JP6610664B2 - 蓄電装置 - Google Patents

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Description

本発明は、蓄電装置のセルバランス動作を制御する技術に関する。
リチウムイオン電池などの電池セルを複数含んで構成される蓄電装置では、各電池セル間の電圧を均等化するためのバランス回路を搭載して、各セル電圧の高低差を低減させる回路制御をしている。バランス回路には、パッシブバランス方式を用いるものとアクティブバランス方式を用いるものとがある。パッシブバランス方式のバランス回路は、相対的に電圧の高い電池セルを、バイパスさせた抵抗回路などに接続して単独放電させ、各電池セル間の電圧を均等化するように動作する。
パッシブバランス方式のバランス回路に関する技術の一例が、例えば、下記特許文献１に開示されている。下記特許文献１には、複数の蓄電素子（電池セル）の各々に対して、抵抗器を有するパッシブバランス方式のバランス回路と温度センサとが設けられている蓄電装置が開示されている。また、各バランス回路の動作時に温度センサで検出した抵抗器の温度を最高使用温度に保つように各バランス回路のスイッチのオン／オフ状態を制御する技術が開示されている。また、発熱する対象物の表面の最大温度を測定する技術が、例えば、下記特許文献２に開示されている。
特開２０１１−１５５７５１号公報 特開２００９−３００１３２号公報
パッシブバランス方式のバランス回路のバランス動作において、抵抗回路などでは電力を消費することによりジュール熱が発生する。この熱は、バランス回路に近接する電池セルやその他の部品の信頼性や寿命を低下させる要因となる。このため、バランス回路の温度に基づいてバランス回路の動作を制御することが、バランス回路の部品の信頼性や寿命の観点において望ましい。そして、このような制御を精度よく行うためには、バランス回路の発熱を精度よく検知する技術が望まれる。
本発明の目的は、バランス回路の発熱を精度よく検知する技術を提供することにある。
本発明によれば、
直列に接続された複数の電池セルと、
回路基板と、を備え、
前記回路基板は、
前記複数の電池セルの各々に対して設けられ、対応する前記電池セルに接続している発熱素子と、
複数の前記発熱素子の配列方向において、両端に位置する前記発熱素子に挟まれた範囲内に配置される第１の温度センサと、を有する、
蓄電装置が提供される。
本発明によれば、バランス回路の発熱を精度よく検知することができる。
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
第１実施形態における蓄電装置の構成を概念的に示す図である。 バランス回路の動作状態とＹ−Ｙ'方向の発熱分布との関係を表わす模式図である。 バランス回路の動作状態とＹ−Ｙ'方向に直交するＸ−Ｘ'方向の発熱分布との関係を表わす模式図である。 第１の温度センサを設ける範囲の例示する図である。 第１の温度センサの第１の設置例を示す図である。 第１の温度センサの第２の設置例を示す図である。 第１の温度センサの第３の設置例を示す図である。 第１の温度センサの第４の設置例を示す図である。 第１の温度センサの第５の設置例を示す図である。 第１実施形態における蓄電装置の回路構成例を概略的に示す図である。 図１０の蓄電装置における各チャンネルのバランス動作の具体的な流れを例示する図である。 図１１のバランス動作の処理の流れを示すフローチャートである。 制御部が通信部から異常を通知する信号を送信する処理の流れを示すフローチャートである。 第１実施形態における蓄電装置の他の回路構成例を概略的に示す図である。 図１４の蓄電装置における各チャンネルのバランス動作の具体的な流れを例示する図である。 図１４の蓄電装置における各チャンネルのバランス動作の具体的な流れを例示する図である。 図１６のバランス動作の処理の流れを示すフローチャートである。 第２実施形態における蓄電装置の処理構成を概念的に示す図である。 第２実施形態における蓄電装置の回路構成例を概略的に示す図である。 図１９の蓄電装置におけるバランス動作の流れを示すフローチャートである。
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
なお、各図に示される各構成要素は、任意のコンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、メモリにロードされた本図の構成要素を実現するプログラム、そのプログラムを格納するハードディスクなどの記憶メディア、ネットワーク接続用インタフェースを中心にハードウエアとソフトウエアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置には様々な変形例がある。
［第１実施形態］
〔処理構成〕
図１は、第１実施形態における蓄電装置の構成を概念的に示す図である。図１に示されるように、本実施形態の蓄電装置は、複数個の電池モジュール３１を直列に接続した電池ストリング３と、当該電池ストリング３にコネクタ２を介して接続されるバランス回路基板１とを備える。コネクタ２は、電池セル３１１単位で電極端子及びセル温度センサ端子を備えている。各々の電池モジュール３１は、直列に接続された複数の電池セル３１１（図１の例では４つの電池セル３１１）を含む。各電池モジュール３１は、図１に示されるように、各電池セル３１１の温度を測定するセル温度センサ３１２を備えていてもよい。
バランス回路基板１は、バランス回路ブロック１１と制御回路ブロック１２を有する。バランス回路ブロック１１は、各電池セル３１１の電圧を揃えるためのバランス回路１１２と、当該バランス回路１１２の温度を測定するための第１の温度センサ１１１とを有する。制御回路ブロック１２は、バランス回路１１２の動作を制御するための制御部１２１および図示しない外部装置などと通信するための通信部１２２を有する。
バランス回路１１２は、少なくとも、電池モジュール３１単位で設けられる。本実施形態では、バランス回路１１２は、複数の電池セル３１１の各々に対して設けられ、対応する一の電池セル３１１と接続される。バランス回路１１２は、所謂パッシブバランス方式のバランス回路であってもよいし、所謂アクティブバランス方式のバランス回路であってもよい。なお、以下の各実施形態では、パッシブバランス方式のバランス回路を例に説明する。但し、本発明は、パッシブバランス方式のバランス回路に限定されない。
ここで、パッシブバランス方式は、複数の電池セル３１１間で電圧（放電容量）のばらつきがある場合、最も電圧の低い電池セルを基準として相対的に電圧の高い電池セルを放電させ、複数の電池セル間の電圧を均等化する方式である。パッシブバランス方式のバランス回路は、各々の電池セルを放電させるための抵抗素子と、オン／オフによってバランス動作を制御するためのスイッチ素子とを有する。また、アクティブバランス方式は、複数の電池セル間で電圧のばらつきがある場合、容量の多い電池セルから容量の少ない電池セルへ電荷を移動させることにより、複数の電池セル間の電圧を均等化する方式である。アクティブバランス方式のバランス回路は、電池セル間の電荷を移動させるためのキャパシタまたはトランスと、当該キャパシタまたはトランスと接続する電池セルを選択するスイッチ素子とを有する。このバランス回路１１２に用いられる抵抗素子やトランス（インダクタ素子）が、バランス動作時に主に熱を発する。
第１の温度センサ１１１は、１つ又はそれ以上のバランス回路１１２毎に設けられ、対応するバランス回路１１２の温度を測定する。また、第１の温度センサ１１１は、対応するバランス回路１１２に対して１つ又はそれ以上設けられる。例えば、各々のバランス回路１１２に対して、１つ又はそれ以上の第１の温度センサ１１１が設けられる。各バランス回路１１２間の幅が狭い場合などは、バランス回路１１２毎に第１の温度センサ１１１を設けることが難しいこともある。このような場合、各電池モジュール３１に含まれる所定数のバランス回路１１２毎に、１つまたはそれ以上の第１の温度センサ１１１が設けられていてもよい。
第１の温度センサ１１１は、対応するバランス回路１１２から離れるほど、バランス回路１１２から発せられる熱に対する応答性が低下する。そのため、第１の温度センサ１１１が設けられる位置は、温度の測定精度の観点から、対応するバランス回路１１２との距離が近いほど好ましい。以下で、第１の温度センサ１１１が設置される位置について説明する。
図２は、バランス回路の動作状態とＹ−Ｙ'方向の発熱分布との関係を表わす模式図である。図２の例では、それぞれ発熱素子１１２１（パッシブバランス方式の場合は抵抗素子）とスイッチ素子１１２２とを含む、８つのバランス回路１１２が配列されている。図２の（ａ）は、全てのチャンネルのバランス回路１１２がバランス動作を行っている場合のＹ−Ｙ'方向の温度分布を例示する。なお、チャンネル（ＣＨ）とは、１つの電池セル３１１と当該電池セル３１１に対応するバランス回路１１２とのセットを意味する。図２の（ａ）の場合、中心部は放熱性が端部よりも劣るために中心部に温度のピークが現れ、端部側に近づくほど温度は低下する。図２の（ｂ）は、上半分のチャンネルのバランス回路１１２がバランス動作を行っている場合のＹ−Ｙ'方向の温度分布を例示する。図２の（ｂ）の場合、上半分のチャンネルの中心部に温度のピークが現れる。図２の（ｃ）は、１つ置きにバランス回路１１２がバランス動作を行っている場合のＹ−Ｙ'方向の発熱分布を例示する。図２の（ｃ）の場合、バランス動作が行われていないチャンネルの部分で温度が下がり、波状の温度分布となる。図２の（ｃ）では、上から３番目のチャンネルと４番目のチャンネルとの間、及び、上から５番目のチャンネルと６番目のチャンネルとの間の２点において、温度のピークが現れる。このようにＹ−Ｙ'方向の温度分布は、両端の発熱素子１１２１で挟まれる範囲内で、発熱素子１１２１の通電状態に応じて変動している。そのため、第１の温度センサ１１１は、Ｙ−Ｙ'方向において、両端の発熱素子１１２１で挟まれる範囲で設けることにより、発熱素子１１２１から発せられる熱を検知しやすくなる。なお、図２の（ａ）〜（ｃ）の中で、Ｙ−Ｙ'方向おいて最も高い温度が検出されるのは、全てのチャンネルのバランス回路１１２が動作する図２の（ａ）の場合であり、第１の温度センサ１１１の少なくとも１つは、Ｙ−Ｙ'方向において、両端の発熱素子１１２１で挟まれる範囲の中心と重なるように配置されるのが理想的である。
図３は、バランス回路の動作状態とＹ−Ｙ'方向に直交するＸ−Ｘ'方向の発熱分布との関係を表わす模式図である。一般的にスイッチ素子１１２２のオン抵抗は発熱素子１１２１と比較して小さいため、発熱素子１１２１が通電状態の場合、Ｘ−Ｘ'方向では発熱素子１１２１の中心部に温度のピークが現れる。そのため、第１の温度センサ１１１は、Ｘ−Ｘ'方向において、発熱素子１１２１の中心と重なるように配置されるのが理想的である。
また、図２および図３から、バランス回路基板１の平面上で最も高温になり得るポイント（以下、最大発熱ポイントとも表記する）は、対応する全てのバランス回路１１２が動作しているときにＹ−Ｙ'方向で最も高温になるポイントと、Ｘ−Ｘ'方向で最も高温になるポイントとの交点であると予測できる。なお、最大発熱ポイントは、例えば、バランス回路基板１の試験動作やシミュレーションを行い、バランス動作時のバランス回路基板１の温度分布を測定することによっても把握可能である。
発熱素子１１２１や第１の温度センサ１１１などの電子部品の部品間隔、配線間隔、電気絶縁間隔などを考慮した場合、第１の温度センサ１１１を理想的な位置に誤差なく設けられるとは限らない。第１の温度センサ１１１は、最大発熱ポイントのできる限り近傍に設けられればよい。具体例として、両端の発熱素子１１２１間のＹ−Ｙ'方向における距離をＷ、各発熱素子１１２１のＸ−Ｘ'方向における幅をＬ、図２および図３で説明したように特定される最大発熱ポイントの座標を（Ｗｙｍａｘ，Ｌｘｍａｘ）とした場合、第１の温度センサ１１１を設ける範囲を、例えば、以下の式１および式２で定義できる。
Figure 0006610664
これを図示すると、図４のようになる。図４は、第１の温度センサ１１１を設ける範囲の例示する図である。図２および図３を用いて説明したように特定される最大発熱ポイント（Ｗｙｍａｘ，Ｌｘｍａｘ）、両端に位置するバランス回路１１２の距離Ｗ、および、バランス回路１１２の幅Ｌに基づいて、斜線で示される範囲が定められる。第１の温度センサ１１１は、この斜線で示させる範囲に重なるように設けられる。
図５は、第１の温度センサ１１１の第１の設置例を示す図である。図５の（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、それぞれ、第１の設置例におけるバランス回路基板１の上面図、Ｙ−Ｙ'方向の断面図、およびＸ−Ｘ'方向の断面図を示す。第１の温度センサ１１１は、例えば図５に示されるように、バランス回路基板１において、バランス回路１１２の各部品（発熱素子１１２１など）が設けられている面の裏側の面に設けることができる。この場合、他の部品による配置の制約が少なくなり、図２および図３で説明したように予測される又は試験動作などにより特定される最大発熱ポイントと重なるように第１の温度センサ１１１を設けることができる。
図６は、第１の温度センサ１１１の第２の設置例を示す図である。図６の（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、それぞれ、第２の設置例におけるバランス回路基板１の上面図、Ｙ−Ｙ'方向の断面図、およびＸ−Ｘ'方向の断面図を示す。第２の設置例では、８つのバランス回路１１２の中央部分にある程度のスペースがある場合を想定している。この場合、第１の温度センサ１１１は、物理的な電気絶縁間隔を設けて、当該中央部分のスペースに設けることができる。このような構成によっても、図２および図３で説明したように特定される最大発熱ポイントと重なるように第１の温度センサ１１１を設けることが可能となる。また、図６の例において、第１の温度センサ１１１とバランス回路１１２との間に絶縁体を設け、第１の温度センサ１１１とバランス回路１１２とを絶縁するように構成されていてもよい。
図７は、第１の温度センサ１１１の第３の設置例を示す図である。図７の（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、それぞれ、第３の設置例におけるバランス回路基板１の上面図、Ｙ−Ｙ'方向の断面図、およびＸ−Ｘ'方向の断面図を示す。第３の設置例では、第１の温度センサ１１１は、絶縁物質で構成される被覆膜などである絶縁体１１１１で覆われた状態で発熱素子１１２１の上面に設けられている。このような構成によっても、図２および図３で説明したように予測される又は試験動作などにより特定される最大発熱ポイントと重なるように第１の温度センサ１１１を設けることが可能となる。
図８は、第１の温度センサ１１１の第４の設置例を示す図である。図８の（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、それぞれ、第４の設置例におけるバランス回路基板１の上面図、Ｙ−Ｙ'方向の断面図、およびＸ−Ｘ'方向の断面図を示す。第４の設置例では、バランス回路基板１が多層構造を有する基板であると仮定している。このようなバランス回路基板１では、図８に示されるように、発熱素子１１２１に接続される配線１１２３が内側の層に設けられることもある。この場合、第１の温度センサ１１１を、平面視において配線１１２３と重なる位置に設けてもよい。図８では、直列に接続された３つの発熱素子１１２１の端部に配線１１２３が接続されており、第１の温度センサ１１１は配線１１２３に平面視で重なるように配置されている。配線１１２３は金属であって熱伝導率が高いため、発熱素子１１２１からの熱が伝達しやすい。そのため、このように配線１１２３の直上に第１の温度センサ１１１を設けることで、発熱素子１１２１からの熱を比較的精度よく検出できる。
図９は、第１の温度センサ１１１の第５の設置例を示す図である。第５の設置例では、１２つのバランス回路１１２が３つのブロックに分けられて設けられており、Ｙ−Ｙ'方向において、各ブロックの間に第１の温度センサ１１１を配置可能なスペースが複数存在するケースを示している。また、本図において、両端の発熱素子１１２１で挟まれる範囲の中心には、真ん中のブロックの回路部品が存在しており、第１の温度センサ１１１を配置するスペースはないものとする。この場合、第１の温度センサ１１１は、上側のブロックと真ん中のブロックとの間のスペース、または、真ん中のブロックと下側のブロックとの間のスペースの少なくともいずれか一方に配置することができる。なお、図９では上側のスペースに第１の温度センサ１１１を設ける例を示している。また、図示しないが、５つのブロックが並んでいる場合、両端の発熱素子１１２１で挟まれる範囲の中心により近いため、２番目のブロックと３番目のブロックとの間のスペース、または、３番目のブロックと４番目のブロックとの間のスペースの少なくともいずれか一方に第１の温度センサ１１１を設けるのが好ましい。これに限らず、第１の温度センサ１１１は、１番上のブロックと２番目のブロックとの間のスペース、または、４番目のブロックと１番下のブロックとの間のスペースに設けられてもよい。
なお、第１の温度センサ１１１の配置位置は、図５乃至図９に示す例に制限されない。例えば、第１の温度センサ１１１は、バランス回路基板１全体において、Ｙ−Ｙ'方向およびＸ−Ｘ'方向の発熱分布を考慮して定められる範囲内に複数個設けられていてもよい。また例えば、図６、図８、および図９において、図５に示されるように、第１の温度センサ１１１が裏面に設けられていてもよい。
また、第１の温度センサ１１１は、対応するバランス回路１１２から離れるほど、バランス回路１１２から発せられる熱に対する応答性が低下する。そのため、第１の温度センサ１１１が設けられる位置は、温度の測定精度の観点から、対応するバランス回路１１２との距離が近いほど好ましい。第１の温度センサ１１１として、サーミスタ抵抗体、半導体温度センサ、ＲＴＤ（Resistance Temperature Detector）などを用いることにより、第１の温度センサ１１１をバランス回路基板１の表面近傍に実装することができる。これにより、バランス回路基板１の面直方向において、第１の温度センサ１１１をバランス回路１１２に近接させて配置し、バランス回路１１２の温度を高精度に測定することが可能となる。
制御部１２１は、各々の電池セル３１１の電圧および第１の温度センサ１１１により測定された温度（以下、第１の測定温度とも表記）に基づいて、各々の電池セル３１１に対応するバランス回路１１２のバランス動作を制御する。
制御部１２１によるバランス回路１１２の基本的な制御について説明する。制御部１２１は、各々の電池セル３１１に接続されるコネクタ２の端子（図示せず）を介して、各々の電池セル３１１の電圧を取得し、複数の電池セル３１１の中で最も電圧の低い電池セル３１１（以下、最低電圧セル）を特定する。そして、制御部１２１は、最低電圧セル以外のその他の電池セル３１１について、最低電圧セルとの電圧差ΔＶＢをそれぞれ算出する。そして、制御部１２１は、最低電圧セルとの電圧差ΔＶＢがバランス動作の開始条件である電圧差（以下、この電圧差を"ΔＶＢｏｎ"と表記）以上となった電池セル３１１に対応するバランス回路１１２を作動させる。バランス回路１１２を作動させることにより、当該バランス回路１１２に対応する電池セル３１１と最低電圧セルとの電圧差ΔＶＢは小さくなる。そして、電池セル３１１と最低電圧セルとの電圧差ΔＶＢがバランス動作の終了条件である電圧差（以下、この電圧差を"ΔＶＢｏｆｆ"と表記）以下となった場合、制御部１２１は、当該電池セル３１１に対応するバランス回路１１２のバランス動作を停止させる。
ここで、バランス回路１１２はバランス動作によって熱を発生させる。例えば、パッシブバランス方式のバランス回路には抵抗素子が備えられており、バランス動作の実行時、電池セル３１１の放電エネルギーは当該抵抗素子によって消費され、これにより抵抗素子が発熱する。この抵抗素子の発熱により、電池セル３１１よりもバランス回路１１２が高温になり得る。例えば、蓄電装置を使用した場合、電池セル３１１の温度は上昇しても４０℃程度であるのに対し、バランス回路の温度はバランス動作によって約８５℃まで上昇することもある。そして、この熱がバランス回路基板１などの媒体を介して蓄電装置内の電池セル３１１やその他の各部品に伝達することによって温度が上昇し、電池セル３１１やその他の各部品の寿命や動作の信頼性などに悪影響を与え得る。
そこで、制御部１２１は、バランス回路１１２に対して設けられた第１の温度センサ１１１により測定された温度（以下、第１の測定温度とも表記）が上側基準温度以上の場合、上述の最低電圧セルに対する電池セル３１１の電圧差ΔＶＢに関わらず、当該第１の温度センサ１１１に対応するバランス回路１１２の動作を停止させる。第１の温度センサ１１１により測定される第１の測定温度が上側基準温度となることにより、当該第１の温度センサ１１１に対応するバランス回路１１２を停止させると、バランス回路１１２の発熱が収まり、第１の測定温度は低下していく。そして、第１の温度センサ１１１により測定される第１の測定温度が、上側基準温度よりも低い下側基準温度以下となった場合、制御部１２１は、当該第１の温度センサ１１１に対応するバランス回路１１２の動作を再開させる。制御部１２１は、例えば第１の温度センサ１１１とバランス回路１１２との対応関係を示す情報を図示しない記憶領域に予め保持している。制御部１２１は、上側基準温度以上の温度を測定した第１の温度センサ１１１が存在した場合、当該記憶領域の情報を用いて、バランス動作を停止させるバランス回路１１２を識別する。また、制御部１２１は、上側基準温度以上の温度を測定した後に温度が下がり、下側基準温度以下の温度を測定した第１の温度センサ１１１が存在した場合、当該記憶領域の情報を用いて、バランス動作を再開するバランス回路１１２を識別する。
上側基準温度は、バランス回路１１２の動作を停止させる閾値温度であり、低く設定するほどバランス回路の発熱を抑え、電池セル３１１や各部品を保護する精度を高くできる。その一方で、バランス回路１１２が停止する頻度が上がり、各電池セル３１１の電圧が揃うまでの時間が長くなり得る。下側基準温度は、バランス回路１１２の動作を再開させる閾値温度であり、低く設定するほどバランス回路１１２の温度が十分に下がり、電池セル３１１や各部品を保護する精度を高くできる。その一方で、バランス動作が再開されるまでの時間が延び、各電池セル３１１の電圧が揃うまでの時間が長くなる。上側基準温度および下側基準温度は、例えば蓄電装置の用途や性能要件などに基づいてそれぞれ適切な値に調整され、制御部１２１の図示しないメモリなどの記憶領域に設定される。例えば、上側基準温度は８５℃、下側基準温度は８０℃として、制御部１２１の記憶領域に設定される。上側基準温度と下側基準温度との差分（温度ヒステリシス）が５℃以上であれば、各バランス回路１１２のバランス動作の制御を安定して行うことができる。また、上側基準温度と下側基準温度との差分が例えば１０℃以下であれば、バランス回路１１２の発熱による悪影響を低減させつつ、複数の電池セル３１１間のバランスが取れるまでの時間が長くなることを抑制できる。但し、差分の範囲はここに例示する範囲に限定されない。
通信部１２２は、第１の測定温度が上側基準温度以上となることによるバランス回路１１２の動作停止時間が単位時間あたりの基準値を超える場合、または、第１の測定温度が上側基準温度以上となることによるバランス回路１１２の動作停止回数が単位時間あたりの基準回数を超える場合、当該バランス回路または当該バランス回路に対応する電池セルを特定可能な情報を外部に出力する。
具体的には、制御部１２１は、第１の測定温度が上側基準温度以上となることによるバランス回路１１２の動作停止時間、または、第１の測定温度が上側基準温度以上となることによるバランス回路１１２の動作停止回数を図示しない記憶領域に保持している。そして、保持された情報を用いて、単位時間あたりのバランス回路１１２の動作停止時間、または、単位時間あたりのバランス回路１１２の動作停止回数を算出する。そして、制御部１２１は、算出した動作停止時間が予め設定された単位時間あたりの基準値以上のバランス回路１１２が存在するか否か、または、算出した動作停止回数が予め設定された単位時間あたりの基準回数以上のバランス回路１１２が存在するか否かを判定する。例えば、制御部１２１は、バランス回路１１２の単位時間あたり動作停止時間が当該単位時間の半分以上を占めるか否か、あるいは、バランス回路１１２が単位時間あたりに一定回数以上動作を停止したか否かを判定する。所定の基準値より単位時間あたりの動作停止時間が長い場合、または、単位時間あたりの動作停止回数が多い場合は、バランス回路１１２の異常発熱や第１の温度センサ１１１の故障などの異常が生じている可能性がある。そこで、制御部１２１は、動作停止時間が所定の基準値を超える、または、動作停止回数が所定の基準回数を超えるバランス回路１１２が存在する場合、当該バランス回路または当該バランス回路１１２に対応する電池セル３１１を特定可能な情報を生成し、当該情報を通信部１２２に出力させる。
〔回路構成例１〕
図１０を用いて、本実施形態の蓄電装置の構成を説明する。図１０は、第１実施形態における蓄電装置の回路構成例を概略的に示す図である。本図では、１つのバランス回路１１２に対して１つの第１の温度センサ１１１が設けられる例が示される。
図１０に示されるように、電池モジュール３１に含まれる各電池セル３１１は、コネクタ２の端子を介して、対応するバランス回路１１２と接続される。バランス回路１１２は、バランス回路基板１のバランス回路ブロック１１に設けられ、発熱素子１１２１とスイッチ素子１１２２とを含む。発熱素子１１２１は、パッシブバランス方式の場合、各バランス回路１１２に対応する電池セル３１１の放電エネルギーを消費する抵抗素子である。また、スイッチ素子１１２２は、例えばスイッチングトランジスタやＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などである。
また、制御部１２１は、制御線を介して各スイッチ素子１１２２と接続されている。制御部１２１は、当該制御線を介して各スイッチ素子１１２２に制御信号を送信し、各スイッチ素子１１２２のオン状態／オフ状態を切り替える。制御部１２１によってスイッチ素子１１２２がオン状態に切り替えられると、電池セル３１１と当該電池セル３１１に対応するバランス回路１１２とによって閉ループが形成され、バランス動作が実行される。また、制御部１２１によってスイッチ素子１１２２がオフ状態に切り替えられると、電池セル３１１と当該電池セル３１１に対応するバランス回路１１２とによる閉ループが解除され、バランス動作が停止される。
制御部１２１は、複数の電池セル３１１間の電圧差、および、各々の第１の温度センサ１１１で検知された温度に基づいて、各バランス回路１１２のスイッチ素子１１２２のオン状態／オフ状態を制御する。
制御部１２１は、コネクタ２の各端子に接続されており、各端子間の電圧から各電池セル３１１の電圧を取得する。制御部１２１は、取得された各電池セル３１１の電圧を比較し、最低電圧セルを特定する。そして、制御部１２１は、最低電圧セルとの電圧差ΔＶＢを、最低電圧セル以外の各々の電池セル３１１について算出する。ここで、最低電圧セルとある電池セル３１１との電圧差ΔＶＢがΔＶＢｏｎである場合、制御部１２１は、当該電池セル３１１に対応するスイッチ素子１１２２をオン状態に切り替える制御信号を送信し、これにより、バランス回路１１２によるバランス動作が実行される。また、バランス動作を実行することにより、最低電圧セルとある電池セル３１１との電圧差ΔＶＢがΔＶＢｏｆｆ以下となった場合、制御部１２１は当該電池セル３１１に対応するスイッチ素子１１２２をオフ状態に切り替える制御信号を送信し、これにより、バランス回路１１２によるバランス動作が停止される。最低電圧セルとの電圧差ΔＶＢがΔＶＢｏｎ以上の電池セル３１１の放電エネルギーを発熱素子１１２１で消費することにより、当該電池セル３１１と最低電圧セルとの電圧差が小さくなる。最低電圧セルとの電圧差ΔＶＢがΔＶＢｏｎ以上である複数の電池セル３１１の各々についてバランス動作を行うことにより、複数の電池セル３１１の各々の電圧が最低電圧セルの電圧に近づき、結果として、複数の電池セル３１１の電圧が揃えられる。
また、制御部１２１は、各々の第１の温度センサ１１１と信号線を介して接続されており、各々の第１の温度センサ１１１からの出力電圧を取得して温度（第１の測定温度）に換算する。バランス動作によって発熱素子１１２１が発熱し、第１の測定温度が上側基準温度以上となった場合、制御部１２１は、電圧差ΔＶＢに関わらず、当該第１の温度センサ１１１に対応するバランス回路１１２のスイッチ素子１１２２をオフ状態とする制御信号を送信する。これにより、上側基準温度以上の温度を測定した第１の温度センサ１１１に対応するバランス回路１１２のバランス動作が停止される。発熱素子１１２１の発熱が収まり、第１の測定温度が下側基準温度以下となった場合、制御部１２１は、スイッチ素子１１２２をオン状態とする制御信号を送信し、バランス回路１１２によるバランス動作を再開させる。
また、制御部１２１は、各バランス回路１１２の動作が停止した時間、または、各バランス回路１１２の動作が停止した回数を、図示しない記憶領域に保持する。そして、制御部１２１は、記憶領域に保持した情報を用いて、各バランス回路１１２の単位時間あたりの動作停止時間や動作停止回数を算出する。そして、算出した単位時間あたりの動作停止時間が所定の基準値以上のバランス回路１１２、または、算出した単位時間あたりの動作停止回数が所定の基準回数以上のバランス回路１１２が存在するか否かを判定する。該当するバランス回路１１２が存在する場合、制御部１２１は、当該バランス回路１１２または当該バランス回路１１２に対応する電池セル３１１を特定可能な情報を生成し、通信部１２２を介して当該情報を例えば通信可能に接続された外部の監視装置などに出力する。これにより、外部の監視装置は、通信部１２２から送信された情報をディスプレイに表示することができ、外部の監視装置のオペレータが、何らかの異常があると思しきバランス回路１１２または電池セル３１１を特定することができる。
制御部１２１は、例えば、図示しないＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ(Random Access Memory)などの記憶領域を有しており、上述の各機能を実現するプログラムを当該記憶領域に記憶する。また、制御部１２１は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）有しており、当該ＣＰＵを用いて記憶領域に記憶された各プログラムを実行することにより、上述の各機能を実現する。
また、制御部１２１は、複数の電池セル３１１間の電圧差を常時監視してバランス動作を実行するように構成されていてもよいし、充電時にのみバランス動作を実行するように構成されていてもよい。
また、図１０では図示されていないが、複数の電池モジュール３１が、蓄電装置の外部正極端子４および外部負極端子５の間に直列に接続されている。蓄電装置は、外部正極端子４および外部負極端子５を介して図示しない外部装置や外部電源に接続され、放電または充電を行う。
図１１を用いて、図１０の蓄電装置におけるバランス動作の例を説明する。
なお、以下の説明において、あるチャンネルの電圧差ΔＶＢがΔＶＢｏｎ以上となった場合、制御部１２１は、予め決められたバランス周期ＦＢＡＬでバランス動作を実行する。バランス周期ＦＢＡＬは、スイッチ素子１１２２をオン状態とするオン期間Ｔｏｎと、スイッチ素子１１２２をオフ状態とするオフ期間Ｔｏｆｆとを含み、オン期間Ｔｏｎおよびオフ期間Ｔｏｆｆが交互に繰り返される。制御部１２１は、例えばタイマーなどを用いて、これらの期間の経過を管理することができる。
図１１は、図１０の蓄電装置における各チャンネルのバランス動作の具体的な流れを例示する図である。
まず、時刻ｔ１で、ＣＨ１の電圧差ΔＶＢがΔＶＢｏｎに達する。すると、制御部１２１は、ＣＨ１のスイッチ素子１１２２をオン状態とし、ＣＨ１のバランス動作を開始させる。これにより、ＣＨ１の電圧差ΔＶＢは低下していく。また、ＣＨ１の発熱素子１１２１から発せられる熱により、第１の測定温度が上昇し始める。なお、図１１において、第１の測定温度が直線的に上昇する挙動が示されているが、実際には周囲のチャンネルの動作状態などの影響を受けて、様々な挙動を示し得る。
その後、第１の測定温度の上昇が続き、時刻ｔ２で、第１の測定温度が上側基準温度ＴＲＵに到達する。すると、制御部１２１は、第１の温度センサ１１１に対応するＣＨ１のスイッチ素子１１２２をオフ状態とし、ＣＨ１のバランス動作を停止させる。ＣＨ１でバランス動作が停止されたことにより、ＣＨ１の発熱素子１１２１の発熱が収まり、第１の測定温度が低下し始める。なお、図１１において、第１の測定温度が直線的に低下する挙動が示されているが、実際には周囲のチャンネルの動作状態などの影響を受けて、様々な挙動を示し得る。また、バランス回路１１２のバランス動作が停止されると、負荷インピーダンスが増大して電圧リバウンドが発生する。この電圧リバウンドによって、図１１に示されるように、ＣＨ１の電池セル３１１の電圧は上昇傾向を示す。
その後、時刻ｔ３で、第１の測定温度が下側基準温度ＴＲＬまで低下する。すると、制御部１２１は、第１の温度センサ１１１に対応するＣＨ１におけるバランス周期ＦＢＡＬがオン期間Ｔｏｎおよびオフ期間Ｔｏｆｆのいずれであるかを判定し、オン期間Ｔｏｎであれば、ＣＨ１のバランス動作を再開させる。図１１の例では、時刻ｔ３においてＣＨ１はオン期間Ｔｏｎであるため、制御部１２１は、ＣＨ１のスイッチ素子１１２２をオン状態とし、ＣＨ１でバランス動作が再開される。これに伴い、ＣＨ１の電圧差ΔＶＢは再び減少していき、また、第１の測定温度は再び上昇を始める。
その後、時刻ｔ４で、予め定められたオン期間Ｔｏｎが経過する。制御部１２１は、バランス動作がオン状態となってからの経過時間がＴｏｎとなったタイミングで、ＣＨ１のスイッチ素子１１２２をオフ状態とし、バランス動作を停止させる。ここで、図示していないが、オン期間Ｔｏｎ中に、電圧差ΔＶＢがΔＶＢ ｏｆｆ 以下となった場合、制御部１２１は、ＣＨ１のバランス動作を完了させる。
また、図示されていないが、オフ期間Ｔ ｏｆｆ が経過して次のオン期間Ｔｏｎに入る際、電圧リバウンドが発生した後の電圧差ΔＶＢが所定の閾値（例えばΔＶＢｏｎとΔＶＢｏｆｆの中間値など）以下であれば、制御部１２１はＣＨ１におけるバランス動作を完了させる。なお、この場合において、バランス動作を完了させる閾値は、蓄電装置の使用環境などに応じて望ましい値に設定される。電圧差ΔＶＢが所定の閾値を超えている場合、制御部１２１は、次の周期において、当該チャンネルのバランス動作を継続する。
図１２は、図１１のバランス動作の処理の流れを示すフローチャートである。
制御部１２１は、コネクタ２の各端子間の電圧を基に複数の電池セル３１１の中から最低電圧セルを特定し、当該最低電圧セルとその他の電池セル３１１との電圧差ΔＶＢを算出する（Ｓ１０１）。そして、制御部１２１は、各々の電池セル３１１について、電池セル３１１と最低電圧セルとの電圧差ΔＶＢが、バランス動作の開始条件であるΔＶＢｏｎ以上か否かを判定する（Ｓ１０２）。最低電圧セルとの電圧差ΔＶＢがΔＶＢｏｎ未満である場合（Ｓ１０２：ＮＯ）、当該電池セル３１１のチャンネルではバランス動作を実行する必要はないため、制御部１２１はバランス回路１１２を作動させずに処理を終了する。一方、最低電圧セルとの電圧差ΔＶＢがΔＶＢｏｎ以上である場合（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、制御部１２１は、当該電池セル３１１のチャンネルのバランス動作を開始させる（Ｓ１０３）。
制御部１２１は、バランス動作を行っているチャンネルについて、最低電圧セルとの電圧差ΔＶＢがバランス動作の完了条件の１つであるΔＶＢｏｆｆ以下となったか否かを判定する（Ｓ１０４）。最低電圧セルとの電圧差ΔＶＢがバランス動作によりΔＶＢｏｆｆ以下となった場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、制御部１２１は、当該チャンネルのバランス動作を完了させる。
一方、最低電圧セルとの電圧差ΔＶＢがΔＶＢｏｆｆ以下でない場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、制御部１２１は、当該チャンネルの対応する第１の温度センサ１１１から取得した第１の測定温度が上側基準温度ＴＲＵ以上か否かを判定する（Ｓ１０５）。
第１の測定温度が上側基準温度ＴＲＵ未満の場合（Ｓ１０５：ＮＯ）、制御部１２１は、当該チャンネルのバランス周期ＦＢＡＬがオン期間Ｔｏｎ中およびオフ期間Ｔｏｆｆのいずれであるかを判定する（Ｓ１０６）。バランス周期ＦＢＡＬがオン期間Ｔｏｎの場合（Ｓ１０６：Ｔｏｎ）、上述のＳ１０４からの処理が繰り返される。一方、バランス周期ＦＢＡＬがオフ期間Ｔｏｆｆの場合（Ｓ１０６：Ｔｏｆｆ）、制御部１２１は、当該チャンネルのスイッチ素子１１２２をオフ状態とし、バランス動作を停止させる（Ｓ１０７）。そして、オフ期間Ｔｏｆｆが経過するまで待った後で、制御部１２１は、次の周期が開始するとき（次のオン期間Ｔｏｎの開始時）の電圧差ΔＶＢが所定の閾値（例えば、ΔＶＢｏｎとΔＶＢｏｆｆとの中間値など）以下か否かを判定する（Ｓ１０８）。ここで、電圧差ΔＶＢが閾値以下の場合（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、制御部１２１は当該チャンネルのバランス動作を完了させる。一方、電圧差ΔＶＢが閾値を超えている場合（Ｓ１０８：ＮＯ）、次の周期のバランス動作が開始される（Ｓ１０３）。
一方、第１の測定温度が上側基準温度ＴＲＵ以上の場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、制御部１２１は、当該チャンネルのバランス動作を停止させる（Ｓ１０９）。そして、制御部１２１は、第１の測定温度が下側基準温度ＴＲＬ以下となるまで、当該チャンネルのバランス動作を停止させた状態を保持する（Ｓ１１０：ＮＯ）。第１の測定温度が下側基準温度ＴＲＬ以下となった場合（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、制御部１２１は、当該チャンネルのバランス周期ＦＢＡＬがオン期間Ｔｏｎ中およびオフ期間Ｔｏｆｆのいずれであるかを判定する（Ｓ１１１）。バランス周期ＦＢＡＬがオン期間Ｔｏｎの場合（Ｓ１１１：Ｔｏｎ）、制御部１２１は、当該チャンネルのバランス動作を再開させる（Ｓ１０３）。一方、バランス周期ＦＢＡＬがオフ期間Ｔｏｆｆの場合（Ｓ１１１：Ｔｏｆｆ）、制御部１２１は、次の周期が開始するとき（次のオン期間Ｔｏｎの開始時）の電圧差ΔＶＢが所定の閾値（例えば、ΔＶＢｏｎとΔＶＢｏｆｆとの中間値など）以下か否かを判定する（Ｓ１０８）。ここで、電圧差ΔＶＢが閾値以下の場合（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、制御部１２１は当該チャンネルのバランス動作を完了させる。一方、電圧差ΔＶＢが閾値を超えている場合（Ｓ１０８：ＮＯ）、次の周期のバランス動作が開始される（Ｓ１０３）。
図１３を用いて、制御部１２１が通信部１２２から異常を通知する信号を送信する動作を説明する。図１３は、制御部１２１が通信部１２２から異常を通知する信号を送信する処理の流れを示すフローチャートである。
制御部１２１は、記憶領域に保持された各バランス回路１１２の動作停止時間または動作停止回数を読み出す（Ｓ２０１）。そして、制御部１２１は、各バランス回路１１２について、単位時間あたりの動作停止時間または動作停止回数を算出する（Ｓ２０２）。そして、制御部１２１は、算出した動作停止時間が所定の基準値以上か否か、または、算出した動作停止回数が所定の基準回数以上か否かを判定する（Ｓ２０３）。Ｓ２０３の判定の結果、該当するバランス回路１１２が存在する場合（Ｓ２０３：ＹＥＳ）、制御部１２１は、当該バランス回路１１２または当該バランス回路１１２に対応する電池セル３１１を特定可能な情報を生成し、通信部１２２に当該情報を外部の監視装置などに向けて送信させる（Ｓ２０４）。
〔回路構成例２〕
図１４は、第１実施形態における蓄電装置の他の回路構成例を概略的に示す図である。図１４に示されるように、第１の温度センサ１１１は、複数のバランス回路１１２に対して設けられていてもよい。本図の例では、１つの電池モジュール３１毎に（３つのバランス回路１１２毎に）１つの第１の温度センサ１１１が設けられている。その他の構成は、図１０の構成と同様である。
図１５を用いて、図１４の蓄電装置におけるバランス動作の例を説明する。
図１５は、図１４の蓄電装置における各チャンネルのバランス動作の具体的な流れを例示する図である。なお、図１５の例では、図１４で図示されない他の電池モジュール３１の中に、最低電圧セルが存在する場合の動作を例示する。
まず、時刻ｔ１で、ＣＨ１の電池セル３１１と最低電圧セルとの電圧差ΔＶＢがΔＶＢｏｎに達する。すると、制御部１２１は、ＣＨ１のスイッチ素子１１２２をオン状態とし、ＣＨ１のバランス動作を開始させる。これにより、ＣＨ１の電圧差ΔＶＢは低下していく。また、ＣＨ１の発熱素子１１２１から発せられる熱により、第１の測定温度が上昇し始める。
その後、時刻ｔ２で、ＣＨ２の電池セル３１１と最低電圧セルとの電圧差ΔＶＢがΔＶＢｏｎに達する。すると、制御部１２１は、ＣＨ２のスイッチ素子１１２２をオン状態とし、ＣＨ２のバランス動作を開始させる。これにより、ＣＨ２の電圧差ΔＶＢは低下していく。また、時刻ｔ２からは、ＣＨ１及びＣＨ２の発熱素子１１２１から発せられる熱により、第１の測定温度の単位時間あたりの上昇値が増加する。
その後、時刻ｔ３で、ＣＨ３の電池セル３１１と最低電圧セルとの電圧差ΔＶＢがΔＶＢｏｎに達する。すると、制御部１２１は、ＣＨ３のスイッチ素子１１２２をオン状態とし、ＣＨ３のバランス動作を開始させる。これにより、ＣＨ３の電圧差ΔＶＢは低下していく。また、時刻ｔ３からは、全てのチャンネルの発熱素子１１２１から発せられる熱により、第１の測定温度の上昇幅がさらに増加する。
その後、第１の測定温度の上昇が続き、時刻ｔ４で、第１の測定温度が上側基準温度ＴＲＵに到達する。すると、制御部１２１は、第１の温度センサ１１１に対応する各チャンネルの中でバランス動作を実行しているチャンネル（ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３）のスイッチ素子１１２２をオフ状態とし、当該チャンネルのバランス動作を停止させる。ＣＨ１、ＣＨ２およびＣＨ３でバランス動作が停止されたことにより、各チャンネルの発熱素子１１２１の発熱が収まり、第１の測定温度が低下していく。
その後、時刻ｔ５で、第１の測定温度が下側基準温度ＴＲＬまで低下する。すると、制御部１２１は、第１の温度センサ１１１に対応する各チャンネル（ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３）において、バランス周期ＦＢＡＬがオン期間Ｔｏｎであるチャンネルのバランス動作を再開させる。図１５の例では、全てのチャンネルがオン期間Ｔｏｎであるため、制御部１２１は、全てのチャンネルのスイッチ素子１１２２をオン状態とし、全てのチャンネルでバランス動作が再開される。これに伴い、各チャンネルの電圧差は再び減少していき、また、第１の測定温度は再び上昇を始める。
その後、時刻ｔ６で、ＣＨ１の電池セル３１１と最低電圧セルとの電圧差ΔＶＢがΔＶＢｏｆｆに到達する。すると、制御部１２１は、ＣＨ１のオン期間Ｔｏｎの終了時刻ｔ７の前に、ＣＨ１のスイッチ素子１１２２をオフ状態とし、ＣＨ１のバランス動作を完了させる。時刻ｔ６からは、ＣＨ２及びＣＨ３のみでセルバランス動作が実行されるため、第１の測定温度が低下する。
その後、時刻ｔ８および時刻ｔ９において、それぞれ、ＣＨ２およびＣＨ３のオン期間Ｔｏｎが終了する。すると、制御部１２１は、時刻ｔ８でＣＨ２のスイッチ素子１１２２をオフ状態とし、ＣＨ２のバランス動作を停止させる。また、制御部１２１は、時刻ｔ９でＣＨ３のスイッチ素子１１２２をオフ状態とし、ＣＨ３のバランス動作を停止させる。
また、図１１で説明したように、ＣＨ２およびＣＨ３において、オフ期間Ｔｏｆｆが経過して次のオン期間Ｔｏｎに入る際、電圧リバウンドが発生した後の電圧差ΔＶＢが所定の閾値（例えばΔＶＢｏｎとΔＶＢｏｆｆの中間値など）以下であれば、制御部１２１はバランス動作を完了させる。各チャンネルの電池セル３１１と最低電圧セルとの電圧差ΔＶＢが所定の閾値を超えている場合、制御部１２１は、次の周期において、当該チャンネルのバランス動作を継続させる。
図１５における蓄電装置のバランス動作の流れは、以下の点を除いて、図１２に示すフローチャートと同様である。
Ｓ１０５の判定において、第１の測定温度が上側基準温度ＴＲＵ以上の場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、制御部１２１は、第１の温度センサ１１１に対応する全てのチャンネル（図１４の例では、ＣＨ１、ＣＨ２，ＣＨ３）のバランス動作を停止させる（Ｓ１０９）。そして、制御部１２１は、第１の測定温度が下側基準温度ＴＲＬ以下となるまで、各チャンネルのバランス動作を停止させた状態を保持する（Ｓ１１０：ＮＯ）。Ｓ１１０の判定で、第１の測定温度が下側基準温度ＴＲＬまで下がった場合（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、制御部１２１は、Ｓ１０９で停止した各チャンネルについて、バランス周期がオン期間Ｔｏｎおよびオフ期間Ｔｏｆｆのいずれであるかを判定する（Ｓ１１１）。そして、制御部１２１は、バランス周期がオン期間Ｔｏｎであるチャンネルについてはバランス動作を再開し（Ｓ１０３）、バランス周期がオフ期間Ｔｏｆｆであるチャンネルについては、Ｓ１０８の判定を行う。
図１６を用いて、図１４の蓄電装置におけるバランス動作の他の例について説明する。図１６は、図１４の蓄電装置における各チャンネルのバランス動作の具体的な流れを例示する図である。本例では、各チャンネルはバランス動作の周期（バランス周期ＦＢＡＬ）を有さない点で、図１５の場合と異なる。
図１６の時刻ｔ１から時刻ｔ６までの流れは、図１５の場合と同様である。本例では、バランス周期ＦＢＡＬがないため、制御部１２１は、第１の測定温度が上側基準温度ＴＲＵとなってから下側基準温度ＴＲＬに低下するまでの期間（時刻ｔ４から時刻ｔ５まで）を除き、最低電圧セルとの電圧差ΔＶＢがΔＶＢｏｆｆとなるまで各チャンネルのバランス動作を継続させる。図１６の例では、時刻ｔ７でＣＨ２の電池セル３１１と最低電圧セルとの電圧差ΔＶＢがΔＶＢｏｆｆとなり、制御部１２１は、時刻ｔ７で、ＣＨ２のバランス動作を完了させる。また、図示されていないが、制御部１２１は、ＣＨ３の電池セル３１１と最低電圧セルとの電圧差ΔＶＢがΔＶＢｏｆｆとなった時に、ＣＨ３のバランス動作を完了させる。
図１７は、図１６のバランス動作の処理の流れを示すフローチャートである。図１７のフローチャートは、バランス周期ＦＢＡＬに関する処理がない点で、図１２のフローチャートと異なる。
Ｓ１０１からＳ１０５までの処理の流れは、図１２のフローチャートと同様である。
第１の測定温度が上側基準温度ＴＲＵ未満の場合（Ｓ１０５：ＮＯ）、Ｓ１０４からの処理が繰り返される。一方、第１の測定温度が上側基準温度ＴＲＵ以上の場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、制御部１２１は、第１の温度センサ１１１に対応する全てのチャンネル（図１４の例では、ＣＨ１、ＣＨ２，ＣＨ３）のバランス動作を停止させる（Ｓ１０９）。そして、制御部１２１は、第１の測定温度が下側基準温度ＴＲＬ以下となるまで、各チャンネルのバランス動作を停止させた状態を保持する（Ｓ１１０：ＮＯ）。Ｓ１１０の判定で、第１の測定温度が下側基準温度ＴＲＬまで下がった場合（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、制御部１２１は、各チャンネルのバランス動作を再開させる（Ｓ１０３）。
〔第１実施形態の作用と効果〕
以上、本実施形態では、バランス動作によって発熱するバランス回路１１２の動作が、当該バランス回路に対応する第１の温度センサ１１１の測定温度によって制御される。具体的には、あるバランス回路１１２に対応する第１の温度センサ１１１で測定される温度が上側基準温度以上となった場合、当該バランス回路１１２のバランス動作が停止される。これにより、バランス回路１１２が一定温度以上に発熱することを避け、当該バランス回路１１２に近接する電池セル３１１の寿命および蓄電装置内の各部品の寿命や動作の信頼性が熱によって低下することを防ぐことができる。また、本実施形態では、バランス回路１１２の動作が停止された後、第１の温度センサ１１１の測定温度が下側基準温度に下がるまで、バランス回路１１２のバランス動作を停止させた状態を維持する。これにより、発熱したバランス回路１１２を冷まして、電池セル３１１の寿命および蓄電装置内の各部品の寿命や動作の信頼性が熱によって低下することを防ぐことができる。
［第２実施形態］
本実施形態は、蓄電装置が第２の温度センサ１３を更に有する点を除いて、第１の実施形態の構成と同様である。
〔処理構成〕
図１８は、第２実施形態における蓄電装置の処理構成を概念的に示す図である。図１８に示されるように、バランス回路基板１は、第２の温度センサ１３を更に有する。第２の温度センサ１３は、第１の温度センサ１１１と異なり、周囲の温度を測定するために設けられる。そのため、第２の温度センサ１３は、各バランス回路１１２の発熱の影響を受けないように、第１の温度センサ１１１よりもバランス回路１１２から離れた位置に設けられる。バランス回路１１２からの発熱の影響を受けない範囲は、バランス回路ブロック１１の寸法、バランス回路基板１の厚さや熱抵抗、バランス回路１１２のレイアウトなどのパラメータに依存する。例えば、バランス回路基板１が厚さ１．６ｃｍのＰＣＢ（Printed Circuit Board）であり、バランス回路ブロック１１の寸法が１０ｃｍ四方である場合、第２の温度センサ１３は、バランス回路ブロック１１のエッジ部分から１０ｃｍ以上離れた位置などに設けられる。また、バランス回路１１２からの発熱の影響を受けない範囲は、例えば、バランス回路基板１の試験動作やシミュレーションを行ってバランス回路基板１の温度分布を測定することで把握可能であり、この測定結果を用いて第２の温度センサ１３の位置を決定できる。
バランス回路基板１は、好ましくは、主な熱源である発熱素子１１２１を含む複数のバランス回路１１２が設けられる領域と第２の温度センサ１３が設けられる領域とを分離する領域であって、導電パターンが設けられていない領域である分離領域を有する。導電パターンは金属であり、一般的にバランス回路基板１の基材よりも熱伝導率が高い。そのため、バランス回路１１２が設けられる領域と第２の温度センサ１３が設けられる領域との間に導電パターンを含まない分離領域を介在させることにより、バランス回路基板１を介して熱が第２の温度センサ１３に伝達することを抑制できる。結果として、第２の温度センサ１３によって周囲の温度を精度よく測定することができる。
また、第２の温度センサ１３は、バランス回路基板１上ではなく、バランス回路基板１の外部に設けられていてもよい。例えば、第２の温度センサ１３は、蓄電装置の筐体面に設けられていてもよいし、バランス回路基板１から一定以上離れた中空にワイヤや接着材などによって設けられていてもよい。第２の温度センサ１３は、第１の温度センサ１１１と同様に、サーミスタ抵抗体、半導体温度センサ、ＲＴＤなどを用いることができる。
本実施形態の制御部１２１は、第１の測定温度の代わりに、第１の温度センサ１１１による第１の測定温度と第２の温度センサ１３によって測定される温度（以下、第２の測定温度と表記）との差分温度を用いて、各バランス回路１１２のバランス動作を制御する。差分温度は第１の測定温度とは異なるパラメータであるため、制御部１２１は、第１の測定温度用に設定される上側基準温度および下側基準温度（第１の上側基準温度および第１の下側基準温度）とは別に、差分温度用の上側基準温度および下側基準温度（第２の上側基準温度および第２の下側基準温度）を保持する。制御部１２１は、第１の測定温度と第２の測定温度との差分温度を算出し、当該差分温度が第２の上側基準温度以上の場合に、当該第１の温度センサ１１１に対応するバランス回路１１２の動作を停止させる。バランス回路１１２を停止させると、バランス回路１１２の発熱が収まり、第１の測定温度は低下していく。そして、第１の温度センサ１１１による第１の測定温度と第２の温度センサ１３による第２の測定温度との差分温度が、第２の上側基準温度よりも低い第２の下側基準温度以下となった場合、制御部１２１は、当該第１の温度センサ１１１に対応するバランス回路１１２の動作を再開させる。
周囲の温度によっては、差分温度（すなわち、周囲の温度に対する相対温度）が第２の上側基準温度に達していなくとも、第１の温度センサ１１１で測定される第１の測定温度（絶対温度）が第１の上側基準温度以上となることもある。この場合、バランス回路１１２は第１の上側基準温度以上の状態（すなわち、近接する電池セル３１１やその他の部品に悪影響を及ぼす可能性がある高温状態）のままバランス動作を続けることになる虞がある。このような状態でバランス回路１１２を動作させ続けることを避けるため、制御部１２１は、差分温度に関わらず、第１の温度センサ１１１の第１の測定温度が第１の上側基準温度以上の場合に、当該第１の温度センサ１１１に対応するバランス回路の動作を停止させてもよい。この場合、第１実施形態と同様に、制御部１２１は、第１の測定温度が第１の下側基準温度以下となるまで、対応するバランス回路１１２を停止させた状態を維持する。
本実施形態の制御部１２１も、第１実施形態と同様に、例えば、図示しないＲＯＭやＲＡＭなどの記憶領域に、上述の本実施形態の各機能を実現するプログラムを記憶しており、図示しないＣＰＵを用いて記憶領域に記憶された各プログラムを実行することにより、本実施形態の各機能を実現する。
〔回路構成例〕
図１９は、第２実施形態における蓄電装置の回路構成例を概略的に示す図である。
図１９の例では、複数のバランス回路１１２、各バランス回路１１２に対応する第１の温度センサ１１１、及び第２の温度センサ１３は、バランス回路基板１上に設けられている。そして、バランス回路基板１は、バランス回路１１２と第２の温度センサ１３との間の分離領域１４に、当該バランス回路基板１を貫通する貫通孔領域１４１を有する。貫通孔領域１４１には導体パターンがないため、貫通孔領域１４１は、バランス回路からの熱がバランス回路基板１を介して第２の温度センサ１３に伝達することを抑制する役割を果たす。これにより、バランス回路１１２の発熱を受けないようにするための十分な距離が確保できないような場合であっても、貫通孔領域１４１によってバランス回路１１２から伝達する熱を低減させ、第２の温度センサ１３によって周囲の温度を精度よく測定することができる。
図２０は、図１９の蓄電装置におけるバランス動作の流れを示すフローチャートである。図２０のフローチャートは、図１２のフローチャートをベースとしており、Ｓ３０１およびＳ３０２の処理以外は、図１５のフローチャートと同様である。以下では、Ｓ３０１およびＳ３０２の処理について主に説明する。
制御部１２１は、バランス動作の開始後（Ｓ１０３）、最低電圧セルとの電圧差ΔＶＢがΔＶＢｏｆｆ以下でない場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、第１の温度センサ１１１による第１の測定温度と第２の温度センサ１３による第２の測定温度とを用いて算出される差分温度が第２の上側基準温度ＴＲＵ'以上か否か、または、第１の測定温度が第１の上側基準温度ＴＲＵ以上か否かを判定する（Ｓ３０１）。差分温度が第２の上側基準温度ＴＲＵ'以上の場合、あるいは、第１の測定温度が第１の上側基準温度ＴＲＵ以上の場合（Ｓ３０１：ＹＥＳ）、制御部１２１は、当該第１の温度センサ１１１に対応するチャンネルのバランス動作を停止させる（Ｓ１０９）。差分温度が第２の上側基準温度ＴＲＵ'以上となることによりバランス動作を停止させた場合、制御部１２１は、差分温度が第２の下側基準の温度ＴＲＬ'以下となるまでバランス動作を停止させた状態を維持する（Ｓ３０２：ＮＯ）。また、第１の測定温度が第１の上側基準温度ＴＲＵ以上となることによりバランス動作を停止させた場合、制御部１２１は、第１の測定温度が第１の下側基準温度ＴＲＬ以下となるまで、バランス動作を停止させた状態を維持する（Ｓ３０２：ＮＯ）。バランス動作を停止したことにより第１の測定温度が低下し、差分温度が第２の下側基準温度ＴＲＬ'以下となった場合、または、第１の測定温度が第１の下側基準温度ＴＲＬ以下となった場合（Ｓ３０２：ＹＥＳ）、制御部１２１は、当該チャンネルのバランス周期がオン期間Ｔｏｎであれば（Ｓ１１１：Ｔｏｎ）、バランス動作を再開させる（Ｓ１０３）。
〔第２実施形態の作用と効果〕
以上、本実施形態では、第１の温度センサ１１１で測定される温度から第２の温度センサ１３で測定される周囲温度を差し引いた差分温度によって、各バランス回路１１２の動作が制御される。これにより、各バランス回路１１２で発生した熱をパラメータとして各バランス回路１１２を制御することが可能となる。
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
例えば、制御部１２１は、複数の電池セルの間の電圧のばらつきの大きさに応じて、第１の上側基準温度または第２の上側基準温度を変更してもよい。例えば、制御部１２１は、各電池セル３１１と最低電圧セルとの電圧差ΔＶＢが大きいほど値が大きくなる補正値を予め保持された第１の上側基準温度または第２の上側基準温度に加えるように構成されていてもよい。これにより、電圧差ΔＶＢが大きい、すなわち、ある電池セル３１１と最低電圧セルとのバランスが大きく崩れている場合に、第１の上側基準温度または第２の上側基準温度が高くなり、当該電池セル３１１に対するバランス回路１１２のバランス動作が止まりにくくなる。結果として、電池セル間のバランスが大きく崩れている場合、より短い時間で複数の電池セル３１１の電圧を揃えることが可能になる。
また、複数の電池セル３１１は直列に接続されているため、特にパッシブバランス方式の場合、バランス動作によって却って放電エネルギーを低下させてしまう可能性がある。そこで、制御部１２１は、電池セル３１１の充電時にバランス動作を行う場合に、電池セル３１１の放電時よりも高い温度の第１の上側基準温度または第２の上側基準温度を用いるようにしてもよい。この場合、制御部１２１は、例えば充電時の第１の上側基準温度または第２の上側基準温度と、当該充電時の第１の上側基準温度または第２の上側基準温度よりも低い放電時の第１の上側基準温度または第２の上側基準温度とを図示しない記憶領域に予め保持する。このようにすることで、放電時のバランス動作を行う時間を低減させ、蓄電装置の放電エネルギーが低下することを抑制できる。
また、上述の説明で用いた複数のフローチャートでは、複数の工程（処理）が順番に記載されているが、各実施形態で実行される工程の実行順序は、その記載の順番に制限されない。各実施形態では、図示される工程の順番を内容的に支障のない範囲で変更することができる。また、上述の各実施形態は、内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。
この出願は、２０１５年５月２５日に出願された日本出願特願２０１５−１０５５９６号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (9)

  1. 直列に接続された複数の電池セルと、
    回路基板と、を備え、
    前記回路基板は、
    前記複数の電池セルの各々に対して設けられ、対応する前記電池セルに接続している発熱素子と、
    複数の前記発熱素子の配列方向において、両端に位置する前記発熱素子に挟まれた範囲内に配置される第１の温度センサと、を有し、
    前記回路基板は、
    前記複数の発熱素子が設けられる第１領域と、
    前記第１の温度センサとは異なる第２の温度センサが設けられる第２領域と、
    前記第１領域および前記第２領域を分離する分離領域と、を含み、
    前記分離領域は前記回路基板において導電パターンが設けられていない領域である、
    蓄電装置。
  2. 前記第１の温度センサは、前記配列方向において、前記両端に位置する発熱素子に挟まれた範囲の中心と重なる位置に配置される、
    請求項１に記載の蓄電装置。
  3. 前記第１の温度センサは、前記配列方向に直交する方向において、
    前記発熱素子の中心と重なる位置に配置される、
    請求項２に記載の蓄電装置。
  4. 前記第１の温度センサは、前記回路基板の中で最も温度が高くなり得るポイントに重なるように配置される、
    請求項１に記載の蓄電装置。
  5. 前記回路基板は、前記複数の発熱素子の配列方向において、前記第１の温度センサを配置可能な領域を複数有し、
    前記第１の温度センサは、前記複数の領域のうち、前記両端に位置する発熱素子に挟まれた範囲の中心に最も近い領域に配置される、
    請求項１に記載の蓄電装置。
  6. 前記回路基板は多層構造の基板であって、前記多層構造の内側の層に設けられ前記発熱素子と接続される配線を有しており、
    前記第１の温度センサは前記配線と重なる位置に配置される、
    請求項１から５のいずれか１項に記載の蓄電装置。
  7. 前記第１の温度センサは、前記回路基板において前記発熱素子が配列される面の裏側に配置される、
    請求項１から６のいずれか１項に記載の蓄電装置。
  8. 前記分離領域は前記回路基板を貫通する貫通孔領域を含む、
    請求項１から７のいずれか一項に記載の蓄電装置。
  9. 前記第２の温度センサは前記第２領域に設ける代わりに前記回路基板の外部に配置される請求項１から８のいずれか１項に記載の蓄電装置。
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