JP5466586B2 - 組電池の管理装置 - Google Patents

Description

本発明は、組電池の管理装置に関する。

ハイブリッド車両や電気自動車等の電動車両におけるモータの動力源、及び負荷の駆動源としてニッケル水素電池からなる組電池が用いられているが、リチウムイオン電池は、他の二次電池に比べてエネルギ密度が高く、充放電効率も優れていることから、ニッケル水素電池からリチウムイオン電池への置換が検討されている。

電動車両に搭載される組電池は、複数個のブロックを直列接続して構成され、各ブロックはさらに複数の電池セルを直列接続して構成される。組電池の状態を制御する、あるいは組電池の異常を検出するために、各ブロック毎に管理装置を設け、電池セルの電圧を検出する。

下記に示す特許文献１には、電池電圧監視用集積回路を必要な数だけ直列に接続していわゆる積み重ねた関係で使用することが開示されている。すなわち、直列に接続した８個の電池セルに対して第１の集積回路と第２の集積回路を設ける。第１の集積回路を上位、第２の集積回路を下位とすると、上位の集積回路と下位の集積回路はそれぞれ電源端子として最高電位ＶＤＤの端子であるＶＤＤ端子と、最低電位ＶＳＳの端子であるＶＳＳ端子とを備え、上位の集積回路のＶＳＳ端子と下位の集積回路のＶＤＤ端子とは共通に接続される。上位の集積回路と下位の集積回路との間では、上位の集積回路の信号出力端子ＳＯＵＴと下位の集積回路の基準電圧端子ＲＥＦＵとの間が抵抗分圧回路を介して接続され、この抵抗分圧回路の分圧出力端が下位の集積回路の信号入力端子ＳＩＮに接続される。この構成により、上位の集積回路にて検出したセル異常の内容を下位の集積回路を介してコントローラに伝達することができるとしている。

また、下記に示す特許文献２には、組電池のいずれかのブロックの電池セルの両端の電圧が、スイッチング素子の選択的オン状態によりフライングキャパシタに取り込まれてマイコンに取り込まれること、及び、電池セルの状態が各ブロック毎の管理ユニットによって管理され、各管理ユニットは、電池セルを放電する処理を行うことが開示されている。

特開２００６−２９８９５号公報 特開２００７−２８２４１３号公報

ところで、組電池を構成する各ブロックの電圧を検出する管理ユニット（集積回路）は、管理対象の二次電池から電力供給を受けて動作するものであるところ、複数の管理ユニット間の消費電流のばらつきにより組電池を構成する各ブロックの充電状態（ＳＯＣ：State of Charge）にばらつきを生じる場合がある。

本発明の目的は、組電池を構成する各ブロックの充電状態（ＳＯＣ：State of Charge）のばらつきを抑制することにある。

本発明は、組電池の充電状態を管理する管理装置であって、複数の下位制御手段であって、各下位制御手段は前記組電池を構成する直列接続された複数の電池ブロックの各々を制御するとともに複数の電池ブロックの各々から電力供給を受ける複数の下位制御手段と、複数の前記下位制御手段の各々の動作用クロック信号を高周波信号と低周波信号の少なくとも２つの信号から構成し、前記高周波信号と前記低周波信号の出現比率を制御することで複数の前記下位制御手段の各々が制御すべき電池ブロック間の充電状態のばらつきを抑制する上位制御手段とを有し、前記上位制御手段は、制御周期Ｔのうちの最初のｔ（ｔ＜Ｔ）期間において前記動作用クロック信号を前記高周波信号とし、残りのＴ−ｔ期間において前記動作用クロック信号を前記高周波信号あるいは前記低周波信号のいずれかとすることで前記出現比率を制御することを特徴とする。

本発明の１つの実施形態では、複数の前記下位制御手段は、各々が制御すべき電池ブロックを構成する電池セルの端子電圧を検出して前記上位制御手段に供給し、前記上位制御手段は、前記電池ブロックの前記端子電圧に基づいて前記充電状態のばらつきを検出し、前記充電状態のばらつきに応じて前記出現比率を制御する。

ここで、前記上位制御手段は、前記充電状態が相対的に高い電池ブロックを制御する下位制御手段ほど、前記高周波信号の出現比率が増大するように制御するのが好適である。

また、本発明の他の実施形態では、前記上位制御手段は、複数の前記下位制御手段の前記高周波信号時の消費電流値のばらつきに応じて前記出現比率を制御する。

ここで、前記上位制御手段は、前記消費電流値が相対的に大きい下位制御手段ほど、前記低周波信号の出現比率が増大するように制御する。

また、前記上位制御手段は、複数の前記下位制御手段のうち、前記高周波信号時の消費電流値が相対的に大となる下位制御手段の出現比率を設定し、設定された出現比率で動作させたときの平均消費電流値との差が最小となるようにその他の下位制御手段の出現比率を設定する。

本発明によれば、複数の下位制御手段の消費電流のばらつきに起因して生じる、組電池内の各ブロック間における充電状態（ＳＯＣ）あるいは残存容量のばらつきを抑制することができる。

第１実施形態の構成ブロック図である。 図１におけるスレーブ装置Ｍ１の構成ブロック図である。 各ブロックのＳＯＣ（相対比）を示すグラフ図である。 クロックコントローラの構成図である。 周波数と消費電流の関係を示すグラフ図である。 第１実施形態のタイミングチャートである。 第１実施形態のマスタ装置の処理フローチャートである。 図７における充電状態（残存容量）演算処理フローチャートである。 図７のタイマ値演算処理フローチャートである。 図７のタイマ値減算処理フローチャートである。 スレーブ装置の処理フローチャートである。 第２実施形態のタイミングチャートである。 図１２の模式図である。 複数の制御周期にわたるＩＤＨとＩＤＬのパターン説明図である。 パターンのマップを用いて制御を実行した場合の消費電流値を示す説明図である。 各スレーブ装置毎に選択されるパターン及びそのときの消費電流値を示す説明図である。 第２実施形態のマスタ装置の起動時のフローチャートである。 第２実施形態のマスタ装置の処理フローチャートである。 第２実施形態の出荷時の検査器のフローチャートである。 第３実施形態のタイミングチャートである。 各スレーブ装置毎に設定されるデューティ比及びそのときの消費電流値を示す説明図である。 第３実施形態のマスタ装置の処理フローチャートである。 検査器と管理装置の構成図である。

以下、図面に基づき実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
図１に、本実施形態における組電池の管理装置の全体構成ブロック図を示す。組電池１０に対し、管理装置１２が設けられている。

組電池１０は、複数の電池ブロックＢ１〜Ｂ６（以下、電池ブロックを単にブロックＢｉと称する。ｉはブロック番号を示す添字）が直列接続して構成される。また、各ブロックＢ１〜Ｂ６は、少なくとも１つ以上の電池セル（単電池）が直列接続して構成される。本実施形態では、各ブロックが６個の電池セルから構成される。例えば、ブロックＢ１は、６個の電池セルＢ１１〜Ｂ１６が直列接続して構成され、ブロックＢ２は、６個の電池セルＢ２１〜Ｂ２６が直列接続して構成される。電池セルＢｉｊにおいて、添字ｉはブロック番号を示し、添字ｊはブロックＢｉにおける電池セル番号を示す。したがって、電池セルＢ４４は、ブロックＢ４における４番目の電池セルであることを示す。

管理装置１２は、上位制御手段としてのマスタ装置２６と、このマスタ装置２６からの指令に応じて動作する下位制御手段としての複数のスレーブ装置Ｍｉを含む。添字ｉはスレーブ装置番号を示し、ブロック番号と同じである。各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６は、組電池１０の各ブロックＢ１〜Ｂ６毎に合計６個設けられ、各ブロックＢ１〜Ｂ６をそれぞれ制御（管理）する。すなわち、スレーブ装置Ｍ１はブロックＢ１に対して設けられ、スレーブ装置Ｍ２がブロックＢ２に対して設けられ、スレーブ装置Ｍ３はブロックＢ３に対して設けられ、スレーブ装置Ｍ４はブロックＢ４に対して設けられ、スレーブ装置Ｍ５はブロックＢ５に対して設けられ、スレーブ装置Ｍ６はブロックＢ６に対して設けられる。各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６は、管理対象であるブロック内のそれぞれの電池セルの端子電圧を検出する。ここで、電池セルＢｉｊの端子電圧をＶｉｊとする。スレーブ装置Ｍ１は、ブロックＢ１内の各電池セルＢ１１〜Ｂ１６の各端子電圧Ｖ１１〜Ｖ１６を検出する。ここで、電池セルＢ１１の端子電圧をＶ１１、電池セルＢ１２の端子電圧をＶ１２等としている。スレーブ装置Ｍ２は、ブロックＢ２内の各電池セルＢ２１〜Ｂ２６の各端子電圧Ｖ２１〜Ｖ２６を検出する。ここで、電池セルＢ２１の端子電圧をＶ２１、電池セルＢ２２の端子電圧をＶ２２等としている。また、スレーブ装置Ｍ６は、ブロックＢ６内の各電池セルＢ６１〜Ｂ６６の各端子電圧Ｖ６１〜Ｖ６６を検出する。ここで、電池セルＢ６１の端子電圧をＶ６１、電池セルＢ６２の端子電圧をＶ６２等としている。

各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６は、互いに直列接続（もしくはディジーチェーン接続）されており、上位のスレーブ装置から下位のスレーブ装置に順次、端子電圧がデジタルデータとして伝達される。以下の説明では、便宜上、スレーブ装置Ｍ１側を上位、スレーブ装置Ｍ６側を下位とする。スレーブ装置Ｍ１は、マスタ装置２６からの電圧取得信号に応じて、自己の管理対象であるブロックＢ１の各端子電圧Ｖ１１〜Ｖ１６を検出して出力端子から出力し、次段の下位装置であるスレーブ装置Ｍ２の入力端子に供給する。スレーブ装置Ｍ２は、自己の管理対象であるブロックＢ２の各端子電圧Ｖ２１〜Ｖ２６を検出し、スレーブ装置Ｍ１から供給された各端子電圧Ｖ１１〜Ｖ１６と共に、各端子電圧Ｖ２１〜Ｖ２６を出力端子から出力し、次段の下位装置であるスレーブ装置Ｍ３の入力端子に供給する。スレーブ装置Ｍ３は、自己の管理対象であるブロックＢ３の各端子電圧Ｖ３１〜Ｖ３６を検出し、スレーブ装置Ｍ２から供給された端子電圧Ｖ１１〜Ｖ１６，Ｖ２１〜Ｖ２６と共に、各端子電圧Ｖ３１〜Ｖ３６を出力端子から出力し、次段の下位装置であるスレーブ装置Ｍ４の入力端子に供給する。以下、同様にして、
スレーブ装置Ｍ１→スレーブ装置Ｍ２→スレーブ装置Ｍ３→スレーブ装置Ｍ４→スレーブ装置Ｍ５→スレーブ装置Ｍ６
と端子電圧が順次伝達される。スレーブ装置Ｍ６は、自己の管理対象であるブロックＢ６の各端子電圧Ｖ６１〜Ｖ６６を検出し、スレーブ装置Ｍ５から供給された各端子電圧Ｖ１１〜Ｖ１６，Ｖ２１〜Ｖ２６，Ｖ３１〜Ｖ３６，Ｖ４１〜Ｖ４６，Ｖ５１〜Ｖ５６と共に、各端子電圧Ｖ６１〜Ｖ６６を出力端子から出力し、シリアルデータとしてマスタ装置２６に供給する。

マスタ装置２６は、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６を統括的に制御する。マスタ装置２６は、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６に対して所定のタイミングで電圧取得信号を出力する。電圧取得信号は、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６で順次受信され、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６は、受信したこの電圧取得信号に応じて自己の管理する各ブロックＢ１〜Ｂ６の端子電圧を検出する。また、マスタ装置２６は、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６の動作用クロック信号ＣＬＫを制御する指示信号（クロック制御指令値）を各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６に出力する。

マスタ装置２６及び各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６は、具体的にはスレーブ装置の各々がワンチップのマイクロコンピュータで構成される。すなわち、マイクロコンピュータの半導体チップが個別のパッケージに収められている回路基板上に配置されており、半導体チップの温度は回路基板上の温度分布によって異なる温度になり得る。

図２に、図１におけるスレーブ装置Ｍ１の構成ブロック図を示す。他のスレーブ装置Ｍ２〜Ｍ６も同様の構成である。

スレーブ装置Ｍ１は、放電回路Ｍ１ａ、マルチプレクサ（ＭＵＸ）Ｍ１ｂ、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）Ｍ１ｃ、発振器（ＯＳＣ）Ｍ１ｈ、クロックコントローラＭ１ｇ、プロセッサＭ１ｅ、及びインタフェースＭ１ｆ，Ｍ１ｉを有する。スレーブ装置Ｍ１は、管理対象のブロックＢ１から電力供給を受けて動作するものである。他のスレーブ装置Ｍ２〜Ｍ６も同様の構成である。なお、マスタ装置２６は組電池１０とは別系統の補助電源から電力供給を受ける。

放電回路Ｍ１ａは、ブロックＢ１の各電池セルＢ１１〜Ｂ１６をそれぞれ放電させて、各電池セルＢ１１〜Ｂ１６の充電状態（ＳＯＣ（％）以降において、単に充電状態と適宜称する）を均等化するものである。放電回路Ｍ１ａは、各電池セルの＋端子に接続された抵抗Ｒｅｑと、この抵抗に接続されたスイッチングトランジスタＲｓｗを有する。スイッチングトランジスタＲｓｗのコレクタ端子は抵抗に接続され、エミッタ端子は電池セルの−端子に接続され、ベース端子はインタフェースＭ１ｆを介してプロセッサＭ１ｅに接続される。例えば、電池セルＢ１１に着目すると、電池セルＢ１１の＋端子には抵抗Ｒｅｑ１１が接続される。抵抗Ｒｅｑ１１にはスイッチングトランジスタＲｓｗ１１のコレクタ端子が接続され、スイッチングトランジスタＲｓｗ１１のエミッタ端子は電池セルＢ１１の−端子に接続され、ベース端子はプロセッサＭ１ｅに接続される。プロセッサＭ１ｅからの制御信号によりスイッチングトランジスタＲｓｗがオンすると、電池セルの＋端子と−端子が抵抗Ｒｅｑを介して短絡される。例えば、スイッチングトランジスタＲｓｗ１１をオンすると、電池セル１１の＋端子と−端子が抵抗Ｒｅｑ１１を介して接続され、電池セルＢ１１が放電する。放電回路Ｍ１ａは、各電池セル毎に接続された抵抗Ｒｅｑ及びスイッチングトランジスタＲｓｗを用いて、各電池セルＢ１１〜Ｂ１６を個別に放電する。各電池セルＢ１１〜Ｂ１６を個別に放電することで、その充電状態（ＳＯＣ）を変化させることができ、結局、充電状態（ＳＯＣ）を均等化することができる。例えば、電池セルＢ１１の充電状態（ＳＯＣ）が他の電池セルよりも高い場合には、電池セルＢ１１を放電することでその充電状態（ＳＯＣ）を低下させる。充電状態（ＳＯＣ）の均等化は、ブロック単位で実行することもできる。例えば、ブロックＢ１の充電状態（ＳＯＣ）が他のブロックよりも高い場合には、ブロックＢ１を構成する各電池セルＢ１１〜Ｂ１６を放電することでその充電状態（ＳＯＣ）を低下させる。充電状態（ＳＯＣ）の均等化処理は、組電池１０をハイブリッド車両や電気自動車等の電動車両に搭載した場合、車両の停車中、すなわちイグニッションをＯＦＦした後で実行する。

マスタ装置２６は、車両のイグニッションがＯＦＦされた場合に、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６に対して均等化処理の実行指令を出力する。スレーブ装置Ｍ１のプロセッサＭ１ｅは、マスタ装置２６からの指令に応じて放電回路Ｍ１ａの各スイッチングトランジスタＲｓｗをオンオフ制御して放電を制御する。均等化処理の有無は、マスタ装置２６が各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６から供給された各端子電圧Ｖ１１〜Ｖ６６に基づいて決定する。すなわち、各端子電圧Ｖ１１〜Ｖ６６に基づいて、各ブロックＢ１〜Ｂ６毎に充電状態（ＳＯＣ）を算出し、算出された充電状態（ＳＯＣ）にばらつきがあるか否かを判定する。そして、ばらつきがあると判定された場合に、そのばらつきを解消するように、放電すべき各ブロックＢ１〜Ｂ６を選択して各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６に指令する。各ブロックＢ１〜Ｂ６毎の充電状態（ＳＯＣ）算出、ばらつきの有無の判定、均等化処理の有無はマスタ装置２６がイグニッションＯＮ時に実行する。実際の均等化処理は、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６がイグニッションＯＦＦ後に実行する。

また、スレーブ装置Ｍ１は、既述したように、ブロックＢ１内の各電池セルＢ１１〜Ｂ１６の各端子電圧Ｖ１１〜Ｖ１６を検出する。検出された各端子電圧Ｖ１１〜Ｖ１６は、マルチプレクサ（ＭＵＸ）Ｍ１ｂに供給される。

センサＭ１ｊは温度センサであり、スレーブ装置Ｍ１のＩＣのチップ温度を検出するためにマルチプレクサＭ１ｂにバンドギャップ電圧を供給する。

マルチプレクサ（ＭＵＸ）Ｍ１ｂは、これらの各端子電圧Ｖ１１〜Ｖ１６及びチップ温度をアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）Ｍ１ｃに供給する。アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）Ｍ１ｃは、基準電圧発生器Ｍ１ｄからの基準電圧ＶｒｅｆとクロックコントローラＭ１ｇに供給される動作用クロック信号を用いて、プロセッサＭ１ｅからの電圧取得信号によって指令されるタイミングにより各アナログ端子電圧Ｖ１１〜Ｖ１６を各デジタル電圧データＶ１１〜Ｖ１６に変換してプロセッサＭ１ｅにシリアルデータとして出力する。また、センサＭ１ｊにより測定されるチップのバンドギャップ電圧もデジタル温度データに変換してプロセッサＭ１ｅに供給する。

プロセッサＭ１ｅは、インタフェースＭ１ｉを介してマスタ装置２６から供給された電圧取得信号に応じてアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）Ｍ１ｃを動作させて各デジタル電圧データＶ１１〜Ｖ１６及びチップのデジタル温度データを取得し、インタフェースＭ１ｉを介して下位のスレーブ装置、この場合にはスレーブ装置Ｍ２に出力する。また、インタフェースＭ１ｉを介してマスタ装置２６から供給された均等化指示信号に応じてインタフェースＭ１ｆを介して放電回路Ｍ１ａを作動させる。プロセッサＭ１ｅは、発振器（ＯＳＣ）Ｍ１ｈで生成され、クロックコントローラＭ１ｇで分周された動作用クロック信号を用いて動作する。動作用クロック信号は、イグニッションのＯＮ、ＯＦＦに応じてＯＮ、ＯＦＦされる。すなわち、イグニッションＯＮ時には動作用クロック信号でプロセッサＭ１ｅが動作するが、イグニッションＯＦＦ時には動作用クロック信号もＯＦＦされ、プロセッサＭ１ｅは動作を停止する。

以上のように、各ブロックＢ１〜Ｂ６毎に設けられた各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６は、マスタ装置２６からの指令に応じて自己の管理する各ブロックＢ１〜Ｂ６の端子電圧やチップ温度を取得してマスタ装置２６に供給するが、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６の消費電流は必ずしも同一ではなく、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６の製造工程のばらつきや各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６の発振周波数のばらつき、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６のチップ温度のばらつきにより消費電流値は変化し得る。チップは半導体であり、特にオンチップ発振器では温度による発振周波数の特性変化が大きい。各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６は、管理する各ブロックＢ１〜Ｂ６の電力により動作するため、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６の消費電流値がばらつくと、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６がマスタ装置２６から同一の指令に応じて動作したとしてもその消費電気量がばらつくため、各ブロックＢ１〜Ｂ６の充電状態（ＳＯＣ）も異なってくる。

図３に、組電池１０を搭載する車両が一定距離だけ走行した後の、各ブロックＢ１〜Ｂ６の充電状態（ＳＯＣ）の分布を示す。横軸は各ブロックＢ１〜Ｂ６内の各電池セルＢ１１〜Ｂ６６を示し、縦軸は全ブロックのＳＯＣの平均を１００とした場合の相対的な充電状態比（容量比）を示す。容量比は、Ｂ３＞Ｂ２，Ｂ４，Ｂ５＞Ｂ１，Ｂ６であり、各ブロックＢ１〜Ｂ６間で充電状態（ＳＯＣ）にばらつきが生じていることが分かる。ブロック毎のばらつきが生じると、個別の電池セルの過充電及び過放電を予防するため、組電池１０の充放電に使用可能なＳＯＣ幅は個別の電池セルの最大ＳＯＣ及び最小ＳＯＣで決まってしまう。このため充放電特性を制限してしまう。この結果、組電池の利用効率を低下させてしまう。このような充電状態（ＳＯＣ）のばらつきは、電池セル自体のばらつき（電池セルの個体差）によっても生じるが、上記のような各ブロック毎の各スレーブ装置１４〜２４における消費電流値のばらつきにも起因している。なお、電池セル毎のＳＯＣ算出については後述する。

ここまでは、イグニッションＯＦＦ時に各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６が選択的に放電回路Ｍ１ａを動作させて強制的に放電することで充電状態（ＳＯＣ）の均等化を実行することを説明してきた。しかし、本実施形態の最大の特徴は、イグニッションＯＦＦ時に強制的に放電することなく、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６の消費電流値のばらつきを前提とし、これにより生じる各ブロックＢ１〜Ｂ６の充電状態（ＳＯＣ）のばらつきを抑制すべく、イグニッションＯＮ時における各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６の動作用クロック信号を制御して均等化処理することにある。すなわち、本実施形態において、放電回路Ｍ１ａを動作させる必要は必ずしもなく、この意味で、放電回路Ｍ１ａを削除して回路構成を簡易化することが可能である。もちろん、放電回路Ｍ１ａを残存させ、必要に応じてイグニッションＯＦＦ時に放電回路Ｍ１ａを動作させて強制的に放電してもよい。

以下では、イグニッションＯＮ時における均等化処理について説明する。図４に、図２におけるクロックコントローラＭ１ｇの構成図を示す。クロックコントローラＭ１ｇは、２分周の分周器（図では１／２で示す）とスイッチ回路から構成される。発振器Ｍ１ｈからのクロック信号は、２つに分岐され、一方は分周器に供給されて２分周された後にスイッチ回路の一方の接点に供給され、他方はそのまま（分周なし）スイッチ回路の他方の接点に供給される。スイッチ回路は、マスタ装置２６から各スレーブ装置に供給されるクロック制御指令値（０または１）に基づいて接点を切り替え、分周なしのクロック信号（高周波信号）あるいは２分周されたクロック信号（低周波信号）を動作用クロック信号として出力する。発振器Ｍ１ｈが例えば５００ｋＨｚのクロック信号を出力するものとすると、スイッチ回路の切り替えにより、５００ｋＨｚとこれを２分周した２５０ｋＨｚの動作用クロック信号が選択的に出力されることになる。動作用クロック信号が５００ｋＨｚと２５０ｋＨｚとではスレーブ装置Ｍ１の消費電流値は異なってくる。

図５に、動作用クロック信号の周波数と消費電流値との関係を示す。図において、横軸は動作用クロック信号の周波数（ｋＨｚ）、縦軸は消費電流ＩＤ（ｍＡ）である。動作用クロック信号の周波数と消費電流値はほぼ比例関係にあり、周波数が増大するとこれに比例して消費電流値も増大する。動作用クロック信号の周波数が５００ｋＨｚの場合には消費電流値は１ｍＡ、２５０ｋＨｚの場合には消費電流値は０．７ｍＡとなる。本実施形態では、周波数と消費電流値との間にこのような関係があることを利用して、各ブロックＢ１〜Ｂ６の充電状態のばらつきを抑制する。すなわち、充電状態が高いブロックについては、そのブロックを管理するスレーブ装置の消費電流値を大きくして充電状態を低下させるべく、動作用クロック信号を高周波数（５００ｋＨｚ）とする。一方、充電状態が低いブロックについては、そのブロックを管理するスレーブ装置の消費電流値を小さくして充電状態の低下を抑制すべく、動作用クロック信号を低周波数（２５０ｋＨｚ）とする。高周波数（５００ｋＨｚ）と低周波数（２５０ｋＨｚ）の比率（出現比率）や組み合わせを種々設定することで、充電状態の低下度合いを制御し、これによりブロック間の充電状態のばらつきを抑制できる。

図６に、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６の動作用クロック信号のタイミングチャートを示す。各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６はそれぞれ各ブロックＢ１〜Ｂ６を管理しているので、図では各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６が管理する各ブロックＢ１〜Ｂ６の番号で各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６を特定している。各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６は、マスタ装置２６から受信したクロック制御指令値に応じてスイッチ回路の動作を選択し、動作用クロック信号を切り替える。クロック制御指令値を「０」あるいは「１」の１ビットデータで表現するものとし、「０」が分周なし、「１」が２分周を示すものとする。制御時間ｔ＝０の基準タイミングではマスタ装置２６は各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６に同一のクロック制御指令値＝０を出力する。各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６は、このクロック制御指令値＝０を受信して動作用クロック信号を分周なし、つまり５００ｋＨｚに設定する。そして、制御スタートして２０ｍｓｅｃ経過後に、マスタ装置２６は各ブロックＢ１〜Ｂ６間の充電状態のばらつきに応じたクロック制御指令値を出力し、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６はこれを受信する。ブロックＢ１、Ｂ６、つまりスレーブ装置Ｍ１、Ｍ６に対してはクロック制御指令値＝１を出力し、スレーブ装置Ｍ１，Ｍ６は、マスタ装置２６からのクロック制御指令値＝１を受信することで動作用クロック信号を２分周、つまり２５０ｋＨｚに切り替える。また、ブロックＢ２，Ｂ４，Ｂ５に対してはクロック制御指令値＝０を出力し、スレーブ装置Ｍ２，Ｍ４，Ｍ５は、マスタ装置２６からのクロック制御指令値＝０を受信することで動作用クロック信号を５００ｋＨｚのまま維持する。また、ブロックＢ３に対してはクロック制御指令値＝０を出力し、スレーブ装置Ｍ３は、マスタ装置２６からのクロック制御指令値＝０を受信することで動作用クロック信号を５００ｋＨｚのまま維持する。そして、さらに８０ｍｓｅｃ経過後（すなわち、制御スタートして１００ｍｓｅｃ経過後）に、再び上記の動作を繰り返す。このように、１００ｍｓｅｃを制御周期とし、最初の２０ｍｓｅｃは常に動作用クロック信号を５００ｋＨｚに設定するのは、この期間に高速動作が必要なアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）Ｍ１ｃによるアナログデジタル変換等の信号処理を実行するためである。残りの８０ｍｓｅｃの期間が、充電状態のばらつきを抑制するための均等化処理期間である。

以上の処理を繰り返し実行し、ある制御周期に達すると、２０ｍｓｅｃの高速動作期間の後に、マスタ装置２６はブロックＢ２，Ｂ４，Ｂ５に対してクロック制御指令値＝１を出力する。スレーブ装置Ｍ２，Ｍ４，Ｍ５は、マスタ装置２６からのクロック制御指令値＝１を受信することで動作用クロック信号を２５０ｋＨｚに切り替える。また、さらに時間が進んである制御周期に達すると、２０ｍｓｅｃの高速動作期間の後に、マスタ装置２６はブロックＢ３に対してクロック制御指令値＝１を出力する。スレーブ装置Ｍ３は、マスタ装置２６からのクロック制御指令値＝１を受信することで動作用クロック信号を２５０ｋＨｚに切り替える。これにより、Ｂ３＞Ｂ２，Ｂ４，Ｂ５＞Ｂ１，Ｂ６の順に５００ｋＨｚで動作する期間が長くなり、この順で消費電流が増大するから、充電状態の高いＢ３はその充電状態の低下量が相対的に大きく、その逆に充電状態の低いＢ１，Ｂ６はその充電状態の低下量が相対的に小さくなるので、結果として、充電状態のばらつきが抑制される。１００ｍｓｅｃの全てにおいて５００ｋＨｚで動作する場合の平均消費電流は１ｍＡであり、２０ｍｓｅｃのみ５００ｋＨｚで動作する場合の平均消費電流は０．７６ｍＡであるから、その差分である０．２４ｍＡ分を用いて均等化処理を行うといえる。

図７に、本実施形態のマスタ装置２６の処理フローチャートを示す。制御周期は１００ｍｓｅｃである。まず、マスタ装置２６は、各クロック制御指令値ＣＬＫ１〜ＣＬＫ６を０に設定する（Ｓ１０１）。ここで、スレーブ装置Ｍ１に対するクロック制御指令値をＣＬＫ１、スレーブ装置Ｍ２に対するクロック制御指令値をＣＬＫ２、以下同様にしてスレーブ装置Ｍ６に対するクロック制御指令値をＣＬＫ６としている。そして、マスタ装置２６は、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６に各クロック制御指令値ＣＬＫ１〜ＣＬＫ６をそれぞれ出力する（Ｓ１０２）。

次に、マスタ装置２６は、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６に電圧取得命令を出力する（Ｓ１０３）。各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６は、この命令に応じてそれぞれが管理するブロックの電圧を取得してマスタ装置２６に出力する。マスタ装置２６は、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６からの電圧情報を取得する（Ｓ１０４）。そして、取得した電圧情報に基づいて、各ブロック毎の充電状態（ＳＯＣ）を演算する（Ｓ１０５）。具体的な演算方法については後述する。

各ブロック毎の充電状態（ＳＯＣ）を演算した後、マスタ装置２６は均等化処理中であるか否かを判定する（Ｓ１０６）。起動時には、均等化処理フラグはＯＦＦ（均等化処理されていない）に設定されており、均等化処理が開始されなければこのフラグはＯＦＦのままである。マスタ装置２６は、均等化処理フラグがＯＮであるかＯＦＦであるかにより均等化処理中であるか否かを判定する。なお、均等化処理フラグを用いることで、充電状態の値にかかわらず均等化処理であるか否かを判定することができる。また、組電池が搭載される車両のイグニッションがＯＦＦとなってもこのフラグの値は保持しておくのが望ましい。

均等化処理中でない場合、マスタ装置２６は次に、充電状態（ＳＯＣ）のばらつきが既定値以上あるか否かを判定する（Ｓ１１３）。例えば、各ブロックＢ１〜Ｂ６の各充電状態ＳＯＣ１〜ＳＯＣ６のうちの最大値と最小値の差が３％を超える場合には規定値以上と判定する。既定値以内であれば、均等化処理を行う必要はない。既定値以上であれば、マスタ装置２６は各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６について、均等化処理時間である各タイマ値Ｔｉｍｅｒ１〜Ｔｉｍｅｒ６を演算する（Ｓ１１４）。具体的なタイマ値演算についても後述する。そして、均等化処理を開始し、均等化処理フラグをＯＮに設定する（Ｓ１１５）。次に、マスタ装置２６は、２０ｍｓｅｃが経過したか否かを判定する（Ｓ１１１）。２０ｍｓｅｃが経過した時点で、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６に各クロック制御指令値ＣＬＫ１〜ＣＬＫ６を出力する（Ｓ１１２）。

一方、既に均等化処理中である場合、マスタ装置２６は各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６のタイマ値減算処理を行う（Ｓ１０７）。この処理についても後述する。そして、全てのスレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６においてタイマ値が０に達したか否かを判定する（Ｓ１０８）。タイマ値が０に達した場合、均等化処理（時分割処理）が終了したものとみなして均等化処理フラグをＯＦＦに設定し（Ｓ１０９）、各クロック制御指令値ＣＬＫ１〜ＣＬＫ６を１に設定する（Ｓ１１０）。その後、２０ｍｓｅｃが経過したか否かを判定し、２０ｍｓｅｃ経過後に各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６に各クロック制御指令値ＣＬＫ１〜ＣＬＫ６を出力する（Ｓ１１１，Ｓ１１２）。

図８に、Ｓ１０５の処理、つまり各ブロックの充電状態（ＳＯＣ）の演算処理を示す。まず、マスタ装置２６は、スレーブ装置Ｍｉの番号ｉを１に初期化するとともに、ブロック内の個々の電池セル（単電池）の番号Ｂｉｊを初期化（ｉ＝１，ｊ＝１）する（Ｓ２０１）。

次に、電池セルＢｉｊ毎のＳＯＣｉｊを、予め定められた電池セルの端子電圧とＳＯＣとの関係を規定するマップを用いて演算する（Ｓ２０２）。マップは、マスタ装置２６のメモリに予め記憶しておく。ここで、電池セルＢｉｊのＳＯＣｉｊとは、充電状態が満充電状態の場合を１００としたときの割合をパーセント（％）として表したものである。ブロック内の全ての電池セルについてＳＯＣｉｊを演算し（Ｓ２０３，Ｓ２０４）、電池ブロック毎の充電状態（ＳＯＣ）を演算する（Ｓ２０５）。この演算は、ブロック内の全ての電池セルのＳＯＣの平均値であり、この平均値をＳＯＣｉとする。以上の処理を全てのブロックＢ１〜Ｂ６において実行する（Ｓ２０６，Ｓ２０７）。

図９に、Ｓ１１４の処理、つまり各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６の各タイマ値Ｔｉｍｅｒ１〜Ｔｉｍｅｒ６の演算処理を示す。まず、スレーブ装置Ｍｉの番号ｉを初期化する（Ｓ３０１）。次に、充電状態（ＳＯＣ）の最小値を抽出してＳＯＣｍｉｎとする（Ｓ３０２）。次に、スレーブ装置が管理するブロックＢｉのＳＯＣｉとＳＯＣｍｉｎとの差分が０．５％を超えるか否かを判定する（Ｓ３０３）。差分が０．５％を超えない場合、つまり最小値に等しいか、ほぼこれに等しい場合にはタイマ値を０に設定する（Ｓ３０５）。一方、差分が０．５％を超える場合には、その差分値に応じてタイマ値を演算する（Ｓ３０４）。具体的には、
タイマ値＝（ＳＯＣｉ−ＳＯＣｍｉｎ）／１００×６×１０³／（ＩＤＨ−ＩＤＬ）×３６００
で演算する。ここで、ＩＤＨは、分周なしの場合の消費電流値であり、ＩＤＬは、２分周の場合の消費電流値である。既述したように、ＩＤＨ＝１ｍＡであり、ＩＤＬ＝０．７６ｍＡの場合、ＩＤＨ−ＩＤＬ＝０．２４ｍＡである。また、６を乗じたのは、電池セルの満充電容量を６ＡＨに設定したものである。３６００を乗じたのは、秒に換算するためである。以上の処理を全てのスレーブ装置について繰り返し実行して（Ｓ３０６，Ｓ３０７）、各Ｔｉｍｅｒ１〜Ｔｉｍｅｒ６を演算する。

図１０に、Ｓ１０７の処理、すなわち各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６のタイマ減算処理を示す。まず、スレーブ装置の番号ｉを１に初期化する（Ｓ４０１）。次に、Ｔｉｍｅｒｉの値をマスタ装置２６の制御周期である０．１（秒）だけ減じる（Ｓ４０２）。そして、Ｔｉｍｅｒｉが０以下か否かを判定する（Ｓ４０３）。Ｔｉｍｅｒｉが０以下の場合には、そのスレーブ装置Ｍｉの均等化処理が終了しているものとしてクロック制御指令値ＣＬＫｉを１に設定する（Ｓ４０４）。一方、Ｔｉｍｅｒｉが未だ０に達していない場合には、スレーブ装置Ｍｉの均等化処理を継続するためにクロック制御指令値ＣＬＫｉを０に設定する（Ｓ４０５）。以上の処理を全てのスレーブ装置について繰り返し実行して（Ｓ４０６，Ｓ４０７）、各スレーブ装置毎の各クロック制御指令値ＣＬＫ１〜ＣＬＫ６を設定する。以上のようにして設定された各クロック制御指令値ＣＬＫ１〜ＣＬＫ６は、図７に示すように２０ｍｓｅｃ経過後に各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６に出力されて動作用クロック信号が５００ｋＨｚのまま動作するか、あるいは２分周された２５０ｋＨｚで動作するかが決定される。

図１１に、各クロック制御指令値ＣＬＫ１〜ＣＬＫ６を受信する各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６の動作フローチャートを示す。まず、マスタ装置２６からクロック制御指令値ＣＬＫを受信したか否かを判定する（Ｓ５０１）。受信した場合、クロック制御指令値ＣＬＫに応じてクロックコントローラのスイッチ回路の動作を決めるビットをセットする（Ｓ５０２）。ビットをセットするとは、例えばスレーブ装置Ｍ１の場合には、クロックコントローラＭ１ｇ内のスイッチ回路の接点をクロック制御指令値ＣＬＫに応じて切り替えることを意味し、クロック制御指令値ＣＬＫ＝０の場合には分周なし側に接点を切り替え、クロック制御指令値ＣＬＫ＝１の場合には分周器の出力側に接点を切り替えることを意味する（図４参照）。

また、クロック制御指令値ＣＬＫを受信していない場合には、次に電圧取得信号を受信したか否かを判定する（Ｓ５０３）。受信した場合、管理するブロック内の各電池セルの端子電圧をアナログデジタル変換し、得られたデジタル値をインタフェースにセットする（Ｓ５０４）。例えばスレーブ装置Ｍ１の場合、ＡＤＣＭ１ｃで端子電圧をデジタル値に変換してインタフェースＭ１ｉにセットする。

また、電圧取得信号を受信していない場合には、次に動作停止信号を受信したか否かを判定する（Ｓ５０５）。マスタ装置２６は、搭載車両のイグニッションがＯＦＦされた場合等において、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６に対して動作停止信号を送信する。この動作停止信号を受信しない限り、発振器の動作ビットは０、すなわち動作状態のままであるが（Ｓ５０６）、動作停止信号を受信すると発振器の動作ビットを１、つまり停止にセットする（Ｓ５０７）。

なお、マスタ装置２６と各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６がデイジーチェーンで互いに接続される場合、信号の伝達順序は、マスタ装置２６→スレーブ装置Ｍ１→スレーブ装置Ｍ２→・・・→スレーブ装置Ｍ６→マスタ装置２６である。また、マスタ装置２６が信号を出力するタイミングと、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６及びマスタ装置２６が信号を受信するタイミングはほぼ同じである。さらに、マスタ装置２６が各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６のインタフェースにセットされたデジタル値を回収するには、マスタ装置２６は電圧取得命令を通信路に出力すれば、インタフェース内のＲＡＭの値が回収される構成となっている。なお、分周程度は、２分周の場合について説明したが、３分周または４分周など、充電状態のばらつきに応じて任意に設定してよい。このように、本実施形態では、高周波と低周波の動作用クロック信号を用いて、ばらつきに応じたタイマ時間だけ均等化処理を実施することにより、ブロック間の充電状態のばらつきを抑制することができる。

＜第２実施形態＞
次に、図１２及び図１３に、第２実施形態のタイミングチャートを示す。本実施形態では、組電池出荷前に、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６の消費電流ＩＤｉｎｉｔを測定してマスタ装置２６のメモリに記憶しておく。そして、マスタ装置２６側で相対的に大きなＩＤｉｎｉｔとなるスレーブ装置を消費電流値が相対的に小となるパターンで動作させる。例えば、分周なしの動作用クロック信号（高周波信号）と２分周された動作用クロック信号（低周波信号）を任意の比率（出現比率）で組み合わせた種々のパターンを繰り返しサイクルで動作させることで充電状態のばらつきを抑制する。

図１２に、あるスレーブ装置の動作タイミングチャートを示す。動作用クロック信号は、分周なしと２分周の２つの周波数が存在し、上記の第１実施形態と同様に１００ｍｓｅｃの制御周期のうち、最初の２０ｍｓｅｃは常に分周なしの動作用クロック信号を示すクロック制御指令値（消費電流値ＩＤＨ）とし、残りの８０ｍｓｅｃを、分周なしの動作用クロック信号を示すクロック制御指令値（消費電流値ＩＤＨ）、あるいは２分周の動作用クロック信号を示すクロック制御指令値（消費電流値ＩＤＬ）のいずれかとする。以降、単に分周なしの動作用クロック信号（ＩＤＨ）または２分周の動作用クロック信号（ＩＤＬ）と称する。図１２には、１００ｍｓｅｃを制御周期の単位とし、４つの制御周期が連続している４００ｍｓｅｃ間における（ａ）〜（ｄ）の４つのパターンが示されている。（ａ）は、２０ｍｓｅｃ後に常に２分周の動作用クロック信号（ＩＤＬ）とするパターンである。（ｂ）は、第１の制御周期では２０ｍｓｅｃ後に分周なしの動作用クロック信号（ＩＤＨ）とし、残りの制御周期では２分周の動作用クロック信号（ＩＤＬ）とするパターンである。（ｃ）は、第１及び第２の２つの制御周期において２０ｍｓｅｃ後に分周なしの動作用クロック信号（ＩＤＨ）とし、残りの制御周期では２分周の動作用クロック信号（ＩＤＬ）とするパターンである。（ｄ）は、２０ｍｓｅｃ後に常に分周なしの動作用クロック信号（ＩＤＨ）とするパターンである。（ａ）が最も消費電流値が小さく、（ｄ）が最も消費電流値が大きい。

図１３に、図１２のタイミングチャートを模式的に示す。１００ｍｓｅｃの制御周期のうちの２０ｍｓｅｃ後の残りの８０ｍｓｅｃに着目し、これらを時間軸に沿って経過時間毎にｑ＝１，２，３，４とし、それぞれの期間におけるＩＤＨとＩＤＬをまとめたものである。既述したように、（ａ）が最も消費電流が小さく、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順に消費電流が大きくなる。したがって、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６のうち、消費電流が大きいものについては（ａ）のパターンで動作させ、消費電流が小さいものについては、その度合いに応じて（ｂ）〜（ｄ）のいずれかのパターンで動作させることで、充電状態のばらつきを抑制できる。

図１４に、ｑ＝１〜２０までの２０制御周期、すなわち２０００ｍｓｅｃ間におけるＩＤＨとＩＤＬの可能な組み合わせのパターンを示す。固有の２１通りのパターンを有し、パターン番号ｐが増えるにつれてＩＤＨの比率が増えていく。いずれかのパターンが選択されると、そのパターンにおける２０００ｍｓｅｃ周期を１サイクルとして同一パターンで繰り返し動作する。パターン番号ｐ＝１のパターンは、ｑ＝１〜２０の全てにおいてＩＤＬとなるパターンであり、パターン番号ｐ＝２１は、ｑ＝１〜２０の全てにおいてＩＤＨとなるパターンである。また、パターン番号ｐ＝１１は、ｑ＝１〜１０はＩＤＨとなるパターンであり、ｑ＝１１〜２０はＩＤＬとなるパターンである。各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６のＩＤＨ及びＩＤＬは上記のように出荷時に測定してマスタ装置２６のメモリに格納されているから、これらの測定データを用いて各パターンで動作したときの消費電流を容易に算出することができる。

いま、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６の出荷時の消費電流ＩＤｉｎｉｔであるＩＤｉｎｉｔＨ及びＩＤｉｎｉｔＬが例えば以下のようであるとする（計算上の仮定であり、図３に示す充電状態のばらつきを生じる消費電流とは無関係であることに留意されたい）。
スレーブ装置Ｍ１：
ＩＤｉｎｉｔＨ＝０．９０ｍＡ、ＩＤｉｎｉｔＬ＝０．６０ｍＡ
スレーブ装置Ｍ２：
ＩＤｉｎｉｔＨ＝０．９４ｍＡ、ＩＤｉｎｉｔＬ＝０．６５ｍＡ
スレーブ装置Ｍ３：
ＩＤｉｎｉｔＨ＝１．０ｍＡ、ＩＤｉｎｉｔＬ＝０．７０ｍＡ
スレーブ装置Ｍ４：
ＩＤｉｎｉｔＨ＝１．０５ｍＡ、ＩＤｉｎｉｔＬ＝０．７５ｍＡ
スレーブ装置Ｍ５：
ＩＤｉｎｉｔＨ＝１．０８ｍＡ、ＩＤｉｎｉｔＬ＝０．７８ｍＡ
スレーブ装置Ｍ６：
ＩＤｉｎｉｔＨ＝１．１ｍＡ、ＩＤｉｎｉｔＬ＝０．８ｍＡ
すなわち、スレーブ装置Ｍ１が最も消費電流が小さく、スレーブ装置Ｍ６が最も消費電流が大きいものとする。

図１５に、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６を、図１４に示す各パターンマップで動作させたときに得られる消費電流ＩＤｐの値を示す。例えば、パターン番号ｐ＝１で動作させた場合、スレーブ装置Ｍ１はＩＤｐ＝０．６６ｍＡ、スレーブ装置Ｍ２はＩＤｐ＝０．７０８ｍＡ、スレーブ装置Ｍ３はＩＤｐ＝０．７６ｍＡ、スレーブ装置Ｍ４はＩＤｐ＝０．８１ｍＡ、スレーブ装置Ｍ５はＩＤｐ＝０．８４ｍＡ、スレーブ装置Ｍ６はＩＤｐ＝０．８６ｍＡとなる。同様に、パターン番号ｐ＝２１で動作させた場合、スレーブ装置Ｍ１はＩＤｐ＝０．９０ｍＡ、スレーブ装置Ｍ２はＩＤｐ＝０．９４ｍＡ、スレーブ装置Ｍ３はＩＤｐ＝１．００ｍＡ、スレーブ装置Ｍ４はＩＤｐ＝１．０５ｍＡ、スレーブ装置Ｍ５はＩＤｐ＝１．０８ｍＡ、スレーブ装置Ｍ６はＩＤｐ＝１．１０ｍＡとなる。

消費電流が最も大きいのはスレーブ装置Ｍ６であるから、ここには最も消費電流が小さくなるパターンあるいは相対的に消費電流が小さいパターンを割り当てる。例えば、パターン番号ｐ＝３を割り当てる。このとき、スレーブ装置Ｍ６の平均消費電流ＩＤｐは０．８８４ｍＡである。そして、スレーブ装置Ｍ６の平均消費電流ＩＤｐとその他のスレーブ装置の平均消費電流の差が最も小さくなるように、その他のスレーブ装置のパターンを選択する。図１５に、スレーブ装置Ｍ６をパターン番号ｐ＝３で動作させたときの平均消費電流ＩＤｐと各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６の平均消費電流との差も併せて示す。例えば、スレーブ装置Ｍ１に関しては、パターン番号ｐ＝１の場合には、スレーブ装置Ｍ６との電流差は０．２２４ｍＡであるが、パターン番号ｐ＝２０の場合には、スレーブ装置Ｍ６との電流差は−０．００４と最も小さくなる。したがって、スレーブ装置Ｍ１についてはパターン番号ｐ＝２０を選択する。同様に、スレーブ装置Ｍ２に関しては、パターン番号ｐ＝１６の場合にスレーブ装置Ｍ６との電流差が０．００２ｍＡと最も小さくなるから、スレーブ装置Ｍ２についてはパターン番号ｐ＝１６を選択する。スレーブ装置Ｍ３に関しては、パターン番号ｐ＝１１の場合にスレーブ装置Ｍ６との電流差が０．００４ｍＡと最も小さくなるから、スレーブ装置Ｍ３についてはパターン番号ｐ＝１１を選択する。

図１６に、以上のようにして各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６毎に選択されたパターン番号ｐ
とそのときの各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６の平均消費電流ＩＤｐを示す。図１５から分かるように、全てのスレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６においてパターン番号ｐ＝１で動作させた場合、スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６の間で０．２ｍＡのばらつきが生じるが、図１６から分かるように、パターンを選択した後では０．００８ｍＡのばらつきしか生じておらず、ブロックＢ１〜Ｂ６の充電状態（ＳＯＣ）のばらつきが抑制される。

図１７に、本実施形態におけるマスタ装置２６の起動時フローチャートを示す。まず、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６のうち、出荷時に測定した消費電流ＩＤｉｎｉｔＨが最大であるスレーブ装置の番号をｍａｘとする（Ｓ６０１）。例えば、スレーブ装置Ｍ６が該当するものとすると、スレーブ装置Ｍ６を特定する変数ｍａｘを６とする。次に、当該スレーブ装置（出荷時の消費電流ＩＤｉｎｉｔＨが最大のスレーブ装置であり、例えばスレーブ装置Ｍ６）について、平均消費電流値が相対的に小さいパターンとしてパターン番号ｐをｐ＝３に設定する（Ｓ６０２）。次に、各スレーブ装置毎に、図１４に示すパターン番号ｐ＝１〜２１のパターンで動作用クロック信号（ＩＤＨまたはＩＤＬ）を制御したときの平均消費電流値、すなわち図１５に相当する値を演算する（Ｓ６０３）。このときのスレーブ装置Ｍ１の平均消費電流値をＩＤｐ１、スレーブ装置Ｍ２の平均消費電流値をＩＤｐ２、以下同様にしてスレーブ装置Ｍ６の平均消費電流値をＩＤｐ６とする。次に、各スレーブ装置毎に、スレーブ装置Ｍ６をパターン番号ｐ＝３で動作させたときの平均消費電流値（これをＩＤ３ｍａｘとする）との差が最小になるパターン番号ｐ１〜ｐ２１を決定する（Ｓ６０４）。最後に、制御周期の番号ｑを０に初期化する（Ｓ６０５）。なお、本実施形態では、出荷時の消費電流値ＩＤｉｎｉｔＨが最大のスレーブ装置に対してパターン番号ｐ＝３を設定したが、ｐ＝２またはｐ＝１としてもよい。

図１８に、本実施形態におけるマスタ装置２６の処理フローチャートを示す。図１７に示す起動時処理が完了した後の処理であり、制御周期１００ｍｓｅｃ毎の処理である。まず、制御周期の番号ｑを１だけインクリメントし（Ｓ７０１）、ｑが２０を超えたか否かを判定する（Ｓ７０２）。２０を超えた場合、つまり１００ｍｓｅｃ×２０＝２０００ｍｓｅｃ経過でｑが一巡（１サイクル）したと判断し、ｑを０にリセットする（Ｓ７０３）。

各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６に対する各クロック制御指令値ＣＬＫ１〜ＣＬＫ６を０、すなわち分周なしの動作用クロック信号とし（Ｓ７０４）、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６に各クロック制御指令値を出力する（Ｓ７０５）。これにより、制御周期の最初の２０ｍｓｅｃは全てのスレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６を高周波信号で動作させる。

次に、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６に電圧取得命令を出力し（Ｓ７０６）、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６から電圧情報を取得する（Ｓ７０７）。

次に、マスタ装置２６は、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６が管理する各ブロックＢ１〜Ｂ６の充電状態（ＳＯＣ）を演算する（Ｓ７０８）。この演算は、図８に示す演算方法と同様の方法で実行される。各ブロックＢ１〜Ｂ６の充電状態（ＳＯＣ）を演算した後、図１７のＳ６０４で決定された各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６毎の選択パターン番号及び制御周期ｑに従って、各クロック制御指令値ＣＬＫ１〜ＣＬＫ６を設定する（Ｓ７０９）。例えば、スレーブ装置Ｍ１は選択パターン番号ｐ＝２０であるから、ｑ＝１〜１９は分周なしの動作用クロック信号（ＩＤＨ）とし、ｑ＝２０は２分周の動作用クロック信号（ＩＤＬ）とする。また、スレーブ装置Ｍ２は選択パターン番号ｐ＝１６であるから、ｑ＝１〜１５は分周なしの動作用クロック信号（ＩＤＨ）とし、ｑ＝１６〜２０は２分周の動作用クロック信号（ＩＤＬ）とする。

以上のようにして各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６の各クロック制御指令値ＣＬＫ１〜ＣＬＫ６を決定した後、２０ｍｓｅｃ経過したか否かを判定し（Ｓ７１０）、経過した時点で各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６にＳ７０９で決定した各クロック制御指令値ＣＬＫ１〜ＣＬＫ６を出力する（Ｓ７１１）。これにより、各ブロックＢ１〜Ｂ６の充電状態（ＳＯＣ）のばらつきが抑制される。なお、Ｓ７０９で決定される各クロック制御指令値ＣＬＫ１〜ＣＬＫ６は、Ｓ７０８で演算された各ブロックＢ１〜Ｂ６の充電状態（ＳＯＣ）のばらつきに基づいて決定されるのではなく、それ以前に出荷時の消費電流値（ＩＤｉｎｉｔＨまたはＩＤｉｎｉｔＬ）の相違に基づいて決定される点に留意すべきである。

図１９に、組電池出荷時に消費電流値（ＩＤｉｎｉｔＨ及びＩＤｉｎｉｔＬ）を測定する検査器の処理フローチャートを示す。また、図２３に管理装置１２と検査器１１の構成図を示す。検査器１１は、図示しないコネクタを介して管理装置１２に電気的に接続される。すなわち、演算装置１１ａとマスタ装置２６が接続され、組電池１０を構成する各電池セルを模した電源３６個が各々スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６に接続される。これにより、直列接続された電源（例えば端子電圧が３．７Ｖ程度の単電池を想定した電源）６個が１つのブロックとしてスレーブ装置に接続され、スレーブ装置の動作電力を供給する。各スレーブ装置と電源を接続する配線は７本であるが、図２に示したように中間の５本は電源の電圧検出用のわずかな電流を供給するにすぎず、最上位の線と最下位の線がスレーブ装置に電力を供給する電源線である。各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６と６個の電池セルを模した電源で構成されたブロックとの間には、それぞれ電流計Ａ１〜Ａ６が接続され、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６の消費電流が計測される。すなわち、電源線の電流を電流計で計測する。電流計で検出された各スレーブＭ１〜Ｍ６の消費電流値は、検査器１１内の演算装置１１ａに供給される構成である。まず、マスタ装置２６に電源から電力を供給し、イグニッションＯＮ信号を供給する（Ｓ８０１）。次に、マスタ装置２６から各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６に対し、各クロック制御指令値ＣＬＫ１〜ＣＬＫ６を０、すなわち分周なしの動作用クロック信号で動作するように出力する旨を指令する（Ｓ８０２）。次に、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６の消費電流値を取得する（Ｓ８０３）。すなわち、分周なしの動作用クロック信号で動作したときの各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６の消費電流値を各電流計で検出し、演算装置１１ａに供給する。演算装置１１ａは、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６毎の消費電流値をＩＤを付けてメモリに記憶する。このときの消費電流値をＩＤｉｎｉｔＨ１〜ＩＤｉｎｉｔＨ６とする。次に、マスタ装置２６から各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６に対し、各クロック制御指令値ＣＬＫ１〜ＣＬＫ６を１、すなわち２分周の動作用クロック信号で動作するように出力する旨を指令する（Ｓ８０４）。そして、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６の消費電流値を取得する（Ｓ８０５）。すなわち、２分周の動作用クロック信号で動作したときの各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６の消費電流値を各電流計で検出し、演算装置１１ａに供給する。演算装置１１ａは、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６毎の消費電流値をＩＤを付けてメモリに記憶する。このときの消費電流値をＩＤｉｎｉｔＬ１〜ＩＤｉｎｉｔＬ６とする。以上のようにして消費電流値を取得した後、検査器１１の演算装置１１ａは、マスタ装置２６に対して消費電流値を出力し、マスタ装置２６は受信した消費電流値をメモリに格納する（Ｓ８０６）。最後に、マスタ装置２６にイグニッションＯＦＦ信号を供給し、マスタ装置２６の電源をＯＦＦにする（Ｓ８０７）。このように、本実施形態では、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６の消費電流値（ＩＤｉｎｉｔＨ及びＩＤｉｎｉｔＬ）をマスタ装置２６のメモリに記憶しておき、これに基づいて高周波と低周波の動作用クロック信号を任意の比率で組み合わせることで、ブロック間の充電状態のばらつきを抑制することができる。本実施形態では、マスタ装置２６側で比率を決定して各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６に指令するので、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６側で個別に比率を記憶しておく必要がない。なお、本実施形態では図２３に示すように検査器１１側に電流計及び演算装置１１ａを設けてスレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６の消費電流を検出しているが、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６側に消費電流を検出する回路、例えばシャント抵抗とアナログ・デジタル変換器からなる消費電流をデジタル値に変換する回路、及び検出した消費電流値を記憶するメモリを設け、マスタ装置２６からの要求に応じて各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６が自己の消費電流を検出してメモリに記憶し、マスタ装置２６に送信してもよい。

＜第３実施形態＞
図２０に、第３実施形態のタイミングチャートを示す。本実施形態では、組電池の出荷時の各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６の消費電流値（ＩＤｉｎｉｔＨ及びＩＤｉｎｉｔＬ）のばらつきに基づいて、マスタ装置２６の制御周期１００ｍｓｅｃ内における分周なしの動作用クロック信号で動作する期間と、２分周の動作用クロック信号で動作する期間のデューティ比を各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６毎に変化させて充電状態（ＳＯＣ）のばらつきを抑制する。図２０の（ａ）〜（ｄ）には、デューティ比が異なるタイミングチャートが示されている。デューティ比は、制御周期である１００ｍｓｅｃ中の分周なしの期間の百分率である。（ａ）ではデューティ比は２０％、（ｂ）では５０％、（ｃ）では８０％、（ｄ）では１００％であり、（ａ）が最も消費電流が小さく、（ｄ）が最も消費電流が大きい。したがって、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６のうち、出荷時の消費電流ＩＤｉｎｉｔが相対的に大きいスレーブ装置に対しては相対的に小さいデューティ比を割り当て、その他のスレーブ装置については消費電流ＩＤｉｎｉｔのばらつきに応じて相対的に大きなデューティ比を割り当てることで、充電状態（ＳＯＣ）のばらつきを抑制できる。具体的には、マスタ装置２６は、出荷時に検査器で各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６の分周なし、及び２分周のときの消費電流値ＩＤｉｎｉｔＨ、ＩＤｉｎｉｔＬを測定してメモリに記憶しておく。マスタ装置２６は、分周なしのときに最大の消費電流となるスレーブ装置、例えばスレーブ装置Ｍ６に対して、例えばデューティ比２５％を設定する。そして、他のスレーブ装置がこのデューティ比で動作した場合のスレーブ装置Ｍ６の平均消費電流と同一若しくはほぼ同一となるようなデューティ比で動作させるように制御指令値ＣＬＫを出力する。スレーブ装置Ｍ６の平均消費電流は他のスレーブ装置の目標消費電流であることからこれをＩＤｔａｒｇｅｔとすると、他のスレーブ装置のデューティ比は
デューティ比＝（ＩＤｔａｒｇｅｔ−ＩＤｉｎｉｔＬ）／（ＩＤｉｎｉｔＨ−ＩＤｉｎｉｔＬ）×１００
である。

図２１に、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６に割り当てるデューティ比の一例を示す。図には、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６の出荷時の消費電流ＩＤｉｎｉｔＨ，ＩＤｉｎｉｔＬ、デューティ比、そのデューティ比で動作したときの平均消費電流を示す。例えば、スレーブ装置Ｍ１は、デューティ比９１．７％、平均消費電流０．８７５ｍＡであり、スレーブ装置Ｍ２は、デューティ比７７．６％、平均消費電流０．８７５ｍＡであり、スレーブ装置Ｍ６は、デューティ２５％、平均消費電流０．８７５ｍＡである。全てのスレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６が同一の平均消費電流となっており、これにより充電状態（ＳＯＣ）のばらつきが抑制される。

図２２に、本実施形態におけるマスタ装置２６の処理フローチャートを示す。制御周期１００ｍｓｅｃ毎の処理である。まず、マスタ装置２６は、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６の各クロック制御指令値ＣＬＫ１〜ＣＬＫ６を０、つまり分周なしとする（Ｓ９０１）。次に、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６に各クロック制御指令値ＣＬＫ１〜ＣＬＫ６を出力する（Ｓ９０２）、次に、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６に電圧取得命令を出力し（Ｓ９０３）、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６からの電圧情報を取得する（Ｓ９０４）。そして、取得した電圧情報に基づいて各ブロックＢ１〜Ｂ６の充電状態（ＳＯＣ）を演算する（Ｓ９０５）。

次に、マスタ装置２６は、出荷時の消費電流値ＩＤｉｎｉｔＨが最大であるスレーブ装置Ｍｉを特定する番号をｍａｘとする（Ｓ９０６）。ここでは、例えばスレーブ装置Ｍ６が最大の消費電流値を有するものとする。そして、目標となる平均消費電流値ＩＤｔａｒｇｅｔを演算する（Ｓ９０７）。すなわち、上記のように、消費電流値ＩＤｉｎｉｔＨが最大となるスレーブ装置（スレーブ装置Ｍ６）のデューティ比を２５％としたときの平均消費電流値を演算する。消費電流値ＩＤｉｎｉｔＨが最大となるスレーブ装置の分周なしの消費電流値をＩＤｉｎｉｔＨｍａｘ、２分周の消費電流値をＩＤｉｎｉｔＬｍａｘとすると、目標となる平均消費電流値ＩＤｔａｒｇｅｔは、次式で演算される。
ＩＤｔａｒｇｅｔ＝（ＩＤｉｎｉｔＨｍａｘ×０．２５＋ＩＤｉｎｉｔＬｍａｘ×０．７５）

次に、各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６毎のデューティ比を算出する（Ｓ９０８）。すなわち、
デューティ比＝（ＩＤｔａｒｇｅｔ−ＩＤｉｎｉｔＬ）／（ＩＤｉｎｉｔＨ−ＩＤｉｎｉｔＬ）×１００
で算出する。

次に、１００ｍｓｅｃの制御周期のスタート後、２０ｍｓｅｃ経過したか否かを判定し（Ｓ９０９）、経過した時点でスレーブ装置の番号ｉを初期化して（Ｓ９１０）、スレーブ装置Ｍｉのクロック制御指令値ＣＬＫｉが１でないか否かを判定する（Ｓ９１１）。クロック制御指令値ＣＬＫｉが１でない、すなわち未だ分周なしの動作用クロックで動作している場合には、経過時間がそのスレーブ装置のデューティ比から求める時間以上になったか否かを判定する（Ｓ９１２）。例えば、スレーブ装置Ｍ１の場合には、スレーブ装置Ｍ１のデューティ比は図２１に示すように９１．７％であり、１００ｍｓｅｃのうち９１．７ｍｓｅｃが経過したか否かを判定する。同様に、スレーブ装置Ｍ２の場合には、スレーブ装置Ｍ２のデューティ比は７７．６％であるから、１００ｍｓｅｃのうち７７．６ｍｓｅｃが経過したか否かを判定する。そして、経過した場合には、そのスレーブ装置Ｍｉのクロック制御指令値ＣＬＫｉを１に設定し（Ｓ９１３）、スレーブ装置Ｍｉにクロック制御指令値ＣＬＫｉを出力する（Ｓ９１４）。Ｓ９１１でＮＯ、つまり既にクロック制御指令値ＣＬＫｉが１となっているスレーブ装置Ｍｉに対しては、マスタ装置２６はクロック制御指令値ＣＬＫｉを出力することはない。すなわち、マスタ装置２６は、分周なしの状態から２分周の状態とするスレーブ装置のみにクロック制御指令値ＣＬＫｉを出力する。以上の処理を全てのスレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６について実行する（Ｓ９１５，Ｓ９１６）。なお、Ｓ９１５でｉが６であるか否かを判定しているのは、スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６は全部で６個あることに対応している。

そして、制御周期の１００ｍｓｅｃが経過したか否かを判定し（Ｓ９１７）、経過していない場合にはさらに１００μｓｅｃ経過したか否かを判定する（Ｓ９１８）。１００μｓｅｃ経過した場合には、再びＳ９１０以降の処理を繰り返し実行する。これは、１００μｓｅｃ毎にタイマのチェックを行うためである。

以上のようにして、スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６の消費電流の均等化を図り、もって各ブロックＢ１〜Ｂ６の充電状態（ＳＯＣ）のばらつきを抑制できる。このように、本実施形態では、制御周期内における分周なしの期間の百分率であるデューティ比を変化させることでブロック間のばらつきを抑制できるので、より柔軟かつ精度よくばらつきを抑制し得る。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本実施形態におけるＳＯＣ（％）は残存容量（Ａｈ）としてもよい。

また、本実施形態では、基本的にイグニッションＯＮ時における均等化処理について説明したが、イグニッションＯＦＦ時においても同様に各スレーブ装置Ｍ１〜Ｍ６の動作用クロック信号の周波数を切換えて（例えば高周波信号に切換える等）均等化処理を実行してもよい。

１０ 組電池、１２ 管理装置、Ｍ１〜Ｍ６ スレーブ装置、２６ マスタ装置。

Claims (8)

1. 組電池の充電状態を管理する管理装置であって、
   複数の下位制御手段であって、各下位制御手段は前記組電池を構成する直列接続された複数の電池ブロックの各々を制御するとともに複数の電池ブロックの各々から電力供給を受ける複数の下位制御手段と、
   複数の前記下位制御手段の各々の動作用クロック信号を高周波信号と低周波信号の少なくとも２つの信号から構成し、前記高周波信号と前記低周波信号の出現比率を制御することで複数の前記下位制御手段の各々が制御すべき電池ブロック間の充電状態のばらつきを抑制する上位制御手段と、
   を有し、
   前記上位制御手段は、制御周期Ｔのうちの最初のｔ（ｔ＜Ｔ）期間において前記動作用クロック信号を前記高周波信号とし、残りのＴ−ｔ期間において前記動作用クロック信号を前記高周波信号あるいは前記低周波信号のいずれかとすることで前記出現比率を制御することを特徴とする組電池の管理装置。
2. 請求項１記載の装置において、
   複数の前記下位制御手段は、各々が制御すべき電池ブロックを構成する電池セルの端子電圧を検出して前記上位制御手段に供給し、
   前記上位制御手段は、前記電池ブロックの前記端子電圧に基づいて前記充電状態のばらつきを検出し、前記充電状態のばらつきに応じて前記出現比率を制御する
   ことを特徴とする組電池の管理装置。
3. 請求項２記載の装置において、
   前記上位制御手段は、前記充電状態が相対的に高い電池ブロックを制御する下位制御手段ほど、前記高周波信号の出現比率が増大するように制御する
   ことを特徴とする組電池の管理装置。
4. 請求項１記載の装置において、
   前記上位制御手段は、複数の前記下位制御手段の前記高周波信号時の消費電流値のばらつきに応じて前記出現比率を制御する
   ことを特徴とする組電池の管理装置。
5. 請求項４記載の装置において、
   前記上位制御手段は、前記消費電流値が相対的に大きい下位制御手段ほど、前記低周波信号の出現比率が増大するように制御する
   ことを特徴とする組電池の管理装置。
6. 請求項５記載の装置において、
   前記上位制御手段は、複数の前記下位制御手段のうち、前記高周波信号時の消費電流値が相対的に大となる下位制御手段の出現比率を設定し、設定された出現比率で動作させたときの平均消費電流値との差が最小となるようにその他の下位制御手段の出現比率を設定する
   ことを特徴とする組電池の管理装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の装置において、
   前記低周波信号は、前記高周波信号を分周した信号であることを特徴とする組電池の管理装置。
8. 組電池の残存容量を管理する管理装置であって、
   複数の下位制御手段であって、各下位制御手段は前記組電池を構成する直列接続された複数の電池ブロックの各々を制御するとともに複数の電池ブロックの各々から電力供給を受ける複数の下位制御手段と、
   複数の前記下位制御手段の各々の動作用クロック信号を高周波信号と低周波信号の少なくとも２つの信号から構成し、前記高周波信号と前記低周波信号の出現比率を制御することで複数の前記下位制御手段の各々が制御すべき電池ブロック間の残存容量のばらつきを抑制する上位制御手段と、
   を有し、
   前記上位制御手段は、制御周期Ｔのうちの最初のｔ（ｔ＜Ｔ）期間において前記動作用クロック信号を前記高周波信号とし、残りのＴ−ｔ期間において前記動作用クロック信号を前記高周波信号あるいは前記低周波信号のいずれかとすることで前記出現比率を制御することを特徴とする組電池の管理装置。

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