JP2013123344A - 電池セル電圧を均等化する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直列に接続された複数の電池セルの電圧を、効率的に、十分に高い電圧に均等化する。
【解決手段】電池セル電圧均等化装置１は、電池２０の電池セルＢ１〜Ｂ４の電圧を均等化するために、充電器１０と電池２０との間に設けられ、充電器１０と電池２０とを電気的に接続または遮断するスイッチ回路３と、電池セルＢ１〜Ｂ４の電圧を均等化するセルバランス回路４と、電池２０の状態に基づいて、充電制御信号を用いてスイッチ回路３を制御すると共に、バランス制御信号を用いてセルバランス回路４を制御するＣＰＵ２を有する。ＣＰＵ２は、電池２０の充電状態が所定の閾値よりも低いときは、充電器１０と電池２０とが電気的に接続されるようにスイッチ回路３を制御しながら、電池セルＢ１〜Ｂ４の電圧を均等化するようにセルバランス回路４を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、直列に接続されている複数の電池セルの電圧を均等化する装置に係わる。

複数の充電可能な電池セルを直列に接続して高電圧の電池を実現する技術が実用化されてきている。この種の電池は、近年では、例えば、電気自動車またはエンジンとモータを併用するハイブリッド車への実装において注目されている。

ところが、多数の電池セルを直列に接続した状態で充電を行うと、各電池セルの出力電圧（または、電池セルの残容量）が不均一になることがある。また、上述の電池が電気自動車等に搭載される場合には、モータ駆動時の放電と回生時の充電が繰り返されるので、この充放電の繰り返しによっても電池セルの電圧が不均一になることがある。そして、電池セルの電圧の不均一は、一部の電池セルの劣化を促進させるおそれがあり、また、電池全体として効率の低下を引き起こすことがある。なお、電池セルの電圧の不均一は、各電池セルの製造ばらつきや、経年劣化等により生じ得る。このため、従来より、複数の電池セルの電圧を均等化する技術が提案または実用化されている。

電池セル電圧均等化回路の一形態においては、各電池セルの電圧がモニタされ、電圧の高い電池セルから電圧の低い電池セルへ電荷を移動させるセルバランス動作が行われる。このセルバランス動作は、例えば、電池セル間に設けられるインダクタ、及び各電池セルの電圧に応じてインダクタを流れる電流を制御するスイッチにより実現される。そして、この動作によって複数の電池セルの電圧は均等化または略均等化される。なお、電池セル電圧の均等化に係わる技術は、例えば、下記の特許文献１〜５に記載されている。

ところで、上述の電池セル電圧均等化回路は、各電池セルの電圧を平均化することによって、電池セルの電圧の均等化を実現する。この場合、平均電圧よりも低い電圧を有する電池セルの電圧は上昇するが、平均電圧よりも高い電圧を有する電池セルの電圧は低下することになる。

これに対して、各電池セルの電圧を平均化するのではなく、各電池セルの電圧をより高い電圧に均等化させる方式が望まれている。このような均等化は、例えば、各電池セルを充電する動作を行った後に、各電池セルの電圧を均等化することで実現される。しかし、この方式では、電池セル電圧の均等化が完了するまでに長い時間を要し、効率の点で改善すべき点がある。

特開平７−８７６７５号公報 特開平８−２１４４６４号公報 特開２００１−２８６０７２号公報 特開２００４−１２９４５５号公報 特開２０１０−１６６８００号公報

本発明の課題は、直列に接続された複数の電池セルの電圧を、効率的に、十分に高い電圧に均等化する電池セル電圧均等化装置を提供することである。

本発明に係る電池セル電圧均等化装置は、充電可能な電池が有する直列に接続された複数の電池セルの電圧を均等化する構成であって、充電器と前記電池との間に設けられ、充電制御信号に従って、前記充電器と前記電池とを電気的に接続または遮断するスイッチ回路と、バランス制御信号に従って、前記複数の電池セルの電圧を均等化するセルバランス回路と、前記電池の状態に基づいて、前記充電制御信号を用いて前記スイッチ回路を制御すると共に、前記バランス制御信号を用いて前記セルバランス回路を制御する制御手段を有する。そして、前記制御手段は、前記電池の充電状態が所定の閾値よりも低いときは、前記充電器と前記電池とが電気的に接続されるように前記スイッチ回路を制御しながら、前記複数の電池セルの電圧を均等化するように前記セルバランス回路を制御する。

上記構成によれば、充電器を利用して電池を充電する動作と、電池内の複数の電池セルの電圧を均等化する動作を並列に行うことが可能である。
上記構成において、前記制御手段は、前記電池の充電状態が所定の閾値以上であるときは、前記充電器と前記電池とが電気的に遮断されるように前記スイッチ回路を制御しながら、前記複数の電池セルの電圧を均等化するように前記セルバランス回路を制御するようにしてもよい。また、前記スイッチ回路は、前記充電器と前記電池とを絶縁する絶縁回路を含むようにしてもよい。

本発明によれば、直列に接続された複数の電池セルの電圧を、効率的に、十分に高い電圧に均等化することができる。

本発明の実施形態の電池セル電圧均等化装置の構成を示す図である。 実施形態の電池セル電圧均等化装置の構成を詳細に示す図である。 ＣＰＵの動作を示すフローチャートである。 スイッチ回路の実施例を示す図である。 実施形態の電池セル電圧均等化装置の変形例を示す図である。

図１は、本発明の実施形態の電池セル電圧均等化装置の構成を示す図である。実施形態の電池セル電圧均等化装置１は、図１に示すＣＰＵ２、スイッチ回路３、セルバランス回路４を有する。そして、電池セル電圧均等化装置１は、充電器１０から電池２０への充電を制御すると共に、電池セル２０が有する直列に接続された複数の電池セルの電圧を均等化する。なお、「均等化」は、この明細書では、複数の電池セルの電圧の差を所定値よりも小さくする略均等化を含むものとする。

ＣＰＵ２は、電池２０の状態をモニタする。ＣＰＵ２は、例えば、電池２０の各電池セルの電圧をモニタする。また、ＣＰＵ２は、電池２０のＳＯＣ（State of Charge）をモニタしてもよい。ＳＯＣは、電池の充電状態を表す指標であり、１００パーセントが満充電を表し、０パーセントが空状態を表す。そして、ＣＰＵ２は、電池２０の状態に応じて、充電制御信号を用いてスイッチ回路３を制御すると共に、バランス制御信号を用いてセルバランス回路４を制御する。なお、ＣＰＵ２は、電池２０の状態に基づいてスイッチ回路３およびセルバランス回路４を制御する制御手段の一例である。

スイッチ回路３は、充電器１０と電池２０との間に設けられ、ＣＰＵ２から与えられる充電制御信号に従って、充電器１０と電池２０とを電気的に接続または遮断する。スイッチ回路３によって充電器１０と電池２０とが電気的に接続されると、充電器１０は、電池２０を充電することができる。

セルバランス回路４は、ＣＰＵ２から与えられるバランス制御信号に従って、電池２０内の複数の電池セルの電圧を均等化する。ここで、バランス制御信号は、例えば、セルバランス回路４の動作を制御する信号である。ただし、バランス制御信号は、セルバランス回路４に対して均等化動作の開始を指示する信号であってもよい。

上記構成において、ＣＰＵ２は、電池２０の充電状態が所定の閾値よりも低いときは、充電器１０と電池２０とが電気的に接続されるようにスイッチ回路３を制御しながら、電池２０の複数の電池セルの電圧を均等化するようにセルバランス回路３を制御する。これにより、電池セル電圧均等化装置１は、電池２０を充電しながら、電池２０の複数の電池セルの電圧を均等化することができる。換言すれば、電池セル電圧均等化装置１は、電池２０の複数の電池セルの電圧を均等化しながら、電池２０を充電することができる。

図２は、実施形態の電池セル電圧均等化装置１の構成を詳細に示す図である。電池セル電圧均等化装置１は、上述したように、ＣＰＵ２、スイッチ回路３、セルバランス回路４を有する。そして、ＣＰＵ２がスイッチ回路３およびセルバランス回路４を制御することにより、電池２０の充電および電池セルＢ１〜Ｂ４の電圧の均等化が行われる。

電池２０は、この実施例では、直列に接続された４つの電池セルＢ１〜Ｂ４を有する。すなわち、電池セルＢ１〜Ｂ４は、直列に接続されて、電池２０の中に収容されている。電池セルＢ１〜Ｂ４は、互いに実質的に同じ構成を有している。すなわち、電池セルＢ１〜Ｂ４の容量は、互いに実質的に同じである。

電池２０および電池セル電圧均等化装置１は、例えば、電気自動車またはエンジンとモータを併用するハイブリッド車に搭載される。この場合、電池２０は、少なくとも走行モータに電力を供給するために使用される。また、図２に示す負荷４０は、走行モータである。さらに、電池２０は、車両の減速時等には、走行モータに起因して発生する回生電流により充電される。

充電器１０は、直流電源を利用して電池２０を充電する構成であってもよいし、交流電源を利用して電池２０を充電する構成であってもよい。交流電源は、商用電源であってもよい。

スイッチ回路３は、充電器１０または負荷４０に電気的に接続される。例えば、電池２０の充電時には、充電器１０がスイッチ回路３に電気的に接続される。また、電池２０の充電が終了すると、負荷４０がスイッチ回路３に電気的に接続される。そして、スイッチ回路３は、ＣＰＵ２からの制御に応じて、充電器１０または負荷４０と、電池２０とを電気的に接続または遮断する。

例えば、充電スタンドにおいて、電源ケーブルのコネクタが充電器１０に接続されるものとする。この場合、ＣＰＵ２は、このコネクタ接続を検知して、電池２０への充電の開始を認識する。すると、ＣＰＵ２は、充電器１０と電池２０とが電気的に接続されるようにスイッチ回路３を制御する。このとき、負荷４０は、例えば不図示のスイッチまたはリレーにより、電池２０またはスイッチ回路３から切り離されているものとする。

セルバランス回路４は、図２に示すように、インダクタＬ１〜Ｌ３、およびスイッチＳ１〜Ｓ６を有する。スイッチＳ１の第１端子は、電池セルＢ１の正極に電気的に接続されている。スイッチＳ１の第２端子は、インダクタＬ１の第２端子およびスイッチＳ２の第１端子に電気的に接続されている。インダクタＬ１の第１端子は、電池セルＢ１の負極に電気的に接続されている。電池セルＢ１の負極は、電池セルＢ２の正極に電気的に接続されている。電池セルＢ２の正極は、スイッチＳ３の第１端子に電気的に接続されている。スイッチＳ３の第２端子は、スイッチＳ４の第１端子およびインダクタＬ２の第２端子に電気的に接続されている。インダクタＬ２の第１端子は、スイッチＳ２の第２端子、スイッチＳ５の第１端子、および電池セルＢ２の負極に電気的に接続されている。電池セルＢ２の負極は、電池セルＢ３の正極に電気的に接続されている。電池セルＢ３の負極は、電池セルＢ４の正極、スイッチＳ４の第２端子、およびインダクタＬ３の第１端子に電気的に接続されている。スイッチＳ５の第２端子は、インダクタＬ３の第２端子およびスイッチＳ６の第１端子に電機的に接続されている。そして、スイッチＳ６の第２端子は、電池セルＢ４の負極に電機的に接続されている。

上記構成のセルバランス回路４は、ＣＰＵ２から与えられるバランス制御信号に応じて電池セルＢ１〜Ｂ４間で電流を流すことができる。一例として、電池セルＢ１の電圧が電池セルＢ２の電圧よりも高く、電池セルＢ１から電池セルＢ２へ電流を流すケースについて説明する。この場合、ＣＰＵ２は、スイッチＳ１をＯＮ状態に制御すると共に、他のスイッチＳ２〜Ｓ６をＯＦＦ状態に制御する。そうすると、電池セルＢ１の正極からインダクタＬ１を介して電池セルＢ１の負極へ向かう電流が流れる。すなわち、電池セルＢ１は放電する。このとき、この電流のエネルギーがインダクタＬ１に蓄積される。続いて、ＣＰＵ２は、スイッチＳ２をＯＮ状態に制御すると共に、他のスイッチＳ１、Ｓ３〜Ｓ６をＯＦＦ状態に制御する。そうすると、インダクタＬ１に蓄積されているエネルギーによって、電池セルＢ２の負極からインダクタＬ１を介して電池セルＢ２の正極へ向かう電流が流れる。すなわち、電池セルＢ２は充電される。そして、このスイッチング動作が繰り返されると、電池セルＢ１に電圧が低下すると共に電池セルＢ２の電圧は上昇するので、電池セルＢ１、Ｂ２の電圧は均等化される。同様にして、セルバランス回路４は、電池セルＢ２、Ｂ３の電圧の均等化、および電池セルＢ３、Ｂ４の電圧も均等化を行うことができる。すなわち、セルバランス回路４は、電池セルＢ１〜Ｂ４の電圧を均等化することができる。

なお、上述の説明では、ＣＰＵ２がスイッチＳ１〜Ｓ６を制御するが、本発明はこの構成に限定されるものではない。すなわち、例えば、セルバランス回路４が不図示のマイコンを有し、ＣＰＵ２がそのマイコンに対してセルバランス動作の実行を指示するようにしてもよい。この場合、このマイコンは、電池セルＢ１〜Ｂ４の電圧を均等するようにスイッチＳ１〜Ｓ６を制御する。

電圧センサ６−１〜６−４は、それぞれ、対応する電池セルＢ１〜Ｂ４の電圧を検出する。また、電圧センサ６−５は、電池２０の電圧を検出する。電圧センサ６−１〜６−５は、図２に示すように電池２０の外部に接続されてもよいし、電池２０の内部に設けられてもよい。電圧センサ６−１〜６−５が電池２０の外部に接続される場合、電圧センサ６−１〜６−５は、電池セル電圧均等化装置１の一部であってもよい。

電流センサ７は、電池２０の出力電流および電池２０への充電電流を検出する。電池２０の出力電流は、例えば、電池２０から負荷４０に供給される電流である。また、電池２０への充電電流は、充電器１０から電池２０に供給される電流である。また、負荷４０が回生電流を生成する場合には、電池２０への充電電流は、負荷４０から電池２０へ回生される電流を含む。

ＣＰＵ２は、電圧センサ６−１〜６−５および電流センサ７のうちの少なくとも１つを利用して、電池２０の充電状態をモニタする。例えば、ＣＰＵ２は、電圧センサ６−５および電流センサ７を利用して、電池２０のＳＯＣを計算することができる。この場合、ＣＰＵ２は、スイッチ回路２をＯＦＦ状態に制御して電池２０をオープン状態に保持しながら、電圧センサ６−５の出力に基づいて、電池２０のＳＯＣを計算する。以降、ＣＰＵ２は、電流センサ７の出力を利用して電池２０の累積出力電流および電池２０への累積充電電流を計算し、それらに基づいてＳＯＣを計算する。あるいは、ＣＰＵ２は、電圧センサ６−１〜６−４を利用して電池２０の充電状態をモニタしてもよい。この場合、ＣＰＵ２は、例えば、電池セルＢ１〜Ｂ４の電圧の最低値または平均値に基づいて、電池２０の充電状態を判定してもよい。

ＣＰＵ２は、電池２０の充電時には、スイッチ回路３をＯＮ状態に制御する。これにより、充電器１０は、電池２０を充電することができる。このとき、ＣＰＵ２は、上述のようにして電池２０の充電状態をモニタする。そして、ＣＰＵ２は、電池２０の充電状態が所定の閾値以上になると、スイッチ回路３をＯＦＦ状態に制御する。これにより、充電器１０と電池２０との間が電気的に切断される。

また、ＣＰＵ２は、電池２０の充電時には、セルバランス回路４にバランス制御信号を与える。これにより、電池セルＢ１〜Ｂ４の電圧の均等化が行われる。すなわち、充電器１０が電池２０を充電する動作と、セルバランス回路４が電池セルＢ１〜Ｂ４の電圧を均等化する動作が、並列に行われる。さらに、ＣＰＵ２およびセルバランス回路４は、電池２０の充電が行われていないときに、電池セルＢ１〜Ｂ４の電圧の均等化を行うこともできる。

図３は、ＣＰＵ２の動作を示すフローチャートである。図３（ａ）は、スイッチ回路３を制御する処理のフローチャートである。図３（ｂ）および図３（ｃ）は、セルバランス回路４を制御する処理のフローチャートである。

ＣＰＵ２は、例えば、充電スタンドの電源ケーブルのコネクタが充電器１０に接続されたときに、図３（ａ）に示すフローチャートの処理を実行する。また、ＣＰＵ２は、電池２０を搭載するシステム（例えば、電気自動車などの車両）のユーザによって充電を開始する旨の指示が与えられたときに、図３（ａ）に示すフローチャートの処理を実行してもよい。

ステップＳ１において、ＣＰＵ２は、電池２０の充電状態をモニタする。電池２０の充電状態は、例えば、上述したように、電池２０のＳＯＣまたは電池セルＢ１〜Ｂ４の電圧の最低値／平均値である。

ステップＳ２において、ＣＰＵ２は、電池２０の充電状態を所定の閾値と比較する。閾値は、充電状態としてＳＯＣを使用する場合には、例えば「ＳＯＣ＝９０パーセント」である。また、充電状態として電池セルＢ１〜Ｂ４の電圧の最低値／平均値を使用する場合であって、各電池セルＢ１〜Ｂ４の最大電圧が例えば４．５Ｖであるときは、閾値は、例えば「４．２Ｖ」である。そして、電池２０の充電状態が閾値よりも低ければ、ＣＰＵ２は、ステップＳ３において、スイッチ回路３をＯＮ状態に制御する。これにより、充電器１０および電池２０が電気的に接続され、充電器１０は電池２０への充電を開始する。

以降、ＣＰＵ２は、電池２０の充電状態が閾値以上になるまで、ステップＳ１〜Ｓ３の処理を繰り返す。ステップＳ１〜Ｓ３の処理が実行されている期間は、スイッチ回路３はＯＮ状態に保持され、充電器１０による充電動作が継続される。そして、電池２０の充電状態が閾値以上になると、ＣＰＵ２は、ステップＳ４において、スイッチ回路３をＯＦＦ状態に制御する。これにより、充電器１０および電池２０は電気的に遮断される。

次に、図３（ｂ）および図３（ｃ）に示すセルバランス動作について説明する。この実施例では、ＣＰＵ２は、例えば、充電器１０による電池２０の充電の開始を契機として、図３（ｂ）に示すフローチャートの処理を実行する。ただし、ＣＰＵ２は、他の契機（例えば、ユーザの指示、タイマの満了など）に応じて図３（ｂ）に示すフローチャートの処理を実行してもよい。

ステップＳ１１において、ＣＰＵ２は、各電池セルＢ１〜Ｂ４の電圧をモニタする。続いて、ＣＰＵ２は、ステップＳ１２において、電池セルＢ１〜Ｂ４の電圧を均等化する。そして、ＣＰＵ２は、ステップＳ１３において、電池２０の充電動作が継続中であるか否かを判定する。ここで、ＣＰＵ２は、図３（ａ）に示すフローチャートの処理が実行中であれば、電池２０の充電動作が継続中であると判定する。そして、電池２０の充電動作が継続中であれば、ＣＰＵ２は、ステップＳ１１〜Ｓ１３の処理を繰り返す。

このように、電池セル電圧均等化装置１は、充電器１０が電池２０を充電している期間は、電池２０の電池セルＢ１〜Ｂ４の電圧を均等化する動作を繰り返し（または、継続的に）実行する。すなわち、電池２０を充電する動作、および電池セルＢ１〜Ｂ４の電圧を均等化するセルバランス動作が並列に行われる。そして、電池２０の充電状態が閾値以上になると、スイッチ回路３により充電器１０と電池２０との間が電気的に遮断され、その後、セルバランス回路４によるセルバランス動作も終了する。したがって、実施形態の電池セル電圧均等化装置１によれば、電池２０の充電の終了時には、電池セルＢ１〜Ｂ４の電圧が均等化されている。なお、セルバランス動作の開始時に電池２０の充電状態が閾値以上であったときは、電池セル電圧均等化装置１は、充電器１０と電池２０とを電気的に遮断した状態で、電池セルＢ１〜Ｂ４の電圧を均等化する。

図３（ｂ）のステップＳ１２に示すセルバランス動作は、例えば、図３（ｃ）に示すステップＳ２１〜Ｓ２４により実現される。この場合、ＣＰＵ２は、ステップＳ２１において、各電池セルＢ１〜Ｂ４の電圧の中で最も高い電圧Ｖmaxを出力する電池セルを特定する。続いて、ステップＳ２２において、ＣＰＵ２は、ステップＳ２１で特定された電池セルからその隣接電池セルへ電流を流すためのスイッチング制御を実行する。以下、スイッチング制御の例を示す。なお、以下の説明では、電池セルＢ１〜Ｂ４の電圧をそれぞれＶ１〜Ｖ４と表記する。

Ｖ１＝Ｖmaxであれば、ＣＰＵ２は、スイッチＳ１をＯＮに制御すると共にスイッチＳ２〜Ｓ６をＯＦＦに制御してインダクタＬ１にエネルギーを蓄積するスイッチ状態、およびスイッチＳ２をＯＮに制御すると共にスイッチＳ１、Ｓ３〜Ｓ６をＯＦＦに制御するスイッチ状態を交互に提供する。これにより、電池セルＢ１から電池セルＢ２へ電荷が移動し、電池セルＢ１の電圧が低下すると共に、電池セルＢ２の電圧は上昇する。

Ｖ２＝Ｖmax、且つ、Ｖ１＜Ｖ３であれば、ＣＰＵ２は、スイッチＳ２をＯＮに制御すると共にスイッチＳ１、Ｓ３〜Ｓ６をＯＦＦに制御してインダクタＬ１にエネルギーを蓄積するスイッチ状態、およびスイッチＳ１をＯＮに制御すると共にスイッチＳ２〜Ｓ６をＯＦＦに制御するスイッチ状態を交互に提供する。これにより、電池セルＢ２から電池セルＢ１へ電荷が移動し、電池セルＢ２の電圧が低下すると共に、電池セルＢ１の電圧は上昇する。

Ｖ２＝Ｖmax、且つ、Ｖ１＞Ｖ３であれば、ＣＰＵ２は、スイッチＳ３をＯＮに制御すると共にスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ４〜Ｓ６をＯＦＦに制御してインダクタＬ２にエネルギーを蓄積するスイッチ状態、およびスイッチＳ４をＯＮに制御すると共にスイッチＳ１〜Ｓ３、Ｓ５、Ｓ６をＯＦＦに制御するスイッチ状態を交互に提供する。これにより、電池セルＢ２から電池セルＢ３へ電荷が移動し、電池セルＢ２の電圧が低下すると共に、電池セルＢ３の電圧は上昇する。

Ｖ３＝Ｖmaxであるときの動作は、Ｖ２＝Ｖmaxであるケースとほぼ同じである。また、Ｖ４＝Ｖmaxであるときの動作は、Ｖ１＝Ｖmaxであるケースとほぼ同じである。よって、これらのケースについては説明を省略する。

続いて、ＣＰＵ２は、ステップＳ２３〜Ｓ２４において、各電池セルＢ１〜Ｂ４の電圧をモニタし、ＶmaxとＶminとの差分と閾値Ｖthとを比較する。Ｖminは、各電池セルＢ１〜Ｂ４の電圧の中で最も低い電圧を表す。また、Ｖthとしては、電池セルＢ１〜Ｂ４の電圧に対して十分に小さい値が使用される。

ＣＰＵ２は、「Ｖmax−Ｖmin＜Ｖth」が検出されるまで、ステップＳ２１〜Ｓ２４の処理を繰り返す。そして、ＣＰＵ２は、「Ｖmax−Ｖmin＜Ｖth」が検出されると、電池セルＢ１〜Ｂ４の電圧が均等化されたと判断し、セルバランス動作を終了する。

このように、実施形態の電池セル電圧均等化装置１は、電池２０を充電しながら、電池２０の電池セルＢ１〜Ｂ４の電圧を均等化することができる。すなわち、電池２０の充電が完了した時点で、電池セルＢ１〜Ｂ４の電圧の均等化も完了している。したがって、実施形態の構成によれば、電池を充電した後に各電池セルの電圧を均等化する方式よりも短い時間で、電池セルＢ１〜Ｂ４の電圧を均等化することができる。このとき、各電池セルＢ１〜Ｂ４は、充電を行う前の各電池セルＢ１〜Ｂ４の電圧の平均よりも高い電圧に均等化される。

なお、例えば、特許文献１に記載の充電装置は、２次電池を２個直列接続で使用する組電池を充電する際に、充電の遅れている方の電池の充電電流を増加させて各電池の充電状態のバランスをとることができる。しかし、この充電装置は、各電池の充電電流を個々に制御するので、その構成が複雑である。特に、直列に接続される電池の個数が多い場合には、充電装置の構成が非常に複雑になる。

これに対して、実施形態の電池セル電圧均等化装置１においては、電池２０の電池セルＢ１〜Ｂ４の電圧を均等化する構成（すなわち、セルバランス回路４）は、電池２０を充電する構成（すなわち、充電器１０）から分離されている。したがって、充電器１０の構成は、電池２０が有する電池セルの個数に依存することはなく、充電器１０の構成が複雑になることはない。また、充電器１０として、既存の一般的な充電器をそのまま使用することができる。

図４は、スイッチ回路３の実施例を示す。スイッチ回路３は、図４（ａ）に示す実施例では、トランスＴ、スイッチＳＷ、ダイオードＤを含む。トランスＴは、絶縁回路の一例であって、充電器１０と電池２０との間を絶縁する。スイッチＳＷは、例えばＭＯＳトランジスタであり、ＣＰＵ２から与えられる充電制御信号に応じて、ＯＮ状態またはＯＦＦ状態に制御される。ダイオードＤは、整流機能を提供する。

上記構成において、スイッチ回路３のトランスＴの１次側には、交流の電力が与えられる。この交流は、例えば、充電器１０から出力される。或いは、充電器１０が直流を出力する場合には、充電器１０とスイッチ回路３との間に、直流を交流に変換する機器が設けられる。したがって、スイッチＳＷをＯＮ状態に制御すれば、トランスＴの１次側に与えられる電力は、トランスＴの２次側に伝達され、電池２０を充電するために使用される。すなわち、電池２０は充電される。

図４（ｂ）に示す実施例では、スイッチ回路３は、図４（ａ）に示す構成に加えて、コモンモードノイズを除去するためのフィルタＦを有している。フィルタＦは、例えば、充電器１０とスイッチ回路３との間の１組の電力線にそれぞれインダクタを設けることにより実現される。

図５は、実施形態の電池セル電圧均等化装置の変形例を示す。図５に示す例では、電池３０は、電池モジュール２０ａ、２０ｂを有する。電池モジュール２０ａ、２０ｂは、それぞれ、図２に示す電池２０と同様に、直列に接続された電池セルＢ１〜Ｂ４を有する。そして、電池モジュール２０ａ、２０ｂは、互いに直列に接続されている。

図５に示す電池セル電圧均等化装置は、ＣＰＵ２、スイッチ回路３、セルバランス回路４ａ、４ｂ、およびトランス回路５を有する。ＣＰＵ２およびスイッチ回路３は、図２を参照しながら説明した通りであり、説明を省略する。セルバランス回路４ａ、４ｂは、それぞれ図２に示すセルバランス回路４と実質的に同じである。ただし、セルバランス回路４ａ、４ｂは、それぞれ、対応する電池モジュール２０ａ、２０ｂ内の複数の電池セルの電圧を均等化する。

トランス回路５の１次側には、巻き線Ｃ１およびスイッチＳ７が設けられている。巻き線Ｃ１およびスイッチＳ７は、互いに直列に設けられている。トランス回路５の１次側の１組の端子は、電池３０の正極および負極に電気的に接続されている。トランス回路５の２次側には、巻き線Ｃ２、Ｃ３が設けられている。巻き線Ｃ２の両端は、電池モジュール２０ａの正極および負極に電気的に接続されている。巻き線Ｃ３の両端は、電池モジュール２０ｂの正極および負極に電気的に接続されている。巻き線Ｃ２、Ｃ３の巻き数は、互いに同じである。

上記構成の電池セル電圧均等化装置において、ＣＰＵ２は、例えば、セルバランス回路４ａ、４ｂがセルバランス動作を行っているときに、定期的に、スイッチＳ７を制御することによりトランス回路５の１次側に電流を流す。そうすると、この電流に起因する電力が２次側の巻き線Ｃ２、Ｃ３に伝達される。このとき、巻き線Ｃ２、Ｃ３に伝達される電力は、電池モジュール２０ａ、２０ｂの電圧に依存する。例えば、電池モジュール２０ａの電圧よりも電池モジュール２０ｂの電圧の方が高いときは、巻き線Ｃ３よりも巻き線Ｃ２により多くの電力が伝達される。この結果、電池モジュール２０ａ、２０ｂの電圧が均等化される。

このように、図５に示す電池セル電圧均等化装置においては、トランス回路５が電池モジュール２０ａ、２０ｂの電圧が均等化し、さらに、セルバランス回路４ａ、４ｂがそれぞれ電池モジュール２０ａ、２０ｂ内の電池セルの電圧を均等化する。ここで、スイッチ回路３は、ＣＰＵ２の制御に応じて、充電器１０による電池３０の充電を実現する。したがって、電池３０の充電、電池モジュール２０ａ、２０ｂの均等化、および各電池モジュール２０ａ、２０ｂ内の電池セルの均等化を並列に行うことができる。

１ 電池セル電圧均等化装置
２ ＣＰＵ
３ スイッチ回路
４、４ａ、４ｂ セルバランス回路
５ トランス回路
１０ 充電器
２０、３０ 電池
２０ａ、２０ｂ 電池モジュール

Claims (3)

1. 充電可能な電池が有する直列に接続された複数の電池セルの電圧を均等化する電池セル電圧均等化装置であって、
   充電器と前記電池との間に設けられ、充電制御信号に従って、前記充電器と前記電池とを電気的に接続または遮断するスイッチ回路と、
   バランス制御信号に従って、前記複数の電池セルの電圧を均等化するセルバランス回路と、
   前記電池の状態に基づいて、前記充電制御信号を用いて前記スイッチ回路を制御すると共に、前記バランス制御信号を用いて前記セルバランス回路を制御する制御手段と、を有し、
   前記制御手段は、前記電池の充電状態が所定の閾値よりも低いときは、前記充電器と前記電池とが電気的に接続されるように前記スイッチ回路を制御しながら、前記複数の電池セルの電圧を均等化するように前記セルバランス回路を制御する
   ことを特徴とする電池セル電圧均等化装置。
2. 前記制御手段は、前記電池の充電状態が所定の閾値以上であるときは、前記充電器と前記電池とが電気的に遮断されるように前記スイッチ回路を制御しながら、前記複数の電池セルの電圧を均等化するように前記セルバランス回路を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電池セル電圧均等化装置。
3. 前記スイッチ回路は、前記充電器と前記電池とを絶縁する絶縁回路を含む
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電池セル電圧均等化装置。

Images