JP2013223294A - 組電池を用いた電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】直列に蓄電素子を接続して構成した組電池を監視する組電池監視装置を備えた電源システムにおいて、簡易な構成で組電池監視装置への電力供給を可能にした組電池を用いた電源システムを得る。
【解決手段】組電池１を構成する蓄電素子の一部から組電池監視装置２Ａの電力を取得する構成とする。組電池監視装置２Ａの平均消費電流に基づいて、組電池監視装置２Ａに電力を供給する蓄電素子と、組電池監視装置２Ａに電力を供給しない蓄電素子との間の、組電池監視装置２Ａの平均消費電流に起因した充電量の乖離を抑制するように、セルバランサ２３を駆動する。
【選択図】図１

Description

この発明は、直列に蓄電素子を組み合わせた組電池を用いた電源システムに関し、特に、組電池を監視する組電池監視装置に対して、簡単な構成で電源を供給する技術に関するものである。

従来から、蓄電素子を直列に組み合わせることにより、蓄電可能な電力量を増大させるとともに充放電時の損失を低減可能にした組電池に関する技術が開発されている。このような組電池は、組電池を構成する蓄電素子の充電状態を監視するために組電池監視装置を備えている。

この種の組電池を用いた電源システムにおいて、組電池監視装置の動作に必要とする電力を組電池から取得する場合、組電池の電圧と、組電池監視装置が必要とする動作電圧とが、一般的に異なることから、レギュレータ（電圧変換回路）を用いて組電池監視装置に安定な電力を供給している。

たとえば、従来の車両用電源システムとして、蓄電素子を直列に接続することにより、車両への大電力供給を可能にした技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
特許文献１に開示された発明においては、蓄電素子を直列接続して車両に電力供給する際に、蓄電素子の個体ばらつきによって個々の蓄電素子の電圧にばらつきが生じることを解消するために、蓄電素子にバランス回路（セルバランサ）を付設して、車両の停止中に間欠的にバランス回路を駆動させることにより、蓄電素子の電圧バランスを一定にしている。

図９は特許文献１に開示された従来の組電池を用いた電源システムを示すブロック図であり、組電池監視装置２の電源を組電池１から取得する構成を示している。
図９において、従来システムは、蓄電素子を直列に接続して構成した組電池１と、組電池１を監視して蓄電素子の電圧を平衡化（均等化）する組電池監視装置２と、車載バッテリからなる蓄電手段１０１と、組電池１および組電池監視装置２に接続されたオルタネータ１０２およびＤＣ−ＤＣコンバータ１０３と、蓄電手段１０１およびＤＣ−ＤＣコンバータ１０３に接続された電気負荷１０４と、を備えている。

組電池監視装置２は、組電池１からの電圧を所要電圧に安定化する電圧変換回路２１と、組電池１の蓄電素子の電圧を均等化するセルバランサ２３と、外部の車載機器（図示せず）との間で通信を行うための絶縁通信回路３０と、セルバランサ２３の駆動量を算出するとともに絶縁通信回路３０への通信指示を行う内部演算装置２２と、を備えている。
組電池１は、オルタネータ１０２から電力供給され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３は、組電池１からの電力を変換して電気負荷１０４および蓄電手段１０１に電力を供給する。

特許文献１に開示された従来システム（図９）の場合、組電池１内に直列接続される蓄電素子の個数が多くなった場合には、組電池監視装置２内の電圧変換回路２１への入力電圧が高電圧となるので、電圧変換回路２１として動作保障電圧が高い素子を用いる必要があり、構成の肥大化およびコスト上昇を招いてしまう。

また、他の従来システムとして、図１０に示すように、組電池監視装置２の電力を蓄電手段１０１から取得する構成が知られている。
図１０において、組電池監視装置２は、漏電防止を目的として、前述（図８参照）の電圧変換回路２１に代えて、高電圧系と低電圧系とを電気的に絶縁するための絶縁電圧変換回路２０を備えている。

絶縁電圧変換回路２０は、絶縁トランスにより蓄電手段１０１から供給された電力を変換し、内部演算装置２２および絶縁通信回路３０に電力を供給する。
図１０に示した従来システムの場合、絶縁電圧変換回路２０を必要とすることから、構造の肥大化およびコスト上昇の原因となっていた。

さらに、他の従来システムとして、蓄電素子を直列に接続して構成した蓄電モジュールにおいて、蓄電モジュールの中間タップから電子機器類に電力を供給することにより、ＤＣ−ＤＣコンバータを用いずに、動作電圧が異なる電子機器類に対して電力供給可能にした技術も提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

特許文献２に開示された従来システムにおいては、蓄電素子を直列接続した組電池の中間タップから、電子機器の電力を取得する構成を有し、組電池を構成する蓄電素子の電圧がそれぞれ等しくなるようにバランス回路を駆動している。

特許文献２に開示された従来システムの場合、組電池の使用中に蓄電素子の電圧を等しくしているが、組電池を使用している最中は、組電池を構成する蓄電素子の内部抵抗にばらつきがある場合に、蓄電素子の端子電圧にも内部抵抗の相違に起因するばらつきが生じるので、蓄電素子の充電状態を正しく均等化することができない可能性がある。

そして、蓄電素子の充電状態を均等化することができない場合には、組電池の使用終了後において、蓄電素子の充電状態の相違を均等化するために組電池監視装置の駆動を継続する必要があり、組電池の使用終了後に消費電力が増大してしまう。
この結果、車両の電源システムとして適用した場合には、車両の停車後の消費電力が増大してしまう可能性があった。

特開２００８−９２６６０号公報 特開２００９−２４７１４５号公報

従来の組電池を用いた電源システムは、たとえば特許文献１（図９）のように組電池１から組電池監視装置２に電力供給する構成では、組電池１内の蓄電素子の個数が多くなった場合に、電圧変換回路２１への入力電圧が高電圧になることから、動作保障電圧が高い素子を用いる必要がり、構成の肥大化およびコスト上昇を招くという課題があった。

また、他の構成例（図１０）にように、蓄電手段１０１から組電池監視装置２に電力供給する場合には、絶縁電圧変換回路２０が必要となるので、やはり構造の肥大化およびコスト上昇を招くという課題があった。

さらに、たとえば特許文献２のように、組電池の中間タップから電子機器の電力を取得する場合には、組電池の使用中に蓄電素子のばらつきに起因して充電状態を均等化できない可能性があることから、組電池の使用終了後に組電池監視装置の駆動を継続する必要があり、組電池の使用終了後に消費電力が増大するので、特に車両の電源システムとして適用した場合に、停車後の消費電力が増大するという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、組電池監視装置への電力供給構成を簡易化するとともに、組電池を構成する蓄電素子の消費電流量の差を適切に均等化することにより、組電池を構成する蓄電素子の充電状態の相違に起因した組電池の使用可能容量の減少を抑制するとともに、組電池の長寿命化を実現した電源システムを得ることを目的とする。

この発明に係る組電池を用いた電源システムは、複数の蓄電素子を直列に組み合わせて構成した組電池と、組電池の充電状態を監視する組電池監視装置と、からなる組電池を用いた電源システムであって、組電池監視装置は、組電池の電圧よりも低い動作電圧を必要として組電池の一部から電力が供給される電圧変換回路と、複数の蓄電素子の充電状態を均等化するセルバランサと、電圧変換回路から電力供給されて組電池監視装置の平均消費電流に応じてセルバランサを駆動する内部演算装置と、を備えたものである。

この発明によれば、内部演算装置およびセルバランサにより、組電池内の複数の蓄電素子の充電状態を確実に均等化することができる。また、組電池の一部から組電池監視装置に電力供給することにより、組電池内の蓄電素子の個数が多くなって組電池の総電圧が上昇した場合でも、組電池監視装置内に電力供給する電圧変換回路として、動作保障電圧が高い素子を用いる必要がなく、システム構成の肥大化およびコスト上昇を抑制することができる。

この発明の実施の形態１に係る組電池を用いた電源システムの構成図である。 図１内の内部演算装置およびセルバランサの機能構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１による組電池内の蓄電素子の充電状態を示す説明図である。 この発明の実施の形態２による内部演算装置およびセルバランサの機能構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２による絶縁通信回路駆動時間の計上処理を通信波形で示す説明図である。 この発明の実施の形態２による絶縁通信回路駆動時間の算出処理を数式で示す説明図である。 この発明の実施の形態２による絶縁通信回路駆動時間の算出処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２による動作補正量の算出処理を示すフローチャートである。 従来の組電池を用いた電源システムの構成例を示すブロック図である。 従来の組電池を用いた電源システムの他の構成例を示すブロック図である。 図１の電力供給構成において組電池内の蓄電素子の均等化処理を適用しなかった場合の各蓄電素子の充電状態の時間変化を示す説明図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の概略構成を示すブロック図であり、車両用電源システムに適用した場合を示している。
図１において、この発明の実施の形態１に係る組電池を用いた電源システムは、蓄電素子を直列に接続して構成した組電池１と、組電池１を監視して蓄電素子の電圧を均等化する組電池監視装置２Ａと、車載バッテリからなる蓄電手段１０１と、組電池１および組電池監視装置２Ａに接続されたオルタネータ１０２およびＤＣ−ＤＣコンバータ１０３と、蓄電手段１０１およびＤＣ−ＤＣコンバータ１０３に接続された電気負荷１０４と、を備えている。

組電池監視装置２Ａは、電圧変換回路２１Ａと、内部演算装置２２Ａと、セルバランサ２３と、絶縁通信回路３０と、を備えており、組電池１の一部から電力が供給される。
電圧変換回路２１Ａは、組電池１の一部からの電圧を所要電圧（たとえば、５Ｖ）に安定化して、内部演算装置２２Ａおよび絶縁通信回路３０に電力を供給する。

内部演算装置２２Ａは、組電池監視装置２Ａの平均消費電流（後述する）に応じてセルバランサ２３の駆動量を算出するとともに、絶縁通信回路３０への通信指示を行い、絶縁通信回路３０を介して種々の車載外部ユニット（図示せず）との間で通信を行う。

セルバランサ２３は、複数の抵抗素子およびスイッチング素子（図示せず）を含み、内部演算装置２２Ａの制御下で、各スイッチング素子の駆動量（駆動と非駆動との割合）を設定することにより、駆動量に応じて組電池１内の各蓄電素子の充電量および電圧を均等化する。
絶縁通信回路３０は、フォトカプラ（図示せず）を含み、内部演算装置２２Ａと、基準電位が異なる他の車載外部ユニットとの間で通信を行う。

図１の電源システムを車両に適応した場合、オルタネータ１０２は、組電池１およびＤＣ−ＤＣコンバータ１０３に電力を供給し、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３は、組電池１およびオルタネータ１０２から供給された電力を変換して電気負荷１０４および蓄電手段１０１に供給する。蓄電手段１０１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３から供給された電力を蓄電するとともに、電気負荷１０４に電力を供給する。
なお、蓄電手段１０１〜電気負荷１０４に関しては、車両に適応した場合の一構成例であり、この発明の実施の形態１における必須構成ではない。

次に、図２および図３を参照しながら、この発明の実施の形態１の特徴要件となる内部演算装置２２Ａの処理機能について説明する。
たとえば、組電池１の一部から組電池監視装置２Ａの電力を取得する構成において、仮に、組電池１の使用中に組電池１内の蓄電素子の均等化処理を適用しなかった場合には、各蓄電素子の充電状態は、図１１のように変化する。
図１１は組電池１の使用中に蓄電素子の均等化処理を適用しなかった場合の各蓄電素子の充電状態の時間変化を示す説明図であり、横軸は時刻ｔ、縦軸は充電状態［％］である。

図１１において、実線は組電池１において組電池監視装置２Ａに電力を供給する蓄電素子の充電状態の変化を示し、破線は組電池１において組電池監視装置２Ａに電力を供給しない蓄電素子の充電状態を示す。
時刻ｔ１は、組電池１を用いた電源システムの動作開始時点を示し、以降、時刻ｔ２の期間にわたって、組電池１の充電状態は、発電状態および負荷状態に応じた充放電により増減しながら変化する。

このとき、組電池監視装置２Ａに電力を供給する蓄電素子（実線）は、組電池監視装置２Ａに電力を供給しない蓄電素子と比較して、消費される電流量が大きいので、両者の充電状態には徐々に乖離が生じ、時刻ｔ２では、組電池監視装置２Ａに電力を供給しない蓄電素子の充電状態（破線）が上限値（１００％）に達してしまう。

この結果、組電池監視装置２Ａに電力を供給する蓄電素子は、上限値以上は充電することができなくなるので、組電池１の充放電可能な容量が減少する。
すなわち、組電池監視装置２Ａに電力を供給しない蓄電素子と、組電池監視装置２Ａに電力を供給する蓄電素子との間の充電状態の差の量だけ、組電池１の充放電可能な容量は減少する。

また、時刻ｔ２の時点からさらに充電しようとすると、組電池監視装置２Ａに電力を供給しない蓄電素子の充電状態が上限値（１００％）を超えてしまうので、寿命劣化や発火などの不具が生じる可能性もある。
このように、組電池１において、組電池監視装置２Ａに電力を供給する蓄電素子と、組電池監視装置２Ａに電力を供給しない蓄電素子との間の消費電流の違いにより、組電池１を構成する各蓄電素子の間に充電状態の差が発生すると、充放電可能な容量が減少するとともに、蓄電素子の劣化を招くことが分かる。

そこで、この発明の実施の形態１による組電池監視装置２Ａの内部演算装置２２Ａは、組電池監視装置２Ａに電力を供給しない蓄電素子と、組電池監視装置２Ａに電力を供給する蓄電素子との間の充電状態の差を均等化するように、組電池監視装置２Ａの平均消費電流に基づきセルバランサ２３を駆動する。

すなわち、内部演算装置２２Ａは、組電池監視装置２Ａに電力を供給しない蓄電素子と、組電池監視装置２Ａに電力を供給する蓄電素子との間の充電状態を均等化することにより、組電池監視装置２Ａへの電力供給に起因した組電池１内の充電状態の乖離を抑制するように構成されている。

具体的には、内部演算装置２２Ａは、組電池監視装置に電力を供給していない蓄電素子に対してセルバランサの駆動量を増加させる。
以下では、一例として、組電池１内のｍ＋ｎ個の蓄電素子のうち、組電池１の高電圧側（オルタネータ１０２側）からｍ個の蓄電素子は組電池監視装置２Ａに電力を供給せず、組電池１の低電圧側（グランド側）からｎ個の蓄電素子は組電池監視装置２Ａに電力を供給する構成とする。

なお、組電池監視装置２Ａに電力を供給する蓄電素子の直列数ｎ、および、組電池監視装置２Ａに電力を供給しない蓄電素子の直列数ｍは、任意であり特に限定されないが、たとえば、組電池１を構成する蓄電素子としてリチウムイオンバッテリを用いる場合には、組電池監視装置２Ａに電力を供給する蓄電素子の直列数ｎを３個とすることにより、電圧変換回路２１Ａに入力される電圧を１０Ｖ程度にすることができ、好適な構成例となる。

図２は組電池監視装置２Ａの内部演算装置２２Ａおよびセルバランサ２３の機能構成を示すブロック図である。
図２において、内部演算装置２２Ａは、組電池監視装置動作状態判定手段２４と、セルバランサ駆動増加量算出手段２５と、複数（ｍ＋ｎ個）のセルバランサ駆動手段２６（１）〜２６（ｍ＋ｎ）と、を備えている。

また、セルバランサ２３は、セルバランサ駆動手段２６（１）〜２６（ｍ＋ｎ）により個別に駆動制御される複数（ｍ＋ｎ個）のセルバランサ回路２７（１）〜２７（ｍ＋ｎ）を備えている。
セルバランサ回路２７（１）〜２７（ｍ＋ｎ）は組電池１内の各蓄電素子に対応しており、セルバランサ回路２７（１）〜２７（ｍ）は、組電池監視装置２Ａに電力を供給していない蓄電素子に対応し、セルバランサ回路２７（ｍ＋１）〜２７（ｍ＋ｎ）は、組電池監視装置２Ａに電力を供給している蓄電素子に対応している。

内部演算装置２２Ａにおいて、組電池監視装置動作状態判定手段２４およびセルバランサ駆動増加量算出手段２５は、組電池監視装置２Ａの平均消費電流を判定して複数のセルバランサ駆動手段を制御するセルバランサ駆動制御部を構成している。
組電池監視装置動作状態判定手段２４は、組電池監視装置２Ａが動作中であるか否かを判定し、組電池監視装置２Ａの動作状態（平均消費電流に対応）をセルバランサ駆動増加量算出手段２５に入力する。

セルバランサ駆動増加量算出手段２５は、各蓄電素子の充電状態を均等化するための補正駆動量として、セルバランサ２３の駆動量を部分的に増加させるための駆動増加量を算出してセルバランサ駆動手段２６（１）〜２６（ｍ）に入力する。
すなわち、セルバランサ駆動増加量算出手段２５は、組電池監視装置動作状態判定手段２４の判定結果に応じて、組電池監視装置２Ａが動作中である場合には、組電池監視装置に電力を供給していない蓄電素子に対応したセルバランサ回路２７（１）〜２７（ｍ）の駆動増加量を算出し、組電池監視装置に電力を供給していない蓄電素子に対応したセルバランサ駆動手段２６（１）〜２６（ｍ）の駆動量を増加させる。

なお、駆動増加量は、セルバランサ２３内の一部のセルバランサ回路の駆動割合を増加させる所定量であり、組電池監視装置２Ａの動作時の平均消費電流を実験で計測することにより事前に設定することができる。
たとえば、組電池監視装置２Ａの動作により、組電池１内の組電池監視装置２Ａに電力を供給している蓄電素子の電流がＩａ［Ａ］だけ消費され、セルバランサ２３の駆動によりＩｂ［Ａ］だけ蓄電素子のばらつきが解消される場合には、セルバランサ２３の駆動増加量は（Ｉａ／Ｉｂ）×１００［％］に設定される。

セルバランサ駆動手段２６（１）〜２６（ｍ）は、セルバランサ回路２７（１）〜２７（ｍ）の駆動量を、セルバランサ駆動増加量算出手段２５で算出した駆動増加量だけ増加させ、各セルバランサ回路２７（１）〜２７（ｍ）を駆動する。
一方、セルバランサ駆動手段２６（ｍ＋１）〜２６（ｍ＋ｎ）は、通常の駆動量で、セルバランサ回路２７（ｍ＋１）〜２７（ｍ＋ｎ）を駆動する。

なお、通常の駆動量は、組電池１の使用停止時に、組電池１を構成する蓄電素子の電圧差に基づき、蓄電素子の電圧が均一になるようにセルバランサ２３を駆動するように設定されている。
たとえば、組電池１を車両用電源システムに適用した場合には、組電池１の使用停止時とは、車両の停止中を示す。

上述した内部演算装置２２Ａの均等化処理により、組電池１内の蓄電素子の充電状態は図３のようになる。
図３はこの発明の実施の形態１による内部演算装置２２Ａの均等化処理に基づく組電池１内の蓄電素子の充電状態を示す説明図である。

図３において、前述（図１１参照）と同様に、実線は組電池１において組電池監視装置２Ａに電力を供給する蓄電素子の充電状態の変化を示し、破線は組電池１において組電池監視装置２Ａに電力を供給しない蓄電素子の充電状態を示す。

図３の場合、組電池１を用いた電源システムの動作開始時刻ｔ１以降において、組電池監視装置２Ａに電力を供給する蓄電素子（実線）と、組電池監視装置２Ａに電力を供給しない蓄電素子（破線）との間の充電状態の乖離はほとんどなく、図１１と比べて明らかに抑制されていることが分かる。

以上のように、この発明の実施の形態１（図１〜図３）に係る組電池を用いた電源システムは、複数の蓄電素子を直列に組み合わせて構成した組電池１と、組電池１の充電状態を監視する組電池監視装置２Ａと、からなり、組電池監視装置２Ａは、組電池１の電圧よりも低い動作電圧を必要として組電池１の一部から電力が供給される電圧変換回路２１Ａと、複数の蓄電素子の充電状態を均等化するセルバランサ２３と、電圧変換回路２１Ａから電力供給されて組電池監視装置２Ａの平均消費電流に応じてセルバランサ２３を駆動する内部演算装置２２Ａと、を備えている。

すなわち、組電池監視装置２Ａは、組電池１の一部から電力供給されるとともに、組電池監視装置２Ａ内の内部演算装置２２Ａは、組電池監視装置２Ａの動作中に、組電池１内の蓄電素子のうち、組電池監視装置２Ａに電力を供給する蓄電素子と、組電池監視装置２Ａに電力を供給しない蓄電素子との間の、組電池監視装置２Ａの平均消費電流に起因した充電状態の乖離を抑制するように、組電池監視装置２Ａの平均消費電流に基づきセルバランサ２３の駆動量を補正する。

これにより、組電池１内の複数の蓄電素子の各々の充電状態を確実に均等化することができる。
また、組電池監視装置２Ａに対して組電池１の一部から電力供給することにより、組電池１内で直列接続される蓄電素子の個数に依存せずに、組電池監視装置２Ａ内の電圧変換回路２１Ａに対する入力電圧を、電圧変換回路２１Ａの動作に適した電圧とすることができる。

たとえば、組電池１内で直列接続される蓄電素子の個数が多くなり、組電池１の総電圧が上昇した場合にも、電圧変換して組電池監視装置２Ａの内部回路に電力供給する電圧変換回路２１Ａに対しては、動作保障電圧が高い素子を用いる必要がなく、構成の肥大化およびコスト上昇を回避することができる。
すなわち、電圧変換回路２１Ａとして、動作保障電圧の高い素子を用いる必要がないので、構造を簡素化するとともにコスト上昇を抑えることができる。

また、図１の組電池を用いた電源システムを車両に適用した場合には、車両動作中の蓄電素子の充電状態の均等化の精度を向上させることが可能となり、車両停止後にセルバランサ２３を駆動する期間を短縮して、消費電力の低減を実現することができる。

また、この発明の実施の形態１（図２）によれば、セルバランサ２３は、複数の蓄電素子の各々に対応した複数のセルバランサ回路２７（１）〜２７（ｍ＋ｎ）からなり、内部演算装置２２Ａは、複数のセルバランサ回路２７（１）〜２７（ｍ＋ｎ）の各々に対応した複数のセルバランサ駆動手段２６（１）〜２６（ｍ＋ｎ）と、組電池監視装置２Ａの平均消費電流を判定して複数のセルバランサ駆動手段を制御するセルバランサ駆動制御部（組電池監視装置動作状態判定手段２４およびセルバランサ駆動増加量算出手段２５）と、を備えている。

複数のセルバランサ駆動手段２６（１）〜２６（ｍ＋ｎ）は、複数のセルバランサ回路２７（１）〜２７（ｍ＋ｎ）の各々の駆動量を変化させて、複数の蓄電素子の各々の電流量を可変制御することにより、各蓄電素子の充電状態を均等化し、組電池監視装置２Ａの動作中において、組電池１内の、組電池監視装置２Ａに電力を供給する蓄電素子と、組電池監視装置２Ａに電力を供給しない蓄電素子との間の不均衡を解消するように、セルバランサ２３を駆動する。

このように、組電池監視装置２Ａの動作時において、組電池１を構成する蓄電素子の充電状態を均一化するようにセルバランサ２３を駆動することにより、組電池１の一部から組電池監視装置２Ａの電力を供給することに起因した各蓄電素子間の充電状態の乖離を抑制することができる。
したがって、各蓄電素子の充電状態の乖離に起因した組電池１の使用可能容量の減少を抑制するとともに、組電池１を長寿命化を実現することができる。

また、この発明の実施の形態１（図２）によれば、セルバランサ駆動制御部は、組電池監視装置２Ａの動作中における平均消費電流に基づいて、駆動増加量を算出するセルバランサ駆動増加量算出手段２５を備えている。
複数のセルバランサ駆動手段２６（１）〜２６（ｍ）は、駆動増加量に応じて、組電池監視装置２Ａに電力を供給しない蓄電素子に対するセルバランサ回路２７（１）〜２７（ｍ）の駆動量を増加する。

このように、組電池監視装置２Ａの平均消費電流に基づいて算出した駆動増加量に応じて、セルバランサ回路２７（１）〜２７（ｍ）の駆動量を増加することにより、組電池監視装置２Ａに電力を供給することに起因した各蓄電素子の充電状態の乖離を抑制することができる。
したがって、蓄電素子の充電状態の乖離に起因した組電池１の使用可能容量の減少を抑制するとともに、組電池１を長寿命化することができる。

また、各蓄電素子の電圧に基づく均等化処理ではなく、組電池監視装置２Ａの平均消費電流に基づく均等化処理を適用しているので、蓄電素子の内部抵抗のばらつきによる影響を受けることがない。
さらに、この発明の実施の形態１を車両の電源システムに適用した場合には、車両動作中の蓄電素子の充電状態の均等化精度が向上することにより、車両停止後にセルバランサを駆動する期間を短縮して、消費電力の低減を実現することができる。

実施の形態２．
なお、上記実施の形態１（図２）では、セルバランサ駆動増加量算出手段２５において絶縁通信回路３０の駆動時間を考慮せずに、組電池監視装置２Ａの平均消費電流（実験結果）に基づく所定量だけ、組電池監視装置２Ａに電力を供給しない蓄電素子に対するセルバランサ回路２７（１）〜２７（ｍ）の駆動量を増加させたが、図４のように、セルバランサ駆動増加量算出手段２５Ｂにおいて、絶縁通信回路３０の駆動時間を考慮した動作補正量を求め、セルバランサ２３の駆動量を補正することが望ましい。

組電池監視装置２Ａの平均消費電流は、実際には、組電池監視装置２Ａ内の絶縁通信回路３０の駆動時間によって影響を受ける。
たとえば、絶縁通信回路３０としてフォトカプラが用いられた場合には、絶縁通信回路３０の駆動時間（フォトカプラの点灯時間）が長いほど、組電池監視装置２Ａの平均消費電流は大きくなる。また、フォトカプラの点灯時間は、絶縁通信回路３０の通信内容に応じて変化するので、組電池監視装置２Ａの平均消費電流は一様とはならない。

そこで、図４のように、絶縁通信回路３０の通信内容に応じて、セルバランサ回路２７（１）〜２７（ｍ）の駆動増加量を補正する必要がある。
図４はこの発明の実施の形態２による内部演算装置２２Ｂおよびセルバランサ２３の機能構成を示すブロック図であり、前述（図２参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ｂ」を付して詳述を省略する。なお、この発明の実施の形態２の全体構成は、図１に示した通りである。

図４において、内部演算装置２２Ｂは、絶縁通信回路３０の通信信号を処理する通信信号処理手段２８と、通信信号処理手段２８とセルバランサ駆動増加量算出手段２５Ｂとの間に挿入された絶縁通信回路駆動時間計上手段２９と、を備えている。

絶縁通信回路駆動時間計上手段２９は、通信信号処理手段２８の処理結果（通信内容）に基づき、絶縁通信回路３０の駆動時間（計上量）を算出し、駆動時間に応じた動作補正量をセルバランサ駆動増加量算出手段２５Ｂに入力する。

具体的には、絶縁通信回路駆動時間計上手段２９は、後述するように、絶縁通信回路３０（フォトカプラ）を、通信データ中のビット「１」によりハイ（Ｈｉ）駆動（または、ビット「０」によりロー（Ｌｏ）駆動）した時間を計上して、絶縁通信回路駆動時間を得る。なお、以下では、通信データ中において「１」となったビット数を駆動時間として説明する。

セルバランサ駆動増加量算出手段２５Ｂは、絶縁通信回路駆動時間計上手段２９から入力された動作補正量に基づき、組電池監視装置２Ａの動作状態のみならず、動作補正量を考慮した駆動増加量を算出し、セルバランサ駆動手段２６（１）〜２６（ｍ）を介して、組電池監視装置２Ａに電力を供給しない蓄電素子に対するセルバランサ回路２７（１）〜２７（ｍ）の駆動量を補正する。

この場合、内部演算装置２２Ｂ内のセルバランサ駆動増加量算出手段２５Ｂは、通信内容（駆動時間）に応じて駆動増加量を補正することにより、組電池監視装置２Ａに電力を供給していない蓄電素子に対するセルバランサ回路２７（１）〜２７（ｍ）の駆動量を補正する点が前述（図２）と異なる。

以下、図１および図４とともに、図５および図６を参照しながら、この発明の実施の形態２による具体的な動作について説明する。
まず、通信信号処理手段２８は、絶縁通信回路３０による通信信号の内容を内部演算装置２２Ｂ内のレジスタ（図示せず）に格納する。

続いて、絶縁通信回路駆動時間計上手段２９は、通信信号処理手段２８から入力された通信信号の内容に基づき、絶縁通信回路３０の駆動時間を計上し、絶縁通信回路駆動時間により組電池監視装置２Ａに電力を供給していない蓄電素子に対するセルバランサ２３の動作補正量を求め、動作補正量をセルバランサ駆動増加量算出手段２５Ｂに入力する。

セルバランサ駆動増加量算出手段２５Ｂは、絶縁通信回路駆動時間計上手段２９から入力されたセルバランサ２３の動作補正量に応じて補正した駆動増加量を、組電池監視装置２Ａに電力を供給していない蓄電素子に対応したセルバランサ駆動手段２６（１）〜２６（ｍ）に入力する。

図５は絶縁通信回路駆動時間計上手段２９による絶縁通信回路駆動時間の計上処理を通信波形（矩形波）で示す説明図であり、ここでは、１６進数で「２、５、２、５」の２バイトの通信が行われる際の波形例を示している。
図５においては、スタートビットＳ「１」の後に２進数８ビット「００１００１０１」（２、５）の通信が行われる場合を示す。

この場合、通信仕様が奇数パリティであって、通信内容「００１００１０１」（８ビット）のうち「１」の数が３ビット分（奇数）なので、パリティビットＰは「０」となる。
図５において、１６進数「２５２５」と通信する間の「１」の時間は、スタートビットＳ「１」を含めて合計８ビット分と算出し、８ビット分の絶縁通信回路駆動時間とする。

図６は絶縁通信回路駆動時間計上手段２９による絶縁通信回路駆動時間の算出処理を数式で示す説明図であり、通信内容のデータＡに基づく駆動時間（データＡにおいてビットが「１」となった個数）の導出過程を示している。
図６に示す数式により、絶縁通信回路３０の通信内容から、ビットが「１」となった数の算出手順について具体的に説明する。

図６において、式（１）、式（４）、式（７）、式（１０）からなる、各８ビットのデータＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、それぞれ、各ビットａ１〜ａ８、ｂ１〜ｂ８、ｃ１〜ｃ８、ｄ１〜ｄ８により構成される。
また、式（２）、式（５）、式（８）において、「Ｘ＞＞ｋ」は、データ「Ｘ（＝Ａ、Ｂ、Ｃ）」を、右に「ｋ（＝１、２、３）」ビットだけシフトする処理を示している。

式（１）のデータＡ（ビットａ１〜ａ８）は、通信した結果の値である。
式（２）は、データＡを右に１ビットシフトして「０１０１０１０１」でマスクした結果であり、式（３）は、データＡを「０１０１０１０１」でマスクした結果である。

式（４）においては、式（２）と式（３）との和によって得られた値をデータＢに代入する。
式（４）のデータＢにおいて、グループ化された各２ビット「ｂ１、ｂ２」、「ｂ３、ｂ４」、「ｂ５、ｂ６」、「ｂ７、ｂ８」は、それぞれ、ａ１とａ２、ａ３とａ４、ａ５とａ６、ａ７とａ８、のうち、「１」である個数を示している。

式（５）は、データＢを右に２ビットシフトして「００１１００１１」でマスクした結果であり、式（６）は、データＢを「００１１００１１」でマスクした結果である。
式（７）においては、式（５）と式（６）との和によって得られた値をデータＣに代入する。

式（７）のデータＣにおいて、グループ化された一方の４ビット「ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４」は、「ｂ１、ｂ２」と「ｂ３、ｂ４」との和であり、ａ１〜ａ４のうち「１」である個数を示している。
また、グループ化された他方の４ビット「ｃ５、ｃ６、ｃ７、ｃ８」は、「ｂ５、ｂ６」と「ｂ７、ｂ８」との和であり、ａ５〜ａ８のうち「１」である個数を示している。

式（８）は、データＣを右に４ビットシフトして「００００１１１１」でマスクした結果であり、式（９）は、データＣを「００００１１１１」でマスクした結果である。
式（１０）においては、式（８）と式（９）との和によって得られた値をデータＤに代入する。

式（１０）のデータＤにおいて、グループ化された８ビット「ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７、ｄ８」は、「ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４」と「ｃ５、ｃ６、ｃ７、ｃ８」との和であり、ａ１〜ａ８のうち「１」である個数を示している。
上述のようにして、絶縁通信回路３０で通信した結果であるデータＡにおいて、ビットが「１」となった個数を算出することができる。

次に、図１、図４とともに、図７および図８を参照しながら、内部演算装置２２Ｂ内の絶縁通信回路駆動時間計上手段２９の処理手順について説明する。
図７、図８はこの発明の実施の形態２によるセルバランサ２３の動作補正量算出処理を示すフローチャートである。

図７は絶縁通信回路３０の駆動時間算出処理を示すフローチャートであり、絶縁通信回路３０での通信終了時に割込みにより呼び出されて実行される。
また、図８は動作補正量の算出処理を示すフローチャートであり、一定周期で（所定時間間隔ＴＣＹＣが経過するごとに）実行される。

図７において、まず、図６のように、通信内容のビットが「１」となった個数を算出し（ステップＳＴ０１）、続いて、図５のように、パリティビットＰの追加処理を行う（ステップＳＴ０２）。

ステップＳＴ０２においては、ステップＳＴ０１の算出結果（「１」のビット数）が偶数の場合には、パリティビットＰを「１」に設定して、「１」となったビット数にさらに「１」を加える。
一方、ステップＳＴ０１の算出結果（「１」のビット数）が奇数の場合には、パリティビットＰを「０」に設定する。

図５においては、奇数パリティ（Ｐ＝１）として扱っており、パリティビットを「１」としているが、偶数パリティ（通信内容のビットが「１」となった個数が偶数）の場合には、パリティビットＰを「０」とする。

次に、ステップＳＴ０２に続いて、スタートビットＳの追加処理を行う（ステップＳＴ０３）。
ステップＳＴ０３においては、スタートビットＳとして、通信内容において「１」となったビット数にさらに「１」を加える。

最後に、絶縁通信回路３０の駆動時間を積算し、駆動時間積算値に対して、通信内容のビットが「１」となった個数を加算して（ステップＳＴ０４）、今回の図７の割込み処理を終了してリターンする。

図８において、まず、所定時間間隔ＴＣＹＣが経過したか否かを判定し（ステップＳＴ１１）、所定時間間隔ＴＣＹＣが経過していない（すなわち、Ｎｏ）と判定されれば、直ちに今回の処理を終了してリターンする。

一方、ステップＳＴ１１において、所定時間間隔ＴＣＹＣが経過した（すなわち、Ｙｅｓ）と判定されれば、絶縁通信回路３０を単位時間だけ駆動した際の蓄電素子の消費電流ＩＰＣと、セルバランサ２３を単位時間だけ駆動した際の蓄電素子の充電量を均等化可能な電流量ＩＣＢと、絶縁通信回路３０が１ビットを送出するのに要する時間Ｔｂｉｔと、所定時間間隔ＴＣＹＣと、絶縁通信回路３０の駆動時間積算値ｎとを用いて、以下の式のように、セルバランサ２３の動作補正量αを算出して確定する（ステップＳＴ１２）。

α＝（ＩＰＣ÷ＩＣＢ）×（Ｔｂｉｔ÷ＴＣＹＣ）×ｎ

最後に、絶縁通信回路３０の駆動時間積算値ｎをクリアして（ステップＳＴ１３）、今回の図８の処理を終了する。

以下、セルバランサ駆動増加量算出手段２５Ｂは、絶縁通信回路３０の動作補正量αを加えた駆動増加量により、セルバランサ駆動手段２６（１）〜２６（ｍ）を介して、組電池監視装置２Ａに電力供給しない蓄電素子に対応したセルバランサ回路２７（１）〜２７（ｍ）を駆動し、各蓄電素子の充電状態の均等化を実現する。

すなわち、他のユニットとの間の通信内容によって、絶縁通信回路３０の駆動時間（組電池監視装置２Ａの平均消費電流）は変化するが、絶縁通信回路駆動時間計上手段２９により絶縁通信回路３０の駆動時間を計上し、絶縁通信回路３０の駆動時間に基づきセルバランサ２３の駆動量を補正することにより、組電池監視装置２Ａに電力供給する蓄電素子と組電池監視装置に電力を供給しない蓄電素子との間の充電状態の乖離を正確に抑制して各蓄電素子を均等化し、組電池１の充放電可能な容量の減少を抑制することができる。

以上のように、この発明の実施の形態２（図４〜図８）による組電池監視装置２Ａは、外部ユニットとの間で通信を行う絶縁通信回路３０を備えており、セルバランサ駆動制御部（セルバランサ駆動増加量算出手段２５Ｂ）は、絶縁通信回路３０を駆動した時間を計上して絶縁通信回路駆動時間を得る絶縁通信回路駆動時間計上手段２９を備えている。

セルバランサ駆動制御部（セルバランサ駆動増加量算出手段２５Ｂ、絶縁通信回路駆動時間計上手段２９）は、絶縁通信回路駆動時間に基づき駆動増加量を補正し、複数のセルバランサ駆動手段２６（１）〜２６（ｍ）は、絶縁通信回路駆動時間に基づき駆動増加量を補正してセルバランサ２３（セルバランサ回路２７（１）〜２７（ｍ））を駆動する。

このように、絶縁通信回路３０の駆動時間に基づき、組電池監視装置２Ａに電力供給しない蓄電素子に対するセルバランサ２３（セルバランサ回路２７（１）〜２７（ｍ））の駆動量を補正することにより、通信内容の変化（組電池監視装置２Ａの平均消費電流の変化）に起因した各蓄電素子の充電状態の乖離を抑制することができる。
したがって、各蓄電素子の充電状態の乖離に起因した組電池１の使用可能容量の減少を抑制するとともに、組電池１の長寿命化を実現することができる。

また、この発明の実施の形態２に係る組電池を用いた電源システムを、車両の電源システムに適用した場合には、車両動作中の蓄電素子の充電状態の均等化の精度が向上することにより、車両停止後にセルバランサ２３を駆動する期間を短縮して、消費電力の低減を実現することができる。

１ 組電池、２Ａ 組電池監視装置、２１ 電圧変換回路、２２Ａ、２２Ｂ 内部演算装置、２３ セルバランサ、２４ 組電池監視装置動作状態判定手段、２５、２５Ｂ セルバランサ駆動増加量算出手段、２６（１）〜２６（ｍ＋ｎ） セルバランサ駆動手段、２７（１）〜２７（ｍ＋ｎ） セルバランサ回路、２８ 通信信号処理手段、２９ 絶縁通信回路駆動時間計上手段、３０ 絶縁通信回路、１０１ 蓄電手段、１０２ オルタネータ、１０３ ＤＣ−ＤＣコンバータ、１０４ 電気負荷。

Claims (4)

1. 複数の蓄電素子を直列に組み合わせて構成した組電池と、
   前記組電池の充電状態を監視する組電池監視装置と、
   からなる組電池を用いた電源システムであって、
   前記組電池監視装置は、
   前記組電池の電圧よりも低い動作電圧を必要として前記組電池の一部から電力が供給される電圧変換回路と、
   前記複数の蓄電素子の充電状態を均等化するセルバランサと、
   前記電圧変換回路から電力供給されて前記組電池監視装置の平均消費電流に応じて前記セルバランサを駆動する内部演算装置と、
   を備えたことを特徴とする組電池を用いた電源システム。
2. 前記セルバランサは、前記複数の蓄電素子の各々に対応した複数のセルバランサ回路からなり、
   前記内部演算装置は、
   前記複数のセルバランサ回路の各々に対応した複数のセルバランサ駆動手段と、
   前記組電池監視装置の平均消費電流を判定して前記複数のセルバランサ駆動手段を制御するセルバランサ駆動制御部と、を備え、
   前記複数のセルバランサ駆動手段は、
   前記複数のセルバランサ回路の各々の駆動量を変化させて、前記複数の蓄電素子の各々の電流量を可変制御することにより、前記複数の蓄電素子の充電状態を均等化し、
   前記組電池監視装置の動作中において、前記組電池内の、前記組電池監視装置に電力を供給する蓄電素子と、前記組電池監視装置に電力を供給しない蓄電素子との間の不均衡を解消するように、前記セルバランサを駆動することを特徴とする請求項１に記載の組電池を用いた電源システム。
3. 前記セルバランサ駆動制御部は、前記組電池監視装置の動作中における平均消費電流に基づいて、駆動増加量を算出するセルバランサ駆動増加量算出手段を含み、
   前記複数のセルバランサ駆動手段は、前記駆動増加量に応じて、前記組電池監視装置に電力を供給しない蓄電素子に対するセルバランサ回路の駆動量を増加することを特徴とする請求項２に記載の組電池を用いた電源システム。
4. 前記組電池監視装置は、外部ユニットとの間で通信を行う絶縁通信回路を備え、
   前記セルバランサ駆動制御部は、
   前記絶縁通信回路を駆動した時間を計上して絶縁通信回路駆動時間を得る絶縁通信回路駆動時間計上手段を含み、
   前記絶縁通信回路駆動時間に基づき前記駆動増加量を補正し、
   前記複数のセルバランサ駆動手段は、前記絶縁通信回路駆動時間に基づき前記駆動増加量を補正して前記セルバランサを駆動することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の組電池を用いた電源システム。

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