WO2013146905A1 - 電池均等化装置および方法 - Google Patents

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battery
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transformer
switching element
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正彰 鈴木
慎司 広瀬
守 倉石
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株式会社豊田自動織機
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    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery equalization apparatus and method for controlling voltage equalization of an assembled battery configured by connecting a plurality of battery cells.
  • a so-called hybrid car, plug-in hybrid car, hybrid vehicle, hybrid electric vehicle or the like, which is equipped with a motor (electric motor) as a power source in addition to an engine or a transport machine (hereinafter referred to as “vehicle etc.”) is practical It has become. Furthermore, an electric vehicle that does not include an engine and drives the vehicle only by a motor is being put into practical use.
  • a power source for driving these motors a lithium ion battery having a small size and a large capacity has been frequently used. And in such a use, a some battery cell is connected in series, for example, a battery block is comprised, and also it may be supplied as an assembled battery connected combining this battery block.
  • a high voltage necessary for driving the motor of the vehicle is obtained by the series connection of the battery cells, and a necessary current capacity and a further high voltage can be obtained by connecting the battery blocks in combination in series and parallel.
  • the characteristics of the lithium ion battery or the like greatly change depending on the temperature, and the remaining capacity and charging efficiency of the battery change greatly depending on the temperature of the environment where the battery is used. This is especially true in environments where automobiles are used.
  • An inductor + transformer system is known as a conventional active system technique (for example, the technique described in Patent Document 1).
  • this system in addition to the circuit configuration of the inductor coupling system, several consecutive battery cells in the series of battery cells are combined as a stack, and each winding of the transformer is connected to both terminals of each stack.
  • this method by making the number of turns of each winding of the transformer the same, the voltage across each stack is equalized in units of a stack consisting of several battery cells, and the voltage between the battery cells in each stack is It is equalized by the inductor coupling method. In this method, the equalization time can be shortened.
  • the above-described conventional technology of the inductor + transformer coupling method has a problem that when the number of battery cells in series increases, the number of secondary windings of the transformer also increases and the size of the transformer increases. In addition, there is a problem in that variations between the secondary windings increase, and it becomes impossible to obtain the accuracy of equalization of the battery cells.
  • the present invention makes it possible to suppress the increase in the size of the transformer by suppressing the increase in the number of secondary windings even when the number of series of battery cells increases, and to suppress the variation between the secondary windings and to achieve the accuracy of equalization It aims at improving.
  • An example of an aspect is configured as a battery equalizing device that equalizes voltages of a plurality of battery cells in an assembled battery configured by connecting a plurality of battery cells in series, and a predetermined number of batteries among the plurality of battery cells
  • a circuit for equalizing a voltage between a predetermined number of adjacent stacks by discharging or charging energy for each predetermined number of adjacent stacks of a plurality of stacks of cells For each stack, one stack includes a first transformer balance circuit that performs an equalization operation via a first switching element, a first transformer, and a first rectifier circuit, and a predetermined number of adjacent stacks. As a group, the voltage between stack groups is equalized by discharging or charging energy for each stack group.
  • a second transformer balance circuit that performs an equalization operation via a second switching element, a second transformer, and a second rectifier circuit for each stack group, and for each battery cell
  • the voltage monitoring unit that monitors and detects the voltage, and calculates the voltage of the stack and the stack group based on the voltage of each battery cell detected by the voltage monitoring unit, and performs the equalization operation based on the calculated voltage
  • the stack or stack group to be executed is determined, and the switching operation corresponding to the equalization operation is performed on the first switching element corresponding to the determined stack or the second switching element corresponding to the determined stack group.
  • a balance control unit that instructs and executes the equalization operation.
  • the present invention even if the number of battery cells in series increases, it is possible to suppress an increase in the number of secondary windings and to suppress an increase in transformer size, and to suppress and equalize variations between secondary windings. It is possible to improve the accuracy.
  • FIG. 1 is a system configuration diagram of the present embodiment.
  • a plurality of battery cells 102 are connected in series to form an assembled battery 101.
  • the assembled battery 101 is configured as a set of stacks 103 including a predetermined number of battery cells 102 continuously connected in series.
  • the first transbalance circuit 105 is a circuit that equalizes the voltage between the stacks 103 by discharging or charging energy to a predetermined number of adjacent stacks 103. More specifically, the first transformer balance circuit 105 is, for example, a first switching element 111, a first transformer 110, and a first rectifier circuit for every two adjacent stacks 103. The equalization operation is performed via the diode 112.
  • the primary winding of each first transformer 110 is adjacent to the primary transformer 110 via the first switching element 111 connected to the first transformer 110.
  • Both terminals of a stack group consisting of two stacks 103 are connected.
  • both terminals of each stack 103 in the above-described stack group are connected to the two secondary windings of the first transformer 110 via the first diode 112, respectively.
  • the second transbalance circuit 106 is a circuit that equalizes the voltage between the stack groups by discharging or charging energy for each stack group described above. More specifically, the second transformer balance circuit 106 includes, for each stack group, a second switching element 114, a second transformer 113, and a second diode 115 that is a second rectifier circuit. Perform the equalization operation.
  • both terminals of the assembled battery 101 are connected to the primary winding via the second switching element 114 connected to the second transformer 113, Both terminals of each stack group in the assembled battery 101 are connected to the plurality of secondary windings of the second transformer 113 via the second diode 115.
  • the switch control unit 109 is an oscillation circuit that functions as a part of the balance control unit and oscillates a pulse signal having a predetermined frequency and duty ratio designated by the DSP 108 described later.
  • Each of the first switching element 111 and the second switching element 114 is, for example, an FET (field effect transistor), and performs a switching operation by a pulse signal from the switch control unit 109.
  • the converter balance circuit 104 For each stack 103 constituting the assembled battery 101, the converter balance circuit 104 transmits energy discharged from one or more of the battery cells 102 in the stack 103 to the battery cells 102 in the stack 103. By charging one or more other battery cells, the voltages of the battery cells 102 in the stack 103 are equalized. For example, the converter balance circuit 104 charges power discharged from each battery cell 102 in the stack 103 to adjacent battery cells in the stack 103 via a circuit including a switching element and an inductor.
  • the voltage monitoring unit 107 monitors the voltage of each battery cell 102 and detects it as a digital signal value.
  • a digital signal processor (DSP: Digital Signal Processor: hereinafter referred to as “DSP”) 108 functions as a part of the balance control unit, and is based on the digital signal value of the voltage of each battery cell 102 detected by the voltage monitoring unit 107. Then, any one of the converter balance circuit 104, the first transformer balance circuit 105, and the second transformer balance circuit 113 is selected and operated by digital signal processing.
  • DSP Digital Signal Processor
  • the DSP 108 performs a switching operation for operating either the first switching element 111 or the second switching element 114 based on the voltage of each battery cell 102 detected by the voltage monitoring unit 107.
  • the switch control unit 109 is instructed to execute the equalization operation.
  • the DSP 108 applies a predetermined voltage to the both ends of the determined stack 103 or stack group via the first transformer 110 or the second transformer 113 to perform charging, and a pulse signal specifying a frequency and a duty ratio. Is given to the first switching element 111 or the second switching element 114 to the switch control unit 109.
  • the DSP 108 calculates the voltage of the entire assembled battery 101 based on the voltage of each battery cell 103 detected by the voltage monitoring unit 107 and divides the voltage by the number of battery cells 102 in the assembled battery 101. Thus, the cell average voltage is calculated. If the DSP 108 determines that the variation from the cell average voltage of the average cell voltage for each stack 103 in the stack group is greater than or equal to the threshold 2 (first threshold) for each stack group, the switch controller 109 Is instructed by the first switching element 111 connected to the first transformer 110 corresponding to the stack group. Specifically, the DSP 108 gives identification information of the first switching element 111 that should output a pulse signal to the switch control unit 109, and specifies the frequency and duty ratio of the pulse signal.
  • the switch control unit 109 outputs a pulse signal having a designated frequency and duty ratio to the designated first switching element 111.
  • the designated first switching element 111 starts a switching operation, and the first transformer 110 and the first diode 112 to which the first switching element 111 is connected are connected to the first transformer.
  • Charging of each battery cell 102 in each stack 103 in the stack group to which the 110 secondary winding is connected is started.
  • the DSP 108 ends the equalization operation for the stack group, and executes the same equalization operation for the other remaining unprocessed stack groups.
  • the switching control unit 109 determines that the variation of the average cell voltage calculated for each stack group in the assembled battery 101 from the cell average voltage obtained from the whole in advance is equal to or greater than the threshold 3 (second threshold). For example, the switching control unit 109 is instructed to perform a switching operation by the second switching element 114. Specifically, the DSP 108 gives identification information of the second switching element 114 to the switch control unit 109, and specifies the frequency and duty ratio of the pulse signal. As a result, the switch control unit 109 outputs a pulse signal having a designated frequency and duty ratio to the designated second switching element 114.
  • the designated second switching element 114 starts a switching operation, and the second transformer 113 and the second diode 115 to which the second switching element 114 is connected are connected to the second transformer 114. Charging to each battery cell 102 in each stack 103 in each stack group to which the secondary winding 113 is connected is started.
  • the DSP 108 ends the equalization operation for each stack group.
  • the transbalance circuit is composed of two stages of the first transbalance circuit 105 and the second transbalance circuit 106.
  • the first transformer balance circuit 105 and the second transformer balance circuit 106 operate independently, and can operate and balance in accordance with variations of the battery cells 102.
  • the first-stage first transformer balance circuit 105 may be prepared with a small transformer having, for example, two secondary windings, and the second-stage second transformer balance circuit 106. Miniaturization can be realized by reducing the number of secondary windings. Even if the number of series of battery cells 102 increases, the number of small first transformer balance circuits 105 is increased, and the number of secondary windings of the second transformer balance circuit 106 is made to correspond to the number of stack groups.
  • the size of the system does not increase much.
  • the transformer balance circuit 105 a circuit including the first switching element 111, the first transformer 110, and the first diode 112 is individually provided for each stack 103.
  • the DSP 108 performs equalization control for each stack 103 so that the voltage of the stack 103 matches the stack average voltage, the DSP 108 applies the pulse signal applied to the first switching element 111 corresponding to the stack 103. Determine the frequency and duty ratio precisely. As a result, the voltage charged in each stack 103 can be controlled with high accuracy.
  • the stack 103 and the voltage monitoring unit 107 are the same as the parts having the same numbers in FIG.
  • the converter balance circuit 104 includes a balance circuit 201, a DSP (digital signal processor) 202, and a switch control unit 203.
  • the balance circuit 201 includes a plurality of inductors L and a plurality of switching elements SW for, for example, four battery cells 102 # 1 to # 4 constituting the stack 103. Specifically, the first terminal of the # 1 inductor L is connected to the common connection terminal of the # 1 and # 2 battery cells 102, and the # 2 inductor is connected to the common connection terminal of the # 2 and # 3 battery cells 102. The first terminal of L is connected to the common connection terminal of the battery cells 102 of # 3 and # 4, and the first terminal of the inductor L of # 3 is connected thereto.
  • the second terminal of the # 1 inductor L is the common connection terminal for the # 1 and # 2 switching elements SW, and the second terminal of the # 2 inductor L is the common for the # 3 and # 4 switching elements SW.
  • the second terminal of the # 3 inductor L is connected to the common connection terminal of the # 5 and # 6 switching elements SW.
  • the output terminal side of the # 1 battery cell 102 is connected to the single connection terminal of the # 1 switching element SW.
  • the common connection terminal of the battery cells 102 of # 1 and # 2 is connected to the switching element SW of # 2.
  • the common connection terminals of the # 2 and # 3 battery cells 102 are connected to the common connection terminals of the switching elements SW of # 2 and # 5.
  • the output terminal side of the # 4 battery cell 102 is connected to the single connection terminal of the # 6 switching element SW.
  • the switch control unit 203 is an oscillation circuit that oscillates a pulse signal having a predetermined frequency and duty ratio specified by the DSP 202.
  • Each switching element SW of # 1 to # 6 is, for example, an FET (field effect transistor), and performs a switching operation by a pulse signal from the switch control unit 203.
  • the voltage monitoring unit 107 detects the voltages at both ends of the battery cells 102 of # 1 to # 4 constituting the stack 103, and outputs the detected voltage to the DSP 108 of FIG. 1 and the DSP 202 of FIG. 2 as digital values.
  • the DSP 202 determines to perform balance control between the battery cells 102 of # 1 and # 2, for example, the DSP 202 designates a predetermined frequency and duty ratio to the switch control unit 203. Then, the switching elements SW of # 1 and # 2 are instructed to operate. For example, the DSP 202 determines that the voltage of the # 1 battery cell 102 is higher than the voltage of the # 2 battery cell 102 based on the voltage monitoring result of the voltage monitoring unit 107. In this case, first, the energy discharged from the # 1 battery cell 102 is accumulated in the # 1 inductor L by the on / off operation of the # 1 switching element SW.
  • the energy stored in the # 1 inductor L is charged in the # 2 battery cell 102 by the on / off operation of the # 2 switching element SW delayed by the duty ratio.
  • the DSP 202 determines that the voltage of the # 2 battery cell 102 is higher than the voltage of the # 1 battery cell 102 based on the voltage monitoring result of the voltage monitoring unit 107. In this case, first, the energy discharged from the # 2 battery cell 102 is accumulated in the # 1 inductor L by the on / off operation of the # 2 switching element SW. Subsequently, the energy stored in the # 1 inductor L is charged in the # 1 battery cell 102 by the on / off operation of the # 1 switching element SW delayed by the duty ratio.
  • the DSP 202 determines that the balance control between the battery cells 102 of # 2 and # 3 is to be performed, the DSP 202 designates a predetermined frequency and duty ratio to the switch control unit 203, and # 3 and # 4. Instructing the switching element SW to operate. For example, the DSP 202 determines that the voltage of the # 2 battery cell 102 is higher than the voltage of the # 3 battery cell 102 based on the voltage monitoring result of the voltage monitoring unit 107. In this case, first, the energy discharged from the # 2 battery cell 102 is accumulated in the # 2 inductor L by the on / off operation of the # 3 switching element SW.
  • the energy stored in the # 2 inductor L is charged in the # 3 battery cell 102 by the on / off operation of the # 4 switching element SW delayed by the duty ratio.
  • the DSP 202 determines that the voltage of the # 3 battery cell 102 is higher than the voltage of the # 2 battery cell 102 based on the voltage monitoring result of the voltage monitoring unit 107. In this case, first, the energy discharged from the # 3 battery cell 102 is accumulated in the # 2 inductor L by the on / off operation of the # 4 switching element SW. Subsequently, the energy stored in the # 2 inductor L is charged in the # 2 battery cell 102 by the on / off operation of the # 3 switching element SW delayed by the duty ratio.
  • the DSP 202 determines that the balance control between the battery cells 102 of # 3 and # 4 is to be performed, the DSP 202 designates a predetermined frequency and duty ratio to the switch control unit 203, and # 5 and # 6. Instructing the switching element SW to operate. For example, the DSP 202 determines that the voltage of the # 3 battery cell 102 is higher than the voltage of the # 4 battery cell 102 based on the voltage monitoring result of the voltage monitoring unit 107. In this case, energy discharged from the # 3 battery cell 102 is first stored in the # 3 inductor L by the on / off operation of the # 5 switching element SW.
  • the energy stored in the # 3 inductor L is charged in the # 4 battery cell 102 by the on / off operation of the # 6 switching element SW delayed by the duty ratio.
  • the DSP 202 determines that the voltage of the # 4 battery cell 102 is higher than the voltage of the # 3 battery cell 102 based on the voltage monitoring result of the voltage monitoring unit 107. In this case, first, the energy discharged from the # 4 battery cell 102 is accumulated in the # 3 inductor L by the on / off operation of the # 6 switching element SW. Subsequently, the energy stored in the # 3 inductor L is charged in the # 3 battery cell 102 by the on / off operation of the # 5 switching element SW delayed by the duty ratio.
  • the converter balance circuit 104 when it is determined that the balance control in the stack 103 is necessary as a result of the voltage monitoring of the battery cells 102 in the stack 103 by the voltage monitoring unit 107, # The inductors 1 to # 3 and the switching elements SW of # 1 to # 6 are sequentially selectively operated. As a result, balance control is sequentially performed between the battery cells 102 adjacent to each of the battery cells 102 of # 1 to # 4, and the operation is repeated, so that the operations of # 1 to # 4 in the stack 103 are finally performed. The voltage of the battery cell 102 becomes uniform.
  • the DSP 202 in FIG. 2 may be realized by the same DSP as the DSP 108 in FIG.
  • transformer balance circuit 105 The operation of the transformer balance circuit 105 in the embodiment of FIG. 1 will be described in more detail.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a cell equalization control operation executed by the DSP 108 of FIG.
  • This control operation is realized as an operation in which a processor (not shown) in the DSP 108 executes a control program stored in a memory (not shown).
  • This control program is executed once or at a predetermined time interval, for example, when the vehicle equipped with the system of the present embodiment is turned off or when idling is started.
  • the DSP 108 in FIG. 1 calculates the voltage of the entire assembled battery 101 based on the voltage of each battery cell 103 detected by the voltage monitoring unit 107, and divides the voltage by the number of battery cells 102 in the assembled battery 101. To calculate the cell average voltage. Then, the DSP 108 determines whether or not the variation from the cell average voltage of each battery cell 102 in the assembled battery 101 is equal to or greater than the threshold value 1 (step S301).
  • step S301 If the variation is smaller than the threshold value 1 and the determination in step S301 is NO, it is not necessary to execute the cell equalization control, so the DSP 108 ends the current cell equalization control operation.
  • step S301 If the variation is greater than or equal to the threshold 1 and the determination in step S301 is YES, the DSP 108 further stacks 103 to which the secondary windings of the first transformers 110 in the first transformer balance circuit 105 are connected. Each time, it is determined whether or not the variation of the average voltage of each battery cell 102 in the stack 103 from the cell average voltage calculated in step S301 is a threshold value 1 or more (step S302).
  • FIG. 2 is used for the DSP 202 in the converter balance circuit 104 connected to the stack 103.
  • the above-described equalization control operation is executed.
  • the DSP 108 stops the operation of the converter balance circuit 104 when the variation is less than the threshold value 1 (step S303). Thereafter, the process returns to the determination process in step S302.
  • the DSP 108 next sets each stack group in the stack group for each stack group. It is determined whether or not the variation of the average voltage of the battery cells 102 from the cell average voltage calculated in step S301 is equal to or greater than a threshold value 2 (first threshold value) (step S304).
  • the DSP 108 is connected to the first transformer 110 corresponding to the stack group to the switch control unit 109. Identification information of the first switching element 111 is given.
  • the DSP 108 also specifies the frequency and duty ratio of the pulse signal output from the switch control unit 109 to the first switching element 111.
  • the switch control unit 109 outputs a pulse signal having a designated frequency and duty ratio to the designated first switching element 111.
  • the designated first switching element 111 starts a switching operation, and the first transformer 110 and the first diode 112 to which the first switching element 111 is connected are connected to the first transformer.
  • step S305 Charging of each battery cell 102 in the stack 103 to which each secondary winding 110 is connected is started. Then, the DSP 108 stops the operation of the first switching element 111 when the variation is less than the threshold value 2 (step S305). Thereafter, the process returns to the determination process in step S304.
  • the DSP 108 calculates for each stack group in the assembled battery 101. It is determined whether or not the variation of the average cell voltage obtained from the whole cell average voltage obtained in advance is equal to or greater than threshold value 3 (second threshold value) (step S306).
  • the DSP 108 instructs the switch control unit 109 to perform a switching operation by the second switching element 114. Specifically, the DSP 108 gives identification information of the second switching element 114 to the switch control unit 109, and specifies the frequency and duty ratio of the pulse signal. As a result, the switch control unit 109 outputs a pulse signal having a designated frequency and duty ratio to the designated second switching element 114. As a result, the designated second switching element 114 starts a switching operation, and the second transformer 113 and the second diode 115 to which the second switching element 114 is connected are connected to the second transformer 114.
  • step S307 The operation of the current equalization control is terminated after the process of step S307 or when the determination in step S306 is NO.
  • the circuit configuration shown in FIG. 2 is adopted as the specific configuration of the converter balance circuit 104 in FIG. 1, but the configuration of the converter balance circuit 104 is not limited to this.
  • energy discharged from one or more battery cells 102 in the stack 103 is charged to one or more other battery cells 102 in the stack 103.
  • Any configuration of the converter balance circuit 104 may be employed as long as the voltage of the battery cells 102 in the stack 103 is equalized.
  • the transbalance circuit has a two-stage configuration of the first transbalance circuit 105 and the second transbalance circuit 113, but the adjacent stacks are grouped into a plurality of stack groups.
  • a circuit for equalizing the voltage between stack groups of each stage by discharging or charging energy for each stack group of each stage, and switching elements, transformers, and rectifiers for each stack group of each stage A transbalance circuit composed of a plurality of stages of three or more stages that performs the equalization operation via the circuit may be employed.

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Abstract

　複数の電池セルを接続して構成される組電池の電圧の均等化制御において、電池セルの直列数が増えても二次巻線の数の増大を抑えてトランスのサイズの増大を抑え、二次巻線間のばらつきを抑えて均等化の精度を向上させる。ＤＳＰ１０８は、電圧監視部１０７が検出した各電池セル１０２の電圧に基づいて、各第１のスイッチング素子１１１または第２のスイッチング素子１１４のいずれかを動作させるためのスイッチング動作をスイッチ制御部１０９に指示して、均等化の動作を実行させる。トランスバランス回路が第１および第２のトランスバランス回路１０５および１１３の２段で構成され、各トランスバランス回路は電池セル１０２のばらつきに応じて各々独立して動作し均等化制御を実施できる。この結果、トランスの小型化と、個別のスイッチング制御による均等化制御の精度の向上が実現される。

Description

電池均等化装置および方法
　本発明は、複数の電池セルを接続して構成される組電池の電圧の均等化を制御する電池均等化装置および方法に関する。
　いわゆるハイブリッドカー、プラグインハイブリッドカー、あるいはハイブリッドビークル、ハイブリッドエレクトリックビークルなどと呼ばれる、エンジンに加えてモータ（電動機）を動力源として備えた車両または輸送機械（以下、「車両等」と称する）が実用化されている。さらには、エンジンを備えずモータのみで車両を駆動する電気自動車も実用化されつつある。それらのモータを駆動する電源として、小型、大容量の特徴を有するリチウムイオン電池などが多く使用されるようになってきている。そして、このような用途においては、複数の電池セルが例えば直列に接続されて電池ブロックが構成され、さらにこの電池ブロックを組み合わして接続される組電池として供給される場合がある。電池セルの直列接続により車両のモータを駆動するのに必要な高電圧が得られ、電池ブロックをさらに直列や並列に組み合わして接続することにより必要な電流容量やさらなる高電圧が得られる。
　この場合、リチウムイオン電池などは温度による特性の変化が大きく、電池が使用される環境の温度によって電池の残存容量や充電効率も大きく変化する。自動車のような使用環境ではなおさらである。
　この結果、電池ブロックを構成する電池セル等において、各セル等の残存容量および出力電圧にばらつきが生じる。各セル等が発生する電圧にばらつきが発生すると、１つのセルの電圧が駆動可能な閾値を下回ったような場合に、全体の電源供給を止めたり抑制したりする必要が生じ、電力効率が低下してしまう。このため、各セルの電圧の均等化を行う電池均等化制御が必要となる。さらには、電池ブロック間でも電圧の均等化を行う必要も生じる。
　電池均等化制御の従来技術としては、放電が必要な電池セルからの放電電力を充電が必要な電池セルに充電させる、いわゆるアクティブ方式の電池均等化制御技術が知られている。
　アクティブ方式の従来技術として、インダクタ＋トランス方式が知られている（例えば特許文献１に記載の技術）。この方式は、インダクタ結合方式の回路構成に加えて、直列する電池セル内の連続する数セルずつの電池セルをスタックとしてまとめ、各スタックの両端子にトランスの各巻線を接続した方式である。この方式では、トランスの各巻線の巻数を同一にすることにより、数セルずつの電池セルからなるスタックを単位として各スタック間の両端電圧が均等化され、各スタック内の電池セル間の電圧はインダクタ結合方式により均等化される。この方式では、均等化時間を短縮することができる。
　しかし、上述のインダクタ＋トランス結合方式の従来技術では、電池セルの直列数が増えると、トランスの二次巻線の数も増え、トランスのサイズが増大してしまうという問題を有していた。また、二次巻線間のばらつきが増大して、電池セルの均等化の精度を出すことができなくなってしまうという問題を有していた。
特開２００８－０３５６８０号公報 特開２００５－３０４１１２号公報 特開２００４－０８８８７８号公報
　本発明は、電池セルの直列数が増えても二次巻線の数の増大を抑えてトランスのサイズの増大を抑えることを可能とし、二次巻線間のばらつきを抑えて均等化の精度を向上させることを目的とする。
　態様の一例は、複数の電池セルが直列接続されて構成される組電池におけるその複数の電池セルの電圧を均等化させる電池均等化装置として構成され、複数の電池セルのうち、所定数の電池セルからなる複数のスタックのうちの隣接する所定数のスタックごとにエネルギーの放電または充電を行わせることによって隣接する所定数のスタック間の電圧を均等化させる回路であって、隣接する所定数のスタックごとに、第１のスイッチング素子、第１のトランス、および第１の整流回路を介して、均等化の動作を実行する第１のトランスバランス回路と、隣接する所定数のスタックを一つのスタックグループとして、そのスタックグループごとにエネルギーの放電または充電を行わせることによってスタックグループ間の電圧を均等化させる回路であって、スタックグループごとに、第２のスイッチング素子、第２のトランス、および第２の整流回路を介して、均等化の動作を実行する第２のトランスバランス回路と、各電池セルの電圧を監視して検出する電圧監視部と、電圧監視部が検出した各電池セルの電圧に基づいて、スタックおよびスタックグループの電圧を算出し、その算出された電圧に基づいて均等化の動作を実行すべきスタックまたはスタックグループを決定し、その決定したスタックに対応する第１のスイッチング素子またはその決定したスタックグループに対応する第２のスイッチング素子に対し、均等化の動作に対応するスイッチング動作を指示して均等化の動作を実行させるバランス制御部と、を備える。
　本発明によれば、電池セルの直列数が増えても二次巻線の数の増大を抑えてトランスのサイズの増大を抑えることが可能となり、二次巻線間のばらつきを抑えて均等化の精度を向上させることが可能となる。
本実施形態のシステム構成図である。 本実施形態におけるコンバータバランス回路の構成図である。 本実施形態のセル均等化の制御動作を示すフローチャートである。
　以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
　図１は、本実施形態のシステム構成図である。
　複数の電池セル１０２が直列に接続されて組電池１０１が構成される。本実施形態では、組電池１０１は、連続的に直列接続された所定数の電池セル１０２からなるスタック１０３の集合として構成される。
　第１のトランスバランス回路１０５は、隣接する所定数のスタック１０３に対してエネルギーの放電または充電を行わせることによってスタック１０３間の電圧を均等化させる回路である。より具体的には、第１のトランスバランス回路１０５は、例えば隣接する２個のスタック１０３ごとに、第１のスイッチング素子１１１、第１のトランス１１０、および第１の整流回路である第１のダイオード１１２を介して、均等化の動作を実行する。
　図１の実施形態では、第１のトランスバランス回路１０５において、各第１のトランス１１０の一次巻線には、その第１のトランス１１０に接続される第１のスイッチング素子１１１を介して、隣接する２個ずつのスタック１０３かなるスタックグループの両端子が接続される。また、その第１のトランス１１０の２個の二次巻線にはそれぞれ、上述のスタックグループ内の各スタック１０３の両端子が第１のダイオード１１２を介して接続される。
　第２のトランスバランス回路１０６は、上述のスタックグループごとにエネルギーの放電または充電を行わせることによってスタックグループ間の電圧を均等化させる回路である。より具体的には、第２のトランスバランス回路１０６は、スタックグループごとに、第２のスイッチング素子１１４、第２のトランス１１３、および第２の整流回路である第２のダイオード１１５を介して、均等化の動作を実行する。
　図１の実施形態では、第２のトランスバランス回路１０６において、一次巻線には第２のトランス１１３に接続される第２のスイッチング素子１１４を介して組電池１０１の両端子が接続され、第２のトランス１１３の複数の二次巻線にはそれぞれ組電池１０１内の各スタックグループの両端子が第２のダイオード１１５を介して接続される。
　スイッチ制御部１０９は、バランス制御部の一部として機能し、後述するＤＳＰ１０８から指定される所定の周波数およびデューティー比を有するパルス信号を発振する発振回路である。各第１のスイッチング素子１１１および第２のスイッチング素子１１４は、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であり、スイッチ制御部１０９からのパルス信号によりスイッチング動作を行う。
　コンバータバランス回路１０４は、組電池１０１を構成する各スタック１０３について、スタック１０３内の電池セル１０２のうちの１つ以上の電池セル１０２から放電されるエネルギーをそのスタック１０３内の電池セル１０２のうちの１つ以上の他の電池セルに充電させることによって、そのスタック１０３内の電池セル１０２の電圧を均等化させる。このコンバータバランス回路１０４は例えば、スタック１０３内の各電池セル１０２から放電される電力を、スイッチング素子およびインダクタを含む回路を介して、そのスタック１０３内の隣接する電池セルに充電させる。
　電圧監視部１０７は、各電池セル１０２の電圧を監視しデジタル信号値として検出する。
　デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ：Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ：以下「ＤＳＰ」と呼ぶ）１０８は、バランス制御部の一部として機能し、電圧監視部１０７が検出した各電池セル１０２の電圧のデジタル信号値に基づいて、デジタル信号処理によって、コンバータバランス回路１０４、第１のトランスバランス回路１０５、または第２のトランスバランス回路１１３のいずれかを選択して動作させる。
　具体的には、ＤＳＰ１０８は、電圧監視部１０７が検出した各電池セル１０２の電圧に基づいて、各第１のスイッチング素子１１１または第２のスイッチング素子１１４のいずれかを動作させるためのスイッチング動作をスイッチ制御部１０９に指示して、均等化の動作を実行させる。例えば、ＤＳＰ１０８は、決定したスタック１０３またはスタックグループの両端に第１のトランス１１０または第２のトランス１１３を介して所定の電圧を与えて充電を行うために、周波数およびデューティー比を指定したパルス信号を第１のスイッチング素子１１１または第２のスイッチング素子１１４に与えることを、スイッチ制御部１０９に指示する。
　さらに具体的には、ＤＳＰ１０８は、電圧監視部１０７が検出した各電池セル１０３の電圧に基づいて組電池１０１全体の電圧を算出し、その電圧を組電池１０１における電池セル１０２の数で除算することでセル平均電圧を算出する。ＤＳＰ１０８は、スタックグループごとに、そのスタックグループ内のスタック１０３ごとの平均のセル電圧のセル平均電圧からのばらつきが閾値２（第１の閾値）以上であると判定したならば、スイッチ制御部１０９に対して、そのスタックグループに対応する第１のトランス１１０に接続される第１のスイッチング素子１１１によるスイッチング動作を指示する。具体的には、ＤＳＰ１０８は、スイッチ制御部１０９に対して、パルス信号を出力すべき第１のスイッチング素子１１１の識別情報を与え、また、そのパルス信号の周波数およびデューティー比を指定する。これにより、スイッチ制御部１０９は、指定された第１のスイッチング素子１１１に対して、指定された周波数およびデューティー比を有するパルス信号を出力する。この結果、指定された第１のスイッチング素子１１１がスイッチング動作を開始し、その第１のスイッチング素子１１１が接続される第１のトランス１１０および第１のダイオード１１２を介して、その第１のトランス１１０の二次巻線が接続されるスタックグループ内の各スタック１０３内の各電池セル１０２への充電が開始される。ＤＳＰ１０８は、上述のばらつきが閾値２より小さくなったら、そのスタックグループに対する均等化の動作を終了し、他の残っている未処理のスタックグループに対して、同様の均等化の動作を実行する。
　次に、ＤＳＰ１０８は、組電池１０１内のスタックグループごとに算出した平均のセル電圧の予め全体から求めてあるセル平均電圧からのばらつきが閾値３（第２の閾値）以上であると判定したならば、スイッチ制御部１０９に対して、第２のスイッチング素子１１４によるスイッチング動作を指示する。具体的には、ＤＳＰ１０８は、スイッチ制御部１０９に対して、第２のスイッチング素子１１４の識別情報を与え、また、パルス信号の周波数およびデューティー比を指定する。これにより、スイッチ制御部１０９は、指定された第２のスイッチング素子１１４に対して、指定された周波数およびデューティー比を有するパルス信号を出力する。この結果、指定された第２のスイッチング素子１１４がスイッチング動作を開始し、その第２のスイッチング素子１１４が接続される第２のトランス１１３および第２のダイオード１１５を介して、その第２のトランス１１３の二次巻線が接続される各スタックグループ内の各スタック１０３内の各電池セル１０２への充電が開始される。ＤＳＰ１０８は、上述のばらつきが閾値３より小さくなったら、各スタックグループに対する均等化の動作を終了する。
　以上のように本実施形態では、トランスバランス回路が第１のトランスバランス回路１０５および第２のトランスバランス回路１０６の２段で構成される。そして、第１のトランスバランス回路１０５と第２のトランスバランス回路１０６は独立して動作し、電池セル１０２のばらつきに応じて、各々動作してバランスをとることができる。この結果、１段目の第１のトランスバランス回路１０５は、二次巻線の数が例えば２個というような、小型のトランスを用意すればよく、２段目の第２のトランスバランス回路１０６の二次巻線の数も少なくして小型化を実現できる。電池セル１０２の直列数が増えても、小型の第１のトランスバランス回路１０５の数を増やし、第２のトランスバランス回路１０６の二次巻線の数をスタックグループの数に対応させることによって対応でき、システムのサイズはそれほど増大しないで済む。あるいは、第１のトランスバランス回路１０５および第２のトランスバランス回路１０６に加えてさらに上位のトランスバランス回路を加えて多段構成にすることによっても対応することが可能となる。この場合は、第１のトランスバランス回路１０５および第２のトランスバランス回路１０６のサイズは変更する必要がない。
　このように本実施形態によれば、電池セルの直列数が増えても二次巻線の数の増大を抑えてトランスのサイズの増大を抑えることが可能となる。
　また、本実施形態では、トランスバランス回路１０５において、スタック１０３ごとに、第１のスイッチング素子１１１、第１のトランス１１０、および第１のダイオード１１２を含む回路が個別に備えられる。そして、ＤＳＰ１０８は、スタック１０３ごとに、そのスタック１０３の電圧がスタック平均電圧に揃うように均等化制御を実施するときに、そのスタック１０３に対応する第１のスイッチング素子１１１に印加するパルス信号の周波数およびデューティー比を精密に決定する。この結果、各スタック１０３に充電される電圧を高い精度で制御することが可能となる。
　図１のコンバータバランス回路１０４の詳細は、図２に示される。
　図２において、スタック１０３および電圧監視部１０７は、図１の同じ番号の部分と同じである。
　コンバータバランス回路１０４は、バランス回路２０１、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）２０２、およびスイッチ制御部２０３を備える。バランス回路２０１は、スタック１０３を構成する例えば＃１から＃４の４つの電池セル１０２に対して、複数のインダクタＬと複数のスイッチング素子ＳＷとを備える。具体的には、＃１と＃２の電池セル１０２の共通の接続端子に＃１のインダクタＬの第１の端子が、＃２と＃３の電池セル１０２の共通接続端子に＃２のインダクタＬの第１の端子が、＃３と＃４の電池セル１０２の共通接続端子に＃３のインダクタＬの第１の端子がそれぞれ接続される。また、＃１のインダクタＬの第２の端子は＃１と＃２のスイッチング素子ＳＷの共通接続端子に、＃２のインダクタＬの第２の端子は＃３と＃４のスイッチング素子ＳＷの共通接続端子に、＃３のインダクタＬの第２の端子は＃５と＃６のスイッチング素子ＳＷの共通接続端子にそれぞれ接続される。さらに、＃１の電池セル１０２の出力端子側は、＃１のスイッチング素子ＳＷの単独接続端子に接続される。＃１と＃２の電池セル１０２の共通接続端子は、＃２のスイッチング素子ＳＷに接続される。＃２と＃３の電池セル１０２の共通接続端子は、＃２および＃５のスイッチング素子ＳＷの共通接続端子に接続される。＃４の電池セル１０２の出力端子側は、＃６のスイッチング素子ＳＷの単独接続端子に接続される。
　スイッチ制御部２０３は、ＤＳＰ２０２から指定される所定の周波数およびデューティー比を有するパルス信号を発振する発振回路である。＃１から＃６の各スイッチング素子ＳＷは、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であり、スイッチ制御部２０３からのパルス信号によりスイッチング動作を行う。
　電圧監視部１０７は、スタック１０３を構成する＃１から＃４の各電池セル１０２の各両端電圧を検出し、その検出した電圧をデジタル値として図１のＤＳＰ１０８および図２のＤＳＰ２０２に出力する。
　上述のコンバータバランス回路１０４の構成において、ＤＳＰ２０２は、例えば＃１と＃２の電池セル１０２間のバランス制御を実施すると判定したときには、スイッチ制御部２０３に対して、所定の周波数とデューティー比を指定して、＃１と＃２のスイッチング素子ＳＷを動作させるように指示する。そして例えば、ＤＳＰ２０２が、電圧監視部１０７の電圧監視結果に基づいて、＃１の電池セル１０２の電圧が＃２の電池セル１０２の電圧よりも高いと判定する。この場合はまず、＃１のスイッチング素子ＳＷのオンオフ動作により、＃１の電池セル１０２から放電されたエネルギーが＃１のインダクタＬに蓄積される。続いて、デューティー比分だけ遅れた＃２のスイッチング素子ＳＷのオンオフ動作により、＃１のインダクタＬに蓄積されたエネルギーが＃２の電池セル１０２に充電される。逆に例えば、ＤＳＰ２０２が、電圧監視部１０７の電圧監視結果に基づいて、＃２の電池セル１０２の電圧が＃１の電池セル１０２の電圧よりも高いと判定する。この場合はまず、＃２のスイッチング素子ＳＷのオンオフ動作により、＃２の電池セル１０２から放電されたエネルギーが＃１のインダクタＬに蓄積される。続いて、デューティー比分だけ遅れた＃１のスイッチング素子ＳＷのオンオフ動作により、＃１のインダクタＬに蓄積されたエネルギーが＃１の電池セル１０２に充電される。
　また、ＤＳＰ２０２は、＃２と＃３の電池セル１０２間のバランス制御を実施すると判定したときには、スイッチ制御部２０３に対して、所定の周波数とデューティー比を指定して、＃３と＃４のスイッチング素子ＳＷを動作させるように指示する。そして例えば、ＤＳＰ２０２が、電圧監視部１０７の電圧監視結果に基づいて、＃２の電池セル１０２の電圧が＃３の電池セル１０２の電圧よりも高いと判定する。この場合はまず、＃３のスイッチング素子ＳＷのオンオフ動作により、＃２の電池セル１０２から放電されたエネルギーが＃２のインダクタＬに蓄積される。続いて、デューティー比分だけ遅れた＃４のスイッチング素子ＳＷのオンオフ動作により、＃２のインダクタＬに蓄積されたエネルギーが＃３の電池セル１０２に充電される。逆に例えば、ＤＳＰ２０２が、電圧監視部１０７の電圧監視結果に基づいて、＃３の電池セル１０２の電圧が＃２の電池セル１０２の電圧よりも高いと判定する。この場合はまず、＃４のスイッチング素子ＳＷのオンオフ動作により、＃３の電池セル１０２から放電されたエネルギーが＃２のインダクタＬに蓄積される。続いて、デューティー比分だけ遅れた＃３のスイッチング素子ＳＷのオンオフ動作により、＃２のインダクタＬに蓄積されたエネルギーが＃２の電池セル１０２に充電される。
　さらに、ＤＳＰ２０２は、＃３と＃４の電池セル１０２間のバランス制御を実施すると判定したときには、スイッチ制御部２０３に対して、所定の周波数とデューティー比を指定して、＃５と＃６のスイッチング素子ＳＷを動作させるように指示する。そして例えば、ＤＳＰ２０２が、電圧監視部１０７の電圧監視結果に基づいて、＃３の電池セル１０２の電圧が＃４の電池セル１０２の電圧よりも高いと判定する。この場合はまず、＃５のスイッチング素子ＳＷのオンオフ動作により、＃３の電池セル１０２から放電されたエネルギーが＃３のインダクタＬに蓄積される。続いて、デューティー比分だけ遅れた＃６のスイッチング素子ＳＷのオンオフ動作により、＃３のインダクタＬに蓄積されたエネルギーが＃４の電池セル１０２に充電される。逆に例えば、ＤＳＰ２０２が、電圧監視部１０７の電圧監視結果に基づいて、＃４の電池セル１０２の電圧が＃３の電池セル１０２の電圧よりも高いと判定する。この場合はまず、＃６のスイッチング素子ＳＷのオンオフ動作により、＃４の電池セル１０２から放電されたエネルギーが＃３のインダクタＬに蓄積される。続いて、デューティー比分だけ遅れた＃５のスイッチング素子ＳＷのオンオフ動作により、＃３のインダクタＬに蓄積されたエネルギーが＃３の電池セル１０２に充電される。
　以上のようにして、コンバータバランス回路１０４では、電圧監視部１０７でのスタック１０３内の各電池セル１０２の電圧監視の結果、スタック１０３内でのバランス制御が必要であると判定されたときには、＃１から＃３のインダクタＬおよび＃１から＃６のスイッチング素子ＳＷが順次選択的に動作させられる。この結果、＃１から＃４の各電池セル１０２のそれぞれ隣接する電池セル１０２間でバランス制御が順次実施され、その動作が繰り返されることにより、最終的にスタック１０３内の＃１から＃４の電池セル１０２の電圧が均一になる。
　上述の構成において、図２のＤＳＰ２０２は、図１のＤＳＰ１０８と同一のＤＳＰによって実現されてもよい。
　図１の実施形態におけるトランスバランス回路１０５の動作について、更に詳細に説明する。
　図３は、図１のＤＳＰ１０８が実行するセル均等化の制御動作を示すフローチャートである。この制御動作は、ＤＳＰ１０８内の特には図示しないプロセッサが、特には図示しないメモリに記憶された制御プログラムを実行する動作として実現される。この制御プログラムは、例えば本実施形態のシステムを搭載した車両のイグニッションオフ時またはアイドリング開始時に、１回、もしくは所定の時間間隔で繰返し、実行される。
　まず、図１のＤＳＰ１０８は、電圧監視部１０７が検出した各電池セル１０３の電圧に基づいて組電池１０１全体の電圧を算出し、その電圧を組電池１０１における電池セル１０２の数で除算することでセル平均電圧を算出する。そして、ＤＳＰ１０８は、組電池１０１内の各電池セル１０２のセル平均電圧からのばらつきが閾値１以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０１）。
　上記ばらつきが閾値１よりも小さくステップＳ３０１の判定がＮＯの場合には、セル均等化制御を実行する必要はないため、ＤＳＰ１０８は、今回のセル均等化の制御動作を終了する。
　上記ばらつきが閾値１以上であってステップＳ３０１の判定がＹＥＳの場合には、ＤＳＰ１０８はさらに、第１のトランスバランス回路１０５内の各第１のトランス１１０の二次巻線が接続されるスタック１０３ごとに、そのスタック１０３内の各電池セル１０２の平均電圧のステップＳ３０１で算出されているセル平均電圧からのばらつきが閾値１以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０２）。
　そして、上記ばらつきが閾値１以上であってステップＳ３０２の判定がＹＥＳとなったスタック１０３がある場合には、そのスタック１０３に接続されるコンバータバランス回路１０４内のＤＳＰ２０２に対して、図２を用いて前述した均等化制御の動作を実行させる。そして、ＤＳＰ１０８は、上記ばらつきが閾値１未満になったところで、上記コンバータバランス回路１０４の動作を停止させる（以上、ステップＳ３０３）。その後、ステップＳ３０２の判定処理に戻る。
　組電池１０１内の全てのスタック１０３内の各上記ばらつきが閾値１以内になってステップＳ３０２の判定がＮＯになったら、次にＤＳＰ１０８は、スタックグループごとに、そのスタックグループ内のスタック１０３ごとの電池セル１０２の平均電圧のステップＳ３０１で算出されているセル平均電圧からのばらつきが閾値２（第１の閾値）以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０４）。
　上記ばらつきが閾値２以上であってステップＳ３０４の判定がＹＥＳとなるスタックグループがある場合には、ＤＳＰ１０８は、スイッチ制御部１０９に対して、そのスタックグループに対応する第１のトランス１１０に接続される第１のスイッチング素子１１１の識別情報を与える。また、ＤＳＰ１０８は、スイッチ制御部１０９からその第１のスイッチング素子１１１に出力されるパルス信号の周波数およびデューティー比を指定する。これにより、スイッチ制御部１０９は、指定された第１のスイッチング素子１１１に対して、指定された周波数およびデューティー比を有するパルス信号を出力する。この結果、指定された第１のスイッチング素子１１１がスイッチング動作を開始し、その第１のスイッチング素子１１１が接続される第１のトランス１１０および第１のダイオード１１２を介して、その第１のトランス１１０の各二次巻線が接続されるスタック１０３内の各電池セル１０２への充電が開始される。そして、ＤＳＰ１０８は、上記ばらつきが閾値２未満になったところで、上記第１のスイッチング素子１１１の動作を停止させる（以上、ステップＳ３０５）。その後、ステップＳ３０４の判定処理に戻る。
　組電池１０１内の全てのスタックグループについて、各スタックグループ内の上記ばらつきが閾値２以内になってステップＳ３０４の判定がＮＯになったら、次にＤＳＰ１０８は、組電池１０１内のスタックグループごとに算出した平均のセル電圧の予め全体から求めてあるセル平均電圧からのばらつきが閾値３（第２の閾値）以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０６）。
　ステップＳ３０６の判定がＹＥＳとなった場合、ＤＳＰ１０８は、スイッチ制御部１０９に対して、第２のスイッチング素子１１４によるスイッチング動作を指示する。具体的には、ＤＳＰ１０８は、スイッチ制御部１０９に対して、第２のスイッチング素子１１４の識別情報を与え、また、パルス信号の周波数およびデューティー比を指定する。これにより、スイッチ制御部１０９は、指定された第２のスイッチング素子１１４に対して、指定された周波数およびデューティー比を有するパルス信号を出力する。この結果、指定された第２のスイッチング素子１１４がスイッチング動作を開始し、その第２のスイッチング素子１１４が接続される第２のトランス１１３および第２のダイオード１１５を介して、その第２のトランス１１３の二次巻線が接続される各スタックグループ内の各スタック１０３内の各電池セル１０２への充電が開始される。そして、ＤＳＰ１０８は、上述のばらつきが閾値３より小さくなったら、各スタックグループに対する均等化の動作を終了する（以上ステップＳ３０７）。
　ステップＳ３０７の処理の後、またはステップＳ３０６の判定がＮＯの場合に、今回の均等化制御の動作を終了する。
　上述の実施形態において、図１のコンバータバランス回路１０４の具体的な構成としては、図２に示される回路構成が採用されたが、コンバータバランス回路１０４の構成はこれに限られるものではない。スタック１０３ごとに、そのスタック１０３内の電池セル１０２のうちの１つ以上の電池セルから放電されるエネルギーをそのスタック１０３内の電池セル１０２のうちの１つ以上の他の電池セル１０２に充電させることによってそのスタック１０３内の電池セル１０２の電圧を均等化させる構成であれば、どのようなコンバータバランス回路１０４の構成が採用されてもよい。
　さらに本実施形態では、トランスバランス回路は、第１のトランスバランス回路１０５および第２のトランスバランス回路１１３の２段構成が示されているが、隣接するスタックを複数段のスタックグループにグループ化して、各段のスタックグループごとにエネルギーの放電または充電を行わせることによって各段のスタックグループ間の電圧を均等化させる回路であって、各段のスタックグループごとに、スイッチング素子、トランス、および整流回路を介して均等化の動作を実行する３段以上の複数段かなるトランスバランス回路が採用されてもよい。
 
 

Claims (10)

  1. 　複数の電池セルが直列接続されて構成される組電池における該複数の電池セルの電圧を均等化させる電池均等化装置であって、
    　前記複数の電池セルのうち、所定数の電池セルからなる複数のスタックのうちの隣接する所定数のスタックごとにエネルギーの放電または充電を行わせることによって前記隣接する所定数のスタック間の電圧を均等化させる回路であって、前記隣接する所定数のスタックごとに、第１のスイッチング素子、第１のトランス、および第１の整流回路を介して、均等化の動作を実行する第１のトランスバランス回路と、
    　前記隣接する所定数のスタックを一つのスタックグループとして、該スタックグループごとにエネルギーの放電または充電を行わせることによって前記スタックグループ間の電圧を均等化させる回路であって、前記スタックグループごとに、第２のスイッチング素子、第２のトランス、および第２の整流回路を介して、均等化の動作を実行する第２のトランスバランス回路と、
    　前記各電池セルの電圧を監視して検出する電圧監視部と、
    　前記電圧監視部が検出した前記各電池セルの電圧に基づいて、前記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチング素子に対して前記均等化の動作に対応するスイッチング動作を指示して均等化の動作を実行させるバランス制御部と、
    　を備えることを特徴とする電池均等化装置。
  2. 　前記第１のトランスの一次巻線には該第１のトランスに接続される前記第１のスイッチング素子を介して前記スタックグループの両端子が接続され、該第１のトランスの複数の二次巻線にはそれぞれ前記スタックグループ内の各スタックの両端子が前記第１の整流回路を介して接続され、
    　前記第２のトランスの一次巻線には該第２のトランスに接続される前記第２のスイッチング素子を介して前記組電池の両端子が接続され、該第２のトランスの複数の二次巻線にはそれぞれ前記組電池内の各スタックグループの両端子が前記第２の整流回路を介して接続される、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の電池均等化装置。
  3. 　前記バランス制御部は、
    　前記電圧監視部が検出した前記各電池セルの電圧に基づいて前記組電池全体の電圧を算出し、該電圧を前記組電池における前記電池セルの数で除算することでセル平均電圧を算出し、
    　前記スタックグループごとに、該スタックグループ内のスタックごとの平均のセル電圧の前記セル平均電圧からのばらつきが第１の閾値以上であると判定したならば、該スタックグループに対応する前記第１のトランスに接続される前記第１のスイッチング素子に該ばらつきが前記第１の閾値より小さくなるまでスイッチング動作を行わせ、
     
    　前記組電池内のスタックグループごとの平均のセル電圧の前記セル平均電圧からのばらつきが第２の閾値以上であると判定したならば、前記第２のスイッチング素子に該ばらつきが前記第２の閾値より小さくなるまでスイッチング動作を行わせる、
    　ことを特徴とする請求項２に記載の電池均等化装置。
  4. 　前記スタックごとに、該スタック内の電池セルのうちの１つ以上の電池セルから放電されるエネルギーを該スタック内の電池セルのうちの１つ以上の他の電池セルに充電させることによって該スタック内の電池セルの電圧を均等化させるコンバータバランス回路をさらに備える、
    　ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電池均等化装置。
  5. 　前記コンバータバランス回路は、前記スタック内の電池セルのうちの１つ以上の電池セルから放電される電力を、スイッチング素子およびインダクタを含む回路を介して、前記スタック内の電池セルのうちの１つ以上の他の電池セルに充電させる、
    　ことを特徴とする請求項４に記載の電池均等化装置。
  6. 　複数の電池セルが直列接続されて構成される組電池における該複数の電池セルの電圧を均等化させる電池均等化方法であって、
    　前記複数の電池セルのうち、所定数の電池セルからなる複数のスタックのうちの隣接する所定数のスタックごとにエネルギーの放電または充電を行わせることによって前記隣接する所定数のスタック間の電圧を均等化させる動作として、前記隣接する所定数のスタックごとに、第１のスイッチング素子、第１のトランス、および第１の整流回路かなる第１のトランスバランス回路を介して、均等化の動作を実行し、
    　前記隣接する所定数のスタックを一つのスタックグループとして、該スタックグループごとにエネルギーの放電または充電を行わせることによって前記スタックグループ間の電圧を均等化させる動作として、前記スタックグループごとに、第２のスイッチング素子、第２のトランス、および第２の整流回路からなる第２のトランスバランス回路を介して、均等化の動作を実行し、
    　前記各電池セルの電圧を監視して検出し、
    　前記検出した前記各電池セルの電圧に基づいて、前記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチング素子に対して前記均等化の動作に対応するスイッチング動作を指示して均等化の動作を実行させる、
    　ことを特徴とする電池均等化方法。
  7. 　前記第１のトランスの一次巻線には該第１のトランスに対応する前記第１のスイッチング素子を介して前記スタックグループの両端子を接続し、
    　該第１のトランスの複数の二次巻線にはそれぞれ前記スタックグループ内の各スタックの両端子を前記第１の整流回路を介して接続し、
    　前記第２のトランスの一次巻線には該第２のトランスに接続される前記第２のスイッチング素子を介して前記組電池の両端子を接続し、該第２のトランスの複数の二次巻線にはそれぞれ前記組電池内の各スタックグループの両端子を前記第２の整流回路を介して接続する、
    　ことを特徴とする請求項６に記載の電池均等化方法。
  8. 　前記電圧監視部が検出した前記各電池セルの電圧に基づいて前記組電池全体の電圧を算出し、該電圧を前記組電池における前記電池セルの数で除算することでセル平均電圧を算出し、
    　前記スタックグループごとに、該スタックグループ内のスタックごとの平均のセル電圧の前記セル平均電圧からのばらつきが第１の閾値以上であると判定したならば、該スタックグループに対応する前記第１のトランスに接続される前記第１のスイッチング素子に該ばらつきが前記第１の閾値より小さくなるまでスイッチング動作を行わせ、
    　前記組電池内のスタックグループごとの平均のセル電圧の前記セル平均電圧からのばらつきが第２の閾値以上であると判定したならば、前記第２のスイッチング素子に該ばらつきが前記第２の閾値より小さくなるまでスイッチング動作を行わせる、
    　ことを特徴とする請求項７に記載の電池均等化方法。
  9. 　複数の電池セルが直列接続されて構成される組電池における該複数の電池セルの電圧を均等化させる電池均等化装置であって、
    　前記隣接するスタックを複数段のスタックグループにグループ化して、該各段のスタックグループごとにエネルギーの放電または充電を行わせることによって該各段のスタックグループ間の電圧を均等化させる回路であって、該各段のスタックグループごとに、スイッチング素子、トランス、および整流回路を介して、均等化の動作を実行する複数段かなるトランスバランス回路と、
    　前記各電池セルの電圧を監視して検出する電圧監視部と、
    　前記電圧監視部が検出した前記各電池セルの電圧に基づいて、前記各段のスタックグループの電圧を算出し、該算出された電圧に基づいて前記均等化の動作を実行すべきスタックグループを決定し、該決定したスタックグループに対応する段のスイッチング素子に対して前記均等化の動作に対応するスイッチング動作を指示して前記均等化の動作を実行させるバランス制御部と、
    　を備えることを特徴とする電池均等化装置。
  10. 　複数の電池セルが直列接続されて構成される組電池における該複数の電池セルの電圧を均等化させる電池均等化装置であって、
    　前記隣接するスタックを複数段のスタックグループにグループ化して、該各段のスタックグループごとにエネルギーの放電または充電を行わせることによって該各段のスタックグループ間の電圧を均等化させる動作として、該各段のスタックグループごとに、スイッチング素子、トランス、および整流回路からなる複数段のトランスバランス回路を介して、均等化の動作を実行し、
    　前記各電池セルの電圧を監視して検出し、
    　前記電圧監視部が検出した前記各電池セルの電圧に基づいて、前記各段のスタックグループの電圧を算出し、該算出された電圧に基づいて前記均等化の動作を実行すべきスタックグループを決定し、該決定したスタックグループに対応する段のスイッチング素子に対して前記均等化の動作に対応するスイッチング動作を指示して前記均等化の動作を実行させる、
    　ことを特徴とする電池均等化方法。
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