JP5919560B2 - 均等化回路、電源システム、及び車両 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の二次電池における蓄電量の不均衡を低減する均等化回路、この均等化回路を備えた電源システム、及びこの電源システムを備えた車両に関する。
近年、エンジンと電気モータとを併用したハイブリッドカーや電気自動車に電源として搭載される車載用二次電池に代表されるように、二次電池を多数直列に接続して高電圧を出力する電源システムの利用が拡大しつつある。このような電源システムは、例えば８０セル〜５００セルといった多数の二次電池が直列接続されて構成されているため、電源システム全体の信頼性を確保する事が難しい。
具体的には、このような電源システムでは、電源システムを構成している二次電池の製造過程で発生する特性バラツキによって、各二次電池に充電される蓄電電荷量（蓄電電気量）にバラツキが生じる。
そして、このような蓄電電荷量にバラツキのある状態で電源システムの充放電を繰り返すと、蓄電電荷量が他の二次電池より大きいまたは小さな二次電池の劣化が加速されるおそれがある。すなわち、電源システムを充電する際、充電前から他の二次電池より蓄電電荷量が大きい二次電池は他の二次電池より先に満充電となるために過充電になり易く、蓄電電荷量が大きい二次電池の劣化が加速されてしまうおそれがある。一方、電源システムを放電させる際は、放電前から他の二次電池より蓄電電荷量が小さい二次電池は他の二次電池より先に蓄電電荷量がゼロになるために過放電になり易く、蓄電電荷量が小さい二次電池の劣化が加速されてしまうおそれがある。
そして、劣化が加速された二次電池は、容量が減少して寿命が短縮されることとなる。電源システムの場合、一部の二次電池が劣化すると、電源システム全体が使用できなくなったり信頼性が低下したりするため、このような蓄電電荷量のバラツキに起因して生じる二次電池の劣化は影響が大きい。そのため、二次電池を多数用いる電源システムでは、各二次電池の蓄電電荷量、すなわち各二次電池の端子電圧を均等化することが望まれている。
そこで、蓄電電荷量が他の二次電池より多く、そのため端子電圧が他の二次電池より高くなっている二次電池を、抵抗負荷やトランジスタを介して放電させることによって、余分な蓄電電荷量を熱エネルギーに変換して放出させ、余分な蓄電電荷量を放出させることによって、各二次電池の蓄電電荷量及び端子電圧の不均衡を低減させる均等化処理を行う均等化回路が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
しかしながら、上述のように余分な蓄電電荷を熱エネルギーに変換して放出すると、均等化回路の周囲温度が上昇する。そのため、均等化回路の近傍に配設された電子部品の周囲温度が、これらの電子部品の動作保証範囲を超えてしまうおそれがある。周囲温度を近傍の電子部品の動作保証範囲内に抑えるためには、均等化を行う際の放電電流を小さな値にすればよい。しかしながら、放電電流を小さくすると、各二次電池間の不均衡を低減させる均等化処理のために必要な時間が長くなってしまうという不都合があった。
特開２０１０−１４２０３９号公報 特開２００８−５４４１６号公報
本発明の目的は、二次電池の均等化処理に伴う発熱によって周囲温度が所定の温度を超えるおそれを低減しつつ、均等化処理に必要な時間の増大を低減することができる均等化回路、この均等化回路を備えた電源システム、及び車両を提供することである。
本発明に係る均等化回路は、複数の二次電池にそれぞれ対応して設けられ、対応する二次電池を放電させ、その放電されたエネルギーを熱に変換するための複数の放電部と、前記変換された熱に基づき生じる温度を検出する温度検出部と、前記複数の二次電池のうち放電させるべき二次電池に対応する放電部を選択放電部として選択し、前記選択放電部によって放電を実行させることによって、前記複数の二次電池に蓄電されている電気量を均等化させる均等化制御部とを備え、前記均等化制御部は、前記選択放電部によって前記二次電池を放電させる場合において、前記温度検出部によって検出された温度が予め設定された基準温度より高いとき、前記温度が前記基準温度より低いときよりも放電電流を減少させる。
また、本発明に係る電源システムは、上述の均等化回路と、前記複数の二次電池とを備える。
また、本発明に係る車両は、上述の電源システムを備えた車両であって、前記均等化制御部は、前記車両が走行していないときに前記選択放電部による放電を実行する。
このような構成の均等化回路、電源システム、及び車両は、二次電池の均等化処理に伴う発熱によって周囲温度が所定の温度を超えるおそれを低減しつつ、均等化処理に必要な時間の増大を低減することができる。
本発明の一実施形態に係る均等化回路を備えた電源システムの構成の一例を示すブロック図である。 図１に示す電源システムの動作の一例を示すフローチャートである。 図１に示す電源システムの動作の一例を説明するための説明図である。 図１に示す電源システムの動作の一例を説明するための説明図である。 図１に示す放電部の変形例の構成を示す回路図である。
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図１は、本発明の一実施形態に係る均等化回路を備えた電源システムの構成の一例を示すブロック図である。
図１に示す電源システム１は、均等化回路２、組電池３、及び接続端子４，５を備えて構成されている。電源システム１は、例えば、電気自動車やハイブリッドカー等の車両に搭載されて、車両の走行に用いられるモータの駆動用電源として用いられる。その他、電源システム１は、例えば、電池パック、無停電電源装置、自然エネルギーを活用した発電装置やエンジンを動力源とする発電装置の余剰電力を蓄電する電力調整用の蓄電装置、及び負荷平準化電源等、種々の電源装置として用いられてもよい。そして、接続端子４，５間に、電源システム１から電源供給を受ける負荷や、電源システム１を充電するための充電装置が接続されるようになっている。
組電池３は、Ｎ個の二次電池Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮが直列に接続されて構成されている。二次電池Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮは、図略のボックスに収納されている。二次電池Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮとしては、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等、種々の二次電池を用いることができる。以下、二次電池Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮを総称するときは、二次電池Ｂと称する。
二次電池Ｂとしては、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等、種々の二次電池を用いることができる。なお、二次電池Ｂは、単電池であってもよい。また、二次電池Ｂは、複数の単電池が直列、又は並列に接続されて構成された組電池であってもよい。あるいは二次電池Ｂは、直列接続と並列接続とを組み合わせた接続方法によって複数の単電池が接続された組電池であってもよい。
接続端子４は、組電池３の正極に接続され、接続端子５は、組電池３の負極に接続されている。
均等化回路２は、例えば車載用のＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）として構成されている。均等化回路２は、均等化制御部２１、電圧検出部２２、温度検出部２３、Ｎ個の抵抗Ｒ１，Ｒ２，・・・，ＲＮ、及びＮ個のトランジスタ（スイッチング素子の一例）Ｑ１，Ｑ２，・・・，ＱＮを備えている。そして、抵抗Ｒ１とトランジスタＱ１との直列回路が二次電池Ｂ１と並列に接続され、抵抗Ｒ２とトランジスタＱ２との直列回路が二次電池Ｂ２と並列に接続され、以下同様に、抵抗とトランジスタとの直列回路がそれぞれ対応する二次電池と並列に接続されている。
そして、抵抗Ｒ１とトランジスタＱ１との直列回路が二次電池Ｂ１に対応する放電部Ｄ１となり、抵抗Ｒ２とトランジスタＱ２との直列回路が二次電池Ｂ２に対応する放電部Ｄ２となり、抵抗ＲＮとトランジスタＱＮとの直列回路が二次電池ＢＮに対応する放電部ＤＮとなっている。以下、放電部Ｄ１〜ＤＮを総称するときは放電部Ｄと称し、抵抗Ｒ１〜ＲＮを総称するときは抵抗Ｒと称し、トランジスタＱ１〜ＱＮを総称するときはトランジスタＱと称する。
なお、放電部Ｄは、抵抗とスイッチング素子との直列回路に限らない。放電部Ｄは、並列接続された二次電池Ｂを放電させて、その放電されたエネルギーを熱に変換するものであればよい。例えば、トランジスタを不飽和領域で動作させることにより、抵抗を用いず、トランジスタのみで放電部Ｄを構成してもよい。
電圧検出部２２は、二次電池Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮの端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮを検出し、その検出値を均等化制御部２１へ出力する。電圧検出部２２は、例えばアナログデジタルコンバータを用いて構成されている。
温度検出部２３は、例えば熱電対やサーミスタ等を用いて構成された温度センサである。温度検出部２３は、例えば放電部Ｄの近傍に配設され、放電部Ｄによって二次電池Ｂを放電させた際に発生する熱に基づき生じた周囲温度を検出するようになっている。すなわち、二次電池Ｂの放電されたエネルギーが放電部Ｄにより熱に変換され、温度検出部２３は、その変換された熱の影響を受ける箇所の温度を検出する。
あるいは、温度検出部２３は、抵抗Ｒが実装されたプリント配線基板の温度を温度Ｔとして検出してもよく、抵抗Ｒと同一のプリント配線基板に実装された他の電子部品、例えば均等化制御部２１近傍の温度を温度Ｔとして検出してもよく、抵抗Ｒと共に均等化制御部２１等の電子部品を収納するＥＣＵのケース（筐体）内温度を温度Ｔとして検出してもよい。
そして、例えば、抵抗Ｒと同一のプリント配線基板に実装された電子部品、あるいは抵抗Ｒと共にＥＣＵのケースに収納された電子部品の各保証動作温度のうち、最も低い温度が、動作保証上限温度Ｔｍａｘとされている。また、例えば、動作保証上限温度Ｔｍａｘからマージンを差し引いた温度が停止温度Ｔｓとされている。具体的には、動作保証上限温度Ｔｍａｘが８５℃であった場合、停止温度Ｔｓは、例えば動作保証上限温度Ｔｍａｘより１０℃低い７５℃に設定されている。
トランジスタＱ１，Ｑ２，・・・，ＱＮは、均等化制御部２１からの均等化放電信号ＳＧ１，ＳＧ２，・・・，ＳＧＮに応じて、それぞれオン（閉）、オフ（開）されるようになっている。そして、トランジスタＱ１，Ｑ２，・・・，ＱＮがオンされると、当該オンされたトランジスタと並列接続されている二次電池が、抵抗を介して放電されるようになっている。
均等化制御部２１は、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、所定の制御プログラムが記憶されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、これらの周辺回路等とを備えて構成されている。
そして、均等化制御部２１は、例えばＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、二次電池Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮの均等化処理を実行する。均等化制御部２１は、均等化処理として、電圧検出部２２により検出される端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮの端子電圧相互間の差が減少するように、放電部Ｄによって二次電池Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮのうち少なくとも一つを放電させる。
電源システム１が車両のモータ駆動用（走行用）電源として搭載されている場合、均等化制御部２１は、車両が走行していないとき（モータが駆動されていないとき）に、均等化処理を実行する。車両が走行中に均等化処理を実行すると、均等化のための放電によって組電池３の出力電流が減少し、組電池３がモータへ供給する電力が、車両の走行に必要な電力に対して不足するおそれがある。
車両が走行していないときとは、車両が信号などで停車してモータが駆動されていないときや、車両が駐車場に駐車されてキーがＯＦＦにされ、モータが駆動されていないときなどである。
そこで、均等化制御部２１は、車両が走行していないとき（モータが駆動されていないとき）に、均等化処理における選択放電部による放電を実行する。これにより、均等化処理のための放電によって、走行のために必要な電力が不足するおそれが低減される。
均等化制御部２１は、具体的には、均等化処理の一例として、以下のような処理を行う。均等化制御部２１は、例えば、電圧検出部２２により検出される端子電圧Ｖ１，Ｖ２，・・・，ＶＮが、予め設定された目標電圧Ｖｔｇを超えている二次電池Ｂを放電対象二次電池として選択し、放電対象二次電池に対応する放電部Ｄを選択放電部として選択する。そして、均等化制御部２１は、放電対象二次電池の端子電圧が目標電圧Ｖｔｇになるまで、選択放電部による放電を実行させる。これにより、二次電池Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮにおける蓄電電荷量（つまり各二次電池Ｂに蓄電されている電気量）のばらつき、すなわち不均衡を低減する。
目標電圧Ｖｔｇとしては、例えば二次電池Ｂの放電を停止させるべき電圧である放電終止電圧が用いられる。
なお、均等化処理は、放電部Ｄを用いて二次電池を放電させることによって、各二次電池間の蓄電電荷量のばらつきを低減する処理であればよく、上述の方法に限らず、種々の方法を均等化処理として用いることができる。
そして、均等化制御部２１は、温度検出部２３によって検出された温度Ｔが予め設定された基準温度Ｔｒより高いとき、均等化処理における放電電流を温度Ｔが基準温度Ｔｒより低いときよりも減少させる。また、均等化制御部２１は、温度Ｔが停止温度Ｔｓ以上のとき、すべてのトランジスタＱをオフし、均等化処理を実行しない。
基準温度Ｔｒとしては、停止温度Ｔｓより充分低く、かつ、電源システム１が用いられると想定される使用環境における外気温の最大値より高い温度が設定される。具体的には、基準温度Ｔｒは、例えば５５℃とされる。
次に、図１に示す電源システム１の動作について説明する。図２は、図１に示す電源システム１の動作の一例を示すフローチャートである。均等化処理が開始されると、まず、均等化制御部２１によって変数ｉに１が代入される（ステップＳ１）。そして、温度検出部２３によって、温度Ｔが検出され、温度検出部２３から温度Ｔを示す情報が均等化制御部２１へ出力される（ステップＳ２）。
次に、均等化制御部２１によって、温度Ｔと停止温度Ｔｓとが比較され（ステップＳ３）、温度Ｔが停止温度Ｔｓ以上であれば（ステップＳ３でＹＥＳ）、均等化制御部２１によってトランジスタＱ１〜ＱＮがオフされて（ステップＳ４）、均等化処理は終了する。
これにより、温度Ｔが停止温度Ｔｓ以上のときは、二次電池Ｂの放電が行われないので、放電に伴う温度上昇が生じない。その結果、抵抗Ｒの発熱の影響を受ける電子部品の周囲温度が、これら電子部品の動作保証上限温度Ｔｍａｘを超えるおそれが低減される。これにより、これら電子部品の動作の信頼性が向上し、あるいはこれら電子部品が劣化するおそれが低減される。
一方、ステップＳ３において、温度Ｔが停止温度Ｔｓに満たなければ（ステップＳ３でＮＯ）、電圧検出部２２によって二次電池Ｂｉの端子電圧Ｖｉが検出される（ステップＳ５）。
次に、均等化制御部２１によって端子電圧Ｖｉと目標電圧Ｖｔｇとが比較され（ステップＳ６）、端子電圧Ｖｉが目標電圧Ｖｔｇを超えていれば（ステップＳ６でＹＥＳ）、二次電池Ｂｉを放電させる必要があるから、均等化制御部２１によって放電部Ｄｉが選択放電部として選択される（ステップＳ７）。
次に、均等化制御部２１によって、温度Ｔと基準温度Ｔｒとが比較され（ステップＳ８）、温度Ｔが基準温度Ｔｒを超えていなければ（ステップＳ８でＮＯ）、均等化制御部２１は、選択放電部のトランジスタであるトランジスタＱｉを、周期ｔｃ、デューティ比Ｘ１でオン、オフさせる（ステップＳ９）。
一方、温度Ｔが基準温度Ｔｒを超えていれば（ステップＳ８でＹＥＳ）、均等化制御部２１は、トランジスタＱｉを、周期ｔｃ、デューティ比Ｘ２でオン、オフさせる（ステップＳ１０）。
他方、ステップＳ６において、端子電圧Ｖｉが目標電圧Ｖｔｇ以下であれば（ステップＳ６でＮＯ）、二次電池Ｂｉを放電させる必要はないから、均等化制御部２１によって放電部Ｄｉが非選択放電部とされ、トランジスタＱｉがオフされて、二次電池Ｂｉの均等化処理が終了する（ステップＳ１１）。
図３、図４は、図１に示す電源システム１の動作の一例を説明するための説明図である。図３の横軸は時間の経過を示し、縦軸は温度を示している。図４は、トランジスタＱのオンオフ動作を示す説明図である。図４（ａ）はトランジスタＱをデューティ比Ｘ１でオン、オフさせる場合を示し、図４（ｂ）はトランジスタＱをデューティ比Ｘ２でオン、オフさせる場合を示している。
図３に示す例では、均等化処理が開始されたタイミングｔ１において、温度Ｔは基準温度Ｔｒより低い初期温度Ｔ０であるから（ステップＳ８でＮＯ）、均等化制御部２１は、選択放電部のトランジスタであるトランジスタＱｉを、周期ｔｃ、デューティ比Ｘ１でオン、オフさせる（ステップＳ９）。
デューティ比Ｘ１としては、可能な限り大きなデューティ比が設定され、抵抗Ｒの抵抗値としては可能な限り小さい抵抗値が設定されている。デューティ比Ｘ１は、例えば“１”であってもよい。すなわち、均等化制御部２１は、ステップＳ９において、トランジスタＱｉを常時オン状態にしてもよい。抵抗Ｒの抵抗値、及びデューティ比Ｘ１としては、二次電池Ｂの放電電流が過電流にならない程度の値が設定されている。
これにより、二次電池Ｂｉからの周期ｔｃの間における平均放電電流が増大されて、二次電池Ｂｉの均等化処理に必要な時間が短縮される。
このとき、図３のタイミングｔ１〜ｔ２に示すように、二次電池Ｂｉから大電流の平均放電電流が放電される結果、温度Ｔは急激に上昇する。しかしながら、均等化処理の開始されたタイミングｔ１において、温度Ｔは、停止温度Ｔｓより低い基準温度Ｔｒよりもさらに低い初期温度Ｔ０であるから、温度Ｔが停止温度Ｔｓや動作保証上限温度Ｔｍａｘに達するまでには時間がかかる。従って、二次電池Ｂの均等化が終了する前に温度Ｔが停止温度Ｔｓに達して充分な均等化が行えなくなったり、温度Ｔが動作保証上限温度Ｔｍａｘに達して電子部品の信頼性を低下させたりすることなく、二次電池Ｂｉの均等化処理に必要な時間を短縮することができる。
そして、温度Ｔが上昇して基準温度Ｔｒに到達し（タイミングｔ２）、温度Ｔが基準温度Ｔｒを超えると（ステップＳ８でＹＥＳ）、均等化制御部２１は、トランジスタＱｉを、周期ｔｃ、デューティ比Ｘ２でオン、オフさせる（ステップＳ１０）。
図４（ｂ）に示すように、デューティ比Ｘ２は、デューティ比Ｘ１より小さくされている。従って、温度Ｔが基準温度Ｔｒ以下のとき（タイミングｔ１〜ｔ２）より、温度Ｔが基準温度Ｔｒを超えるとき（タイミングｔ２〜ｔ３）の方が、周期ｔｃの間における二次電池Ｂｉからの平均放電電流が減少する。
周期ｔｃ及びデューティ比Ｘ２は、選択放電部として同時に選択される可能性のある放電部のトランジスタを、周期ｔｃかつデューティ比Ｘ２でオンオフさせ続けた場合の温度Ｔが、図３のタイミングｔ２〜ｔ３に示すように停止温度Ｔｓよりも低い温度で定常状態に移行するような周期とデューティ比とが、例えば実験的に求められて予め設定されている。周期ｔｃとしては、例えば１ｍｓｅｃが用いられる。
図２に示すフローチャートによれば、すべての放電部Ｄ１〜ＤＮが、同時に選択放電部として選択される可能性がある。この場合、すべてのトランジスタＱ１〜ＱＮを、周期ｔｃかつデューティ比Ｘ２でオンオフさせ続けた場合の温度Ｔが、停止温度Ｔｓよりも低い温度で定常状態に移行するような周期とデューティ比とが、例えば実験的に求められて予め設定されている。
なお、同時に選択放電部とされる放電部の数が、所定の数に制限されている場合には、同時に選択放電部とされる最大の数のトランジスタＱを、周期ｔｃかつデューティ比Ｘ２でオンオフさせ続けた場合の温度Ｔが、停止温度Ｔｓよりも低い温度で定常状態に移行するような周期とデューティ比とを、例えば実験的に求めて予め設定するようにすればよい。
従って、タイミングｔ２〜ｔ３において、温度Ｔが停止温度Ｔｓ以上になることはないので、二次電池Ｂｉの均等化が終了する前に温度Ｔが停止温度Ｔｓに達し、均等化処理が中断して充分な均等化が行えなくなったり、温度Ｔが動作保証上限温度Ｔｍａｘに達して電子部品の信頼性を低下させたりするおそれが低減される。
次に、ステップＳ１２において、均等化制御部２１によって、変数ｉが二次電池の個数Ｎと比較される。そして、変数ｉが個数Ｎに満たなければ（ステップＳ１２でＮＯ）、均等化制御部２１によって、次の二次電池の均等化を行うべく変数ｉに１が加算され（ステップＳ１３）、再びステップＳ２〜Ｓ１２の処理が繰り返される。
一方、変数ｉが個数Ｎ以上であれば（ステップＳ１２でＹＥＳ）、均等化制御部２１によって、選択放電部の数がゼロか否か、すなわちまだ放電中の放電部が有るか否かが確認される（ステップＳ１３）。そして、選択放電部の数がゼロでなければ、まだ均等化処理を継続する必要があるから均等化制御部２１は、ステップＳ１へ移行し、再びステップＳ１〜Ｓ１３の処理が繰り返される。
そして、選択放電部の数がゼロとなり（ステップＳ１３でＹＥＳ）、すなわちすべての放電部が非選択放電部とされて、すべてのトランジスタＱ１〜ＱＮがオフされると、すべての二次電池Ｂ１〜ＢＮの端子電圧Ｖ１〜ＶＮが目標電圧Ｖｔｇ（以下）に揃えられたことになるから、均等化処理を終了する。
以上のように、ステップＳ１〜Ｓ１３の処理によれば、二次電池の均等化処理に伴う発熱によって周囲温度が停止温度Ｔｓや動作保証上限温度Ｔｍａｘを超えるおそれを低減しつつ、均等化処理に必要な時間の増大を低減することができる。
なお、放電電流を制御する方法として、パルス電流のデューティ比を変化させる方法、いわゆるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）によって放電電流を変化させる方法を示したが、放電電流を制御する方法はこれに限定されず、種々の方法を採用することができる。
図５は、図１に示す放電部Ｄの変形例である放電部Ｄａの構成を示す回路図である。図５に示す放電部Ｄａは、抵抗Ｒａとスイッチング素子Ｑａとの直列回路と、抵抗Ｒｂとスイッチング素子Ｑｂとの直列回路とが並列に接続されて構成されている。抵抗Ｒａ，Ｒｂの抵抗値をｒとすると、放電部Ｄａの抵抗値は、スイッチング素子Ｑａ，Ｑｂが共にオフのとき無限大（開放）となり、スイッチング素子Ｑａ，Ｑｂのいずれか一方がオン、他方がオフのときｒ（Ω）となり、スイッチング素子Ｑａ，Ｑｂが共にオンのときｒ／２（Ω）となる。すなわち、放電部Ｄａは、抵抗値が可変の負荷回路である。
図１に示す放電部Ｄの代わりに放電部Ｄａを用いた場合、均等化制御部２１は、図２のステップＳ９においてスイッチング素子Ｑａ，Ｑｂをオンし、ステップＳ１０においてスイッチング素子Ｑａ，Ｑｂのうちいずれか一つのみをオンし、ステップＳ４，Ｓ１１においてスイッチング素子Ｑａ，Ｑｂをオフすればよい。
なお、抵抗Ｒａの抵抗値をｒａとし、抵抗Ｒｂの抵抗値をｒａより大きいｒｂとしてもよい。そして、均等化制御部２１は、図２のステップＳ９においてスイッチング素子Ｑａをオン、スイッチング素子Ｑｂをオフし、ステップＳ１０においてスイッチング素子Ｑａをオフ、スイッチング素子Ｑｂをオンし、ステップＳ４，Ｓ１１においてスイッチング素子Ｑａ，Ｑｂをオフしてもよい。
抵抗値ｒは、選択放電部として同時に選択される可能性のある放電部のスイッチング素子Ｑａ，Ｑｂのうちいずれか一つをオンさせ続けた場合の温度Ｔが、停止温度Ｔｓよりも低い温度で定常状態に移行するような抵抗値が、例えば実験的に求められて予め設定されている。また、抵抗値ｒｂは、選択放電部として同時に選択される可能性のある放電部のスイッチング素子Ｑｂをオンさせ続けた場合の温度Ｔが、停止温度Ｔｓよりも低い温度で定常状態に移行するような抵抗値が、例えば実験的に求められて予め設定されている。
また、均等化制御部２１は、図２のステップＳ９においてスイッチング素子Ｑａを周期ｔｃかつデューティ比Ｘ１でオンオフすると共にスイッチング素子Ｑｂをオフさせ、ステップＳ１０においてスイッチング素子Ｑａをオフすると共にスイッチング素子Ｑｂを周期ｔｃかつデューティ比Ｘ２でオンオフし、ステップＳ４，Ｓ１１においてスイッチング素子Ｑａ，Ｑｂをオフしてもよい。
この場合、抵抗値ｒ，ｒｂ、周期ｔｃ及びデューティ比Ｘ２としては、選択放電部として同時に選択される可能性のある放電部のスイッチング素子Ｑｂを、周期ｔｃかつデューティ比Ｘ２でオンオフさせ続けた場合の温度Ｔが、停止温度Ｔｓよりも低い温度で定常状態に移行するような抵抗値、周期、及びデューティ比が、例えば実験的に求められて予め設定される。このように、放電部Ｄａの抵抗値の調節とＰＷＭ制御とを組み合わせるようにすれば、二次電池Ｂを放電させる際の放電電流の制御の自由度が増大する。
なお、組電池３や均等化回路２は、複数のブロックに分割されていてもよい。例えば、組電池３が、直列接続された複数のブロックに分割され、各ブロックに対応して、各ブロックに含まれる各二次電池をそれぞれ放電させる放電部と、各二次電池の端子電圧を測定する電圧検出部２２を備えていてもよい。そして、ブロック毎に、均等化制御部２１の代わりに、電圧検出部２２で検出された各端子電圧を送信したり、外部に設けられた均等化制御部２１からの指示に応じてトランジスタＱやスイッチング素子Ｑａ，Ｑｂをオンオフしたりする制御部を備えてもよい。そして、均等化制御部２１は、複数の制御部との間で通信を行うことにより、複数のブロックに関する端子電圧を受信し、複数のブロックに対応するトランジスタＱやスイッチング素子Ｑａ，Ｑｂのオン、オフを制御することで、全体として電源システム１が構成されていてもよい。
なお、実施の形態では２種類のデューティ比を使用するとしたが、ｍ種類（ｍ≧３）のデューティ比を使用してもよい。この場合は、初期温度Ｔ０と基準温度Ｔｒとの間に、温度の低い方から順に閾値温度Ｔａ、Ｔｂ・・・Ｔｋを設定し、各々の閾値温度を超えたとき、デューティ比をＸａ、Ｘｂ・・・Ｘｋに変更する。デューティ比Ｘａ、Ｘｂ・・・Ｘｋは、デューティ比Ｘ１とデューティ比Ｘ２の間の値で、徐々に小さくなる。すなわち、Ｔ０＜Ｔａ＜Ｔｂ＜・・・＜Ｔｋ＜Ｔｒ、Ｘ１＞Ｘａ＞Ｘｂ＞・・・＞Ｘｋ＞Ｘ２となる。
この場合、均等化制御部２１は、選択放電部として選択された放電部によって二次電池を放電させる場合において、温度Ｔが高いほど、徐々に（段階的に）放電電流が減少するように、放電電流を制御することができる。
なお、温度検出部２３で常に温度測定して温度Ｔを検出する例を示したが、初期温度Ｔ０に、放電電流から予測される温度上昇を加算することによって、基準温度Ｔｒを求める構成としてもよい。例えば、均等化制御部２１は、均等化処理が開始されたタイミングの温度である初期温度Ｔ０を温度検出部２３によって検出させる。その後、選択放電部として選択された放電部による放電電流（選択放電部が複数ある場合は複数の放電部による放電電流の合計）と、その放電継続時間とから温度Ｔの温度上昇を推定し、その温度上昇の推定値を初期温度Ｔ０に加算することによって、温度Ｔの現在値を算出してもよい。
例えば、放電電流値とその放電継続時間との組み合わせに対応付けて、想定される温度Ｔの温度上昇値を記憶するＬＵＴ（Ｌｏｏｋ Ｕｐ Ｔａｂｌｅ）をＲＯＭなどの不揮発性の記憶素子に記憶しておく。そして、均等化制御部２１は、このＬＵＴを参照することによって、選択放電部による放電電流値とその電流値の現在までの継続時間とに対応付けてＬＵＴに記憶されている温度を、温度Ｔの現在値として取得することができる。
この場合、均等化制御部２１は、例えば選択放電部として選択された放電部Ｄに対応する端子電圧Ｖを、抵抗Ｒの抵抗値で除算することにより、選択放電部として選択された放電部による放電電流を算出するようにしてもよい。
なお、上述した具体的実施形態には、以下の構成を有する発明が主に含まれている。
本発明に係る均等化回路は、複数の二次電池にそれぞれ対応して設けられ、対応する二次電池を放電させ、その放電されたエネルギーを熱に変換するための複数の放電部と、前記変換された熱に基づき生じる温度を検出する温度検出部と、前記複数の二次電池のうち放電させるべき二次電池に対応する放電部を選択放電部として選択し、前記選択放電部によって放電を実行させることによって、前記複数の二次電池に蓄電されている電気量を均等化させる均等化制御部とを備え、前記均等化制御部は、前記選択放電部によって前記二次電池を放電させる場合において、前記温度検出部によって検出された温度が予め設定された基準温度より高いとき、前記温度が前記基準温度より低いときよりも放電電流を減少させる。
また、本発明に係る電源システムは、上述の均等化回路と、前記複数の二次電池とを備える。
これらの構成によれば、複数の二次電池に蓄電されている電気量を均等化させるために、放電させるべき二次電池に対応する放電部が選択放電部として選択される。そして、選択放電部によって、その選択放電部に対応する二次電池が放電され、その放電エネルギーが熱に変換される。このとき、温度検出部によって検出された検出温度が基準温度より低く、放電部からの影響を受ける電子部品の動作温度の上限に対してまだ余裕があると考えられるときは、均等化制御部によって放電電流が増大されるので、均等化に必要な時間を短縮することができる。
一方、温度検出部によって検出された検出温度が基準温度より高く、放電部からの影響を受ける電子部品の動作温度の上限に対する余裕がないと考えられるときは、均等化制御部によって放電電流が減少され、発熱量が減少される。その結果、二次電池の均等化処理に伴う発熱によって周囲温度が所定の温度を超えるおそれを低減しつつ、一律に放電電流を小さくする場合に比べて、均等化処理に必要な時間が増大する機会を低減することができる。
また、前記均等化制御部は、前記選択放電部によって前記二次電池を放電させる場合において、前記温度が前記基準温度に満たないとき、前記温度が高いほど前記二次電池の放電電流を減少させることが好ましい。
この構成によれば、選択放電部によって二次電池を放電させる場合において、前記温度が基準温度に満たない温度範囲では、均等化制御部によって、前記温度が高いほど二次電池の放電電流が減少される。これにより、温度検出部により検出された検出温度が基準温度に満たない温度範囲では、放電されたエネルギーが熱に変換されるのに伴って前記検出温度が上昇すると、その温度の上昇に応じて徐々に放電電流が減少されるので、放電部の周囲温度が急激に上昇するおそれが低減される。その結果、放電部の周辺に配設された電子部品に与える温度ストレスが低減される。
また、前記均等化制御部は、前記選択放電部によって前記二次電池を放電させる場合、周期的かつパルス状のパルス電流によって放電させると共に、前記パルス電流のデューティ比を変化させることによって前記放電電流を調節することが好ましい。
この構成によれば、パルス電流のデューティ比を変化させることによって、放電電流を制御することができるので、前記温度が前記基準温度より高いときに放電電流を減少させることが容易である。
また、前記複数の放電部は、抵抗体とスイッチング素子とが直列に接続されて構成された直列回路が、対応する二次電池と並列に接続されて構成され、前記均等化制御部は、前記スイッチング素子をパルス状にオン、オフさせることによって、前記パルス電流を生じさせることが好ましい。
この構成によれば、スイッチング素子をオン、オフすることによってパルス電流を生じさせ、スイッチング素子をオンさせる時間の長さを調節することによってデューティ比を変化させることができるので、放電電流を制御することが容易である。
また、前記均等化制御部は、前記温度検出部によって検出された温度が前記基準温度より高い温度に予め設定された停止温度以上のとき、前記複数の放電部による放電を停止させ、前記温度が前記基準温度より高いときにおける前記デューティ比として、このデューティ比の前記パルス電流を前記選択放電部によって流し続けた場合に前記温度検出部によって検出される温度の上昇が、前記停止温度より低い温度で定常状態に移行する比率が予め設定されていることが好ましい。
この構成によれば、温度検出部によって検出された温度が停止温度以上の高温状態のとき、複数の放電部による放電を停止させるので、放電に伴う温度上昇が生じない。その結果、放電部の発熱の影響を受ける電子部品の周囲温度が、これら電子部品の動作保証上限温度を超えるおそれが低減される。そして、温度検出部によって検出された温度が基準温度より高いとき、上記デューティ比のパルス電流によって選択放電部による放電を継続しても、温度検出部によって検出される温度の上昇が、停止温度より低い温度で定常状態に移行するから、均等化処理が終了する前に、選択放電部の放電に伴う発熱により上記温度が停止温度以上となって放電が停止されてしまうおそれが低減される。
また、前記複数の放電部は、抵抗値が可変にされた負荷であり、前記均等化制御部は、前記負荷の抵抗値を変化させることによって前記放電電流を調節するようにしてもよい。
この構成によれば、負荷の抵抗値を増大させることによって放電電流を減少させ、負荷の抵抗値を減少させることによって放電電流を増大させることができるので、放電電流を調節することが容易である。
また、前記均等化制御部は、前記温度検出部によって検出された温度が前記基準温度より高い温度に予め設定された停止温度以上のとき、前記複数の放電部による放電を停止させ、前記温度が前記基準温度より高いときにおける前記抵抗値として、前記負荷をこの抵抗値にした状態で前記選択放電部によって前記二次電池を放電し続けた場合に前記温度検出部によって検出される温度の上昇が、前記停止温度より低い温度で定常状態に移行する抵抗値が予め設定されていることが好ましい。
この構成によれば、温度検出部によって検出された温度が停止温度以上の高温状態のとき、複数の放電部による放電を停止させるので、放電に伴う温度上昇が生じない。その結果、放電部の発熱の影響を受ける電子部品の周囲温度が、これら電子部品の動作保証上限温度を超えるおそれが低減される。そして、温度検出部によって検出された温度が基準温度より高いとき、負荷の抵抗値を増大させた状態で選択放電部による放電を継続しても、温度検出部によって検出される温度の上昇が、停止温度より低い温度で定常状態に移行するから、均等化処理が終了する前に、選択放電部の放電に伴う発熱により上記温度が停止温度以上となって放電が停止されてしまうおそれが低減される。
また、前記複数の放電部は、抵抗値が可変にされた負荷であり、前記均等化制御部は、前記選択放電部によって前記二次電池を放電させる場合、周期的かつパルス状のパルス電流によって放電させると共に、前記温度が前記基準温度より高いとき、前記温度が前記基準温度より低いときよりも前記放電電流を減少させるように、前記放電部の抵抗値及び前記パルス電流のデューティ比を設定することが好ましい。
この構成によれば、放電部の抵抗値と、パルス電流のデューティ比との組み合わせによって、放電電流を制御できるので、放電電流の調節の自由度が増大する。
また、前記均等化制御部は、前記選択放電部による放電を開始させる際に前記温度検出部により検出された温度である初期温度に、前記選択放電部による放電電流から推定される温度上昇値を加算して得られた温度を、前記温度に代えて、前記基準温度と比較するようにしてもよい。
この構成によれば、温度検出部により初期温度を検出した後は、温度検出部による温度検出を行う必要がない。
また、本発明に係る車両は、上述の電源システムを備えた車両であって、前記均等化制御部は、前記車両が走行していないときに前記選択放電部による放電を実行する。
この構成によれば、車両が走行しているとき、すなわち車両を走行させるために必要とされる二次電池からの供給電力が大きいときは、均等化処理のための二次電池の放電が行われない。その結果、車両の走行中に、均等化処理のための放電により二次電池からの供給電力が不足するおそれが低減される。
本発明は、携帯型パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、携帯電話機、電気自動車、ハイブリッドカー、及びその他の種々の電池搭載装置において使用される均等化回路、及び電源システムとして好適に利用することができる。

Claims (9)

  1. 複数の二次電池にそれぞれ対応して設けられ、対応する二次電池を放電させ、その放電されたエネルギーを熱に変換するための複数の放電部と、
    前記変換された熱に基づき生じる温度を検出する温度検出部と、
    前記複数の二次電池のうち放電させるべき二次電池に対応する放電部を選択放電部として選択し、前記選択放電部によって放電を実行させることによって、前記複数の二次電池に蓄電されている電気量を均等化させる均等化制御部とを備え、
    前記均等化制御部は、
    前記選択放電部によって前記二次電池を放電させる場合、周期的かつパルス状のパルス電流によって放電させると共に、前記パルス電流のデューティ比を変化させることによって放電電流を調節し、
    前記選択放電部によって前記二次電池を放電させる場合において、前記温度検出部によって検出された温度が予め設定された基準温度より高いとき、前記温度が前記基準温度より低いときよりも前記放電電流を減少させるように、前記パルス電流のデューティ比を設定し、
    前記温度検出部によって検出された温度が、前記基準温度より高い温度に予め設定された停止温度以上のとき、前記複数の放電部による放電を停止させるように、前記パルス電流のデューティ比を設定し、
    かつ、前記温度検出部によって検出された温度が前記基準温度より高いときにおける前記デューティ比を、このデューティ比の前記パルス電流を前記選択放電部によって流し続けた場合に前記温度検出部によって検出される温度の上昇が、前記停止温度より低い温度で定常状態に移行する比率に予め設定している均等化回路。
  2. 前記均等化制御部は、
    前記選択放電部によって前記二次電池を放電させる場合において、前記温度が前記基準温度に満たないとき、前記温度が高いほど前記二次電池の放電電流を減少させる請求項１記載の均等化回路。
  3. 前記複数の放電部は、
    抵抗体とスイッチング素子とが直列に接続されて構成された直列回路が、対応する二次電池と並列に接続されて構成され、
    前記均等化制御部は、
    前記スイッチング素子をパルス状にオン、オフさせることによって、前記パルス電流を生じさせる請求項１記載の均等化回路。
  4. 前記複数の放電部は、
    抵抗値が可変にされた負荷であり、
    前記均等化制御部は、
    前記パルス電流のデューティ比と前記負荷の抵抗値とを変化させることによって前記放電電流を調節する請求項１又は２記載の均等化回路。
  5. 複数の二次電池にそれぞれ対応して設けられ、対応する二次電池を放電させ、その放電されたエネルギーを熱に変換するための複数の放電部と、
    前記変換された熱に基づき生じる温度を検出する温度検出部と、
    前記複数の二次電池のうち放電させるべき二次電池に対応する放電部を選択放電部として選択し、前記選択放電部によって放電を実行させることによって、前記複数の二次電池に蓄電されている電気量を均等化させる均等化制御部とを備え、
    前記均等化制御部は、
    前記選択放電部によって前記二次電池を放電させる場合において、前記温度検出部によって検出された温度が予め設定された基準温度より高いとき、前記温度が前記基準温度より低いときよりも放電電流を減少させ、
    前記温度検出部によって検出された温度が、前記基準温度より高い温度に予め設定された停止温度以上のとき、前記複数の放電部による放電を停止させ、
    前記複数の放電部は、
    抵抗値が可変にされた負荷であり、
    前記均等化制御部は、
    前記負荷の抵抗値を変化させることによって前記放電電流を調節し、
    前記温度が前記基準温度より高いときにおける前記抵抗値として、前記負荷をこの抵抗値にした状態で前記選択放電部によって前記二次電池を放電し続けた場合に前記温度検出部によって検出される温度の上昇が、前記停止温度より低い温度で定常状態に移行する抵抗値が予め設定されている均等化回路。
  6. 前記複数の放電部は、
    抵抗値が可変にされた負荷であり、
    前記均等化制御部は、
    前記選択放電部によって前記二次電池を放電させる場合、周期的かつパルス状のパルス電流によって放電させると共に、前記温度が前記基準温度より高いとき、前記温度が前記基準温度より低いときよりも前記放電電流を減少させるように、前記放電部の抵抗値及び前記パルス電流のデューティ比を設定する請求項１又は２記載の均等化回路。
  7. 前記均等化制御部は、
    前記選択放電部による放電を開始させる際に前記温度検出部により検出された温度である初期温度に、前記選択放電部による放電電流から推定される温度上昇値を加算して得られた温度を、前記温度検出部によって検出された温度に代えて、前記基準温度と比較する請求項１〜６のいずれか１項に記載の均等化回路。
  8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の均等化回路と、
    前記複数の二次電池とを備える電源システム。
  9. 請求項８に記載の電源システムを備えた車両であって、
    前記均等化制御部は、
    前記車両が走行していないときに前記選択放電部による放電を実行する車両。
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