(57)【要約】【課題】信頼性の向上を図ることができる車両用電池システムの提供。【解決手段】車両用電池システムは、複数の電池セルＢＣ１〜ＢＣ６を直列接続して構成される電池モジュール９Ａと、電池セルを複数個ずつグループ化し、各グループ単位で電池セルＢＣ１〜ＢＣ６に対する処理を行う集積回路ＣＣ３Ａ〜ＣＣ３Ｎと、集積回路ＣＣ３Ａ〜ＣＣ３Ｎを制御する上位制御回路２０から集積回路の最上位の集積回路３Ａへコマンド信号を第１絶縁回路ＰＨ１，ＰＨ２を介して伝送する第１伝送路６０２，６０４と、集積回路ＣＣ３Ａ〜ＣＣ３Ｎで収集したデータ信号を最上位集積回路ＣＣ３Ａから最下位集積回路ＣＣ３Ｎへ伝送する第２伝送路６０２，６０４と、最下位集積回路ＣＣ３Ｎから上位制御回路２０へデータ信号を、電池モジュール９Ａの総電圧による電力で駆動される第２絶縁回路ＰＨ３，ＰＨ４を介して伝送する第３伝送路６０２，６０４とを備える。【選択図】図１
2010016928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルを直列接続して構成される第１の電池セルグループを更に複数個直列に接続して構成される第１の電池モジュールと、
複数の電池セルを直列接続して構成される第２の電池セルグループを更に複数個直列に接続して構成される第２電池モジュールと、
前記第１の電池モジュールの一方の端に接続された一方の電力供給線と、
前記第２の電池モジュールの他方の端に接続された他方の電力供給線と、
前記第１の電池モジュールの他方の端と前記第２電池モジュールの一方の端とを分離可能に直列接続する接続器と、
前記第１の電池モジュールを構成する各第1の電池セルグループに対する処理を行うために前記各電池セルグループに対応付けられて設けられた複数の第1の集積回路と、
前記第２の電池モジュールを構成する各第２の電池セルグループに対する処理を行うために前記各第２の電池セルグループに対応付けられて設けられた複数の第２の集積回路と、を備え、
前記第1と第２の各集積回路は情報を出力するための送信端子と情報を受信するための受信端子とを有し、
前記第1の集積回路の送信端子は隣接する前記第1の集積回路の受信端子とそれぞれ接続されることにより直列接続された第１の伝送路が形成され、
前記第２の集積回路の送信端子は隣接する前記第２の集積回路の受信端子とそれぞれ接続されることにより直列接続された第２の伝送路が形成され、  
前記第１の電池モジュールの他方の端の第1の電池セルグループに対応して設けられた第1の集積回路の受信端子あるいは送信端子と他の制御回路との間の情報伝送を行うための第1の絶縁回路と、
前記第２電池モジュールの一方の端の第２の集積回路の受信端子あるいは送信端子と他の制御回路との間で情報伝送を行うための第２の絶縁回路と、をさらに備えることを特徴とする電池システム。
【請求項２】
複数の電池セルを直列接続して構成される第１の電池セルグループを更に複数個直列に接続して構成される第１の電池モジュールと
複数の電池セルを直列接続して構成される第２の電池セルグループを更に複数個直列に接続して構成される第２の電池モジュールと
前記第１の電池モジュールの一方の端に接続された一方の電力供給線と、
前記第２の電池モジュールの他方の端に接続された他方の電力供給線と、
前記第１の電池モジュールの他方の端と前記第２電の池モジュールの一方の端とを分離可能に直列接続する接続器と、
前記第１の電池モジュールを構成する第１の各電池セルグループに対する処理を行うために前記各電池セルグループに対応付けられて設けられた複数の第１の集積回路と、
第１の各電池セルグループを構成する複数の電池セルの各端子電圧を対応付けられて設けられた前記第１の各集積回路にそれぞれ入力するために設けられた複数個の検出線と、
前記第２の電池モジュールを構成する第２の各電池セルグループに対する処理を行うために前記各第２の電池セルグループに対応付けられて設けられた複数の第２の集積回路と、
第２の各電池セルグループを構成する複数の電池セルの各端子電圧を対応付けられて設けられた前記第２の各集積回路にそれぞれ入力するために設けられた複数個の検出線と、を備え、
前記第１と第２の各集積回路は情報を出力するための送信端子と情報を受信するための受信端子とを有し、
前記第１の集積回路の送信端子は隣接する前記第1の集積回路の受信端子とそれぞれ接続されることにより直列接続された第１の伝送路が形成され、
前記第２の集積回路の送信端子は隣接する前記第２の集積回路の受信端子とそれぞれ接続されることにより直列接続された第２の伝送路が形成され、
前記第１の電池モジュールの一方の端の第１の電池セルグループに対応して設けられた第１の集積回路の受信端子あるいは送信端子と他の制御回路との間の情報伝送を行うための第１の絶縁回路と、
前記第１の電池モジュールの他方の端の第１の電池セルグループに対応して設けられた第１の集積回路の受信端子あるいは送信端子と他の制御回路との間の情報伝送を行うための第２の絶縁回路と、
前記第２の電池モジュールの一方の端の第２の電池セルグループに対応して設けられた第２の集積回路の受信端子あるいは送信端子と他の制御回路との間で情報伝送を行うための第３の絶縁回路と、
前記第２の電池モジュールの他方の端の第２の電池セルグループに対応して設けられた第２の集積回路の受信端子あるいは送信端子と他の制御回路との間で情報伝送を行うための第４の絶縁回路と、
をさらに備えることを特徴とする電池システム。
【請求項３】
直列に接続された複数のリチウム電池セルにより構成される第１のリチウム電池セルグループが、更に複数個直列に接続されて構成される第１のリチウム電池モジュールと、
直列に接続された複数のリチウム電池セルにより構成される第２のリチウム電池セルグループを、更に複数個直列に接続して構成される第２のリチウム電池モジュールと、
前記第１のリチウム電池モジュールと前記第２のリチウム電池モジュールとを分離可能に直列接続する接続器と、
前記第１のリチウム電池モジュールの一方の端に接続された一方の電力供給線と、
前記第２のリチウム電池モジュールの他方の端に接続された他方の電力供給線と、
前記第１のリチウム電池モジュールを構成する各第1のリチウム電池セルグループに対応付けられて設けられ、対応するグループのリチウム電池セルに関する処理を行うための複数の第１の集積回路と、
前記第２のリチウム電池モジュールを構成する各第２のリチウム電池セルグループに対応付けられて設けられ、対応するグループのリチウム電池セルに関する処理を行うための複数の第２集積回路と、を有しており、
前記第１および第２の各集積回路はそれぞれ、信号を送信するための送信端子と信号を受信するための受信端子とを有すると共に、さらに対応するリチウム電池セルグループを構成している各リチウム電池セルの端子電圧を受取るための複数の電圧検出端子を有しており、
前記複数個の第１の集積回路の送信端子と隣接する第１の集積回路の受信端子とを電気的に接続することにより第１の伝送路を構成し、
前記複数個の第２の集積回路の送信端子と隣接する第２の集積回路の受信端子とを電気的に接続することにより第２の伝送路を構成し、
前記第１のリチウム電池モジュールの他方の端の第１のリチウム電池セルグループに対応して設けられた第１の集積回路の受信端子あるいは送信端子と、前記第２のリチウム電池モジュールの一方の端の第２のリチウム電池セルグループに対応して設けられた第２の集積回路の受信端子あるいは送信端子と、の間の情報伝送を行うための絶縁回路をさらに設け、前記第１の伝送路と前記第２の伝送路との間の情報伝送を前記絶縁回路を介して行うようにしたことを特徴とする電池システム。
【請求項４】
直列に接続された複数のリチウム電池セルにより構成される第1のリチウム電池セルグループが、更に複数個直列に接続されて構成される第１のリチウム電池モジュールと、
直列に接続された複数のリチウム電池セルにより構成される第２のリチウム電池セルグループが、更に複数個直列に接続されて構成される第２のリチウム電池モジュールと、
前記第１のリチウム電池モジュールの一方の端に接続された一方の電力供給線と、
前記第２のリチウム電池モジュールの他方の端に接続された他方の電力供給線と、
前記第１のリチウム電池モジュールと前記第２のリチウム電池モジュールとを分離可能に直列接続する接続器と、
前記第１のリチウム電池モジュールを構成する各第1の電池セルグループにそれぞれ対応付けられて設けられ、対応するグループの電池セルに関する処理を行うための複数の第１の集積回路と、
前記第２のリチウム電池モジュールを構成する各第２のリチウム電池セルグループにそれぞれ対応付けられて設けられ、対応するグループの電池セルに関する処理を行うための複数の第２集積回路と、
前記複数の第１および第２集積回路を制御するための制御回路と、を有しており、
上記構成により、前記一方の電力供給線と前記第１のリチウム電池モジュールと前記接続器と前記第２のリチウム電池モジュールと前記他方の電力供給線とは電気的に接続された直列回路を構成し、
さらに、前記制御回路は情報を送信するための送信端子と情報を受信するための受信端子と情報を受信するための受信端子とを有していて、前記制御回路は前記直列回路とは電気的に絶縁された電源に基づいて動作し、
前記第１および第２の各集積回路はそれぞれ、情報を送信するための送信端子と、情報を受信するための受信端子と、対応するリチウム電池セルグループを構成する各リチウム電池セルの端子電圧を受けるための電圧検出端子と、を有していると共に、その内部にアナログデジタル変換回路を有し、前記電圧検出端子に入力された各リチウム電池セルの端子電圧をデジタル値に変換して保持し、
前記複数の第１の集積回路の送信端子は隣接する第１の集積回路の受信端子と電気的にそれぞれ接続されることにより第１の伝送路を構成し、
前記複数の第２の集積回路の送信端子は隣接する第２の集積回路の受信端子と電気的にそれぞれ接続されることにより第２の伝送路を構成し、
前記制御回路の前記送信端子と前記第１のリチウム電池モジュールの一方の端の第１のリチウム電池セルグループに対応して設けられた第１の集積回路の受信端子との間の情報伝送を行うための第１の絶縁回路を設けて、前記制御回路と前記第1の伝送路との間の情報伝送を前記第１の絶縁回路を介して行うようにし、
前記第１のリチウム電池モジュールの他方の端の第１のリチウム電池セルグループに対応して設けられた第１の集積回路の送信端子と、前記第２のリチウム電池モジュールの一方の端の第２のリチウム電池セルグループに対応して設けられた第２の集積回路の受信端子と、の間の情報伝送を行うための第２の絶縁回路を設けて、前記第１の伝送路と前記第２の伝送路との間の情報伝送を前記第２の絶縁回路を介して行うようにし、
前記第２のリチウム電池モジュールの他方の端の第２のリチウム電池セルグループに対応して設けられた第２の集積回路の送信端子と前記制御回路の前記受信端子との間の情報伝送を行うための第３の絶縁回路を設けて、前記第２の伝送路と前記制御回路との間の情報伝送を前記第３の絶縁回路を介して行うようにしたことを特徴とする電池システム。
【請求項５】
複数の電池セルが直列接続して構成される第１電池モジュールと、
複数の電池セルが直列接続して構成される第２電池モジュールと、
前記第１電池モジュールと前記第２電池モジュールとを分離可能に直列接続するための接続器と、
前記第１電池モジュールの電池セルを複数個ずつグループ化し、各グループ単位で電池セルに対する処理を行う複数の第１集積回路と、
前記第２電池モジュールの電池セルを複数個ずつグループ化し、各グループ単位で電池セルに対する処理を行う複数の第２集積回路と、
前記複数の第１および第２集積回路を制御する上位制御回路から前記複数の第１集積回路の最上位の第１集積回路へ、コマンド信号を第１絶縁回路を介して伝送する第１伝送路と、
前記複数の第１集積回路で収集したデータ信号を最上位の第１集積回路から最下位の第１集積回路へ伝送する第２伝送路と、
前記最下位の第１集積回路から前記上位制御回路へ前記複数の第１集積回路で収集したデータ信号を、前記第１電池モジュールの総電圧による電力で駆動される第２絶縁回路を介して伝送する第３伝送路と、
前記上位制御回路から前記第２集積回路の最上位の第２集積回路へ、コマンド信号を第３絶縁回路を介して伝送する第４伝送路と、
前記複数の第２集積回路で収集したデータ信号を最上位の第２集積回路から最下位の第２集積回路へ伝送する第５伝送路と、
前記最下位の第２集積回路から前記上位制御回路へ前記複数の第１および第２集積回路で収集したデータ信号を、前記第２電池モジュールの総電圧による電力で駆動される第４絶縁回路を介して伝送する第６伝送路とを備えたことを特徴とする電池システム。
【請求項６】
複数の電池セルが直列接続して構成される第１電池モジュールと、
複数の電池セルが直列接続して構成される第２電池モジュールと、
前記第１電池モジュールと前記第２電池モジュールとを分離可能に直列接続する接続器と、
前記第１電池モジュールの電池セルを複数個ずつグループ化し、各グループ単位で電池セルに対する処理を行う複数の第１集積回路と、
前記第２電池モジュールの電池セルを複数個ずつグループ化し、各グループ単位で電池セルに対する処理を行う複数の第２集積回路と、
前記複数の第１集積回路および第２集積回路を制御する上位制御回路から前記複数の第１集積回路の最上位の第１集積回路へ、コマンド信号を第１絶縁回路を介して伝送する第１伝送路と、
前記複数の第１集積回路で収集したデータ信号を最上位の第１集積回路から最下位の第１集積回路へ伝送する第２伝送路と、
前記最下位の第１集積回路から前記複数の第２集積回路の最上位の第２集積回路へ、前記複数の第１集積回路で収集したデータ信号を第２絶縁回路を介して伝送する第３伝送路と、
前記複数の第１および第２集積回路で収集したデータ信号を最上位の第２集積回路から最下位の第２集積回路へ伝送する第４伝送路と、
前記最下位の第２集積回路から前記上位制御回路へ前記複数の第１および第２集積回路で収集したデータ信号を、前記第２電池モジュールの総電圧による電力で駆動される第３絶縁回路を介して伝送する第５伝送路とを備えたことを特徴とする電池システム。
【請求項７】
複数の電池セルを直列接続して構成される電池モジュールと、
前記電池セルを複数個ずつグループ化し、各グループ単位で電池セルに対する処理を行う複数の集積回路と、
前記複数の集積回路を制御する上位制御回路から前記集積回路の最上位の集積回路へコマンド信号を第１絶縁回路を介して伝送する第１伝送路と、
前記複数の集積回路で収集したデータ信号を最上位集積回路から最下位集積回路へ伝送する第２伝送路と、
前記最下位集積回路から前記上位制御回路へ前記複数の集積回路で収集したデータ信号を、前記電池モジュールの総電圧による電力で駆動される第２絶縁回路を介して伝送する第３伝送路とを備えることを特徴とする電池システム。
【請求項８】
請求項７に記載の電池システムにおいて、
前記電池モジュールの総電圧による電力を定電流化して前記第２絶縁回路へ供給する定電流回路をさらに備えることを特徴とする電池システム。
【請求項９】
請求項７または８に記載の電池システムにおいて、
前記コマンド信号が出力されるときに前記上位制御回路から出力される起動信号により前記第１絶縁回路を駆動状態とし、前記コマンド信号が出力されないときは前記第１絶縁回路を非駆動状態とする通電制御回路をさらに備えることを特徴とする電池システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の電池システムにおいて、
前記通電制御回路は、前記コマンド信号が出力されて前記最上位の集積回路が駆動されると、前記起動信号が消失しても前記第１絶縁回路を駆動状態とする回路保持機能を有することを特徴とする電池システム。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の電池システムにおいて、
前記集積回路のそれぞれは、前記グループ化した電池セルグループの総電圧を所定電圧に降圧する定電圧回路と、
前記それぞれの集積回路のグランドレベルに対する前記所定電圧の電位差を駆動電圧として使用することにより信号の波高値を該電圧以下とした前記データ信号を生成する信号生成回路とを備えることを特徴とする電池システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電池システムにおいて、
前記起動信号により前記定電圧回路を起動する起動回路と、
前記起動信号を前記最上位集積回路から前記最下位集積回路へ送信する起動信号送信回路とを備えることを特徴とする電池システム。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の電池システムにおいて、
前記集積回路は、該集積回路は前記伝送路を介して受信した信号に対するレベル判定用閾値を切り換える第１切換回路を備えており、外部からの制御信号に基づき前記第１切換回路が選択されることを特徴とする電池システム。
【請求項１４】
請求項７〜１３のいずれか一項に記載の電池システムにおいて、
前記集積回路は前記データ信号の波形を反転して送信するか否かを切り換える第２切換回路を備えており、外部からの制御信号に基づき前記第２切換回路が選択されることを特徴とする電池システム。
【請求項１５】
請求項７〜１４のいずれか一項に記載の電池システムにおいて、
前記集積回路は、該集積回路で処理される電池セルの数が４であるか６であるかを指示する制御信号が入力される制御端子を備えることを特徴とする電池システム。
【請求項１６】
請求項７〜１５のいずれか一項に記載の電池システムにおいて、
前記電池セルの端子と前記集積回路の端子電圧入力部との間に抵抗を配設したことを特徴とする電池システム。
【請求項１７】
複数の電池セルを直列接続して構成される電池モジュールの前記電池セルを複数のグループに分け、各グループ単位で電池セルに対する処理を行うとともに上位制御回路により制御される複数の集積回路と、
前記上位制御回路から前記複数の集積回路の最上位の集積回路へコマンド信号を伝送する第１伝送路と、
前記複数の集積回路で収集したデータ信号を最上位集積回路から最下位集積回路へ伝送する第２伝送回路と、
前記最下位集積回路から前記上位制御回路へ前記複数の集積回路で収集したデータ信号を伝送する第３伝送路と、
前記第１伝送路に介装され所定電力で駆動される第１絶縁回路と、
前記第３伝送路に介装され、前記電池モジュールの総電圧による電力で駆動される第２絶縁回路とを備えることを特徴とする電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車やハイブリッド自動車、および電車等の電動駆動装置を備えた車両に用いられる、車両用電池システム、あるいは一般産業用の電源システム、およびそのシステムのための回路基板や、集積回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電池システムでは、例えば、特許文献１に記載されているように、複数の電池セルを直列接続した電池グループを複数接続して１つの電池モジュールを構成し、電池グループ毎に電池セルの状態を監視する下位制御装置を設けている。それらの下位制御装置は、信号伝送路を介して上位制御装置から指令を受ける構成となっている。信号伝送路には、下位制御装置と上位制御装置との間の電位差に影響されないようにフォトカプラ等の絶縁回路が設けられている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−７０１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
自動車や電車などで代表される車両の車体は人体と接触し易く、安全性を高めるために、上記電池システムが車両に搭載される場合には上記電池システムは車体から電気的に絶縁される構造となっている。このことは車両に限らず、例えば産業機械でも同様で、機械そのものやハウジングもまた人体に接触し易く、上記電池システムが産業用として使用される場合には、人体に対する安全性を向上させるため、上記電池システムの電力系が機械そのものやハウジングなどから電気的に絶縁される。一方制御回路用の電源など、電源電圧の低い他の電力系では、人体に悪影響を与えることが無いので、車体やハウジングなどを基準電位として使用することがあり、前記車体やハウジングなどを低電力系の一部として使用する場合がある。特に自動車では、低電圧電源系は車体を低電力系の一部として使用している。上述のように安全性を高めるために、上記電池システムは他の電源系から絶縁されている。またシステムの点検や修理、場合によっては交通事故を考慮し、安全性をより高めるために、電池システムは開閉可能な接続器を介して直列に接続されることが望ましい。このような構造では、接続器を開放することで電池システムからの直流供給電流が遮断され、安全性をより高めることができる。
上記電池システムは、直列に接続された複数個の電池セルを有しており、上記接続器を介して上記直列接続された電池セルがさらに直列に接続される。上記電池セルの端子電圧の計測あるいは診断あるいは充電状態の制御、これらの機能を総称して電池セルの処理と記す、のために電池セルコントローラとして作用する複数個の集積回路を有している。複数の電池セルを処理する複数の集積回路は、おのおのが伝送回路を有している。各集積回路が有する伝送回路もまた互いに直列に接続されていて、この直列接続により伝送路が形成されている。
上記各集積回路は、直列に接続されている上記電池セルとそれぞれ電気的に接続されており、上記集積回路は各々上記電池セルの電位の影響を受けている。一方上記集積回路は耐電圧を高くし難い問題を有している。このため何らかの原因で、直列接続された上記集積回路に、直列接続されていることにより生じる高い電圧が加わると、上記集積回路の耐電圧を越え、破損する恐れがある。電池セルと直列接続されている上記接続器を開放した場合に、上記接続器両端の電池セルが互いに絶縁された状態となるので、電池セルの電位状態が変り、このため上記集積回路の一部に耐電圧を越える電圧が加わる可能性がある。上記接続器の開閉による電池セルの電位状態の変化の影響を受け難い、信頼性の高いシステムが望まれる。
本発明の目的は信頼性の高い電池システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
信頼性を向上させる一つの解決手段は次のとおりである。
複数の電池セルを直列接続して構成される第1の電池セルグループを更に複数個直列に接続して構成される第１の電池モジュールと、
複数の電池セルを直列接続して構成される第２の電池セルグループを更に複数個直列に接続して構成される第２電池モジュールと、
前記第１の電池モジュールの一方の端に接続された一方の電力供給線と、
前記第２の電池モジュールの他方の端に接続された他方の電力供給線と、
前記第１の電池モジュールの他方の端と前記第２電池モジュールの一方の端とを分離可能に直列接続する接続器と、
前記第１の電池モジュールを構成する各第1の電池セルグループに対する処理を行うために前記各電池セルグループに対応付けられて設けられた複数の第1の集積回路と、
前記第２電池モジュールを構成する各第２の電池セルグループに対する処理を行うために前記各第２の電池セルグループに対応付けられて設けられた複数の第２の集積回路と、を備え、
前記第1と第２の各集積回路は情報を出力するための送信端子と情報を受信するための受信端子とを有し、
前記第1の集積回路の送信端子は隣接する前記第1の集積回路の受信端子とそれぞれ接続されることにより直列接続された第１の伝送路が形成され、
前記第２の集積回路の送信端子は隣接する前記第２の集積回路の受信端子とそれぞれ接続されることにより直列接続された第２の伝送路が形成され、  
前記第１の電池モジュールの他方の端の第1の電池セルグループに対応して設けられた第1の集積回路の受信端子あるいは送信端子と他の制御回路との間の情報伝送を行うための第1の絶縁回路と、
前記第２電池モジュールの一方の端の第２の集積回路の受信端子あるいは送信端子と他の制御回路との間で情報伝送を行うための第２の絶縁回路と、をさらに備えることを特徴とする電池システム。
他の解決手段は次のとおりである。電池システムにおいて、電池モジュールの電池セルを複数個ずつグループ化し、各グループ単位で電池セルに対する処理を行う複数の集積回路に関して、複数の集積回路を制御する上位制御回路から集積回路の最上位の集積回路へコマンド信号を第１絶縁回路を介して伝送する第１伝送路と、複数の集積回路で収集したデータ信号を最上位集積回路から最下位集積回路へ伝送する第２伝送路と、最下位集積回路から上位制御回路へ収集したデータ信号を第２絶縁回路を介して伝送する第３伝送路とを備える。そして、電池モジュールの充電状態のばらつきを抑制するように、第２絶縁回路を電池モジュールの総電圧による電力で駆動するようにした。
定電流回路を設けて、電池モジュールの総電圧による電力を定電流化して第２絶縁回路へ供給するようにしても良い。
通電制御回路を設けて、コマンド信号が出力されるときに上位制御回路から出力される起動信号により第１絶縁回路を駆動状態とし、コマンド信号が出力されないときは第１絶縁回路を非駆動状態とするようにしても良い。
グループ化した電池セルグループの総電圧を所定電圧に降圧する定電圧回路と、それぞれの集積回路のグランドレベルに対する所定電圧の電位差を最大波高値としたデータ信号を生成する信号生成回路とを、各集積回路に備えるようにしても良い。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、電池システムの信頼性の向上を図ることができる。例えばリチウム電池システムに本発明が適用される場合に、大きな効果が有り、さらに車両用のリチウム電池システムに適用した場合には非常に大きな効果が有る。
リチウム電池システムでは、例えば、各リチウム電池セルの状態をリチウム電池セルコントローラの検知に基づいて常時高い精度で監視することが望ましい。リチウム電池セルコントローラの一部が損傷を受けると、正確な状態検知、あるいは検知結果に基づく診断、あるいは情報伝送が困難となったり、あるいは誤動作が生じる誤った検知結果または判断結果を送信する可能性がある。このような問題を防止できることが望ましい。例えは、車両用のリチウム電池システムにおいては、人命にかかわる可能性があり、特に安全性の向上が望まれる。また車両の属性である移動に伴い、事故に遭遇する可能性が高く、事故がきっかけとなり回路の損傷が起こり易い。このため高い安全性が望まれる。更に自動車では環境条件が変化する状況で長年に渡り使用される可能性が高く、この点からも高い安全性が望まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に記載の実施の形態では製品として望ましい色々な観点の改善が為されており、上述の信頼性向上に特化された課題だけでなく、他のいろいろな課題の解決が為されている。以下代表的な課題と解決策を簡単に述べる。
〔電池セルの消費電力の均一化〕
以下に説明の発明では、直列接続された車両搭載のリチウム電池セルの消費電力が不均衡にならないように工夫されている。即ち車両に搭載された各リチウム電池セルに関する消費電力、言い換えると各リチウム電池セルの電力負荷の均一化を図っている。以下の説明は特に効果の大きい車両搭載を代表例として説明するが、本課題解決策は電車や自動車に代表される車両の搭載に限られるものではなく、産業用の電池システム、特にリチウム電池システム、に適用されると良好な効果が得られる。
車両搭載のリチウム電池セルが発生する電力は、車両に搭載の他の電力系統より電圧が高く、安全性を高めるため車両の他の電力系から電気的に絶縁されている。従って上記リチウム電池セルを制御するための複数の集積回路は、それぞれ上記他の電力系に対して電気的に絶縁されている。上記複数の集積回路と情報の伝達を行う相手先の制御回路や他の情報伝達系は、他の電力系によって動作しているので、上記複数の集積回路と上記制御回路や他の情報伝達系との間の情報伝送は、電気的に絶縁された入出力端子を有する絶縁回路を介して行われる。ここで絶縁回路とは例えばフォトカプラを備えた回路で、該絶縁回路は、入力端子に入力された入力信号をフォトカプラが内蔵する光ダイオードにより光に変換し、さらにその光を内蔵するフォトトランジスタで再び電気信号に変換し出力端子から出力する。絶縁回路の内部は光を媒体として情報の伝達を行うので、情報は伝達可能であるが、入力端子と出力端子とは電気的に絶縁されている。
上記絶縁回路を動作させるためには電力が必要で、とくに光ダイオードを駆動するには比較的大きな電力が必要となる。また、高速で情報を伝送するフォトカプラの方が、低速で情報を伝送するフォトカプラより消費電力が大きい特性を有する。
以下の実施の形態では、リチウム電池セルを制御する各集積回路の情報伝送端子は互いに電気的に直列に接続されており、上記直列接続により構成される伝送路を通して情報が伝送される。他の伝送路や他の制御回路との情報伝送のための受信は、上記直列接続の伝送路を構成する最先端（以下の実施の形態では最上位とも記載している）の集積回路で行われる。一方、伝送路からの送信は、上記直列接続で構成される伝送路を構成する最終段（以下の実施の形態では最下位とも記載している）の集積回路で行われる。上述の如く、絶縁回路であるフォトカプラを介した情報送信には比較的大きな電力が必要である。そのため、上記情報送信のための電力を上記最終段の集積回路に電力を供給しているリチウム電池セルにのみ負担させると、複数のリチウム電池セル間の電力負荷が不均衡となる。この不均衡を少なくすることが望ましい。
以下の実施の形態では、次のようにして電力負荷の均衡を図っている。即ち、リチウム電池モジュールは、複数のリチウム電池セルを直列接続して構成されるリチウム電池セルグループを、更に複数個直列に接続して構成される。さらに、前記各リチウム電池セルグループに関する処理を行うために、前記各リチウム電池セルグループに対応付けられて設けられた複数の集積回路を備えている。そして、前記各集積回路は情報を出力するための送信端子と情報を受信するための受信端子とを有しており、前記集積回路の送信端子は隣接する前記集積回路の受信端子とそれぞれ接続されることにより直列接続により構成される伝送路が形成されている。前記伝送路の最終段の集積回路から情報が出力される絶縁回路の消費電力は、前記最終段の集積回路に対応するリチウム電池セルグループだけで負担するのではなく、複数のリチウム電池セルグループが負担する構成としている。これにより絶縁回路の消費電力が１個のリチウム電池セルグループに偏るのを防止でき、リチウム電池セル間の電力負荷の不均衡を低減できる。以下の実施の形態ではさらに大きな効果を得るために、上記絶縁回路の消費電力を、上記伝送路を構成する先頭の集積回路に対応したリチウム電池セルグループから上記伝送路を構成する最終段の集積回路に対応したリチウム電池セルグループまでの間のリチウム電池セル全体の電気負荷となるようにしている。この構成によりリチウム電池セル間の電力負荷の不均衡を非常に小さくできる。具体的な回路構成は、上記絶縁回路が有する光ダイオードを駆動する駆動回路の電源として、上記伝送路を構成する先頭の集積回路に対応したリチウム電池セルグループから上記伝送路を構成する最終段の集積回路に対応したリチウム電池セルグループまでの間のリチウム電池セル全体の電圧を供給している。
〔リチウム電池セルの消費電力の低減〕
〔消費電力の低減１〕
直列接続されたリチウム電池セルからなる電源の消費電力は、できるだけ節電することが望ましい。特に、自動車では、できるだけ小型のリチウム電池電源で自動車の走行関係の電力を賄うことが望ましく、消費電力をできるだけ節電できることが望ましい。自動車では、駐車状態が長く続く場合があり、駐車中の電力消費を抑えることが特に重要である。以下の実施の形態では、上記電源が使用されない状態で、前記集積回路の送受信端子が直列接続されて構成される伝送路からの出力に使用される絶縁回路の駆動電流が流れない回路構成となっており、消費電力が節約される。伝送路はデジタル信号を使用して情報伝送を行っており、信号が存在しない状態であるデジタル値「０」の状態では前記駆動電流が流れないことが望ましい。すなわちデジタル値「１」の状態で前記駆動電流が流れることが望ましい。前記集積回路は、伝送用の出力端子の電圧が「ハイ」か「ロー」かと前記デジタル値「１」か「０」かの関係を選択するための回路を内部に有しており、外部からの指示信号を受けて上記関係を選択できる。上記関係を選択することで、デジタル値が「０」の状態では前記駆動電流が流れないようにすることが可能となる。例えば以下の実施の形態では、車両の運転が停止状態となるなどのためにリチウム電池セルからなる電源が使用されなくなると、伝送路の出力が「０」の状態がなり、光ダイオードの駆動電流が自動的に遮断された状態となる。このような回路構成のため消費電力が節約される。
〔消費電力の低減２〕
以下の実施の形態では、前記集積回路で構成される伝送路が少なくても２種類ある。一つは第１の伝送路で、集積回路で測定されたリチウム電池セルの端子電圧や命令を送信する役割を果す伝送路で絶縁回路の消費電力が大きい。他方は単に状態のみを伝達する第２の伝送路で、１ビット情報を伝送する機能を有する。第２の伝送路は第１の伝送路に比べ伝送周波数が低く、絶縁回路の消費電力が少ない。本伝送システムにおいて、駐車中などのために伝送路を使用していない状態では第１の伝送路のフォトカプラへの電力供給が停止される。車を始動するなどの為に伝送の必要が生じると上位の制御回路は第２の伝送路に「１」の状態を表す信号を送る。第２の伝送路が上記信号「１」を受信するとこの受信に基づき、第１の伝送路のフォトカプラへの電力供給が開始され、第１の伝送路の伝送動作が開始可能となる。第１の伝送路での伝送動作が行われている状態では自動的に第１の伝送路のフォトカプラへの電力供給が維持されるので、第２の伝送路は本来の情報を伝送する動作に移っても上記第１の伝送路のフォトカプラへの電力供給は維持される。このような回路構成により、伝送停止状態の消費電力が節約される。
〔通信に伴う印加電圧の低減〕
以下の実施の形態では、電池セルコントローラである各集積回路は、高い電源電圧ＶＣＣと低い電源電圧ＶＤＤの少なくとも２種類の電源電圧を使用する。リチウム電池セルグループを構成する各リチウム電池セルの端子電圧を選択するマルチプレクサは上記高電源電圧ＶＣＣを受けて動作し、アナログデジタル変換器あるいは各種記憶装置あるいはデータ伝送のための送信回路は低電源電圧ＶＤＤで動作する。以下の実施の形態では、各電池セルコントローラの送受信回路を直列接続することで伝送路を形成している。また各電池セルコントローラの電位は異なっており、上記直列接続の順に従って電池セルコントローラの電位が順に上昇あるいは下降する。このような電位の異なる回路の直列接続で構成される伝送路において、電位の高い方から低い方へ情報伝達する場合には受信回路は高電源電圧ＶＣＣで動作し、送信回路を低電源電圧ＶＤＤで動作するようにすることで、隣接する電池セルコントローラの送受信回路間の電圧を低減でき、信頼性が向上する。また電位の低い方から電位の高い方へ情報伝達する場合には、低電源電圧ＶＤＤで受信回路あるいは送信回路を動作させることにより送受信回路間の電位差を小さくでき、信頼性が向上する。また上記両方式で低電源電圧ＶＤＤで回路を動作させることにより、消費電力を節約できる。
〔スリープ状態からの高速立ち上げ〕
以下の実施の形態では、電池セルコントローラである各集積回路の伝送回路を複数個直列に接続して伝送路を構成することにより、必要とする絶縁回路の数を少なくしている。さらに消費電力を低減するために上記電池セルコントローラをスリープ状態とする。車両においては、複数個直列接続されている上記複数の電池セルコントローラを、短時間に動作可能状態にすることが必要である。このため、以下の実施の形態では、各電池セルコントローラは起き上がり信号「ｗａｋｅ  ｕｐ」を送信する起動出力回路を有しており、各電池セルコントローラは上記起き上がり信号を受信すると自分自身が起き上がる動作を行うと共に、自分自身の起き上がりの動作完了に関係なく上記起動出力回路から次の電池セルコントローラへ起き上がり信号を同時進行的に送信する。これにより自分自身の起き上がりが完了する前であっても、次の電池セルコントローラへ起き上がり信号を送信でき、直列に繋がる各電池セルコントローラに逸早く起き上がり信号を送信することが可能となる。各電池セルコントローラが起き上がり動作を完了してから次の電池セルコントローラへ起き上がり信号を送信するのに比べ、システム全体の起き上がり動作が非常に速くなる。特に、自動車に以下の実施の形態が使用される場合に、運転者はシステムを急いで動作させ、急いで発進することを希望したとしても、システム全体の立ち上がりが早いので上記希望に沿うことが可能となる。
その他の解決課題や解決策は、図面を使用した説明の中で述べる。
【０００８】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１〜５は、本発明に係る車両用電池システムの一実施の形態を説明する図である。図１は車両用電池システムの要部を示す図、図２は車両用電池システムを搭載する車両用回転電機の駆動システムを示す図、図３〜５は電池ユニット９００を説明する図である。まず、図２に示す車両用回転電機の駆動システムを説明する。ここで車両としては自動車が最適であるが、電車に適用しても良好な結果が得られる。産業用機械にも適用可能であるが、車両への適用例を代表例として用い、以下説明する。
【０００９】
図２は、一実施の形態の車両用電池システムを車両用回転電機の駆動システムに適用した場合の回路図である。駆動システムは、電池システムを含む電池ユニット９００、電池ユニット９００からの直流電力を３相交流電力に変換するインバータ装置２２０、車両駆動用のモータ２３０、電池ユニット９００およびインバータ装置２２０を制御する上位コントローラ１１０を備えている。モータ２３０は、インバータ装置２２０からの３相交流電力により駆動される。
【００１０】
電池ユニット９００は、２つ電池モジュール９Ａ，９Ｂとセルコントローラ８０とバッテリコントローラ２０とを有している。電池モジュール９Ａと電池モジュール９Ｂとは、スイッチとヒューズとが直列接続された保守・点検用のサービスディスコネクトとして機能する開閉器６を介して直列接続される。この開閉器６が開くことで電気回路の直接回路が遮断され、仮に電池モジュール９Ａ，９Ｂのどこかで車両との間に１箇所接続回路ができたとしても電流が流れない。このような構成により高い安全性を維持できる。
【００１１】
電池モジュール９Ａは、複数の電池セルが直列に接続されたバッテリセルグループを複数接続して構成されている。電池モジュール９Ｂも同様に構成される。  電池モジュール９Ａの正極は、正極強電ケーブル８１およびリレーＲＬＰを介してインバータ装置２２０の正極に接続されている。電池モジュール９Ｂの負極は、負極強電ケーブル８２およびリレーＲＬＮを介してインバータ装置２２０の負極に接続されている。また、抵抗ＲＰＲＥとプリチャージリレーＲＬＰＲＥとの直列回路が、リレーＲＬＰと並列に接続されている。リレーＲＬＰとインバータ装置２２０との間には、ホール素子等の電流センサＳｉが挿入されている。電流センサＳｉはジャンクションボックス内に内蔵され、その出力線はバッテリコントローラ２０に導かれている。
【００１２】
例えば、リレーＲＬＰやリレーＲＬＮには定格電流が８０Ａ程度のものが使用され、プリチャージリレーＲＬＰＲＥには定格電流が１０Ａ程度のものを用いることができる。また、抵抗ＲＰＲＥには、例えば、定格容量が６０Ｗ、抵抗値が５０Ω程度のものを、電流センサＳｉには、例えば、定格電流が±２００Ａ程度のものを用いることができる。上述した負極強電ケーブル８２および正極強電ケーブル８１は、リレーＲＬＰやリレーＲＬＮおよび出力端子８１０，８２０を介して、モータ２３０を駆動するインバータ装置２２０に接続される。このような構成とすることで高い安全性が維持できる。  
【００１３】
インバータ装置２２０は、パワーモジュール２２６と、ＭＣＵ２２２と、パワーモジュール２２６を駆動するためのドライバ回路２２４と、約７００μＦ〜約２０００μＦ程度の大容量の平滑キャパシタ２２８とを有している。パワーモジュール２２６は、電池モジュール９Ａ，９Ｂから供給される直流電力を、モータ２３０を駆動するための３相交流電力に変換する。
【００１４】
平滑キャパシタ２２８は、電解キャパシタよりフィルムキャパシタの方が望ましい特性を得ることができる。車両に搭載される平滑キャパシタ２２８は車両の置かれている環境の影響を受け、摂氏マイナス数十度の低温から摂氏１００度程度の広い温度範囲で使用される。温度が零度以下に低下すると電解キャパシタは急激に特性が低下し電圧ノイズを除去する能力が低下する。このため、セルコントローラ８０に設けられた集積回路に大きなノイズが加わるおそれがある。フィルムキャパシタは温度低下に対する特性低下が少なく、集積回路に加わる電圧ノイズを低減できる。
【００１５】
ＭＣＵ２２２は、上位コントローラ１１０からの命令に従い、モータ２３０の駆動開始時に、負極側のリレーＲＬＮを開状態から閉状態とした後に、プリチャージリレーＲＬＰＲＥを開状態から閉状態とし、平滑キャパシタ２２８を充電し、その後に正極側のリレーＲＬＰを開状態から閉状態として、電池ユニット９００の電池モジュール９Ａ，９Ｂからインバータ装置２２０への電力の供給を開始する。
【００１６】
なお、インバータ装置２２０は、モータ２３０の回転子に対するパワーモジュール２２６により発生する交流電力の位相を制御して、ハイブリッド車の制動時にはモータ２３０をジェネレータとして動作させ、すなわち回生制動制御を行い、ジェネレータ運転により発電された電力を電池モジュール９Ａ，９Ｂに回生して電池モジュール９Ａ，９Ｂを充電する。電池モジュール９Ａ，９Ｂの充電状態が基準状態より低下した場合には、インバータ装置２２０はモータ２３０を発電機として運転する。モータ２３０で発電された３相交流電力は、パワーモジュール２２６により直流電力に変換されて電池モジュール９Ａ，９Ｂに供給される。その結果、電池モジュール９Ａ，９Ｂは充電される。
【００１７】
モータ２３０を力行運転する場合、ＭＣＵ２２２は上位コントローラ１１０の命令に従い、モータ２３０の回転子の回転に対して進み方向の回転磁界を発生するようにドライバ回路２２４を制御し、パワーモジュール２２６のスイッチング動作を制御する。この場合は、電池モジュール９Ａ，９Ｂから直流電力がパワーモジュール２２６に供給される。一方、回生制動制御により電池モジュール９Ａ，９Ｂを充電する場合には、ＭＣＵ２２２は、モータ２３０の回転子の回転に対して遅れ方向の回転磁界を発生するようにドライバ回路２２４を制御し、パワーモジュール２２６のスイッチング動作を制御する。この場合はモータ２３０から電力がパワーモジュール２２６に供給され、パワーモジュール２２６の直流電力が電池モジュール９Ａ，９Ｂへ供給される。結果的にモータ２３０は発電機として作用することとなる。
【００１８】
インバータ装置２２０のパワーモジュール２２６は、導通および遮断動作を高速で行い直流電力と交流電力間の電力変換を行う。このとき、大電流を高速で遮断するので、直流回路の有するインダクタンスにより大きな電圧変動が発生する。この電圧変動を抑制するため、大容量の平滑キャパシタ２２８が直流回路に設けられている。車載用のインバータ装置２２０ではパワーモジュール２２６の発熱が大きな問題であり、この発熱を抑えるにはパワーモジュール２２６の導通および遮断の動作速度を上げる必要がある。この動作速度を上げると、上述したようにインダクタンスによる電圧の跳ね上がりが増大し、より大きなノイズが発生する。このため平滑キャパシタ２２８の容量はより大きくなる傾向にある。
【００１９】
インバータ装置２２０の動作開始状態では平滑キャパシタ２２８の電荷は略ゼロであり、リレーＲＬＰを閉じると大きな初期電流が平滑キャパシタ２２８へ流れ込む。そして、この大電流のために負極側メインリレーＲＬＮおよび正極側メインリレーＲＬＰが融着して破損するおそれがある。この問題を解決するため、ＭＣＵ２２２は、負極側のリレーＲＬＮを開状態から閉状態とした後に、正極側のリレーＲＬＰを開状態に維持したまま、プリチャージリレーＲＬＰＲＥを開状態から閉状態として抵抗ＲＰＲＥを介して最大電流を制限しながら上述した平滑キャパシタ２２８を充電する。
【００２０】
この平滑キャパシタ２２８が所定の電圧まで充電された後は、初期状態が解除される。すなわち、プリチャージリレーＲＬＰＲＥおよび抵抗ＲＰＲＥを介する平滑キャパシタ２２８への初期充電が中止され、上述したように、負極側のリレーＲＬＮと正極側のリレーＲＬＰを閉状態として電源システム１からパワーモジュール２２６へ直流電力を供給する。このような制御を行うことで、リレー回路を保護すると共に、リチウム電池セルやインバータ装置２２０を流れる最大電流を所定値以下に低減でき、高い安全性を維持できる。
【００２１】
インバータ装置２２０の直流側回路のインダクタンスを低減することがノイズ電圧の抑制に繋がるので、平滑キャパシタ２２８はパワーモジュール２２６の直流側端子に接近して配置される。また、平滑キャパシタ２２８自身もインダクタンスを低減できるように構成されている。このような構成で平滑キャパシタ２２８の初期充電電流が供給されると、瞬間的に大きな電流が流れ込み、高熱を発生して損傷するおそれがある。しかし、上記プリチャージリレーＲＬＰＲＥと抵抗ＲＰＲＥとにより充電電流を制限することにより、上記損傷を低減できる。インバータ装置２２０の制御はＭＣＵ２２２により行われるが、上述のとおり、平滑キャパシタ２２８を初期充電する制御もＭＣＵ２２２により行われる。
【００２２】
電池ユニット９００の電池モジュール９Ｂの負極と負極側のリレーＲＬＮとの接続線、および電池モジュール９Ａの正極と正極側のリレーＲＬＰとの接続線には、ケースグランド（車両のシャーシと同電位）との間にそれぞれキャパシタＣＮ、ＣＰが挿入されている。これらのキャパシタＣＮ、ＣＰは、インバータ装置２２０が発生させるノイズを除去して、弱電系回路の誤作動や、セルコントローラ８０を構成するＩＣのサージ電圧による破壊を防止するものである。インバータ装置２２０はノイズ除去フィルタを有しているが、これらのキャパシタＣＮ、ＣＰは、バッテリコントローラ２０やセルコントローラ８０の誤作動を防止する効果をさらに高め、電池ユニット９００の耐ノイズの信頼性をさらに高めるために挿入されている。
【００２３】
なお、図２において、電池ユニット９００の強電系回路は太線で示している。これらの線には断面積の大きい平角の銅線が使用される。また、ブロアファン１７は、電池モジュール９Ａ，９Ｂを冷却するためのファンで、バッテリコントローラ２０からの指令によってＯＮするリレー１６を介して動作するようになっている。
【００２４】
図３および図４は電池ユニット９００の具体的な構成の一例を示す図であり、図３は電池ユニット９００の外観を示す斜視図、図４は分解斜視図である。電池ユニット９００は、金属製の上蓋４６と下蓋４５とから成る略直方体状のバッテリケース９００ａを有する。下蓋４５には、直流電力の供給あるいは直流電力の受電をするための出力端子８１０，８２０が備えられている。
【００２５】
バッテリケース９００ａ内には、複数の電池セルで構成される組電池（バッテリセルグループ）１９が複数収容され固定されている。電池ユニット９００を構成する部品には電圧や温度を検出するための配線が多数存在するが、金属ケースであるバッテリケース９００ａで覆われているため、外部からの電気的ノイズから保護されている。また上述のとおり、電池セルはバッテリケース９００ａとその外側の容器で保護されており、仮に交通事故が発生したとしても電源システムの安全性が維持される。
【００２６】
本実施の形態において、電池セルは、正極活物質をリチウムマンガン複酸化物、負極活物質を非晶質炭素とし、熱伝導性の高いケーシングで被覆した円柱状のリチウム二次電池である。このリチウム二次電池の電池セルは、公称電圧が３．６Ｖ、容量が５．５Ａｈであるが、充電状態が変わると電池セルの端子電圧が変化する。例えば、電池セルの充電量が減少すると２．５Ｖくらいに低下し、電池セルの充電量が増大すると４．３Ｖ程度に増大する。
【００２７】
図３，４に示すように、下蓋４５には複数の組電池１９がケース長手方向に２列に配設され固定されている。一方の列の複数の組電池１９は電池モジュール９Ａを構成し、他方の列の複数の組電池１９は電池モジュール９Ｂを構成する。下蓋４５の一方の端部には、セルコントローラボックス７９がネジ固定されている。セルコントローラボックス７９内には、図５に示すセルコントローラ８０が設けられた基板８３がネジ固定されている。
【００２８】
この基板８３は、上下各４箇所に形成された丸穴を介して、セルコントローラボックス７９に直立状態でネジ固定されている。このような構造としたため、電池ユニット９００の全体が比較的小空間に収納可能となっている。また、各組電池１９とセルコントローラ８０との配線の煩雑さを解消できる。基板８３の左右両側端部には、コネクタ４８、４９がそれぞれ距離を置いて設けられている。コネクタ４８、４９は、検出用ハーネスを介して電池モジュール９Ａ，９Ｂの各電池セルと接続される。
【００２９】
基板８３からはバッテリコントローラ２０と通信するための通信ハーネス５０が導出されており、通信ハーネス５０はその先端部にコネクタを有している。このコネクタは、バッテリコントローラ２０側のコネクタ（不図示）に接続されている。なお、基板８３には、抵抗、キャパシタ、フォトカプラ、トランジスタ、ダイオード等のチップ素子が実装されているが、図５ではこれらの素子については煩雑さを避けるため省略している。基板８３には、２つの電池モジュール９Ａ，９Ｂに対してそれぞれコネクタ４８、４９が設けられ、これらとは別にバッテリコントローラ２０と通信するための上記通信ハーネス５０が設けられている。このようにコネクタ４８、４９と通信ハーネス５０とを別々に設けることで、配線作業が容易となり、またメンテナンスも容易となる。
【００３０】
コネクタ４８と４９の一方は直列接続された高電圧側の電池セルと基板８３との接続を行い、コネクタ４８と４９の他方は直列接続された低電圧側の電池セルと基板８３との接続を行うので、各コネクタが受け持つ範囲での電圧差を小さくできる。コネクタ接続時または開放時に瞬間的に一部のみ接続されている部分接続状態が生じるが、各コネクタが受け持つ範囲での電圧差を小さくできるので、部分接続状態がもたらす悪影響を小さくできる。
【００３１】
下蓋４５に並設固定された電池モジュール９Ａ，９Ｂ同士は、図示を省略したサービスディスコネクトとしての開閉器６により直列に接続されている。下蓋４５の正面部には、正極強電ケーブル８１、負極強電ケーブル８２の電力を外部に供給する、あるいは外部から受電するための出力端子８１０，８２０が設けられている。
【００３２】
（伝送路の説明）
図２に示したセルコントローラ８０と上位制御回路として動作するバッテリコントローラ２０との間の通信用伝送路の詳細について説明する。なお、図２に示すセルコントローラ８０は、図１に示す複数の集積回路ＣＣ３Ａ，ＣＣ３Ｂ，…，ＣＣ３Ｎ，ＣＣ４Ａ，ＣＣ４Ｂ，…，ＣＣ４Ｎで構成されており、ここでは、集積回路ＣＣ３Ａ〜ＣＣ４Ｎを、電池セルコントローラＣＣ３Ａ〜ＣＣ４Ｎと呼ぶことにする。
【００３３】
図１は、電池モジュール９Ａ，９Ｂ、電池セルコントローラＣＣ３Ａ〜ＣＣ４Ｎ、伝送路６０およびバッテリコントローラ２０を示す。上述したように、電池モジュール９Ａと電池モジュール９Ｂとは開閉器６により直列接続されている。電池モジュール９Ａの正極側は強電ケーブル８１に接続され、電池モジュール９Ｂの負極側は強電ケーブル８２に接続されている。
【００３４】
各電池モジュール９Ａ，９Ｂは、それぞれ複数の電池セルグループで構成されている。各電池セルグループは、この実施の形態では６つのリチウム電池セルＢＣ１〜ＢＣ６から構成されているが、４つリチウム電池セルで構成しても良くまた４つと６つのリチウム電池セルの混ざり合った状態であっても良い。供給すべき電力を４個あるいは６個の一定した数の電池モジュールの組あわせで構成できない場合がある。本実施の形態では、４個あるいは６個といった異なる数の電池モジュールを上記集積回路に接続することができ、供給すべき電力の状態に応じてリチウム電池セルの数を最適値とすることが可能となる。
【００３５】
上記電池モジュール９Ａの各電池セルグループに対応して電池セルコントローラＣＣ３Ａ，ＣＣ３Ｂ，…，ＣＣ３Ｎが設けられ、電池モジュール９Ｂの各電池セルグループに対応して電池セルコントローラＣＣ４Ａ，ＣＣ４Ｂ，…，ＣＣ４Ｎが設けられている。すなわち、電池モジュール９Ａには電池セルコントローラＣＣ３Ａ，ＣＣ３Ｂ，…，ＣＣ３Ｎから成る電池セルコントローラグループＣＣＧ１が設けられ、電池モジュール９Ｂには、電池セルコントローラＣＣ４Ａ，ＣＣ４Ｂ，…，ＣＣ４Ｎから成る電池セルコントローラグループＣＣＧ１が設けられている。
【００３６】
図１において、電池セルコントローラＣＣ３Ｂと電池セルコントローラＣＣ３Ｎとの間および電池セルコントローラＣＣ４Ｂと電池セルコントローラＣＣ４Ｎとの間には、さらに電池セルコントローラが存在するが、同様の構成であり説明の煩雑さを避けるために省略した。また、図１において、図示上側に示した電池モジュール９Ａ，電池セルコントローラグループＣＣＧ１および伝送路６０と、図示下側に示した電池モジュール９Ｂ，電池セルコントローラグループＣＣＧ２および伝送路６０とは同一である。以下では、電池モジュール９Ａに関係する図示上側の構成を参照して詳細を説明する。
【００３７】
バッテリコントローラ２０と各電池セルコントローラＣＣ３Ａ，ＣＣ３Ｂ，…，ＣＣ３Ｎとの間の信号の送信および受信は、信号ハーネス５０を含む伝送路６０を介して行われる。各電池セルコントローラＣＣ３Ａ，ＣＣ３Ｂ，…，ＣＣ３Ｎは、伝送路６０２，６０４により直列接続されている。バッテリコントローラ２０の送信端子ＴＸ１から送信されたコマンド信号は、ループ状の通信路を介して電池セルコントローラＣＣ３Ａ，ＣＣ３Ｂ，…，ＣＣ３Ｎに伝えられ、上記コマンドに対応したデータが上記電池セルコントローラＣＣ３Ａ，ＣＣ３Ｂ，…，ＣＣ３Ｎからなるループ状の通信路を経由して、バッテリコントローラ２０の受信端子ＲＸ１で受信される。
【００３８】
すなわち、バッテリコントローラ２０の送信端子ＴＸ１から送信されたコマンド信号は、伝送路６０を介して電池セルコントローラＣＣ３Ａの受信端子ＲＸで受信され、電池セルコントローラＣＣ３Ａの送信端子ＴＸからコマンド信号に応じたデータやコマンドが送信される。電池セルコントローラＣＣ３Ｂの受信端子ＲＸで受信されたコマンド信号は、送信端子ＴＸから送信される。このように順に受信および送信を行い、伝送信号は、電池セルコントローラＣＣ３Ｎの送信端子ＴＸから送信されてバッテリコントローラ２０の受信端子ＲＸ１で受信される。このようなループ状の通信路を介してシリアル通信が行われる。各電池セルコントローラＣＣ３Ａ，ＣＣ３Ｂ，…，ＣＣ３Ｎは、受信したコマンド信号に応じて、対応する電池セルグループを構成する電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の端子電圧の検出および診断等を開始し、コマンド信号に基づき各電池セルコントローラが収集あるいは検知したデータを、上記のようにシリアル通信によりバッテリコントローラ２０に送信する。
【００３９】
各電池セルコントローラＣＣ３Ａ，ＣＣ３Ｂ，…，ＣＣ３Ｎはさらに異常診断を行い、異常がある場合に伝送路６０４を介して１ビット信号を伝送する。各電池セルコントローラＣＣ３Ａ，ＣＣ３Ｂ，…，ＣＣ３Ｎは自分自身が異常と判断した場合、あるいは前の電池セルコントローラから異常を表す信号（異常信号）を受信端子ＦＦＩ１で受信した場合に、送信端子ＦＦＯから異常信号を送信する。一方、既に受信端子ＦＦＩ１に送られてきていた異常信号の来なくなったり、あるいは自分自身の異常判断が正常判断に変わったりした場合に、送信端子ＦＦＯ１から伝送されている異常信号は正常信号に変わる。
【００４０】
バッテリコントローラ２０は、通常は異常信号を集積回路に送信しないが、異常信号の伝送路が正しく動作することを診断するために、擬似異常信号であるテスト信号をバッテリコントローラ２０の送信端子ＦＦＯＵＴ１から送信する。擬似異常信号であるテスト信号は、バッテリコントローラ２０の送信端子ＦＦＯＵＴ１から伝送路６０４を介して電池セルコントローラＣＣ３Ａの受信端子ＦＦＩに送信される。このテスト信号を受け、電池セルコントローラＣＣ３Ａの送信端子ＦＦＯからテスト信号が次の電池セルコントローラＣＣ３Ｂの受信端子ＦＦＩに送信される。このテスト信号は順に次の電池セルコントローラに送信され、電池セルコントローラＣＣ３Ｎの送信端子ＦＦＯから伝送路６０４を介してバッテリコントローラ２０の受信端子ＦＦＩＮ１に送信される。
【００４１】
バッテリコントローラ２０は車のシャーシ電位をグランド（ＧＮＤ）とし、１４Ｖ系の電源から作られる５ボルトなどの低電圧で動作するようになっている。一方、リチウム電池セルで構成される電源系は上記１４Ｖ系の電源から電気的に絶縁された電源系であり、さらにまた各電池セルコントローラＣＣ３Ａ，ＣＣ３Ｂ，…，ＣＣ３Ｎは、この実施の形態では、対応する電池セルグループの最高位電位と最低位電位との間の電位差すなわち電圧を受けて動作する。このようにバッテリコントローラ２０の電源系統とセルコントローラ８０の電源系統とは電位関係が異なっており、また電圧の値も大きく異なる。そのため、バッテリコントローラ２０とセルコントローラ８０とを接続する伝送路６０に、電気的に両コントローラを絶縁するための絶縁回路（フォトカプラＰＨ１〜ＰＨ４）を設けることで、信頼性の向上を図る。なお、図１において、フォトカプラＰＨ１およびフォトカプラＰＨ２は同一で、フォトカプラＰＨ３およびフォトカプラＰＨ４も同一である。
【００４２】
電池セルコントローラグループＣＣＧ１からバッテリコントローラ２０への送信用のフォトカプラＰＨ３，ＰＨ４の電源には電池モジュール９Ａの全体の電池セルが用いられ、フォトカプラＰＨ３，ＰＨ４には電池モジュール９Ａ全体の電圧ＶＣＣが加えられる。フォトカプラはある程度の電流を流さないと高速で通信ができない。その場合、電池モジュール９Ａの総電圧でフォトカプラＰＨ３，ＰＨ４を駆動し、電池モジュール９Ａ全体の電池セルからフォトカプラＰＨ３，ＰＨ４に電力を供給するようにしたので、送信による電力消費が電池モジュール９Ａの一部の電池セルに偏るのを防止することができ、電池モジュール９Ａにおける各電池セルの充電量のばらつき発生を抑制することができる。
【００４３】
なお、ここでは、電池モジュール９Ａの全ての電池セルグループを合わせた電圧がフォトカプラＰＨ３，ＰＨ４に印加されるようにしたが、全てではなく複数の電池セルグループから電力を供給するようにしても、該当する電池セルグループの電池セル間の充電量のばらつきを抑えることができる。例えば、電池セルコントローラグループＣＣ３ＮのＧＮＤ端子と電池セルコントローラグループＣＣ３ＢのＶＣＣ端子との間の電圧を、フォトカプラＰＨ３、ＰＨ４に印加しても良い。
【００４４】
また、フォトカプラＰＨ３の駆動は、定電流回路６１３を介して行われる。データ伝送を行うフォトカプラＰＨ３は、上述したようにある程度大きな電流を流す必要があるとともに、そのような条件下で寿命を持たせるためには電流を一定にする必要がある。電流が小さいとフォトカプラＰＨ３のＬＥＤの発光量が減って出力が低下し信号伝送の信頼性が低下し、逆に電流量が多すぎるとフォトカプラＰＨ３の寿命が短くなってしまう。一方、電池モジュール９Ａの電圧が変化すると、フォトカプラＰＨ３を流れる電流も変化し、上述したような不具合が生じる。
【００４５】
そこで、定電流回路６１３を設けることで、電圧に関係なく一定の電流がフォトカプラＰＨ３に供給されるようにした。このように定電流回路６１３を設けたことにより、信号伝送の信頼性低下やフォトカプラの寿命の低下を防止することができる。さらに、フォトカプラに流れる電流は接続されている抵抗で決まるので、電池モジュール９Ａと電池モジュール９Ｂとの間で電圧差があった場合に流れる電流が異なり、電力消費に差異が生じることになる。しかし、定電流回路６１３を設けて、フォトカプラＰＨ３に供給される電流値を同一とすることにより、電池モジュール９Ａと電池モジュール９Ｂとの間で信号伝送に関する電力消費を均一化することができる。
【００４６】
一方、バッテリコントローラ２０から信号を受信するフォトカプラＰＨ１，ＰＨ２の受光素子出力回路を駆動するための電力は、電池セルコントローラＣＣ３Ａに関する電池セルグループから供給される。このデータ伝送受信用のフォトカプラＰＨ１と電池セルコントローラＣＣ３Ａとの間の伝送路にはスイッチＳＷ０１が設けられており、フォトカプラＰＨ１の動作電圧はスイッチＳＷ０１を介して供給される。スイッチＳＷ０１のベース側にはＯＲ回路ＯＲ０１が設けられており、スイッチＳＷ０１は、バッテリコントローラ２０のフラグ送信端子ＦＦＯＵＴ１から信号が送信された場合、あるいは電池セルコントローラＣＣ３Ａが内部電圧ＶＤＤを発生したときに動作する。
【００４７】
データ伝送受信用のフォトカプラＰＨ１は待機時の暗電流が大きく、それによる無駄な電力消費が問題となる。そこで、上述のＯＲ回路ＯＲ０１により、セルコントローラ８０がスリープ状態にあって伝送路を使用しない状態の場合には、スイッチＳＷ０１をオフしてフォトカプラＰＨ１への電力供給を停止する。その結果、無駄な電力消費を防止することができる。
【００４８】
電池セルコントローラグループＣＣＧ１，ＣＣＧ２の動作を開始する場合、バッテリコントローラ２０のフラグ送信端子ＦＦＯＵＴ１，ＦＦＯＵＴ１２から開始信号を出力する。開始信号によりフォトカプラＰＨ２が駆動され、ＯＲ回路ＯＲ０１によりスイッチＳＷ０１がオンし、フォトカプラＰＨ１の受光素子回路がイネーブル状態となる。その後、バッテリコントローラ２０は送信端子ＴＸ１からデータや命令を含んだ送信信号を出力する。フォトカプラＰＨ１を介してその送信信号が電池セルコントローラＣＣ３Ａの受信端子ＲＸに入力され、電池セルコントローラＣＣ３Ａが動作する。電池セルコントローラＣＣ３Ａが動作を開始すると、電池セルコントローラＣＣ３Ａの端子ＶＤＤから後述する電圧ＶＤＤが出力され、スイッチＳＷ０１にベース電流が流れて、フォトカプラＰＨ１の電源供給が維持される。
【００４９】
電池モジュール９Ａと電池モジュール９Ｂは、上述したように開閉器６により着脱可能に接続されている。前述した電池ユニット９００の外装ケースは、開閉器６によるロックを外さなければ開かない構造となっている。開閉器６のロックを外すと、直列接続された電池モジュール９Ａと電池モジュール９Ｂとの間の電気的な開閉回路が開き、開閉器６に設けられた開閉検知用スイッチが開く。
【００５０】
バッテリコントローラ２０の端子ＰＯＲＴＯＵＴからパルス信号が出力されたとき、開閉器６に設けられた開閉検知用スイッチが閉じていればパルス信号が端子ＰＯＲＴＩＮから入力される。開閉器６が開放していて開閉検知用スイッチが開いていれば、パルス信号の伝送は遮断される。端子ＰＯＲＴＩＮと開閉検知用スイッチとを繋ぐ線は抵抗６２０を介してアースに接続されているので、パルス信号の伝送が遮断される状態においては、端子ＰＯＲＴＩＮの入力電位はアース電位に保持される。
【００５１】
バッテリコントローラ２０は、端子ＰＯＲＴＩＮの入力電位により開閉器６の開閉検知用スイッチの開閉状態を検知することができる。バッテリコントローラ２０は、開閉器６の開放を検知すると、関連する制御装置、例えばインバータ装置２２０に開閉器６の開放状態を伝達して、システム全体の安全が維持されるように制御する。例えば、開閉器６が開放されているときには、インバータ装置２２０による電池モジュール９Ａ，９Ｂの充電が禁止される。なお、上述した説明では、電池モジュール９Ａに関係する構成について説明したが、同様の構成を有する電池モジュール９Ｂの伝送路６０に関しても同様の効果を奏する。
【００５２】
図１に示した電池システムの効果をまとめると次のようになる。
（ａ）バッテリコントローラ２０とセルコントローラ８０とを接続する伝送路６０に、電気的絶縁のための絶縁回路（フォトカプラＰＨ１〜ＰＨ４）を設けたので、信頼性の向上を図ることができる。
（ｂ）電池モジュール９Ａ全体の電池セルからフォトカプラＰＨ１，ＰＨ２に電力を供給するようにしたので、フォトカプラの電力消費が電池モジュール９Ａの一部の電池セルに偏るのを防止することができる。そのため、電池モジュール９Ａ内における各電池セルの充電量のばらつき発生を抑制することができる。
（ｃ）定電流回路６１３を設けたことにより、電池モジュール９Ａ全体の総電圧に関係なく一定の電流がフォトカプラＰＨ３に供給され、信号伝送の信頼性低下やフォトカプラの寿命の低下を防止することができるとともに、電池モジュール９Ａと電池モジュール９Ｂとの間で信号伝送に伴う電力消費を均一化することができる。
（ｄ）セルコントローラ８０がスリープ状態にあって伝送路を使用しない状態の場合には、スイッチＳＷ０１をオフしてフォトカプラＰＨ１への電力供給を停止するようにしたので、無駄な電力消費を防止することができる。
（ｅ）開閉器６の開閉検知用スイッチの開閉状態を検知することができ、システム全体の安全の向上が図れる。
【００５３】
図６は、伝送路６０の他の例を示したものである。上述した図１に示したシステムでは、電池モジュール９Ａの電池セルコントローラＣＣ３Ｎの送信端子ＴＸ，ＦＦＯから出力された信号をフォトカプラＰＨ３，ＰＨ４を介してバッテリコントローラ２０の受信端子ＲＸ１，ＦＦＩＮ１に入力し、また、電池モジュール９Ｂの電池セルコントローラＣＣ４Ｎの送信端子ＴＸ，ＦＦＯから出力された信号をフォトカプラＰＨ３，ＰＨ４を介してバッテリコントローラ２０の受信端子ＲＸ２，ＦＦＩＮ２に入力するようにした。すなわち、電池セルコントローラグループＣＣＧ１と電池セルコントローラグループＣＣＧ２とにおいて、それぞれ別個の通信ループを形成するような構成とした。
【００５４】
一方、図６に示す例では、電池モジュール９Ａの電池セルコントローラＣＣ３Ｎの送信端子ＴＸ，ＦＦＯから出力された信号を、それぞれ電池モジュール９Ｂの電池セルコントローラＣＣ４Ａの対応する受信端子ＲＸ，ＦＦＩに入力するようにした。この場合、電池モジュール９Ａの電池セルコントローラＣＣ３Ｎの送信端子ＴＸ，ＦＦＯに接続された伝送路６０２，６０４を、電池モジュール９Ｂの受信用のフォトカプラＰＨ１，ＰＨ２に接続するようにした。すなわち、絶縁回路であるフォトカプラＰＨ１，ＰＨ２を介して、電池モジュール９Ａの電池セルコントローラＣＣ３Ｎの送信端子ＴＸ，ＦＦＯと電池モジュール９Ｂの電池セルコントローラＣＣ４Ａの受信端子ＲＸ，ＦＦＩと接続するようにした。
【００５５】
図１に示した構成の場合には、電池モジュール９Ａ側の通信ループと電池モジュール９Ｂ側の通信ループとが別個に設けられている。一方、図６に示す構成の場合には、電池セルコントローラグループＣＣＧ１と電池セルコントローラグループＣＣＧ２とを直列に接続して一つの通信ループとしているため、伝送動作は遅くなるが、上位制御装置であるバッテリコントローラ２０の入出力端子の使用数が少なくて良いという利点がある。図６に示す構成の場合、開閉器６で着脱可能に接続された電池モジュール９Ａ，９Ｂに関する電池セルコントローラグループＣＣＧ１と電池セルコントローラグループＣＣＧ２は、絶縁回路（フォトカプラＰＨ１，ＰＨ２）を介して信号の送受信を行っているので、図１の場合と同様に信頼性の向上が図れる。すなわち図６に示す実施の形態では、開閉器６を開放すると電池モジュール９Ａを構成するリチウム電池セルＢＣ６と電池モジュール９Ｂを構成するリチウム電池セルＢＣ１との接続が開放され、電池モジュール９Ａと電池モジュール９Ｂとを流れる電流の回路が遮断され、安全性が向上する。
【００５６】
しかし一方、開閉器６が閉じている状態では、集積回路ＣＣ３ＮのＧＮＤ端子と集積回路ＣＣ４ＡのＶＣＣ端子とが電気的に接続された状態であり、集積回路ＣＣ３Ｎと集積回路ＣＣ４Ａとは電位が所定の値に保持され安定している。開閉器６が開放すると集積回路ＣＣ３ＮのＧＮＤ端子と集積回路ＣＣ４ＡのＶＣＣ端子とが電気的に開放された状態であり、お互いの集積回路間の電位が定まらない。この状態で集積回路ＣＣ３Ｎの伝送用端子「ＲＸ」、「ＲＴ」、「ＦＦＩ」、「ＦＦＯ」と集積回路ＣＣ４Ａの「ＲＸ」、「ＲＴ」、「ＦＦＩ」、「ＦＦＯ」との間で電気的な接続関係があると、集積回路ＣＣ３Ｎと集積回路ＣＣ４Ａとの間の電位差が上記接続部分に加わることとなる。集積回路ＣＣ３Ｎと集積回路ＣＣ４Ａは耐電圧が高くないので、もしどこかに漏洩回路などが発生するなどの要因で、開閉器６の開放時にこれら集積回路間に電位差が生じ、集積回路が電機的に破損する恐れがある。図６では、開閉器６の両端に関係する集積回路ＣＣ３Ｎと集積回路ＣＣ４Ａの伝送路を絶縁回路を介して接続しているので、信頼性が向上している。
【００５７】
なお、図１および図６に示した例では、伝送方向として高電位から低電位への方向に伝送する方式となっているが、低電位から高電位への方向に伝送する方式や、これらの両方の方式を使用したデータを折り返す方式も可能である。低電位から高電位の方に伝送する回路は後述する。
【００５８】
図７に示す電池システムは図６に示した電池システムの変形例であり、図６に示した電池モジュール９Ａ，９Ｂに対して、直列接続された電池モジュール９Ｃ，９Ｄを並列接続したものである。電池モジュール９Ｃ，９Ｄは開閉器６によって着脱可能に接続されており、電池モジュール９Ｃ，９Ｄには、図１に示した電池セルコントローラグループＣＣＧ１，ＣＣＧ２と同様の構成の電池セルコントローラグループＣＣＧ３，ＣＣＧ４が設けられている。
【００５９】
電池セルコントローラグループＣＣＧ３の受信端子ＲＸ，ＦＦＩは、絶縁回路６３０を介してそれぞれバッテリコントローラ２０に設けられた送信端子ＴＸ３，ＦＦＯＵＴ３に接続され、電池セルコントローラグループＣＣＧ４の送信端子ＴＸ，ＦＦＯは、絶縁回路６３０を介してそれぞれバッテリコントローラ２０に設けられた受信端子ＲＸ４，ＦＦＩＮ４に接続されている。また、電池セルコントローラグループＣＣＧ３の送信端子ＴＸ，ＦＦＯは、絶縁回路６３０を介してそれぞれ電池セルコントローラグループＣＣＧ４の受信端子ＲＸ，ＦＦＩに接続されている。図７の絶縁回路６３０は、図６に示すフォトカプラＰＨ１、ＰＨ２に対応している。なお、図６のフォトカプラＰＨ１とフォトカプラＰＨ３は同一であり、またフォトカプラＰＨ２とフォトカプラＰＨ４は同一である。このように伝送路を構成することで信頼性が向上する。
【００６０】
図８に示す電池システムは図１に示した電池システムの変形例であり、図１に示した電池モジュール９Ａ，９Ｂに対して、電池モジュール９Ａ，９Ｂと同一構造の電池モジュール９Ｃ，９Ｄを並列接続したものである。電池モジュール９Ａ，９Ｂの電池セルコントローラグループＣＣＧ１，ＣＣＧ２はそれぞれ別個の通信ループでバッテリコントローラ２０に接続され、また、電池モジュール９Ｃ，９Ｄの電池セルコントローラグループＣＣＧ３，ＣＣＧ４の各伝送路６０２，６０４もそれぞれ別個の通信ループを形成している。各伝送路６０２，６０４は、絶縁回路６３０を介してバッテリコントローラ２０に接続されている。このように開閉器６の両側の集積回路と上位制御回路との伝送をフォトカプラを６３０介して行う構成としているので、開閉器６の開放時の信頼性が向上し、また並列伝送路のため高速伝送が実現できる。
【００６１】
図１や図８に示す伝送路において、高速伝送が必要な端子〔ＴＸ〕や端子〔ＲＸ〕を使用した伝送は図１や図８の如く開閉器６の両端の集積回路と上位制御回路〔２０〕との間を絶縁回路で接続する構成とし、比較的低速の伝送である端子〔ＦＦＩ〕や端子〔ＦＦＯ〕を使用した伝送は図６や図７の如く開閉器６の両端の集積回路の伝送用端子を絶縁回路を介して接続する構成とすることができる。この場合は信頼性の向上と高速伝送を確保しつつ、上位制御回路〔２０〕の使用端子を少なくすることができる。
【００６２】
（短絡電流対策、ノイズ対策）
図９は、電池セルコントローラＣＣ３Ｎと、この電池セルコントローラＣＣ３Ｎに対応する電池セルグループの各電池セルとの接続を示す図である。図１や図６では、説明を簡略化するために、インバータ装置２２０などが発生するノイズを低減するフィルタ回路やＬｉ電池セルの蓄積電力量の均一化を図るための放電抵抗を図示しなかったが、図９ではそれらを詳細に示している。なお、電池セルコントローラＣＣ３Ｎ以外の電池セルコントローラについても同様の接続となっており、ここでは代表して電池セルコントローラＣＣ３Ｎについて説明する。
【００６３】
電池セルコントローラＣＣ３Ｎは、対応する電池セルグループを構成する各電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の端子電圧を検出するために電圧検出用の端子ＣＶ１〜ＣＶ６，ＧＮＤを備えている。端子ＣＶ１〜ＣＶ６および端子ＧＮＤは、各電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の正極および負極にそれぞれ接続されている。また、端子ＣＶ１〜ＣＶ６の入力ラインには抵抗Ｒ３０がそれぞれ設けられている。電池セルコントローラＣＣ３Ｎは、電池セルコントローラＣＣ３Ｎに対応する電池セルグループの最高位電位と最低位電位との間の電位差すなわち電池セルグループの総電圧を受けて動作する。
【００６４】
電池セルコントローラＣＣ３Ｎは、電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の電圧検知に関する回路（後述する差動増幅器２６２，アナログデジタル変換器１２２，データ保持回路１２５）、過充電診断や過放電診を行う回路を備えている。電圧を検知する回路には電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の各端子電圧が入力されるが、抵抗Ｒ３０を介して各端子に電圧を入力するようにしているので、例えば、電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の端子電圧を電池セルコントローラＣＣ３Ｎに導く検出線に異常短絡が生じても、これらの回路に対して短絡電流が制限される。
【００６５】
図１のインバータ装置２２０が直流−交流の電力変換を行う際には大きなノイズを発生する。また、前述したように、自動車は低温から高温まで広範な環境状態で使用される。インバータ装置２２０が有する平滑コンデンサ２２８などは低温時にコンデンサとしての能力が低下するので、電解コンデンサが使用されている場合にはフィルムコンデンサに比べ能力が極度に低下する。このように、コンデンサの能力低下状態のみならず通常においても大きなノイズが電池セルＢＣ１〜ＢＣ６に常に加わり、対策が望ましい。本実施の形態では、図９に示すように、コンデンサＣ１０とＣ２０および抵抗Ｒ３０を設けているため、これらのノイズに対してノイズ除去作用を有している。
【００６６】
図１で説明したように、伝送路６０の最終段のフォトカプラＰＨ３，ＰＨ４を駆動する回路は、各電池セルコントローラグループＣＣＧ１，ＣＣＧ２の最低電位端子と最高電位端子から供給される電力で駆動される回路構成となっている。この構成に対して、例えば、最終段の電池セルコントローラＣＣ３Ｎの電圧ＶＣＣで動作する回路とした場合、電池セルコントローラＣＣ３Ｎの一段高電位側の電池セルコントローラＣＣ３Ｍの電圧検出線に断線などの異常が発生したときに、フォトカプラ駆動回路に予期しない高い電圧が加わる可能性がある。しかしながら、電池セルコントローラグループＣＣＧ１，ＣＣＧ２の最低電位端子と最高電位端子から供給される電力で駆動される回路構成とすることで、そのような不具合の発生を防止することができる。
【００６７】
（電池セルコントローラの説明）
図１０は、集積回路である電池セルコントローラＣＣ３Ｎの内部構成を説明する図である。なお、他の電池セルコントローラも同様の構成であり、ここでは、代表して電池セルコントローラＣＣ３Ｎを例に説明する。リチウム電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の端子電圧は、端子ＣＶ１〜ＣＶ６を介してマルチプレクサ１２０に入力される。マルチプレクサ１２０は端子ＣＶ１〜ＣＶ６のいずれかを選択して、差動増幅器２６２に入力する。差動増幅器２６２の出力は、アナログデジタル変換器１２２Ａによりデジタル値に変換される。デジタル値に変換された端子間電圧はＩＣ制御回路１２３に送られ、内部のデータ保持回路１２５に保持される。これらの電圧は診断などに利用されたり、図１に示すバッテリコントローラ２０に送信されたりする。端子ＣＶ１〜ＣＶ６に入力される各リチウム電池セルの端子電圧は集積回路である電池セルコントローラのグランド電位に対して直列接続されたリチウム電池セルの端子電圧に基づく電位でバイアスされている。上記差動増幅器２６２により上記バイアス電位の影響が除去され、各リチウム電池セルの端子電圧に基づくアナログ値がアナログデジタル変換器１２２Ａに入力される。
【００６８】
ＩＣ制御回路１２３は、演算機能を有すると共に、データ保持回路１２５と、各種電圧の検知や状態診断を周期的に行うタイミング制御回路１２６と、診断回路１３０からの診断フラグがセットされる診断フラグ保持回路１２８とを有している。診断回路１３０は、ＩＣ制御回路１２３からの計測値に基づいて、各種診断、例えば過充電診断や過放電診断を行う。データ保持回路１２５は、例えばレジスタ回路で構成されており、検出した各電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の各端子間電圧を各電池セルＢＣ１〜ＢＣ６に対応づけて記憶し、また、その他の検出値を、予め定められたアドレスに読出し可能に保持する。
【００６９】
電池セルコントローラＣＣ３Ｎ代表例として説明する各電池セルコントローラには、対応するリチウム電池セルグループを構成する各リチウム電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の充電量（充電状態とも言う）を調整するためのバランシング用半導体スイッチ（ＮＭＯＳ，ＰＭＯＳ）が設けられている。例えば、端子ＣＶ１と端子ＢＲ１との間に設けられたＰＭＯＳスイッチにより、電池セルＢＣ１の充電量調整を行う。同様に、端子ＢＲ２と端子ＣＶ３との間には電池セルＢＣ２の充電量調整を行うためのＮＭＯＳスイッチが、端子ＣＶ３と端子ＢＲ３との間には電池セルＢＣ３の充電量調整を行うためのＰＭＯＳスイッチが、端子ＢＲ４と端子ＣＶ５との間には電池セルＢＣ４の充電量調整を行うためのＮＭＯＳスイッチが、端子ＣＶ５と端子ＢＲ５との間には電池セルＢＣ５の充電量調整を行うためのＰＭＯＳスイッチが、端子ＢＲ６と端子ＧＮＤとの間には電池セルＢＣ６の充電量調整を行うためのＮＭＯＳスイッチが、それぞれ設けられている。
【００７０】
これらのバランシング用半導体スイッチの開閉は放電制御回路１３２によって制御される。放電制御回路１３２には、ＩＣ制御回路１２３から放電させるべき電池セルに対応したバランシング用半導体スイッチを導通させるための指令信号が送られる。ＩＣ制御回路１２３は、図１のバッテリコントローラ２０から各電池セルＢＣ１〜ＢＣ６に対応した放電時間の指令を通信により受け、上記放電の動作を実行する。
【００７１】
電池モジュール９Ａ，９Ｂへの充電では、電気負荷からの電流の供給は直列接続された多数の電池セルの全体に対して行われる。直列接続された多数の電池セルが異なる充電状態にあると、電気負荷への電流の供給は多数の電池セルの内の最も放電状態にある電池セルの状態により制限される。一方、電気負荷から電流が供給される場合、多数の電池セルの内の最も充電されている電池セルによって電流の供給が制限される。
【００７２】
このため直列接続された多数の電池セルの内、例えば平均状態を越えた充電状態にある複数の電池セルに対して、これらの電池セルに接続されているバランシング用半導体スイッチを導通状態とし、直列接続されている抵抗Ｒ３０，Ｒ２０を介して放電電流を流す。これにより直列接続された複数の電池セルの充電状態が互いに近づく方向に制御されることとなる。また他の方法として、最も放電状態にある電池セルを基準セルとし、基準セルとの充電状態の差に基づき放電時間を決める方法がある。他にも充電状態を調整する種々の方法がある。充電状態は電池セルの端子電圧を基に演算で求めることができる。電池セルの充電状態とその電池セルの端子電圧は相関関係があるので、各電池セルの端子電圧を近づけるようにバランシング用半導体スイッチを制御することで、各電池セルの充電状態を近づけることができる。
【００７３】
（電源電圧ＶＣＣと電源電圧ＶＤＤ）
電池セルコントローラＣＣ３Ｎの内部回路には少なくとも２種類の電源電圧ＶＣＣ，ＶＤＤ（３Ｖ）が使用される。図１０に示す例では、電圧ＶＣＣは直列接続された電池セルＢＣ１〜ＢＣ６で構成される電池セルグループの総電圧であり、電圧ＶＤＤは主定電圧電源１３４および起動出力回路１３５の起動用定電圧電源１３６によって生成される。マルチプレクサ１２０および信号伝送のための伝送入力回路１３８，１４２は高電圧ＶＣＣで動作する。また、アナログデジタル変換器１２２Ａ、ＩＣ制御回路１２３、診断回路１３０、信号伝送のための伝送出力回路１４０，１４３は低電圧ＶＤＤ（３V）で動作する。
【００７４】
このように、高低２種類の電源電圧ＶＣＣ，ＶＤＤを使用することで次のような作用効果を奏することができる。
（ａ）アナログデジタル変換器１２２Ａ、ＩＣ制御回路１２３、診断回路１３０、伝送出力回路１４０，１４３を低電圧ＶＤＤの電源で駆動することにより、これらの回路に要求される耐圧を低くでき、信頼性の向上、コスト低減等を図ることができる。またアナログデジタル変換器１２２Ａに対して高精度の電圧を供給でき、測定精度の向上に繋がる。
（ｂ）電源電圧を下げることで、電池セルコントローラの消費電力を抑えることができ、電池モジュール９Ａ，９Ｂの電力消費を低減できる。
（ｃ）信号伝送のための伝送入力回路１３８，１４２を高電圧電源（ＶＣＣ）で駆動し、伝送出力回路１４０，１４３を低電圧ＶＤＤで駆動することで、電池セルコントローラＣＣ３Ａ〜ＣＣ３Ｎの直列接続（ディジーチェーン接続）において次のような大きなメリットがある。すなわち、伝送出力回路１４０，１４３を低電圧ＶＤＤで駆動することで、伝送先の電池セルコントローラに入力される信号の波高値が低くなり、伝送先の電池セルコントローラの耐圧を低くすることができる。また、伝送先の電池セルコントローラの耐圧を下げない場合であっても、耐圧に関する余裕度が大きくなり信頼性が高くなる。
（ｄ）伝送入力回路１３８，１４２を高電圧電源（ＶＣＣ）で駆動し、伝送出力回路１４０，１４３を低電圧ＶＤＤで駆動することで、すなわち伝送入力回路と伝送出力回路の駆動電圧を変えることで、動作の安定性が高くなる。
【００７５】
（信号波形の説明）
図１１，１２は、伝送出力回路１４０の駆動電圧と信号伝送先の波高値との関係を説明する図である。図１１は、送信側の電池セルコントローラＣＣＭの伝送出力回路１４０と、受信側の電池セルコントローラＣＣＮの伝送入力回路１３８を示す。なお、伝送出力回路１４０については、図１０に示した伝送出力回路１４０の一部を省略して示した。また、図１２は、信号波形を示す図である。
【００７６】
図１１に示すように、伝送出力回路１４０は、スイッチ２４４，２４５の開閉を制御回路２４６で制御することにより、図１２の図示左上に示すような波形の信号を送信端子ＴＸから出力する。図１に示したように、伝送方向上位の電池セルコントローラの端子ＧＮＤ（グランド）は伝送方向下位の電池セルコントローラの端子ＶＣＣに接続されている。そのため、伝送出力回路１４０は、電池セルコントローラＣＣＭのグランド、すなわち電池セルコントローラＣＣＮのＶＣＣを基準に電圧ＶＤＤの振幅の信号を出力する。スイッチ２４５を開きスイッチ２４４を閉じるとハイレベル（電位ＶＣＣ＋ＶＤＤ）の信号が出力され、逆にスイッチ２４５を閉じスイッチ２４４を開くとローレベル（電位ＶＣＣ）の信号が出力される（図１２の左側１２Ｌの波形参照）。
【００７７】
電池セルコントローラＣＣＭの送信端子ＴＸから出力された信号は、伝送方向下位の電池セルコントローラＣＣＮの受信端子ＲＸに入力された後に、伝送入力回路１３８の差動増幅器２３１に入力される。差動増幅器２３１は、入力された電池セルコントローラＣＣＭの信号と電池セルコントローラＣＣＮの電圧ＶＣＣとの差分に応じた信号を出力する。図１２の中央１２Ｃに示す信号は差動増幅器２３１の出力信号（図１１の点Ｐにおける信号）を示したものであり、信号のローレベルは電池セルコントローラＣＣＮのグランドレベルとなり、信号のハイレベルはグランドレベル＋ＶＤＤの電位となる。差動増幅器２３１から出力された信号は、コンパレータ２３２において閾値ＶＤＤ／２と比較され［１］、［０］信号とされる。
【００７８】
各電池セルコントローラは隣接する他の電池セルコントローラからの信号を受信する回路２３１とフォトカプラからの信号を受信する回路２３４とをそれぞれ有しており、これらの回路のどちらを使用するかは、図１０に記載の端子ＣＴ１に印加される制御信号に基づいて切換器２３３により選択される。電池セルコントローラＣＣＮが電池セルコントローラグループＣＣＧ１の伝送方向最上位のセルコンローラの場合、すなわち、電池セルコントローラＣＣＮの受信端子ＲＸにフォトカプラＰＨ１からの信号が入力される場合には、切換器２３３は下側接点が閉じ、コンパレータ２３４の出力信号が伝送入力回路１３８から出力される。一方、電池セルコントローラＣＣＮの受信端子ＲＸに隣接電池セルコントローラからの信号が入力される場合には、切換器２３３は上側接点が閉じ、コンパレータ２３２の出力信号が伝送入力回路１３８から出力される。図１１に示す電池セルコントローラＣＣＮの場合、伝送入力回路１３８には隣接電池セルコントローラＣＣＭからの信号が入力されるので、切換器２３３は上側接点が閉じる。
【００７９】
電池セルコントローラＣＣＮが最上位の電池セルコントローラの場合には、図１２の右側１２Ｒに示すような信号がフォトカプラＰＨ１から受信端子ＲＸに入力される。この場合の入力信号のハイレベルは電池セルコントローラのグランドレベルを基準に電位ＶＣＣとなっている。コンパレータ２３４は、受信端子ＲＸに入力されたこのフォトカプラＰＨ１からの信号と閾値ＶＣＣ／２とを比較し、［１］、［０］信号を出力する。
【００８０】
なお、図１０に示す伝送入力回路１４２および伝送出力回路１４３は、上述した伝送入力回路１３８および伝送出力回路１４０と同様の回路構成となっており、端子ＦＦＩおよび端子ＦＦＯＵＴ間の信号伝送も上述したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００８１】
（制御端子ＴＣ１〜ＴＣ３）
図１０に示す電池セルコントローラＣＣ３Ｎは、上述した制御端子ＴＣ１の他に動作切り換えのための制御端子ＴＣ２，ＴＣ３を備えている。上述したように、制御端子ＴＣ１は、伝送信号をフォトカプラＰＨ１，ＰＨ２から受信するか、隣接の電池セルコントローラから受信するかを選択するための端子である。フォトカプラからの出力と隣接電池セルコントローラの端子ＴＸ，端子ＦＦＯからの出力とでは出力波形の波高値が異なるため、判定する閾値が異なる。そのため、制御端子ＴＣ１の制御信号に基づいて、伝送入力回路１３８および起動入力回路１４７の切換器２３３，２５２を切り換えるようにする。切換器２３３の切り換えは上述したように行われ、切換器２５２の切り換えについては後述する。
【００８２】
制御端子ＴＣ２は、送信端子ＴＸ，ＦＦＯＵＴから信号を出力する場合に、隣接の電池セルコントローラへ信号を送るのかフォトカプラに送信するのかを選択するための制御端子である。詳細は後述するが、隣接の電池セルコントローラへ送信する場合と、フォトカプラに送信する場合とでは信号［１］／［０］に対応する信号波形［Ｈ／Ｌ］の関係（極性）が異なる。
【００８３】
制御端子ＴＣ３は、電池セルコントローラＣＣ３Ｎに対応付けられた電池セルグループのセル数を選択するための制御端子である。例えば、６セルか４セルかを選択する。そして、選択されたセル数に応じて、端子電圧測定等における制御を最適なものに切り換えるようにする。その結果、４セルの電池セルグループと６セルの電池セルグループを組み合わせることにより、種々のセル数の電池モジュール９Ａ，９Ｂを構成することが容易に可能となる。
【００８４】
図１３，１４は制御端子ＴＣ２の機能を説明する図である。上述したように、制御端子ＴＣ２は、信号の送信先が隣接の電池セルコントローラかフォトカプラＰＨ３，ＰＨ４かを選択するための制御端子であり、送信先を示す制御信号が入力される。伝送出力回路１４０，１４３の切換器２４１は、制御端子ＴＣ２からの制御信号に基づいて送信信号の反転または非反転を切り換える。後述するように、送信先が図１のフォトカプラＰＨ２，ＰＨ４の場合には、送信信号を反転し、フォトカプラＰＨ２，ＰＨ４の消費電力の低減を図る。なお、端子ＲＸ１−端子ＴＸ１間の伝送系も端子ＦＦＯＵＴ１−端子ＦＦＩＮ１間の伝送路系も基本動作および効果は同じであり、以下では、代表してＲＸ１−ＴＸ１伝送系を例に説明する。
【００８５】
図１３の伝送路６０２の信号Ａは上位制御装置であるバッテリコントローラ２０の出力であり、図１４に示すように［１］に対応した信号が「ハイレベル」となっている。信号が存在しないときおよび［０］では「ローレベル」である。従って、信号が存在しないときは、バッテリコントローラ２０の送信端子ＴＸ１からの出力はフォトカプラＰＨ１を駆動しないので、フォトカプラＰＨ１の消費電力が低減される。また、フォトカプラＰＨ１が駆動されないことで光を受ける側の回路も駆動されず、光を受信する回路は遮断状態となり電流を流さない状態となり、消費電力の低減に寄与する。
【００８６】
このような遮断状態では、電池セルコントローラＣＣ３Ａの受信端子ＲＸはハイレベルとなる。そのため、受信端子ＲＸに接続された伝送路６０２の信号Ｂは、図１４に示すように［０］が「ハイレベル」、［１］が「ローレベル」となる。この関係で電池セルコントローラＣＣ３Ａの処理が成され、この関係を維持して信号が次の電池セルコントローラＣＣ３Ｂに伝送される。以下、このような関係で、直列接続されている電池セルコントローラに信号が次々と伝送される。
【００８７】
フォトカプラＰＨ３を駆動する電池セルコントローラＣＣ３Ｎの出力（送信端子ＴＸの出力）が上記の関係、すなわち［０］が「ハイレベル」で［１］が「ローレベル」の関係で信号を出力するとした場合、信号の［０］状態だけでなく伝送信号を出力していない期間も出力レベル（出力電圧）が「ハイレベル」となる。この場合、信号の［０］状態だけでなく伝送信号を出力していない期間も出力がハイレベルとなる。その結果、伝送信号を出力していない期間も出力側のフォトカプラＰＨ３，ＰＨ４が駆動されることとなり、無駄な電力を消費することとなる。
【００８８】
本実施の形態では、図１０に示すように伝送出力回路１４０，１４３に切換器２４１とインバータ２４２を設けた。切換器２４１の切り換えは制御端子ＴＣ２からの制御信号に基づいて行われ、フォトカプラＰＨ３，ＰＨ４に送信する場合にはインバータ２４２で信号を反転して出力し、隣接する電池セルコントローラに伝送信号を送信する場合には伝送信号を反転しないで出力するようにした。このように、送信信号を反転した後に送信端子ＴＸ，ＦＦＯから出力することにより、図１３の電池セルコントローラＣＣ３Ｎの送信端子ＴＸに接続された伝送路６０２の信号Ｃは、図１４に示すようなものとなる。信号Ｃでは、信号［０］および伝送信号を出力していない期間の信号は「ローレベル」（低電圧）状態に反転され、フォトカプラＰＨ３，ＰＨ４を駆動しない状態となる。その結果、この状態でのフォトカプラの消費電力を略ゼロに低減できる。また、光を受信する方の半導体も遮断状態となるので、この点でも消費電力の低減となる。
【００８９】
フォトカプラＰＨ３，ＰＨ４の出力側は抵抗によりプルアップされているため、フォトカプラＰＨ３，ＰＨ４が駆動されると出力側の電位はローレベル（グランドレベル）となり、フォトカプラＰＨ３，ＰＨ４の駆動を停止するとハイレベル（ＶＣＣ）になる。そのため、フォトカプラＰＨ３とバッテリコントローラ２０の受信端子ＲＸとを接続する伝送路の信号Ｄは、図１４に示すような波形となる。
【００９０】
図１０において、主定電圧電源１３４から定電圧ＶＤＤ（３V）が出力されると電池セルコントローラＣＣ３Ｎはスリープ状態から立ち上がり動作状態となる。図１５，１６は主定電圧電源１３４の動作停止および動作開始を説明する図であり、図１５は起動入力回路１４７，タイマ回路１５０，主定電圧電源１３４を示し、図１６は図１５に示す各回路から出力される信号を示す。起動入力回路１４７により隣接電池セルコントローラまたはフォトカプラから伝送されてきた信号を受信すると、タイマ回路１５０が動作し、主定電圧電源１３４に電圧ＶＣＣを供給する。この動作により主定電圧電源１３４は動作状態となり、定電圧発生回路１５３から定電圧ＶＤＤを出力する。
【００９１】
受信端子ＲＸで受信される信号は必ずハイとローのレベル（電位レベル）を有するので、その変化を例えばコンデンサなどからなる微分トリガ回路２５３で捕らえ、トリガ信号をタイマ回路１５０に送信する。タイマ回路１５０は所定期間、例えば十秒の期間、トリガ信号が入力されないと駆動出力を停止し、主定電圧電源１３４の動作を停止する。タイマ回路１５０は、例えばプリセット型ダウンカウンタ１５２で構成し、トリガ信号が入力されるたびにカウント値がセットされる回路で実現できる。図１６に示すようにカウントダウンにより所定値（例えばゼロ）となると、信号出力を停止し、定電圧発生回路１５３に供給されているＶＣＣ電圧を遮断する。
【００９２】
一方、図１において上位制御装置であるバッテリコントローラ２０の送信端子ＦＦＯＵＴから起動の信号が出力されるとスイッチＳＷ０１が導通し、ＴＸ信号を伝えるフォトカプラＰＨ１に電源が供給される。その結果、信号が最上位の電池セルコントローラＣＣ３Ａの受信端子ＲＸに伝えられ、受信端子ＲＸから起動入力回路１４７に入力される。起動入力回路１４７には切換器２５２が設けられており、信号をフォトカプラＰＨ１から受信するように接続されている電池セルコントローラでは、制御端子ＣＴ１に加えられる信号により常に切換器２５２の下側接点が閉じようになる。このような電池セルコントローラでは入力された信号をコンパレータ２５０により閾値（ＶＣＣ＋１．５Ｖ）と比較する。一方、信号を隣接の電池セルコントローラから受信する電池セルコントローラでは、制御端子ＣＴ１に加えられる信号により常に切換器２５２は上側接点が閉じ、入力された信号をコンパレータ２５１により閾値（１．５Ｖ）と比較する。
【００９３】
起動入力回路１４７は、その比較結果に基づく［０］／［１］信号を、微分トリガ回路２５３を介してタイマ回路１５０および起動出力回路１３５へ出力する。起動出力回路１３５は、出力電圧３Ｖの起動用定電圧電源１３６に接続されたスイッチ２５４，２５５と、それらの開閉を制御する制御回路２５６とを備えており、起動入力回路１４７からの信号を振幅３Ｖの信号に変えて伝送出力回路１４０の切換器２４３へ伝える。切換器２４３は、起動前か起動後かによって切換を行うものであって、起動前には下側接点が閉じている。そのため、起動出力回路１３５から伝えられた信号は、送信端子ＴＸから次の電池セルコントローラの受信端子ＲＸに送信される。
【００９４】
このように、受信端子ＲＸから信号を受信した電池セルコントローラの立ち上がり動作（起動動作）とは別に、起動出力回路１３５から次の電池セルコントローラの受信端子ＲＸへ信号が送られるので、電池セルコントローラが立ち上がってから次の電池セルコントローラに信号を送る場合に比べてシステム全体の動作開始が早くなる。
【００９５】
図１や図６〜図１３で説明した実施の形態は伝送路の情報伝送方向が電位の高い方から低い方向に限定するものではないが、一例として電位の高い方から低い方向に情報が伝送される回路を記載した。上記図１や図６〜図１３に記載の実施例の如く、電位の高い方から低い方向に情報が伝送される方が色々な利点があるが、逆方向であっても上記効果が得られる。以下図１７から図２０により、電位の低い方から電位の高い方向に情報を伝達する実施の形態を説明する。ただし、基本的な動作は図１や図６〜図１３で説明の実施の形態と同じであり、基本動作や共通する作用効果は省略する。また端子ＲＸや端子ＴＸを接続して作られる伝送路と端子ＦＦＩや端子ＦＦＯを接続して作られる伝送路とで、電池セルコントローラの電位変化と伝双方向との関係に関する動作がほとんど同じであり、代表して端子ＲＸや端子ＴＸを接続して作られる伝送路で説明する。
【００９６】
（伝送回路の他の実施の形態と信号波形の説明）
図１７、図１８、図１９は、伝送出力回路１４０の駆動電圧と信号伝送先の波高値との関係を説明する図１１と図１２で説明の実施の形態に関する他の実施の形態である。本実施の形態では、図１や図６、図7、図８と異なり、電位の低い送信端子ＲＸから電位の高い受信端子ＴＸへ情報が伝送される。図１７は、送信側の電池セルコントローラＣＣＭの伝送出力回路１４０と、受信側の電池セルコントローラＣＣＮの伝送入力回路１３８を示す。なお、伝送出力回路１４０は、先に説明した図１１に示す伝送出力回路１４０に対応する回路で、図１０で説明した伝送出力回路１４０の一部を省略して示している。また、図１８と図１９は、伝送される情報の信号波形を示す図である。
【００９７】
図１７で、伝送出力回路１４０は、図１１に示すスイッチ２４４，２４５の開閉を制御回路２４６で制御される回路を備えているが、これらの回路を省略した。電池セルコントローラＣＣＭの伝送出力回路１４０は、図１８の１８Ｌで示す波形の信号を送信端子ＴＸから出力する。本実施の形態では、伝送方向上位の電池セルコントローラＣＣＭの端子ＶＣＣは、伝送方向下位の電池セルコントローラＣＣＮの端子ＧＮＤ（グランド）に接続されている。そのため、伝送出力回路１４０は、電池セルコントローラＣＣＭのグランドを基準に電圧（ＶＣＣ＋ＶＤＤ）の振幅の信号を出力する。
【００９８】
電池セルコントローラＣＣＭの送信端子ＴＸから出力された信号は、伝送方向下位の電池セルコントローラＣＣＮの受信端子ＲＸに入力された後に、伝送入力回路１３８のコンパレータ２３２に入力される。コンパレータ２３２は、グランドレベルが電池セルコントローラＣＣＭのＶＣＣの電位に有り、さらにグランド電位に加えてＶＤＤ／２電圧を閾値としているので、電池セルコントローラＣＣＭの出力信号は電圧（ＶＣＣ＋ＶＤＤ／２）と比較される。この状態を図１８の信号１８Ｃで示す。
【００９９】
図１１で説明の如く、図１７に示す各電池セルコントローラは、隣接する他の電池セルコントローラからの信号を受信するコンパレータ２３２と、フォトカプラからの信号を受信する比較回路２３４とをそれぞれ有しており、これらの比較回路のどちらを使用するかは、端子ＣＴ１に印加される制御信号に基づいて動作する切換器２３３により選択される。電池セルコントローラＣＣＮが電池セルコントローラグループＣＣＧ１の伝送方向最上位のセルコンローラの場合、すなわち、電池セルコントローラＣＣＭやＣＣＮの受信端子ＲＸがもしフォトカプラＰＨ１からの信号が入力される場合には、切換器２３３は下側接点が閉じ、コンパレータ２３４の出力信号が伝送入力信号として使用される。
【０１００】
図１７の電池セルコントローラＣＣＮの場合、電池セルコントローラＣＣＮの受信端子ＲＸには隣接電池セルコントローラＣＣＭの出力端子ＴＸが接続されているので、端子ＣＴ１の受信する制御信号に基づき、切換器２３３は上側接点が閉じ、コンパレータ２３２の出力信号が伝送入力回路１３８の出力信号として出力される。
【０１０１】
図１９は、電池セルコントローラが電気絶縁回路であるフォトカプラから信号を受信する場合の動作を示す。電池セルコントローラがフォトカプラから信号を受信する場合は、端子ＣＴ１に印加される制御信号に基づいて切換器２３３はコンパレータ２３４を選択する。フォトカプラから受信端子ＲＸに入力される信号は、図１２を使用して先に説明したとおり、電池セルコントローラのグランドレベルを基準に振幅が電圧ＶＣＣで変化する。従ってこの実施の形態では、フォトカプラからの信号を比較するコンパレータ２３４の閾値は、図１１で説明の場合と同様、コンパレータ２３２の閾値より高い電圧である電圧ＶＣＣ／２としている。コンパレータ２３２は入力信号を上記閾値ＶＣＣ／２と比較し、その結果をデジタル値である［１］、［０］信号を出力する。
【０１０２】
なお、図１７に示す伝送入力回路１３８および伝送出力回路１４０は、以下で説明する端子ＦＦＯと端子ＦＦＩを使用する伝送路においても同様であり、ここでは説明を省略する。
【０１０３】
（電池セルコントローラの他の実施の形態の説明）
図２０は、先に図１０を使用して説明しました集積回路である各電池セルコントローラの内部構成を説明する他の実施の形態の図で、図１７を備えた点が図１０に示す構成に対する相違点である。なお、他の電池セルコントローラも同様の構成であるが、ここでは、代表して電池セルコントローラＣＣ３Ｎを例に説明する。
【０１０４】
図１０で説明のとおり、リチウム電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の端子電圧は、端子ＣＶ１〜ＣＶ６を介してマルチプレクサ１２０に入力される。マルチプレクサ１２０は端子ＣＶ１〜ＣＶ６のいずれかを選択して、差動増幅器２６２に入力する。差動増幅器２６２の出力は、アナログデジタル変換器１２２Ａによりデジタル値に変換される。デジタル値に変換された端子間電圧はＩＣ制御回路１２３に送られ、内部のデータ保持回路１２５に保持される。これらの電圧は診断などに利用されたり、図１に示すバッテリコントローラ２０に送信されたりする。
【０１０５】
図１０の説明と同様、ＩＣ制御回路１２３は、演算機能を有すると共に、データ保持回路１２５と、各種電圧の検知や状態診断を周期的に行うタイミング制御回路１２６と、診断回路１３０からの診断フラグがセットされる診断フラグ保持回路１２８とを有している。診断回路１３０は、ＩＣ制御回路１２３からの計測値に基づいて、各種診断、例えば過充電診断や過放電診断を行う。データ保持回路１２５は、例えばレジスタ回路で構成されており、検出した各電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の各端子間電圧を各電池セルＢＣ１〜ＢＣ６に対応づけて記憶し、また、その他の検出値を、予め定められたアドレスに読出し可能に保持する。
【０１０６】
図１０を使用して上述したとおり、各電池セルコントローラには、対応するリチウム電池セルグループを構成する各リチウム電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の充電量（充電状態とも言う）を調整するためのバランシング用半導体スイッチ（ＮＭＯＳ，ＰＭＯＳ）が設けられている。例えば、端子ＣＶ１と端子ＢＲ１との間に設けられたＰＭＯＳスイッチにより、電池セルＢＣ１の充電量調整を行う。同様に、端子ＢＲ２と端子ＣＶ３との間には電池セルＢＣ２の充電量調整を行うためのＮＭＯＳスイッチが、端子ＣＶ３と端子ＢＲ３との間には電池セルＢＣ３の充電量調整を行うためのＰＭＯＳスイッチが、端子ＢＲ４と端子ＣＶ５との間には電池セルＢＣ４の充電量調整を行うためのＮＭＯＳスイッチが、端子ＣＶ５と端子ＢＲ５との間には電池セルＢＣ５の充電量調整を行うためのＰＭＯＳスイッチが、端子ＢＲ６と端子ＧＮＤとの間には電池セルＢＣ６の充電量調整を行うためのＮＭＯＳスイッチが、それぞれ設けられている。
【０１０７】
これらのバランシング用半導体スイッチの開閉は放電制御回路１３２によって制御される。放電制御回路１３２には、ＩＣ制御回路１２３から放電させるべき電池セルに対応したバランシング用半導体スイッチを導通させるための指令信号が送られる。ＩＣ制御回路１２３は、図１のバッテリコントローラ２０から各電池セルＢＣ１〜ＢＣ６に対応した放電時間の指令を通信により受け、上記放電の動作を実行する。
【０１０８】
図１０を用いて先に説明のとおり、各電池セルコントローラＣＣ３Ｎは少なくとも２種類の電源電圧ＶＣＣ，ＶＤＤ（３Ｖ）が使用される。ここで電圧ＶＣＣはＶＤＤより高い電圧であり、本実施の形態では電圧ＶＣＣは直列接続された電池セルＢＣ１〜ＢＣ６で構成される電池セルグループの総電圧であり、電圧ＶＤＤは主定電圧電源１３４および起動出力回路１３５の起動用定電圧電源１３６によって作られる電圧である。マルチプレクサ１２０は高電圧ＶＣＣで動作する。一方信号伝送のための伝送入力回路１３８，１４２あるいは信号伝送のための伝送出力回路１４０，１４３、あるいはアナログデジタル変換器１２２Ａ、ＩＣ制御回路１２３、診断回路１３０、信号伝送のための伝送出力回路１４０，１４３は低電圧ＶＤＤ（３V）で動作する。
【０１０９】
このように、高低２種類の電源電圧ＶＣＣ，ＶＤＤを使用することで次のような作用効果を奏することができる。
（ａ）アナログデジタル変換器１２２Ａ、ＩＣ制御回路１２３、診断回路１３０、伝送出力回路１４０，１４３を低電圧ＶＤＤの電源で駆動することにより、これらの回路に要求される耐圧を低くでき、信頼性の向上、コスト低減等を図ることができる。またアナログデジタル変換器１２２Ａに対して高精度の電圧を供給でき、測定精度の向上に繋がる。
（ｂ）電源電圧を下げることで、電池セルコントローラの消費電力を抑えることができ、電池モジュール９Ａ，９Ｂの電力消費を低減できる。
（ｃ）信号伝送のための伝送入力回路１３８，１４２あるいは伝送出力回路１４０，１４３を低電圧ＶＤＤで駆動することで、伝送先の電池セルコントローラに入力される信号の波高値が低くなり、伝送先の電池セルコントローラの耐圧を低くすることができる。また、伝送先の電池セルコントローラの耐圧を下げない場合であっても、耐圧に関する余裕度が大きくなり信頼性が高くなる。
【０１１０】
伝送出力回路１４０は先に図１７を用いて説明の如く動作し、詳細は図２０に示す如く、隣接する電池セルコントローラに送信する信号を作るスイッチ回路２６０と、フォトカプラに送信する信号を作るスイッチ回路２４４，２４５とを備えている。これらの信号の選択は、端子ＴＣ２に加えられ制御信号に基づいて動作する切換器２５９により行われる。インバータ回路２４２は信号を反転する回路で、信号値が「ゼロ」を意味する信号でフォトカプラの光ダイオードが駆動されない状態となるようにする機能を持つ。この機能のために、フォトカプラの消費電力を低減できる。とくに車の駐車中は伝送動作が停止するので、信号値が「ゼロ」の状態で光ダイオードの駆動電流が流れない状態となることは電力消費の大きな節約となる。制御回路２４６はスイッチ回路２４４，２４５を駆動する機能を持ち、インバータ回路２４２の出力に基づきスイッチ回路２４４，２４５を動作させる。スイッチ回路２６０からは図１８に示す信号１８Ｌが出力され、スイッチ回路２４４，２４５は図１９に示す信号１８Ｒが出力される。
【０１１１】
切換器２４３は電池セルコントローラが起動前か起動後かに基づいて切換回路で、起動後は上記スイッチ回路２４４，２４５および上記スイッチ回路２６０の方が選択され、これらからの信号が端子ＴＸから出力される。端子ＦＦＯから信号を出力する伝送出力回路１４３は上記伝送出力回路１４０と構造や作用が同じであり、説明を省略する。
【０１１２】
伝送入力回路１３８は図１７で説明のとおりである。端子ＦＦＩからの入力信号に関する伝送入力回路１４２は上記伝送入力回路１３８と同様であり、説明を省略する。端子ＦＦＩから受信した信号は、異常状態を伝送するために使用される。端子ＦＦＩから異常を表す信号を受信すると、その信号は伝送入力回路１４２およびＯＲ回路２８８を介して伝送出力回路１４３に入力され、伝送出力回路１４３から端子ＦＦＯを介して出力される。また診断回路１３０で異常を検知すると、端子ＦＦＩの受信内容に関係なく、診断フラグ保持回路１２８からＯＲ回路２８８を介して伝送出力回路１４３に異常を表す信号が入力され、伝送出力回路１４３から端子ＦＦＯを介して出力される。
【０１１３】
図１０で説明の如く、端子ＲＸから信号を受信すると信号の受信を起動入力回路１４７のコンパレータ２５１で検知し、微分トリガ回路２５３により、タイマ回路１４０にトリガ信号を送ると共に、起動出力回路１２５にもトリガ信号が送られ、起動出力回路１３５から切換器２４３を介して端子ＴＸから起動信号が出力される。タイマ回路１４０が動作し、次に主電源回路１３４が動作して電池セルコントローラは立ち上がるが、この立ち上がりを待たないで、起動出力回路１３５から起動信号が次の電池セルコントローラに送られるので、システム全体は短時間に立ち上がることができる。
【０１１４】
図２０の起動出力回路は、伝送出力回路１４０，１４３と同様にフォトカプラへの出力か隣接する集積回路への出力かを選択でき、またフォトカプラの電力消費を少なくするためのインバータ回路２４２を有している。隣接する集積回路である電池セルコントローラの起き上がり制御のみであれば、必ずしもフォトカプラへの出力回路は必要としないが、起き上がり信号が正しく伝送されたかどうかを上位の制御回路２０で確認できるほうが信頼性の向上につながる。このために起動出力回路が上記フォトカプラへの出力回路を有していることは重要である。
【０１１５】
上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】車両用電池システムの一実施の形態を示す図である。
【図２】図１に示す車両用電池システムを搭載する車両用回転電機の駆動システムを示す図である。
【図３】電池ユニット９００の外観を示す斜視図である。
【図４】電池ユニット９００の分解斜視図である。
【図５】セルコントローラ８０が設けられた基板８１を示す図である。
【図６】伝送路６０の他の例を示す図である。
【図７】図６に示した電池システムの変形例を示す図である。
【図８】図１に示した電池システムの変形例を示す図である。
【図９】電池セルコントローラＣＣ３Ｎと対応する電池セルグループの各電池セルとの接続を示す図である。
【図１０】電池セルコントローラＣＣ３Ｎの内部構成を説明する図である。
【図１１】送信側の電池セルコントローラＣＣＭの伝送出力回路１４０と、受信側の電池セルコントローラＣＣＮの伝送入力回路１３８を示す図である。
【図１２】信号波形を示す図である。
【図１３】制御端子ＴＣ２の機能を説明する図である。
【図１４】図１３の信号Ａ〜Ｄの波形を示す図である。
【図１５】起動入力回路１４７，タイマ回路１５０，主定電圧電源１３４を示す図である。
【図１６】図１５の受信端子ＲＸに入力される信号、微分トリガ回路２５３の出力、カウンタ動作、タイマ回路１５０の出力および主定電圧電源１３４の動作状態を示す図である。
【図１７】送信側の電池セルコントローラＣＣＭの伝送出力回路１４０と、受信側の電池セルコントローラＣＣＮの伝送入力回路１３８を示す図である。
【図１８】伝送される情報の信号波形を示す図である。
【図１９】伝送される情報の信号波形を示す図である。
【図２０】集積回路である各電池セルコントローラの内部構成を説明する他の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
【０１１７】
６：開閉器、９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ：電池モジュール、２０：バッテリコントローラ、６０，６０２，６０４：伝送路、８０：セルコントローラ、ＣＣ３Ａ〜ＣＣ３Ｎ，ＣＣ４Ａ〜ＣＣ４Ｎ：電池セルコントローラ、１３４：主定電圧電源、１３５：起動出力回路、１３８，１４２：伝送入力回路、１４０，１４３：伝送出力回路、１４７：起動入力回路、２２０：インバータ装置、２３０：モータ、２３３，２４１，２５２：切換器、６１３：定電流回路、６３０：絶縁回路、９００：電池ユニット、ＢＣ１〜ＢＣ６：電池セル、ＣＴ１〜ＣＴ３：制御端子、ＯＲ０１：ＯＲ回路、ＰＨ１〜ＰＨ４：フォトカプラ、Ｒ２０，Ｒ３０，６２０：抵抗、ＳＷ０１：スイッチ
【図１】
2010016928.tif 000003
【図２】
2010016928.tif 000004
【図３】
2010016928.tif 000005
【図４】
2010016928.tif 000006
【図５】
2010016928.tif 000007
【図６】
2010016928.tif 000008
【図７】
2010016928.tif 000009
【図８】
2010016928.tif 000010
【図９】
2010016928.tif 000011
【図１０】
2010016928.tif 000012
【図１１】
2010016928.tif 000013
【図１２】
2010016928.tif 000014
【図１３】
2010016928.tif 000015
【図１４】
2010016928.tif 000016
【図１５】
2010016928.tif 000017
【図１６】
2010016928.tif 000018
【図１７】
2010016928.tif 000019
【図１８】
2010016928.tif 000020
【図１９】
2010016928.tif 000021
【図２０】
2010016928.tif 000022