JP2013162661A - 補機電池への充電が可能な電池均等化装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】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とともに補機電池への充電が可能な電池均等化装置および方法に関し、簡単な構成で電池均等化制御と補機電池への充電を同時に実現する。
【解決手段】トランス１０５は、同一巻線方向の複数の一次巻線１０６を備える。各一次巻線１０６は、各々がスイッチング素子１０８で短絡可能で各電池ブロック１０３の充電方向に電流を流す第１のダイオード１０９を介して、各電池ブロック１０３に接続される。トランス１０５は、補機電池１０４の充電方向に電流を流す第２のダイオード１１０を介して補機電池１０４に接続され、一次巻線１０６と逆巻線方向の二次巻線１０７を備える。均等化が未完了段階では、フォワードコンバータ動作により電池均等化と補機電池１０４への少量の充電が実施される。均等化の完了段階では、フライバックコンバータ動作により各電池ブロック１０３からの放電による補機電池１０４への充電が集中的に実行される。
【選択図】図１

Description

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とともに補機電池への充電が可能な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。さらにこのアクティブ方式の具体的な従来技術として、トランス方式が知られている。この方式は、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る。

一方、走行用電池（主バッテリ）に加え、車両内のシステムやライト類を駆動するための補機電池（補機バッテリ）は、走行用電池のどの高電圧は必要としないが（例えば１６ボルト）、随時充電される必要がある。

補機電池を充電する第１の従来技術として、走行用電池の電力をＤＣＤＣコンバータを介して補機電池に充電するようにした技術が知られている。しかし、この従来技術では、走行用電池の均等化を行うための均等化装置と補機電池を充電するためのＤＣＤＣコンバータを個別に装備しなければならず、システム規模が大きくなってしまうという問題点を有していた。

補機電池を充電する第２の従来技術として、互いに直列接続されて主バッテリを構成する複数の電池ブロックに対してＤＣＤＣコンバータを個別に配置し、各ＤＣＤＣコンバータは電池ブロックと補機バッテリとの間の双方向送電を個別に担当することで、各電池ブロックの蓄電状態や劣化状態に応じて補機バッテリとの間の電力伝送や、各電池ブロック間の電力伝送を調整することにより、主バッテリの各電池ブロック間の蓄電状態のばらつきを抑止するようにした技術が知られている（例えば特許文献１に記載の技術）。

さらに、補機電池を充電する第３の従来技術として、互いに直列接続されて主バッテリ１を構成する複数の電池ブロックに対して一次側回路（第１交直変換回路）を個別に配置し、各一次側回路は共通のトランス部及び共通の二次側回路（第２交直変換回路）を通じて補機バッテリに接続されることにより、各一次側回路は、電池ブロックと補機バッテリとの間の双方向送電を個別に担当することができるため、各電池ブロックの蓄電状態や劣化状態に応じて補機バッテリとの間の電力伝送や、各電池ブロック間の電力伝送を調整することにより、主バッテリの各電池ブロック間の蓄電状態のばらつきを抑止することができるようにした技術が知られている（例えば特許文献２に記載の技術）。

上述の第２および第３の従来技術は、電池ブロック単位でのセルの均等化と補機バッテリへの充電を合わせて行うことができる。しかし、これらの従来技術は、電池ブロックごとにＤＣＤＣコンバータまたはその一次側回路を必要とするためシステム規模が大きく、均等化を行う際には各ＤＣＤＣコンバータを連携させて制御する必要があるため制御も複雑であるという問題点を有していた。

特開２００９−０５５６８７号公報 特開２００９−０５５６９０号公報

本発明は、簡単な構成で電池均等化制御と補機電池への充電を同時に実現可能とすることを目的とする。

態様の一例は、それぞれがスイッチング素子で短絡可能で充電方向に電流を流す第１のダイオードを介してそれぞれ複数の電池セルが直列および／または並列に接続される複数の電池ブロックの各々に接続され、巻線方向がそれぞれ同一方向である複数の一次巻線と、充電方向に電流を流す第２のダイオードを介して補機電池に接続され、巻線方向が一次巻線と逆方向である二次巻線とを備えるトランスと、各電池ブロックの出力電圧を監視する電圧監視部と、電圧監視部の監視結果に基づいて、各スイッチング素子のオンまたはオフを制御することにより、フォワードコンバータ動作に基づいて各電池ブロック間の電池均等化と一つ以上の電池ブロックから補機電池への充電を実施する動作と、フライバックコンバータ動作に基づいて一つ以上の電池ブロックから補機電池への充電を実施する動作を制御する制御部とを備える。

本発明によれば、電池ブロック単位の電池均等化を行うトランスの二次巻線側を補機電池に接続し、各電池ブロックの電池均等化が完了していない段階ではフォワードコンバータ動作によって電池均等化と補機電池への充電を実施し、各電池ブロックの電池均等化が完了している段階ではフライバックコンバータ動作に基づいて補機電池への充電を実施することにより、簡単な構成で電池均等化制御と補機電池への充電を同時に実現す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、各電池ブロックの電池均等化が完了していない段階におけるフォワードコンバータ動作の説明図である。 本実施形態における、各電池ブロックの電池均等化が完了している段階におけるフライバックコンバータ動作の説明図である。 本実施形態の制御動作を示すフローチャート（その１）である。 本実施形態の制御動作を示すフローチャート（その２）である。 本実施形態の制御動作を示すフローチャート（その３）である。 本実施形態の制御動作を示すフローチャート（その４）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からなる電池ブロック１０３の集合（例えば＃１、＃２、＃３）として構成される。

トランス１０５は、巻線方向がそれぞれ同一方向である複数の一次巻線１０６（例えば＃１、＃２、＃３）を備える。各一次巻線１０６（例えば＃１、＃２、＃３）は、それぞれがスイッチング素子１０８（例えば＃１、＃２、＃３）で短絡可能で各電池ブロック１０３（例えば＃１、＃２、＃３）の充電方向に電流を流す第１のダイオード１０９（例えば＃１、＃２、＃３）を介して、各電池ブロック１０３（例えば＃１、＃２、＃３）に接続される。また、トランス１０５は、補機電池１０４の充電方向に電流を流す第２のダイオード１１０を介して補機電池１０４に接続され、巻線方向が一次巻線１０６と逆方向である二次巻線１０７を備える。

電圧監視部１１１（例えば＃１、＃２、＃３）は、各電池ブロック１０３（例えば＃１、＃２、＃３）の出力電圧を監視する。
制御部を構成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）１１２とスイッチ制御部１１３は、電圧監視部１０６（例えば＃１、＃２、＃３）の監視結果に基づいて、各スイッチング素子１０８（例えば＃１、＃２、＃３）のオンまたはオフを制御することにより、フォワードコンバータ動作に基づいて各電池ブロック１０３（例えば＃１、＃２、＃３）間の電池均等化と一つ以上の電池ブロック１０３から補機電池１０４への充電を実施する動作と、フライバックコンバータ動作に基づいて一つ以上の電池ブロック１０３から補機電池１０４への充電を実施する動作を制御する。

より具体的には、ＤＳＰ１１２は、電圧監視部１０６（例えば＃１、＃２、＃３）による各電池ブロック１０３（例えば＃１、＃２、＃３）の出力電圧の監視結果を受信する。そして、ＤＳＰ１１２は、この監視結果に基づき、各電池ブロック１０３（例えば＃１、＃２、＃３）の電池均等化が完了していない段階では、出力電圧が高い電池ブロック１０３に接続されているスイッチング素子１０８の電池均等化のためのオンまたはオフの動作をスイッチ制御部１１３に指示する。これにより、スイッチ制御部１１３が出力電圧が高い電池ブロック１０３に接続されているスイッチング素子１０８に、電池均等化のためのオン／オフ動作によるフォワードコンバータ動作を実行させる。この結果、出力電圧が高い電池ブロック１０３から放電された電力がその電池ブロック１０３に接続される一次巻線１０６から他の一次巻線１０６を介して出力電圧が低い他の電池ブロック１０３へ充電されて、電池均等化が実行される。これとともに、出力電圧が高い電池ブロック１０３に接続される一次巻線１０６から放電されトランス１０５に蓄積された残留磁束の電力が二次巻線１０７を介して補機電池１０４に回生させられることにより、補機電池１０４が充電される。

また、ＤＳＰ１１２は、上述の監視結果に基づき、各電池ブロック１０３（例えば＃１、＃２、＃３）の電池均等化が完了している段階では、各電池ブロック１０３（例えば＃１、＃２、＃３）に接続されている各スイッチング素子１０８（例えば＃１、＃２、＃３）の補機電池１０４の充電のためのオンまたはオフの動作を、スイッチ制御部１１３に指示する。これにより、スイッチ制御部１１３が各電池ブロック１０３（例えば＃１、＃２、＃３）に接続されているスイッチング素子１０８（例えば＃１、＃２、＃３）に、補機電池１０４の充電のために各電池ブロック１０３にそれぞれ放電を行わせるためのオン／オフ動作によるフライバックコンバータ動作を実行させる。この結果、各電池ブロック１０３（例えば＃１、＃２、＃３）から放電され各一次巻線１０６を介してトランス１０５に蓄積された電力が、二次巻線１０７を介して補機電池１０４に充電される。

スイッチ制御部１１３は、ＤＳＰ１１２から指定される所定の動作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。各スイッチング素子１０８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１１３からのパルス信号によりスイッチング動作を行う。ＤＳＰ１１２は、各電池ブロック１０３の電池均等化が完了していない段階では、スイッチ制御部１１３に指示する動作周波数およびデューティー比を、電池均等化制御の動作に応じた値に設定するとともに、トランス１０５の残留磁束の電力を補機電池１０４に十分に供給できる値に設定する。また、ＤＳＰ１１２は、各電池ブロック１０３の電池均等化が完了している段階では、スイッチ制御部１１３に指示する動作周波数およびデューティー比を、補機電池１０４に過大な電流が流れないような値に設定する。

また、トランス１０５の各一次巻線１０６と二次巻線１０７の巻線数の比についても、補機電池に過大な電流が流れないようにし、トランスの残留磁束の電力を補機電池に十分に供給できるような値に設定される。

なお、各電池ブロック１０３内の各電池セル１０２間の均等化は、特には図示しないコンバータバランス回路によって実行される。このコンバータバランス回路は、各電池ブロック１０３内の電池セル１０２のうちの１つ以上の電池セル１０２から放電される電荷をその電池ブロック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電池ブロック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は例えば、電池ブロック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、その電池ブロック１０３内の隣接する電池セル１０２に充電させる。

以上のように、本実施形態では、電池ブロック１０３単位の電池均等化を行うトランス１０５の二次巻線１０７側が、補機電池１０４に接続される。そして、各電池ブロック１０３の電池均等化が完了していない段階では、フォワードコンバータ動作によって、電池均等化が主に行われると同時に、補機電池１０４への少量の充電も実施することができる。一方、各電池ブロック１０３の電池均等化が完了している段階では、フライバックコンバータ動作に基づいて、各電池ブロック１０３からの放電に基づいて、補機電池１０４への充電が集中的に実行される。これにより、簡単な構成で電池均等化制御と補機電池への充電を同時に実現することが可能となる。

ここで、トランス１０５の一次巻線１０６と二次巻線１０７の巻線比について考察する。通常は例えば走行用の組電池１０１（例えば出力電圧２００ボルト）から補機電池１０４（例えば出力電圧１６ボルト）にＤＣ−ＤＣコンバータを介して充電を行う場合、両者の電圧差が大きいため回路損失も大きい。これに対して、本実施形態では、組電池１０１を構成する各電池ブロック１０３の出力電圧高々数十ボルト（例えば３０ボルト）であるため、そこから補機電池１０４に充電を行うときの電圧差はそれほど大きくないため、回路損失も小さくすることができる。従って、本実施形態によれば、電力変換効率の良い補機電池１０４への充電システムを提供することが可能となる。

図２は、本実施形態における、各電池ブロック１０３の電池均等化が完了していない段階におけるフォワードコンバータ動作の説明図である。図２の基本構成は、図１とほぼ同じであるが、電圧監視部１０６、ＤＳＰ１１２、およびスイッチ制御部１１３の構成と各部分の参照番号は、説明の簡単化のために省略してある。

この段階では、電池ブロック１０３間の均等化が実行されると同時に、トランス１０５における残留磁束の回生エネルギーが、二次巻線１０７側から補機電池１０４に供給されることが特徴である。

＃１、＃２、および＃３のそれぞれの電圧監視部１０６が監視する＃１、＃２、および＃３の各電池ブロック１０３の出力電圧を、それぞれＢＶ１、ＢＶ２、およびＢＶ３とする。そして例えばいま、
ＢＶ１＞ＢＶ２＝ＢＶ３（ＢＶ１が一番大きい状態である時）
であるとする。

この場合、＃２と＃３のスイッチング素子１０８は常にオフとされる。そしてまず、＃１のスイッチング素子１０８がオンされる。この結果、図２（ａ）に示されるように、＃１の電池ブロック１０３からの放電電力による電流が、＃１のスイッチング素子１０８を介して曲線矢印２０１の方向に流れる。この放電電力は、＃１の一次巻線１０６から＃２および＃３の一次巻線１０６に伝達される。この結果、図２（ａ）に示されるように、＃２および＃３の第１のダイオード１０９を介して、曲線矢印２０２および２０３の電流が流れ、＃２および＃３の電池ブロック１０３が充電される。

続いて、＃１のスイッチング素子１０８がオフにされる。この結果、図２（ｂ）に示されるように、トランス１０５に蓄積されている残留磁束の回生エネルギーによる電流が、二次巻線１０７および第２のダイオード１１０を介して曲線矢印２０４の方向に流れ、補機電池１０４が充電される。すなわち、本実施形態のシステムがフォワードコンバータとして機能する。

この段階では、電力エネルギーのほとんどが均等化のために組電池１０１側に流れるので、補機電池１０４に回生エネルギーが流れたとしても、過充電状態になるほどの電圧には到達しない。

図３は、本実施形態における、各電池ブロック１０３の電池均等化が完了している段階におけるフライバックコンバータ動作の説明図である。図３の基本構成は図２と同様に、図１とほぼ同じであるが、電圧監視部１０６、ＤＳＰ１１２、およびスイッチ制御部１１３の構成と各部分の参照番号は、説明の簡単化のために省略してある。

この段階では、＃１、＃２、および＃３の各電池ブロック１０３から放電された電力が、＃１、＃２、および＃３の一次巻線１０６と、二次巻線１０７を介して、補機電池１０４に供給されることが特徴である。

図３において、ＢＶ１、ＢＶ２、およびＢＶ３の意味は、図２の場合と同様である。
いま、＃１、＃２、および＃３の全ての電池ブロック１０３の出力電圧が均等であるため、ＢＶ１＝ＢＶ２＝ＢＶ３である。

この状態で、補機電池１０４の充電が必要な場合、まず、＃１、＃２、および＃３のスイッチング素子１０８がオンされる。この結果、図３（ａ）に示されるように、＃１、＃２、および＃３の各電池ブロック１０３から放電された電力の電流がそれぞれ、＃１、＃２、および＃３のスイッチング素子１０８を介して、曲線矢印３０１、３０２、および３０３の方向に流れ、トランス１０５に磁気エネルギーが蓄積される。

続いて、ＤＳＰ１１２からスイッチ制御部１１３（図１参照）に指定されたタイミングで、＃１、＃２、および＃３のスイッチング素子１０８がオフされる。この結果、図３（ｂ）に示されるように、トランス１０５に蓄積された磁気エネルギーの電力の電流が、二次巻線１０７から第２のダイオード１１０を介して曲線矢印３０４の方向に流れ、補機電池１０４に回生充電される。すなわち、本実施形態のシステムがフライバックコンバータとして機能する。

この段階では、補機電池１０４への充電元として複数の電池ブロック１０３からの放電電力を使用することができるため、一つの電池ブロック１０３あたりの負担を減らすことができる。例えば、補機電池１０４を３００ワットで充電する時は、＃１、＃２、および＃３の各電池ブロック１０３はそれぞれ１００ワットずつ放電すればよい。

以上のようして、本実施形態は、以下の特徴を有する。
１．電池がバラついていても、常に補機電池１０４に電力が供給される。
２．均等化後の補機電池１０４への充電では各電池ブロック１０３の負担が軽い。

３．トランス１０５を用いたいわゆるアクティブ方式の電池均等化制御により、
組電池１０１内の各電池ブロック１０３間および組電池１０１側と
補機電池１０４側とで絶縁性を保ちつつ、電池均等化制御と補機電池１０４
への充電のための回路を一体化することが可能となる。

本実施形態においては、各電池ブロック１０３の電池均等化が完了していない段階におけるフォワードコンバータ動作では、組電池１０１側から補機電池１０４側に送られる電力が少量なので、補機電池１０４の充電閾値を少し高く設定しておくことが望ましい。

図４から図７は、図１のＤＳＰ１１２により実行される本実施形態の制御動作を示すフローチャートである。この制御動作は例えば、ＤＳＰ１１２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。この制御動作は例えば、一定時間毎に定期的に実行される。

図４から図７において、ＢＶ１、ＢＶ２、およびＢＶ３の意味は、図２、図３の場合と同様である。すなわち、ＢＶ１、ＢＶ２、ＢＶ３の各出力電圧値はそれぞれ、図１の＃１、＃２、および＃３の電圧監視部１０６が監視する＃１、＃２、および＃３の各出力電圧値である。また、フローチャート中の「スイッチ１」「スイッチ２」「スイッチ３」はそれぞれ、図１の＃１、＃２、および＃３の各スイッチング素子１０８を示す。また、「ＯＮ」はスイッチング素子１０８をオンする動作を、「ＯＦＦ」はスイッチング素子１０８をオフする動作を示す。

まず図４において、＃１、＃２、および＃３の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ１、ＢＶ２、ＢＶ３のうち、最大の出力電圧値が判定される（ステップＳ４０１）。
ステップＳ４０１の判定においてＢＶ１が最大であると判定された場合にはさらに、＃２の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ２が＃３の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ３よりも大きいか否かが判定される（ステップＳ４０２）。

（ＢＶ１＞ＢＶ２かつ）ＢＶ２＞ＢＶ３、すなわちＢＶ１＞ＢＶ２＞ＢＶ３であってステップＳ４０２の判定がＹＥＳの場合には、＃１のスイッチング素子１０８のみを所定の動作周波数およびデューティー比でオン／オフし、＃２および＃３のスイッチング素子１０８はオフする指示が、図１のスイッチ制御部１１３に出力される（ステップＳ４０３）。

この結果、＃１の電池ブロック１０３からの放電電力が＃２および＃３の各電池ブロック１０３に充電される均等化制御が実行される。
次に、＃２の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ２が＃１の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ１と等しくなったか否かが判定される（ステップＳ４０４）。

ＢＶ２＝ＢＶ１になっておらずステップＳ４０４の判定がＮＯの場合には、ステップＳ４０３の処理に戻り、上述の均等化制御が続行される。
ＢＶ２＝ＢＶ１になってステップＳ４０４の判定がＹＥＳになると、＃１と＃２のスイッチング素子１０８を所定の動作周波数およびデューティー比でオン／オフし、＃３のスイッチング素子１０８のみオフする指示が、図１のスイッチ制御部１１３に出力される（ステップＳ４０５）。

この結果、＃１および＃２の各電池ブロック１０３からの放電電力が＃３の電池ブロック１０３に充電される均等化制御が実行される。
次に、＃３の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ３が＃１の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ１と等しくなったか否かが判定される（ステップＳ４０６）。

ＢＶ３＝ＢＶ１になっておらずステップＳ４０６の判定がＮＯの場合には、ステップＳ４０５の処理に戻り、上述の均等化制御が続行される。
ＢＶ３＝ＢＶ１になってステップＳ４０６の判定がＹＥＳになると、ＢＶ１＝ＢＶ２＝ＢＶ３になったとして均等化制御を終了し、図７のステップＳ７０１の処理に移行する。

前述のステップＳ４０２の判定において、（ＢＶ１＞ＢＶ２であるが）ＢＶ２＞ＢＶ３ではない場合にはさらに、＃２の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ２が＃３の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ３と等しいか否かが判定される（ステップＳ４０７）。

（ＢＶ１＞ＢＶ２かつ）ＢＶ２＝ＢＶ３であってステップＳ４０７の判定がＹＥＳの場合には、＃１のスイッチング素子１０８のみを所定の動作周波数およびデューティー比でオン／オフし、＃２および＃３のスイッチング素子１０８はオフする指示が、図１のスイッチ制御部１１３に出力される（ステップＳ４０８）。

この結果、＃１の電池ブロック１０３からの放電電力が＃２および＃３の各電池ブロック１０３に充電される均等化制御が実行される。
次に、＃３（または＃２）の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ３（またはＢＶ２）が＃１の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ１と等しくなったか否かが判定される（ステップＳ４０９）。

ＢＶ３（またはＢＶ２）＝ＢＶ１になっておらずステップＳ４０９の判定がＮＯの場合には、ステップＳ４０８の処理に戻り、上述の均等化制御が続行される。
ＢＶ３（またはＢＶ２）＝ＢＶ１になってステップＳ４０９の判定がＹＥＳになると、ＢＶ１＝ＢＶ２＝ＢＶ３になったとして均等化制御を終了し、図７のステップＳ７０１の処理に移行する。

前述のステップＳ４０７の判定において、（ＢＶ１＞ＢＶ２であってＢＶ２＞ＢＶ３ではなくＢＶ２＝ＢＶ３でもない場合）、すなわちＢＶ１＞ＢＶ３＜ＢＶ２であってステップＳ４０７の判定がＮＯの場合には、＃１のスイッチング素子１０８のみを所定の動作周波数およびデューティー比でオン／オフし、＃２および＃３のスイッチング素子１０８はオフする指示が、図１のスイッチ制御部１１３に出力される（ステップＳ４０３）。

この結果、＃１の電池ブロック１０３からの放電電力が＃２および＃３の各電池ブロック１０３に充電される均等化制御が実行される。
次に、＃３の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ３が＃１の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ１と等しくなったか否かが判定される（ステップＳ４１１）。

ＢＶ３＝ＢＶ１になっておらずステップＳ４１１の判定がＮＯの場合には、ステップＳ４１０の処理に戻り、上述の均等化制御が続行される。
ＢＶ３＝ＢＶ１になってステップＳ４１１の判定がＹＥＳになると、＃１と＃３のスイッチング素子１０８を所定の動作周波数およびデューティー比でオン／オフし、＃２のスイッチング素子１０８のみオフする指示が、図１のスイッチ制御部１１３に出力される（ステップＳ４１２）。

この結果、＃１および＃３の各電池ブロック１０３からの放電電力が＃２の電池ブロック１０３に充電される均等化制御が実行される。
次に、＃２の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ２が＃１の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ１と等しくなったか否かが判定される（ステップＳ４１３）。

ＢＶ２＝ＢＶ１になっておらずステップＳ４１３の判定がＮＯの場合には、ステップＳ４１２の処理に戻り、上述の均等化制御が続行される。
ＢＶ２＝ＢＶ１になってステップＳ４１３の判定がＹＥＳになると、ＢＶ１＝ＢＶ２＝ＢＶ３になったとして均等化制御を終了し、図７のステップＳ７０１の処理に移行する。

次に、図４のステップＳ４０１の判定においてＢＶ２が最大であると判定された場合には図５のフローチャートの制御動作が実行される。図５においてまず、＃１の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ１が＃３の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ３よりも大きいか否かが判定される（ステップＳ５０１）。

（ＢＶ２＞ＢＶ１かつ）ＢＶ１＞ＢＶ３、すなわちＢＶ２＞ＢＶ１＞ＢＶ３であってステップＳ５０１の判定がＹＥＳの場合には、＃２のスイッチング素子１０８のみを所定の動作周波数およびデューティー比でオン／オフし、＃１および＃３のスイッチング素子１０８はオフする指示が、図１のスイッチ制御部１１３に出力される（ステップＳ５０２）。

この結果、＃２の電池ブロック１０３からの放電電力が＃１および＃３の各電池ブロック１０３に充電される均等化制御が実行される。
次に、＃１の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ１が＃２の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ２と等しくなったか否かが判定される（ステップＳ５０３）。

ＢＶ１＝ＢＶ２になっておらずステップＳ５０３の判定がＮＯの場合には、ステップＳ５０２の処理に戻り、上述の均等化制御が続行される。
ＢＶ１＝ＢＶ２になってステップＳ５０３の判定がＹＥＳになると、＃２と＃１のスイッチング素子１０８を所定の動作周波数およびデューティー比でオン／オフし、＃３のスイッチング素子１０８のみオフする指示が、図１のスイッチ制御部１１３に出力される（ステップＳ５０４）。

この結果、＃２および＃１の各電池ブロック１０３からの放電電力が＃３の電池ブロック１０３に充電される均等化制御が実行される。
次に、＃３の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ３が＃２の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ２と等しくなったか否かが判定される（ステップＳ５０５）。

ＢＶ３＝ＢＶ２になっておらずステップＳ５０５の判定がＮＯの場合には、ステップＳ５０４の処理に戻り、上述の均等化制御が続行される。
ＢＶ３＝ＢＶ２になってステップＳ５０５の判定がＹＥＳになると、ＢＶ１＝ＢＶ２＝ＢＶ３になったとして均等化制御を終了し、図７のステップＳ７０１の処理に移行する。

前述のステップＳ５０１の判定において、（ＢＶ２＞ＢＶ１であるが）ＢＶ１＞ＢＶ３ではない場合にはさらに、＃１の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ１が＃３の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ３と等しいか否かが判定される（ステップＳ５０６）。

（ＢＶ２＞ＢＶ１かつ）ＢＶ１＝ＢＶ３であってステップＳ５０６の判定がＹＥＳの場合には、＃２のスイッチング素子１０８のみを所定の動作周波数およびデューティー比でオン／オフし、＃１および＃３のスイッチング素子１０８はオフする指示が、図１のスイッチ制御部１１３に出力される（ステップＳ５０７）。

この結果、＃２の電池ブロック１０３からの放電電力が＃１および＃３の各電池ブロック１０３に充電される均等化制御が実行される。
次に、＃３（または＃１）の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ３（またはＢＶ１）が＃２の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ２と等しくなったか否かが判定される（ステップＳ５０８）。

ＢＶ３（またはＢＶ１）＝ＢＶ２になっておらずステップＳ５０８の判定がＮＯの場合には、ステップＳ５０７の処理に戻り、上述の均等化制御が続行される。
ＢＶ３（またはＢＶ１）＝ＢＶ２になってステップＳ５０８の判定がＹＥＳになると、ＢＶ１＝ＢＶ２＝ＢＶ３になったとして均等化制御を終了し、図７のステップＳ７０１の処理に移行する。

前述のステップＳ５０６の判定において、（ＢＶ２＞ＢＶ１であってＢＶ１＞ＢＶ３ではなくＢＶ１＝ＢＶ３でもない場合）、すなわちＢＶ２＞ＢＶ３＜ＢＶ１であってステップＳ５０６の判定がＮＯの場合には、＃２のスイッチング素子１０８のみを所定の動作周波数およびデューティー比でオン／オフし、＃１および＃３のスイッチング素子１０８はオフする指示が、図１のスイッチ制御部１１３に出力される（ステップＳ５０２）。

この結果、＃２の電池ブロック１０３からの放電電力が＃１および＃３の各電池ブロック１０３に充電される均等化制御が実行される。
次に、＃３の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ３が＃２の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ２と等しくなったか否かが判定される（ステップＳ５１０）。

ＢＶ３＝ＢＶ２になっておらずステップＳ５１０の判定がＮＯの場合には、ステップＳ５０９の処理に戻り、上述の均等化制御が続行される。
ＢＶ３＝ＢＶ２になってステップＳ５１０の判定がＹＥＳになると、＃２と＃３のスイッチング素子１０８を所定の動作周波数およびデューティー比でオン／オフし、＃１のスイッチング素子１０８のみオフする指示が、図１のスイッチ制御部１１３に出力される（ステップＳ５１１）。

この結果、＃２および＃３の各電池ブロック１０３からの放電電力が＃１の電池ブロック１０３に充電される均等化制御が実行される。
次に、＃１の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ１が＃２の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ２と等しくなったか否かが判定される（ステップＳ５１２）。

ＢＶ１＝ＢＶ２になっておらずステップＳ５１２の判定がＮＯの場合には、ステップＳ５１１の処理に戻り、上述の均等化制御が続行される。
ＢＶ１＝ＢＶ２になってステップＳ５１２の判定がＹＥＳになると、ＢＶ１＝ＢＶ２＝ＢＶ３になったとして均等化制御を終了し、図７のステップＳ７０１の処理に移行する。

次に、図４のステップＳ４０１の判定においてＢＶ３が最大であると判定された場合には図６のフローチャートの制御動作が実行される。図６においてまず、＃１の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ１が＃２の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ２よりも大きいか否かが判定される（ステップＳ６０１）。

（ＢＶ３＞ＢＶ１かつ）ＢＶ１＞ＢＶ２、すなわちＢＶ３＞ＢＶ１＞ＢＶ２であってステップＳ６０１の判定がＹＥＳの場合には、＃３のスイッチング素子１０８のみを所定の動作周波数およびデューティー比でオン／オフし、＃１および＃２のスイッチング素子１０８はオフする指示が、図１のスイッチ制御部１１３に出力される（ステップＳ６０２）。

この結果、＃３の電池ブロック１０３からの放電電力が＃１および＃２の各電池ブロック１０３に充電される均等化制御が実行される。
次に、＃１の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ１が＃３の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ３と等しくなったか否かが判定される（ステップＳ６０３）。

ＢＶ１＝ＢＶ３になっておらずステップＳ６０３の判定がＮＯの場合には、ステップＳ６０２の処理に戻り、上述の均等化制御が続行される。
ＢＶ１＝ＢＶ３になってステップＳ６０３の判定がＹＥＳになると、＃３と＃１のスイッチング素子１０８を所定の動作周波数およびデューティー比でオン／オフし、＃２のスイッチング素子１０８のみオフする指示が、図１のスイッチ制御部１１３に出力される（ステップＳ６０４）。

この結果、＃３および＃１の各電池ブロック１０３からの放電電力が＃２の電池ブロック１０３に充電される均等化制御が実行される。
次に、＃２の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ２が＃３の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ３と等しくなったか否かが判定される（ステップＳ６０５）。

ＢＶ２＝ＢＶ３になっておらずステップＳ６０５の判定がＮＯの場合には、ステップＳ６０４の処理に戻り、上述の均等化制御が続行される。
ＢＶ２＝ＢＶ３になってステップＳ６０５の判定がＹＥＳになると、ＢＶ１＝ＢＶ２＝ＢＶ３になったとして均等化制御を終了し、図７のステップＳ７０１の処理に移行する。

前述のステップＳ６０１の判定において、（ＢＶ３＞ＢＶ１であるが）ＢＶ１＞ＢＶ２ではない場合にはさらに、＃１の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ１が＃２の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ２と等しいか否かが判定される（ステップＳ６０６）。

（ＢＶ３＞ＢＶ１かつ）ＢＶ１＝ＢＶ２であってステップＳ６０６の判定がＹＥＳの場合には、＃３のスイッチング素子１０８のみを所定の動作周波数およびデューティー比でオン／オフし、＃１および＃２のスイッチング素子１０８はオフする指示が、図１のスイッチ制御部１１３に出力される（ステップＳ６０７）。

この結果、＃３の電池ブロック１０３からの放電電力が＃１および＃２の各電池ブロック１０３に充電される均等化制御が実行される。
次に、＃２（または＃１）の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ２（またはＢＶ１）が＃３の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ２と等しくなったか否かが判定される（ステップＳ６０８）。

ＢＶ２（またはＢＶ１）＝ＢＶ３になっておらずステップＳ６０８の判定がＮＯの場合には、ステップＳ６０７の処理に戻り、上述の均等化制御が続行される。
ＢＶ２（またはＢＶ１）＝ＢＶ３になってステップＳ６０８の判定がＹＥＳになると、ＢＶ１＝ＢＶ２＝ＢＶ３になったとして均等化制御を終了し、図７のステップＳ７０１の処理に移行する。

前述のステップＳ６０６の判定において、（ＢＶ３＞ＢＶ１であってＢＶ１＞ＢＶ２ではなくＢＶ１＝ＢＶ２でもない場合）、すなわちＢＶ３＞ＢＶ２＜ＢＶ１であってステップＳ６０６の判定がＮＯの場合には、＃３のスイッチング素子１０８のみを所定の動作周波数およびデューティー比でオン／オフし、＃１および＃２のスイッチング素子１０８はオフする指示が、図１のスイッチ制御部１１３に出力される（ステップＳ６０２）。

この結果、＃３の電池ブロック１０３からの放電電力が＃１および＃２の各電池ブロック１０３に充電される均等化制御が実行される。
次に、＃２の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ２が＃３の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ３と等しくなったか否かが判定される（ステップＳ６１０）。

ＢＶ２＝ＢＶ３になっておらずステップＳ６１０の判定がＮＯの場合には、ステップＳ６０９の処理に戻り、上述の均等化制御が続行される。
ＢＶ２＝ＢＶ３になってステップＳ６１０の判定がＹＥＳになると、＃３と＃２のスイッチング素子１０８を所定の動作周波数およびデューティー比でオン／オフし、＃１のスイッチング素子１０８のみオフする指示が、図１のスイッチ制御部１１３に出力される（ステップＳ６１１）。

この結果、＃３および＃２の各電池ブロック１０３からの放電電力が＃１の電池ブロック１０３に充電される均等化制御が実行される。
次に、＃１の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ１が＃３の電池ブロック１０３の出力電圧ＢＶ３と等しくなったか否かが判定される（ステップＳ６１２）。

ＢＶ１＝ＢＶ３になっておらずステップＳ６１２の判定がＮＯの場合には、ステップＳ６１１の処理に戻り、上述の均等化制御が続行される。
ＢＶ１＝ＢＶ３になってステップＳ６１２の判定がＹＥＳになると、ＢＶ１＝ＢＶ２＝ＢＶ３になったとして均等化制御を終了し、図７のステップＳ７０１の処理に移行する。

以上説明した図４から図６の制御動作によって、図１の組電池１０１内の各電池ブロック１０３の電池均等化が完了していない段階では、フォワードコンバータ動作によって、電池均等化を主に行うと同時に、補機電池１０４への少量の充電を実施することが可能となる。

図４のステップＳ４０６、Ｓ４１３、図５のステップＳ５０５、Ｓ５１２、または図６のステップＳ６０５、Ｓ６１２において、ＢＶ１＝ＢＶ２＝ＢＶ３になったとして均等化制御を終了した後、図７のステップＳ７０１からＳ７０４のフライバックコンバータ動作が実行される。

まず、＃１、＃２、＃３の全てのスイッチング素子１０８をオフする指示が、図１のスイッチ制御部１１３に出力される。この時点でＢＶ１＝ＢＶ２＝ＢＶ３が成立している（ステップＳ７０１）。

次に、補機電池１０４の電圧が特には図示しない電圧監視手段によって監視され、補機電池１０４の充電が必要であるか否かが判定される（ステップＳ７０２）。
補機電池１０４の充電が必要でステップＳ７０２の判定がＹＥＳならば、＃１、＃２、＃３の全てのスイッチング素子１０８を所定の動作周波数およびデューティー比でオン／オフする指示が、図１のスイッチ制御部１１３に出力される。この結果、＃１、＃２、および＃３の各電池ブロック１０３から放電される電力によって、補機電池１０４が目的の電圧まで充電される（以上、ステップＳ７０３）。

補機電池１０４の充電が必要でステップＳ７０２の判定がＹＥＳならば、＃１、＃２、＃３の全てのスイッチング素子１０８をオフする指示が、図１のスイッチ制御部１１３に出力される（ステップＳ７０４）。これにより、補機電池１０４への充電は行われない。

ステップＳ７０３またはＳ７０４の処理の後、今回の電池ブロック１０３の均等化および補機電池１０４の充電の制御動作を終了する。
以上のようにして、各電池ブロック１０３の電池均等化が完了している段階では、フライバックコンバータ動作に基づいて、各電池ブロック１０３からの放電に基づいて、補機電池１０４への充電を集中的に実行することが可能となる。

以上説明した実施形態では、電池ブロック１０３およびそれに伴う一次巻線１０６、スイッチング素子１０８、および第１のダイオード１０９の数は、＃１、＃２、および＃３の３個であったが、これに限られるものではなく適切な数で実施されてよい。

また、二次巻線１０７側にインダクタが挿入されてもよい。

１０１ 組電池
１０２ 電池セル
１０３ 電池ブロック
１０４ 補機電池
１０５ トランス
１０６ 一次巻線
１０７ 二次巻線
１０８ スイッチング素子
１０９ 第１のダイオード
１１０ 第２のダイオード
１１１ 電圧監視部
１１２ ＤＳＰ
１１３ スイッチ制御部

Claims (8)

1. それぞれがスイッチング素子で短絡可能で充電方向に電流を流す第１のダイオードを介してそれぞれ複数の電池セルが直列および／または並列に接続される複数の電池ブロックの各々に接続され、巻線方向がそれぞれ同一方向である複数の一次巻線と、充電方向に電流を流す第２のダイオードを介して補機電池に接続され、巻線方向が前記一次巻線と逆方向である二次巻線とを備えるトランスと、
   前記各電池ブロックの出力電圧を監視する電圧監視部と、
   前記電圧監視部の監視結果に基づいて、前記各スイッチング素子のオンまたはオフを制御することにより、フォワードコンバータ動作に基づいて前記各電池ブロック間の電池均等化と一つ以上の前記電池ブロックから前記補機電池への充電を実施する動作と、フライバックコンバータ動作に基づいて一つ以上の前記電池ブロックから前記補機電池への充電を実施する動作を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする補機電池への充電が可能な電池均等化装置。
2. 前記制御部は、
   前記電圧監視部による前記各電池ブロックの出力電圧の監視の結果、前記各電池ブロックの電池均等化が完了していない段階では、出力電圧が高い電池ブロックに接続されている前記スイッチング素子のオンまたはオフの動作によるフォワードコンバータ動作に基づいて、前記出力電圧が高い電池ブロックから放電された電力を該電池ブロックに接続される一次巻線から他の一次巻線を介して出力電圧が低い他の電池ブロックへ充電させて電池均等化を実施するとともに、前記出力電圧が高い電池ブロックに接続される一次巻線から放電され前記トランスに蓄積された残留磁束の電力を前記二次巻線を介して前記補機電池に回生させることにより前記補機電池を充電し、
   前記電圧監視部による前記各電池ブロックの出力電圧の監視の結果、前記各電池ブロックの電池均等化が完了している段階では、前記各電池ブロックに接続されている前記各スイッチング素子のオンまたはオフの動作によるフライバックコンバータ動作に基づいて、前記各電池ブロックから放電され前記各一次巻線を介して前記トランスに蓄積された電力を前記二次巻線を介して前記補機電池に充電する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の補機電池への充電が可能な電池均等化装置。
3. 前記補機電池に過大な電流が流れないようにし、前記トランスの残留磁束の電力を前記補機電池に十分に供給できるように、前記一次巻線と前記二次巻線の巻線数の比を設定する、
   ことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の補機電池への充電が可能な電池均等化装置。
4. 前記補機電池に過大な電流が流れないようにし、前記トランスの残留磁束の電力を前記補機電池に十分に供給できるように、前記スイッチング素子のオンまたはオフの動作周波数およびデューティー比を設定する、
   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補機電池への充電が可能な電池均等化装置。
5. それぞれがスイッチング素子で短絡可能で充電方向に電流を流す第１のダイオードを介してそれぞれ複数の電池セルが直列および／または並列に接続される複数の電池ブロックの各々に接続され、巻線方向がそれぞれ同一方向である複数の一次巻線と、充電方向に電流を流す第２のダイオードを介して補機電池に接続され、巻線方向が前記一次巻線と逆方向である二次巻線とを備えるトランスを用い、
   前記各電池ブロックの出力電圧を監視し、
   前記監視結果に基づいて、前記各スイッチング素子のオンまたはオフを制御することにより、フォワードコンバータ動作に基づいて前記各電池ブロック間の電池均等化と一つ以上の前記電池ブロックから前記補機電池への充電を実施する動作と、フライバックコンバータ動作に基づいて一つ以上の前記電池ブロックから前記補機電池への充電を実施する動作を制御する、
   ことを備えることを特徴とする補機電池への充電が可能な電池均等化方法。
6. 前記各電池ブロックの出力電圧の監視の結果、前記各電池ブロックの電池均等化が完了していない段階では、出力電圧が高い電池ブロックに接続されている前記スイッチング素子のオンまたはオフの動作によるフォワードコンバータ動作に基づいて、前記出力電圧が高い電池ブロックから放電された電力を該電池ブロックに接続される一次巻線から他の一次巻線を介して出力電圧が低い他の電池ブロックへ充電させて電池均等化を実施するとともに、前記出力電圧が高い電池ブロックに接続される一次巻線から放電され前記トランスに蓄積された残留磁束の電力を前記二次巻線を介して前記補機電池に回生させることにより前記補機電池を充電し、
   前記各電池ブロックの出力電圧の監視の結果、前記各電池ブロックの電池均等化が完了している段階では、前記各電池ブロックに接続されている前記各スイッチング素子のオンまたはオフの動作によるフライバックコンバータ動作に基づいて、前記各電池ブロックから放電され前記各一次巻線を介して前記トランスに蓄積された電力を前記二次巻線を介して前記補機電池に充電する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の補機電池への充電が可能な電池均等化方法。
7. 前記補機電池に過大な電流が流れないようにし、前記トランスの残留磁束の電力を前記補機電池に十分に供給できるように、前記一次巻線と前記二次巻線の巻線数の比を設定する、
   ことを特徴とする請求項５または６のいずれかに記載の補機電池への充電が可能な電池均等化方法。
8. 前記補機電池に過大な電流が流れないようにし、前記トランスの残留磁束の電力を前記補機電池に十分に供給できるように、前記スイッチング素子のオンまたはオフの動作周波数およびデューティー比を設定する、
   ことを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の補機電池への充電が可能な電池均等化方法。

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