JP2008054415A

JP2008054415A - 電圧補償装置、電圧補償システム及び電圧補償方法

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Publication number: JP2008054415A
Application number: JP2006227838A
Authority: JP
Inventors: Toshio Matsushima; 敏雄松島; Nobuhiko Suzuki; 伸彦鈴木
Original assignee: NTT Facilities Inc
Current assignee: NTT Facilities Inc
Priority date: 2006-08-24
Filing date: 2006-08-24
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2026-08-24
Also published as: JP4633690B2

Abstract

【課題】電源から供給される電圧が変動した場合であっても、組電池は常に一定の電圧を利用して安定した充電を行なうことができる電圧補償装置、電圧補償システム及び電圧補償方法を提供する。
【解決手段】組電池１の電圧を計測し、組電池１を構成する二次電池数と、各二次電池１ａ〜１ｌの充電電圧の上限である二次電池最大充電電圧の積と、計測した電圧との差分を算出する電圧補償装置制御部８１と、組電池１に供給する電圧を、電圧補償装置制御部８１が算出した差分だけ昇圧して組電池１に供給するコンバータ８６とを有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、電圧補償装置、電圧補償システム及び電圧補償方法、特に、電源から組電池に供給する電圧が変動するのを防ぐ電圧補償装置、電圧補償システム及び電圧補償方法に関する。

繰り返して充電し放電できる二次電池を直列に接続して使用する場合、全ての二次電池の容量あるいは内部抵抗が常に同じであればバランス良く充電できる。しかしながら、実際には、二次電池の容量あるいは内部抵抗には若干のばらつきが存在する。更に、初期において同じ内部抵抗であったとしても充電を継続すると、時間の経過に伴って二次電池の内部特性が変化し、二次電池の容量に変化が生じる。その結果、各二次電池のバランスが崩れて電池電圧にばらつきが生じ、二次電池の寿命や性能を低下させることになる。

図９は、従来から知られている電池管理システム１００の概略構成図である。この電池管理システム１００では、二次電池１０１ａ〜１０１ｌが直列に接続された組電池１０１と負荷１０４とが並列に接続され、それらに直列に直流電源２００が接続されている。しかし、この電池管理システム１００では、組電池１０１内の二次電池１０１ａ〜１０１ｌの電池電圧にばらつきが生じる可能性があるという問題があった。
特に、電池電圧のばらつきの抑制が求められるリチウムイオン二次電池を二次電池１０１ａ〜１０１ｌとして用いる場合に、規定を越えた電池電圧の上昇を抑制することは、安全性の確保の観点から最重要視されている。

図１０は、従来から知られている他の電池管理システム２００の概略構成図である。この電池管理システム２００は、図９の電池管理システム１００での電池電圧のばらつきを抑制するために、シャントレギュレータを用いた電圧調整部２０５ａ〜２０５ｌを各二次電池２０１ａ〜２０１ｌに取り付けている（特許文献１参照）。
この電圧調整部２０５ａ〜２０５ｌは、使用中に常時、電池電圧の計測を行ない、電池電圧が予め設定された電圧値になった際には、二次電池２０１ａ〜２０１ｌと並列に設けられた電圧調整部２０５ａ〜２０５ｌ内のバイパス回路に充電電流をバイパスさせることにより、電圧の上昇を抑えるものである。ここで、使用中とは、二次電池２０１ａ〜２０１ｌの放電後の回復充電中、及び回復充電完了後のフロート充電中を含む状態をいう。

図１０の電圧調整部２０５ａ〜２０５ｌにおける電圧制御の目標電圧は一定値に設定されていた。例えば、二次電池２０１ａ〜２０１ｌとしてリチウムイオン二次電池を用いる場合、二次電池1個当たり４．１（Ｖ）や４．２（Ｖ）のものが用いられる。そして、直流電源２０２の出力電圧もこれらの電圧と二次組電池数に対応して、４．１（Ｖ）又は４．２（Ｖ）に二次電池数を乗算して求まる電圧を設定していた。
特開２０００−３５４３３５号公報

しかしながら、図１０の電池管理システム２００では、直流電源２０２の出力電圧は負荷２０４に電流を供給すると変動する。例えば、設定電圧が二次電池１個当たり４．１（Ｖ）の場合には、図１１のような出力電圧特性となる。図１１において、横軸は負荷率（％）を示している。また、図１１において、縦軸の左側は、直流電源の出力電圧（Ｖ）を示しており、縦軸の右側は、二次電圧の電池電圧（Ｖ／個）を示している。
組電池２０１が完全充電状態でも負荷２０４に電流を供給している場合、電流値に応じて直流電源２０２の出力電圧が変動する。図１１において、負荷率を１００（％）とすると、直流電源２０２の出力電圧は約４８．８（Ｖ）となる。このような状態で、図１０の電池管理システム２００で、二次電池１２個から構成されるリチウムイオン二次電池を使用し、電圧調整部２０５ａ〜２０５ｌにおける電圧調整の設定電圧を４．１（Ｖ）とすると、回復充電中、もしくは回復充電完了後、１０個ないしは１１個の二次電池が４．１（Ｖ）に達しても、残りの二次電池は低い電圧のまま保たれてしまう恐れがある。

すなわち、１１個の二次電池が４．１（Ｖ）に達していると、これらの二次電池の占める電圧は４５．１（Ｖ）であり、残り１個の電池電圧は３．７（Ｖ）にしか到達しない。また、１０個が４．１（Ｖ）に達していると、これらの二次電池の電池電圧は４１（Ｖ）であり、残り２個の二次電池は７．８（Ｖ）を分け合う。２つの二次電池で７．８（Ｖ）を均等に使用して充電した場合であっても、３．９（Ｖ）にしか達しない。

リチウムイオン二次電池の容量は回復充電電圧に大きく依存し、ほぼ電圧値に比例しており、充電電圧が低いと容量が低い。そして、リチウムイオン二次電池の放電においては、二次電池の保護の観点から一定の電圧まで電池電圧が低下したら放電を終了させる必要がある。従って、組電池２０１内で１個だけ容量の低い二次電池が含まれた状態で組電池２０１の放電を行なうと、電池電圧が低く容量が少ない二次電池が最初に放電終了電圧に達した段階で、組電池２０１の放電が終了してしまい、組電池２０１に蓄電された全電力を使用することができない。つまり、直流電源２０２から電池管理装置２１０に供給される電圧が変動すると、組電池２０１は安定した電圧を利用して充電することができないため、組電池２０１を構成する各二次電池の充電状態にばらつきが生じるという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電源から供給される電圧が変動した場合であっても、組電池は常に一定の電圧を利用して安定した充電を行なうことができる電圧補償装置、電圧補償システム及び電圧補償方法を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、電源と組電池との間に接続される電圧補償装置であって、前記組電池の電圧を計測する電圧計測手段と、前記組電池の充電電圧の上限である組電池最大充電電圧を記憶する組電池情報記憶手段と、前記組電池情報記憶手段が記憶する前記組電池最大充電電圧と前記電圧計測手段が計測した電圧との差分を算出する算出手段と、前記組電池に供給する電圧を、前記算出手段が算出した差分だけ昇圧して前記組電池に供給する昇圧手段とを有することを特徴とする電圧補償装置である。
本発明では、前記組電池の電圧を電圧計測手段が計測し、組電池の充電電圧の上限である組電池最大充電電圧を組電池情報記憶手段が記憶し、組電池最大充電電圧と電圧計測手段が計測した電圧との差分を算出手段が算出し、組電池に供給する電圧をその差分だけ昇圧して組電池に昇圧手段が供給するようにした。これにより、電源から電圧補償装置に供給される電圧が変動した場合であっても、電圧補償装置が出力する電圧は組電池最大充電電圧まで昇圧されて組電池に供給されるため、組電池は常に一定の電圧を利用して安定した充電を行なうことができる。

また、請求項２に記載の発明は、電源と複数の二次電池が直列に接続された組電池との間に接続される電圧補償装置であって、前記組電池の電圧を計測する電圧計測手段と、前記組電池を構成する二次電池数と各二次電池の充電電圧の上限である二次電池最大充電電圧とを記憶する二次電池情報記憶手段と、前記二次電池情報記憶手段が記憶する前記二次電池数と前記二次電池最大充電電圧の積と前記電圧計測手段が計測した電圧との差分を算出する算出手段と、前記組電池に供給する電圧を、前記算出手段が算出した差分だけ昇圧して前記組電池に供給する昇圧手段とを有することを特徴とする電圧補償装置である。
本発明では、前記組電池の電圧を電圧計測手段が計測し、二次電池数と二次電池最大充電電圧とを二次電池情報記憶手段が記憶し、二次電池数と二次電池最大充電電圧の積と電圧計測手段が計測した電圧との差分を算出手段が算出し、組電池に供給する電圧をその差分だけ昇圧して組電池に昇圧手段が供給するようにした。これにより、電源から電圧補償装置に供給される電圧が変動した場合であっても、電圧補償装置が出力する電圧は二次電池数と二次電池最大充電電圧の積まで昇圧されて組電池に供給されるため、組電池は常に一定の電圧を利用して安定した充電を行なうことができる。

また、請求項３に記載の発明は、複数の二次電池が直列に接続された組電池と、前記組電池と並列に接続される負荷と、前記組電池及び前記負荷に直列に接続される電源と、請求項１又は２に記載の電圧補償装置とを有し、前記電圧補償装置は、前記組電池と前記電源との間に接続されることを特徴とする電圧補償システムである。
本発明では、電圧補償装置を、組電池と電源との間に接続するようにしたため、電源から電圧補償装置に供給される電圧が変動した場合であっても、組電池及び負荷に対して常に一定の電圧を供給することができる。

また、請求項４に記載の発明は、前記各二次電池ごとに設けられ、二次電池の電池電圧が前記二次電池最大充電電圧よりも大きくなった場合に、その二次電池に供給される電流をバイパスさせるバイパス手段を有することを特徴とする請求項３に記載の電圧補償システムである。
本発明では、二次電池の電池電圧が二次電池最大充電電圧よりも大きくなった場合に、その二次電池に供給される電圧をバイパス電流として他の二次電池にバイパス手段がバイパスするようにしたので、電池電圧が二次電池最大充電電圧に達していない二次電池を、バイパス電流によって充電することができるので、各二次電池を均等に目標電圧まで充電することができる。

また、請求項５に記載の発明は、電源と組電池との間に接続される電圧補償装置を使用した電圧補償方法であって、前記組電池の電圧を電圧計測手段が計測する第1のステップと、前記組電池の充電電圧の上限である組電池最大充電電圧を組電池情報記憶手段が記憶する第２のステップと、前記組電池情報記憶手段が記憶する前記組電池最大充電電圧と前記電圧計測手段が計測した電圧との差分を算出手段が算出する第３のステップと、前記組電池に供給する電圧を、前記算出手段が算出した差分だけ昇圧して前記組電池に昇圧手段が供給する第４のステップとを有することを特徴とする電圧補償方法である。

本発明では、電源から供給される電圧が変動した場合であっても、組電池は常に一定の電圧を利用して安定した充電を行なうことができる。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による電圧補償システム１１ａの概略構成図である。この電圧補償システム１１ａは、組電池１、直流電源２（電源）、負荷４、電圧補償装置７を有する。
組電池１は、直列に接続された１２個の二次電池１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、・・・、１ｌにより構成されている。なお、組電池１を構成する二次電池の数は、１２個に限定されるものではない。本実施形態では、二次電池としてリチウムイオン二次電池を用いているが、二次電池として鉛蓄電池などを用いてもよい。
直流電源２は、電圧補償装置７に電圧を供給する。負荷４は、通信装置などであり、組電池１と並列に接続されている。負荷４は、電圧補償装置７や組電池１から供給される電力を利用して駆動する。

図２は、電圧補償システム１１ａ（図１）の電圧補償装置７の構成を示すブロック図である。電圧補償装置７は、電圧計測部７１（電圧計測手段）、記憶部７２（組電池情報記憶手段、二次電池情報記憶手段）、算出部７３（算出手段）、昇圧部７４（昇圧手段）を有する。
電圧計測部７１は、組電池１の両端の電圧Ｖ_Ａを計測する。記憶部７２は、組電池１を構成する二次電池数Ｎ（例えば、１２個）と各二次電池１ａ〜１ｌの充電電圧の上限である二次電池最大充電電圧Ｖ_Ｂ（例えば、４．１（Ｖ））とを記憶する。
算出部７３は、記憶部７２が記憶する二次電池数Ｎと二次電池最大充電電圧Ｖ_Ｂの積（＝Ｎ×Ｖ_Ｂ）と、電圧計測部７１が計測した電圧Ｖ_Ａとの差分（＝Ｎ×Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ａ）を算出する。
昇圧部７４は、電圧補償装置７から組電池１に供給される電圧Ｖ_Ａを、算出部７３が算出した差分（＝Ｎ×Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ａ）だけ昇圧した電圧（＝Ｎ×Ｖ_Ｂ）を、端子ｐ３及びｐ４を介して組電池１に供給する。

なお、ここでは、記憶部７２が二次電池数と二次電池最大充電電圧Ｖ_Ｂとを記憶する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、記憶部７２は、二次電池数Ｎと二次電池最大充電電圧Ｖ_Ｂとの積である組電池最大充電電圧Ｖ_Ｃ（＝Ｎ×Ｖ_Ｂ）を記憶するようにしてもよい。この場合、算出部７３は、記憶部７２が記憶する組電池最大充電電圧Ｖ_Ｃと、電圧計測部７１が計測した電圧Ｖ_Ａとの差分（＝Ｖ_Ｃ−Ｖ_Ａ）を算出する。

図３は、本発明の実施形態による電圧補償装置制御部８１の処理を示すフローチャートである。始めに、組電池１の電圧Ｖ_Ａを電圧計測部７１が計測する（ステップＳ１１）。
そして、組電池１を構成する二次電池数と、組電池１の充電電圧の上限である二次電池最大充電電圧Ｖ_Ｂとを記憶部７２に記録する（ステップＳ１２）。なお、このステップＳ２の処理は、図３のフローチャートの処理を行なう前提として、電圧補償装置７の管理者等が記憶部７２に予め記録するようにしてもよい。
そして、記憶部７２が記憶する二次電池数Ｎと二次電池最大充電電圧Ｖ_Ｂとの積Ｎ×Ｖ_Ｂと、電圧計測部７１が計測した電圧Ｖ_Ａとの差分（＝Ｎ×Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ａ）を算出部７３が算出する（ステップＳ１３）。

そして、組電池１に供給する電圧Ｖ_Ａを、算出部７３が算出した差分（＝Ｎ×Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ａ）だけ昇圧部７４に昇圧させた電圧（＝Ｎ×Ｖ_Ｂ）を、組電池１に供給する（ステップＳ１４）。
そして、電圧補償装置７は、内蔵するタイマを参照することにより、所定時間（例えば、１秒）が経過したか否かについて判定する（ステップＳ１５）。所定時間が経過していない場合（ステップＳ１５で「ＮＯ」）には、所定時間が経過するまで待機する。一方、所定時間が経過した場合（ステップＳ１５で「ＹＥＳ」）には、ステップＳ１１に進む。

図４は、電圧補償システム１１ａの電圧補償装置７を実現するための回路をより具体的に示した図である。電圧補償装置７は、電圧補償装置制御部８１、コンデンサ８２、コイル８３、ダイオード８４、ダイオード８５、コンバータ８６、半導体スイッチ８７、ダイオード８８を有する。
図４の電圧補償装置制御部８１は、図３の電圧計測部７１、記憶部７２、算出部７３に該当する。また、図４のコンバータ８６は、図３の昇圧部７４に該当する。

図９、図１０で説明した従来技術では、図１１に示すような負荷率に応じて出力電圧が変化する特性を持った直流電源２が使用されると、図１１のグラフｇ１に示すように、二次電池１ａ〜１ｌに加えられる電圧も負荷率に応じて変化するため、容量確保に必要な電圧の確保が困難になっていた。図１１は、リチウムイオン二次電池の電池電圧を示しており、負荷率の変化によって二次電池の平均電圧は、４．１（Ｖ）〜４．０６（Ｖ）まで変化している。しかし、本発明の第１の実施形態による電圧補償システム１１ａでは、図４に示すように組電池１と直流電源２との間に電圧補償装置７を接続しているので、図１１に示すように直流電源の出力が負荷率によって変化しても、低下した差分の電圧の昇圧が電圧補償装置７によって行われ、図１１のグラフｇ２に示すように、この電圧補償装置７から組電池１に対して一定の安定した直流電圧が供給される。

なお、図４において、電圧補償装置７は電圧補償装置制御部８１を備えており、電圧補償装置制御部８１が電圧補償装置７の出力端子ｐ３及びｐ４側の電圧Ｖ_Ａを計測する。この計測した電圧値に応じて電圧補償装置７における昇圧値を決定し、電圧補償装置７内の半導体スイッチ８７のＯＮ又はＯＦＦを制御することによって前記昇圧値だけ昇圧を行ない、組電池１に対する出力電圧の安定化を行なう。
半導体スイッチ８７を用いた電圧調整の原理を、図５を参照して説明する。半導体スイッチ８７を用いた電圧調整は、チョッパ回路により行われ、半導体スイッチ８７のＯＮ−ＯＦＦの時間を制御することによって電圧補償装置７の出力電圧を変える。すなわち、半導体スイッチ８７をＴ_１秒間ＯＮにし、Ｔ−Ｔ_１秒間ＯＦＦになるような動作を周期Ｔで繰り返すと、電圧補償装置７の出力端子ｐ３及びｐ４側から出力される電圧は、図５に示すような波形となる。周期Ｔに対して半導体スイッチ８７がＯＮになっている割合が通流率αであり、α＝Ｔ_１／Ｔである。そして、出力電圧の平均値Ｖ_Ｒは、Ｖ_Ｒ＝Ｖ_Ｓ×Ｔ_１／Ｔとなり、αを可変とすることで入力電圧Ｖ_Ｓに対して、０〜Ｖ_Ｓの直流電圧を得ることができる。

なお、上述した実施形態では、電圧補償装置７（図４）においてブースタコンバータを用いているが、これに限定されるものではなく、チョッパ回路を利用した絶縁型の昇圧コンバータを用いてもよい。

図６は、本発明の第２の実施形態による電圧補償システム１１ｂの概略構成図である。第２の実施形態による電圧補償システム１１ｂの構成が、第１の実施形態による電圧補償システム１１ａの構成（図１参照）と同じ部分については、同一の符号を付してそれらの説明を省略する。第１の実施形態では、組電池１と負荷４とが並列に接続されていたが、第２の実施形態では、電池管理装置１０と負荷４とが並列に接続されている点において、相違する。
この電池管理装置１０は、組電池１、電池管理装置制御部３、電圧調整部５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、・・・、５ｌを有する。

電池管理装置制御部３は、電圧調整部５ａ〜５ｌと、充電電圧検出部７とに接続されている。制御部３については、図７を参照して後述する。
電圧調整部５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、・・・、５ｌは、二次電池１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、・・・、１ｌの両端にそれぞれ接続されるとともに、電池管理装置制御部３に接続されている。電圧調整部については、図７を参照して後述する。

図７は、本発明の実施形態による電池管理装置１０の具体的な構成を示す回路図である。電池管理装置制御部３は、電圧設定部３１、電圧コントローラ３２ａ、・・・、３２ｋ、３２ｌを有する。
電圧設定部３１は、各二次電池１ａ〜１ｌの充電電圧の上限である二次電池最大充電電圧Ｖ_Ｂを記憶している。この二次電池最大充電電圧Ｖ_Ｂは、電池管理装置１０の管理者等によって電圧設定部３１に予め設定される。
電圧コントローラ３２ｋは、電圧設定部３１から二次電池最大充電電圧Ｖ_Ｂを読み出し、電圧調整部５ｋに出力することにより、二次電池１ｋの電池電圧が二次電池最大充電電圧Ｖ_Ｂ以下となるように、電圧補償装置７から組電池１に供給される電圧を二次電池１ｋに供給する。また、電圧コントローラ３２ｋは、二次電池１ｋの電池電圧や、後述するバイパス電流値を電圧調整部５ｋから取得し、電池管理装置制御部３に出力する。なお、電圧コントローラ３２ａ〜３４ｊ、３４ｌの構成は、電圧コントローラ３２ｋの構成と同じであるので、それらの説明を省略する。

次に、電圧調整部５ｋについて説明する。なお、電圧調整部５ａ〜５ｊ、５ｌの構成は、電圧調整部５ｋと同様であるので、それらの説明を省略する。電圧調整部５ｋは、バイパス電流制御素子４１、バイパス電流制限素子４２、バイパス電流測定素子４３、電池電圧誤差増幅器４４、電池電圧測定用誤差増幅器４５を有している。
バイパス電流制御素子４１、バイパス電流制限素子４２、バイパス電流測定素子４３は、直列に接続されており、バイパス回路（バイパス手段）を構成している。このバイパス回路は、二次電池１ｋと並列に接続されている。

バイパス電流制御素子４１は、トランジスタなどの素子であり、電池電圧誤差増幅器４４から制御信号を受信した場合に、充電電流のうち二次電池１ｋの充電に使用しない電流であるバイパス電流をバイパス回路に流れるように制御する。
バイパス電流制限素子４２は、ヒューズなどの素子であり、バイパス回路にバイパス可能な電流の最大値である許容バイパス電流値よりも大きな電流が流れた場合に、バイパス電流制御素子４１とバイパス電流測定素子４３との間を流れる電流を遮断する。
バイパス電流測定素子４３は、バイパス回路を流れるバイパス電流の電流値を測定し、バイパス電流測定値として電圧コントローラ３２ｋに出力する。

電池電圧誤差増幅器４４は、電圧コントローラ３２ｋから出力される二次電池最大充電電圧Ｖ_Ｂ（例えば、４．１（Ｖ））と、電池電圧測定用誤差増幅器４５から出力される二次電池１ｋの電池電圧とを比較し、電池電圧が二次電池最大充電電圧よりも大きい場合には、バイパス電流制御素子４１にバイパス電流を流すことを指示する制御信号を、バイパス電流制御素子４１に出力する。
電池電圧測定用誤差増幅器４５は、二次電池１ｋの正極及び負極の電圧値の差から、二次電池１ｋの電池電圧を算出し、その電池電圧を制御部３と電池電圧誤差増幅器４４とに出力する。

電圧コントローラ３２ｋから出力される、二次電池最大充電電圧と各二次電池１ａ〜１ｌの電圧の測定値を、電池電圧誤差増幅器４４に入力することでバイパス回路のバイパス電流制御素子４１の制御が行われる。バイパス電流制御素子４１が完全にオンしていればバイパス電流としては許容可能な最大電流が流れる。また完全にオフしていればバイパス電流は流れない。さらに、バイパス電流制御素子４１を増幅領域（不飽和領域）で使用することで可変抵抗と同じ状態とすることができ、バイパスさせるバイパス電流の電流値を連続的に調整することができる。

このように、このバイパス回路では、バイパス電流制御素子４１が可変抵抗と同様に使用できるので、電池電圧が設定された二次電池最大充電電圧Ｖ_Ｂに近づき、充電電流が微小な値になっても、このような微小な充電電流もバイパスさせることができる。このような制御により電池電圧値に応じて充電電流をバイパス回路で連続的にバイパスさせることで、各二次電池が指定された二次電池最大充電電圧Ｖ_Ｂ以上にならないように制御することができる。

第２の実施形態では、電圧調整部５ａ〜５ｌが各二次電池１ａ〜１ｌに並列に接続されているので、組電池１内で各二次電池１ａ〜１ｌの電池電圧に応じて、電池電圧が高い二次電池では充電電流のバイパスが進行し、また、電池電圧が低い二次電池では充電電流の流入による充電が進行し、組電池１内では全ての二次電池１ａ〜１ｌの電池電圧が二次電池最大充電電圧Ｖ_Ｂになるよう制御される。これにより、各二次電池１ａ〜１ｌの電池電圧のばらつきが少なくなるように充電することが可能となる。

図８（ａ）及び図８（ｂ）は、組電池１を放電した後、回復充電を行ない、完全充電状態に達する前後における、組電池１内の各二次電池１ａ〜１ｌの電圧のばらつきを模式的に示した図である。これらの図において、二次電池の電池電圧（Ｖ）を示しており、縦軸は二次電池数（個）を示している。図８（ａ）及び図８（ｂ）は、図１１において、負荷率が１００％の場合の特性を示している。

図８（ａ）は、負荷率が１００％で運転されている直流電源２から、４８．８（Ｖ）の電圧が出力される場合を示している。組電池１を構成する二次電池数がＮ＝１２であって、二次電池最大充電電圧Ｖ_Ｂ＝４．１（Ｖ）である場合、二次電池電池管理装置１０の電圧設定部３１には、Ｖ_Ｂ×Ｎ＝４９．２（Ｖ）という値が記録される。
この結果、図８（ａ）に示すように各二次電池１ａ〜１ｌの電池電圧は、４．１（Ｖ）近辺の値となる。一方、従来の技術による電池管理システム２００（図１０参照）で、目標電圧が４．１（Ｖ）に設定されたままの場合には、図８（ｂ）に示すように、１０個の二次電池が４．１（Ｖ）に到達したとすると残りの２個の二次電池における電池電圧は３．９（Ｖ）のままになる。
この理由は、直流電源２の出力電圧が４８．８（Ｖ）で安定していると、出力電流はこの電圧に応じた一定値のままで増加することがないためである。

なお、第２の実施形態による電池管理装置１０の制御部３に、過充電や過放電から二次電池１ａ〜１ｌを保護する機能を設けてもよい。例えば、図６の二次電池１ｌと端子ｐ５との間にスイッチを設けるとともに、各二次電池１ａ〜１ｌの電池電圧を測定し、電池電圧が過充電電圧以上、又は、過放電電圧以下となった場合に、スイッチの開放を行なうようにしてもよい。

例えば、二次電池としてリチウムイオン二次電池を用いる場合、電池電圧が４．２（Ｖ）〜４．５（Ｖ）に達すると、リチウムイオン二次電池が故障等するおそれがあるので、充電中に過充電電圧以上の電池電圧が少なくとも１個の二次電池で検出された場合には、スイッチを開放し組電池１の安全性を確保する。また、二次電池の放電が行われた場合に、同様に各二次電池の電圧を測定し、過放電電圧である２．５（Ｖ）以下の電池電圧が少なくとも１個の二次電池で検出された場合には、スイッチを開放する。
このようなスイッチ制御回路は、電池管理装置制御部３内にＯＲ回路を設けることにより実現することができる。このＯＲ回路は、過充電電圧又は過放電電圧と測定電圧との比較を行った上で、スイッチの開放条件となる過充電電圧又は過放電電圧が検出された場合に、スイッチ開放信号をスイッチに出力する。

以上説明したように、本発明の第１及び第２の実施形態では、組電池１の充電を行なう直流電源２と組電池１との間に、安定した直流電圧を補償するための電圧補償装置７を接続するようにした。
この結果、直流電源２の出力電圧が負荷電流に応じて変動しても、その電圧変動を補正し、組電池１の充電に最適な充電電圧を補償することができる。これによって、特に、二次電池１ａ〜１ｌがリチウムイオン二次電池である場合、組電池１内の各電池電圧にばらつきが生じることを抑制し、充電不足の二次電池が生じることを防ぎ、組電池１において安定した電池容量を確保することが可能となる。

なお、以上説明した実施形態において、図４の電圧補償装置制御部８１、図６の電池管理装置制御部３の機能又はこれらの機能の一部を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより電圧補償装置７又は電池管理装置１０の制御を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

本発明の第１の実施形態による電圧補償システム１１ａの概略構成図である。電圧補償システム１１ａ（図１）の電圧補償装置７の構成を示すブロック図である。本発明の実施形態による電圧補償装置制御部８１の処理を示すフローチャートである。電圧補償システム１１ａの電圧補償装置７を実現するための回路をより具体的に示した図である。本発明の実施形態による半導体スイッチ８７を用いた電圧調整の原理を説明するための図である。本発明の第２の実施形態による電圧補償システム１１ａの概略構成図である。本発明の実施形態による電池管理装置１０の具体的な構成を示す回路図である。組電池１内の各二次電池１ａ〜１ｌの電圧のばらつきを模式的に示した図である。従来から知られている電池管理システム１００の概略構成図である。従来から知られている他の電池管理システム２００の概略構成図である。従来から知られている直流電源２０２の出力特性を示す図である。

符号の説明

１・・・組電池、２・・・直流電源、３・・・電池管理装置制御部、４・・・負荷、７・・・電圧補償装置、１１ａ、１１ｂ・・・電圧補償システム、３１・・・電圧設定部、３２ａ〜３２ｌ・・・電圧コントローラ、４１・・・バイパス電流制御素子、４２・・・バイパス電流制限素子、４３・・・バイパス電流測定素子、４４・・・電池電圧誤差増幅器、４５・・・電池電圧測定用誤差増幅器、７１・・・電圧計測部、７２・・・記憶部、７３・・・算出部、７４・・・昇圧部、８１・・・電圧補償装置制御部、８２・・・コンデンサ、８３・・・コイル、８４・・・ダイオード、８５・・・ダイオード、８６・・・コンバータ、８７・・・半導体スイッチ、８８・・・ダイオード

Claims

電源と組電池との間に接続される電圧補償装置であって、
前記組電池の電圧を計測する電圧計測手段と、
前記組電池の充電電圧の上限である組電池最大充電電圧を記憶する組電池情報記憶手段と、
前記組電池情報記憶手段が記憶する前記組電池最大充電電圧と、前記電圧計測手段が計測した電圧との差分を算出する算出手段と、
前記組電池に供給する電圧を、前記算出手段が算出した差分だけ昇圧して前記組電池に供給する昇圧手段と、
を有することを特徴とする電圧補償装置。
電源と複数の二次電池が直列に接続された組電池との間に接続される電圧補償装置であって、
前記組電池の電圧を計測する電圧計測手段と、
前記組電池を構成する二次電池数と各二次電池の充電電圧の上限である二次電池最大充電電圧とを記憶する二次電池情報記憶手段と、
前記二次電池情報記憶手段が記憶する前記二次電池数と前記二次電池最大充電電圧の積と、前記電圧計測手段が計測した電圧との差分を算出する算出手段と、
前記組電池に供給する電圧を、前記算出手段が算出した差分だけ昇圧して前記組電池に供給する昇圧手段と、
を有することを特徴とする電圧補償装置。
複数の二次電池が直列に接続された組電池と、
前記組電池と並列に接続される負荷と、
前記組電池及び前記負荷に直列に接続される電源と、
請求項１又は２に記載の電圧補償装置とを有し、
前記電圧補償装置は、前記組電池と前記電源との間に接続されることを特徴とする電圧補償システム。
前記各二次電池ごとに設けられ、二次電池の電池電圧が前記二次電池最大充電電圧よりも大きくなった場合に、その二次電池に供給される電流をバイパスさせるバイパス手段を有することを特徴とする請求項３に記載の電圧補償システム。
電源と組電池との間に接続される電圧補償装置を使用した電圧補償方法であって、
前記組電池の電圧を電圧計測手段が計測する第1のステップと、
前記組電池の充電電圧の上限である組電池最大充電電圧を組電池情報記憶手段が記憶する第２のステップと、
前記組電池情報記憶手段が記憶する前記組電池最大充電電圧と、前記電圧計測手段が計測した電圧との差分を算出手段が算出する第３のステップと、
前記組電池に供給する電圧を、前記算出手段が算出した差分だけ昇圧して前記組電池に昇圧手段が供給する第４のステップと、
を有することを特徴とする電圧補償方法。