JP2001339865A - セル電圧均等化装置、セル電圧均等化方法、ハイブリッドカー、及び組電池の生産方法 - Google Patents
セル電圧均等化装置、セル電圧均等化方法、ハイブリッドカー、及び組電池の生産方法Info
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- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】組電池のセルの充電エネルギーをむだにするこ
となく、セル電圧またはモジュール電圧を均等化する。 【解決手段】コイルとスイッチ部とが直列接続され、該
コイルが他のコイルと電磁結合され、組電池のセルそれ
ぞれに並列接続される回路と、該それぞれの回路内のス
イッチ部を駆動する駆動部と、を備え、上記各スイッチ
部の駆動時に上記コイル相互間の電磁誘導で該各コイル
に生ずる起電力により、上記セルを充電または放電さ
せ、該セル間の電圧を均等化する。
となく、セル電圧またはモジュール電圧を均等化する。 【解決手段】コイルとスイッチ部とが直列接続され、該
コイルが他のコイルと電磁結合され、組電池のセルそれ
ぞれに並列接続される回路と、該それぞれの回路内のス
イッチ部を駆動する駆動部と、を備え、上記各スイッチ
部の駆動時に上記コイル相互間の電磁誘導で該各コイル
に生ずる起電力により、上記セルを充電または放電さ
せ、該セル間の電圧を均等化する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は組電池に係り、特に
複数のセルの電圧を均等化するための技術に関する。
複数のセルの電圧を均等化するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、いわゆるハイブリッドカーで
は、主動力源または補助動力源として電動モータが用い
られ、その電力源には多数のセルを直列接続して成る二
次電池が用いられている。一例として、１セル当たりの
標準電圧が１．２Ｖのニッケル・水素二次電池を１２０
セル直列接続したものが知られている。このように多数
のセルを直列接続した二次電池を、充電と放電を繰り返
して継続的に使用すると、セルの電圧に高低のばらつき
が生じてくる。そのため、全セルの総電圧の監視に加
え、セル毎の電圧も監視して、いずれのセルも過充電状
態や過放電状態で継続使用されることのないようにする
管理方式が必要である。このような二次電池の管理方式
に関する従来技術の一例としては、特開平１１−１９６
５３７号公報に記載されたものがある。本公報記載の技
術は、セル（単電池）を所定の個数直列接続したものを
モジュールとし、モジュールをさらに複数個直列に接続
した電池システムにおいて、各モジュールの電圧を測定
し、それが全モジュールの平均電圧よりも高いモジュー
ルにつきバイパス回路を導通制御することで、当該モジ
ュールを適量だけ放電させ全モジュールの電圧を均等化
するようにしたものである。
は、主動力源または補助動力源として電動モータが用い
られ、その電力源には多数のセルを直列接続して成る二
次電池が用いられている。一例として、１セル当たりの
標準電圧が１．２Ｖのニッケル・水素二次電池を１２０
セル直列接続したものが知られている。このように多数
のセルを直列接続した二次電池を、充電と放電を繰り返
して継続的に使用すると、セルの電圧に高低のばらつき
が生じてくる。そのため、全セルの総電圧の監視に加
え、セル毎の電圧も監視して、いずれのセルも過充電状
態や過放電状態で継続使用されることのないようにする
管理方式が必要である。このような二次電池の管理方式
に関する従来技術の一例としては、特開平１１−１９６
５３７号公報に記載されたものがある。本公報記載の技
術は、セル（単電池）を所定の個数直列接続したものを
モジュールとし、モジュールをさらに複数個直列に接続
した電池システムにおいて、各モジュールの電圧を測定
し、それが全モジュールの平均電圧よりも高いモジュー
ルにつきバイパス回路を導通制御することで、当該モジ
ュールを適量だけ放電させ全モジュールの電圧を均等化
するようにしたものである。
【０００３】しかし、本従来技術では、モジュール電圧
が平均電圧よりも高いモジュールについては該モジュー
ル電圧を調整できるが、平均電圧よりも低いモジュール
については該電圧を調整できないと考えられる。最低電
圧のモジュールに電圧を揃えるようにすれば全モジュー
ルの電圧を均等化できるが、この方法では電池の充電エ
ネルギーがむだになり、電力効率及び発熱の点で好まし
くない。このため、充電エネルギーをむだにすることな
く、セル（単電池）の電圧またはモジュールの電圧を均
等化できる技術が望まれる。本発明は、上記課題を解決
し、従来技術をさらに改善できる技術を提供することを
目的とする。なお、以下の記載では、上記セル（単電
池）と上記モジュールとの両方を総称して「セル」と呼
ぶこととする。
が平均電圧よりも高いモジュールについては該モジュー
ル電圧を調整できるが、平均電圧よりも低いモジュール
については該電圧を調整できないと考えられる。最低電
圧のモジュールに電圧を揃えるようにすれば全モジュー
ルの電圧を均等化できるが、この方法では電池の充電エ
ネルギーがむだになり、電力効率及び発熱の点で好まし
くない。このため、充電エネルギーをむだにすることな
く、セル（単電池）の電圧またはモジュールの電圧を均
等化できる技術が望まれる。本発明は、上記課題を解決
し、従来技術をさらに改善できる技術を提供することを
目的とする。なお、以下の記載では、上記セル（単電
池）と上記モジュールとの両方を総称して「セル」と呼
ぶこととする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、 １）組電池のセル間の電圧を均等化するためのセル電圧
均等化装置を、コイルとスイッチ部とが直列接続され該
コイルが他のコイルと電磁結合された回路であって上記
セルそれぞれに並列接続される回路と、該それぞれの回
路内のスイッチ部を駆動する駆動部とを備え、上記各ス
イッチ部の駆動時に上記コイル相互間の電磁誘導で該各
コイルに生ずる起電力により、上記セルを充電または放
電させ、該セル間の電圧を均等化する構成とする。 ２）複数のセルを有して成る組電池と、コイルとスイッ
チ部とが直列接続され該コイルが他のコイルと電磁結合
された回路であって上記複数のセルそれぞれに並列接続
される回路と、該複数のスイッチ部を駆動する駆動部と
を備え、上記各スイッチ部の駆動時に上記コイル相互間
の電磁誘導で該各コイルに生ずる起電力により、上記セ
ルを充電または放電させ、該セル間の電圧を均等化する
構成とする。 ３）上記１）または２）において、上記スイッチ部と上
記コイルとの間の接続点と、ＡＣ基準電位点との間に共
振用コンデンサを設ける。 ４）上記１）、２）または３）において、上記駆動部
を、上記セルの電圧に所定値以上の差があるときに上記
スイッチ部を開閉駆動する構成とする。
に、本発明では、 １）組電池のセル間の電圧を均等化するためのセル電圧
均等化装置を、コイルとスイッチ部とが直列接続され該
コイルが他のコイルと電磁結合された回路であって上記
セルそれぞれに並列接続される回路と、該それぞれの回
路内のスイッチ部を駆動する駆動部とを備え、上記各ス
イッチ部の駆動時に上記コイル相互間の電磁誘導で該各
コイルに生ずる起電力により、上記セルを充電または放
電させ、該セル間の電圧を均等化する構成とする。 ２）複数のセルを有して成る組電池と、コイルとスイッ
チ部とが直列接続され該コイルが他のコイルと電磁結合
された回路であって上記複数のセルそれぞれに並列接続
される回路と、該複数のスイッチ部を駆動する駆動部と
を備え、上記各スイッチ部の駆動時に上記コイル相互間
の電磁誘導で該各コイルに生ずる起電力により、上記セ
ルを充電または放電させ、該セル間の電圧を均等化する
構成とする。 ３）上記１）または２）において、上記スイッチ部と上
記コイルとの間の接続点と、ＡＣ基準電位点との間に共
振用コンデンサを設ける。 ４）上記１）、２）または３）において、上記駆動部
を、上記セルの電圧に所定値以上の差があるときに上記
スイッチ部を開閉駆動する構成とする。
【０００５】５）セル電圧均等化方法として、コイルと
スイッチ部とが直列接続され該コイルが他のコイルと電
磁結合された複数の回路部を、組電池の複数のセルそれ
ぞれに並列接続するステップと、該複数のスイッチ部を
繰り返し開閉駆動させ、上記コイル相互間の電磁誘導で
該コイルに起電力を発生させるようにするステップと、
該起電力によりセルを充電または放電させてセル間の電
圧を均等化するステップと、該複数のセル間で電圧差が
許容範囲内になったかどうかを判別するステップと、上
記セル間で電圧の均等化が終了したことを表示または報
知するステップと、上記複数の回路部の、上記複数のセ
ルへの接続を切り離すステップとを備えた構成とする。
スイッチ部とが直列接続され該コイルが他のコイルと電
磁結合された複数の回路部を、組電池の複数のセルそれ
ぞれに並列接続するステップと、該複数のスイッチ部を
繰り返し開閉駆動させ、上記コイル相互間の電磁誘導で
該コイルに起電力を発生させるようにするステップと、
該起電力によりセルを充電または放電させてセル間の電
圧を均等化するステップと、該複数のセル間で電圧差が
許容範囲内になったかどうかを判別するステップと、上
記セル間で電圧の均等化が終了したことを表示または報
知するステップと、上記複数の回路部の、上記複数のセ
ルへの接続を切り離すステップとを備えた構成とする。
【０００６】６）組電池を電源とするハイブリッドカー
を、コイルとスイッチ部とが直列接続され該コイルが他
のコイルと電磁結合された回路であって上記組電池の複
数のセルそれぞれに並列接続される回路と、該スイッチ
部を駆動する駆動回路部と、上記組電池により動力源と
して駆動されるモータ部と、少なくとも該組電池の充電
用電力を発生する発電部と、該モータ、該発電部と該組
電池との間に接続される電力調整用のインバータと、該
インバータを制御するシステム運転制御部とを備え、上
記インバータに対し上記システム運転制御部から第１の
指示があったときは、上記発電部を外力により駆動し、
発生した電力を該インバータを介し上記組電池に供給し
て該組電池を充電し、上記システム運転制御部から第２
の指示があったときは、該組電池からの電力を該インバ
ータを介して上記モータに供給して該モータを駆動し、
該組電池の充電時もしくは充電後に、または該第１の指
示も該第２の指示もないときに、上記スイッチ部を開閉
動作させ、上記コイル相互間の電磁誘導で該コイルに生
ずる起電力により、該組電池の上記セルを充電または放
電させ、該セルの電圧を均等化する構成とする。
を、コイルとスイッチ部とが直列接続され該コイルが他
のコイルと電磁結合された回路であって上記組電池の複
数のセルそれぞれに並列接続される回路と、該スイッチ
部を駆動する駆動回路部と、上記組電池により動力源と
して駆動されるモータ部と、少なくとも該組電池の充電
用電力を発生する発電部と、該モータ、該発電部と該組
電池との間に接続される電力調整用のインバータと、該
インバータを制御するシステム運転制御部とを備え、上
記インバータに対し上記システム運転制御部から第１の
指示があったときは、上記発電部を外力により駆動し、
発生した電力を該インバータを介し上記組電池に供給し
て該組電池を充電し、上記システム運転制御部から第２
の指示があったときは、該組電池からの電力を該インバ
ータを介して上記モータに供給して該モータを駆動し、
該組電池の充電時もしくは充電後に、または該第１の指
示も該第２の指示もないときに、上記スイッチ部を開閉
動作させ、上記コイル相互間の電磁誘導で該コイルに生
ずる起電力により、該組電池の上記セルを充電または放
電させ、該セルの電圧を均等化する構成とする。
【０００７】７）セルを備える組電池の生産方法であっ
て、セルを製作するステップと、製作したセルを直列接
続するステップと、コイルとスイッチ部が直列接続され
該コイルが他のコイルと電磁結合された回路を、複数の
セルそれぞれに並列に接続するステップと、該それぞれ
の回路内のスイッチ部を駆動するステップとを経て、上
記各スイッチ部の駆動時に上記コイル相互間の電磁誘導
で該各コイルに生ずる起電力により、上記セルを充電ま
たは放電させ、該セル間の電圧を均等化するようにす
る。
て、セルを製作するステップと、製作したセルを直列接
続するステップと、コイルとスイッチ部が直列接続され
該コイルが他のコイルと電磁結合された回路を、複数の
セルそれぞれに並列に接続するステップと、該それぞれ
の回路内のスイッチ部を駆動するステップとを経て、上
記各スイッチ部の駆動時に上記コイル相互間の電磁誘導
で該各コイルに生ずる起電力により、上記セルを充電ま
たは放電させ、該セル間の電圧を均等化するようにす
る。
【０００８】各コイル間は電磁結合されているため、ス
イッチ部を繰り返し開閉した場合には、該コイル相互間
に電磁誘導が生じ、各コイルにはそれぞれ、他のコイル
によって起電力が誘起する。該起電力がセル電圧よりも
高い場合には、該起電力によって該セルは充電される。
逆に、該起電力がセル電圧よりも低い場合には、該セル
はコイルの逆起電力を補うように該コイルに放電電流を
流す。そして、これによる電磁誘導によって他のコイル
に起電力を生じ、該起電力によってこれよりも低い他の
セルを充電する。以上のことは各セル相互間で起きるた
め、適当な時間にわたるスイッチ部の繰り返し開閉動作
によって、コイルの起電力とセル電圧が等しくなり、セ
ル間で電圧が均等化される。また、本発明では、電磁結
合されたコイル間の電磁誘導に基づき、セル電圧の高い
セルがセル電圧の低いセルを充電するようにしているた
め、基本的には充電エネルギーがむだにされない。この
ため、エネルギー効率を高められる。また余分な発熱も
抑えられる。
イッチ部を繰り返し開閉した場合には、該コイル相互間
に電磁誘導が生じ、各コイルにはそれぞれ、他のコイル
によって起電力が誘起する。該起電力がセル電圧よりも
高い場合には、該起電力によって該セルは充電される。
逆に、該起電力がセル電圧よりも低い場合には、該セル
はコイルの逆起電力を補うように該コイルに放電電流を
流す。そして、これによる電磁誘導によって他のコイル
に起電力を生じ、該起電力によってこれよりも低い他の
セルを充電する。以上のことは各セル相互間で起きるた
め、適当な時間にわたるスイッチ部の繰り返し開閉動作
によって、コイルの起電力とセル電圧が等しくなり、セ
ル間で電圧が均等化される。また、本発明では、電磁結
合されたコイル間の電磁誘導に基づき、セル電圧の高い
セルがセル電圧の低いセルを充電するようにしているた
め、基本的には充電エネルギーがむだにされない。この
ため、エネルギー効率を高められる。また余分な発熱も
抑えられる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
例につき説明する。図１は本発明の第１の実施形態を示
す図である。本実施形態は２個のセルを直列接続した組
電池の例である。同図において、１は組電池、１０１は
組電池の正極端子、１０２は組電池の負極端子、１１は
セルＡ、１２はセルＢ、１１ＰはセルＡの正極端子、１
１ＭはセルＡの負極端子、１２ＰはセルＢの正極端子、
１２ＭはセルＢの負極端子である。２１、２２はスイッ
チ、３１、３２はコイル、３０は磁心（コア）である。
スイッチ２１とコイル３１は直列接続され、セルＡの正
極端子１１Ｐと負極端子１１Ｍに接続されている。同様
に、スイッチ２２とコイル３２はセルＢに接続されてい
る。コイル３１とコイル３２はそれぞれ、磁心３０に同
じ巻数で巻かれ、相互に電磁結合されている。スイッチ
２１とスイッチ２２は駆動時には略同時に繰り返し開閉
される。
例につき説明する。図１は本発明の第１の実施形態を示
す図である。本実施形態は２個のセルを直列接続した組
電池の例である。同図において、１は組電池、１０１は
組電池の正極端子、１０２は組電池の負極端子、１１は
セルＡ、１２はセルＢ、１１ＰはセルＡの正極端子、１
１ＭはセルＡの負極端子、１２ＰはセルＢの正極端子、
１２ＭはセルＢの負極端子である。２１、２２はスイッ
チ、３１、３２はコイル、３０は磁心（コア）である。
スイッチ２１とコイル３１は直列接続され、セルＡの正
極端子１１Ｐと負極端子１１Ｍに接続されている。同様
に、スイッチ２２とコイル３２はセルＢに接続されてい
る。コイル３１とコイル３２はそれぞれ、磁心３０に同
じ巻数で巻かれ、相互に電磁結合されている。スイッチ
２１とスイッチ２２は駆動時には略同時に繰り返し開閉
される。
【００１０】まず、初期状態において、セルＡの電圧が
セルＢの電圧よりも低い場合を想定する。この場合にお
いて、スイッチ２１とスイッチ２２の繰り返し開閉動作
が開始されると、コイルの電磁結合によってセルＡのセ
ル電圧がコイル３２側に誘起され、同時にセルＢのセル
電圧がコイル３１側に誘起される。コイル３１側ではセ
ルＡのセル電圧よりも高い電圧が誘起されるので、該セ
ルＡはコイル３１の該起電力で充電される。逆に、コイ
ル３２側ではセルＢのセル電圧よりも低い電圧が誘起さ
れるので、該セルＢは該コイル３２に誘起した電圧（起
電力）を補うように放電電流を流す。スイッチ２１とス
イッチ２２の繰り返し開閉動作が継続すると、セルＡの
充電とセルＢの放電が進行し、やがてセルＡとセルＢの
電圧が平衡して、充電と放電の電流値がほぼゼロにな
る。この状態でスイッチ２１とスイッチ２２を開（オ
フ）の状態で停止させれば、セル電圧の均等化が完了す
る。以上のセル電圧均等化動作は、２個のセルの電圧差
に応じた充電と放電により行われたと解釈できる。ま
た、これによって、セル電圧の高いセルがセル電圧の低
いセルを充電するように作用するので、充電エネルギー
がむだにされることがない。
セルＢの電圧よりも低い場合を想定する。この場合にお
いて、スイッチ２１とスイッチ２２の繰り返し開閉動作
が開始されると、コイルの電磁結合によってセルＡのセ
ル電圧がコイル３２側に誘起され、同時にセルＢのセル
電圧がコイル３１側に誘起される。コイル３１側ではセ
ルＡのセル電圧よりも高い電圧が誘起されるので、該セ
ルＡはコイル３１の該起電力で充電される。逆に、コイ
ル３２側ではセルＢのセル電圧よりも低い電圧が誘起さ
れるので、該セルＢは該コイル３２に誘起した電圧（起
電力）を補うように放電電流を流す。スイッチ２１とス
イッチ２２の繰り返し開閉動作が継続すると、セルＡの
充電とセルＢの放電が進行し、やがてセルＡとセルＢの
電圧が平衡して、充電と放電の電流値がほぼゼロにな
る。この状態でスイッチ２１とスイッチ２２を開（オ
フ）の状態で停止させれば、セル電圧の均等化が完了す
る。以上のセル電圧均等化動作は、２個のセルの電圧差
に応じた充電と放電により行われたと解釈できる。ま
た、これによって、セル電圧の高いセルがセル電圧の低
いセルを充電するように作用するので、充電エネルギー
がむだにされることがない。
【００１１】図２は、上記実施形態で使用されるコイル
の具体例を示す。例えばフェライトなどのトロイダルコ
アにコイル３１とコイル３２が同じ巻数で巻かれてい
る。トロイダルコアは漏洩磁束が少なく、密な電磁結合
が得られる。図３は、上記実施形態におけるセル電圧均
等化の推移状況のシミュレーション結果である。組電池
のセルを模擬的に０．０１Ｆ（ファラッド）のコンデン
サで置き換え、セルＡに相当するコンデンサの初期電圧
を１０Ｖとし、セルＢに相当するコンデンサの初期電圧
を１４Ｖとしている。スイッチは５０μｓずつ開と閉を
繰り返す設定とした。本図３の結果から判断すると、そ
れぞれのセル電圧が時間の経過とともに互いに相手の値
に近づき、０．０２５sほど経過すると初期電圧１０Ｖ
と１４Ｖのほぼ平均の略１２Ｖに落ち着き、セル電圧が
均等化される。実際の電池では、容量が０．０１Ｆより
も大きいコンデンサに相当するため、この落ち着くまで
の時間はもっと長い。
の具体例を示す。例えばフェライトなどのトロイダルコ
アにコイル３１とコイル３２が同じ巻数で巻かれてい
る。トロイダルコアは漏洩磁束が少なく、密な電磁結合
が得られる。図３は、上記実施形態におけるセル電圧均
等化の推移状況のシミュレーション結果である。組電池
のセルを模擬的に０．０１Ｆ（ファラッド）のコンデン
サで置き換え、セルＡに相当するコンデンサの初期電圧
を１０Ｖとし、セルＢに相当するコンデンサの初期電圧
を１４Ｖとしている。スイッチは５０μｓずつ開と閉を
繰り返す設定とした。本図３の結果から判断すると、そ
れぞれのセル電圧が時間の経過とともに互いに相手の値
に近づき、０．０２５sほど経過すると初期電圧１０Ｖ
と１４Ｖのほぼ平均の略１２Ｖに落ち着き、セル電圧が
均等化される。実際の電池では、容量が０．０１Ｆより
も大きいコンデンサに相当するため、この落ち着くまで
の時間はもっと長い。
【００１２】図４は本発明の第２の実施形態を示す図で
ある。本実施形態は３個のセルを直列接続した組電池の
例である。同図において、１３はセルＣ、１３Ｐは該セ
ルＣの正極端子、１３ＭはセルＣの負極端子、２３はス
イッチ、３３はコイルである。他は上記第１の実施形態
の場合と同じである。コイル３１、コイル３２、コイル
３３は相互に電磁結合されており、スイッチ２１、スイ
ッチ２２、スイッチ２３は略同時に繰り返し開閉され
る。上記第１の実施形態において、２個のセルが相互間
の電圧差に応じた充電と放電を行ったと同様、本第２の
実施形態でも３個のセルが相互に充電と放電を行う。該
充電と放電によってセル電圧は、３個のセルの初期電圧
のほぼ平均の電圧値に落ち着く。図５は、図４に示す実
施形態におけるセル電圧の均等化の推移状況のシミュレ
ーション結果である。本シミュレーションにおいても電
池セルを模擬的に０．０１Ｆ（ファラッド）のコンデン
サに置き換え、セルＡに相当するコンデンサの初期電圧
を１０Ｖ、セルＢに相当するコンデンサの初期電圧を１
２Ｖとし、セルＣに相当するコンデンサの初期電圧は１
６Ｖとしている。スイッチは開状態と閉状態とを５０μ
sずつ繰り返すとした。本結果から、各セル電圧は３個
のセルの初期電圧の平均値に向かって近づき、略０．０
２５s経過後にほぼ該平均値に落ち着く。実際の電池で
は、この落ち着くまでの時間がもっと長くなることは、
上記第１の実施形態における場合と同じである。
ある。本実施形態は３個のセルを直列接続した組電池の
例である。同図において、１３はセルＣ、１３Ｐは該セ
ルＣの正極端子、１３ＭはセルＣの負極端子、２３はス
イッチ、３３はコイルである。他は上記第１の実施形態
の場合と同じである。コイル３１、コイル３２、コイル
３３は相互に電磁結合されており、スイッチ２１、スイ
ッチ２２、スイッチ２３は略同時に繰り返し開閉され
る。上記第１の実施形態において、２個のセルが相互間
の電圧差に応じた充電と放電を行ったと同様、本第２の
実施形態でも３個のセルが相互に充電と放電を行う。該
充電と放電によってセル電圧は、３個のセルの初期電圧
のほぼ平均の電圧値に落ち着く。図５は、図４に示す実
施形態におけるセル電圧の均等化の推移状況のシミュレ
ーション結果である。本シミュレーションにおいても電
池セルを模擬的に０．０１Ｆ（ファラッド）のコンデン
サに置き換え、セルＡに相当するコンデンサの初期電圧
を１０Ｖ、セルＢに相当するコンデンサの初期電圧を１
２Ｖとし、セルＣに相当するコンデンサの初期電圧は１
６Ｖとしている。スイッチは開状態と閉状態とを５０μ
sずつ繰り返すとした。本結果から、各セル電圧は３個
のセルの初期電圧の平均値に向かって近づき、略０．０
２５s経過後にほぼ該平均値に落ち着く。実際の電池で
は、この落ち着くまでの時間がもっと長くなることは、
上記第１の実施形態における場合と同じである。
【００１３】図６は、上記第２の実施形態で使うコイル
の具体例を示す図である。例えばフェライト等のトロイ
ダルコアに、コイル３１とコイル３２とコイル３３を同
じ巻数で巻いてある。以上述べた第１、第２の実施形態
を拡張し、セル数に対応してコイルとスイッチを増加さ
せることで、さらに多数のセルをもった組電池に対応で
きる。
の具体例を示す図である。例えばフェライト等のトロイ
ダルコアに、コイル３１とコイル３２とコイル３３を同
じ巻数で巻いてある。以上述べた第１、第２の実施形態
を拡張し、セル数に対応してコイルとスイッチを増加さ
せることで、さらに多数のセルをもった組電池に対応で
きる。
【００１４】図７は、本発明の第３の実施形態を示す図
である。本実施形態は、スイッチとしてＭＯＳＦＥＴを
用い、スイッチがオフ（これをターンオフと呼ぶ）に遷
移する間にコイルに発生する高電圧パルスを吸収するよ
うにした構成例である。同図において、２１、２２、２
３はそれぞれＭＯＳＦＥＴ、２１１、２２１、２３１は
それぞれ、該ＭＯＳＦＥＴ２１、２２、２３それぞれの
ゲートに駆動パルスを印加するための駆動パルス結合回
路、４１、４２、４３は共振用コンデンサである。ＭＯ
ＳＦＥＴはＰチャネル型で、ゲート端子にソース端子よ
りも数Ｖ低い電圧が印加されたときにオン状態となる。
本構成では、図示の５Ｖｐｐの駆動パルスが上記駆動パ
ルス結合回路を介して各ＭＯＳＦＥＴのゲートに印加さ
れており、駆動パルスのロー期間（例えば５０μs程
度）でオンし、ハイ期間（例えば５０μs程度）でオフ
となる。全ＭＯＳＦＥＴがオンからオフに遷移（ターン
オフ）すると、各コイルはインダクタンスによって、直
前のオン期間に流していたそれぞれの電流を維持しよう
とするが、コイル相互の密な電磁結合に束縛されて、そ
れぞれのコイルに接続された共振用コンデンサ４１、４
２、４３との間で、全てのコイルがほぼ同じ共振電流を
流す。この時、各ＭＯＳＦＥＴのドレイン端子の電圧
は、ターンオフの瞬間から負のサインウエーブ状に遷移
するが、半周期後に元の電圧に戻ったところでちょうど
次のターンオンタイミングになるように共振用コンデン
サの容量値を決める。本実施形態では、各コイル単独の
インダクタンス値を１ｍＨ、共振用コンデンサの容量値
を５０ｎＦとしたときに上記の条件が満たされ、図８に
示すような電圧波形が得られる。このように共振用コン
デンサを設けることにより、ターンオフの瞬間に発生す
る高電圧を抑制でき、かつ、ターンオンの瞬間にスイッ
チにかかる電圧差を小さく留めることができ、ＭＯＳＦ
ＥＴの耐電圧と電力の負担を軽減できる。なお、共振用
コンデンサの接続構成は、本構成例に限定されず、該コ
ンデンサの一方の端子がスイッチとコイルの接続点にあ
り、他方の端子が交流的に基準電位と見なせる点（ＡＣ
基準電位）にあれば、他の構成であってもよい。
である。本実施形態は、スイッチとしてＭＯＳＦＥＴを
用い、スイッチがオフ（これをターンオフと呼ぶ）に遷
移する間にコイルに発生する高電圧パルスを吸収するよ
うにした構成例である。同図において、２１、２２、２
３はそれぞれＭＯＳＦＥＴ、２１１、２２１、２３１は
それぞれ、該ＭＯＳＦＥＴ２１、２２、２３それぞれの
ゲートに駆動パルスを印加するための駆動パルス結合回
路、４１、４２、４３は共振用コンデンサである。ＭＯ
ＳＦＥＴはＰチャネル型で、ゲート端子にソース端子よ
りも数Ｖ低い電圧が印加されたときにオン状態となる。
本構成では、図示の５Ｖｐｐの駆動パルスが上記駆動パ
ルス結合回路を介して各ＭＯＳＦＥＴのゲートに印加さ
れており、駆動パルスのロー期間（例えば５０μs程
度）でオンし、ハイ期間（例えば５０μs程度）でオフ
となる。全ＭＯＳＦＥＴがオンからオフに遷移（ターン
オフ）すると、各コイルはインダクタンスによって、直
前のオン期間に流していたそれぞれの電流を維持しよう
とするが、コイル相互の密な電磁結合に束縛されて、そ
れぞれのコイルに接続された共振用コンデンサ４１、４
２、４３との間で、全てのコイルがほぼ同じ共振電流を
流す。この時、各ＭＯＳＦＥＴのドレイン端子の電圧
は、ターンオフの瞬間から負のサインウエーブ状に遷移
するが、半周期後に元の電圧に戻ったところでちょうど
次のターンオンタイミングになるように共振用コンデン
サの容量値を決める。本実施形態では、各コイル単独の
インダクタンス値を１ｍＨ、共振用コンデンサの容量値
を５０ｎＦとしたときに上記の条件が満たされ、図８に
示すような電圧波形が得られる。このように共振用コン
デンサを設けることにより、ターンオフの瞬間に発生す
る高電圧を抑制でき、かつ、ターンオンの瞬間にスイッ
チにかかる電圧差を小さく留めることができ、ＭＯＳＦ
ＥＴの耐電圧と電力の負担を軽減できる。なお、共振用
コンデンサの接続構成は、本構成例に限定されず、該コ
ンデンサの一方の端子がスイッチとコイルの接続点にあ
り、他方の端子が交流的に基準電位と見なせる点（ＡＣ
基準電位）にあれば、他の構成であってもよい。
【００１５】図９は本発明の第４の実施形態を示す図で
ある。本実施形態では、スイッチにＮチャネル型ＭＯＳ
ＦＥＴを用いる。上記第３の実施形態に対し、ＭＯＳＦ
ＥＴの接続位置を各セルのローサイドにし、駆動パルス
の極性を反転させている。その他の構成は第３の実施形
態の場合とほぼ同じである。本第４の実施形態の構成で
は、スイッチオフの期間にＭＯＳＦＥＴのドレイン端子
に発生する共振波形は、正側に伸びた半周期のサインカ
ーブとなる。図１０は本発明の第５の実施形態を示す図
である。同図において、５０はセル電圧均等化装置ユニ
ットであり、上記第４の実施形態の構成から組電池以外
の部分を切り離して装置ユニットとしたものである。各
セルを接続する端子として５１Ｐと５１Ｍの端子対、５
２Ｐと５２Ｍの端子対、及び５３Ｐと５３Ｍの端子対を
備えている。例えばハイブリッドカーに用いられる組電
池においても、セル電圧がアンバランスになる頻度は極
めて低いと予想される。このため、セル電圧均等化のた
めの装置をハイブリッドカー等の１台毎に持たせず、サ
ービスステーションに本実施形態のような装置ユニット
を備えておき、必要なときにこれをハイブリッドカー等
の組電池に接続してセル電圧の均等化処理を行う方法も
ある。
ある。本実施形態では、スイッチにＮチャネル型ＭＯＳ
ＦＥＴを用いる。上記第３の実施形態に対し、ＭＯＳＦ
ＥＴの接続位置を各セルのローサイドにし、駆動パルス
の極性を反転させている。その他の構成は第３の実施形
態の場合とほぼ同じである。本第４の実施形態の構成で
は、スイッチオフの期間にＭＯＳＦＥＴのドレイン端子
に発生する共振波形は、正側に伸びた半周期のサインカ
ーブとなる。図１０は本発明の第５の実施形態を示す図
である。同図において、５０はセル電圧均等化装置ユニ
ットであり、上記第４の実施形態の構成から組電池以外
の部分を切り離して装置ユニットとしたものである。各
セルを接続する端子として５１Ｐと５１Ｍの端子対、５
２Ｐと５２Ｍの端子対、及び５３Ｐと５３Ｍの端子対を
備えている。例えばハイブリッドカーに用いられる組電
池においても、セル電圧がアンバランスになる頻度は極
めて低いと予想される。このため、セル電圧均等化のた
めの装置をハイブリッドカー等の１台毎に持たせず、サ
ービスステーションに本実施形態のような装置ユニット
を備えておき、必要なときにこれをハイブリッドカー等
の組電池に接続してセル電圧の均等化処理を行う方法も
ある。
【００１６】図１１は本発明の第６の実施形態を示す図
である。本実施形態は、セル電圧均等化装置をハイブリ
ッドカー等に適用した例である。同図において、２００
はスイッチ制御部、３００はセル電圧監視部、４００は
インバータ、５００はモータ兼発電機、６００はシステ
ム運転制御部である。その他は、上記第１の実施形態の
場合と同じである。組電池１の正極端子１０１と負極端
子１０２は、インバータ４００を経由してモータ兼発電
機５００に接続されている。モータ兼発電機５００は、
モータとして働くときは、組電池１の電力がインバータ
４００で調節されて該モータ兼発電機５００に供給され
車両の動力源となる。一方、例えば車両に回生制動でブ
レーキをかけるとき等は該モータ兼発電機５００は発電
機として働き、発生した電力をインバータで調節して組
電池の充電に利用する。また、組電池の充電エネルギー
が減少したときにも、発電機５００は内燃機関等の動力
を受けて発電し、発電電力をインバータで調節して組電
池に供給し組電池を充電する。本構成ではモータと発電
機を兼用する構成としたが、モータと発電機は別個に設
けてもよい。システム運転制御部６００は、運転状況に
応じてインバータ４００を制御する。スイッチ制御部２
００は、セル電圧均等化装置のスイッチ２１、２２及び
２３の繰り返し開閉を制御するもので、その制御アルゴ
リズムは複数あり、例えば、第１の方法としては、シス
テム運転制御部６００がインバータ４００に対して組電
池の充電指令を出し該組電池を充電している時、または
該充電を終えた後に、スイッチ制御部２００を制御し、
スイッチに繰り返し開閉を継続的に行わせる方法があ
る。この方法では、充電の都度、セル電圧均等化装置が
作動するようにすれば、常にセル電圧を均等化された状
態に維持できる利点がある。また、例えば、第２の方法
としては、セル電圧監視部３００でセル電圧に所定値以
上の不均等を検出したときに、スイッチ制御部を制御し
スイッチに繰り返し開閉を行わせる方法がある。この方
法では、セル電圧均等化装置の作動頻度が少なくなると
予想され、セル電圧均等化装置のスイッチの抵抗分やコ
イルの抵抗分及びその他の要因によって発生するエネル
ギー損失を抑制できる利点がある。またさらに、第３の
方法としては、上記システム運転制御部６００がインバ
ータ４００に対し、組電池の充電指令も、またモータの
駆動指令も出していないときに、上記スイッチ制御部を
制御しセル電圧の均等化動作を行うようにしてもよい。
である。本実施形態は、セル電圧均等化装置をハイブリ
ッドカー等に適用した例である。同図において、２００
はスイッチ制御部、３００はセル電圧監視部、４００は
インバータ、５００はモータ兼発電機、６００はシステ
ム運転制御部である。その他は、上記第１の実施形態の
場合と同じである。組電池１の正極端子１０１と負極端
子１０２は、インバータ４００を経由してモータ兼発電
機５００に接続されている。モータ兼発電機５００は、
モータとして働くときは、組電池１の電力がインバータ
４００で調節されて該モータ兼発電機５００に供給され
車両の動力源となる。一方、例えば車両に回生制動でブ
レーキをかけるとき等は該モータ兼発電機５００は発電
機として働き、発生した電力をインバータで調節して組
電池の充電に利用する。また、組電池の充電エネルギー
が減少したときにも、発電機５００は内燃機関等の動力
を受けて発電し、発電電力をインバータで調節して組電
池に供給し組電池を充電する。本構成ではモータと発電
機を兼用する構成としたが、モータと発電機は別個に設
けてもよい。システム運転制御部６００は、運転状況に
応じてインバータ４００を制御する。スイッチ制御部２
００は、セル電圧均等化装置のスイッチ２１、２２及び
２３の繰り返し開閉を制御するもので、その制御アルゴ
リズムは複数あり、例えば、第１の方法としては、シス
テム運転制御部６００がインバータ４００に対して組電
池の充電指令を出し該組電池を充電している時、または
該充電を終えた後に、スイッチ制御部２００を制御し、
スイッチに繰り返し開閉を継続的に行わせる方法があ
る。この方法では、充電の都度、セル電圧均等化装置が
作動するようにすれば、常にセル電圧を均等化された状
態に維持できる利点がある。また、例えば、第２の方法
としては、セル電圧監視部３００でセル電圧に所定値以
上の不均等を検出したときに、スイッチ制御部を制御し
スイッチに繰り返し開閉を行わせる方法がある。この方
法では、セル電圧均等化装置の作動頻度が少なくなると
予想され、セル電圧均等化装置のスイッチの抵抗分やコ
イルの抵抗分及びその他の要因によって発生するエネル
ギー損失を抑制できる利点がある。またさらに、第３の
方法としては、上記システム運転制御部６００がインバ
ータ４００に対し、組電池の充電指令も、またモータの
駆動指令も出していないときに、上記スイッチ制御部を
制御しセル電圧の均等化動作を行うようにしてもよい。
【００１７】上記第１〜第６の実施形態の構成によれ
ば、スイッチの開閉とコイル相互間の電磁誘導を利用し
て、セル電圧を均等化できる。また、該均等化処理は、
セル電圧の高いセルがセル電圧の低いセルを充電するよ
うにして行われるので、基本的に充電エネルギーがむだ
にされない。また、余分な発熱も少なくすることができ
る。また、本発明は、組電池の生産過程において、例え
ばセル製作後の電池充電時または充電後に、コイルとス
イッチ部が直列接続された回路を、複数のセルそれぞれ
に並列に接続し、該それぞれの回路内のスイッチ部を駆
動して、上記コイル相互間の電磁誘導で該各コイルに起
電力を発生させ、該起電力により上記セルを充電または
放電させ該セル間の電圧を均等化するとした組電池の生
産方法もその範囲内に含む。なお、上記各説明におい
て、コイルとスイッチ部を直列接続した回路は、全部の
セルに接続してもよいし、または、一部の複数セルに接
続するようにしてもよい。
ば、スイッチの開閉とコイル相互間の電磁誘導を利用し
て、セル電圧を均等化できる。また、該均等化処理は、
セル電圧の高いセルがセル電圧の低いセルを充電するよ
うにして行われるので、基本的に充電エネルギーがむだ
にされない。また、余分な発熱も少なくすることができ
る。また、本発明は、組電池の生産過程において、例え
ばセル製作後の電池充電時または充電後に、コイルとス
イッチ部が直列接続された回路を、複数のセルそれぞれ
に並列に接続し、該それぞれの回路内のスイッチ部を駆
動して、上記コイル相互間の電磁誘導で該各コイルに起
電力を発生させ、該起電力により上記セルを充電または
放電させ該セル間の電圧を均等化するとした組電池の生
産方法もその範囲内に含む。なお、上記各説明におい
て、コイルとスイッチ部を直列接続した回路は、全部の
セルに接続してもよいし、または、一部の複数セルに接
続するようにしてもよい。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
充電エネルギーをむだにすることなく、セル電圧を均等
化できる。また、余分な発熱も抑えられる。
充電エネルギーをむだにすることなく、セル電圧を均等
化できる。また、余分な発熱も抑えられる。
【図１】本発明の第１の実施形態を示す図である。
【図２】第１の実施形態のコイルの具体例を示す図であ
る。
る。
【図３】第１の実施形態におけるセル電圧均等化の推移
状況のシミュレーション結果を示す図である。
状況のシミュレーション結果を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態を示す図である。
【図５】第２の実施形態におけるセル電圧均等化の推移
状況のシミュレーション結果を示す図である。
状況のシミュレーション結果を示す図である。
【図６】第２の実施形態で使用されるコイルの具体例を
示す図である。
示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態を示す図である。
【図８】ＭＯＳＦＥＴのドレイン端子の電圧波形を示す
図である。
図である。
【図９】本発明の第４の実施形態を示す図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態を示す図である。
【図１１】本発明の第６の実施形態を示す図である。
１…組電池、 １０１…組電池の正極端子、 １０２…
組電池の負極端子、１１…セルＡ、 １２…セルＢ、
１３…セルＣ、１１Ｐ、１２Ｐ、１３Ｐ…セルの正極端
子、１１Ｍ、１２Ｍ、１３Ｍ…セルの負極端子、 ２
１、２２、２３…スイッチ、２１１、２２１、２３１…
駆動パルス結合回路、 ３０…磁心、３１、３２、３３
…コイル、 ２、３…セル選択スイッチ群、４１、４
２、４３…共振用コンデンサ、５０…セル電圧均等化装
置ユニット、 ２００…スイッチ制御部、３００…セル
電圧監視部、 ４００…インバータ、５００…モータ兼
発電機、 ６００…システム運転制御部。
組電池の負極端子、１１…セルＡ、 １２…セルＢ、
１３…セルＣ、１１Ｐ、１２Ｐ、１３Ｐ…セルの正極端
子、１１Ｍ、１２Ｍ、１３Ｍ…セルの負極端子、 ２
１、２２、２３…スイッチ、２１１、２２１、２３１…
駆動パルス結合回路、 ３０…磁心、３１、３２、３３
…コイル、 ２、３…セル選択スイッチ群、４１、４
２、４３…共振用コンデンサ、５０…セル電圧均等化装
置ユニット、 ２００…スイッチ制御部、３００…セル
電圧監視部、 ４００…インバータ、５００…モータ兼
発電機、 ６００…システム運転制御部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 10/44 ＺＨＶ Ｈ０１Ｍ 10/48 Ｐ 10/48 Ｈ０２Ｊ 7/02 Ｈ Ｈ０２Ｊ 7/02 7/10 Ｒ 7/10 Ｂ６０Ｋ 9/00 Ｃ Ｆターム(参考） 5G003 BA03 CA11 CC04 FA06 5H030 AA01 AS08 BB01 BB21 DD05 FF41 5H115 PG04 PI16 PI29 PO09 PO16 PU01 PU25 PU26 QI04 TR19 TU12 TU16 TU17
Claims (8)
- 【請求項１】組電池のセル間の電圧を均等化するための
セル電圧均等化装置であって、 コイルとスイッチ部とが直列接続され該コイルが他のコ
イルと電磁結合され、複数のセルそれぞれに並列接続さ
れる回路と、 該それぞれの回路内のスイッチ部を駆動する駆動部と、 を備え、 上記各スイッチ部の駆動時に上記コイル相互間の電磁誘
導で該各コイルに生ずる起電力により、上記セルを充電
または放電させ、該セル間の電圧を均等化するようにし
たことを特徴とするセル電圧均等化装置。 - 【請求項２】セルを有して成る組電池と、 コイルとスイッチ部とが直列接続され該コイルが他のコ
イルと電磁結合され、複数のセルそれぞれに並列接続さ
れる回路と、 該複数のスイッチ部を駆動する駆動部と、 を備え、 上記各スイッチ部の駆動時に上記コイル相互間の電磁誘
導で該各コイルに生ずる起電力により、上記セルを充電
または放電させ、該セル間の電圧を均等化するようにし
たことを特徴とするセル電圧均等化装置。 - 【請求項３】上記スイッチ部と上記コイルとの間の接続
点と、ＡＣ基準電位点との間に、共振用コンデンサを設
けた請求項１または請求項２に記載のセル電圧均等化装
置。 - 【請求項４】上記駆動部は、上記セルの電圧に所定値以
上の差があるときに上記スイッチ部を駆動する構成であ
る請求項１、２または３に記載のセル電圧均等化装置。 - 【請求項５】コイルとスイッチ部とが直列接続され該コ
イルが他のコイルと電磁結合された複数の回路部を、組
電池の複数のセルそれぞれに並列接続するステップと、 該複数のスイッチ部を繰り返し開閉駆動させ、上記コイ
ル相互間の電磁誘導で該コイルに起電力を発生させるス
テップと、 該起電力によりセルを充電または放電させてセル間の電
圧を均等化するステップと、 該複数のセル間で電圧差が許容範囲内になったかどうか
を判別するステップと、 上記セル間で電圧の均等化が終了したことを表示または
報知するステップと、 上記複数の回路部の、上記複数のセルへの接続を切り離
すステップと、 を、備えたことを特徴とするセル電圧均等化方法。 - 【請求項６】上記各ステップは、組電池の充電時に行わ
れる請求項５に記載のセル電圧均等化方法。 - 【請求項７】組電池を電源とするハイブリッドカーであ
って、 コイルとスイッチ部とが直列接続され該コイルが他のコ
イルと電磁結合され、上記組電池の複数のセルそれぞれ
に並列接続される回路と、 該スイッチ部を駆動する駆動回路部と、 上記組電池により動力源として駆動されるモータ部と、 少なくとも該組電池の充電用電力を発生する発電部と、 該モータ、該発電部と該組電池との間に接続される電力
調整用のインバータと、 該インバータを制御するシステム運転制御部と、 を備え、 上記インバータに対し上記システム運転制御部から第１
の指示があったときは、上記発電部を外力により駆動
し、発生した電力を該インバータを介し上記組電池に供
給して該組電池を充電し、上記システム運転制御部から
第２の指示があったときは、該組電池からの電力を該イ
ンバータを介して上記モータに供給して該モータを駆動
し、該組電池の充電時もしくは充電後に、または該第１
の指示も該第２の指示もないときに、上記スイッチ部を
開閉動作させ、上記コイル相互間の電磁誘導で該コイル
に生ずる起電力により、該組電池の上記セルを充電また
は放電させ、該セルの電圧を均等化するようにしたこと
を特徴とするハイブリッドカー。 - 【請求項８】セルを備える組電池の生産方法であって、 セルを製作するステップと、 製作したセルを直列接続するステップと、 コイルとスイッチ部が直列接続され該コイルが他のコイ
ルと電磁結合された回路を、複数のセルそれぞれに並列
に接続するステップと、 該それぞれの回路内のスイッチ部を駆動するステップ
と、 を経て、上記各スイッチ部の駆動時に上記コイル相互間
の電磁誘導で該各コイルに生ずる起電力により、上記セ
ルを充電または放電させて該セル間の電圧を均等化する
ようにしたことを特徴とする組電池の生産方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000161139A JP2001339865A (ja) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | セル電圧均等化装置、セル電圧均等化方法、ハイブリッドカー、及び組電池の生産方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000161139A JP2001339865A (ja) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | セル電圧均等化装置、セル電圧均等化方法、ハイブリッドカー、及び組電池の生産方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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ID=18665212
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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Cited By (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005112222A1 (ja) * | 2004-05-13 | 2005-11-24 | Ntt Data Ex Techno Corporation | バッテリの放電制御回路、充電制御回路および充放電制御回路 |
| JP2007006568A (ja) * | 2005-06-22 | 2007-01-11 | Fujitsu Access Ltd | 電源装置 |
| JP2009153233A (ja) * | 2007-12-18 | 2009-07-09 | Toshiba Corp | 組電池の蓄積電力量均等化装置 |
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