JP5736694B2 - 制御装置及び方法、並びに電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、制御装置及び方法、並びに電源装置に関し、特に、充電時間を短縮させることができるようにした制御装置及び方法、並びに電源装置に関する。

従来より、複数のセルブロックを直列に接続して充電する充電方法としては、各セルブロックの電圧を検出して、規定電圧以上となるセルブロックを放電することで、複数のセルブロックをセルバランスさせながら充電させる方法が知られている。

この様なセルバランス制御と称される制御では、全てのセルブロックの電圧を均一に揃えて、理想的な状態にバランスさせながら充電することが要求される。

セルバランス制御としては、セルブロックの電圧が所定の電圧以上となった場合に、一定時間充電を継続した後、該当セルブロックのみ放電を開始する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、セルブロックの電圧が所定の電圧を超えた場合に、システム全体の充電を停止して、該当セルブロックの放電を開始する方法がある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−１７６５２０号公報 特開２００２−５８１７０号公報

しかしながら、特許文献１に開示された方法であると、個々のセルブロックを独立に制御するため、セルバランス制御中に、放電対象セルブロックの電圧と、充電対象セルブロックの電圧とが等しくなるときがあるが、これを無視して個々に放電と充電を続けてしまう。ここで、仮に所定電圧以上となった場合の一定時間充電継続を止めたとしても、図７のようになる（特許文献１に開示された方法では図７よりさらに長期化する）。つまり、セルバランスがとれる瞬間があるにもかかわらず、積極的にセルバランスをとる制御ではないため、結果として、個々のセルブロックの電圧のバランスが均衡するまでに、ある程度の時間を要することになる。

また、特許文献２に開示された方法は、システムの全体の充電を停止してから該当セルブロックの放電を開始する方式であるため、システムの充電を持続したまま、該当セルブロックのみを放電する方式とは異なっている。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、セルバランス制御により、直列に接続された複数のセルブロックの充電を行うに際して、その充電時間を短縮させることができるようにするものである。

本発明の一側面の制御装置は、１又は複数の二次電池の電池セルから構成されるセルブロックであって、直列に接続された複数のセルブロックを、セルバランスさせながら充電させる制御手段を備え、前記制御手段は、各セルブロックの電圧を検出する検出手段と、検出される各セルブロックの電圧のうちの最大電圧を順次更新する更新手段と、前記複数のセルブロックのうち、検出される電圧と更新される最大電圧との電圧幅が、あらかじめ定められた放電対象電圧幅以内となるセルブロックを、当該セルブロックに充電された電力を熱に変換して電圧を減少させることで放電させる放電手段とを有する。

前記制御手段は、検出される各セルブロックの最大電圧と最小電圧との電圧幅が、あらかじめ定められた規定電圧幅以内に収まるように、セルバランス制御を行う。

前記放電対象電圧幅と前記規定電圧幅は、前記規定電圧幅 ≧ 前記放電対象電圧幅の関係を有する。

前記制御手段は、検出された各セルブロックの電圧が、あらかじめ定められた規定最大電圧以上となった場合、前記複数のセルブロックの充電を停止させる。

本発明の一側面の制御方法は、１又は複数の二次電池の電池セルから構成されるセルブロックであって、直列に接続された複数のセルブロックを、セルバランスさせながら充電させる制御手段を備える制御装置の制御方法において、前記制御手段が、各セルブロックの電圧を検出し、検出される各セルブロックの電圧のうちの最大電圧を順次更新し、前記複数のセルブロックのうち、検出される電圧と更新される最大電圧との電圧幅が、あらかじめ定められた放電対象電圧幅以内となるセルブロックを、当該セルブロックに充電された電力を熱に変換して電圧を減少させることで放電させる。

本発明の制御装置及びその制御方法においては、各セルブロックの電圧が検出され、検出される各セルブロックの電圧のうちの最大電圧が順次更新され、複数のセルブロックのうち、検出される電圧と更新される最大電圧との電圧幅が、あらかじめ定められた放電対象電圧幅以内となるセルブロックが、当該セルブロックに充電された電力を熱に変換して電圧を減少させることで放電させられる。

本発明の一側面の電源装置は、１又は複数の二次電池の電池セルから構成されるセルブロックであって、直列に接続された複数のセルブロックと、前記複数のセルブロックを充電させる充電手段と、前記複数のセルブロックを、セルバランスさせながら充電させる制御手段とを備え、前記制御手段は、各セルブロックの電圧を検出する検出手段と、検出される各セルブロックの電圧のうちの最大電圧を順次更新する更新手段と、前記複数のセルブロックのうち、検出される電圧と更新される最大電圧との電圧幅が、あらかじめ定められた放電対象電圧幅以内となるセルブロックを、当該セルブロックに充電された電力を熱に変換して電圧を減少させることで放電させる放電手段とを有する。

本発明の電源装置においては、各セルブロックの電圧が検出され、検出される各セルブロックの電圧のうちの最大電圧が順次更新され、複数のセルブロックのうち、検出される電圧と更新される最大電圧との電圧幅が、あらかじめ定められた放電対象電圧幅以内となるセルブロックが、当該セルブロックに充電された電力を熱に変換して電圧を減少させることで放電させられる。

本発明によれば、充電時間を短縮させることができる。

本発明を適用した電源装置の一実施の形態の構成を示す図である。 セルバランス制御の詳細を説明するフローチャートである。 第１のシミュレーションの結果（放電対象電圧幅20mV，同一インピーダンス）を示す図である。 第２のシミュレーションの結果（放電対象電圧幅30mV，同一インピーダンス）を示す図である。 第３のシミュレーションの結果（放電対象電圧幅20mV，異なるインピーダンス）を示す図である。 第４のシミュレーションの結果（放電対象電圧幅0mV，異なるインピーダンス）を示す図である。 従来のセルバランス制御による電圧特性を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

［電源装置の構成例］
図１は、本発明を適用した電源装置の一実施の形態の構成を示す図である。

電源装置１は、例えば無停電電源装置（UPS：Uninterruptible Power Supply）等の電源装置である。この電源装置１は、図１に示すように、制御回路１１、放電回路１２、セルブロック１３−１乃至１３−Ｎ、及び充電スイッチ１４から構成される。また、電源装置１は、＋端子１５−１，−端子１５−２によって、充電電源部２の＋端子、−端子に電気的に接触し、着脱自在に充電電源部２に装着される。

充電電源部２からの電力は、それらの端子を介して直列に接続されたセルブロック１３−１乃至１３−Ｎに供給される。セルブロック１３−１乃至１３−Ｎは、充電電源部２からの電力により充電される。なお、以下の説明では、セルブロック１３−１乃至１３−Ｎを区別する必要がない場合、単に、セルブロック１３と称して説明する。

セルブロック１３は、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池などの充電可能な二次電池の電池セルから構成される。すなわち、セルブロック１３は、例えば、１又は複数の二次電池の電池セルを、直列又は並列に接続した電池セルの組から構成される。

制御回路１１は、直列に接続されたセルブロック１３−１乃至１３−Ｎを、セルバランスさせながら充電させる。制御回路１１には、セルブロック１３−１乃至１３−Ｎに対応して、ADC２１−１乃至２１−Ｎが設けられており、ADC２１−１乃至２１−Ｎによって、対応するセルブロック１３の電圧が検出される。制御回路１１は、ADC２１−１乃至２１−Ｎによるセルブロック１３の電圧の検出結果に基づいて、放電回路１２のスイッチング素子３１−１乃至３１−Ｎのオンオフを制御するための制御信号を、放電回路１２に供給する。

直列に接続されたセルブロック１３−１乃至１３−Ｎには、それぞれ、放電回路（図１では、セルブロック１３−１乃至１３−Ｎのそれぞれに対応する放電回路をまとめて放電回路１２と記述している）が並列に接続されている。

例えば、セルブロック１３−１には、スイッチング素子３１−１、放電抵抗３２−１、及び抵抗３３−１からなる放電回路が並列に接続されている。この放電回路では、スイッチング素子３１−１と放電抵抗３２−１とは直列に接続され、スイッチング素子３１−１は、制御回路１１から抵抗３３−１を介して供給される制御信号に応じて、オンオフのスイッチング動作を行う。これにより、制御回路１１からの制御信号に応じて、スイッチング素子３１−１がオフからオンに切り換えられた場合、接続しているセルブロック１３−１の電圧が、放電抵抗３２−１により放電される。

また、セルブロック１３−２乃至１３−Ｎと並列に接続された各放電回路は、上述したセルブロック１３−１と並列に接続された放電回路と同様に構成される。すなわち、放電回路１２は、制御回路１１からの制御信号に応じて、スイッチング素子３１−１乃至３１−Ｎをスイッチング動作させることで、直列に接続されたセルブロック１３−１乃至１３−Ｎのうち、対応する所定のセルブロック１３を、対応する放電抵抗３２−１乃至３２−Ｎにより放電させる。

また、制御回路１１は、ADC２１−１乃至２１−Ｎによるセルブロック１３−１乃至１３−Ｎの電圧の検出結果に基づいて、セルブロック１３−１乃至１３−Ｎのうちの所定のセルブロック１３が、あらかじめ定められた所定の電圧以上となった場合、充電スイッチ１４をオフさせるための制御信号を、充電スイッチ１４に供給する。

充電スイッチ１４は、制御回路１１から供給される制御信号に応じて、オンオフのスイッチング動作を行う。すなわち、充電スイッチ１４がオンとなる場合、充電電源部２からの電力は、直列に接続されたセルブロック１３−１乃至１３−Ｎに供給され、セルブロック１３−１乃至１３−Ｎの充電が行われる。一方、制御回路１１からの制御信号に応じて、充電スイッチ１４がオンからオフに切り換えられた場合、充電電源部２からの電力の供給が停止されるため、セルブロック１３−１乃至１３−Ｎの充電が停止される。

このように、充電スイッチ１４は、制御回路１１により制御されて、セルブロック１３−１乃至１３−Ｎの充放電を切り換える。すなわち、制御回路１１及び充電スイッチ１４は、充電回路として機能している。

以上のようにして、電源装置１は構成される。

［セルバランス制御］
次に、図２のフローチャートを参照して、図１の制御回路１１により実行されるセルバランス制御の詳細について説明する。

電源装置１において、セルブロック１３−１乃至１３−Ｎに対する充電が開始されると（ステップＳ１１）、制御回路１１では、ADC２１−１乃至２１−Ｎによって、対応するセルブロック１３−１乃至１３−Ｎの電圧が検出される（ステップＳ１２）。

ステップＳ１３において、制御回路１１は、ADC２１−１乃至２１−Ｎによって検出された電圧のうちの最大電圧が、規定最大電圧以上となるか否かを判定する。

この規定最大電圧は、セルブロック１３の電圧が、規定された電圧以上とならないようにするためにあらかじめ設定される。規定最大電圧としては、例えば3.6Vが設定され、この場合、3.6V以上の電圧となるセルブロック１３は過電圧となる。

ステップＳ１３において、最大電圧が規定最大電圧未満であると判定された場合、処理は、ステップＳ１２に戻り、充電中のセルブロック１３−１乃至１３−Ｎの電圧の検出が継続して行われる。

そして、セルブロック１３−１乃至１３−Ｎに対する充電が行われることで、ステップＳ１３において、検出されたセルブロック１３の電圧のうちの最大電圧が、規定最大電圧以上になったと判定された場合、処理は、ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４において、制御回路１１は、ADC２１−１乃至２１−Ｎによって検出された電圧のうちの最大電圧と最小電圧との電圧幅が、規定電圧幅以上となるか否かを判定する。

この規定電圧幅は、製品の規格などにより決定される電圧幅であって、セルバランス制御では、検出された最大電圧と最小電圧との電圧幅が、規定電圧幅に収まるように制御が行われる。規定電圧幅としては、例えば30mVが設定される。

ステップＳ１４において、検出された最大電圧と最小電圧との電圧幅が規定電圧幅以上となると判定された場合、セルバランスが崩れているため、ステップＳ１５において、制御回路１１は、セルバランス制御を開始する。セルバランス制御が開始されると、制御回路１１は、ADC２１−１乃至２１−Ｎによって検出されたセルブロック１３−１乃至１３−Ｎの中に、検出された電圧と最大電圧との電圧幅が、放電対象電圧幅以内となるセルブロック１３が存在するか否かを判定する。

ここで、放電対象電圧幅とは、最大電圧を基準電圧としたときに、その最大電圧から所定の電圧幅以内の電圧となるセルブロック１３を、放電対象とするために設定される電圧幅である。この放電対象電圧幅としては、例えば20mVや30mVが設定され、例えば最大電圧が3.6V、放電対象電圧幅が20mVである場合、3.6Vから3.58V（3.6V−20mV）までの範囲内の電圧となるセルブロック１３が、放電されることになる。

ステップＳ１６において、最大電圧との電圧幅が放電対象電圧幅以内となるセルブロック１３が存在しないと判定された場合、処理は、ステップＳ１７に進む。ステップＳ１７において、制御回路１１は、最大電圧となるセルブロック１３のみを放電させる。

例えば、セルブロック１３−１乃至１３−Ｎのうち、最大電圧となるのがセルブロック１３−１である場合、制御回路１１は、セルブロック１３−１を放電させるために、スイッチング素子３１−１をオンさせるための制御信号を、スイッチング素子３１−１に供給する。すると、スイッチング素子３１−１は、制御回路１１からの制御信号に応じてオンされ、セルブロック１３−１に充電された電力が、放電抵抗３２−１によって熱に変換される。その結果、最大電圧となる、セルブロック１３−１の電圧を減少させることが可能となる。

一方、ステップＳ１６において、最大電圧との電圧幅が放電対象電圧幅以内となるセルブロック１３が存在すると判定された場合、処理は、ステップＳ１８に進む。ステップＳ１８において、制御回路１１は、最大電圧との電圧幅が放電対象電圧幅以内となる全てのセルブロック１３を放電させる。

例えば、セルブロック１３−１乃至１３−Ｎのうち、最大電圧との電圧幅が放電対象電圧幅以内となるのがセルブロック１３−２とセルブロック１３−３である場合、制御回路１１は、制御信号をスイッチング素子３１−２とスイッチング素子３１−３に供給する。すると、スイッチング素子３１−２とスイッチング素子３１−３は、それぞれ、制御回路１１からの制御信号に応じてオンされ、セルブロック１３−２とセルブロック１３−３に充電された電力が、放電抵抗３２−２と放電抵抗３２−３によってそれぞれ熱に変換される。また、このとき、最大電圧となるのがセルブロック１３−１である場合、制御回路１１は、スイッチング素子３１−１を制御して、セルブロック１３−１の電圧を減少させる。

その結果、最大電圧となる、セルブロック１３−１の電圧を減少させるだけでなく、その最大電圧の近傍、すなわち、過電圧状態に近い電圧（例えば3.6Vから3.58Vまでの範囲内の電圧）となる、セルブロック１３−２とセルブロック１３−３の電圧を減少させることが可能となる。

ステップＳ１７又はＳ１８によって、所定のセルブロック１３の放電が終了すると、処理は、ステップＳ１９に進み、ADC２１−１乃至２１−Ｎによって、対応するセルブロック１３−１乃至１３−Ｎの電圧が検出される（ステップＳ１９）。

ステップＳ２０において、制御回路１１は、ADC２１−１乃至２１−Ｎによって検出された電圧の中から、最大となる電圧を最大電圧とすることで、最大電圧を更新する。

すなわち、ステップＳ１７又はＳ１８によって、所定のセルブロック１３の放電が行われると、セルブロック１３−１乃至１３−Ｎの最大電圧が変化するので、最大電圧を順次更新する。つまり、各セルブロック１３は、その内部インピーダンスの違いにより放電特性が必ずしも一致せず、若干異なるのが一般的である。そのため、例えばステップＳ１２において最大電圧として検出されたセルブロック１３−１の電圧が、常に最大電圧になるとは限らないので、セルバランス制御を行っている最中は、最大電圧を常に更新している（ステップＳ２０）。

そして、制御回路１１は、その更新後の最大電圧と、最小電圧との電圧幅が、規定電圧幅以上となるか否かを判定する（ステップＳ２１）。この規定電圧幅は、ステップＳ１４の判定処理で用いられた規定電圧幅と同一の値であり、例えば30mVが設定される。つまり、ステップＳ２１の判定処理によって、ステップＳ１７又はＳ１８による放電が行われた後に、セルバランスが取れるようになったかを判定する。

ステップＳ２１において、更新後の最大電圧と最小電圧との電圧幅が、規定電圧幅以上となると判定された場合、まだ、セルバランスが崩れているため、ステップＳ１６に戻り、ステップＳ１６乃至Ｓ２１の処理が繰り返される。すなわち、ステップＳ１６乃至Ｓ２１の処理が繰り返されることで、最大電圧とその最大電圧に近い電圧となるセルブロック１３が放電されるので、徐々に最大電圧と最小電圧との差がなくなり、その電圧幅が規定電圧幅未満となって、セルブロック１３−１乃至１３−Ｎの電圧が均衡することになる。

なお、このセルバランス制御中に、順次更新される最大電圧との電圧幅が、放電対象電圧幅以内となるセルブロック１３が新たに検出された場合には、新たに検出されたセルブロック１３をも放電対象として、放電を開始させることになる。

そして、ステップＳ１６乃至Ｓ２１の処理が繰り返されることで、更新後の最大電圧と最小電圧との電圧幅が、規定電圧幅未満になったと判定された場合（ステップＳ２１の「No」）、処理は、ステップＳ２２に進む。ステップＳ２２において、制御回路１１は、セルバランス制御を終了し、処理は、ステップＳ２３に進む。

また、セルバランス制御を行う前から検出された最大電圧と最小電圧との電圧幅が規定電圧幅未満となる場合（ステップＳ１４の「No」）、セルブロック１３−１乃至１３−Ｎの電圧が均衡しており、セルバランス制御を行う必要がないので、処理は、ステップＳ２３に進む。そして、電源装置１においては、セルブロック１３−１乃至１３−Ｎに対する充電が終了される（ステップＳ２３）。

以上のように、制御回路１１によって、セルブロック１３−１乃至１３−Ｎの電圧の中の最大電圧を順次更新しながら、その最大電圧を基準電圧としたときに、その最大電圧との電圧幅が放電対象電圧幅以内となるセルブロック１３を放電させる、セルバランス制御が行われる。

すなわち、複数のセルブロック１３を個々に放電させるのではなく、検出される電圧と更新される最大電圧との電圧幅が放電対象電圧幅以内となったセルブロック１３の放電を順次開始するため、結果として、個々に放電を開始する方法と比べて、セルバランス制御の処理時間を短縮することが可能となる。その結果、充電時間を短縮させることができる。

［シミュレーションの結果の説明］
次に、図３乃至図６を参照して、本発明の実施の形態によるセルバランス制御（図２）により、具体的にどのくらい処理時間を短縮することができるのかについて、本出願人により実施されたシミュレーションの結果を用いて説明する。

なお、図３乃至図６のシミュレーションにおいては、シミュレーション条件として、８個のセルブロック１３−１乃至１３−８が設けられ、それらのセルブロック１３の充電開始時の電圧は、3.43Vから3.5Vまでの範囲で、0.1V刻みで設定されている。また、セルブロック１３−１乃至１３−８の内部インピーダンスであるが、図３，図４のシミュレーションでは、全てのセルブロック１３で内部インピーダンスが同一となる場合、図５，図６のシミュレーションでは、全てのセルブロック１３で内部インピーダンスが異なる場合についてそれぞれ説明する。

また、図３乃至図６のシミュレーションにおいては、シミュレーション条件として、規定最大電圧には、3.6Vが設定され、規定電圧幅には、30mVが設定されているものとする。したがって、各シミュレーションでは、3.6Vで過電圧となり、セルブロック１３−１乃至１３−８の全ての電圧が30mV以内に収まった時点で、それらの電圧が均衡しているとして、セルバランス制御が終了されるものとする。また、放電対象電圧幅については、図３乃至図６のシミュレーションごとに異ならせている。

まず、図３を参照して、第１のシミュレーションの結果（放電対象電圧幅20mV，同一インピーダンス）について説明する。

なお、図３において、水平方向の軸は、時間［min］を表しており、時間の方向は、図中左から右に向かう方向とされている（吹き出し内の時刻t1〜t5は、その吹き出し内の動作が行われた時刻を示す）。また、垂直方向の軸は、電圧［V］を表しており、図中上にいくほど、電圧のレベルが高くなる。なお、これらの軸の関係については、後述する図４乃至図６についても同様とされる。

先に述べたように、セルブロック１３−１乃至１３−８（図中の電圧特性グラフではセル１乃至８と略記している）は、その充電開始時の電圧が、セルブロック１３−８を3.43Vとして、3.5Vとなるセルブロック１３−１まで、0.1V刻みで設定されている。この状態から充電を開始すると、セルブロック１３−１乃至１３−８は同一インピーダンスとなるので、等間隔で電圧が上昇し、時刻t1において、充電開始時の電圧が最も高いセルブロック１３−１の電圧が、規定最大電圧（3.6V）に到達し、過電圧状態となる。

これにより、セルブロック１３−１の放電が開始されるが、このとき、セルバランス制御により、セルブロック１３−１の電圧（最大電圧）との電圧幅が、放電対象電圧幅（20mV）以内となるセルブロック１３−２とセルブロック１３−３についても放電する。これにより、セルブロック１３−１乃至１３−３の電圧は、時刻t1をピークに降下に転じる。

そして、セルバランス制御によって、最大電圧を順次更新しながら、その最大電圧との電圧幅が、放電対象電圧幅（20mV）以内となるセルブロック１３を新たに検出する処理が継続して行われる。すると、時刻t2において、セルブロック１３−４の電圧と最大電圧との電圧幅が、放電対象電圧幅（20mV）以内となる。これにより、セルブロック１３−４についても放電が開始され、その電圧が時刻t2をピークに降下に転じる。同様にして、時刻t3ではセルブロック１３−５、時刻t4ではセルブロック１３−６について、それぞれ、最大電圧との電圧幅が、放電対象電圧幅（20mV）以内となり、放電が開始され、それらのセルブロック１３の電圧が降下に転じる。

このように、セルブロック１３−１乃至１３−６の放電が順次開始され、セルブロック１３−７とセルブロック１３−８の電圧が上昇し続けると、充電開始から17分後（時刻t5）に、セルブロック１３−１乃至１３−８の全ての電圧が30mV以内に収まる。これにより、それらの電圧が均衡しているとして、セルバランス制御は終了する。

次に、図４を参照して、第２のシミュレーションの結果（放電対象電圧幅30mV，同一インピーダンス）について説明する。

第２のシミュレーションの結果は、第１のシミュレーションの結果（図３）と比べて、放電対象電圧幅が、20mVから30mVに変った点が異なっているが、それ以外の条件については同様である。

すなわち、時刻t1において、充電開始時の電圧が最も高いセルブロック１３−１の電圧が、規定最大電圧（3.6V）に到達し過電圧状態となると、その最大電圧との電圧幅が、放電対象電圧幅（30mV）以内となるセルブロック１３−２乃至１３−４の放電が、セルブロック１３−１の放電とともに開始される。そして、セルバランス制御が継続して行われ、時刻t2ではセルブロック１３−５、時刻t3ではセルブロック１３−６、時刻t4ではセルブロック１３−７について、それぞれ、最大電圧との電圧幅が、放電対象電圧幅（30mV）以内となり、放電が開始される。

このように、セルブロック１３−１乃至１３−７の放電が順次開始され、セルブロック１３−８の電圧が上昇し続けると、充電開始から17分後（時刻t5）に、セルブロック１３−１乃至１３−８の全ての電圧が30mV以内に収まる。これにより、それらの電圧が均衡しているとして、セルバランス制御は終了する。

以上、図３、図４のシミュレーションの結果を参照して説明したように、セルブロック１３−１乃至１３−７を個々に放電させるのではなく、最大電圧との電圧幅が放電対象電圧幅以内（図３の20mV，図４の30mV）となったセルブロック１３の放電を順次開始して、積極的にセルバランスをとる制御を行うため、結果として、個々に放電を開始する方法と比べて、セルバランス制御の処理時間を短縮することが可能となる。

すなわち、個々のセルブロックを独立に制御する方法であると、セルバランス制御中に、放電対象セルブロックの電圧と、充電対象セルブロックの電圧とが等しくなるときがあるが、これを無視して個々に放電と充電を続けてしまう。つまり、セルバランスがとれる瞬間があるにもかかわらず、積極的にセルバランスをとる制御ではないため、結果として、個々のセルブロックの電圧のバランスが均衡するまでに、ある程度の時間を要することになる。一方、図３、図４のシミュレーションの結果から明らかなように、最大電圧との電圧幅が放電対象電圧幅以内（20mV，30mV）となったセルブロック１３の放電を順次開始して、積極的にセルバランスをとる制御を行うことで、個々に放電を開始する方法と比べて、セルバランス制御の処理時間を短縮することができる。

また、図３、図４のシミュレーションの結果を参照して説明したように、セルブロック１３−１乃至１３−８が同一インピーダンスとなる場合、放電対象電圧幅を変えても、その収束時間には影響しないこととなる。その理由としては、セルブロック１３−１乃至１３−８の電圧が規定電圧幅内に収まるまでの収束時間は、最大電圧と最小電圧に依存するものであって、インピーダンスが同一であれば、電圧が一番高いセルブロック１３と、一番低いセルブロック１３が変更されないため、収束時間に影響は出ないこととなる。

このように、セルブロック１３−１乃至１３−Ｎで内部インピーダンスが同一となる場合には、個々に放電を開始する方法と比べて、セルバランス制御の処理時間を短縮することが可能となるものの、放電対象電圧幅を変更しても、セルバランス制御の処理時間には影響がないことになる。

次に、図５を参照して、第３のシミュレーションの結果（放電対象電圧幅20mV，異なるインピーダンス）について説明する。

先に述べたように、セルブロック１３−１乃至１３−８は異なるインピーダンスとなるので、電圧の上昇の幅が等間隔とならないが、時刻t1において、充電開始時の電圧が最も高いセルブロック１３−１の電圧が、規定最大電圧（3.6V）に到達し、過電圧状態となる。これにより、セルブロック１３−１の放電が開始されるが、このとき、セルバランス制御により、セルブロック１３−１の電圧（最大電圧）との電圧幅が、放電対象電圧幅（20mV）以内となるセルブロック１３−２についても放電する。これにより、セルブロック１３−１とセルブロック１３−２の電圧は、時刻t1をピークに降下に転じる。

そして、セルバランス制御によって、最大電圧を順次更新しながら、その最大電圧との電圧幅が、放電対象電圧幅（20mV）以内となるセルブロック１３を新たに検出する処理が継続して行われる。すると、時刻t2において、セルブロック１３−３の電圧と最大電圧との電圧幅が、放電対象電圧幅（20mV）以内となる。これにより、セルブロック１３−３についても放電が開始され、その電圧が降下に転じる。同様にして、時刻t3ではセルブロック１３−４、時刻t4ではセルブロック１３−５、時刻t5ではセルブロック１３−６、時刻t6ではセルブロック１３−７について、それぞれ、最大電圧との電圧幅が、放電対象電圧幅（20mV）以内となり、放電が開始され、それらのセルブロック１３の電圧が降下に転じる。

このように、セルブロック１３−１乃至１３−７の放電が順次行われ、セルブロック１３−８の電圧が上昇し続けると、充電開始から16.5分後（時刻t7）に、セルブロック１３−１乃至１３−８の全ての電圧が30mV以内に収まる。これにより、それらの電圧が均衡しているとして、セルバランス制御は終了する。

次に、図６を参照して、第４のシミュレーションの結果（放電対象電圧幅0mV，異なるインピーダンス）について説明する。

第４のシミュレーションの結果は、第３のシミュレーションの結果（図５）と比べて、放電対象電圧幅が、20mVから0mVに変った点が異なっているが、それ以外の条件については同様である。

すなわち、時刻t1において、充電開始時の電圧が最も高いセルブロック１３−１の電圧が、規定最大電圧（3.6V）に到達し過電圧状態となると、セルブロック１３−１の放電が開始される。このとき、その最大電圧との電圧幅が、放電対象電圧幅（0mV）以内（すなわち、最大電圧と同一の電圧）となるセルブロック１３が存在しないため、セルブロック１３−１のみが放電される。

そして、セルバランス制御が継続して行われ、時刻t2乃至時刻t6において、セルブロック１３−２乃至１３−６について、それぞれ、最大電圧との電圧幅が、放電対象電圧幅（0mV）以内（すなわち、最大電圧）となり、放電が開始される。

このように、セルブロック１３−１乃至１３−６の放電が順次行われ、セルブロック１３−７とセルブロック１３−８の電圧が上昇し続けると、充電開始から18分後（時刻t7）に、セルブロック１３−１乃至１３−８の全ての電圧が30mV以内に収まる。これにより、それらの電圧が均衡しているとして、セルバランス制御は終了する。

以上、図５、図６のシミュレーションの結果を参照して説明したように、セルブロック１３−１乃至１３−８が異なるインピーダンスとなる場合、放電対象電圧幅を変えると、その収束時間に影響が出ることとなる。すなわち、インピーダンスが異なる場合には、放電対象電圧幅0mV（図６）であると、常に、最大電圧となるセルブロック１３が変っていくことになる。一方、放電対象電圧幅20mV（図５）のように、電圧幅を持たせると、電圧が一番高いセルブロック１３以外のセルブロック１３についても放電することで、放電しにくい（放電速度の遅い）セルブロック１３を先に放電させることができるため、最大電圧となるセルブロック１３の更新が行われず、結果として処理時間が短縮される。

このように、セルブロック１３−１乃至１３−Ｎで内部インピーダンスが異なる場合には、個々に放電を開始する方法と比べて、セルバランス制御の処理時間を短縮することが可能となるのみならず、放電対象電圧幅を変更して、セルバランス制御の処理時間を短縮することが可能となる。

なお、実際には、セルブロック１３−１乃至１３−８のインピーダンスが同一であるということはほぼ無く、図５、図６のシミュレーションの結果が現実的であると言える。したがって、放電対象電圧幅を設定することは、処理時間の短縮に影響することとなる。

ただし、放電対象電圧幅（例えば20mVや30mV）は、上述した規定電圧幅（例えば30mV）よりも低く設定する必要があるため、放電対象電圧幅と、規定電圧幅との関係は、例えば、次の式（１）のように表すことができる。

規定電圧幅 ≧ 放電対象電圧幅・・・（１）

なお、放電対象電圧幅が大きいほど、セルブロック１３−１乃至１３−８の電圧が規定電圧幅内に収まるまでの収束時間を短くすることが可能となるので、式（１）において、放電対象電圧幅と規定電圧幅とが同一となる場合に、セルバランス制御の処理時間を最も短縮させることができる。

以上のように、本発明の実施の形態では、直列に接続された複数のセルブロック１３−１乃至１３−Ｎから検出される最大電圧との電圧幅が、放電対象電圧幅以内となるセルブロック１３が存在する場合、そのセルブロック１３を、最大電圧となるセルブロック１３とともに放電させる。そして、最大電圧を順次更新しながら、最大電圧と最小電圧との電圧幅が、規定電圧幅内に収まるまで、このセルバランス制御を繰り返すことにより、セルバランス制御に要する時間を短縮することができるので、結果として、充電時間を短縮することができる。

特に、充電開始時において各セルブロック１３の電圧が大幅に異なるような場合には、セルブロック１３を個々に制御する方法では、セルバランスを取れない可能性があるが、本発明の実施の形態では、最大電圧と最小電圧との電圧幅に全てのセルブロック１３の電圧が収まるように積極的な制御を行うため、高精度にセルバランス制御を行うことが可能となる。

また、セルバランス制御においては、セルブロック１３の電圧が、所定の規定最大電圧（例えば3.6V）を超えた場合には、そのセルブロック１３だけでなく、放電対象電圧幅以内となるセルブロック１３についても同時に放電を開始するため、過電圧状態に近いセルブロック１３をあらかじめ放電させることができる。その結果、セルブロック１３に負荷をかけることなく、安全な制御を行うことができる。なお、先に述べた、引用文献１では、所定電圧を超えたのちも一定時間の充電を行うため、電池の内部インピータンスによっては危険な過電圧状態に陥ってしまう可能性があり、安全な制御であるとは言えない。

さらに、本発明の実施の形態では、セルバランスの判定に最大電圧と最小電圧との電圧幅（規定電圧幅）を規定することにより、セルバランス制御による、全てのセルブロックの電圧が、この規定電圧幅に収まることになる。この規定電圧幅を可変にすることで、セルバランスの精度を自由に決定することができる。

なお、本発明の実施の形態においては、充電時に、セルブロック１３の電圧が過電圧状態となったとき、制御回路１１が、充電スイッチ１４をオフして、充電電源部２からの電力を停止してもよいし、充電スイッチ１４をオンのままにしておいて、充電電源部２からの電力を停止しないようにしてもよい。すなわち、本発明は、電源装置のシステム構成に依存せずに、過電圧時に充電を停止するシステム、又は過電圧時に充電を継続してセルブロックの放電を行うシステムのいずれにも適用することができる。

なお、本明細書において、図２のフローチャートに示したステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。

また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１ 電源装置， ２ 充電電源部， １１ 制御回路， １２ 放電回路， １３−１乃至１３−Ｎ セルブロック， １４ 充電スイッチ， ２１−１乃至２１−Ｎ ADC， ３１−１乃至３１−Ｎ スイッチング素子， ３２−１乃至３２−Ｎ 放電抵抗， ３３−１乃至３３−Ｎ 抵抗

Claims (6)

1. １又は複数の二次電池の電池セルから構成されるセルブロックであって、直列に接続された複数のセルブロックを、セルバランスさせながら充電させる制御手段を備え、
   前記制御手段は、
   各セルブロックの電圧を検出する検出手段と、
   検出される各セルブロックの電圧のうちの最大電圧を順次更新する更新手段と、
   前記複数のセルブロックのうち、検出される電圧と更新される最大電圧との電圧幅が、あらかじめ定められた放電対象電圧幅以内となるセルブロックを、当該セルブロックに充電された電力を熱に変換して電圧を減少させることで放電させる放電手段と
   を有する
   制御装置。
2. 前記制御手段は、検出される各セルブロックの最大電圧と最小電圧との電圧幅が、あらかじめ定められた規定電圧幅以内に収まるように、セルバランス制御を行う
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記放電対象電圧幅と前記規定電圧幅は、
   前記規定電圧幅 ≧ 前記放電対象電圧幅の関係を有する
   請求項２に記載の制御装置。
4. 前記制御手段は、検出された各セルブロックの電圧が、あらかじめ定められた規定最大電圧以上となった場合、前記複数のセルブロックの充電を停止させる
   請求項１に記載の制御装置。
5. １又は複数の二次電池の電池セルから構成されるセルブロックであって、直列に接続された複数のセルブロックを、セルバランスさせながら充電させる制御手段を備える制御装置の制御方法において、
   前記制御手段が、
   各セルブロックの電圧を検出し、
   検出される各セルブロックの電圧のうちの最大電圧を順次更新し、
   前記複数のセルブロックのうち、検出される電圧と更新される最大電圧との電圧幅が、あらかじめ定められた放電対象電圧幅以内となるセルブロックを、当該セルブロックに充電された電力を熱に変換して電圧を減少させることで放電させる
   制御方法。
6. １又は複数の二次電池の電池セルから構成されるセルブロックであって、直列に接続された複数のセルブロックと、
   前記複数のセルブロックを充電させる充電手段と、
   前記複数のセルブロックを、セルバランスさせながら充電させる制御手段と
   を備え、
   前記制御手段は、
   各セルブロックの電圧を検出する検出手段と、
   検出される各セルブロックの電圧のうちの最大電圧を順次更新する更新手段と、
   前記複数のセルブロックのうち、検出される電圧と更新される最大電圧との電圧幅が、あらかじめ定められた放電対象電圧幅以内となるセルブロックを、当該セルブロックに充電された電力を熱に変換して電圧を減少させることで放電させる放電手段と
   を有する
   電源装置。

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