JP2014166100A - 電圧均等化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直列接続される複数の電池の各電圧をトランスを用いて電圧均等化を行う際の電圧均等化にかかる時間の短縮化を図り、電池間のエネルギー授受の効率低下を抑えることが可能な電圧均等化装置を提供することを目的とする。
【解決手段】電圧Ｖａ〜Ｖｃのうちの最も低い電圧Ｖｃが２番目に低い電圧Ｖｂに等しくなるように最も低い電圧Ｖｃの電池Ｂｃを充電させつつそれ以外の電池Ｂａ、Ｂｂを放電させた後、低い方の第１の電圧である電圧Ｖｂ、Ｖｃが平均電圧Ｖａｖｅよりオフセット電圧ΔＶｂ、ΔＶｃ分高くなるまで電池Ｂｂ、Ｂｃを充電させるともに、高い方の第２の電圧である電圧Ｖａが平均電圧Ｖａｖｅよりオフセット電圧ΔＶａ分低くなるまで電池Ｂａを放電させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、直列接続される複数の電池の電圧均等化を行う電圧均等化装置に関する。

複数の充電可能な電池を直列に接続して高電圧のバッテリを実現する技術が実用化されている。この種のバッテリは、近年では、例えば、電動フォークリフト、ハイブリッド車、又は電気自動車などの車両への実装において注目されている。

ところで、複数の電池を直列に接続した状態で充電を行うと、各電池の電圧（充電容量）が不均一になることがある。また、上述のバッテリが車両に搭載される場合には、走行用モータの力行時のバッテリの放電や走行用モータの回生時のバッテリ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各電池の電圧が不均一になることがある。そして、各電池の電圧の不均一は、一部の電池の劣化を促進させるおそれがあり、また、バッテリ全体として効率の低下を引き起こすことがある。なお、各電池の電圧の不均一は、各電池の製造ばらつきや経年劣化などにより生じ得る。

そのため、例えば、複数の電池のうち目標電圧よりも高い電圧の電池を放電させることにより、各電池の電圧均等化を行う電圧均等化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、例えば、各電池からの放電電流をトランスを介して再び各電池に流すことにより、各電池の電圧均等化を行う電圧均等化装置が提案されている。
図８は、このように各電池からの放電電流をトランスを介して再び各電池に流すことにより、各電池の電圧均等化を行う電圧均等化装置の一例を示す図である。

図８に示す電圧均等化装置は、トランスＴと、ダイオードＤａ〜Ｄｃと、一次側スイッチＳＷｐとを備え、直列接続される３つの電池Ｂａ〜Ｂｃの電圧均等化を行う。
トランスＴは、一次側コイルＬｐと、二次側コイルＬｓａ〜Ｌｓｃとを備える。

一次側コイルＬｐは電池Ｂａ〜Ｂｃ全体に一次側スイッチＳＷｐを介して並列接続されている。また、二次側コイルＬｓａはダイオードＤａを介して電池Ｂａに並列接続され、二次側コイルＬｓｂはダイオードＤｂを介して電池Ｂｂに並列接続され、二次側コイルＬｓｃはダイオードＤｃを介して電池Ｂｃに並列接続されている。なお、ダイオードＤａ〜Ｄｃは、電池Ｂａ〜Ｂｃから二次側コイルＬｓａ〜Ｌｓｃへ放電電流が流れることを禁止する。

ここで、一次側スイッチＳＷｐが継続してオン、オフすると、電池Ｂａ〜Ｂｃ全体から一次側コイルＬｐへ間欠的に流れる電流により一次側コイルＬｐに電圧がかかり、二次側コイルＬｓａ〜Ｌｓｃにもそれぞれコイルの巻き線比に応じた電圧がかかる。例えば、電池Ｂａ〜Ｂｃの各電圧の平均電圧が二次側コイルＬｓａ〜Ｌｓｃにそれぞれかかる場合、電池Ｂａ〜Ｂｃの各電圧と平均電圧との差分に応じた電流が電池Ｂａ〜Ｂｃへそれぞれ流れ電池Ｂａ〜Ｂｃが充電される。そして、最終的に電池Ｂａ〜Ｂｃそれぞれの電圧が互いに等しくなると、一次側スイッチＳＷｐのオン、オフを停止して電圧均等化を終了する。

特開２００９−１５９７９４号公報

しかしながら、図８に示すように、トランスＴを用いて電圧均等化を行う電圧均等化装置では、充放電後の電池Ｂａ〜Ｂｃの分極による電池Ｂａ〜Ｂｃの電圧変動を抑えるために、電池Ｂａ〜Ｂｃの各電圧が平均電圧に近づくにつれて電池Ｂａ〜Ｂｃへ流れる電流を徐々に小さくさせる必要があるが、この場合、電圧均等化にかかる時間が増大してトランスＴなどで無駄に消費されてしまうエネルギーも多くなり、電池Ｂ間のエネルギー授受の効率が低下してしまう。

そこで、本発明は、直列接続される複数の電池の各電圧をトランスを用いて電圧均等化を行う際の電圧均等化にかかる時間の短縮化を図り、電池間のエネルギー授受の効率低下を抑えることが可能な電圧均等化装置を提供することを目的とする。

本発明の電圧均等化装置は、電圧検出部と、トランスと、一次側スイッチと、複数の二次側スイッチと、制御部とを備える。
前記電圧検出部は、互いに直列接続される複数の電池の各電圧を検出する。

前記トランスは、前記複数の電池全体に並列接続される一次側コイルと、前記複数の電池にそれぞれ並列接続される複数の二次側コイルとを備える。
前記一次側スイッチは、前記一次側コイルに接続される。

前記複数の二次側スイッチは、前記複数の電池と前記複数の二次側コイルとの間にそれぞれ設けられる。
前記制御部は、前記一次側スイッチをオン、オフさせている際、前記複数の二次側スイッチのうち常時オンさせている二次側スイッチに接続される電池を充電させるとともに、前記複数の二次側スイッチのうち常時オフさせている二次側スイッチに接続される電池を放電させる。

また、前記制御部は、前記電圧検出部により検出される各電圧のうち最も低い１つ以上の電圧が２番目に低い電圧と等しくなるように前記最も低い１つ以上の電圧の電池を充電させつつ少なくとも前記２番目に低い電圧の電池を放電させることを、前記電圧検出部により検出される各電圧がそれぞれ第１の電圧及びその第１の電圧よりも高い第２の電圧のどちらか一方になるまで繰り返した後、前記第１の電圧が目標電圧よりオフセット電圧分高くなるまで前記第１の電圧の電池を充電させるともに、前記第２の電圧が前記目標電圧よりオフセット電圧分低くなるまで前記第２の電圧の電池を放電させる。

これにより、各二次側スイッチの切替回数を低減させて電圧均等化にかかる時間の短縮化を図ることができるので、トランスなどで消費される無駄なエネルギーを低減させることができ、電池間のエネルギー授受の効率低下を抑えることができる。

また、充放電終了後、各電池の分極により各電圧がそれぞれ変動しても、各電圧を互いに等しくさせることができる。すなわち、各電池の分極を考慮して、各電池の各電圧が目標電圧に近づくにつれて各電池へ流す電流を徐々に小さくさせる必要がないので、各電圧の均等化にかかる時間が増大するおそれがなくなる。そのため、トランスなどで消費される無駄なエネルギーをさらに低減させることができ、電池間のエネルギー授受の効率低下をさらに抑えることができる。

本発明によれば、直列接続される複数の電池の各電圧をトランスを用いて均等化する電圧均等化装置において、電池間のエネルギー授受の効率低下を抑えることができる。

本実施形態の電圧均等化装置を示す図である。 制御部の電圧均等化動作を示すフローチャートである。 オフセット電圧の一例を示す図である。 電圧均等化時の各二次側スイッチの動作と各電池の電圧の増減の一例を示す図である。 電圧均等化時の各電池の電流と電圧の増減の一例を示す図である。 制御部の他の電圧均等化動作を示すフローチャートである。 電圧均等化時の各二次側スイッチの動作と各電池の電圧の増減の一例を示す図である。 既存の電圧均等化装置の一例を示す図である。

図１は、本実施形態の電圧均等化装置を示す図である。なお、図８に示す既存の電圧均等化装置と同じ構成には同じ符号を付しその構成の説明を省略する。
図１に示す電圧均等化装置１は、例えば、電動フォークリフト、ハイブリッド車、又は電気自動車などの車両に搭載されるバッテリ内で互いに直列接続される電池Ｂａ〜Ｂｃ（例えば、リチウムイオン二次電池など）のそれぞれの電圧を互いに均等化する。なお、電池Ｂａ〜Ｂｃは、例えば、インバータ回路を介して走行用モータに電力を供給したり、照明、ヒーター、カーナビゲーション装置などの電装機器に電力を供給する。

また、電圧均等化装置１は、トランスＴと、一次側スイッチＳＷｐ（例えば、ＭＯＳＦＥＴなど）と、二次側スイッチＳＷｓａ〜ＳＷｓｃ（例えば、ＭＯＳＦＥＴや電磁式リレーなど）と、ダイオードＤａ〜Ｄｃと、電圧検出部Ｓｖａ〜Ｓｖｃと、制御部２とを備える。

トランスＴは、一次側コイルＬｐと、二次側コイルＬｓａ〜Ｌｓｃとを備える。
一次側コイルＬｐは電池Ｂａ〜Ｂｃ全体に一次側スイッチＳＷｐを介して並列接続されている。また、二次側コイルＬｓａはダイオードＤａ及び二次側スイッチＳＷｓａを介して電池Ｂａに並列接続され、二次側コイルＬｓｂはダイオードＤｂ及び二次側スイッチＳＷｓｂを介して電池Ｂｂに並列接続され、二次側コイルＬｓｃはダイオードＤｃ及び二次側スイッチＳＷｓｃを介して電池Ｂｃに並列接続されている。二次側スイッチＳＷｓａが常時オンすることによって電池Ｂａの正極端子とダイオードＤａのカソード端子とが電気的に接続されても、ダイオードＤａにより、電池Ｂａから二次側コイルＬｓａへ放電電流が流れることを禁止する。また、二次側スイッチＳＷｓｂが常時オンすることによって電池Ｂｂの正極端子とダイオードＤｂのカソード端子とが電気的に接続されても、ダイオードＤｂにより、電池Ｂｂから二次側コイルＬｓｂへ放電電流が流れることを禁止する。また、二次側スイッチＳＷｓｃが常時オンすることによって電池Ｂｃの正極端子とダイオードＤｃのカソード端子とが電気的に接続されても、ダイオードＤｃにより、電池Ｂｃから二次側コイルＬｓｃへ放電電流が流れることを禁止する。

電圧検出部Ｓｖａは電池Ｂａの電圧Ｖａを検出し、電圧検出部Ｓｖｂは電池Ｂｂの電圧Ｖｂを検出し、電圧検出部Ｓｖｃは電池Ｂｃの電圧Ｖｃを検出する。なお、１つの電圧検出部を切り替えて電圧Ｖａ〜Ｖｄを検出してもよい。

制御部２は、電圧均等化時、電圧検出部Ｓｖａ〜Ｓｖｃにより検出される電圧Ｖａ〜Ｖｃに基づいて、一次側スイッチＳＷｐを継続してオン、オフさせたり、二次側スイッチＳＷｓａ〜ＳＷｓｃをそれぞれ常時オン又は常時オフさせたりする。例えば、制御部２は、電圧均等化時、一次側スイッチＳＷｐを継続してオン、オフさせることにより、電池Ｂａ〜Ｂｃ全体から一次側コイルＬｐへ間欠的に電流を流す。これにより、一次側コイルＬｐに電圧がかかり、ニ次側コイルＬｓａ〜Ｌｓｃにもそれぞれコイルの巻き線比に応じた電圧がかかる。このとき、制御部２により、二次側スイッチＳＷｓａが常時オンされると、二次側コイルＬｓａから電池Ｂａに電流が流れて電池Ｂａが充電される。同様に、制御部２により、二次側スイッチＳＷｓｂが常時オンされると、二次側コイルＬｓｂから電池Ｂｂに電流が流れて電池Ｂｂが充電され、二次側スイッチＳＷｓｃが常時オンされると、二次側コイルＬｓｃから電池Ｂｃに電流が流れて電池Ｂｃが充電される。なお、一次側スイッチＳＷｐが継続してオン、オフしているとき、二次側スイッチＳＷｓａ〜ＳＷｓｃのうちの何れかの二次側スイッチＳＷｓが常時オフしている場合、その二次側スイッチＳＷｓに接続される電池Ｂへは電流が流れないため、その電池Ｂは充電されず放電のみ行われる。また、制御部２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はプログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device））などにより構成され、不図示の記憶部に記憶されているプログラムをＣＰＵ又はプログラマブルなデバイスが読み出して実行することにより、電圧均等化を行う。

図２は、制御部２の電圧均等化動作を示すフローチャートである。
まず、制御部２は、電圧検出部Ｓｖａ〜Ｓｖｃにより電圧Ｖａ〜Ｖｃを取得し、その取得した電圧Ｖａを電圧Ｖａ１、電圧Ｖｂを電圧Ｖｂ１、電圧Ｖｃを電圧Ｖｃ１とする（Ｓ１１）。

次に、制御部２は、電圧Ｖａ１〜Ｖｃ１のうち最も高い電圧Ｖの電池Ｂに接続される二次側スイッチＳＷｓを常時オフさせるとともに、それ以外の二次側スイッチＳＷｓを常時オンさせた後（Ｓ１２）、一定時間、一次側スイッチＳＷｐをオン、オフさせて（Ｓ１３）、再度、電圧検出部Ｓｖａ〜Ｓｖｃにより電圧Ｖａ〜Ｖｃを取得し、その取得した電圧Ｖａを電圧Ｖａ２、電圧Ｖｂを電圧Ｖｂ２、電圧Ｖｃを電圧Ｖｃ２とする（Ｓ１４）。例えば、電圧Ｖａ１が最も高く、電圧Ｖｂ１が２番目に高く、電圧Ｖｃ１が最も低い場合、二次側スイッチＳＷｓａが常時オフされることにより電池Ｂａが放電され、二次側スイッチＳＷｓｂ、ＳＷｓｃがそれぞれ常時オンされることより電池Ｂｂ、Ｂｃがそれぞれ充電される。そのため、電圧Ｖａ２が電圧Ｖａ１よりも低くなり、電圧Ｖｂ２、Ｖｃ２が電圧Ｖｂ１、Ｖｂｃ１よりも高くなる。

次に、制御部２は、電圧Ｖａ１と電圧Ｖａ２との差分の絶対値をオフセット電圧ΔＶａとして求め、電圧Ｖｂ１と電圧Ｖｂ２との差分の絶対値をオフセット電圧ΔＶｂとして求め、電圧Ｖｃ１と電圧Ｖｃ２との差分の絶対値をオフセット電圧ΔＶｃとして求める（Ｓ１５）。

次に、制御部２は、電圧Ｖａ２〜Ｖｃ２のうち最も低い電圧Ｖの電池Ｂに接続される二次側スイッチＳＷｓを常時オンさせ、それ以外の二次側スイッチＳＷｓを常時オフさせた後（Ｓ１６）、電圧Ｖａ２〜Ｖｃ２のうち最も低い電圧Ｖと２番目に低い電圧Ｖとが互いに等しくなるまで一次側スイッチＳＷｐを継続してオン、オフさせる（Ｓ１７）。これにより、電圧検出部Ｓｖａ〜Ｓｖｃにより取得される電圧Ｖａ〜Ｖｃは、それぞれ、第１の電圧及び第１の電圧よりも高い第２の電圧の２種類の電圧のどちらか一方の電圧になる。

次に、制御部２は、第１の電圧の電池Ｂに接続される二次側スイッチＳＷｓを常時オンさせ、第２の電圧の電池Ｂに接続される二次側スイッチＳＷｓを常時オフさせる（Ｓ１８）。

そして、制御部２は、第１の電圧が平均電圧Ｖａｖｅ（目標電圧）よりオフセット電圧ΔＶ分高くなり、第２の電圧が平均電圧Ｖａｖｅよりオフセット電圧ΔＶ分低くなるまで一次側スイッチＳＷｐを継続してオン、オフさせる（Ｓ１９）。これにより、充電後の電池Ｂの分極（主に抵抗分極）により第１の電圧が平均電圧Ｖａｖｅまで下降していき、放電後の電池Ｂの分極（主に抵抗分極）により第２の電圧が平均電圧Ｖａｖｅまで上昇していくため、第１及び第２の電圧を互いに等しくさせることができ、電圧Ｖａ〜Ｖｃを均等化させることができる。

例えば、電圧Ｖａ１〜Ｖｃ１のうち電圧Ｖａ１が最も高く電圧Ｖｂが２番目に高く電圧Ｖｃ１が最も低い場合の制御部２の電圧均等化動作について説明する。
まず、制御部２は、最も高い電圧Ｖａ１に対応する二次側スイッチＳＷｓａを常時オフさせるとともに、それ以外の二次側スイッチＳＷｓｂ、ＳＷｓｃを常時オンさせた後、一定時間、一次側スイッチＳＷｐを継続してオン、オフさせて、電圧Ｖａ２〜Ｖｃ２を取得し、オフセット電圧ΔＶａ〜ΔＶｃを求める。なお、上記一定時間は、例えば、定電流で電池Ｂａ〜Ｂｃを放電（又は充電）する場合において、放電開始（又は充電開始）から単位時間あたりの電池Ｂの電圧Ｖの変化量が変わるときまでの時間とする。また、オフセット電圧ΔＶａは、図３（ａ）に示すように、放電後の電池Ｂａの分極（主に抵抗分極など）による電圧Ｖａの下降分と一致するものとする。また、オフセット電圧ΔＶｂ、ΔＶｃは、それぞれ、図３（ｂ）に示すように、充電後の電池Ｂｂ、Ｂｃの分極（主に抵抗分極）による電圧Ｖｂ、Ｖｃの上昇分と一致するものとする。

次に、制御部２は、図４（ａ）に示すように、最も低い電圧Ｖｃ２に対応する二次側スイッチＳＷｓｃを常時オンさせるとともに、それ以外の二次側スイッチＳＷｓａ、ＳＷｓｂを常時オフさせ、一次側スイッチＳＷｐを継続してオン、オフさせる。すると、電池Ｂｃが充電するとともに、電池Ｂａ、Ｂｂがそれぞれ放電するため、図５に示すように、電圧Ｖｃ（一点鎖線）が徐々に上昇し、電圧Ｖａ（実線）及び電圧Ｖｂ（破線）が徐々に下降していく。このとき、電池Ｂｃに流れる電流を＋Ｉ_０とすると、電池Ｂｂ、Ｂｃにそれぞれ流れる電流は−０．５Ｉ_０になる。なお、厳密には、電池Ｂａ〜Ｂｃにそれぞれ流れる電流の総和はゼロにならないが、電圧Ｖａ〜Ｖｃの互いの差が小さいため、ここでは、電池Ｂａ〜Ｂｃにそれぞれ流れる電流の総和をゼロとする。

次に、制御部２は、図４（ｂ）に示すように、電圧Ｖｂと電圧Ｖｃとが互いに等しくなると、すなわち、電圧Ｖａ〜Ｖｃのうち最も高い電圧Ｖａを残してそれ以外の電圧Ｖｂ、Ｖｃが互いに等しくなると、その電圧Ｖａに対応する二次側スイッチＳＷｓａを常時オフさせるとともに、それ以外の電圧Ｖｂ、Ｖｃにそれぞれ対応する二次側スイッチＳＷｓｂ、ＳＷｓｃを常時オンさせた後、一次側スイッチＳＷｐを継続してオン、オフさせる。すると、電池Ｂａが放電するとともに、電池Ｂｂ、Ｂｃがそれぞれ充電するため、図５に示すように、電圧Ｖａ（実線）が徐々に下降し、電圧Ｖｂ（破線）及び電圧Ｖｃ（一点鎖線）が徐々に上昇していく。このとき、電池Ｂｂ、Ｂｃにそれぞれ流れる電流を＋Ｉ_０とすると、電池Ｂａに流れる電流は−２Ｉ_０になる。

そして、制御部２は、図４（ｃ）や図５に示すように、電圧Ｖａが平均電圧Ｖａｖｅよりオフセット電圧ΔＶａ分低くなり、電圧Ｖｂ、Ｖｃがそれぞれ平均電圧Ｖａｖｅよりオフセット電圧ΔＶｂ、ΔＶｃ分高くなると、一次側スイッチＳＷｐのオン、オフを停止させるとともに、二次側スイッチＳＷｓａ〜ＳＷｓｃをそれぞれ常時オフさせて、電池Ｂａの放電や電池Ｂｂ、Ｂｃの充電を終了させる。

その後、図５に示すように、放電後の電池Ｂａの分極により電圧Ｖａが平均電圧Ｖａｖｅまで徐々に上昇するとともに、充電後の電圧Ｖｂ、Ｖｃの分極により電圧Ｖｂ、Ｖｃがそれぞれ平均電圧Ｖａｖｅまで徐々に下降していく。

すなわち、制御部２は、電圧Ｖａが電圧Ｖａ〜Ｖｃの平均電圧Ｖａｖｅよりもオフセット電圧ΔＶａ分低い電圧になるまで電池Ｂａを放電させることにより、放電後の電圧Ｖａを平均電圧Ｖａｖｅまで変動させている。また、制御部２は、電圧Ｖｂ、Ｖｃが平均電圧Ｖａｖｅよりもオフセット電圧ΔＶｂ、ΔＶｃ分高い電圧になるまで電池Ｂｂ、Ｂｃを充電させることにより、充電後の電圧Ｖｂ、Ｖｃを平均電圧Ｖａｖｅまで変動させている。これにより、図４（ｄ）や図５に示すように、電圧Ｖａ〜Ｖｃを均等化させることができる。

本実施形態の電圧均等化装置１では、電圧Ｖａ〜Ｖｃのうち最も低い電圧Ｖと２番目に低い電圧Ｖとを互いに等しくさせた後、第１及び第２の電圧を互いに等しくさせることにより電圧Ｖａ〜Ｖｃの均等化を行っているため、二次側スイッチＳＷｓａ〜ＳＷｓｃの２度の切り替え動作のみで電圧Ｖａ〜Ｖｃを互いに均等化することができる。このように、本実施形態の電圧均等化装置１では、二次側スイッチＳＷｓａ〜ＳＷｓｃの切替回数を低減させて電圧均等化にかかる時間の短縮化を図ることができるので、トランスＴなどで消費される無駄なエネルギーを低減させることができ、電池Ｂａ〜Ｂｃ間のエネルギー授受の効率低下を抑えることができる。

また、本実施形態の電圧均等化装置１では、電圧Ｖａ〜Ｖｃのうち最も低い電圧Ｖと２番目に低い電圧Ｖとを互いに等しくさせた後、低い方の第１の電圧が平均電圧Ｖａｖｅよりオフセット電圧ΔＶ分高くなるまで、その低い方の電圧の電池Ｂを充電させるとともに、高い方の電圧が平均電圧Ｖａｖｅよりオフセット電圧ΔＶ分低くなるまで、その高い方の電圧の電池Ｂを放電させる。これにより、充放電後、電池Ｂａ〜Ｂｃの分極により電圧Ｖａ〜Ｖｃがそれぞれ変動しても、電圧Ｖａ〜Ｖｃを互いに等しくさせることができる。すなわち、本実施形態の電圧均等化装置１では、電池Ｂａ〜Ｂｃの分極を考慮して、電池Ｂａ〜Ｂｃの各電圧が平均電圧に近づくにつれて電池Ｂａ〜Ｂｃへ流す電流を徐々に小さくさせる必要がないので、電圧Ｖａ〜Ｖｃの均等化にかかる時間が増大するおそれがなくなる。そのため、トランスＴなどで消費される無駄なエネルギーをさらに低減させることができ、電池Ｂａ〜Ｂｃ間のエネルギー授受の効率低下をさらに抑えることができる。

なお、上述の電圧均等化装置１では、最も低い電圧Ｖと２番目に低い電圧Ｖとを互いに等しくさせた後、第１及び第２の電圧を互いに等しくさせる構成であるが、最も高い電圧Ｖと２番目に高い電圧Ｖとを互いに等しくさせた後、第１及び第２の電圧を互いに等しくさせるように構成してもよい。

図６は、そのように構成する場合における制御部２の電圧均等化動作を示すフローチャートである。
まず、制御部２は、電圧検出部Ｓｖａ〜Ｓｖｃにより電圧Ｖａ〜Ｖｃを取得し、その取得した電圧Ｖａを電圧Ｖａ１、電圧Ｖｂを電圧Ｖｂ１、電圧Ｖｃを電圧Ｖｃ１とする（Ｓ２１）。

次に、制御部２は、電圧Ｖａ１〜Ｖｃ１のうち最も低い電圧Ｖの電池Ｂに接続される二次側スイッチＳＷｓを常時オンさせるとともに、それ以外の二次側スイッチＳＷｓを常時オフさせた後（Ｓ２２）、一定時間、一次側スイッチＳＷｐをオン、オフさせて（Ｓ２３）、再度、電圧検出部Ｓｖａ〜Ｓｖｃにより電圧Ｖａ〜Ｖｃを取得し、その取得した電圧Ｖａを電圧Ｖａ２、電圧Ｖｂを電圧Ｖｂ２、電圧Ｖｃを電圧Ｖｃ２とする（Ｓ２４）。例えば、電圧Ｖａ１が最も高く、電圧Ｖｂ１が２番目に高く、電圧Ｖｃ１が最も低い場合、二次側スイッチＳＷｓａ、ＳＷｓｂがそれぞれ常時オフされることにより電池Ｂａ、Ｂｂがそれぞれ放電され、二次側スイッチＳＷｓｃが常時オンされることにより電池Ｂｃが充電される。そのため、電圧Ｖａ２、Ｖｂ２が電圧Ｖａ１、Ｖｂ１よりも低くなり、電圧Ｖｃ２が電圧Ｖｃ１よりも高くなる。

次に、制御部２は、電圧Ｖａ１と電圧Ｖａ２との差分の絶対値をオフセット電圧ΔＶａとして求め、電圧Ｖｂ１と電圧Ｖｂ２との差分の絶対値をオフセット電圧ΔＶｂとして求め、電圧Ｖｃ１と電圧Ｖｃ２との差分の絶対値をオフセット電圧ΔＶｃとして求める（Ｓ２５）。

次に、制御部２は、電圧Ｖａ２〜Ｖｃ２のうち最も高い電圧Ｖの電池Ｂに接続される二次側スイッチＳＷｓを常時オフさせ、それ以外の二次側スイッチＳＷｓを常時オンさせた後（Ｓ２６）、電圧Ｖａ２〜Ｖｃ２のうち最も高い電圧Ｖと２番目に高い電圧Ｖとが互いに等しくなるまで一次側スイッチＳＷｐを継続してオン、オフさせる（Ｓ２７）。これにより、電圧検出部Ｓｖａ〜Ｓｖｃにより取得される電圧Ｖａ〜Ｖｃは、それぞれ、第１の電圧及び第１の電圧よりも高い第２の電圧のどちらか一方の電圧になる。

次に、制御部２は、第１の電圧の電池Ｂに接続される二次側スイッチＳＷｓを常時オンさせ、第２の電圧の電池Ｂに接続される二次側スイッチＳＷｓを常時オフさせる（Ｓ２８）。

そして、制御部２は、第１の電圧が平均電圧Ｖａｖｅ（目標電圧）よりオフセット電圧ΔＶ分高くなり、第２の電圧が平均電圧Ｖａｖｅよりオフセット電圧ΔＶ分低くなるまで一次側スイッチＳＷｐを継続してオン、オフさせる（Ｓ２９）。これにより、充電後の電池Ｂの分極（主に抵抗分極）により第１の電圧が平均電圧Ｖａｖｅまで下降していき、放電後の電池Ｂの分極（主に抵抗分極）により第２の電圧が平均電圧Ｖａｖｅまで上昇していくため、第１及び第２の電圧を互いに等しくさせることができ、電圧Ｖａ〜Ｖｃを均等化させることができる。

例えば、電圧Ｖａ１〜Ｖｃ１のうち電圧Ｖａ１が最も高く電圧Ｖｂが２番目に高く電圧Ｖｃ１が最も低い場合の制御部２の電圧均等化動作について説明する。
まず、制御部２は、最も低い電圧Ｖｃ１に対応する二次側スイッチＳＷｓｃを常時オンさせるとともに、それ以外の二次側スイッチＳＷｓａ、ＳＷｓｂを常時オフさせた後、一定時間、一次側スイッチＳＷｐを継続してオン、オフさせて、電圧Ｖａ２〜Ｖｃ２を取得し、オフセット電圧ΔＶａ〜ΔＶｃを求める。

次に、制御部２は、図７（ａ）に示すように、最も高い電圧Ｖａ２に対応する二次側スイッチＳＷｓａを常時オフさせるとともに、それ以外の二次側スイッチＳＷｓｂ、ＳＷｓｃを常時オンさせ、一次側スイッチＳＷｐを継続してオン、オフさせる。すると、電池Ｂａが放電するとともに、電池Ｂｂ、Ｂｃがそれぞれ充電するため、電圧Ｖａが徐々に下降し、電圧Ｖｂ、Ｖｃが徐々に上昇していく。

次に、制御部２は、図７（ｂ）に示すように、電圧Ｖａと電圧Ｖｂとが互いに等しくなると、すなわち、電圧Ｖａ〜Ｖｃのうち最も低い電圧Ｖｃを残してそれ以外の電圧Ｖａ、Ｖｂが互いに等しくなると、その電圧Ｖｃに対応する二次側スイッチＳＷｓｃを常時オンさせるとともに、それ以外の電圧Ｖａ、Ｖｂにそれぞれ対応する二次側スイッチＳＷｓａ、ＳＷｓｂを常時オフさせた後、一次側スイッチＳＷｐを継続してオン、オフさせる。すると、電池Ｂｃが充電するとともに、電池Ｂａ、Ｂｂがそれぞれ放電するため、電圧Ｖｃが徐々に上昇し、電圧Ｖａ、Ｖｂが徐々に下降していく。

そして、制御部２は、図７（ｃ）に示すように、電圧Ｖｃが平均電圧Ｖａｖｅよりオフセット電圧ΔＶｃ分高くなり、電圧Ｖａ、Ｖｂがそれぞれ平均電圧Ｖａｖｅよりオフセット電圧ΔＶａ、ΔＶｂ分低くなると、一次側スイッチＳＷｐのオン、オフを停止させるとともに、二次側スイッチＳＷｓａ〜ＳＷｓｃをそれぞれ常時オフさせて、電池Ｂｃの充電や電池Ｂａ、Ｂｂの放電を終了させる。

その後、充電後の電池Ｂｃの分極により電圧Ｖｃが平均電圧Ｖａｖｅまで徐々に下降するとともに、放電後の電圧Ｖａ、Ｖｂの分極により電圧Ｖａ、Ｖｂがそれぞれ平均電圧Ｖａｖｅまで徐々に上昇していく。

すなわち、制御部２は、電圧Ｖｃが平均電圧Ｖａｖｅよりもオフセット電圧ΔＶｃ分高い電圧になるまで電池Ｂｃを充電させることにより、充電後の電圧Ｖｃを平均電圧Ｖａｖｅまで変動させている。また、制御部２は、電圧Ｖａ、Ｖｂが平均電圧Ｖａｖｅよりもオフセット電圧ΔＶａ、ΔＶｂ分低い電圧になるまで電池Ｂａ、Ｂｂを放電させることにより、放電後の電圧Ｖａ、Ｖｂを平均電圧Ｖａｖｅまで変動させている。これにより、図７（ｄ）に示すように、電圧Ｖａ〜Ｖｃを均等化させることができる。

このように構成しても、電圧Ｖａ〜Ｖｃのうち最も高い電圧Ｖと２番目に高い電圧Ｖとを互いに等しくさせた後、第１及び第２の電圧を互いに等しくさせることにより電圧Ｖａ〜Ｖｃの均等化を行っているため、二次側スイッチＳＷｓａ〜ＳＷｓｃの２度の切り替え動作のみで電圧Ｖａ〜Ｖｃを互いに均等化することができる。このように、二次側スイッチＳＷｓａ〜ＳＷｓｃの切替回数を低減させて電圧均等化にかかる時間の短縮化を図ることができるので、トランスＴなどで消費される無駄なエネルギーを低減させることができ、電池Ｂａ〜Ｂｃ間のエネルギー授受の効率低下を抑えることができる。

また、電圧Ｖａ〜Ｖｃのうち最も高い電圧Ｖと２番目に高い電圧Ｖとを互いに等しくさせた後、低い方の第１の電圧が平均電圧Ｖａｖｅよりオフセット電圧ΔＶ分高くなるまで、その低い方の電圧の電池Ｂを充電させるとともに、高い方の電圧が平均電圧Ｖａｖｅよりオフセット電圧ΔＶ分低くなるまで、その高い方の電圧の電池Ｂを放電させる。これにより、充放電後、電池Ｂａ〜Ｂｃの分極により電圧Ｖａ〜Ｖｃがそれぞれ変動しても、電圧Ｖａ〜Ｖｃを互いに等しくさせることができる。すなわち、電池Ｂａ〜Ｂｃの分極を考慮して、電池Ｂａ〜Ｂｃの各電圧が平均電圧に近づくにつれて電池Ｂａ〜Ｂｃへ流す電流を徐々に小さくさせる必要がないので、電圧Ｖａ〜Ｖｃの均等化にかかる時間が増大するおそれがなくなる。そのため、トランスＴなどで消費される無駄なエネルギーをさらに低減させることができ、電池Ｂａ〜Ｂｃ間のエネルギー授受の効率低下をさらに抑えることができる。

また、上述の電圧均等化装置１では、３つの電池Ｂａ〜Ｂｃの各電圧Ｖａ〜Ｖｃを均等化する構成であるが、４つ以上の電池Ｂａ〜Ｂｄの各電圧Ｖａ〜Ｖｄを均等化するように構成としてもよい。なお、二次側コイルＬｓ、二次側スイッチＳＷｓ、ダイオードＤ、電圧検出部Ｓｖもそれぞれ電池Ｂの個数ｎと同じ個数ｎ必要になる。

例えば、制御部２は、複数の電圧検出部Ｓｖｎにより検出される各電圧Ｖｎのうち最も低い１つ以上の電圧Ｖが２番目に低い電圧Ｖと等しくなるように最も低い１つ以上の電圧Ｖの電池Ｂを充電させつつ少なくとも２番目に低い電圧Ｖの電池Ｂを放電させることを、複数の電圧検出部Ｓｖｎにより検出される各電圧Ｖｎがそれぞれ低い方の第１の電圧及び高い方の第２の電圧のどちらか一方になるまで繰り返した後、低い方の第１の電圧が平均電圧Ｖａｖｅよりオフセット電圧ΔＶ分高くなるまでその第１の電圧の電池Ｂを充電させるともに、高い方の第２の電圧が平均電圧Ｖａｖｅよりオフセット電圧ΔＶ分低くなるまでその第２の電圧の電池Ｂを放電させる。例えば、互いに直列接続される４つの電池Ｂａ〜Ｂｄの各電圧Ｖａ〜Ｖｄのうち、電圧Ｖａが最も高く、電圧Ｖｂが２番目に高く、電圧Ｖｃが３番目に高く、電圧Ｖｄが最も低い場合では、電圧Ｖｃ、Ｖｄを互いに等しくさせた後、電圧Ｖｂと電圧Ｖｃ、Ｖｄとを互いに等しくさせることにより、電圧Ｖｂ〜Ｖｄを低い方の第１の電圧にして、電圧Ｖａを高い方の第２の電圧にする。

また、制御部２は、複数の電圧検出部Ｓｖｎにより検出される各電圧Ｖｎのうち最も高い１つ以上の電圧Ｖが２番目に高い電圧Ｖと等しくなるように最も高い１つ以上の電圧Ｖの電池Ｂを放電させつつ少なくとも２番目に高い電圧Ｖの電池Ｂを充電させることを、複数の電圧検出部Ｓｖｎにより検出される各電圧Ｖｎがそれぞれ低い方の第１の電圧及び高い方の第２の電圧のどちらか一方になるまで繰り返した後、低い方の第１の電圧が平均電圧Ｖａｖｅよりオフセット電圧ΔＶ分高くなるまでその第１の電圧の電池Ｂを充電させるともに、高い方の第２の電圧が平均電圧Ｖａｖｅよりオフセット電圧ΔＶ分低くなるまでその第２の電圧の電池Ｂを放電させる。例えば、互いに直列接続される４つの電池Ｂａ〜Ｂｄの各電圧Ｖａ〜Ｖｄのうち、電圧Ｖａが最も高く、電圧Ｖｂが２番目に高く、電圧Ｖｃが３番目に高く、電圧Ｖｄが最も低い場合では、電圧Ｖａ、Ｖｂを互いに等しくさせた後、電圧Ｖａ、Ｖｂと電圧Ｖｃとを互いに等しくさせることにより、電圧Ｖｄを低い方の第１の電圧にして、電圧Ｖａ〜Ｖｃを高い方の第２の電圧にする。

１ 電圧均等化装置
２ 制御部
Ｔ トランス
Ｂａ〜Ｂｃ 電池
ＳＷｐ 一次側スイッチ
ＳＷｓａ〜ＳＷｓｃ 二次側スイッチ
Ｄａ〜Ｄｃ ダイオード
Ｌｐ 一次側コイル
Ｌｓａ〜Ｌｓｃ 二次側コイル
Ｓｖａ〜Ｓｖｃ 電圧検出部

Claims (3)

1. 互いに直列接続される複数の電池の各電圧を検出する電圧検出部と、
   前記複数の電池全体に並列接続される一次側コイルと、前記複数の電池にそれぞれ並列接続される複数の二次側コイルとを備えるトランスと、
   前記一次側コイルに接続される一次側スイッチと、
   前記複数の電池と前記複数の二次側コイルとの間にそれぞれ設けられる複数の二次側スイッチと、
   前記一次側スイッチをオン、オフさせている際、前記複数の二次側スイッチのうち常時オンさせている二次側スイッチに接続される電池を充電させるとともに、前記複数の二次側スイッチのうち常時オフさせている二次側スイッチに接続される電池を放電させる制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記電圧検出部により検出される各電圧のうち最も低い１つ以上の電圧が２番目に低い電圧と等しくなるように前記最も低い１つ以上の電圧の電池を充電させつつ少なくとも前記２番目に低い電圧の電池を放電させることを、前記電圧検出部により検出される各電圧がそれぞれ第１の電圧及びその第１の電圧よりも高い第２の電圧のどちらか一方になるまで繰り返した後、前記第１の電圧が目標電圧よりオフセット電圧分高くなるまで前記第１の電圧の電池を充電させるともに、前記第２の電圧が前記目標電圧よりオフセット電圧分低くなるまで前記第２の電圧の電池を放電させる
   ことを特徴とする電圧均等化装置。
2. 互いに直列接続される複数の電池の各電圧を検出する電圧検出部と、
   前記複数の電池全体に並列接続される一次側コイルと、前記複数の電池にそれぞれ並列接続される複数の二次側コイルとを備えるトランスと、
   前記一次側コイルに接続される一次側スイッチと、
   前記複数の電池と前記複数の二次側コイルとの間にそれぞれ設けられる複数の二次側スイッチと、
   前記一次側スイッチをオン、オフさせている際、前記複数の二次側スイッチのうち常時オンさせている二次側スイッチに接続される電池を充電させるとともに、前記複数の二次側スイッチのうち常時オフさせている二次側スイッチに接続される電池を放電させる制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記電圧検出部により検出される各電圧のうち最も高い１つ以上の電圧が２番目に高い電圧と等しくなるように前記最も高い１つ以上の電圧の電池を放電させつつ少なくとも前記２番目に高い電圧の電池を充電させることを、前記電圧検出部により検出される各電圧がそれぞれ第１の電圧及びその第１の電圧よりも高い第２の電圧のどちらか一方になるまで繰り返した後、前記第１の電圧が目標電圧よりオフセット電圧分高くなるまで前記第１の電圧の電池を充電させるともに、前記第２の電圧が前記目標電圧よりオフセット電圧分低くなるまで前記第２の電圧の電池を放電させる
   ことを特徴とする電圧均等化装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の電圧均等化装置であって、
   前記制御部は、前記電圧検出部により検出される各電圧の平均電圧を計算することにより前記目標電圧を求め、前記電圧検出部により検出される各電圧と一定時間充放電させた後に前記電圧検出部により検出される各電圧との差分を計算することにより前記オフセット電圧を求める
   ことを特徴とする電圧均等化装置。
   

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