JPH11103534A

JPH11103534A - 蓄電装置

Info

Publication number: JPH11103534A
Application number: JP9263879A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Shinpo; 俊也真保; Hiroyasu Suzuki; 浩恭鈴木
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1997-09-29
Filing date: 1997-09-29
Publication date: 1999-04-13
Anticipated expiration: 2017-09-29
Also published as: US6404165B1; FR2769144A1; DE19843417A1; JP3746886B2; FR2769144B1

Abstract

(57)【要約】【課題】蓄電装置において、電気エネルギの浪費を防
止しながら、コストを抑制しうる簡素な構成でしかも速
やかに、満充電ではない状態においても蓄電手段の電圧
の均衡化を行なうことができるようにする。【解決手段】複数の蓄電手段Ｂ１〜Ｂ４のうちの少な
くともいずれか２つに並列接続可能な蓄電器Ｃ１と、蓄
電器Ｃ１を複数の蓄電手段Ｂ１〜Ｂ４のうちの第１の蓄
電手段に接続してこの第１の蓄電手段を通じて蓄電器Ｃ
１の充電又は放電を行なう第１の接続モードと蓄電器Ｃ
１を第１の蓄電手段とは異なる第２の蓄電手段に接続し
てこの第２の蓄電手段を通じて蓄電器Ｃ１の充電又は放
電を行なう第２の接続モードとを選択的に切り換える接
続切換手段Ｓ１１〜Ｓ４２とをそなえ、接続切換手段Ｓ
１１〜Ｓ４２による第１及び第２の接続モードの切り換
えを繰り返して行なうように構成して、蓄電手段Ｂ１〜
Ｂ４の電圧を均衡化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多数の蓄電池を直
列接続し組電池として構成された蓄電装置に関し、特
に、電気自動車に用いて好適の、蓄電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気自動車の実用性向上のための
技術開発が進められているが、現在の電気自動車の電源
としては、多数の蓄電池（以下、バッテリという）を直
列接続したもの（組電池）を使用している。このように
多数の蓄電池を直列接続した組電池の場合、組電池の出
力は、最も低い電圧の電池に依存するため、各電池を均
等に使用することができず、各電池の能力を最大限に発
揮させることができない。

【０００３】ところで、リチウムイオン電池のように、
放電量に依存して出力電圧が決定されるもの（図４参
照）では、各電池の電圧を等しくすることで、各電池の
放電量（逆に言うと、充電量又は残存容量）を等しくす
ることができ、各電池の電圧が等しくなるように調整し
ながら、充電を行なうようにすればよい。そこで、蓄電
池（バッテリ）の電圧均衡化回路が従来から提供されて
おり、図５に示すように構成されている。

【０００４】図５に示す回路は、組電池の電圧均衡化回
路の１セル分（あるいは１モジュール分）を抜粋したも
のであり、各バッテリに同回路が装備される。そして、
このような回路をそなえた状態での充電動作が行なわれ
るが、充電動作の末期に該回路による放電動作が行なわ
れる。すなわち、充電の進行によりバッテリ１０１の端
子電圧が上昇するが、この状態を電圧監視回路（電圧検
出回路）１０４が監視しており、セルの両端電圧ＶＢが
設定電圧以上になった場合に放電スイッチ１０２をオン
状態（閉状態）に移行させる。

【０００５】これにより、放電抵抗器１０３への通電が
行なわれ、電気エネルギが熱に変換されることにより消
費される。この消費により、セル電圧ＶＢが設定電圧以
下の電圧になれば、放電スイッチ１０２をオフ状態（開
状態）に移行させることが行なわれる。このような放電
スイッチ１０２のオン，オフが繰り返されることによ
り、バッテリセルの電圧ＶＢは、設定電圧に調整され
る。

【０００６】なお、実際の回路では、放電スイッチ１０
２の代わりにパワートランジスタ等の電力素子を使用
し、オンオフ制御ではなく、リニア制御により電圧を調
整する等の方法が一般的である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
蓄電装置では、種々の課題がある。すなわち、上述の回
路による場合、設定電圧を超過したエネルギが放電抵抗
器１０３により熱の形で浪費されてしまう。このため、
電力損失が大きくなるとともに、放熱対策を考慮しなけ
ればならないことが大きな問題となる。

【０００８】また、充電の末期のセル電圧ＶＢが上昇し
た場合にだけ均衡化が可能であり、放電時や車両を使用
していない間の空き時間などを利用した電圧均衡化を行
なえないという課題がある。したがって、ハイブリッド
電気自動車のように発電走行時に満充電まで充電しない
ものには利用できない。

【０００９】さらに、放電抵抗器や放熱板およびスイッ
チング用の素子など大容量のものを使用しなければなら
ず、装置が大型化したり、放熱のために冷却装置が必要
になるなど構造が単純にならないという課題もある。そ
こで、放電方式ではない均衡化回路が必要であり、その
一例として特開平６−３１９２８７号公報の技術が提供
されている。

【００１０】この技術は、直列接続された組電池の両端
にコンデンサを接続して、各バッテリセル（充電単電
池）を略均一に充電するものであるが、大容量コンデン
サが必要であり、各バッテリセルの端子電圧を検出しな
がら所要の充電対象となるバッテリセルを選択する制御
は制御ロジックが複雑である。そこで、直列に接続され
たバッテリに対して、各バッテリと対応した数のコンデ
ンサを設け、各コンデンサを対応したバッテリとそれぞ
れ並列接続させる第１の接続モードと、上記の各コンデ
ンサを対応するバッテリに隣接したバッテリとそれぞれ
並列接続させる第２の接続モードとを交互に切り換える
ようにすることで、各バッテリの電圧の均衡化を図るこ
とが考えられる。

【００１１】この場合は、コンデンサを介して電荷をバ
ッテリ間で移動させることにより、各バッテリの電圧が
均衡化されるのである。しかしながら、このような構成
では、隣り合うバッテリ間でしか電荷の移動を行なうこ
とができないため、バッテリのセル数が多くなるのにし
たがって、電圧の均衡化に時間かかかってしまうという
課題かある。また、バッテリセル毎にコンデンサが必要
となるため、電圧均衡化回路が大きくなってしまい、コ
スト高を招くという課題もある。

【００１２】ところで、特開平６−３１９２８７号公報
には、複数のバッテリセルを直列接続してなる組電池
に、回生電流より充電されたコンデンサにより充電を行
なう際に、各バッテリセルの端子電圧とコンデンサ電圧
とを監視しながら、充電するバッテリセルを選択する技
術が開示されている。この技術では、充電するバッテリ
セルの端子電圧の総和がコンデンサ電圧よりも低くなる
ように複数のバッテリセルの中から一部を選択して充電
することで、コンデンサの電圧が低下していても充電を
可能にすると共に、端子電圧の低いバッテリセルを充電
することで、複数のバッテリセルを均一に充電できるよ
うにしている。

【００１３】この技術は、バッテリの充電に際して各バ
ッテリの電圧を均一化することはできるが、バッテリの
充電時以外にバッテリの電圧均衡化を図ることはできな
い。しかしながら、一般的なバッテリの電圧均衡化に利
用可能な技術である。本発明は、上述の課題に鑑み創案
されたもので、電気エネルギの浪費を防止しながら、コ
ストを抑制しうる簡素な構成でしかも速やかに、満充電
ではない状態においても蓄電手段の電圧の均衡化を行な
うことができるようにした、蓄電装置を提供することを
目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の本発明の蓄電装置では、接続切換手段が、第１の接続
モード及び第２の接続モードの切り換えを行ない、第１
の接続モードが選択されると、蓄電器を複数の蓄電手段
のうちの第１の蓄電手段に接続してこの第１の蓄電手段
を通じて蓄電器の充電又は放電を行ない、蓄電器の電圧
と第１の蓄電手段の電圧とが接近するようになり、第２
の接続モードが選択されると、蓄電器を第１の蓄電手段
とは異なる第２の蓄電手段に接続してこの第２の蓄電手
段を通じて蓄電器の充電又は放電を行ない、蓄電器の電
圧と第２の蓄電手段の電圧とが接近するようになる。し
たがって、接続切換手段により、第１の接続モード及び
第２の接続モードの切り換えが繰り返して行なわれる
と、蓄電器を介して第１の蓄電手段と第２の蓄電手段と
の間で電圧が均衡化されていく。

【００１５】請求項２記載の本発明の蓄電装置では、電
圧監視手段が複数の蓄電手段のそれぞれの電圧を監視し
て、接続切換手段が電圧監視手段の電圧監視結果に応じ
て複数の蓄電手段の中から２つの蓄電手段を選択してこ
れらの２つの蓄電手段の間で第１の接続モード及び第２
の接続モードの切り換えを行なう。第１の接続モードが
選択されると、蓄電器を複数の蓄電手段のうちの第１の
蓄電手段に接続してこの第１の蓄電手段を通じて蓄電器
の充電又は放電を行ない、蓄電器の電圧と第１の蓄電手
段の電圧とが接近するようになり、第２の接続モードが
選択されると、蓄電器を第１の蓄電手段とは異なる第２
の蓄電手段に接続してこの第２の蓄電手段を通じて蓄電
器の充電又は放電を行ない、蓄電器の電圧と第２の蓄電
手段の電圧とが接近するようになる。したがって、接続
切換手段により、第１の接続モード及び第２の接続モー
ドの切り換えが繰り返して行なわれると、蓄電器を介し
て電圧監視結果に応じて選択された第１の蓄電手段と第
２の蓄電手段との間で電圧が均衡化されていく。

【００１６】請求項３記載の本発明の蓄電装置では、接
続切換手段が電圧監視手段の電圧監視結果に応じて、複
数の蓄電手段の中から互いに電圧差の大きい２つの蓄電
手段を第１及び第２の蓄電手段として選択して電圧の均
衡化を行なうので、電圧差の大きい２つの蓄電手段の電
圧が均衡化され、このような処理の繰り返しにより、複
数の蓄電手段の電圧均衡化が促進されていく。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面により、本発明の実施
の形態について説明すると、図１〜図４は本発明の一実
施形態としての蓄電装置を示すものである。図１に示す
ように、本蓄電装置では、複数の蓄電手段としての蓄電
池（二次電池、以下、バッテリ又はバッテリセルともい
う）Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，・・・が直列に接続され
た組電池として構成されている。

【００１８】特に、本実施形態の蓄電装置は、電気自動
車用電源として用いられる組電池（＝複数の蓄電池を接
続してなる電池）に適用しうるものであり、数十個のバ
ッテリセルを直列に接続した組電池として構成されてい
る。なお、図１では図面の都合上、４個のバッテリセル
のみを示しているが、図示しない多数のバッテリセルが
さらに接続されており、全部で数十個のバッテリセルが
直列に接続されているものとする。

【００１９】ただし、本蓄電装置では、組電池を構成す
るバッテリセル（蓄電手段）の数は特に限定されるもの
ではない。このようなバッテリセル（蓄電手段）Ｂ１，
Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，・・・の各端子には、それぞれ２つ
ずつのスイッチが接続されている。つまり、図１に示す
ように、バッテリセルＢ１のプラス端子側にはスイッチ
Ｓ１１，Ｓ１２の各一端が接続され、バッテリセルＢ１
のマイナス端子側（即ち、バッテリセルＢ２のプラス端
子側）にはスイッチＳ２１，Ｓ２２の各一端が接続さ
れ、バッテリセルＢ２のマイナス端子側（即ち、バッテ
リセルＢ３のプラス端子側）にはスイッチＳ３１，Ｓ３
２の各一端が接続され、バッテリセルＢ３のマイナス端
子側（即ち、バッテリセルＢ４のプラス端子側）にはス
イッチＳ４１，Ｓ４２の各一端が接続されている。図示
しないバッテリセルの端子についても同様にスイッチが
接続されている。

【００２０】このようなスイッチＳ１１，Ｓ１２〜Ｓ４
１，Ｓ４２，・・・は、いずれもオン・オフスイッチで
あり、スイッチＳ１１，Ｓ１２〜Ｓ４１，Ｓ４２，・・
・のうち、スイッチＳ１１，Ｓ２１，Ｓ３１，Ｓ４１，
・・・の各他端は、蓄電器（コンデンサ）Ｃ１の一端側
に接続されており、スイッチＳ１２，Ｓ２２，Ｓ３２，
Ｓ４２，・・・の各他端は、コンデンサＣ１の他端側に
接続されている。そして、これらのスイッチＳ１１，Ｓ
１２〜Ｓ４１，Ｓ４２，・・・をオン・オフ制御するた
めに、スイッチ切換制御装置１がそなえられている。

【００２１】また、各バッテリセルＢ１，Ｂ２，Ｂ３，
Ｂ４，・・・の端子電圧を監視する電圧監視手段として
のバッテリセル電圧モニタ２がそなえられており、この
バッテリセル電圧モニタ２の監視により得られた各バッ
テリセルＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，・・・の端子電圧情
報はスイッチ切換制御装置１に送信されるようになって
いる。

【００２２】スイッチ切換制御装置１では、スイッチＳ
１１，Ｓ１２〜Ｓ４１，Ｓ４２，・・・の中の任意のス
イッチを接続させることができるが、ここでは、バッテ
リセル電圧モニタ２からの電圧情報に基づいて最も電圧
の高いバッテリセルと最も電圧の低いバッテリセルとの
間で、電圧を均衡化させるためのスイッチ切換処理を行
なうようになっている。

【００２３】すなわち、スイッチ切換制御装置１では、
スイッチ切換処理により、まず、最も電圧の高いバッテ
リセルとコンデンサＣ１とを並列接続して（このような
接続状態を、第１の接続モードという）、次に、この最
も電圧の高いバッテリセルとコンデンサＣ１との並列接
続を遮断した上で、最も電圧の低いバッテリセルとコン
デンサＣ１とを並列接続して（このような接続状態を、
第２の接続モードという）、その後、この最も電圧の低
いバッテリセルとコンデンサＣ１との並列接続を遮断す
る。

【００２４】なお、各バッテリセルをコンデンサＣ１に
接続する際に、各バッテリセルのプラス端子をコンデン
サＣ１の一端側に、各バッテリセルのマイナス端子をコ
ンデンサＣ１の他端側にというように、端子方向を合わ
せて接続することは勿論のことである。このような処理
を行なうと、第１の接続モードでは、コンデンサＣ１に
高い電圧が加えられるためこの高い電圧に応じた多量の
電荷が蓄えられて、第２の接続モードでは、コンデンサ
Ｃ１に加わる電圧は第１の接続モードよりも低くなりこ
き電圧低下に応じた電荷が最も電圧の低いバッテリセル
に移送される。したがって、第１の接続モードと第２の
接続モードとを繰り返すことで、最も電圧の高いバッテ
リセルから最も電圧の低いバッテリセルへ電荷が移送さ
れ、これらバッテリセル間で電圧の均衡化が行なわれる
のである。

【００２５】本実施形態のスイッチ切換制御装置１で
は、所定の周期で、その時点で最も電圧の高いバッテリ
セルと最も電圧の低いバッテリセルとを選択して、選択
したバッテリセルを適宜コンデンサＣ１と並列接続させ
て、第１の接続モードと第２の接続モードとを実行しな
がら、これらのバッテリセル間で、電圧の高いバッテリ
セルから電圧の低いバッテリセルへ電荷を移送してバッ
テリセル間での電圧の均衡化を行なうようになってい
る。

【００２６】なお、１周期内で、第１の接続モードと第
２の接続モードとを所定数回繰り返すように構成しても
よく、第１の接続モードと第２の接続モードとをそれぞ
れ１回だけ行なうように構成してもよい。いずれにして
も、このような第１の接続モードと第２の接続モードと
によるバッテリセルとコンデンサＣ１との並列接続によ
り、その時点で最も電圧の高いバッテリセルと最も電圧
の低いバッテリセルとの間で電圧の均衡化が行なわれる
ようになっているのである。

【００２７】なお、接続切換手段としてのスイッチＳ１
１，Ｓ１２〜Ｓ４１，Ｓ４２，・・・は、機械的なスイ
ッチＳ１１〜Ｓ１４で構成してもよいが、制御性や耐久
性を考慮すると、トランジスタ等の半導体素子による半
導体切換手段（半導体スイッチ）により構成することが
考えられる。本発明の一実施形態としての蓄電装置は、
上述のように構成されているので、次のような動作が行
なわれる。

【００２８】つまり、スイッチ切換制御装置１では、電
圧監視手段としてのバッテリセル電圧モニタ２からの電
圧情報に基づいて、複数のバッテリセルの中から最も電
圧の高いバッテリセルと最も電圧の低いバッテリセルと
を周期的に選択して、これらの最も電圧の高いバッテリ
セルと最も電圧の低いバッテリセルとの間で、電圧を均
衡化させるためのスイッチ切換処理を行なう。

【００２９】例えばある処理周期で、バッテリセルＢ１
の電圧Ｖ１が最も電圧が高く、バッテリセルＢ３の電圧
Ｖ３（Ｖ１＜Ｖ３）が最も電圧が低い場合には、まず、
図２に示すように、スイッチＳ１１とスイッチＳ２２と
をオン（接続）状態にして、バッテリＢ１のプラス側端
子をコンデンサＣ１の一端側（図１，図２，図３中、の
下方の端子側）に接続させると共に、バッテリＢ１のマ
イナス側端子をコンデンサＣ１の他端側（図１，図２，
図３中、の上方の端子側）に接続させる（第１の接続モ
ード）。

【００３０】この第１の接続モードのように、コンデン
サＣ１とバッテリセルＢ１とが並列接続されると、バッ
テリセルＢ１の電圧及びコンデンサＣ１の電位差はいず
れもＶ１′となる。このＶ１′は、バッテリセルＢ１か
らコンデンサＣ１へ流入した電荷に応じた分ｖ₁だけＶ
１よりも低い電圧（＝Ｖ１−ｖ₁）である。次に、図１
に示すように、スイッチＳ１１とスイッチＳ２２とをオ
フ（遮断）状態に戻してから、図３に示すように、スイ
ッチＳ３１とスイッチＳ４２とをオン（接続）状態にし
て、バッテリＢ３のプラス側端子をコンデンサＣ１の一
端側に接続させると共に、バッテリＢ３のマイナス側端
子をコンデンサＣ１の他端側に接続させる（第２の接続
モード）。

【００３１】この第２の接続モードのように、コンデン
サＣ１とバッテリセルＢ３とが並列接続されると、バッ
テリセルＢ３の電圧及びコンデンサＣ１の電位差はそれ
ぞれＶ３′となる。このＶ３′は、バッテリセルＢ３か
らコンデンサＣ１へ流入した電荷分ｖ₃だけＶ３よりも
高い電圧（＝Ｖ３＋ｖ₃）である。また、第２の接続モ
ードの終了時にも、図１に示すように、スイッチＳ３１
とスイッチＳ４２とをオフ（遮断）状態に戻す。

【００３２】このようにして、コンデンサＣ１を介し
て、バッテリセルＢ１からバッテリセルＢ３へ電荷が移
送されてバッテリセルＢ１の電圧はＶ１から減少し、バ
ッテリセルＢ３の電圧はＶ３から増加して、これらのバ
ッテリセルＢ１とバッテリセルＢ３との電圧差は減少す
る。このようなバッテリセルＢ１とバッテリセルＢ３と
の間で、第１の接続モードによるスイッチ制御と第２の
接続モードによるスイッチ制御とを所定回数又は１回だ
け行なうと、次の処理周期に移り、スイッチ切換制御装
置１では、再びバッテリセル電圧モニタ２からの電圧情
報に基づいて、複数のバッテリセルの中から最も電圧の
高いバッテリセルと最も電圧の低いバッテリセルとを選
択する。

【００３３】ここでは、バッテリセルＢ１の電圧が減少
しバッテリセルＢ３の電圧が増加しているが、これらの
電圧の増加や減少が少なければ、最も電圧の高いバッテ
リセルとしてバッテリセルＢ１が選択されたり、最も電
圧の低いバッテリセルとしてバッテリセルＢ３が選択さ
れたりすることもあり得るが、少なくとも、前回の処理
周期に比べて、最も電圧の高いバッテリセルの電圧は低
くなっており、最も電圧の低いバッテリセルの電圧は高
くなっている。

【００３４】そして、上述と同様に、新たに選択した最
も電圧の高いバッテリセルと最も電圧の低いバッテリセ
ルとの間で、第１の接続モードによるスイッチ制御と第
２の接続モードによるスイッチ制御とを所定回数又は１
回だけ行なうことで、これらのバッテリセル間での電圧
の均衡化を行なう。この結果、やはり、前回の処理周期
に比べて、最も電圧の高いバッテリセルの電圧は低くな
り、最も電圧の低いバッテリセルの電圧は高くなる。

【００３５】このような処理を繰り返すことで、複数の
バッテリセル間での電圧の均衡化が効率よく行なわれる
ようになって、複数のバッテリセルにおいて速やかに電
圧が均衡化されるようになるのである。特に、２つのバ
ッテリセル間の電圧差が大きいほど、バッテリセルから
コンデンサＣ１への電荷の移動が速やかに行なわれ、２
つのバッテリセル間での電荷の移動による電圧均衡化が
短時間で行なわれるようになるため、電圧の均衡化が効
率よく行なわれるのである。

【００３６】なお、上述の実施形態では、最もシンプル
な例として、各処理周期で最も電圧の高いバッテリセル
及び最も電圧の低いバッテリセルの２つのバッテリセル
間での電圧均衡化を行なうものとしているが、３つ以上
の多数のバッテリセル間での電圧均衡化を同時に行なう
ようにしてもよい。例えば、全てのバッテリセルの平均
電圧を算出して、電圧がこの平均電圧よりも所定電圧差
以上高いバッテリセル群（単数又は複数のバッテリセ
ル）と、電圧がこの平均電圧よりも所定電圧差以上低い
バッテリセル群（単数又は複数のバッテリセル）との間
で、同時に電圧均衡化を行なうように構成することが考
えられる。

【００３７】この場合、まず、平均電圧よりも所定電圧
差以上高いバッテリセル群の各バッテリセルを同時にコ
ンデンサＣ１に並列接続して（第１の接続モード）、コ
ンデンサＣ１を充電し、次いで、これらの接続を解除し
た上で、平均電圧よりも所定電圧差以上低いバッテリセ
ル群の各バッテリセルを同時にコンデンサＣ１に並列接
続して（第２の接続モード）、コンデンサＣ１から電圧
の低い各バッテリセルへ放電させる。これにより、電圧
の高い各バッテリセルから電圧の低い各バッテリセルへ
と電荷が移動して、多数（３個以上）のバッテリセル間
で同時に電圧均衡化を行なうことができ、多数のバッテ
リセル間でより速やかに電圧均衡化を行なうことができ
る利点がある。

【００３８】また、全てのバッテリセルの平均電圧に対
して、いずれのバッテリセルの電圧もこの平均電圧に対
して所定電圧差（微小値）以内になった時点で、電圧均
衡化処理を終了するように設定すれば、より効率よく電
圧均衡化処理を行なうことができる。もちろん、さらに
蓄電池を使用していくうちに、いずれかのバッテリセル
の電圧が平均電圧に対して所定電圧差（微小値）以上に
なったら、例えば最も電圧差のあるバッテリセル間で電
圧均衡化処理を行なうようにすればよい。

【００３９】このように、本蓄電装置では、多数のバッ
テリセル（充電手段）の中から任意のものを選んで、こ
れをコンデンサに接続して電圧均衡化処理を行なうこと
ができるので、バッテリセルを適切に選択して電圧均衡
化処理すれば、極めて効率よく電圧均衡化処理を行なう
ことができるのである。また、電荷移動部品が１つのバ
ランスコンデンサＣ１だけで済むため、回路を小さく構
成することができ、コストも低減することができる利点
もある。

【００４０】ところで、本蓄電装置にかかる蓄電池は例
えばリチウムイオン電池で形成されており、図４に示す
リチウムイオン電池の特性のように、電圧が放電量に依
存して決定される。逆に言えば、バッテリ電圧は充電量
（蓄電量）に依存して決定されるともいえる。したがっ
て、かかる電圧の均衡化により、所望の放電量、即ち、
充電量（蓄電量）の状態に調整されることになる。

【００４１】なお、図４中に示すニッケル水素電池の特
性のように、放電量に対し電圧が一意に定まらない平坦
な特性の蓄電池では、電圧の均衡化により放電量（充電
量）が所望の状態にならないが、上記のリチウムイオン
電池のように放電量に対し電圧が一意に定まるもので
は、組電池の各バッテリセルの放電量（充電量）が所望
の状態に均一化されるため、かかる電池（例えばリチウ
ムイオン電池）の性能をフルに活用することができるよ
うになる。

【００４２】もちろん、本装置では、コンデンサＣ１を
介して電荷を移動させることにより各バッテリセルＢ
１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，・・・の電圧を均衡化するた
め、大きな発熱要素が存在せず、発熱によるエネルギ損
失を回避した状態での均衡化が実現される。また、組電
池への満充電までの充電中に限らず、走行中，充電中，
放電中など使用状況にとらわれることなく、すべての状
態で均衡化の動作を行なうことができるため、放電中や
電池未使用時等においても均衡化の動作を行なわせるこ
とができる。もちろん、ハイブリッド電気自動車のよう
に発電走行時に満充電まで充電しないものにも利用する
ことができる。

【００４３】なお、このような回路を実際に適用する場
合には、効率がよく動作が確実で耐久性のよいことが必
要となるが、このような具体的条件を考慮すると、スイ
ッチＳ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２，・・・には電力
素子（ＦＥＴあるいはＩＧＢＴ）等のスイッチングロス
が極力小さなものを使用し、スイッチ切換制御装置１に
外部発振回路等により自動的にスイッチＳ１１，Ｓ１
２，Ｓ２１，Ｓ２２，・・・の切り換え動作を行なわせ
る回路を装備することが好ましい。

【００４４】また、コンデンサＣ１には比較的容量の大
きなコンデンサ、例えば電気二重層コンデンサを用いれ
ば速やかな電圧の均衡化を行なえるが、例えば常時又は
頻繁にこのような電圧の均衡化制御を行なうようにすれ
ば、小容量のコンデンサを用いても実用上十分に電圧の
均衡化による充電量の均衡化を行なうことができる。さ
らに、コンデンサＣ１への突入電流の防止回路や初期充
電回路も必要と考えられる。

【００４５】また、スイッチ切換制御装置１について
は、上述のようなスイッチ切り換えの動作以外に、メン
テナンスを行なう時に用いるメンテナンススイッチと各
スイッチＳ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２，・・・とを
連動させるようにしたり、外部の電圧測定回路などによ
り必要が生じた場合に駆動する方法や、電圧均衡化処理
（各スイッチＳ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２，・・・
を選択して適宜接続する処理）を、車両不使用時に行な
うようにする方法や、タイマー回路などで一定時間ごと
に行なう方法や、接続される電気負荷の制御回路等（電
気自動車の場合は、モータコントローラや残存容量計な
ど）からの均衡化指示を受けた場合に行なう方法などの
さまざまな組み合わせが考えられる。

【００４６】さらに、蓄電器としてのコンデンサＣ１に
代えて、絶縁トランスやバッテリセルを用いるようにし
ても、ほぼ同様な効果を得ることができる。また、本蓄
電装置は、蓄電手段としてバッテリに代えてコンデンサ
（蓄電器）を用いるようにした組蓄電器にも適用しうる
ものである。つまり、複数の直列接続された蓄電池（バ
ッテリ）からなる組電池に代えて、複数の直列接続され
た蓄電器（コンデンサ）からなる組蓄電器に適用するこ
とも考えられる。

【００４７】そして、組電池状態又は組蓄電器状態にし
た場合にセル電圧のばらつきによる各種不具合が顕著化
しやすいバッテリや電気二重層コンデンサなどについて
上述の構造を採用し、電圧均衡化回路を構成すれば、大
きなエネルギ損失の発生なしに常時電圧の均衡化を行な
えるシステムを実現できるようになる。本回路の作動を
常時ではなく、バッテリセル電圧モニタなどにより、任
意の必要な時期に電圧を均衡化する方法等を具現化する
ことができる。

【００４８】特に、リチウムイオン電池に本回路を適用
することにより、リチウムイオン電池の能力を１００パ
ーセント引き出した上での、安全性の確保が容易にな
る。なお、セル電圧のアンバランスが大きい場合から小
さくなった場合に移行するに従い、制御手段による接続
モード切り換えの速度を変化させることにより、電圧均
衡化の所要時間を短縮させることもできる。

【００４９】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の本
発明の蓄電装置によれば、接続切換手段により、第１の
接続モード及び第２の接続モードの切り換えが繰り返し
て行なわれると、蓄電器を介して第１の蓄電手段と第２
の蓄電手段との間で電圧が均衡化されていくため、アン
バランス電圧分を放熱による電力消費で浪費させるよう
なことなく、電力損失を抑制しながら電圧均衡化を行な
うことができる利点があり、組電池としての能力を効率
良く発揮しうるようになる。また、放熱損失の低減によ
り放熱対策を軽減化しうるという付加的な利点も得るこ
とができる。もちろん、走行中，充電中，放電中など使
用状況にとらわれることなく電圧の均衡化を行なうこと
ができるようになる利点がある。

【００５０】請求項２記載の本発明の蓄電装置によれ
ば、接続切換手段により、第１の接続モード及び第２の
接続モードの切り換えが繰り返して行なわれると、蓄電
器を介して電圧監視結果に応じて選択された第１の蓄電
手段と第２の蓄電手段との間で電圧が均衡化されていく
ため、電圧状態に応じて均衡化の要求度の高い蓄電手段
を選択して効率よく速やかに電圧の均衡化を行なうこと
ができるようになり、組電池としての能力を効率良く発
揮しうるようになる。もちろん、アンバランス電圧分を
放熱による電力消費で浪費させるようなことなく、電力
損失を抑制しながら電圧均衡化を行なうことができる利
点や、放熱損失の低減により放熱対策を軽減化しうると
いう付加的な利点や、走行中，充電中，放電中など使用
状況にとらわれることなく電圧の均衡化を行なうことが
できるようになる利点もある。

【００５１】請求項３記載の本発明の蓄電装置によれ
ば、電圧差の大きい蓄電手段から効率よく電圧の均衡化
を進めることができ、複数の蓄電手段における電圧の均
衡化を速やかに行なうことができ、組電池としての能力
を速やかに効率良く発揮しうるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態としての蓄電装置の要部構
成を示す回路図である。

【図２】本発明の一実施形態としての蓄電装置の動作を
説明するための図１に対応した回路図であり、図１とは
異なる動作態様を示す図である。

【図３】本発明の一実施形態としての蓄電装置の動作を
説明するための図１，図２に対応した回路図であり、図
１，図２とは異なる動作態様を示す図である。

【図４】本発明の一実施形態としての蓄電装置における
電池の特性を示すグラフである。

【図５】従来の蓄電装置を示す模式的回路図である。

【符号の説明】

１スイッチ切換制御装置２電圧監視手段としてのバッテリセル電圧モニタＢ１〜Ｂ４蓄電手段としての蓄電池（二次電池）を構
成するバッテリセルＣ１〜Ｃ４蓄電器（コンデンサ）Ｓ１１〜Ｓ４１，Ｓ１２〜Ｓ４２接続切換手段として
のスイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の蓄電手段を直列に接続されて構成
された蓄電装置において、上記複数の蓄電手段のうちの少なくともいずれか２つに
並列接続可能な蓄電器と、上記蓄電器を上記複数の蓄電手段のうちの第１の蓄電手
段に接続して該第１の蓄電手段を通じて該蓄電器の充電
又は放電を行なう第１の接続モード、及び、上記蓄電器
を上記第１の蓄電手段とは異なる第２の蓄電手段に接続
して該第２の蓄電手段を通じて該蓄電器の充電又は放電
を行なう第２の接続モードを選択的に切り換える接続切
換手段とをそなえ、該接続切換手段による上記の第１及び第２の接続モード
の切り換えが繰り返して行なわれるように構成されたこ
とを特徴とする、蓄電装置。
【請求項２】複数の蓄電手段を直列に接続されて構成
された蓄電装置において、上記複数の蓄電手段にそれぞれ並列接続可能な蓄電器
と、上記複数の蓄電手段のそれぞれの電圧を監視する電圧監
視手段と、上記電圧監視手段の電圧監視結果に応じて上記複数の蓄
電手段の中から２つの蓄電手段を選択してこれらの２つ
の蓄電手段のうちの第１の蓄電手段に接続して該第１の
蓄電手段を通じて該蓄電器の充電又は放電を行なう第１
の接続モード、及び、上記蓄電器を上記第１の蓄電手段
とは異なる第２の蓄電手段に接続して該第２の蓄電手段
を通じて該蓄電器の充電又は放電を行なう第２の接続モ
ードを選択的に切り換える接続切換手段とをそなえ、該接続切換手段による上記の第１及び第２の接続モード
の切り換えが繰り返して行なわれるように構成されたこ
とを特徴とする、蓄電装置。
【請求項３】上記接続切換手段は、上記電圧監視手段
の電圧監視結果に応じて互いに電圧差の大きい２つの蓄
電手段を上記の第１及び第２の蓄電手段として選択する
ことを特徴とする、請求項２記載の蓄電装置。