JP2020089064A

JP2020089064A - セルバランス制御装置

Info

Publication number: JP2020089064A
Application number: JP2018220214A
Authority: JP
Inventors: 和亮東端; Kazusuke Higashihata; 雅貴善教; Masaki Yoshinori
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2018-11-26
Filing date: 2018-11-26
Publication date: 2020-06-04
Anticipated expiration: 2038-11-26
Also published as: JP7067440B2

Abstract

【課題】３個以上の電池セルの充電状態を均等化するセルバランス制御装置であって、均等化時の電力ロスを低減でき、かつ、電池セルの劣化を防止することが可能なセルバランス制御装置を提供する。【解決手段】セルバランス制御装置１は、３個以上の電池セル１１１〜１１ｎそれぞれに対応して設けられ、無線電力伝送部３０１〜３０ｎの接続先を、電池セル１１１〜１１ｎと、蓄電器６０１〜６０ｎとの間で切替える切替制御部５１１ａ〜５１ｎａを備える。各切替制御部５１１ａ〜５１ｎａは、当該切替制御部５１１ａ〜５１ｎａに対応する電池セル１１１〜１１ｎが、電力を供給する供給セル、又は、電力の供給を受ける被供給セルの場合には、無線電力伝送部３０１〜３０ｎの接続先を電池セル１１１〜１１ｎ側に切替え、電力を中継する中継セルの場合には、無線電力伝送部３０１〜３０ｎの接続先を蓄電器６０１〜６０ｎ側に切替える。【選択図】図１

Description

本発明は、３個以上の電池セルの充電状態を均等化するセルバランス制御装置に関する。

近年、エンジンと電動モータとを併用することで車両の燃料消費率（燃費）を効果的に向上させることができるハイブリッド自動車（ＨＶ）やプラグイン・ハイブリッド自動車（ＰＨＶ）が広く実用化されている。また、電動モータのみを動力源とし、排気ガスを排出しない電気自動車（ＥＶ）も実用化されている。例えば、このようなハイブリッド自動車や電気自動車では、リチウムイオン電池などの二次電池（電池セル）を複数直列に接続した電池モジュールが用いられている。

ここで、電池モジュールの長寿命化や電力の利用効率向上（実効容量の減少防止）のためには各電池セルの充電状態のばらつきが所定の範囲内に維持されるように使用することが重要である。しかしながら、内部抵抗や周囲温度などのばらつきにより各電池セルの充電状態にばらつきが生じる。そこで、電池モジュールを構成する複数の電池セルの充電状態のばらつきを抑える技術、すなわち、各電池セルの充電状態を均等化するセルバランス制御装置が提案されている。

一方、特許文献１には、非接触で電力を伝送するワイヤレス電力伝送装置が開示されている。より具体的には、このワイヤレス電力伝送装置は、送電モジュール、送電側アクティブ電極、送電側パッシブ電極を有する送電装置と、受電モジュール、受電側アクティブ電極、受電側パッシブ電極を有する受電装置とを備えて構成されている。受電装置は、受電側アクティブ電極と送電側アクティブ電極とが対向し、受電側パッシブ電極と送電側パッシブ電極とが対向するように、送電装置に対して配置される。このように受電装置と送電装置とが配置されることで、受電側アクティブ電極と送電側アクティブ電極とでアクティブ側の結合容量（キャパシタ）が構成され、受電側パッシブ電極と送電側パッシブ電極とでパッシブ側の結合容量（キャパシタ）が構成される。そして、この結合容量を介して、高電圧の交流電流を供給することで、送電装置から受電装置への電力伝送が実現される。

特許第６１３５６７９号公報

ところで、上述したワイヤレス電力伝送装置をセルバランス制御装置に適用して、直列に接続された隣り合う電池セル間の電力伝送に用いようとした場合、次のような問題が生じ得る。すなわち、２個以上離れている電池セルに電力を送ろうとした場合に、電力を供給する側の電池セルと電力の供給を受ける側の電池セルとの間に位置する電池セルは電力を中継することになり、電力の中継のために、一時的に電池セル（中継セル）に対する充電と放電を行う必要がある。そのため、中継セルにおいて、充放電による電力ロスが発生するおそれや、電池セルの劣化が促進されるおそれがある。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、３個以上の電池セルの充電状態を均等化するセルバランス制御装置において、均等化時の電力ロスを低減でき、かつ、電池セルの劣化を防止することが可能なセルバランス制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係るセルバランス制御装置は、３個以上の電池セルの充電状態を均等化するセルバランス制御装置であって、３個以上の電池セルそれぞれに対応して設けられ、隣り合う電池セル間で電力を伝送する電力伝送部と、３個以上の電池セルそれぞれに対応して設けられ、３個以上の電池セルの充電状態を均等化するように電力伝送部を駆動制御する制御部と、３個以上の電池セルそれぞれに対応して設けられ、電力を一時的に蓄える蓄電器と、３個以上の電池セルそれぞれに対応して設けられ、電力伝送部の接続先を、電池セルと、蓄電器との間で切替える切替部とを備え、切替部が、当該切替部に対応する電池セルが、電力を供給する供給セル、又は、電力の供給を受ける被供給セルの場合には、電力伝送部の接続先を電池セル側に切替え、電力を中継する中継セルの場合には、電力伝送部の接続先を蓄電器側に切替えることを特徴とする。

本発明に係るセルバランス制御装置によれば、３個以上の電池セルそれぞれに対応して設けられ、電力伝送部の接続先を、電池セルと、蓄電器との間で切替える切替部を備え、各切替部に対応する電池セルが、電力を供給する供給セル、又は、電力の供給を受ける被供給セルの場合には、電力伝送部の接続先が電池セル側に切替えられ、電力を中継する中継セルの場合には、電力伝送部の接続先が蓄電器側に切替えられる。そのため、電池セルが中継セルの場合には、電力中継時に、蓄電器に一時的に電力が蓄えられるため（すなわち、電力が蓄電器を介して中継されるため）、電力を電池セルに充放電する必要がなくなる。その結果、均等化時の電力ロスを低減（送受電効率を向上）でき、かつ、電池セルの劣化を防止することが可能となる。

本発明によれば、３個以上の電池セルの充電状態を均等化するセルバランス制御装置において、均等化時の電力ロスを低減でき、かつ、電池セルの劣化を防止することが可能となる。

実施形態に係るセルバランス制御装置の機能構成を示すブロック図である。実施形態に係るセルバランス制御装置の回路構成を示すブロック図である。実施形態に係るセルバランス制御装置による均等化処理の処理手順を示すフローチャートである。直線近似式を用いた均等化処理を説明するための図である。変形例に係るセルバランス制御装置の構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。また、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

まず、図１及び図２を併せて用いて、実施形態に係るセルバランス制御装置１の構成について説明する。図１は、セルバランス制御装置１の構成を示すブロック図である。図２は、セルバランス制御装置１の回路構成を示すブロック図である。

セルバランス制御装置１は、電池モジュール１０を構成する、直列に接続された３個以上の電池セル１１１，１１２，１１３，・・・，１１ｎ（ただし、ｎは一桁の数には限られない）の充電状態を均等化するアクティブ方式のセルバランス制御装置である。ここで、電池セル１１１，１１２，１１３，・・・，１１ｎの充電状態（充電状態を示す指標）としては、例えば、充電量／充電率（ＳＯＣ：ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）や電圧値などを用いることができる。なお、本実施形態では、電池セル１１１，１１２，１１３，・・・，１１ｎの充電状態として電圧値を採用した。

セルバランス制御装置１は、主として、各電池セル１１１，１１２，１１３，・・・，１１ｎ毎に対応して設けられた、複数の電圧センサ１２１，１２２，１２３，・・・，１２ｎ、複数の無線電力伝送部３０１，３０２，３０３，・・・，３０ｎ、複数の蓄電器６０１，６０２，６０３，・・・，６０ｎ、複数の切替スイッチ６１１，６１２，６１３，・・・，６１ｎ、複数のセルバランスコントローラ５０１，５０２，５０３，・・・，５０ｎ、を備えて構成されている。また、セルバランスコントローラ５０１，５０２，５０３，・・・，５０ｎは、主として、制御部５１１，５１２，５１３，・・・，５１ｎ、切替制御部５１１ａ，５１２ａ，５１３ａ，・・・，５１ｎａ、無線通信部５２１，５２２，５２３，・・・，５２ｎ、を有して構成されている。以下、各構成要素について詳細に説明する。

電池モジュール１０は、例えば、ハイブリッド自動車（ＨＶ）や電気自動車（ＥＶ）等に搭載されるものであり、電池セル１１１〜１１ｎが、例えば、数十から百数十個、直列に接続されて構成（すなわち、数十から数百Ｖの高電圧バッテリとして構成）されている。なお、電池モジュール１０が、複数、直列又は並列に接続されて電池パックが構成されていてもよい。

電池セル１１１〜１１ｎは、例えば、リチウムイオン電池が好適に用いられる。ただし、リチウムイオン電池に代えて、ニッケルカドミウム電池などの充放電可能な二次電池を用いることもできる。

各電池セル１１１〜１１ｎそれぞれには、各電池セル１１１〜１１ｎの端子電圧を検出する電圧センサ１２１〜１２ｎが接続されている。各電圧センサ１２１〜１２ｎは、対応するセルバランスコントローラ５０１〜５０ｎのＡ／Ｄ入力端子と電気的に接続されており、各電池セル１１１〜１１ｎの端子電圧に対応した信号（電圧値）が、Ａ／Ｄ変換された後、セルバランスコントローラ５０１〜５０ｎの制御部５１１〜５１ｎに読み込まれる。また、セルバランスコントローラ５０１〜５０ｎの制御部５１１〜５１ｎには、電流センサや温度センサによって検出された各電池セル１１１〜１１ｎの電流値や温度なども読み込まれる。

また、各電池セル１１１〜１１ｎそれぞれには、隣り合う電池セル間で相互に電力を伝送する無線電力伝送部３０１〜３０ｎが配設されている。無線電力伝送部３０１〜３０ｎとしては、例えば、送電側と受電側との間で発生する誘導磁束を利用して電力を送電する電磁誘導方式、送電側と受電側の共振器を磁界共鳴させて電力を伝送する磁界共鳴方式、対向させて配置された送電側の電極と受電側の電極との間に生じる誘導電界を利用して電力を伝送する電界結合方式などの無線電力伝送（ワイヤレス給電）を用いることができる。なお、本実施形態では電界結合方式を採用した。

各無線電力伝送部３０１〜３０ｎは、電力を送受電する一対の送受電モジュール３０１ａ〜３０ｎａ、及び、各送受電モジュール３０１ａ〜３０ｎａそれぞれに接続されたアクティブ電極３１１ａ〜３１ｎａ、並びに、パッシブ電極３１１ｂ〜３１ｎｂを有して構成されている。各送受電モジュール３０１ａ〜３０ｎａの送電回路で交流に変換された電力は、自セルのアクティブ電極３１１ａ〜３１ｎａと、隣接する電池セル１１１〜１１ｎのアクティブ電極３１１ａ〜３１ｎａとで構成されるキャパシタ、及び、自セルのパッシブ電極３１１ｂ〜３１ｎｂと、隣接する電池セル１１１〜１１ｎのパッシブ電極３１１ｂ〜３１ｎｂとで構成されるキャパシタを通して隣接する電池セル１１１〜１１ｎに伝送される。各送受電モジュール３０１ａ〜３０ｎａは、整流回路と電圧変換回路を有しており、受電した交流電力を直流電力に変換して電池セル１１１〜１１ｎに供給する。

より詳細には、無線電力伝送部３０１〜３０ｎは、略直方体状に形成された電池セル１１１〜１１ｎの両側面に配設された平板状のアクティブ電極３１１ａ〜３１ｎａ及びパッシブ電極３１１ｂ〜３１ｎｂを有しており（すなわち、隣接する電池セル間に、対向するように平板状のアクティブ電極３１１ａ〜３１ｎａ及びパッシブ電極３１１ｂ〜３１ｎｂが配設され）、当該平板状の電極間に生じる誘導電界を利用して電力の受け渡しを行う。なお、互いに対向するように配設された平板状の電極間の距離（ギャップ）は、例えば数ｍｍに設定される。また、電極と電極との間は、エアでもよく、誘電体などを挟んでもよい。なお、本実施形態ではエアとした。各無線電力伝送部３０１〜３０ｎの駆動は、対応するセルバランスコントローラ５０１〜５０ｎによって制御される。

電池セル１１１〜１１ｎそれぞれに対応して、均等化時に伝送される電力を一時的に蓄える蓄電器６０１〜６０ｎが設けられている。蓄電器６０１〜６０ｎとしては、例えば、電気二重層コンデンサやウルトラキャパシタ等を好適に用いることができる。

また、電池セル１１１〜１１ｎそれぞれに対応して、無線電力伝送部３０１〜３０ｎの接続先を、電池セル１１１〜１１ｎと、蓄電器６０１〜６０ｎとの間で切替える切替スイッチ６１１〜６１ｎが設けられている。なお、切替スイッチ６１１〜６１ｎとしては、例えば、リレーや半導体スイッチ等を好適に用いることができる。切替スイッチ６１１〜６１ｎは、後述する切替制御部５１１ａ〜５１ｎａによって駆動が制御される。すなわち、切替スイッチ６１１〜６１ｎ、及び、後述する切替制御部５１１ａ〜５１ｎａは、特許請求の範囲に記載の切替部として機能する。

セルバランスコントローラ５０１〜５０ｎは、検出された各電池セル１１１〜１１ｎの電圧値（充電状態）に基づいて、各電池セル１１１〜１１ｎの電圧値を均等化するように、各無線電力伝送部３０１〜３０ｎを駆動制御する。セルバランスコントローラ５０１〜５０ｎは、主として、制御部５１１〜５１ｎ、切替制御部５１１ａ〜５１ｎａ、及び、無線通信部５２１〜５２ｎを有している。

無線通信部５２１〜５２ｎは、隣接する電池セル１１１〜１１ｎの無線通信部５２１〜５２ｎとの間で、例えば自セル及び他の電池セル１１１〜１１ｎの電圧値などの情報を送受信する。無線通信部５２１〜５２ｎは、例えば、ＩｒＤＡ（ＩｎｆｒａｒｅｄＤａｔａＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）ＬｏｗＥｎｅｒｇｙ、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、ＮＦＣ（ＮｅａｒＦｉｅｌｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）などの通信方式を用いることができる。なお、本実施形態では、ＩｒＤＡを採用した。無線通信部５２１〜５２ｎによって受信された、他の電池セル１１１〜１１ｎの電圧値などの情報は、制御部５１１〜５１ｎに出力される。

各制御部５１１〜５１ｎそれぞれは、対応する（接続されている）電池セル１１１〜１１ｎの充放電状態（例えば電圧値など）を監視するとともに、各電池セル１１１〜１１ｎの電圧値（充電状態）を均等化するように、均等化処理（セルバランス処理）を実行する。すなわち、制御部５１１〜５１ｎは、特許請求の範囲に記載の制御部として機能する。制御部５１１〜５１ｎは、演算を行うＣＰＵ、該ＣＰＵに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＥＥＰＲＯＭ、演算結果などの各種データを記憶するＲＡＭ、及び、無線電力伝送部３０１〜３０ｎを駆動するドライバ回路等のＩ／Ｆを有して構成されている。制御部５１１〜５１ｎでは、ＥＥＰＲＯＭなどに記憶されているプログラムがＣＰＵによって実行されることにより、上記機能が実現される。

各制御部５１１〜５１ｎそれぞれは、例えば、図４に示されるように、すべての電池セル１１１〜１１ｎの電圧値に対する直線近似式を求め、該直線近似式の傾きがゼロとなるように電力を受け渡す。

より詳細には、すべての電池セル１１１〜１１ｎの電圧値のばらつき幅が所定値を超えている場合に、制御部５１１〜５１ｎは、まず、図４に示されるように、すべての電池セル１１１〜１１ｎの電圧値の平均値を求める。次に、制御部５１１〜５１ｎは、すべての電池セル１１１〜１１ｎの電圧値に対する直線近似式を求める。より具体的には、３個以上の電池セル１１１〜１１ｎを横軸に沿って並べて配列し（すなわち、横軸を電池セル１１１〜１１ｎの配列とし）、縦軸を各電池セル１１１〜１１ｎの電圧値として、電圧値のばらつきに対する直線近似式を求める。

そして、制御部５１１〜５１ｎは、電圧値が平均値を超える電池セル１１１〜１１ｎについて、当該電池セル１１１〜１１ｎから、直線近似式の傾きが下がる側に位置する電池セル１１１〜１１ｎに電力を伝送するように（すなわち、直線近似式の傾きがゼロに近づくように）無線電力伝送部３０１〜３０ｎを駆動制御する。そのため、電圧値が平均値を超える電池セル１１１〜１１ｎの電圧値が平均値と一致するまで、隣接する電池セル１１１〜１１ｎに電力が移される。なお、その間、隣接する電池セル１１１〜１１ｎの電圧値が平均値を超えたとしても、継続して電力の移動が行われる。

なお、直線近似式の取得などは、複数の制御部５１１〜５１ｎのうち、いずれかの制御部５１１〜５１ｎで行う構成としてもよいし、すべての制御部５１１〜５１ｎ（セルバランスコントローラ５０１〜５０ｎ）と通信可能に接続され、すべての制御部５１１〜５１ｎ（セルバランスコントローラ５０１〜５０ｎ）を統括的に制御するマスタコントローラをさらに設け、該マスタコントローラで行う構成としてもよい（図５参照）。

特に、制御部５１１〜５１ｎ（セルバランスコントローラ５０１〜５０ｎ）は、均等化時の電力ロスを低減でき、かつ、電池セル１１１〜１１ｎの劣化を防止する機能を有している。そのため、制御部５１１〜５１ｎ（セルバランスコントローラ５０１〜５０ｎ）は、切替制御部５１１ａ〜５１ｎａを機能的に有している。制御部５１１〜５１ｎでは、ＥＥＰＲＯＭなどに記憶されているプログラムがＣＰＵによって実行されることにより、切替制御部５１１ａ〜５１ｎａの機能が実現される。

各切替制御部５１１ａ〜５１ｎａは、均等化実行時に、当該切替制御部５１１ａ〜５１ｎａに対応する電池セル１１１〜１１ｎが、電力を供給（給電）する供給セル、又は、電力の供給を受ける（受電する）被供給セルの場合には、切替スイッチ６１１〜６１ｎを駆動して、無線電力伝送部３０１〜３０ｎの接続先を、電池セル１１１〜１１ｎ側に切替える（すなわち、無線電力伝送部３０１〜３０ｎと電池セル１１１〜１１ｎとを接続する）。一方、各切替制御部５１１ａ〜５１ｎａは、均等化実行時に、当該切替制御部５１１ａ〜５１ｎａに対応する電池セル１１１〜１１ｎが、電力を中継する中継セルの場合には、切替スイッチ６１１〜６１ｎを駆動して、無線電力伝送部３０１〜３０ｎの接続先を、蓄電器６０１〜６０ｎ側に切替える（すなわち、無線電力伝送部３０１〜３０ｎと蓄電器６０１〜６０ｎとを接続する）。

次に、図３を参照しつつ、セルバランス制御装置１の動作について説明する。図３は、セルバランス制御装置１による均等化処理（セルバランス処理）の処理手順を示すフローチャートである。図３に示される処理は、主としてセルバランスコントローラ５０１〜５０ｎ（制御部５１１〜５１ｎ、及び、切替制御部５１１ａ〜５１ｎａ）それぞれによって、所定のタイミングで繰り返して実行される。

まず、ステップＳ１００では、各電圧センサ１２１〜１２ｎにより検出された、すべての電池セル１１１〜１１ｎの電圧値（充電状態）が読み込まれる。

次に、ステップＳ１０２では、読み込まれたすべての電池セル１１１〜１１ｎの電圧値の最大値と最小値との偏差が所定値以下（許容範囲内）であるか否か（例えば、満充電状態のときの電圧値の±１％以内であるか否か）についての判断が行われる。ここで、最大値と最小値との偏差が所定値以下である場合には、一旦、本処理から抜ける。一方、最大値と最小値との偏差が所定値よりも大きいときには、ステップＳ１０４に処理が移行する。

ステップＳ１０４では、すべての電池セル１１１〜１１ｎの電圧値の平均値が求められる。そして、ステップＳ１０６では、すべての電池セル１１１〜１１ｎの電圧値に対する直線近似式が求められる。

続いて、ステップＳ１０８では、電池セル１１１〜１１ｎの電圧値が平均値以上であるか否かについての判断が行われる。ここで、電池セル１１１〜１１ｎの電圧値が平均値以上である場合には、ステップＳ１１０に処理が移行する。一方、電池セル１１１〜１１ｎの電圧値が平均値未満であるときには、ステップＳ１１２に処理が移行する。

ステップＳ１１０では、電圧値が平均値を超える電池セル１１１〜１１ｎについて、当該電池セル１１１〜１１ｎから、直線近似式の傾きが下がる側に位置する電池セル１１１〜１１ｎに対して電力が伝送されるように（すなわち、直線近似式の傾きがゼロになるように）、無線電力伝送部３０１〜３０ｎが駆動制御される。

その際に、ステップＳ１１２では、自セル１１１〜１１ｎが供給セル（給電セル）、又は、被供給セル（受電セル）であるか否かについての判断が行われる。ここで、供給セル、又は、被供給セルである場合には、ステップＳ１１４に処理が移行する。一方、供給セル、又は、被供給セルではないとき、すなわち、中継セルであるときには、ステップＳ１１６に処理が移行する。

ステップＳ１１４では、切替スイッチ６１１〜６１ｎが電池セル１１１〜１１ｎ側に切替えられる。すなわち、無線電力伝送部３０１〜３０ｎと電池セル１１１〜１１ｎとが接続される。その後、ステップＳ１１８に処理が移行する。

ステップＳ１１６では、切替スイッチ６１１〜６１ｎが蓄電器６０１〜６０ｎ側に切替えられる。すなわち、無線電力伝送部３０１〜３０ｎと蓄電器６０１〜６０ｎとが接続される。その後、ステップＳ１１８に処理が移行する。

ステップＳ１１８では、すべての電池セル１１１〜１１ｎについて、上述した、ステップＳ１０８〜ステップＳ１１６の処理が実行されたか否かについての判断が行われる。ここで、まだ、すべての電池セル１１１〜１１ｎについて処理が実行されていない場合には、ステップＳ１０８に処理が戻され、すべての電池セル１１１〜１１ｎについて処理が済むまで、上述したステップＳ１０８〜ステップＳ１１８の処理が繰り返し実行される。一方、すべての電池セル１１１〜１１ｎについて処理が実行されたときには、本処理から一旦抜ける。そして、上述したように、所定のタイミングで、再度、本処理が実行される。その結果、電池モジュール１０全体として、充電状態（電圧値）が均等化される。

以上、詳細に説明したように、本実施形態によれば、各切替制御部５１１ａ〜５１ｎａに対応する電池セル１１１〜１１ｎが、電力を供給する供給セル、又は、電力の供給を受ける被供給セルの場合には、無線電力伝送部３０１〜３０ｎの接続先が電池セル１１１〜１１ｎ側に切替えられ（すなわち、無線電力伝送部３０１〜３０ｎと電池セル１１１〜１１ｎとが接続され）、電力を中継する中継セルの場合には、無線電力伝送部３０１〜３０ｎの接続先が蓄電器６０１〜６０ｎ側に切替えられる（すなわち、無線電力伝送部３０１〜３０ｎと蓄電器６０１〜６０ｎとが接続される）。そのため、電池セル１１１〜１１ｎが中継セルの場合には、電力中継時に、蓄電器６０１〜６０ｎに一時的に電力が蓄えられるため（すなわち、電力が蓄電器６０１〜６０ｎを介して中継されるため）、電力を電池セル１１１〜１１ｎに充放電する必要がなくなる。その結果、均等化時の電力ロスを低減（すなわち、送受電効率を向上）でき、かつ、電池セル１１１〜１１ｎの劣化を防止することが可能となる。さらに、均等化に要する時間を短縮することが可能となる。

本実施形態によれば、電力の受け渡しを行うために無線電力伝送（ワイヤレス給電）を用いることにより、配線（ワイヤハーネス）を削減することができ、装置を軽量化することができる。また、レイアウトの自由度を高めることができる。

本実施形態によれば、電池セル間に、対向して配設される平板状のアクティブ電極３１１ａ〜３１ｎａ及びパッシブ電極３１１ｂ〜３１ｎｂを有し、その電極間に生じる誘導電界を利用して電力が伝送されるため、配線（ワイヤハーネス）を用いることなく、直列に接続された隣接する電池セル間で効率よく電力の受け渡しを行うことができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、セルバランスの方式として１次近似式を使用した方法を例に上げて説明したが、セルバランスの方式は、上記実施形態に限られることなく、例えば、電圧値が最も高い電池セル１１１〜１１ｎを供給セルとし、電圧値が最も低い電池セル１１１〜１１ｎを被供給セルとするとともに、その２セル間に存在する電池セル１１１〜１１ｎを中継セルとして電力伝送を行うようにしてもよい。

上記実施形態では、電池セル１１１〜１１ｎの充電状態を示す指標として電圧値を用いたが、電圧値に代えて、例えば、充放電電流を積算してＳＯＣを推定し、該ＳＯＣを充電状態を示す指標として用いてもよい。また、上記実施形態では、セルバランス制御装置１が、一つの電池モジュール１０を備えている場合を例にして説明したが、電池モジュール１０が、複数、並列に接続されて電池パックを構成してもよい。

上記実施形態では、各セルバランスコントローラ５０１〜５０ｎ（無線通信部５２１〜５２ｎ）間の通信に、無線通信を用いたが、例えば、ＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）、ＵＡＲＴ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＡｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＲｅｃｅｉｖｅｒ／Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）、ＳＰＩ（ＳｅｒｉａｌＰｅｒｉｐｈｅｒａｌＩｎｔｅｒｆａｃｅ）などの有線通信を採用してもよい。ただし、装置の軽量化や構成の自由度などの観点からは無線通信を用いることが好ましい。また、上記実施形態では、隣り合うセルバランスコントローラ５０１〜５０ｎ（無線通信部５２１〜５２ｎ）間で通信を行う構成としたが、任意のセルバランスコントローラ５０１〜５０ｎ（無線通信部５２１〜５２ｎ）間で通信を行う構成としてもよい。

上記実施形態では、複数のセルバランスコントローラ５０１〜５０ｎ（制御部５１１〜５１ｎ）のうち、いずれかのセルバランスコントローラ５０１〜５０ｎ（制御部５１１〜５１ｎ）にマスタ機能を持たせたが、図５に示されるように、別途、すべてのセルバランスコントローラ５０１〜５０ｎと通信可能に接続され、すべてのセルバランスコントローラ５０１〜５０ｎを統括的に制御するマスタコントローラ７０を備える構成としてもよい。

上記実施形態では、電力を無線で伝送する構成としたが、電力を有線で伝送する構成としてもよい。なお、本発明は、例えば、ＢＭＳ（バッテリ・マネージメント・システム）などに好適に適用することができる。

１セルバランス制御装置
１０電池モジュール
１１１，１１２，１１３，・・・，１１ｎ電池セル
１２１，１２２，１２３，・・・，１２ｎ電圧センサ
３０１，３０２，３０３，・・・，３０ｎ無線電力伝送部
３０１ａ，３０２ａ，３０３ａ，・・・，３０ｎａ送受電モジュール
３１１ａ，３１２ａ，３１３ａ，・・・，３１ｎａアクティブ電極
３１１ｂ，３１２ｂ，３１３ｂ，・・・，３１ｎｂパッシブ電極
５０１，５０２，５０３，・・・，５０ｎセルバランスコントローラ
５１１，５１２，５１３，・・・，５１ｎ制御部
５１１ａ，５１２ａ，５１３ａ，・・・，５１ｎａ切替制御部
５２１，５２２，５２３，・・・，５２ｎ無線通信部
６０１，６０２，６０３，・・・，６０ｎ蓄電器
６１１，６１２，６１３，・・・，６１ｎ切替スイッチ
７０マスタコントローラ

Claims

３個以上の電池セルの充電状態を均等化するセルバランス制御装置において、
前記３個以上の電池セルそれぞれに対応して設けられ、隣り合う電池セル間で電力を伝送する電力伝送部と、
前記３個以上の電池セルそれぞれに対応して設けられ、前記３個以上の電池セルの充電状態を均等化するように前記電力伝送部を駆動制御する制御部と、
前記３個以上の電池セルそれぞれに対応して設けられ、電力を一時的に蓄える蓄電器と、
前記３個以上の電池セルそれぞれに対応して設けられ、前記電力伝送部の接続先を、前記電池セルと、前記蓄電器との間で切替える切替部と、を備え、
前記切替部は、当該切替部に対応する電池セルが、電力を供給する供給セル、又は、電力の供給を受ける被供給セルの場合には、前記電力伝送部の接続先を前記電池セル側に切替え、電力を中継する中継セルの場合には、前記電力伝送部の接続先を前記蓄電器側に切替えることを特徴とするセルバランス制御装置。
前記電力伝送部は、無線で電力を伝送する無線電力伝送部であることを特徴とする請求項１に記載のセルバランス制御装置。
前記無線電力伝送部は、前記電池セル間に、対向して配設される平板状の電極を有し、該電極間に生じる誘導電界を利用して電力を伝送することを特徴とする請求項２に記載のセルバランス制御装置。
前記制御部は、すべての電池セルの充電状態のばらつき幅が所定値を超えている場合に、すべての電池セルの充電状態の平均値を求めるとともに、すべての電池セルの充電状態に対する直線近似式を求め、充電状態が前記平均値を超える電池セルについて、当該電池セルから、前記直線近似式の傾きが下がる側に位置する電池セルに電力を伝送するように、前記無線電力伝送部を駆動制御することを特徴とする請求項２又は３に記載のセルバランス制御装置。