JP6728565B2

JP6728565B2 - スイッチ回路の制御方法、蓄電状態調整回路、蓄電状態調整装置及び蓄電池パック

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Publication number: JP6728565B2
Application number: JP2015024870A
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Inventors: 正巳高井; 晃中村
Original assignee: Ricoh Co Ltd
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Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2015-02-12
Publication date: 2020-07-22
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Description

本発明は、充放電可能な複数の蓄電装置の蓄電状態の調整に係るスイッチ回路の制御方法、蓄電状態調整回路、蓄電状態調整装置及び蓄電池パックに関する。

従来から、直列に接続された複数の二次電池（セル）を有する蓄電池パックでは、セルの電圧を調整して各セルのセル電圧の均一化を図る電子回路を有するものが知られている。セル電圧の均一化においては、セル間で電力の受け渡しを行わせるアクティブ方式が注目されている。

アクティブ方式の電子回路は、トランスと、トランスを駆動させるスイッチ素子とを有し、スイッチ素子がオンされている期間に一次側コイルに電力を蓄え、スイッチ素子がオフされたとき一次側コイルに蓄えた電力を二次側コイルに出力する。アクティブ方式の電子回路では、この動作を繰り返して二次側コイルに接続されたセルに電力を供給し、二次電池のセル電圧の均一化を図る（例えば特許文献１〜３）。

しかしながらアクティブ方式の電子回路では、トランスによるエネルギーの損失が大きい。

開示の技術は、上記事情に鑑みてこれを解決すべくなされたものであり、エネルギーの損失を低減させることを目的としている。

上記目的を達成すべく、以下の如き構成を採用した。

本発明は、コントローラによる、コイルにおけるエネルギーの蓄積と放出を切り替える第一のスイッチ部と、複数の蓄電装置と前記コイルとを導通又は遮断させる、前記複数の蓄電装置に対応した複数の第二のスイッチ部と、を有するスイッチ回路の制御方法であって、前記コントローラが、前記第一のスイッチ部を導通し、前記複数の第二のスイッチ部を遮断させる第一のステップと、前記第一のスイッチ部を遮断し、前記複数の第二のスイッチ部のうちいずれか１つの第二のスイッチ部を導通させる第二のステップと、を有し、前記第二のスイッチ部は、前記蓄電装置の正極と前記コイルの一端とを導通又は遮断させる第一のスイッチ素子と、前記蓄電装置の負極と前記コイルの他端とを導通又は遮断させる第二のスイッチ素子と、を有し、前記第一のスイッチ素子の一端と前記蓄電装置の正極側との第一の接続点の電位を一方の入力とし、前記第一のスイッチ素子の他端と前記コイルの一端との第二の接続点の電位を他方の入力とするコンパレータにより、前記第一の接続点の電位が、前記第二の接続点よりも高くなったことが検出されたとき、前記蓄電装置の正極と前記コイルの一端との接続が遮断される。

トランスによるエネルギーの損失を低減させることができる。

第一の実施形態の蓄電池パックを説明する図である。第一の実施形態の電流制限回路と論理回路を説明する図である。第一の実施形態の蓄電状態調整回路の動作を説明するタイミングチャートである。第二の実施形態の電流制限回路と論理回路を説明する図である。第二の実施形態の蓄電状態調整回路の動作を説明するタイミングチャートである。第三の実施形態の蓄電池パックを説明する図である。第三の実施形態の電流制限回路と論理回路を説明する図である。第三の実施形態の蓄電状態調整回路の動作を説明するタイミングチャートである。

以下に図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、第一の実施形態の蓄電池パックを説明する図である。

本実施形態の蓄電池パック１００は、Ｂ＋端子、Ｂ−端子、コイルＬ、蓄電状態調整回路１１０、組電池１２０、セル電圧検出回路１３０、コントローラ１４０を有する。

本実施形態の蓄電状態調整回路１１０は、組電池１２０に含まれる複数の二次電池のセル電圧の均一化を図り、各二次電池における電気の蓄積状態（すなわち蓄電状態）を調整する。

本実施形態の蓄電池パック１００は、Ｂ＋端子及びＢ−端子を介して接続された負荷に、組電池１２０に蓄電された電力を供給する。また本実施形態の蓄電池パック１００は、Ｂ＋端子及びＢ−端子を介して接続された充電器により、組電池１２０に含まれる二次電池を充電する。

本実施形態の蓄電状態調整回路１１０は、スイッチ素子ＳＬ、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ４１、Ｓ４２、電流制限回路１１１を有する。本実施形態の蓄電状態調整回路１１０が有する各スイッチ素子は、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等の半導体スイッチ素子等である。

本実施形態の組電池１２０は、二次電池Ｂ１、二次電池Ｂ２、二次電池Ｂ３、二次電池Ｂ４を含む。本実施形態の二次電池Ｂ１〜Ｂ４は、充放電が可能な蓄電手段であり、Ｂ＋端子とＢ−端子との間で直列に接続されている。

尚、本実施形態では、組電池１２０は４つの二次電池Ｂ１〜Ｂ４を有するものとしたが、これに限定されない。本実施形態の二次電池Ｂ１〜Ｂ４は、例えば電気二重層キャパシタ等の蓄電池とすることもできる。また、本実施形態では、組電池１２０が有する二次電池は４つとしたが、これに限定されない。本実施形態の組電池１２０が有する二次電池の数は、２つ以上であれば良く、任意の数であって良い。

本実施形態のセル電圧検出回路１３０は、二次電池Ｂ１〜Ｂ４のそれぞれのセル電圧を検出し、検出したセル電圧をコントローラ１４０へ出力する。

本実施形態のコントローラ１４０は、コイルＬに対するコイル電流ＩＬの供給と遮断を制御する。また本実施形態のコントローラ１４０は、二次電池Ｂ１〜Ｂ４において最もセル電圧の低い二次電池を選択し、選択された二次電池に対しコイルＬに蓄えられた電力を放電し、供給する。

より具体的にはコントローラ１４０は、コイルＬをＢ＋端子とＢ−端子との間に接続させてコイル電流ＩＬに供給させ、コイル電流ＩＬが所定値以上になると、コイルＬに対するコイル電流ＩＬの供給を遮断し、コイルＬに最もセル電圧の低い二次電池を接続させる。尚、本実施形態のコントローラ１４０は、コイルＬにコイル電流ＩＬが供給されているとき、コイルＬに接続される二次電池を検出しても良い。

本実施形態の二次電池Ｂ１〜Ｂ４は、直列に接続されており、二次電池Ｂ１の正極がＢ＋端子と接続され、二次電池Ｂ４の負極がＢ−端子と接続されている。

また二次電池Ｂ１の正極は、スイッチ素子ＳＬの一端と接続されている。スイッチ素子ＳＬの他端は、コイルＬの一端と接続されている。図１では、コイルＬとスイッチ素子ＳＬとの接続点を接続点Ｌａとする。

コイルＬの他端は、電流制限回路１１１の一端と接続されている。図１では、コイルＬと電流制限回路１１１の一端との接続点を接続点Ｌｂとする。電流制限回路１１１の他端は、Ｂ−端子及び二次電池Ｂ４の負極と接続されている。電流制限回路１１１の詳細は後述する。

本実施形態において、スイッチ素子Ｓ１１の一端は、二次電池Ｂ１の正極に接続されている。同様に、スイッチ素子Ｓ２１の一端は二次電池Ｂ２の正極に、スイッチ素子Ｓ３１の一端は二次電池Ｂ３の正極に、スイッチ素子Ｓ４１の一端は二次電池Ｂ４の正極に、それぞれ接続されている。スイッチ素子Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１、Ｓ４１の他端は、接続点Ｌｂに接続されている。

本実施形態において、スイッチ素子Ｓ１２の一端は、二次電池Ｂ１の負極に接続されている。同様に、スイッチ素子Ｓ２２の一端は二次電池Ｂ２の負極に、スイッチ素子Ｓ３２の一端は二次電池Ｂ３の負極に、スイッチ素子Ｓ４２の一端は二次電池Ｂ４の負極に、それぞれ接続されている。スイッチ素子Ｓ１２、Ｓ２２、Ｓ３２、Ｓ４２の他端は、接続点Ｌａと接続されている。

すなわち本実施形態のスイッチ素子Ｓ１１、Ｓ１２は、二次電池Ｂ１と対応して設けられており、二次電池Ｂ１とコイルＬとの接続／遮断を制御するスイッチ部である。またスイッチ素子Ｓ２１、Ｓ２２は、二次電池Ｂ２と対応して設けられており、二次電池Ｂ２とコイルＬとの接続／遮断を制御するスイッチ部である。スイッチ素子Ｓ３１、Ｓ３２は、二次電池Ｂ３と対応して設けられており、二次電池Ｂ３とコイルＬとの接続／遮断を制御するスイッチ部である。スイッチ素子Ｓ４１、Ｓ４２は、二次電池Ｂ４と対応して設けられており、二次電池Ｂ４とコイルＬとの接続／遮断を制御するスイッチ部である。

本実施形態のセル電圧検出回路１３０とコントローラ１４０とは、Ｂ＋端子とＢ−端子との間に接続されている。

本実施形態のコントローラ１４０は、論理回路２１０、２２０、２３０、２４０を有する。また本実施形態のコントローラ１４０は、最低電圧検出部１４１、クロック生成部１４２を有する。

本実施形態の論理回路２１０は、二次電池Ｂ１と対応しており、二次電池Ｂ１に対するコイルＬからの電力の供給／遮断を制御する。本実施形態の論理回路２２０は、二次電池Ｂ２と対応しており、二次電池Ｂ２に対するコイルＬからの電力の供給／遮断を制御する。論理回路２３０は、二次電池Ｂ３と対応しており、二次電池Ｂ３に対するコイルＬからの電力の供給／遮断を制御する。論理回路２４０は、二次電池Ｂ４と対応しており、二次電池Ｂ４に対するコイルＬからの電力の供給／遮断を制御する。

本実施形態の最低電圧検出部１４１は、セル電圧検出回路１３０の出力から、二次電池Ｂ１〜Ｂ４において最もセル電圧が低い二次電池を検出し、各論理回路に検出結果を通知する。

具体的には最低電圧検出部１４１は、論理回路２１０、２２０、２３０、２４０に対して、予めローレベル（以下、Ｌレベル）の選択通知信号を供給しておく。そして最低電圧検出部１４１は、最低電圧の二次電池を検出すると、この二次電池に対応する論理回路に供給される選択通知信号をハイレベル（以下、Ｈレベル）に反転させても良い。

本実施形態のクロック生成部１４２は、論理回路２１０、２２０、２３０、２４０に供給されるクロック信号ＣＬＫを生成する。本実施形態のクロック生成部１４２は、最低電圧検出部１４１により検出された二次電池に対応する論理回路にのみ、所定周期のクロック信号ＣＬＫを供給し、それ以外の論理回路に供給するクロック信号ＣＬＫは信号のレベルを固定しても良い。

論理回路２１０は、スイッチ素子ＳＬと、電流制限回路１１１に含まれるスイッチ素子ＳＣＬとを制御する制御信号ＳＧ１の元となる信号ＳＧ１′と、スイッチ素子Ｓ１１を制御する制御信号ＳＧ１１と、スイッチ素子Ｓ１２を制御する制御信号ＳＧ１２とを生成する。論理回路２２０は、信号ＳＧ１′と、スイッチ素子Ｓ２１を制御する制御信号と、スイッチ素子Ｓ２２を制御する制御信号を生成する。論理回路２３０は、信号ＳＧ１′と、スイッチ素子Ｓ３１を制御する制御信号と、スイッチ素子Ｓ３２を制御する制御信号とを生成する。論理回路２４０は、信号ＳＧ１′と、スイッチ素子Ｓ４１を制御する制御信号と、スイッチ素子Ｓ４２を制御する制御信号とを生成する。

本実施形態のコントローラ１４０は、論理回路２１０、２２０、２３０、２４０のそれぞれにおいて生成された信号ＳＧ１′を入力とするＯＲ回路を有しており、このＯＲ回路の出力信号が、制御信号ＳＧ１となる。

尚、図１では、論理回路２１０とスイッチ素子ＳＬ、電流制限回路１１１、スイッチ素子Ｓ１１及びＳ１２との接続についてのみ示した。本実施形態の蓄電池パック１００では、論理回路２２０とスイッチ素子ＳＬ、電流制限回路１１１、スイッチ素子Ｓ２１及びＳ２２との接続、論理回路２３０とスイッチ素子ＳＬ、電流制限回路１１１、スイッチ素子Ｓ３１及びＳ３２との接続、論理回路２４０とスイッチ素子ＳＬ、電流制限回路１１１、スイッチ素子Ｓ４１及びＳ４２との接続は、論理回路２１０とスイッチ素子ＳＬ、電流制限回路１１１、スイッチ素子Ｓ１１及びＳ１２の接続と同様である。本実施形態の論理回路２１０、２２０、２３０、２４０の詳細は後述する。

以上のように本実施形態において、コントローラ１４０は、セル電圧が最も低い二次電池を検出し、蓄電状態調整回路１１０に対し、検出された二次電池とコイルＬとを接続させる制御信号を出力する。蓄電状態調整回路１１０は、制御信号に基づき各スイッチ素子を動作させる。本実施形態では、この蓄電状態調整回路１１０の動作により、最もセル電圧が低い二次電池にコイルＬに蓄えられた電力が供給され、二次電池Ｂ１〜Ｂ４における蓄電状態が調整される。

次に、図２を参照して本実施形態の電流制限回路１１１と、論理回路２１０、２２０、２３０、２４０について説明する。

図２は、第一の実施形態の電流制限回路と論理回路を説明する図である。本実施形態の論理回路２１０、２２０、２３０、２４０は、それぞれが同一の構成を有するため、図２では論理回路２１０を一例として示す。尚、図２に示す論理回路２１０は、後述する図３のタイミングチャートに示す動作を実現するための回路の一例である。論理回路２１０は、図３のタイミングチャートに示す動作を実現させる構成を有していれば良い。

本実施形態の電流制限回路１１１は、スイッチ素子ＳＣＬ、抵抗Ｒ、コンパレータ１１２、基準電圧生成部１１３を有する。

スイッチ素子ＳＣＬは、一端が接続点Ｌｂと接続され、他端がコンパレータ１１２の反転入力端子と抵抗Ｒの一端との接続点Ｐ１と接続されている。本実施形態のスイッチ素子ＳＬ及びＳＣＬは、論理回路２１０から出力される制御信号ＳＧ１によりオン／オフが制御される。すなわち本実施形態のスイッチ素子ＳＬ及びＳＣＬは、二次電池Ｂ１〜Ｂ４とコイルＬとの直列の接続／遮断を制御するスイッチ部である。言い換えれば、本実施形態のスイッチ素子ＳＬ及びＳＣＬは、コイルＬに対するエネルギーの蓄積と放出を切り替えるスイッチ部である。抵抗Ｒの他端は、基準電圧生成部１１３の負極とＢ−端子との接続点Ｐ２と接続されている。

基準電圧生成部１１３は、基準電圧Ｖｒｅｆを生成しており、正極がコンパレータ１１２の非反転入力端子と接続されている。コンパレータ１１２の出力端子は、後述するＮＡＮＤ回路２１７の一方の入力端子と接続されている。

本実施形態の論理回路２１０は、ＡＮＤ回路２１１、２１２、２１３、ＮＯＴ回路２１４、コンパレータ２１５を有する。また、本実施形態の論理回路２１０は、ＮＯＴ回路２１６、ＮＡＮＤ回路２１７、２１８を有する。

ＡＮＤ回路２１１は、一方の入力にＮＯＴ回路２１６の出力信号が供給され、他方の入力にクロック生成部１４２から出力されるクロック信号ＣＬＫが供給される。ＡＮＤ回路２１１の出力信号は、ＮＯＴ回路２１４に供給される。またＡＮＤ回路２１１の出力信号は、信号ＳＧ１′としてコントローラ１４０内のＯＲ回路へ入力される。そしてＯＲ回路の出力信号が、制御信号ＳＧ１として、スイッチ素子ＳＬ及びＳＣＬに供給される。

ＮＯＴ回路２１４の出力信号は、ＡＮＤ回路２１２の一方の入力へ供給される。ＡＮＤ回路２１２の他方の入力には、最低電圧検出部１４１から出力される選択通知信号ＳＬＥが供給される。

ＡＮＤ回路２１２の出力信号は、スイッチ素子Ｓ１２のオン／オフを制御する制御信号ＳＧ１２として、スイッチ素子Ｓ１２に供給される。また、ＡＮＤ回路２１２の出力信号は、ＡＮＤ回路２１３の一方の入力に供給される。ＡＮＤ回路２１３の他方の入力には、コンパレータ２１５の出力信号が供給される。

ＡＮＤ回路２１３の出力信号は、スイッチ素子Ｓ１１のオン／オフを制御する制御信号ＳＧ１１として、スイッチ素子Ｓ１１に供給される。

コンパレータ２１５の反転入力端子は、スイッチ素子Ｓ１１における二次電池Ｂ１側の一端と接続されている。コンパレータ２１５の反転入力端子と、スイッチ素子Ｓ１１の一端との接続点は、Ｐ３とする。

コンパレータ２１５の非反転入力端子は、スイッチ素子Ｓ１１におけるコイルＬ側の他端と接続されている。コンパレータ２１５の非反転入力端子と、スイッチ素子Ｓ１１の他端との接続点は、Ｐ４とする。

本実施形態のＮＡＮＤ回路２１７とＮＡＮＤ回路２１８とは、フリップフロップを形成している。ＮＡＮＤ回路２１７の一方の入力には、コンパレータ１１２の出力信号が供給され、ＮＡＮＤ回路２１７の他方の入力には、ＮＡＮＤ回路２１８の出力信号が供給される。ＮＡＮＤ回路２１８は、一方の入力にクロック生成部１４２から出力されるクロック信号ＣＬＫが供給され、他方の入力にＮＡＮＤ回路２１７の出力信号が供給される。ＮＡＮＤ回路２１７の出力信号は、ＮＯＴ回路２１６の入力に供給される。

以下に、図３を参照して本実施形態の蓄電状態調整回路１１０の動作について説明する。図３は、第一の実施形態の蓄電状態調整回路の動作を説明するタイミングチャートである。図３では、最低電圧検出部１４１により二次電池Ｂ１が検出され、論理回路２１０に対してＨレベルの選択通知信号が供給された際の蓄電状態調整回路１１０の動作を示している。

始めに、タイミングＴ１における蓄電状態調整回路１１０の動作を説明する。タイミングＴ１では、クロック信号ＣＬＫはＨレベルである。このタイミングＴ１において、接続点Ｐ１−Ｐ２間の電圧は、基準電圧Ｖｒｅｆに達していないため、コンパレータ１１２の出力信号もＨレベルである。よって、ＮＡＮＤ回路２１７の出力信号はＬレベルとなり、ＮＯＴ回路２１６の出力信号は、Ｈレベルとなる。

したがって、ＡＮＤ回路２１１の出力信号はＨレベルとなる。すなわち、タイミングＴ１において信号ＳＧ１′と制御信号ＳＧ１はＨレベルとなり、スイッチ素子ＳＬ及びＳＣＬはオンされ、コイルＬへコイル電流ＩＬの供給が開始される。

また、ＡＮＤ回路２１１の出力信号は、ＮＯＴ回路２１４を介してＬレベルに反転され、ＡＮＤ回路２１２の一方の入力に供給される。ＡＮＤ回路２１２の他方の入力には、Ｈレベルの選択通知信号が供給されている。よってＡＮＤ回路２１２の出力信号はＬレベルである。すなわち、タイミングＴ１において制御信号ＳＧ１２はＬレベルであり、スイッチ素子Ｓ１２はオフされる。

ＡＮＤ回路２１２のＬレベルの出力信号は、ＡＮＤ回路２１３の一方の入力に供給される。したがってＡＮＤ回路２１３の出力信号は、コンパレータ２１５の出力信号のレベルに関わらず、Ｌレベルとなる。すなわち、タイミングＴ１において制御信号ＳＧ１１はＬレベルであり、スイッチ素子Ｓ１１はオフされる。

以上のように本実施形態の蓄電状態調整回路１１０は、タイミングＴ１においてスイッチ素子ＳＬ及びＳＣＬがオンされ、スイッチ素子Ｓ１１及びＳ１２がオフされる。

このため本実施形態において、コイルＬは、例えば蓄電池パック１００に充電器が接続されていない場合、タイミングＴ１において二次電池Ｂ１〜Ｂ４と直列に接続される。この場合、コイルＬには、組電池１２０からコイル電流ＩＬが供給される。

したがって本実施形態では、蓄電池パック１００に負荷が接続された場合、また負荷にも充電器にも接続されていない場合でも、蓄電状態調整回路１１０を動作させ、二次電池Ｂ１〜Ｂ４のセル電圧の均一化を図ることができる。

また、コイルＬは、例えば蓄電池パック１００に充電器が接続されている場合、タイミングＴ１において両端がＢ＋端子及びＢ−端子を介して充電器と接続される。この場合、コイルＬには、充電器からコイル電流ＩＬが供給される。

次に、タイミングＴ２における蓄電状態調整回路１１０の動作を説明する。タイミングＴ２は、コイル電流ＩＬがコイルＬに供給され、接続点Ｐ１−Ｐ２間の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆに達したタイミングである。このタイミングＴ２において、コンパレータ１１２の出力信号は、ＨレベルからＬレベルへ反転する。したがってタイミングＴ２において、ＮＡＮＤ回路２１７の出力信号はＨレベルとなり、ＮＯＴ回路２１６の出力信号はＬレベルとなる。よって、ＡＮＤ回路２１１の出力信号はクロック信号ＣＬＫのレベルに関わらずＬレベルに反転する。

すなわち、タイミングＴ２において信号ＳＧ１′はＬレベルとなり制御信号ＳＧ１もＬレベルとなるため、スイッチ素子ＳＬ及びＳＣＬはオフされ、コイルＬに対するコイル電流ＩＬの供給が遮断される。尚、タイミングＴ２において、論理回路２２０、２３０、２４０から出力される信号ＳＧ１′は、全てＬレベルである。Ｈレベルの選択通知信号が供給された論理回路以外の論理回路（タイミングＴ２においては、論理回路２２０、２３０、２４０）の動作の詳細は後述する。

ＡＮＤ回路２１１の出力信号は、ＮＯＴ回路２１４を介してＨレベルに反転され、ＡＮＤ回路２１２の一方の入力に供給される。ＡＮＤ回路２１２の他方の入力には、Ｈレベルの選択通知信号が供給されるため、ＡＮＤ回路２１２の出力信号はＨレベルに反転する。すなわち、タイミングＴ２において制御信号ＳＧ１２はＨレベルとなり、スイッチ素子Ｓ１２はオンされる。

ＡＮＤ回路２１２のＨレベルの出力信号は、ＡＮＤ回路２１３の一方の入力に供給される。このとき接続点Ｐ４の電位は、コイルＬに電力が蓄えられているため、接続点Ｐ３の電位よりも高い。よってコンパレータ２１５の出力信号はＨレベルとなる。

したがってＡＮＤ回路２１３の出力信号は、ＬレベルからＨレベルに反転する。すなわち、タイミングＴ２において制御信号ＳＧ１１はＨレベルであり、スイッチ素子Ｓ１１はオンされる。

以上のように本実施形態の蓄電状態調整回路１１０は、タイミングＴ２においてスイッチ素子ＳＬ及びＳＣＬがオフされ、スイッチ素子Ｓ１１及びＳ１２がオンされる。本実施形態の蓄電状態調整回路１１０は、この動作により、最低電圧検出部１４１により検出された二次電池Ｂ１とコイルＬとを接続させ、コイルＬに蓄積された電力（エネルギー）を二次電池Ｂ１へ放電（放出）させる。

次に、タイミングＴ３における蓄電状態調整回路１１０の動作を説明する。タイミングＴ３は、コイルＬからの二次電池Ｂ１に対する放電が終了したタイミングである。本実施形態では、コイルＬの放電終了のタイミングを、接続点Ｐ３及び接続点Ｐ４の電位差により検出する。より具体的には、本実施形態では、コンパレータ２１５により接続点Ｐ３の電位と接続点Ｐ４の電位と比較する。そして蓄電状態調整回路１１０は、接続点Ｐ３の電位＞接続点Ｐ４の電位になったとき、コンパレータ２１５の出力信号によりスイッチ素子Ｓ１１をオフさせ、コイルＬと二次電池Ｂ１との接続を遮断する。本実施形態では、このようにスイッチ素子Ｓ１１を制御することで、二次電池Ｂ１からコイルＬに対してエネルギーが逆流することを防止できる。

タイミングＴ３において、コイルＬからの二次電池Ｂ１に対する放電により接続点Ｐ３の電位が接続点Ｐ４の電位より大きくなると、コンパレータ２１５の出力信号は、ＨレベルからＬレベルへ反転する。したがってＡＮＤ回路２１３の出力信号は、ＨレベルからＬレベルへ反転する。すなわち、タイミングＴ３において制御信号ＳＧ１１はＬレベルであり、スイッチ素子Ｓ１１はオフされ、コイルＬと二次電池Ｂ１との接続が遮断される。

以上のように本実施形態の蓄電状態調整回路１１０は、タイミングＴ２からタイミングＴ３においてコイルＬに蓄えられ電力が二次電池Ｂ１へ供給され、二次電池Ｂ１の充電が行われる。

尚、本実施形態では、タイミングＴ３においてスイッチ素子ＳＬ及びＳＣＬはオフのままであり、スイッチ素子Ｓ１２はオンのままである。本実施形態において、制御信号ＳＧ１をＨレベルに反転させるタイミング（スイッチ素子ＳＬ及びＳＣＬをオンさせるタイミング）は、クロック信号ＣＬＫにより決められる。

また、本実施形態において、制御信号ＳＧ１と制御信号ＳＧ１２とは、逆相である。よって制御信号ＳＧ１２は、制御信号ＳＧ１がＬレベルからＨレベルに反転するタイミングと同期して、ＨレベルからＬレベルへ反転する。すなわちスイッチ素子Ｓ１２は、スイッチ素子ＳＬ及びＳＣＬがオンされるタイミングと同期してオフされる。

タイミングＴ４において、クロック信号ＣＬＫがＨレベルになると、タイミングＴ１と同様にスイッチ素子ＳＬ及びＳＣＬがオンとなり、スイッチ素子Ｓ１２はオフとなる。尚、このときスイッチ素子Ｓ１１は、タイミングＴ３からオフのままである。

すなわち本実施形態の蓄電状態調整回路１１０は、タイミングＴ４において、タイミングＴ１と同様の状態となり、コイルＬに対してコイル電流ＩＬの供給が開始される。

本実施形態の最低電圧検出部１４１は、タイミングＴ３から次のクロック信号ＣＬＫが立ち上がるタイミングＴ４の間に、最もセル電圧が低い二次電池の検出を行っても良い。または最低電圧検出部１４１は、タイミングＴ３から、コイルＬに対するコイル電流ＩＬの供給が停止するタイミングＴ５の間に最もセル電圧が低い二次電池の検出を行っても良い。本実施形態の最低電圧検出部１４１は、例えば所定間隔毎に最もセル電圧の低い二次電池を検出すれば良い。

また、図３では、論理回路２１０に制御されるスイッチ素子ＳＬ及びＳＣＬとスイッチ素子Ｓ１１及びＳ１２の動作を説明し、論理回路２２０、２３０、２４０により制御されるその他のスイッチ素子の動作の説明を省略している。

図３の例では、論理回路２２０、２３０、２４０は、それぞれがスイッチ素子Ｓ２１及びＳ２２、スイッチ素子Ｓ３１及びＳ３２、スイッチ素子Ｓ４１及びＳ４２をオフさせておく。

そして、例えば図３におけるタイミングＴ３以降に最低電圧検出部１４１が二次電池Ｂ２を検出した場合、論理回路２２０は、上述した論理回路２１０動作と同様の動作を行う。すなわち論理回路２２０は、スイッチ素子ＳＬ及びＳＣＬと、スイッチ素子Ｓ２１及びＳ２２のオン／オフを制御し、二次電池Ｂ２にコイルＬに蓄えられた電力を放電させる。そして論理回路２１０、２３０、２４０は、それぞれがスイッチ素子Ｓ１１及びＳ１２、スイッチ素子Ｓ３１及びＳ３２、スイッチ素子Ｓ４１及びＳ４２をオフさせておく。

以下に、最低電圧検出部１４１により二次電池Ｂ１以外の二次電池が検出された場合の論理回路２１０の動作を説明する。

本実施形態の最低電圧検出部１４１は、検出された二次電池と対応する論理回路にＨレベルの選択通知信号ＳＬＥを供給し、検出された二次電池と対応する論理回路以外の論理回路に対して、Ｌレベルの選択通知信号ＳＬＥを供給する。

また本実施形態のクロック生成部１４２は、最低電圧検出部１４１により検出された二次電池と対応する論理回路以外の論理回路には、クロック信号ＣＬＫのレベルをＬレベルに固定して供給する。

したがって最低電圧検出部１４１が二次電池Ｂ１を検出しない場合、ＡＮＤ回路２１１の一方の入力に供給されるクロック信号ＣＬＫはＬレベルで固定され、ＡＮＤ回路２１１の出力信号も、Ｌレベルに固定される。よって信号ＳＧ１′もＬレベルに固定される。

またＡＮＤ回路２１２においても、一方の入力に供給される選択通知信号ＳＬＥはＬレベルに固定され、ＡＮＤ回路２１２の出力信号もＬレベルに固定される。よってＡＮＤ回路２１３の出力信号もＬレベルに固定され、制御信号ＳＧ１１及びＳＧ１２がＬレベルとなり、スイッチ素子Ｓ１１及びＳ１２はオフされる。

以上のように、本実施形態の蓄電状態調整回路１１０では、クロック信号ＣＬＫの立ち上がりに同期してスイッチ素子ＳＬ及びＳＣＬをオンさせ、コイルＬをＢ＋端子とＢ−端子の間に接続させてコイルＬに電力を蓄えさせる。そして本実施形態の蓄電状態調整回路１１０は、コイルＬに蓄えられた電力が一定値に達したら、セル電圧が最も低い二次電池がコイルＬと接続されるように、スイッチ素子Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ４１、Ｓ４２を動作させる。

すなわち本実施形態では、所定間隔毎に検出される最もセル電圧が低い二次電池とコイルＬとを接続させて閉ループを形成させ、この閉ループにおいてコイルＬに蓄えられた電力を二次電池へ供給し、二次電池を充電する。

本実施形態の蓄電状態調整回路１１０は、以上の動作により、複数の二次電池のうちセル電圧が最も低い二次電池にのみ充電を行い、蓄電状態を調整することができる。また、本実施形態の蓄電状態調整回路１１０は、１つのコイルで複数の二次電池の蓄電状態を調整することが可能となる。以上のように、本実施形態では、トランスタイプに比べて、小型化に大きく貢献することができ、特に扱う電圧が大きいほど、この効果は顕著である。また、トランスは、負荷がある場合はもちろんのこと、無負荷の状態でも損失があることは知られており、本実施形態では、このトランスによるエネルギーの損失を低減させることができる。

（第二の実施形態）
以下に図面を参照して本発明の第二の実施形態について説明する。本発明の第二の実施形態では、二次電池Ｂ１〜Ｂ４からコイルＬに対するエネルギーの逆流の防止にダイオードを用いる点が第一の実施形態と相違する。よって、以下の第二の実施形態の説明では、第一の実施形態との相違点についてのみ説明し、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。

図４は、第二の実施形態の電流制限回路と論理回路を説明する図である。

尚、本実施形態においてコントローラ１４０が有する各論理回路は、それぞれが同様の構成を有するため、図４では、４つの論理回路の例として、論理回路２１０Ａについて説明する。

本実施形態では、スイッチ素子Ｓ１１の一端と二次電池Ｂ１の正極との間にダイオードＤを設けた。尚、本実施形態の蓄電状態調整回路は、スイッチ素子Ｓ２１の一端と二次電池Ｂ２の正極との間、スイッチ素子Ｓ３１の一端と二次電池Ｂ３の正極との間、スイッチ素子Ｓ４１の一端と二次電池Ｂ４の正極との間にも、それぞれ図４に示す構成と同様にダイオードＤが設けられる。

本実施形態の論理回路２１０Ａは、ＡＮＤ回路２１１、２１２と、ＮＯＴ回路２１４とを有する。また、本実施形態の論理回路２１０Ａは、ＮＯＴ回路２１６、ＮＡＮＤ回路２１７、２１８を有する。本実施形態では、ＡＮＤ回路２１２の出力信号が、制御信号ＳＧ１１及び制御信号ＳＧ１２として、スイッチ素子Ｓ１１及びスイッチ素子Ｓ１２にそれぞれ供給される。

したがって本実施形態では、制御信号ＳＧ１１及び制御信号ＳＧ１２が制御信号ＳＧ１と逆相となる。

図５は、第二の実施形態の蓄電状態調整回路の動作を説明するタイミングチャートである。本実施形態では、図５に示すように、制御信号ＳＧ１１及び制御信号ＳＧ１２により制御されるスイッチ素子Ｓ１１及びＳ１２のオン／オフのタイミングは、制御信号ＳＧ１により制御されるスイッチ素子ＳＬ及びＳＣＬのオン／オフのタイミングを反転させたものとなる。

また本実施形態では、二次電池Ｂ１とダイオードＤとの接続点の電位がスイッチ素子Ｓ１１とダイオードＤとの接続点の電位よりも高くなったとき、ダイオードＤによりエネルギーの逆流が防止される。したがって本実施形態では、コイル電流ＩＬが負の値となることがない。

（第三の実施形態）
以下に図面を参照して本発明の第三の実施形態について説明する。本発明の第三の実施形態では、接続点ＬａとＢ−端子との間と、接続点ＬｂとＢ＋端子との間とに、それぞれダイオードを設けた点が第一の実施形態と相違する。よって、以下の第三の実施形態の説明では、第一の実施形態との相違点についてのみ説明し、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。

図６は、第三の実施形態の蓄電池パックを説明する図である。

本実施形態の蓄電池パック１００Ａは、Ｂ＋端子、Ｂ−端子、コイルＬ、蓄電状態調整回路１１０Ａ、組電池１２０、セル電圧検出回路１３０、コントローラ１４０Ａを有する。

本実施形態の蓄電池パック１００Ａは、Ｂ＋端子及びＢ−端子を介して接続された負荷に、組電池１２０に蓄電された電力を供給する。また、本実施形態の蓄電池パック１００Ａは、Ｂ＋端子及びＢ−端子を介して接続された充電器により、組電池１２０に含まれる二次電池を充電する。

本実施形態のスイッチ素子Ｓ１１の他端は、ダイオードＤ１のアノードと接続されている。ダイオードＤ１のカソードは、二次電池Ｂ１の正極及びＢ＋端子に接続されている。ダイオードＤ１のカソードと、Ｂ＋端子との接続点は、Ｐ５とする。また、本実施形態のスイッチ素子Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１、Ｓ４１の他端は、接続点Ｌｂに接続されている。

本実施形態において、スイッチ素子Ｓ１２の一端は、二次電池Ｂ１の負極に接続されている。同様に、スイッチ素子Ｓ２２の一端は二次電池Ｂ２の負極に、スイッチ素子Ｓ３２の一端は二次電池Ｂ３の負極に、スイッチ素子Ｓ４２の一端は二次電池Ｂ４の負極に、それぞれ接続されている。

また、本実施形態のスイッチ素子Ｓ４２の他端は、ダイオードＤ２のカソードと接続されている。ダイオードＤ２のアノードは、二次電池Ｂ４の負極及びＢ−端子に接続されている。また、本実施形態のスイッチ素子Ｓ１２、Ｓ２２、Ｓ３２、Ｓ４２の他端は、接続点Ｌａと接続されている。

本実施形態のコントローラ１４０Ａは、論理回路４１０、４２０、４３０、４４０を有する。また本実施形態のコントローラ１４０Ａは、最低電圧検出部１４１、クロック生成部１４２を有する。

本実施形態の論理回路４１０は、二次電池Ｂ１と対応しており、二次電池Ｂ１に対するコイルＬからの電力の供給／遮断を制御する。本実施形態の論理回路４２０は、二次電池Ｂ２と対応しており、二次電池Ｂ２に対するコイルＬからの電力の供給／遮断を制御する。論理回路４３０は、二次電池Ｂ３と対応しており、二次電池Ｂ３に対するコイルＬからの電力の供給／遮断を制御する。論理回路４４０は、二次電池Ｂ４と対応しており、二次電池Ｂ４に対するコイルＬからの電力の供給／遮断を制御する。

具体的には最低電圧検出部１４１は、論理回路４１０、４２０、４３０、４４０に対して、予めローレベル（以下、Ｌレベル）の選択通知信号を供給しておく。そして最低電圧検出部１４１は、最低電圧の二次電池を検出すると、この二次電池に対応する論理回路に供給される選択通知信号をハイレベル（以下、Ｈレベル）に反転させても良い。

本実施形態のクロック生成部１４２は、論理回路４１０、４２０、４３０、４４０に供給されるクロック信号ＣＬＫを生成する。本実施形態のクロック生成部１４２は、最低電圧検出部１４１により検出された二次電池に対応する論理回路にのみ、所定周期のクロック信号ＣＬＫを供給し、それ以外の論理回路に供給するクロック信号ＣＬＫは信号のレベルを固定しても良い。

論理回路４１０は、スイッチ素子ＳＬと、電流制限回路１１１に含まれるスイッチ素子ＳＣＬとを制御する制御信号ＳＧ１、ＳＧ２の元となる信号ＳＧ１′、ＳＧ２′と、スイッチ素子Ｓ１１を制御する制御信号ＳＧ１１と、スイッチ素子Ｓ１２を制御する制御信号ＳＧ１２とを生成する。論理回路４２０は、信号ＳＧ１′、ＳＧ２′と、スイッチ素子Ｓ２１を制御する制御信号と、スイッチ素子Ｓ２２を制御する制御信号を生成する。論理回路４３０は、信号ＳＧ１′、ＳＧ２′と、スイッチ素子Ｓ３１を制御する制御信号と、スイッチ素子Ｓ３２を制御する制御信号とを生成する。論理回路４４０は、信号ＳＧ１′、ＳＧ２′と、スイッチ素子Ｓ４１を制御する制御信号と、スイッチ素子Ｓ４２を制御する制御信号とを生成する。

本実施形態のコントローラ１４０は、論理回路４１０、４２０、４３０、４４０のそれぞれにおいて生成された信号ＳＧ１′、ＳＧ２′を入力とするＯＲ回路を有しており、このＯＲ回路の出力信号が、制御信号ＳＧ１、ＳＧ２となる。

尚、図６では、論理回路４１０とスイッチ素子ＳＬ、電流制限回路１１１、スイッチ素子Ｓ１１及びＳ１２との接続についてのみ示した。本実施形態の蓄電池パック１００Ａでは、論理回路４２０と、スイッチ素子ＳＬ、電流制限回路１１１、スイッチ素子Ｓ２１及びＳ２２との接続、論理回路４３０と、スイッチ素子ＳＬ、電流制限回路１１１、スイッチ素子Ｓ３１及びＳ３２との接続、論理回路４４０と、スイッチ素子ＳＬ、電流制限回路１１１、スイッチ素子Ｓ４１及びＳ４２との接続は、論理回路４１０とスイッチ素子ＳＬ、電流制限回路１１１、スイッチ素子Ｓ１１及びＳ１２の接続と同様である。本実施形態の論理回路４１０、４２０、４３０、４４０の詳細は後述する。

以上のように本実施形態において、コントローラ１４０Ａは、セル電圧が最も低い二次電池を検出し、蓄電状態調整回路１１０Ａに対し、検出された二次電池とコイルＬとを接続させる制御信号を出力する。蓄電状態調整回路１１０Ａは、制御信号に基づき各スイッチ素子を動作させる。本実施形態では、この蓄電状態調整回路１１０Ａの動作により、最もセル電圧が低い二次電池にコイルＬに蓄えられた電力が供給され、二次電池Ｂ１〜Ｂ４における蓄電状態が調整される。

また、本実施形態では、スイッチ素子Ｓ１１、Ｓ１２により二次電池Ｂ１とコイルＬとを接続させる際に、スイッチ素子Ｓ１１から先にオンさせる。本実施形態では、これにより、接続の切り替えの際に、二次電池Ｂ１の負極とＢ−端子とが先に接続されて二次電池Ｂ１からＢ−端子へ放電されることを防止する。さらに、本実施形態では、ダイオードＤ１、Ｄ２を設けることで、接続の切り替えの際に、コイルＬの両端がどこにも接続されていない状態となることを防止する。

したがって、本実施形態によれば、蓄電状態調整回路１１０Ａの動作を安定させ、二次電池Ｂ１〜Ｂ４の蓄電状態を調整することができる。

次に、図７を参照して本実施形態の電流制限回路１１１と、論理回路４１０、４２０、４３０、４４０について説明する。

図７は、第三の実施形態の電流制限回路と論理回路を説明する図である。本実施形態の論理回路４１０、４２０、４３０、４４０は、それぞれが同一の構成を有するため、図７では論理回路４１０を一例として示す。尚、図７に示す論理回路４１０は、後述する図８のタイミングチャートに示す動作を実現するための回路の一例である。論理回路４１０は、図８のタイミングチャートに示す動作を実現させる構成を有していれば良い。

スイッチ素子ＳＣＬは、一端が接続点Ｌｂと接続され、他端がコンパレータ１１２の反転入力端子と抵抗Ｒの一端との接続点Ｐ１と接続されている。本実施形態のスイッチ素子ＳＬ及びＳＣＬは、論理回路４１０から出力される制御信号ＳＧ１及びＳＧ２によりオン／オフが制御される。すなわち本実施形態のスイッチ素子ＳＬ及びＳＣＬは、二次電池Ｂ１〜Ｂ４とコイルＬとの直列の接続／遮断を制御するスイッチ部である。言い換えれば、本実施形態のスイッチ素子ＳＬ及びＳＣＬは、コイルＬに対するエネルギーの蓄積と放出を切り替えるスイッチ部である。抵抗Ｒの他端は、基準電圧生成部１１３の負極とＢ−端子との接続点Ｐ２と接続されている。

基準電圧生成部１１３は、基準電圧Ｖｒｅｆを生成しており、正極がコンパレータ１１２の非反転入力端子と接続されている。コンパレータ１１２の出力信号は、後述するＮＡＮＤ回路３２１の一方の入力に供給される。

本実施形態の論理回路４１０は、ＡＮＤ回路３１１、３１２、３１３、３１４、ＮＯＴ回路３１５、３１６、３１７、３１８、３１９、コンパレータ３２０、ＮＡＮＤ回路３２１、３２２を有する。

ＡＮＤ回路３１１は、一方の入力にクロック生成部１４２から出力されるクロック信号ＣＬＫが供給され、他方の入力にはＮＯＴ回路３１５の出力信号が供給される。ＡＮＤ回路３１１の出力信号は、ＮＯＴ回路３１６に供給される。また、ＡＮＤ回路３１１の出力信号は、ＡＮＤ回路３１４の一方の入力に供給される。

さらに、ＡＮＤ回路３１１の出力信号は、信号ＳＧ２′としてコントローラ１４０内のＯＲ回路へ入力される。そしてＯＲ回路の出力信号が、制御信号ＳＧ２として、スイッチ素子ＳＣＬに供給される。

ＮＯＴ回路３１６の出力信号は、ＡＮＤ回路３１２の一方の入力へ供給される。ＡＮＤ回路３１２の他方の入力には、最低電圧検出部１４１から出力される選択通知信号ＳＬＥが供給される。

ＡＮＤ回路３１２の出力信号は、ＮＯＴ回路３１８の入力へ供給される。ＮＯＴ回路３１８の出力信号は、ＮＯＴ回路３１９の入力へ供給される。ＮＯＴ回路３１９の出力信号は、スイッチ素子Ｓ１２のオン／オフを制御する制御信号ＳＧ１２として、スイッチ素子Ｓ１２に供給される。また、ＮＯＴ回路３１９の出力信号は、ＮＯＴ回路３１７の入力に供給される。尚、本実施形態のＮＯＴ回路３１８とＮＯＴ回路３１９は、遅延回路４００を構成している。

また、ＡＮＤ回路３１２の出力信号は、ＡＮＤ回路３１３の一方の入力に供給される。ＡＮＤ回路３１３の他方の入力には、コンパレータ３２０の出力信号が供給される。

ＡＮＤ回路３１３の出力信号は、スイッチ素子Ｓ１１のオン／オフを制御する制御信号ＳＧ１１として、スイッチ素子Ｓ１１に供給される。

コンパレータ３２０の反転入力端子は、スイッチ素子Ｓ１１の二次電池Ｂ１側の一端と接続されている。コンパレータ３２０の反転入力端子と、スイッチ素子Ｓ１１の一端との接続点をＰ３とする。

コンパレータ３２０の非反転入力端子は、スイッチ素子Ｓ１１におけるコイルＬ側の他端と接続されている。コンパレータ３２０の非反転入力端子と、スイッチ素子Ｓ１１の他端との接続点をＰ４とする。

本実施形態のＡＮＤ回路３１４の一方の入力には、ＡＮＤ回路３１１の出力信号である信号ＳＧ２′が供給される。ＡＮＤ回路３１４の他方の入力には、ＮＯＴ回路３１７の出力信号が供給される。ＡＮＤ回路３１４の出力信号は、信号ＳＧ１′としてコントローラ１４０内のＯＲ回路へ入力される。そしてＯＲ回路の出力信号が、制御信号ＳＧ１として、スイッチ素子ＳＬに供給される。

本実施形態のＮＡＮＤ回路３２１とＮＡＮＤ回路３２２とは、フリップフロップを形成している。ＮＡＮＤ回路３２１の一方の入力には、コンパレータ１１２の出力信号が供給され、ＮＡＮＤ回路３２１の他方の入力には、ＮＡＮＤ回路３２２の出力信号が供給される。ＮＡＮＤ回路３２２は、一方の入力にクロック生成部１４２から出力されるクロック信号ＣＬＫが供給され、他方の入力にＮＡＮＤ回路３２１の出力信号が供給される。ＮＡＮＤ回路３２１の出力信号は、ＮＯＴ回路３１５の入力に供給される。

以下に、図８を参照して本実施形態の蓄電状態調整回路１１０の動作について説明する。図８は、第三の実施形態の蓄電状態調整回路の動作を説明するタイミングチャートである。図８では、最低電圧検出部１４１により二次電池Ｂ１が検出され、論理回路４１０に対してＨレベルの選択通知信号が供給された際の蓄電状態調整回路１１０Ａの動作を示している。

始めに、タイミングＴ０における蓄電状態調整回路１１０Ａの動作を説明する。タイミングＴ１では、クロック信号ＣＬＫがＨレベルである。このタイミングＴ０において、接続点Ｐ１−Ｐ２間の電圧は、基準電圧Ｖｒｅｆに達していないため、コンパレータ１１２の出力信号はＨレベルである。よってＮＡＮＤ回路３２１の出力信号はＬレベル、ＮＯＴ回路３１５の出力信号はＨレベルとなる。ここでクロック信号ＣＬＫはＨレベルであるから、ＡＮＤ回路３１１の出力信号はＨレベルとなる。すなわち、タイミングＴ０において信号ＳＧ２′と制御信号ＳＧ２はＨレベルとなり、スイッチ素子ＳＣＬはオンされる。

また、タイミングＴ０において、ＮＯＴ回路３１６の出力信号はＬレベルとなるため、ＡＮＤ回路３１２の出力信号はＬレベルとなり、ＮＯＴ回路３１９の出力信号もＬレベルとなる。よって、ＮＯＴ回路３１７の出力信号はＨレベルとなり、ＡＮＤ回路３１４の出力信号は、Ｈレベルとなる。すなわち、タイミングＴ０において信号ＳＧ１′と制御信号ＳＧ１はＨレベルとなり、スイッチ素子ＳＬはオンされる。

このため本実施形態において、コイルＬは、例えば蓄電池パック１００Ａに充電器が接続されていない場合、タイミングＴ０において二次電池Ｂ１〜Ｂ４と直列に接続される。この場合、コイルＬには、組電池１２０からコイル電流ＩＬが供給される。

また、タイミングＴ０では、ＮＯＴ回路３１９の出力信号はＬレベルであるため、制御信号ＳＧ１２はＬレベルであり、スイッチ素子Ｓ１２はオフとなる。また、タイミングＴ０では、ＡＮＤ回路３１２の出力信号がＬレベルであるため、ＡＮＤ回路３１３の出力信号もＬレベルとなる。したがって、制御信号ＳＧ１１はＬレベルであり、スイッチ素子Ｓ１１はオフとなる。

次に、タイミングＴ１における蓄電状態調整回路１１０Ａの動作を説明する。タイミングＴ１において、接続点Ｐ１−Ｐ２間の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆに達し、コンパレータ１１２の出力信号がＨレベルからＬレベルへ反転する。すると、ＮＡＮＤ回路３２１の出力信号はＨレベル、ＮＯＴ回路３１５の出力信号はＬレベルとなる。よってＡＮＤ回路３１１の出力信号はＬレベルとなる。すなわち、タイミングＴ１において信号ＳＧ２′と制御信号ＳＧ２はＬレベルとなり、スイッチ素子ＳＣＬはオフされる。

次に、タイミングＴ２における蓄電状態調整回路１１０Ａの動作を説明する。タイミングＴ１において、ＡＮＤ回路３１１の出力信号は、ＨレベルからＬレベルへ反転する。このＡＮＤ回路３１１のＬレベルの出力信号は、ＡＮＤ回路３１４へ入力される。したがって、ＡＮＤ回路３１４の出力信号は、タイミングＴ２において、ＨレベルからＬレベルへ反転し、信号ＳＧ１′と制御信号ＳＧ１はＬレベルとなり、スイッチ素子ＳＬはオフされる。

本実施形態において、タイミングＴ１とタイミングＴ２の時間差は、コンパレータ１１２から出力された信号が、スイッチ素子ＳＣＬ及びスイッチ素子ＳＬに届くまでに通過するゲートの数の起因するものである。図７の例では、コンパレータ１１２の出力信号がスイッチ素子ＳＬに届くまでに通過するゲートの数は、ＮＡＮＤ回路３２１、ＮＯＴ回路３１５、ＡＮＤ回路３１１、３１４の４つである。同様に、コンパレータ１１２の出力信号がスイッチ素子ＳＣＬに届くまでに通過するゲートの数は、ＮＡＮＤ回路３２１、ＮＯＴ回路３１５、ＡＮＤ回路３１１の３つである。

したがって、本実施形態では、スイッチ素子ＳＣＬがオフされるタイミングＴ１から、スイッチ素子ＳＬがオフされるタイミングＴ２までの時間は、コンパレータの出力信号がＡＮＤ回路３１４を通過するのにかかる時間である。

本実施形態では、タイミングＴ２において、スイッチ素子ＳＬ及びＳＣＬの両方がオフされる。また、タイミングＴ２において、スイッチ素子Ｓ１１及びＳ１２もオフされている。

このとき、コイルＬの一端（接続点Ｌｂ側）は、ダイオードＤ１を介してＢ＋端子（二次電池Ｂ１の正極）に接続され、コイルＬの他端（接続点Ｌａ側）は、ダイオードＤ２を介してＢ−端子（二次電池Ｂ４の負極）と接続される。したがって、本実施形態では、スイッチ素子ＳＬ及びＳＣＬがオフであり、且つスイッチ素子Ｓ１１及びＳ１２がオフの状態であっても、コイルＬの両端の電位が固定される。よって、本実施形態によれば、コイルＬがどこにも接続されていない状態となることがなく、蓄電状態調整回路１１０Ａの動作を安定させることができる。

次に、タイミングＴ３における蓄電状態調整回路１１０Ａの動作を説明する。タイミングＴ１において、ＡＮＤ回路３１１の出力信号がＨレベルからＬレベルに反転すると、ＮＯＴ回路３１６の出力信号がＬレベルからＨレベルへ反転する。したがって、ＡＮＤ回路３１２の出力信号はＬレベルからＨレベルへ反転する。

ＡＮＤ回路３１２のＨレベルの出力信号は、ＡＮＤ回路３１３の一方の入力に供給される。このとき接続点Ｐ４の電位は、コイルＬに電力が蓄えられているため、接続点Ｐ３の電位よりも高い。よってコンパレータ３２０の出力信号はＨレベルとなる。

したがって、ＡＮＤ回路３１３の出力信号は、ＬレベルからＨレベルに反転する。すなわち、タイミングＴ３において制御信号ＳＧ１１はＨレベルとなり、スイッチ素子Ｓ１１はオンされる。

尚、タイミングＴ２とタイミングＴ３の時間差は、例えばＡＮＤ回路３１１の出力信号が通過するゲートの数のちがいにより生じる。ＡＮＤ回路３１１の出力信号がスイッチ素子ＳＬに到達するまでに通過するゲートは、ＡＮＤ回路３１４であり、その数は１つである。また、ＡＮＤ回路３１１の出力信号がスイッチ素子Ｓ１１に到達するまでに通過するゲートは、ＮＯＴ回路３１６、ＡＮＤ回路３１２、３１３であり、その数は３つである。

タイミングＴ２とタイミングＴ３の間の時間差は、このゲートの数の差に相当するものである。

次に、タイミングＴ４における蓄電状態調整回路１１０Ａの動作を説明する。ＡＮＤ回路３１２の出力信号がＬレベルからＨレベルへ反転すると、この出力信号は、ＮＯＴ回路３１８、３１９を介してスイッチ素子Ｓ１２へ供給される。したがって、タイミングＴ４において、制御信号ＳＧ１２はＨレベルとなり、スイッチ素子Ｓ１２はオンされる。

以上のように本実施形態の蓄電状態調整回路１１０Ａは、タイミングＴ４において、最低電圧検出部１４１により検出された二次電池Ｂ１をコイルＬと接続させ、コイルＬに蓄積された電力（エネルギー）を二次電池Ｂ１へ放電（放出）させる。

ここで、本実施形態のＮＯＴ回路３１８、３１９により構成される遅延回路４００について説明する。

本実施形態では、ＡＮＤ回路３１２の出力信号がスイッチ素子Ｓ１１に到達するまでのゲートは、ＡＮＤ回路３１３のみである。したがって、本実施形態では、ＡＮＤ回路３１２の出力信号がスイッチ素子Ｓ１２に到達するまでに、少なくとも２つ以上のゲートを通過するように、遅延回路４００を設けた。

本実施形態では、ＡＮＤ回路３１２とスイッチ素子Ｓ１２との間にあるゲートの数を、ＡＮＤ回路３１２とスイッチ素子Ｓ１１との間にあるゲートの数よりも多くすることで、スイッチ素子Ｓ１２がスイッチ素子Ｓ１１よりも後にオンされるようにした。

本実施形態では、このようにスイッチ素子Ｓ１１及びＳ１２をオンさせるタイミングを制御することで、コイルＬを二次電池Ｂ１に接続させる際に、コイルＬの接続点Ｌｂ側の一端を他端よりも先に二次電池Ｂ１の正極に接続させることができる。

したがって、本実施形態では、例えば、コイルＬを二次電池Ｂ１と接続させる際に、コイルＬの接続点Ｌａ側の一端が先に二次電池Ｂ１の負極に接続され、二次電池Ｂ１からＢ−端子に向かって放電されることを防止できる。

蓄電状態調整回路１１０Ａにおいて、コイルＬの接続点Ｌａ側の一端が先に二次電池Ｂ１の負極に接続された場合、二次電池Ｂ１の負極（二次電池Ｂ２の正極）は、スイッチ素子Ｓ１２、コイルＬ、ダイオードＤ１を経由して、接続点Ｐ５に接続され、二次電池Ｂ１〜Ｂ４を介してＢ−端子と接続される。このため、コイルＬに蓄積された電力は、二次電池Ｂ１以外の、二次電池Ｂ２〜Ｂ４に対しても供給されることになる。言い換えれば、コイルＬから二次電池Ｂ１に対して放電された電力は、スイッチ素子Ｓ１１がオンされるまで、二次電池Ｂ１から二次電池Ｂ２〜Ｂ４に向かって放電される。

本実施形態では、コイルＬの接続点Ｌｂ側の一端を他端よりも先に二次電池Ｂ１の正極に接続させることで、上述した放電が生じることを防止し、これから充電を行う二次電池Ｂ１において、充電前の電力の損失を低減させることができる。

また、本実施形態では、コイルＬの接続点Ｌａ側の一端が先に二次電池Ｂ２の負極に接続されることで、コンパレータ３２０の非反転入力端子の電位（接続点Ｐ４の電位）が、コンパレータ３２０の耐圧を超える高電位となることを防止できる。

次に、タイミングＴ５における蓄電状態調整回路１１０Ａの動作を説明する。タイミングＴ５では、コイルＬからの二次電池Ｂ１に対する放電が終了したタイミングである。本実施形態では、コイルＬの放電終了のタイミングを、接続点Ｐ３及び接続点Ｐ４の電位差により検出する。より具体的には、本実施形態では、コンパレータ３２０により接続点Ｐ３の電位と接続点Ｐ４の電位と比較する。そして蓄電状態調整回路１１０は、接続点Ｐ３の電位＞接続点Ｐ４の電位になったとき、コンパレータ３２０の出力信号によりスイッチ素子Ｓ１１をオフさせ、コイルＬと二次電池Ｂ１との接続を遮断する。本実施形態では、このようにスイッチ素子Ｓ１１を制御することで、二次電池Ｂ１からコイルＬに対してエネルギーが逆流することを防止できる。

タイミングＴ５において、コイルＬからの二次電池Ｂ１に対する放電により接続点Ｐ３の電位が接続点Ｐ４の電位より大きくなると、コンパレータ３２０の出力信号は、ＨレベルからＬレベルへ反転する。したがってＡＮＤ回路３１３の出力信号は、ＨレベルからＬレベルへ反転する。すなわち、タイミングＴ５において制御信号ＳＧ１１はＬレベルとなり、スイッチ素子Ｓ１１はオフされ、コイルＬと二次電池Ｂ１との接続が遮断される。

以上のように本実施形態の蓄電状態調整回路１１０Ａは、タイミングＴ４からタイミングＴ５においてコイルＬに蓄えられ電力を二次電池Ｂ１へ供給し、二次電池Ｂ１の充電を行う。

尚、本実施形態では、タイミングＴ５においてスイッチ素子ＳＬ及びＳＣＬはオフのままであり、スイッチ素子Ｓ１２はオンのままである。本実施形態において、制御信号ＳＧ１及びＳＧ２をＨレベルに反転させるタイミング（スイッチ素子ＳＬ及びＳＣＬをオンさせるタイミング）は、クロック信号ＣＬＫにより決められる。

タイミングＴ５では、コイルＬから二次電池Ｂ１への放電（すなわち二次電池Ｂ１の充電）が終了しているため、スイッチ素子Ｓ１１がスイッチ素子Ｓ１２よりも先にオフされても良い。

次に、タイミングＴ６において、クロック信号ＣＬＫがＨレベルになると、まずタイミングＴ７において、信号ＳＧ２′及び制御信号ＳＧ２はＨレベルとなり、スイッチ素子ＳＣＬはオンとなる。続いてタイミングＴ８において、制御信号ＳＧ１２がＬレベルとなり、スイッチ素子Ｓ１２がオフされる。続いてタイミングＴ９において、信号ＳＧ１′及び制御信号ＳＧ１はＨレベルとなり、スイッチ素子ＳＬはオンとなる。

尚、タイミングＴ７とタイミングＴ８との時間差は、ＡＮＤ回路３１１の出力端子とスイッチ素子Ｓ１２との間に接続されたゲートの数と、ＡＮＤ回路３１１の出力端子とスイッチ素子ＳＬとの間に接続されたゲートの数の差分に応じたものである。

本実施形態の蓄電状態調整回路１１０Ａは、タイミングＴ９において、タイミングＴ０と同様の状態となり、コイルＬに対してコイル電流ＩＬの供給が開始される。

本実施形態の最低電圧検出部１４１は、タイミングＴ５から次のクロック信号ＣＬＫが立ち上がるタイミングＴ６の間に、最もセル電圧が低い二次電池の検出を行っても良い。または最低電圧検出部１４１は、タイミングＴ５から、コイルＬに対するコイル電流ＩＬの供給が停止するタイミングＴ１０の間に最もセル電圧が低い二次電池の検出を行っても良い。本実施形態の最低電圧検出部１４１は、例えば所定間隔毎に最もセル電圧の低い二次電池を検出すれば良い。

また、図８では、論理回路４１０に制御されるスイッチ素子ＳＬ及びＳＣＬとスイッチ素子Ｓ１１及びＳ１２の動作を説明し、論理回路４２０、４３０、４４０により制御されるその他のスイッチ素子の動作の説明を省略している。

図８の例では、論理回路４２０、４３０、４４０は、それぞれがスイッチ素子Ｓ２１及びＳ２２、スイッチ素子Ｓ３１及びＳ３２、スイッチ素子Ｓ４１及びＳ４２をオフさせておく。

そして、例えば図８におけるタイミングＴ５以降に最低電圧検出部１４１が二次電池Ｂ２を検出した場合、論理回路４２０は、上述した論理回路４１０の動作と同様の動作を行う。すなわち論理回路４２０は、スイッチ素子ＳＬ及びＳＣＬと、スイッチ素子Ｓ２１及びＳ２２のオン／オフを制御し、二次電池Ｂ２にコイルＬに蓄えられた電力を放電させる。そして論理回路４１０、４３０、４４０は、それぞれがスイッチ素子Ｓ１１及びＳ１２、スイッチ素子Ｓ３１及びＳ３２、スイッチ素子Ｓ４１及びＳ４２をオフさせておく。

以下に、最低電圧検出部１４１により二次電池Ｂ１以外の二次電池が検出された場合の論理回路４１０の動作を説明する。

したがって最低電圧検出部１４１が二次電池Ｂ１を検出しない場合、ＡＮＤ回路３１１の一方の入力に供給されるクロック信号ＣＬＫはＬレベルで固定され、ＡＮＤ回路３１１の出力信号も、Ｌレベルに固定される。よって信号ＳＧ１′及び信号ＳＧ２′もＬレベルに固定される。

また、ＡＮＤ回路３１２においても、一方の入力に供給される選択通知信号ＳＬＥはＬレベルに固定され、ＡＮＤ回路３１２の出力信号もＬレベルに固定される。よってＡＮＤ回路３１３の出力信号もＬレベルに固定され、制御信号ＳＧ１１及びＳＧ１２がＬレベルとなり、スイッチ素子Ｓ１１及びＳ１２はオフされる。

以上のように、本実施形態の蓄電状態調整回路１１０Ａでは、クロック信号ＣＬＫの立ち上がりを検知してスイッチ素子ＳＬ及びＳＣＬをオンさせ、コイルＬをＢ＋端子とＢ−端子の間に接続させてコイルＬに電力を蓄えさせる。そして本実施形態の蓄電状態調整回路１１０は、コイルＬに蓄えられた電力が一定値に達したら、セル電圧が最も低い二次電池がコイルＬと接続されるように、スイッチ素子Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ４１、Ｓ４２を動作させる。

本実施形態の蓄電状態調整回路１１０Ａは、以上の動作により、複数の二次電池のうちセル電圧が最も低い二次電池にのみ充電を行い、蓄電状態を調整することができる。また、本実施形態の蓄電状態調整回路１１０Ａは、１つのコイルで複数の二次電池の蓄電状態を調整することが可能となる。以上のように、本実施形態では、トランスタイプに比べて、小型化に大きく貢献することができ、特に扱う電圧が大きいほど、この効果は顕著である。また、トランスは、負荷がある場合はもちろんのこと、無負荷の状態でも損失があることは知られており、本実施形態では、このトランスによるエネルギーの損失を低減させることができる。

以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１００、１００Ａ蓄電池パック
１１０、１１０Ａ蓄電状態調整回路
１２０組電池
１３０セル電圧検出回路
１４０、１４０Ａコントローラ
１４１最低電圧検出部
１４２クロック生成部
２１０、２２０、２３０、２４０、２１０Ａ、４１０、４２０、４３０、４４０論理回路

特開２００２−２２３５２８号公報特開２０１１−８３１８２号公報特開２０１３−１３２６８号公報

Claims

コントローラによる、
コイルにおけるエネルギーの蓄積と放出を切り替える第一のスイッチ部と、
複数の蓄電装置と前記コイルとを導通又は遮断させる、前記複数の蓄電装置に対応した複数の第二のスイッチ部と、を有するスイッチ回路の制御方法であって、
前記コントローラが、
前記第一のスイッチ部を導通し、前記複数の第二のスイッチ部を遮断させる第一のステップと、
前記第一のスイッチ部を遮断し、前記複数の第二のスイッチ部のうちいずれか１つの第二のスイッチ部を導通させる第二のステップと、を有し、
前記第二のスイッチ部は、
前記蓄電装置の正極と前記コイルの一端とを導通又は遮断させる第一のスイッチ素子と、
前記蓄電装置の負極と前記コイルの他端とを導通又は遮断させる第二のスイッチ素子と、
を有し、
前記第一のスイッチ素子の一端と前記蓄電装置の正極側との第一の接続点の電位を一方の入力とし、前記第一のスイッチ素子の他端と前記コイルの一端との第二の接続点の電位を他方の入力とするコンパレータにより、前記第一の接続点の電位が、前記第二の接続点よりも高くなったことが検出されたとき、前記蓄電装置の正極と前記コイルの一端との接続が遮断されることを特徴とするスイッチ回路の制御方法。
前記コントローラが、
前記第二のステップにおいて、
前記第一のスイッチ部を遮断した後に、前記いずれか１つの第二のスイッチ部において、前記蓄電装置の正極と前記コイルの一端とを導通させた後に、前記蓄電装置の負極と前記コイルの他端とを導通させることを特徴とする請求項１記載のスイッチ回路の制御方法。
前記第一のスイッチ部は、前記コイルに流れる電流の値が所定値となったとき遮断されることを特徴とする請求項１又は２一項に記載のスイッチ回路の制御方法。
前記いずれか１つの第二のスイッチ部と対応する蓄電装置は、
前記複数の蓄電装置のうち最小電位差を有する蓄電装置であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のスイッチ回路の制御方法。
コイルにおけるエネルギーの蓄積と放出を切り替える第一のスイッチ部と、
複数の蓄電装置と前記コイルとを導通又は遮断させる、前記複数の蓄電装置に対応した複数の第二のスイッチ部とを有し、
前記第一のスイッチ部を導通させたとき、前記複数の第二のスイッチ部が遮断され、
前記第一のスイッチ部を遮断させたとき、前記複数の第二のスイッチ部のうちいずれか１つの第二のスイッチ部が導通し、
前記いずれか１つの第二のスイッチ部において、前記蓄電装置の正極と前記コイルの一端とを導通させた後に、前記蓄電装置の負極と前記コイルの他端とを導通させ、
前記第二のスイッチ部は、
前記蓄電装置の正極と前記コイルの一端とを導通又は遮断させる第一のスイッチ素子と、
前記蓄電装置の負極と前記コイルの他端とを導通又は遮断させる第二のスイッチ素子と、を有し、
前記第一のスイッチ素子の一端と前記蓄電装置の正極側との第一の接続点の電位を一方の入力とし、前記第一のスイッチ素子の他端と前記コイルの一端との第二の接続点の電位を他方の入力とするコンパレータにより、前記第一の接続点の電位が、前記第二の接続点よりも高くなったことが検出されたとき、前記蓄電装置の正極と前記コイルの一端との接続を遮断し、
前記第一のスイッチ部は、
前記複数の蓄電装置が直列接続された直列回路の正極と前記コイルの一端を接続させる第三のスイッチ素子と、
前記直列回路の負極と前記コイルの他端を接続させる第四のスイッチ素子と、
を有し、
前記複数の前記第二のスイッチ部における前記第一のスイッチ素子と、前記第三のスイッチ素子と間に接続された第一のダイオードと、
前記複数の前記第二のスイッチ部における前記第二のスイッチ素子と、前記第四のスイッチ素子との間に接続された第二のダイオードと、を有することを特徴とする蓄電状態調整回路。
コイルと、
前記コイルにおけるエネルギーの蓄積と放出を切り替える第一のスイッチ部と、
複数の蓄電装置と前記コイルとを導通又は遮断させる、前記複数の蓄電装置に対応した複数の第二のスイッチ部とを有し、
前記第一のスイッチ部を導通させたとき、前記複数の第二のスイッチ部が遮断され、
前記第一のスイッチ部を遮断させたとき、前記複数の第二のスイッチ部のうちいずれか１つの第二のスイッチ部が導通し、
前記いずれか１つの第二のスイッチ部において、前記蓄電装置の正極と前記コイルの一端とを導通させた後に、前記蓄電装置の負極と前記コイルの他端とを導通させ、
前記第二のスイッチ部は、
前記蓄電装置の正極と前記コイルの一端とを導通又は遮断させる第一のスイッチ素子と、
前記蓄電装置の負極と前記コイルの他端とを導通又は遮断させる第二のスイッチ素子と、を有し、
前記第一のスイッチ素子の一端と前記蓄電装置の正極側との第一の接続点の電位を一方の入力とし、前記第一のスイッチ素子の他端と前記コイルの一端との第二の接続点の電位を他方の入力とするコンパレータにより、前記第一の接続点の電位が、前記第二の接続点よりも高くなったことが検出されたとき、前記蓄電装置の正極と前記コイルの一端との接続を遮断し、
前記第一のスイッチ部は、
前記複数の蓄電装置が直列接続された直列回路の正極と前記コイルの一端を接続させる第三のスイッチ素子と、
前記直列回路の負極と前記コイルの他端を接続させる第四のスイッチ素子と、
を有し、
前記複数の前記第二のスイッチ部における前記第一のスイッチ素子と、前記第三のスイッチ素子と間に接続された第一のダイオードと、
前記複数の前記第二のスイッチ部における前記第二のスイッチ素子と、前記第四のスイッチ素子との間に接続された第二のダイオードと、を有することを特徴とする蓄電状態調整装置。
コイルと、
複数の蓄電装置と、
前記コイルにおけるエネルギーの蓄積と放出を切り替える第一のスイッチ部と、
前記複数の蓄電装置と前記コイルとを導通又は遮断させる、前記複数の蓄電装置に対応した複数の第二のスイッチ部とを有し、
前記第一のスイッチ部を導通させたとき、前記複数の第二のスイッチ部が遮断され、
前記第一のスイッチ部を遮断させたとき、前記複数の第二のスイッチ部のうちいずれか１つの第二のスイッチ部が導通し、
前記いずれか１つの第二のスイッチ部において、前記蓄電装置の正極と前記コイルの一端とを導通させた後に、前記蓄電装置の負極と前記コイルの他端とを導通させ、
前記第二のスイッチ部は、
前記蓄電装置の正極と前記コイルの一端とを導通又は遮断させる第一のスイッチ素子と、
前記蓄電装置の負極と前記コイルの他端とを導通又は遮断させる第二のスイッチ素子と、を有し、
前記第一のスイッチ素子の一端と前記蓄電装置の正極側との第一の接続点の電位を一方の入力とし、前記第一のスイッチ素子の他端と前記コイルの一端との第二の接続点の電位を他方の入力とするコンパレータにより、前記第一の接続点の電位が、前記第二の接続点よりも高くなったことが検出されたとき、前記蓄電装置の正極と前記コイルの一端との接続を遮断し、
前記第一のスイッチ部は、
前記複数の蓄電装置が直列接続された直列回路の正極と前記コイルの一端を接続させる第三のスイッチ素子と、
前記直列回路の負極と前記コイルの他端を接続させる第四のスイッチ素子と、
を有し、
前記複数の前記第二のスイッチ部における前記第一のスイッチ素子と、前記第三のスイッチ素子と間に接続された第一のダイオードと、
前記複数の前記第二のスイッチ部における前記第二のスイッチ素子と、前記第四のスイッチ素子との間に接続された第二のダイオードと、を有することを特徴とする蓄電池パック。