(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的に直列に接続され、それぞれ、電気的に直列に接続された複数の単電池を有する複数の単電池群のそれぞれに対応して設けられた複数の集積回路と、
前記複数の単電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する単電池の充電状態を調整するとき、対応する単電池に接続される複数の容量調整用抵抗と、を有し、
前記複数の集積回路は、それぞれ、
対応する単電池群を構成する複数の単電池のそれぞれの正極及び負極が電気的に接続された複数の電圧検出用端子と、
対応する単電池群を構成する複数の単電池のそれぞれと、これらにそれぞれ対応して設けられた容量調整用抵抗との導通、遮断を制御するために設けられた複数の容量調整用端子と、
信号を入力するための信号入力端子と、
信号を出力するための信号出力端子と、
電源端子と、
基準電位端子と、
を有しており、
電位的に隣り合う２つの単電池群の一方に対応する集積回路の信号出力端子と、その他方に対応する集積回路の信号入力端子との間は、電位的に隣り合う２つの単電池群の一方に対応する集積回路の信号出力端子から、その他方に対応する集積回路の信号入力端子に信号が伝送されるように接続されており、かつ、
前記一方に対応する集積回路および前記その他方に対応する集積回路の前記電源端子はそれぞれ第１のインダクタを介して対応する電池群を構成する最高電位の単電池の正極に接続されており、前記一方に対応する集積回路の前記基準電位端子は、前記その他方に対応する集積回路の前記電源端子と共に前記その他方に対応する集積回路が対応する電池群を構成する最高電位の単電池の正極に前記第１のインダクタを介して接続されており、
さらに、
前記複数の単電池のそれぞれの正極と負極との間に電気的に接続された複数の第１のキャパシタと、
前記複数の電圧検出用端子の各単電池の正極及び負極に対応した電圧検出用端子間に電気的に接続された複数の第２のキャパシタと、を有する、
ことを特徴とするセルコントローラ。
【請求項２】
請求項１に記載のセルコントローラにおいて、さらに、
制御基板と、
コネクタと、を有し、
前記制御基板には、
前記複数の集積回路と、
前記複数の容量調整用抵抗と、
前記第１及び第２のキャパシタと、
前記電位的に隣り合う２つの単電池群の一方に対応する集積回路の信号出力端子と、その他方に対応する集積回路の信号入力端子との間を接続する配線と、が設けられており、
前記コネクタは、
前記複数の単電池のそれぞれの正極及び負極に電気的に接続された配線と、前記制御基板に設けられ、前記複数の集積回路の複数の電圧検出用端子に電気的に接続された配線とを電気的に接続するものであって、
前記制御基板に設けられている、
ことを特徴とするセルコントローラ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のセルコントローラにおいて、
前記第１のキャパシタは、高周波側のノイズを除去するために設けられており、
前記第２のキャパシタは、前記第１のキャパシタよりも低周波側のノイズを除去するために設けられている、
ことを特徴とするセルコントローラ。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のセルコントローラにおいて、
前記第２のキャパシタの容量は前記第１のキャパシタの容量よりも大きい、
ことを特徴とするセルコントローラ。
【請求項５】
請求項１又は２に記載のセルコントローラにおいて、
前記第１のキャパシタは、高周波側のノイズを除去するために設けられており、
前記第２のキャパシタは、前記第１のキャパシタよりも低周波側のノイズを除去するために設けられており、
前記第２のキャパシタの容量は前記第１のキャパシタの容量よりも大きい、
ことを特徴とするセルコントローラ。
【請求項６】
電気的に直列に接続され、それぞれ、電気的に直列に接続された複数の単電池を有する複数の単電池群のそれぞれに対応して設けられた複数の集積回路と、
前記複数の単電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する単電池の充電状態を調整するとき、対応する単電池に接続される複数の容量調整用抵抗と、を有し、
前記複数の集積回路は、それぞれ、
対応する単電池群を構成する複数の単電池のそれぞれの正極及び負極が電気的に接続された複数の電圧検出用端子と、
対応する単電池群を構成する複数の単電池のそれぞれと、これらにそれぞれ対応して設けられた容量調整用抵抗との導通、遮断を制御するために設けられた複数の容量調整用端子と、
信号を入力するための信号入力端子と、
信号を出力するための信号出力端子と、
対応する単電池群を構成する複数の単電池のうち、最高電位の単電池の正極と電気的に接続された電源端子と、
対応する単電池群を構成する複数の単電池のうち、最低電位の単電池の負極と電気的に接続されたグランド端子と、を有しており、
電位的に隣り合う２つの単電池群の一方に対応する集積回路の信号出力端子と、その他方に対応する集積回路の信号入力端子との間は、電位的に隣り合う２つの単電池群の一方に対応する集積回路の信号出力端子から、その他方に対応する集積回路の信号入力端子に信号が伝送されるように接続されており、
前記一方に対応する集積回路および前記その他方に対応する集積回路の前記電源端子はそれぞれ第１のインダクタを介して前記対応する電池群を構成する最高電位の単電池の正極に接続されており、前記一方に対応する集積回路の前記グランド端子は、前記その他方に対応する集積回路の前記電源端子と共に前記その他方に対応する集積回路が前記対応する電池群を構成する最高電位の単電池の正極に前記第１のインダクタを介して接続されており、
前記電源端子と前記グランド端子との間には複数のキャパシタが接続されている、
ことを特徴とするセルコントローラ。
【請求項７】
請求項６に記載のセルコントローラにおいて、さらに、
制御基板と、
コネクタと、を有し、
前記制御基板には、
前記複数の集積回路と、
前記複数の容量調整用抵抗と、
前記複数のキャパシタと、
前記電位的に隣り合う２つの単電池群の一方に対応する集積回路の信号出力端子と、その他方に対応する集積回路の信号入力端子との間を接続する配線と、が設けられており、
前記コネクタは、
前記複数の単電池のそれぞれの正極及び負極に電気的に接続された配線と、前記制御基板に設けられ、前記複数の集積回路の複数の電圧検出用端子に電気的に接続された配線とを電気的に接続するものであって、
前記制御基板に設けられている、
ことを特徴とするセルコントローラ。
【請求項８】
請求項６又は７に記載のコントローラにおいて、
前記複数のキャパシタはそれぞれ容量が異なる、
ことを特徴とするセルコントローラ。
【請求項９】
請求項６又は７に記載のセルコントローラにおいて、
前記複数の集積回路は、それぞれ、基準電圧の発生に使用するための基準電圧端子をさらに有し、
前記基準電圧端子と前記グランド端子との間には第３のキャパシタが接続されている、
ことを特徴とするセルコントローラ。
【請求項１０】
請求項６又は７に記載のセルコントローラにおいて、
前記電源端子と前記グランド端子との間にはツェナダイオードが接続されている、
ことを特徴とセルコントローラ。
【請求項１１】
電気的に直列に接続され、それぞれ、電気的に直列に接続された複数の単電池を有する複数の単電池群のそれぞれに対応して設けられた複数の集積回路と、
前記複数の単電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する単電池の充電状態を調整するとき、対応する単電池に接続される複数の容量調整用抵抗と、を有し、
前記複数の集積回路は、それぞれ、
対応する単電池群を構成する複数の単電池のそれぞれの正極及び負極が電気的に接続された複数の電圧検出用端子と、
対応する単電池群を構成する複数の単電池のそれぞれと、これらにそれぞれ対応して設けられた容量調整用抵抗との導通、遮断を制御するために設けられた複数の容量調整用端子と、
信号を入力するための信号入力端子と、
信号を出力するための信号出力端子と、
対応する単電池群を構成する複数の単電池のうち、最高電位の単電池の正極と電気的に接続された電源端子と、
対応する単電池群を構成する複数の単電池のうち、最低電位の単電池の負極と電気的に接続されたグランド端子と、を有しており、
電位的に隣り合う２つの単電池群の一方に対応する集積回路の信号出力端子と、その他方に対応する集積回路の信号入力端子との間は、電位的に隣り合う２つの単電池群の一方に対応する集積回路の信号出力端子から、その他方に対応する集積回路の信号入力端子に信号が伝送されるように、抵抗を介して接続されており、
前記一方に対応する集積回路および前記その他方に対応する集積回路の前記電源端子はそれぞれ第１のインダクタを介して前記対応する電池群を構成する最高電位の単電池の正極に接続されており、前記一方に対応する集積回路の前記グランド端子は、前記その他方に対応する集積回路の前記電源端子と共に前記その他方に対応する集積回路が前記対応する電池群を構成する最高電位の単電池の正極に前記第１のインダクタを介して接続されている、
ことを特徴とするセルコントローラ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のセルコントローラにおいて、さらに、
制御基板と、
コネクタと、を有し、
前記制御基板には、
前記複数の集積回路と、
前記複数の容量調整用抵抗と、
前記電位的に隣り合う２つの単電池群の一方に対応する集積回路の信号出力端子と、その他方に対応する集積回路の信号入力端子との間を接続する配線と、
前記電位的に隣り合う２つの単電池群の一方に対応する集積回路の信号出力端子と、その他方に対応する集積回路の信号入力端子との間に設けられた抵抗と、が設けられており、
前記コネクタは、
前記複数の単電池のそれぞれの正極及び負極に電気的に接続された配線と、前記制御基板に設けられ、前記複数の集積回路の複数の電圧検出用端子に電気的に接続された配線とを電気的に接続するものであって、
前記制御基板に設けられている、
ことを特徴とするセルコントローラ。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載のセルコントローラにおいて、
前記信号入力端子と前記グランド端子との間にはツェナダイオードが接続されている、
ことを特徴とセルコントローラ。
【請求項１４】
電気的に直列に接続され、それぞれ、電気的に直列に接続された複数の単電池を有する複数の単電池群と、
請求項１、６、１１のいずれかに記載されたセルコントローラと、を有する、
ことを特徴とする電池モジュール。
【請求項１５】
電気的に直列に接続され、それぞれ、電気的に直列に接続された複数の単電池を有する複数の単電池群と、
請求項１、６、１１のいずれかに記載されたセルコントローラと、
前記セルコントローラと電気的に絶縁された状態で通信を行うバッテリコントローラと、を有し、
前記バッテリコントローラは、前記セルコントローラと通信によって、前記セルコントローラから前記複数の単電池のそれぞれの電圧を入力して前記複数の単電池のそれぞれの充電状態を算出すると共に、前記複数の単電池のうち、充電状態の調整が必要な単電池を判断し、充電状態の調整が必要な単電池の充電状態を調整すべく指令を前記セルコントローラに出力し、
前記セルコントローラと前記バッテリコントローラとの間はフォトカプラによって電気的に絶縁されている、
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】
本発明はセルコントローラ、電池モジュールおよび電池システムに係り、特に、電気的に直列に接続され、それぞれ、電気的に直列に接続された複数の単電池を有する複数の単電池群のそれぞれに対応して設けられた複数の集積回路と、複数の単電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する単電池の充電状態を調整するとき、対応する単電池に接続される複数の容量調整用抵抗とを有するセルコントローラ、該セルコントローラを備えた電池モジュール及び電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、エンジンおよびモータで駆動されるハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）やモータのみで駆動される純正電気自動車（ＰＥＶ）等の電気自動車の大電流充放電用電源には、ニッケル水素二次電池、リチウム二次電池等の単電池を複数個直列に接続した単電池の直列接続体を備えた電池モジュールが使用されている。
【０００３】
自動車に搭載されるセルコントローラ、該セルコントローラを備えた電池モジュール及び電池システムは、色々な環境でしかも長期間使用される可能性があり、厳しい環境で使用されても高い信頼性を維持できることが重要な課題である。
【０００４】
なお、本発明の背景技術として、各単電池を多数接続して電池モジュールを構成した技術（例えば、特許文献１参照）や、電池ユニットの個数に対応して複数個のＩＣを備え、ＩＣ間でデイジーチェーン状に情報伝達を行う技術（例えば、特許文献２〜４）が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２７０００６号公報
【特許文献２】特開２００３−７０１７９号公報
【特許文献３】特開２００５−３１８７５０号公報
【特許文献４】特開２００５−３１８７５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、信頼性に優れたセルコントローラ、電池モジュールあるいは電池システムにおける信頼性の向上である。なお、以下に説明する実施の形態では、上記課題の他に種々の課題を解決できる。これらの課題および解決手段については、実施の形態において詳述する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明が適用されるセルコントローラの第１の態様は、電気的に直列に接続され、それぞれ、電気的に直列に接続された複数の単電池を有する複数の単電池群のそれぞれに対応して設けられた複数の集積回路と、前記複数の単電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する単電池の充電状態を調整するとき、対応する単電池に接続される複数の容量調整用抵抗と、を有し、前記複数の集積回路は、それぞれ、対応する単電池群を構成する複数の単電池のそれぞれの正極及び負極が電気的に接続された複数の電圧検出用端子と、対応する単電池群を構成する複数の単電池のそれぞれと、これらにそれぞれ対応して設けられた容量調整用抵抗との導通、遮断を制御するために設けられた複数の容量調整用端子と、信号を入力するための信号入力端子と、信号を出力するための信号出力端子と、電源端子と、基準電位端子と、を有しており、電位的に隣り合う２つの単電池群の一方に対応する集積回路の信号出力端子と、その他方に対応する集積回路の信号入力端子との間は、電位的に隣り合う２つの単電池群の一方に対応する集積回路の信号出力端子から、その他方に対応する集積回路の信号入力端子に信号が伝送されるように接続されており、かつ、前記一方に対応する集積回路および前記その他方に対応する集積回路の前記電源端子はそれぞれ第１のインダクタを介して対応する電池群を構成する最高電位の単電池の正極に接続されており、前記一方に対応する集積回路の前記基準電位端子は、前記その他方に対応する集積回路の前記電源端子と共に前記その他方に対応する集積回路が対応する電池群を構成する最高電位の単電池の正極に前記第１のインダクタを介して接続されており、さらに、前記複数の単電池のそれぞれの正極と負極との間に電気的に接続された複数の第１のキャパシタと、前記複数の電圧検出用端子の各単電池の正極及び負極に対応した電圧検出用端子間に電気的に接続された複数の第２のキャパシタと、を有する、ことを特徴とする。
本発明が適用されるセルコントローラの第２の態様は、電気的に直列に接続され、それぞれ、電気的に直列に接続された複数の単電池を有する複数の単電池群のそれぞれに対応して設けられた複数の集積回路と、前記複数の単電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する単電池の充電状態を調整するとき、対応する単電池に接続される複数の容量調整用抵抗と、を有し、前記複数の集積回路は、それぞれ、対応する単電池群を構成する複数の単電池のそれぞれの正極及び負極が電気的に接続された複数の電圧検出用端子と、対応する単電池群を構成する複数の単電池のそれぞれと、これらにそれぞれ対応して設けられた容量調整用抵抗との導通、遮断を制御するために設けられた複数の容量調整用端子と、信号を入力するための信号入力端子と、信号を出力するための信号出力端子と、対応する単電池群を構成する複数の単電池のうち、最高電位の単電池の正極と電気的に接続された電源端子と、対応する単電池群を構成する複数の単電池のうち、最低電位の単電池の負極と電気的に接続されたグランド端子と、を有しており、電位的に隣り合う２つの単電池群の一方に対応する集積回路の信号出力端子と、その他方に対応する集積回路の信号入力端子との間は、電位的に隣り合う２つの単電池群の一方に対応する集積回路の信号出力端子から、その他方に対応する集積回路の信号入力端子に信号が伝送されるように接続されており、前記一方に対応する集積回路および前記その他方に対応する集積回路の前記電源端子はそれぞれ第１のインダクタを介して前記対応する電池群を構成する最高電位の単電池の正極に接続されており、前記一方に対応する集積回路の前記グランド端子は、前記その他方に対応する集積回路の前記電源端子と共に前記その他方に対応する集積回路が前記対応する電池群を構成する最高電位の単電池の正極に前記第１のインダクタを介して接続されており、前記電源端子と前記グランド端子との間には複数のキャパシタが接続されている、ことを特徴とする。
本発明が適用されるセルコントローラの第３の態様は、電気的に直列に接続され、それぞれ、電気的に直列に接続された複数の単電池を有する複数の単電池群のそれぞれに対応して設けられた複数の集積回路と、前記複数の単電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する単電池の充電状態を調整するとき、対応する単電池に接続される複数の容量調整用抵抗と、を有し、前記複数の集積回路は、それぞれ、対応する単電池群を構成する複数の単電池のそれぞれの正極及び負極が電気的に接続された複数の電圧検出用端子と、対応する単電池群を構成する複数の単電池のそれぞれと、これらにそれぞれ対応して設けられた容量調整用抵抗との導通、遮断を制御するために設けられた複数の容量調整用端子と、信号を入力するための信号入力端子と、信号を出力するための信号出力端子と、対応する単電池群を構成する複数の単電池のうち、最高電位の単電池の正極と電気的に接続された電源端子と、対応する単電池群を構成する複数の単電池のうち、最低電位の単電池の負極と電気的に接続されたグランド端子と、を有しており、電位的に隣り合う２つの単電池群の一方に対応する集積回路の信号出力端子と、その他方に対応する集積回路の信号入力端子との間は、電位的に隣り合う２つの単電池群の一方に対応する集積回路の信号出力端子から、その他方に対応する集積回路の信号入力端子に信号が伝送されるように、抵抗を介して接続されており、前記一方に対応する集積回路および前記その他方に対応する集積回路の前記電源端子はそれぞれ第１のインダクタを介して前記対応する電池群を構成する最高電位の単電池の正極に接続されており、前記一方に対応する集積回路の前記グランド端子は、前記その他方に対応する集積回路の前記電源端子と共に前記その他方に対応する集積回路が前記対応する電池群を構成する最高電位の単電池の正極に前記第１のインダクタを介して接続されている、ことを特徴とする。
このようなセルコントローラは、電池モジュールや電池システムにも使用される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、信頼性の高いセルコントローラ、該セルコントローラを備えた電池モジュール及び電池システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明が適用可能な実施形態の電源システムに内蔵された電池モジュールの外観斜視図である。
【図２】電池モジュールの上蓋の組み付け状態を示す斜視図である。
【図３】組電池を集合させた組電池ブロックの組立状態を示す斜視図である。
【図４】組電池ブロックの外観斜視図である。
【図５】電池モジュールの下蓋構成部品の分解斜視図である。
【図６】冷却風の流通経路を模式的に示す電池モジュールの概略断面図である。
【図７】組電池の外観斜視図である。
【図８】組電池を構成する円柱状リチウム二次電池の外観斜視図である。
【図９】セルコントローラを構成する基板を模式的に示す、一部斜視図を含む平面図である。
【図１０】セルコントローラの回路図である。
【図１１】セルコントローラを構成するＩＣ内部の保護回路の回路図である。
【図１２】上位ＩＣのＧＮＤ端子と下位ＩＣのＶｃｃ端子とがインダクタを介して接続され、上位ＩＣのＬＩＮ２端子と下位ＩＣのＬＩＮ１端子とが直結されたセルコントローラの説明図であり、（Ａ）は回路図、（Ｂ）は６０Ｖｐｐのノイズの電圧波形、（Ｃ）はＧＮＤ端子−ＬＩＮ１端子間に重畳されるノイズの電圧波形、（Ｄ）はＧＮＤ端子−Ｖｃｃ端子間に重畳されるノイズの電圧波形を示す。
【図１３】実施形態のセルコントローラの説明図であり、（Ａ）は回路図、（Ｂ）は６０Ｖｐｐのノイズの電圧波形、（Ｃ）はＧＮＤ端子−ＬＩＮ１端子間に重畳されるノイズの電圧波形、（Ｄ）はＧＮＤ端子−Ｖｃｃ端子間に重畳されるノイズの電圧波形を示す。
【図１４】上位ＩＣのＬＩＮ２端子と下位ＩＣのＬＩＮ１端子とが直結されたセルコントローラにおけるＬＩＮ２端子に加わる電圧の説明図である。
【図１５】組立時にセルコントローラを構成するＩＣのＣＶ３端子に加わる電圧の説明図である。
【図１６】電源システム内での電池モジュールの固定状態を示す外観斜視図である。
【図１７】車両の駆動システムを示すブロック回路図である。
【図１８】ＩＣ内部の電圧検出回路のブロック回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の実施の形態で説明する車載用のセルコントローラあるいは該セルコントローラを備えた電池モジュールあるいは電池システムは、信頼性が向上するとの効果を有するが、本効果のみならず本効果以外の効果も奏する。信頼性向上に関するさらに具体的な効果、あるいは以下の実施の形態が有する信頼性向上意外の効果について、次に説明する。
【００１１】
〔信頼性向上〕
以下に説明するリチウム二次電池用のセルコントローラあるいは該セルコントローラを備えた電池モジュールあるいは該電池モジュールを備えた電源システムは、信頼性向上の点で、大きな効果が得られる。車に搭載される回転電機は大きい電力を必要とする。また車載用電源は小型化や軽量化が要求されている。小型で大電力を得ることができるリチウム二次電池は車載の電源として大きな期待が持たれている。
【００１２】
車に搭載されるリチウム二次電池は、車両駆動用回転電機やパワステアリング用回転電機の電源として用いられることが考えられる。代表的な車載用回転電機としては、永久磁石を使用した同期電動機あるいはかご型回転子を有する誘導電動機がある。これらの回転電機の運転には何れも直流電力と交流電力との間の電力変換を行うインバータ装置が必要である。インバータ装置はブリッジ回路を構成するＩＧＢＴあるいはＭＯＳトランジスタなどのパワースイッチング素子のスイッチング動作により上記直流電力と交流電力の間の変換を行う。このスイッチング動作により大きなノイズが発生し、直流電源系に影響を与える。実施形態として後述するリチウム二次電池用のセルコントローラあるいは該セルコントローラを備えた電池モジュールあるいは該電池モジュールを備えた電源システムは、上述の電力変換用インバータ装置を使用する車載システムにおいて、信頼性の向上の点で大きな効果を発揮する。
【００１３】
さらに、通常インバータ装置が発生するノイズを除去するためにインバータ装置は平滑キャパシタを有している。上記ノイズを除去するためには平滑キャパシタの容量を大きくすることが望ましい。しかし、ノイズの除去を徹底することは上記平滑キャパシタの大型化につながり、装置の大型化およびコスト上昇にも繋がる。従って、直流電源系自身がノイズに強くなることが望ましい。さらに、キャパシタ、特に電解キャパシタは低温で容量が減少するキャパシタの温度特性の問題がある。車載用電源は温度変化の激しい環境で使用される。例えばマイナス３０度またはマイナス４０度から１００度近くまで変化する環境でも車載用電源は十分な能力を発揮することが望ましい。キャパシタは温度が低下するとキャパシタとしての能力が低下する可能性がある。特に電解キャパシタは特性劣化が大きい。このため、低温状態、例えばマイナス１０度以下となると平滑キャパシタとしての能力が急激に低下する。実施形態として後述するリチウム二次電池用のセルコントローラあるいは該セルコントローラを備えた電池モジュールあるいは該電池モジュールを備えた電源システムは、キャパシタの特性劣化に起因するノイズ除去特性の悪化に対しても、高い信頼性を維持できる。
【００１４】
ニッケル水素電池は低温での能力低下が大きく、低温時の供給電力が抑えられる制御が考えられている。このため、キャパシタの低温での特性劣化に対するノイズの影響があまり問題とされていない。しかし、リチウム二次電池はニッケル水素電池よりも低温での特性が優れており、リチウム二次電池の低温での使用が考えられる。このためキャパシタの低温特性悪化によるノイズの影響増大に耐えられるセルコントローラなどが望まれる。以下に記載の実施形態は、このようなノイズの影響増大を抑えられる効果がある。
【００１５】
車載用直流電源としてリチウム二次電池を使用する場合、単電池としてのリチウム二次電池が多数直列接続され、これら直列接続された各単電池の充放電状態を高い精度で制御することが必要である。このため、各単電池の端子電圧をそれぞれ検知し、各単電池の充放電状態のアンバランスを低減することが必要となる。後述する実施形態では、システムの簡素化や価格低下の理由から、各単電池の端子電圧の検知回路や充放電状態のアンバランス低減ための制御回路あるいは放電電流の導通や遮断を行うスイッチング回路がＩＣで作られ、上記ＩＣを複数個組み合わせて使用することにより、リチウム二次電池を構成する各単電池の充放電状態のアンバランスを低減する制御が可能となっている。本実施の形態によれば、上述の作用効果の他に更に、直列接続された各単電池の充放電状態の制御の信頼性を向上できる効果がある。さらに本制御を比較的簡単な回路構成で実現できる効果がある。結果として低価格化の実現が容易となる。
【００１６】
以下の実施形態では、各ＩＣはそれぞれ端子電圧の検知対象となっている単電池から供給される電力により動作するようになっており、各ＩＣの基準電圧が異なっている。各ＩＣとの間で授受される制御情報は、基準電圧の高低の順に接続された各ＩＣからなるループ状伝送路を通して伝送され、このループ状伝送により各ＩＣとの授受が行われる。このように各ＩＣによりループ状の伝送路が形成されるセルコントローラあるいは該セルコントローラを備えた電池モジュールあるいは該電池モジュールを備えた電源システムでは、リチウム二次電池モジュールの直流電力出力端子に加わる、インバータ装置により作られたノイズは、単電池の端子電圧検出回路からのみならず上記ループ状伝送路を介してＩＣ内に入り込むので、誤動作や回路破壊につながる影響を与える心配がある。以下で説明する実施形態として記載の回路では、上記ループ状伝送路を介するノイズの影響を低減でき、高い信頼性を維持できる効果を、上述の効果以外に有している。
【００１７】
ニッケル水素二次電池やリチウム二次電池は端子電圧を検知し、電池の充放電などの管理を行うことが望ましい。ニッケル水素二次電池はブロックに分けて端子電圧を検知している。リチウム二次電池では全ての単電池が過充電状態にならないように各単電池の端子電圧を全て検知して、充放電状態を管理している。接続作業を簡単化するため以下に記載の実施形態では、電池を構成する電池ブロックあるいは各単電池の端子電圧を検知するための多数の線がセルコントローラに導かれ、コネクタでセルコントローラの回路と接続される。上記コネクタには電池を構成するブロック電池あるいは各単電池の端子電圧が加わった状態でセルコントローラの回路と接続されることとなり、接作業中では、コネクタの一部の端子が部分的に接続される状態が存在する。コネクタが完全に接続されると予定した電圧がセルコントローラの回路に加わることとなるが、コネクタの一部のみが接続された場合、異常な電圧が加わる可能性がある。
【００１８】
特にリチウム二次電池では各単電池の端子とセルコントローラ間に端子電圧を検知するための配線が必要となり、コネクタの接続ピン数が多くなる。このため、コネクタ接続あるいは開放時にコネクタが一部分のみ接続する部分接続となる可能性が高い。以下に説明の実施の形態ではコネクタが一部分のみ接続する部分接続となった場合にも、セルコントローラなどの回路を、異常電圧の印加による損傷から保護できる効果を、上述の効果以外に有している。また以下に説明の実施の形態では、コネクタが複数個設けられており、高電位側の単電池の端子をセルコントローラの回路に接続するためのコネクタと低電位側の単電池の端子をセルコントローラの回路に接続するためのコネクタとを分けている。このことにより、コネクタのピンが部分接続した時にセルコントローラの回路に加わる異常電圧を低くでき、上述のコネクタの部分接続の影響をさらに低減できる。さらに以下に説明するように適切な部分に、ＩＣを保護するためのダイオードなどを設けることで、セルコントローラの回路を保護できる効果を更に有している。
【００１９】
〔単電池の消費電力の均一化〕
上述の効果の他に、以下の実施の形態では、直列接続された単電池の消費電力をできるだけ均一化するために以下の改善を行っており、単電池の充放電状態のアンバランスを低減できる効果がある。単電池の充放電状態を均一化できれば直列接続された各単電池の充電動作において特定の単電池のみが過充電される可能性が少なくなり、モジュール電池全体の安全性や信頼性が向上する。
【００２０】
直列接続された単電池をグループに分け、グループに対応させてＩＣを設け、各ＩＣは対応するグループを構成する単電池からの電力で動作するようにしている。各グループを構成する単電池の数をできるだけ等しくすることで、各ＩＣが消費する電力を上記直列接続された単電池ができるだけ均等に負担できる効果があり、単電池の充放電状態のアンバランスを低減できる効果がある。
【００２１】
また、各ＩＣは対応するグループの最も高い電圧の電池端子（電池の極）から電源電圧を受け、上記グループの最も低い電圧の電池端子（電池の極）を基準電位として動作する。この構成により、各ＩＣが動作するのに必要な電力を、対応するグループの単電池に均等に分担させる構成としており、単電池の充放電状態のアンバランスを低減できる効果がある。
【００２２】
各ＩＣの重要な機能である信号伝送は、全てのＩＣで構成されるループを介して行うようにしている。このため信号の伝送で消費される電力は各ＩＣに対して均等になる。仮に一部のＩＣと上位制御装置との送受信が多くなったとしても、信号の伝送は全てのＩＣを経由するので、消費電力の均等化が図られる効果がある。さらに以下の実施の形態では、各ＩＣの動作に必要な電力を、そのＩＣの対応するグループを構成する全ての単電池から得る構成となっており、二次電池を構成する単電池の充放電状態のアンバランスを低減できる効果がある。
【００２３】
以下の実施の形態では、各ＩＣには電力消費の大きい負荷に対応するためにＬＩＮ１２端子が設けられている。消費電力の大きい負荷とはたとえば高速で動作するフォトトランジスタである。ＩＣが消費電力の大きい負荷との間で信号の授受を行う場合には、ＬＩＮ１２端子から大きい電流を上記負荷に供給できる。一方消費電力の小さい負荷に接続されているＩＣは本来ＬＩＮ１２端子を開放しても信号の授受動作を正確に行えるが、以下の実施の形態では、隣接するＩＣ間の信号授受の端子例えば送信用のＬＩＮ２端子に、上記ＬＩＮ１２端子を接続している。各ＩＣは上記ＬＩＮ１２端子の電流が流れても正確に動作するように作られている。以下の実施の形態では、このように電力消費の大きい負荷のためのＬＩＮ１２端子を設け、さらに電力消費の大きい負荷が無い場合でもＬＩＮ１２端子を各ＩＣの送受信用端子と接続することで、各ＩＣの消費電力をできるだけ均一化するように構成している。従って以下の実施の形態では、上述の効果以外の効果である、各ＩＣの消費電力をできるだけ均衡化する効果がある。各ＩＣの消費電力を均衡化することで、直列接続された単電池の消費電力を均衡化する効果がある。
【００２４】
以下、図面を参照して、本発明を、車載用電源システムに適用した実施の形態について説明する。以下の実施の形態はハイブリッド車用電源システムに本発明を適用した例として説明するが、ハイブリット駆動ではなく、すなわちエンジンのトルクで直接的に車両走行を行う構造ではなく、回転電機のトルクのみにより車両走行を行う純粋な電気自動車にも当然であるが適用可能である。
【００２５】
（構成）
本実施形態の電源システムは、強電バッテリを構成し積層された２つの電池モジュールを有している。図１および図２に示すように、電池モジュール９は、上蓋４６と下蓋４５とからなり金属製で略直方体状のモジュールケース９ａを有している。モジュールケース９ａ内には、複数個の組電池１９が収容固定されている。電池モジュール９は金属ケースであるモジュールケース９ａで覆われており、モジュールケース９ａ内には、電圧や温度を検出するための配線が多数存在しているが、これらが電気的な外部からのノイズから保護されている。また上述のとおり、単電池はモジュールケース９ａ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】
＜＜組電池＞＞
図７に示すように、組電池１９は、複数個（本実施形態では４個）の単電池１０の極性が交互となるように２行２列に配設され、これら複数個の好ましくは４個の単電池１０が直列に接続されている。単電池形状には様々な種類があるが、本実施形態では、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、図８に示すように、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が単電池として用いられている。このリチウム二次電池の単電池は公称電圧は３．６Ｖ、容量は５．５Ａｈであるが、充電状態が変わると単電池の端子電圧が変化する。単電池の充電量が減少すると２．５ボルトくらいに低下し、単電池の充電量が増大すると４．３ボルト程度に増大する。
【００２７】
本実施形態では、単電池１０をその側面が互いに対向する位置関係で組電池１９として一体化し、これら組電池１９を図６のごとく単電池の側面が対向する配置関係でモジュールケース９ａ内に固定している。この配置関係は生産性向上に優れている。またこのような構造により、図３から図６を用いて以下で説明する検出用ハーネス５２や強電ケーブル３５などの接続作業を容易にし、さらに安全性が維持できる。
【００２８】
図７に示すように、組電池１９は、単電池１０を電気絶縁性の高い樹脂成形品からなる２つのホルダ１１で、単電池１０の円周方向に対して上下方向すなわち単電池の長手方向から挟み込むように構成されており、４個の単電池１０は互いに金属ブスバにスポット溶接されることによって電気的に直列に接続されている。また、組電池１９には、各単電池１０の電圧を検出するとともに、電圧（単電池１０の充放電状態である容量）を調整するための電圧検出線５８（図１０参照）が接続されている。金属ブスバは電圧検出線５８を構成する図示しないフレキシブル基板を介して一方の（図７に示す左側の）ホルダ１１に集約されており、作業性を向上させるために、組電池１９の組み立て前に金属ブスバと図示しないフレキシブル基板とは予め接続されている。すなわち、フレキシブル基板には電圧検出線５８を構成する複数の導線がプリント被覆されており、導線の一端側が金属ブスバに接続されており、他端側がコネクタに集約されている。
【００２９】
また、単電池１０は、組電池１９の側面に外部端子が位置するようにホルダ１１で保持（固定）されている。単電池１０の周面が互いに対向するように配置することにより、組電池１９はコンパクトに構成される。さらに、組電池１０は直列接続された４個の単電池１０の外部端子が同一方向に規則的に配置されている（符号１２、１３参照）。このような配置や構造により、作業性の向上に加え、安全性が維持でき、メンテナンスの観点でも良好である。車両に搭載された状態での耐震性も向上し、車両の交通事故時での機械的な衝撃に対しても良好である。
【００３０】
図３から図７に示すように、ホルダ１１間の上下２箇所には、ホルダ１１間の間隔を画定するとともに、単電池１０の外周面側に冷却風を流通させるための断面略Ｕ状のアーチ状ルーバー３６が配設されている。また、ホルダ１１間の中央には、ホルダ１１間の間隔を画定するとともに、単電池１０の内周面側に冷却風を流通させるための断面クロス状の十字状ルーバー３７が配置されている（図６参照）。なお、フレキシブル基板の一部は、コネクタが固定された一方のホルダ１１とは反対側の他方のホルダ（図７に示す右側の）１１側まで十字状ルーバー３７の長手方向に沿って十字状ルーバー３７に固定されている。本実施形態の電源システム１が搭載される車両は、種々の厳しい環境状態で使用される。上記冷風を流通させる構造は、厳しい環境状態での使用において温度の上昇を抑えることができ、装置の小型化と効率的冷却との両立の点で優れている。
【００３１】
一方のホルダ１１には、単電池１０間を接続する単電池間ブスバ３９、正極出力のための正極ブスバ１２、負極出力のための負極ブスバ１３がインサート成形されており、さらに、正極ブスバ１２、負極ブスバ１３にはネジ締結するためのナットがインサートされている。また、他方のホルダ１１にも、単電池間ブスバ３９と交差する方向に２つの単電池間ブスバがインサート成形されている。従って、これらのブスバと単電池１０とをスポット溶接することにより、４本の単電池１０を直列接続した組電池１９を構成することができる。なお、後述するように、特定の組電池１９を構成する単電池１０にはサーミスタ等の温度センサＴＨ１乃至ＴＨ４（図１０参照）が固着されており、この組電池１９からは電圧検出線５８の他に温度センサからの検出線５８も引き出されコネクタに集約されている。
【００３２】
上記組電池の構造および電圧や温度の検出線５８の配置関係は作業性に優れ、しかも装置全体の小型化に優れている。また、この構造の組電池は、他の種類の電源システムにも共用でき、結果として生産性が向上する。さらに、単電池の溶接作業性に優れた構造であり、溶接作業により電気的な接続がなされるので、長い年月において良好に電気接続状態が維持でき、また大電流が流れるにもかかわらず機械的な振動や衝撃に対して安全性や信頼性が維持される。
【００３３】
＜＜組電池ブロック＞＞
図３および図４に示すように、本実施形態では、電池モジュール９の組立性および取り扱いの利便性を向上させるために、断面が略ｈ字状で互いに向き合うように配置された２本のチャネル状ブロックベース４１上に複数個（本実施形態では６個）の組電池１９が配置されて、ホルダ１１に形成された固定孔（雌ネジ部）に螺合するタッピングネジ４２で固定され、隣接する組電池１９同士の負極ブスバ１３と正極ブスバ１２とを締結する組電池間ブスバにより直列接続がなされた組電池ブロック４０が組み立てられる。従って、平行するブロックベース４１に複数の組電池１９を固定する構造のため作業性が向上する。また、組電池１９の生産性が向上し、他の電源システムにおける組電池と共通する構造や寸法関係とすることが可能となる。品質管理のための単電池の検出や生産後のメンテナンスにも優れている。
【００３４】
図３に示すように、ブロックベース４１は、側面に飛び出し組電池ブロック４０を側方から下蓋４５（図５参照）に固定するための複数のフランジ４３と４４を有している。このフランジは２種類あり、便宜上、電池モジュール９の外側に位置するものをブロックフランジ４３、内側に位置するものをブロックフランジ４４とする。換言すると、電池モジュール９の外側に位置する面を組電池１９のコネクタが固定されている面とすると、この面でのブロックベース４１にはブロックフランジ４３が配設されている。ブロックフランジ４３は、下蓋４５と上蓋４６（図２や図６参照）とで挟み込まれ、下蓋４５と上蓋４６との締結と同時にブロックベース４１も締め付けられ固定されている（図２も参照）。また、ブロックベース４１の両端には、組電池ブロック４０を正面および背面側から下蓋４５に固定するためのブロックベース丸穴４７が形成されている。このような構造あるいは配置は作業性や生産性に優れている。
【００３５】
図４に示すように、組電池ブロック４０の上部には、断面略Ｌ字状でチャネル状のブロック補強板５１がブロックベース４１と平行に配置されている。組電池１９は、タッピングネジ４２により、正面および背面側からブロック補強板５１に固定されている。コネクタが固定された面側のブロック補強板５１には、組電池ブロック４０を構成する各組電池１９の電圧および温度の検出線５８に接続された検出用ハーネス５２が固定されている。すなわち、結束バンド５４を装着するためのケーブルタイ５５がタッピングネジ４２でブロック補強板５１に取り付けられており、検出用ハーネス５２はこの結束バンド５４でブロック補強板５１に固定されている。また、ブロック補強板５１は、２箇所で湾曲しており丸穴が形成されたブロック補強板湾曲部５６を有している。この丸穴に太い針金で作ったフックを差し込んで組電池ブロック４０の持ち運び等の取り扱いが行われる。この構造により、複数個の組電池１９が固定されて構成される組電池ブロック４０の強度が増す。また、各組電池１９の電圧および温度の検出線５８に接続された検出用ハーネス５２に対する振動や衝撃などに関し、機械的な強度が維持され、さらに電気接続の作業性が優れている。
【００３６】
＜＜電池モジュール＞＞
図５に示すように、下蓋４５は、下蓋ベース６１、（冷却風）導入側固定台６２、（冷却風）排出側固定台６３、ブロック固定台６４、補強ルーバー６５、センターポール６６の６種類の部品よりなる。
【００３７】
下蓋ベース６１はモジュールケース９ａの正面、底面、背面を構成している。下蓋ベース６１の正面部は、中央両側に、正極強電ケーブル８１や負極強電ケーブル８２（図２参照）を取り出すための丸穴が形成されており、下側に、冷却風を導入するためのスリット状の吸気口１４が形成されている。また、下蓋ベース６１の正面部の上面側および左右側面側端部はＬ字状に折り曲げられている。一方、下蓋ベース６１の背面部の下側には、正面部に形成された吸気口１４に対応する位置に、冷却風を排出するためのスリット状の排気口１５が形成されている（図１、図６参照）。下蓋ベース６１の底面部からは、下蓋ベース６１の底面より上方に位置し、略水平面を有する下蓋フランジ部６８が左右側方に張り出している。下蓋フランジ部６８の端部には、上方に屈曲した屈曲リブ６９が形成されている。
【００３８】
下蓋ベース６１の底面部の正面部側には、組電池ブロック４０のブロックベース４１を正面側から固定するとともに、吸気口１４から導入された冷却風を補強ルーバー６５まで案内するための導入側固定台６２が固定されている（図６も参照）。一方、下蓋ベース６１の底面部の背面部側には、組電池ブロック４０のブロックベース４１を背面側から固定するとともに、電池モジュール９内を流通した冷却風を上面に形成された２つの排出口７２を介して排気口１５まで案内するための排出側固定台６３が固定されている（図６も参照）。また、下蓋ベース６１の底面部の長手方向中央に沿って、上蓋４６の長手方向中央部を支持し上蓋４６と結合（ネジ締結）するためのセンターポール６６（図２も参照）、電池ブロック４０のブロックベース４１のブロックフランジ４４を固定するためのブロック固定台６４が交互に固定されている。この構造により全体形状が比較的小型であるにもかかわらず、優れた冷却特性が得られる。
【００３９】
さらに、下蓋ベース６１には、下蓋ベース６１の底面強度を補強するとともに、組電池ブロック４０毎に冷却風を供給するための補強ルーバー６５が固定されている。補強ルーバー６５の長手方向中央は、下蓋ベース６１の底面部に当接しており、下蓋ベース６１に固定されたセンターポール６６およびブロック固定台６４を挿通するための丸穴および矩形穴が形成されている。補強ルーバー６５の長手方向中央を挟む両側は一段高くなっており（以下、この部分をダクト形成部という。）、下蓋ベース６１とともに開口断面が矩形状のダクト７５が形成されている。補強ルーバー６５のダクト形成部には、組電池１９を構成する単電池１０間に対応する箇所に、矩形状の通風孔７６が形成されている（図６も参照）。吸気口１４に最も近い通風孔は、斜めに傾斜したリブ状の遮へいルーバー７７で開口面積の略半分が覆われている。上記構造により少ない部品数で優れた冷却効果が得られる。
【００４０】
補強ルーバー６５のダクト形成部の側方両側は、長手方向中央と同様に、下蓋ベース６１の底面部に当接している。補強ルーバー６５の側方両側端部は立ち上がっており、さらに、略水平面を有するフランジ部が左右側方に張り出している。補強ルーバー６５のフランジ部は、下蓋ベース６１の下蓋フランジ部６８と面接触して固定されている。また、補強ルーバー６５は、下蓋ベース６１に固定された導入側固定台６２、排出側固定台６３の位置を避けるように、正面および背面側で切り欠かれている。なお、補強ルーバー６５のダクト形成部の導入側固定台６２側の端部は、ダクト７５が吸気口１４と連通するように、導入側固定台６２に挿入されている（図６も参照）。このような構造および構成により、優れた冷却特性が得られる。
【００４１】
図２乃至図３に示すように、下蓋４５には２個の組電池ブロック４０が並設するように固定されている。すなわち、導入側固定台６２、排出側固定台６３に立設されたスタッドボルト７８（図５参照）に、各組電池ブロック４０のブロックベース４１の両端の丸穴４７が挿通されており、スプリング組み込みナットで固定されている。また、組電池ブロック４０のブロックベース４１のブロックフランジＢ４４同士も、ブロック固定台６４上で相対するようにスプリング組み込みナットで固定されている。２個の組電池を併設することにより、電池モジュール全体が比較的小型になる。
【００４２】
図６と図９において、排出側固定台６３の上には、図９に示すセルコントローラ（以下、Ｃ／Ｃと略称する。）８０を内蔵したセルコントローラボックス（Ｃ／Ｃボックス）７９が下蓋ベース６１（図５参照）にネジ固定されている。図９に示すように、Ｃ／Ｃ８０は横長で両面にプリント配線された一枚基板で構成されており、Ｃ／Ｃボックス７９内に上下各４箇所に形成された丸穴を介して直立状態でネジ固定されている。組電池を構成する単電池の側面に対向する関係にＩＣを備えた基板が配置され、このような構造としたため、電池モジュール全体が比較的小空間に収納可能となっている。また、各組電池とＣ／Ｃ８０との配線の煩雑さを解消できる。
【００４３】
Ｃ／Ｃ８０を構成する基板の左右両側端部には電池ブロック４０を構成する各単電池と検出用ハーネス５２を介して接続のためのコネクタ４８、４９がそれぞれ距離を置いて設けられている。検出用ハーネス５２の基板側である一方側に取り付けられたハーネスコネクタ（図４では記載していない）がＣ／Ｃ８０のコネクタ４８、４９に接続されている。すなわち、図２に示すように、検出用ハーネス５２は組電池ブロック４０毎に導出されており、上述したように、電池モジュール９には２つの組電池ブロック４０が収容されるため、Ｃ／Ｃ８０には２つのコネクタ４８、４９が実装されている。２つの組電池ブロック４０に対し、それぞれコネクタを配置することで、配線作業が容易となる。またメンテナンスも行い易い。コネクタ４８と４９の一方が、直列接続された単電池の高電圧側単電池との接続に使用され、コネクタ４８と４９の他方が、直列接続された単電池の低電圧側単電池との接続に使用される。このように直列接続された単電池とＣ／Ｃ８０との接続を、直列接続されている単電池の電位に基づいて複数個に分け、電位状態による上記分割に対応させた複数個のコネクタを使用して単電池とＣ／Ｃ８０との接続を行っている。これにより、各コネクタにより接続される接続内での電位差を小さくできる。このような構成とすることで耐電圧や電流の漏洩さらには絶縁破壊に関して優れた効果が得られる。また各コネクタの接続や開放作業において、コネクタ全体が同時に接続または開放することは困難であり、接続や開放の過程で部分的な接続状態が生じてしまう。上記構成では各コネクタが受け持つ電圧差を小さくできるので、接続や開放の過程で生じる部分接続による電気的な悪影響を抑制できる。
【００４４】
また、Ｃ／Ｃ８０の基板には、電池モジュール９に収容された単電圧の直列接続に対して複数のＩＣが用意されている。１個のＩＣが何個の単電池を受け持つかは、各ＩＣの処理能力により決まる。この実施形態では図１０を参照して後述する如く、４個の単電池に対して１個のＩＣを使用している。しかし、５個や６個の単電池に対して１個のＩＣを使用しても良い。また同一システム内で、４個の単電池に対して１個のＩＣを使用する部分と６個の単電池に対して１個のＩＣを使用する部分と組み合わせても良い。直列接続された単電池の個数が、各ＩＣが受け持つことのできる最適数の倍数とは限らない。この実施形態では４の倍数となっているが、通常４の倍数となるとは限らないので、１個のＩＣが受け持つ単電池の数が同じシステム内で異なることが生じるが、大きな問題とはならない。
【００４５】
直列接続された単電池を、１個のＩＣが受け持つ単電池の数に基づいて複数個のグループに分け、グループ毎に対応するＩＣが決められ、対応するＩＣによって対応するグループを構成する単電池の端子電圧が測定される。上述のとおり、各グループを構成する単電池の数は異なっていてもよい。
【００４６】
この実施形態では偶然組電池１９が有する単電池の数と１個のＩＣが受け持つ単電池の数とが一致しており、１２個の組電池１９に対応して１２個のＩＣで単電池の端子電圧を測定している。信頼性をさらに高めるため二重系の回路配置を成しているので、以下で説明する如く１２個の組電池１９に対応してＩＣ−１Ａ〜ＩＣ−１２Ｂの２４個のＩＣが実装されている。これらのＩＣは、組電池１９に対応して順に実装されているが、詳細については回路図とともに後述する。
【００４７】
また、Ｃ／Ｃ８０の基板からはバッテリコントローラ２０（図１７参照）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、Ｃ／Ｃ８０の基板には、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９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。Ｃ／Ｃ８０の基板では、２つの組電池ブロックに対してそれぞれコネクタ４８、４９が設けられており、このコネクタとは別に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。また上述のとおり、コネクタ４８と４９の一方は直列接続された高電圧側の単電池とＣ／Ｃ８０の基板との接続を行い、コネクタ４８と４９の他方は直列接続された低電圧側の単電池とＣ／Ｃ８０の基板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。
【００４８】
下蓋４５に並設固定された組電池ブロック４０同士は、図示を省略したブロック間接続ブスバにより直列に接続されている。下蓋ベース６１の正面部に形成された丸穴にはグロメットが固定されており、正極強電ケーブル８１、負極強電ケーブル８２が導出されている（図２参照）。これにより、電池モジュール９は、１２個の組電池１９が直列接続され、公称電圧１７０Ｖ、容量５．５Ａｈのバッテリを構成している。ただし、リチウム二次電池は充電状態で端子電圧が変わるので、実際の端子電圧は充電状態に基づき変化する。
【００４９】
なお、直列接続された単電池を対応するＩＣに基づいてグループ分けした各グループを電位の高い方から低い方に最高電位側からグループＡＢ１、次に電位の高いグループをグループＡＢ２、・・・、最低電位側のグループをグループＡＢ１２で表す。また最高電位側のグループＡＢ１を構成する単電池の内の最高電位の単電池１０を単電池Ｂ１、グループＡＢ１の内の次に電位の高い単電池１０を単電池Ｂ２、・・・、最低電位側のグループＡＢ１２の最低電位の単電池１０を単電池Ｂ４８、グループＡＢ１２の内の次に電位の低い単電池１０を単電池Ｂ４７で表し、最高電位側から最低電位側に順に符号を付して説明する（図１０参照）。
【００５０】
また、本実施形態では、組電池１９とグループとが一致している。これは１個のＩＣで４個の単電池の端子電圧の測定や、充電状態のバランス調整を行っているためである。１個のＩＣで４個の単電池を管理することで組電池の数とグループ数とが一致しているが、必ずしも一致させる必要がない。１個のＩＣで他の個数、例えば６個の単電池を管理するようにしても良い。６個の単電池の場合は組電池とグループとは一致しない。
【００５１】
また、本実施形態では、上述した温度センサは、グループＡＢ１、ＡＢ２、ＡＢ１１、ＡＢ１２に対応する４つの組電池１９に配されており、例えば、これらのグループに相当する組電池１９の最高電位側の単電池１（Ｂ１、Ｂ５、Ｂ４１、Ｂ４５）にそれぞれ設けられている。
【００５２】
図２に示すように、上蓋４６はモジュールケース９ａの左側面、上面、右側面を構成している。上蓋４６は特徴的な形状を有しており、正面・背面側が絞られた上蓋絞り部８４が形成されている。すなわち、上蓋４６の左側面、上面、右側面の両端部は、モジュールケース９ａ全体のねじり方向に耐力を増加させるため、下蓋ベース６１の正面部側ないし背面部側に屈曲して狭まっている。また、上蓋４６の左右側面には、後述するカラー９１（図１６参照）の動きを規制するカラーガイド８５が溶接されている。上蓋４６の左右側からは、略水平面を有する上蓋フランジ部８６が張り出している。上蓋フランジ部８６には、ブロックベース４１から飛び出したブロックフランジＡ４３が、下蓋フランジ部６８の上に乗っている状態でその部分を避けるように、フランジ部窪み８７が形成されている。
【００５３】
下蓋フランジ部６８と上蓋フランジ部８６とは、スタッドボルトによりネジ締結されている。また、上蓋絞り部８４と下蓋ベース６１の正面部および背面部もネジ締結されている。なお、上蓋絞り部８４によって、上蓋４６の上面との間に段差が形成されているため、締結後のネジ頭が上蓋４６の上面から飛び出すことがない（図１も参照）。さらに、下蓋ベース６１に立設されたセンターポール６６の頂部には雌ネジが形成されており、上蓋４６と下蓋４５とはこの箇所でもネジ締結されている。上述のごとく、ねじり方向の力に対してモジュールケース９ａは機械的な強度が強い構造となっている。また組み立てが容易な、生産性の優れた構造になっている。
【００５４】
＜電池モジュールの冷却系＞
図６に示すように、電池モジュール９は、ブロアファン１７（図１７参照）により各単電池１０を冷却風で強制的に冷却する強制冷却方式を採用している。すなわち、電池モジュール９の冷却系は、吸気口１４から導入された冷却風が、下蓋４５の導入側固定台６２の内側を通り、補強ルーバー６５と下蓋ベース６１とで形成され、組電池ブロック４０毎に対応したダクト７５を流通し、補強ルーバー６５（のダクト形成部）に形成された各通風孔７６を抜けて、各組電池１９を構成するそれぞれの単電池１０の周囲を回りながら上蓋４６との間に形成されている空間でまとまり、排出側固定台６３の上面に形成された排出口７２からＣ／Ｃボックス７９の下を通り排気口１５から抜けていく構造である。このような構造により、電池モジュール９は、コンパクトでしかも冷却効果が優れた構造になっている。
【００５５】
上述したアーチ状ルーバー３６、十字状ルーバー３７は、組電池１９を構成する２つのホルダ１１間の支柱としての機能と、内部ルーバーとしての機能とを持たせている。ここで冷却上重要な点は、補強ルーバー６５に形成された通風孔７６の位置と開口面積である。本実施形態では、導入側に位置する例えば導入側に最も近い通風孔７６に遮へいルーバー７７を設け、中間部は導入側から遠くなるにつれて通風孔７６の開口面積を小さくし、排出側に位地する例えば最も排出側に近い通風孔７６の面積を大きくしている。この構造により優れた冷却効果が得られる。
【００５６】
排出側では、強制冷却によって熱交換がなされた冷却風が集中するため、通風孔７６の開口面積を絞って流速を増す方法に加え、温度の低い状態の冷却風を大量に当てれば効果が大きく、例えば、中央部を１．０としたときに、通風孔７６の開口面積の比率を、排出側から０．７、０．２５、０．４、０．７、０．８、１．０、１．０、１．０、１．０、１．０、０．６５に設定することで、最適な冷却系の構築が可能となる。
【００５７】
＜セルコントローラ＞
上述したように、Ｃ／Ｃ８０は複数個、例えば、本実施形態ではＩＣ−１Ａ〜ＩＣ−１２Ｂの２４個のＩＣを有している。これらのＩＣは、グループＡＢ１〜ＡＢ１２にそれぞれ対応して設けられている。つまり、ＩＣ−１Ａ、ＩＣ−１Ｂは最高電位側のグループＡＢ１に、ＩＣ−２Ａ、ＩＣ−２Ｂは次に電位の高いグループＡＢ２に対応しており、ＩＣ−１２Ａ、ＩＣ−１２Ｂは最低電位側のグループＡＢ１２に対応している。本実施形態では、主に単電池１０（リチウム二次電池）の過充電検出の確実性を担保するために、グループＡＢ１に対応してＩＣ−１Ａ、ＩＣ−１Ｂ、グループＡＢ２に対応してＩＣ−２Ａ、ＩＣ−２Ｂ、・・・、グループＡＢ１２に対応してＩＣ−１２Ａ、ＩＣ−１２Ｂのそれぞれ２個の同一ＩＣを使用している。各グループに対して２個のＩＣを使用することで二重系とすることができ信頼性を高めている。なお、ＩＣ−１ＡとＩＣ−１Ｂとを、ＩＣ−２ＡとＩＣ−２Ｂとを、・・・、ＩＣ−１２ＡとＩＣ−１２Ｂとを、それぞれ１つのＩＣとして全体のＩＣを半分の１２個のＩＣで構成するようにしてもよい。
【００５８】
図１０に示すように、末尾にＡが付されたＩＣ−１Ａ、ＩＣ−２Ａ、・・・、ＩＣ−１２Ａ（以下、これらをＡグループＩＣと総称する。）は、それぞれ対応する各グループＡＢ１、ＡＢ２、・・・、ＡＢ１２を構成する各単電池Ｂ１〜Ｂ４、Ｂ５〜Ｂ８、・・・、Ｂ４５〜Ｂ４８の電圧を検出する機能と、全単電池Ｂ１〜Ｂ４８の容量を均一化するため、単電池Ｂ１〜Ｂ４８の容量を個別に調整するための容量調整用抵抗Ｒ１が、容量調整対象の単電池と並列に接続されるように内部のスイッチ素子（図１１の符号ＳＷ１〜ＳＷ４参照）をオン、オフ制御する機能とを有している。一方、末尾にＢが付されたＩＣ−１Ｂ、ＩＣ−２Ｂ、・・・、ＩＣ−１２Ｂ（以下、これらをＢグループＩＣと総称する。）は、それぞれ対応する各単電池のグループＡＢ１、ＡＢ２、・・・、ＡＢ１２を構成する各単電池Ｂ１〜Ｂ４、Ｂ５〜Ｂ８、・・・、Ｂ４５〜Ｂ４８の過充電（ＦＦ）を検出する機能を有している。ただし、過充電（ＦＦ）を検出する機能も末尾にＡが付されたＩＣ−１Ａ、ＩＣ−２Ａ、・・・、ＩＣ−１２Ａ（以下、これらをＡグループＩＣと総称する。）に持たせてもよい。このようにすれば末尾にＢが付されたＩＣは完全にバックアップ用となる。
【００５９】
各ＩＣは、Ｖｃｃ、ＢＲ１、ＣＶ２、ＢＲ２、ＣＶ３、ＣＶ４、ＢＲ４、ＶＤＤ、ＴＣＬＫ、ＬＩＮ１２、ＬＩＮ１、ＧＮＤ（グランド）、ＬＩＮ２、ＦＦＩ、ＦＦＯの各端子を有しており、同一回路で構成されている。換言すれば、ＡグループＩＣとＢグループＩＣとは同じ回路構成のＩＣで構成されている。
【００６０】
次に、ＩＣ−１Ａに関連する接続構成について説明する。最高電位側のグループＡＢ１を構成する単電池Ｂ１〜Ｂ４の各正負極間には、高周波側のノイズを除去するためのキャパシタＣ１（本例では、１ｎＦ）がそれぞれ並列に接続されている。Ｖｃｃ端子およびＣＶ２端子間、ＣＶ２端子およびＣＶ３端子間、ＣＶ３端子およびＣＶ４端子間、並びに、ＣＶ４端子およびＧＮＤ端子間には、それぞれ、キャパシタＣ１に対して低周波側のノイズを抑制するためのキャパシタＣ２（本例では、１００ｎＦ）が挿入されている。すなわち以下に述べるインダクタンスＬの単電池側にキャパシタＣ１を設け、またインダクタンスＬの電圧検出回路側にキャパシタＣ２を設け、インダクタンスＬの単電池側で高周波のノイズを除去し、インダクタンスＬの電圧検出回路側で上記キャパシタＣ１より低周波側のノイズを除去する。上記キャパシタＣ１の容量は上記キャパシタＣ２の容量より小さくなっている。上記の構成のより、直流電力を交流電力に変換するインバータ装置が発生するノイズの影響を低減できる。
【００６１】
Ｖｃｃ端子はインダクタＬ（本例では、２２μＨ）を介して単電池Ｂ１の正極に接続されている。なお、インダクタＬには、例えば、数μＨ（例えば、２μＨ）〜１００μＨ程度のものを用いることができる。ＢＲ１端子は容量調整用抵抗Ｒ１（本例では、２００Ω）を介して単電池Ｂ１の負極（単電池Ｂ２の正極、図１０から明らかなように、直列接続された上位側の単電池の負極と下位側の単電池の正極とは同電位のため、以下、上位側の単電池の負極についてのみ説明する。）に、ＣＶ２端子はキャパシタＣ１、Ｃ２とともにＲＣフィルタを構成する抵抗Ｒ２（本例では、１００Ω）を介して単電池Ｂ１の負極に、ＢＲ２端子は容量調整用抵抗Ｒ１を介して単電池Ｂ１の負極に、それぞれ接続されている。ここで容量調整とは直列接続された単電池１０の充放電状態を均一化するように調整するとの意味である。本実施形態では各単電池１０の充放電状態を同じくするように制御している。例えば他の単電池より充電量の多い単電池は容量調整用抵抗を介して放電することで他の単電池と同じ充電状態（ＳＯＣ）に調整することが可能となる。各単電池１０を同じ充電状態に保つことで、各単電池の充電状態が満充電に近づいたとしても、特定の単電池が過充電となるのを防ぐことができる。
【００６２】
ＣＶ３端子は単電池Ｂ２の負極に直接接続されている。ＢＲ３端子は容量調整用抵抗Ｒ１を介して単電池Ｂ３の負極に、ＣＶ４端子は抵抗Ｒ２を介して単電池Ｂ３の負極に、ＢＲ４端子は容量調整用抵抗Ｒ１を介して単電池Ｂ３の負極に、それぞれ接続されている。なお、これらの抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値および機能は上述したものと同じである。以下、同一の符号を付した抵抗の抵抗値、キャパシタの容量およびその機能は、同一符号について既に説明した内容と同じであり、説明を省略する。
【００６３】
また、ＣＶ３端子とＶｃｃ端子との間にはショットキーダイオードＤ３が、ＧＮＤ端子とＣＶ３端子との間にはショットキーダイオードＤ４が挿入されている。さらに、ＧＮＤ端子とＶｃｃ端子との間には、それぞれ容量の異なるキャパシタＣ３（本例では、１μＦ）、キャパシタＣ４（本例では、１００ｎＦ）、キャパシタＣ５（本例では、１００ｐＦ）が接続されている。これらのキャパシタは広い範囲でＩＣ−１Ａに影響するノイズを抑制するものである。また、ＧＮＤ端子とＶｃｃ端子との間には、Ｖｃｃ端子に入るノイズを抑制するためのツェナダイオードＺＤ１が挿入されている。
【００６４】
なお、各ＩＣのＶｃｃ端子は、対応する単電池のグループの最高位の電圧の端子につながっている。また各ＩＣのＧＮＤ端子は対応する単電池のグループの最低位の電圧の端子に繋がっている。例えばＩＣ−1Ａでは、Ｖｃｃ端子はグループＡＢ１の単電池Ｂ１の正極に接続され、ＧＮＤ端子はグループＡＢ１の単電池Ｂ４の負極に接続されている。このように接続することで、グループ分けされた各グループの単電池全体で各グループに対応に対応しているＩＣの動作電力を供給するので、各単電池に対する消費電力を均一化でき、各単電池の充電状態の均一化に繋がる効果がある。また、本実施形態では、グループを構成する単電池の数を同じ個数、この例では４個としている。このように各グループを構成する単電池の数を同じくすることで、各ＩＣの動作電力を各単電池が均等に負担することとなり、各単電池の充電状態の均一化に繋がる効果がある。
【００６５】
図１０で、通信ハーネス５０は上位のバッテリコントローラ２０と繋がっている。ただし、バッテリコントローラ２０は車両のシャーシ電位をグランド（ＧＮＤ）電位すなわち接地電位とし、５ボルトの低電圧で動作している。一方各ＩＣは対応するグループを構成する単電池の最低位電位をＧＮＤ電位とし対応するグループの最高位電位をＶｃｃ端子で受けて動作している。このため、バッテリコントローラ２０につながる通信ハーネス５０は各ＩＣと電気的に絶縁されていることが必要である。電気的に絶縁するために絶縁回路を上位側と低位側とに設けている。上位側インターフェースはＨ−ＩＮＴであり、低位側のインターフェースはＬ−ＩＮＴである。これら上位側インターフェースＨ−ＩＮＴおよび低位側インターフェースＬ−ＩＮＴの点線で示した部分は光に変換されて情報が伝送され、電気的な絶縁が維持されている。
【００６６】
ＧＮＤ端子およびＶＤＤ端子（基準電圧端子）間にはキャパシタＣ６（本例では、１００ｎＦ）が挿入されている。キャパシタＣ６は、ＩＣ−１Ａ内部のロジック回路等の作動電圧を安定化するためのキャパシタである。図１１にＩＣの基本構成を示す。基準電源回路１０４は単電池から供給されるＶｃｃ電圧を受け、ＩＣ内部の回路を動作させるための電圧や比較の基準となる基準電圧を発生するのに使用される定電圧を発生する。この基準電源回路１０４が発生する電圧はアナログデジタル変換器の動作電圧としても使用される。このため基準電源回路１０４はノイズの影響を極力排除した安定な定電圧を発生することが望ましい。それには平滑用のキャパシタを接続することが必要である。平滑用のキャパシタの機能をＩＣ回路内に設けることは得策でないため、ＶＤＤ端子を設け、上記ＶＤＤ端子と上記ＧＮＤ端子との間に上記キャパシタＣ６を接続する。上記キャパシタＣ６は図９で説明したＣ／Ｃ８０の基板に設けられており、前記Ｃ／Ｃ８０の基板に設けられた配線により上記ＶＤＤ端子と上記ＧＮＤ端子とに接続される。キャパシタＣ６は図１０で示されるようにＶＤＤ端子とＧＮＤ端子間に設けられており、Ｖｃｃ電源電圧に対するノイズの影響度と基準電源回路１０４が発生する電源電圧に対するノイズの影響度は異なっており、基準電源回路１０４が発生する電源電圧にはより厳しいノイズ対策が要求されるので、Ｖｃｃ端子のノイズ対策とは別にＶＤＤ端子を設けてより優れたノイズ対策を行えるようにした。このＶＤＤ端子を設けキャパシタＣ６を設ける構造により、各単電池の電圧の検出精度が向上し、これにより各単電池の充電状態の制御精度が大きく向上する効果がある。
【００６７】
ＴＣＬＫ端子はＧＮＤ端子に接続され、機能を停止している。なお、ＩＣ−１Ａは、外部回路との転送に対して、共通のクロックを必要としない方式を取っており、特別な外部クロックの受信を必要としないように作られている。例えば、送受信の開始時に互いのクロックを調整し、その後伝送すべき信号を送受信する方式を採っている。このように特別なクロック信号を外部から受ける必要がないので回路が非常にシンプルとなる。すなわち、本実施形態では各ＩＣとバッテリコントローラ２０との基準電位がそれぞれ異なっており、各ＩＣの基準電位はグループ分けされた単電池の各最低電位で決まる回路構成となっている。さらに、リチウム単電池の端子電圧は充放電状態で大きく変動し、上記各ＩＣの基準電位（ＧＮＤ端子の電位）は常に変動している。従って、共通にクロック回路を設け、この共通クロックを各ＩＣに供給することは簡単ではない。本実施形態では共通クロックを使用しないのでシステム全体が簡単化できる効果がある。
【００６８】
ＬＩＮ１２端子、ＬＩＮ１端子、ＬＩＮ２端子は信号を送受信する端子である。バッテリコントローラ２０と各ＩＣ間の信号伝送は電位の異なる回路間の信号伝送となる。高電位側のＩＣ−１ＡやＩＣ−１Ｂと低電位側のＩＣ−１２ＡやＩＣ−１２Ｂとは電気絶縁のためにフォトカプラを使用して信号を伝送している。一方、高電位側のＩＣ−１Ａと低電位側のＩＣ−１２Ａとの間あるいは高電位側のＩＣ−１Ｂと低電位側のＩＣ−１２Ｂとの間は各ＩＣの入力端子と出力端子をそれぞれループ状に接続する方式で通信を行う。受信端子ＬＩＮ１はノイズの影響を低減するための抵抗Ｒ３（本例では、４７０Ω）を介してそれぞれ隣接するＩＣの受信端子ＬＩＮ２に接続されている。ループ状に接続に接続された送受信端子間を抵抗を介して接続することで送受信のループを介して伝わるノイズを減衰でき、インバータ装置が発生するノイズの影響を低減するのに効果がある。
【００６９】
また、ＬＩＮ１２端子は、大きい電流を供給したい負荷に対して電流を供給するための端子で、バッテリコントローラ２０と絶縁状態で通信を行うための上位側インターフェースＨ−ＩＮＴのフォトカプラＰＨ１のフォトトランジスタ側のコレクタに直接接続されている。フォトカプラＰＨ１の発光ダイオード側にはトランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ１を安定作動させるための抵抗Ｒ４、Ｒ５が接続されている。抵抗Ｒ５の他端側は通信ハーネス５０を構成するＬＩＮ受信線（Ｒｘ）を介してバッテリコントローラ２０に接続されている。
【００７０】
ＧＮＤ端子とＬＩＮ１端子との間には、サージ電圧に対する保護のためのツェナダイオードＺＤ２が挿入されている。ＬＩＮ２端子は、下位側のＡグループＩＣであるＩＣ−２ＡのＬＩＮ１端子に（抵抗Ｒ３を介して）接続されている。従って、ＡグループＩＣは、ＬＩＮ１２端子、ＬＩＮ１端子、ＬＩＮ２端子により、それぞれループ状（以下、デイジーチェーン状という。）に接続されている。なお、ＩＣ−１ＡのＦＦＩ端子、ＦＦＯ端子は使用されていない。
【００７１】
次に、ＩＣ−１Ｂに関連する接続構成について説明する。単電池で構成されたグループＡＢ１側からみると、ＢグループＩＣのＩＣ−１ＢはＡグループＩＣのＩＣ−１Ａと並列に接続されているが、詳述すれば次の通りである。Ｖｃｃ端子およびＣＶ２端子間、ＣＶ２端子およびＣＶ３端子間、ＣＶ３端子およびＣＶ４端子間、並びに、ＣＶ４端子およびＧＮＤ端子間には、それぞれ、キャパシタＣ２が挿入されている。Ｖｃｃ端子はインダクタＬを介して単電池Ｂ１の正極に接続されている。ＣＶ２端子は抵抗Ｒ２を介して単電池Ｂ１の負極に、ＣＶ３端子は単電池Ｂ２の負極に、ＣＶ４端子は抵抗Ｒ２を介して単電池Ｂ３の負極に、それぞれ接続されている。ＧＮＤ端子は、ＩＣ−１ＡのＧＮＤ端子に接続されている。ＧＮＤ端子とＶｃｃ端子との間には、それぞれ、キャパシタＣ４、キャパシタＣ５が接続されている。また、ＧＮＤ端子およびＶＤＤ端子間にはキャパシタＣ６が挿入されており、ＴＣＬＫ端子はＧＮＤ端子に接続されている。
【００７２】
ＩＣ−１Ａの場合と比較し、ＩＣ−１Ｂの接続構成では、キャパシッタＣ１、Ｃ３、インダクタＬ、ショットキーダイオードＤ３、Ｄ４、ツェナダイオードＺＤ１を欠くが、上述したように、ＩＣ−１ＢはＩＣ−１Ａと並列に接続されているため、これらを重複して設ける必要がないためである。これに対し、キャパシタＣ２、抵抗Ｒ２およびキャパシタＣ４、Ｃ５は主に低周波側のノイズを抑制する目的のため、並列に接続されていてもＩＣ−１Ｂから離れすぎるとその影響を受けるため、ＩＣ−１Ｂにも設けたものである。
【００７３】
ＬＩＮ１端子は抵抗Ｒ３を介して上位側インターフェースＨ−ＩＮＴのフォトカプラＰＨ２のフォトトランジスタ側のコレクタに接続されている。フォトカプラＰＨ２の発光ダイオード側には、トランジスタＴｒ２とトランジスタＴｒ２を安定作動させるための抵抗Ｒ４、Ｒ５が接続されている。抵抗Ｒ５の他端側は、通信ハーネス５０を構成しＢグループ系ＩＣを起動させるためのＦＦ受信線（ＦＦＯＮ）を介してバッテリコントローラ２０に接続されている。ＧＮＤ端子とＬＩＮ１端子との間にはツェナダイオードＺＤ２が挿入されている。ＬＩＮ１２端子は直接ＬＩＮ２端子に接続されており、ＬＩＮ２端子は、下位側のＢグループＩＣであるＩＣ−２ＢのＬＩＮ１端子に（抵抗Ｒ３を介して）接続されている。この目的は上述の説明のとおり、送受信ループを介して流れるノイズを低減するためである。
【００７４】
ＬＩＮ１は信号（制御情報）伝送用の入力端子であり、ＬＩＮ２が信号（制御情報）伝送用の出力端子である。ＩＣ内部構造は図１１を使用して後述するが、図１１に示すように、ＬＩＮ１２端子は抵抗Ｒを介して端子Ｖｃｃとつながっている。図１０に示すように、ＩＣ−１ＡのＬＩＮ１２端子から上位側インターフェースＨ−ＩＮＴのフォトカプラＰＨ１のフォトトランジスタ側のコレクタに電圧を供給する。すなわち、図１１でＶｃｃ端子に供給される電圧が抵抗Ｒを介してＬＩＮ１２端子からフォトカプラＰＨ１のフォトトランジスタ側のコレクタに電圧を供給する。図１１のＬＩＮ受信回路１０６からＬＩＮ１端子を介してフォトカプラＰＨ１のフォトトランジスタ側のコレクタに電圧が加わっているが、さらにＬＩＮ１２端子からの電圧も供給されている。フォトカプラＰＨ１のフォトトランジスタは送られてきた信号により作られる光入力信号に基づいて導通や遮断動作を行う。これにより送られてきた信号がＩＣのＬＩＮ１端子に伝達される。例えば送られてきた信号に基づきフォトカプラＰＨ１のフォトトランジスタが遮断状態となるとＬＩＮ１２端子の電圧は抵抗Ｒ３を介してＬＩＮ１端子に加わる。一方、送られてきた信号に基づきフォトカプラＰＨ１のフォトトランジスタが導通状態となると、フォトトランジスタのコレクタ電位は略ＩＣの端子ＧＮＤの電位である低電位となり、ＬＩＮ１端子の電位を下げる。フォトトランジスタが導通状態ではフォトトランジスタにはコレクタ電流としてＬＩＮ１２端子から供給される電流とＬＩＮ１端子から供給される電流が流れている。ＬＩＮ１端子の電位は抵抗Ｒ３の電圧降下に相当する電圧だけ持ち上がるが動作上特に障害とはならない。
【００７５】
フォトカプラＰＨ１は比較的高速で動作するため消費電力が大きく、ＩＣ−１ＡのＬＩＮ１２端子からも電流を供給できる構成としている。ＩＣ−１Ａ以外のＩＣ−１ＢからＩＣ−１２Ｂは、接続相手の電力消費が少ないため、必ずしもＬＩＮ１２端子の機能は必要ではないが、各ＩＣの消費電力の均一化を図り、各単電池の消費電力の均一化を図っている。本実施形態では情報の伝送は全てのＩＣを経由するループを介して行われるので、前記送受信ループを介する送受信に必要な消費電力を各ＩＣに対して均一化する効果がある。また、上述の如く、各ＩＣの消費電力は各ＩＣに対応した各単電池グループ全体の単電池から供給されるように、各ＩＣのＶｃｃ端子は各単電池グループの最高位の単電池の正極端子に接続され、一方各ＩＣのＧＮＤ端子は各単電池グループの最低位の単電池の負極端子に接続されているので、送受信に使用される消費電力は全体の単電池に対して均一化される方向で分担される効果がある。
【００７６】
ＦＦＩ端子、ＦＦＯ端子は、バッテリコントローラ２０およびＢグループＩＣ間で過充電についてデイジーチェーン状に通信を行うための端子である。ＦＦＩ端子は抵抗Ｒ３を介して上位側インターフェースＨ−ＩＮＴのフォトカプラＰＨ３のフォトトランジスタ側のコレクタに接続されている。フォトカプラＰＨ３の発光ダイオード側にはトランジスタＴｒ３とトランジスタＴｒ３を安定作動させるための抵抗Ｒ４、Ｒ５が接続されている。抵抗Ｒ５の他端側は通信ハーネス５０を構成しＢグループＩＣの過充電検出伝達テストを行うためのＦＦ入力線（ＦＦＩＮ）を介してバッテリコントローラ２０に接続されている。ＧＮＤ端子とＦＦＩ端子との間にはツェナダイオードＺＤ２が挿入されている。一方、ＦＦＯ端子は、下位側のＢグループＩＣであるＩＣ−２ＢのＦＦＩ端子に（抵抗Ｒ３を介して）接続されている。
【００７７】
ＩＣ−２Ａ、ＩＣ−２Ｂの接続構成も原則としてＩＣ−１Ａ、ＩＣ−１Ｂと同じである。異なる接続構成は、ＩＣ−２Ａについては、Ｖｃｃ端子が上位側ＡグループＩＣであるＩＣ−１ＡのＧＮＤ端子に直結されている点、ＬＩＮ１端子が抵抗Ｒ３を介してＩＣ−１ＡのＬＩＮ２端子に接続されている点であり、ＩＣ−２Ｂについては、ＬＩＮ１端子が抵抗Ｒ３を介して上位のＢグループＩＣであるＩＣ−１ＢのＬＩＮ２端子に接続されている点、ＦＦＩ端子が抵抗Ｒ３を介してＩＣ−１ＢのＦＦＯ端子に接続されている点である。このような接続構成は、ＩＣ−３Ａ、ＩＣ−３Ｂ、・・・、ＩＣ−１１Ａ、ＩＣ−１１Ｂについても同じである。なお、最上位のＩＣ−１ＡのＬＩＮ１２端子はＩＣ内部でＶｃｃ端子にプルアップされており（図１１参照）、ＩＣ−１ＡのＬＩＮ１２端子をフォトカプラＰＨ１に接続することで、プルアップ抵抗として使用されている。
【００７８】
最下位に位置するＩＣ−１２Ａ、ＩＣ−１２Ｂも原則として上記接続構成と同じである。異なる接続構成は、ＩＣ−１２Ａについては、ＬＩＮ２端子がバッテリコントローラ２０と絶縁状態で通信を行うための下位側インターフェースＬ−ＩＮＴのフォトカプラＰＨ４の発光ダイオード側のアノードに接続されている点であり、ＩＣ−１２Ｂについては、ＦＦＯ端子が下位側インターフェースＬ−ＩＮＴのフォトカプラＰＨ５の発光ダイオード側のアノードに接続されている点である。フォトカプラＰＨ４のフォトトランジスタ側にはトランジスタＴｒ４とトランジスタＴｒ４を安定作動させるための抵抗Ｒ６が接続されている。抵抗Ｒ６の他端側は通信ハーネス５０を構成するＬＩＮ送信線（Ｔｘ）を介してバッテリコントローラ２０に接続されている。一方、フォトカプラＰＨ５のフォトトランジスタ側にはトランジスタＴｒ５と抵抗Ｒ６が接続されている。抵抗Ｒ６の他端側は通信ハーネス５０を構成するＦＦ出力線（ＦＦＯＵＴ）を介してバッテリコントローラ２０に接続されている。なお、一般に、本実施形態のような回路では、ＬＩＮ１端子に加わる電圧はＩＣの作動電圧より高い。
【００７９】
上位側インターフェースＨ−ＩＮＴのフォトカプラＰＨ１のフォトトランジスタは高速で信号の授受を行える回路となっており、他のフォトカプラＰＨ２およびＰＨ３より消費電力が大きい。また他のＩＣより消費電力が大きい、このためＬＩＮ１端子に加えＬＩＮ１２端子からも電流を供給できるようにしている。ＩＣ−１ＢからＩＣ−１２Ｂの回路ではＬＩＮ２端子の送信相手の消費電力が小さいため、ＬＩＮ１２端子を必ずしも必要としないが、各単電池の消費をできるだけ均一化した方が良いので、ＬＩＮ１２端子をＬＩＮ２端子と繋ぐことで各ＩＣの消費電力を均一化し、これにより直列接続された各単電池の消費電力を均一化している。
【００８０】
また、全てのＩＣのＧＮＤラインにインダクタを入れてノイズ抑制効果を同一にするために、最下位の単電池Ｂ４８の負極とグランド（ＧＮＤ）との間にはインダクタＬ’（本例では、２２μＨ）が挿入されている。なお、上述した温度センサＴＨ１〜ＴＨ４からのリードは、Ｃ／Ｃ８０の基板を中継して通信ハーネス５０によりバッテリコントローラ２０に接続されている（図１０のＴＨ１〜ＴＨ４参照）。
【００８１】
次に、ＡグループＩＣによる各単電池の容量調整について簡単に説明する。例えば、単電池Ｂ２の容量（電圧）調整を図る場合には、充放電中に、ＩＣ−１Ａ内部のＢＲ２端子およびＣＶ３端子間に設けられＦＥＴ等のスイッチ素子ＳＷ２を所定時間オン状態とすることで（図１１も参照）、容量調整用抵抗Ｒ１を介してスイッチ素子ＳＷ２のドレイン端子−ソース端子間に電流が流れ、電流が容量調整用抵抗Ｒ１で熱消費され、単電池Ｂ２の容量調整を行うことができる。
【００８２】
図１１に各ＩＣの基本構成を示す。また、図１８に電圧検出回路１０１の基本構成を示す。各ＩＣは、単電池で構成されたグループのうち電圧検出対象の単電池を選択するためのマルチプレクサとマルチプレクサで選択した単電池のアナログ電圧をデジタル電圧に変換するためのＡＤコンバータとを有して構成された電圧検出回路１０１、高精度の基準電源を生成する基準電源回路１０４、論理演算機能を有するロジック回路１０３、入力側がＬＩＮ１端子に接続され出力側がロジック回路１０３に接続されたＬＩＮ受信回路１０６、入力側がロジック回路１０３に接続され出力側がＬＩＮ２端子に接続されたＬＩＮ送信回路１０７、入力側がＦＦＩ端子に接続され出力側がロジック回路１０３に接続されたＦＦ入力回路１０８、入力側がロジック回路１０３に接続され出力側がＦＦＯ端子に接続されたＦＦ出力回路１０９、ロジック回路１０３に接続され容量調整抵抗Ｒ１が対応する単電池と並列に接続されるようにスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４の導通や遮断動作を制御するスイッチ制御回路１０２等を有して構成されている。
【００８３】
ロジック回路１０３は、上位からの情報を受信し下位への情報を送信する制御、さらに対応するグループを構成する単電池の端子電圧を電圧検出回路により周期的に検出し、この値を保持するとともに、受信した信号の命令に基づき検出した単電池の端子電圧を送信する制御を行う。
【００８４】
図１１に示すとおり、各ＩＣは対応するグループを構成する単電池の数のスイッチ素子を有している。本実施形態では４個のＳＷ１〜ＳＷ４を有している。スイッチ素子ＳＷ１は図１０に示す抵抗Ｒ１を介して単電池Ｂ１の端子間に並列接続されている。またスイッチ素子ＳＷ２は図１０に示す抵抗Ｒ１を介して単電池Ｂ２の端子間に並列接続されている。スイッチ素子ＳＷ３同様に抵抗Ｒ１を介して単電池Ｂ３の端子間に、またスイッチ素子ＳＷ４抵抗Ｒ１を介して単電池Ｂ４の端子間にそれぞれ並列に接続されている。この回路構成で単電池の平均充電量（平均容量）に対して充電量の多い単電池は上記並列回路で充電電力を放電することで充電量の均一化を図ることができる。上記スイッチ素子による放電回路の導通や遮断動作はスイッチ制御回路１０２によって制御される。このように各ＩＣ内部に単電池の充電状態を均一化するためのスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４を組み込んだので、システム全体が非常に簡素化でき、電池モジュールの製造工程における作業性が向上する。また電池モジュールの信頼性も向上する効果がある。さらに電力を消費させるための抵抗Ｒ１（図１０参照）をＩＣの外部に設けるようにしたので、ＩＣの発熱を低減できＩＣの大型化を低減できる。
【００８５】
図１８に示すように、ロジックコントローラ１０３は周期的にマルチプレクサＭＵＸおよびアナログデジタル変換回路ＡＤＣを制御して、ＩＣに対応するグループの単電池の端子電圧を所定の順に検出する。マルチプレクサＭＵＸがＶｃｃ端子とＣＶ２端子を選択すると、グループを構成する単電池の内の最も上位の単電池の端子電圧が演算増幅器ＯＰＡＭＰに入力される。演算増幅器ＯＰＡＭＰに入力された端子電圧は所定の割合で縮小されおよび基準電位が合わせられ、アナログデジタル変換回路ＡＤＣでデジタル値に変換され。デジタル変換された端子電圧は図１１の回路（シフトレジスタ参照）内に一時記憶され、送信命令に基づいて送信される。
【００８６】
図１８でマルチプレクサＭＵＸがＣＶ３端子とＣＶ３端子を選択すると、グループを構成する単電池の内の上位から２番目の単電池の端子電圧が演算増幅器ＯＰＡＭＰに入力される。このようにマルチプレクサＭＵＸによって順にグループ内の単電池の端子電圧が演算増幅器ＯＰＡＭＰに入力されて所定割合で縮小されまた基準電位が合わされて、デジタル変換される。以下この制御が繰り返され、ＩＣに対応するグループの単電池の端子電圧を所定の順に検出する。図１８でマルチプレクサＭＵＸおよび演算増幅器ＯＰＡＭＰとアナログデジタル変換回路ＡＤＣとは端子ＧＮＤの電位を基準として動作する。端子ＧＮＤの電位は単電池の電位で変化するが、マルチプレクサＭＵＸおよび演算増幅器ＯＰＡＭＰとアナログデジタル変換回路ＡＤＣとは同じ基準電位で変化するので、これらの回路は正確に動作する。マルチプレクサＭＵＸおよび演算増幅器ＯＰＡＭＰは対応するグループの最大電圧Ｖｃｃが入力されるので、Ｖｃｃより高い電圧、例えば３８Ｖ、まで対応できる回路となっている。一方、アナログデジタル変換回路ＡＤＣは図１１に記載の基準電源回路１０４が発生する定電圧３．３Ｖで動作するように作られている。このようにすることで正確に単電池の端子電圧を計測できる。図１８で、演算増幅器ＯＰＡＭＰで入力された各単電池の端子電圧の電位を変換し、被測定対象である各単電池の端子電圧の変化幅を共通の範囲に合わせることで、アナログデジタル変換回路ＡＤＣの回路の耐圧を下げることができる。また上述のとおり、アナログデジタル変換動作の精度を高くできる効果がある。
【００８７】
図１１において、各ＩＣ内には、ダイオード、ツェナダイオードで構成され、各ＩＣをノイズおよびサージ電圧から保護するための保護回路が設けられている。これらの保護回路の中には、アノード側がＣＶ３端子に接続されカソード側がＶｃｃ端子に接続されたダイオードＤ５、アノード側がＧＮＤ端子に接続されカソード側がＬＩＮ１端子に接続されたツェナダイオードＺＤ６、アノード側がＧＮＤ端子に接続されカソード側がＬＩＮ２端子に接続されたダイオードＤ７、アノード側がＧＮＤ端子に接続されカソード側がＦＦＩ端子に接続されたツェナダイオードＺＤ８、アノード側がＧＮＤ端子に接続されカソード側がＦＦＯ端子に接続されたダイオードＤ９が含まれている。
【００８８】
＜Ｃ／Ｃ８０のノイズ対策＞
ここで、本実施形態のＣ／Ｃ８０のノイズおよびサージ対策について説明する。下表１は、インバータなどの電池モジュールの接続相手が発生するノイズの対策状況を示す。
【００８９】
【表１】
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【００９０】
１．インダクタＬの挿入
例えば、ＡグループＩＣについて着目すると、ノイズを抑制するために、図１２（Ａ）に示すように、下位ＩＣ（例えば、ＩＣ−７Ａ）のＶｃｃ端子がインダクタを介してグループを構成する単電池の最上位端子、すなわち上位ＩＣ（例えば、ＩＣ−６Ａ）のＧＮＤ端子に接続する。図１２（Ｂ）に示すように、下位ＩＣに対応する単電池のグループに６０Ｖｐｐ（ピークツーピークボルト）のノイズを加える。ＩＣのＶｃｃ端子と単電池の端子間への上記インダクタの挿入により、ノイズの印加にかかわらず、図１２（Ｄ）に示すように、ＬＩＮ２端子にはノイズは重畳されない。すなわちノイズ抑制の効果がある。しかし、図１２（Ｃ）に示すように、ＬＩＮ１端子にノイズが重畳され、この部分のノイズ抑制に関してはさらに改善されることが望ましい。
【００９１】
図１３（Ａ）に示すように、本実施形態のＣ／Ｃ８０では、下位ＩＣ（例えば、ＩＣ−７Ａ）のＶｃｃ端子が直接上位ＩＣ（例えば、ＩＣ−６Ａ）のＧＮＤ端子に接続されている。従って、図１２（Ａ）の接続構成に対しインダクタＬの挿入位置が変更されている。図１３（Ｂ）に示すように、下位ＩＣに対応する単電池で構成されたグループに６０Ｖｐｐのノイズを加えても、図１３（Ｃ）に示すように、ＬＩＮ１端子にはノイズがほとんど重畳されない。また、ＬＩＮ２端子にもノイズは重畳されない（図１３（Ｄ）参照）。従って、図１２より優れたノイズ抑制効果が得られる。
【００９２】
４８個の電池を直列接続した場合、電池ユニットの電圧変動によるノイズや電池ユニットに外部からノイズが重畳される場合がある。ノイズ対策としてインダクタを挿入することが最も効果的であると考えられる。図１２（Ａ）の接続構成でも、ノイズまたはサージに対する信頼性を高めることができる。本実施形態では、図１３（Ａ）の構成を採用し、さらに、単電池Ｂ４８の負極とグランド（ＧＮＤ）との間にインダクタＬ’を挿入し全てのＩＣのノイズ抑制効果を同一としたので、Ｃ／Ｃ８０の耐ノイズ性が向上している。また、上記では、ＡグループＩＣについて説明したが、これと並列に接続されたＢグループＩＣについても同様である。
【００９３】
２．Ｖｃｃ端子−ＧＮＤ端子間にツェナダイオードＺＤ１を追加
図１３（Ａ）に示すように、Ｖｃｃ端子とＧＮＤ端子との間には、Ｖｃｃ端子をノイズから保護するためのツェナダイオードＺＤ１が挿入されている。これにより、Ｃ／Ｃ８０は耐ノイズ性がより向上している。
【００９４】
３．ＬＩＮ１端子−ＧＮＤ端子間にツェナダイオードＺＤ２を追加
図１３（Ａ）に示すように、ＬＩＮ１端子とＧＮＤ端子との間には、ＬＩＮ１端子をサージ電圧から保護するためのツェナダイオードＺＤ２が挿入されている。これにより、本実施形態のＣ／Ｃ８０は耐サージ性が向上している。
【００９５】
４．ＬＩＮ１端子に抵抗Ｒ３挿入（ＦＦＩ端子に抵抗Ｒ３挿入）
図１１に示すように、電池接続時および作動時のサージ電圧からＬＩＮ端子を保護するために、ＩＣ内部には、ＬＩＮ２端子とＧＮＤ端子との間にダイオードＤ７、ＬＩＮ１端子とＧＮＤ端子との間にツェナダイオードＺＤ６が挿入されている。また、Ｖｃｃ端子およびＬＩＮ２端子間には５ｋΩ程度の抵抗Ｒが挿入されている。しかしながら、図１４に示すように、大きなサージ電圧ＶＮ１が入ると、ＬＩＮ１端子はツェナダイオードＺＤ６で電圧制限され、負の電圧となる。一方、ＬＩＮ１端子が負の電圧となると、ＬＩＮ１端子に直結された上位ＩＣのＬＩＮ２端子に電流制限がかからないため、ダイオードＤ７に大電流が流れて破壊に到る可能性がありこれを抑制することが好ましい。
【００９６】
Ｃ／Ｃ８０では、ＩＣ破壊を防止するために、図１３に示すように、下位ＩＣのＬＩＮ１端子に抵抗Ｒ３が挿入されている。抵抗Ｒ３の抵抗値は、通信に影響を与えない範囲で大きくとることが好ましく、ＩＣメーカの許容範囲内の４７０Ωとした。なお、以上の説明ではＡグループＩＣについて説明したが、図１１に示すように、ＦＦＯ端子とＧＮＤ端子との間にダイオードＤ９、ＦＦＩ端子とＧＮＤ端子との間にツェナダイオードＺＤ８が挿入されており、ＢグループＩＣにおいても同様の問題が生じるおそれがあり、これを抑制することが好ましい。このため、下位ＩＣのＦＦＩ端子にも抵抗Ｒ３が挿入されている。
【００９７】
５．ＣＶ３端子−Ｖｃｃ端子間にショットキーダイオードＤ３を追加
図１０に示すように、ＣＶ２端子、ＣＶ４端子にはＲＣフィルタを構成する抵抗Ｒ２が挿入されているが、ＣＶ３端子は単電池Ｂ２の負極に直結されている。図１５に示すように、電池接続時に、上位のＩＣ（例えば、ＩＣ−１Ａ）のＣＶ３端子と下位のＩＣ（例えば、ＩＣ−７Ａ）のＧＮＤ端子が最初に接触すると、高電圧が上位のＩＣのＣＶ３端子とＶｃｃ端子との間に加わり、ＩＣ内部でＣＶ３端子とＶｃｃ端子との間に挿入されたダイオードＤ５が破壊されることがある。本実施形態では、これを防止するために、ＣＶ３端子とＶｃｃ端子との間に電圧降下の小さいショットキーダイオードＤ３（本例では、定格電流１Ａ）が挿入されている。
【００９８】
６．ＣＶ３端子−ＧＮＤ端子間にショットキーダイオードＤ４を追加
図１０に示すように、ＣＶ３端子−ＧＮＤ端子間にはショットキーダイオードＤ４（本例では、定格電流１Ａ）が挿入されている。上記項目５とは逆に、上位のＩＣのＶｃｃ端子と下位のＩＣのＣＶ３端子とが最初に接触すると、高電圧がダイオードＤ１０（図１１参照）に加わってダイオードＤ１０が破壊されることがある。これを防止するとともに、暗電流のバラツキを抑制するために、ショットキーダイオードＤ４が挿入されている。本発明者らは、図１０に示したＣ／Ｃ回路８０において、全ての電圧検出線５８にスイッチを挿入し、上位側から、下位側から、および、任意にスイッチをオン状態として単電池とＣ／Ｃコントローラとの接続試験を行ったが、いずれの場合にもＩＣ（内部のダイオードＤ５、Ｄ１０）が破壊されないことを確認した。すなわち、電池接続時のサージの発生は避けられないが、ショットキーダイオードＤ３、Ｄ４をＩＣ外部に設けることにより、ほとんどの電流はショットキーダイオードＤ３、Ｄ４側に流れ、ＩＣ内部のダイオードＤ５には、ショットキーダイオードＤ３、Ｄ４に流れる電流の１／２０以下の電流しか流れないことを確認した。
【００９９】
７．Ｖｃｃ端子−ＧＮＤ端子間にキャパシタＣ３追加
Ｃ／Ｃ８０では、Ｖｃｃ端子とＧＮＤ端子との間に容量の大きなキャパシタＣ３（本例では、１μＦ）が挿入されている。このため、Ｖｃｃ端子に入る、さらに低周波側のノイズを抑制することができる。
【０１００】
８．電圧検出端子間にキャパシタＣ２追加
また、Ｃ／Ｃ８０では、各単電池に並列に接続された高周波側のノイズを抑制するキャパシタＣ１とは別に、Ｖｃｃ端子−ＣＶ２端子間、ＣＶ２端子−ＣＶ３端子間、ＣＶ３端子−ＣＶ４端子間およびＣＶ４端子−ＧＮＤ端子間に、キャパシタＣ１より容量の大きいキャパシタＣ２が挿入されている。このため、作動時に各ＩＣに対して低周波側（ｋＨｚオーダー）のノイズを抑制することができる。
【０１０１】
９．グランドプレーンの面積増加
図１０および図１３（Ａ）に示すように、Ｃ／Ｃ８０では、上位ＩＣのＧＮＤ端子と下位ＩＣのＶｃｃ端子とを直結することができる。このため、Ｃ／Ｃ実装基板では、２回路ブロック（例えば、ＩＣ−１Ａ、ＩＣ−１Ｂ、ＩＣ−２Ａ、ＩＣ−２Ｂ）ずつ直結し、大きなグランドプレーン（いわゆるベタパターン）を形成することができる（図９の一点鎖線参照）。従来は１回路ブロック（例えば、ＩＣ−１Ａ、ＩＣ−１Ｂ）単位でしかグランドプレーンを形成することができなかった。このため、Ｃ／Ｃ８０では、グランドプレーンの面積を大きくすることでインピーダンスを下げ、耐ノイズ性を向上させることができる。
【０１０２】
＜Ｃ／Ｃ実装基板＞
図１０に示すように、Ｃ／Ｃ８０は２４個のＩＣの他に、これらのＩＣに外付けされる多くのチップ素子で構成されるという制約と、各ＩＣ間の信号出力端子（ＬＩＮ２端子、ＦＦＯ端子）と信号入力端子（ＬＩＮ１端子、ＦＦＩ端子）とがデイジーチェーン状に接続されるという制約がある。これらの制約を踏まえ、Ｃ／Ｃ８０の基板では、図９に示すように、ＩＣ−１Ａ〜ＩＣ−１２Ｂの２４個のＩＣを被測定対象の単電池の接続状態と対応させて位置決めして実装している。直列接続された単電池の電位は電池の充放電状態により変動し、各ＩＣの被測定対象である単電池の電位は変化する。これに応じてＩＣの基準電位も自動的に変化する。これら変化するＩＣ間で正確に信号の授受を行うことが必要である。このため、被測定対象である単電池の直列接続の関係に関係付けられた位置関係で測定回路を内蔵するＩＣを配置することが望ましい。このようにすることで異なる電位のＩＣ間の信号伝送の煩雑さが解消される。また、信号伝送が容易となり、信号授受の信頼性が高くなる。電位の異なるＩＣ間の信号伝送は色々な影響を受けやすく、例えば外部ノイズや浮遊容量の影響を受けにくくすることが望ましい。本実施形態では単電池の接続関係と関係付けてＩＣを配置することで上記影響を少なくしている。さらに、各ＩＣはその基準電位の近いものが近くに配置される位置関係となるので、信号伝送のための配線が短くなり、上記影響など、いろいろな悪影響が少なくなり高い信頼性が得られる。
【０１０３】
本実施形態では具体的には、基板上で画定される矩形状連続直線ｌ−ｌ’の矩形長辺上に４個ずつ、単電池で構成されたグループの電位順に従って、最高電位側のＩＣ−１Ａ、ＩＣ−１Ｂから最低電位側のＩＣ−１２Ａ、ＩＣ−１２Ｂまで順に連続して実装している。また、本実施形態では、最もコンパクトに２４個のＩＣを実装するため、矩形状連続直線ｌ−ｌ’の矩形短辺間の距離（長さ）を同じにしている。また、基準電位の近いＩＣが近くに配置されるように実装している。
【０１０４】
また、容量調整用抵抗Ｒ１とＡグループＩＣ内部のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４（図１１参照）とで構成される容量調整回路は、容量調整時に容量調整用抵抗Ｒ１が発熱することから、４８個の容量調整用抵抗Ｒ１は、矩形状連続直線ｌ−ｌ’から離間したコネクタ４８、４９の近傍の領域（図９の破線の領域）に２分割してまとめて実装されている。一方、上位側インターフェースＨ−ＩＮＴおよび下位側インターフェースＬ−ＩＮＴを構成するフォトカプラＰＨ１〜ＰＨ３、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ３、抵抗Ｒ４、Ｒ５、および、フォトカプラＰＨ４、ＰＨ５、トランジスタＴｒ４、Ｔｒ５、抵抗Ｒ６は、通信ハーネス５０が導出されるコネクタの近傍であって基板の上部の領域（図９の二点鎖線の領域）に上位側と下位側とに分けて実装されている。なお、これら以外のチップ素子は対応するＩＣの近傍に実装されている。このような配置により、小型化と信頼性の向上との両立が可能となっている。
【０１０５】
＜＜電源システム＞＞
＜電源システムの強電系回路＞
図１７は車両の駆動システムの基本構成を示すと共に、駆動システムにおける電源システムを示す。図１７に示すように、上下に重ねられた電池モジュール９のうちの一方（低電位側）の電池モジュール９の正極強電ケーブル８１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ＳＤ（サービスディスコネクト）スイッチ６のヒューズ側に接続されており、上下に重ねられた電池モジュール９のうちの他方（高電位側）の電池モジュール９の負極強電ケーブル８２は、ＳＤスイッチ６のスイッチ側に接続されている。すなわち、２つの電池モジュール９はＳＤスイッチ６を介して直列接続され、公称電圧３４０Ｖ、容量５．５Ａｈの強電バッテリ（２つの電池モジュール９が直列接続された電源システムのバッテリ）を構成している。なお、ＳＤスイッチ６のヒューズには、例えば、定格電流が１２５Ａ程度のものを用いることができる。このような構成により高い安全性が維持できる。
【０１０６】
また、強電バッテリの負極とインバータ装置１２０との間に挿入された負極側メインリレーＲＬＮと、強電バッテリの正極とインバータ装置１２０との間に挿入された正極側メインリレーＲＬＰと、抵抗ＲＰＲＥを介して正極側メインリレーＲＬＰに並列接続されたプリチャージリレーＲＬＰＲＥとの３つの強電系リレーと、正極側メインリレーＲＬＰとインバータ装置１２０との間に挿入されたホール素子等の電流センサＳＩがジャンクションボックス内に内蔵されている。なお、電流センサＳＩの出力線はバッテリコントローラ２０に接続されている。正極側メインリレーＲＬＰ、負極側メインリレーＲＬＮには、例えば、定格電流が８０Ａ程度のもの、プリチャージリレーＲＬＰＲＥには、例えば、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、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。
【０１０７】
従って、上述した一方の電池モジュール９の負極強電ケーブル８２および他方の電池モジュール９の正極強電ケーブル８１（強電バッテリの負極および正極）は、強電系リレーおよび出力プラグを介して、ハイブリッド車のモータ１３０を駆動するインバータ装置１２０に接続される。このような構成により高い安全性が維持できる。
【０１０８】
インバータ装置１２０は、３４０Ｖの強電バッテリの電源から供給される直流電力を、モータ１３０を駆動するための３相交流電力に変換するインバータを構成しているパワーモジュール１２６と、ＭＣＵ１２２と、パワーモジュール１２６を駆動するためのドライバ回路１２４と、約２０００μＦ程度の大容量の平滑キャパシタ（電解キャパシタまたはフィルムキャパシタでも可）１２８とを有している。
【０１０９】
ＭＣＵ１２２は、上位コントローラ１１０の命令に従い、モータ１３０の駆動時に、負極側メインリレーＲＬＮをオフ状態からオン状態とした後に、正極側メインリレーＲＬＰをオフ状態からオン状態として電源システム１の強電バッテリから電源の供給を受ける。なお、インバータ装置１２０は、レギュレータを介して、ハイブリッド車の制動時にモータ１３０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強電バッテリに回生し強電バッテリを充電する。また、電池モジュール９の充電状態が基準状態より低下した場合、インバータコントローラ１２０は上記モータ１３０を発電機として運転し、上記モータ１３０で発電された３相交流はパワーモジュール１２６で構成されるインバータにより直流電力に変換されて強電バッテリである電池モジュール９に供給され、充電される。
【０１１０】
上述のとおりインバータはパワーモジュール１２６で構成されており、インバータは直流電力と交流電力との間の電力変換を行う。上位コントローラ１１０の命令に従い、モータ１３０をモータとして運転する場合はモータ１３０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１２４を制御し、パワーモジュール１２６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９から直流電力がパワーモジュール１２６に供給される。一方、モータ１３０の回転子の回転に対して遅れ方向回転磁界を発生するようにドライバ回路１２４を制御し、パワーモジュール１２６のスイッチング動作を制御する。この場合はモータ１３０から電力がパワーモジュール１２６に供給され、パワーモジュール１２６の直流電力が電池モジュール９へ供給される。結果的にモータ１３０は発電機として作用することとなる。
【０１１１】
インバータ装置１２０のパワーモジュール１２６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。このとき例えば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１２８が直流回路に設けられている。車載用のインバータ装置１２０ではパワーモジュール１２６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１２６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記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１２８の容量はより大きくなる傾向にある。
【０１１２】
上記インバータの動作開始状態は平滑キャパシタの電荷は略ゼロであり、リレーを介して大きな初期電流が流れ込む。強電バッテリから平滑キャパシタ１２８への初期流れ込み電流が大きくなるので、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。このため、初期状態では、ＭＣＵ１２２は、負極側メインリレーＲＬＮをオフ状態からオン状態とした後に、正極側メインリレーＲＬＰをオフ状態としたまま、プリチャージリレーＲＬＰＲＥをオフ状態からオン状態として抵抗ＲＰＲＥを介して電流を制限しながら上述した平滑キャパシタ１２８を充電する。この平滑キャパシタが所定の電圧まで充電された後は、初期状態は解除され、プリチャージリレーＲＬＰＲＥおよび抵抗ＲＰＲＥは使用されず、上述したように、負極側メインリレーＲＬＮ、正極側メインリレーＲＬＰをオン状態として電源システム１からパワーモジュール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、インバータ装置１２０の安全性を維持できる。
【０１１３】
インバータ装置１２０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１２８はパワーモジュール１２６の直流側端子に接近して配置される。また、平滑キャパシタ自身もインダクタンスを低減できるように作られている。このような構成でキャパシタの初期充電電流が供給されると、高熱を発生して損傷するおそれがある。上記プリチャージリレーＲＬＰＲＥと抵抗ＲＰＲＥとにより上記損傷を低減できる。インバータ装置１２０の制御はＭＣＵ１２２により行われるが、上述のとおり、キャパシタ１２８を初期充電する制御もＭＣＵ１２２により行われる。
【０１１４】
平滑キャパシタとして電解キャパシタやフィルムキャパシタが使用される。キャパシタは低温時に能力が低下する。特に電解キャパシタは機能が低下し、ノイズの除去作用が低下する。キャパシタ１２８で除去できないノイズが電池モジュールに加わり、図１０の回路に誤動作が発生したり、ＩＣ回路が損傷したりする。ノイズ対策に関する上記説明および下記説明はインバータ装置１２０が発生するノイズの対策のために大きな効果を発揮する。
【０１１５】
電源システム１の強電バッテリの負極と負極側メインリレーＲＬＮとの接続線および強電バッテリの正極と極側メインリレー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は、インバータ装置１２０が発生させるノイズを除去して、弱電系回路の誤作動やＣ／Ｃ８０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１２０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は、バッテリコントローラ２０やＣ／Ｃ８０の誤作動を防止する効果をさらに高め、電源システム１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。なお、図１７において、電源システム１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。
【０１１６】
＜電源システムの弱電系回路＞
電源システム１は、弱電系回路を構成する要素として、バッテリコントローラ２０、コンバータボックス２１内に内蔵されバッテリコントローラ２０に１２Ｖ電源を供給するＤＣ／ＤＣコンバータ、ブロアファン１７、ブロアファン１７と一体にユニット化されブロアファン１７を作動させるためのリレー９４、上述したＣ／Ｃ８０および電流センサＳＩを有している。
【０１１７】
コンバータボックス２１内のＤＣ／ＤＣコンバータは、ハイブリッド車の電源となる（ランプ等の補機を作動させる）２４Ｖ系鉛電池（不図示）から電源の供給を受け、この２４Ｖの電圧をチョッパ回路、平滑回路等で１２Ｖに変換してバッテリコントローラ２０の作動電源として１２Ｖの定電圧を供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータはイグニッションスイッチＩＧＮのオン端子に接続されており（図１７のＩＧＮ＿ＯＮ（２４Ｖ）線参照）、イグニッションスイッチＩＧＮがオン位置に位置したときに作動を開始してバッテリコントローラ２０に電源を継続して供給し、シャットダウン制御線を介してバッテリコントローラ２０から電源供給の停止を命令されたときにバッテリコントローラ２０への電源供給を停止する。このような構成により信頼性の高い電源システムが実現されている。
【０１１８】
バッテリコントローラ２０は、後述するように種々の処理演算を行うＭＰＵ、不揮発性のＥＥＰＲＯＭ、ＡＤコンバータ、ＤＡコンバータ、直列接続された２つの電池モジュール９（強電バッテリ）の総電圧を検出するための総電圧検出回路およびＤＣ／ＤＣコンバータを介して供給された１２Ｖ電源から５Ｖ電源（図１０参照）を生成する５Ｖ電源生成回路を有している。
【０１１９】
総電圧検出回路は、強電バッテリの正極に接続されたＨＶ＋端子、強電バッテリの負極に接続されたＨＶ−端子に接続され強電バッテリの総電圧を交流に変換する交流変換器、強電バッテリの高電圧を絶縁するためのトランス、トランスの出力側の電圧を分圧する分圧抵抗、分圧抵抗で分圧された電圧を交流電圧から直流電圧に変換する直流変換器、ＯＰアンプと抵抗で構成され直流変換器で変換された直流電圧を把握するための差動増幅器、差動増幅器から出力されたアナログ電圧をデジタル電圧に変換するＡＤコンバータで構成されており、ＡＤコンバータの出力端子がＭＰＵに接続されている。従って、ＭＰＵは強電バッテリの総電圧をデジタル値で取り込むことができる。このような構成により高い精度が維持でき、また高い信頼性が維持される。
【０１２０】
バッテリコントローラ２０は、イグニッションスイッチＩＧＮのオン端子に接続されており、電源システム１から導出されるメインケーブルに含まれる通信線９６（図１７参照）を介して上位コントローラ１１０と通信を行う。また、電流センサＳＩからの出力線はＡＤコンバータを介してＭＰＵに接続されており、ＭＰＵは強電バッテリに流れる電流をデジタル値で取り込むことができる。さらに、バッテリコントローラ２０内にはＤＡコンバータおよびトランジスタが配されており、ＭＰＵはこれらを介してリレー９４をオン状態としてブロアファン１７を作動させる。このよう動作により信頼性の高い制御が可能となっている。
【０１２１】
また、バッテリコントローラ２０は通信ハーネス５０を介してＣ／Ｃ８０と接続され通信可能であるが、上述したように、通信ハーネス５０には、温度センサＴＨ１〜ＴＨ４からの出力線も含まれている（図１０参照）。これらの出力線はバッテリコントローラ２０に内蔵されているＡＤコンバータによりデジタル信号に変換され、バッテリコントローラ２０に内蔵されているＭＰＵに供給され、種々の制御に使用されている。
【０１２２】
（組立て手順）
次に、本実施形態の電源システム１の組立て手順について、組電池１９、組電池ブロック４０、電池モジュール９、電源システム１の順に段階的に説明する。
【０１２３】
＜組電池１９の組立手順＞
図１乃至図８において、ホルダ１１の単電池１０と接触する湾曲部に接着剤を塗布し、単電池１０を極性が互い違いになるように配設し、加圧して２つのホルダ１１、ホルダ１１間の支柱となる十字状ルーバー３７間のスナップフィットを機能させる。次に、ホルダ１１にインサート成形されて金属ブスバと各単電池１０とをスポット溶接する。なお、単電池１０と２つのホルダ１１との最終固定は接着剤に依存しているが、接着剤が乾燥・固化するまでの間、スナップフィットによる物理的拘束力で十分まかなえる構造が採用されている。このため、接着工程から後の溶接、検査、組み立ての各工程へ乾燥時間を待たなくても移ることができ、時間効率が高くなる。
【０１２４】
また、電圧検出線５８（図１０参照）は図示しないフレキシブル基板を介してコネクタに集約されており（フレキシブル基板の一端側がコネクタとなっており）、単電池１０を金属ブスバにスポット溶接するだけで検圧検出線はコネクタに集約される構造が採られている。コネクタは一方のホルダ１１（図７の右側のホルダ１１）に予め固定されている。このため、電圧検出線５８の接続を著しく簡素化することができる。
【０１２５】
＜組電池ブロック４０の組立手順＞
以上のように作製した組電池１９を、図３に示すように、２つのブロックベース４１が向き合うように平行に配置してタッピングネジ４２で固定して行く。図４に示すように、ブロックベース４１に組電池１９を固定した後、ブロック補強板５１を組電池１９の上部に配置し、ブロックベース４１のときと同様に、タッピングネジ４２で固定する。このとき、電圧検出線５８が配置された面では、結束バンド５４を装着するためのケーブルタイ５５を４箇所、タッピングネジ４２で取り付ける。その後、ケーブルタイ５５の近傍に検出用ハーネス５２を配置し、結束バンド５４で組電池ブロック４０に固定する。そして、検出用ハーネス５２の他側（ハーネスコネクタの反対側）に設けられた６つのコネクタを、組電池ブロック４０を構成する６個の組電池１１のコネクタのそれぞれに差し込む（接続する）ことで、組電池ブロック４０の組立が完了する。このような構造および組立方法により作業性が向上する効果がある。
【０１２６】
＜電池モジュール９の組立手順＞
図２に示すように、下蓋４５に組電池ブロック４０を配置・固定する。このとき、組電池ブロック４０は、ブロック補強板５１のブロック補強板湾曲部５６の丸穴に、太い針金で作ったフックを差し込んで持ち運び等の取り扱いが行われる。組電池ブロック４０のブロックベース４１の両端に形成した丸穴４７を、下蓋４５を構成する導入側固定台６２、排出側固定台６３上のスタッドボルト７８を通してスプリング組み込みナットで締結し固定する。２つの組電池ブロック４０を並設して固定した後、組電池ブロック４０のブロックベース４１から飛び出しているブロックフランジＢ４４同士がブロック固定台６４上で相対しているのを確認してスプリング組み込みナットで締結する。
【０１２７】
組電池ブロック４０の締結が終了すると、Ｃ／Ｃ８０を内蔵したＣ／Ｃボックス７９を、下蓋４５の排出側固定台６３の組電池ブロック４０と下蓋４５との間に挿入し、検出用ハーネス５２（図２に示すように２本導出されている）の先端部のコネクタを、Ｃ／Ｃ８０のコネクタ４８、４９とそれぞれ嵌合させる。その後、下蓋４５の背面の壁側へスライドさせて押し当てて電池モジュール９の外部からネジで締結する。Ｃ／Ｃボックス７９の固定点は４点で、下蓋４５の背面からの横方向固定と、排出側固定台６３上に設けられた溶接ナット部分への上方固定とで行われる。コネクタ同士を締結するには、コネクタを差し込むストローク分の遊びが検出用ハーネス５２側に必要であるが、そうすると必要以上に長くなってしまう。Ｃ／Ｃボックス７９を固定していないフリーの段階でコネクタ同士を接続し、固定点までスライドさせることによって、必要遊びを最小に抑えることができる。
【０１２８】
組電池ブロック４０間の電気的接続を行うブロック間接続ブスバを取り付けネジで締結し、下蓋４５に予め固定されていたグロメット付の正極強電ケーブル８１、負極強電ケーブル８２を夫々の組電池ブロック４０に接続しネジにて締結する。これら強電ケーブルの末端には圧着端子が接続されているため、その取り付けは簡易に行える。
【０１２９】
全ての電気的接続が終了した後、上蓋４６を被せて各ネジで下蓋４５と上蓋４６とを締結する。すなわち、下蓋４５の下蓋フランジ部６８に立設されたスタッドボルト８８と、上蓋４６の上蓋フランジ部８６に形成された丸穴とを介してネジで締結する。このとき、ブロックベース４１から飛び出しているブロックフランジＡ４３が、下蓋フランジ部６８の上に乗っており、フランジ部窪み８７で上蓋４６と下蓋４５とを締結し、組電池ブロック４０も締結する。また、上蓋絞り部８４でも下蓋４５とネジ締結し、上蓋４６の上面とセンターポール６６とをネジ締結することで、電池モジュール９の組立が完了する。
【０１３０】
＜電源システム１の組立手順＞
電源システム１は、例えば、２つの電池モジュール９（図１６参照）を収容する下容器と、この下容器の上部開口を封止する上蓋とで構成された外装ボックス内に収容されている。まず、下容器に出力プラグやケーブル類の取り付けを行う。このとき、ＳＤスイッチ６を配置固定する。なお、図１７に示すように、ケーブル類は、ＤＣ／ＤＣコンバータへの入力線（２４Ｖ、ＧＮＤ）、ＩＧＮ＿ＯＮ（２４Ｖ）線、通信線９６、負極側メインリレーＲＬＮ、正極側メインリレーＲＬＰ、プリチャージリレーＲＬＰＲＥへの入力線で構成されている。
【０１３１】
次に、ケーブル類が固定された下容器内に電池モジュール９を挿入する。このとき、モジュールケース９ａに通気ダクトを取り付ける。電池モジュール９をひも等で吊り下げて挿入してもよいが、最も効率的な方法は吸盤によって持ち上げるサクションパッドを使用することである。１段目の電池モジュール９をネジ締結し、カラー９１、長ボルト９２を用いて２段目の電池モジュール９を固定する（図１６参照）。次に、図１７に示すように、ブロアファン１７およびリレー９４が一体となったブロアダクトケース、各リレーを内蔵したリレーケース１８、ＤＣ／ＤＣコンバータを内蔵したコンバータボックス２１およびバッテリコントローラ２０を電池モジュール９の上方に配置して固定し、ブロアファン１７と電池モジュール９とを予め準備されたダクトで接続し、冷却風の流通経路を確保する。次に、各強電ケーブルを電池モジュール９に接続し電池モジュール９の出力端子とＳＤスイッチ６とを接続し、電源システム１内の電気接続を行う。そして、上蓋および下容器のフランジ同士をパッキンを介して重ね合わせてネジ締結で固定し、電源システム１の組立てが完了する。
【０１３２】
（動作）
次に、図１０、図１１および図１７を参照して、本実施形態の電源システム１の動作について、Ｃ／Ｃ８０のＩＣ、バッテリコントローラ２０のＭＰＵおよび上位コントローラ１１０をそれぞれ主体として説明する。
【０１３３】
＜起動等＞
イグニッションスイッチＩＧＮがオン位置に位置すると、コンバータボックス２１内のＤＣ／ＤＣコンバータは、２４Ｖ系鉛電池からの電源の供給を受け、２４Ｖ電圧を１２Ｖ電圧に変換してバッテリコントローラ２０に１２Ｖ電源を供給する。これにより、バッテリコントローラ２０のＭＰＵは、ＲＡＭに展開されたプログラムおよびプログラムデータに従って初期設定処理を実行し、イグニッションスイッチＩＧＮがオン位置に位置したことを認識すると、スリープ状態にあるＣ／Ｃ８０のＩＣ−１Ａ〜ＩＣ−１２Ｂの各ＩＣを起動させる。すなわち、ＭＰＵは、ＬＩＮ受信線（Ｒｘ）およびＦＦ受信線（ＦＦＯＮ）に起動信号（ウェークアップ信号）を出力し上位側インターフェースＨ−ＩＮＴのフォトカプラＰＨ１、ＰＨ２を介してＡグループＩＣのＩＣ−１ＡおよびＢグループＩＣのＩＣ−１Ｂに起動信号を伝達する。
【０１３４】
このような信号には、例えば、８ビットを１単位とした５バイト信号を用いることができる。本例では、信号が来たことを示すブレークフィールド（先頭の８ビット）、同期をとるためのシンクロナイズドフィールド（２番目の８ビット）、特定のＩＣへのコマンド（制御指令）であることを識別するためのアイデンティファイアフィールド（３番目の８ビット）、コマンド内容を表すデータフィールド（４番目の８ビット）、チェックデジット（５番目の８ビット）で信号が構成されている。このような起動方法により、動作停止時の電力消費を抑えられると共に、ループ状信号伝送路を介して各ＩＣ回路の起動動作が行える効果がある。また動作の信頼性も高い。
【０１３５】
ＩＣ−１ＡのＬＩＮ受信回路１０６は、ＬＩＮ１端子に伝達された信号の電位を変換し、この信号を基準電源回路１０４に伝達する。これにより、基準電源回路１０４が起動し、基準電源回路１０４は図示を省略したトランジスタを介してＩＣ−１Ａに外付けされたキャパシタＣ６を充電する。キャパシタＣ６の電圧が、ＶＤＤ端子に加えられる電圧（５Ｖ）よりわずかに小さい規定値以上になると、ロジック回路１０３が起動する。その後、キャパシタＣ６の電圧は一定値（５Ｖまたは３．３Ｖなど）に制御される。ロジック回路１０３は、ＭＰＵから伝達された起動信号を認識し、これをＬＩＮ送信回路１０７によりＬＩＮ２端子を介して１つ低電位側のＩＣ−２Ａ（のＬＩＮ１端子）に伝達する。同様にして、以下、ＩＣ−２Ａ〜ＩＣ−１２Ａが起動する。ＩＣ−１２Ａは、下位側インターフェースＬ−ＩＮＴのフォトカプラＰＨ４を介してＭＰＵに起動信号を戻す。このような起動動作はＢグループＩＣにおいても同じであるが、ＩＣ−１２Ｂは、下位側インターフェースＬ−ＩＮＴのフォトカプラＰＨ５を介してＭＰＵに起動信号を戻す。キャパシタＣ６は基準電源回路１０４の安定化のために設けられているが、上述の如き動作も行っている。
【０１３６】
ＭＰＵは、戻された信号により、全てのＩＣがスリープ状態から起動したことを認識する。次いで、ＭＰＵは、ＦＦ入力線（ＦＦＩＮ）にテスト信号を出力しＢグループＩＣ全体が過充電（ＦＦ）を検出した場合に正常にグループ間で伝達可能かを確認する。ＦＦＩ端子にテスト信号が入力されると、ロジック回路１０３が起動したＩＣ−１Ｂは、ＦＦ出力回路１０９からＦＦＯ端子を介してテスト信号をそのまま（レジスタに一旦格納されたテスト信号を）下位のＩＣ−２Ｂ（のＦＦＩ端子）に出力する。以下、同様に、ＩＣ−３Ｂ〜ＩＣ−１２Ｂにテスト信号が伝達され、ＩＣ−１２Ｂは、下位側インターフェースＬ−ＩＮＴのフォトカプラＰＨ５を介してＭＰＵにテスト信号を戻す。これにより、ＭＰＵは、ＢグループＩＣに機能障害やデイジーチェーン状に接続された伝達系統（ネットワーク）に断線等がないことを確認することができる。
【０１３７】
起動後、ＢグループＩＣは、ＡグループＩＣとは独立して作動し、ＢグループＩＣに属するいずれかのＩＣが単電池の過充電（ＦＦ）を検出すると、ＩＣ−１２Ｂまで、ＦＦＩ端子、ＦＦＯ端子が伝達系統を利用し、ＩＣ−１２ＢのＦＦＯ端子からフォトカプラＰＨ５を介して、特定の単電池の過充電をＭＰＵに報知する。上述した起動時のテストおよびＢグループＩＣの独立動作により、単電池１０にリチウム二次電池を用いても、高い安全性と信頼性を確保することができる。なお、ＢグループＩＣは、ロジック回路において、電圧検出回路で測定した各単電池の電圧が予め定められた過充電電圧（例えば、４．３５Ｖ）を越えるか否かを判断し、越える場合に過充電、越えない場合に正常と判断する。この場合、ＢグループＩＣ間およびＭＰＵに伝達される信号は、アイデンティファイアフィールドが過充電を検出したＩＣを識別するための情報、データフィールドが過充電となった単電池を特定するための情報となる。このような構成および検出方法により、検出の信頼性が向上し、ひいてはシステムの安全性が向上する。
【０１３８】
ＭＰＵは過充電の報知を受けると、上位コントローラ１１０にその旨を報知する。上位コントローラ１１０は、インバータ装置１２０の回生制動による強電バッテリへの充電をあるいは発電機としての運転によるバッテリの充電を直ちに停止させ、特定の単電池の過充電状態を解消するために、モータ１３０を力行運転モードで、すなわち車両の駆動トルクをモータ１３０が発生する運転モードで、車両を走行させる。この運転モードはモータ１３０の回転子の磁極位置より、インバータ装置の動作によりモータ１３０の固定子に発生する回転磁界の位置が進み側になることで達成される。すなわち、モータ１３０の回転子の回転速度と同速度で、固定子が発生する回転磁界を回転させると、モータ１３０は電力もトルクも発生しない状態となる。この状態ではバッテリの充電は停止する。さらに、モータ１３０の回転子の回転速度より、固定子が発生する回転磁界を早くするとモータ１３０トルクを発生し、バッテリの電力を消費する。このような方法やシステム構成により、高い安全性が維持できる効果がある。
【０１３９】
ＢグループＩＣに問題がないことを確認すると、ＭＰＵは、通信線９６を介して上位コントローラ１１０に起動が完了したことを報告した後、次の指令に移る。すなわち、ＭＰＵは、上位側インターフェースＨ−ＩＮＴのフォトカプラＰＨ１を用いてコマンドをＩＣ−１Ａ〜ＩＣ−１２Ａへ送出する。このようなコマンドには、後述するように、各単電池の電圧検出指令や容量調整指令が含まれる。
【０１４０】
ＩＣ−１Ａは、ＬＩＮ１端子で得られたコマンド信号をＬＩＮ受信回路１０６で電位変換し、ロジック回路１０３で解読する。そして、この信号をレジスタに一旦格納し、同じ同一信号を、ＬＩＮ送信回路１０７を介してＩＣ−２Ａに送出する。下位のＩＣ−２Ａ〜ＩＣ−１２Ａも同様な動作を実行する。そして、最下位のＩＣ−１２Ａは、フォトカプラＰＨ４を介してコマンド信号をＭＰＵに戻す。
【０１４１】
ＭＰＵは、戻ってきたコマンド信号を確認し、正常な場合は次の制御指令を送出する。ＭＰＵは信号電圧に関する誤り回数を積算し、回数が許容回数以下の場合は、やり直しのために同じコマンド信号をＩＣ−１Ａに送出する。一方、誤り回数の割合が許容値以上に達した場合は、異常と判断して、上位コントローラ１１０へ異常信号を出力する。
【０１４２】
Ｃ／Ｃ８０のＩＣ−１Ａ〜ＩＣ−１２Ａ間は、ＬＩＮ１端子とＬＩＮ２端子とでデイジーチェーン状に接続されており、コマンド信号で制御情報を伝達するため、ＩＣ−１Ａ〜ＩＣ−１２Ａまで制御情報が届くまでに時間遅延があるが、この間の単電池１０の電圧変化は極めて小さく実用上なんらの問題も生じない。一方、ＭＰＵはＩＣ−１Ａへ送出したコマンド信号とＩＣ−１２Ａから戻ったコマンド信号とを比べることで、いずれかのＩＣが誤った場合もこれを検出できる。特に、インターフェースＨ−ＩＮＴ、Ｌ−ＩＮＴを介してコマンド信号を送り、ＤＣ／ＤＣコンバータを内蔵するとともにインバータ装置１２０に接続された本実施形態の電源システム１では、これらが発生するノイズの影響を考慮する必要があるが、ＭＰＵは１つずつのコマンドが全てのＩＣ−１Ａ〜ＩＣ−１２Ａで正確に認識されたことを確認でき、システムの信頼性を向上させることができる。すなわち、上述の起動方法により、信頼性の高い制御が可能となる。また、異常状態を確認でき、安全性の高い制御が実現可能となる。
【０１４３】
＜電圧検出＞
ＭＰＵは、電源システム１が充放電停止状態にある場合に、ＩＣ−１Ａ〜ＩＣ−１２ＡにフォトカプラＰＨ１を介して電圧検出コマンドを送出する。電源システム１が充電状態、放電状態、休止状態のいずれにあるかは電流センサＳＩからの出力を監視することでＭＰＵは判断可能であるが、車両の走行中には強電バッテリ、インバータ装置１２０間での充放電が行われるため、この電圧検出コマンドはバッテリの充放電停止状態にある場合に行われる。また、単電池に非晶質炭素を負極活物質に用いたリチウム二次電池の場合、単電池の開回路電圧と充電状態（ＳＯＣ）ないし容量との相関が極めて高く、充放電停止状態にある場合に電圧検出コマンドを発することで正確に各単電池のＳＯＣ等の電池状態を把握できる。
【０１４４】
ＭＰＵおよびＩＣ−１Ａ〜ＩＣ−１２Ａは、上述した起動時の動作を実行し、ＭＰＵは通信線９６を介して上位コントローラ１１０に起動が完了したことを報告する。この報告を受けると、上位コントローラ１１０は、ＭＰＵに電圧検出命令を発出する。
【０１４５】
ＭＰＵは、ＩＣ−１Ａに単電池Ｂ１の電圧検出コマンドを発出する。ＩＣ−１Ａは、コマンドデータをレジスタに格納し、下位のＩＣへ同じコマンドを送出することで、ＭＰＵにコマンドが戻される。この方法は上述したものと同様である。ＩＣ−１Ａのロジック回路１０３は、この電圧検出コマンドを解読し、電圧検出回路１０１のマルチプレクサＭＵＸに電圧検出対象の単電池Ｂ１を指定してアナログデジタル変換回路ＡＤＣを介して電圧検出対象の単電池のデジタル電圧値を取得する。次いで、取得した電圧検出対象の単電池Ｂ１のデジタル電圧値を下位のＩＣへ伝達することで、ＭＰＵは単電池Ｂ１のデジタル電圧値を取得する。以下、同様に、ＭＰＵは単電池の電圧検出コマンドを順次繰り返すことにより、単電池Ｂ１〜Ｂ４８のデジタル電圧値を取得する。このようにして信頼性の高い電圧の検出および単電池のＳＯＣを高精度で把握できる。なお、ＡグループＩＣは測定した単電池の電圧をレジスタに格納しておき、電圧検出コマンドとは別の検出電圧出力コマンドを受信したときに、レジスタに格納された電圧を出力するようにしてもよい。
【０１４６】
ＭＰＵはＩＣ−１２Ａから戻されたコマンドに誤りがないかを確認（誤りがある場合は再度同じコマンドを発出）した後、ＡＤコンバータを介して、温度センサＴＨ１〜ＴＨ４で検出された単電池Ｂ１、Ｂ５、Ｂ４１、Ｂ４５の温度値を取り込んで、取り込んだ温度値の算術平均値を算出する。次いで、ＭＰＵは、取得した各単電池Ｂ１〜Ｂ４８のＳＯＣを算出する。
【０１４７】
＜通常時＞
ＭＰＵは、所定時間毎に、上位コントローラ１１０に、通信線９６を介して、電源システム１を構成する全単電池Ｂ１〜Ｂ４８のＳＯＣ（充電状態）、放電可能出力容量、充電可能出力容量、単電池の平均温度、強電バッテリの総電圧、充電電流、放電電流等を報告している。
【０１４８】
すなわち、ＭＰＵは、起動後、単電池Ｂ１〜Ｂ４８のＳＯＣを演算するとともに、電流センサＳＩで検出した充電電流および放電電流のそれぞれの積分を開始している。また、上述した総電圧回路から強電バッテリの電圧を取り込んでいる。さらに、温度センサＴＨ１〜ＴＨ４で検出した単電池温度の算術平均値を算出している。そして、取り込んだ強電バッテリの電圧、充電電流の積分値、放電電流の積分値および単電池の平均温度を利用して、単電池Ｂ１〜Ｂ４８のＳＯＣを算出するとともに、現在の放電可能出力容量および充電可能出力容量を算出している。なお、ＭＰＵは起動した時点で、強電バッテリを構成する全単電池を冷却するために、リレー９４をオン状態としブロアファン１７を作動させる。これにより、制御の信頼性が向上し、また信頼性の高い冷却が可能となる。
【０１４９】
＜容量調整＞
上述したように、ＭＰＵは、電源システム１を構成する全単電池Ｂ１〜Ｂ４８の起動時のＳＯＣを把握している。全単電池Ｂ１〜Ｂ４８のＳＯＣに規定値以上のバラツキがある場合には、バラツキの範囲が規定値の範囲内となるように、規定値を越える単電池（容量調整対象の単電池）の調整容量を算出し、算出した調整容量に対応する容量調整時間を算出する。容量調整用抵抗Ｒ１の抵抗値は既知のため、例えば、テーブルを参照することにより容易に容量調整時間を算出することが可能である。ＭＰＵは、電源システム１が充放電状態にある場合に、ＩＣ−１Ａ〜ＩＣ−１２ＡにフォトカプラＰＨ１を介して容量調整対象の単電池の容量調整コマンドを送出する。このコマンドのデータフィールドには、容量調整時間に関する情報が含まれる。
【０１５０】
このような容量調整は、単電池間のＳＯＣにバラツキが生じると、バラツキを生じた単電池が他の単電池の負荷となってしまい電池モジュールないし強電バッテリ全体として所期の機能を発揮しなくなることを防止するとともに、バラツキを生じた単電池は設計寿命より寿命が短縮する傾向にあるため、電池モジュールないし強電バッテリ全体として所期の寿命を確保する必要があるからである。従って、バッテリコントローラ２０側で全単電池のＳＯＣのバラツキが規定値の範囲内となるように制御することが好ましい。
【０１５１】
充放電状態では車両が動いている状態のため、強電バッテリに充放電がなされる。充電状態では、容量調整用抵抗Ｒ１で充電電流の一部が熱消費され電圧の高い（バラツキの生じた）単電池の充電電流値が小さくなり、放電状態では、同様に、容量調整用抵抗Ｒ１で放電電流が熱消費され電圧の高い単電池の放電電流値が大きくなるため、結果として、電圧の高い単電池の電圧が他の単電池の電圧に揃ってくる。
【０１５２】
ＭＰＵから容量調整コマンドを受けると、各ＩＣは、コマンドデータをレジスタに格納し、下位のＩＣへ同じコマンドを送出することで、ＭＰＵに指令が戻される。この方法は上述したものと同様である。各ＩＣのロジック回路１０３は、この容量調整コマンドを解読し、アイデンティファイアフィールドから自己の管理下の単電池が容量調整対象単電池かを判断し、否定判断のときは、他のＩＣに発出されたコマンドとして対応せず、肯定判断のときは、容量調整対象単電池の容量調整をデータフィールドで指令された容量調整時間の間実行する。すなわち、例えば、単電池Ｂ２が容量調整対象単電池の場合には、ＩＣ−１Ａのスイッチ制御回路１０２は、ＢＲ２端子およびＣＶ３端子間に配置されたスイッチ素子ＳＷ２（図１１参照）に、指令された容量調整時間ハイレベル信号を出力する。ＭＰＵは、同様に、他に容量調整が必要な単電池についてＩＣ−１Ａ〜ＩＣ−１２Ａに指令し、ＩＣ−１Ａ〜ＩＣ−１２Ａに単電池Ｂ１〜Ｂ４８間のＳＯＣのバラツキを解消させる。ＩＣ−１Ａ〜ＩＣ−１２Ａは自己の管理下にある単電池の容量調整が完了すると、ＬＩＮ２端子を介してその旨を下位のＩＣ（のＬＩＮ１端子）に伝達することで、ＭＰＵは全ての容量調整対象単電池の容量調整が完了したことを認識することができる。
【０１５３】
（効果等）
本実施形態の電源システム１の有する特徴および効果を上述の説明の中で述べたので、上記説明と重複する部分もあるが、再度整理して電源システム１の効果等について説明する。
【０１５４】
本実施形態の電源システム１は、コンバータボックス２１内にＤＣ／ＤＣコンバータを内蔵し、インバータ装置１２０に電源を供給（または受給）している（図１７参照）ため、本質的に、ＤＣ／ＤＣコンバータのチョッパ回路やインバータ装置１２０のインバータからのノイズの影響を受けやすい。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータはバッテリコントローラの５Ｖなどの定電圧電源生成回路を介してＣ／Ｃ８０のＩＣに影響を与え、インバータ装置１２０は強電ケーブル８１、８２を介して強電バッテリにノイズを重畳させる。また、４８個単電池が直列に接続されているので（図１０参照）、Ｃ／Ｃ８０は電圧変動によるノイズの影響を受けやすい。このような厳しい環境下でも、電源システム１（バッテリコントローラ２０、Ｃ／Ｃ８０）は安定して正確に作動することが求められている。
【０１５５】
バッテリコントローラ２０側では、この対策として、強電バッテリの正負極はケースグランドとの間にそれぞれキャパシタＣＮ、ＣＰを介在させている。このグランドは、ＤＣ／ＤＣコンバータで変換された１２Ｖ電源のマイナス側と同電位（ハイブリッド車のシャーシとも同電位）である。キャパシタＣＮ、ＣＰによりノイズが減衰し、バッテリコントローラ２０は安定に動作する。
【０１５６】
一方、Ｃ／Ｃ８０は、キャパシタＣＮ、ＣＰの介在のみでは、上述したＤＣ／ＤＣコンバータ、インバータ装置１２０のノイズの影響や、強電バッテリの電圧変動によるノイズの影響を排除し安定して正確な動作を担保することは難しい。本実施形態では、表１に示したように、種々のノイズ、サージ対策が施されている。このため、電圧変動によるノイズや外部からノイズが重畳されても、ノイズの抑制やサージ電圧の影響を排除することができ、Ｃ／Ｃ８０は安定して正確に動作することができる。また、電池モジュール９ないし電源システム１の製造過程でＩＣが破壊されることもない。従って、本実施形態の電源システム１は、上述した厳しい環境下でも、信頼性を確保することができる。
【０１５７】
また、Ｃ／Ｃ８０には、基板上に２４個の同種のＩＣ−１Ａ〜ＩＣ−１２Ｂが実装されており、これらのＩＣは、所定の順に並んで配置されている。例えば、基板上で画定される矩形状連続直線ｌ−ｌ’の矩形長辺上に２個ずつ、対応する単電池のグループＡＢ１〜ＡＢ１２の電位差の順に、最高電位側のＩＣ−１Ａ、ＩＣ−１Ｂから最低電位側のＩＣ−１２Ａ、ＩＣ−１２Ｂまで連続して実装されている（図９参照）。矩形状連続直線ｌ−ｌ’の矩形短辺間の距離は同じである。このため、電池モジュール９を構成する単電池１０の個数に応じてＣ／Ｃ８０の設計上の自由度を与えつつ、ＩＣをコンパクトに基板上に実装できるとともに、実装面積を小さくすることができることから、Ｃ／Ｃ８０の低コスト化を図ることができる。
【０１５８】
さらに、Ｃ／Ｃ８０には、容量調整回路を構成する容量調整用抵抗Ｒ１がＩＣの固定領域、例えば矩形状連続直線ｌ−ｌ’から離間した２つの領域（図９のコネクタ４８、４９近傍の破線領域）に分割して実装されている。このため、ＩＣ−１Ａ〜ＩＣ−１２Ｂに対し、容量調整時に抵抗Ｒ１が発する熱の影響を最小限に抑えることができる。
【０１５９】
また、Ｃ／Ｃ８０には、バッテリコントローラ２０のＭＰＵと絶縁状態で通信を行うためのフォトカプラＰＨ１〜ＰＨ５が２分割して実装されている（図９のコネクタ４８、４９近傍の二点鎖線領域）。従来の構成では、合計６個のフォトカプラが必要となる。本実施形態では、５個でよいため、Ｃ／Ｃ８０の基板面積が減少するとともに、コストを低減させることができる。
【０１６０】
また、Ｃ／Ｃ８０は、温度センサＴＨ１〜ＴＨ４からの導出線をバッテリコントローラ２０に中継している。これらの導出線は、組電池１９の電圧検出線５８を集約したコネクタに一体に集約されているため、組立時に、検出用ハーネス５２の他側に設けられた６つコネクタを組電池のコネクタに差し込み、検出用ハーネス５２の一側のハーネスコネクタをＣ／Ｃ８０のコネクタ４８、４９に接続し、通信ハーネス５０の先端のコネクタをバッテリコントローラ２０のコネクタに接続するだけで、接続が完了する。従って、これらの導出線の接続は電圧検出線の接続と一体に行うことができ、接続の手間を省くことができる。また、これらの導出線は検出用ハーネス５２、通信ハーネス５０と一体になっているため、振動を生じるハイブリッド車上でも断線等のおそれがない。さらに、本実施形態では、温度検出をＣ／Ｃ８０側で行わず、バッテリコントローラ２０側で行っているため、ＩＣにＡＤコンバータを搭載する必要がなくＩＣ自体を小さく抑えることができるので、Ｃ／Ｃ８０の基板面積を小さくすることができる。
【０１６１】
従って、電池モジュール９はＣ／Ｃ８０を小さくすることができるので、電池モジュール９の小型化を図ることができるとともに、電池モジュール９に必要な各単電池を冷却するための冷却空間（冷却風の通路）を十分に確保することができ、ひいては、電源システム１の小型化を図ることができる。換言すれば、電池本来の性能を引き出すことができるとともに、体積容量密度を高めることができる。
【０１６２】
また、本実施形態の電源システム１を構成する電池モジュール９は、単電池１０にリチウム二次電池を用いている。このため、例えば、ニッケル水素二次電池より高い体積容量密度を確保することができる。さらに、非晶質炭素を負極活物質としているので、上述したように開回路電圧（ＯＣＶ）を測定することで、単電池１０の充電状態（ＳＯＣ）を精度よく把握することができる。さらにまた、リチウムマンガン複酸化物を正極活物質としているので、原料が豊富なことから、例えば、リチウムコバルト複酸化物を正極活物質に用いた場合に比べ、低コストの単電池とすることができ、電池モジュール９、ひいては、電源システム１のコストを低減させることができる。
【０１６３】
しかも、強電システムを構成する各単電池の過充電を検出するＢグループＩＣを、ＡグループＩＣから独立させて各単電池を監視しているので、安全性の面でも信頼を置くことができる。
【０１６４】
さらに、本実施形態の電源システム１は、バッテリコントローラ２０のＭＰＵがＣ／Ｃ８０のＩＣとフォトカプラＰＨ１〜ＰＨ５を介して電気的に非絶縁状態で通信を行っており、バッテリコントローラ２０の総電圧回路もトランスで強電バッテリの高電圧と絶縁されているので、電圧破壊を生じるおそれはなく、また、短絡等による上位コントローラ１１０側への波及も防止することができる。
【０１６５】
また、本実施形態の電源システム１は、２個の電池モジュール９間が保守・点検用のＳＤスイッチ６を介して直列接続されている。従って、保守・点検の際には、このＳＤスイッチ６をオフ状態として作業をすることで、作業者の安全性を確保することができる。また、ＳＤスイッチ６をモジュールケース９ａに露出させることで、下容器と上蓋とを分離する前の保守・点検の初期段階でオフ状態とすることができる。
【０１６６】
また、本実施形態の電源システム１は、バッテリコントローラ２０が外部電源の２４Ｖ系鉛電池からＤＣ／ＤＣコンバータを介して電源の供給を受けているので、２個の電池モジュール９で構成される強電バッテリから電源の供給を受ける場合に比べ、バッテリ機能の自己保持性を高めることができる。本実施形態の電源システム１は車両の搭載する電源装置として使用すると大きな効果を発揮するが、ＤＣ／ＤＣコンバータを内蔵しているので、種々の移動体に搭載することが可能で、それなりに効果がある。
【０１６７】
また、本実施形態の電源システム１では、リレーケース１８内に正極側メインリレーＲＬＰと負極側メインリレーＲＬＮとを有しているので、電源システム１になんらかの外力が働き、電源システム１の一部が破損した場合でも、外部装置全体に対する安全性を高めることができる。さらに、これらの強電系リレーは、電源システム１から電力供給を受けるインバータ装置１２０からの制御信号でリレーを制御するので、安全性が向上する。
【０１６８】
例えば、図１７において、インバータ装置１２０の運転開始前、例えば車両がパーキングエリアなどに駐車している場合、安全性の点からキャパシタ１２８の電荷は放電状態に保持される。車のキーの操作に連動し、キーが外されるとキャパシタ１２８の電荷を放電することで安全性を向上することが考えられる。次に再び車のキー操作が行われると、電源システム１はインバータ装置１２０に直流電力の供給を開始する。インバータ装置１２０の入力部と電源システム１とは、大電流が流れることから電力供給路における電気抵抗を小さく抑えている。このため電源システム１とインバータ装置１２０とを接続すると、キャパシタ１２８に一時的に大電流が流れ込む可能性がある。この大電流でリレーが損傷するおそれがあり、またインバータ装置の直流端子やキャパシタ１２８の端子部が損傷するおそれがある。上記実施形態ではインバータ装置１２０の制御装置であるＭＣＵ１２２からの指令により、リレーＲＬＰＲＥがリレーＲＬＰに先行して導通し、電流制限のための抵抗ＲＰＲＥを介してキャパシタ１２８に電荷をチャージするための電流を供給す。キャパシタ１２８の充電が進み、端子電圧が所定値より高くなった状態で、リレーＰＬＰを導通してインバータ装置１２０に直流電流を供給できる状態となる。このような構成および制御により、電源システム１のリレーＲＬＰを大電流の悪影響から保護できる。またインバータ装置１２０の直流端子やキャパシタ１２８の端子を大電流の悪影響から保護できる。
【０１６９】
上記一連のキャパシタ１２８の事前充電動作を上位コントローラ１１０で行ってもよいが、上位コントローラ１１０ではなくＭＣＵ１２２の指令で行うようにすると、車両の始動制御で忙しい上位コントローラ１１０の制御負荷を低減できる。またＭＣＵ１２２はキャパシタ１２８と同一の装置内に設けられており、キャパシタ１２８の充電状態を検知し易い位置に保持されているので、上記機能の追加によりシステム全体が複雑化するのを避けることができる。例えばキャパシタ１２８の放電動作と上述の事前充電動作の両方をＭＣＵ１２２が制御するようにすれば、図１７の駆動システム前提が複雑化することなく、キャパシタ１２８の充電と放電を制御でき、安全性や信頼性が向上する。
【０１７０】
上述の通り、リレーケース１８内で、正極側メインリレーＲＬＰには該リレーより耐電流値の小さいプリチャージリレーＲＬＰＲＥが抵抗ＰＰＲＥを介して並列接続されており、プリチャージリレーＲＬＰＲＥは、電池モジュール１がインバータ装置１２０に電源を供給する初期時に、インバータ装置１２０からオン状態に制御され、インバータ装置１２０内の平滑キャパシタを充電するので、インバータ装置１２０の入力側の抵抗が小さくても、正極側メインリレーＲＬＰ、負極側メインリレーＲＬＮを融着させる事故を防止することができる。
【０１７１】
さらにまた、本実施形態の電源システム１では、電池モジュール９の外装ケースを、下蓋４５が正面、底面、背面の３面、上蓋４６が左側面、上面、右側面の３面を有し、下蓋４５と上蓋４６とを結合することで略六面体としたので、各６個の組電池１９で構成された２つの組電池ブロック４０を下蓋４５に配置固定する際に、左側面および右側面の空間が開いているため、作業性（組立性）を向上させることができ、下蓋４５と上蓋４６とを結合する際、正面と背面方向からの目視確認ができるため、安全性を向上させることができる。また、上蓋４６、下蓋４５ともに３面を有するため、５面を有する箱構造の外装ケースよりコストを低減させることができる。
【０１７２】
また、本実施形態の電源システム１は、単電池１０→組電池１９→（組電池ブロック４０）→電池モジュール９→電源システム１と段階的に組み立てることができる。従って、アセンブリーユニットの管理が容易である。また、弱電系回路の殆どの接続をコネクタで行うので、接続が容易で誤配線を防止することができるとともに、ハイブリッド車に搭載されても振動等による断線を防止することができる。
【０１７３】
また、電池モジュール９では、下蓋４５が、配置された組電池１９毎にダクト７５を形成しており、ダクト７５には組電池１９を構成する単電池１０間に対応する箇所に通風孔７６が形成されているので、冷却風は各単電池１０間を下側から吹き上がっていく構造となり、ダクト７５を流通する冷却風の温度は一定であるため、夫々の単電池１へは一定の温度の空気が当たり冷却条件はほとんど一定となる。また、内部にルーバー機能（アーチ状ルーバー３６、十字状ルーバー３７）をもった同一形状の組電池１９を固定した組電池ブロック４０を、ダクト７５と通風孔７６とを有する下蓋４５へ形成するだけで、冷却系が完結する極めて効率的な構造となり、単電池１０毎にルーバー形状を変える必要がなく簡易な組み立てが可能となる。さらに、通風孔７６の開口面積が冷却風の導入側が大きく排出側へいくほど小さくなり、かつ、最も導入側に近い通風孔は略半分が遮へいルーバー７７で覆われており、最も排出側に近い通風口が最も導入側に近い通風孔と略同じ開口面積を有しているため、単電池１０の温度をほぼ一定とすることができる。
【０１７４】
そして、電池モジュール９は、下蓋４５が底面に下蓋突起７３を有しており（図６参照）、上蓋４６に上蓋窪み８９が形成されているので、上蓋窪み８９に下蓋突起７３を係合させて電池モジュール９の積層配置が可能となるため、本実施形態の電源システム１では、電池モジュール９の平面的な配置に比べ立体的な配置ができ空間の利用率が向上する。その際、カラー９１と長ボルト９２を用いて固定する構造としたので、ハイブリッド車等の移動体に搭載されても、振動等の影響を排除することができる。
【０１７５】
なお、本実施形態では、Ｃ／Ｃ８０のノイズ対策についてインダクタＬ、Ｌ’の効果が大きいことを説明したが、表１の項目４で説明したように、抵抗Ｒ３についてもＩＣの耐ノイズ性を向上させることができる。
【０１７６】
従って、「直列接続された複数個の単電池で構成される単電池のグループをさらに複数個直列接続して構成した単電池の直列接続体の各単電池の電圧を検出するために、前記単電池のグループに対応して電圧検出回路を有するＩＣを複数個配置し、前記各ＩＣには対応するグループを構成する単電池の端子電圧を受けるための電圧入力端子と隣接する単電池のグループに対応したＩＣから情報を受け取るための情報受信端子と隣接する単電池のグループに対応したＩＣへ情報を出力する情報送信端子とが設けられ、各グループを構成している単電池の電位の順に関係付けられて前記グループに対応する各ＩＣがループ状の情報伝送路を構成し、この情報伝送路を通して情報の送受信を行うために、隣接する前記グループの一方に対応するＩＣの情報送信端子と隣接する前記グループの他方に対応するＩＣの情報受信端子とが抵抗を介して接続されていることを特徴とするセルコントローラ。」も特許請求の範囲に含めることができる。なお、上記実施形態では情報は電圧の高いグループに対応するＩＣから電圧の低いグループに対応するＩＣに向けて送信されているが、この逆でもよい。隣接するグループ間は比較的電位差が小さく、情報伝送が可能である。リチウム二次電池はその端子電圧が充放電状態で変化するが、隣接する単電池のグループ間で情報伝送を行うようにすればそれぞれに対応するＩＣの基準電位は相対的に変化し、電位差が所定の範囲に留まるので、情報伝送が容易であり、高い信頼性を維持できる。
【０１７７】
また、表１の項目５、６で説明したように、ショットキーダイオードＤ３、Ｄ４についてもＩＣの耐サージ性等を向上させることができる。
【０１７８】
従って、「偶数個の単電池を直列接続した単電池のグループの各単電池の電圧を検出する電圧検出部を有するＩＣを、前記単電池のグループに対応して複数個備えたセルコントローラにおいて、前記各ＩＣは前記単電池のグループの中点の電圧を検出するための中点電圧検出端子を有しており、前記各ＩＣの中点電圧検出端子とＧＮＤ端子との間に第１のショットキーダイオードを介在させたことを特徴とするセルコントローラ。」や「偶数個の単電池を直列接続した単電池のグループの各単電池の電圧を検出する電圧検出部を有するＩＣを、前記単電池のグループに対応して複数個備えたセルコントローラにおいて、前記各ＩＣは前記単電池のグループの中点の電圧を検出するための中点電圧検出端子を有しており、前記各ＩＣの中点電圧検出端子とＧＮＤ端子との間に第１のショットキーダイオードと、前記各ＩＣのＶｃｃ端子と中点電圧検出端子との間に第２のショットキーダイオードとを介在させたことを特徴とするセルコントローラ。」も特許請求の範囲に含めることができる。
【０１７９】
さらに、本実施形態では、容量調整用抵抗Ｒ１を単電池に並列接続するためのスイッチ素子をＩＣ内に設けた例を示した。この方が非常に優れているが、本発明はこれに制限されず、スイッチ素子はＩＣの外に設けるようにしてもよい。
【０１８０】
また、本実施形態では、ＢグループＩＣに過充電を検出する機能を持たせた例を示したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、過放電、充電状態（ＳＯＣ）、健康状態（ＳＯＨ）等を監視させるようにしてもよい。さらに、本実施形態では、各単電池の電圧検出機能、容量調整機能をＡグループＩＣに持たせ、各単電池の過充電検出機能をＢグループＩＣに持たせる例を示したが、これら３つの機能のうち、いずれか２つをＡグループＩＣまたはＢグループＩＣに、いずれか１つをＢグループＩＣまたはＡグループＩＣに持たせるようにしてもよい。この場合、ＡグループＩＣとＢグループＩＣとは目的に応じた異なる回路であっても、同一回路で一部の機能がグループによって使用され一部の機能が使用されない形態としてもよい。ＡＳＩＣの場合、型費およびランニングコストを考慮すると、複数種類のＩＣを製造する場合より低コストとなる場合がある。また、上述したように、ＡグループＩＣとＢグループＩＣとを１つのＩＣチップで構成するようにしてもよい。
【０１８１】
また、本実施形態では、ＦＦ受信線（ＦＦＯＮ）に５バイトのコマンド信号を入力する例を示したが、本発明はこれに制限されるものではない。本実施形態では、ＢグループＩＣは過充電監視の単一機能のため、ハイレベル信号で起動させるようにしてもよい。また、ＦＦ出力線（ＦＦＯＵＴ）からはハイレベル信号でいずれかの単電池が過充電となったことをＭＰＵに報知するようにしてもよい。このようにすれば、信号が２値（ハイレベルまたはローレベル）のため、デイジーチェーン状のネットワークでの伝達を早めることができ、ＭＰＵが過充電をより速く把握できるので、過充電に対する対策が早まり安全性を高めることができる。この場合、ＭＰＵは、電圧検出機能を有するＡグループＩＣに電圧を測定させ、その結果でどの単電池が過充電となったかを後から知るようにしてもよい。
【０１８２】
さらに、本実施形態では、図９に示したように、Ｃ／Ｃ８０の基板上に、矩形状連続直線ｌ−ｌ’の矩形長辺上に４個ずつ、対応する単電池のグループＡＢ１〜ＡＢ１２の電位差の順に、最高電位側のＩＣ−１Ａ、ＩＣ−１Ｂから最低電位側のＩＣ−１２Ａ、ＩＣ−１２Ｂまで連続して実装した例を示したが、本発明はこれに制限されるものではない。例えば、矩形状連続直線ｌ−ｌ’の矩形長辺上に実装されたＩＣの個数が異なるようにしてもよい。このような場合は、コネクタや基板固定用の丸穴等を配置しなければならない場合に有効であり、また、このような場合に、矩形状連続直線ｌ−ｌ’の矩形短辺間の距離を変えるようにしてもよく、設計上の自由度が確保される。
【０１８３】
また、本実施形態では、我が国のハイブリッド車、とりわけ、ハイブリッドトラックが２４Ｖ系鉛電池を搭載していることから、２４Ｖから１２Ｖに変換するＤＣ／ＤＣコンバータを有する電源システム１を例示したが、例えば、米国では、１２Ｖ系鉛電池を搭載したトラックも普及している。このような場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータが不要となり、電源システム１の小型化を図ることができる。
【０１８４】
また、トラックや乗用車を含む自動車において本実施形態は最適で、自動車では異なる系統の電源システムを持つことが考えられる。ＤＣ／ＤＣコンバータの機能を有することで、他系統の電源システムを有することが可能となる。モータ１３０の回転速度が増大すると内部誘起電圧が高くなり、必要電流の供給が困難となる。ＤＣ／ＤＣコンバータで昇圧し、昇圧した電力をインバータからモータに供給することが考えられる。上記ＤＣ／ＤＣコンバータをインバータへの供給電圧の上昇に使用できる。この場合、強電バッテリの端子電圧を直接キャパシタ１２８に供給するのではなく、ＤＣ／ＤＣコンバータで昇圧し、昇圧した直流電力をキャパシタ１２８およびパワーモジュール１２６に供給することとなる。
【０１８５】
また、本実施形態では、温度センサＴＨ１〜ＴＨ４を単電池で構成されたグループＡＢ１、ＡＢ２、ＡＢ１１、ＡＢ１２の最高電位側の単電池に固着させた例を示したが、強電バッテリを構成する全単電池の平均温度を把握できればよいため、本発明は例示した形態に限らず、例えば、任意の２個の組電池の任意の単電池に固着させるようにしてもよい。
【０１８６】
さらに、本実施形態では、ハイブリッド車用の電源システム１を例示したが、本発明は車両に適用すると大変大きな効果がある。さらに車両以外でも、大電流充放電を要する電源システムに広く適用することができ、それなりの効果がある。また、本実施形態では、４本の単電池１０を直列に接続した組電池１９を１２個並置した電池モジュール９を例示したが、本発明は電池モジュール９の構成や接続（直列、並列）に制限されるものではない。例えば、単電池１０の本数を変えてもよく、組電池１９の個数や配列を変えてもよい。更に、本実施形態では、電池モジュール９を２個上下に重ねて外装ボックスに収容する例を示したが、３個以上を収容するようにしてもよく、１個の電池モジュール９を使用した電源システムとしてもよい。
【０１８７】
しかし、図１０に示す単電池Ｂ１からＢ４７を高電位側と低電位側の電池モジュール９に分けることは上述の通り、大きな効果がある。また、本実施形態では２組であるが、直列接続された単電池を電位に従って複数に分けて取り扱うことで、図９に示す如く、Ｃ／Ｃ８０に接続するコネクタ４８と４９を電位に基づいて分けることができる。各コネクタが取り扱う単電池の電圧差が小さくなり、またコネクタの接続ピン数が減る。コネクタ接続時あるいは開放時の部分接続状態の影響を小さくできる。
【０１８８】
また、本実施形態では、単電池１０に円柱状リチウム二次電池を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、単電池１０の形状を角型、多角形としてもよく、ラミネートフィルムで外装した二次電池を使用するようにしてもよい。また、リチウム二次電池以外に、ニッケル水素二次電池等の他の二次電池を使用することもできる。
【０１８９】
そして、本実施形態では、電池モジュール９の吸気口１４および排気口１５をそれぞれ長手方向両側の端面の下部に形成する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、吸気口１４を電池モジュール９の端面の上部に形成すれば、冷却風の流れが電池モジュール９の長手方向に沿う側面から見て対角線方向となるので、冷却効果を高めることができる。また、長手方向に沿う側面に吸気口１４を形成するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１９０】
本発明は信頼性に優れたセルコントローラ、該セルコントローラを備えた電池モジュール、該電池モジュールを備えた電源システムを提供するものであるため、セルコントローラ、電池モジュール、電源システムの製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【０１９１】
１  電源システム（電池システム）
９  電池モジュール
１０  単電池
１９  組電池（単電池群）
２０  バッテリコントローラ
４８、４９  コネクタ
８０  Ｃ／Ｃ（セルコントローラ）
１０１  電圧検出回路
１０２  スイッチ制御回路
１０３  ロジック回路
ＢＲ１端子（容量調整用端子の一部）
ＢＲ２端子（容量調整用端子の一部）
ＢＲ３端子（容量調整用端子の一部）
ＢＲ４端子（容量調整用端子の一部）
Ｃ１  キャパシタ（第１のキャパシタ）
Ｃ２  キャパシタ（第２のキャパシタ）
Ｃ３  キャパシタ
Ｃ４  キャパシタ
Ｃ５  キャパシタ
Ｃ６  キャパシタ（第３のキャパシタ）
ＣＶ２端子（電圧検出用端子の一部）
ＣＶ３端子（電圧検出用端子の一部）
ＣＶ４端子（電圧検出用端子の一部）
ＬＩＮ１端子（信号入力端子）
ＬＩＮ２端子（信号出力端子）
ＬＩＮ１２端子
ＦＦＩ端子
ＦＦＯ端子
ＧＮＤ端子（電圧検出用端子の一部、基準電位端子、グランド端子）
ＩＣ−１Ａ、ＩＣ−２Ａ、・・・、ＩＣ−１２Ａ（集積回路）
ＩＣ−１Ｂ、ＩＣ−２Ｂ、・・・、ＩＣ−１２Ｂ（集積回路）
ＰＨ１、ＰＨ２、ＰＨ３  フォトカプラ
ＰＨ４、ＰＨ５  フォトカプラ
Ｒ１  容量調整用抵抗
Ｒ３  抵抗
Ｖｃｃ端子（電圧検出用端子の一部、電源端子）
ＶＤＤ端子（基準電源端子）
ＺＤ１  ツェナダイオード
ＺＤ２  ツェナダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0005478562.tif 000015
【図１４】
0005478562.tif 000016
【図１５】
0005478562.tif 000017
【図１６】
0005478562.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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