JP2006246645A

JP2006246645A - 均等化方法及びその装置

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Publication number: JP2006246645A
Application number: JP2005060753A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Arai; 洋一荒井; Koichi Yamamoto; 光一山本
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2005-03-04
Filing date: 2005-03-04
Publication date: 2006-09-14

Abstract

【課題】確実に容量均等化を実施することができる均等化方法及びその装置を提供する。
【解決手段】電圧検出部７が、複数個の単位セルＢ₁〜Ｂ₄…の両端電圧を各々検出する。ＣＰＵ６ａが、電圧検出部７の検出結果に基づいて複数の単位セルＢ₁〜Ｂ₄…の中から両端電圧が最大となる最大単位セル及び最小となる最小単位セルとを抽出し、電圧検出部７によって検出された最大単位セルと最小単位セルとの両端電圧の差が、閾値以上のとき、単位セルＢ₁〜Ｂ₄…の容量均等化が必要であると判断する。ＣＰＵ６ａは、均等化が必要であると判断される毎に、最大単位セルからコンデンサＣ_Bを介して最小単位セルに電荷を移動させることにより、容量均等化を行う。閾値は、容量均等化の要求精度から両端電圧間の差に発生するマイナス方向の検出誤差の最大値を差し引いた値以下に設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、均等化方法及びその装置に係り、特に、互いに直列接続された二次電池からなる複数個の単位セルの両端電圧を、均等化する均等化方法及びその装置に関するものである。

近年、電動モータを用いて走行する電気自動車や、エンジンと電動モータとを併用して走行するハイブリッド電気自動車においては、ニッケル−水素電池やリチウム電池などの二次電池を単位セルとして、これらを複数個直列接続した組電池が、電動モータの電源として用いられている。

そして、上述した組電池には、充放電を繰り返すうちに、各単位セルの充電状態（ＳＯＣ）に基づく両端電圧にばらつきが生じ、これを放置したまま充電や放電を行うと、一部の単位セルが過充電状態や過放電状態になりかねない、と言う問題がある。そこで、従来より、各単位セルの両端電圧に許容範囲（＝要求精度）を越えたばらつきが発生したとき、放電手段やキャパシタなどを用いて、各単位セルの容量を均等にする均等化装置が提案されている（特許文献１、２）。なお、この各単位セルの容量均等化は、充放電電流による両端電圧の上昇又は下降が小さく、開回路電圧と理論電気量（充電容量）の関係が検知しやすい時に均等化を行う必要がある。

具体的には、複数の単位セルのうち、両端電圧が最大となる最大単位セルの両端電圧をＶmax、両端電圧が最小となる最小単位セルの両端電圧をＶmin、要求精度（＝許容範囲）がＶreq以下であった場合、従来では、最大単位セルと最小単位セルの両端電圧の差（Ｖmax−Ｖmin）が要求精度Ｖreqを越えているとき、均等化を実施していた。

ところで、各単位セルの両端電圧を検出する電圧検出手段には、必ず何％が検出誤差が生じている。このため、最大単位セルと最小単位セルとの間に、実際には要求精度（＝許容範囲）を越えた電圧差が生じているにも拘わらず、実際の電圧差に比べて、検出して求めた電圧差が検出誤差に起因して小さかった場合、要求精度（＝許容範囲）を越えていないことがある。このため、従来では、要求精度以下にばらつきを抑えることができないという問題が発生していた。
特開２００２−３５４７００号公報特開２００４−１２０８７１号公報

そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、確実に両端電圧の差を要求精度以下とすることができる均等化方法及びその装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、互いに直列接続された二次電池からなる複数個の単位セルの両端電圧を電圧検出手段に検出させ、該電圧検出手段によって検出された前記複数の単位セルの両端電圧間の差が閾値以上のとき前記単位セルの容量均等化が必要であると判断し、前記容量均等化が必要であると判断する毎に、前記複数の単位セルのうち両端電圧が最大となる最大単位セルから、キャパシタを介して、前記複数の単位セルのうち両端電圧が最小となる最小単位セルの電荷を移動させることにより、容量均等化を行う容量均等化方法であって、前記閾値は、容量均等化の要求精度から前記両端電圧間の差に発生するマイナス方向の検出誤差の最大値を差し引いた値以下に設定されていることを特徴とする容量均等化方法に存する。

請求項１記載の発明によれば、電圧検出手段を用いて複数個の単位セルの両端電圧を各々検出する。電圧検出手段によって検出された複数の単位セルの両端電圧間の差が、閾値以上のとき、単位セルの容量均等化が必要であると判断する。容量均等化が必要であると判断する毎に、最大単位セルからキャパシタを介して最小単位セルに電荷を移動させることにより、容量均等化を行う。閾値は容量均等化の要求精度から両端電圧間の差に発生するマイナス方向の検出誤差の最大値を差し引いた値以下に設定されている。

従って、電圧検出手段によって検出された複数の単位セルの両端電圧間の差は、実際の値に比べて上記マイナス方向の検出誤差の最大値分、小さな値となることがある。以上のことに着目して、閾値を、容量均等化の要求精度から両端電圧間の差に発生するマイナス方向の検出誤差の最大値を差し引いた値以下に設定している、つまり、電圧検出手段の検出誤差を考慮した閾値に設定しているため、確実に両端電圧の差を要求精度以下とすることができる。

請求項２記載の発明は、互いに直列接続された二次電池からなる複数個の単位セルの両端電圧を検出するための電圧検出手段と、該電圧検出手段によって検出された前記複数の単位セルの両端電圧間の差が閾値以上のとき前記単位セルの容量均等化が必要であると判断する判断手段と、前記容量均等化が必要であると判断する毎に、前記複数の単位セルのうち両端電圧が最大となる最大単位セルから、キャパシタを介して、前記複数の単位セルのうち両端電圧が最小となる最小単位セルの電荷を移動させることにより、容量均等化を行う均等化手段とを備えた容量均等化装置であって、前記閾値は、容量均等化の要求精度から前記両端電圧間の差に発生するマイナス方向の検出誤差の最大値を差し引いた値以下に設定されていることを特徴とする容量均等化装置に存する。

請求項２記載の発明によれば、電圧検出手段が、複数個の単位セルの両端電圧を各々検出する。判断手段が、電圧検出手段によって検出された複数の単位セルの両端電圧間の差が、閾値以上のとき、単位セルの容量均等化が必要であると判断する。均等化手段が、判断手段によって均等化が必要であると判断される毎に、最大単位セルからキャパシタを介して最小単位セルに電荷を移動させることにより、容量均等化を行う。閾値は容量均等化の要求精度から両端電圧間の差に発生するマイナス方向の検出誤差の最大値を差し引いた値以下に設定されている。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の均等化装置であって、前記均等化手段は、前記キャパシタの電圧が最大単位セルの両端電圧より高くなるように、前記最大単位セルから前記キャパシタに電荷を移動させた後、前記キャパシタから前記最小単位セルに電荷を移動させて、前記各単位セルの両端電圧を均等化することを特徴とする均等化装置に存する。

請求項３記載の発明によれば、均等化手段は、例えば、昇圧型の電圧コンバータを用いて、キャパシタの電圧が最大単位セルの両端電圧より高くなるように、最大単位セルからキャパシタに電荷を移動させた後、キャパシタから最小単位セルに電荷を移動させて、各単位セルの両端電圧を均等化する。従って、最大単位セルと最小単位セルとの両端電圧の差がほとんどなくても、最大単位セルからキャパシタを介して最小単位セルへの電荷を移動して、昇圧しない場合と比較して短時間で均等化することができる。

請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の均等化装置であって、前記判断手段は、少なくとも、前記複数個の単位セルから電源供給される電子機器の動作終了に応じて、前記判断を行うことを特徴とする均等化装置に存する。

請求項４記載の発明によれば、判断手段は、少なくとも、複数個の単位セルから電源供給される電子機器の動作終了（例えば、車両のイグニッションスイッチオフ時）に応じて、判断を行う。電子機器が動作しているときは、単位セルの放電が頻繁に行われ、電子機器が動作していないときは、電子機器によって放電が行われることはない。従って、動作終了後、均等化を行う時間が十分あるときに均等化を開始することができ、均等化が完了する前に電子機器によって単位セルが放電されてしまうといった事態を回避することができる。また、電子機器の動作が終了する毎に容量均等化が必要か否か判断を行うことにより、容量ばらつきが大きくなる前に判断を行うことができる。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の均等化装置であって、前記均等化手段は、前記最大単位セルからキャパシタに電荷を移動させた後、前記キャパシタから前記最小単位セルに電荷を移動させる電荷移動動作を繰り返して、前記単位セルの両端電圧を均等化し、前記容量均等化が必要であると判断される毎に、前記電荷移動動作を一定時間繰り返し、その後、前記電荷移動動作を終了して、前記均等化を終了することを特徴とする均等化装置に存する。

請求項５記載の発明によれば、均等化手段は、電荷移動動作を一定時間繰り返し、その後、電荷移動動作を終了して、均等化を終了する。従って、一定時間を越えて電荷移動動作が行われることがなくなる。このため、電荷移動動作にかかる電力を供給するサブバッテリの容量消費を少なくし、サブバッテリの低ＳＯＣ状態を極力抑制することができる。

以上説明したように請求項１及び２記載の発明によれば、閾値を容量均等化の要求精度から両端電圧間の差に発生する検出誤差の最大値を差し引いた値以下に設定している、つまり、電圧検出手段の検出誤差を考慮した閾値に設定しているため、確実に両端電圧の差を要求精度以下とすることができる。

請求項３記載の発明によれば、最大単位セルと最小単位セルとの両端電圧の差がほとんどなくても、最大単位セルからキャパシタを介して最小単位セルへの電荷を移動して、昇圧しない場合と比較して短時間で均等化することができる。

請求項４記載の発明によれば、動作終了後、均等化を行う時間が十分あるときに均等化を開始することができ、均等化が完了する前に電子機器によって単位セルが放電されてしまうといった事態を回避することができる。また、電子機器の動作が終了する毎に容量均等化が必要か否か判断を行うことにより、容量ばらつきが大きくなる前に判断を行うことができるので、より確実に両端電圧の差を要求精度以下とすることができる。

請求項５記載の発明によれば、一定時間を越えて電荷移動動作が行われることがなくなる。このため、電荷移動動作にかかる電力を供給するサブバッテリの容量消費を少なくし、サブバッテリの低ＳＯＣ状態を極力抑制することができる。

第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の均等化方法を実施した均等化装置の一実施の形態を示す図である。図１中引用符号１で示す本実施形態の均等化装置は、エンジンと電動モータ（何れも図示せず。）を走行駆動源として併用するハイブリッド電気自動車（以下、車両）において、前記電動モータの電源として用いられるメインバッテリＢに接続して使用されるものである。

上述したメインバッテリＢは、二次電池からなる単位セルＢ₁、Ｂ₂、Ｂ₃、Ｂ₄…をｎ個直列に接続して構成されており、メインバッテリＢの両端には、電動モータなどが必要に応じて負荷として接続される他、オルタネータ等（図示せず）が必要として充電器として接続される。

本実施形態の均等化装置１は、またスイッチ郡２を備えている。スイッチ郡２は、各単位セルＢ₁〜Ｂ₄…のプラス端子に一端が接続されているスイッチＳ_1a、Ｓ_2a、Ｓ_3a、Ｓ_4a…と、各単位セルＢ₁〜Ｂ₄…のマイナス端子に一端が接続されているスイッチＳ_1b、Ｓ_2b、Ｓ_3b、Ｓ_4b…とを備えている。上述したスイッチＳ_1a〜Ｓ_4a…の他端は、互いに接続され、スイッチＳ_1b〜Ｓ_4b…の他端も互いに接続されている。

また、均等化装置１は、上記スイッチＳ_1a〜Ｓ_4a…の他端の接続点Ｐ₂−スイッチＳ_1b〜Ｓ_4b…の他端の接続点Ｐ₁間に設けられた、コンデンサＣ_B（＝キャパシタ）、昇圧型の電圧コンバータ３、スイッチ郡４とを備えている。電圧コンバータ３は、両端に接続された単位セルＢ₁〜Ｂ₄…の両端電圧を昇圧して、コンデンサＣ_Bに供給するコンバータである。

スイッチ郡４は、オンにより、コンデンサＣ_Bの一端を直接、接続点Ｐ₂に接続させるスイッチＳ_dと、オンにより、コンデンサＣ_Bの一端を、電圧コンバータ３を介して、接続点Ｐ₁に接続させるスイッチＳ_eとを有している。

また、均等化装置１は、接続点Ｐ₁−接続点Ｐ₂間に、上記コンデンサＣ_B、電圧コンバータ３及びスイッチ郡４とは並列に設けられた電圧センサ５を備えている。この電圧センサ５は、接続点Ｐ₁−接続点Ｐ₂間に接続された各単位セルＢ₁〜Ｂ₄…の両端電圧に応じたアナログ電圧信号を出力する。

さらに、均等化装置１は、スイッチ郡２及び４内のスイッチの制御端子が接続されるマイクロコンピュータ（以下、μＣＯＭ）６を備えている。上記μＣＯＭ６は、処理プログラムに従って各種の処理を行う中央演算処理ユニット（以下、ＣＰＵ）６ａ、ＣＰＵ６ａが行う処理のプログラムなどを格納した読出専用のメモリであるＲＯＭ６ｂ、ＣＰＵ６ａでの各種の処理過程で利用するワークエリア、各種データを格納するデータ記憶エリアなどを有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ６ｃ及び上記電圧センサ５から供給されるアナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換して、判断手段としてのＣＰＵ６ａに出力するＡ／Ｄ変換器６ｄを有し、これらがバスラインによって接続されている。電圧検出部７（＝電圧検出手段）は、上述した電圧センサ５及びＡ／Ｄ変換器６ｄから構成されている。

なお、車両にはメインバッテリＢの他に、サブバッテリ（図示せず）が搭載され、上述したμＣＯＭ６、電圧センサ５、電圧コンバータ３といったメインバッテリＢの均等化に用いられる電子部品にはサブバッテリから電源が供給されている。

上述した構成の均等化装置１の動作を、図２のＣＰＵ６ａの均等化処理における処理手順を示すフローチャートを参照して以下説明する。ＣＰＵ６ａは、車両のイグニッション（以下、ＩＧ）スイッチのオフに応じて均等化処理を開始し、図示しない初期ステップにおいてＲＡＭ６ｃに形成した各種のエリアの初期設定を行ってからその最初のステップＳ１に進む。

上記ステップＳ１において、ＣＰＵ６ａは、ＩＧスイッチがオンされたか否かを判断する。ＣＰＵ６ａは、ＩＧスイッチがオンされていた場合（ステップＳ１でＹ）、直ちに均等化処理を終了する。これに対して、ＣＰＵ６ａは、ＩＧスイッチがオフのままであった場合（ステップＳ１でＮ）、メインバッテリＢの充放電が終了しているか否かを判断する（ステップＳ２）。充放電終了の判断方法としては、例えば、メインバッテリＢの充放電電流を検出する電流センサ（図示せず）を用いることが考えられる。さらに、多重ラインから、負荷動作終了時や、スリープモードへの移行時に出力される信号に応じてメインバッテリＢの充放電が終了したと判断することも考えられる。

ＩＧスイッチオフ後、例えばカーテシランプやターボタイマといった負荷が駆動されている間は、ＣＰＵ６ａはメインバッテリＢの充放電が行われていると判断し（ステップＳ２でＮ）、ステップＳ１及びＳ２の動作が繰り返される。これに対して、上述したカーテシランプやターボタイマといった負荷の駆動が終了して、メインバッテリＢの充放電が終了すると（ステップＳ２でＹ）、ＣＰＵ６ａは、所定時間Ｔのカウントが開始されているか否かを判断する（ステップＳ３）。所定時間Ｔのカウントが開始されていなければ（ステップＳ３でＮ）、所定時間Ｔのカウントを開始した後（ステップＳ４）、次のステップＳ５に進む。これに対して、所定時間Ｔのカウントが開始されていれば（ステップＳ３でＹ）、直ちにステップＳ５に進む。なお、所定時間Ｔは、メインバッテリＢの充放電が終了してからメインバッテリＢに生じている残留分極が十分解消できるまでの時間に相当する。

次に、ＣＰＵ６ａは、イグニッションオフ後に、メインバッテリＢに充放電が行われていない状態が所定時間Ｔ以上継続して、所定時間Ｔのカウントが終了し（ステップＳ５でＹ）、メインバッテリＢを構成する各単位セルＢ₁〜Ｂ₄…が平衡状態になるのを待って、次のステップＳ６に進む。

ステップＳ６において、ＣＰＵ６ａは、請求項中の判断手段として働き、全単位セルＢ₁〜Ｂ₄…の両端電圧の均等化が必要であるか否かを判断する。このステップＳ６において、ＣＰＵ６ａは、まず全単位セルＢ₁〜Ｂ₄…の両端電圧を各々検出する電圧検出を行う。より詳細には、各単位セルＢ₁〜Ｂ₄…の両端スイッチＳ_1a及びＳ_1b〜Ｓ_4a及びＳ_4b…を順次オンして、各単位セルＢ₁〜Ｂ₄…の両端を順次、電圧センサ５に接続する。

これにより、ＣＰＵ６ａには、スイッチ郡４内のスイッチのオンオフに同期して、電圧センサ５から、各単位セルＢ₁〜Ｂ₄…の両端電圧に応じたアナログ電圧信号が供給される。なお、上記アナログ電圧信号は、Ａ／Ｄ変換器６ｄによってデジタル電圧信号に変換されている。そして、ＣＰＵ６ａは、上記供給されたデジタル電圧信号を読み取ることにより、電圧検出結果を得る。

そして、ＣＰＵ６ａは、上記電圧検出結果に基づいて、各単位セルＢ₁〜Ｂ₄…のうち、両端電圧が最大となる最大単位セルＢ_maxと、両端電圧が最小となる最小単位セルＢ_minとを抽出し、最大単位セルＢ_maxの両端電圧と最小単位セルＢ_minの両端電圧との差が閾値Ｖ以上のとき、均等化が必要であると判断し、閾値Ｖより小さいとき、均等化が不必要であると判断する。

次に、上述した閾値Ｖについて説明する。本実施形態では、均等化の要求精度Ｖreqから最大誤差Ｖ_emaxを差し引いた値に閾値Ｖを設定している（∵Ｖ＝Ｖreq−Ｖ_emax）。ここで、最大誤差Ｖ_emaxとは、電圧検出部７が検出した電圧同士の差（つまり、最大単位セルＢ_max及び最小単位セルＢ_minの両端電圧の差）に生じるマイナス方向の誤差の最大値のことである。電圧検出部７が検出した電圧に生じる誤差の要因としては、主に電圧センサ５内の回路の温度特性、オペアンプなどを利用した場合の入力オフセット、Ａ／Ｄ変換器６ｄの基準電圧の温度特性、抵抗分圧した場合の抵抗値ばらつきや、Ａ／Ｄ変換器６ｄの変換誤差などが考えられる。

上述した検出電圧の誤差要因のうち、電圧センサ５内の回路の温度特性、オペアンプなどを利用した場合の入力オフセット、Ａ／Ｄ変換器６ｄの基準電圧の温度特性、抵抗分圧した場合の抵抗値ばらつきに起因して発生する誤差は、電圧検出部７によって同時期に検出された２つの検出電圧には同程度発生する。このため、これら要因によって発生する誤差は、２つの検出電圧の差（＝相対値）を取ることにより相殺され、検出電圧同士の差の誤差要因にはほとんどならない。

一方、Ａ／Ｄ変換器６ｄの変換誤差は、同時期に検出してもランダムに発生するため、差をとっても相殺されない。従って、上述した検出電圧の誤差要因のうち、検出電圧同士の差（＝相対値）の誤差要因となるものは、Ａ／Ｄ変換器６ｄの変換誤差にほぼ絞られる。そこで、上述した最大誤差Ｖ_emaxとしては、Ａ／Ｄ変換器６ｄによって変換された変換値同士の差に発生するマイナス方向の誤差の最大値に設定される。

具体的に説明すると、Ａ／Ｄ変換器６ｄとして、変換誤差が例えば±１６ｍＶのものを用いているとする。検出電圧の差に生じるマイナス方向の誤差が最大となるときは、最大単位セルＢ_maxの両端電圧Ｖ_maxに−１６ｍＶの誤差が生じ、最小単位セルＢ_minの両端電圧Ｖ_maxに＋１６ｍＶの誤差が生じているときである。

このとき、実際の電圧差は（Ｖ_max−Ｖ_min）であるのに対して、検出された電圧差は（Ｖ_max−Ｖ_min−３４ｍＶ）となり、実際の電圧差（Ｖ_max−Ｖ_min）よりも最大で３４ｍＶ小さな電圧差が検出されてしまう。従って、最大誤差Ｖ_emaxは３４ｍＶであり、例えば、要求精度が５０ｍＶであれば、５０ｍＶ−３４ｍＶ＝１６ｍＶを閾値として設定し、１６ｍＶ以上のばらつきを検知したとき、均等化が必要であると判断する。従来技術では、閾値を要求精度５０ｍＶに設定していたので、例えば、実際の電圧差が５０ｍＶであったとしても、検出された電圧差は最悪で５０ｍＶ−３６ｍＶ＝１６ｍＶとなり、均等化が必要であると判断されない恐れがあった。つまり、閾値を５０ｍＶに設定すると、実際の要求精度は（５０＋３６）ｍＶとなってしまう。しかしながら、本実施形態では、この場合でも均等化が必要であると判断することができるので、確実に要求精度５０ｍＶを満たすことができる。

話をフローチャートに戻して、ＣＰＵ６ａは均等化が必要ないと判断すると（ステップＳ６でＮ）、直ちに均等化処理を終了する。これに対して、ＣＰＵ６ａは均等化が必要であると判断すると（ステップＳ６でＹ）、均等化手段として働き、一定時間の電荷移動動作を実施して（ステップＳ７）、均等化を行う。ステップＳ７において、ＣＰＵ６ａは、最大単位セルＢ_maxの両端スイッチＳ_maxa及びＳ_maxb、スイッチＳ_eをオンして、最大単位セルＢ_maxの両端を、電圧コンバータ３経由でコンデンサＣ_Bに接続する。

上記接続により、電圧コンバータ３は、最大単位セルＢ_maxの両端電圧を昇圧する。上記接続により、最大単位セルＢ_maxから電圧コンバータ３を介してコンデンサＣ_Bに電荷が移動し、コンデンサＣ_Bが最大単位セルＢ_maxの両端電圧より高い電圧に充電される。

電圧コンバータ３を介して最大単位セルＢ_maxからコンデンサＣＢへの電荷の移動が終了すると、ＣＰＵ６ａは、最大単位セルＢ_maxの両端スイッチＳ_maxa及びＳ_maxb、スイッチＳ_eをオフする。そして、次に、最小単位セルＢ_minの両端スイッチＳ_mina及びＳ_minb、スイッチＳ_dをオンする。これにより、最小単位セルＢ_minの両端が電圧コンバータ３を介すことなく、直接コンデンサＣ_Bに接続される。このとき、上記接続により、コンデンサＣ_Bの両端電圧と最小単位セルＢ_minの両端電圧との差に応じた量の電荷が、コンデンサＣ_Bから最小単位セルＢ_minに流れる。

コンデンサＣ_Bから最小単位セルＢ_minへの電荷の移動が終了すると、ＣＰＵ６ａは、最小単位セルＢ_minの両端スイッチＳ_mina及びＳ_minb、スイッチＳ_dをオフするした後、再び電圧検出部７による電圧検出結果を用いて最大単位セルＢ_maxと最小単位セルＢ_minとの抽出して、上記電荷移動動作を一定時間、繰り返した後（ステップＳ７）、均等化処理を終了する。以上の動作により、コンデンサＣ_Bを介して、最大単位セルＢ_maxから最小単位セルＢ_minへの電荷の移動が一定時間繰り返し行われ、各単位セルＢ₁〜Ｂ₄の両端電圧を均等化することができる。

上述したように、検出された最大単位セルＢ_maxと最小単位セルＢ_minとの両端電圧間の差は、実際の値に比べて上記マイナス方向の検出誤差の最大値分、小さな値となることがある。以上のことに着目して、閾値を、容量均等化の要求精度Ｖreqから両端電圧間の差に発生するマイナス方向の検出誤差の最大値Ｖ_emaxを差し引いた値に設定している、つまり、電圧検出手段の検出誤差を考慮した閾値に設定しているため、確実に両端電圧の差を要求精度Ｖreq以下とすることができる。

なお、上述した実施形態では、閾値ＶをＶreqからＶ_emax差し引いた値（Ｖreq−Ｖ_emax）に設定していた。しかしながら、閾値Ｖは、ＶreqからＶ_emax差し引いた値（Ｖreq−Ｖ_emax）に限られたものではなく、その値（Ｖreq−Ｖ_emax）以下に設定しても、同様の効果を得ることができる。

また、上述した均等化装置１によれば、昇圧型の電圧コンバータ３を用いて、コンデンサＣ_Bの電圧が最大単位セルＢ_maxの両端電圧より高くなるように、最大単位セルＢ_maxからコンデンサＣ_Bに電荷を移動させた後、コンデンサＣ_Bから最小単位セルＢ_minに電荷を移動させて、各単位セルＢ₁〜Ｂ₄…の両端電圧を均等化している。

一般的に、単位セルＢ₁〜Ｂ₄…の均等化は、電圧コンバータ３を介さず、最大単位セルＢ_maxとコンデンサＣ_Bとを直接接続して、コンデンサＣ_Bの電圧が最大単位セルＢ_maxの両端電圧と等しくなるように、最大単位セルＢ_maxからコンデンサＣ_Bに電荷を移動させた後、コンデンサＣ_Bから最小単位セルＢ_minに電荷を移動させている。

本実施の形態のように閾値を１６ｍＶのような小さな値に設定すると、最大単位セルＢ_maxと最小単位セルＢ_minとの両端電圧の差がほとんどない状態で、電荷移動動作をさせることがある。このため、電圧コンバータ３を介さない電荷移動では、最大単位セルＢ_maxからコンデンサＣ_Bを介して最小単位セルＢ_minへの電荷を移動することができず、結局ばらつきが大きくなってからしか電荷を移動することができない。

しかしながら、上述した均等化装置１によれば、電圧コンバータ３を介して電荷移動を行っているため、最大単位セルＢ_maxと最小単位セルＢ_minとの両端電圧の差が大きくなる前に均等化を行う場合でも、最大単位セルＢ_maxからコンデンサＣ_Bを介して最小単位セルＢ_minへの電荷を移動することができる。

また、上述した均等化装置１によれば、車両のイグニッションオフに応じて、均等化が必要か否かの判断を行っている。イグニッションスイッチがオンしているときは、単位セルＢ₁〜Ｂ₄…の使用が頻繁に行われ、イグニッションスイッチがオフしているときは、単位セルＢ₁〜Ｂ₄…の使用が行われることはほとんどない。従って、イグニッションオフ中の均等化を行う時間が十分あるときに均等化を開始することができる。また、イグニッションスイッチがオフする毎に容量均等化が必要か否か判断を行うことにより、容量ばらつきが大きくなる前に判断を行うことができる。

また、上述した均等化装置１によれば、電荷移動動作を一定時間繰り返し、その後、電荷移動動作を終了して、均等化を終了する。従って、オルタネータからの充電がなくなるイグニッションスイッチオフ期間に、一定時間を越えて均等化が行われることがなくなる。このため、電荷移動動作にかかる電力を供給するサブバッテリの容量消費を少なくし、サブバッテリの低ＳＯＣ状態を極力抑制することができる。

なお、上述した実施形態では、イグニッションオフ後、充放電が行われない状態が所定時間Ｔ以上継続したとき、メインバッテリＢが平衡状態にあると判断していた。しかしながら、図２のフローチャートに示すように、イグニッションオフ後（ステップＳ１でＹ）、充放電が終了してから（ステップＳ２でＹ）、のメインバッテリＢの両端電圧が一定となったとき、メインバッテリＢが平衡状態にあると判断することも考えられる。

また、上述した実施形態においては、メインバッテリＢを構成する単位セルＢ₁〜Ｂ₄…を均等化する均等化装置１について説明していた。しかしながら、サブバッテリを構成する単位セルを均等化する場合にも適用することができる。

本発明の均等化方法を実施した均等化装置の一実施の形態を示す回路図である。図２に示す均等化装置を構成するＣＰＵ６ａの第１実施形態における均等化処理手順を示すフローチャートである。図２に示す均等化装置を構成するＣＰＵ６ａの第２実施形態における均等化処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

Ｂ₁〜Ｂ₂… 単位セル
Ｃ_B コンデンサ（キャパシタ）
６ａＣＰＵ（判断手段、均等化手段）
７電圧検出部（電圧検出手段）

Claims

互いに直列接続された二次電池からなる複数個の単位セルの両端電圧を電圧検出手段に検出させ、該電圧検出手段によって検出された前記複数の単位セルの両端電圧間の差が閾値以上のとき前記単位セルの容量均等化が必要であると判断し、前記容量均等化が必要であると判断する毎に、前記複数の単位セルのうち両端電圧が最大となる最大単位セルから、キャパシタを介して、前記複数の単位セルのうち両端電圧が最小となる最小単位セルの電荷を移動させることにより、容量均等化を行う容量均等化方法であって、
前記閾値は、容量均等化の要求精度から前記両端電圧間の差に発生するマイナス方向の検出誤差の最大値を差し引いた値以下に設定されていることを特徴とする容量均等化方法。
互いに直列接続された二次電池からなる複数個の単位セルの両端電圧を検出するための電圧検出手段と、該電圧検出手段によって検出された前記複数の単位セルの両端電圧間の差が閾値以上のとき前記単位セルの容量均等化が必要であると判断する判断手段と、前記容量均等化が必要であると判断する毎に、前記複数の単位セルのうち両端電圧が最大となる最大単位セルから、キャパシタを介して、前記複数の単位セルのうち両端電圧が最小となる最小単位セルの電荷を移動させることにより、容量均等化を行う均等化手段とを備えた容量均等化装置であって、
前記閾値は、容量均等化の要求精度から前記両端電圧間の差に発生するマイナス方向の検出誤差の最大値を差し引いた値以下に設定されていることを特徴とする容量均等化装置。
請求項２記載の均等化装置であって、
前記均等化手段は、前記キャパシタの電圧が最大単位セルの両端電圧より高くなるように、前記最大単位セルから前記キャパシタに電荷を移動させた後、前記キャパシタから前記最小単位セルに電荷を移動させて、前記各単位セルの両端電圧を均等化することを特徴とする均等化装置。
請求項２又は３記載の均等化装置であって、
前記判断手段は、少なくとも、前記複数個の単位セルから電源供給される電子機器の動作終了に応じて、前記判断を行うことを特徴とする均等化装置。
請求項４記載の均等化装置であって、
前記均等化手段は、前記最大単位セルからキャパシタに電荷を移動させた後、前記キャパシタから前記最小単位セルに電荷を移動させる電荷移動動作を繰り返して、前記単位セルの両端電圧を均等化し、前記容量均等化が必要であると判断される毎に、前記電荷移動動作を一定時間繰り返し、その後、前記電荷移動動作を終了して、前記均等化を終了することを特徴とする均等化装置。