(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池並列処理回路に電気的に接続可能な外部負荷及び分岐点に電気的に接続され、スイ
ッチング素子を含む第１ラインと、
前記外部負荷及び前記分岐点に電気的に接続され、正の温度特性を有するサーミスタで
ある抵抗素子を含む第２ラインと、を備え、
前記電池並列処理回路は、複数の前記第１ライン及び複数の第２ラインを有し、前記複
数の第１ラインは互いに並列接続され、前記複数の第２ラインは互いに並列接続され、複
数の前記分岐点は外部の接続可能な複数の電池ユニットに各々電気的に接続される電池並
列処理回路。
【請求項２】
前記スイッチング素子は、前記電池ユニットに各々電気的に接続され、前記外部負荷と
前記電池ユニットとの間に直列に設けられ、前記抵抗素子は、前記電池ユニットに各々電
気的に接続され、前記外部負荷と前記電池ユニットとの間に直列に設けられる請求項１記
載の電池並列処理回路。
【請求項３】
前記各スイッチング素子の導通状態を制御する制御ユニットを更に備える請求項２記載
の電池並列処理回路。
【請求項４】
前記各電池ユニットは、周期的に又は任意のタイミングで前記電池ユニットの出力電圧
を検出し、出力電圧情報を出力する電圧検出部を備える請求項３記載の電池並列処理回路
。
【請求項５】
前記制御ユニットは、前記出力電圧情報を受け取り、前記出力電圧のばらつきが比較的
小さい場合、前記スイッチング素子のすべてをオンし、前記出力電圧のばらつきが比較的
大きい場合、前記スイッチング素子のすべて又は一部をオフにする請求項４記載の電池並
列処理回路。
【請求項６】
前記制御ユニットは、前記出力電圧情報を受け取り、前記複数の電池ユニットのうち、
前記出力電圧が最大の電池ユニットを特定し、前記出力電圧が最大の電池ユニットに対応
する前記スイッチング素子をオンにし、それ以外の前記スイッチング素子をオフにする請
求項４記載の電池並列処理回路。
【請求項７】
前記複数の電池ユニットは、第１〜第ｎの電池ユニット（ｎは３以上の整数）であり、
前記制御ユニットは、前記複数の電池ユニットの前記出力電圧のばらつきが比較的大き
い場合、各電池ユニットの出力電圧値に応じて前記第１〜第ｎの電池ユニットを第１〜第
ｍの組に分類して（ｍは２以上の整数）、前記第１〜第ｍの組の内、属している電池ユニ
ットの個数が最も大きい組を特定し、前記特定した組に属する電池ユニットに対応する各
スイッチング素子をオンとする一方で、特定した組以外の組に属する電池ユニットに対応
する各スイッチング素子をオフとする請求項４記載の電池並列処理回路。
【請求項８】
前記複数の電池ユニットは、第１〜第ｎの電池ユニット（ｎは３以上の整数）を備え、
前記制御ユニットは、前記複数の電池ユニットの前記出力電圧のばらつきが比較的大きい
場合、各電池ユニットの出力電圧値に応じて前記第１〜第ｎの電池ユニットを２つの組に
分類して、前記２つの組の内、属している電池ユニットの個数が多い組を特定し、前記特
定された組に属する電池ユニットに対応する各スイッチング素子をオンとし、特定された
組以外の組に属する電池ユニットに対応する各スイッチング素子をオフとする請求項４記
載の電池並列処理回路。
【請求項９】
前記スイッチング素子はＦＥＴである請求項２記載の電池並列処理回路。
【請求項１０】
前記外部負荷と前記第１ラインとの間に直列に設けられた放電元ＦＥＴと、前記各電池
ユニットへ充電電流を供給する電源回路と、前記電源回路と前記第１ラインとの間に直列
に設けられた充電元ＦＥＴと、を備える請求項９記載の電池並列処理回路。
【請求項１１】
前記複数の第１ライン及び前記複数の第２ラインは、接続点で互いに電気的に接続され
、前記電池並列処理回路は、前記接続点と前記複数の第２ラインの間で、前記充電元ＦＥ
Ｔに並列に設けられた第２ラインスイッチング素子を備える請求項１０記載の電池並列処
理回路。
【請求項１２】
放電元ＦＥＴの寄生ダイオードの順方向は、前記外部負荷から前記第１ラインに向かう
方向であり、充電元ＦＥＴの寄生ダイオードの順方向は、電源回路から前記第１ラインに
向かう方向であり、前記スイッチング素子としてのＦＥＴの寄生ダイオードの順方向は、
前記電池ユニットから前記第１ラインに向かう方向である請求項９記載の電池並列処理回
路。
【請求項１３】
前記第１ラインは第２スイッチング素子を備え、前記スイッチング素子の寄生ダイオー
ドの順方向は、前記電池ユニットから前記第１ラインに向かう方向であり、前記第２スイ
ッチング素子の寄生ダイオードの順方向は、前記第１ラインから前記電池ユニットに向か
う方向である請求項９記載の電源並列処理回路。
【請求項１４】
複数の電池ユニットと、電池並列処理回路とを備え、前記電池並列処理回路は、前記電
池並列処理回路に電気的に接続可能な外部負荷及び分岐点に電気的接続され、スイッチン
グ素子を備える第１ラインと、前記外部負荷及び前記分岐点に電気的に接続され、正の温
度特性を有するサーミスタである抵抗素子を備える第２ラインと、を備え、前記電池並列
処理回路は、複数の前記第１ライン及び複数の前記第２ラインを有し、前記複数の第１ラ
インは互いに並列接続され、前記複数の第２ラインは互いに並列接続され、前記分岐点は
前記複数の電池ユニットに各々電気的に接続される電池システム。
【請求項１５】
各電池ユニットは、各々着脱可能である請求項１４記載の電池システム。
【請求項１６】
電池並列処理回路に電気的に接続可能な外部負荷及び分岐点に電気的に接続され、スイ
ッチング素子を含む第１ラインと、
前記外部負荷及び前記分岐点に電気的に接続され、抵抗素子を含む第２ラインと、を備
え、
前記電池並列処理回路は、複数の前記第１ライン及び複数の第２ラインを有し、前記複
数の第１ラインは互いに並列接続され、前記複数の第２ラインは互いに並列接続され、複
数の前記分岐点は外部の接続可能な複数の電池ユニットに各々電気的に接続され、
前記スイッチング素子は、前記電池ユニットに各々電気的に接続され、前記外部負荷と
前記電池ユニットとの間に直列に設けられ、  前記抵抗素子は、前記電池ユニットに各々
電気的に接続され、前記外部負荷と前記電池ユニットとの間に直列に設けられ
前記複数の分岐点に各々電流を供給する複数の電池ユニットと、前記各スイッチング素
子の導通状態を制御する制御ユニットと、を備え、前記制御ユニットは、前記複数の電池
ユニットのうち、何れかの電池ユニットの交換からの経過時間を計測するタイマを有し、
前記タイマにより計測された経過時間に基づいて前記各スイッチング素子の導通状態を制
御する電池並列処理回路。
【請求項１７】
前記制御ユニットは、前記タイマにより計測された経過時間に基づいて、経過時間が所
定の時間に達するまでは前記スイッチング素子のすべてをオンし、経過時間が前記所定の
時間に達した後は、前記スイッチング素子のすべて又は一部をオフにする請求項１６記載
の電池並列処理回路。
【請求項１８】
前記制御ユニットは、経過時間が所定の時間に達する前に何れかの電池ユニットの交換
がなされた場合には、前記タイマをリセットして再計測を行う請求項１６記載の電池並列
処理回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池ユニットを並列接続するために用いられる電池並列処理回路に関する。また、本発明は、電池並列処理回路を利用した電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００２−１４２３５３号公報は、各々が１以上の二次電池から成る電池ユニットを複数個用意し、複数の電池ユニットを互いに並列接続して利用するシステムを開示する。図１２には、互いに並列接続された複数の電池ユニットを利用する装置９００を示している。装置９００内では、電池ユニット９０１〜９０３が並列接続されている。電池ユニット９０１〜９０３の出力で装置９００内の負荷９１０が駆動する。電池ユニット９０１〜９０３は、装置９００内の充電回路９１１により充電される。
【０００３】
二次電池は充電及び放電の繰り返しによって特性が劣化する。このため、電池ユニット９０１〜９０３を利用する装置９００においては、各電池ユニットが交換可能となっていることが多い。例えば、装置９００の利用者は、必要に応じて電池ユニット９０１のみを交換することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１４２３５３号公報
【発明の概要】
【０００５】
電池ユニットの交換が一切成されない場合、各電池ユニットでは均等に放電又は充電が成されるので、各電池ユニットの特性は概ね均一である。しかしながら、電池ユニット９０１のみを装置９００から取り外し、新たな電池ユニットを電池ユニット９０１として取り付けると、装置９００内の各電池ユニットの特性は不均一となりうる。例えば、交換されない電池ユニット９０２及び９０３の開放出力電圧よりも、電池ユニット９０１として新たに取り付けられるべき電池ユニットの開放出力電圧がずいぶん大きいこともある。このような状況において、電池ユニット９０１の交換を行うと、新たな電池ユニット９０１から電池ユニット９０２及び９０３へ比較的大きな電流が流れうる。
【０００６】
内部抵抗値の比較的大きな二次電池（例えば、鉛蓄電池）を用いて電池ユニット９０１〜９０３を形成した場合には、上記のような電池ユニット交換を行っても電池ユニットの劣化や破損等を招くような大電流は流れにくい。しかしながら、近年、盛んに研究されている内部抵抗値の比較的小さな二次電池（例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池）を用いて電池ユニットを形成した場合において、上記のような電池ユニット交換を行うと、電池ユニット間に大電流が流れて電池ユニットの劣化や破損等を招きやすくなる。
【０００７】
本願発明の一観点は、電池並列処理回路であって、電気的接続可能な外部負荷及び分岐点に電気的接続される第１ラインであって前記第1ラインはスイッチング素子を含み、前記外部負荷及び前記分岐点に電気的接続される第２ラインであって、前記第2ラインは正
の温度特性を有するサーミスタである抵抗素子を含み、前記電池並列処理回路は複数の前記第１ライン及び複数の第２のラインを有し、前記複数の第１のラインは並列接続され、前記複数の第２ラインは並列接続され、前記分岐点は外部の接続可能な複数の電池ユニットに各々電気的接続される。
【０００８】
本願発明のまた別の観点は、電池システムであって、複数の電池ユニットと、電池並列処理回路と、を備え、前記電池並列処理回路は、前記電池並列処理回路に電気的接続可能な外部負荷及び分岐点に電気的接続されスイッチング素子を備える第１ラインと、前記外部負荷及び前記分岐点に電気的接続され正の温度特性を有するサーミスタである抵抗素子を備える第２ラインと、を備え、前記電池並列処理回路は、複数の前記第１ライン及び複数の前記第２のラインを有し、前記複数の第１のラインは並列接続され、前記複数の第２ラインは並列接続され、前記分岐点は前記複数の電池ユニットに各々電気的接続される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る電池システムの概略的な全体回路図である。
【図２】図２は、１つの電池ユニットの内部構成の様々な例を示す図である。
【図３】図３は、電池システムを利用した装置の概略構成図である。
【図４】図４は、第１実施例に係り、電池ユニットが電圧均一状態にあるときにおける、並列接続回路内の電流の流れを表す図である。
【図５】図５は、第１実施例に係り、電池ユニットが電圧不均一状態にあるときにおける、並列接続回路内の電流の流れを表す図である。
【図６】図６は、第１実施例に係り、電池ユニットが電圧不均一状態にあるときにおける、放電電流の流れを表す図である。
【図７】図７は、第１実施例に係り、電池ユニットが電圧不均一状態にあるときにおける、放電電流の流れを表す図である。
【図８】図８は、第２実施例に係り、並列接続回路内の各スイッチング素子のオンオフ状態例を表す図である。
【図９】図９は、第３実施例に係り、並列接続回路内の各スイッチング素子のオンオフ状態例を表す図である。
【図１０】図１０は、第４実施例に係り、２つのＦＥＴの直列回路にて形成されるスイッチング素子の構成を示す図である。
【図１１】図１１は、実施形態に係る並列接続回路の変形例を示す図である。
【図１２】図１２は、従来技術に係り、複数の電池ユニットを利用する装置を示す図である。
【図１３】図１３は、第８実施例に係り、シミュレーションで用いた回路図である。
【図１４】図１４は、第８実施例に係り、シミュレーションで用いたＰＴＣサーミスタの特性を示す図である。
【図１５】図１５は、第８実施例に係り、第１シミュレーションの結果を示すグラフである。
【図１６】図１６は、第８実施例に係り、第２シミュレーションの結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態の例を、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、同一の部分には同一の符号を付し、同一の部分に関する重複する説明を原則として省略する。本明細書において、配線及びラインとは抵抗値が十分に小さい導体を指し、配線放びラインにおける抵抗値は無視する。
一方、抵抗素子とは、導体上に挿入された無視できない抵抗値を有する素子を指す。 後に第１〜第８実施例を説明するが、まず、各実施例に共通する事項又は各実施例にて参照される事項について説明する。
【００１１】
図１に、実施形態の電池システムの概略的な全体回路図を示す。演算処理装置等を含む制御ユニット１は、被制御ユニット２の状態を監視すると共に被制御ユニット２内の各部位の動作を制御する。被制御ユニット２には、スイッチユニット３と、電力変換回路４と、複数の電池ユニットと、複数の電池ユニットに対応する複数のブレーカと、を含む。スイッチユニット３は、並列接続回路５と、スイッチング素子６〜８を含む。また、被制御ユニット２は、太陽電池９と、ダイオード１０と、電源回路（本実施形態では交流電圧源）１１と、負荷１２と、に電気的接続される。本実施形態における各ダイオードとして、例えば、ＰＮ接合型ダイオードを用いる。しかし、これに限られず他のダイオードを用いることができる。
【００１２】
被制御ユニット２に設けられる複数の電池ユニットは、複数のブレーカを介して並列接続回路５に電気的接続される。複数の電池ユニットは並列接続回路５を介して並列に電気的接続される。並列接続回路５を介して並列に電気的接続されるべき電池ユニットの個数は２以上、すなわち、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、もしくはそれ以上でも良い。本実施形態では、特に断りなき限り、その個数が３であるとし、３つの電池ユニットを符号ＢＴ［１］〜ＢＴ［３］にて表す。また、電池ユニットＢＴ［ｉ］に対応するブレーカを符号ＢＲ［ｉ］によって表す。ｉは任意の整数である。
【００１３】
本実施形態では、電池ユニットＢＴ［１］〜ＢＴ［３］の構造は共通であるため、代表して、電池ユニットＢＴ［１］の構造を説明する。電池ユニットＢＴ［１］は、内部抵抗値がかなり小さな１又は複数の二次電池を含む。電池ユニットＢＴ［１］が複数の二次電池を含む場合、その複数の二次電池は、図２Ａに示すような二次電池の直列接続回路、図２Ｂに示すような二次電池の並列接続回路、又は、図２Ｃに示すようなそれらの組み合わせ回路のいずれでもよい。二次電池は、再充電可能な電池を含む。内部抵抗値がかなり小さな二次電池の例として、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池が含まれる。電池ユニットＢＴ［１］は、負出力端子及び正出力端子を備え、負出力端子の電位を基準として、正出力端子から正の電圧を出力する。本実施形態にて述べる任意の電圧は、基準電位点における電位を基準とした電圧を指す。また本実施形態の図面では、各電池ユニットには模式的に１つの電池を示しているが、これに限られずに各電池ユニットは複数電池の直列接続、並列接続、もしくはそれらの組み合わせを含んでもよい。
【００１４】
電池ユニットＢＴ［ｉ］の正出力端子は、ブレーカＢＲ［ｉ］を介して分岐点１５［ｉ］に電気的接続され、分岐点１５［ｉ］はスイッチング素子３０［ｉ］を介して主ラインＬ１に電気的接続されている（ｉは、１、２又は３）。即ち、スイッチング素子３０［ｉ］は、電池ユニットごとに設けられ、電池ユニットごとに主ラインＬ１及び電池ユニット間に直列に介在している。また、分岐点１５［ｉ］は、抵抗素子２０［ｉ］を介して副ラインＬ２に電気的接続されている（ｉは、１、２又は３）。即ち、抵抗素子２０［ｉ］は、電池ユニットごとに設けられ、電池ユニットごとに副ラインＬ１及び電池ユニット間に直列に介在している。このように、電池ユニットＢＴ［１］〜ＢＴ［３］は、主ラインＬ１を介して並列に電気的接続され、且つ、副ラインＬ２を介しても並列に電気的接続されることとなる。本実施形態では、抵抗素子２０［１］〜２０［３］は互いに同じものであり、スイッチング素子３０［１］〜３０［３］も互いに同じものである。
【００１５】
主ラインＬ１は、電池ユニットＢＴ［ｉ］への充電電流を流すための主たる配線であり、電池ユニットＢＴ［ｉ］からの放電電流を流すための主たる配線でもある。副ラインＬ２は、電池ユニットＢＴ［ｉ］への充電電流を流すための補助的配線であり、電池ユニットＢＴ［ｉ］からの放電電流を流すための補助的配線でもある。尚、電池ユニットＢＴ［ｉ］の充電とは、電池ユニットＢＴ［ｉ］に含まれる二次電池の充電を意味し、電池ユニットＢＴ［ｉ］の放電とは、電池ユニットＢＴ［ｉ］に含まれる二次電池の放電を意味する。
【００１６】
主ラインＬ１は、スイッチング素子６及び７を介して電力変換回路４の出力端子に電気的接続されていると共に、スイッチング素子６を介してダイオード１０のカソードに電気的接続されている。更に、主ラインＬ１は、スイッチング素子８を介して負荷１２にも電気的接続されている。副ラインＬ２は、スイッチング素子１３を介して主ラインＬ１に電気的接続されている。電池システム内の各スイッチング素子として、任意の半導体スイッチや機械式スイッチを用いることができる。本実施形態では、電界効果トランジスタの一種であるｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）が電池システム内の各スイッチング素子として用いる。ここで、本実施形態では、ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴとしてのスイッチング素子をＦＥＴと記す。
【００１７】
スイッチユニット３内の各ＦＥＴの導通状態は、制御ユニット１によって制御される。周知の如く、ＦＥＴがオンになっている状態は当該ＦＥＴのドレイン及びソース間が導通している状態に相当し、ＦＥＴがオフになっている状態は当該ＦＥＴのドレイン及びソース間が遮断されている状態に相当する。また、各ＦＥＴには寄生ダイオードが付与されている。ＦＥＴそのものに寄生ダイオードが内蔵されていると考えることもできるし、寄生ダイオードがＦＥＴに並列に電気的接続された回路素子であると捉えることもできる。各ＦＥＴにおいて、寄生ダイオードは、当該ＦＥＴのソースからドレインに向かう方向を順方向として当該ＦＥＴに対して並列に電気的接続される。
【００１８】
各スイッチング素子を２つのＦＥＴの直列回路にて形成することもできるが（図１０（ａ）及び（ｂ）参照）、ここでは、原則として各スイッチング素子が単一のＦＥＴにて形成されることを想定する（例外は第４実施例にて後述される）。従って例えば、スイッチング素子３０［ｉ］が単一のＦＥＴにて形成されている場合、スイッチング素子３０［ｉ］をＦＥＴ３０［ｉ］と記す。
【００１９】
ＦＥＴ３０［１］〜３０［３］のソースは、それぞれ分岐点１５［１］〜１５［３］に電気的接続され、ＦＥＴ３０［１］〜３０［３］のドレインは主ラインＬ１に電気的接続されている。ＦＥＴ３０［１］〜３０［３］のドレイン及びＦＥＴ８及び１３のドレインは主ラインＬ１上で共通接続されており、それらの共通接続点を接続点１４と呼ぶ。ＦＥＴ１３のソースは副ラインＬ２に電気的接続され、ＦＥＴ８のソースは負荷１２に電気的接続されている。接続点１４はＦＥＴ６のソースに電気的接続され、ＦＥＴ６及び７のドレインは接続点１６にて電気的接続されている。ＦＥＴ７のソースは電力変換回路４の出力端子に電気的接続されている。ＦＥＴ７は、接続点１６側から電力変換回路４側へ電流が逆流するのを防止するために設けられている。ＦＥＴ７が存在しない場合、太陽電池９の出力によって電力変換回路４に過電圧が加わり電力変換回路４が破損することがある。ＦＥＴ７を設けることで、電力変換回路４に過電圧が加わることによる電力変換回路４の破損が回避される。また、ＦＥＴ７を設けることで、電力変換回路４内での電力消費の抑制効果も期待される。接続点１６は、ダイオード１０のカソードに電気的接続され、ダイオード１０のアノードは太陽電池９の出力端子に電気的接続されている。
【００２０】
電力変換回路４は、制御ユニット１の制御の下で、交流電圧源１１からの交流電力を直流電力に変換する。これにより得られた直流電力による直流電圧及び直流電流を自身の出力端子から出力する。太陽電池９は、太陽光などの光を直流電力に変換し、得られた直流電力よる直流電圧及び直流電流を自身の出力端子から出力する。
【００２１】
制御ユニット１は、電池ユニットＢＴ［ｉ］の充電が必要なときには、ＦＥＴ６及び７を共にオンにする。これにより、太陽電池９の出力電流又は電力変換回路４の出力電流を電池ユニットＢＴ［ｉ］への充電電流として接続点１４側に供給する。或いは、制御ユニット１は、ＦＥＴ６及び７の内、ＦＥＴ６のみをオンにすることで、太陽電池９の出力電流を電池ユニットＢＴ［ｉ］への充電電流として接続点１４側に供給することもできる。接続点１４側に供給された充電電流は、主ラインＬ１又は副ラインＬ２を介して電池ユニットＢＴ［ｉ］に供給される。以下の説明では、電池ユニットＢＴ［ｉ］の充電が必要なときには、特に記述なき限り、ＦＥＴ６及び７が共にオンされるものとする。但し、ＦＥＴ７をオンすることは必須ではない。ＦＥＴ６及び７の内、ＦＥＴ６のみをオンにしたとしても、ＦＥＴ６及び７を共にオンとしたときと同様の動作が実現されるが、ＦＥＴ６のみをオンにすると消費電力の増大を招く。故に、電池ユニットＢＴ［ｉ］の充電が必要なときには、ＦＥＴ６及び７を共にオンにした方が望ましい。太陽電池９の開放出力電圧及び電力変換回路４の開放出力電圧は、電池ユニットＢＴ［１］〜ＢＴ［３］の出力電圧以上であるとし、説明の簡略化上、特に必要のない限り電池ユニットＢＴ［１］〜ＢＴ［３］の内部抵抗値はゼロであると仮定する。制御ユニット１は、電池ユニットＢＴ［ｉ］の充電が不要であると判断されるとき、或いは、電池ユニットＢＴ［ｉ］の充電を禁止したいとき、ＦＥＴ６及び７をオフとする。例えば、電池ユニットＢＴ［ｉ］が何らかの異常状態（過充電状態を含む）にあるとき、電池ユニットＢＴ［ｉ］の充電が禁止される。
【００２２】
尚、太陽電池９によって形成される第１電力源と、交流電圧源１１及び電力変換回路４によって形成される第２電力源の内、何れか一方の電力源を割愛することも可能である。
【００２３】
制御ユニット１は、電池ユニットＢＴ［ｉ］の放電が必要なときには、換言すれば負荷１２に電力を供給する必要があるときには、ＦＥＴ８をオンにする。これにより、電池ユニットＢＴ［ｉ］の放電電流は、主ラインＬ１又は副ラインＬ２を介して負荷１２に供給される。電池ユニットＢＴ［ｉ］の放電が不要であると判断されるとき、或いは、電池ユニットＢＴ［ｉ］の放電を禁止したいとき、制御ユニット１は、ＦＥＴ８をオフとする。例えば、電池ユニットＢＴ［ｉ］が何らかの異常状態（過放電状態を含む）にあるとき又はＦＥＴ８を通過する電流が異常に大きいとき、電池ユニットＢＴ［ｉ］の放電が禁止される。
【００２４】
制御ユニット１は、電池ユニットＢＴ［１］〜ＢＴ［３］の出力電圧値に応じて、ＦＥＴ６〜８の導通状態を制御することができる。制御ユニット１は、電池ユニットＢＴ［ｉ］の出力電圧値を、周期的に又は任意のタイミングに、例えば電圧検出センサＳ［ｉ］を用いて検出することができる。
【００２５】
電圧検知センサＳ［１］〜Ｓ［３］は、電池ユニットＢＴ［１］〜ＢＴ［３］の出力電圧情報を出力する。ここで、出力電圧情報とは、出力電圧値そのもののみならず、広く出力電圧を特定するための情報を含む。制御ユニット１は、この出力電圧情報を受け取る。制御ユニット１は、直接この出力電圧情報を電圧検知センサＳ［１］〜Ｓ［３］から受け取ってもよい。また、第３の装置が電池ユニットＢＴ［１］〜ＢＴ［３］から出力電圧情報を受け取ってもよい。そして、前記第３の装置がデータを加工し、その後に制御ユニット１へ送付する。
【００２６】
尚、以下の説明では、便宜上、ＦＥＴ６及び７を充電元ＦＥＴと呼ぶことがあり、ＦＥＴ８を放電元ＦＥＴ８と呼ぶことがある。また、ＦＥＴ１３を副ラインＦＥＴと呼ぶことがある。電池ユニットＢＴ［ｉ］及びＢＴ［ｊ］の出力電圧が異なっていた場合においても、電池ユニットＢＴ［ｉ］及びＢＴ［ｊ］の劣化等を招くような電流が電池ユニットＢＴ［ｉ］及びＢＴ［ｊ］間に流れないように、抵抗素子２０［ｉ］及び２０［ｊ］の抵抗値を設定しておくと良い（ｉ及びｊは整数であってｉ≠ｊ）。以下では、説明の簡略化上、ＦＥＴ３０［１］〜３０［３］のオン抵抗の抵抗値をゼロとみなし、且つ、抵抗素子２０［１］〜２０［３］の抵抗値は互いに同じであるとする。
【００２７】
ブレーカＢＲ［ｉ］は、電池ユニットＢＴ［ｉ］及び分岐点１５［ｉ］間に直列に介在する機械式リレー等から成り、必要なときに、電池ユニットＢＴ［ｉ］及び分岐点１５［ｉ］間の電気的接続を遮断する。例えば、電池ユニットＢＴ［ｉ］の充電電流又は放電電流が異常に大きい場合、電池ユニットＢＴ［ｉ］から何らかの異常信号が発せられた場合、又は、制御ユニット１から所定の遮断信号が供給された場合、ブレーカＢＲ［ｉ］は、電池ユニットＢＴ［ｉ］及び分岐点１５［ｉ］間の電気的接続を遮断する。
【００２８】
図１の電池システムの構成要素に制御ユニット１及び被制御ユニット２が含まれる、と考えることができる。図３に示す如く、図１の電池システムとしての電池システムＢＳは、負荷１２を内包する装置ＡＰに組み込まれうる。装置ＡＰは、電池システムＢＳ内の二次電池の出力電力を用いて駆動する任意の装置であり、例えば、電動車両、電動工具、パーソナルコンピュータ、携帯電話機又は情報端末が含まれる。
【００２９】
電池ユニットＢＴ［１］〜ＢＴ［３］の夫々は個別に装置ＡＰに対して着脱可能となっており、各電池ユニットは古いものから新しいものへ交換可能となっている。即ち、装置ＡＰのユーザは、現時点において装置ＡＰに装着されている電池ユニットＢＴ［１］を装置ＡＰから取り外し、他の電池ユニットを新たな電池ユニットＢＴ［１］として装置ＡＰに取り付けることができる（電池ユニットＢＴ［２］及びＢＴ［３］についても同様）。装置ＡＰから電池ユニットＢＴ［１］を取り外すと、電池ユニットＢＴ［１］と電池システムＢＳとの電気的接続は完全に絶たれ、他の電池ユニットを新たな電池ユニットＢＴ［１］として装置ＡＰに取り付けると、新たな電池ユニットＢＴ［１］と電池システムＢＳとの間で上述した電気的接続が成される（電池ユニットＢＴ［２］及びＢＴ［３］についても同様）。装置ＡＰから電池ユニットＢＴ［ｉ］を取り外した後、他の電池ユニットを新たな電池ユニットＢＴ［ｉ］として装置ＡＰに取り付けることを電池ユニット交換と呼ぶ。
【００３０】
電池ユニット交換が成されない場合、電池ユニットＢＴ［１］〜ＢＴ［３］は均等に充電又は放電され、充電又は放電の過程において電池ユニットＢＴ［１］〜ＢＴ［３］の出力電圧は自然と均一化される。しかしながら、電池ユニット交換が行われると、電池ユニットＢＴ［１］〜ＢＴ［３］の出力電圧が不均一となることがある。例えば、電池ユニット交換後、電池ユニットＢＴ［１］〜ＢＴ［３］の出力電圧が、夫々、５５Ｖ、５０Ｖ、５０Ｖとなることがある。５５Ｖ及び５０Ｖという表記は夫々５５ボルト及び５０ボルトを表している（後述の４９Ｖ等も同様）。この場合において、仮に電池ユニットＢＴ［１］〜ＢＴ［３］の正出力端子同士が何らかのラインを介して直結されているとしたならば、電池ユニットＢＴ［１］から電池ユニットＢＴ［２］及びＢＴ［３］に過大な電流が流れて、各電池ユニットの劣化や破損等を招くことがある。
【００３１】
以下、上述の構成を基本とした電池システムの構成及び動作等の具体例を、第１〜第８実施例として示す。
【実施例１】
【００３２】
第１実施例を説明する。第１実施例では、電圧検出センサＳ［１］〜Ｓ［３］によって電池ユニットＢＴ［１］〜ＢＴ［３］の出力電圧値が検出され、その検出結果に基づいて、制御ユニット１がＦＥＴ３０［１］〜３０［３］の導通状態を制御する。
【００３３】
制御ユニット１が行う詳細な制御方法を説明する。電圧検出センサＳ［ｉ］によって検出された電池ユニットＢＴ［ｉ］の出力電圧値をＶ［ｉ］によって表す。電圧検出センサＳ［１］〜Ｓ［３］は出力電圧値Ｖ［１］〜Ｖ［３］を検出する。ここでは、検出誤差は無視する。制御ユニット１は、出力電圧値Ｖ［１］〜Ｖ［３］の値の中から最大値ＶＭＡＸ及び最小値ＶＭＩＮを特定し、電圧差（ＶＭＡＸ−ＶＭＩＮ）を求める。電圧差（ＶＭＡＸ−ＶＭＩＮ）は、電池ユニットＢＴ［１］〜ＢＴ［３］の出力電圧値のばらつきを表す指標の例である。制御ユニット１は、電圧差（ＶＭＡＸ−ＶＭＩＮ）と所定の基準電圧差ＶＴＨを比較する（ここで、ＶＴＨ＞０）。そして、状態判別用不等式“ＶＭＡＸ−ＶＭＩＮ＜ＶＴＨ”が成立する場合には、電池ユニットが電圧均一状態にあると判断し、状態判別用不等式が不成立の場合には電池ユニットが電圧不均一状態にあると判断する。状態判別用不等式における不等号“＜”を“≦”に変更してもよい。電圧均一状態とは、電池ユニットＢＴ［１］〜ＢＴ［３］の出力電圧値のばらつきが比較的小さい状態を意味し、電圧不均一状態とは、電池ユニットＢＴ［１］〜ＢＴ［３］の出力電圧値のばらつきが比較的大きい状態を意味する。電池ユニット交換等が行われることによって、電圧不均一状態が発生しうる。電池ユニットＢＴ［ｉ］及びＢＴ［ｊ］の正出力端子を短絡したときに、電池ユニットＢＴ［ｉ］及びＢＴ［ｊ］の劣化又は破損を招きうる大電流が電池ユニットＢＴ［ｉ］及びＢＴ［ｊ］間に流れる可能性がある状態が電圧不均一状態に相当し、そのような大電流が電池ユニットＢＴ［ｉ］及びＢＴ［ｊ］間に流れる可能性が全く或いは殆どない状態が電圧均一状態に相当する（ｉ及びｊは整数であってｉ≠ｊ）。
【００３４】
電池ユニットが電圧均一状態にあると判断した場合、制御ユニット１は、ＦＥＴ３０［１］〜３０［３］を全てオンにする。この状態で充電元ＦＥＴ６及び７をオンにすることで、図４に示す如く、太陽電池９等からの充電電流が、充電元ＦＥＴ６、主ラインＬ１及びＦＥＴ３０［１］〜３０［３］を介して電池ユニットＢＴ［１］〜ＢＴ［３］に均等に又は略均等に流入し、電池ユニットＢＴ［１］〜ＢＴ［３］の充電が成される。或いは、ＦＥＴ３０［１］〜３０［３］を全てオンにした状態で放電元ＦＥＴ８をオンにすることで、図４に示す如く、電池ユニットＢＴ［１］〜ＢＴ［３］からの均等な又は略均等な放電電流が、ＦＥＴ３０［１］〜３０［３］、主ラインＬ１及び放電元ＦＥＴ８を介して負荷１２に供給される。
【００３５】
尚、電圧均一状態ではＦＥＴ３０［１］〜３０［３］がオンとされているため、副ラインＦＥＴ１３をオンにしていたとしても、結局、充電電流又は放電電流は抵抗素子２０［ｉ］を通らずにＦＥＴ３０［１］〜３０［３］を通る。従って、電池ユニットが電圧均一状態にあると判断した場合、副ラインＦＥＴ１３をオンにしても良いし、オフにしても良い。
【００３６】
電池ユニットが電圧不均一状態にあると判断した場合、制御ユニット１は、ＦＥＴ３０［１］〜３０［３］を全てオフにする一方で、副ラインＦＥＴ１３をオンにする。この状態で充電元ＦＥＴ６及び７をオンにすると、図５に示す如く、太陽電池９等からの充電電流が、充電元ＦＥＴ６、副ラインＦＥＴ１３、副ラインＬ２及び抵抗素子２０［１］〜２０［３］を介して電池ユニットＢＴ［１］〜ＢＴ［３］に対して流入し、電池ユニットＢＴ［１］〜ＢＴ［３］の充電が成される。このとき、抵抗素子２０［１］〜２０［３］を介した充電電流の大きさは、出力電圧値Ｖ［１］〜Ｖ［３］に依存して電池ユニットごとに異なる（充電電流がゼロになる電池ユニットも存在しうる）。例えば、（Ｖ［１］，Ｖ［２］，Ｖ［３］）＝（５５Ｖ，５３Ｖ，５４Ｖ）であるならば、抵抗素子２０［１］〜２０［３］を介した充電電流の内、電池ユニットＢＴ［２］に対する充電電流が最も大きく、電池ユニットＢＴ［１］に対する充電電流が最も小さい。このため、出力電圧の低い電池ユニットが優先的に充電され、出力電圧の不均一性が是正されてゆく。
【００３７】
電池ユニットが電圧不均一状態にあると判断した場合において負荷１２への電流供給が必要なとき、制御ユニット１は、ＦＥＴ３０［１］〜３０［３］を全てオフにする一方で副ラインＦＥＴ１３をオンにし、この状態で放電元ＦＥＴ８をオンにする。そうすると、ＦＥＴ３０［ｉ］の寄生ダイオードを経由して、出力電圧の高い電池ユニットから優先的に放電され、結果、出力電圧の不均一性が是正されてゆく。
【００３８】
例えば、（Ｖ［１］，Ｖ［２］，Ｖ［３］）＝（５５Ｖ，５０Ｖ，５０Ｖ）である場合、電池ユニットが電圧不均一状態にあると判断され、この場合において放電元ＦＥＴ８がオンとされると、図６に示す如く、電池ユニットＢＴ［１］から、ＦＥＴ３０［ｉ］の寄生ダイオード、主ラインＬ１及び放電元ＦＥＴ８を介して負荷１２に向かう流路３００が形成され、流路３００を介して電池ユニットＢＴ［１］からの放電電流が負荷１２に供給される。この流路３００による放電により、出力電圧の不均一性が是正されてゆく。
【００３９】
また例えば、（Ｖ［１］，Ｖ［２］，Ｖ［３］）＝（５５Ｖ，５０Ｖ，５０Ｖ）である場合、電池ユニットＢＴ［１］の放電電流の一部が、電池ユニットＢＴ［２］及びＢＴ［３］に充電電流として流れ込む。電池ユニットＢＴ［１］から電池ユニットＢＴ［２］及びＢＴ［３］に向かう電流の流路は、図７に示す如く、ＦＥＴ３０［１］の寄生ダイオード、主ラインＬ１、副ラインＦＥＴ１３及び副ラインＬ２を通じて抵抗素子２０［２］及び２０［３］を通る流路３０１と、抵抗素子２０［１］を通じて抵抗素子２０［２］及び２０［３］を通る流路３０２と、がある。これらの流路を介した電池ユニット間の電流の流れによっても、出力電圧の不均一性が是正されてゆく。また、電池ユニット間の電流は必ず抵抗素子２０［ｉ］を通るため、過大な電流が流出又は流入することによる電池ユニットの劣化等も回避される。
【００４０】
流路３００及び３０２（図６及び図７参照）にて例示されるようなＦＥＴ３０［ｉ］の寄生ダイオードを経由した放電ルート及び抵抗素子２０［ｉ］を経由した放電ルートが主な放電ルートとなるが、副ラインＦＥＴ１３を経由した放電も発生しうる。副ラインＦＥＴ１３を経由した放電も、出力電圧の高い電池ユニットから優先的に成されることになる。即ち、ＦＥＴ３０［１］〜３０［３］を全てオフにし且つ副ラインＦＥＴ１３をオンにした状態で放電元ＦＥＴ８をオンにすると、出力電圧値Ｖ［１］〜Ｖ［３］に依存するが電池ユニットＢＴ［１］〜ＢＴ［３］からの放電電流の一部が、抵抗素子２０［１］〜２０［３］及び副ラインＦＥＴ１３を通じて負荷１２に供給されうる。この抵抗素子２０［１］〜２０［３］を介した放電電流の大きさは、出力電圧値Ｖ［１］〜Ｖ［３］に依存して電池ユニットごとに異なる（放電電流がゼロになる電池ユニットも存在しうる）。例えば、（Ｖ［１］，Ｖ［２］，Ｖ［３］）＝（５５Ｖ，５３Ｖ，５４Ｖ）であるならば、抵抗素子２０［１］〜２０［３］を介した放電電流の内、電池ユニットＢＴ［１］からの放電電流が最も大きく、電池ユニットＢＴ［２］からの放電電流が最も小さい。このため、出力電圧の高い電池ユニットから優先的に放電が成され、このような放電も出力電圧の不均一性の是正に貢献する。
【００４１】
尚、図１に例示した回路構成とは異なるが、ＦＥＴ３０［ｉ］のソース及びドレイン間の関係を逆にしてもよい。即ち、ＦＥＴ３０［ｉ］のソースを主ラインＬ１側に電気的接続する一方でＦＥＴ３０［ｉ］のドレインを分岐点１５［ｉ］側に電気的接続するようにしても良い。この場合、図６の流路３００は形成されなくなるが、代わりに、ＦＥＴ３０［ｉ］がオフのときに、主ラインＬ１からＦＥＴ３０［ｉ］の寄生ダイオードを介して電池ユニットＢＴ［ｉ］に向かう充電用の流路が形成されるようになる。図１に例示した回路構成では、主に放電によって出力電圧の不均一性の是正が成されるが、図１に例示した回路構成に対してＦＥＴ３０［ｉ］のソース及びドレイン間の関係を逆にした回路構成（以下、変形回路構成と呼ぶ）においては、主に充電によって出力電圧の不均一性の是正が成される。
【００４２】
上述の如く、電池ユニットが電圧均一状態にあるときには、ＦＥＴ３０［１］〜３０［３］がオンとされるため、低損失にて電池ユニットＢＴ［１］〜ＢＴ［３］の充電又は放電を行うことができる。一方、電池ユニットが電圧不均一状態にあるときには、上述の如く、出力電圧の低い電池ユニットが優先的に充電され且つ出力電圧の高い電池ユニットから優先的に放電が成されるため、出力電圧の不均一性が是正されてゆく。更に、副ラインＬ２及び抵抗素子２０［ｉ］を介して電池ユニット間を電気的接続しておくことで、出力電圧の高い電池ユニットから出力電圧の低い電池ユニットに向かう電流が発生し、これによっても出力電圧の不均一性が是正されてゆく。この際、電池ユニット間の電流は必ず抵抗素子２０［ｉ］を通るため、過大な電流が流出又は流入することによる電池ユニットの劣化等も回避される。
【実施例２】
【００４３】
第２実施例を説明する。第２実施例並びに後述の第３及び第５実施例では、電圧検出センサＳ［ｉ］によって検出された出力電圧値Ｖ［ｉ］に基づく、他のＦＥＴ制御方法を説明する。第２実施例並びに後述の第３及び第５実施例において、電池ユニットが電圧均一状態にあると判断された場合の動作は、第１実施例と同様でもよい。
【００４４】
今、電池ユニットＢＴ［１］及びＢＴ［２］の出力電圧が等電圧であることを想定する。等電圧の判断に、出力電圧間の若干の相違は無視される。即ち、電池ユニットＢＴ［１］及びＢＴ［２］の出力電圧が等電圧であるとは、“｜Ｖ［１］−Ｖ［２］｜≦ΔＶ”が成立する状態を意味する。閾電圧ΔＶは、上記の基準電圧差ＶＴＨ、又は、基準電圧差ＶＴＨよりも小さな所定の正電圧である。
【００４５】
電池ユニットＢＴ［１］及びＢＴ［２］の出力電圧が等電圧である場合において、それらよりも電池ユニットＢＴ［３］の出力電圧が随分小さく、結果、電池ユニットが電圧不均一状態にあると判断された状況α１を考える。以下では、（Ｖ［１］，Ｖ［２］，Ｖ［３］）＝（５０Ｖ，５０Ｖ，４９Ｖ）である状況を状況α１として想定する。
【００４６】
状況α１下において、制御ユニット１は、電池ユニットＢＴ［１］〜ＢＴ［３］の内、出力電圧が比較的高い電池ユニットを選択し、選択した電池ユニットに対応するＦＥＴ３０［ｉ］をオンとする一方、選択されなかった電池ユニットに対応するＦＥＴ３０［ｉ］をオフとする。状況α１下において、出力電圧が比較的高い電池ユニットは電池ユニットＢＴ［１］及びＢＴ［２］であるため、電池ユニットＢＴ［１］及びＢＴ［２］に対応するＦＥＴ３０［１］及び３０［２］がオンとされ、電池ユニットＢＴ［３］に対応するＦＥＴ３０［３］がオフとされる。この際、副ラインＦＥＴ１３はオンとされてもいいし、オフとされても良いが、ここでは、副ラインＦＥＴ１３はオンとされるものとする。結果、ＦＥＴ３０［１］〜３０［３］及びＦＥＴ１３の導通状態は、図８のようになる。
【００４７】
この場合において、放電元ＦＥＴ８がオンとされると、電池ユニットＢＴ［１］及びＢＴ［２］から優先的に放電が成され、ＦＥＴ３０［１］及び３０［２］を介してそれらの放電電流が負荷１２に供給される。このとき、上述したようにＦＥＴのオン抵抗値をゼロと仮定すれば、主ラインＬ１の電位は５０Ｖとなるので、電池ユニットＢＴ［１］及びＢＴ［２］からの放電電流の一部は、副ラインＦＥＴ１３及び抵抗素子２０［３］を介して電池ユニットＢＴ［３］に流入する。このため、時間の経過と共に、出力電圧の不均一性は是正されてゆき、電池ユニットが電圧均一状態にあると判断される状況に至れば、第１実施例で述べたようにＦＥＴ３０［１］〜３０［３］の全てをオンとする。
【００４８】
また、状況α１下において充電元ＦＥＴ６及び７がオンとされた場合も、主ラインＬ１の電位は、電池ユニットＢＴ［１］及びＢＴ［２］の出力電圧値に依存して５０Ｖとなる。故に、太陽電池９等からの充電電流は副ラインＦＥＴ１３及び抵抗素子２０［３］を介して優先的に電池ユニットＢＴ［３］に流入する。このため、時間の経過と共に、出力電圧の不均一性は是正されてゆき、電池ユニットが電圧均一状態にあると判断される状況に至れば、第１実施例で述べたようにＦＥＴ３０［１］〜３０［３］の全てをオンとする。
【００４９】
また仮に、副ラインＦＥＴ１３がオフとされていても、抵抗素子２０［１］〜２０［３］を介して電池ユニットＢＴ［１］及びＢＴ［２］から電池ユニットＢＴ［３］へ電流が流れるため、これによっても出力電圧の不均一性は是正されてゆく。この場合も、電池ユニットが電圧均一状態にあると判断される状況に至れば、第１実施例で述べたようにＦＥＴ３０［１］〜３０［３］の全てをオンとする。
【００５０】
このように、電圧検出センサＳ［１］〜Ｓ［３］にて検出された電池ユニットＢＴ［１］〜ＢＴ［３］の出力電圧を受け取り、出力電圧のばらつきが比較的小さい場合、総てのスイッチング素子をオンし、ばらつきが比較的大きい場合、総てのスイッチング素子又は総てのスイッチング素子の内の一部をオフにする。
【００５１】
第２実施例によっても、第１実施例と同様の作用及び効果が得られる。
【実施例３】
【００５２】
第３実施例を説明する。第３実施例では、電池ユニットＢＴ［１］〜ＢＴ［３］の出力電圧が互いに等電圧ではなく、これによって電池ユニットが電圧不均一状態にあると判断された状況α２を想定する。以下では、（Ｖ［１］，Ｖ［２］，Ｖ［３］）＝（５１Ｖ，５０Ｖ，４９Ｖ）である状況を状況α２として考える。
【００５３】
この場合、制御ユニット１は、最大値ＶＭＡＸと一致する出力電圧値を有する電池ユニットを特定し、特定した電池ユニットに対応するＦＥＴ３０［ｉ］をオンとする一方で、それ以外の電池ユニットに対応するＦＥＴ３０［ｉ］をオフにする。即ち、図９に示す如く、ＦＥＴ３０［１］をオンとする一方でＦＥＴ３０［２］及び３０［３］をオフとする。この際、副ラインＦＥＴ１３はオンとされる。但し、第２実施例で述べたのと同様、副ラインＦＥＴ１３はオフであっても良い。
【００５４】
この場合において、放電元ＦＥＴ８がオンとされると、電池ユニットＢＴ［１］から優先的に放電が成され、ＦＥＴ３０［１］を介して電池ユニットＢＴ［１］の放電電流が負荷１２に供給される。このとき、上述したようにＦＥＴのオン抵抗値をゼロと仮定すれば、主ラインＬ１の電位は５１Ｖとなるので、電池ユニットＢＴ［１］からの放電電流の一部は、副ラインＦＥＴ１３及び抵抗素子２０［２］及び２０［３］を介して電池ユニットＢＴ［２］及びＢＴ［３］に流入する。このため、時間の経過と共に、出力電圧の不均一性は是正されてゆき、電池ユニットＢＴ［１］及びＢＴ［２］の出力電圧が等電圧となった時点で、第２実施例で述べた状況α１と同様、ＦＥＴ３０［１］に加えてＦＥＴ３０［２］もオンにする。その後、出力電圧の不均一性が更に是正されてゆき、電池ユニットが電圧均一状態にあると判断される状況に至れば、第１実施例で述べたようにＦＥＴ３０［１］〜３０［３］の全てをオンとする。
【００５５】
また、状況α２下において充電元ＦＥＴ６及び７がオンとされた場合も、主ラインＬ１の電位は、電池ユニットＢＴ［１］の出力電圧値に依存して５１Ｖとなる。故に、太陽電池９等からの充電電流は副ラインＦＥＴ１３及び抵抗素子２０［２］及び２０［３］を介して優先的に電池ユニットＢＴ［２］及びＢＴ［３］に流入する。このため、時間の経過と共に、出力電圧の不均一性は是正されてゆき、電池ユニットＢＴ［１］及びＢＴ［２］の出力電圧が等電圧となった時点で、第２実施例で述べた状況α１と同様、ＦＥＴ３０［１］に加えてＦＥＴ３０［２］もオンにする。その後、出力電圧の不均一性が更に是正されてゆき、電池ユニットが電圧均一状態にあると判断される状況に至れば、第１実施例で述べたようにＦＥＴ３０［１］〜３０［３］の全てをオンとする。
【００５６】
また仮に、副ラインＦＥＴ１３がオフとされていても、抵抗素子２０［１］〜２０［３］を介して電池ユニットＢＴ［１］から電池ユニットＢＴ［２］及びＢＴ［３］へ電流が流れるため、これによっても出力電圧の不均一性は是正されてゆく。この場合も、電池ユニットが電圧均一状態にあると判断される状況に至れば、第１実施例で述べたようにＦＥＴ３０［１］〜３０［３］の全てをオンとする。
【００５７】
第３実施例によっても、第１実施例と同様の作用及び効果が得られる。
【実施例４】
【００５８】
第４実施例を説明する。上述の構成では、スイッチング素子３０［１］〜３０［３］及び１３の夫々を単一のＦＥＴにて形成しているが、単一のＦＥＴから成るスイッチング素子では、寄生ダイオードの存在により双方向のスイッチングを完全に成すことができない。双方向のスイッチングを完全に成すべく、スイッチング素子３０［１］〜３０［３］及び１３の夫々を直列に電気的接続を行う。本実施形態では、２つのＦＥＴの直列回路に電気的接続を行う。
【００５９】
つまり例えば、図１０（ａ）に示す如く、スイッチング素子３０［ｉ］を、ＦＥＴ３０Ａ［ｉ］及び３０Ｂ［ｉ］の直列回路にて形成するようにしても良い。ＦＥＴ３０Ａ［ｉ］のソースは分岐点１５［ｉ］に電気的接続され、ＦＥＴ３０Ａ［ｉ］及び３０Ｂ［ｉ］のドレイン同士は共通に電気的接続され、ＦＥＴ３０Ｂ［ｉ］のソースは主ラインＬ１に電気的接続される。そして、スイッチング素子３０［ｉ］がオンとされる状況下においては、ＦＥＴ３０Ａ［ｉ］及び３０Ｂ［ｉ］が共にオンとされる。スイッチング素子３０［１］〜３０［３］の構成は互いに同じにすることができる。ＦＥＴ３０Ａ［ｉ］のソース及びドレイン間の関係を逆にすると同時にＦＥＴ３０Ｂ［ｉ］のソース及びドレイン間の関係を逆にしてもよい。
【００６０】
同様に例えば、図１０（ｂ）に示す如く、スイッチング素子１３を、ＦＥＴ１３Ａ［ｉ］及び１３Ｂ［ｉ］の直列回路にて形成するようにしても良い。ＦＥＴ１３Ａ［ｉ］のドレインは副ラインＬ２に電気的接続され、ＦＥＴ１３Ａ［ｉ］及び１３Ｂ［ｉ］のソース同士は共通に電気的接続され、ＦＥＴ１３Ｂ［ｉ］のドレインは接続点１４に電気的接続される。そして、スイッチング素子１３がオンとされる状況下においては、ＦＥＴ１３Ａ［ｉ］及び１３Ｂ［ｉ］が共にオンとされる。ＦＥＴ１３Ａ［ｉ］のソース及びドレイン間の関係を逆にすると同時にＦＥＴ１３Ｂ［ｉ］のソース及びドレイン間の関係を逆にしてもよい。
【００６１】
スイッチング素子３０［ｉ］及びスイッチング素子１３として、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すＦＥＴの直列回路を用いるようにすれば、並列接続回路５側で双方向のスイッチングを成すことができるため、充電元ＦＥＴ６及び放電元ＦＥＴ８を割愛することもできる。割愛されたＦＥＴのソース及びドレインに電気的接続されていた部分は、割愛に伴って短絡される。
【００６２】
図１の回路構成においては、主に放電によって出力電圧の不均一性の是正が成され、第１実施例にて上述した変形回路構成においては、主に充電によって出力電圧の不均一性の是正が成される。従って、放電と充電のどちらに重点が置かれるのかが確定困難なシステムに対しては、図１の回路構成と変形回路構成の内、どちらの採用がより好ましいのかを確定し難い。このようなシステムに対しては、図１０（ａ）及び（ｂ）に示す構成を採用すると良く、これによって、放電と充電のどちらに重点が置かれても、出力電圧の不均一性の是正を良好に成すことができる。
【００６３】
図１０（ａ）及び（ｂ）に示す構成を採用した上で、電圧不均一状態の発生時に第１実施例で述べた各ＦＥＴ（ＦＥＴ３０［ｉ］を含む）のオン／オフ制御方法を採用することができる。この場合、電圧不均一状態の発生時には充電も放電も抵抗素子２０［ｉ］を介して行われるため、電池ユニットに過大な電流が流れることが防止される。図１０（ａ）及び（ｂ）に示す構成を採用した上で、電圧不均一状態の発生時に第２又は第３実施例で述べた各ＦＥＴ（ＦＥＴ３０［ｉ］を含む）のオン／オフ制御方法を採用することができる。この場合における充電及び放電動作は、第２又は第３実施例で述べたものと基本的に同じとなるが、例えば、電池ユニットＢＴ［ｉ］からの放電電流が過大になったときに（或いは、過大となりそうなときに）ＦＥＴ３０Ａ［ｉ］及び３０Ｂ［ｉ］を共にオフにして、ＦＥＴ３０［ｉ］を経由した電池ユニットＢＴ［ｉ］の放電を遮断する、といったことが可能となる（この遮断が安全性向上に寄与することは言うまでもない）。
【実施例５】
【００６４】
第５実施例を説明する。第２及び第３実施例で述べた方法を利用した場合、出力電圧が比較的高い電圧ユニットＢＴ［ｉ］から優先的に放電が成されるため、放電電流が少数の電圧ユニットに集中して、その少数の電圧ユニットが過電流状態になるおそれがある。このような過電流状態の発生を防止する方法を、第５実施例において説明する。
【００６５】
説明の便宜上、第５実施例では、被制御ユニット２内に５つの電池ユニットＢＴ［１］〜ＢＴ［５］が設けられていることを前提とすることがある。この場合、電池ユニットＢＴ［１］〜ＢＴ［５］間の接続方法は、上述した電池ユニットＢＴ［１］〜ＢＴ［３］間の接続方法と同じである。故に、電池ユニットＢＴ［４］の正出力端子はブレーカＢＲ［４］を介して分岐点１５［４］に電気的接続され、分岐点１５［４］はＦＥＴ３０［４］を介して主ラインＬ１に電気的接続されていると共に抵抗素子２０［４］を介して副ラインＬ２に電気的接続されている（全て不図示）。同様に、電池ユニットＢＴ［５］の正出力端子はブレーカＢＲ［５］を介して分岐点１５［５］に電気的接続され、分岐点１５［５］はＦＥＴ３０［５］を介して主ラインＬ１に電気的接続されていると共に抵抗素子２０［５］を介して副ラインＬ２に電気的接続されている（全て不図示）。ケース分けをして、第５実施例に係る具体的動作を説明する。
【００６６】
第１ケースを説明する。第１ケースでは、被制御ユニット２内に設けられた電池ユニットの個数が３であり、電池ユニットが電圧不均一状態にあり、且つ、電池ユニットＢＴ［２］及びＢＴ［３］の出力電圧が等電圧である。即ち、Ｖ［２］及びＶ［３］が同程度であって且つＶ［１］がＶ［２］及びＶ［３］と随分異なっている。例えば、（Ｖ［１］，Ｖ［２］，Ｖ［３］）＝（５０Ｖ，４９Ｖ，４９Ｖ）である。
【００６７】
制御ユニット１は、出力電圧が互いに等電圧である電池ユニットが共通の組に分類されるように且つ出力電圧が互いに等電圧ではない電池ユニットが互いに異なる組に分類されるように、各出力電圧値Ｖ［ｉ］に基づき、被制御ユニット２内に設けられた複数の電池ユニットを複数の組に分類する。第１ケースにおいては、電圧ユニットＢＴ［１］が第１組に分類され、電圧ユニットＢＴ［２］及びＢＴ［３］が第２組に分類される。制御ユニット１は、第１及び第２組の内、属している電池ユニットの個数が大きい方の組を選択組として特定する一方で、選択組以外の組を非選択組として特定する。そして、選択組に属している電池ユニットに対応するＦＥＴ３０［ｉ］をオンにする一方で、非選択組に属している電池ユニットに対応するＦＥＴ３０［ｉ］をオフにする。第１ケースにおいては、第２組が選択組となり且つ第１組が非選択組となるため、ＦＥＴ３０［２］及び３０［３］がオンとされる一方でＦＥＴ３０［１］がオフとされる。尚、抵抗素子２０［ｉ］を介した電池ユニット間における電流の流出入により、電池ユニットの電圧不均一状態が時間の経過と共に是正されていくことに変わりなく、電池ユニットが電圧均一状態にあると判断される状況に至れば、第１実施例で述べたようにＦＥＴ３０［１］〜３０［３］の全てがオンとされる。
【００６８】
第２ケースを説明する。第２ケースでは、被制御ユニット２内に設けられた電池ユニットの個数が５であり、電池ユニットが電圧不均一状態にあり、且つ、電池ユニットＢＴ［１］及びＢＴ［２］の出力電圧が等電圧であると共に電池ユニットＢＴ［３］〜ＢＴ［５］の出力電圧が等電圧である。即ち、Ｖ［１］及びＶ［２］が同程度であると共にＶ［３］〜Ｖ［５］も同程度であるが、Ｖ［１］及びＶ［２］とＶ［３］〜Ｖ［５］が随分異なっている。例えば、（Ｖ［１］，Ｖ［２］，Ｖ［３］，Ｖ［４］，Ｖ［５］）＝（５０Ｖ，５０Ｖ，４９Ｖ，４９Ｖ，４９Ｖ）である。
【００６９】
被制御ユニット２内に設けられた電池ユニットの個数が３より大きいケース（ケース２及び後述の他のケースを含む）においても、制御ユニット１にて成すＦＥＴ３０［ｉ］の制御方法は、第１ケースで述べたものと同様である。即ち、制御ユニット１は、出力電圧が互いに等電圧である電池ユニットが共通の組に分類されるように且つ出力電圧が互いに等電圧ではない電池ユニットが互いに異なる組に分類されるように、各出力電圧値Ｖ［ｉ］に基づき被制御ユニット２内に設けられた複数の電池ユニットを複数の組に分類し、複数の組の内、属している電池ユニットの個数が最も大きい組を選択組として特定する一方で選択組以外の組を非選択組として特定する。そして、選択組に属している電池ユニットに対応するＦＥＴ３０［ｉ］をオンにする一方で、非選択組に属している電池ユニットに対応するＦＥＴ３０［ｉ］をオフにする。
【００７０】
第２ケースにおいては、電圧ユニットＢＴ［１］及びＢＴ［２］が第１組に分類されると共に電圧ユニットＢＴ［３］〜ＢＴ［５］が第２組に分類され、且つ、第２組が選択組として特定されると共に第１組が非選択組として特定される。従って、ＦＥＴ３０［３］〜３０［５］がオンとされる一方でＦＥＴ３０［１］及び３０［２］がオフとされる。尚、抵抗素子２０［ｉ］を介した電池ユニット間における電流の流出入により、電池ユニットの電圧不均一状態が時間の経過と共に是正されていくことに変わりなく、電池ユニットが電圧均一状態にあると判断される状況に至れば、第１実施例で述べたようにＦＥＴ３０［１］〜３０［５］の全てがオンとされる（後述の第３及び第４ケースにおいても同様）。
【００７１】
第３ケースを説明する。第３ケースでは、被制御ユニット２内に設けられた電池ユニットの個数が５であり、電池ユニットが電圧不均一状態にあり、電池ユニットＢＴ［４］及びＢＴ［５］の出力電圧が等電圧であり、電池ユニットＢＴ［１］〜ＢＴ［４］の出力電圧は互いに等電圧ではない。例えば、（Ｖ［１］，Ｖ［２］，Ｖ［３］，Ｖ［４］，Ｖ［５］）＝（５２Ｖ，５１Ｖ，５０Ｖ，４９Ｖ，４９Ｖ）である。そうすると、電圧ユニットＢＴ［１］、ＢＴ［２］及びＢＴ［３］が夫々第１、第２及び第３組に分類されると共に、電圧ユニットＢＴ［４］及びＢＴ［５］が第４組に分類され、且つ、第４組が選択組として特定されると共に第１〜第３組が非選択組として特定される。従って、ＦＥＴ３０［４］及び３０［５］がオンとされる一方でＦＥＴ３０［１］〜３０［３］がオフとされる。
【００７２】
第４ケースを考を説明するえる。第４ケースでは、被制御ユニット２内に設けられた電池ユニットの個数が５であり、電池ユニットが電圧不均一状態にあり、且つ、電池ユニットＢＴ［１］〜ＢＴ［５］の出力電圧は互いに等電圧ではない。例えば、（Ｖ［１］，Ｖ［２］，Ｖ［３］，Ｖ［４］，Ｖ［５］）＝（５２Ｖ，５１Ｖ，５０Ｖ，４９Ｖ，４８Ｖ）である。このように、全ての電池ユニットの出力電圧が互いに等電圧ではない場合、制御ユニット１は、ＦＥＴ３０［１］〜３０［５］を全てオフにし、抵抗素子２０［ｉ］を介した電池ユニット間における電流の流出入のみによって電圧不均一状態の是正を図る。この是正を経て、何れか２以上の電圧ユニットの出力電圧が等電圧になった時点で、上述した方法に従い、何れかのＦＥＴ３０［ｉ］をオンとすればよい。
【００７３】
この第５実施例によれば、多数派の電池ユニットに対応するＦＥＴがオンとされるため、過電流状態が発生しにくくなる。
【００７４】
尚、電流集中による過電流状態の抑制に有益な技術を説明したが、１つの電池ユニットに電流が集中したとしても過電流状態が発生し得ないのであれば、その集中を許可するようなＦＥＴ制御を行っても構わない。
【実施例６】
【００７５】
第６実施例を説明する。第６実施例における制御ユニット１は、電池ユニットＢＴ［ｉ］の出力電圧の検出値を必要とすることなく、電池ユニット交換からの経過時間に応じて、ＦＥＴ３０［１］〜３０［３］の導通状態を制御する。
【００７６】
この方法を、より詳細に説明する。尚、電池ユニット交換において、図３の装置ＡＰから取り外されるべき電池ユニットＢＴ［ｉ］を旧電池ユニットと呼び、新たな電池ユニットＢＴ［ｉ］として取り付けられるべき電池ユニットを新電池ユニットと呼ぶ。
【００７７】
任意の電池ユニットＢＴ［ｉ］を交換対象とした電池ユニット交換を成した後、十分に長い時間が経過した状態を基準状態として考える。基準状態では、電池ユニットＢＴ［１］〜［３］の出力電圧が均一となっているものと想定される。従って、基準状態では、制御ユニット１により、ＦＥＴ３０［１］〜３０［３］が全てオンとされる。
【００７８】
今、電池ユニットＢＴ［ｉ］が旧電池ユニットとして装置ＡＰから取り外され、代わりに、新電池ユニットが電池ユニットＢＴ［ｉ］として新たに装置ＡＰに取り付けられたとする。交換対象の電池ユニットの個数は２以上であっても良い。制御ユニット１は、電池ユニットＢＴ［ｉ］が旧電池ユニットから新電池ユニットに取替えられて新電池ユニットが装置ＡＰに取り付けられたことを検知することができる。この検知の方法は任意である。
【００７９】
例えば、分岐点１５［ｉ］の電圧値を計測する電圧計測部ＶＭ［ｉ］を並列接続回路５内に設ける。実施形態においては、電圧計測部ＶＭ［１］〜ＶＭ［３］は、各分岐点１５［１］〜１５［３］の電圧値を計測する。これら計測値は分岐点電圧情報として出力される。ここで、分岐点電圧情報とは、分岐点電圧値そのもののみならず、広く分岐点電圧を特定するための情報を含む。制御ユニット１は、この分岐点電圧情報を受け取る。制御ユニット１は、直接この分岐点電圧情報を受け取る場合のみならず、第３の装置が電圧計測部ＶＭ［１］〜ＶＭ［３］から分岐点電圧情報を受け取り、必要に応じてデータを加工し、その後に制御ユニット１へ送付してもよい。制御ユニット１は、受け取った分岐点電圧情報に基づいて新電池ユニットが装置ＡＰに取り付けられたことを検知する。
【００８０】
また、電池ユニットＢＴ［ｉ］が旧電池ユニットから新電池ユニットに取替えられたかを検知する方法として、電池ユニットＢＴ［ｉ］が収容される筐体（不図示）に電池ユニットＢＴ［ｉ］の有無を検出する機械式スイッチＳＷ［１］〜ＳＷ［３］等を設けておいたりすることで、上記検知を実現できる。
【００８１】
装置ＡＰに新電池ユニットが取り付けられたことを検知すると、制御ユニット１は、タイマ４１等を用いて、新電池ユニットが取り付けられた時点からの経過時間ＴＰを計測開始する。そして、経過時間ＴＰが所定の時間ＴＰＴＨ以下であるときには、電池ユニットが電圧不均一状態にあると判断し、経過時間ＴＰが時間ＴＰＴＨを超えると、電池ユニットが電圧均一状態にあると判断する（ここで、ＴＰＴＨ＞０）。尚、経過時間ＴＰの計測中に、他の電池ユニット交換が発生すると、経過時間ＴＰはゼロに戻され、他の新電池ユニットが取り付けられた時点から経過時間ＴＰを計測し直す。なお、本実施形態ではタイマ４１を明示するため制御ユニット１の外部としたが、制御ユニットの内部に設けられてもよい。
【００８２】
電池ユニットが電圧不均一状態にあると判断したときの動作及び電池ユニットが電圧均一状態にあると判断したときの動作は、第１実施例で説明したものと同様である。従って、第１実施例と同様の作用及び効果が得られる。電池ユニットの出力電圧値の検出値を参照しなくても、抵抗素子２０［ｉ］を介した電池ユニット間の電流の流出入により、経過時間ＴＰが増大すればするほど電圧不均一性は是正されてゆく。従って、経過時間ＴＰによって、電圧均一状態及び電圧不均一状態間の峻別を概ね正確に成すことができる。
【実施例７】
【００８３】
第７実施例を説明する。第４実施例で述べたように、充電元ＦＥＴ６及び放電元ＦＥＴ８が割愛される場合においては、スイッチング素子１３は必須である。しかしながら、充電元ＦＥＴ６及び放電元ＦＥＴ８が存在する場合には、スイッチング素子１３は必須ではない。電池ユニットが電圧均一状態にあるときにはスイッチング素子３０［１］〜３０［３］がオンとなって、スイッチング素子１３のオン／オフに関係なく、電流がスイッチング素子１３を通過しないためである。また、電池ユニットが電圧不均一状態にあるときには、スイッチング素子１３の導通状態がオン、オフの何れであっても、抵抗素子２０［ｉ］を介した電池ユニット間の電流の流出入は発生するからである。
【００８４】
従って、充電元ＦＥＴ６及び放電元ＦＥＴ８が存在する場合には、スイッチング素子１３を常にオンとするようにしても良いし、スイッチング素子１３を常にオフとするようにしても良いし、スイッチング素子１３自体を割愛するようにしても良い。スイッチング素子１３自体を割愛した場合、副ラインＬ２及び抵抗素子２０［ｉ］間の接続点と、主ラインＬ１及びスイッチング素子３０［ｉ］間の接続点は、絶縁される或いは直結される。
【００８５】
但し、スイッチング素子１３を設けておけば、必要なときに主ラインＬ１及び副ラインＬ２間を電気的接続することで電圧不均一是正に有効な流路（図７の流路３０１等）を形成することができるし、一方で、必要なときに主ラインＬ１及び副ラインＬ２間を遮断することができる。例えば、電池ユニットＢＴ［ｉ］が過充電状態にあると判断された場合において、主ラインＬ１及び副ラインＬ２が直結されていると、スイッチング素子３０［ｉ］をオフにしていたとしても抵抗素子２０［ｉ］を介して太陽電池９等からの電流が電池ユニットＢＴ［ｉ］に流入しうる。スイッチング素子１３を設けておけば、このような流入を遮断することができる。
【００８６】
また例えば、ＦＥＴ６及び８が無い場合において、主ラインＬ１の電圧と電圧ユニットＢＴ［ｉ］の出力電圧の差が相当に大きいとき、ＦＥＴ３０［ｉ］をオンにすると、過大な突入電流が電圧ユニットＢＴ［ｉ］に流れる。このような突入電流の保護にスイッチング素子１３を利用することもできる。即ち、ＦＥＴ３０［ｉ］をオンにすると過大な突入電流が電圧ユニットＢＴ［ｉ］に流れると想定される状況下においては、ＦＥＴ３０［ｉ］をオンとせず、スイッチング素子１３をオンにして抵抗素子２０［ｉ］経由で電圧ユニットＢＴ［ｉ］に電流を流し、上記の差がある程度減少してから、ＦＥＴ３０［ｉ］をオンにすると良い。仮に、スイッチング素子１３を割愛し、副ラインＬ２及び抵抗素子２０［ｉ］間の接続点と主ラインＬ１及びスイッチング素子３０［ｉ］間の接続点とを絶縁した場合には、このような突入電流保護を成すことができない。
【００８７】
また例えば、ＦＥＴ６及び８が無い場合において、スイッチング素子１３を割愛し、副ラインＬ２及び抵抗素子２０［ｉ］間の接続点と主ラインＬ１及びスイッチング素子３０［ｉ］間の接続点とを直結していると、電池ユニットＢＴ［ｉ］に過充電又は過放電が発生していても、電池ユニットＢＴ［ｉ］に対する更なる充電又は放電を止めることができない。スイッチング素子１３の存在は、このような不具合の防止にも役立つ。
【００８８】
また、スイッチング素子１３を図１０（ｂ）のように形成しておけば、電池ユニットＢＴ［ｉ］の過充電発生時に、電池ユニットＢＴ［ｉ］への充電を抑制しながら、スイッチング素子１３を経由して電池ユニットＢＴ［ｉ］の放電のみを許可するといったことが可能である。同様に、電池ユニットＢＴ［ｉ］の過放電発生時に、電池ユニットＢＴ［ｉ］の放電を抑制しながら、スイッチング素子１３を経由して電池ユニットＢＴ［ｉ］の充電のみを許可するといったことが可能である。
【実施例８】
【００８９】
第８実施例を説明する。電圧不均一是正用の抵抗素子である抵抗素子２０［１]〜２０［３］として（図１等参照）、正の温度特性を有する抵抗素子（換言すれば、正の温度係数を有する抵抗素子）を用いることができ、特に例えばＰＴＣ（positive temperature coefficient）サーミスタを用いることができる。ＰＴＣサーミスタは、正の温度特性を有するサーミスタ（換言すれば、正の温度係数を有するサーミスタ）である。周知の如く、一定の抵抗値を得ることを目的とした通常の抵抗素子（炭素皮膜抵抗など）と比べて、サーミスタにおける抵抗値は、温度変化に対して比較的大きく変化する。ＰＴＣサーミスタでは、自身の温度が増加するにつれて、自身の抵抗値が増大する。
【００９０】
抵抗素子２０［ｉ］に正の温度特性を持たせることの意義を考察するために、以下のようなシミュレーションを行った。図１３は、このシミュレーションで用いた回路図である。本シミュレーションには、後述の第１及び第２シミュレーションが含まれる。
【００９１】
図１３において、電池ユニット１００は電池１０１及び１０２の直列回路から成り、電池ユニット１１０は電池１１１及び１１２の直列回路から成る。電池１０１及び１０２の直列回路の出力電圧は、電池ユニット１００の負出力端子を基準として、電池ユニット１００の正出力端子に現れる。電池１１１及び１１２の直列回路の出力電圧は、電池ユニット１１０の負出力端子を基準として、電池ユニット１１０の正出力端子に現れる。電池ユニット１００及び１１０の正出力端子同士は抵抗素子１２０を介して電気的接続され、電池ユニット１００及び１１０の負出力端子同士は直接電気的接続されている。
【００９２】
電池１０１、１０２、１１１及び１１２の夫々は、公称出力電圧が４８Ｖであって、且つ、最大出力電圧が５２Ｖであって、且つ、最小出力電圧が３９Ｖの二次電池である。従って、電池ユニット１００及び電池ユニット１１０間の出力電圧差の最大値は２６Ｖである。
【００９３】
シミュレーションでは、抵抗素子１２０として、第１〜第４のサンプル素子を個別に用いた。第１のサンプル素子は、或る基準温度において６Ωの抵抗値を有するＰＴＣサーミスタであり、それを６Ωサーミスタと呼ぶ。６Ωサーミスタにおいて電力損失による発熱が発生していないとき、６Ωサーミスタの温度は基準温度と一致しているものとする。第２のサンプル素子は、温度に関わらず、常に６Ωの抵抗値を有する抵抗素子であり、それを６Ω単純抵抗と呼ぶ。第３のサンプル素子は、温度に関わらず、常に１２．３Ωの抵抗値を有する抵抗素子であり、それを１２．３Ω単純抵抗と呼ぶ。第４のサンプル素子は、温度に関わらず、常に２４０Ωの抵抗値を有する抵抗素子であり、それを２４０Ω単純抵抗と呼ぶ。
【００９４】
シミュレーションでは、図１４に示す６Ωサーミスタの特性を用いた。即ち例えば、６Ωサーミスタへの印加電圧ＥＴＭが２６Ｖであるとき、６Ωサーミスタの温度ＴＴＭ及び抵抗値ＲＴＭは夫々１３５．５℃及び２３６．４Ωとなると共に、６Ωサーミスタに流れる電流ＩＴＭは“ＩＴＭ＝ＥＴＭ／ＲＴＭ＝２６／２３６．４≒０．１１”より約０．１１Ａ（アンペア）となり、結果、６Ωサーミスタでの電力損失である発熱量ＱＴＭは、“ＱＴＭ＝ＩＴＭ×ＩＴＭ×ＲＴＭ＝０．１１×０．１１×２３６．４≒２．８６”より２．８６Ｗ（ワット）となる。これらの特性のうち、電流ＩＴＭ及び温度ＴＴＭは実測値である。また、抵抗値ＲＴＭ及び発熱量ＱＴＭは、上記計算式に実測値を与えることで求められた値である。
【００９５】
図１４からも分かるように、６Ωサーミスタでは、印加電圧の変化に対して発熱量の変化が少ない。６Ωサーミスタに代表されるＰＴＣサーミスタでは、印加電圧の増大が電流値の増大を招いて発熱量が増大したとき、温度上昇によって抵抗値が増大し、抵抗値の増大が電流値の減少ひいては発熱量の減少を招くためである。逆に、印加電圧の減少が電流値の減少を招いて発熱量が減少したとき、温度低下によって抵抗値が減少し、抵抗値の減少が電流値の増大ひいては発熱量の増大を招くためである。
【００９６】
図１５（ａ）及び（ｂ）に、第１シミュレーションの結果を示す。第１シミュレーションでは、基準時刻において電池ユニット１００及び１１０間の出力電圧差ＶＤＩＦが２６Ｖであると仮定した。この仮定の下、サンプル素子ごとに基準時刻からの経過時間ｔＥＬと出力電圧差ＶＤＩＦとの関係を演算によって求め、サンプル素子ごとに経過時間ｔＥＬとサンプル素子の発熱量Ｑ１２０との関係を演算によって求めた。
【００９７】
図１５（ａ）において、破線ＧＡ［６］、破線ＧＡ［１２．３］、一点鎖線ＧＡ［２４０］、実線ＧＡ［ＴＭ］は、夫々、６Ω単純抵抗、１２．３Ω単純抵抗、２４０Ω単純抵抗、６Ωサーミスタを抵抗素子１２０として用いた場合における、経過時間ｔＥＬ及び出力電圧差ＶＤＩＦ間の関係を表している。  図１５（ｂ）において、破線ＧＢ［６］、破線ＧＢ［１２．３］、一点鎖線ＧＢ［２４０］、実線ＧＢ［ＴＭ］は、夫々、６Ω単純抵抗、１２．３Ω単純抵抗、２４０Ω単純抵抗、６Ωサーミスタを抵抗素子１２０として用いた場合における、経過時間ｔＥＬ及び発熱量Ｑ１２０間の関係を表している。  出力電圧差ＶＤＩＦが２６Ｖから０Ｖになるまで、電池１０１、１０２、１１１及び１１２の夫々において、蓄電容量と出力電圧との間には直線性が存在する（即ち、蓄電容量と出力電圧は比例関係にある）と仮定した。すなわち、電池１０１、１０２、１１１及び１１２は満充電及びその近傍の状態でなく、かつ完全放電及びその近傍の状態でないものと仮定した。経過時間ｔＥＬの単位は秒の整数倍である。
【００９８】
図１５（ａ）に見られるように、６Ω単純抵抗、１２．３Ω単純抵抗、６Ωサーミスタを抵抗素子１２０として用いた場合において、出力電圧差ＶＤＩＦが０．００１Ｖになるまでの経過時間ｔＥＬは、夫々、約１１、約２４、約２４単位時間である。１単位時間の長さは、電池１０１等の容量に依存する。出力電圧差ＶＤＩＦが０．００１Ｖになるまでの経過時間ｔＥＬを、以下、電圧バランス時間と呼ぶ。図１５（ａ）からは明らかでないが、２４０Ω単純抵抗を抵抗素子１２０として用いた場合における電圧バランス時間は、約４６４単位時間である。
【００９９】
図１５（ｂ）に見られるように、１２．３Ω単純抵抗、２４０Ω単純抵抗、６Ωサーミスタを抵抗素子１２０として用いた場合において、発熱量Ｑ１２０の最大値は、夫々、約３６Ｗ（ワット）、約３Ｗ、約３Ｗである。図１５（ｂ）からは明らかでないが、６Ω単純抵抗を抵抗素子１２０として用いた場合における発熱量Ｑ１２０の最大値は、約１１３Ｗに達する。６Ω単純抵抗を抵抗素子１２０として用いた場合、ｔＥＬ≒０においては、Ｑ１２０＝（２６Ｖ×２６Ｖ）／６Ω≒１１３Ｗ、となるからである。
【０１００】
尚、第２サンプル素子、第３サンプル素子、第４サンプル素子は以下の基準で選定されている。すなわち、基準温度における６Ωサーミスタの抵抗値と同じ抵抗値を有する単純抵抗、即ち６Ω単純抵抗を第２サンプル素子として選定し、６Ωサーミスタの最大抵抗値（約２４０Ω；図１４参照）と同程度の抵抗値を有する単純抵抗、即ち２４０Ω単純抵抗を第４サンプル素子として選定している。また、第１シミュレーションにおいて電圧バランス時間が６Ωサーミスタと同程度になる１２．３Ω単純抵抗を第３サンプル素子として選定している。
【０１０１】
第１シミュレーションの結果から分かるように、６Ωサーミスタを抵抗素子１２０として用いた場合との比較において、６Ω単純抵抗を抵抗素子１２０として用いた場合、電圧バランス時間は概ね半分になるが、最大発熱量は約４０倍（≒１１３／３）になる。また、６Ωサーミスタを抵抗素子１２０として用いた場合との比較において、２４０Ω単純抵抗を抵抗素子１２０として用いた場合、最大発熱量は同程度（約３Ｗ）となるが、電圧バランス時間は約２０倍（≒４６４／２４）となる。また、６Ωサーミスタを抵抗素子１２０として用いた場合との比較において、１２．３Ω単純抵抗を抵抗素子１２０として用いた場合、電圧バランス時間は同程度になるが、最大発熱量は約１０倍となる。
【０１０２】
図１６（ａ）及び（ｂ）に、第２シミュレーションの結果を示す。第２シミュレーションでは、基準時刻において電池ユニット１００及び１１０間の出力電圧差ＶＤＩＦが１３Ｖであると仮定した。この仮定の下、サンプル素子ごとに基準時刻からの経過時間ｔＥＬと出力電圧差ＶＤＩＦとの関係を演算によって求め、サンプル素子ごとに経過時間ｔＥＬとサンプル素子の発熱量Ｑ１２０との関係を演算によって求めた。
【０１０３】
図１６（ａ）において、破線ＧＣ［６］、破線ＧＣ［１２．３］、一点鎖線ＧＣ［２４０］、実線ＧＣ［ＴＭ］は、夫々、６Ω単純抵抗、１２．３Ω単純抵抗、２４０Ω単純抵抗、６Ωサーミスタを抵抗素子１２０として用いた場合における、経過時間ｔＥＬ及び出力電圧差ＶＤＩＦ間の関係を表している。
【０１０４】
図１６（ｂ）において、破線ＧＤ［６］、破線ＧＤ［１２．３］、一点鎖線ＧＤ［２４０］、実線ＧＤ［ＴＭ］は、夫々、６Ω単純抵抗、１２．３Ω単純抵抗、２４０Ω単純抵抗、６Ωサーミスタを抵抗素子１２０として用いた場合における、経過時間ｔＥＬ及び発熱量Ｑ１２０間の関係を表している。第１シミュレーションと同様、出力電圧差ＶＤＩＦが１３Ｖから０Ｖになるまで、電池１０１、１０２、１１１及び１１２の夫々において、蓄電容量と出力電圧との間には直線性が存在する（即ち、蓄電容量と出力電圧は比例関係にある）と仮定した。
【０１０５】
図１６（ａ）に見られるように、６Ω単純抵抗、１２．３Ω単純抵抗、６Ωサーミスタを抵抗素子１２０として用いた場合において、電圧バランス時間は、夫々、約１０、約２２、約６単位時間である。図１６（ａ）からは明らかでないが、２４０Ω単純抵抗を抵抗素子１２０として用いた場合における電圧バランス時間は、約４３２単位時間である。
【０１０６】
図１６（ｂ）に見られるように、６Ω単純抵抗、１２．３Ω単純抵抗、６Ωサーミスタを抵抗素子１２０として用いた場合において、発熱量Ｑ１２０の最大値は、夫々、約２８Ｗ（ワット）、約９Ｗ、約３Ｗであり、２４０Ω単純抵抗を抵抗素子１２０として用いた場合におけるそれは１Ｗ以下である。
【０１０７】
第１及び第２シミュレーションから、次のことが分かる。単純抵抗（６Ω単純抵抗等）を抵抗素子１２０として用いた場合、第２シミュレーションにおける抵抗素子１２０の最大発熱量は第１シミュレーションのそれの１／４になるが、第２シミュレーションにおける電圧バランス時間は第１シミュレーションのそれと殆ど変わらない。つまり、単純抵抗を抵抗素子１２０として用いると、抵抗素子１２０の最大発熱量が出力電圧差ＶＤＩＦの２乗に比例して増大する一方で、電圧不均一是正に必要な時間（即ち、電圧バランス時間）は、不均一の大きさが減少しても（例えば２６Ｖから１３Ｖに減少しても）殆ど変わらない。最大発熱量の増大は、抵抗素子１２０の最大定格、物理的サイズ及びコストの増大を招くことは言うまでもない。
【０１０８】
これに対し、６Ωサーミスタを抵抗素子１２０として用いた場合、抵抗素子１２０の最大発熱量は第１及び第２シミュレーション間で殆ど差がないが、第２シミュレーションにおける電圧バランス時間は第１シミュレーションのそれの約１／４になる。つまり、６ΩサーミスタのようなＰＴＣサーミスタを抵抗素子１２０として用いると、抵抗素子１２０の最大発熱量が出力電圧差ＶＤＩＦの増減にそれほど依存することなく所定値以下に抑えられる一方で、電圧不均一是正に必要な時間（即ち、電圧バランス時間）は、不均一の大きさが減少すればその分だけ減少する。また、最大発熱量を常に制限量（例えば５Ｗ）以下に抑えるという制限条件が課されている場合、抵抗素子１２０としてＰＴＣサーミスタを用いた方が単純抵抗を用いるよりも電圧バランス時間が短くて済む（例えば、図１５（ａ）のＧＡ［２４０］及びＧＡ［ＴＭ］並びに図１５（ｂ）のＧＢ［２４０］及びＧＢ［ＴＭ］を参照）。
【０１０９】
以上のことから、ＰＴＣサーミスタを図１等の抵抗素子２０［ｉ］として用いることの有益性が理解される。即ち、ＰＴＣサーミスタを抵抗素子２０［ｉ］として用いると、抵抗素子２０［ｉ］における最大発熱量を所定値以下に抑えつつ、単純抵抗を抵抗素子２０［ｉ］として用いる場合との比較において電圧バランス時間を短縮化することが可能となる。特に、電池ユニットの出力電圧不均一がいつ発生するのかが不定なシステムや、電池ユニット交換が一部の電池ユニットに対してのみ成されるようなシステムにおいて有益である。また、電池ユニット交換によって新たに装置ＡＰ（図３参照）に取り付けられる電池ユニットが４０％〜６０％容量状態の電池ユニットであるとき、特に有益である。すなわち、電池ユニットを交換する場合、交換の対象となっていない電池ユニットと、交換によって新たに装置ＡＰに取り付けられる電池ユニットとの電位差は、可能な限り大きくならないようにすべきである。この点、交換の対象となっていない電池ユニットの容量状態を特定することは困難である。しかし、４０％〜６０％容量状態の電池ユニットを交換によって新たに装置ＡＰに取り付けた場合には、交換の対象となっていない電池ユニットと、交換によって新たに装置ＡＰに取り付けられる電池ユニットとの電位差の最大値を抑制することができる。４０％〜６０％容量状態の電池ユニットとは、電池ユニットの実際の蓄電容量が蓄電可能容量の４０％〜６０％である状態の電池ユニットを指す。
変形例
【０１１０】
上記実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。以上の実施形態は、あくまでも、本発明の実施形態の例であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以上の実施形態に記載されたものに制限されるものではない。上述の説明文中に示した具体的な数値は、単なる例示であって、当然の如く、それらを様々な数値に変更することができる。上述の実施形態に適用可能な事項として、以下に示す。各事項は、矛盾なき限り、任意に組み合わせることが可能である。
【０１１１】
図１１に示す如く、抵抗素子２０［１］〜２０［３］と副ラインＬ２との間に、夫々、直列にスイッチング素子２１［１］〜２１［３］を挿入し、スイッチング素子２１［１］〜２１［３］の導通状態を制御ユニット１に制御させるようにしても良い。スイッチング素子２１［ｉ］もＦＥＴにて形成することができる。通常、スイッチング素子２１［ｉ］はオンとされるが、電池ユニットＢＴ［ｉ］に何らかの異常が発生し、電池ユニットＢＴ［ｉ］の充電及び放電を完全に停止させたとき、スイッチング素子３０［ｉ］と共にスイッチング素子２１［ｉ］をオフとすると良い。これにより、電池ユニットＢＴ［ｉ］を主ラインＬ１及び副ラインＬ２から切り離すことができる。尚、スイッチング素子２１［１］〜２１［３］を設ける場合には、スイッチング１３を割愛することができる。
【０１１２】
上述の電池システムでは、太陽電池９等を用いた電池ユニットＢＴ［ｉ］の充電と、負荷１２に対する電池ユニットＢＴ［ｉ］の放電を成すことができるが、充電のみ、或いは、放電のみが成される電池システムを形成するようにしても良い。
【０１１３】
上述の実施形態では、各ＦＥＴがｎチャンネル型のＦＥＴであることを想定しているが、それらをｐチャンネル型のＦＥＴに変更することもできる。
【０１１４】
被制御ユニット２内に設けられた全ての電池ユニットを一括して新電池ユニットに交換した場合においても、電池ユニットの特性は不均一になりうる。このため、このような一括交換を行った場合に対しても、本発明は適用可能であると共に有益である。
【０１１５】
図１の並列接続回路５及び制御ユニット１によって電池並列処理回路が形成されている、と考えることができる。但し、並列接続回路５のみによって電池並列処理回路が形成されていると考えることも可能である。
【０１１６】
以上説明した通り、本実施形態によれば、充電又は放電の対象となる複数の電池ユニットを安全に並列に電気的接続することのできる電池並列処理回路及び電池システムを提供することが可能となる。
【０１１７】
本出願は、２０１０年８月６日に出願された日本特許２０１０−１７７２５４号“電池並列処理回路及び電池システム”および２０１０年１０月８日に出願された日本特許２０１０−２２８０８８号“電池並列処理回路及び電池システム”の総ての内容をここで引用することで含有させる。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本発明の活用例として、電動車両（１輪、２輪、３輪、４輪もしくはそれ以上を含む）、電動工具、電子機器（パーソナルコンピュータ、携帯電話機又は情報端末を含む）がある。
【符号の説明】
【０１１９】
１  制御ユニット
２  被制御ユニット
３  スイッチユニット
４  電力変換回路
５  並列接続回路
６〜８  ＦＥＴ
９  太陽電池
１０  ダイオード
１１  電源回路
１２  負荷
１５  分岐点
２０  抵抗素子
３０  ＦＥＴ
ＢＴ  電池ユニット
ＢＲ  ブレーカ
Ｌ１  主ライン
Ｌ２  副ライン
ＢＳ  電池システム
ＡＰ  装置
Ｓ  センサ
ＳＷ  機械式スイッチ
Ｔ  タイマ
ＶＭ  電圧計測部
【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】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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