＳＷ１６の一方の端子とスイッチ素子ＳＷ１７の一方の端子と二次電池セル３ｄの正極端子とが接続されている。

スイッチ素子ＳＷ６の他方の端子とスイッチ素子ＳＷ１８の一方の端子と二次電池セル３ｄの負極端子とが接続されている。
スイッチ素子ＳＷ１１の他方の端子とスイッチ素子ＳＷ１３の他方の端子とスイッチ素子ＳＷ１５の他方の端子とスイッチ素子ＳＷ１７の他方の端子と電圧計測部４の一方の端子とが接続されている。

スイッチ素子ＳＷ１２の他方の端子とスイッチ素子ＳＷ１４の他方の端子とスイッチ素子ＳＷ１６の他方の端子とスイッチ素子ＳＷ１８の他方の端子と電圧計測部４の他方の端子とが接続されている。

制御部１について説明する。
電圧均等化処理は、隣り合う二次電池セル３ａ〜３ｄを充放電するためのインダクタＬ１〜Ｌ３を用いて、隣り合う二次電池セル３の電圧を順次均等にする。二次電池セル３ａの電圧と二次電池セル３ｂの電圧を均等にする場合、インダクタＬ１とスイッチ素子ＳＷ１とスイッチ素子ＳＷ２を用いて電圧を均等にする。二次電池セル３ｂの電圧と二次電池セル３ｃの電圧を均等にする場合、インダクタＬ２とスイッチ素子ＳＷ３とスイッチ素子ＳＷ４を用いて電圧を均等にする。二次電池セル３ｃの電圧と二次電池セル３ｄの電圧を均等にする場合、インダクタＬ３とスイッチ素子ＳＷ５とスイッチ素子ＳＷ６を用いて電圧を均等にする。

電圧均等化処理について説明する。
まず、二次電池セル３ａと二次電池セル３ｂの各電圧を均等にするには、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２を交互に断続して動作（導通状態と遮断状態を切り替える）させ、二次電池セル３ａと二次電池セル３ｂとの間でインダクタを介して電荷の移動をして電圧を均等にする。二次電池セル３ａと二次電池セル３ｂの各電圧を均等にするとき、他のスイッチ素子は遮断状態である。また、交互に断続して動作させる制御信号として、制御部１が、スイッチ素子ＳＷ１にパルス信号を出力し、スイッチ素子ＳＷ２にパルス信号を反転させた反転パルス信号を出力する。

次に、隣り合う二次電池セル３ａと二次電池セル３ｂの電圧が均等になると、次の隣り合う二次電池セル３ｂと二次電池セル３ｃを選択する。
二次電池セル３ｂの電圧と二次電池セル３ｃの各電圧を均等するに場合は、スイッチ素子ＳＷ３、ＳＷ４を交互に断続して動作（導通状態と遮断状態を切り替える）させ、二次電池セル３ｂと二次電池セル３ｃとの間で電荷の移動をして電圧を均等にする。二次電池セル３ｂと二次電池セル３ｃの各電圧を均等にするとき、他のスイッチ素子は遮断状態である。また、交互に断続して動作させる制御信号として、制御部１が、スイッチ素子ＳＷ３にパルス信号を出力し、スイッチ素子ＳＷ４にパルス信号を反転させた反転パルス信号を出力する。

次に、隣り合う二次電池セル３ｃと二次電池セル３ｄの電圧が均等になると、次の隣り合う二次電池セル３ｃと二次電池セル３ｄを選択する。
二次電池セル３ｃの電圧と二次電池セル３ｄの各電圧を均等するに場合は、スイッチ素子ＳＷ５、ＳＷ６を交互に断続して動作（導通状態と遮断状態を切り替える）させ、二次電池セル３ｃと二次電池セル３ｄとの間で電荷の移動をして電圧を均等にする。二次電池セル３ｃと二次電池セル３ｄの各電圧を均等にするとき、他のスイッチ素子は遮断状態である。また、交互に断続して動作させる制御信号として、制御部１が、スイッチ素子ＳＷ５にパルス信号を出力し、スイッチ素子ＳＷ６にパルス信号を反転させた反転パルス信号を出力する。

上記処理を繰り返して全ての二次電池セル３ａ〜３ｄの電圧値が所定の範囲内になると電圧均等化処理を停止する。
なお、本例では、４つの二次電池セルについて記載しているが、４つに限定されるものではない。

充放電制御装置の動作について説明する。
図２は、充放電制御装置の動作の一実施例を示すフロー図である。ステップＳ１では、制御部１が二次電池セル３各々の電圧値を計測する。例えば、二次電池セル３ａの電圧値を取得するために、制御部１がスイッチ素子ＳＷ１１、ＳＷ１２を導通状態にして、電圧計測部４から電圧値を取得する。二次電池セル３ｂの電圧値を取得するために、制御部１がスイッチ素子ＳＷ１３、ＳＷ１４を導通状態にして、電圧計測部４から電圧値を取得する。二次電池セル３ｃの電圧値を取得するために、制御部１がスイッチ素子ＳＷ１５、ＳＷ１６を導通状態にして、電圧計測部４から電圧値を取得する。二次電池セル３ｄの電圧値を取得するために、制御部１がスイッチ素子ＳＷ１７、ＳＷ１８を導通状態にして、電圧計測部４から電圧値を取得する。

図３は、記憶部２に記憶されている電圧計測情報、最大値最小値情報、隣接セル情報、パルス幅情報、隣接セル制御情報のデータ構造の一実施例を示す図である。ステップＳ１では、制御部１が電圧計測情報３１を参照してスイッチ素子ＳＷ１１〜ＳＷ１８を切り替えることが考えられる。電圧計測情報３１は「セルＮｏ」「スイッチ」「電圧値」などの情報を有する。本例では、「セルＮｏ」には図１に示す二次電池セル３ａ〜３ｄを示す「３ａ」「３ｂ」「３ｃ」「３ｄ」が記憶されている。「スイッチ」には図１に示す二次電池セル３ａ〜３ｄ各々の電圧を計測するために制御するスイッチ素子ＳＷ１１〜ＳＷ１８を示す情報が記憶されている。本例では、「３ａ」に関連付けられて二次電池セル３ａの電圧を計測するために導通状態にするスイッチ素子ＳＷ１１、ＳＷ１２を示す「ＳＷ１１、ＳＷ１２」が記憶されている。また、二次電池セル３ｂの電圧各々を計測するために導通状態にするスイッチ素子ＳＷ１３、ＳＷ１４を示す「ＳＷ１３、ＳＷ１４」が「３ｂ」に関連付けられて記憶されている。また、二次電池セル３ｃの電圧各々を計測するために導通状態にするスイッチ素子ＳＷ１５、ＳＷ１６を示す「ＳＷ１５、ＳＷ１６」が「３ｃ」に関連付けられて記憶されている。また、二次電池セル３ｄの電圧各々を計測するために導通状態にするスイッチ素子ＳＷ１７、ＳＷ１８を示す「ＳＷ１７、ＳＷ１８」が「３ｄ」に関連付けられて記憶されている。「電圧値」には、電圧計測部４が計測した二次電池セル３ａ〜３ｄの電圧各々が記憶されている。本例では、「３ａ」に関連付けられて二次電池セル３ａの電圧値「Ｖ３ａ」が記憶されている。「３ｂ」に関連付けられて二次電池セル３ｂの電圧値「Ｖ３ｂ」が記憶されている。「３ｃ」に関連付けられて二次電池セル３ｃの電圧値「Ｖ３ｃ」が記憶されている。「３ｄ」に関連付けられて二次電池セル３ｄの電圧値「Ｖ３ｄ」が記憶されている。

ステップＳ２では、制御部１が全ての二次電池セル３のうちの最大値と、最小値を求め、最大値最小値情報に記憶する。例えば、電圧計測情報３１の「Ｖ３ａ」「Ｖ３ｂ」「Ｖ３ｃ」「Ｖ３ｄ」を参照して最大値と最小値を求める。そして、制御部１は取得した最大値と最小値を図３の最大値最小値情報３２に記憶する。最大値最小値情報３２は、「最大値」「最小値」「電圧差」「閾値」などの情報を有する。本例では、「最大値」にＶ３ａ〜Ｖ３ｄの最大値としてＶ３ａが記憶され、「最小値」にＶ３ａ〜Ｖ３ｄの最小値としてＶ３ｂが記憶されている。「電圧差」には、最大値と最小値の電圧差が記憶される。本例では、Ｖ３ａ−Ｖ３ｂの結果である「Ｖｓｕｂ」が記憶されている。「閾値」には、二次電池セルの電圧均等化処理を行うか否かを判定するための閾値が記憶されている。本例では、閾値として「Ｖｒｅｆ」が記憶されている。

ステップＳ３では、制御部１が最大値と最小値との電圧差Ｖｓｕｂと閾値Ｖｒｅｆを比較し、Ｖｓｕｂ≧Ｖｒｅｆであるか否かを判定し、Ｖｓｕｂ≧ＶｒｅｆであればステップＳ４（Ｙｅｓ）に移行し、Ｖｓｕｂ≧Ｖｒｅｆでなければ電圧均等化処理を終了（Ｎｏ）する。

ステップＳ４では、制御部１が全ての二次電池セル３に対して、隣接する二次電池セル３との電圧差を求める。例えば、図３の隣接セル情報３３を用いて隣接する二次電池セル３を検出し、電圧計測情報３１に記憶されている二次電池セル３ａ〜３ｄ各々の電圧値Ｖ３ａ、Ｖ３ｂ、Ｖ３ｃ、Ｖ３ｄを用いて、隣接する二次電池セル３との電圧差を求める。隣接セル情報３３に、隣接する二次電池セル３を対応付けて「隣接セル」の「セルＮｏ」各々に記憶し、隣接する二次電池セル３の電圧差を「電圧差」に記憶する。本例では、図１に示す二次電池セル３ａ〜３ｄが「隣接セル」に二次電池セルの対として「３ａ」と「３ｂ」、「３ｂ」と「３ｃ」、「３ｃ」と「３ｄ」が記憶されている。また、電圧差には、「３ａ」と「３ｂ」、「３ｂ」と「３ｃ」、「３ｃ」と「３ｄ」それぞれ対応付けられて電圧差「Ｖｓｕｂ＿１」「Ｖｓｕｂ＿２」「Ｖｓｕｂ＿３」が記憶されている。電圧差「Ｖｓｕｂ＿１」は、「３ａ」と「３ｂ」に対応付けられ、電圧差「Ｖｓｕｂ＿２」は、「３ｂ」と「３ｃ」に対応付けられ、電圧差「Ｖｓｕｂ＿３」は、「３ｃ」と「３ｄ」に対応付けられている。「判定結果」には、電圧差「Ｖｓｕｂ＿１」「Ｖｓｕｂ＿２」「Ｖｓｕｂ＿３」各々と閾値Ｖｒｅｆとの比較結果が記憶されている。本例では、電圧差が閾値Ｖｒｅｆ以上であれば「１」を記憶し、電圧差が閾値Ｖｒｅｆ以上でない場合には「０」を記憶する。

ステップＳ５では、制御部１がステップＳ４で求めた電圧差と閾値Ｖｒｅｆを比較し、閾値以上の電圧差の二次電池セルの対を検出する。例えば、隣接セル情報３３の電圧差「Ｖｓｕｂ＿１」「Ｖｓｕｂ＿２」「Ｖｓｕｂ＿３」各々と閾値Ｖｒｅｆを比較し、閾値以上であるか否かを判定する。本例では、隣接セル情報３３の「判定結果」に「Ｖｓｕｂ＿１」「Ｖｓｕｂ＿２」が閾値Ｖｒｅｆ以上であるのであることを示す「１」「１」「０」が記憶されている。

ステップＳ６では、制御部１がステップＳ５で検出された隣接する二次電池セルに対して、電圧均等化処理を実施するのに用いるパルス信号のパルス幅を設定する。例えば、閾値Ｖｒｅｆ以上であると判定された電圧差を取得し、取得した電圧差が含まれる図３のパルス幅情報３４の電圧範囲を検出し、電圧範囲に関連付けられているパルス幅またはデューティ（％）を取得する。パルス幅情報３４は、「電圧範囲」「デューティ」を記憶する。「電圧範囲」には、「デューティ」を選択するための電圧範囲が設定されている。本例では、電圧範囲を示す情報「Ｖｓｕｂ＿ａ」「Ｖｓｕｂ＿ｂ」「Ｖｓｕｂ＿ｃ」「Ｖｓｕｂ＿ｄ」「Ｖｓｕｂ＿ｅ」「Ｖｓｕｂ＿ｆ」が記憶されている。「デューティ」には、アクティブ方式の電圧均等化処理において、二次電池セルに供給可能な範囲の最大電流に応じた一定周期ごとに出力される一定幅のパルス幅またはデューティ（％）が記憶されている。本例では、「Ｖｓｕｂ＿ａ」に関連付けられたパルス幅「Ｄ１」、「Ｖｓｕｂ＿ｂ」に関連付けられたパルス幅「Ｄ２」、「Ｖｓｕｂ＿ｃ」に関連付けられたパルス幅「Ｄ３」、「Ｖｓｕｂ＿ｄ」に関連付けられたパルス幅「Ｄ４」、「Ｖｓｕｂ＿ｅ」に関連付けられたパルス幅「Ｄ５」、「Ｖｓｕｂ＿ｆ」に関連付けられたパルス幅「Ｄ６」が記憶されている。

ステップＳ７では、制御部１がステップＳ７で決定した一定周期ごとに出力される一定幅のパルスまたはデューティ（％）と隣接セル制御情報３５を用いて、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６を切り替える。電圧均等化処理を終了するとステップＳ１に移行する。

隣接セル制御情報３５は、「隣接セル」「スイッチ」などの情報を有している。隣接する二次電池セル３を対応付けて「隣接セル」の「セルＮｏ」各々に記憶し、隣接する二次電池セル３各々の電圧を均等にするために用いるスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６を示す情報を「スイッチ」に記憶する。本例では、図１に示す二次電池セル３ａ〜３ｄが「隣接セル」に二次電池セルの対として「３ａ」と「３ｂ」、「３ｂ」と「３ｃ」、「３ｃ」と「３ｄ」が記憶されている。また、「スイッチ」には、「３ａ」と「３ｂ」、「３ｂ」と「３ｃ」、「３ｃ」と「３ｄ」それぞれ対応付けられてスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６「ＳＷ１」「ＳＷ２」、「ＳＷ３」「ＳＷ４」、「ＳＷ５」「ＳＷ６」が記憶されている。

アクティブ方式の電圧均等化処理の動作は、例えば、制御部１が隣接セル制御情報３５を参照して二次電池セル３ａと二次電池セル３ｂの電圧を均等にするためにスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２を選択する。そして、ステップＳ７で決定した一定周期ごとに出力される一定幅のパルスを有するパルス信号がオン（ｈｉｇｈ）のときスイッチ素子ＳＷ１をオン（導通状態）にする。また、スイッチ素子ＳＷ２は、上記パルス信号を反転させた反転パルス信号を供給し、反転パルス信号がオン（ｈｉｇｈ）のときスイッチ素子ＳＷ２をオン（導通状態）にする。また、制御部１は電圧計測部４により二次電池セル３ａと二次電池セル３ｂの電圧を交互に計測した結果を取得し、計測した電圧が均等であると判定されるまで電圧均等化処理を行う。

電圧が均等になると、次に制御部１が隣接セル制御情報３５を参照して二次電池セル３ｂと二次電池セル３ｃの電圧を均等にするためにスイッチ素子ＳＷ３、ＳＷ４を選択する。そして、ステップＳ７で決定した一定周期ごとに出力される一定幅のパルスを有するパルス信号がオン（ｈｉｇｈ）のときスイッチ素子ＳＷ３をオン（導通状態）にする。また、スイッチ素子ＳＷ４は、上記パルス信号を反転させた反転パルス信号を供給し、反転パルス信号がオン（ｈｉｇｈ）のときスイッチ素子ＳＷ４をオン（導通状態）にする。また、制御部１は電圧計測部４により二次電池セル３ｂと二次電池セル３ｃの電圧を交互に計測した結果を取得し、計測した電圧が均等であると判定されるまで電圧均等化処理を行う。

電圧が均等になると、次に制御部１が隣接セル制御情報３５を参照して二次電池セル３ｃと二次電池セル３ｄの電圧を均等にするためにスイッチ素子ＳＷ５、ＳＷ６を選択する。そして、ステップＳ７で決定した一定周期ごとに出力される一定幅のパルスを有するパルス信号がオン（ｈｉｇｈ）のときスイッチ素子ＳＷ５をオン（導通状態）にする。また、スイッチ素子ＳＷ６は、上記パルス信号を反転させた反転パルス信号を供給し、反転パルス信号がオン（ｈｉｇｈ）のときスイッチ素子ＳＷ６をオン（導通状態）にする。また、制御部１は電圧計測部４により二次電池セル３ｃと二次電池セル３ｄの電圧を交互に計測した結果を取得し、計測した電圧が均等であると判定されるまで電圧均等化処理を行う。電圧が均等になると電圧均等化処理を終了し、ステップＳ１に移行する。

なお、パルス幅は電圧差によって決定する。例えば、隣接する二次電池セルの電圧差が異なる場合、異なるパルス幅が選択される。すなわち、隣接する二次電池セルの電圧差が同じ電圧範囲ならばパルス幅は同じであり、異なる電圧範囲ならばパルス幅が異なる。

実施形態１によれば、アクティブ方式の電圧均等化処理において、二次電池セルに供給可能な範囲の最大電流に応じた一定幅のパルスを用いて、二次電池セル各々が所定の電位差になるまで充電をし、均等化処理時間を短縮することができるという効果を奏する。

変形例について説明する。
変形例では、実施形態１により電圧均等が完了後、さらに既知のPulse Width Modulation（ＰＷＭ）を用いて電圧均等化処理を行うことにより、二次電池３ａ〜３ｄの電圧差を小さくする。すなわち、二次電池３ａ〜３ｄの電圧の最大値と最小値の電圧差Ｖｓｕｂが閾値Ｖｒｅｆより小さく、閾値Ｖｒｅｆより小さい閾値Ｖｒｅｆ２より小さくなるまで、ＰＷＭを用いて電圧均等処理を行う。

図４は、実施形態２の充放電制御装置の動作の一実施例を示すフロー図である。図４に示すステップＳ１、Ｓ２、Ｓ４〜Ｓ７は実施形態１で説明したステップＳ１、Ｓ２、Ｓ４〜Ｓ７と同じ処理である。ステップＳ４０の処理は、制御部１が最大値と最小値との電圧差Ｖｓｕｂと閾値Ｖｒｅｆを比較し、Ｖｓｕｂ≧Ｖｒｅｆであるか否かを判定し、Ｖｓｕｂ≧ＶｒｅｆであればステップＳ４（Ｙｅｓ）に移行し、Ｖｓｕｂ≧ＶｒｅｆでなければステップＳ４１（Ｎｏ）に移行する。

ステップ４１では、制御部１が最大値と最小値との電圧差Ｖｓｕｂと閾値Ｖｒｅｆを比較し、Ｖｓｕｂ≧Ｖｒｅｆ２であるか否かを判定し、Ｖｓｕｂ≧Ｖｒｅｆ２であればステップＳ４２（Ｙｅｓ）に移行し、Ｖｓｕｂ≧Ｖｒｅｆでなければ電圧均等化処理を終了（Ｎｏ）する。

ステップＳ４２で制御部１は、電圧計測部４が取得した隣接する二次電池セル３の電圧差に応じて、一定周期ごとに出力されるパルス幅またはデューティ（％）をＰＷＭ制御によって決定する。ＰＷＭ制御は、例えば、隣接する二次電池セルの電圧差を用いて求める。

アクティブ方式の電圧均等化処理２の動作は、例えば、制御部１が隣接セル制御情報３５を参照して二次電池セル３ａと二次電池セル３ｂの電圧を均等にするためにスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２を選択する。そして、一定周期ごとにＰＷＭ制御により求めたパルス幅のパルス信号がオン（ｈｉｇｈ）のときスイッチ素子ＳＷ１をオン（導通状態）にする。また、スイッチ素子ＳＷ２は、上記パルス信号を反転させた反転パルス信号を供給し、反転パルス信号がオン（ｈｉｇｈ）のときスイッチ素子ＳＷ２をオン（導通状態）にする。また、制御部１は電圧計測部４により二次電池セル３ａと二次電池セル３ｂの電圧を交互に計測した結果を取得し、計測した電圧が均等であると判定されるまで電圧均等化処理を行う。

電圧が均等になると、次に制御部１が隣接セル制御情報３５を参照して二次電池セル３ｂと二次電池セル３ｃの電圧を均等にするためにスイッチ素子ＳＷ３、ＳＷ４を選択する。そして、一定周期ごとにＰＷＭ制御により求めたパルス幅のパルス信号がオン（ｈｉｇｈ）のときスイッチ素子ＳＷ１をオン（導通状態）にする。また、スイッチ素子ＳＷ４は、上記パルス信号を反転させた反転パルス信号を供給し、反転パルス信号がオン（ｈｉｇｈ）のときスイッチ素子ＳＷ４をオン（導通状態）にする。また、制御部１は電圧計測部４により二次電池セル３ｂと二次電池セル３ｃの電圧を交互に計測した結果を取得し、計測した電圧が均等であると判定されるまで電圧均等化処理を行う。

電圧が均等になると、次に制御部１が隣接セル制御情報３５を参照して二次電池セル３ｃと二次電池セル３ｄの電圧を均等にするためにスイッチ素子ＳＷ５、ＳＷ６を選択する。そして、一定周期ごとにＰＷＭ制御により求めたパルス幅のパルス信号がオン（ｈｉｇｈ）のときスイッチ素子ＳＷ１をオン（導通状態）にする。また、スイッチ素子ＳＷ６は、上記パルス信号を反転させた反転パルス信号を供給し、反転パルス信号がオン（ｈｉｇｈ）のときスイッチ素子ＳＷ６をオン（導通状態）にする。また、制御部１は電圧計測部４により二次電池セル３ｃと二次電池セル３ｄの電圧を交互に計測した結果を取得し、計測した電圧が均等であると判定されるまで電圧均等化処理を行う。電圧が均等になると電圧均等化処理を終了し、ステップＳ１に移行する。

実施形態２によれば、アクティブ方式の電圧均等化処理において、二次電池セルに供給可能な範囲の最大電流に応じた一定幅のパルスを用いて、二次電池セル各々が所定の電位差になるまで充電をし、均等化処理時間を短縮することができるという効果を奏する。さらに、二次電池の電圧差を小さくすることができる。

また、本発明は、上記実施形態１と変形例に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

１ 制御部
２ 記憶部
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 二次電池セル
４ 電圧計測部
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ インダクタ
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６ スイッチ素子
ＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ１３、ＳＷ１４、ＳＷ１５、ＳＷ１６、ＳＷ１７、ＳＷ１８ スイッチ素子

Claims (3)

1. 直列に接続される隣り合う二次電池セルと、直列に接続されるスイッチ素子とが並列に接続され、直列に接続される隣り合う前記二次電池セルの間と、直列に接続される前記スイッチ素子の間とに接続されるインダクタを用いて、隣り合う前記二次電池セルの電圧を均等にする１つ以上の回路と、
   前記二次電池セル各々の電圧を計測する電圧計測部と、
   計測した前記二次電池セルの電圧の最大値と最小値の第１の電圧差を求め、前記二次電池セル各々の電圧が均等であるか否かを判定するための第１の閾値と比較し、前記第１の電圧差が第１の閾値以上であるとき、隣り合う前記二次電池セル各々について第２の電圧差を求め、前記閾値以上である前記第２の電圧差に対応する隣り合う前記二次電池セルを検出し、検出した隣り合う前記二次電池セル各々に対して、前記第２の電圧差により決まる前記二次電池セルが許容できる最大電流を供給可能な一定のパルス幅を用いて、一定周期ごとに隣り合う前記スイッチ素子を交互に導通と遮断を切り替え、検出した隣り合う前記二次電池セルの電圧を均等にさせる制御部と、
   を備えることを特徴とする充放電制御装置。
2. 前記制御部は、
   前記第２の電圧差が前記第１の閾値より小さくなると、電圧を均等にさせる制御を停止することを特徴とする請求項１に記載の充放電制御装置。
3. 前記制御部は、
   前記第２の電圧差が前記第１の閾値より小さく、かつ第２の閾値より大きいとき、一定周期ごとに第２の電圧差によりパルス幅を決め、該パルス幅により前記スイッチ素子各々を交互に導通と遮断を切り替え、検出した隣り合う前記二次電池セルの電圧を均等にし、
   前記第２の閾値より前記第２の電圧差が小さくなると、電圧を均等にさせる制御を停止することを特徴とする請求項１に記載の充放電制御装置。
   

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