JP4162701B1 - 蓄電モジュールの制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回路規模を抑えて、直列に接続された各蓄電部にかかる電圧を計測し、その制御を行うことのできる蓄電モジュールの制御装置を提供する。
【解決手段】直列に接続された複数の蓄電部の両端及び接続部分の端子のうち、所定の基準端子を除いた端子のそれぞれについて、当該端子と基準端子との間の電圧に応じた電圧信号を出力し、基準端子を除いた端子のそれぞれについて、当該端子の電圧信号に基づいて当該端子と基準端子との間の電圧を示すデジタル値を生成し、複数の蓄電部のそれぞれについて、当該蓄電部の両端の端子の電圧を示すデジタル値の差を演算して当該蓄電部の端子間電圧を示すデジタル値を算出し、算出されるデジタル値に応じて各蓄電部の端子間電圧を制御する蓄電モジュールの制御装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、直列に接続された複数の蓄電部を含んだ蓄電モジュールを制御する制御装置及び制御方法に関する。

例えば電気二重層キャパシタや各種の二次電池などの蓄電デバイスを、複数個直列に接続した蓄電モジュールがある。このような蓄電モジュールを充電して、電源として使用する場合、一般的に、充放電の際に各蓄電デバイスの電圧が均一化されるよう制御する必要がある。このような制御を実行しなければ、各蓄電デバイスの内部抵抗、容量、自己放電の個体差などが原因で、各蓄電デバイスにかかる電圧にばらつきが生じてしまい、特定の蓄電デバイスの寿命を早めてしまうなどの問題が生じるからである。

このような制御を実現するためには、充放電の際に、各蓄電デバイスにかかっている電圧を計測する必要がある。例えば特許文献１においては、電位差算出回路を用いて直列に接続された各二次電池のセル電圧を計測する方法が開示されている。
特開平９‐１４００６７号公報

しかしながら、上記従来例の技術においては、直列に接続された蓄電デバイスの数だけ電位差算出回路が必要となり、特に蓄電デバイスの数が増えた場合などにおいて、回路規模が大きくなってしまうという問題がある。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的の一つは、回路規模を抑えて、直列に接続された各蓄電デバイスにかかる電圧を計測し、その制御を行うことのできる蓄電モジュールの制御装置及び制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明に係る蓄電モジュールの制御装置は、直列に接続された複数の蓄電部を含む蓄電モジュールの制御装置であって、前記複数の蓄電部の両端及び接続部分の端子のうち、所定の基準端子を除いた端子のそれぞれについて、当該端子と前記基準端子との間の電圧に応じた電圧信号を出力する電圧信号出力手段と、前記基準端子を除いた端子のそれぞれについて、前記電圧信号出力手段が出力する当該端子の電圧信号に基づいて、当該端子と前記基準端子との間の電圧を示すデジタル値を生成するデジタル値生成手段と、前記複数の蓄電部のそれぞれについて、前記デジタル値生成手段によって生成される当該蓄電部の両端の端子の電圧を示すデジタル値の差を演算して、当該蓄電部の端子間電圧を示すデジタル値を算出する端子間電圧算出手段と、前記端子間電圧算出手段により算出されるデジタル値に応じて、前記各蓄電部の端子間電圧を制御する電圧制御手段と、を含むことを特徴とする。

また、上記蓄電モジュールの制御装置において、前記デジタル値生成手段は、前記電圧信号出力手段が出力する複数の端子それぞれの電圧信号を、順次受け付けることとしてもよい。

また、前記電圧信号出力手段は、前記基準端子を除いた端子のそれぞれについて、当該端子と前記基準端子との間の電圧を、当該端子と前記基準端子との間に接続されている前記蓄電部の数に応じて減少させた電圧を示す電圧信号を出力することとしてもよい。

さらに、前記電圧信号出力手段は、前記基準端子を除いた端子のそれぞれについて、当該端子と前記基準端子との間の電圧を、当該端子と前記基準端子との間に接続されている前記蓄電部の数で除してなる電圧を示す電圧信号を出力することとしてもよい。

また、上記蓄電モジュールの制御装置において、前記電圧制御手段は、前記複数の蓄電部のそれぞれについて、前記端子間電圧算出手段により算出される当該蓄電部の端子間電圧を示すデジタル値と、前記各蓄電部の端子間電圧の最大値と最小値との間の値である比較基準値と、を比較した結果に応じて、当該蓄電部の端子間電圧を制御することとしてもよい。

また、上記蓄電モジュールの制御装置は、前記複数の蓄電部のそれぞれに対して並列に接続され、それぞれ直列に接続された抵抗とスイッチとを含んでなる複数の電圧制御回路をさらに含み、前記電圧制御手段は、制御対象となる蓄電部に並列に接続された前記電圧制御回路に含まれる前記スイッチを導通させることにより、当該蓄電部の端子間電圧を低下させる制御を行うこととしてもよい。

また、前記比較基準値は、前記各蓄電部の端子間電圧の平均値であることとしてもよい。

さらに、前記電圧制御手段は、前記各蓄電部の端子間電圧の平均値として、直列に接続された前記複数の蓄電部の両端の間の電圧を前記蓄電部の数で除してなる値を用いて、当該平均値と前記複数の蓄電部それぞれの端子間電圧を示すデジタル値との比較を行うこととしてもよい。

また、本発明に係る蓄電モジュールの制御方法は、直列に接続された複数の蓄電部を含む蓄電モジュールの制御方法であって、前記複数の蓄電部の両端及び接続部分の端子のうち、所定の基準端子を除いた端子のそれぞれについて、当該端子と前記基準端子との間の電圧に応じた電圧信号を出力する電圧信号出力ステップと、前記基準端子を除いた端子のそれぞれについて、前記電圧信号出力ステップで出力される当該端子の電圧信号に基づいて、当該端子と前記基準端子との間の電圧を示すデジタル値を生成するデジタル値生成ステップと、前記複数の蓄電部のそれぞれについて、前記デジタル値生成ステップで生成される当該蓄電部の両端の端子の電圧を示すデジタル値の差を演算して、当該蓄電部の端子間電圧を示すデジタル値を算出する端子間電圧算出ステップと、前記端子間電圧算出ステップで算出されるデジタル値に応じて、前記各蓄電部の端子間電圧を制御する電圧制御ステップと、を含むことを特徴とする。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る蓄電モジュールの制御装置１の構成例を示す回路図である。本実施形態に係る蓄電モジュールの制御装置１による制御対象となる蓄電モジュール２は、直列に接続された全部でＮ個の蓄電部１０を含んで構成されている。以下では、これら蓄電部１０のそれぞれを、一方の端から接続順に、それぞれ蓄電部１０（１），１０（２），１０（３），・・・，１０（Ｎ−１），１０（Ｎ）と表記する。各蓄電部１０は、電圧を印加することによって蓄電可能なデバイスであって、例えば電気二重層キャパシタであってもよいし、リチウムイオン電池などの二次電池であってもよい。

この蓄電モジュール２を充電する場合、直列に接続された複数の蓄電部１０の両端の端子に対して、外部から電圧が印加される。以下では、この両端の端子のうちの一方を、端子Ｔ（０）と表記し、他方を端子Ｔ（Ｎ）と表記する。ここでは、蓄電部１０（１）の両端のうち蓄電部１０（２）に接続されている側と反対側の端子をＴ（０）とし、蓄電部１０（Ｎ）の両端のうち蓄電部１０（Ｎ−１）に接続されている側と反対側の端子をＴ（Ｎ）としている。また、各蓄電部１０が互いに接続される接続部分（接続点）の端子を、端子Ｔ（０）の側から数えて順に、端子Ｔ（１），Ｔ（２），Ｔ（３），・・・，Ｔ（Ｎ−１）と表記する。すなわち、蓄電部１０（ｎ）の両端の端子のうち、端子Ｔ（０）に近い側の端子はＴ（ｎ−１）、端子Ｔ（０）から遠い側の端子はＴ（ｎ）となる。ここで、ｎは１からＮまでの整数である。

また、複数の蓄電部１０の両端及び接続部分の端子である、Ｔ（０）からＴ（Ｎ）までの（Ｎ＋１）個の端子のうち、いずれか一つの端子は、各端子の電圧を計測する際の基準となる所定の基準端子として用いられる。ここでは、端子Ｔ（０）が基準端子であるものとする。

本実施形態に係る蓄電モジュールの制御装置１は、図１に示すように、Ｎ個の電圧バッファ１２と、Ｎ個のシャント回路１４と、制御回路２０と、を含んで構成される。

Ｎ個の電圧バッファ１２は、複数の蓄電部１０の両端及び接続部分の端子のうち、基準端子Ｔ（０）を除いた端子のそれぞれについて、当該端子と基準端子Ｔ（０）との間の電圧に応じた電圧信号を出力する電圧信号出力手段として機能する。具体的に、各電圧バッファ１２は、いずれも基準端子Ｔ（０）と接続されている。さらに、各電圧バッファ１２は、基準端子Ｔ（０）を除くＴ（１）からＴ（Ｎ）までのＮ個の端子のうち、いずれか一つと接続される。以下では、端子Ｔ（ｎ）と接続される電圧バッファ１２を電圧バッファ１２（ｎ）と表記する。

電圧バッファ１２（ｎ）は、接続された端子Ｔ（ｎ）と、基準端子Ｔ（０）と、の間の電圧に応じた電圧信号を、制御回路２０に対して出力する。以下では、端子Ｔ（ｎ）と基準端子Ｔ（０）との間の電圧をＶｔ（ｎ）と表記する。また、この電圧Ｖｔ（ｎ）に応じて実際に電圧バッファ１２（ｎ）が出力する電圧信号を、Ｖｂ（ｎ）と表記する。

本実施形態においては、電圧バッファ１２（ｎ）が出力する電圧信号Ｖｂ（ｎ）は、電圧Ｖｔ（ｎ）を、端子Ｔ（ｎ）と基準端子Ｔ（０）との間に接続されている蓄電部１０の数（すなわち、ｎ）に応じて減少させた電圧を示す電圧信号である。具体的に、電圧バッファ１２（ｎ）は例えばオペアンプ等を含んで構成され、入力電圧をｎに応じた比で減少させる。その結果、電圧バッファ１２（ｎ）が出力する電圧信号Ｖｂ（ｎ）は、電圧Ｖｔ（ｎ）をｎで除してなる電圧Ｖｔ（ｎ）／ｎを示すものとなる。また、電圧バッファ１２（ｎ）は、端子Ｔ（ｎ）から入力される電圧信号に対して、ノイズ性の信号を除去するローパスフィルタとして機能してもよい。

このように、電圧バッファ１２（ｎ）が、端子Ｔ（ｎ）と基準端子Ｔ（０）との間に接続される蓄電部１０の数ｎに応じて電圧Ｖｔ（ｎ）を減少させることによって、各電圧バッファ１２が出力する電圧の高低差を抑えることができる。特に、電圧Ｖｔ（ｎ）はｎ個の蓄電部１０に対して印加されている電圧になっているので、電圧バッファ１２（ｎ）が電圧Ｖｔ（ｎ）／ｎを示す電圧信号Ｖｂ（ｎ）を出力することにより、各電圧バッファ１２が出力する電圧を略等しい値に揃えることができ、制御回路２０に入力される電圧を、制御回路２０の入力上限電圧以下に抑え、かつ広ダイナミックレンジとすることができる。

Ｎ個のシャント回路（電圧制御回路）１４のそれぞれは、Ｎ個の蓄電部１０のそれぞれに対して並列に接続され、当該並列に接続された蓄電部１０の端子間電圧を制御するために用いられる。以下では、蓄電部１０（ｎ）に並列に接続されるシャント回路１４を、シャント回路１４（ｎ）と表記する。シャント回路１４（ｎ）は、直列に接続された抵抗１６（ｎ）とスイッチ１８（ｎ）とを含んで構成される。

スイッチ１８（ｎ）は、例えばトランジスタスイッチ等であって、制御回路２０から出力される制御信号によってオン／オフが切り替えられる。スイッチ１８（ｎ）がオフ（開放）の状態では抵抗１６（ｎ）に電流は流れず、スイッチ１８（ｎ）がオン（導通）の状態では抵抗１６（ｎ）に電流が流れる。すなわち、スイッチ１８（ｎ）を導通させることによって、蓄電部１０（ｎ）は蓄えている電荷の一部を放電し、その結果、蓄電部１０（ｎ）の両端の間の電圧（端子間電圧）が低下することとなる。Ｎ個の蓄電部１０のそれぞれに対してシャント回路１４が並列に接続されているので、制御回路２０は、各シャント回路１４に備えられたスイッチ１８を個別にオン／オフする制御信号を出力することで、特定の蓄電部１０の端子間電圧を低下させる制御を実現できる。

制御回路２０は、例えばマイクロコンピュータ等であって、各電圧バッファ１２が出力する電圧信号に基づいて、各蓄電部１０の端子間電圧を示すデジタル値を算出する。そして、算出されるデジタル値に応じて、各蓄電部１０の端子間電圧を制御するための制御信号を出力する。具体的に、制御回路２０は、外部との入出力ポートとして、Ｎ個の入力ポートと、Ｎ個の出力ポートと、を少なくとも備えている。Ｎ個の入力ポートのそれぞれは、Ｎ個の電圧バッファ１２のそれぞれと接続される。以下では、電圧バッファ１２（ｎ）と接続される入力ポートを、Ｐｉ（ｎ）と表記する。また、Ｎ個の出力ポートのそれぞれは、Ｎ個のシャント回路１４のそれぞれに含まれるスイッチ１８と接続される。以下では、シャント回路１４（ｎ）に含まれるスイッチ１８（ｎ）と接続される出力ポートを、Ｐｏ（ｎ）と表記する。

図２は、制御回路２０の内部構成例を示す図である。図２に示すように、制御回路２０は、接続切り替えスイッチ２２と、Ａ／Ｄコンバータ２４と、演算ユニット２６と、を含んで構成されている。また、演算ユニット２６は、プログラム制御デバイスであって、機能的に、デジタル値算出部３０と、端子間電圧算出部３２と、電圧制御部３４と、を含んでいる。これらの機能は、メモリ（不図示）に格納されたプログラムを演算ユニット２６が実行することにより、実現される。また、Ａ／Ｄコンバータ２４と、デジタル値算出部３０と、によって、デジタル値生成部３６が実現される。

接続切り替えスイッチ２２は、演算ユニット２６からの制御命令に従って、複数の入力ポートＰｉ（ｎ）のそれぞれと、Ａ／Ｄコンバータ２４と、の間の接続を順次切り替える。これにより、各電圧バッファ１２が出力する電圧信号は、順次Ａ／Ｄコンバータ２４に対して入力される。このように、接続切り替えスイッチ２２によって各電圧バッファ１２からのＡ／Ｄコンバータ２４に対する入力が順次切り替えられることによって、１個のＡ／Ｄコンバータ２４だけで、Ｔ（１）からＴ（Ｎ）までのＮ個の端子のそれぞれの電圧に応じた電圧信号を受け付けることができる。

デジタル値生成部３６は、基準端子Ｔ（０）を除くＴ（１）からＴ（Ｎ）までの端子のそれぞれについて、当該端子と接続された電圧バッファ１２が出力する電圧信号に基づいて、当該端子と基準端子Ｔ（０）との間の電圧を示すデジタル値を生成する。

具体的に、まずＡ／Ｄコンバータ２４が、接続切り替えスイッチ２２の切り替えによって接続される各電圧バッファ１２が出力する電圧信号を受け付けて、受け付けた電圧信号をデジタル値に変換する。そして、変換の結果得られるデジタル値を、演算ユニット２６のデジタル値算出部３０に入力する。なお、以下では、電圧バッファ１２（ｎ）が出力する電圧信号Ｖｂ（ｎ）をＡ／Ｄコンバータ２４が変換して得られるデジタル値を、Ｄｂ（ｎ）と表記する。

次に、デジタル値算出部３０が、Ａ／Ｄコンバータ２４によって変換されたデジタル値Ｄｂ（ｎ）に対して所定の演算を行うことにより、端子Ｔ（ｎ）と基準端子Ｔ（０）との間の電圧Ｖｔ（ｎ）を示すデジタル値（以下、Ｄｔ（ｎ）と表記する）を算出する。このとき、デジタル値算出部３０による所定の演算は、電圧バッファ１２（ｎ）が電圧Ｖｔ（ｎ）を変化させた電圧を示す電圧信号Ｖｂ（ｎ）を出力している場合に、当該電圧の変化を補正するために実行される。したがって、電圧バッファ１２（ｎ）が電圧Ｖｔ（ｎ）を示す電圧信号をそのまま出力している場合には、デジタル値算出部３０による演算は必要ない。

本実施形態においては、前述したように、電圧バッファ１２（ｎ）が出力する電圧信号Ｖｂ（ｎ）は、電圧Ｖｔ（ｎ）／ｎを示している。そこで、デジタル値算出部３０は、電圧信号Ｖｂ（ｎ）をＡ／Ｄコンバータ２４が変換して得られるデジタル値Ｄｂ（ｎ）を、ｎ倍することによって、電圧Ｖｔ（ｎ）を示すデジタル値Ｄｔ（ｎ）を算出する。すなわち、計算式
Ｄｔ（ｎ）＝ｎ・Ｄｂ（ｎ）
によってＤｔ（ｎ）を算出する。

端子間電圧算出部３２は、複数の蓄電部１０のそれぞれについて、デジタル値生成部３６によって生成された当該蓄電部１０の両端の端子の電圧を示すデジタル値の差を演算することで、当該蓄電部１０の端子間電圧を示すデジタル値を算出する。以下では、蓄電部１０（ｎ）の端子間電圧をＶｃ（ｎ）、当該端子間電圧を示すデジタル値をＤｃ（ｎ）と表記する。具体的に、端子間電圧算出部３２は、蓄電部１０（ｎ）について、その一方の端子Ｔ（ｎ）の電圧Ｖｔ（ｎ）を示すデジタル値Ｄｔ（ｎ）から、他方の端子Ｔ（ｎ−１）の電圧Ｖｔ（ｎ−１）を示すデジタル値Ｄｔ（ｎ−１）を減算して、Ｄｃ（ｎ）を算出する。すなわち、計算式
Ｄｃ（ｎ）＝Ｄｔ（ｎ）−Ｄｔ（ｎ−１）
によってＤｃ（ｎ）を算出する。なお、蓄電部１０（１）の両端のうち端子Ｔ（１）と反対側の端子は、基準端子Ｔ（０）なので、Ｖｔ（０）は０になる。そのため、蓄電部１０（１）の端子間電圧を示すデジタル値Ｄｃ（１）としては、Ｄｔ（１）の値をそのまま用いればよい。

電圧制御部３４は、端子間電圧算出部３２によって算出される各蓄電部１０の端子間電圧を示すデジタル値に応じて、各蓄電部１０の端子間電圧を制御する。具体的に、電圧制御部３４は、Ｎ個の蓄電部１０のそれぞれについて、当該蓄電部１０（ｎ）の端子間電圧を示すデジタル値Ｄｃ（ｎ）と、予め定められた方法により決定される比較基準値Ｄｒと、を比較し、その結果に応じて、当該蓄電部１０（ｎ）の端子間電圧Ｖｃ（ｎ）を制御する。

具体例として、電圧制御部３４は、デジタル値Ｄｃ（ｎ）が比較基準値Ｄｒより大きい場合、蓄電部１０（ｎ）に並列に接続されたシャント回路１４（ｎ）のスイッチ１８（ｎ）を導通させるための制御信号を、出力ポートＰｏ（ｎ）から出力する。これにより、電圧制御部３４は、蓄電部１０（ｎ）の電圧を低下させる制御を実現する。一方、デジタル値Ｄｃ（ｎ）が比較基準値Ｄｒ以下の場合、スイッチ１８（ｎ）を開放させるための制御信号を、出力ポートＰｏ（ｎ）から出力する。これにより、蓄電部１０（ｎ）の電圧を低下させる制御を停止する。

ここで、電圧制御部３４による比較に用いられる比較基準値Ｄｒについて、説明する。この比較基準値Ｄｒは、各蓄電部１０の端子間電圧の最大値と最小値との間の値（中間値）とする。具体的に、例えば電圧制御部３４は、各蓄電部１０の端子間電圧の平均値を比較基準値Ｄｒとして用いる。このような比較基準値Ｄｒを用いることにより、電圧制御部３４は、他の蓄電部１０より端子間電圧が高い蓄電部１０の電圧を低下させ、他の蓄電部１０より端子間電圧が低い蓄電部１０については、電圧を低下させないように、制御することができる。このとき、蓄電モジュール２の全体に印加される電圧（すなわち、端子Ｔ（０）と端子Ｔ（Ｎ）との間の電圧）に変化がなければ、他の蓄電部１０より端子間電圧の高い蓄電部１０の電圧を低下させることにより、その他の蓄電部１０の端子間電圧は上昇する。そのため、上述した比較基準値Ｄｒを用いた各蓄電部１０に対する電圧の制御を定期的に実行することにより、各蓄電部１０の端子間電圧にばらつきがある場合に、このばらつきを効率よく補正し、各蓄電部１０の端子間電圧を素早く均一化させることができる。

以下、比較基準値Ｄｒとして各蓄電部１０の端子間電圧の平均値を用いる場合に、電圧制御部３４がこの平均値を取得する方法について、説明する。端子間電圧の平均値は、全ての蓄電部１０の端子間電圧の合計値を、蓄電部１０の個数であるＮで割った値である。ここで、蓄電部１０（ｎ）の端子間電圧Ｖｃ（ｎ）は、
Ｖｃ（ｎ）＝Ｖｔ（ｎ）−Ｖｔ（ｎ−１）
で表される。従って、Ｎ個の蓄電部１０全ての端子間電圧の合計値Ｖsumは、

と計算され、Ｖｔ（Ｎ）に一致する。以上より、各蓄電部１０の端子間電圧の平均値は、Ｖｔ（Ｎ）／Ｎとなる。

ここで、前述したように、電圧バッファ１２（Ｎ）が出力する電圧信号Ｖｂ（Ｎ）は、電圧Ｖｔ（Ｎ）／Ｎを示している。そこで、この電圧信号Ｖｂ（Ｎ）をＡ／Ｄコンバータ２４が変換して得られるデジタル値Ｄｂ（Ｎ）を、そのまま比較基準値Ｄｒとして用いることができる。このように、比較基準値Ｄｒとして各蓄電部１０の端子間電圧の平均値を用いる場合、端子間電圧の合計値ＶsumがＶｔ（Ｎ）に一致することを利用すれば、Ｎ個の蓄電部１０それぞれの端子間電圧を示すデジタル値を合計する演算処理を実行する必要がなくなり、演算ユニット２６の処理負荷を軽減することができる。

次に、本実施形態において演算ユニット２６が実行する処理の流れの具体例について、図３のフロー図に基づいて説明する。

最初に、演算ユニット２６は、以下に説明する端子電圧値取得処理を、ｎ＝１から開始して、ｎ＝Ｎまで、ｎの値を１ずつ増やしながら、繰り返し実行する。

すなわち、まず演算ユニット２６が、接続切り替えスイッチ２２を切り替えて、入力ポートＰｉ（ｎ）とＡ／Ｄコンバータ２４とを接続させる（Ｓ１）。そして、Ｓ１で切り替えられた接続状態において、電圧バッファ１２（ｎ）からの電圧信号をＡ／Ｄコンバータ２４が変換して得られるデジタル値Ｄｂ（ｎ）を、Ａ／Ｄコンバータ２４から受け付ける（Ｓ２）。

ここで、ｎ＝Ｎの場合、演算ユニット２６は、Ｓ２で受け付けたＤｂ（Ｎ）の値を、メモリに書き込む（Ｓ３）。この値は、後に電圧制御部３４によって比較基準値Ｄｒとして用いられる。

次に、演算ユニット２６のデジタル値算出部３０が、Ｓ２で受け付けたデジタル値Ｄｂ（ｎ）をｎ倍して、電圧Ｖｔ（ｎ）を示すデジタル値Ｄｔ（ｎ）を算出し、メモリに書き込む（Ｓ４）。なお、ｎ＝１の場合には、Ｄｂ（１）＝Ｄｔ（１）なので、Ｓ２で受け付けたデジタル値Ｄｂ（１）をそのままメモリに書き込めばよい。

ここで、演算ユニット２６は、Ｓ１からＳ４までの端子電圧値取得処理を、ｎ＝１からｎ＝Ｎまで全てのｎについて実行したかを判定する（Ｓ５）。Ｎ回の端子電圧値取得処理が実行され、１からＮまでＮ個のデジタル値Ｄｔ（ｎ）が得られれば、Ｓ６の処理に進む。一方、まだ全てのｎについて端子電圧値取得処理を実行していなければ、ｎに１を加算し、Ｓ１に戻って、次のｎに対する端子電圧値取得処理を実行する。

Ｎ個のデジタル値Ｄｔ（ｎ）が得られると、次に演算ユニット２６は、各蓄電部１０について、端子間電圧を示すデジタル値を算出し、当該蓄電部１０の電圧を制御する処理を、再びｎ＝１からｎ＝Ｎまで、ｎの値を１ずつ増やしながら、繰り返し実行する。

すなわち、まず端子間電圧算出部３２が、蓄電部１０（ｎ）の端子間電圧Ｖｃ（ｎ）を示すデジタル値Ｄｃ（ｎ）を、Ｓ４でメモリに書き込まれたデジタル値Ｄｔ（ｎ−１）及びＤｔ（ｎ）を用いて、算出する（Ｓ６）。なお、ｎ＝１の場合には、Ｄｔ（１）の値をそのままＤｃ（１）とすればよい。

次に、電圧制御部３４が、Ｓ６で算出したＤｃ（ｎ）と、Ｓ３でメモリに書き込まれている比較基準値Ｄｒ（＝Ｄｂ（Ｎ））と、の大小を比較する（Ｓ７）。比較の結果、Ｄｃ（ｎ）がＤｒより大きいと判定された場合、電圧制御部３４は、スイッチ１８（ｎ）を導通させる制御信号を出力ポートＰｏ（ｎ）から出力する（Ｓ８）。これにより、シャント回路１４（ｎ）によって、蓄電部１０（ｎ）の端子間電圧Ｖｃ（ｎ）が低下する。

一方、Ｓ７の比較の結果、Ｄｃ（ｎ）がＤｒ以下であると判定された場合、電圧制御部３４は、スイッチ１８（ｎ）を開放させる制御信号を出力ポートＰｏ（ｎ）から出力する（Ｓ９）。これにより、シャント回路１４（ｎ）による蓄電部１０（ｎ）の端子間電圧Ｖｃ（ｎ）の低下は、生じなくなる。

ここで、演算ユニット２６は、Ｓ６からＳ９までの処理による蓄電部１０（ｎ）の端子間電圧の制御を、ｎ＝１からｎ＝Ｎまで全てのｎについて実行したかを判定する（Ｓ１０）。Ｎ個の蓄電部１０の全てについて、Ｓ６からＳ９までの処理が実行されれば、各蓄電部１０の端子間電圧の制御を終えたことになるので、演算ユニット２６は処理を終了する。一方、まだ全てのｎについて処理を実行していなければ、ｎに１を加算し、Ｓ６に戻って、次の蓄電部１０（ｎ）に対する制御を実行する。

以上説明した図３のフロー図に示す処理は、蓄電モジュール２の充電又は放電が行われている間、所定時間おきに繰り返し実行される。これにより、常時、他の蓄電部１０より端子間電圧の高い蓄電部１０の端子間電圧を低下させる制御が行われ、各蓄電部１０の端子間電圧が均一化された状態を保つことができる。

続いて、本実施形態において演算ユニット２６が実行する処理の流れの図３とは別の例について、図４のフロー図に基づいて説明する。

この図４に示す処理においては、まず演算ユニット２６のデジタル値算出部３０は、端子Ｔ（Ｎ）と基準端子Ｔ（０）との間の電圧Ｖｔ（Ｎ）を示すデジタル値Ｄｔ（Ｎ）を取得する端子電圧値取得処理を実行する（Ｓ２１）。この処理は、前述した図３の処理におけるＳ１からＳ４までの処理と同様のものであって、この処理によって、比較基準値Ｄｒとして用いられるＤｂ（Ｎ）の値がメモリに書き込まれるとともに、Ｄｂ（Ｎ）の値をｎ倍して得られるデジタル値Ｄｔ（Ｎ）がメモリに書き込まれる。

次に、演算ユニット２６は、以下に説明する処理を、ｎ＝Ｎから開始して、ｎ＝２まで、ｎの値を１ずつ減らしながら、繰り返し実行する。

すなわち、まずデジタル値算出部３０が、端子Ｔ（ｎ−１）と基準端子Ｔ（０）との間の電圧Ｖｔ（ｎ−１）を示すデジタル値Ｄｔ（ｎ−１）を取得する端子電圧値取得処理を実行する（Ｓ２２）。この処理は、前述した図３の処理におけるＳ１，Ｓ２及びＳ４の処理と同様のものであって、この処理によって、デジタル値Ｄｔ（ｎ−１）がメモリに書き込まれる。

続いて、端子間電圧算出部３２が、蓄電部１０（ｎ）の端子間電圧Ｖｃ（ｎ）を示すデジタル値Ｄｃ（ｎ）を、Ｓ２１又はＳ２２でメモリに書き込まれたデジタル値Ｄｔ（ｎ）及びＤｔ（ｎ−１）を用いて、算出する（Ｓ２３）。具体的に、ｎ＝Ｎの場合、端子間電圧算出部３２は、Ｓ２１の処理により得られるＤｔ（Ｎ）の値と、直前のＳ２２の処理によって得られるＤｔ（Ｎ−１）の値と、を用いてデジタル値Ｄｃ（Ｎ）を算出する。また、ｎ＜Ｎの場合、端子間電圧算出部３２は、直前のＳ２２の処理によって得られるＤｔ（ｎ−１）の値と、その前のループにおいてＳ２２の処理によって得られたＤｔ（ｎ）の値と、を用いてデジタル値Ｄｃ（ｎ）を算出する。

次に、電圧制御部３４が、Ｓ２３で算出したＤｃ（ｎ）と、Ｓ２１でメモリに書き込まれている比較基準値Ｄｒ（＝Ｄｂ（Ｎ））と、を用いて、蓄電部１０（ｎ）に対する端子間電圧Ｖｃ（ｎ）の制御処理を行う（Ｓ２４）。この処理は、前述した図３の処理におけるＳ７からＳ９までの処理と同様のものであって、Ｄｃ（ｎ）がＤｒより大きい場合にはスイッチ１８（ｎ）を導通させる制御信号を、Ｄｃ（ｎ）がＤｒ以下の場合にはスイッチ１８（ｎ）を開放させる制御信号を、それぞれ出力ポートＰｏ（ｎ）から出力する処理である。

次に、演算ユニット２６は、Ｓ２２からＳ２４までの処理を、ｎ＝Ｎからｎ＝２までｎ＝１を除く全てのｎについて実行したかを判定する（Ｓ２５）。これらの処理が（Ｎ−１）回繰り返されれば、演算ユニット２６は次の処理に進む。一方、まだｎ＝１を除く全てのｎについて処理を実行していなければ、ｎから１を減算し、Ｓ２２に戻って、次のｎに対する処理を実行する。

最後に、電圧制御部３４は、ｎ＝１の場合について、前述したＳ２４の処理と同様にして、蓄電部１０（１）に対する端子間電圧Ｖｃ（１）の制御処理を実行する（Ｓ２６）。このとき、比較基準値Ｄｒとの間の比較に用いられるＤｃ（１）の値は、Ｄｔ（１）の値に等しいため、直前のＳ２２の処理によって得られる値がそのまま用いられる。すなわち、端子間電圧算出部３２は、これまでのｎ＞１の場合と異なり、Ｓ２３のようなＤｃ（１）を算出する演算を行う必要はない。

演算ユニット２６は、以上説明した図４のフロー図に示す処理を、蓄電モジュール２の充電又は放電が行われている間、所定時間おきに繰り返し実行する。この図４に示す処理の例によっても、図３の場合と同様の蓄電部１０に対する端子間電圧の制御を実現できる。

以上説明した本実施の形態によれば、Ａ／Ｄコンバータ２４及び演算ユニット２６によってＴ（１）からＴ（Ｎ）までの各端子と基準端子Ｔ（０）との間の電圧を示すデジタル値を生成することで、演算ユニット２６は、各蓄電部１０について、当該蓄電部１０の両端の端子の電圧を示すデジタル値の差を演算して、当該蓄電部１０の端子間電圧を示すデジタル値を算出することができる。そのため、Ｎ個の蓄電部１０のそれぞれごとに、当該蓄電部１０の端子間電圧を演算する回路を設ける必要がなくなるので、回路規模を抑えることができる。

なお、本発明の実施の形態は、以上説明したものに限られない。例えば、以上の説明において演算ユニット２６がプログラムを実行することで実現することとした機能の少なくとも一部は、デジタル回路によって実現されてもよい。また、電圧制御部３４は、例えば予め定められた固定値と各蓄電部１０の端子間電圧を比較するなど、上述した方法とは異なる方法で各蓄電部１０に対する制御内容を決定してもよい。

また、以上の説明においては、電圧バッファ１２（ｎ）とＡ／Ｄコンバータ２４との接続を切り替える接続切り替えスイッチ２２が、制御回路２０内に設けられていることとしたが、これに代えて、１個の電圧バッファの前段に接続切り替えスイッチが設けられてもよい。この場合、接続切り替えスイッチによって複数の端子と電圧バッファとの間の接続が切り替えられ、この切り替えに応じて電圧バッファが各端子と基準端子との間の電圧に応じた電圧信号を順次出力する。Ａ／Ｄコンバータ２４は、この電圧バッファからの電圧信号を受け付けることで、各端子と基準端子との間の電圧に応じた電圧信号を、順次受け付けることとなる。

本発明の実施の形態に係る蓄電モジュールの制御装置の構成例を表す回路図である。 制御回路の内部構成例を表す図である。 制御回路内の演算ユニットによって実行される処理の流れの一例を示すフロー図である。 制御回路内の演算ユニットによって実行される処理の流れの別の例を示すフロー図である。

符号の説明

１ 蓄電モジュールの制御装置、２ 蓄電モジュール、１０ 蓄電部、１２ 電圧バッファ、１４ シャント回路、１６ 抵抗、１８ スイッチ、２０ 制御回路、２２ 接続切り替えスイッチ、２４ Ａ／Ｄコンバータ、２６ 演算ユニット、３０ デジタル値算出部、３２ 端子間電圧算出部、３４ 電圧制御部、３６ デジタル値生成部。

Claims (4)

1. 直列に接続された複数の蓄電部を含む蓄電モジュールの制御装置であって、
   前記複数の蓄電部の両端及び接続部分の端子のうち、前記両端の一方である所定の基準端子を除いた端子のそれぞれについて、当該端子と前記基準端子との間の電圧を、当該端子と前記基準端子との間に接続されている前記蓄電部の数で除してなる電圧に応じた電圧信号を出力する電圧信号出力手段と、
   前記基準端子を除いた端子のそれぞれについて、前記電圧信号出力手段が出力する当該端子の電圧信号をデジタル値に変換し、当該変換されたデジタル値を用いて、当該端子と前記基準端子との間の電圧を示すデジタル値を生成するデジタル値生成手段と、
   前記複数の蓄電部のそれぞれについて、前記デジタル値生成手段によって生成される当該蓄電部の両端の端子の電圧を示すデジタル値の差を演算して、当該蓄電部の端子間電圧を示すデジタル値を算出する端子間電圧算出手段と、
   前記複数の蓄電部のそれぞれについて、前記端子間電圧算出手段により算出される当該蓄電部の端子間電圧を示すデジタル値と、前記各蓄電部の端子間電圧の平均値と、を比較した結果に応じて、当該蓄電部の端子間電圧を制御する電圧制御手段と、
   を含み、
   前記電圧制御手段は、直列に接続された前記複数の蓄電部の両端の端子のうち、前記基準端子でない方の端子について、前記電圧信号出力手段が出力する当該端子の電圧信号を、前記デジタル値生成手段が変換して得られるデジタル値を用いて、前記各蓄電部の端子間電圧の平均値を取得する
   ことを特徴とする蓄電モジュールの制御装置。
2. 請求項１記載の蓄電モジュールの制御装置において、
   前記デジタル値生成手段は、前記電圧信号出力手段が出力する複数の端子それぞれの電圧信号を、順次受け付ける
   ことを特徴とする蓄電モジュールの制御装置。
3. 請求項１又は２記載の蓄電モジュールの制御装置において、
   前記複数の蓄電部のそれぞれに対して並列に接続され、それぞれ直列に接続された抵抗とスイッチとを含んでなる複数の電圧制御回路をさらに含み、
   前記電圧制御手段は、制御対象となる蓄電部に並列に接続された前記電圧制御回路に含まれる前記スイッチを導通させることにより、当該蓄電部の端子間電圧を低下させる制御を行う
   ことを特徴とする蓄電モジュールの制御装置。
4. 直列に接続された複数の蓄電部を含む蓄電モジュールの制御方法であって、
   前記複数の蓄電部の両端及び接続部分の端子のうち、前記両端の一方である所定の基準端子を除いた端子のそれぞれについて、当該端子と前記基準端子との間の電圧を、当該端子と前記基準端子との間に接続されている前記蓄電部の数で除してなる電圧に応じた電圧信号を出力する電圧信号出力ステップと、
   前記基準端子を除いた端子のそれぞれについて、前記電圧信号出力ステップで出力される当該端子の電圧信号をデジタル値に変換し、当該変換されたデジタル値を用いて、当該端子と前記基準端子との間の電圧を示すデジタル値を生成するデジタル値生成ステップと、
   前記複数の蓄電部のそれぞれについて、前記デジタル値生成ステップで生成される当該蓄電部の両端の端子の電圧を示すデジタル値の差を演算して、当該蓄電部の端子間電圧を示すデジタル値を算出する端子間電圧算出ステップと、
   前記複数の蓄電部のそれぞれについて、前記端子間電圧算出ステップで算出される当該蓄電部の端子間電圧を示すデジタル値と、前記各蓄電部の端子間電圧の平均値と、を比較した結果に応じて、当該蓄電部の端子間電圧を制御する電圧制御ステップと、
   を含み、
   前記電圧制御ステップでは、直列に接続された前記複数の蓄電部の両端の端子のうち、前記基準端子でない方の端子について、前記電圧信号出力手段が出力する当該端子の電圧信号を、前記デジタル値生成手段が変換して得られるデジタル値を用いて、前記各蓄電部の端子間電圧の平均値を取得する
   ことを特徴とする蓄電モジュールの制御方法。

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