WO2012169315A1

WO2012169315A1 - 二次電池充電装置

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Publication number: WO2012169315A1
Application number: PCT/JP2012/062210
Authority: WO
Inventors: 守倉石
Original assignee: 株式会社豊田自動織機
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2012-12-13
Also published as: TW201304352A

Abstract

　二次電池セル電圧が均等でないと判定した場合にセルバランスを実行させる二次電池充電装置を提供する。車両に搭載される二次電池セルを充放電する二次電池充電装置であって、二次電池セル各々の電圧値を計測する電圧計を備え、充電または放電をして二次電池セル各々の電圧値を均等にするセルバランスを行うセルバランス部と、二次電池セル各々が充放電中でないことを検出すると、電圧計が測定した電圧値を取得し、二次電池セル各々の電圧値の差が閾値以内であるか否かを判定し、閾値以内のときはセルバランス部にセルバランスをさせず、閾値を超えたときはセルバランス部にセルバランスをさせる、制御を行う電池制御部と、を備える二次電池充電装置である。

Description

二次電池充電装置

　本発明は、車両に搭載される二次電池を充電する二次電池充電装置に関する。

　従来、ハイブリット車や電気自動車などの車両において、セルバランスを車両に搭載されている複数の二次電池セルを備えている二次電池モジュールに対し、充放電をしていない期間に一定周期で行っている。ところが、一定周期でセルバランスを行うため、二次電池セル各々の電圧が揃っている場合でも、セルバランスに係わる回路を動作させるため無駄に電力を消費してしまう。セルバランスとは、二次電池セルごとに存在する充放電特性の相違により生じる充放電を経ることで拡大する二次電池セルの充放電時の電圧値や、劣化のばらつきを抑制し、二次電池モジュールの充放電サイクル寿命を延ばすものである。また、セルバランスは特定の二次電池セルのみ過放電や過充電の状態が続くことによる事故を抑止するものである。

　関連する技術として、例えば、二次電池セル各々の充電エネルギーを無駄にすることなく、二次電池セル電圧または二次電池モジュール電圧を均等にさせる技術が知られている。その技術によれば、コイルとスイッチとが直列に接続されて二次電池セルに並列接続される複数の回路と、該回路のコイルが他のコイル各々と電磁結合されており、回路各々に設けられるスイッチを駆動する駆動部により、スイッチ各々を駆動させる。その結果、スイッチ駆動時にコイル相互間の電磁誘導でコイル各々に生ずる起電力により、二次電池セルを充電または放電させ、二次電池セル間の電圧を均等にする。（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１－３３９８６５号公報

　本発明は上記のような実情に鑑みてなされたものであり、二次電池セル電圧が均等でないと判定した場合だけセルバランスを実行させる二次電池充電装置を提供することを目的とする。

　本発明の態様のひとつである車両に搭載される二次電池セルを充放電する二次電池充電装置は、セルバランス部、電池制御部を備えている。

　セルバランス部は、上記二次電池セル各々の電圧値を計測する電圧計を備える、充電または放電をして上記二次電池セル各々の電圧値を均等にするセルバランスを行う。

　電池制御部は、上記二次電池セル各々が充放電中でないことを検出すると、上記電圧計が測定した電圧値を取得し、上記二次電池セル各々の電圧値の差が閾値以内であるか否かを判定する。そして、上記閾値以内のときは上記セルバランス部にセルバランスをさせず、上記閾値を超えたときは上記セルバランス部にセルバランスをさせる、制御を行う。

　本実施の形態によれば、二次電池セル電圧が均等でないと判定した場合にセルバランスを実行することにより、セルバランスの消費する電力を抑止するという効果を奏する。

二次電池充電装置を含むシステムの一実施例を示す図である。パッシブ型のセルバランス部を有する二次電池モジュールの一実施例を示す図である。アクティブ型のセルバランス部を有する二次電池モジュールの一実施例を示す図である。プログレッシブアクティブ型のセルバランス部を有する二次電池モジュールの一実施例を示す図である。電池制御部の動作の一実施例を示すフロー図である。パッシブ型、アクティブ型、プログレッシブアクティブ型の判定テーブルのデータ構造の一実施例を示す図である。パッシブ型、アクティブ型、プログレッシブアクティブ型のスイッチテーブルのデータ構造の一実施例を示す図である。パッシブ型のセルバランス部を有する二次電池モジュールの一実施例を示す図である。

　以下図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細を説明する。

　図１は、二次電池充電装置を含むシステムの一実施例を示す図である。

　図１に示す二次電池充電装置１は、ハイブリット車や電気自動車などの車両に搭載され、二次電池パック２、セルバランス部３、電池制御部４、記憶部５を備えている。また、二次電池充電装置１はフォークリフトなどの車両に搭載される。

　二次電池パック２は、複数の二次電池セルが直列に接続され、この直列に接続された二次電池セルの組各々が並列に接続されている。また、二次電池パック２は、負荷６へ電力を供給するために電力を供給する。負荷６は、例えば、モータの発電機などである。二次電池セルは、例えば、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次充電池などである。また、二次電池パック２は外部の電力源から充電することが可能である。例えば、充電スタンド、家庭用のコンセントなどを用いて充電が可能である。

　セルバランス部３は、二次電池セル間の出力電圧のばらつきをできるだけ無くす回路である。また、セルバランス部３は二次電池セル各々の電圧を計測して電池制御部４に電圧値を送信する複数の電圧計と、セルバランスを行う際に電池制御部４から送信される切替制御信号により制御される複数のスイッチとを有する。さらに、セルバランス部３は、後述するパッシブ型またはアクティブ型またはプログレッシブアクティブ型のセルバランス回路を有している。なお、電圧計はひとつでもよく、電圧計と二次電池セル各々との接続をスイッチなどを用いて切り替えて、順次電圧を計測してもよい。

　電池制御部４は、電池Electronic Control Unit（ＥＣＵ）などである。電池制御部４は、充放電をしていない期間にセルバランス部３の電圧計各々が測定した電圧値各々を取得する。続いて、電池制御部４は該測定した電圧値各々とセルバランス閾値とを用いてセルバランスを実行するか否かを判定し、実行する場合には、セルバランス部３にセルバランスを実行するセルバランス許可信号を送信する。ここで、充放電をしていない期間は、例えば、車両が停止してイグニッションスイッチがオフの状態などが考えられる。また、アイドリングストップにおいて充放電をしていない期間が考えられる。なお、電池制御部４は、Central Processing Unit（ＣＰＵ）やプログラマブルなデバイス（Field Programmable Gate Array（ＦＰＧＡ）、Programmable Logic Device（ＰＬＤ）など）を用いることが考えられる。電池制御部４は記憶部５を有していてもよい。電池制御部４の動作については後述する。

　記憶部５は、電池制御部４が実行するプログラムやセルバランス閾値、各種テーブルなどのデータが記憶されている。また、記憶部５はRead Only Memory（ＲＯＭ）、Random Access Memory（ＲＡＭ）などのメモリやハードディスクなどが考えられる。なお、記憶部５にはパラメータ値、変数値などのデータを記録してもよいし、実行時のワークエリアとして用いてもよい。

　制御部７は、電池制御部４の上位のＥＣＵであり車両に搭載されている各種ＥＣＵや各部を制御するとともに、イグニッションスイッチのオン／オフや、充放電中であるか否かを通知する信号を、電池制御部４に送信する。

　セルバランス部について説明する。

　図２は、パッシブ型のセルバランス部を有する二次電池モジュールの一実施例を示す図である。図２の二次電池モジュールには、説明を分かり易くするため２つの二次電池セルから構成される二次電池パック２が示されているが、実際には直列に複数の二次電池セルが接続され、この直列に接続された二次電池セルの組各々が並列に接続されている。ただし、並列に接続されていなくてもよい。

　二次電池セル２１ａ、２１ｂは直列接続され、二次電池セル２１ａの＋端子と－端子の間には電圧計２２ａが接続され、二次電池セル２１ｂの＋端子と－端子の間には電圧計２２ｂが接続されている。電圧計２２ａの出力端子は、電池制御部４の入力端子に接続され、電圧計２２ａの測定した電圧値Ｖｄｅｔ１を電池制御部４に送信する。電圧計２２ｂの出力端子は、電池制御部４の入力端子に接続され、電圧計２２ｂの測定した電圧値Ｖｄｅｔ２を電池制御部４に送信する。

　また、二次電池セル２１ａの＋端子にはスイッチＳＷ１の一方の端子が接続され、二次電池セル２１ａの－端子にはスイッチＳＷ２の一方の端子が接続され、二次電池セル２１ｂの－端子にはスイッチＳＷ３の一方の端子が接続されている。スイッチＳＷ１の他方の端子には抵抗Ｒ１の一方の端子が接続され、抵抗Ｒ１の他方の端子にはスイッチＳＷ２の他方の端子と抵抗Ｒ２とが接続されている。抵抗Ｒ２の他方の端子にはスイッチＳＷ３の他方の端子と、グランド（ＧＮＤ）端子（または、車両のＦＣなど）とが接続されている。スイッチＳＷ１～ＳＷ３は、例えば、Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor（ＭＯＳＦＥＴ）、リレーなどの制御可能なスイッチが考えられる。抵抗Ｒ１、Ｒ２は、二次電池セル２１ａと二次電池セル２１ｂの電圧値を均等にするために用いる放電用の抵抗である。例えば、二次電池セル２１ａの電圧値が二次電池セル２１ｂの電圧値よりも大きいとき、二次電池セル２１ａの電圧値を二次電池セル２１ｂの電圧値と同じにする場合、スイッチＳＷ１を導通させ、スイッチＳＷ２、３を遮断させて抵抗Ｒ１、Ｒ２で電力を消費させる。その後、二次電池セル２１ａと二次電池セル２１ｂの電圧値がセルバランス閾値以内になるとスイッチＳＷ１を遮断状態にする。なお、スイッチＳＷ１～ＳＷ３は、セルバランスを行う際に電池制御部４から出力される切替制御信号により制御される。なお、パッシブ型のセルバランスは上記に限定されるものではない。

　パッシブ型のセルバランス部を用いた場合、電圧値が最小の二次電池セルを検出し、該二次電池セルの最小値に他の二次電池セルの電圧値を合わせるようにセルバランスを行う。

　他のパッシブ型のセルバランス部を有する二次電池モジュールについて説明する。図８は、パッシブ型のセルバランス部を有する二次電池モジュールの一実施例を示す図である。図８の回路は、抵抗Ｒ２の他方の端子とスイッチＳＷ３の他方の端子が接続されているが、図２の回路と異なりグランド（ＧＮＤ）端子（または、車両のＦＣなど）とは接続されていない。

　また、図８の二次電池セル２１ａの電圧値が二次電池セル２１ｂの電圧値よりも大きいとき、二次電池セル２１ａの電圧値を二次電池セル２１ｂの電圧値と同じにする場合、スイッチＳＷ１、ＳＷ２を導通させ、スイッチＳＷ３を遮断させて抵抗Ｒ１で電力を消費させる。その後、二次電池セル２１ａと二次電池セル２１ｂの電圧値がセルバランス閾値以内になるとスイッチＳＷ１、ＳＷ２を遮断状態にする。

　また、図８の二次電池セル２１ｂの電圧値が二次電池セル２１ａの電圧値よりも大きいとき、二次電池セル２１ｂの電圧値を二次電池セル２１ａの電圧値と同じにする場合、スイッチＳＷ２、ＳＷ３を導通させ、スイッチＳＷ１を遮断させて抵抗Ｒ２で電力を消費させる。その後、二次電池セル２１ａと二次電池セル２１ｂの電圧値がセルバランス閾値以内になるとスイッチＳＷ２、ＳＷ３を遮断状態にする。

　図３は、アクティブ型のセルバランス部を有する二次電池モジュールの一実施例を示す図である。図３の二次電池モジュールには、説明を分かり易くするため２つの二次電池セルから構成される二次電池パック２が示されているが、実際には直列に複数の二次電池セルが接続され、この直列に接続された二次電池セルの組各々が並列に接続されている。ただし、並列に接続されていなくてもよい。

　また、二次電池セル２１ａの＋端子にはスイッチＳＷ４の一方の端子が接続され、二次電池セル２１ａの－端子にはスイッチＳＷ５の一方の端子が接続される。二次電池セル２１ｂの＋端子にはスイッチＳＷ８の一方の端子が接続され、二次電池セル２１ａの－端子にはスイッチＳＷ９の一方の端子が接続される。

　スイッチＳＷ４の他方の端子にはトランスＴ１の第１の巻線の一方の端子が接続され、スイッチＳＷ５の他方の端子にはトランスＴ１の第１の巻線の他方の端子が接続される。スイッチＳＷ８の他方の端子にはトランスＴ２の第１の巻線の一方の端子が接続され、スイッチＳＷ９の他方の端子にはトランスＴ２の第１の巻線の他方の端子が接続される。トランスＴ１の第２の巻線の一方の端子はスイッチＳＷ６の一方の端子と接続され、トランスＴ１の第２の巻線の他方の端子はスイッチＳＷ７の一方の端子と接続される。トランスＴ２の第２の巻線の一方の端子はスイッチＳＷ１０の一方の端子と接続され、トランスＴ２の第２の巻線の他方の端子はスイッチＳＷ１１の一方の端子と接続される。

　スイッチＳＷ６の他方の端子はスイッチＳＷ１０の他方の端子と接続され、スイッチＳＷ７の他方の端子はスイッチＳＷ１１の他方の端子と接続される。

　スイッチＳＷ４～ＳＷ１１は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ、リレーなどの制御可能なスイッチが考えられる。例えば、二次電池セル２１ａの電圧値が二次電池セル２１ｂの電圧値よりも大きいとき、二次電池セル２１ａの電圧値と二次電池セル２１ｂの電圧値を同じにする場合に、スイッチＳＷ４～ＳＷ１１を導通させる。続いて、二次電池セル２１ａの電荷を二次電池セル２１ｂに移動させるために、スイッチＳＷ４、５をオン／オフさせて交流を生成させ、トランスＴ１からトランスＴ２を介して電荷を移動させる、その後、二次電池セル２１ａと二次電池セル２１ｂの電圧値がセルバランス閾値以内になるとスイッチＳＷ４～ＳＷ１１を遮断状態にする。なお、スイッチＳＷ４～ＳＷ１１は、セルバランスを行う際に電池制御部４から出力される切替制御信号により制御される。

　トランスＴ１、Ｔ２は、二次電池セル２１ａと二次電池セル２１ｂの電圧値を均等にするために用いるトランスである。なお、トランス各々の第１の巻線（コイル）の巻線数と、第２の巻線（コイル）のそれぞれの巻線数との比は１：１であることが望ましいが、限定されるものではない。

　アクティブ型のセルバランス部を用いた場合、電圧値の高い二次電池セルから電圧値の低い二次電池セルに電荷を移動することにより、二次電池セルの電圧値を合わせる。そのため、パッシブ型と異なり、電圧値の高い二次電池セルから単に放電をしないので、セルバランス時の電力消費の抑止ができる。なお、アクティブ型のセルバランスは上記に限定されるものではない。例えば、トランスを用いるのではなく、コイルを用いてもよい。

　図４は、プログレッシブアクティブ型のセルバランス部を有する二次電池モジュールの一実施例を示す図である。図３のアクティブ型のセルバランス部との違いは、外部から電力を供給することである。電力源４１の＋端子は、スイッチＳＷ６の他方の端子とスイッチＳＷ１０の他方の端子と接続され、電力源４１の－端子は、スイッチＳＷ７の他方の端子とスイッチＳＷ１１の他方の端子と接続される。

　図４のスイッチＳＷ４～ＳＷ１１は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ、リレーなどの制御可能なスイッチが考えられる。図４のトランスＴ１、Ｔ２は、二次電池セル２１ａと二次電池セル２１ｂの電圧値を均等にするために用いるトランスである。例えば、二次電池セル２１ａの電圧値が二次電池セル２１ｂの電圧値よりも大きいとき、二次電池セル２１ａの電圧値と二次電池セル２１ｂの電圧値を同じにする場合に、スイッチＳＷ８～ＳＷ１１を導通させる。続いて、トランスＴ２を介して電力源４１から二次電池セル２１ｂに充電をするためにスイッチＳＷ１０、ＳＷ１１をオン／オフさせて交流を生成し、トランスＴ２を介して、電力源４１の電荷を二次電池セル２１ｂに移動させる。その後、二次電池セル２１ａと二次電池セル２１ｂの電圧値がセルバランス閾値以内になるとスイッチＳＷ８～ＳＷ１１を遮断状態にする。なお、スイッチＳＷ４～ＳＷ１１は、セルバランスを行う際に電池制御部４から出力される切替制御信号により制御される。

　プログレッシブアクティブ型のセルバランス部を用いた場合、電圧値の高い二次電池セルを検出し、検出した電圧値になるまで外部に設けた電力源４１から電圧値の低い二次電池セルに充電を行い、電圧値の高い二次電池セルの電圧値に合わせる。なお、プログレッシブアクティブ型のセルバランスは上記に限定されるものではない。

　電池制御部４の動作について説明する。

　図５は、電池制御部の動作の一実施例を示すフロー図である。ステップＳ１で電池制御部４は、二次電池セルが充放電されていないことを示す信号（セルバランス許可信号）を取得する。二次電池セルが充放電されていないことを示す信号は、イグニッションスイッチの状態を示す信号と、二次電池セルが充放電中であるか否かを示す信号と、セルバランス処理を行う周期を示す信号である。イグニッションスイッチの状態を示す信号は、車両が停車しエンジンが停止した場合にオフを示す信号で、制御部７から電池制御部４に送信される。二次電池セルが充放電中であるか否かを示す信号は、電池制御部４または制御部７が二次電池セルに充放電を行う際に変動するデータを各部から取得し、取得したデータを用いて充放電中であるか否かを判定した結果である。変動するデータとは、例えば、モータのトルクや電流指令値などの状態を示すデータである。セルバランス処理を行う周期を示す信号は、電池制御部４または制御部７で生成されるセルバランス処理の開始を示す信号であり、例えば、エンジンが停止している期間において３０分、１時間などの一定時間を示す信号である。ただし、周期は特に限定されるものではない。

　ステップＳ２では、電池制御部４がセルバランス処理を実行するか否かを判定し、セルバランス処理を実行する条件を満たしている場合にはステップＳ３（Ｙｅｓ）に移行し、満たしていない場合にはステップＳ１２（Ｎｏ）に移行する。実行する条件とは、例えば、イグニッションスイッチの状態を示す信号がオフを示し、二次電池セルが充放電中であるか否かを示す信号が充放電していない状態を示し、セルバランス処理を行う周期を示す信号がセルバランス処理の開始を示していることが考えられる。このとき、電池制御部４はセルバランスが開始することを制御部７に通知する。

　ステップＳ３では、電池制御部４が二次電池セル各々の電圧を測定する電圧計各々から測定した電圧値を取得し、測定した電圧値と二次電池セルとを関連付けて記憶部５に記憶する。電池制御部４は、例えば、図２～図４に示す電圧計２２ａ、２２ｂから二次電池セル２１ａ、２１ｂの電圧値Ｖｄｅｔ１、Ｖｄｅｔ２を取得し、二次電池セル２１ａと電圧値Ｖｄｅｔ１とを関連付け、二次電池セル２１ｂと電圧値Ｖｄｅｔ２とを関連付ける。なお、二次電池セル各々の電圧を測定するとき二次電池パックと負荷６とは接続されていないことが望ましい。また、１つの二次電池セルは他の二次電池セルと接続されていないことが望ましい。

　図６は、パッシブ型、アクティブ型、プログレッシブアクティブ型の判定テーブルのデータ構造の一実施例を示す図である。図６のパッシブ型の判定テーブル６１は、「二次電池セルＮｏ」「電圧値」「差」のデータを有している。「二次電池セルＮｏ」には、二次電池セルを識別する識別番号が記憶されている。本例では、識別番号「１」「２」「３」「４」・・・「ｎ」が記憶されている。「電圧値」には、ステップＳ３、後述するステップＳ５で取得した電圧値が二次電池セルＮｏに関連付けられて記憶されている。本例では、電圧値「Ｖｄｅｔ１」「Ｖｄｅｔ２」「Ｖｄｅｔ３」「Ｖｄｅｔ４」・・・「Ｖｄｅｔｎ」が記憶されている。「差」には、後述するステップＳ４で取得される最小値と後述するステップＳ５で取得される電圧値との差が二次電池セルＮｏに関連付けられて記憶されている。本例では、電圧値の差「Ｖｓｕｂ１」「Ｖｓｕｂ２」「Ｖｓｕｂ３」「Ｖｓｕｂ４」・・・「Ｖｓｕｂｎ」が記憶されている。

　図６のアクティブ型の判定テーブル６２は、「二次電池セルＮｏ」「電圧値」「差」のデータを有している。「二次電池セルＮｏ」には、二次電池セルを識別する識別番号が記憶されている。本例では、識別番号「１」「２」「３」「４」・・・「ｎ」が記憶されている。「電圧値」には、ステップＳ３で取得した電圧値が二次電池セルＮｏに関連付けられて記憶されている。本例では、電圧値「Ｖｄｅｔ１」「Ｖｄｅｔ２」「Ｖｄｅｔ３」「Ｖｄｅｔ４」・・・「Ｖｄｅｔｎ」が記憶されている。「差」には、後述するステップＳ４で取得される最大値と最小値との差が記憶されている。本例では、最大値と最小値との差「Ｖｓｕｂ」が記憶されている。

　図６のプログレッシブアクティブ型の判定テーブル６３は、「二次電池セルＮｏ」「電圧値」「差」のデータを有している。「二次電池セルＮｏ」には、二次電池セルを識別する識別番号が記憶されている。本例では、識別番号「１」「２」「３」「４」・・・「ｎ」が記憶されている。「電圧値」には、ステップＳ３で取得した電圧値が二次電池セルＮｏに関連付けられて記憶されている。本例では、電圧値「Ｖｄｅｔ１」「Ｖｄｅｔ２」「Ｖｄｅｔ３」「Ｖｄｅｔ４」・・・「Ｖｄｅｔｎ」が記憶されている。「差」には、後述するステップＳ４で取得される最大値と後述するステップＳ５で取得される電圧値との差が二次電池セルＮｏに関連付けられて記憶されている。本例では、電圧値の差「Ｖｓｕｂ１ｂ」「Ｖｓｕｂ２ｂ」「Ｖｓｕｂ３ｂ」「Ｖｓｕｂ４ｂ」・・・「Ｖｓｕｂｎｂ」が記憶されている。

　ステップＳ４では、電池制御部４が基準値を求める。

　セルバランス部３がパッシブ型の場合は、電池制御部４が取得した電圧値の中から最小値を検出し、最小値を基準値とする。例えば、図６のパッシブ型の判定テーブル６１の「電圧値」の中から最小値を検出して基準値とする。なお、基準値は記憶部５に記憶する。

　セルバランス部３がアクティブ型の場合は、電池制御部４が取得した電圧値の中から最小値と最大値を検出し、最小値と最大値との差を求めて基準値とする。例えば、図６のアクティブ型の判定テーブル６２の「電圧値」の中から最小値と最大値を検出して基準値とする。なお、基準値は記憶部５に記憶する。

　セルバランス部３がプログレッシブアクティブ型は、電池制御部４が取得した電圧値の中から最大値を検出し、最大値を基準値とする。例えば、図６のプログレッシブアクティブ型の判定テーブル６３の「電圧値」の中から最大値を検出して基準値とする。なお、基準値は記憶部５に記憶する。

　ステップＳ５では、電池制御部４が順次スイッチ各々を制御して切り替えて、二次電池セル各々の電圧を測定し、電圧計各々から測定した電圧値を取得し、測定した電圧値と二次電池セルとを関連付けて記憶部５に記憶する。

　ステップＳ５についてパッシブ型の一実施例について説明する。

　図２のパッシブ型の場合、電池制御部４は、切替制御信号を出力してスイッチＳＷ１～ＳＷ３を制御して切り替える。二次電池セル２１ｂの電圧値が基準値（最小値）である場合、スイッチＳＷ１を導通させて抵抗Ｒ１、Ｒ２で電力を消費させる。続いて、二次電池セル２１ａの電圧値が基準値と同じ値になったことを検出すると、スイッチＳＷ１を電池制御部４が遮断状態にさせる。次に、電池制御部４は電圧計から測定した電圧値を取得し、測定した電圧値と二次電池セルとを関連付けて記憶部５に記憶する。

　なお、２つ以上の二次電池セルがある場合には、図６のパッシブ型の判定テーブル６１の上の行から順番に二次電池セルを選択し、選択した二次電池セルに対応したスイッチを二次電池セル電池制御部４が切替制御信号を出力して対応するスイッチ各々を制御して切り替える。

　図８のパッシブ型の場合、電池制御部４は、切替制御信号を出力してスイッチＳＷ１～ＳＷ３を制御して切り替える。二次電池セル２１ｂの電圧値が基準値（最小値）である場合、スイッチＳＷ１、ＳＷ２を導通させて抵抗Ｒ１で電力を消費させる。続いて、二次電池セル２１ａの電圧値が基準値と同じ値になったことを検出すると、スイッチＳＷ１、ＳＷ２を電池制御部４が遮断状態にさせる。次に、電池制御部４は電圧計から測定した電圧値を取得し、測定した電圧値と二次電池セルとを関連付けて記憶部５に記憶する。

　また、二次電池セル２１ａの電圧値が基準値（最小値）である場合、スイッチＳＷ２、ＳＷ３を導通させて抵抗Ｒ２で電力を消費させる。続いて、二次電池セル２１ｂの電圧値が基準値と同じ値になったことを検出すると、スイッチＳＷ２、ＳＷ３を電池制御部４が遮断状態にさせる。次に、電池制御部４は電圧計から測定した電圧値を取得し、測定した電圧値と二次電池セルとを関連付けて記憶部５に記憶する。

　図７は、パッシブ型、アクティブ型、プログレッシブアクティブ型のスイッチテーブルのデータ構造の一実施例を示す図である。図７のパッシブ型のスイッチテーブル７１は、「二次電池セルＮｏ」「スイッチ」のデータを有している。「二次電池セルＮｏ」には、二次電池セルを識別する識別番号が記憶されている。本例では、識別番号「１」「２」・・・・が記憶されている。「スイッチ」には、二次電池セルを放電する際に制御するスイッチを識別する記号が記憶されている。本例では、スイッチを識別する記号「ＳＷ１」「ＳＷ２」・・・・が記憶されている。例えば、「ＳＷ１」はスイッチＳＷ１が導通しているときスイッチＳＷ２、ＳＷ３の２つのスイッチが遮断されていることを表している。「ＳＷ２」はスイッチＳＷ２が導通しているときスイッチＳＷ１、ＳＷ３の２つのスイッチが遮断されていることを表している。

　また、図７のパッシブ型のスイッチテーブル７４は、「二次電池セルＮｏ」「スイッチ」のデータを有している。「二次電池セルＮｏ」には、二次電池セルを識別する識別番号が記憶されている。本例では、識別番号「１」「２」・・・・が記憶されている。「スイッチ」には、二次電池セルを放電する際に制御するスイッチを識別する記号が記憶されている。本例では、スイッチを識別する記号「ＳＷ１，ＳＷ２」「ＳＷ２，ＳＷ３」・・・・が記憶されている。例えば、「ＳＷ１，ＳＷ２」はスイッチＳＷ１、ＳＷ２が導通しているときスイッチＳＷ３のスイッチが遮断されていることを表している。「ＳＷ２，ＳＷ３」はスイッチＳＷ２、ＳＷ３が導通しているときスイッチＳＷ１のスイッチが遮断されていることを表している。

　ステップＳ５についてアクティブ型一実施例について説明する。

　図３のアクティブ型の場合、電池制御部４は、切替制御信号を出力してスイッチＳＷ４～ＳＷ１１を制御して切り替える。例えば、二次電池セル２１ａの電圧値が二次電池セル２１ｂの電圧値よりも大きいとき、二次電池セル２１ａの電圧値と二次電池セル２１ｂの電圧値を同じにする場合に、スイッチＳＷ４～ＳＷ１１を導通させる。続いて、スイッチＳＷ４、５をオン／オフさせて交流を生成し、トランスＴ１からＴ２を介して、二次電池セル２１ａの電荷を二次電池セル２１ｂに移動させる。続いて、二次電池セル２１ａと二次電池セル２１ｂの電圧値が同じ値になったことを検出すると、スイッチＳＷ４～ＳＷ１１を電池制御部４が遮断状態にさせる。

　続いて、電池制御部４は電圧計から測定した電圧値を取得し、測定した電圧値と二次電池セルとを関連付けて記憶部５に記憶する。

　図７のアクティブ型のスイッチテーブル７２は、「二次電池セルＮｏ」「スイッチ」のデータを有している。「二次電池セルＮｏ」には、二次電池セルを識別する識別番号が記憶されている。本例では、識別番号「１」「２」・・・・が記憶されている。「スイッチ」には、二次電池セルを充電する際に制御するスイッチを識別する記号が記憶されている。本例では、スイッチを識別する記号「ＳＷ４，ＳＷ５」「ＳＷ８，ＳＷ９」・・・・が記憶されている。例えば、「ＳＷ４，ＳＷ５」はスイッチＳＷ４、ＳＷ５の２つのスイッチをオン／オフさせている間、スイッチＳＷ６～ＳＷ１１のスイッチを導通させることを表している。「ＳＷ８，ＳＷ９」はスイッチＳＷ８、ＳＷ９の２つのスイッチをオン／オフさせている間、スイッチＳＷ４～ＳＷ７、ＳＷ１０、ＳＷ１１のスイッチを導通させることを表している。

　ステップＳ５についてプログレッシブアクティブ型の場合について説明する。

　図４のプログレッシブアクティブ型の場合、電池制御部４は、切替制御信号を出力してスイッチＳＷ４～ＳＷ１１を制御して切り替える。例えば、二次電池セル２１ａの電圧値が二次電池セル２１ｂの電圧値よりも大きいとき、二次電池セル２１ａの電圧値と二次電池セル２１ｂの電圧値を同じにする場合、スイッチＳＷ８、ＳＷ９を導通させる。続いて、スイッチＳＷ１０、１１をオン／オフさせて交流を生成し、トランスＴ２を介して電力源４１の電荷を二次電池セル２１ｂに移動させる。その結果、トランスＴ２を介して電力源４１から二次電池セル２１ｂに充電がされる。続いて、電圧値を監視して二次電池セル２１ｂの電圧値が基準値（最大値）になったときにスイッチＳＷ８～ＳＷ１１を遮断状態にする。続いて、電池制御部４は電圧計から測定した電圧値を取得し、測定した電圧値と二次電池セルとを関連付けて記憶部５に記憶する。

　なお、２つ以上の二次電池セルがある場合には、図６のプログレッシブアクティブ型の判定テーブル６３の上の行から順番に二次電池セルを選択し、選択した二次電池セルに対応したスイッチに電池制御部４が切替制御信号を出力して対応するスイッチを制御する。

　図７のプログレッシブアクティブ型のスイッチテーブル７３は、「二次電池セルＮｏ」「スイッチ」のデータを有している。「二次電池セルＮｏ」には、二次電池セルを識別する識別番号が記憶されている。本例では、識別番号「１」「２」・・・・が記憶されている。「スイッチ」には、二次電池セルを充電する際に制御するスイッチを識別する記号が記憶されている。本例では、スイッチを識別する記号「ＳＷ６，ＳＷ７」「ＳＷ１０，ＳＷ１１」・・・・が記憶されている。例えば、「ＳＷ６，ＳＷ７」はスイッチＳＷ６、ＳＷ７の２つのスイッチをオン／オフさせている間、スイッチＳＷ４、ＳＷ５の２つのスイッチを導通させることを表している。「ＳＷ１０，ＳＷ１１」はスイッチＳＷ１０、ＳＷ１１の２つのスイッチをオン／オフさせている間、スイッチＳＷ８、ＳＷ９の２つのスイッチを導通させることを表している。

　ステップＳ６では、電池制御部４が差を求めて判定テーブルに記憶する。

　パッシブ型の場合は、二次電池セル各々の電圧値と、最小値（基準値）との差を求めて判定テーブル６１の「差」に記憶する。

　アクティブ型の場合は、充放電後の二次電池セルの電圧値の中から最大値と最小値を選択し、最大値と最小値の差を求め、判定テーブル６２の「差」に記憶する。

　プログレッシブアクティブ型の場合は、二次電池セル各々の電圧値と、最大値（基準値）との差を求めて判定テーブル６３の「差」に記憶する。

　ステップＳ７では、電池制御部４がステップＳ６で取得した差とセルバランス閾値とを比較し、セルバランス閾値以内であるか否かを判定する。セルバランス閾値以内である場合にはステップＳ１１（Ｙｅｓ）に移行し、セルバランス閾値以内でない場合にはステップＳ８（Ｎｏ）に移行する。セルバランス閾値は、例えば、二次電池セルの特性によって決めることが望ましい。パッシブ型の場合、電池制御部４が二次電池セル各々に対応する差について順次判定をする。アクティブ型の場合、電池制御部４が最大値と最小値の差について判定をする。プログレッシブアクティブ型の場合、電池制御部４が二次電池セル各々に対応する差について順次判定をする。

　ステップＳ８では、電池制御部４がカウント値ｎと所定の回数Ｎを比較し、カウント値ｎ＝所定の回数ＮであればステップＳ１０（Ｙｅｓ）に移行し、カウント値ｎより小さければステップＳ９（Ｎｏ）に移行する。ステップＳ９では、電池制御部４がセルバランス処理を実行してもセルバランス閾値以内に電圧値が入らない場合に、セルバランス処理を実行した回数ｎをカウントする。すなわち、カウント値ｎ＝ｎ＋１を求める。また、ステップＳ８でステップＳ１０（Ｙｅｓ）に移行した場合には、ステップＳ１０でカウント値ｎを初期値に戻す。本例の場合にはカウント値ｎを０とする。なお、本例ではカウント値ｎを求める際にカウントアップをしているが、所定の回数からカウントダウンをしてもよい。

　ステップＳ１１では、電池制御部４が全ての二次電池セルについてセルバランスを行ったかを判定し、完了していればステップＳ１２（Ｙｅｓ）に移行し、完了していなければステップＳ５（Ｎｏ）に移行する。このとき、電池制御部４はセルバランスが完了したことを制御部７に通知する。ステップＳ５（Ｎｏ）に移行する場合、パッシブ型、プログレッシブアクティブ型の場合には、例えば判定テーブルの次の行を選択する。

　ステップＳ１２では電池制御部４がカウントを開始する。例えば、カウンタや時計機能などを用いてカウントを開始する。または、カウントをリセットして初期値にする。

　ステップＳ１３では、電池制御部４がカウント閾値（所定の時間に相当する値）とステップＳ１２で開始したカウントの値を比較し、カウント閾値を超えたときはステップＳ１（Ｙｅｓ）に移行し、カウント閾値以下の場合にはステップＳ１２（Ｎｏ）に移行する。カウント閾値は、例えば、３０分や１時間などに相当するカウント値が考えられる。しかし、カウント値は３０分や１時間相当に限定されるものではない。

　本実施形態によれば、セルバランス処理を実施可能な場合に、二次電池セル各々の電圧が均等（二次電池セル各々の電圧差が所定の閾値以内）のとき、セルバランス処理を実行せず、二次電池セル電圧が均等でない場合に、セルバランス処理を実行する。その結果、セルバランスにおける消費する電力を抑止することができる。

　また、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

Claims

　車両に搭載される複数の二次電池セルを充放電する二次電池充電装置であって、
　前記複数の二次電池セル各々の電圧値を計測する電圧計を備え、充電または放電をして前記複数の二次電池セル各々の電圧値を均等にするセルバランス部と、
　前記複数の二次電池セル各々が充放電中でないことを検出すると、前記電圧計が測定した電圧値を取得し、前記複数の二次電池セル各々の電圧値の差が閾値以内であるか否かを判定し、前記閾値以内のときは前記セルバランス部に前記複数の二次電池セル各々の電圧値を均等化させず、前記閾値を超えたときは前記セルバランス部に均等化させる、制御を行う電池制御部と、
　を備えることを特徴とする二次電池充電装置。
　前記セルバランス部が、パッシブ型セルバランス回路である場合、
　前記電池制御部は、
　前記複数の二次電池セルの電圧値の中から最小値を検出し、前記複数の二次電池セル各々の電圧値と該最小値との差を求め、前記差が前記閾値以内であるか否かを判定し、前記閾値を超えたときは前記セルバランス部に電圧値が前記閾値を超えた前記複数の二次電池セル各々に対して前記最小値になるまで放電をさせる、制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の二次電池充電装置。
　前記セルバランス部が、アクティブ型セルバランス回路である場合、
　前記電池制御部は、
　前記複数の二次電池セルの電圧値の中から最小値と最大値を検出し、前記最小値と前記最大値との差を求め、前記差が前記閾値以内であるか否かを判定し、前記閾値を超えたときは前記セルバランス部に前記複数の二次電池セル各々の電圧値が平均値で均等になるまで、前記複数の二次電池セル間で放電または充電をさせる、制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の二次電池充電装置。
　前記セルバランス部が、プログレッシブアクティブ型セルバランス回路である場合、
　前記電池制御部は、
　前記複数の二次電池セルの電圧値の中から最大値を検出し、前記複数の二次電池セル各々の電圧値と該最大値との差を求め、前記差が前記閾値以内であるか否かを判定し、前記閾値を超えたときは前記セルバランス部に電圧値が前記閾値を超えた前記複数の二次電池セル各々に対して前記最大値になるまで外部電力源から充電をさせる、制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の二次電池充電装置。