JP3925002B2 - 組電池の電圧調整装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数個の単位セルを直列に接続してなる組電池について、各単位セル間の端子電圧のばらつきを調整する組電池の電圧調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車や、或いは、電気自動車とガソリンエンジンとのメカニズムを組み合わせたハイブリッド電気自動車（以下、ＨＥＶと称す）のモータを駆動するためのバッテリとして、二次電池の単位セルを複数個直列に接続してなる組電池を用いるものが知られている。このような組電池では、各単位セル間において容量，内部抵抗，自己放電特性などにばらつきを生じることが避けられず、その結果、各単位セル間の端子電圧もばらつくことになる。
【０００３】
また、斯様な組電池を使用する場合には、過充電状態や過放電状態に至ることを防止するため、各単位セルの端子電圧を一定の使用範囲内に維持するように制御する必要がある。従って、各単位セルの端子電圧にばらつきがあると、組電池全体としての使用電圧範囲が狭められてしまい、電池本来の性能を十分に発揮することができなくなるという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題を解決するものとして、例えば、特開平６−２５３４６３号公報には、各単位セルに抵抗及びスイッチからなる放電回路（バイパス回路）を並列に接続し、単位セルの電圧にばらつきが生じると、電圧が高くなっている単位セルに対応する放電回路のスイッチを閉じて放電させたり、或いは、充電時における充電電流を分流させる所謂バランス充放電によって単位セル間の電圧差を縮小するという技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、斯様な従来技術では、組電池を構成する各単位セルの端子電圧を、ＣＰＵを内蔵してなる制御回路などによって全て検出するようにしている。例えば、電気自動車やＨＥＶに使用される駆動用バッテリを想定すると、そのバッテリ電圧は３００Ｖ程度が必要とされる。例えば、平均電圧が３．６Ｖ程度のリチウム電池を用いた場合には、８０個程度のセルを直列接続することでバッテリ電圧は２８８Ｖになる。
【０００６】
そして、上記従来技術をＨＥＶ等の駆動用バッテリに適用する場合には、８０個の電圧検出回路が必要であり、また、それらからの電圧検出信号をＣＰＵが読み込むために、Ａ／Ｄコンバータや複数のマルチプレクサなどが必要となる。従って、実際に装置全体を構成するためのコストがかなり高価となってしまう。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、組電池を構成する各単位セルの端子電圧のばらつきを、極力低コストの構成によって調整することができる組電池の電圧調整装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の組電池の電圧調整装置によれば、第１分圧手段は、組電池の端子電圧を単位セルの個数に応じた比によって分圧し、第２分圧手段は、複数の単位セル間における連結点と組電池の負側端子との間の電圧を、前記連結点までの単位セルの個数に応じた比によって分圧する。そして、電位比較手段は、第１及び第２分圧手段による各分圧点の電位を比較し、電圧制御手段は、その比較結果に基づいて前記連結点に対応する単位セルを充電または放電させるように制御する。
【０００９】
即ち、第１分圧手段による分圧点の電位は、組電池を構成している複数の単位セルの各端子電圧を平均したものに等しく、第２分圧手段による分圧点の電位からは、何れかの単位セルの端子電圧を求めることができる。そして、何れかの連結点に対応する単位セルの端子電圧が平均電圧に等しくなるように調整して端子電圧のばらつき、即ち、残存容量のばらつきを調整することができ、過放電や過充電を防ぎながら組電池の使用効率を向上させることができる。
【００１０】
また、電位比較手段や電圧制御手段は、従来とは異なり、ＣＰＵやＡ／Ｄコンバータなどを用いることなく低価格で構成することができる。更に、電位比較手段は、第１及び第２分圧手段によって分圧された電位を比較するので、低耐圧で安価な小形の部品によって構成することが可能である。
【００１１】
請求項２記載の組電池の電圧制御装置によれば、電圧制御手段は、電位比較手段による比較結果に基づき、前記連結点に対応する単位セルの端子電圧が平均電圧よりも高いと判断すると当該単位セルを放電させるので、単位セルの電位が平均電圧にほぼ等しくなるように調整することができる。
【００１２】
請求項３記載の組電池の電圧制御装置によれば、電圧制御手段は、端子電圧が平均電圧よりも高いと判断される単位セルを蓄電手段に並列に接続する第１の接続状態と、端子電圧が平均電圧よりも低いと判断される単位セルを蓄電手段に並列に接続する第２の接続状態とを交互に切り替えるように制御する。即ち、第１，第２の接続状態を交互に切替えることより、端子電圧が平均電圧よりも高い単位セルの電荷を、蓄電手段を介して端子電圧が平均電圧よりも低い単位セルに移動させることで、各単位セル間の端子電圧のばらつきを調整して組電池の使用効率を向上させることができる。
【００１３】
請求項４記載の組電池の電圧制御装置によれば、第１分圧手段を、組電池の端子間電圧を（ｎ−１）：１（ｎは単位セルの個数）で分圧する分圧抵抗によって構成するので、組電池を構成する単位セルの個数に応じて、各端子電圧の平均値を容易に得ることができる。
【００１４】
請求項５記載の組電池の電圧制御装置によれば、第２分圧手段を、複数の単位セル間における何れかの連結点と組電池の負側端子との間の電圧を（ｍ−１）：１（ｍは、前記連結点までの単位セルの個数）で分圧する分圧抵抗によって構成するので、夫々の連結点までに接続されている単位セルの個数に応じて、分圧比を容易に設定することができる。
【００１５】
請求項６記載の組電池の電圧制御装置によれば、第２分圧手段を、複数の連結点に対応して複数設けるので、複数の単位セルについて端子電圧のばらつきを調整することができる。
【００１６】
請求項７または８記載の組電池の電圧制御装置によれば、第１電位比較手段は、複数の内任意の単位セルについて、当該単位セルの正極側の連結点に対応して設けられている第２分圧手段による分圧点の電位と第１分圧手段による分圧点の電位とを比較し、第２電位比較手段は、単位セルの負極側の連結点に対応して設けられている第２分圧手段による分圧点の電位と第１分圧手段による分圧点の電位とを比較する。そして、電圧制御手段は、第１及び第２電位比較手段による比較結果に基づいて単位セルの端子電圧が平均電圧よりも高いか否かを判断する（請求項７）。
【００１７】
具体的には、電圧制御手段は、単位セルの正極側に対応する第２分圧手段による分圧点の電位をＥrp，単位セルの負極側に対応する第２分圧手段による分圧点の電位をＥrn，第１分圧手段による分圧点の電位をＥm とすると、第１及び第２電位比較手段の比較結果が、
Ｅrp≧Ｅm 且つＥrn＜Ｅm ，または、Ｅrp＞Ｅm 且つＥrn≦Ｅm
である場合に、単位セルの端子電圧が平均電圧よりも高いと判断し、
前記電位比較手段の比較結果が、
Ｅrp≦Ｅm 且つＥrn＞Ｅm ，または、Ｅrp＜Ｅm 且つＥrn≧Ｅm
である場合に、単位セルの端子電圧が平均電圧よりも低いと判断する（請求項８）。従って、単位セルの端子電圧と平均電圧との高低を確実に判断することができる。
【００１８】
請求項９記載の組電池の電圧制御装置によれば、電位比較手段及び電圧制御手段は、組電池から動作用電源を得るように構成される。即ち、電位比較手段及び電圧制御手段は、消費電力の大なる電気的構成要素を用いずとも構成することが可能であるから、組電池から動作用電源を得ることが可能となる。
【００１９】
請求項１０記載の組電池の電圧制御装置によれば、高いエネルギ密度を有するが、より厳密な過充電，過放電対策が必要とされるリチウム電池を単位セルとする組電池に適用することによって、充放電を安全に制御した上でリチウム電池の性能を十分に引出して活用することができる。
【００２０】
請求項１１記載の組電池の電圧制御装置によれば、多数の単位セルが直列接続された組電池を駆動用バッテリとする電気自動車またはハイブリッド電気自動車に適用することで、駆動用バッテリの使用効率を十分向上させることができる。
【発明の実施の形態】
（第１実施例）
以下、本発明を、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の駆動用バッテリを構成する組電池に適用した場合の第１実施例について図１乃至図６を参照して説明する。電気的構成を示す図１において、リチウム二次電池で構成される４個の単位セル１（１），１（２），１（３），１（４）は、直列に接続されて組電池２を構成している。
【００２１】
組電池２には、抵抗３，３ａ，４を直列に接続してなる分圧回路（第１分圧手段）５が並列に接続されている。この内、抵抗３，３ａの抵抗比は、例えば４０００：１程度に設定されており、抵抗３，４の抵抗値は、１：３となるように設定されている。従って、抵抗３ａの抵抗値は抵抗３，４に比較して無視できる程小さく、実質的には、組電池２の端子電圧を抵抗３，４により１：３に分圧していることになる。
【００２２】
ここで、組電池２の負側端子をＪc0，正側端子をＪc4として、その間にある単位セル１（１）及び１（２）の連結点をＪc1，単位セル１（２）及び１（３）の連結点をＪc2，単位セル１（３）及び１（４）の連結点をＪc3，とする。以下で、上記各接続点は端子と称する。
【００２３】
端子Ｊc0とＪc2との間には、抵抗６及び７を直列に接続してなる分圧回路（第２分圧手段）８が接続されており、これらの抵抗６及び７の抵抗値の比は、１：１となるように設定されている。また、端子Ｊc0とＪc3との間には、抵抗９及び１０を直列に接続してなる分圧回路（第２分圧手段）１１が接続されており、これらの抵抗９及び１０の抵抗値の比は、１：２となるように設定されている。これらの分圧回路８，１１において、抵抗６及び７の共通接続点をＪr2，抵抗９及び１０の共通接続点をＪr3とする。また、分圧回路５において、抵抗３及び３ａの共通接続点をＪr4a ，抵抗３ａ及び４の共通接続点をＪr4b とする。
【００２４】
コンパレータ１２Ｈの反転入力端子及びコンパレータ１２Ｌの非反転入力端子は、端子Ｊc1に共通に接続されており、コンパレータ１３Ｈの反転入力端子及びコンパレータ１３Ｌの非反転入力端子は、端子Ｊr2に共通に接続されている。また、コンパレータ１４Ｈの反転入力端子及びコンパレータ１４Ｌの非反転入力端子は、端子Ｊr3に共通に接続されている。そして、コンパレータ１２Ｈ〜１４Ｈの非反転入力端子は、端子Ｊr4a に共通に接続されており、コンパレータ１２Ｌ〜１４Ｌの反転入力端子は、端子Ｊr4b に共通に接続されている。これら６つのコンパレータ１２Ｈ〜１４Ｌは、電位比較手段１５を構成している。
【００２５】
そして、コンパレータ１２Ｌの出力端子は、ＩＮＶ（インバータ）ゲート１６を介してＡＮＤゲート１７の一方の入力端子に接続されており、コンパレータ１２Ｈの出力端子は、ＡＮＤゲート１８の一方の入力端子に接続されている。また、コンパレータ１３Ｌの出力端子は、ＡＮＤゲート１７の他方の入力端子に接続されており、コンパレータ１３Ｈの出力端子は、ＩＮＶゲート１９を介してＡＮＤゲート１８の他方の入力端子に接続されている。ＡＮＤゲート１７，１８の出力端子は、ＯＲゲート２０の入力端子に夫々接続されている。
【００２６】
また、コンパレータ１３Ｌの出力端子は、ＩＮＶゲート２１を介してＡＮＤゲート２２の一方の入力端子に接続されており、コンパレータ１４Ｌの出力端子は、ＡＮＤゲート２２の他方の入力端子に接続されている。コンパレータ１４Ｈの出力端子は、ＩＮＶゲート２４を介してＡＮＤゲート２３の他方の入力端子に接続されている。そして、ＡＮＤゲート２２，２３の出力端子は、ＯＲゲート２５の入力端子に夫々接続されている。尚、以上のＮＯＴゲート１６，２１及び２４，ＡＮＤゲート１７，１８，２２及び２３並びにＯＲゲート２０及び２５は、論理回路部（電圧制御手段）２６を構成している。
【００２７】
放電回路２７は、放電用の抵抗２８及び常開型のスイッチ２９を直列接続してなるものである。そして、４つの放電回路２７（１）〜２７（４）は、各単位セル１（１）〜１（４）に対応するように直列接続されて、組電池２の両端に並列に接続されている。また、放電回路２７（１）及び２７（２）の共通接続点は端子Ｊc1に接続され、放電回路２７（２）及び２７（３）の共通接続点は端子Ｊc2に接続され、放電回路２７（３）及び２７（４）の共通接続点は端子Ｊc3に接続されている。
【００２８】
スイッチ２９（１）〜２９（４）は、例えばトランジスタやＦＥＴなどで構成されており、制御信号端子にハイレベルの制御信号が与えられると接点を閉じる（導通する）ようになっている。そして、スイッチ２９（１）及び２９（４）の制御信号端子は、コンパレータ１２Ｌ及び１４Ｈの出力端子に夫々接続されている。また、スイッチ２９（２）の制御信号端子は、ＯＲゲート２０の出力端子に接続されており、スイッチ２９（３）の制御信号端子は、ＯＲゲート２５の出力端子に接続されている。
【００２９】
ところで、具体的には図示しないが、コンパレータ１２Ｈ〜１４Ｌ並びに論理回路部２６の動作用電源は、組電池２から作成されて供給されるようになっている。また、以上の組電池２は、ＨＥＶの走行用モータを駆動するインバータに駆動用電源を供給する駆動用バッテリの一部として構成されている。
【００３０】
次に、本実施例の作用について図２乃至図４をも参照して説明する。ＨＥＶが走行する場合には、その走行状態に応じて組電池２から供給される電源によって走行用モータが駆動されたり、制動時に回生電力が発生した場合やガソリンエンジンが動作している場合には、組電池２に対して充電が行われる。組電池２に対して充放電が繰り返されることにより各単位セル１の端子電圧にばらつきが生じた場合に、そのばらつきを調整して均等化する方式について以下述べる。
【００３１】
分圧回路５は、４つの単位セル１（１）〜１（４）からなる組電池２の端子電圧を抵抗３，４により１：３に分圧している。従って、端子Ｊr4a の電位は、組電池２の端子電圧の１／４，即ち、４つの単位セル１（１）〜１（４）の平均電圧Ｖm に等しい。
【００３２】
ここで、端子Ｊc0を基準とする端子Ｊc1〜Ｊc4の電位をＥc1〜Ｅc4，端子Ｊr2，Ｊr3の電位をＥr2，Ｅr3として、６つのコンパレータ１２Ｈ〜１４Ｌの出力レベルが、夫々どの様な入力条件でハイ“Ｈ”になるかを検討すると、以下のようになる。尚、抵抗３ａの端子電圧をＶαとする。
コンパレータ１２Ｈ： Ｅc1＜Ｖm
コンパレータ１２Ｌ： Ｖm ＋Ｖα＜Ｅc1
コンパレータ１３Ｈ： Ｅr2＜Ｖm …（１）
コンパレータ１３Ｌ： Ｖm ＋Ｖα＜Ｅr2
コンパレータ１４Ｈ： Ｅr3＜Ｖm
コンパレータ１４Ｌ： Ｖm ＋Ｖα＜Ｅr3
【００３３】
即ち、コンパレータ１２Ｈは、端子電圧Ｅc1が平均電圧Ｖm よりも低い場合にハイレベルとなり、コンパレータ１２Ｌは、端子電圧Ｅc1が平均電圧Ｖm に微小電圧Ｖαを加えたものよりも高くなった場合にハイレベルとなる。従って、端子電圧Ｅc1が、Ｖm ≦Ｅc1≦Ｖm ＋Ｖα，の範囲にあり平均電圧Ｖm にほぼ等しいとみなされる場合には、コンパレータ１２Ｈ，１２Ｌは何れもロウレベルとなる。また、コンパレータ１３Ｈ及び１３Ｌ，１４Ｈ及び１４Ｌについても、分圧電位Ｅr2，Ｅr3に関して同様である。
【００３４】
そして、電位Ｅr2は、２直列の単位セル１（１），１（２）の電位Ｅc2を１／２に分圧したものであり、電位Ｅr3は、３直列の単位セル１（１）〜１（３）の電位Ｅc3を１／３に分圧したものである。従って、電位Ｅr2，Ｅr3は、各直列数毎の単位セル１の平均電圧に等しく、
Ｅc2＝２×Ｅr2
Ｅc3＝３×Ｅr3 …（２）
となっている。
【００３５】
また、例えば、単位セル１（３）の端子電圧をＶc3とすると、
Ｖc3＝Ｅc3−Ｅc2 …（３）
で求められる。
【００３６】
ところで、各単位セル１の端子電圧Ｖc のばらつきを調整し、均等化するためには、端子電圧Ｖc が平均電圧Ｖm を超えている場合に、対応する放電回路２７のスイッチ２９をＯＮとすることにより、抵抗２８を介して単位セル１を放電させるようにする。そして、以上（１）式〜（３）式の関係から、単位セル１の端子電圧Ｖc と平均電圧Ｖm との大小関係を比較することができる。即ち、例えば端子電圧Ｖc3については、
となる。
【００３７】
（４）式より、
▲１▼Ｖc3＞Ｖm と判定するための条件は、
▲２▼Ｖc3＜Ｖm と判定するための条件は、
であり、
▲３▼Ｖc3＝Ｖm と判定するための条件は、
（Ｅr3＝Ｖm ）・（Ｖm ＝Ｅr2） …（７）
となる。尚、（５）〜（７）式において、シンボル“・”は論理積を、シンボル“＋”は論理和を示している。
【００３８】
ここで、（１）式と（５）式とを対照すると、
条件（Ｅr3≧Ｖm ）→コンパレータ１４Ｈ：“Ｌ”
条件（Ｖm ＞Ｅr2）→コンパレータ１３Ｈ：“Ｈ”
であり、
条件（Ｅr3＞Ｖm ）→コンパレータ１４Ｌ：“Ｈ”
条件（Ｖm ≧Ｅr2）→コンパレータ１３Ｌ：“Ｌ”
となっている。従って、Ｖc3＞Ｖm と判定するための論理条件は、
となる。そして、単位セル１（２）の端子電圧Ｖc2については、上記条件（８）について、コンパレータ１３を１２に置き換え、コンパレータ１４を１３に置き換えれば良い。
【００３９】
また、単位セル１（１）の端子電圧Ｖc1については、Ｖc1＝Ｅc1であるから、コンパレータ１２Ｌ：“Ｈ”がそのまま条件となる。また、単位セル１（４）の端子電圧Ｖc4については、
Ｖc4＝Ｅc4−Ｅc3 …（９）
であり、Ｅc4＝４×Ｖm ，Ｅc3＝３×Ｅr3であるから、
となる。従って、Ｖc4＞Ｖm となる条件は、Ｖm ＞Ｅr3であるから、
コンパレータ１４Ｈ：“Ｈ”がそのまま条件となる。
【００４０】
また、（４）式より、Ｖc3＝Ｖm と判定するための条件は、
（Ｅr3＝Ｖm ）・（Ｖm ＝Ｅr2） …（１１）
であり、コンパレータ１３Ｈ，１３Ｌ，１４Ｈ，１４Ｌが何れも“Ｌ”となれば良い。
【００４１】
以上から、６つのコンパレータ１２Ｈ〜１４Ｌの出力レベルを論理合成することにより、４つのスイッチ２９（１）〜２９（４）を夫々オン状態“１”とする条件は、図２に示す真理値表のようになる。但し、“Ｘ”は任意のレベルを示す。
【００４２】
次に、図１の回路構成を一般化して、ｎ（ｎは自然数）直列構成の組電池に適用した場合を図３に示す。即ち、第ｉ番目（１＜ｉ＜ｎ）の単位セルＣi の正側，負側の連結点をＪci，Ｊci-1，組電池の負極端子をＪc0とする。Ｊci，Ｊci-1間を（ｉ−１）：１の比で分圧する抵抗をＲia，Ｒibとし、その共通接続点をＪriとする。
【００４３】
また、組電池の両端子間には、抵抗Ｒnb，Ｒna′，Ｒnaの直列回路が接続されている。抵抗Ｒnb，Ｒnaの抵抗比は１：（ｎ−１）であり、抵抗Ｒna′，Ｒnaの抵抗比は１：４０００程度である。抵抗Ｒnb，Ｒna′の共通接続点をＪrn′，抵抗Ｒna′，Ｒnaの共通接続点をＪrnとする。
【００４４】
そして、単位セルＣi について、端子Ｊriの電位が端子Ｊrnの電位よりも高い時にハイレベルの信号を出力するコンパレータをＣＰi Ｈ，逆に、端子Ｊrnの電位が端子Ｊriの電位よりも高い時にハイレベルの信号を出力するコンパレータをＣＰi Ｌとする。各コンパレータの出力信号は論理回路部ＬＣに入力され、論理回路部ＬＣは、与えられた信号を論理合成することで出力信号ＢＳi のレベルを決定する。論理回路部ＬＣからの出力信号ＢＳi がハイレベルの場合に放電回路のスイッチＳＷi がＯＮとなり、単位セルＣi の放電が行われる。
【００４５】
端子Ｊc0を基準とする端子Ｊci，Ｊci-1の電位をＥci，Ｅci-1，端子Ｊri，Ｊri-1の電位をＥri，Ｅri-1，端子Ｊrnの電位をＥrnとする。更に、単位セルＣの平均電圧をＶm ，単位セルＣi の端子電圧をＶi とすると、各値には（１２）〜（１５）式の関係がある。
Ｖi ＝Ｅci−Ｅci-1 …（１２）
Ｅci ＝ｉ×Ｅri …（１３）
Ｅci-1＝（ｉ−１）×Ｅri-1 …（１４）
Ｖm ＝Ｅrn …（１５）
【００４６】
即ち、
であるから、
▲１▼Ｖi ＞Ｖm と判定するための条件、即ち、単位セルＣi に対応する放電回路のスイッチＳＷi をオン状態にする条件は、
となる。また、
▲２▼Ｖi ＜Ｖm と判定するための条件は、
であり、
▲３▼Ｖi ＝Ｖm と判定するための条件は、
（Ｅri＝Ｅrn）・（Ｅrn＝Ｅri-1） …（１９）
である。
【００４７】
そして、上記（１７）の条件を満たすコンパレータＣＰの出力条件は、図３に示すように、
となる。
【００４８】
例えば、（１７），（１８）式において、ＣＰi-1 Ｈが“Ｈ”である、ということは条件（Ｅri＞Ｅrn）そのものであり、コンパレータＣＰi Ｈが“Ｌ”である、ということは、条件（Ｅri＞Ｅrn）の否定であるから条件（Ｅri≦Ｅrn）を意味している。尚、コンパレータＣＰi Ｈ及びＣＰi Ｌが共に“Ｌ”である、ということは、条件（Ｅci＝Ｅri）を意味する。この場合、分圧抵抗Ｒna′の一端側の端子Ｊrn′の電位をＥrn′とすると、
Ｖm −（Ｅrn′−Ｅrn）≦Ｖi ≦Ｖm ＋（Ｅrn′−Ｅrn） …（２１）
となっている。従って、全ての単位セルＣの端子電圧がこの電圧範囲内になると、各端子電圧のばらつきの調整、即ち均等化が終了する。
【００４９】
この時の均等化電圧の誤差範囲は、±（Ｅrn′−Ｅrn）であり、
Ｒna：Ｒna′＝４０００：１，Ｖm ＝４．０００Ｖであれば、
±（Ｅrn′−Ｅrn）＝±１（ｍＶ）
となる。
【００５０】
以上のように、ｎが例えば数１０個（ＨＥＶなどであれば、例えば８０個）であるような多直列構成の組電池であっても、第１番目，第ｎ番目の単位セルＣ1 ，Ｃn については、コンパレータＣＰ1 Ｌ，ＣＰn-1 Ｈの出力レベルが夫々“Ｈ”の時に対応する放電回路のスイッチＳＷ1 ，ＳＷn をオン状態にするように、また、それらの中間にある負側から第ｉ番目の単位セルＣi については、コンパレータＣＰの出力条件が（１７）式のように成立した時に、対応する放電回路のスイッチＳＷi をオン状態にするように論理回路部ＬＣを構成すれば良い。
【００５１】
ここで、単位セルＣi については、コンパレータＣＰi Ｈ，ＣＰi Ｌが第１電位比較手段に対応しており、コンパレータＣＰi-1 Ｈ，ＣＰi-1 Ｌが第２電位比較手段に対応している。そして、図１の具体回路における例えば単位セル１（３）については、コンパレータ１４Ｈ，１４Ｌが第１電位比較手段に対応し、コンパレータ１３Ｈ，１３Ｌが第２電位比較手段に対応する。
【００５２】
次に、コンパレータＣＰi Ｈ，ＣＰi Ｌ，ＣＰi-1 Ｈ，ＣＰi-1 Ｌの出力信号に基づく論理回路部ＬＣの動作について図４及び図５をも参照して説明する。Ｖi ＞Ｖm と判定される場合、論理回路部ＬＣの出力端子ＢＳi は“Ｈ”となり（図４▲１▼）、スイッチＳＷi がＯＮすることで単位セルＣi は放電され、端子電圧は低下する。それ以外の場合、出力端子ＢＳi は“Ｌ”となり（図４▲２▼）、スイッチＳＷi はＯＦＦのままである。
【００５３】
図５は、単位セルＣi の端子電圧Ｖi が平均電圧Ｖm よりも高い状態から端子電圧Ｖi を均等化する場合における、端子電圧Ｖi ，放電電流Ｉi の変化を示す。均等化の開始前（ｔ≦０）は、Ｖi ＞Ｖm であり、０＜ｔ≦Ｔ１では、単位セルＣi に対応する論理回路ＬＣの出力端子ＢＳi が“Ｈ”となる。すると、スイッチＳＷi がＯＮして単位セルＣi から抵抗Ｒi に電流Ｉi が流れ、端子電圧Ｖi は低下し、平均電圧Ｖm との差は縮小して行く。
【００５４】
そして、Ｔ１＜ｔでは、端子電圧Ｖi は平均電圧Ｖm を中心とする均等化電圧の誤差範囲内に入るため、論理回路ＬＣの出力端子ＢＳi は“Ｌ”となる。すると、スイッチＳＷi がＯＦＦして単位セルＣi の放電は停止し、端子電圧Ｖi は平均電圧Ｖm にほぼ等しくなる。
【００５５】
また、図６は、４直列の組電池２について電圧調整を行う場合をシミュレーションした結果である。初期状態における単位セル１（１）〜１（４）の端子電圧は、３．９９０（Ｖ），４．０００（Ｖ），４．０１０（Ｖ），４．０２０（Ｖ）であり、平均電圧Ｖm は４．００５（Ｖ）となる。
【００５６】
時間０（ｈｒ）より電圧調整動作を開始すると、単位セル１（３），１（４）の端子電圧が平均電圧Ｖm よりも高いが、論理回路２６では、先ず、コンパレータ１４Ｈ：“Ｈ”が成立するので、単位セル１（４）が放電を開始し、端子電圧が低下して行く。この時、コンパレータ１４Ｌは必ず“Ｌ”であるから、単位セル１（３）の放電条件は成立せず放電は行われない（期間Ａ）。
【００５７】
続く期間Ｂにおいては、単位セル１（４）の端子電圧が平均電圧Ｖm にほぼ等しくなる。すると、単位セル１（３）の放電条件が成立してその端子電圧が低下して行く。この時、単位セル１（２）の端子電圧も平均電圧Ｖm より高いが、単位セル１（２）の放電条件は単位セル１（２）の放電条件と同時に成立しないので、放電は行われない。
【００５８】
また、期間Ｂでは、見掛け上単位セル１（４）も同時に放電されているが、これは、単位セル１（３）が放電することにより平均電圧Ｖm も若干低下し、単位セル１（４）の端子電圧と差が生じると単位セル１（３）の放電条件が成立するからである。従って、実際には、期間Ｂにおいて、単位セル１（３），１（４）の放電が交互に行われている。
【００５９】
期間Ｃにおいては、単位セル１（３）の端子電圧も平均電圧Ｖm にほぼ等しくなる。すると、単位セル１（２）の放電条件が成立してその端子電圧が低下して行く。この場合、期間Ｂと同様に、単位セル１（２）が放電することにより平均電圧Ｖm が若干低下すると、単位セル１（３），１（４）の端子電圧と差が生じるため、単位セル１（２），１（３），１（４）の放電が何れか１つずつ順に行われている。
【００６０】
そして、調整開始後約２３時間が経過した期間Ｄでは、単位セル１（１）〜１（４）の端子電圧が平均電圧Ｖm に対して全て±１ｍＶ以内に収まるため、電圧調整動作は終了する。
【００６１】
以上のように本実施例によれば、４個の単位セル１（１）〜１（４）を直列接続してなる組電池２の端子電圧を分圧回路５により単位セル１の個数に応じた比によって分圧すると共に、分圧回路８，１１により複数の単位セル１間における端子Ｊr2，Ｊr3と組電池２の負側端子Ｊc0との間の電圧を、端子Ｊr2，Ｊr3までの単位セル１の個数に応じた比によって分圧した。そして、論理回路部２６は、コンパレータ１２Ｈ乃至１４Ｌの出力信号に基づいて、単位セル１（１）〜１（４）の内端子電圧が平均電圧Ｖm よりも高いものを自動的に放電させて、最終的に全ての単位セル１（１）〜１（４）の端子電圧を略等しくしてばらつきを解消するようにした。
【００６２】
そして、例えば、単位セル１（３）については、論理回路部２６は、分圧回路１１の分圧点Ｊr3の電位をＥr3，分圧回路８による分圧点Ｊr2の電位をＥr2，分圧回路５による分圧点Ｊr4a の電位をＶm とすると、コンパレータ１３Ｈ乃至１４Ｌの比較結果が、Ｅr3≧Ｖm 且つＥr2＜Ｖm またはＥr3＞Ｖm 且つＥr2≦Ｖm である場合に、単位セルの端子電圧が平均電圧よりも高いと判断し、比較結果がＥr3≦Ｖm 且つＥr3＞Ｖm またはＥr3＜Ｖm 且つＥr2≧Ｖm である場合に、単位セル１（３）の端子電圧Ｖc3が平均電圧Ｖm よりも低いと判断するようにした。
【００６３】
従って、単位セル１の端子電圧と分圧回路５より得られる平均電圧Ｖm との高低を確実に判断して、各単位セル間の端子電圧、即ち、残存容量のばらつきを解消することができるので、過充電や過放電を防止すると共に組電池２の使用効率を向上させることができる。特に、高出力を得るために８０個程度の単位セル１を直列接続して駆動用バッテリを構成するＨＥＶに適用することで、駆動用バッテリの使用効率を十分向上させることができる。
【００６４】
また、本実施例によれば、電圧調整装置を、ＣＰＵやＡ／Ｄコンバータなどを用いることなく、コンパレータや論理ゲートなどを用いて低価格で構成することができる。更に、コンパレータ１２Ｈ〜１４Ｌは、分圧回路５，８及び１１によって分圧された電位を比較するので、低耐圧で安価な小形の部品によって構成することが可能である。また、多直列構成となるＨＥＶの駆動用バッテリに適用することで、コストメリットをより大きく得ることができる。
【００６５】
加えて、本実施例によれば、高いエネルギ密度を有するが、より厳密な過充電，過放電対策が必要とされるリチウム電池を単位セル１とする組電池２に適用することによって、充放電を安全に制御した上でリチウム電池の性能を十分に引出して活用することができる。
【００６６】
ところで、従来の電圧調整装置はＣＰＵを使用する構成であり、そのＣＰＵに対して安定したレベルの動作用電源を供給する必要があった。そのため、従来は、その動作用電源を駆動用電源のバッテリとは別個に設けられている制御用電源（１２Ｖバッテリ，所謂ガソリン自動車のバッテリに相当する）から供給するようにしていた。
【００６７】
これに対して、本実施例によれば、コンパレータ１２Ｈ〜１４Ｌ及び論理回路部２６の動作用電源を駆動用電源たる組電池２から得るようにした。即ち、論理回路部２６は、従来とは異なり、ＣＰＵなどを用いることなしに論理ゲートの組合わせで構成することができるので、その消費電力は、従来に比して極めて僅かとなっている。そして、組電池２は４直列構成であるから、その端子電圧は３．６×４＝１４．４（Ｖ）程度であり、３．３〜５Ｖ程度の動作用電源の作成にも適している。加えて、これらの回路はＣＰＵとは異なり、電源電圧が多少低下しても動作が可能であることから、これらの動作用電源を組電池２から得ることができるようになっている。従って、前記動作用電源に対しては相対的に容量が小さい制御用電源の電力消費を抑制することができる。
【００６８】
（第２実施例）
図７乃至図１１は本発明の第２実施例を示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。第２実施例では、論理回路部２６に代わって論理回路部（電圧制御手段）３０が配置されている。
【００６９】
論理回路部３０の内部は、８つの論理ブロック３１Ｈ，３１Ｌ，３２Ｈ，３２Ｌ，３３Ｈ，３３Ｌ，３４Ｈ，３４Ｌを中心として構成されている。但し、論理ブロック３１Ｈ，３１Ｌ及び３４Ｈ，３４Ｌは、夫々実質的にＡＮＤゲート１個のみからなっている。
【００７０】
そして、コンパレータ１２Ｈの出力端子は、ＡＮＤゲート３１Ｌ，３２Ｈａの入力端子に接続されており、また、ＩＮＶ（インバータ）ゲート３５を介してＡＮＤゲート３２Ｌａ，３２Ｌｂ，３３Ｈｃ，３３Ｌａ，３３Ｌｂ，３３Ｌｃ及び３４Ｌの入力端子に接続されている。コンパレータ１２Ｌの出力端子は、ＡＮＤゲート３１Ｈ，３２Ｌａの入力端子に接続されており、また、ＩＮＶゲート３６を介してＡＮＤゲート３２Ｈａ，３２Ｈｂ，３３Ｈａ，３３Ｈｂ，３３Ｈｃ，３３Ｌｃ及び３４Ｈの入力端子に接続されている。
【００７１】
コンパレータ１３Ｈの出力端子は、ＡＮＤゲート３２Ｌｂ，３３Ｈａ及び３３Ｈｂの入力端子に接続されており、また、ＩＮＶゲート３７を介してＡＮＤゲート３２Ｈａ，３３Ｌａ，３３Ｌｂ及び３３Ｌｃの入力端子に接続されている。コンパレータ１３Ｌの出力端子は、ＡＮＤゲート３２Ｈｂ，３３Ｌａ，３３Ｌｂの入力端子に接続されており、また、ＩＮＶゲート３８を介してＡＮＤゲート３２Ｌａ，３３Ｈａ，３３Ｈｂ及び３３Ｈｃの入力端子に接続されている。
【００７２】
コンパレータ１４Ｈの出力端子は、ＡＮＤゲート３３Ｌｂ，３３Ｌｃ及び３４Ｈの入力端子に接続されており、また、ＩＮＶゲート３９を介してＡＮＤゲート３２Ｈａ，３２Ｈｂ，３３Ｈａ，３３Ｈｂ及び３３Ｈｃの入力端子に接続されている。コンパレータ１４Ｌの出力端子は、ＡＮＤゲート３３Ｈｂ，３３Ｈｃ及び３４Ｌの入力端子に接続されており、また、ＩＮＶゲート４０を介してＡＮＤゲート３２Ｌａ，３２Ｌｂ，３３Ｌａ，３３Ｌｂ及び３３Ｌｃの入力端子に接続されている。
【００７３】
クロック回路４１によって出力されるクロック信号は、ＡＮＤゲート３１Ｈ，３２Ｈａ〜３２Ｈｃ，３３Ｈａ〜３３Ｈｃ及び３４Ｈの入力端子に与えられていると共に、ＩＮＶゲート４２を介して３１Ｌ，３２Ｌａ，３２Ｌｂ，３３Ｌａ〜３３Ｌｃ及び３４Ｌの入力端子に与えられている。クロック信号の周波数は、例えば数ｋＨｚ程度である。
【００７４】
尚、クロック信号は、後述するように、そのレベルが“Ｈ”の場合に端子電圧Ｖが平均電圧Ｖm よりも高いものを検出して、そのレベルが“Ｌ”の場合に端子電圧Ｖが平均電圧Ｖm よりも低いものを検出するように切替えを行うために用いられる。
【００７５】
論理ブロック３２ＬのＡＮＤゲート３２Ｌａ，３２Ｌｂの出力端子は、ＯＲゲート３２Ｌｃの入力端子に夫々接続されており、論理ブロック３２ＨのＡＮＤゲート３２Ｈａ，３２Ｈｂの出力端子は、ＯＲゲート３２Ｈｃの入力端子に夫々接続されている。また、論理ブロック３３ＬのＡＮＤゲート３３Ｌａ〜３３Ｌｃの出力端子は、ＯＲゲート３３Ｌｄの入力端子に夫々接続されており、論理ブロック３３ＨのＡＮＤゲート３３Ｈａ〜３３Ｈｃの出力端子は、ＯＲゲート３３Ｈｄの入力端子に夫々接続されている。
【００７６】
論理回路部３０の出力段には、４つのＯＲゲート４３（１），４３（２），４３（３），４３（４）が配置されている。そして、ＡＮＤゲート３１Ｈ，３１Ｌの出力端子は、ＯＲゲート４３（１）の入力端子に夫々接続されている。また、論理ブロック３２Ｈ，３２ＬのＯＲゲート３２Ｈｃ，３２Ｌｃの出力端子は、ＯＲゲート４３（２）の入力端子に夫々接続されており、論理ブロック３３Ｈ，３３ＬのＯＲゲート３３Ｈｄ，３３Ｌｄの出力端子は、ＯＲゲート４３（３）の入力端子に夫々接続されている。そして、ＡＮＤゲート３４Ｈ，３４Ｌの出力端子は、ＯＲゲート４３（４）の入力端子に夫々接続されている。以上が論理回路部３０を構成している。また、論理回路部３０の動作用電源は、第１実施例と同様に組電池２から作成されて供給されるようになっている。
【００７７】
各単位セル１（１）〜１（４）夫々の両端子には、常開型のスイッチ４４Ｐ（１）及び４４Ｎ（１）〜４４Ｐ（４）及び４４Ｎ（４）（単位セル選択手段）を介して接続切替えを行うことにより、コンデンサ（蓄電手段）４５が並列に接続可能となっている。即ち、単位セル１（１）〜１（４）の正側端子に対応するＪc1〜Ｊc4とコンデンサ４５の正側端子４５Ｐとの間には、スイッチ４４Ｐ（１）〜４４Ｐ（４）が夫々介挿されており、単位セル１（１）〜１（４）の負側端子に対応するＪc0〜Ｊc3とコンデンサ４５の負側端子４５Ｎとの間には、スイッチ４４Ｎ（１）〜４４Ｎ（４）が夫々介挿されている。尚、コンデンサ４５の容量は、例えば０．０１Ｆ程度である。
【００７８】
論理回路部３０のＯＲゲート４３（１）〜４３（４）の出力端子は、スイッチ４４Ｐ（１）及び４４Ｎ（１）〜４４Ｐ（４）及び４４Ｎ（４）の制御端子に夫々接続されている。各スイッチ４４は、第１実施例におけるスイッチ２９と同様に例えばトランジスタやＦＥＴなどで構成されており、制御端子にハイレベルの制御信号が与えられると接点を閉じる（導通する）ようになっている。
【００７９】
次に、第２実施例の作用について図８乃至図１１をも参照して説明する。ＨＥＶが走行する場合には、その走行状態に応じて組電池から供給される電源によって走行用モータが駆動されたり、制動時に回生電力が発生した場合やガソリンエンジンが動作している場合には、組電池２に対して充電が行われる。
【００８０】
ここで、以上の構成を一般化した図９に示す回路で説明する。第２実施例では、例えば、単位セルＣi ６の端子電圧Ｖi が平均電圧Ｖm よりも高いと判定されると、ＳＷi Ｐ及びＳＷi Ｎを介してコンデンサＣreg を並列に接続して（第１の接続状態）放電させる。また、端子電圧Ｖi が平均電圧Ｖm よりも低いと判定されると、ＳＷi Ｐ及びＳＷi Ｎを介してコンデンサＣreg を並列に接続して（第２の接続状態）放電させるように切替えを行う。
【００８１】
以下、単位セルＣj の端子電圧Ｖj が平均電圧Ｖm よりも高く、単位セルＣk の端子電圧Ｖk が平均電圧Ｖm よりも低いという初期条件において、コンデンサＣreg により電荷を移動させて端子電圧Ｖj ，Ｖk のばらつきを調整する動作について図１０を参照して説明する。尚、コンデンサＣreg は、その端子電圧ＶC が平均電圧Ｖm に等しくなるように予め充電されているものとする。
【００８２】
図１０に示すように、ｔ≦０において初期条件Ｖj ＞Ｖm ＞Ｖk であり、０＜ｔで論理回路部ＬＣの動作が開始する。先ず、０＜ｔ≦Ｔ／２（Ｔはクロック信号周期）ではクロック信号が“Ｈ”であり、単位セルＣj に対応する論理回路部出力ＢＳj が“Ｈ”となってＳＷj Ｐ及びＳＷj ＮがＯＮとなり、単位セルＣj にコンデンサＣreg が並列に接続される。すると、単位セルＣj からコンデンサＣreg に充電電流Ｉj が流れて電荷が移動し、電圧Ｖj が下降して電圧ＶC が上昇する。
【００８３】
次に、Ｔ／２＜ｔ≦Ｔではクロック信号が“Ｌ”であり、単位セルＣk に対応する論理回路部出力ＢＳk が“Ｈ”となってＳＷk Ｐ及びＳＷk ＮがＯＮとなり、単位セルＣj にコンデンサＣreg が並列に接続される。すると、コンデンサＣreg から単位セルＣk に充電電流Ｉk が流れて電荷が移動し、電圧Ｖk が上昇して電圧ＶC が下降する。
【００８４】
以降、上記動作をクロック信号レベルの変化に応じて交互に繰り返すことで電圧Ｖj ，Ｖk の電位差は次第に小さくなって行く。そして、８Ｔ＜ｔでは、電圧Ｖj ，Ｖk は平均電圧Ｖm にほぼ等しいと判断されるので、クロック信号レベルにかかわらず論理回路部出力ＢＳj ，ＢＳk は何れも“Ｌ”となり、単位セルＣj ，Ｃk とコンデンサＣreg との間の充放電は行われなくなる。
【００８５】
以上に基づいて、図７に示す６つのコンパレータ１２Ｈ，１２Ｌ，１３Ｈ，１３Ｌ，１４Ｈ，１４Ｌの出力レベルを論理合成することにより、４つのスイッチ４４（１）〜４４（４）を夫々ＯＮ状態“１”とする条件は、図８に示す真理値表のようになる。但し、“Ｘ”は任意のレベルを示す。
【００８６】
また、この真理値表は、クロックが“Ｈ”の場合は基本的に第１実施例の図２に示すものと同様であるが、４つの単位セル１（１）〜１（４）の内で同時に２つ以上の単位セル１が平均電圧Ｖm を上回るか若しくは下回るかした場合に、常に１つの単位セル１のみを選択してコンデンサ４５に接続するように優先順位を設定する論理も組み込まれている。その優先順位は、ここでは１（１）→１（４）→１（２）→１（３）に設定されている。
【００８７】
優先順位の設定は、図２に示す基本条件に、１つの単位セル１について放電条件が成立している場合に、他の単位セル１についての放電条件が同時に成立しないように、コンパレータの出力レベルを任意“Ｘ”ではなく“Ｈ”または“Ｌ”に限定する条件を付加するか否かによって行う。
【００８８】
即ち、図８においては、クロック信号レベルが“Ｈ”の場合にスイッチ４４（１）がＯＮになる条件は、コンパレータ１２Ｌのレベルが“Ｈ”であるだけで、他のコンパレータのレベルは全て“Ｘ”であるから優先順位が最も高く設定されている。スイッチ４４（４）がＯＮになる条件は、コンパレータ１４Ｈのレベルが“Ｈ”であると共に、コンパレータ１２Ｌのレベルが“Ｌ”であることが要求されるので、単位セル１（１）に次ぐ優先順位が設定されている。
【００８９】
スイッチ４４（２）がＯＮになる条件は、コンパレータ１３Ｈ，１２Ｈのレベルが“Ｌ”，“Ｈ”である条件と共にコンパレータ１４Ｈ，１２Ｌのレベルが“Ｌ”であることが要求され、また、コンパレータ１３Ｌ，１２Ｌのレベルが“Ｈ”，“Ｌ”である条件と共にコンパレータ１４Ｈのレベルが“Ｌ”であることが要求されており、単位セル１（４）に次ぐ優先順位が設定されている。
【００９０】
スイッチ４４（３）がＯＮになる条件は、コンパレータ１４Ｈ，１３Ｈのレベルが“Ｌ”，“Ｈ”である条件と共にコンパレータ１３Ｌ，１２Ｌのレベルが何れも“Ｌ”であることが要求され、また、コンパレータ１４Ｌ，１３Ｌのレベルが“Ｈ”，“Ｌ”である条件と共にコンパレータ１４Ｈ，１３Ｈ，１２Ｌのレベルが“Ｌ”，“Ｈ”，“Ｌ”であること，またはコンパレータ１４Ｈ，１２Ｈ，１２Ｌのレベルが何れも“Ｌ”であることが要求されており、単位セル１（２）に次ぐ優先順位が設定されている。尚、この場合、最後の２つのコンパレータ１３Ｈ，１２Ｈについて付加されている条件は、スイッチ４４（２）のＯＮ条件の否定である。
【００９１】
また、図２下段のクロック信号レベルが“Ｌ”である場合の条件は、コンパレータ１２Ｈ・１２Ｌ，１３Ｈ・１３Ｌ，１４Ｈ・１４Ｌのレベルの組み合わせで見ると、上段の組み合わせを以下のように入れ替えることによって論理合成されている。
“Ｈ”・“Ｌ”→“Ｌ”・“Ｈ”
“Ｈ”・“Ｘ”→“Ｘ”・“Ｈ”
“Ｌ”・“Ｘ”→“Ｘ”・“Ｌ”
【００９２】
即ち、ＨＥＶが走行することにより、組電池を構成している何れかの組電池２において、各単位セル１の間に端子電圧のばらつきが発生すると、コンパレータ１２Ｈ〜１４Ｌにより各端子電圧Ｖがその時の組電池２の平均電圧Ｖm と比較され、その比較結果が論理回路部３０において論理合成されることでコンデンサ４５が第１，第２の接続状態に交互に切り替わり、各単位セル間で電荷の移動が行われて、夫々の端子電圧Ｖが平均電圧Ｖm に近付くようにばらつきが調整されることになる。
【００９３】
ここで、図１１は、図７に示すように４直列の単位セルについて端子電圧のばらつき調整を行った場合のシミュレーション結果を示すものである。初期条件として、単位セル１（１）〜１（４）の端子電圧を、夫々以下のように設定した。
単位セル１（１）：４．０２０Ｖ
単位セル１（２）：４．０１０Ｖ
単位セル１（３）：４．０００Ｖ
単位セル１（４）：３．９９０Ｖ
従って、この時点での平均電圧Ｖm は、４．００５Ｖである。
【００９４】
先ず、設定された優先順位に従って、単位セル１（１），１（４）の間で調整が行われ、端子電圧Ｖ1 が低下して行き端子電圧Ｖ4 が上昇して行く。そして、７時間半程度経過した時点において端子電圧Ｖ1 がＶm に達すると、端子電圧Ｖ1 の下降は停止し、次に単位セル１（２），１（４）の間で調整が行われる。すると、端子電圧Ｖ2 が下降を開始する。
【００９５】
そして、９時間程度経過した時点において、端子電圧Ｖ4 が時点Ａにおける平均電圧Ｖm （約４．００３Ｖ）に達すると端子電圧Ｖ4 の上昇は停止し、次に単位セル１（２），１（３）の間で調整が行われる。そして、１５時間程度経過した時点において、単位セル１（１）〜１（４）の各端子電圧Ｖ1 〜Ｖ4 のばらつきは、±１ｍＶ以内に収束している。
【００９６】
以上のように第２実施例によれば、論理回路部３０は、コンパレータ１２Ｈ〜１４Ｌによる比較結果に基づいて、端子電圧Ｖが平均電圧Ｖm よりも高いと判断される単位セル１１をスイッチ４４Ｐ（１）及び４４Ｎ（１）〜４４Ｐ（４）及び４４Ｎ（４）によってコンデンサ４５に並列に接続する第１の接続状態と、端子電圧Ｖが平均電圧Ｖm よりも低いと判断される単位セル１をコンデンサ４５に並列に接続する第２の接続状態とを交互に切り替えるように制御する。
【００９７】
従って、端子電圧Ｖが平均電圧Ｖm よりも高い単位セル１の電荷を、コンデンサ４５を介して平均電圧Ｖm よりも低い単位セル１に移動させ、各端子電圧Ｖのばらつきを調整して組電池２の使用効率を向上させることができる。特に、高い電圧を得るために多数の単位セル１を直列接続する必要のあるＨＥＶに適用することで、駆動用バッテリの使用効率を十分向上させることができる。また、第１実施例のように、端子電圧が平均電圧Ｖm よりも高い単位セル１を抵抗を介して放電させることがないので、組電池２の有効使用時間を長期化することも可能である。
【００９８】
本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
単位セルは、リチウム電池に限らず、鉛電池やニッケル系電池であっても同様に適用が可能である。
必ずしも組電池を構成する全ての単位セルについて電圧調整を行う必要はなく、その内の特定の１個のみについて、或いは特定の複数個について電圧調整を行っても良い。
第２実施例において、複数の蓄電手段を設けて、それら複数の蓄電手段を、ばらつきが生じた単位セルに対して別個に接続するようにしても良い。
優先順位は、適宜変更して良い。
電気自動車やＨＥＶに限ることなく、その他、ノート型パーソナルコンピュータや携帯用ＶＴＲ等の小形民生機器や電力貯蔵用の二次電池設備などのように、複数の単位セルを直列に接続して構成されるバッテリを使用するものであれば適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をハイブリッド電気自動車の駆動用バッテリに適用した場合の第１実施例を示す電気的構成図
【図２】論理回路部の真理値を示す図
【図３】本発明をｎ直列構成の組電池に適用した場合の図１相当図
【図４】図２相当図
【図５】電圧調整動作時における単位セルの電圧，電流波形を示す図
【図６】４直列構成の組電池についてのシミュレーション結果を示す図
【図７】本発明の第２実施例を示す図１相当図
【図８】図２相当図
【図９】図３相当図
【図１０】図５相当図
【図１１】図６相当図
【符号の説明】
１は単位セル（リチウム電池）、２は組電池、５は分圧回路（第１分圧手段）、８，１１は分圧回路（第２分圧手段）、１２Ｈ，１２Ｌ，１３Ｈ，１３Ｌ，１４Ｈ及び１４Ｌはコンパレータ（電位比較手段）、２７は放電回路（放電制御手段）、２６は論理回路部（電圧制御手段）、Ｊr2，Ｊr3，Ｊr4a ，Ｊr4b は分圧点、３０は論理回路部（電圧制御手段）、４４Ｐ及び４４Ｎはスイッチ（単位セル選択手段）、４５はコンデンサ（蓄電手段）を示す。
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数個の単位セルを直列に接続してなる組電池について、各単位セル間の端子電圧のばらつきを調整する組電池の電圧調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車や、或いは、電気自動車とガソリンエンジンとのメカニズムを組み合わせたハイブリッド電気自動車（以下、ＨＥＶと称す）のモータを駆動するためのバッテリとして、二次電池の単位セルを複数個直列に接続してなる組電池を用いるものが知られている。このような組電池では、各単位セル間において容量，内部抵抗，自己放電特性などにばらつきを生じることが避けられず、その結果、各単位セル間の端子電圧もばらつくことになる。
【０００３】
また、斯様な組電池を使用する場合には、過充電状態や過放電状態に至ることを防止するため、各単位セルの端子電圧を一定の使用範囲内に維持するように制御する必要がある。従って、各単位セルの端子電圧にばらつきがあると、組電池全体としての使用電圧範囲が狭められてしまい、電池本来の性能を十分に発揮することができなくなるという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題を解決するものとして、例えば、特開平６−２５３４６３号公報には、各単位セルに抵抗及びスイッチからなる放電回路（バイパス回路）を並列に接続し、単位セルの電圧にばらつきが生じると、電圧が高くなっている単位セルに対応する放電回路のスイッチを閉じて放電させたり、或いは、充電時における充電電流を分流させる所謂バランス充放電によって単位セル間の電圧差を縮小するという技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、斯様な従来技術では、組電池を構成する各単位セルの端子電圧を、ＣＰＵを内蔵してなる制御回路などによって全て検出するようにしている。例えば、電気自動車やＨＥＶに使用される駆動用バッテリを想定すると、そのバッテリ電圧は３００Ｖ程度が必要とされる。例えば、平均電圧が３．６Ｖ程度のリチウム電池を用いた場合には、８０個程度のセルを直列接続することでバッテリ電圧は２８８Ｖになる。
【０００６】
そして、上記従来技術をＨＥＶ等の駆動用バッテリに適用する場合には、８０個の電圧検出回路が必要であり、また、それらからの電圧検出信号をＣＰＵが読み込むために、Ａ／Ｄコンバータや複数のマルチプレクサなどが必要となる。従って、実際に装置全体を構成するためのコストがかなり高価となってしまう。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、組電池を構成する各単位セルの端子電圧のばらつきを、極力低コストの構成によって調整することができる組電池の電圧調整装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の組電池の電圧調整装置によれば、第１分圧手段は、組電池の端子電圧を単位セルの個数に応じた比によって分圧し、第２分圧手段は、複数の単位セル間における連結点と組電池の負側端子との間の電圧を、前記連結点までの単位セルの個数に応じた比によって分圧する。そして、電位比較手段は、第１及び第２分圧手段による各分圧点の電位を比較し、電圧制御手段は、その比較結果に基づいて前記連結点に対応する単位セルを充電または放電させるように制御する。
【０００９】
即ち、第１分圧手段による分圧点の電位は、組電池を構成している複数の単位セルの各端子電圧を平均したものに等しく、第２分圧手段による分圧点の電位からは、何れかの単位セルの端子電圧を求めることができる。そして、何れかの連結点に対応する単位セルの端子電圧が平均電圧に等しくなるように調整して端子電圧のばらつき、即ち、残存容量のばらつきを調整することができ、過放電や過充電を防ぎながら組電池の使用効率を向上させることができる。
【００１０】
また、電位比較手段や電圧制御手段は、従来とは異なり、ＣＰＵやＡ／Ｄコンバータなどを用いることなく低価格で構成することができる。更に、電位比較手段は、第１及び第２分圧手段によって分圧された電位を比較するので、低耐圧で安価な小形の部品によって構成することが可能である。
【００１１】
請求項２記載の組電池の電圧制御装置によれば、電圧制御手段は、電位比較手段による比較結果に基づき、前記連結点に対応する単位セルの端子電圧が平均電圧よりも高いと判断すると当該単位セルを放電させるので、単位セルの電位が平均電圧にほぼ等しくなるように調整することができる。
【００１２】
請求項３記載の組電池の電圧制御装置によれば、電圧制御手段は、端子電圧が平均電圧よりも高いと判断される単位セルを蓄電手段に並列に接続する第１の接続状態と、端子電圧が平均電圧よりも低いと判断される単位セルを蓄電手段に並列に接続する第２の接続状態とを交互に切り替えるように制御する。即ち、第１，第２の接続状態を交互に切替えることより、端子電圧が平均電圧よりも高い単位セルの電荷を、蓄電手段を介して端子電圧が平均電圧よりも低い単位セルに移動させることで、各単位セル間の端子電圧のばらつきを調整して組電池の使用効率を向上させることができる。
【００１３】
請求項４記載の組電池の電圧制御装置によれば、第１分圧手段を、組電池の端子間電圧を（ｎ−１）：１（ｎは単位セルの個数）で分圧する分圧抵抗によって構成するので、組電池を構成する単位セルの個数に応じて、各端子電圧の平均値を容易に得ることができる。
【００１４】
請求項５記載の組電池の電圧制御装置によれば、第２分圧手段を、複数の単位セル間における何れかの連結点と組電池の負側端子との間の電圧を（ｍ−１）：１（ｍは、前記連結点までの単位セルの個数）で分圧する分圧抵抗によって構成するので、夫々の連結点までに接続されている単位セルの個数に応じて、分圧比を容易に設定することができる。
【００１５】
請求項６記載の組電池の電圧制御装置によれば、第２分圧手段を、複数の連結点に対応して複数設けるので、複数の単位セルについて端子電圧のばらつきを調整することができる。
【００１６】
請求項７または８記載の組電池の電圧制御装置によれば、第１電位比較手段は、複数の内任意の単位セルについて、当該単位セルの正極側の連結点に対応して設けられている第２分圧手段による分圧点の電位と第１分圧手段による分圧点の電位とを比較し、第２電位比較手段は、単位セルの負極側の連結点に対応して設けられている第２分圧手段による分圧点の電位と第１分圧手段による分圧点の電位とを比較する。そして、電圧制御手段は、第１及び第２電位比較手段による比較結果に基づいて単位セルの端子電圧が平均電圧よりも高いか否かを判断する（請求項７）。
【００１７】
具体的には、電圧制御手段は、単位セルの正極側に対応する第２分圧手段による分圧点の電位をＥrp，単位セルの負極側に対応する第２分圧手段による分圧点の電位をＥrn，第１分圧手段による分圧点の電位をＥm とすると、第１及び第２電位比較手段の比較結果が、
Ｅrp≧Ｅm 且つＥrn＜Ｅm ，または、Ｅrp＞Ｅm 且つＥrn≦Ｅm
である場合に、単位セルの端子電圧が平均電圧よりも高いと判断し、
前記電位比較手段の比較結果が、
Ｅrp≦Ｅm 且つＥrn＞Ｅm ，または、Ｅrp＜Ｅm 且つＥrn≧Ｅm
である場合に、単位セルの端子電圧が平均電圧よりも低いと判断する（請求項８）。従って、単位セルの端子電圧と平均電圧との高低を確実に判断することができる。
【００１８】
請求項９記載の組電池の電圧制御装置によれば、電位比較手段及び電圧制御手段は、組電池から動作用電源を得るように構成される。即ち、電位比較手段及び電圧制御手段は、消費電力の大なる電気的構成要素を用いずとも構成することが可能であるから、組電池から動作用電源を得ることが可能となる。
【００１９】
請求項１０記載の組電池の電圧制御装置によれば、高いエネルギ密度を有するが、より厳密な過充電，過放電対策が必要とされるリチウム電池を単位セルとする組電池に適用することによって、充放電を安全に制御した上でリチウム電池の性能を十分に引出して活用することができる。
【００２０】
請求項１１記載の組電池の電圧制御装置によれば、多数の単位セルが直列接続された組電池を駆動用バッテリとする電気自動車またはハイブリッド電気自動車に適用することで、駆動用バッテリの使用効率を十分向上させることができる。
【発明の実施の形態】
（第１実施例）
以下、本発明を、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の駆動用バッテリを構成する組電池に適用した場合の第１実施例について図１乃至図６を参照して説明する。電気的構成を示す図１において、リチウム二次電池で構成される４個の単位セル１（１），１（２），１（３），１（４）は、直列に接続されて組電池２を構成している。
【００２１】
組電池２には、抵抗３，３ａ，４を直列に接続してなる分圧回路（第１分圧手段）５が並列に接続されている。この内、抵抗３，３ａの抵抗比は、例えば４０００：１程度に設定されており、抵抗３，４の抵抗値は、１：３となるように設定されている。従って、抵抗３ａの抵抗値は抵抗３，４に比較して無視できる程小さく、実質的には、組電池２の端子電圧を抵抗３，４により１：３に分圧していることになる。
【００２２】
ここで、組電池２の負側端子をＪc0，正側端子をＪc4として、その間にある単位セル１（１）及び１（２）の連結点をＪc1，単位セル１（２）及び１（３）の連結点をＪc2，単位セル１（３）及び１（４）の連結点をＪc3，とする。以下で、上記各接続点は端子と称する。
【００２３】
端子Ｊc0とＪc2との間には、抵抗６及び７を直列に接続してなる分圧回路（第２分圧手段）８が接続されており、これらの抵抗６及び７の抵抗値の比は、１：１となるように設定されている。また、端子Ｊc0とＪc3との間には、抵抗９及び１０を直列に接続してなる分圧回路（第２分圧手段）１１が接続されており、これらの抵抗９及び１０の抵抗値の比は、１：２となるように設定されている。これらの分圧回路８，１１において、抵抗６及び７の共通接続点をＪr2，抵抗９及び１０の共通接続点をＪr3とする。また、分圧回路５において、抵抗３及び３ａの共通接続点をＪr4a ，抵抗３ａ及び４の共通接続点をＪr4b とする。
【００２４】
コンパレータ１２Ｈの反転入力端子及びコンパレータ１２Ｌの非反転入力端子は、端子Ｊc1に共通に接続されており、コンパレータ１３Ｈの反転入力端子及びコンパレータ１３Ｌの非反転入力端子は、端子Ｊr2に共通に接続されている。また、コンパレータ１４Ｈの反転入力端子及びコンパレータ１４Ｌの非反転入力端子は、端子Ｊr3に共通に接続されている。そして、コンパレータ１２Ｈ〜１４Ｈの非反転入力端子は、端子Ｊr4a に共通に接続されており、コンパレータ１２Ｌ〜１４Ｌの反転入力端子は、端子Ｊr4b に共通に接続されている。これら６つのコンパレータ１２Ｈ〜１４Ｌは、電位比較手段１５を構成している。
【００２５】
そして、コンパレータ１２Ｌの出力端子は、ＩＮＶ（インバータ）ゲート１６を介してＡＮＤゲート１７の一方の入力端子に接続されており、コンパレータ１２Ｈの出力端子は、ＡＮＤゲート１８の一方の入力端子に接続されている。また、コンパレータ１３Ｌの出力端子は、ＡＮＤゲート１７の他方の入力端子に接続されており、コンパレータ１３Ｈの出力端子は、ＩＮＶゲート１９を介してＡＮＤゲート１８の他方の入力端子に接続されている。ＡＮＤゲート１７，１８の出力端子は、ＯＲゲート２０の入力端子に夫々接続されている。
【００２６】
また、コンパレータ１３Ｌの出力端子は、ＩＮＶゲート２１を介してＡＮＤゲート２２の一方の入力端子に接続されており、コンパレータ１４Ｌの出力端子は、ＡＮＤゲート２２の他方の入力端子に接続されている。コンパレータ１４Ｈの出力端子は、ＩＮＶゲート２４を介してＡＮＤゲート２３の他方の入力端子に接続されている。そして、ＡＮＤゲート２２，２３の出力端子は、ＯＲゲート２５の入力端子に夫々接続されている。尚、以上のＮＯＴゲート１６，２１及び２４，ＡＮＤゲート１７，１８，２２及び２３並びにＯＲゲート２０及び２５は、論理回路部（電圧制御手段）２６を構成している。
【００２７】
放電回路２７は、放電用の抵抗２８及び常開型のスイッチ２９を直列接続してなるものである。そして、４つの放電回路２７（１）〜２７（４）は、各単位セル１（１）〜１（４）に対応するように直列接続されて、組電池２の両端に並列に接続されている。また、放電回路２７（１）及び２７（２）の共通接続点は端子Ｊc1に接続され、放電回路２７（２）及び２７（３）の共通接続点は端子Ｊc2に接続され、放電回路２７（３）及び２７（４）の共通接続点は端子Ｊc3に接続されている。
【００２８】
スイッチ２９（１）〜２９（４）は、例えばトランジスタやＦＥＴなどで構成されており、制御信号端子にハイレベルの制御信号が与えられると接点を閉じる（導通する）ようになっている。そして、スイッチ２９（１）及び２９（４）の制御信号端子は、コンパレータ１２Ｌ及び１４Ｈの出力端子に夫々接続されている。また、スイッチ２９（２）の制御信号端子は、ＯＲゲート２０の出力端子に接続されており、スイッチ２９（３）の制御信号端子は、ＯＲゲート２５の出力端子に接続されている。
【００２９】
ところで、具体的には図示しないが、コンパレータ１２Ｈ〜１４Ｌ並びに論理回路部２６の動作用電源は、組電池２から作成されて供給されるようになっている。また、以上の組電池２は、ＨＥＶの走行用モータを駆動するインバータに駆動用電源を供給する駆動用バッテリの一部として構成されている。
【００３０】
次に、本実施例の作用について図２乃至図４をも参照して説明する。ＨＥＶが走行する場合には、その走行状態に応じて組電池２から供給される電源によって走行用モータが駆動されたり、制動時に回生電力が発生した場合やガソリンエンジンが動作している場合には、組電池２に対して充電が行われる。組電池２に対して充放電が繰り返されることにより各単位セル１の端子電圧にばらつきが生じた場合に、そのばらつきを調整して均等化する方式について以下述べる。
【００３１】
分圧回路５は、４つの単位セル１（１）〜１（４）からなる組電池２の端子電圧を抵抗３，４により１：３に分圧している。従って、端子Ｊr4a の電位は、組電池２の端子電圧の１／４，即ち、４つの単位セル１（１）〜１（４）の平均電圧Ｖm に等しい。
【００３２】
ここで、端子Ｊc0を基準とする端子Ｊc1〜Ｊc4の電位をＥc1〜Ｅc4，端子Ｊr2，Ｊr3の電位をＥr2，Ｅr3として、６つのコンパレータ１２Ｈ〜１４Ｌの出力レベルが、夫々どの様な入力条件でハイ“Ｈ”になるかを検討すると、以下のようになる。尚、抵抗３ａの端子電圧をＶαとする。
コンパレータ１２Ｈ： Ｅc1＜Ｖm
コンパレータ１２Ｌ： Ｖm ＋Ｖα＜Ｅc1
コンパレータ１３Ｈ： Ｅr2＜Ｖm …（１）
コンパレータ１３Ｌ： Ｖm ＋Ｖα＜Ｅr2
コンパレータ１４Ｈ： Ｅr3＜Ｖm
コンパレータ１４Ｌ： Ｖm ＋Ｖα＜Ｅr3
【００３３】
即ち、コンパレータ１２Ｈは、端子電圧Ｅc1が平均電圧Ｖm よりも低い場合にハイレベルとなり、コンパレータ１２Ｌは、端子電圧Ｅc1が平均電圧Ｖm に微小電圧Ｖαを加えたものよりも高くなった場合にハイレベルとなる。従って、端子電圧Ｅc1が、Ｖm ≦Ｅc1≦Ｖm ＋Ｖα，の範囲にあり平均電圧Ｖm にほぼ等しいとみなされる場合には、コンパレータ１２Ｈ，１２Ｌは何れもロウレベルとなる。また、コンパレータ１３Ｈ及び１３Ｌ，１４Ｈ及び１４Ｌについても、分圧電位Ｅr2，Ｅr3に関して同様である。
【００３４】
そして、電位Ｅr2は、２直列の単位セル１（１），１（２）の電位Ｅc2を１／２に分圧したものであり、電位Ｅr3は、３直列の単位セル１（１）〜１（３）の電位Ｅc3を１／３に分圧したものである。従って、電位Ｅr2，Ｅr3は、各直列数毎の単位セル１の平均電圧に等しく、
Ｅc2＝２×Ｅr2
Ｅc3＝３×Ｅr3 …（２）
となっている。
【００３５】
また、例えば、単位セル１（３）の端子電圧をＶc3とすると、
Ｖc3＝Ｅc3−Ｅc2 …（３）
で求められる。
【００３６】
ところで、各単位セル１の端子電圧Ｖc のばらつきを調整し、均等化するためには、端子電圧Ｖc が平均電圧Ｖm を超えている場合に、対応する放電回路２７のスイッチ２９をＯＮとすることにより、抵抗２８を介して単位セル１を放電させるようにする。そして、以上（１）式〜（３）式の関係から、単位セル１の端子電圧Ｖc と平均電圧Ｖm との大小関係を比較することができる。即ち、例えば端子電圧Ｖc3については、
【００３７】
（４）式より、
▲１▼Ｖc3＞Ｖm と判定するための条件は、
▲３▼Ｖc3＝Ｖm と判定するための条件は、
（Ｅr3＝Ｖm ）・（Ｖm ＝Ｅr2） …（７）
となる。尚、（５）〜（７）式において、シンボル“・”は論理積を、シンボル“＋”は論理和を示している。
【００３８】
ここで、（１）式と（５）式とを対照すると、
条件（Ｅr3≧Ｖm ）→コンパレータ１４Ｈ：“Ｌ”
条件（Ｖm ＞Ｅr2）→コンパレータ１３Ｈ：“Ｈ”
であり、
条件（Ｅr3＞Ｖm ）→コンパレータ１４Ｌ：“Ｈ”
条件（Ｖm ≧Ｅr2）→コンパレータ１３Ｌ：“Ｌ”
となっている。従って、Ｖc3＞Ｖm と判定するための論理条件は、
【００３９】
また、単位セル１（１）の端子電圧Ｖc1については、Ｖc1＝Ｅc1であるから、コンパレータ１２Ｌ：“Ｈ”がそのまま条件となる。また、単位セル１（４）の端子電圧Ｖc4については、
Ｖc4＝Ｅc4−Ｅc3 …（９）
であり、Ｅc4＝４×Ｖm ，Ｅc3＝３×Ｅr3であるから、
コンパレータ１４Ｈ：“Ｈ”がそのまま条件となる。
【００４０】
また、（４）式より、Ｖc3＝Ｖm と判定するための条件は、
（Ｅr3＝Ｖm ）・（Ｖm ＝Ｅr2） …（１１）
であり、コンパレータ１３Ｈ，１３Ｌ，１４Ｈ，１４Ｌが何れも“Ｌ”となれば良い。
【００４１】
以上から、６つのコンパレータ１２Ｈ〜１４Ｌの出力レベルを論理合成することにより、４つのスイッチ２９（１）〜２９（４）を夫々オン状態“１”とする条件は、図２に示す真理値表のようになる。但し、“Ｘ”は任意のレベルを示す。
【００４２】
次に、図１の回路構成を一般化して、ｎ（ｎは自然数）直列構成の組電池に適用した場合を図３に示す。即ち、第ｉ番目（１＜ｉ＜ｎ）の単位セルＣi の正側，負側の連結点をＪci，Ｊci-1，組電池の負極端子をＪc0とする。Ｊci，Ｊci-1間を（ｉ−１）：１の比で分圧する抵抗をＲia，Ｒibとし、その共通接続点をＪriとする。
【００４３】
また、組電池の両端子間には、抵抗Ｒnb，Ｒna′，Ｒnaの直列回路が接続されている。抵抗Ｒnb，Ｒnaの抵抗比は１：（ｎ−１）であり、抵抗Ｒna′，Ｒnaの抵抗比は１：４０００程度である。抵抗Ｒnb，Ｒna′の共通接続点をＪrn′，抵抗Ｒna′，Ｒnaの共通接続点をＪrnとする。
【００４４】
そして、単位セルＣi について、端子Ｊriの電位が端子Ｊrnの電位よりも高い時にハイレベルの信号を出力するコンパレータをＣＰi Ｈ，逆に、端子Ｊrnの電位が端子Ｊriの電位よりも高い時にハイレベルの信号を出力するコンパレータをＣＰi Ｌとする。各コンパレータの出力信号は論理回路部ＬＣに入力され、論理回路部ＬＣは、与えられた信号を論理合成することで出力信号ＢＳi のレベルを決定する。論理回路部ＬＣからの出力信号ＢＳi がハイレベルの場合に放電回路のスイッチＳＷi がＯＮとなり、単位セルＣi の放電が行われる。
【００４５】
端子Ｊc0を基準とする端子Ｊci，Ｊci-1の電位をＥci，Ｅci-1，端子Ｊri，Ｊri-1の電位をＥri，Ｅri-1，端子Ｊrnの電位をＥrnとする。更に、単位セルＣの平均電圧をＶm ，単位セルＣi の端子電圧をＶi とすると、各値には（１２）〜（１５）式の関係がある。
Ｖi ＝Ｅci−Ｅci-1 …（１２）
Ｅci ＝ｉ×Ｅri …（１３）
Ｅci-1＝（ｉ−１）×Ｅri-1 …（１４）
Ｖm ＝Ｅrn …（１５）
【００４６】
即ち、
▲１▼Ｖi ＞Ｖm と判定するための条件、即ち、単位セルＣi に対応する放電回路のスイッチＳＷi をオン状態にする条件は、
▲２▼Ｖi ＜Ｖm と判定するための条件は、
▲３▼Ｖi ＝Ｖm と判定するための条件は、
（Ｅri＝Ｅrn）・（Ｅrn＝Ｅri-1） …（１９）
である。
【００４７】
そして、上記（１７）の条件を満たすコンパレータＣＰの出力条件は、図３に示すように、
【００４８】
例えば、（１７），（１８）式において、ＣＰi-1 Ｈが“Ｈ”である、ということは条件（Ｅri＞Ｅrn）そのものであり、コンパレータＣＰi Ｈが“Ｌ”である、ということは、条件（Ｅri＞Ｅrn）の否定であるから条件（Ｅri≦Ｅrn）を意味している。尚、コンパレータＣＰi Ｈ及びＣＰi Ｌが共に“Ｌ”である、ということは、条件（Ｅci＝Ｅri）を意味する。この場合、分圧抵抗Ｒna′の一端側の端子Ｊrn′の電位をＥrn′とすると、
Ｖm −（Ｅrn′−Ｅrn）≦Ｖi ≦Ｖm ＋（Ｅrn′−Ｅrn） …（２１）
となっている。従って、全ての単位セルＣの端子電圧がこの電圧範囲内になると、各端子電圧のばらつきの調整、即ち均等化が終了する。
【００４９】
この時の均等化電圧の誤差範囲は、±（Ｅrn′−Ｅrn）であり、
Ｒna：Ｒna′＝４０００：１，Ｖm ＝４．０００Ｖであれば、
±（Ｅrn′−Ｅrn）＝±１（ｍＶ）
となる。
【００５０】
以上のように、ｎが例えば数１０個（ＨＥＶなどであれば、例えば８０個）であるような多直列構成の組電池であっても、第１番目，第ｎ番目の単位セルＣ1 ，Ｃn については、コンパレータＣＰ1 Ｌ，ＣＰn-1 Ｈの出力レベルが夫々“Ｈ”の時に対応する放電回路のスイッチＳＷ1 ，ＳＷn をオン状態にするように、また、それらの中間にある負側から第ｉ番目の単位セルＣi については、コンパレータＣＰの出力条件が（１７）式のように成立した時に、対応する放電回路のスイッチＳＷi をオン状態にするように論理回路部ＬＣを構成すれば良い。
【００５１】
ここで、単位セルＣi については、コンパレータＣＰi Ｈ，ＣＰi Ｌが第１電位比較手段に対応しており、コンパレータＣＰi-1 Ｈ，ＣＰi-1 Ｌが第２電位比較手段に対応している。そして、図１の具体回路における例えば単位セル１（３）については、コンパレータ１４Ｈ，１４Ｌが第１電位比較手段に対応し、コンパレータ１３Ｈ，１３Ｌが第２電位比較手段に対応する。
【００５２】
次に、コンパレータＣＰi Ｈ，ＣＰi Ｌ，ＣＰi-1 Ｈ，ＣＰi-1 Ｌの出力信号に基づく論理回路部ＬＣの動作について図４及び図５をも参照して説明する。Ｖi ＞Ｖm と判定される場合、論理回路部ＬＣの出力端子ＢＳi は“Ｈ”となり（図４▲１▼）、スイッチＳＷi がＯＮすることで単位セルＣi は放電され、端子電圧は低下する。それ以外の場合、出力端子ＢＳi は“Ｌ”となり（図４▲２▼）、スイッチＳＷi はＯＦＦのままである。
【００５３】
図５は、単位セルＣi の端子電圧Ｖi が平均電圧Ｖm よりも高い状態から端子電圧Ｖi を均等化する場合における、端子電圧Ｖi ，放電電流Ｉi の変化を示す。均等化の開始前（ｔ≦０）は、Ｖi ＞Ｖm であり、０＜ｔ≦Ｔ１では、単位セルＣi に対応する論理回路ＬＣの出力端子ＢＳi が“Ｈ”となる。すると、スイッチＳＷi がＯＮして単位セルＣi から抵抗Ｒi に電流Ｉi が流れ、端子電圧Ｖi は低下し、平均電圧Ｖm との差は縮小して行く。
【００５４】
そして、Ｔ１＜ｔでは、端子電圧Ｖi は平均電圧Ｖm を中心とする均等化電圧の誤差範囲内に入るため、論理回路ＬＣの出力端子ＢＳi は“Ｌ”となる。すると、スイッチＳＷi がＯＦＦして単位セルＣi の放電は停止し、端子電圧Ｖi は平均電圧Ｖm にほぼ等しくなる。
【００５５】
また、図６は、４直列の組電池２について電圧調整を行う場合をシミュレーションした結果である。初期状態における単位セル１（１）〜１（４）の端子電圧は、３．９９０（Ｖ），４．０００（Ｖ），４．０１０（Ｖ），４．０２０（Ｖ）であり、平均電圧Ｖm は４．００５（Ｖ）となる。
【００５６】
時間０（ｈｒ）より電圧調整動作を開始すると、単位セル１（３），１（４）の端子電圧が平均電圧Ｖm よりも高いが、論理回路２６では、先ず、コンパレータ１４Ｈ：“Ｈ”が成立するので、単位セル１（４）が放電を開始し、端子電圧が低下して行く。この時、コンパレータ１４Ｌは必ず“Ｌ”であるから、単位セル１（３）の放電条件は成立せず放電は行われない（期間Ａ）。
【００５７】
続く期間Ｂにおいては、単位セル１（４）の端子電圧が平均電圧Ｖm にほぼ等しくなる。すると、単位セル１（３）の放電条件が成立してその端子電圧が低下して行く。この時、単位セル１（２）の端子電圧も平均電圧Ｖm より高いが、単位セル１（２）の放電条件は単位セル１（２）の放電条件と同時に成立しないので、放電は行われない。
【００５８】
また、期間Ｂでは、見掛け上単位セル１（４）も同時に放電されているが、これは、単位セル１（３）が放電することにより平均電圧Ｖm も若干低下し、単位セル１（４）の端子電圧と差が生じると単位セル１（３）の放電条件が成立するからである。従って、実際には、期間Ｂにおいて、単位セル１（３），１（４）の放電が交互に行われている。
【００５９】
期間Ｃにおいては、単位セル１（３）の端子電圧も平均電圧Ｖm にほぼ等しくなる。すると、単位セル１（２）の放電条件が成立してその端子電圧が低下して行く。この場合、期間Ｂと同様に、単位セル１（２）が放電することにより平均電圧Ｖm が若干低下すると、単位セル１（３），１（４）の端子電圧と差が生じるため、単位セル１（２），１（３），１（４）の放電が何れか１つずつ順に行われている。
【００６０】
そして、調整開始後約２３時間が経過した期間Ｄでは、単位セル１（１）〜１（４）の端子電圧が平均電圧Ｖm に対して全て±１ｍＶ以内に収まるため、電圧調整動作は終了する。
【００６１】
以上のように本実施例によれば、４個の単位セル１（１）〜１（４）を直列接続してなる組電池２の端子電圧を分圧回路５により単位セル１の個数に応じた比によって分圧すると共に、分圧回路８，１１により複数の単位セル１間における端子Ｊr2，Ｊr3と組電池２の負側端子Ｊc0との間の電圧を、端子Ｊr2，Ｊr3までの単位セル１の個数に応じた比によって分圧した。そして、論理回路部２６は、コンパレータ１２Ｈ乃至１４Ｌの出力信号に基づいて、単位セル１（１）〜１（４）の内端子電圧が平均電圧Ｖm よりも高いものを自動的に放電させて、最終的に全ての単位セル１（１）〜１（４）の端子電圧を略等しくしてばらつきを解消するようにした。
【００６２】
そして、例えば、単位セル１（３）については、論理回路部２６は、分圧回路１１の分圧点Ｊr3の電位をＥr3，分圧回路８による分圧点Ｊr2の電位をＥr2，分圧回路５による分圧点Ｊr4a の電位をＶm とすると、コンパレータ１３Ｈ乃至１４Ｌの比較結果が、Ｅr3≧Ｖm 且つＥr2＜Ｖm またはＥr3＞Ｖm 且つＥr2≦Ｖm である場合に、単位セルの端子電圧が平均電圧よりも高いと判断し、比較結果がＥr3≦Ｖm 且つＥr3＞Ｖm またはＥr3＜Ｖm 且つＥr2≧Ｖm である場合に、単位セル１（３）の端子電圧Ｖc3が平均電圧Ｖm よりも低いと判断するようにした。
【００６３】
従って、単位セル１の端子電圧と分圧回路５より得られる平均電圧Ｖm との高低を確実に判断して、各単位セル間の端子電圧、即ち、残存容量のばらつきを解消することができるので、過充電や過放電を防止すると共に組電池２の使用効率を向上させることができる。特に、高出力を得るために８０個程度の単位セル１を直列接続して駆動用バッテリを構成するＨＥＶに適用することで、駆動用バッテリの使用効率を十分向上させることができる。
【００６４】
また、本実施例によれば、電圧調整装置を、ＣＰＵやＡ／Ｄコンバータなどを用いることなく、コンパレータや論理ゲートなどを用いて低価格で構成することができる。更に、コンパレータ１２Ｈ〜１４Ｌは、分圧回路５，８及び１１によって分圧された電位を比較するので、低耐圧で安価な小形の部品によって構成することが可能である。また、多直列構成となるＨＥＶの駆動用バッテリに適用することで、コストメリットをより大きく得ることができる。
【００６５】
加えて、本実施例によれば、高いエネルギ密度を有するが、より厳密な過充電，過放電対策が必要とされるリチウム電池を単位セル１とする組電池２に適用することによって、充放電を安全に制御した上でリチウム電池の性能を十分に引出して活用することができる。
【００６６】
ところで、従来の電圧調整装置はＣＰＵを使用する構成であり、そのＣＰＵに対して安定したレベルの動作用電源を供給する必要があった。そのため、従来は、その動作用電源を駆動用電源のバッテリとは別個に設けられている制御用電源（１２Ｖバッテリ，所謂ガソリン自動車のバッテリに相当する）から供給するようにしていた。
【００６７】
これに対して、本実施例によれば、コンパレータ１２Ｈ〜１４Ｌ及び論理回路部２６の動作用電源を駆動用電源たる組電池２から得るようにした。即ち、論理回路部２６は、従来とは異なり、ＣＰＵなどを用いることなしに論理ゲートの組合わせで構成することができるので、その消費電力は、従来に比して極めて僅かとなっている。そして、組電池２は４直列構成であるから、その端子電圧は３．６×４＝１４．４（Ｖ）程度であり、３．３〜５Ｖ程度の動作用電源の作成にも適している。加えて、これらの回路はＣＰＵとは異なり、電源電圧が多少低下しても動作が可能であることから、これらの動作用電源を組電池２から得ることができるようになっている。従って、前記動作用電源に対しては相対的に容量が小さい制御用電源の電力消費を抑制することができる。
【００６８】
（第２実施例）
図７乃至図１１は本発明の第２実施例を示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。第２実施例では、論理回路部２６に代わって論理回路部（電圧制御手段）３０が配置されている。
【００６９】
論理回路部３０の内部は、８つの論理ブロック３１Ｈ，３１Ｌ，３２Ｈ，３２Ｌ，３３Ｈ，３３Ｌ，３４Ｈ，３４Ｌを中心として構成されている。但し、論理ブロック３１Ｈ，３１Ｌ及び３４Ｈ，３４Ｌは、夫々実質的にＡＮＤゲート１個のみからなっている。
【００７０】
そして、コンパレータ１２Ｈの出力端子は、ＡＮＤゲート３１Ｌ，３２Ｈａの入力端子に接続されており、また、ＩＮＶ（インバータ）ゲート３５を介してＡＮＤゲート３２Ｌａ，３２Ｌｂ，３３Ｈｃ，３３Ｌａ，３３Ｌｂ，３３Ｌｃ及び３４Ｌの入力端子に接続されている。コンパレータ１２Ｌの出力端子は、ＡＮＤゲート３１Ｈ，３２Ｌａの入力端子に接続されており、また、ＩＮＶゲート３６を介してＡＮＤゲート３２Ｈａ，３２Ｈｂ，３３Ｈａ，３３Ｈｂ，３３Ｈｃ，３３Ｌｃ及び３４Ｈの入力端子に接続されている。
【００７１】
コンパレータ１３Ｈの出力端子は、ＡＮＤゲート３２Ｌｂ，３３Ｈａ及び３３Ｈｂの入力端子に接続されており、また、ＩＮＶゲート３７を介してＡＮＤゲート３２Ｈａ，３３Ｌａ，３３Ｌｂ及び３３Ｌｃの入力端子に接続されている。コンパレータ１３Ｌの出力端子は、ＡＮＤゲート３２Ｈｂ，３３Ｌａ，３３Ｌｂの入力端子に接続されており、また、ＩＮＶゲート３８を介してＡＮＤゲート３２Ｌａ，３３Ｈａ，３３Ｈｂ及び３３Ｈｃの入力端子に接続されている。
【００７２】
コンパレータ１４Ｈの出力端子は、ＡＮＤゲート３３Ｌｂ，３３Ｌｃ及び３４Ｈの入力端子に接続されており、また、ＩＮＶゲート３９を介してＡＮＤゲート３２Ｈａ，３２Ｈｂ，３３Ｈａ，３３Ｈｂ及び３３Ｈｃの入力端子に接続されている。コンパレータ１４Ｌの出力端子は、ＡＮＤゲート３３Ｈｂ，３３Ｈｃ及び３４Ｌの入力端子に接続されており、また、ＩＮＶゲート４０を介してＡＮＤゲート３２Ｌａ，３２Ｌｂ，３３Ｌａ，３３Ｌｂ及び３３Ｌｃの入力端子に接続されている。
【００７３】
クロック回路４１によって出力されるクロック信号は、ＡＮＤゲート３１Ｈ，３２Ｈａ〜３２Ｈｃ，３３Ｈａ〜３３Ｈｃ及び３４Ｈの入力端子に与えられていると共に、ＩＮＶゲート４２を介して３１Ｌ，３２Ｌａ，３２Ｌｂ，３３Ｌａ〜３３Ｌｃ及び３４Ｌの入力端子に与えられている。クロック信号の周波数は、例えば数ｋＨｚ程度である。
【００７４】
尚、クロック信号は、後述するように、そのレベルが“Ｈ”の場合に端子電圧Ｖが平均電圧Ｖm よりも高いものを検出して、そのレベルが“Ｌ”の場合に端子電圧Ｖが平均電圧Ｖm よりも低いものを検出するように切替えを行うために用いられる。
【００７５】
論理ブロック３２ＬのＡＮＤゲート３２Ｌａ，３２Ｌｂの出力端子は、ＯＲゲート３２Ｌｃの入力端子に夫々接続されており、論理ブロック３２ＨのＡＮＤゲート３２Ｈａ，３２Ｈｂの出力端子は、ＯＲゲート３２Ｈｃの入力端子に夫々接続されている。また、論理ブロック３３ＬのＡＮＤゲート３３Ｌａ〜３３Ｌｃの出力端子は、ＯＲゲート３３Ｌｄの入力端子に夫々接続されており、論理ブロック３３ＨのＡＮＤゲート３３Ｈａ〜３３Ｈｃの出力端子は、ＯＲゲート３３Ｈｄの入力端子に夫々接続されている。
【００７６】
論理回路部３０の出力段には、４つのＯＲゲート４３（１），４３（２），４３（３），４３（４）が配置されている。そして、ＡＮＤゲート３１Ｈ，３１Ｌの出力端子は、ＯＲゲート４３（１）の入力端子に夫々接続されている。また、論理ブロック３２Ｈ，３２ＬのＯＲゲート３２Ｈｃ，３２Ｌｃの出力端子は、ＯＲゲート４３（２）の入力端子に夫々接続されており、論理ブロック３３Ｈ，３３ＬのＯＲゲート３３Ｈｄ，３３Ｌｄの出力端子は、ＯＲゲート４３（３）の入力端子に夫々接続されている。そして、ＡＮＤゲート３４Ｈ，３４Ｌの出力端子は、ＯＲゲート４３（４）の入力端子に夫々接続されている。以上が論理回路部３０を構成している。また、論理回路部３０の動作用電源は、第１実施例と同様に組電池２から作成されて供給されるようになっている。
【００７７】
各単位セル１（１）〜１（４）夫々の両端子には、常開型のスイッチ４４Ｐ（１）及び４４Ｎ（１）〜４４Ｐ（４）及び４４Ｎ（４）（単位セル選択手段）を介して接続切替えを行うことにより、コンデンサ（蓄電手段）４５が並列に接続可能となっている。即ち、単位セル１（１）〜１（４）の正側端子に対応するＪc1〜Ｊc4とコンデンサ４５の正側端子４５Ｐとの間には、スイッチ４４Ｐ（１）〜４４Ｐ（４）が夫々介挿されており、単位セル１（１）〜１（４）の負側端子に対応するＪc0〜Ｊc3とコンデンサ４５の負側端子４５Ｎとの間には、スイッチ４４Ｎ（１）〜４４Ｎ（４）が夫々介挿されている。尚、コンデンサ４５の容量は、例えば０．０１Ｆ程度である。
【００７８】
論理回路部３０のＯＲゲート４３（１）〜４３（４）の出力端子は、スイッチ４４Ｐ（１）及び４４Ｎ（１）〜４４Ｐ（４）及び４４Ｎ（４）の制御端子に夫々接続されている。各スイッチ４４は、第１実施例におけるスイッチ２９と同様に例えばトランジスタやＦＥＴなどで構成されており、制御端子にハイレベルの制御信号が与えられると接点を閉じる（導通する）ようになっている。
【００７９】
次に、第２実施例の作用について図８乃至図１１をも参照して説明する。ＨＥＶが走行する場合には、その走行状態に応じて組電池から供給される電源によって走行用モータが駆動されたり、制動時に回生電力が発生した場合やガソリンエンジンが動作している場合には、組電池２に対して充電が行われる。
【００８０】
ここで、以上の構成を一般化した図９に示す回路で説明する。第２実施例では、例えば、単位セルＣi ６の端子電圧Ｖi が平均電圧Ｖm よりも高いと判定されると、ＳＷi Ｐ及びＳＷi Ｎを介してコンデンサＣreg を並列に接続して（第１の接続状態）放電させる。また、端子電圧Ｖi が平均電圧Ｖm よりも低いと判定されると、ＳＷi Ｐ及びＳＷi Ｎを介してコンデンサＣreg を並列に接続して（第２の接続状態）放電させるように切替えを行う。
【００８１】
以下、単位セルＣj の端子電圧Ｖj が平均電圧Ｖm よりも高く、単位セルＣk の端子電圧Ｖk が平均電圧Ｖm よりも低いという初期条件において、コンデンサＣreg により電荷を移動させて端子電圧Ｖj ，Ｖk のばらつきを調整する動作について図１０を参照して説明する。尚、コンデンサＣreg は、その端子電圧ＶC が平均電圧Ｖm に等しくなるように予め充電されているものとする。
【００８２】
図１０に示すように、ｔ≦０において初期条件Ｖj ＞Ｖm ＞Ｖk であり、０＜ｔで論理回路部ＬＣの動作が開始する。先ず、０＜ｔ≦Ｔ／２（Ｔはクロック信号周期）ではクロック信号が“Ｈ”であり、単位セルＣj に対応する論理回路部出力ＢＳj が“Ｈ”となってＳＷj Ｐ及びＳＷj ＮがＯＮとなり、単位セルＣj にコンデンサＣreg が並列に接続される。すると、単位セルＣj からコンデンサＣreg に充電電流Ｉj が流れて電荷が移動し、電圧Ｖj が下降して電圧ＶC が上昇する。
【００８３】
次に、Ｔ／２＜ｔ≦Ｔではクロック信号が“Ｌ”であり、単位セルＣk に対応する論理回路部出力ＢＳk が“Ｈ”となってＳＷk Ｐ及びＳＷk ＮがＯＮとなり、単位セルＣj にコンデンサＣreg が並列に接続される。すると、コンデンサＣreg から単位セルＣk に充電電流Ｉk が流れて電荷が移動し、電圧Ｖk が上昇して電圧ＶC が下降する。
【００８４】
以降、上記動作をクロック信号レベルの変化に応じて交互に繰り返すことで電圧Ｖj ，Ｖk の電位差は次第に小さくなって行く。そして、８Ｔ＜ｔでは、電圧Ｖj ，Ｖk は平均電圧Ｖm にほぼ等しいと判断されるので、クロック信号レベルにかかわらず論理回路部出力ＢＳj ，ＢＳk は何れも“Ｌ”となり、単位セルＣj ，Ｃk とコンデンサＣreg との間の充放電は行われなくなる。
【００８５】
以上に基づいて、図７に示す６つのコンパレータ１２Ｈ，１２Ｌ，１３Ｈ，１３Ｌ，１４Ｈ，１４Ｌの出力レベルを論理合成することにより、４つのスイッチ４４（１）〜４４（４）を夫々ＯＮ状態“１”とする条件は、図８に示す真理値表のようになる。但し、“Ｘ”は任意のレベルを示す。
【００８６】
また、この真理値表は、クロックが“Ｈ”の場合は基本的に第１実施例の図２に示すものと同様であるが、４つの単位セル１（１）〜１（４）の内で同時に２つ以上の単位セル１が平均電圧Ｖm を上回るか若しくは下回るかした場合に、常に１つの単位セル１のみを選択してコンデンサ４５に接続するように優先順位を設定する論理も組み込まれている。その優先順位は、ここでは１（１）→１（４）→１（２）→１（３）に設定されている。
【００８７】
優先順位の設定は、図２に示す基本条件に、１つの単位セル１について放電条件が成立している場合に、他の単位セル１についての放電条件が同時に成立しないように、コンパレータの出力レベルを任意“Ｘ”ではなく“Ｈ”または“Ｌ”に限定する条件を付加するか否かによって行う。
【００８８】
即ち、図８においては、クロック信号レベルが“Ｈ”の場合にスイッチ４４（１）がＯＮになる条件は、コンパレータ１２Ｌのレベルが“Ｈ”であるだけで、他のコンパレータのレベルは全て“Ｘ”であるから優先順位が最も高く設定されている。スイッチ４４（４）がＯＮになる条件は、コンパレータ１４Ｈのレベルが“Ｈ”であると共に、コンパレータ１２Ｌのレベルが“Ｌ”であることが要求されるので、単位セル１（１）に次ぐ優先順位が設定されている。
【００８９】
スイッチ４４（２）がＯＮになる条件は、コンパレータ１３Ｈ，１２Ｈのレベルが“Ｌ”，“Ｈ”である条件と共にコンパレータ１４Ｈ，１２Ｌのレベルが“Ｌ”であることが要求され、また、コンパレータ１３Ｌ，１２Ｌのレベルが“Ｈ”，“Ｌ”である条件と共にコンパレータ１４Ｈのレベルが“Ｌ”であることが要求されており、単位セル１（４）に次ぐ優先順位が設定されている。
【００９０】
スイッチ４４（３）がＯＮになる条件は、コンパレータ１４Ｈ，１３Ｈのレベルが“Ｌ”，“Ｈ”である条件と共にコンパレータ１３Ｌ，１２Ｌのレベルが何れも“Ｌ”であることが要求され、また、コンパレータ１４Ｌ，１３Ｌのレベルが“Ｈ”，“Ｌ”である条件と共にコンパレータ１４Ｈ，１３Ｈ，１２Ｌのレベルが“Ｌ”，“Ｈ”，“Ｌ”であること，またはコンパレータ１４Ｈ，１２Ｈ，１２Ｌのレベルが何れも“Ｌ”であることが要求されており、単位セル１（２）に次ぐ優先順位が設定されている。尚、この場合、最後の２つのコンパレータ１３Ｈ，１２Ｈについて付加されている条件は、スイッチ４４（２）のＯＮ条件の否定である。
【００９１】
また、図２下段のクロック信号レベルが“Ｌ”である場合の条件は、コンパレータ１２Ｈ・１２Ｌ，１３Ｈ・１３Ｌ，１４Ｈ・１４Ｌのレベルの組み合わせで見ると、上段の組み合わせを以下のように入れ替えることによって論理合成されている。
“Ｈ”・“Ｌ”→“Ｌ”・“Ｈ”
“Ｈ”・“Ｘ”→“Ｘ”・“Ｈ”
“Ｌ”・“Ｘ”→“Ｘ”・“Ｌ”
【００９２】
即ち、ＨＥＶが走行することにより、組電池を構成している何れかの組電池２において、各単位セル１の間に端子電圧のばらつきが発生すると、コンパレータ１２Ｈ〜１４Ｌにより各端子電圧Ｖがその時の組電池２の平均電圧Ｖm と比較され、その比較結果が論理回路部３０において論理合成されることでコンデンサ４５が第１，第２の接続状態に交互に切り替わり、各単位セル間で電荷の移動が行われて、夫々の端子電圧Ｖが平均電圧Ｖm に近付くようにばらつきが調整されることになる。
【００９３】
ここで、図１１は、図７に示すように４直列の単位セルについて端子電圧のばらつき調整を行った場合のシミュレーション結果を示すものである。初期条件として、単位セル１（１）〜１（４）の端子電圧を、夫々以下のように設定した。
単位セル１（１）：４．０２０Ｖ
単位セル１（２）：４．０１０Ｖ
単位セル１（３）：４．０００Ｖ
単位セル１（４）：３．９９０Ｖ
従って、この時点での平均電圧Ｖm は、４．００５Ｖである。
【００９４】
先ず、設定された優先順位に従って、単位セル１（１），１（４）の間で調整が行われ、端子電圧Ｖ1 が低下して行き端子電圧Ｖ4 が上昇して行く。そして、７時間半程度経過した時点において端子電圧Ｖ1 がＶm に達すると、端子電圧Ｖ1 の下降は停止し、次に単位セル１（２），１（４）の間で調整が行われる。すると、端子電圧Ｖ2 が下降を開始する。
【００９５】
そして、９時間程度経過した時点において、端子電圧Ｖ4 が時点Ａにおける平均電圧Ｖm （約４．００３Ｖ）に達すると端子電圧Ｖ4 の上昇は停止し、次に単位セル１（２），１（３）の間で調整が行われる。そして、１５時間程度経過した時点において、単位セル１（１）〜１（４）の各端子電圧Ｖ1 〜Ｖ4 のばらつきは、±１ｍＶ以内に収束している。
【００９６】
以上のように第２実施例によれば、論理回路部３０は、コンパレータ１２Ｈ〜１４Ｌによる比較結果に基づいて、端子電圧Ｖが平均電圧Ｖm よりも高いと判断される単位セル１１をスイッチ４４Ｐ（１）及び４４Ｎ（１）〜４４Ｐ（４）及び４４Ｎ（４）によってコンデンサ４５に並列に接続する第１の接続状態と、端子電圧Ｖが平均電圧Ｖm よりも低いと判断される単位セル１をコンデンサ４５に並列に接続する第２の接続状態とを交互に切り替えるように制御する。
【００９７】
従って、端子電圧Ｖが平均電圧Ｖm よりも高い単位セル１の電荷を、コンデンサ４５を介して平均電圧Ｖm よりも低い単位セル１に移動させ、各端子電圧Ｖのばらつきを調整して組電池２の使用効率を向上させることができる。特に、高い電圧を得るために多数の単位セル１を直列接続する必要のあるＨＥＶに適用することで、駆動用バッテリの使用効率を十分向上させることができる。また、第１実施例のように、端子電圧が平均電圧Ｖm よりも高い単位セル１を抵抗を介して放電させることがないので、組電池２の有効使用時間を長期化することも可能である。
【００９８】
本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
単位セルは、リチウム電池に限らず、鉛電池やニッケル系電池であっても同様に適用が可能である。
必ずしも組電池を構成する全ての単位セルについて電圧調整を行う必要はなく、その内の特定の１個のみについて、或いは特定の複数個について電圧調整を行っても良い。
第２実施例において、複数の蓄電手段を設けて、それら複数の蓄電手段を、ばらつきが生じた単位セルに対して別個に接続するようにしても良い。
優先順位は、適宜変更して良い。
電気自動車やＨＥＶに限ることなく、その他、ノート型パーソナルコンピュータや携帯用ＶＴＲ等の小形民生機器や電力貯蔵用の二次電池設備などのように、複数の単位セルを直列に接続して構成されるバッテリを使用するものであれば適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をハイブリッド電気自動車の駆動用バッテリに適用した場合の第１実施例を示す電気的構成図
【図２】論理回路部の真理値を示す図
【図３】本発明をｎ直列構成の組電池に適用した場合の図１相当図
【図４】図２相当図
【図５】電圧調整動作時における単位セルの電圧，電流波形を示す図
【図６】４直列構成の組電池についてのシミュレーション結果を示す図
【図７】本発明の第２実施例を示す図１相当図
【図８】図２相当図
【図９】図３相当図
【図１０】図５相当図
【図１１】図６相当図
【符号の説明】
１は単位セル（リチウム電池）、２は組電池、５は分圧回路（第１分圧手段）、８，１１は分圧回路（第２分圧手段）、１２Ｈ，１２Ｌ，１３Ｈ，１３Ｌ，１４Ｈ及び１４Ｌはコンパレータ（電位比較手段）、２７は放電回路（放電制御手段）、２６は論理回路部（電圧制御手段）、Ｊr2，Ｊr3，Ｊr4a ，Ｊr4b は分圧点、３０は論理回路部（電圧制御手段）、４４Ｐ及び４４Ｎはスイッチ（単位セル選択手段）、４５はコンデンサ（蓄電手段）を示す。
Claims (11)
- 二次電池からなる単位セルを複数個直列に接続して構成される組電池の端子電圧を、前記単位セルの個数に応じた比によって分圧する第１分圧手段と、
複数の単位セル間における連結点と前記組電池の負側端子との間の電圧を、前記連結点までの単位セルの個数に応じた比によって分圧する第２分圧手段と、
前記第１分圧手段による分圧点の電位と、前記第２分圧手段による分圧点の電位とを比較する電位比較手段と、
この電位比較手段による比較結果に基づいて、前記連結点に対応する単位セルを充電または放電させるように制御する電圧制御手段とを備えたことを特徴とする組電池の電圧調整装置。 - 前記電圧制御手段は、前記電位比較手段による比較結果に基づいて、前記連結点に対応する単位セルの端子電圧が平均電圧よりも高いと判断すると、当該単位セルを放電させるように制御することを特徴とする請求項１記載の組電池の電圧調整装置。
- 前記単位セルの夫々に対して接続可能に構成され、単位セルとの間で電荷を充放電するための蓄電手段と、
前記電圧制御手段は、この蓄電手段に接続される単位セルを選択する単位セル選択手段とを備え、
前記電圧制御手段は、前記電位比較手段による比較結果に基づいて、端子電圧が平均電圧よりも高いと判断される単位セルを前記単位セル選択手段によって前記蓄電手段に並列に接続する第１の接続状態と、端子電圧が平均電圧よりも低いと判断される単位セルを前記単位セル選択手段によって前記蓄電手段に並列に接続する第２の接続状態とを交互に切り替えるように制御することを特徴とする請求項１または２記載の組電池の電圧調整装置。 - 前記第１分圧手段は、前記組電池の端子間電圧を、
（ｎ−１）：１（ｎは単位セルの個数）で分圧する分圧抵抗によって構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の組電池の電圧調整装置。 - 前記第２分圧手段は、複数の単位セル間における何れかの連結点と前記組電池の負側端子との間の電圧を、（ｍ−１）：１（ｍは、前記連結点までの単位セルの個数）で分圧する分圧抵抗によって構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の組電池の電圧調整装置。
- 前記第２分圧手段は、複数の連結点に対応して複数設けられていることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の組電池の電圧調整装置。
- 前記複数の内任意の単位セルについて、当該単位セルの正極側の連結点に対応して設けられている第２分圧手段による分圧点の電位と前記第１分圧手段による分圧点の電位とを比較する第１電位比較手段と、
前記単位セルの負極側の連結点に対応して設けられている第２分圧手段による分圧点の電位と前記第１分圧手段による分圧点の電位とを比較する第２電位比較手段とを備え、
前記電圧制御手段は、前記第１及び第２電位比較手段による比較結果に基づいて、前記単位セルの端子電圧が平均電圧よりも高いか否かを判断するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の組電池の電圧調整装置。 - 前記電圧制御手段は、単位セルの正極側に対応する第２分圧手段による分圧点の電位をＥrp，単位セルの負極側に対応する第２分圧手段による分圧点の電位をＥrn，第１分圧手段による分圧点の電位をＥm とすると、前記第１及び第２電位比較手段の比較結果が、
Ｅrp≧Ｅm 且つＥrn＜Ｅm ，または、Ｅrp＞Ｅm 且つＥrn≦Ｅm
である場合に、単位セルの端子電圧が平均電圧よりも高いと判断し、
前記電位比較手段の比較結果が、
Ｅrp≦Ｅm 且つＥrn＞Ｅm ，または、Ｅrp＜Ｅm 且つＥrn≧Ｅm
である場合に、単位セルの端子電圧が平均電圧よりも低いと判断することを特徴とする請求項７記載の組電池の電圧調整装置。 - 前記電位比較手段及び前記電圧制御手段は、前記組電池から動作用電源を得るように構成されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の組電池の電圧調整装置。
- 前記単位セルは、リチウム電池であることを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の組電池の電圧調整装置。
- 前記組電池は、電気自動車またはハイブリッド電気自動車の駆動用バッテリとして用いられることを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載の組電池の電圧調整装置。
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