(57)【要約】【課題】過充電を回避可能なシャント回路、充電システム、及び集積回路を提供すること。【解決手段】シャント回路Ｓ１は、シャント抵抗Ｒshuntと、シャント抵抗Ｒshuntを介してセルＣに並列接続されるトランジスタ４と、セルＣに供給されるバッテリ電圧Ｖbatと所定の検出電圧Ｖchgとを比較する第１オペアンプ２と、バッテリ電圧Ｖbatが検出電圧Ｖchgに達すると、充電電流Ｉchgからシャント電流Ｉshuntを分流させるためのトランジスタ４を駆動する第２オペアンプ３とを備え、段階的に検出電圧Ｖchgの電圧値を上昇させるとともに、バッテリ電圧Ｖbatが各検出電圧Ｖchgに達する度にシャント電流Ｉshuntの電流値を上昇させる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャント抵抗と、
前記シャント抵抗を介して蓄電素子に並列接続されるトランジスタと、
前記蓄電素子に供給されるバッテリ電圧と所定の検出電圧とを比較する第１オペアンプと、
前記バッテリ電圧が前記検出電圧に達すると、充電電流からシャント電流を分流させるための前記トランジスタを駆動する第２オペアンプと
を備え、段階的に前記検出電圧の電圧値を上昇させるとともに、前記バッテリ電圧が各検出電圧に達する度に前記シャント電流の電流値を上昇させることを特徴とするシャント回路。
【請求項２】
前記第１オペアンプの入力端子に接続された第１センス抵抗と、
前記第２オペアンプの入力端子に接続された第２センス抵抗と
を備え、前記第１センス抵抗の抵抗値を変更することにより前記検出電圧の電圧値を上昇させるとともに、前記第２センス抵抗の抵抗値を変更することにより前記シャント電流の電流値を上昇させることを特徴とする請求項１に記載のシャント回路。
【請求項３】
前記シャント電流の電流値をＩshunt、前記シャント抵抗の抵抗値をＲshunt、前記バッテリ電圧の電圧値をＶbat、前記第２センス抵抗の抵抗値をＲ1，Ｒ2とした場合、前記第２センス抵抗の抵抗値Ｒ1が変更されることにより、前記シャント電流の電流値ＩshuntがＩshunt＝{〔Ｒ2／（Ｒ1＋Ｒ2）〕Ｖbat}／Ｒshuntに従って上昇することを特徴とする請求項２に記載のシャント回路。
【請求項４】
前記検出電圧の電圧値をＶchg、前記第１オペアンプに供給される基準電圧の電圧値をＶref、前記第１センス抵抗の抵抗値をＲ3，Ｒ4とした場合、前記第１センス抵抗の抵抗値Ｒ3が変更されることにより、前記検出電圧の電圧値ＶchgがＶchg＝〔（Ｒ3＋Ｒ4）／Ｒ4〕Ｖrefに従って上昇することを特徴とする請求項２又は３に記載のシャント回路。
【請求項５】
前記トランジスタのソース側に前記シャント抵抗が接続されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のシャント回路。
【請求項６】
前記第１センス抵抗と前記第２センス抵抗とを共通の抵抗により構成したことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載のシャント回路。
【請求項７】
シャント抵抗と、
前記シャント抵抗を介して蓄電素子に並列接続されるトランジスタと、
前記蓄電素子に供給されるバッテリ電圧が所定の検出電圧に達すると、充電電流からシャント電流を分流させるための前記トランジスタを駆動する第２オペアンプと
を備え、前記バッテリ電圧が各検出電圧に達する度に前記シャント電流の電流値を上昇させることを特徴とするシャント回路。
【請求項８】
前記第２オペアンプの入力端子に接続された第２センス抵抗を備え、
前記第２センス抵抗の抵抗値を変更することにより前記シャント電流の電流値を上昇させることを特徴とする請求項７に記載のシャント回路。
【請求項９】
前記トランジスタのソース側に前記シャント抵抗が接続されることを特徴とする請求項７又は８に記載のシャント回路。
【請求項１０】
前記蓄電素子は、リチウムイオン電池セル、電気２重層キャパシタセル、リチウムイオンキャパシタセル、ＳＣｉＢセルのいずれかであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のシャント回路。
【請求項１１】
充電電流を生成する充電部と、
前記充電部に直列接続された複数の蓄電素子と、
前記複数の蓄電素子それぞれに並列接続され、前記蓄電素子に供給されるバッテリ電圧が所定の検出電圧に達すると、前記充電電流からシャント電流を分流させるための前記トランジスタを駆動する複数のシャント回路と
を備え、前記シャント回路は、段階的に前記検出電圧の電圧値を上昇させるとともに、前記バッテリ電圧が各検出電圧に達する度に前記シャント電流の電流値を上昇させることを特徴とする充電システム。
【請求項１２】
前記シャント回路は、
シャント抵抗と、
前記シャント抵抗を介して蓄電素子に並列接続されるトランジスタと、
前記バッテリ電圧と前記検出電圧とを比較する第１オペアンプと、
前記バッテリ電圧が前記検出電圧に達すると、充電電流からシャント電流を分流させるための前記トランジスタを駆動する第２オペアンプと、
前記第１オペアンプの入力端子に接続された第１センス抵抗と、
前記第２オペアンプの入力端子に接続された第２センス抵抗と
を備え、前記第１センス抵抗の抵抗値を変更することにより前記検出電圧の電圧値を上昇させるとともに、前記第２センス抵抗の抵抗値を変更することにより前記シャント電流の電流値を上昇させることを特徴とする請求項１１に記載の充電システム。
【請求項１３】
前記シャント電流の電流値をＩshunt、前記シャント抵抗の抵抗値をＲshunt、前記バッテリ電圧の電圧値をＶbat、前記第２センス抵抗の抵抗値をＲ1，Ｒ2とした場合、前記第２センス抵抗の抵抗値Ｒ1が変更されることにより、前記シャント電流の電流値ＩshuntがＩshunt＝{〔Ｒ2／（Ｒ1＋Ｒ2）〕Ｖbat}／Ｒshuntに従って上昇することを特徴とする請求項１２に記載の充電システム。
【請求項１４】
前記検出電圧の電圧値をＶchg、前記第１オペアンプに供給される基準電圧の電圧値をＶref、前記第１センス抵抗の抵抗値をＲ3，Ｒ4とした場合、前記第１センス抵抗の抵抗値Ｒ3が変更されることにより、前記検出電圧の電圧値ＶchgがＶchg＝〔（Ｒ3＋Ｒ4）／Ｒ4〕Ｖrefに従って上昇することを特徴とする請求項１２又は１３に記載の充電システム。
【請求項１５】
前記トランジスタのソース側に前記シャント抵抗が接続されることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の充電システム。
【請求項１６】
前記第１センス抵抗と前記第２センス抵抗とを共通の抵抗により構成したことを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の充電システム。
【請求項１７】
前記シャント回路は、
シャント抵抗と、
前記シャント抵抗を介して蓄電素子に並列接続されるトランジスタと、
前記バッテリ電圧が前記検出電圧に達すると、充電電流からシャント電流を分流させるための前記トランジスタを駆動する第２オペアンプと
前記第２オペアンプの入力端子に接続された第２センス抵抗と
を備え、前記第２センス抵抗の抵抗値を変更することにより前記シャント電流の電流値を上昇させることを特徴とする請求項１１に記載の充電システム。
【請求項１８】
前記シャント回路に接続されるＡＤコンバータにより前記バッテリ電圧を監視し、その監視結果に基づいて前記シャント電流の電流値をマイコンにより制御して上昇させることを特徴とする請求項１７に記載の充電システム。
【請求項１９】
前記トランジスタのソース側に前記シャント抵抗が接続されることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の充電システム。
【請求項２０】
前記蓄電素子は、リチウムイオン電池セル、電気２重層キャパシタセル、リチウムイオンキャパシタセル、ＳＣｉＢセルのいずれかであることを特徴とする請求項１１〜１９のいずれか１項に記載の充電システム。
【請求項２１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のシャント回路を搭載した集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャント回路、充電システム、及び集積回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、直列接続された複数のセル（リチウムイオン電池セル等）を一括充電することで、充電器のリソース削減が図られている。このような充電方式では、セルバランスの不整合により過充電されてしまうセルが発生する。このため、過充電を回避する手段としてシャント抵抗方式が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１４７５８７号公報
【特許文献２】特開２０１２−２２８００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のシャント抵抗方式では、単にスイッチをオンしてシャント電流を流す構成であるため、過充電を避けられないケースが発生する。例えば、セルが経時変化により劣化している場合は、セルに供給されるバッテリ電圧の上昇を十分に抑えることができず、過充電されてしまうセルが生じる。特にリチウムイオン電池セルは過充電に対して寿命特性が低下する特性があるため、過充電を回避することが求められている。
【０００５】
本発明の目的は、過充電を回避可能なシャント回路、充電システム、及び集積回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、シャント抵抗と、前記シャント抵抗を介して蓄電素子に並列接続されるトランジスタと、前記蓄電素子に供給されるバッテリ電圧と所定の検出電圧とを比較する第１オペアンプと、前記バッテリ電圧が前記検出電圧に達すると、充電電流からシャント電流を分流させるための前記トランジスタを駆動する第２オペアンプとを備え、段階的に前記検出電圧の電圧値を上昇させるとともに、前記バッテリ電圧が各検出電圧に達する度に前記シャント電流の電流値を上昇させるシャント回路が提供される。
【０００７】
また、本発明の他の態様によれば、シャント抵抗と、前記シャント抵抗を介して蓄電素子に並列接続されるトランジスタと、前記蓄電素子に供給されるバッテリ電圧が所定の検出電圧に達すると、充電電流からシャント電流を分流させるための前記トランジスタを駆動する第２オペアンプとを備え、前記バッテリ電圧が各検出電圧に達する度に前記シャント電流の電流値を上昇させるシャント回路が提供される。
【０００８】
また、本発明の他の態様によれば、充電電流を生成する充電部と、前記充電部に直列接続された複数の蓄電素子と、前記複数の蓄電素子それぞれに並列接続され、前記蓄電素子に供給されるバッテリ電圧が所定の検出電圧に達すると、前記充電電流からシャント電流を分流させるための前記トランジスタを駆動する複数のシャント回路とを備え、前記シャント回路は、段階的に前記検出電圧の電圧値を上昇させるとともに、前記バッテリ電圧が各検出電圧に達する度に前記シャント電流の電流値を上昇させる充電システムが提供される。
【０００９】
また、本発明の他の態様によれば、上記いずれかのシャント回路を搭載した集積回路が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、過充電を回避可能なシャント回路、充電システム、及び集積回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】基本技術に係るシャント回路の模式的回路ブロック構成図。
【図２】基本技術に係るシャント回路を備えた充電システムの模式的回路ブロック構成図。
【図３】基本技術に係る充電システムのシャント回路部分の詳細な模式的回路ブロック構成図。
【図４】基本技術に係る充電システムにおける波形例を模式的に示すグラフであって、（ａ）バッテリ電圧の波形例、（ｂ）バッテリ電流の波形例、（ｃ）シャント電流の波形例。
【図５】第１の実施の形態に係るシャント回路の模式的回路ブロック構成図。
【図６】第１の実施の形態に係るシャント回路を備えた充電システムの模式的回路ブロック構成図。
【図７】第１の実施の形態に係る充電システムのシャント回路部分の詳細な模式的回路ブロック構成図。
【図８】第１の実施の形態に係る充電システムにおける波形例を模式的に示すグラフであって、（ａ）バッテリ電圧の波形例、（ｂ）バッテリ電流の波形例、（ｃ）シャント電流の波形例。
【図９】第２の実施の形態に係るシャント回路の模式的回路ブロック構成図。
【図１０】第２の実施の形態に係るシャント回路を説明するための図であって、（ａ）第１オペアンプ周辺の模式的回路ブロック構成図、（ｂ）第２オペアンプ周辺の模式的回路ブロック構成図。
【図１１】第２の実施の形態に係るシャント回路を備えた充電システムの模式的回路ブロック構成図。
【図１２】第２の実施の形態に係る充電システムのシャント回路部分の詳細な模式的回路ブロック構成図。
【図１３】第３の実施の形態に係るシャント回路の模式的回路ブロック構成図。
【図１４】第３の実施の形態に係るシャント回路を備えた充電システムの模式的回路ブロック構成図。
【図１５】第３の実施の形態に係る充電システムのシャント回路部分の詳細な模式的回路ブロック構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各構成部品の厚みと平面寸法との関係等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１３】
又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、各構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１４】
[基本技術]
（シャント回路）
基本技術に係るシャント回路Ｓ０は、図１に示すように、セルＣに並列接続され、基準電圧発生部１０１と、オペアンプ１０２と、トランジスタ１０３と、抵抗Ｒ101，Ｒ102と、シャント抵抗Ｒshuntとを備える。セルＣは、リチウムイオン電池セル、電気２重層キャパシタセル、リチウムイオンキャパシタセル、ＳＣｉＢ（登録商標）セル等の蓄電素子であり、所定の充電特性及び放電負荷特性で充放電する。
【００１５】
オペアンプ１０２は、セルＣに供給されるバッテリ電圧Ｖbatが基準電圧Ｖrefに達すると、トランジスタ１０３を駆動して充電電流Ｉchgから余剰となるシャント電流Ｉshuntを分流させる。これにより、セルＣに流れるバッテリ電流Ｉbatを抑え、バッテリ電圧Ｖbatの上昇を抑えることができる。
【００１６】
図１に示す点線２０は、集積回路（ＬＳＩ：Large Scale Integration）に搭載可能な範囲を示す。もちろん、シャント抵抗ＲshuntをＬＳＩに搭載することも可能である。
【００１７】
（充電システム）
基本技術に係る充電システムは、図２に示すように、充電電流Ｉchgを生成する充電部１０と、充電部１０に直列接続された複数のセルＣ1，Ｃ2，Ｃ3，…，Ｃn-2，Ｃn-1，Ｃnと、複数のセルＣ1，Ｃ2，Ｃ3，…，Ｃn-2，Ｃn-1，Ｃnそれぞれに並列接続された複数のシャント回路Ｓ０＿１，Ｓ０＿２，Ｓ０＿３，…，Ｓ０＿ｎ−２，Ｓ０＿ｎ−１，Ｓ０＿ｎとを備える。
【００１８】
セルＣ1，Ｃ2，Ｃ3，…，Ｃn-2，Ｃn-1，Ｃnがリチウムイオン電池セルである場合は、例えば５セル〜１６セル程度のセルが縦積みで直列接続される。また、それと同数のシャント回路Ｓ０＿１，Ｓ０＿２，Ｓ０＿３，…，Ｓ０＿ｎ−２，Ｓ０＿ｎ−１，Ｓ０＿ｎがセルＣ1，Ｃ2，Ｃ3，…，Ｃn-2，Ｃn-1，Ｃnそれぞれに並列接続される。
【００１９】
各セルＣ1，Ｃ2，Ｃ3，…，Ｃn-2，Ｃn-1，Ｃnには、バッテリ電流Ｉbatの電流時間積に比例して一様に充電エネルギーが貯えられる。そのため、最もセル容量の小さいものが最初に満充電電圧に達するが、全てのセルＣ1，Ｃ2，Ｃ3，…，Ｃn-2，Ｃn-1，Ｃnが満充電電圧に達するまで充電は継続される。
【００２０】
そこで、各セルＣ1，Ｃ2，Ｃ3，…，Ｃn-2，Ｃn-1，Ｃnにバイパス経路を設け、バッテリ電圧Ｖbatの高いセルへの充電電流Ｉchgはバイパスし、バッテリ電圧Ｖbatの低いセルのみ充電することで、セル電圧を均一化する。例えば、セルＣ1が最初に満充電電圧に達した場合は、シャント回路Ｓ０＿１が充電電流Ｉchgからシャント電流Ｉshuntを分流させ、セルＣ1の過充電を回避する。その他のシャント回路Ｓ０＿２，…，Ｓ０＿ｎについても同様である。
【００２１】
基本技術に係る充電システムのシャント回路部分の詳細な模式的回路ブロック構成は、図３に示すように表される。図３に示すように、オペアンプ１０２の非反転入力端子は抵抗Ｒ101，Ｒ102を介してセルＣ1の両端子に接続され、反転入力端子は基準電圧発生部１０１を介してセルＣ1のマイナス端子に接続される。トランジスタ１０３のドレインはシャント抵抗Ｒshuntを介してセルＣ1のプラス端子に接続され、ソースはセルＣ1のマイナス端子に接続され、ゲートはオペアンプ１０２の出力端子に接続される。
【００２２】
（波形例）
基本技術に係る充電システムにおける波形例を模式的に示すグラフは、図４に示すように表される。すなわち、図４（ａ）はバッテリ電圧Ｖbatの波形例、図４（ｂ）はバッテリ電流Ｉbatの波形例、図４（ｃ）はシャント電流の波形例を表す。
【００２３】
まず、図４（ｂ）に示すように、充電部１０により生成された充電電流ＩchgがセルＣ1に流れると、図４（ａ）に示すように、充電時間に比例してバッテリ電圧Ｖbatが上昇する。オペアンプ１０２は、バッテリ電圧Ｖbatと基準電圧Ｖrefとを比較している。そして、時間ｔ1が経過してバッテリ電圧Ｖbatが基準電圧Ｖrefに達すると、トランジスタ１０３を駆動する。これにより、図４（ｃ）に示すように、シャント抵抗Ｒshuntを通じてシャント電流Ｉshunt1が流れ出す。シャント電流Ｉshuntは（１）式で表される。
【００２４】
Ｉshunt＝Ｖbat／Ｒshunt                                            （１）
シャント電流Ｉshunt1が流れ出すと、図４（ｂ）に示すように、バッテリ電流Ｉbatは、充電電流Ｉchgからシャント電流Ｉshunt1を差し引いた値Ｉbat1となる。これにより、図４（ａ）に示すように、時間ｔ1以降はバッテリ電圧Ｖbatの上昇を抑えることができる。ここでは、セルＣ1に着目して説明したが、その他のセルＣ2，…，Ｃnについても同様である。ただし、セルバランスが異なれば、バッテリ電圧Ｖbatの傾きは異なる。
【００２５】
［第１の実施の形態］
次に、第１の実施の形態について説明する。基本技術と同様の構成については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２６】
（シャント回路）
第１の実施の形態に係るシャント回路Ｓ１の模式的回路ブロック構成は、図５に示すように表される。このシャント回路Ｓ１は、シャント抵抗Ｒshuntと、シャント抵抗Ｒshuntを介して蓄電素子に並列接続されるトランジスタ４と、蓄電素子に供給されるバッテリ電圧Ｖbatと所定の検出電圧Ｖchgとを比較する第１オペアンプ２と、バッテリ電圧Ｖbatが検出電圧Ｖchgに達すると、トランジスタ４を駆動して充電電流Ｉchgからシャント電流Ｉshuntを分流させる第２オペアンプ３とを備える。そして、段階的に検出電圧Ｖchgの電圧値を上昇させるとともに、バッテリ電圧Ｖbatが各検出電圧Ｖchgに達する度にシャント電流Ｉshuntの電流値を上昇させる。
【００２７】
具体的には、第１オペアンプ２の入力端子に接続された第１センス抵抗Ｒ3，Ｒ4と、第２オペアンプ３の入力端子に接続された第２センス抵抗Ｒ1，Ｒ2とを備える。そして、第１センス抵抗Ｒ3，Ｒ4の抵抗値を変更することにより検出電圧Ｖchgの電圧値を上昇させるとともに、第２センス抵抗Ｒ1，Ｒ2の抵抗値を変更することによりシャント電流Ｉshuntの電流値を上昇させてもよい。
【００２８】
また、シャント電流Ｉshuntの電流値をＩshunt、シャント抵抗Ｒshuntの抵抗値をＲshunt、バッテリ電圧Ｖbatの電圧値をＶbat、第２センス抵抗Ｒ1，Ｒ2の抵抗値をＲ1，Ｒ2とした場合、第２センス抵抗Ｒ1の抵抗値Ｒ1が変更されることにより、シャント電流Ｉshuntの電流値ＩshuntがＩshunt＝{〔Ｒ2／（Ｒ1＋Ｒ2）〕Ｖbat}／Ｒshuntに従って上昇してもよい。
【００２９】
また、検出電圧Ｖchgの電圧値をＶchg、第１オペアンプ２に供給される基準電圧Ｖrefの電圧値をＶref、第１センス抵抗Ｒ3，Ｒ4の抵抗値をＲ3，Ｒ4とした場合、第１センス抵抗Ｒ3の抵抗値Ｒ3が変更されることにより、検出電圧Ｖchgの電圧値ＶchgがＶchg＝〔（Ｒ3＋Ｒ4）／Ｒ4〕Ｖrefに従って上昇してもよい。
【００３０】
また、トランジスタ４のソース側にシャント抵抗Ｒshuntが接続されてもよい。
【００３１】
また、蓄電素子は、リチウムイオン電池セル、電気２重層キャパシタセル、リチウムイオンキャパシタセル、ＳＣｉＢセルのいずれかであってもよい。
【００３２】
また、このようなシャント回路を集積回路（ＬＳＩ）に搭載してもよい。
【００３３】
第１の実施の形態に係るシャント回路Ｓ１は、図５に示すように、基準電圧発生部１と、第１オペアンプ２と、第２オペアンプ３と、トランジスタ４と、抵抗Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4と、シャント抵抗Ｒshuntとを備える。シャント抵抗Ｒshuntがシャントラインに設けられているのに対して、抵抗Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4はセンスラインに設けられている。以下の説明では、抵抗Ｒ3，Ｒ4を「第１センス抵抗」といい、抵抗Ｒ3，Ｒ4を「第２センス抵抗」という場合がある。また、抵抗Ｒ1，Ｒ3は可変抵抗であるが、以下の説明では、単に抵抗という場合がある。
【００３４】
第１オペアンプ２は、バッテリ電圧Ｖbatと検出電圧Ｖchgとを比較する。検出電圧Ｖchgは満充電電圧付近の電圧であり、基準電圧Ｖrefに基づいて算出される（後述する）。第２オペアンプ３は、バッテリ電圧Ｖbatが検出電圧Ｖchgに達すると、トランジスタ４を駆動して充電電流Ｉchgからシャント電流Ｉshuntを分流させる。
【００３５】
ここで、第１の実施の形態では、段階的に検出電圧Ｖchgの電圧値を上昇させるとともに、バッテリ電圧Ｖbatが各検出電圧Ｖchgに達する度にシャント電流Ｉshuntの電流値を上昇させる。これにより、基本技術に比べて更にバッテリ電流Ｉbatを抑え、バッテリ電圧Ｖbatの上昇を抑えることができる。そのため、セルＣが経時変化により劣化している場合でも過充電を回避可能である。
【００３６】
図５に示す点線２１は、ＬＳＩに搭載可能な範囲を示す。もちろん、シャント抵抗ＲshuntをＬＳＩに搭載することも可能である。
【００３７】
（充電システム）
第１の実施の形態に係る充電システムは、図６に示すように、充電電流Ｉchgを生成する充電部１０と、充電部１０に直列接続された複数のセルＣ1，Ｃ2，Ｃ3，…，Ｃn-2，Ｃn-1，Ｃnと、複数のセルＣ1，Ｃ2，Ｃ3，…，Ｃn-2，Ｃn-1，Ｃnそれぞれに並列接続され、バッテリ電圧Ｖbatが所定の検出電圧Ｖchgに達すると、充電電流Ｉchgからシャント電流Ｉshuntを分流させる複数のシャント回路Ｓ１＿１，Ｓ１＿２，Ｓ１＿３，…，Ｓ１＿ｎ−２，Ｓ１＿ｎ−１，Ｓ１＿ｎとを備える。そして、シャント回路Ｓ１＿１，Ｓ１＿２，Ｓ１＿３，…，Ｓ１＿ｎ−２，Ｓ１＿ｎ−１，Ｓ１＿ｎは、段階的に検出電圧Ｖchgの電圧値を上昇させるとともに、バッテリ電圧Ｖbatが各検出電圧Ｖchgに達する度にシャント電流Ｉshuntの電流値を上昇させる。
【００３８】
第１の実施の形態に係る充電システムのシャント回路部分の詳細な模式的回路ブロック構成は、図７に示すように表される。図７に示すように、第１オペアンプ２の非反転入力端子は抵抗Ｒ3，Ｒ4を介してセルＣ1の両端子に接続され、反転入力端子は基準電圧発生部１を介してセルＣ1のマイナス端子に接続される。第２オペアンプ３の非反転入力端子は抵抗Ｒ1，Ｒ2を介してセルＣ1の両端子に接続され、反転入力端子はシャント抵抗Ｒshuntを介してセルＣ1のマイナス端子に接続される。トランジスタ４のドレインはセルＣ1のプラス端子に接続され、ソースはシャント抵抗Ｒshuntを介してセルＣ1のマイナス端子に接続され、ゲートは第２オペアンプ３の出力端子に接続される。
【００３９】
（波形例）
第１の実施の形態に係る充電システムにおける波形例を模式的に示すグラフは、図８に示すように表される。すなわち、図８（ａ）はバッテリ電圧Ｖbatの波形例、図８（ｂ）はバッテリ電流Ｉbatの波形例、図８（ｃ）はシャント電流Ｉshuntの波形例を表す。
【００４０】
まず、第１オペアンプ２は、図８（ａ）に示すように、時間ｔ1が経過してバッテリ電圧Ｖbatが検出電圧Ｖchg1に達すると、その検出信号を第２オペアンプ３に転送する。このとき、抵抗Ｒ3の抵抗値を大きくすることにより、検出電圧Ｖchgの電圧値をＶchg1からＶchg2に上昇させる。バッテリ電圧Ｖbatと基準電圧Ｖrefは（２）式に示す関係となるため、検出電圧Ｖchgは（３）式で表される。
【００４１】
Ｖbat〔Ｒ4／（Ｒ3＋Ｒ4）〕＝Ｖref                                    （２）
Ｖchg＝〔（Ｒ3＋Ｒ4）／Ｒ4〕Ｖref                                    （３）
検出信号を受けた第２オペアンプ３は、トランジスタ４を駆動する。これにより、図８（ｃ）に示すように、シャント抵抗Ｒshuntを通じてシャント電流Ｉshunt1が流れ出す。シャント電流Ｉshunt1が流れ出すと、図８（ｂ）に示すように、バッテリ電流Ｉbatは、充電電流Ｉchgからシャント電流Ｉshunt1を差し引いた値Ｉbat1となる。これにより、図８（ａ）に示すように、時間ｔ1以降はバッテリ電圧Ｖbatの上昇を抑えることができる。
【００４２】
ここで、第１の実施の形態では、図８（ａ）に示すように、時間ｔ2が経過してバッテリ電圧Ｖbatが検出電圧Ｖchg2に達すると、抵抗Ｒ3の抵抗値を更に大きくすることにより、検出電圧Ｖchgの電圧値をＶchg2からＶchg3（図示せず）に上昇させる。また、このとき、抵抗Ｒ1の抵抗値を小さくすることにより、図８（ｃ）に示すように、シャント電流Ｉshuntの電流値をＩshunt2まで上昇させる。シャント電流Ｉshuntは（４）式で表される。
【００４３】
Ｉshunt＝{〔Ｒ2／（Ｒ1＋Ｒ2）〕Ｖbat}／Ｒshunt                      （４）
シャント電流Ｉshunt2が流れ出すと、図８（ｂ）に示すように、バッテリ電流Ｉbatは、充電電流Ｉchgからシャント電流Ｉshunt2を差し引いた値Ｉbat2となる。これにより、図８（ａ）に示すように、時間ｔ2以降はバッテリ電圧Ｖbatの上昇を更に抑えることができる。
【００４４】
以降も同様に抵抗Ｒ3の抵抗値を変更し、それに併せて抵抗Ｒ1の抵抗値を変更する。このステップを必要なステップ数だけ繰り返す。必要なステップ数とは、全てのセルＣ1，Ｃ2，Ｃ3，…，Ｃn-2，Ｃn-1，Ｃnがバランスよく満充電電圧に達するステップ数である。これにより、なるべくロスの少ない充電方式を実現することができる。
【００４５】
以上のように、第１の実施の形態では、シャント電流Ｉshuntをバッテリ電圧Ｖbatに応じて最適な値に調整可能である。すなわち、段階的に検出電圧Ｖchgの電圧値を上昇させるとともに、バッテリ電圧Ｖbatが各検出電圧Ｖchgに達する度にシャント電流Ｉshuntの電流値を上昇させるようにしている。これにより、基本技術に比べて更にバッテリ電流Ｉbatを抑え、バッテリ電圧Ｖbatの上昇を抑えることができる。そのため、セルＣが経時変化により劣化している場合でも過充電を回避可能である。しかも、シャントラインのシャント抵抗Ｒshuntを調整する必要がなく、センスラインの抵抗Ｒ1，Ｒ3を調整すればよいため、調整が容易である。
【００４６】
［第２の実施の形態］
以下、第２の実施の形態を第１の実施の形態と異なる点のみ説明する。
【００４７】
（シャント回路）
第２の実施の形態に係るシャント回路Ｓ２は、第１センス抵抗Ｒ3，Ｒ4と第２センス抵抗Ｒ1，Ｒ2とを共通の抵抗Ｒ31，Ｒ32，Ｒ33，Ｒ34，Ｒ35により構成したものである。
【００４８】
第２の実施の形態に係るシャント回路Ｓ２は、図９に示すように、基準電圧発生部１と、第１オペアンプ２と、第２オペアンプ３と、トランジスタ４と、抵抗Ｒ31，Ｒ32，Ｒ33，Ｒ34，Ｒ35と、シャント抵抗Ｒshuntと、スイッチＳ３１〜Ｓ３８とを備える。抵抗Ｒ31，Ｒ32，Ｒ33，Ｒ34，Ｒ35は直列接続され、必要に応じてスイッチＳ３１〜Ｓ３８を切り替える。これにより、以下に説明するように、第１の実施の形態に係るシャント回路Ｓ１における可変抵抗Ｒ1，Ｒ3と同様の可変抵抗を簡単な構成で実現することができる。
【００４９】
例えば、図１０（ａ）に示すように、第１オペアンプ２と抵抗Ｒ11，Ｒ12，Ｒ13，Ｒ14，Ｒ15（第１センス抵抗）との間にスイッチＳ１１〜Ｓ１４が設けられているとする。スイッチＳ１１〜Ｓ１４の一方端は第１オペアンプ２の非反転入力端子に接続される。スイッチＳ１１の他方端は抵抗Ｒ11，Ｒ12間に接続され、スイッチＳ１２の他方端は抵抗Ｒ12，Ｒ13間に接続され、スイッチＳ１３の他方端は抵抗Ｒ13，Ｒ14間に接続され、スイッチＳ１４の他方端は抵抗Ｒ14，Ｒ15間に接続される。この場合、スイッチＳ１１〜Ｓ１４を切り替えることにより、第１センス抵抗の抵抗値を変更することができる。
【００５０】
すなわち、スイッチＳＷ１１をオンにし、その他のスイッチＳＷ１２，ＳＷ１３，ＳＷ１４をオフにした場合は、抵抗Ｒ11が抵抗Ｒ3に相当し、抵抗Ｒ12，Ｒ13，Ｒ14，Ｒ15が抵抗Ｒ4に相当する。また、スイッチＳＷ１２をオンにし、その他のスイッチＳＷ１１，ＳＷ１３，ＳＷ１４をオフにした場合は、抵抗Ｒ11，Ｒ12が抵抗Ｒ3に相当し、抵抗Ｒ13，Ｒ14，Ｒ15が抵抗Ｒ4に相当する。また、スイッチＳＷ１３をオンにし、その他のスイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１４をオフにした場合は、抵抗Ｒ11，Ｒ12，Ｒ13が抵抗Ｒ3に相当し、抵抗Ｒ14，Ｒ15が抵抗Ｒ4に相当する。また、スイッチＳＷ１４をオンにし、その他のスイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１３をオフにした場合は、抵抗Ｒ11，Ｒ12，Ｒ13，Ｒ14が抵抗Ｒ3に相当し、抵抗Ｒ15が抵抗Ｒ4に相当する。
【００５１】
同様に、図１０（ｂ）に示すように、第２オペアンプ３と抵抗Ｒ21，Ｒ22，Ｒ23，Ｒ24，Ｒ25（第２センス抵抗）との間にスイッチＳ２１〜Ｓ２４が設けられているとする。スイッチＳ２１〜Ｓ２４の一方端は第２オペアンプ３の非反転入力端子に接続される。スイッチＳ２１の他方端は抵抗Ｒ21，Ｒ22間に接続され、スイッチＳ２２の他方端は抵抗Ｒ22，Ｒ23間に接続され、スイッチＳ２３の他方端は抵抗Ｒ23，Ｒ24間に接続され、スイッチＳ２４の他方端は抵抗Ｒ24，Ｒ25間に接続される。この場合、スイッチＳ２１〜Ｓ２４を切り替えることにより、第２センス抵抗の抵抗値を変更することができる。
【００５２】
すなわち、スイッチＳＷ２１をオンにし、その他のスイッチＳＷ２２，ＳＷ２３，ＳＷ２４をオフにした場合は、抵抗Ｒ21が抵抗Ｒ1に相当し、抵抗Ｒ22，Ｒ23，Ｒ24，Ｒ25が抵抗Ｒ2に相当する。また、スイッチＳＷ２２をオンにし、その他のスイッチＳＷ２１，ＳＷ２３，ＳＷ２４をオフにした場合は、抵抗Ｒ21，Ｒ22が抵抗Ｒ1に相当し、抵抗Ｒ23，Ｒ24，Ｒ25が抵抗Ｒ2に相当する。また、スイッチＳＷ２３をオンにし、その他のスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ２４をオフにした場合は、抵抗Ｒ21，Ｒ22，Ｒ23が抵抗Ｒ1に相当し、抵抗Ｒ24，Ｒ25が抵抗Ｒ2に相当する。また、スイッチＳＷ２４をオンにし、その他のスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ２３をオフにした場合は、抵抗Ｒ21，Ｒ22，Ｒ23，Ｒ24が抵抗Ｒ1に相当し、抵抗Ｒ25が抵抗Ｒ2に相当する。
【００５３】
ここで、抵抗Ｒ11とＲ21、抵抗Ｒ12とＲ22、抵抗Ｒ13とＲ23、抵抗Ｒ14とＲ24、抵抗Ｒ15とＲ25をそれぞれ共通の抵抗Ｒ31，Ｒ32，Ｒ33，Ｒ34，Ｒ35により構成したものが図９に示すシャント回路Ｓ２である。このシャント回路Ｓ２では、必要に応じてスイッチＳ３１〜Ｓ３８を切り替えるという簡単な構成で、第１の実施の形態に係るシャント回路Ｓ１における可変抵抗Ｒ1，Ｒ3と同様の可変抵抗を実現することができる。
【００５４】
図９に示す点線２２は、ＬＳＩに搭載可能な範囲を示す。もちろん、シャント抵抗ＲshuntをＬＳＩに搭載することも可能である。
【００５５】
（充電システム）
第２の実施の形態に係る充電システムは、図１１に示すように、充電電流Ｉchgを生成する充電部１０と、充電部１０に直列接続された複数のセルＣ1，Ｃ2，Ｃ3，…，Ｃn-2，Ｃn-1，Ｃnと、複数のセルＣ1，Ｃ2，Ｃ3，…，Ｃn-2，Ｃn-1，Ｃnそれぞれに並列接続された複数のシャント回路Ｓ２＿１，Ｓ２＿２，Ｓ２＿３，…，Ｓ２＿ｎ−２，Ｓ２＿ｎ−１，Ｓ２＿ｎとを備える。シャント回路Ｓ２＿１，Ｓ２＿２，Ｓ２＿３，…，Ｓ２＿ｎ−２，Ｓ２＿ｎ−１，Ｓ２＿ｎの内部構成が異なる点を除けば第１の実施の形態と同様である。
【００５６】
第２の実施の形態に係る充電システムのシャント回路部分の詳細な模式的回路ブロック構成は、図１２に示すように表される。図１２に示すように、第１オペアンプ２の非反転入力端子はスイッチＳ３５〜Ｓ３８の一方端に接続され、反転入力端子は基準電圧発生部１を介してセルＣ1のマイナス端子に接続される。第２オペアンプ３の非反転入力端子はスイッチＳ３１〜Ｓ３４の一方端に接続され、反転入力端子はシャント抵抗Ｒshuntを介してセルＣ1のマイナス端子に接続される。抵抗Ｒ31，Ｒ32間にスイッチ３１及びスイッチ３５の他方端が接続され、抵抗Ｒ32，Ｒ33間にスイッチ３２及びスイッチ３６の他方端が接続され、抵抗Ｒ33，Ｒ34間にスイッチ３３及びスイッチ３７の他方端が接続され、抵抗Ｒ34，Ｒ35間にスイッチ３４及びスイッチ３８の他方端が接続される。トランジスタ４のドレインはセルＣ1のプラス端子に接続され、ソースはシャント抵抗Ｒshuntを介してセルＣ1のマイナス端子に接続され、ゲートは第２オペアンプ３の出力端子に接続される。
【００５７】
これにより、必要に応じてスイッチＳ３１〜Ｓ３８を切り替えるという簡単な構成で、第１の実施の形態に係るシャント回路Ｓ１における可変抵抗Ｒ1，Ｒ3と同様の可変抵抗を実現することができる。段階的に検出電圧Ｖchgの電圧値を上昇させるとともに、バッテリ電圧Ｖbatが各検出電圧Ｖchgに達する度にシャント電流Ｉshuntの電流値を上昇させる点は第１の実施の形態と同様である。
【００５８】
以上のように、第２の実施の形態では、第１センス抵抗と第２センス抵抗とを共通の抵抗Ｒ31，Ｒ32，Ｒ33，Ｒ34，Ｒ35により構成し、シャント回路Ｓ１を簡略化している。このような構成によれば、第１センス抵抗及び第２センス抵抗による電流を減らすことができる。
【００５９】
なお、ここでは、５つの抵抗Ｒ31，Ｒ32，Ｒ33，Ｒ34，Ｒ35を直列に接続した構成を例示しているが、もちろん、抵抗の数はこれに限定されるものではない。抵抗の数が多いほど、精密な制御が可能である。
【００６０】
［第３の実施の形態］
以下、第３の実施の形態を第１又は第２の実施の形態と異なる点のみ説明する。
【００６１】
（シャント回路）
第３の実施の形態に係るシャント回路Ｓ３は、シャント抵抗Ｒshuntと、シャント抵抗Ｒshuntを介して蓄電素子に並列接続されるトランジスタ４と、蓄電素子に供給されるバッテリ電圧Ｖbatが所定の検出電圧Ｖchgに達すると、トランジスタ４を駆動して充電電流Ｉchgからシャント電流Ｉshuntを分流させる第２オペアンプ３とを備える。そして、バッテリ電圧Ｖbatが各検出電圧Ｖchgに達する度にシャント電流Ｉshuntの電流値を上昇させる。
【００６２】
具体的には、第２オペアンプ３の入力端子に接続された第２センス抵抗Ｒ1，Ｒ2を備える。そして、第２センス抵抗Ｒ1，Ｒ2の抵抗値を変更することによりシャント電流Ｉshuntの電流値を上昇させてもよい。
【００６３】
第３の実施の形態に係るシャント回路Ｓ３は、図１３に示すように、第２オペアンプ３と、トランジスタ４と、抵抗Ｒ1，Ｒ2と、シャント抵抗Ｒshuntと、スイッチＳＷ４１，ＳＷ４２とを備える。スイッチＳＷ４１，ＳＷ４２をオンにすると、シャント回路Ｓ３がＡＤコンバータ５に接続され、シャント回路Ｓ３がマイコン６により制御される。
【００６４】
図１３に示す点線２３は、ＬＳＩに搭載可能な範囲を示す。もちろん、シャント抵抗ＲshuntをＬＳＩに搭載することも可能である。更に、ＡＤコンバータ５及びマイコン６を搭載し、電池監視ＬＳＩとして提供することも可能である。
【００６５】
（充電システム）
第３の実施の形態に係る充電システムは、図１４に示すように、シャント回路Ｓ３＿１，Ｓ３＿２，Ｓ３＿３，…，Ｓ３＿ｎ−２，Ｓ３＿ｎ−１，Ｓ３＿ｎにＡＤコンバータ５が接続され、ＡＤコンバータ５にマイコン６が接続される。これにより、シャント回路Ｓ３＿１，Ｓ３＿２，Ｓ３＿３，…，Ｓ３＿ｎ−２，Ｓ３＿ｎ−１，Ｓ３＿ｎに接続されるＡＤコンバータ５によりバッテリ電圧Ｖbatを監視し、その監視結果に基づいてシャント電流Ｉshuntの電流値をマイコン６により制御して上昇させる。
【００６６】
第３の実施の形態に係る充電システムのシャント回路部分の詳細な模式的回路ブロック構成は、図１５に示すように表される。図１５に示すように、第２オペアンプ３の非反転入力端子は抵抗Ｒ1，Ｒ2を介してセルＣ1の両端子に接続され、反転入力端子はシャント抵抗Ｒshuntを介してセルＣ1のマイナス端子に接続される。トランジスタ４のドレインはセルＣ1のプラス端子に接続され、ソースはシャント抵抗Ｒshuntを介してセルＣ1のマイナス端子に接続され、ゲートは第２オペアンプ３の出力端子に接続される。ＡＤコンバータ５は、スイッチＳＷ４１，ＳＷ４２を介してセルＣ1の両端子に接続される。
【００６７】
段階的に検出電圧Ｖchgの電圧値を上昇させるとともに、バッテリ電圧Ｖbatが各検出電圧Ｖchgに達する度にシャント電流Ｉshuntの電流値を上昇させる点は第１の実施の形態と同様である。すなわち、スイッチＳＷ４１，ＳＷ４２をオンにすると、ＡＤコンバータ５は、バッテリ電圧Ｖbatを監視する。そして、バッテリ電圧Ｖbatが検出電圧Ｖchgに達すると、その検出信号をマイコン６に転送する。また、このとき、検出電圧Ｖchgの電圧値を上昇させる。検出信号を受けたマイコン６は、トランジスタ４を駆動する。これにより、シャント抵抗Ｒshuntを通じてシャント電流Ｉshuntが流れ出す。その後、バッテリ電圧Ｖbatが次の検出電圧Ｖchgに達すると、ＡＤコンバータ５は、検出電圧Ｖchgの電圧値を更に上昇させる。また、このとき、マイコン６は、抵抗Ｒ1の抵抗値を小さくすることにより、シャント電流Ｉshuntの電流値を上昇させる。以降も同様のステップを必要なステップ数だけ繰り返す。
【００６８】
以上のように、第３の実施の形態では、シャント回路Ｓ３＿１，Ｓ３＿２，Ｓ３＿３，…，Ｓ３＿ｎ−２，Ｓ３＿ｎ−１，Ｓ３＿ｎに接続されるＡＤコンバータ５によりバッテリ電圧Ｖbatを監視し、その監視結果に基づいてシャント電流Ｉshuntの電流値をマイコン６により制御して上昇させる。これにより、シャント回路Ｓ３の小型化を図ることが可能であるとともに、高度な制御を行うことが可能である。
【００６９】
以上説明したように、本発明によれば、過充電を回避可能なシャント回路、充電システム、及び集積回路を提供することができる。
【００７０】
[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は第１〜第３の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【００７１】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明に係るシャント回路、充電システム、及び集積回路は、自動車、産業機器、発電装置、携帯機器、ＵＰＳ（Uninterruptible Power Supply）、電動工具等、蓄電素子を使用する様々な装置に利用することができる。
【００７３】
また、蓄電素子としては、リチウムイオン電池セル、電気２重層キャパシタセル、リチウムイオンキャパシタセル、ＳＣｉＢセル等を使用することが可能である。
【符号の説明】
【００７４】
２…第１オペアンプ
３…第２オペアンプ
４…トランジスタ
５…ＡＤコンバータ
６…マイコン
１０…充電部
Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3，…，Ｃn-2，Ｃn-1，Ｃn…セル（蓄電素子）
Ｖbat…バッテリ電圧
Ｖchg…検出電圧
Ｖref…基準電圧
Ｉchg…充電電流
Ｉshunt…シャント電流
Ｓ１＿１〜Ｓ１＿ｎ，Ｓ２＿１〜Ｓ２＿ｎ，Ｓ３＿１〜Ｓ３＿ｎ…シャント回路
Ｒ3，Ｒ4…第１センス抵抗
Ｒ1，Ｒ2…第２センス抵抗
Ｒshunt…シャント抵抗
【図１】
2014121139.tif 000003
【図２】
2014121139.tif 000004
【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】
2014121139.tif 000009
【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】
2014121139.tif 000015
【図１４】
2014121139.tif 000016
【図１５】
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