JP2003189492A

JP2003189492A - 充放電制御装置

Info

Publication number: JP2003189492A
Application number: JP2001381769A
Authority: JP
Inventors: Akiyoshi Uejima; 章義上島
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-12-14
Filing date: 2001-12-14
Publication date: 2003-07-04

Abstract

(57)【要約】【課題】大電流の充放電でも、セル電圧を均一化させ
ることのできる充放電制御装置を提供する。【解決手段】複数の単位キャパシタをセルＣ１〜Ｃ３
として直列に接続して組電源１２を構成する。各セルＣ
の電圧を測定し、電圧のもっとも高いセルともっとも低
いセルを検出する。充電時には、電圧の高いセルに調整
用セルＣｘを接続する。放電時には、電圧の低いセルに
調整用セルＣｘを接続する。このようにすることによっ
て、容量の小さいセルは、見かけ上で容量が大きくな
り、充放電進行が遅くなり、各セルが同じ電圧で充放電
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セルとして直列に
接続した複数の単位電池または単位キャパシタの充放電
において、各セルの電圧を均一化させ、容量のバラツキ
による過充電および過放電を防止する充放電制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】所望の電圧および容量を得るために組電
源として複数の単位電池を直列に接続した組電池では、
各々の単位電池が製造時やその後の使用状態などにより
容量バラツキが生じるため、充放電に際して、容量の小
さい単位電池は充放電進行が早く、過充電または過放電
になりやすい。

【０００３】この充放電進行を調整するために、例え
ば、特開平１１−３５５９６６号公報記載の装置では、
組電池に対して各単位電池と並立に接続可能なコンデン
サを設け、充電時には、過充電間近の単位電池を含む隣
接する２つの単位電池にコンデンサを並列に接続し、コ
ンデンサに対して充電を行った後、コンデンサを最も充
電レベルの低い単位電池に並列接続して放電させる。こ
の充放電を繰り返して行うことによって、各単位電池の
電圧を均一化させる。

【０００４】また、放電時には、過放電間近の単位電池
が検出された場合に、充電レベルの最も高い単位電池を
含む隣接する２つの単位電池にコンデンサを並列に接続
し、コンデンサに対して充電を行った後、コンデンサを
過放電間近の単位電池と並列接続して放電させる。同じ
くこの充放電を繰返して行うことによって、各単位電池
の電圧を均一化させるようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の制御方法では、コンデンサが単位電池と充放電を行
うには時間が必要なため、例えば組電池の充電におい
て、コンデンサを最も充電レベルの低い単位電池に並列
接続して放電させているときに、過充電間近の単位電池
の充電が進行し、コンデンサの放電が完了する前に、過
充電してしまうことがある。

【０００６】このため、例えば上記装置を、モータとエ
ンジンの両方を搭載したハイブリッド電気自動車に利用
した場合は、車両の力行制御で、組電池に急速に大電流
の放電が要求されるときに、各単位電池の電圧バラツキ
が均一化される前に、容量の小さい単位電池が完全放電
になり、組電池としては、これ以上放電できなくなる。
よって、この状況下では、過放電を防止するため、力行
を中止するなど、組電池にこれ以上電力を放電しないよ
うな対策をとることとなるので、組電池にまだエネルギ
ーに余裕があり放電可能な単位電池があるにもかかわら
ず、力行ができない。

【０００７】一方、回生制御時には、大電流によって、
電圧バラツキが均一化される前に、電圧が高くなった単
位電池が満充電になり、回生電力をこれ以上に充電にま
わすことができなくなる。容量に余裕があり充電可能な
単位電池があるにもかかわらず、これ以上の回生電力を
利用できなくなるという問題があった。本発明は、上記
従来の問題点に鑑み、単位電池またはキャパシタをセル
として構成された組電源の充放電において、大電流の充
放電電流が要求された場合でも、各セルの電圧を均一化
させることができる充放電制御装置を提供することを目
的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の発明は、複数の電池またはキャパシタをセルとして直
列に接続して構成された組電源の充放電制御装置であっ
て、前記組電源の各セルに対して充放電可能な調整用セ
ルと、前記調整用セルを個別に前記組電源の各セルに切
り替え接続する接続手段と、前記組電源の各セルの電圧
を比較し、前記組電源が放電時には、前記調整用セルを
もっとも電圧の低い前記セルに、前記組電源が充電時に
は、もっとも電圧の高い前記セルに並列に接続するよう
に前記接続手段を制御する制御手段とを有するものとし
た。

【０００９】請求項２記載の発明は、予め、組電源だけ
の状態で試験充電を行って、もっとも電圧上昇の早いセ
ルを検出し、当該セルと、他のセルとの容量差を記憶し
ておき、前記制御手段は、前記記憶したセルの電圧と他
のセルの電圧を比較してその電圧差を検出し、その電圧
差がその容量差によって決まる電圧差以内のときには、
前記記憶したセルに前記調整用セルを接続するように、
前記接続手段を制御するものとした。

【００１０】請求項３記載の発明は、前記調整用セル
と、当該調整用セルに接続された前記組電源のセルの間
に流れる充放電電流を検出する電流検出手段を設け、前
記制御手段は、前記充放電電流に基づき、前記接続手段
の接続タイミングを制御するものとした。

【００１１】請求項４記載の発明は、前記制御手段が、
前記充放電電流がゼロになったときに、前記接続手段の
接続を切り替えるように制御するものとした。請求項５
記載の発明は、前記制御手段が、前記充放電電流が前記
接続手段の耐圧を超えるサージ電圧を引き起こさない電
流値になったときに、前記接続手段の接続を切り替える
ように制御するものとした。

【００１２】

【発明の効果】請求項１記載の発明では、組電源が充電
時には、もっとも電圧の高いセルに調整用セルを並列に
接続するから、見かけ上の容量増により、他のセルに対
して電圧上昇が遅くなる。充電が進行すれば、他に電圧
のもっとも高いセルが現れると、調整用セルは、接続を
切り替えて、新たなセルと接続するから、電圧上昇の早
いセルの充電量が調整され、各セル電圧が均一化され
る。

【００１３】また、放電時には、調整用セルをもっとも
電圧の低いセルに接続するから、見かけ上の容量増によ
り、電圧下降が遅くなる。放電が進行すれば、他に電圧
のもっとも低いセルが現れると、調整用セルは、接続を
切り替えて新たなセルと接続するから、電圧下降の早い
セルの放電量が調整され、各セル電圧が均一化される。
このように、調整用セルを用いて、見かけ上でセルの容
量を増加させることによって、各セルの電圧を均一化さ
せているから、充放電電流の如何によらず、セル電圧を
均一化させることが可能になる。

【００１４】請求項２記載の発明では、予め、充電によ
って電圧上昇の早いセルと、他のセルとの容量差を記憶
しておき、記憶したセルの電圧と他のセルの電圧を比較
して検出された電圧差が、容量差によって決まる電圧差
以内のときには、記憶したセルに調整用セルを接続する
ようにしたので、電圧バラツキが発生する前に、容量の
小さいセルに調整用セルを接続することができる。

【００１５】請求項３記載の発明では、制御手段は、調
整用セルと接続されたセルの間に発生する充放電電流に
基づき、接続手段の接続タイミングを制御するので、例
えば充放電電流が、接続手段に大きなサージ電圧を引き
起こさない電流値になったときに、調整用セルを次のセ
ルに接続するように、接続手段の切り替えを行うことが
できる。例えば接続手段の耐圧性を高めるようなコスト
を要するサージ対策などが不要で、コスト低下の効果が
得られる。接続を切り替える時の電流値としては、請求
項４または５に示すように、充放電電流がゼロあるいは
接続手段の耐圧を超えるサージ電圧を引き起こさない電
流値に設定することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施
例により説明する。図１は、実施例に適用されるモータ
駆動システムの全体構成を示す図である。このモータ駆
動システムは、電源部１と、インバータ部２および交流
３相モータ３から構成される。

【００１７】電源部１は、バッテリＢａとキャパシタＣ
ａを有して、それぞれがスイッチＳｗ１、スイッチＳｗ
２およびスイッチＳｗ３によって、独立または並列ある
いは直列に接続した状態で電力供給できる。その電力は
インバータ部２に供給され交流３相モータ３を駆動する
ようになっている。インバータ部２には、電圧を安定す
るための平滑コンデンサＣｂと直流を交流に変換するた
めのスイッチ素子Ｑ３〜Ｑ８が設けられている。

【００１８】交流３相モータ３は回生運転が可能とさ
れ、回生運転中に、その回生電力がインバータ部２を介
して電源部１に送られ、バッテリＢａおよびキャパシタ
Ｃａの充電に用いられる。スイッチＳｗ１、Ｓｗ２、Ｓ
ｗ３は、バッテリＢａおよびキャパシタＣａの充放電状
態および交流３相モータ３の駆動状態に応じて、図示し
ない制御回路によって制御される。

【００１９】キャパシタＣａは、耐圧と容量を確保する
ため、複数の単位キャパシタを用い、それぞれをセルと
して直列に接続して利用する。また、各セルに対して、
容量のバラツキによる過充電または過放電を防止するた
め、各セルの電圧を調整しセルの容量に応じた充放電を
行うようにしている。

【００２０】図２は、キャパシタＣａの内部構成を示す
図である。単位キャパシタを用い直列に接続したセルＣ
（Ｃ１〜Ｃ３）が、組電源１２を構成し、組電源の両端
子が、電源部１内のＡ、Ｂ端に接続される。キャパシタ
Ｃａには、組電源内の各セルと電力のやり取りを行う調
整用セルＣｘが設けられている。調整用セルＣｘは、組
電源１２のセルＣ１〜Ｃ３と同じキャパシタである。

【００２１】調整用セルＣｘは、プラス端が、スイッチ
Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１を介してセルＣ１、Ｃ２、Ｃ３
のそれぞれのプラス端に接続され、マイナス端は、スイ
ッチＳ１２、Ｓ２２、Ｓ２３を介してセルＣ１、Ｃ２、
Ｃ３のそれぞれのマイナス端に接続されている。各セル
Ｃの両端のスイッチを閉じることによって、調整用セル
Ｃｘを組電源１２内の各セルＣと個別に接続することが
できる。各スイッチＳ１１〜Ｓ３２の動作は、スイッチ
制御回路２６によって制御される。

【００２２】各セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３の両端にはそれぞ
れ電圧検出回路２１、２２、２３が接続され、検出され
た電圧情報は、スイッチ制御回路２６に出力されてい
る。また、交流３相モータ３を制御するモータコントロ
ーラ２５からモータの運転状態を示す力行／回生情報が
スイッチ制御回路２６に出力されている。一方スイッチ
制御回路２６では、組電源の電圧が電圧下限あるいは上
限になったかによって、組電源の充放電状態を判断す
る。満充電あるいは完全放電になった場合には、それぞ
れの状態を示す動作電圧下限／上限情報をモータコント
ローラ２５に出力する。動作電圧下限／上限情報を受け
たモータコントローラ２５は、組電源１２が過充電ある
いは過放電にならないように、モータの制御を行う。

【００２３】図３は、上記構成の制御の流れを示すフロ
ーチャートである。まず、ステップ１００において、各
電圧検出回路２１、２２、２３から、各セルＣ１、Ｃ
２、Ｃ３の電圧検出値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３がスイッチ制御
回路２６に入力される。スイッチ制御回路２６では、各
電圧検出値を比較することによって、電圧が最大のセル
と、最小のセルを検出する。ここで、例えば最小電圧に
セルＣ１、最大電圧にセルＣ３が検出されたとする。

【００２４】ステップ１０１において、モータコントロ
ーラ２５からの力行／回生情報をチェックして、力行の
場合は、ステップ１０２、回生の場合にはステップ１０
４へ進む。ステップ１０２において、スイッチ制御回路
２６は、電圧最小のセルＣ１と調整用セルＣｘを並列接
続するように、スイッチＳ１１とＳ１２をオンする。ス
テップ１０４においては、スイッチ制御回路２６は、電
圧最大のセルＣ３と調整用セルＣｘを並列接続するよう
に、スイッチＳ３１〜Ｓ３２をオンする。

【００２５】ステップ１０３においては、スイッチ制御
回路２６は、各セルの電圧値を用いて、力行時には設定
した電圧下限値、回生時には設定した電圧上限値を超え
たか否かを判断する。超えていない場合は、動作電圧範
囲内であるために、ステップ１００に戻り、上記制御を
繰り返す。動作電圧範囲を超えた場合には、満充電また
は完全放電になるため、動作電圧下限／上限情報をモー
タコントローラ２５に出力する。

【００２６】ステップ１０５においては、モータコント
ローラ２５は力行時には力行量、回生時には回生量を制
限するかもしくは一連の力行／回生を停止するように交
流３相モータ３を制御する。なお、力行／回生量を制限
した場合は、電源部１内のバッテリＢａをインバータ部
２に接続するように、スイッチＳｗ１を閉じ、バッテリ
Ｂａにエネルギーを提供または吸収させる。

【００２７】図４は、力行時の組電源内の各セルの電圧
の変遷を示す図である。ここでは、調整用セルＣｘは組
電源の各セルＣ１〜Ｃ５と同じ容量のものが利用されて
いる。これは単に表示上の便宜を図るもので、調整用セ
ルの容量は組電源セルと同じである必要はない。ｔ＝ｔ
０の時、セルＣ１はＶ５に、セルＣ２はＶ４に、セルＣ
３はＶ３に、セルＣｘはＶ４にあるとする。なお、Ｖ５
＞Ｖ４＞Ｖ３である。

【００２８】ｔ＝ｔ１の時、セルＣ３が最小電圧になっ
ているため、スイッチ制御により、スイッチＳ３１とＳ
３２がオンし、セルＣ３と調整用セルＣｘが並列接続さ
れる。これによって、セルＣｘが放電し、放電が完了す
るとセルＣ３とセルＣｘの電圧は同じになる。その後、
力行量に応じて放電が起き、セルＣ３はセルＣｘと並列
に接続されているため、セルＣ１、セルＣ２より見かけ
上容量が２倍になるため、放電による電圧降下はセルＣ
１などの半分になる。

【００２９】ｔ＝ｔ２の時、これまでセルＣ３が最小電
圧であったが、各セルとの電圧降下の差により、セルＣ
２が最小電圧になる。そこで、スイッチ制御により、ス
イッチＳ２１とスイッチＳ２２がオンすることによっ
て、セルＣ２と調整用セルＣｘが並列接続される。

【００３０】次の制御周期で、同じように電圧降下の差
により、セルＣ３とセルＣ２の電圧関係が逆転するた
め、スイッチ制御は、セルＣ３とセルＣ２を交互に切り
替える。このようにして、セルＣ１に対して、セルＣ
２、Ｃ３の電圧下降が遅くなり、ｔ＝ｔ５の時には、こ
れまでセルＣ１が最大電圧であったが、電圧降下の差に
より、セルＣ１も同じ電圧になる。スイッチ制御は、セ
ルＣ３とセルＣ２とセルＣ１とを交互に切換える。この
時点で、各セル電圧は均一化されたことになる。

【００３１】図５は、回生時の各セルの電圧の変遷を示
す図である。ここで、セルＣ１はＶ１に、セルＣ２はＶ
２に、セルＣ３はＶ３に、調整用セルはＶ２にあるとす
る。なお、Ｖ３＞Ｖ２＞Ｖ１の関係である。ｔ＝ｔ１の
時、セルＣ３が最大電圧になっているため、スイッチ制
御により、スイッチＳ３１とＳ３２がオンし、セルＣ３
と調整用セルＣｘが並列接続される。そのため調整用セ
ルＣｘが放電し、セルＣ３とＣｘの電圧は同じになる。

【００３２】その後、回生量に応じた充電が起き、セル
Ｃ３は、調整用セルＣｘと並列接続しているため、セル
Ｃ１、セルＣ２より見かけ上容量が２倍になるため、充
電による電圧上昇が半分になる。ｔ＝ｔ２の時、これま
でＣ３が最大電圧であったが、電圧上昇の差により、Ｃ
２が最大電圧になる。そこで、スイッチ制御により、ス
イッチＳ２１とＳ２２がオンして、セルＣ２とＣｘが並
列接続される。そして、次の制御周期で、セルＣ３とＣ
２の電圧関係が逆転するため、スイッチ制御は、セルＣ
３とＣ２を交互に切換える。

【００３３】ｔ＝ｔ５の時、これまでセルＣ１が最小電
圧であったが、電圧上昇の差により、セルＣ１も同じ電
圧になる。スイッチ制御は、セルＣ３とＣ２とＣ１とを
交互に切換える。この時点で、各セル電圧は均一化され
たことになる。

【００３４】本実施例は、以上のように構成され、力行
時には、電圧のもっとも低いセルに調整用セルを接続
し、その放電進行を遅らせることによって、各セルの電
圧を均一化させているので、組電源に急速な大電流の要
求が生じても、各セルが同じ電圧で放電することが可能
になる。加えて、調整用セルの容量も利用される。

【００３５】一方回生時には、調整用セルを電圧のもっ
とも高いセルに接続し、充電進行を遅らせるから、組電
源に急速な大電流の要求が生じても、各セルが同じ電圧
で充電される。また、調整用セルに充電された電力は力
行時に放電するので、回生電力を無駄にしない効果が得
られる。なお、上記実施例では、組電源として、単位キ
ャパシタをセルとして直列に接続した構成を用いたが、
単位キャパシタの代わりに単位電池を利用することもで
きる。キャパシタを利用した場合と同じ効果が得られ
る。

【００３６】次に、上記キャパシタＣａ制御の変形例を
説明する。図６、図７は、変形例を示すフローチャート
である。キャパシタＣａの内部構成は、図２と同様であ
る。まず、組電源１２から、容量の小さいセルを把握す
るため、モータ駆動システムの出荷時あるいは点検入庫
時に、図６のフローチャートに示す初期時の制御を実施
する。まず、ステップ２１０において、各セルＣ１、Ｃ
２、Ｃ３の初期電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を測定する。ステ
ップ２２０において、セルＣ１〜Ｃ３を定時間充電す
る。

【００３７】その後、ステップ２３０において、セルＣ
１〜Ｃ３の電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を測定する。充電前後
の電圧変化量の最も大きいセルが、容量が小さいことに
なるので、このセルをセルＣｍとして、次式で求めた比
ＩＮＴをスイッチ制御回路２６に記憶する。この比ＩＮ
Ｔで、充放電時に、先に動作電圧の下限または上限に到
達するセルを判断することができる。詳細は後述する。
比ＩＮＴ＝電圧変化量のもっとも大きいセルの電圧／各
セルの平均電圧。

【００３８】キャパシタＣａを実際利用時の制御を、図
７のフローチャートに従って説明する。まず、ステップ
３００において、スイッチ制御回路２６で、セルＣ１、
Ｃ２、Ｃ３の電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を用いて、最大電圧
（Ｖｍｘ）と最小電圧（Ｖｍｉ）および記憶したセルＣ
ｍの電圧（Ｖｍ）を検知する。

【００３９】ステップ３１０において、モータコントロ
ーラ２５からの力行／回生情報に基づいて、交流３相モ
ータ３の運転状態を判断する。この時力行状態であれ
ば、セルの動作電圧範囲の下限値（Ｖｌｉ）と、最小セ
ル電圧（Ｖｍｉ）と、記憶したセルＣｍの電圧（Ｖｍ）
と、記憶してある比ＩＮＴとを用いて、ステップ３２０
で、以下に示す判断を行う。（Ｖｍｉ−Ｖｌｉ）×比Ｉ
ＮＴ＜（Ｖｍ−Ｖｌｉ）の時、ステップ３３０におい
て、最小電圧のセルと調整用セルＣｘとを並列接続する
ように、スイッチ制御を行う。（Ｖｍｉ−Ｖｌｉ）×比
ＩＮＴ≧（Ｖｍ−Ｖｌｉ）の時、ステップ３４０におい
て、記憶したセルＣｍと調整用セルとを並列接続するよ
うに、スイッチ制御を行う。

【００４０】３相交流モータが回生時には、セルの動作
電圧範囲の上限値（Ｖｈｉ）と、最大セル電圧（Ｖｍ
ｘ）と、記憶したセルＣｍの電圧（Ｖｍ）と、記憶して
ある比ＩＮＴを用い、ステップ３６０で以下の判断を行
う。（Ｖｈｉ−Ｖｍｘ）×比ＩＮＴ＜（Ｖｈｉ−Ｖｍ）
の時、ステップ３７０において、最小電圧のセルと調整
用セルＣｘとを並列接続するように、スイッチ制御を行
う。（Ｖｈｉ−Ｖｍｘ）×比ＩＮＴ≧（Ｖｈｉ−Ｖｍ）
の時、ステップ３８０において、記憶したセルＣｍと調
整用セルとを並列接続するように、スイッチ制御を行
う。

【００４１】上記スイッチ制御の趣旨について説明す
る。力行時には図８に示すように、例えば出荷時の測定
で比ＩＮＴが２倍あったとすると、（Ｖｍｉ−Ｖｌｉ）
すなわち△Ｖ１が、（Ｖｍ−Ｖｌｉ）すなわち△Ｖ２の
２倍であるの場合、同じタイミングで動作電圧下限に到
達する。それ以外の場合は、ΔＶ１／ΔＶ２＜比ＩＮＴ
のとき、電圧最小のセルが先に動作電圧下限に達する。
ΔＶ１／ΔＶ２≧比ＩＮＴのときには、記憶したセルが
先に動作電圧下限に達する。よって電位差の比が、比Ｉ
ＮＴ以上であるかないかで、並列接続するセルを決める
ことができる。

【００４２】回生時には図９に示すように、力行時と同
様に、比ＩＮＴが２倍あったとすると、（Ｖｈｉ−Ｖｍ
ｘ）すなわち△Ｖ１が、（Ｖｈｉ−Ｖｍ）すなわち△Ｖ
２の２倍あるの場合、同じタイミングで動作電圧が上限
に到達する。それ以外の場合は、ΔＶ１／ΔＶ２＜比Ｉ
ＮＴのとき、電圧最大のセルが先に動作電圧上限に達す
る。ΔＶ１／ΔＶ２≧比ＩＮＴのとき、記憶したセルが
先に動作電圧上限に達する。よって電位差の比が、比Ｉ
ＮＴ以上であるないかで、並列接続するセルを決めれば
良い。

【００４３】図７のフローに戻って、ステップ３５０に
おいて、各セルの電圧が動作電圧範囲を超えないことを
確認すれば、ステップ３００に戻る。１つでも動作電圧
範囲を超えたら、スイッチ制御回路２６は、動作電圧下
限／上限情報を出力して、モータコントローラ２５は力
行／回生量を制限しもしくは一連の力行／回生を停止す
る。あるいは、電源部１内のスイッチＳｗ１などを制御
し、バッテリＢａ単独動作に切換えるか、あるいはバッ
テリＢａをキャパシタＣａと接続して動作させて、次の
回生／力行に備えることになる。

【００４４】以上、動作電圧範囲までの残電圧と、初期
時に測定した電位差より求めた比ＩＮＴを用いて、容量
の小さいセルが先に動作電圧範囲を超えないように、容
量の小さいセルと調整用セルとを接続する。また容量が
小さいセルより先に、最大あるいは最小電圧のセルが先
に動作電圧範囲を超えないような状態では、最大あるい
は最小電圧のセルと調整用セルを接続することにより、
バラツキ電圧が発生する前にも、動作電圧範囲を超えそ
うなセルに優先的に調整用セルを接続することができ、
力行／回生電力を最大限に充放電できる。

【００４５】次に、上記の実施例の変形例を説明する。
図１０は、変形例を示す図である。図１０において、図
２との差異は、調整用セルＣｘに流れる電流の有無ある
いは電流値を検出する電流検出器２７を設け、この電流
情報に基づいて、スイッチ制御回路２６Ａが制御を行う
点である。そのほかは、図２と同じである。

【００４６】図１１は、変形例の制御の流れを示すフロ
ーチャートである。まず、ステップ４００において、ス
イッチ制御回路２６Ａは、各セルの電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ
３を用いて、最大電圧のセルと、最小電圧のセルを判断
する。ステップ４１０での判断で、力行している状態で
は、ステップ４２０において、最小電圧のセルと調整用
セルを並列接続するように、スイッチ制御を行う。

【００４７】その後、ステップ４３０で、各セルの電圧
が動作電圧範囲を超えないことを確認し、かつステップ
４４０で電流検出器２７の検出値を用いて、調整用セル
Ｃｘに電流が流れていないと判断された場合に、ステッ
プ４００に戻り、調整用セルと接続する次のセルを検出
するように各セルの電圧を判断する。調整用セルに電流
が流れている場合には、ステップ４３０に戻り、引き続
き各セルの電圧が動作範囲を超えたか否かを判断する。
１つでも、動作範囲を超えたセルが検出されると、ステ
ップ４８０で力行を停止するように、電圧下限信号がモ
ータコントローラ２５に出力される。

【００４８】一方ステップ４１０での判断で、回生状態
であれば、ステップ４５０で、最大電圧のセルと調整用
セルＣｘを並列接続するように、スイッチ制御を行う。
その後は、ステップ４６０、４７０で、力行の場合と同
様に、各セルの電圧が動作電圧範囲を超えないことを確
認し、調整用セルＣｘに電流が流れている間はステップ
４６０、４７０を繰り返す。その間に、動作範囲を超え
たセルが検出されると、ステップ４８０で回生を停止す
るように、電圧上限信号がモータコントローラ２５に出
力される。

【００４９】以上のように、変形例では、調整用セルＣ
ｘに電流が流れていないことを検知して、スイッチの切
り替えを行うようにしたので、スイッチオフ時のサージ
が発生しないため、サージ対策が不要になる。コストが
低下する効果が得られる。

【００５０】次に、上記制御の他の変形例を説明する。
図１２は、他の変形例を示すフローチャートである。図
１２において、図１１との差異は、調整用セルに流れる
電流が、スイッチの破壊を及ぼさない範囲で、スイッチ
の切り替えを行う点である。まず、ステップ５００にお
いて、スイッチ制御回路２６Ａは、各セルの電圧Ｖ１〜
Ｖ３を用いて、最大電圧のセルと、最小電圧のセルを判
断する。ステップ５１０での判断で、３相交流モータが
力行状態であれば、ステップ５２０で最小電圧のセルと
調整用セルＣｘを並列接続するように、スイッチ制御を
行う。

【００５１】その後、ステップ５３０において、各セル
の電圧が動作電圧範囲を超えないことを確認した後、ス
テップ５４０を経て、ステップ５５０で充放電電流がゼ
ロになったか否かを判断する。充放電電流が流れている
場合は、ステップ５３０に戻り、ステップ５３０、５４
０を繰り返す。

【００５２】ステップ５４０で、セル間の電圧バラツキ
があり、かつ充放電電流値が次式で求められるサージ電
圧がスイッチの耐圧を超えないような電流値Ｉ１以下と
判断された場合、あるいはステップ５５０で充放電電流
が流れていないと判断された場合には、調整用セルと接
続する次のセルを判断するように、ステップ５００に戻
る。 ΔＶ＝ｄＩ１／ｄｔ但し、ΔＶは、双方向スイッ
チの耐圧以上に設定された電圧である。ステップ５３０で、１つでも動作範囲を超えたセルを検
出すると、ステップ６００に進んで、力行を停止するよ
うに、電圧下限信号がモータコントローラ２５に出力さ
れる。

【００５３】一方ステップ５１０での判断で、３相交流
モータ３が回生状態であれば、最大電圧のセルＣｘと調
整用セルＣｘを並列接続するように、スイッチ制御を行
う。その後力行時と同様に、ステップ５７０、５８０、
５９０で、セルの動作電圧範囲を超えないことを確認し
た後、各セル間に電圧バラツキが無く、その上調整用セ
ルに流れる電流が、サージ電圧がスイッチの耐圧を超え
ないような電流値Ｉ１以下と判断された場合、あるいは
充放電電流が流れていないと判断された場合には、調整
用セルと接続する次のセルを判断するように、ステップ
５００に戻る。そして、ステップ５７０で、１つでも動
作範囲を超えたセルを検出すると、ステップ６００に進
んで、回生を停止するように、電圧上限信号がモータコ
ントローラ２５に出力される。

【００５４】変形例は、以上のように構成され、調整用
セルに流れる電流値を測定して、スイッチオフ時に発生
するサージが、スイッチの耐圧未満であることを確認し
て、スイッチの切り替えを行うようにしたので、スイッ
チの耐圧を向上するようなコストを要するサージ対策が
不要な上、より一層のセル間電圧の均一化ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に適用されるモータ駆動システムの全体
構成を示す図である。

【図２】キャパシタの内部構成を示す図である。

【図３】制御の流れを示すフローチャートである。

【図４】力行時の組電源内の各セルの電圧の変遷を示す
図である。

【図５】回生時の各セルの電圧の変遷を示す図である。

【図６】変形例を示すフローチャートである。

【図７】変形例を示すフローチャートである。

【図８】力行時の演算を説明するための図である。

【図９】回生時の演算を説明するための図である。

【図１０】変形例を示す図である。

【図１１】変形例の制御の流れを示すフローチャートで
ある。

【図１２】他の変形例を示すフローチャートである。

【符号の説明】

Ｃ１〜Ｃ５セルＣｘ調整用セルＣａキャパシタＳ１１〜Ｓ２３スイッチ２６、２６Ａスイッチ制御回路２５モータコントローラ

フロントページの続きＦターム(参考） 5G003 AA07 BA03 BA05 CA11 CC02 DA07 DA13 FA04 FA06 GB06 5H030 AA02 AA03 AA06 AS08 BB01 BB21 DD08 FF42 FF43 FF44 5H115 PA08 PC06 PG04 PI14 PI16 PI29 PO02 PO06 PO09 PU08 PV09 PV22 QE08 QE10 QI04 QN03 QN27 SE06 TI05 TI06 TR19 TU05 TU06 TZ01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の電池またはキャパシタをセルとし
て直列に接続して構成された組電源の充放電制御装置で
あって、前記組電源の各セルに対して充放電可能な調整
用セルと、前記調整用セルを個別に前記組電源の各セル
に切り替え接続する接続手段と、前記組電源の各セルの
電圧を比較し、前記組電源が放電時には、前記調整用セ
ルをもっとも電圧の低い前記セルに、前記組電源が充電
時には、もっとも電圧の高い前記セルに並列に接続する
ように前記接続手段を制御する制御手段とを有すること
を特徴とする充放電制御装置。
【請求項２】予め、組電源だけの状態で試験充電を行
って、もっとも電圧上昇の早いセルを検出し、当該セル
と、他のセルとの容量差を記憶しておき、前記制御手段
は、前記記憶したセルの電圧と他のセルの電圧を比較し
てその電圧差を検出し、その電圧差がその容量差によっ
て決まる電圧差以内のときには、前記記憶したセルに前
記調整用セルを接続するように、前記接続手段を制御す
ることを特徴とする請求項１記載の充放電制御装置。
【請求項３】前記調整用セルと、当該調整用セルに接
続された前記組電源のセルの間に流れる充放電電流を検
出する電流検出手段を設け、前記制御手段は、前記充放
電電流に基づき、前記接続手段の接続タイミングを制御
することを特徴とする請求項１または２記載の充放電制
御装置。
【請求項４】前記制御手段は、前記充放電電流がゼロ
になったときに、前記接続手段の接続を切り替えるよう
に制御することを特徴とする請求項３記載の充放電制御
装置。
【請求項５】前記制御手段は、前記充放電電流が前記
接続手段の耐圧を超えるサージ電圧を引き起こさない電
流値になったときに、前記接続手段の接続を切り替える
ように制御することを特徴とする請求項３記載の充放電
制御装置。