JP4764324B2 - エネルギー均等化装置 - Google Patents

Description

本発明は、直列に接続された複数の蓄電セルのエネルギーを均等化するエネルギー均等化装置に関する。

一般に、蓄電装置内に設けられた二次電池等による複数の蓄電セルは、直列に接続され、一括して充放電が行われる場合が多い。その結果、各蓄電セルの電圧にばらつきが生じ、特定の蓄電セルが過充電状態若しくは過放電状態となり、蓄電装置の充電電力を有効に使うことができなくなるという問題が生じる。

この問題を解決するために、従来から様々な手法が採用されている。特許文献１には、バックアップ電源装置の電圧均等化装置について記載されている。この電圧均等化装置は、蓄電セルである二次電池の各々に対して並列に接続されたバイパス回路と、バイパス回路を制御するＣＰＵと、各二次電池の電池電圧を検出する電圧計測器を備えている。ＣＰＵは、電圧計測器による電圧の測定結果に基づき、所定電圧よりも高い電圧が測定された二次電池に対応するバイパス回路を作動させて、電圧の高い二次電池の充電を停止、又は充電電流を減少させる。これにより、蓄電装置を構成する全体の蓄電セルの電圧が均等化される。

また特許文献２には、電池ブロック間の電圧ばらつきの低減が可能な車両用複数電圧出力型電源装置について記載されている。この車両用複数電圧出力型電源装置は、低電圧負荷へ低電源電圧を出力するローワー蓄電ブロックと、ローワー蓄電ブロックに直列接続されて高電圧負荷へ高電源電圧を出力するハイヤー蓄電ブロックと、ハイヤー蓄電ブロックの蓄電電力によりローワー蓄電ブロックのみを充電するローワー蓄電ブロック補充充電用のＤＣ−ＤＣコンバータと、各電池ブロックの平均セル電圧に関連する電気パラメータを検出して比較し、比較結果に基づいて各電池ブロックの平均セル電圧を略一致させるブロック間送電制御部とを有することを特徴としている。

ハイヤー蓄電ブロックに比較してローワー蓄電ブロックは放電しやすく、電圧が低下する傾向にある。そこで、ブロック間送電制御部は、ＤＣ−ＤＣコンバータを制御して、ハイヤー蓄電ブロックからローワー蓄電ブロックへの送電を行う。このようにして、各蓄電ブロックの容量を均等化することができる。
特開２００４−１２９４３９号公報 特開２００２−３４５１６１号公報

しかしながら、特許文献１に記載された電圧均等化装置は、バイパス回路を構成するトランジスタや抵抗、及びバイパス回路を制御するＣＰＵ等を備えているので、必要なスペースやコストが増大するという問題点がある。

また、特許文献２に記載された車両用複数電圧出力型電源装置は、ハイヤー蓄電ブロックに並列に接続されたローワー蓄電ブロック補充充電用の複数のＤＣ−ＤＣコンバータを備えている。この複数のＤＣ−ＤＣコンバータの各々は、トランス、スイッチング素子、及びダイオードにより構成されているので、特許文献１に記載された電圧均等化装置と同様、必要なスペースやコストが増大するという問題点がある。

本発明は上述した従来技術の問題点を解決するもので、簡易な構成で蓄電装置に構成された複数の蓄電セルのエネルギーを均等化するエネルギー均等化装置を提供することを課題とする。

本発明に係るエネルギー均等化装置は、上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、エネルギー状態が高くなるにつれてインピーダンスが増大する領域を有する蓄電セルを直列接続して形成した蓄電セル群に対して前記蓄電セルが有するエネルギーを均等化するとき、前記蓄電セル群の両端に電気的に接続されており、前記蓄電セル群に充放電を行い、且つ、調整対象の前記蓄電セルのエネルギー状態が、エネルギー状態が高くなるにつれてインピーダンスが増大する領域にあるときに高周波電流を充放電する充放電装置を備えることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１において、前記複数の蓄電セルの各々の開放電圧を検出する複数の電圧検出手段を備え、前記充放電装置は、前記複数の電圧検出手段により検出された開放電圧に基づいて前記複数の蓄電セルのエネルギーのばらつきを算出し、前記ばらつきが所定の値以上の場合に前記蓄電セル群に高周波電流を流すことを特徴とする請求項１記載のエネルギー均等化装置。

請求項３記載の発明は、請求項２において、前記充放電装置は、前記ばらつきが所定の値未満になるまで前記蓄電セル群に対する充電と高周波電流の出力とを繰り返すことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項２又は請求項３において、前記充放電装置は、前記複数の電圧検出手段の各々により検出された前記複数の蓄電セルの各々に対する開放電圧の全てが第１所定電圧値以上の場合にのみ、前記蓄電セル群に高周波電流を流すことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項２乃至請求項４のいずれか１項において、前記充放電装置は、前記複数の電圧検出手段の各々により検出された前記複数の蓄電セルの各々に対する開放電圧の全てが第２所定電圧値未満の場合には、前記蓄電セル群に充電を行うことを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項において、前記充放電装置は、前記蓄電セル群に高周波電流を流すエネルギーを蓄えたエネルギーバッファーを備えることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項において、前記蓄電セル群の内部又は近傍に蓄電セル群の温度を測定する温度センサーを備え、前記充放電装置は、前記温度センサーにより測定された温度が所定の温度未満の場合にのみ前記蓄電セル群に高周波電流を流すこと特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか１項において、時間を計時するタイマーを備え、前記充放電装置は、前記タイマーにより計時された時間情報に基づき、所定時間毎に前記蓄電セル群に高周波電流を流すこと特徴とする。

本発明の請求項１記載の発明によれば、蓄電装置に充放電を行うとともに蓄電装置に高周波電流を流す充放電装置を備えているので、バイパス回路等を必要とせず、簡易な構成で蓄電セルのエネルギーを均等化することができる。

本発明の請求項２記載の発明によれば、電圧検出手段により検出された開放電圧値に基づいて、複数の蓄電セルのエネルギーのばらつきを算出するとともに、ばらつきが所定の値以上の場合に蓄電装置に高周波電流を流すので、ばらつきの値が大きい場合に自動的に充放電装置が蓄電装置に高周波電流を流して蓄電セルのエネルギーを均等化することができる。

本発明の請求項３記載の発明によれば、充放電装置は、ばらつきが所定の値未満になるまで蓄電装置に対する充電と高周波電流の出力とを繰り返すので、ばらつきの値が小さくなった場合に、自動的にエネルギー均等化装置によるエネルギーの均等化を止めることができる。

また、充電と高周波電流の出力とを繰り返すので、複数の蓄電セルの各々のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を低下させることなくエネルギーの均等化を図ることができる。

本発明の請求項４記載の発明によれば、充放電装置は、複数の電圧検出手段の各々により検出された複数の蓄電セルの各々に対する開放電圧の全てが第１所定電圧値以上の場合にのみ、蓄電装置に高周波電流を流すので、ＳＯＣが低い蓄電セルに対して高周波電流を流すことなく、効率良くエネルギーの均等化を行うことができる。第１所定電圧値については、後述する。

本発明の請求項５記載の発明によれば、充放電装置は、複数の電圧検出手段の各々により検出された複数の蓄電セルの各々に対する開放電圧の全てが第２所定電圧値未満の場合には、蓄電装置に充電を行うので、ＳＯＣが高い蓄電セルが存在しない場合に高周波電流を流すことなく、効率良くエネルギーの均等化を行うことができる。第２所定電圧値については、後述する。

本発明の請求項６記載の発明によれば、充放電装置は、蓄電装置に高周波電流を流すエネルギーを蓄えた電池やコンデンサといったエネルギーバッファーを備えているので、高周波電流を流す際にエネルギーバッファーがエネルギーを吸収し、外部電源等へのエネルギーの流出が無くなり、効率良く高周波電流を流すことができる。

本発明の請求項７記載の発明によれば、蓄電装置の内部又は近傍に蓄電装置の温度を測定する温度センサーを備え、充放電装置は、温度センサーにより測定された温度が所定の温度未満の場合にのみ蓄電装置に高周波電流を流すので、蓄電セルを温度上昇から保護して電池が推奨する使用温度範囲内で安全にエネルギーの均等化を行うことができる。

本発明の請求項８記載の発明によれば、時間を計時するタイマーを備え、充放電装置は、タイマーにより計時された時間情報に基づき、所定時間毎に蓄電装置に高周波電流を流すので、蓄電装置が使用されていない時間帯等、適切な時間にエネルギーの均等化を行うことができる。

以下、本発明のエネルギー均等化装置の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。

最初に図１乃至図５を用いて実施例１を説明する。図１は、本発明の実施例１に係るエネルギー均等化装置の構成を示す図である。このエネルギー均等化装置は、充放電装置１０ａで構成されており、複数の蓄電セル（２２ａ−１〜２２ａ−ｎ）を直列接続してなる蓄電装置２０ａにおける複数の蓄電セル（２２ａ−１〜２２ａ−ｎ）のエネルギーを均等化する。

充放電装置１０ａは、蓄電装置２０ａに接続され、蓄電装置２０ａに充放電を行うとともに、蓄電装置２０ａに高周波電流を流す。操作人は、充放電装置１０ａを操作することにより、自由なタイミングで蓄電装置２０ａに充電又は放電を行うか、若しくは高周波電流を流すことができる。実施例１において高周波電流は、図１に示すように三角波であるが、正弦波や方形波であっても構わない。また、高周波電流は、特に周波数に対する限定は無いが、一般的には１００Ｈｚから１００ｋＨｚ程度の周波数の電流を指す。

図２は、充放電装置１０ａの詳細な構成を示す図である。充放電装置１０ａは、１例として、図２に示すような双方向性ＤＣ／ＤＣコンバータにより実現できる。このＤＣ／ＤＣコンバータは、蓄電装置２０ａに接続されるとともに、蓄電装置２０ａよりも電圧の高い直流電源等に接続されている。この直流電源は外部電源であってもよい。このＤＣ／ＤＣコンバータの使い方の１例を示す。まず蓄電装置２０ａに充電を行う場合には、充電用スイッチ１２のオン期間とオフ期間との比を変えることにより、出力電圧の調節をして蓄電装置２０ａに充電を行うことができる。充電用スイッチ１２がオンされた場合、インダクタンスＬ１に電流が流れ、エネルギーが蓄えられる。また、充電用スイッチ１２がオフされた場合、ダイオードＤ２によりインダクタンスＬ１のエネルギーが還流され、蓄電装置２０ａに過電圧が印加されるのを防止する。また、インダクタンスＬ１は、蓄電装置２０ａに流れる電流を平滑化する。

蓄電装置２０ａを放電させる場合には、放電用スイッチ１４にスイッチング動作を行わせる。放電用スイッチ１４がオンされた場合、インダクタンスＬ１に蓄電装置２０ａ側から電流が流れ、エネルギーが蓄えられる。また、放電用スイッチ１４がオフされた場合、ダイオードＤ１によりインダクタンスＬ１のエネルギーが直流電源側に放出される。

また、蓄電装置２０ａに高周波電流を流す場合には、充電用スイッチ１２と放電用スイッチ１４とを交互にスイッチングさせる。例えば、充電用スイッチ１２がオンで放電用スイッチ１４がオフである場合、電流は蓄電装置２０ａを充電する方向にインダクタンスＬ１を流れる。

この後、充電用スイッチ１２がオフされ放電用スイッチ１４がオンされると、上述したように、インダクタンスＬ１にエネルギーが蓄えられている間は、ダイオードＤ２を還流して充電する向きにしばらく電流は流れ続ける。しかし、インダクタンスＬ１にエネルギーが無くなると、逆に放電用スイッチ１４を通り放電する向きに電流は流れる。

この後、充電用スイッチ１２がオンされ放電用スイッチ１４がオフされると、上述したように、インダクタンスＬ１にエネルギーが蓄えられている間は、ダイオードＤ１により、インダクタンスＬ１のエネルギーが直流電源側に放出され、放電する向きにしばらく電流は流れ続ける。しかし、インダクタンスＬ１にエネルギーが無くなると、逆に充電用スイッチ１２を通り蓄電装置２０ａを充電する向きに電流は流れる。

これを繰り返すことにより、蓄電装置２０ａに高周波電流を流すことができる。

図３乃至図５は、蓄電セル２２ａのＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）に対するインピーダンス特性を示す。ここでＳＯＣは、１つの蓄電セル２２ａの充電状態を示す。蓄電セル２２ａの充電状態を示すＳＯＣは、実測が困難であるため、実際にはＯＣＶ（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）である開放電圧を測定してＳＯＣを求める場合が多い。ＯＣＶとＳＯＣとは、一定の関係がある。実施例１においては、操作人が図示されない電圧測定装置を用いて任意に各蓄電セル２２ａのＳＯＣを求めるものとする。

図３に示すように、ＳＯＣが低い領域（ＳＯＣ１）において、蓄電セル２２ａのインピーダンスはＳＯＣが低いほど高くなる。また、ＳＯＣが中間の領域（ＳＯＣ２）において、蓄電セル２２ａのインピーダンスは低く、一定である。さらに、ＳＯＣが高い領域（ＳＯＣ３）において、蓄電セル２２ａのインピーダンスはＳＯＣが高いほど高くなる。

蓄電セル２２ａのインピーダンスが高い場合に蓄電セル２２ａに高周波電流を流すと、蓄電セル２２ａは、高周波電流が流れることにより発熱して大きな損失を生じる。

１例として、図３に示すように、蓄電セル２２ａ−３のインピーダンスはＺ１であり、蓄電セル２２ａ−５のインピーダンスはＺ２であるとする。Ｚ１は、Ｚ２よりも低いものとする。また蓄電セル２２ａ−３と蓄電セル２２ａ−５とは、いずれもＳＯＣが高い領域（ＳＯＣ３）にある。また、蓄電セル２２ａ−３のＳＯＣは、蓄電セル２２ａ−５のＳＯＣよりも低い。

この場合に、充放電装置１０ａが蓄電装置２０ａに高周波電流を流すと、蓄電セル２２ａ−５は、蓄電セル２２ａ−３よりも高いインピーダンスを有しているため、発熱してより大きなエネルギーを消費する。一方、蓄電セル２２ａ−３は、蓄電セル２２ａ−５よりも低いインピーダンスを有しているため、エネルギー消費はわずかである。したがって、両者のエネルギー差は縮まり、両蓄電セルのエネルギーを均等化することができる。

また、図示はされていないが、仮に蓄電セル２２ａ−３のＳＯＣがＳＯＣ２の領域にあったとしても、結果は同様に、両者のエネルギー差が縮まり、両蓄電セルのエネルギーが均等化される。ＳＯＣ２の領域にあった場合も、蓄電セル２２ａ−３のインピーダンスは低いため、エネルギーの消費量がほとんど無いからである。

次に、図４に示すように、蓄電セル２２ａ−３のインピーダンスはＺ３であり、蓄電セル２２ａ−５のインピーダンスはＺ４であると仮定した場合について述べる。蓄電セル２２ａ−３のＳＯＣは、ＳＯＣ１の領域にある。また、蓄電セル２２ａ−５のＳＯＣは、ＳＯＣ３の領域にある。

この場合に、充放電装置１０ａが蓄電装置２０ａに高周波電流を流すと、蓄電セル２２ａ−３及び蓄電セル２２ａ−５は、いずれも発熱して大きなエネルギーを消費する。特に蓄電セル２２ａ−３は、エネルギーを消費してＳＯＣが低くなるほどインピーダンスが高くなるため、加速度的にエネルギーが消費される。したがって、両者のエネルギー差は拡がる。よって、この場合には、高周波電流を流さないほうがよい。

そこで、図５に示すように、高周波電流を流す前に、蓄電装置２０ａを充電した場合を考える。ここで、蓄電セル２２ａ−３のインピーダンスはＺ５であり、蓄電セル２２ａ−５のインピーダンスはＺ６であると仮定する。充放電装置１０ａは、操作人の操作に基づいて、蓄電装置２０ａを充電する。すると、蓄電セル２２ａ−３及び蓄電セル２２ａ−５は、それぞれ充電され、インピーダンスの値が変化する。蓄電セル２２ａ−３のインピーダンスは、Ｚ５からＺ５´に変化し、蓄電セル２２ａ−５のインピーダンスは、Ｚ６からＺ６´に変化する。また、蓄電セル２２ａ−３のＳＯＣは、ＳＯＣ１の領域からＳＯＣ２の領域へと移る。

この場合に、充放電装置１０ａが蓄電装置２０ａに高周波電流を流すと、蓄電セル２２ａ−５は、高いインピーダンスＺ６´を有しているため、発熱してより大きなエネルギーを消費する。一方、蓄電セル２２ａ−３は、低いインピーダンスＺ５´を有しているため、エネルギー消費はわずかである。したがって、両者のエネルギー差は縮まり、両蓄電セルのエネルギーを均等化することができる。

次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。図６は、本実施例のエネルギー均等化装置を用いたエネルギー均等化の１例を示すフローチャート図である。まず、使用者は、電圧検出器等を用いて複数の蓄電セル（２２ａ−１〜２２ａ−ｎ）の各々のＳＯＣを調べる（ステップＳ１０１）。

次に、使用者は、所定値Ｅ１以下のＳＯＣを有する蓄電セル２２ａが存在するか否かを調べる（ステップＳ１０３）。ここで所定値Ｅ１とは、ＳＯＣ１とＳＯＣ２との境界値を指す。すなわち、所定値Ｅ１以下のＳＯＣを有する蓄電セル２２ａは、ＳＯＣ１の領域にあることを意味する。

所定値Ｅ１以下のＳＯＣを有する蓄電セル２２ａが存在する場合、充放電装置１０ａは、使用者の操作に基づき、蓄電装置２０ａを充電する（ステップＳ１０５）。上述したように、ＳＯＣ１の領域にある蓄電セル２２ａを有する蓄電装置２０ａに高周波電流を流すと、ＳＯＣ１の領域にある蓄電セル２２ａは、エネルギーを消費してＳＯＣが低くなるほどインピーダンスが高くなるため、加速度的にエネルギーが消費され、他の蓄電セルとのエネルギー差が拡がるからである。充電を行った後は、再びステップＳ１０１に戻る。

所定値Ｅ１以下のＳＯＣを有する蓄電セル２２ａが存在しない場合、使用者は、所定値Ｅ２以上のＳＯＣを有する蓄電セル２２ａが存在するか否かを調べる（ステップＳ１０７）。ここで所定値Ｅ２とは、ＳＯＣ２とＳＯＣ３との境界値を指す。すなわち、所定値Ｅ２以上のＳＯＣを有する蓄電セル２２ａは、ＳＯＣ３の領域にあることを意味する。

所定値Ｅ２以上のＳＯＣを有する蓄電セル２２ａが存在しない場合、ステップＳ１０５に戻り、充放電装置１０ａは、使用者の操作に基づき、蓄電装置２０ａを充電する。この場合には、全ての蓄電セル（２２ａ−１〜２２ａ−ｎ）のＳＯＣは、ＳＯＣ２の領域に存在する。したがって、充放電装置１０ａが蓄電装置２０ａに高周波電流を流したとしても、いずれの蓄電セル２２ａもインピーダンスが低く、エネルギー消費はわずかである。したがって、蓄電セル間のエネルギー差は縮まらないので、ステップＳ１０５に戻り充電を行う必要がある。

所定値Ｅ２以上のＳＯＣを有する蓄電セル２２ａが存在する場合、充放電装置１０ａは、使用者の操作に基づき、蓄電装置２０ａに高周波電流を流す（ステップＳ１０９）。所定値Ｅ２以上のＳＯＣを有する蓄電セル２２ａは、ＳＯＣ３の領域にあるため、高周波電流を流すことにより、発熱してより大きなエネルギーを消費する。したがって、他の蓄電セル２２ａとのエネルギー差を縮めることができる。この後は、ステップＳ１０１に戻る。高周波電流を流す期間は、使用者が自由に決められる。時間で決めてもよいし、１つでも蓄電セルのＳＯＣがあるレベルまで下がったら高周波電流の出力を止めると決めてもよい。

以上の動作を繰り返すことにより、蓄電装置２０ａにおける複数の蓄電セル２２ａのエネルギーを均等化することができる。なお、ステップＳ１０１において、使用者は、充分にエネルギーの均等化を行うことができたと判断した場合に、エネルギー均等化装置の使用を中止すればよい。

上述のとおり、本発明の実施例１の形態に係るエネルギー均等化装置によれば、蓄電装置２０ａに充放電を行うとともに蓄電装置２０ａに高周波電流を流す充放電装置１０ａを備えているので、バイパス回路等を必要とせず、簡易な構成で蓄電セル２２ａのエネルギーを均等化することができる。

また使用者は、好きなタイミングで充放電装置１０ａにより蓄電装置２０ａに対する充電と高周波電流出力を行うことができるので、自らの判断でエネルギーの均等化を行うことができる。

図７は、本発明の実施例２に係るエネルギー均等化装置の構成を示す図である。実施例１の構成と異なる点は、本実施例におけるエネルギー均等化装置は、充放電装置１０ｂと、複数の電圧検出器（６０−１〜６０−ｎ）とで構成されている点である。

複数の電圧検出器（６０−１〜６０−ｎ）の各々は、本発明の電圧検出手段に対応し、複数の蓄電セル（２２ｂ−１〜２２ｂ−ｎ）の各々の開放電圧を検出する。

充放電装置１０ｂは、複数の電圧検出器（６０−１〜６０−ｎ）の各々により検出された開放電圧に基づいて、複数の蓄電セル（２２ｂ−１〜２２ｂ−ｎ）のエネルギーのばらつきを算出する。ここで、ばらつきの算出方法は、どのようなものであってもよい。例えば、複数の蓄電セル（２２ｂ−１〜２２ｂ−ｎ）のＳＯＣに対する標準偏差を求めても良いし、単純に上限値と下限値との差でもよい。

充放電装置１０ｂは、上記のように求めたばらつきが所定の値以上の場合に蓄電装置２０ｂに高周波電流を流す。

また充放電装置１０ｂは、ばらつきが所定の値未満になるまで蓄電装置２０ｂに対する充電と高周波電流の出力とを繰り返す。

さらに充放電装置１０ｂは、複数の電圧検出器（６０−１〜６０−ｎ）の各々により検出された複数の蓄電セル（２２ｂ−１〜２２ｂ−ｎ）の各々に対する開放電圧の全てが第１所定電圧値以上の場合にのみ、蓄電装置２０ｂに高周波電流を流す。ここで第１所定電圧値とは、ＳＯＣ１とＳＯＣ２との境界値のＳＯＣに対応する開放電圧値を指す。すなわち、開放電圧の全てが第１所定電圧値以上とは、全ての蓄電セル２２ｂのＳＯＣがＳＯＣ２又はＳＯＣ３の領域にあることを意味する。

上述したように、ＳＯＣ１の領域のＳＯＣを有する蓄電セルが存在する場合、蓄電装置２０ｂに高周波電流を流したとしても、エネルギーの均等化が図れないからである。

また充放電装置１０ｂは、複数の電圧検出検出器（６０−１〜６０−ｎ）の各々により検出された複数の蓄電セル（２２ｂ−１〜２２ｂ−ｎ）の各々に対する開放電圧の全てが第２所定電圧値未満の場合には、蓄電装置２０ｂに充電を行う。ここで第２所定電圧値とは、ＳＯＣ２とＳＯＣ３との境界値のＳＯＣに対応する開放電圧値を指す。すなわち、開放電圧の全てが第２所定電圧値未満とは、全ての蓄電セル２２ｂのＳＯＣがＳＯＣ１又はＳＯＣ２の領域にあることを意味する。

上述したように、ＳＯＣ３の領域のＳＯＣを有する蓄電セルが存在しない場合、蓄電装置２０ｂに高周波電流を流したとしても、エネルギーの均等化が図れないため、充電する必要があるからである。

次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。図８は、本実施例のエネルギー均等化装置の動作を示すフローチャート図である。まず、複数の電圧検出検出器（６０−１〜６０−ｎ）の各々は、複数の蓄電セル（２２ｂ−１〜２２ｂ−ｎ）の各々の開放電圧を検出する（ステップＳ２０１）。

次に、充放電装置１０ｂは、複数の電圧検出検出器（６０−１〜６０−ｎ）の各々により検出された開放電圧に基づいて複数の蓄電セル（２２ｂ−１〜２２ｂ−ｎ）のエネルギーのばらつきを算出し、ばらつきが所定の値未満であるか否かを判断する（ステップＳ２０３）。ばらつきが所定の値未満であるならば、本実施例のエネルギー均等化装置は、そこで動作を終了する。

ばらつきが所定の値以上である場合、次に充放電装置１０ｂは、複数の電圧検出検出器（６０−１〜６０−ｎ）の各々により検出された開放電圧の全てが第１所定電圧値以上であるか否かを判断する（ステップＳ２０５）。

１つでも第１所定電圧値未満の開放電圧値を有する蓄電セル２２ｂが存在する場合、充放電装置１０ｂは、蓄電装置２０ｂに対して充電を行う（ステップＳ２０７）。充電期間は、予め使用者が設定できるものとする。充電を行った後は、再びステップＳ２０１に戻る。

開放電圧の全てが第１所定電圧値以上である場合、充放電装置１０ｂは、開放電圧の全てが第２所定電圧値未満であるか否かを判断する（ステップＳ１０９）。開放電圧の全てが第２所定電圧値未満である場合、ステップ２０７に戻り、充放電装置１０ｂは、蓄電装置２０ｂに対して充電を行う。

１つでも第２所定電圧値以上の開放電圧値を有する蓄電セル２２ｂが存在する場合、充放電装置１０ｂは、蓄電装置２０ｂに高周波電流を流す（ステップＳ２１１）。高周波電流を流す期間はどのように設定されていてもよい。時間で設定されていてもよいし、１つでも蓄電セルのＳＯＣがあるレベルまで下がったら高周波電流の出力を止めるように設定されていてもよい。高周波電流の出力を行った後は、再びステップＳ２０１に戻る。

以上の動作を繰り返すことにより、蓄電装置２０ｂにおける複数の蓄電セル２２ｂのエネルギーを均等化することができる。

上述のとおり、本発明の実施例２の形態に係るエネルギー均等化装置によれば、実施例１の効果に加え、複数の電圧検出検出器（６０−１〜６０−ｎ）により検出された開放電圧に基づいて、複数の蓄電セル（２２ｂ−１〜２２ｂ−ｎ）のエネルギーのばらつきを算出するとともに、ばらつきが所定の値以上の場合に蓄電装置２０ｂに高周波電流を流すので、ばらつきの値が大きい場合に自動的に充放電装置１０ｂが蓄電装置２０ｂに高周波電流を流して蓄電セル２２ｂのエネルギーを均等化することができる。

また、充放電装置１０ｂは、ばらつきが所定の値未満になるまで蓄電装置２０ｂに対する充電と高周波電流の出力とを繰り返すので、ばらつきの値が小さくなった場合に、自動的にエネルギー均等化装置によるエネルギーの均等化を止めることができる。

さらに、充電と高周波電流の出力とを繰り返すので、複数の蓄電セル（２２ｂ−１〜２２ｂ−ｎ）の各々のＳＯＣを低下させることなくエネルギーの均等化を図ることができる。

一方、充放電装置１０ｂは、複数の電圧検出検出器（６０−１〜６０−ｎ）の各々により検出された複数の蓄電セル（２２ｂ−１〜２２ｂ−ｎ）の各々に対する開放電圧の全てが第１所定電圧値以上の場合にのみ、蓄電装置２０ｂに高周波電流を流すので、ＳＯＣ１の領域のＳＯＣを有する蓄電セル２２ｂに対して高周波電流を流すことなく、効率良くエネルギーの均等化を行うことができる。

また、充放電装置１０ｂは、複数の電圧検出検出器（６０−１〜６０−ｎ）の各々により検出された複数の蓄電セル（２２ｂ−１〜２２ｂ−ｎ）の各々に対する開放電圧の全てが第２所定電圧値未満の場合には、蓄電装置２０ｂに充電を行うので、ＳＯＣ３の領域のＳＯＣを有する蓄電セル２２ｂが存在しない場合に高周波電流を流すことなく、効率良くエネルギーの均等化を行うことができる。

図９は、本発明の実施例３に係るエネルギー均等化装置の構成を示す図である。実施例１の構成と異なる点は、本実施例におけるエネルギー均等化装置は、エネルギーバッファー３０を備えた充放電装置１０ｃで構成されている点である。

エネルギーバッファー３０は、図示されない直流電源と並列に接続され、蓄電装置２０ｃに高周波電流を流すエネルギーを蓄えている。

図１０は、充放電装置１０ｃの詳細な構成を示す図である。基本的な動作は、図２で説明した充放電装置１０ａと同じである。ただし、蓄電装置２０ａに高周波電流を流す場合には、エネルギーバッファー３０に蓄えられたエネルギーが用いられる。エネルギー１６は、高周波電流を蓄電装置２０ａに流した場合のエネルギーの流れを示す。このように、電池やコンデンサといったエネルギーバッファー３０が充放電装置１０ｃに備えられている場合、高周波電流を流す際のエネルギーのやり取りは、ほとんどエネルギーバッファー３０と蓄電装置２０ａとの間で行われる。したがって、電流が蓄電装置２０ａから放電される場合にも、エネルギーバッファー３０は、エネルギーをほとんど吸収し、直流電源側に放出されるエネルギーは、わずかである。

次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。本実施例におけるエネルギー均等化装置は、図６において説明した実施例１の動作や図８において説明した実施例２の動作と同様である。ただし、充放電装置１０ｃは、図６のステップＳ１０９や図８のステップＳ２１１で蓄電装置２０ｃに高周波電流を流す際に、エネルギーバッファー３０に蓄えられたエネルギーを用いる。

上述のとおり、本発明の実施例３の形態に係るエネルギー均等化装置によれば、実施例１の効果に加え、充放電装置１０ｃは、蓄電装置２０ｃに高周波電流を流すエネルギーを蓄えた電池やコンデンサといったエネルギーバッファー３０を備えているので、高周波電流を流す際にエネルギーバッファー３０がエネルギーを吸収し、直流電源等へのエネルギーの流出が無くなり、効率良く高周波電流を流すことができる。

図１１は、本発明の実施例４に係るエネルギー均等化装置の構成を示す図である。実施例１の構成と異なる点は、本実施例におけるエネルギー均等化装置は、充放電装置１０ｄと、温度センサー４０とで構成されている点である。

温度センサー４０は、蓄電装置２０ｄの内部又は近傍に設置され、蓄電装置２０ｄの温度を測定する。

充放電装置１０ｄは、温度センサー４０により測定された温度が所定の温度未満の場合にのみ蓄電装置２０ｄに高周波電流を流す。ここで所定の温度は、使用者が自由に設定することができる。例えば使用者は、蓄電セル２２ｄに用いられている二次電池が推奨する使用温度範囲の上限値を所定の温度として設定することができる。

次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。本実施例におけるエネルギー均等化装置は、図６において説明した実施例１の動作と同様である。ただし、充放電装置１０ｄは、蓄電装置２０ｄに高周波電流を流す前に、温度センサー４０により測定された温度が所定の温度未満であるか否かを判断する。

したがって、本実施例におけるエネルギー均等化装置を用いてエネルギーの均等化を行う場合には、図６のステップＳ１０９において、使用者が充放電装置１０ｄを用いて蓄電装置２０ｄに高周波電流を流そうとしたとしても、充放電装置１０ｄは、温度センサー４０により測定された温度が所定の温度未満であるか否かを判断し、所定の温度未満の場合にのみ蓄電装置２０ｄに高周波電流を流す。

所定の温度以上である場合には、充放電装置１０ｄは、蓄電装置２０ｄに高周波電流を流さず、蓄電装置２０ｄに高周波電流を流すことができない旨を使用者に知らせる。知らせる方法は、どのようなものであってもよく、例えば警告音を発する、又は警告表示をディスプレイ等に表示するといった方法が考えられる。

さらに、ステップＳ１０９において、充放電装置１０ｄは、蓄電装置２０ｄに高周波電流を流している最中も、温度センサー４０により測定された温度が所定の温度未満であるか否かを判断する。所定の温度以上になった場合には、充放電装置１０ｄは、蓄電装置２０ｄに高周波電流を流すのを停止する。その際、エネルギー均等化装置は、使用者に上述したような方法で高周波電流を停止したことを知らせる。

一方、仮に本実施例におけるエネルギー均等化装置が複数の電圧検出検出器（６０−１〜６０−ｎ）を備えていた場合には、図８において説明した実施例２の動作と同様である。ただし、充放電装置１０ｄは、蓄電装置２０ｄに高周波電流を流す前に、温度センサー４０により測定された温度が所定の温度未満であるか否かを判断する。

したがって、この場合には、図８のステップＳ２１１において、充放電装置１０ｄは、温度センサー４０により測定された温度が所定の温度未満であるか否かを判断し、所定の温度未満の場合にのみ蓄電装置２０ｄに高周波電流を流す。

所定の温度以上である場合には、充放電装置１０ｄは、蓄電装置２０ｄに高周波電流を流さず、ステップＳ２０１に戻る。

また実施例１の場合と同様に、温度センサー４０により測定された温度が所定の温度未満であっても、高周波電流を流している最中に、温度センサー４０により測定された温度が所定の温度以上になった場合には、充放電装置１０ｄは、蓄電装置２０ｄに高周波電流を流すのを停止する。その後、ステップＳ２０１に戻る。

上述のとおり、本発明の実施例４の形態に係るエネルギー均等化装置によれば、蓄電装置２０ｄの内部又は近傍に蓄電装置２０ｄの温度を測定する温度センサー４０を備え、充放電装置１０ｄは、温度センサー４０により測定された温度が所定の温度未満の場合にのみ蓄電装置２０ｄに高周波電流を流すので、実施例１の効果に加え、蓄電セル２２ｄを温度上昇から保護して電池が推奨する使用温度範囲内で安全にエネルギーの均等化を行うことができる。

図１２は、本発明の実施例５に係るエネルギー均等化装置の構成を示す図である。実施例１の構成と異なる点は、本実施例におけるエネルギー均等化装置は、充放電装置１０ｅと、タイマー５０とで構成されている点である。

タイマー５０は、時間を計時して、時間情報を充放電装置１０ｅに出力する。

充放電装置１０ｅは、タイマー５０により計時された時間情報に基づき、所定時間毎に蓄電装置２０ｅに高周波電流を流す。ここで所定時間は、使用者が自由に設定することができる。例えば使用者は、１週間に１回、又は１ヶ月に１回といった周期で充放電装置１０ｅが蓄電装置２０ｅに高周波電流を流すように設定することができる。また、使用者は、日付や時刻を指定して充放電装置１０ｅが蓄電装置２０ｅに高周波電流を流すように設定することもできる。

次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。基本的な動作は実施例１と同様である。ただし、使用者が自ら操作しなくとも、あらかじめ充放電装置１０ｅに設定することにより、充放電装置１０ｅは、所定時間毎に自動的に蓄電装置２０ｅに高周波電流を流す。

また、仮に本実施例におけるエネルギー均等化装置が複数の電圧検出検出器（６０−１〜６０−ｎ）を備えていた場合には、図８において説明した実施例２の動作を所定時間毎に行う。

上述のとおり、本発明の実施例５の形態に係るエネルギー均等化装置によれば、時間を計時するタイマー５０を備え、充放電装置１０ｅは、タイマー５０により計時された時間情報に基づき、所定時間毎に蓄電装置２０ｅに高周波電流を流すので、実施例１の効果に加え、蓄電装置２０ｅが使用されていない時間帯等、適切な時間にエネルギーの均等化を行うことができる。また、定期的にエネルギーの均等化を行うことでエネルギーのばらつきが生じるのを防止することができる。

本発明は、複数の蓄電セルを直列接続してなる蓄電装置に対する充放電装置に適用可能である。

本発明の実施例１の形態のエネルギー均等化装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１の形態のエネルギー均等化装置の充放電装置の詳細な構成を示す図である。 蓄電セルのＳＯＣに対するインピーダンス特性を示す図である。 蓄電セルのＳＯＣに対するインピーダンス特性を示す図である。 蓄電セルのＳＯＣに対するインピーダンス特性を示す図である。 本発明の実施例１の形態のエネルギー均等化装置を用いたエネルギー均等化の１例を示すフローチャート図である。 本発明の実施例２の形態のエネルギー均等化装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例２の形態のエネルギー均等化装置の動作を示すフローチャート図である。 本発明の実施例３の形態のエネルギー均等化装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例３の形態のエネルギー均等化装置の充放電装置の詳細な構成を示す図である。 本発明の実施例４の形態のエネルギー均等化装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例５の形態のエネルギー均等化装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

Ｄ１、Ｄ２ ダイオード
Ｌ１ インダクタンス
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ 充放電装置
１２ 充電用スイッチ
１４ 放電用スイッチ
１６ エネルギーの流れ
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ 蓄電装置
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ 蓄電セル
３０ エネルギーバッファー
４０ 温度センサー
５０ タイマー
６０ 電圧検出器

Claims (8)

1. エネルギー状態が高くなるにつれてインピーダンスが増大する領域を有する蓄電セルを直列接続して形成した蓄電セル群に対して前記蓄電セルが有するエネルギーを均等化するとき、前記蓄電セル群の両端に電気的に接続されており、前記蓄電セル群に充放電を行い、且つ、調整対象の前記蓄電セルのエネルギー状態が、エネルギー状態が高くなるにつれてインピーダンスが増大する領域にあるときに高周波電流を充放電する充放電装置を備えることを特徴とするエネルギー均等化装置。
2. 前記複数の蓄電セルの各々の開放電圧を検出する複数の電圧検出手段を備え、
   前記充放電装置は、前記複数の電圧検出手段により検出された開放電圧に基づいて前記複数の蓄電セルのエネルギーのばらつきを算出し、前記ばらつきが所定の値以上の場合に前記蓄電セル群に高周波電流を流すことを特徴とする請求項１記載のエネルギー均等化装置。
3. 前記充放電装置は、前記ばらつきが所定の値未満になるまで前記蓄電セル群に対する充電と高周波電流の出力とを繰り返すことを特徴とする請求項２記載のエネルギー均等化装置。
4. 前記充放電装置は、前記複数の電圧検出手段の各々により検出された前記複数の蓄電セルの各々に対する開放電圧の全てが第１所定電圧値以上の場合にのみ、前記蓄電セル群に高周波電流を流すことを特徴とする請求項２又は請求項３記載のエネルギー均等化装置。
5. 前記充放電装置は、前記複数の電圧検出手段の各々により検出された前記複数の蓄電セルの各々に対する開放電圧の全てが第２所定電圧値未満の場合には、前記蓄電セル群に充電を行うことを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項記載のエネルギー均等化装置。
6. 前記充放電装置は、前記蓄電セル群に高周波電流を流すエネルギーを蓄えたエネルギーバッファーを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のエネルギー均等化装置。
7. 前記蓄電セル群の内部又は近傍に蓄電セル群の温度を測定する温度センサーを備え、
   前記充放電装置は、前記温度センサーにより測定された温度が所定の温度未満の場合にのみ前記蓄電セル群に高周波電流を流すこと特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載のエネルギー均等化装置。
8. 時間を計時するタイマーを備え、
   前記充放電装置は、前記タイマーにより計時された時間情報に基づき、所定時間毎に前記蓄電セル群に高周波電流を流すこと特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載のエネルギー均等化装置。

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