JP5755487B2

JP5755487B2 - 電圧測定装置、バランス補正装置、蓄電システムおよび電圧測定方法

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Publication number: JP5755487B2
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Inventors: 中尾　文昭; 文昭中尾; 真壮井上
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Filing date: 2011-04-13
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Description

本発明は、電圧測定装置、バランス補正装置、蓄電システムおよび電圧測定方法に関する。

複数の二次電池が直列に接続された電池モジュールを充電する場合に、二次電池の電圧にばらつきがあると、一部の電池が過充電状態になることがある。そこで、電池の電圧を測定して電圧を均等化させるバランス補正装置および電圧測定装置が知られている（特許文献１〜３を参照。）。
［先行技術文献］
［特許文献］
（特許文献１）特開平１０−２５７６８２号公報
（特許文献２）特開２００７−１８４１３５号公報
（特許文献３）特開２０１０−１８１１６８号公報

電圧測定装置を用いて、複数の二次電池のそれぞれの電圧を測定する場合、電池モジュール中の二次電池の位置によって測定誤差が異なる。

本発明の第１の態様においては、直列に接続された複数の蓄電セルのそれぞれの電圧を測定する電圧測定装置であって、複数の蓄電セルのそれぞれの電圧を測定する第１の電圧測定部と、複数の蓄電セルのそれぞれを識別する識別情報と、第１の電圧測定部により測定された電圧の値と、第１の電圧測定部とは異なる第２の電圧測定部により予め測定された電圧の値との対応関係を示す対応情報を格納する格納部と、対応情報を用いて、第１の電圧測定部の測定対象の識別情報と、第１の電圧測定部による電圧の測定値とに基づき、第１の電圧測定部による電圧の測定値に対応する第２の電圧測定部による電圧の値を出力する補正部とを備える電圧測定装置が提供される。

上記の電圧測定装置において、第２の電圧測定部の測定精度は、第１の電圧測定部の測定精度よりも高くてよい。上記の電圧測定装置において、格納部は、対応情報として、複数の蓄電セルのそれぞれを識別する識別情報と、第１の電圧測定部による電圧の測定値と、第２の電圧測定部により予め測定された電圧の値とを対応づけて格納してよい。上記の電圧測定装置において、格納部は、第１の電圧測定部による電圧の測定値として、第１の電圧測定部による複数の測定結果の統計値を格納してよい。上記の電圧測定装置において、予め定められた第１の電圧範囲における対応情報の数は、第１の電圧範囲とは異なる第２の電圧範囲における対応情報の数よりも多くてよい。

上記の電圧測定装置において、第１の電圧測定部は、基準電位が入力される第１の入力端子と、測定対象の正極端と電気的に接続される第２の入力端子と、測定対象の負極端と電気的に接続される第３の入力端子とを有してよい。上記の電圧測定装置において、第１の入力端子および第２の入力端子の間の電位差から、第１の入力端子および第３の入力端子の間の電位差を減算することで、測定対象の電圧を測定してよい。上記の電圧測定装置において、第２の電圧測定部は、複数の蓄電セルのそれぞれの正極端および負極端と電気的に接続されることで、複数の蓄電セルのそれぞれの電圧を測定してよい。

本発明の第２の態様においては、直列に接続された複数の蓄電セルのそれぞれの電圧を測定する上記の電圧測定装置と、電圧測定装置が測定した電圧に基づき、複数の蓄電セルの電圧を均等化させる電圧均等化部とを備えるバランス補正装置が提供される。

本発明の第３の態様においては、直列に接続された複数の蓄電セルと、複数の蓄電セルのそれぞれの電圧を測定する上記の電圧測定装置とを備える蓄電システムが提供される。上記の蓄電システムにおいて、電圧測定装置が測定した電圧に基づき、複数の蓄電セルの電圧を均等化させる電圧均等化部をさらに備えてよい。

本発明の第４の態様においては、第１の電圧測定部により、直列に接続された複数の蓄電セルのそれぞれの電圧を測定する測定段階と、複数の蓄電セルのそれぞれを識別する識別情報と、第１の電圧測定部により測定された電圧の値と、第１の電圧測定部とは異なる第２の電圧測定部により予め測定された電圧の値との対応関係を示す対応情報を用いて、第１の電圧測定部の測定対象を識別する識別情報と、第１の電圧測定部による電圧の測定値とに基づき、第１の電圧測定部による電圧の測定値に対応する第２の電圧測定部による電圧の値を出力する補正段階とを有する電圧測定方法が提供される。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

蓄電システム１１０の一例を概略的に示す。制御用測定部１５０の一例を概略的に示す。補正情報データベース１６８の一例を概略的に示す。電圧測定方法の一例を概略的に示す。リチウムイオン電池の充電曲線５０２の一例を概略的に示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。また、図面を参照して、実施形態について説明するが、図面の記載において、同一または類似の部分には同一の参照番号を付して重複する説明を省く場合がある。

図１は、蓄電システム１１０の一例を概略的に示す。図１は、蓄電システム１１０を、充電装置１０２および校正用測定部１０４とともに示す。図１は、蓄電システム１１０の充電状態の一例を概略的に示す。本実施形態において、蓄電システム１１０は、端子１１２と、端子１１４と、蓄電モジュール１２０と、バランス補正部１３０とを備える。蓄電モジュール１２０は、蓄電セル１２２と、蓄電セル１２４と、蓄電セル１２６と、蓄電セル１２８とを有する。

バランス補正部１３０は、電圧均等化部１３２と、制御部１３４とを有してよい。電圧均等化部１３２は、スイッチング素子１４２と、スイッチング素子１４４と、スイッチング素子１４６と、スイッチング素子１４８とを含んでよい。電圧均等化部１３２は、抵抗１４３と、抵抗１４５と、抵抗１４７と、抵抗１４９とを含んでよい。制御部１３４は、制御用測定部１５０と、格納部１６２と、補正部１６４と、信号発生部１６６とを有してよい。格納部１６２は、補正情報データベース１６８を格納してよい。

校正用測定部１０４は、第２の電圧測定部の一例であってよい。バランス補正部１３０は、バランス補正装置の一例であってよい。制御部１３４は、電圧測定装置の一例であってよい。制御用測定部１５０は、第１の電圧測定部の一例であってよい。蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８は、複数の蓄電セルの一例であってよい。

本実施形態においては、説明を簡単にする目的で、蓄電モジュール１２０が４つの蓄電セルを有する場合について説明する。しかし、蓄電セルの個数は４つに限定されない。蓄電モジュール１２０は、直列に接続された複数の蓄電セルを有してよい。

「電気的に接続される」とは、ある要素と他の要素とが直接接続される場合に限定されない。ある要素と他の要素との間に、第三の要素が介在してもよい。また、ある要素と他の要素とが物理的に接続されている場合に限定されない。例えば、変圧器の入力巻線と出力巻線とは物理的には接続されていないが、電気的には接続されている。さらに、ある要素と他の要素とが現実に電気的に接続されている場合だけでなく、蓄電セルとバランス補正回路とが電気的に接続されたときに、ある要素と他の要素とが電気的に接続される場合をも含む。また、「直列に接続される」とは、ある要素と他の要素とが直列に電気的に接続されていることを示す。

充電装置１０２は、蓄電システム１１０と電気的に接続され、蓄電システム１１０を充電する。校正用測定部１０４は、補正情報データベース１６８を構築する場合に用いられる。校正用測定部１０４は、蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８のそれぞれの電圧を測定する。本実施形態において、校正用測定部１０４は、制御用測定部１５０とは物理的に異なる電圧測定器である。また、校正用測定部１０４の測定精度は、制御用測定部１５０の測定精度よりも高い。

校正用測定部１０４は、端子１０５と、端子１０７とを有してよい。端子１０５は、蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８のそれぞれの電圧を測定するときに、蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８のそれぞれの正極端と電気的に接続される。端子１０７は、蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８のそれぞれの電圧を測定するときに、蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８のそれぞれの負極端と電気的に接続される。

蓄電システム１１０は、図示されないモータなどの電力負荷に電気的に接続され、電力負荷に電力を供給する。端子１１２および端子１１４は、蓄電システム１１０の外部の装置と、蓄電システム１１０とを電気的に接続する。上記の電力負荷および充電装置１０２は、蓄電システム１１０の外部の装置の一例であってよい。蓄電システム１１０は、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気二輪車、鉄道車両、昇降機などの輸送装置の電源として用いられてよい。蓄電システム１１０は、ＰＣ、携帯電話などの電気機器の電源として用いられてよい。蓄電システム１１０は、電力供給を管理する電力管理システムに用いられてよい。

蓄電モジュール１２０は、一方の端部が端子１１２と電気的に接続される。蓄電モジュールの他方の端部は、端子１１４と電気的に接続される。蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８は、直列に接続される。これにより、蓄電モジュール１２０は、予め定められた電流を出力することができる。

蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８のそれぞれは、複数の蓄電セルを含んでもよい。例えば、蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８の少なくとも１つが、並列に接続された複数の蓄電セルを含んでよい。これにより、蓄電モジュール１２０は、予め定められた電圧を出力することができる。また、蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８の少なくとも１つが、複数の単位セルが直列に接続されることで形成されてよい。

蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８は、二次電池またはキャパシタであってよい。二次電池としては、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、ニッケル水素電池を例示することができる。特に、正極材料にＬｉＦｅＰＯ_４を用いたリン酸鉄リチウムイオン電池は、正極材料にＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４などを用いたリチウムイオン電池またはリチウムイオンポリマー電池と比較して、作動電圧の範囲が狭い。そのため、より厳密に電圧を管理することが好ましい。

バランス補正部１３０は、少なくとも蓄電システム１１０の充電動作中に、蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８の電圧を均等化させる。これにより、蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８の間の電圧にばらつきが生じた状態で、蓄電モジュール１２０の充電を開始した場合であっても、一部の蓄電セルが過充電状態になることを防止することができる。

電圧均等化部１３２は、制御部１３４が発生させる制御信号φ４２、制御信号φ４４、制御信号φ４６および制御信号φ４８の少なくとも１つに基づいて、蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８の電圧を均等化させる。制御信号φ４２、制御信号φ４４、制御信号φ４６および制御信号φ４８は、それぞれ、スイッチング素子１４２、スイッチング素子１４４、スイッチング素子１４６およびスイッチング素子１４８のオン動作およびオフ動作の少なくとも一方（オン・オフ動作という場合がある。）を制御する。

制御部１３４は、蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８のそれぞれの電圧を測定する。制御部１３４は、予め取得した補正情報に基づいて、測定した電圧の補正値を算出する。制御部１３４は、補正後の電圧に基づいて、制御信号φ４２、制御信号φ４４、制御信号φ４６および制御信号φ４８の少なくとも１つを発生させる。制御部１３４は、蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８の電圧が予め定められた電圧に達した場合に、充電完了信号φ２０を発生させる。充電装置１０２が充電完了信号φ２０を受信することで、充電が終了してよい。

制御部１３４の一部または全部は、ハードウエアにより実現されてもよく、ソフトウエアにより実現されてもよい。制御部１３４の一部または全部は、それぞれの用途に特化したシステムであってもよく、パーソナルコンピュータ等の汎用の情報処理装置であってもよい。上記の特化したシステムおよび情報処理装置は、単一のコンピュータにより構成されてもよく、ネットワーク上に分散した複数のコンピュータにより構成されてもよい。

制御部１３４の一部または全部は、プログラムが実行されることにより、コンピュータが制御部１３４の一部または全部として機能してもよい。ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信インターフェイス等を有するデータ処理装置と、入力装置と、出力装置と、記憶装置とを備えた一般的な構成の情報処理装置において、制御部１３４の各部の動作を規定したソフトウエアを起動することにより、制御部１３４の一部または全部が実現されてよい。

スイッチング素子１４２は、一端が、抵抗１４３を介して蓄電セル１２２の負極端と電気的に接続する。スイッチング素子１４２の他端は、蓄電セル１２２の正極端と電気的に接続する。蓄電モジュール１２０の充電動作中にスイッチング素子１４２がオン動作すると、充電電流の一部が、蓄電セル１２２をバイパスしてスイッチング素子１４２を流れる。これにより、蓄電セル１２２の過充電を抑制することができる。

スイッチング素子１４２は、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタであってよい。スイッチング素子１４２は、制御信号φ４２を受信しない場合にはオフ動作をする素子であってよい。スイッチング素子１４４、スイッチング素子１４６およびスイッチング素子１４８は、スイッチング素子１４２と同様の構成を有してよい。

抵抗１４３は、例えば、一端が蓄電セル１２２の負極端と電気的に接続する。抵抗１４３の他端は、スイッチング素子１４２と電気的に接続する。これにより、スイッチング素子１４２がオン動作すると、蓄電セル１２２に蓄積された電気エネルギーを熱エネルギーとして外部に放出することができる。抵抗１４５、抵抗１４７および抵抗１４９は、抵抗１４３と同様の構成を有してよい。

制御用測定部１５０は、少なくとも蓄電システム１１０の充電動作中に、蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８のそれぞれの電圧を測定する。制御用測定部１５０は、蓄電システム１１０の放電動作中に、蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８のそれぞれの電圧を測定してもよい。制御用測定部１５０は、測定した電圧の値を、測定した蓄電セル（測定対象という場合がある。）を識別する識別情報と対応付けて、補正部１６４に通知してよい。

蓄電セル１２２の負極端の電位を基準電位とした場合、制御用測定部１５０は、基準電位と蓄電セル１２２の正極端との電位差から、基準電位と蓄電セル１２２の負極端との電位差を減算することで、蓄電セル１２２の電圧を測定してよい。制御用測定部１５０は、基準電位と蓄電セル１２４の正極端との電位差から、基準電位と蓄電セル１２２の正極端との電位差を減算することで、蓄電セル１２４の電圧を測定してよい。制御用測定部１５０は、蓄電セル１２４の電圧と同様の方法により、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８の電圧を測定してよい。

本実施形態において、制御用測定部１５０の基準電位が蓄電セル１２２の負極端の電位である場合について説明した。しかし、制御用測定部１５０の基準電位はこれに限定されない。制御用測定部１５０の基準電位は、蓄電セル１２２の正極端の電位であってもよい。この場合、制御用測定部１５０は、基準電位と蓄電セル１２６の負極端との電位差から、基準電位と蓄電セル１２４の負極端との電位差を減算することで、蓄電セル１２４の電圧を測定してよい。制御用測定部１５０の基準電位は、蓄電セル１２４の正極端と蓄電セル負極端との接続点の電位であってもよい。

本実施形態において、制御用測定部１５０が、基準電位からの電位差に基づいて蓄電セルの電圧を算出する場合について説明した。しかし、制御用測定部１５０はこれに限定されない。制御用測定部１５０は、電圧測定用のコンデンサを有してよい。制御用測定部１５０は、スイッチを用いて測定対象となる蓄電セルを順次切り替えながら当該コンデンサに出力を充電させて、当該コンデンサの両端電圧を差動増幅器により測定することで、測定対象の蓄電セルの電圧を測定してもよい。

格納部１６２は、蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８のそれぞれを識別する識別情報と、制御用測定部１５０により測定された電圧の値と、校正用測定部１０４により予め測定された電圧の値との対応関係を示す対応情報を格納する。格納部１６２は、補正情報データベース１６８を格納する。補正情報データベース１６８は、蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８のそれぞれを識別する識別情報と、制御用測定部１５０により測定された電圧の値と、校正用測定部１０４により予め測定された電圧の値とを対応づけるデータベースであってよい。補正情報データベース１６８に格納された情報は、対応情報の一例であってよい。

本実施形態において、対応情報が補正情報データベース１６８として提供される場合について説明した。しかし、対応情報はこれに限定されない。対応情報は、制御用測定部１５０により測定された電圧の値を入力すれば、校正用測定部１０４により予め測定された電圧の値を出力する関数として提供されてもよい。当該関数は、例えば、制御用測定部１５０により測定された電圧の値と、校正用測定部１０４により予め測定された電圧の値とをプロットして、最小自乗法などにより近似曲線を表す関数を算出することで得られる。

格納部１６２は、制御用測定部１５０による電圧の測定値として、制御用測定部１５０による複数の測定結果の統計値を格納してよい。対応情報を取得する目的で、制御用測定部１５０の測定対象となる蓄電セルの正極端および負極端に、校正用測定部１０４の端子１０５および端子１０７を電気的に接続した場合、校正用測定部１０４を接続したことにともない、制御用測定部１５０の測定結果にノイズが観察される場合がある。制御用測定部１５０による電圧の測定値として、制御用測定部１５０による複数の測定結果の統計値を格納することにより、対応情報として、より正確な値を格納することができる。統計値は、平均値であってよい。

補正部１６４は、蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８のそれぞれについて、制御用測定部１５０が測定した電圧の値を受け取る。補正部１６４は、制御用測定部１５０から、蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８のそれぞれを識別する識別情報と、それぞれの電圧の値とが対応付けられた情報を受け取る。

補正部１６４は、制御用測定部１５０から受け取った電圧の値を補正する。補正部１６４は、対応情報を用いて、制御用測定部１５０の測定対象の識別情報と、制御用測定部１５０による電圧の測定値とに基づき、制御用測定部１５０による電圧の測定値に対応する校正用測定部１０４による電圧の値を出力する。

本実施形態において、補正部１６４は、制御用測定部１５０から受け取った測定対象の識別情報および当該測定対象の電圧の測定値と、補正情報データベース１６８に格納された当該測定対象の識別情報および当該測定対象の電圧の測定値とを比較する。補正部１６４は、補正情報データベース１６８に格納された、校正用測定部１０４により予め測定された電圧の値の中から、上記の測定対象の識別情報および電圧の測定値に対応する、校正用測定部１０４により予め測定された電圧の値を抽出する。

補正部１６４は、抽出した電圧の値を、当該測定対象の電圧として信号発生部１６６に通知する。補正部１６４は、抽出した電圧の値を、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８のそれぞれを識別する識別情報と対応づけて、信号発生部１６６に通知してよい。

例えば、制御用測定部１５０が、蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８のそれぞれの電圧の値を、基準電位からの電位差に基づいて算出する場合、基準電位からの電位差が大きくなるにつれ、電圧の測定精度が低下する。これに対して、校正用測定部１０４は、測定対象となる蓄電セルの端子間の電圧を直接測定する。

そこで、制御用測定部１５０が測定した電圧の値を、校正用測定部１０４により予め測定された電圧の値を用いて補正することで、制御用測定部１５０を用いて蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８のそれぞれの電圧の値を測定した場合であっても、精度よく電圧を測定することができる。また、校正用測定部１０４として、制御用測定部１５０よりも測定精度の高い電圧測定器を使用することで、制御用測定部１５０として精度の低い安価な電圧測定器を用いた場合であっても、精度よく電圧を測定することができる。これにより、制御用測定部１５０の公差が比較的大きい場合であっても、蓄電セルの電圧を精度よく測定することができる。

信号発生部１６６は、補正部１６４から、蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８のそれぞれについて、補正された電圧の値を受け取る。信号発生部１６６は、補正部１６４から受け取った補正された電圧の値に基づいて、制御信号φ４２、制御信号φ４４、制御信号φ４６および制御信号φ４８の少なくとも１つを発生させる。

例えば、補正部１６４から受け取った蓄電セル１２２の電圧が予め定められた値よりも大きい場合、信号発生部１６６は、スイッチング素子１４２をオン動作させる制御信号φ４２を発生させる。信号発生部１６６は、蓄電セル１２２の電圧と予め定められた値との差が大きくなるほど、スイッチング素子１４２を導通状態とし抵抗を小さくする制御信号φ４２を発生させてもよい。これにより、蓄電セル１２２をバイパスして、スイッチング素子１４２を流れる電流が増加する。その結果、蓄電セル１２２の過充電を抑制することができる。

その後、補正部１６４から受け取った蓄電セル１２２の電圧が予め定められた値よりも小さくなった場合には、信号発生部１６６は、スイッチング素子１４２をオフ動作させる制御信号φ４２を発生させる。スイッチング素子１４２が制御信号φ４２を受信しない場合にはオフ動作をする素子である場合には、信号発生部１６６は、補正部１６４から受け取った蓄電セル１２２の電圧が予め定められた値よりも小さくなると、制御信号φ４２の発生を停止してもよい。

図２は、制御用測定部１５０の一例を概略的に示す。図２は、制御用測定部１５０を、端子１１２、端子１１４、蓄電モジュール１２０および補正部１６４とともに示す。本実施形態において、制御用測定部１５０は、Ａ／Ｄ変換器２５２と、分圧回路２５４とを有する。分圧回路２５４は、端子２７１と、端子２７３と、端子２７５と、端子２７７と、端子２７９と、抵抗２８３と、抵抗２８５と、抵抗２８７と、抵抗２８９と、抵抗２９３と、抵抗２９５と、抵抗２９７と、抵抗２９９とを有する。

Ａ／Ｄ変換器２５２は、第１の電圧測定部の一例であってよい。端子２７１は、第１の端子の一例であってよい。端子２７１、端子２７３、端子２７５および端子２７７は、第１の入力端子の一例であってよい。端子２７３、端子２７５、端子２７７および端子２７９は、第２の入力端子の一例であってよい。

Ａ／Ｄ変換器２５２は、複数の入力ポートｃｈ０〜ｃｈ４を有する。本実施形態において、入力ポートｃｈ０は接地されており、基準電位が入力される。また、入力ポートｃｈ０は、蓄電セル１２２の負極端と電気的に接続される。入力ポートｃｈ１は、蓄電セル１２２の正極端と蓄電セル１２４の負極端との接続点と電気的に接続される。入力ポートｃｈ２は、蓄電セル１２４の正極端と蓄電セル１２６の負極端との接続点と電気的に接続される。入力ポートｃｈ３は、蓄電セル１２６の正極端と蓄電セル１２８の負極端との接続点と電気的に接続される。入力ポートｃｈ４は、蓄電セル１２８の正極端と電気的に接続される。

Ａ／Ｄ変換器２５２は、入力ポートｃｈ０〜ｃｈ４から読み込んだ電位に基づいて演算を行い、蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８のそれぞれの電圧の値を測定する。Ａ／Ｄ変換器２５２は、蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８のそれぞれの電圧の値を、補正部１６４に出力する。Ａ／Ｄ変換器２５２は、測定した電圧の値を、測定対象を識別する識別情報と対応付けて、補正部１６４に出力してよい。

例えば、Ａ／Ｄ変換器２５２は、入力ポートｃｈ１から読み込んだ電位の値を、抵抗２８３および抵抗２９３の分圧比で除算することで、端子２７３における電位を算出する。抵抗２８３および抵抗２９３の分圧比は、抵抗２８３の抵抗値を、抵抗２８３の抵抗値と抵抗２９３の抵抗値との合計値で除算することで算出することができる。Ａ／Ｄ変換器２５２は、入力ポートｃｈ２から読み込んだ電位の値を、抵抗２８５および抵抗２９５の分圧比で除算することで、端子２７５における電位を算出する。抵抗２８５および抵抗２９５の分圧比は、抵抗２８５の抵抗値を、抵抗２８５の抵抗値と抵抗２９５の抵抗値との合計値で除算することで算出することができる。

次に、Ａ／Ｄ変換器２５２は、端子２７１および端子２７５の間の電位差から、端子２７１および端子２７３の間の電位差を減算することで、蓄電セル１２４の電圧を測定する。本実施形態において、端子２７１は接地されているので、Ａ／Ｄ変換器２５２は、端子２７５における電位から、端子２７３における電位を減算ことで、蓄電セル１２４の電圧を算出する。同様にして、Ａ／Ｄ変換器２５２は、蓄電セル１２２、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８のそれぞれの電圧の値を測定する。

分圧回路２５４は、端子２７３、端子２７５、端子２７７および端子２７９に入力された電圧を分圧して、Ａ／Ｄ変換器２５２の入力ポートｃｈ０〜ｃｈ４に入力される電圧の大きさがＡ／Ｄ変換器２５２の入力電圧定格以下となるように調整する。端子２７１は、蓄電セル１２２の負極端と電気的に接続される。端子２７１は、Ａ／Ｄ変換器２５２の入力ポートｃｈ０と電気的に接続される。本実施形態において、端子２７１は接地されており、基準電位が入力される。

端子２７３は、蓄電セル１２２の正極端と蓄電セル１２４の負極端との接続点と電気的に接続される。端子２７３は、抵抗２９３を介して、Ａ／Ｄ変換器２５２の入力ポートｃｈ１と電気的に接続される。端子２７３は、抵抗２８３を介して、端子２７１と電気的に接続される。端子２７５は、蓄電セル１２４の正極端と蓄電セル１２６の負極端との接続点と電気的に接続される。端子２７５は、抵抗２９５を介して、Ａ／Ｄ変換器２５２の入力ポートｃｈ２と電気的に接続される。端子２７５は、抵抗２８５を介して、端子２７１と電気的に接続される。

端子２７７は、蓄電セル１２６の正極端と蓄電セル１２８の負極端との接続点と電気的に接続される。端子２７７は、抵抗２９７を介して、Ａ／Ｄ変換器２５２の入力ポートｃｈ３と電気的に接続される。端子２７７は、抵抗２８７を介して、端子２７１と電気的に接続される。端子２７９は、蓄電セル１２８の正極端と電気的に接続される。端子２７９は、抵抗２９９を介して、Ａ／Ｄ変換器２５２の入力ポートｃｈ４と電気的に接続される。端子２７９は、抵抗２８９を介して、端子２７１と電気的に接続される。

抵抗２８３は、一端が抵抗２９３を介して、端子２７３と電気的に接続される。抵抗２８３の他端は、端子２７１と電気的に接続される。抵抗２８５は、一端が抵抗２９５を介して、端子２７５と電気的に接続される。抵抗２８５の他端は、端子２７１と電気的に接続される。抵抗２８７は、一端が抵抗２９７を介して、端子２７７と電気的に接続される。抵抗２８７の他端は、端子２７１と電気的に接続される。抵抗２８９は、一端が抵抗２９３を介して、端子２７９と電気的に接続される。抵抗２８９の他端は、端子２７１と電気的に接続される。

抵抗２９３は、一端が端子２７３と電気的に接続される。抵抗２９３の他端は、Ａ／Ｄ変換器２５２の入力ポートｃｈ１と電気的に接続される。抵抗２９５は、一端が端子２７５と電気的に接続される。抵抗２９５の他端は、Ａ／Ｄ変換器２５２の入力ポートｃｈ２と電気的に接続される。抵抗２９７は、一端が端子２７７と電気的に接続される。抵抗２９７の他端は、Ａ／Ｄ変換器２５２の入力ポートｃｈ３と電気的に接続される。抵抗２９９は、一端が端子２７３と電気的に接続される。抵抗２９９の他端は、Ａ／Ｄ変換器２５２の入力ポートｃｈ４と電気的に接続される。

図３は、補正情報データベース１６８の一例を概略的に示す。補正情報データベース１６８は、蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８のそれぞれについて、制御用測定部１５０により測定された電圧の値と、校正用測定部１０４により予め測定された電圧の値との対応関係を格納する。補正情報データベース１６８は、蓄電セルの名称３０２と、電圧の実測値３０４と、電圧の補正値３０６とを対応づけて格納する。

蓄電セルの名称３０２は、蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８のそれぞれを識別する識別情報の一例であってよい。電圧の実測値３０４は、制御用測定部１５０により測定された電圧の値を格納する。電圧の実測値３０４は、第１の電圧測定部による電圧の測定値の一例であってよい。電圧の補正値３０６は、校正用測定部１０４により測定された電圧の値を格納する。電圧の補正値３０６は、第２の電圧測定部による電圧の値の一例であってよい。

制御用測定部１５０により測定された電圧の値と、校正用測定部１０４により予め測定された電圧の値との対応関係は、例えば、次のようにして取得することができる。まず、蓄電セル１２２の正極端および負極端に、校正用測定部１０４の端子１０５および端子１０７を電気的に接続する。次に、蓄電セル１２２の電圧を変化させながら、制御用測定部１５０および校正用測定部１０４により、蓄電セル１２２の電圧を測定する。

これにより、制御用測定部１５０により測定された電圧の値に対応する、校正用測定部１０４により測定された電圧の値を取得することができる。蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８についても、同様にして、制御用測定部１５０により測定された電圧の値に対応する、校正用測定部１０４により測定された電圧の値を取得することができる。

本実施形態において、電圧の実測値３０４の値が電圧範囲３１２にある場合、電圧の実測値３０４と電圧の補正値３０６との対応関係を０．１Ｖごとに取得している。一方、電圧の実測値３０４の値が電圧範囲３１４にある場合、０．０２５Ｖごとに取得している。つまり、電圧範囲３１４における対応情報の数は、電圧範囲３１２における対応情報の数よりも多い。同様に、電圧の実測値３０４の値が電圧範囲３１６にある場合、電圧の実測値３０４と電圧の補正値３０６との対応関係を０．１Ｖごとに取得している。電圧の実測値３０４の値が電圧範囲３１８にある場合、０．０２５Ｖごとに取得している。

これにより、電圧の実測値３０４の値が電圧範囲３１２または電圧範囲３１６にある場合と比較して、電圧の実測値３０４が電圧範囲３１４または電圧範囲３１８にある場合の測定精度を向上することができる。電圧範囲３１４は、電圧管理の下限値を含んでよい。電圧範囲３１８は、電圧管理の上限値を含んでよい。電圧範囲３１２および電圧範囲３１６は、第２の電圧範囲の一例であってよい。電圧範囲３１４および電圧範囲３１８は、第１の電圧範囲の一例であってよい。

補正情報データベース１６８の形式は特に限定されるものではないが、補正情報データベース１６８は、電圧の実測値３０４の値が予め定められた値である場合の、電圧の補正値３０６の値を格納してよい。補正情報データベース１６８は、電圧の補正値３０６の値が予め定められた値である場合の、電圧の実測値３０４の値を格納してよい。補正情報データベース１６８は、電圧管理値の上限値と下限値の全範囲にわたって対応情報を格納してもよい。補正情報データベース１６８は、電圧管理値の上限値と下限値の間の一部の範囲について、対応情報を格納してもよい。

補正情報データベース１６８は、電圧管理値の上限値を含む予め定められた第１の範囲と、電圧管理値の下限値を含む予め定められた第２の範囲とについて対応情報を格納しており、第１の範囲と第２の範囲との間の第３の範囲については、対応情報を格納しなくてもよい。この場合、制御用測定部１５０から受け取った電圧の値が上記の第３の範囲にあるときには、制御用測定部１５０から受け取った電圧の値を信号発生部１６６に出力してよい。

図４は、電圧測定方法の一例を概略的に示す。本実施形態では、Ｓ４０２において、対応情報を取得する。例えば、蓄電セル１２２の正極端および負極端に、校正用測定部１０４の端子１０５および端子１０７を電気的に接続する。次に、蓄電セル１２２の電圧を変化させながら、制御用測定部１５０および校正用測定部１０４により、蓄電セル１２２の電圧を測定する。これにより、蓄電セル１２２について、制御用測定部１５０により測定された電圧の値に対応する、校正用測定部１０４により測定された電圧の値を取得する。

蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８についても、同様の作業を実施して、補正情報データベース１６８を作成する。その後、格納部１６２に補正情報データベース１６８を格納する。なお、インターネットなどの通信回線を介して補正情報データベース１６８を取得して、格納部１６２に格納してもよい。

Ｓ４０４において、蓄電システム１１０の稼動中、制御用測定部１５０が、蓄電セル１２２、蓄電セル１２４、蓄電セル１２６および蓄電セル１２８のそれぞれの電圧を測定する。制御用測定部１５０は、測定した電圧の値を、測定した蓄電セルを識別する識別情報と対応付けて、補正部１６４に通知する。

Ｓ４０６において、補正部１６４が、補正情報データベース１６８を用いて、制御用測定部１５０から受け取った電圧の値を補正する。補正部１６４は、制御用測定部１５０から受け取った測定対象の識別情報および当該測定対象の電圧の測定値を検索キーとして、制御用測定部１５０から受け取った測定対象の電圧の測定値と一致する電圧の実測値３０４を検索する。補正部１６４は、検索された電圧の実測値３０４に対応する電圧の補正値３０６に格納された値を、補正後の電圧として信号発生部１６６に出力する。

これにより、制御部１３４における電圧の測定精度を向上させることができる。なお、制御用測定部１５０から受け取った測定対象の電圧の測定値と一致する電圧の実測値３０４がない場合には、補正部１６４は、電圧の実測値３０４および電圧の補正値３０６のデータを補間して、補正後の電圧の値を算出してもよい。

格納部１６２および補正部１６４は、ソフトウエアにより実現されてよい。格納部１６２および補正部１６４は、コンピュータに、複数の蓄電セルのそれぞれを識別する識別情報と、第１の電圧測定部により測定された電圧の値と、第１の電圧測定部とは異なる第２の電圧測定部により予め測定された電圧の値との対応関係を示す対応情報を用いて、第１の電圧測定部の測定対象を識別する識別情報と、第１の電圧測定部による電圧の測定値とに基づき、第１の電圧測定部による電圧の測定値に対応する第２の電圧測定部による電圧の値を出力する補正段階を実行させるプログラムにより実現されてよい。

図５は、リチウムイオン電池の充電曲線５０２の一例を概略的に示す。図５において、横軸は容量を示し、縦軸は電圧を示す。リチウムイオン電池を過充電すると、電解液の参加分解による発熱または活物質の不安定化により、電池の熱安定性が低下する。一方、リチウムイオン電池を過放電すると、二次電池として機能しなくなる。そのため、電池電圧が下限値Ｖ_１と上限値Ｖ_２との間になるように管理される。

近年、正極材料の改良などにより、下限値Ｖ_１に対応する下限容量Ｑ_１と上限値Ｖ_２に対応する上限容量Ｑ_２との間における充電曲線５０２の傾きが小さなリチウムイオン電池が開発されている。例えば、正極材料としてリン酸鉄リチウムを使用したリン酸鉄リチウムイオン電池は安全性および経済性に優れた電池として注目されている。

一方、下限容量Ｑ_１と上限容量Ｑ_２との間における充電曲線５０２の傾きが小さくなるほど、下限値Ｖ_１および上限値Ｖ_２をより正確に測定することが好ましい。本実施形態によれば、制御部１３４は、補正情報データベース１６８を用いて、制御用測定部１５０の測定対象の識別情報と制御用測定部１５０による電圧の測定値とに基づき、制御用測定部１５０による電圧の測定値に対応する校正用測定部１０４による電圧の値を出力する。

これにより、制御部１３４が精度よく電圧を測定することができる。その結果、リン酸鉄リチウムイオン電池のように、電池電圧の下限値Ｖ_１と上限値Ｖ_２との差が小さい電池を、蓄電セルとして用いる場合であっても、過充電および過放電の少なくとも一方を防止することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０２充電装置、１０４校正用測定部、１０５端子、１０７端子、１１０蓄電システム、１１２端子、１１４端子、１２０蓄電モジュール、１２２蓄電セル、１２４蓄電セル、１２６蓄電セル、１２８蓄電セル、１３０バランス補正部、１３２電圧均等化部、１３４制御部、１４２スイッチング素子、１４３抵抗、１４４スイッチング素子、１４５抵抗、１４６スイッチング素子、１４７抵抗、１４８スイッチング素子、１４９抵抗、１５０制御用測定部、１６２格納部、１６４補正部、１６６信号発生部、１６８補正情報データベース、２５２Ａ／Ｄ変換器、２５４分圧回路、２７１端子、２７３端子、２７５端子、２７７端子、２７９端子、２８３抵抗、２８５抵抗、２８７抵抗、２８９抵抗、２９３抵抗、２９５抵抗、２９７抵抗、２９９抵抗、３０２名称、３０４実測値、３０６補正値、３１２電圧範囲、３１４電圧範囲、３１６電圧範囲、３１８電圧範囲、５０２充電曲線

Claims

直列に接続された複数の蓄電セルのそれぞれの電圧を測定する電圧測定装置であって、
前記複数の蓄電セルのそれぞれの電圧を測定する第１の電圧測定部と、
前記複数の蓄電セルのそれぞれを識別する識別情報と、前記第１の電圧測定部により測定された電圧の値と、前記第１の電圧測定部とは異なる第２の電圧測定部により予め測定された電圧の値との対応関係を示す対応情報とを格納する格納部と、
前記対応情報を用いて、前記第１の電圧測定部の測定対象の前記識別情報と、前記第１の電圧測定部による電圧の測定値とに基づき、前記第１の電圧測定部による電圧の測定値に対応する前記第２の電圧測定部による電圧の値を出力する補正部と、
を備え、
前記複数の蓄電セルのそれぞれの電圧管理値の上限値を含む予め定められた第１の範囲、又は、前記第１の範囲とは異なる範囲であって前記複数の蓄電セルのそれぞれの電圧管理値の下限値を含む予め定められた第２の範囲における前記対応情報の数が、前記第１の範囲及び前記第２の範囲の間の第３の範囲における前記対応情報の数よりも多く、
前記第１の範囲又は前記第２の範囲における測定精度が、前記第３の範囲における測定精度よりも高い、
電圧測定装置。
前記第３の範囲における前記対応情報の数は０であり、
前記補正部は、前記第１の電圧測定部による電圧の測定値が前記第３の範囲にある場合、前記第１の電圧測定部による電圧の測定値を出力する、
請求項１に記載の電圧測定装置。
前記第２の電圧測定部の測定精度は、前記第１の電圧測定部の測定精度よりも高い、
請求項１又は請求項２に記載の電圧測定装置。
前記格納部は、前記対応情報として、前記複数の蓄電セルのそれぞれを識別する識別情報と、前記第１の電圧測定部による電圧の測定値と、前記第２の電圧測定部により予め測定された電圧の値とを対応づけて格納する、
請求項１から請求項３までの何れか一項に記載の電圧測定装置。
前記格納部は、前記第１の電圧測定部による電圧の測定値として、前記第１の電圧測定部による複数の測定結果の統計値を格納する、
請求項４に記載の電圧測定装置。
前記第１の電圧測定部は、
基準電位が入力される第１の入力端子と、
前記測定対象の正極端と電気的に接続される第２の入力端子と、
前記測定対象の負極端と電気的に接続される第３の入力端子と、
を有し、
前記第１の入力端子および前記第２の入力端子の間の電位差から、前記第１の入力端子および前記第３の入力端子の間の電位差を減算することで、前記測定対象の電圧を測定し、
前記第２の電圧測定部は、
前記複数の蓄電セルのそれぞれの正極端および負極端と電気的に接続されることで、前記複数の蓄電セルのそれぞれの電圧を測定する、
請求項１から請求項５までの何れか一項に記載の電圧測定装置。
直列に接続された複数の蓄電セルのそれぞれの電圧を測定する、請求項１から請求項６までの何れか一項に記載の電圧測定装置と、
前記電圧測定装置が測定した電圧に基づき、前記複数の蓄電セルの電圧を均等化させる電圧均等化部と、
を備える、バランス補正装置。
直列に接続された複数の蓄電セルと、
前記複数の蓄電セルのそれぞれの電圧を測定する、請求項１から請求項６までの何れか一項に記載の電圧測定装置と、
を備える、
蓄電システム。
前記電圧測定装置が測定した電圧に基づき、前記複数の蓄電セルの電圧を均等化させる電圧均等化部をさらに備える、
請求項８に記載の蓄電システム。
第１の電圧測定部により、直列に接続された複数の蓄電セルのそれぞれの電圧を測定する測定段階と、
前記複数の蓄電セルのそれぞれを識別する識別情報と、前記第１の電圧測定部により測定された電圧の値と、前記第１の電圧測定部とは異なる第２の電圧測定部により予め測定された電圧の値との対応関係を示す対応情報とを用いて、前記第１の電圧測定部の測定対象を識別する識別情報と、前記第１の電圧測定部による電圧の測定値とに基づき、前記第１の電圧測定部による電圧の測定値に対応する前記第２の電圧測定部による電圧の値を出力する補正段階と、
を有し、
前記複数の蓄電セルのそれぞれの電圧管理値の上限値を含む予め定められた第１の範囲、又は、前記第１の範囲とは異なる範囲であって前記複数の蓄電セルのそれぞれの電圧管理値の下限値を含む予め定められた第２の範囲における前記対応情報の数が、前記第１の範囲及び前記第２の範囲の間の第３の範囲における前記対応情報の数よりも多く、
前記第１の範囲又は前記第２の範囲における測定精度が、前記第３の範囲における測定精度よりも高い、
電圧測定方法。
前記第３の範囲における前記対応情報の数は０であり、
前記補正段階は、前記第１の電圧測定部による電圧の測定値が前記第３の範囲にある場合、前記第１の電圧測定部による電圧の測定値を出力する段階を有する、
請求項１０に記載の電圧測定方法。