JP2007043788A - 組電池の充電状態調整方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価に、かつ短時間に組電池を構成する各単位セルの均等化を行う組電池の充電状態調整方法及びその装置を提供する。
【解決手段】ＣＰＵ５２が各単位セルＢ1〜Ｂnの両端電圧を検出し、検出された両端電圧に基づいて複数の単位セルＢ1〜Ｂnのうち両端電圧が最小となる最小単位セルを抽出する。ＣＰＵ５２はまた互いに直列接続され、かつ最小単位セルを除いた２つの単位セルから構成されたセル群の１つを放電セル群として設定し、放電セル群の両端をコンデンサＣに接続して放電セル群からコンデンサＣに電荷を移動させた後、最小単位セルの両端をコンデンサＣに接続してコンデンサＣ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。
【選択図】図１

Description

本発明は、組電池の充電状態調整方法及びその装置に係わり、特に、二次電池から成る単位セルを複数直列に接続した組電池の充電状態を調整する組電池の充電状態調整方法及びその装置に関するものである。

例えば、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といった二次電池を単位セルとして、この単位セルを複数直列接続した組電池が上記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がさらに繰り返されると、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、という問題があることが知られている。

そこで、各単位セルをキャパシタに順次接続するものが提案されている（特許文献１）。これにより、キャパシタの両端電圧より高い両端電圧を有する単位セルの電荷がキャパシタに移動し、逆に、キャパシタの両端電圧より低い両端電圧を有する単位セルにキャパシタの電荷が移動する。即ち、キャパシタを介して、両端電圧の高い方から低い方への蓄積電荷の移動が行われるため、各単位セルの両端電圧のバラツキを解消することができる。

また、各単位セルの両端電圧を検出して、両端電圧が最大となる最大単位セル及び両端電圧が最小となる最小単位セルを抽出し、最大単位セルにキャパシタを接続した後、最小単位セルにキャパシタを接続することを繰り返すものも提案されている。これによれば、キャパシタを介して、最大単位セルから最小単位セルへの蓄積電荷の移動が行われるため、均等化にかかる時間を短くすることができる。

しかしながら、従来提案された解消方法では、各単位セルの両端電圧のバラツキが大きく、最大単位セル及び最小単位セルの両端電圧差が大きいうちはキャパシタを介しての電荷の移動量は大きい。しかしながら、均等化が進み各単位セルの両端電圧のバラツキが小さく、最大単位セル及び最小単位セルの両端電圧差が小さくなるに従って、キャパシタを介しての電荷の移動量が減少するため完全に均等化されるまで非常に時間がかかるという問題があった。

そこで、昇圧コンバータを介して最大単位セルをキャパシタに接続した後、最小単位セルにキャパシタを接続する充電状態調整装置が提案されている（特許文献２）。この充電状態調整装置によれば、最大単位セル及び最小単位セルの両端電圧差に応じた電荷量が最小単位セルに移動する従来に比べて、昇圧コンバータにより最大単位セルの両端電圧を昇圧した分、キャパシタを介しての最大単位セルから最小単位セルへの電荷の移動量が増加し、これにより均等化時間の短縮を図ったものである。しかしながら、上述した充電状態調整装置では、昇圧コンバータを用いる必要があり、コスト的に問題があった。
特開平１０−２２５００５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、安価に、かつ短時間に組電池を構成する各単位セルの均等化を行う組電池の充電状態調整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、二次電池から成る単位セルを複数直列に接続した組電池の充電状態を調整する組電池の充電状態調整方法において、前記各単位セルの両端電圧を検出し、前記検出された両端電圧に基づい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を抽出し、互いに直列接続され、かつ前記最小単位セルを除いた少なくとも２つ以上の所定数の単位セルから構成されるセル群の１つを放電セル群として設定し、前記放電セル群の両端をキャパシタに接続して前記放電セル群から前記キャパシタに電荷を移動させた後、前記最小単位セルの両端を前記キャパシタに接続して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組電池の充電状態調整方法に存する。

請求項１記載の発明によれば、互いに直列接続され、かつ最小単位セルを除いた少なくとも２つ以上の所定数の単位セルから構成されたセル群の１つを放電セル群として設定する。放電セル群の両端をキャパシタに接続して放電セル群からキャパシタに電荷を移動させた後、最小単位セルの両端をキャパシタに接続してキャパシタから最小単位セルに電荷を移動する。これにより、キャパシタを介して、放電セル群を構成し、かつ最小単位セルよりも両端電圧の高い単位セルから最小単位セルに電荷が移動して、各単位セルの両端電圧が均等化される。従って、少なくとも２つ以上の単位セルを直列接続して構成した放電セル群の両端電圧は、１つの単位セルから成る最大単位セル（複数の単位セルのうち両端電圧が最大となる単位セル）の両端電圧に比べて確実に高い。このため、最大単位セル及び最小単位セルの両端電圧差に応じた電荷量しか最小単位セルに移動できなかった従来に比べて、最大単位セル及び最小単位セルの両端電圧差よりも大きい放電セル群及び最小単位セルの両端電圧差に応じた電荷量を最小単位セルに移動することができ、昇圧コンバータを用いなくても、１回のキャパシタを介しての最小単位セルへの電荷移動量を増加することができる。

請求項２記載の発明は、二次電池から成る単位セルを複数直列に接続した組電池の充電状態を調整する組電池の充電状態調整装置において、前記各単位セルの両端電圧を検出する電圧検出手段と、前記検出された両端電圧に基づい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を抽出する最小単位セル抽出手段と、互いに直列接続され、かつ前記最小単位セルを除いた少なくとも２つ以上の所定数の単位セルから構成されるセル群の１つを放電セル群として設定する放電セル群設定手段と、前記放電セル群の両端をキャパシタに接続して前記放電セル群から前記キャパシタに電荷を移動させた後、前記最小単位セルの両端を前記キャパシタに接続して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均等化手段とを備えたことを特徴とする組電池の充電状態調整装置に存する。

請求項２記載の発明によれば、電圧検出手段が各単位セルの両端電圧を検出する。最小単位セル抽出手段が検出された両端電圧に基づいて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を抽出する。放電セル群設定手段が互いに直列接続され、かつ最小単位セルを除いた少なくとも２つ以上の所定数の単位セルから構成されたセル群の１つを放電セル群として設定する。均等化手段が放電セル群の両端をキャパシタに接続して放電セル群からキャパシタに電荷を移動させた後、最小単位セルの両端をキャパシタに接続して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、少なくとも２つ以上の単位セルを直列接続して構成した放電セル群の両端電圧は、１つの単位セルから成る最大単位セル（複数の単位セルのうち両端電圧が最大となる単位セル）の両端電圧に比べて確実に高い。このため、最大単位セル及び最小単位セルの両端電圧差に応じた電荷量しか最小単位セルに移動できなかった従来に比べて、最大単位セル及び最小単位セルの両端電圧差よりも大きい放電セル群及び最小単位セルの両端電圧差に応じた電荷量を最小単位セルに移動することができ、昇圧コンバータを用いなくても、１回のキャパシタを介しての最小単位セルへの電荷移動量を増加することができる。

請求項３記載の発明は、前記放電セル群設定手段が、前記組電池から前記セル群が複数抽出されるとき、前記検出された両端電圧に基づいて前記複数のセル群のうち両端電圧が最大となる最大セル群を抽出する最大セル群抽出手段を有し、前記抽出した最大セル群を放電セル群として設定することを特徴とする請求項２記載の組電池の充電状態調整装置に存する。

請求項３記載の発明によれば、最大セル群抽出手段が電圧検出手段により検出された両端電圧に基づいてセル群のうち両端電圧が最大となる最大セル群を抽出する。放電セル群設定手段が最大セル群を放電セル群として設定する。従って、より一層、放電セル群及び最小単位セルの両端電圧差を大きくすることができ、その両端電圧差に応じた最小単位セルに対する電荷移動量も増加することができる。

請求項４記載の発明は、前記均等化手段による均等化終了後の各単位セルの両端電圧である均等電圧を前記検出された両端電圧に基づいて推定する均等電圧推定手段をさらに備え、前記放電セル群設定手段が、前記推定した均等電圧以下の両端電圧を有する単位セルを除いた２つ以上の所定数の単位セルから構成されたセル群の１つを放電セル群として設定することを特徴とする請求項２又は３記載の組電池の充電状態調整装置に存する。

請求項４記載の発明によれば、均等電圧推定手段が、均等化手段による均等化終了後の各単位セルの両端電圧である均等電圧を電圧検出手段により検出された両端電圧に基づいて推定する。放電セル群設定手段が、推定した均等電圧以下の両端電圧を有する単位セルを除いた２つ以上の所定数の単位セルから構成されたセル群の１つを放電セル群として設定する。従って、推定した均等電圧以下の両端電圧を有する単位セルから最小単位セルへの電荷移動が行われることはない。

請求項５記載の発明は、前記均等化手段が、前記放電セル群の両端を前記キャパシタに接続した後、前記放電セル群を構成する単位セルのうち両端電圧が最小となる単位セルが前記均等電圧に達すると前記放電セル群の両端と前記キャパシタとの接続を解除することを特徴とする請求項４記載の組電池の充電状態調整装置に存する。

請求項５記載の発明によれば、均等化手段が、放電セル群の両端をキャパシタに接続した後、放電セル群を構成する単位セルのうち両端電圧が最小の単位セルが均等電圧に達すると放電セル群の両端とキャパシタとの接続を解除する。従って、放電セル群を構成する単位セルがキャパシタに電荷を移動しすぎて均等電圧より低くなってしまうことを防ぐことができる。

請求項６記載の発明は、前記均等化手段による均等化終了後の各単位セルの両端電圧である均等電圧を前記検出された両端電圧に基づいて推定する均等電圧推定手段をさらに備え、前記均等化手段が、前記最小単位セルの両端を前記キャパシタに接続した後、前記最小単位セルの両端電圧が前記均等電圧に達すると前記最小単位セルの両端と前記キャパシタとの接続を解除することを特徴とする請求項２又は３記載の組電池の充電状態調整装置に存する。

請求項６記載の発明によれば、均等電圧推定手段が、均等化手段による均等化終了後の各単位セルの両端電圧である均等電圧を電圧検出手段により検出された両端電圧に基づいて推定する。均等化手段が、最小単位セルの両端をキャパシタに接続した後、最小単位セルの両端電圧が均等電圧に達すると最小単位セルの両端とキャパシタとの接続を解除する。従って、キャパシタから最小単位セルに電荷が移動しすぎて、最小単位セルが均等電圧を越えてしまうことを防ぐことができる。

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、少なくとも２つ以上の単位セルを直列接続して構成した放電セル群の両端電圧は、１つの単位セルから成る最大単位セル（複数の単位セルのうち両端電圧が最大となる単位セル）の両端電圧に比べて確実に高い。このため、最大単位セル及び最小単位セルの両端電圧差に応じた電荷量しか最小単位セルに移動できなかった従来に比べて、最大単位セル及び最小単位セルの両端電圧差よりも大きい放電セル群及び最小単位セルの両端電圧差に応じた電荷量を最小単位セルに移動することができ、昇圧コンバータを用いなくても、１回のキャパシタを介しての最小単位セルへの電荷移動量を増加することができるので、安価に、かつ短時間に組電池を構成する各単位セルの均等化を行うことができる。

請求項３記載の発明によれば、より一層、放電セル群及び最小単位セルの両端電圧差を大きくすることができ、その両端電圧差に応じた最小単位セルに対する電荷移動量も増加することができるので、より一層短時間に組電池を構成する各単位セルの均等化を行うことができる。

請求項４記載の発明によれば、推定した均等電圧以下の両端電圧を有する単位セルから最小単位セルへの電荷移動が行われることはないので、より一層短時間に組電池を構成する各単位セルの均等化を行うことができる。

請求項５記載の発明によれば、放電セル群を構成する単位セルがキャパシタに電荷を移動しすぎて均等電圧より低くなってしまうことを防ぐことができるので、より一層短時間に組電池を構成する各単位セルの均等化を行うことができる。

請求項６記載の発明によれば、キャパシタから最小単位セルに電荷が移動しすぎて、最小単位セルが均等電圧を越えてしまうことを防ぐことができるので、より一層短時間に組電池を構成する各単位セルの均等化を行うことができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の組電池の充電状態調整方法を実施した組電池の充電状態調整装置（以下調整装置）１の一実施形態を示す回路図である。図中引用符号１で示す本実施形態の調整装置は、二次電池から成る単位セルＢ1、Ｂ2、Ｂ3〜Ｂn-2、Ｂn-1、Ｂnを複数直列接続したメインバッテリＢ（組電池）の充電状態を調整する装置である。

上記メインバッテリＢは、例えば、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において前記電動モータの電源として用いられ、その両端には、上記電動モータが必要に応じて負荷として接続されると共に、オルタネータ等（図示せず）が必要に応じて充電器として接続される。

本実施形態の調整装置１は、セル選択用スイッチ群２、電圧検出用スイッチ群３、バッファ回路４、マイクロコンピュータ（以下μＣＯＭ）５及びコンデンサＣ（キャパシタ）を備えている。

セル選択用スイッチ群２は、メインバッテリＢとコンデンサＣとの間に設けられ、メインバッテリＢを構成する単位セルＢ1〜Ｂnの何れかを選択してコンデンサＣに接続するものであり、ｎ対のスイッチＳa1及びＳb1、Ｓa2及びＳb2…Ｓan-1及びＳbn-1、Ｓan及びＳbnから構成されている。詳しくは、スイッチＳa1、Ｓa2…Ｓan-1、Ｓanは、単位セルＢ1〜Ｂnの正極とコンデンサＣの一端（図中上側の端子）との間に接続され、スイッチＳb1、Ｓb2…Ｓbn-1、Ｓbnは、単位セルＢ1〜Ｂnの負極とコンデンサＣの他端（図中下側の端子）との間に接続されている。

電圧検出用スイッチ群３は、コンデンサＣとμＣＯＭ５との間に設けられ１対のスイッチＡ１及びＡ２から構成されている。スイッチＡ１はコンデンサＣの一端とバッファ回路４との間に接続されており、スイッチＡ２はコンデンサＣの他端とアースとの間に接続されている。バッファ回路４としては、例えばオペアンプが用いられる。コンデンサＣの両端電圧は、このバッファ回路４を介してμＣＯＭ５のアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換部５１に出力される。Ａ／Ｄ変換部５１としては、図１に示すようにμＣＯＭ５に内蔵するようにしてもよいし、μＣＯＭ５とは別体に構成してもよい。

上述したμＣＯＭ５は、上述したＡ／Ｄ変換部５１並びに予め定めたプログラムに従って各種の処理や制御などを行う中央処理ユニット（ＣＰＵ）５２、ＣＰＵ５２のためのプログラム等を格納した読み出し専用メモリであるＲＯＭ５３及び各種データを格納すると共にＣＰＵ５２の処理作業に必要なエリアを有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ５４を内蔵している。

上述した構成の充電状態調整装置の動作を図２のＣＰＵ５２の充電状態調整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。μＣＯＭ５内のＣＰＵ５２は、例えば、イグニッションスイッチのオンに応じて充電状態調整処理を開始する。充電状態調整処理においてＣＰＵ５２は、先ず各単位セルＢ1〜Ｂnの両端電圧を検出する電圧検出処理を行う（ステップＳ１）。

上記電圧検出処理においてＣＰＵ５２はまず、単位セルＢ1の両端電圧を検出するために、スイッチＡ１及びＡ２をオフしてコンデンサＣとμＣＯＭ５とを絶縁すると共に、スイッチＳa1及びＳb1をオンして単位セルＢ1の両端をコンデンサＣに接続する。これにより、コンデンサＣの両端電圧が単位セルＢ1の両端電圧と等しくなる。

次に、ＣＰＵ５２は、スイッチＳa1及びＳb1をオフして、コンデンサＣとメインバッテリＢとを絶縁すると共に、スイッチＡ１及びＡ２をオンする。これにより、単位セルＢ1の両端電圧と等しいコンデンサＣの両端電圧が、バッファ回路４を介してＡ／Ｄ変換器５１に出力される。ＣＰＵ５２は、Ａ／Ｄ変換器５１から出力されるコンデンサＣの両端電圧のデジタル値を読み取って単位セルＢ1の両端電圧としてＲＡＭ５４内に記憶する。ＣＰＵ５２は、単位セルＢ2…Ｂn-1、Ｂnの両端電圧についても同様にコンデンサＣを用いて順次検出する。以上のことから明らかなように、セル選択スイッチ群２、電圧検出用スイッチ３及びＣＰＵ５２から請求項中の電圧検出手段が構成されている。

次に、ＣＰＵ５２は、最小単位セル抽出手段として働き、上記電圧検出処理により検出された両端電圧に基づいて単位セルＢ1〜Ｂnのうち両端電圧が最小となる最小単位セルＢminを抽出する最小単位セル抽出処理を行う（ステップＳ２）。

この最小単位セル抽出処理について、図３を参照して以下説明する。まず、ＣＰＵ５２は最初にカウント値ｍを１にセットすると共に（ステップＳ２１）、単位セルＢ1の両端電圧Ｖ1を最小単位セルＢminの両端電圧Ｖminとする（ステップＳ２２）。次に、最小単位セルＢminの両端電圧Ｖminと単位セルＢm+1の両端電圧Ｖm+1とを比較する（ステップＳ２３）。最小単位セルＢminの両端電圧Ｖminが単位セルＢm+1の両端電圧Ｖm+1よりも高いとき（ステップＳ２３でＹ）、ＣＰＵ５２は、単位セルＢm+1の両端電圧Ｖm+1を最小単位セルＢminの両端電圧Ｖminとした後（ステップＳ２４）、カウント値ｍをインクリメントする（ステップＳ２５）。

一方、単位セルＢminの両端電圧Ｖminが単位セルＢm+1の両端電圧Ｖm+1よりも低いとき（ステップＳ２３でＮ）、ＣＰＵ５２は、直ちにステップＳ２５に進む。次に、ＣＰＵ５２は、カウント値ｍがｎに達したか否か判断する（ステップＳ２６）。ＣＰＵ５２は、カウント値ｍがｎに達していないと（ステップＳ２６でＮ）、ステップＳ２３に戻る。一方、カウント値ｍがｎに達すると（ステップＳ２６でＹ）、最小単位セル抽出処理を終了して次のステップ３に進む。

ステップＳ３においてＣＰＵ５２は、上記電圧検出処理により検出された両端電圧に基づいて単位セルＢ1〜Ｂnのうち両端電圧が最大となる最大単位セルＢmaxを抽出する最大単位セル抽出処理を行う。

この最大単位セル抽出処理について、図４を参照して以下説明する。まず、ＣＰＵ５２は最初にカウント値ｍを１にセットすると共に（ステップＳ３１）、単位セルＢ1の両端電圧Ｖ1を最大単位セルＢmaxの両端電圧Ｖmaxする（ステップＳ３２）。次に、最大単位セルＢmaxの両端電圧Ｖmaxと単位セルＢm+1の両端電圧Ｖm+1とを比較する（ステップＳ３３）。最大単位セルＢmaxの両端電圧Ｖmaxが単位セルＢm+1の両端電圧Ｖm+1よりも低いとき（ステップＳ３３でＹ）、ＣＰＵ５２は、単位セルＢm+1の両端電圧Ｖm+1を最大単位セルＢmaxの両端電圧Ｖmaxとした後（ステップＳ３４）、カウント値ｍをインクリメントする（ステップＳ３５）。

一方、単位セルＢmaxの両端電圧Ｖmaxが単位セルＢm+1の両端電圧Ｖm+1よりも高いとき（ステップＳ３３でＮ）、ＣＰＵ５２は、直ちにステップＳ３５に進む。次に、ＣＰＵ５２は、カウント値ｍがｎに達したか否か判断する（ステップＳ３６）。ＣＰＵ５２は、カウント値ｍがｎに達していないと（ステップＳ３６でＮ）、ステップＳ３３に戻る。一方、カウント値ｍがｎに達すると（ステップＳ３６でＹ）、最大単位セル抽出処理を終了して次のステップ４に進む。

次に、ＣＰＵ５２は、図２に示すように、上記抽出した最小単位セルＢminの両端電圧Ｖminと最大単位セルＢmaxの両端電圧Ｖmaxとの差（Ｖmax−Ｖmin）が閾値より小さいとき、各単位セルＢ1〜Ｂnの両端電圧にバラツキがないと判断して（ステップＳ４でＮ）、直ちに充電状態調整処理を終了する。一方、差（Ｖmax−Ｖmin）が閾値より大きいとき、各単位セルＢ1〜Ｂnの両端電圧にバラツキがあると判断して（ステップＳ４でＹ）、次のステップＳ５に進む。

次のステップＳ５においてＣＰＵ５２は、放電セル群設定手段として働き、互いに直列接続され、かつ最小単位セルＢminを除いた２つ（所定数）の単位セルから構成されるセル群の１つを放電セル群として設定する放電セル群設定処理を行う（ステップＳ５）。なお、本実施形態では最小単位セルＢminに加えてさらに後述する均等電圧以下の両端電圧を有する単位セルも除く例について説明する。

上述した放電セル群設定処理について、図５を参照して以下説明する。まず、ＣＰＵ５２は、均等電圧推定手段として働き、均等化終了後の各単位セルＢ1〜Ｂnの両端電圧である均等電圧を各単位セルＢ1〜Ｂnの両端電圧Ｖ1〜Ｖnに基づいて推定する均等電圧推定処理を行う（ステップＳ５１）。具体的には、各両端電圧Ｖ1〜Ｖnの平均電圧｛（Ｖ1〜Ｖn）／ｎ｝を均等電圧とすることが考えられる。また、各両端電圧Ｖ1〜Ｖnから各単位セルＢ1〜Ｂnの平均蓄積電荷量を求め、求めた平均蓄積電荷量に対応する単位セルＢ1〜Ｂnの両端電圧を均等電圧とすることも考えられる。

次に、ＣＰＵ５２は、メインバッテリＢから互いに直列に接続され、かつ最小単位セルＢmin及び上記均等電圧以下の両端電圧を有する単位セルを除いた２つの単位セルから構成されたセル群を抽出するセル群抽出処理を行う（ステップＳ５２）。なお、互いに直列に接続された２つの単位セルから構成されたセル群として、単位セルＢ1及びＢ2から構成されるセル群Ｂg1、単位セルＢ2及びＢ3から構成されるセル群Ｂg2…単位セルＢn-2及びＢn-1から構成されるセル群Ｂgn-2、セルＢn-1及びＢnから構成されるセル群Ｂgn-1のｎ−１個が予め抽出され、ＲＯＭ５３内に格納されている。

セル群抽出処理において、ＣＰＵ５２は、ＲＯＭ５３内に格納されているセル群Ｂg1〜Ｂgn-1のうち最小単位セルＢminと均等電圧以下の両端電圧を有する単位セルを含むものを除いたセル群を抽出して、ＲＡＭ５４内に格納する。

次に、ＣＰＵ５２は、最大セル群抽出手段として働き、上記セル群抽出処理によりメインバッテリＢから複数のセル群が抽出されるとき、上記電圧検出処理により検出された両端電圧に基づいて複数のセル群のうち両端電圧が最大となる最大セル群を抽出する最大セル群抽出処理を行う（ステップＳ５３）。その後、ＣＰＵ５２は、抽出した最大セル群を放電セル群として設定した後（ステップＳ５４）、次のステップＳ６に進む。なお、単位セルＢ1〜Ｂnの数が少なく、上記セル群抽出処理により１つのセル群しか抽出されないメインバッテリＢの充電状態を調整する場合は、その１つを放電セル群として設定し上記最大セル群抽出処理は行わなくてもよい。

次の図２に示すステップＳ６において、ＣＰＵ５２は、放電セル群の両端をコンデンサＣに接続して放電セル群からコンデンサＣに電荷を移動させた後、最小単位セルの両端をコンデンサＣに接続したコンデンサＣ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均等化処理を行う。

詳しくは、図６のフローチャートに示すように、まず、ＣＰＵ５２は、放電セル群を構成する単位セルの両端電圧とコンデンサＣの両端電圧とに基づき、放電セル群の両端をコンデンサＣに接続してから放電セル群を構成する単位セルのうち両端電圧が最小のものが均等電圧に達するまでの放電時間を推測する放電時間推測処理を行う（ステップＳ６０）。次に、ＣＰＵ５２は、図７（ａ）に示すように、放電セル群として単位セルＢm及びＢm+1から構成されるセル群Ｂgmが設定されているとすると、スイッチＳbm及びＳam+1をオン制御し、放電セル群として設定されたセル群Ｂgmの両端をコンデンサＣに接続すると共に（ステップＳ６１）、経過時間Ｔのカウントを開始する（ステップＳ６２）。上記接続により放電セル群が放電して、放電セル群からコンデンサＣに電荷が移動する。

経過時間Ｔが上記放電時間推定処理で推定した放電時間に達すると（ステップＳ６３でＹ）、ＣＰＵ５２は、放電セル群を構成する単位セルのうち両端電圧が最小のものが均等電圧に達したと判断して、スイッチＳbm及びＳam+1をオフ制御して、放電セル群とコンデンサＣとの接続を解除する（ステップＳ６４）。

次に、ＣＰＵ５２は、スイッチＡ１及びＡ２をオンしてコンデンサＣの両端電圧を計測し、最小単位セルＢminの両端電圧ＶminとコンデンサＣの両端電圧とに基づき、最小単位セルＢminの両端をコンデンサＣに接続してから最小単位セルＢminの両端電圧が均等電圧に達するまでの充電時間を推定する充電時間推定処理を行う（ステップＳ６５）。その後、ＣＰＵ５２は、図７（ｂ）に示すように、最小単位セルＢminが単位セルＢpである場合、スイッチＳap及びＳbpをオン制御し、最小単位セルＢminの両端をコンデンサＣに接続すると共に（ステップＳ６６）、経過時間Ｔのカウントを開始する（ステップＳ６７）。上記接続によりコンデンサＣが放電してコンデンサから最小単位セルＢminに電荷が移動する。

経過時間Ｔが充電時間推定処理で推定した充電時間に達すると（ステップＳ６８でＹ）、ＣＰＵ５２は、最小単位セルＢminが均等電圧に達したと判断して、スイッチＳap及びＳbpをオフ制御して、最小単位セルＢminとコンデンサＣとの接続を解除した後（ステップＳ６９）、ステップＳ１に戻る。以上のことから明らかなようにセル選択スイッチ群２及びＣＰＵ５２が請求項中の均等化手段を構成する。

上述した充電状態調整装置によれば、ＣＰＵ５２が、ステップＳ１の電圧検出処理により各単位セルＢ1〜Ｂnの両端電圧を検出し、ステップＳ２の最小単位セル抽出処理により検出された両端電圧に基づいて複数の単位セルＢ1〜Ｂnのうち両端電圧が最小となる最小単位セルＢminを抽出する。また、ステップＳ５の放電セル群設定処理により直列接続されかつ、最小単位セルＢminを除いた２つの単位セルから構成されたセル群の１つを放電セル群として設定し、ステップＳ６の均等化処理により放電セル群の両端をコンデンサＣに接続して放電セル群からコンデンサＣに電荷を移動させた後、最小単位セルＢminの両端をコンデンサＣに接続してコンデンサＣから最小単位セルＢminに電荷を移動させて、各単位セルＢ1〜Ｂnの両端電圧を均等化する。

これにより、２つの単位セルを直列接続して構成した放電セル群の両端電圧は、１つの単位セルから成る最大単位セルＢmaxの両端電圧Ｖmaxに比べて確実に高い。このため、最大単位セルＢmax及び最小単位セルＢminの両端電圧差に応じた電荷量しか最小単位セルＢminに移動できなかった従来に比べて、最大単位セルＢmax及び最小単位セルＢminの両端電圧差よりも大きい放電セル群及び最小単位セルＢminの両端電圧差に応じた電荷量を最小単位セルＢminに移動することができ、昇圧コンバータを用いなくても、１回のコンデンサＣを介しての最小単位セルＢminへの電荷移動量を増加することができ、安価に、かつ短時間にメインバッテリＢを構成する各単位セルＢ1〜Ｂnの均等化を行うことができる。

また、充電状態調整装置によれば、ＣＰＵ５２が、ステップＳ５２にて抽出された複数のセル群のうち両端電圧が最大となる最大セル群をステップＳ５３の最大セル群抽出処理にて抽出し、ステップＳ５４にて抽出した最大セル群を放電セル群として設定している。従って、より一層、放電セル群及び最小単位セルＢminの両端電圧差を大きくすることができ、その両端電圧差に応じた１回のコンデンサＣを介しての最小単位セルＢminに対する電荷移動量も増加し、より一層短時間にメインバッテリＢを構成する各単位セルＢ1〜Ｂnの均等化を行うことができる。

また、充電状態調整装置によれば、ＣＰＵ５２が、ステップＳ５の放電セル設定処理において、最小単位セルＢminに加えて、推定した均等電圧以下の両端電圧を有する単位セルを除いた２つの単位セルから構成されたセル群の１つを放電セル群として設定している。従って、推定した均等電圧以下の両端電圧を有する単位セルから最小単位セルＢminへの電荷移動は行われなくなり、より一層短時間にメインバッテリＢを構成する各単位セルＢ1〜Ｂnの均等化を行うことができる。

ところで、放電セル群−コンデンサＣ間の電荷の移動が生じなくなるまで放電セル群の両端とコンデンサＣとの接続を維持すると、放電セル群を構成する単位セルが放電しすぎて均等電圧より小さくなってしまうことがある。このため、均等電圧より小さくなってしまった単位セルに他の単位セルから電荷移動する必要が生じ、均等化に時間がかかってしまう。上述した充電状態調整装置によれば、ＣＰＵ５２が、ステップＳ６の均等化処理において放電セル群の両端をコンデンサＣに接続した後、ステップＳ６０の放電時間推定処理により推定した放電時間が経過すると放電セル群を構成する単位セルのうち両端電圧が最小となる単位セルが均等電圧に達したと判断して、放電セル群の両端とコンデンサＣとの接続を解除している。このため、放電セル群を構成する単位セルが均等電圧より小さくなってしまうことを防ぐため、より一層短時間にメインバッテリＢを構成する各単位セルＢ1〜Ｂnの均等化を行うことができる。

また、最小単位セルＢmin−コンデンサＣ間の電荷の移動が生じなくなるまで最小単位セルＢminの両端とコンデンサＣとの接続を維持すると、最小単位セルＢminが充電されすぎて均等電圧より大きくなってしまうことがある。このため、均等電圧より大きくなってしまった単位セルに他の単位セルから電荷移動する必要が生じ、均等化に時間がかかってしまう。上述した充電状態調整装置によれば、ＣＰＵ５２が、ステップＳ６の均等化処理において最小単位セルＢminの両端をコンデンサＣに接続した後、ステップＳ６５の充電時間推定処理により推定した充電時間が経過すると最小単位セルＢminの両端電圧が均等電圧に達したと判断して、最小単位セルＢminの両端とコンデンサＣとの接続を解除している。このため、最小単位セルＢminが均等電圧を越えてしまうことを防ぐため、より一層短時間にメインバッテリＢを構成する各単位セルＢ1〜Ｂnの均等化を行うことができる。

なお、上述した実施形態では、セル選択用スイッチ群２として、単位セルＢ1〜Ｂnの各両端に対して一対のスイッチＳa1及びＳb1〜Ｓan及びＳbnを設けていた。つまり、セル選択用スイッチ群２を２ｎ個のスイッチから構成し、各単位セルと単位セルとの間に２つのスイッチが接続していた。しかしながら、セル選択用スイッチ群２としては、複数の単位セルＢ1〜Ｂnの一つをコンデンサＣに接続できるように構成されていればよく、例えば、セル選択用スイッチ２をｎ＋１個のスイッチ及び極性反転用スイッチから構成し、各単位セルと単位セルとの間に１つのスイッチを接続することも考えられる。

また、上述した実施形態では、ステップＳ５２のセル群抽出処理にて互いに直列接続され最小単位セルＢmin及び均等電圧以下の両端電圧を有する単位セルを除いた２つの単位セルから構成されるセル群を抽出していた。しかしながら、本発明はこれに限らず、例えば、均等電圧以下の両端電圧を有する単位セルを除かなくてもよく、互いに直列接続され最小単位セルＢminを除いた２つの単位セルから構成されるセル群を抽出してもよい。また、本実施形態では、少なくとも２以上の所定数を２としていたが、これに限らず２以上であれば３つでも４つでも良い。

また、上述した実施形態では、ステップＳ５２のセル群抽出処理において互いに直列接続された２つの単位セルから構成されるセル群Ｂg1〜Ｂgn-1から最小単位セルＢmin及び均等電圧以下の両端電圧を有する単位セルを除いたセル群を予め抽出し、抽出されたセル群の中から両端電圧が最大となる最大セル群を抽出していた。しかしながら、本発明は、これに限らず、最終的に最小単位セルＢmin及び均等電圧以下の両端電圧を有する単位セルを除いた２つの単位セルから構成されるセル群のうち両端電圧が最大となる最大セル群を抽出できればよく、例えば、互いに接続された２つのセル群Ｂg1〜Ｂgn-1うち両端電圧が最大となる最大セル群を抽出した後、その最大セル群を構成する単位セルが最小単位セルＢminや均等電圧以下の両端電圧を有する単位セルでなかった場合、抽出した最大セル群を放電セル群に設定し、抽出した最大セル群を構成する単位セルが最小単位セルＢminや均等電圧以下の両端電圧を有する単位セルを含んでいた場合、２番目に大きい両端電圧のセル群を最大セル群として抽出することも考えられる。

また、上述した実施形態では、放電セル群とコンデンサＣとを接続した後、放電時間推定処理により推定した放電時間が経過したとき放電セル群を構成する単位セルのうち両端電圧が最小となる単位セルが均等電圧に達したと判断して放電セル群の両端とコンデンサＣとの接続を解除していた。また、最小単位セルＢminとコンデンサＣとを接続した後、充電時間推定処理により推定した充電時間が経過したとき最小単位セルＢminが均等電圧に達したと判断して最小単位セルＢminの両端とコンデンサＣとの接続を解除していた。しかしながら、例えば、放電又は充電中に単位セルＢ1〜Ｂnの両端電圧が検出できるようであれば、その検出結果に基づいて放電セル群を構成する単位セルのうち両端電圧が最小となる単位セルや、最小単位セルＢminが均等電圧に達したと判断するようにしてもよい。さらに、放電セル群とコンデンサＣ、最小単位セルＢminとコンデンサＣとの電荷の移動がなくなったときに解除しても良いし、接続後、予め定めた時間で解除することも考えられる。

また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の組電池の充電状態調整方法を実施した組電池の充電状態調整装置１の一実施形態を示す回路図である。 ＣＰＵ５２の充電状態調整処理手順を示すフローチャートである。 ＣＰＵ５２の最小単位セル抽出処理手順を示すフローチャートである。 ＣＰＵ５２の最大単位セル抽出処理手順を示すフローチャートである。 ＣＰＵ５２の放電セル群設定処理を示すフローチャートである。 ＣＰＵ５２の均等化処理を示すフローチャートである。 （ａ）は放電セル群とコンデンサＣとの接続を説明するための部分回路図であり、（ｂ）は最小単位セルとコンデンサＣとの接続を説明するための部分回路図である。

符号の説明

Ｂ メインバッテリ（組電池）
Ｂ1〜Ｂn 単位セル
Ｂmin 最小単位セル
Ｃ コンデンサ（キャパシタ）
２ セル選択スイッチ群（電圧検出手段、
３ 電圧検出用スイッチ（電圧検出手段）
５２ ＣＰＵ（電圧検出手段、最小単位セル抽出手段、放電セル群設定手段、最大セル群抽出手段、均等電圧推定手段、均等化手段）

Claims (6)

1. 二次電池から成る単位セルを複数直列に接続した組電池の充電状態を調整する組電池の充電状態調整方法において、
   前記各単位セルの両端電圧を検出し、
   前記検出された両端電圧に基づい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を抽出し、
   互いに直列接続され、かつ前記最小単位セルを除いた少なくとも２つ以上の所定数の単位セルから構成されるセル群の１つを放電セル群として設定し、
   前記放電セル群の両端をキャパシタに接続して前記放電セル群から前記キャパシタに電荷を移動させた後、前記最小単位セルの両端を前記キャパシタに接続して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組電池の充電状態調整方法。
2. 二次電池から成る単位セルを複数直列に接続した組電池の充電状態を調整する組電池の充電状態調整装置において、
   前記各単位セルの両端電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記検出された両端電圧に基づい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を抽出する最小単位セル抽出手段と、
   互いに直列接続され、かつ前記最小単位セルを除いた少なくとも２つ以上の所定数の単位セルから構成されるセル群の１つを放電セル群として設定する放電セル群設定手段と、
   前記放電セル群の両端をキャパシタに接続して前記放電セル群から前記キャパシタに電荷を移動させた後、前記最小単位セルの両端を前記キャパシタに接続して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均等化手段とを備えたことを特徴とする組電池の充電状態調整装置。
3. 前記放電セル群設定手段が、前記組電池から前記セル群が複数抽出されるとき、前記検出された両端電圧に基づいて前記複数のセル群のうち両端電圧が最大となる最大セル群を抽出する最大セル群抽出手段を有し、前記抽出した最大セル群を放電セル群として設定することを特徴とする請求項２記載の組電池の充電状態調整装置。
4. 前記均等化手段による均等化終了後の各単位セルの両端電圧である均等電圧を前記検出された両端電圧に基づいて推定する均等電圧推定手段をさらに備え、
   前記放電セル群設定手段が、前記推定した均等電圧以下の両端電圧を有する単位セルを除いた２つ以上の所定数の単位セルから構成されたセル群の１つを放電セル群として設定することを特徴とする請求項２又は３記載の組電池の充電状態調整装置。
5. 前記均等化手段が、前記放電セル群の両端を前記キャパシタに接続した後、前記放電セル群を構成する単位セルのうち両端電圧が最小となる単位セルが前記均等電圧に達すると前記放電セル群の両端と前記キャパシタとの接続を解除することを特徴とする請求項４記載の組電池の充電状態調整装置。
6. 前記均等化手段による均等化終了後の各単位セルの両端電圧である均等電圧を前記検出された両端電圧に基づいて推定する均等電圧推定手段をさらに備え、
   前記均等化手段が、前記最小単位セルの両端を前記キャパシタに接続した後、前記最小単位セルの両端電圧が前記均等電圧に達すると前記最小単位セルの両端と前記キャパシタとの接続を解除することを特徴とする請求項２又は３記載の組電池の充電状態調整装置。

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