(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個直列接続された電池群と、直列接続されて前記電池群の少なくとも一つの電池に並列に接続された一対のスイッチ回路と、この一対のスイッチ回路の相互の接続点を第１電極側に接続したコンデンサと、このコンデンサの第２電極側を基準電位に接続する別のスイッチ回路とを備え、前記コンデンサの前記第２電極側の電位を出力電位とした電池電位差変換回路。
【請求項２】
第１のスイッチ回路、第２のスイッチ回路および第３のスイッチ回路は、それぞれ第一導電形のＭＯＳトランジスタからなる請求項１記載の電池電位差変換回路。
【請求項３】
第１のスイッチ回路、第２のスイッチ回路および第３のスイッチ回路は、それぞれ第一導電形のＭＯＳトランジスタと第二導電形のＭＯＳトランジスタを並列に接続したトランスミッションゲートからなる請求項１記載の電池電位差変換回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電気自動車ならびに携帯機器やパーソナルコンピュータ等に内蔵される二次電池を使用したバッテリユニットの制御回路等に適用される電池電位差変換回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２は二次電池を使用したバッテリユニットの制御回路において、３セル直列接続された各二次電池の電位差を各々接地電位を基準として１セル毎に変換して出力する電池電位差変換回路の従来例である。図２においてＶＡ，ＶＢ，ＶＣはそれぞれ二次電池を示し、出力部Ｖに１セル毎の電位が出力され、１ｂ、２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂ、６ｂ、７ｂは導通状態と解放状態を実現するスイッチ回路である。
【０００３】
図２において、二次電池ＶＣの電位差を出力するにはスイッチ回路１ｂ、４ｂのみを導通状態にして、コンデンサＣに二次電池ＶＣの電圧を充電する。その後スイッチ回路１ｂ、４ｂを再び解放状態にしたあと、スイッチ回路７ｂを導通状態にすることにより出力部Ｖに接地電位を基準として二次電池ＶＣの電位を出力することができる。同様に二次電池ＶＢの電位差を出力するにはスイッチ回路２ｂ、５ｂのみを導通状態にして、コンデンサＣに二次電池ＶＢの電圧を充電する。その後スイッチ回路２ｂ、５ｂを解放状態にした後、スイッチ回路７ｂを導通状態にすることにより出力部Ｖに接地電位を基準として二次電池ＶＢの電位を出力することができる。二次電池ＶＡの電位差も同様な方法により出力部Ｖに出力することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来、バッテリユニットに使用している各二次電池の電位差を各々接地電位を基準として１セル毎に変換して出力する電池電位差変換回路においては、使用するスイッチ回路に高電圧が印加されるため、高い電気的耐圧のスイッチ回路が必要になるという課題があった。
【０００５】
すなわち、図２において二次電池ＶＡ、ＶＢ、ＶＣが４．１Ｖのリチウムイオン二次電池の場合に、二次電池ＶＣの電位差を出力するため、スイッチ回路１ｂ、４ｂのみを導通状態にすると、解放状態のスイッチ回路３ｂおよび６ｂ、７ｂは、それぞれ二次電池ＶＢ＋ＶＣ、二次電池ＶＡ＋ＶＢの２セル分の電位差、すなわち８．２Ｖが印加されるため、３セル直列接続された各二次電池の電位差を、各々接地電位を基準として１セル毎に変換して出力する電位差変換回路を構成するスイッチ回路は、少なくとも２セル分以上の電気的耐圧が必要であった。
【０００６】
したがって、ｎ（ｎ＞３）セルの直列接続された二次電池の電位差変換回路において構成するスイッチ回路は、少なくともｎ−１セル分以上の電気的耐圧が必要となり、例えば、４．１Ｖのリチウムイオン二次電池で、ｎ＝１１セルが直列接続された場合には、電位差変換回路を構成するスイッチ回路の電気的耐圧は少なくとも４１Ｖ必要であり、スイッチ回路の構成が非常に困難であった。
【０００７】
この発明は、上記従来の課題を解決するものであり、例えばバッテリユニットに使用している直列接続された各二次電池の電位差を各々接地電位を基準として１セル毎に変換して出力する電位差変換回路において、低い電気的耐圧のスイッチ回路を用いて実現することができる電池電位差変換回路を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の電池電位差変換回路は、複数個直列接続された電池群と、直列接続されて電池群の少なくとも一つの電池に並列に接続された一対のスイッチ回路と、この一対のスイッチ回路の相互の接続点を第１電極側に接続したコンデンサと、このコンデンサの第２電極側を基準電位に接続する別のスイッチ回路とを備え、コンデンサの第２電極側の電位を出力電位としたものである。
【０００９】
請求項１記載の電池電位差変換回路によれば、一対のスイッチ回路の一方と別のスイッチ回路を閉じるとコンデンサが充電され、つぎにこれらのスイッチ回路を開いて一対のスイッチ回路の他方を閉じるとコンデンサの第２電極側に電池の電位が現れる。この場合、一対のスイッチ回路の一方と別のスイッチ回路を閉じたとき一対のスイッチ回路の他方には１つの電池の電位差のみが加わり、解放したときも同様である。つぎに一対のスイッチ回路の他方を閉じたとき一対のスイッチ回路の一方と別のスイッチ回路には１つの電池の電位差のみが印加される。このためスイッチ回路は従来例と比較して、電池の数にかかわらず、低い電気的耐圧のスイッチ回路を用いて、各二次電池の電位差を各々基準電圧に対し、１セル毎に変換して出力する電位差変換回路を簡単に実現することができる。
【００１０】
請求項２記載の電池電位差変換回路は、請求項１において、第１のスイッチ回路、第２のスイッチ回路および第３のスイッチ回路は、それぞれ第一導電形のＭＯＳトランジスタからなるものである。
請求項２記載の電池電位差変換回路によれば、請求項１と同様な効果がある。請求項３記載の電池電位差変換回路は、請求項１において、第１のスイッチ回路、第２のスイッチ回路および第３のスイッチ回路は、それぞれ第一導電形のＭＯＳトランジスタと第二導電形のＭＯＳトランジスタを並列に接続したトランスミッションゲートからなるものである。
【００１１】
請求項３記載の電池電位差変換回路によれば、請求項１と同様な効果がある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１はこの発明の一実施の形態における二次電池電位差変換回路である。図１において、ＶＡ、ＶＢ、ＶＣは例えば複数個直列接続される再充電可能な電池（以下、二次電池と称す）、具体的には各々４．１Ｖのリチウムイオン二次電池であり、ＶＲは接地電位から二次電池ＶＡの陰極側に生じている電位差であり、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２はそれぞれ導通状態と解放状態を実現するスイッチ回路である。またＣ１、Ｃ２、Ｃ３はそれぞれコンデンサである。
【００１３】
この二次電池電位差変換回路は、複数個直列接続された電池群ＶＡ、ＶＢ、ＶＣと、直列接続されて電池群ＶＡ、ＶＢ、ＶＣの各々に並列に接続された一対のスイッチ回路群すなわち一対のスイッチ回路１、２、一対のスイッチ回路３、４、一対のスイッチ回路５、６と、これらの一対のスイッチ回路の相互の接続点をそれぞれ第１電極側に接続したコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３と、このコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の各第２電極側を基準電位に接続する別のスイッチ回路１０、１１、１２とを備え、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の第２電極側の電位を出力電位Ｖとしている。
【００１４】
実施の形態では二次電池ＶＡ，ＶＢ，ＶＣが３個直列に接続されており、二次電池ＶＣの陽極側にはスイッチ回路１が接続され、二次電池ＶＣの陰極側にはスイッチ回路２が接続されておりスイッチ回路１、２の出力は、コンデンサＣ１の片側の電極に接続されている。同様に二次電池ＶＢの陽極側にはスイッチ回路３が接続され、二次電池ＶＢの陰極側にはスイッチ回路４が接続されておりスイッチ回路３、４の出力は、コンデンサＣ２の片側の電極に接続されている。さらに二次電池ＶＡの陽極側にはスイッチ回路５が接続され、二次電池ＶＡの陰極側にはスイッチ回路６が接続されておりスイッチ回路５、６の出力は、コンデンサＣ３の片側の電極に接続されている。コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の反対側の電極には接地用スイッチ回路１０、１１、１２および出力用スイッチ回路７、８、９が接続されている。Ｖは出力部であり、接地電位を基準として各ＶＡ、ＶＢ、ＶＣの電位差が出力される。
【００１５】
以上のように構成された二次電池電位差変換回路について、その動作を説明する。最初にスイッチ回路２、４、６およびスイッチ回路１０、１１、１２を、導通状態にしてコンデンサＣ１にＶＡ＋ＶＢ＋ＶＲの電圧を充電し、コンデンサＣ２にＶＡ＋ＶＲの電圧を充電し、コンデンサＣ３にＶＲの電圧を充電する。このとき解放状態にあるスイッチ類に印加されている電圧はつぎのようになる。
スイッチ回路１−−−−二次電池ＶＣの電位差
スイッチ回路３−−−−二次電池ＶＢの電位差
スイッチ回路５−−−−二次電池ＶＡの電位差
スイッチ回路７−−−−０Ｖ
スイッチ回路８−−−−０Ｖ
スイッチ回路９−−−−０Ｖ
次にすべてのスイッチ回路を解放状態にする。このときのスイッチ類に印加されている電圧はつぎのようになる。
スイッチ回路１−−−−二次電池ＶＣの電位差
スイッチ回路２−−−−０Ｖ
スイッチ回路３−−−−二次電池ＶＢの電位差
スイッチ回路４−−−−０Ｖ
スイッチ回路５−−−−二次電池ＶＡの電位差
スイッチ回路６−−−−０Ｖ
スイッチ回路７−−−−０Ｖ
スイッチ回路８−−−−０Ｖ
スイッチ回路９−−−−０Ｖ
スイッチ回路１０−−０Ｖ
スイッチ回路１１−−０Ｖ
スイッチ回路１２−−０Ｖ
この後に二次電池ＶＣの電位を出力する場合はスイッチ回路１、７を、二次電池ＶＢの電位を出力する場合はスイッチ回路３、８を、二次電池ＶＡの電位を出力する場合はスイッチ５、９を導通状態にすれば、各々の二次電池の電位差が接地電圧を基準としてＶに出力される。例えばスイッチ回路１、７を導通状態にした場合の他の解放状態のスイッチ類に印加されている電圧はつぎのようになる。
スイッチ回路２−−−−二次電池ＶＣの電位差
スイッチ回路３−−−−二次電池ＶＢの電位差
スイッチ回路４−−−−０Ｖ
スイッチ回路５−−−−二次電池ＶＡの電位差
スイッチ回路６−−−−０Ｖ
スイッチ回路８−−−−二次電池ＶＣの電位差
スイッチ回路９−−−−二次電池ＶＣの電位差
スイッチ回路１０−−二次電池ＶＣの電位差
スイッチ回路１１−−０Ｖ
スイッチ回路１２−−０Ｖ
したがって一連の電位差変換回路の動作において、構成されるすべてのスイッチ類には常に１セル分４．１Ｖの電位差が印加される。二次電池ＶＢの電位を出力するためにスイッチ回路３、８を、さらに二次電池ＶＡの電位を出力するためにスイッチ回路５、９を導通状態にした場合も同様に構成されるすべてのスイッチ類には常に１セル分の電位差が印加される。
【００１６】
以上のように、この発明の実施の形態によれば、複数個直列接続された二次電池において、複数個直列接続された二次電池群の少なくとも一つの二次電池の第１電極側と第２電極側の電位をそれぞれコンデンサの第１電極側に出力するスイッチ回路と、コンデンサの第２電極側の電位を基準電位に出力するスイッチ回路を備えることにより、低い電気的耐圧のスイッチ回路を用いて二次電池電位差変換回路を実現することができる。
【００１７】
なお、この実施の形態では、３個直列に接続された二次電池に対する電位差均等化回路の構成および動作を説明したが、３個以上に直列に接続された二次電池に対する電位差均等化回路を同様に構成しても、すべてのスイッチ類には常に１セル分の電位差が印加されるため、直列接続された二次電池の個数が増加するほどこの発明の効果が大きくなる。
【００１８】
またスイッチ回路１〜１２は、機械式あるいは電子式リレー装置が使用できる。
またスイッチ回路１〜１２は、それぞれ第一導電形のＭＯＳトランジスタ例えばＰ形ＭＯＳトランジスタ単体により構成することができる。
さらにスイッチ回路１〜１２は、それぞれ第一導電形のＭＯＳトランジスタと第二導電形のＭＯＳトランジスタを並列に接続したトランスミッションゲート、例えばＰ形ＭＯＳトランジスタとＮ形ＭＯＳトランジスタを並列に接続したトランスミッションゲート等が使用可能である。
【００１９】
また、この発明の電池電位差変換回路は、電池群の少なくとも一つの電池について電位差変換して出力するものであればよい。
【００２０】
【発明の効果】
請求項１記載の電池電位差変換回路によれば、一対のスイッチ回路の一方と別のスイッチ回路を閉じるとコンデンサが充電され、つぎにこれらのスイッチ回路を開いて一対のスイッチ回路の他方を閉じるとコンデンサの第２電極側に電池の電位が現れる。この場合、一対のスイッチ回路の一方と別のスイッチ回路を閉じたとき一対のスイッチ回路の他方には１つの電池の電位差のみが加わり、解放したときも同様である。つぎに一対のスイッチ回路の他方を閉じたとき一対のスイッチ回路の一方と別のスイッチ回路には１つの電池の電位差のみが印加される。このためスイッチ回路は従来例と比較して、電池の数にかかわらず、低い電気的耐圧のスイッチ回路を用いて、各二次電池の電位差を各々基準電圧に対し、１セル毎に変換して出力する電位差変換回路を簡単に実現することができる。
【００２１】
請求項２記載の電池電位差変換回路によれば、請求項１と同様な効果がある。請求項３記載の電池電位差変換回路によれば、請求項１と同様な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態における二次電池電位差変換回路図である。
【図２】従来の二次電池電位差変換回路図である。
【符号の説明】
ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ      二次電池
１〜１２、１ｂ〜７ｂ  スイッチ回路
Ｃ、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３  コンデンサ
Ｖ    各二次電池の接地電位に対する出力電圧の出力部
【図１】
0003572193.tif 000002
【図２】
0003572193.tif 000003