(57)【要約】  ＥＣＵは、充電が必要なバッテリセルがあると判定すると、アドレス情報を電池監視ＡＦＥ６に出力する。電池監視ＡＦＥ６はアドレス情報によって特定されたトランジスタＴ２をオンさせてバランス回路４にアクティブのＯＮ／ＯＦＦ信号を出力する。バランス回路４には、各バッテリセル２ａがそれぞれ接続されたＤＣコンバータ３０が設けられており、ＯＮ／ＯＦＦ信号が入力されたＤＣコンバータ３０が動作することにより選択的にバッテリセルを充電する。ＤＣコンバータ３０は、マグアンプ方式のフォワードコンバータからなり、ＯＮ／ＯＦＦ信号がアクティブの時に、バッテリセルの電圧が４．２Ｖ程度よりも低ければ、セル電圧が低いバッテリセルを選択的に充電し、最終的にセル電圧が４．２Ｖ程度に保持し、バッテリセル２ａへの過充電を防止する。
2013061461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の二次電池セルを直列に接続して構成されたバッテリと、前記バッテリの充放電を制御するバッテリ制御部とを有するバッテリシステムであって、
前記バッテリ制御部は、
前記二次電池セルを監視する電池監視部と、
前記バッテリのセルバランス制御を行うセルバランス回路とを有し、
前記セルバランス回路は、
前記バッテリから供給される第１の電源電圧を降圧した第２の電源電圧が供給され、前記第２の電源電圧から任意の周期のパルス信号を生成するパルス発生回路と、
前記二次電池セルにそれぞれ接続され、前記パルス発生回路が生成したパルス信号に基づいて、前記二次電池セルに充電する充電電圧を生成する第１のＤＣコンバータとを有し、
前記電池監視部は、
充電を行う二次電池セルを選択する充電制御信号に基づいて、充電を行う前記二次電池セルを特定し、前記二次電池セルが接続されている第１のＤＣコンバータに対して動作制御信号を出力し、
前記第１のＤＣコンバータは、
前記動作制御信号に基づいて動作し、前記二次電池セルに充電することを特徴とするバッテリシステム。
【請求項２】
請求項１記載のバッテリシステムにおいて、
前記第１のＤＣコンバータは、
可飽和インダクタを有し、前記可飽和インダクタによってスイッチング用のトランジスタの動作制御を行うことにより、前記二次電池セルを充電する電圧を生成するマグアンプ式のフォーワードコンバータからなることを特徴とするバッテリシステム。
【請求項３】
請求項１記載のバッテリシステムにおいて、
前記第１のＤＣコンバータは、
可飽和インダクタを有し、前記可飽和インダクタによってスイッチング用のトランジスタの動作制御を行うことにより、前記二次電池セルを充電する電圧を生成するマグアンプ式のフライバックコンバータからなることを特徴とするバッテリシステム。
【請求項４】
請求項１記載のバッテリシステムにおいて、
前記パルス発生回路は、
スイッチング信号に基づいて、スイッチングを行うスイッチング素子と、
一次巻き線側に接続された前記スイッチング素子のオン／オフ動作に伴い、二次巻き線側にエネルギを伝達し、前記パルス信号を発生させるトランスとを有し、
前記トランスは、
前記第１のＤＣコンバータと同じ数の二次巻き線を有することを特徴とするバッテリシステム。
【請求項５】
請求項１記載のバッテリシステムにおいて、
さらに、前記バッテリから供給される第１の電源電圧を降圧し、前記パルス発生回路に供給する第２の電源電圧を生成する第２のコンバータを有することを特徴とするバッテリシステム。
【請求項６】
請求項１項に記載のバッテリシステムにおいて、
前記電池監視部は、
充電を行う前記二次電池セルを特定する充電セル特定情報を格納する特定情報格納部を有し、
前記電池監視部は、
前記充電制御信号に基づいて、前記特定情報格納部に格納された充電セル特定情報を検索し、充電を行う前記二次電池セルを特定して前記制御信号を出力することを特徴とするバッテリシステム。
【請求項７】
請求項６記載のバッテリシステムにおいて、
前記バッテリシステムは、
通信バスを介して前記バッテリ制御部と接続され、
前記電池監視部に入力される前記充電制御信号は、
前記通信バスを介して前記バッテリ制御部から出力される信号であることを特徴とするバッテリシステム。
【請求項８】
請求項７記載のバッテリシステムにおいて、
前記通信バスの通信プロトコルインタフェースは、
ＣＡＮであることを特徴とするバッテリシステム。
【請求項９】
複数の二次電池セルを直列に接続して構成されたバッテリと、前記バッテリの充放電を制御するバッテリ制御部とを有するバッテリシステムであって、
前記バッテリ制御部は、
前記二次電池セルを監視する電池監視部と、
前記バッテリのセルバランス制御を行うセルバランス回路とを有し、
前記セルバランス回路は、
前記バッテリから供給される第１の電源電圧を降圧した第２の電源電圧が供給され、前記第２の電源電圧から任意の周期のパルス信号を生成するパルス発生回路と、
直列接続された任意の数の前記二次電池セルにおける最高電位の電極と最低電位の電極との間にそれぞれ接続され、前記パルス発生回路が生成したパルス信号に基づいて、任意の数の前記二次電池セルを纏めて充電する充電電圧を生成する第１のＤＣコンバータとを有し、
前記電池監視部は、
充電を行う任意の数の前記二次電池セルを選択する充電制御信号に基づいて、充電を行う前記二次電池セルを特定し、任意の数の前記二次電池セルが接続されている第１のＤＣコンバータに対して動作制御信号を出力し、
前記第１のＤＣコンバータは、
前記動作制御信号に基づいて動作し、任意の数の前記二次電池セルに充電することを特徴とするバッテリシステム。
【請求項１０】
請求項９記載のバッテリシステムにおいて、
前記第１のＤＣコンバータは、
可飽和インダクタを有し、前記可飽和インダクタによってスイッチング用のトランジスタの動作制御を行うことにより、前記二次電池セルを充電する電圧を生成するマグアンプ式のフォーワードコンバータからなることを特徴とするバッテリシステム。
【請求項１１】
請求項９記載のバッテリシステムにおいて、
前記第１のＤＣコンバータは、
可飽和インダクタを有し、前記可飽和インダクタによってスイッチング用のトランジスタの動作制御を行うことにより、前記二次電池セルを充電する電圧を生成するマグアンプ式のフライバックコンバータからなることを特徴とするバッテリシステム。
【請求項１２】
請求項９記載のバッテリシステムにおいて、
前記パルス発生回路は、
スイッチング信号に基づいて、スイッチングを行うスイッチング素子と、
一次巻き線側に接続された前記スイッチング素子のオン／オフ動作に伴い、二次巻き線側にエネルギを伝達し、前記パルス信号を発生させるトランスとを有し、
前記トランスは、
前記第１のＤＣコンバータと同じ数の二次巻き線を有することを特徴とするバッテリシステム。
【請求項１３】
請求項９記載のバッテリシステムにおいて、
さらに、前記バッテリから供給される第１の電源電圧を降圧し、前記パルス発生回路に供給する第２の電源電圧を生成する第２のコンバータを有することを特徴とするバッテリシステム。
【請求項１４】
請求項９項に記載のバッテリシステムにおいて、
前記電池監視部は、
充電を行う前記二次電池セルを特定する充電セル特定情報を格納する特定情報格納部を有し、
前記電池監視部は、
前記充電制御信号に基づいて、前記特定情報格納部に格納された充電セル特定情報を検索し、充電を行う前記二次電池セルを特定して前記制御信号を出力することを特徴とするバッテリシステム。
【請求項１５】
請求項１４記載のバッテリシステムにおいて、
前記バッテリシステムは、
通信バスを介して前記バッテリ制御部と接続され、
前記電池監視部に入力される前記充電制御信号は、
前記通信バスを介して前記バッテリ制御部から出力される信号であることを特徴とするバッテリシステム。
【請求項１６】
請求項１５記載のバッテリシステムにおいて、
前記通信バスの通信プロトコルインタフェースは、
ＣＡＮであることを特徴とするバッテリシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２次電池バッテリの充電技術に関し、特に、２次電池バッテリを構成する二次電池セルにおけるセルバランス制御に有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＶ（Electric Vehicle）、ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）などに用いられるバッテリは、軽量化と損失軽減の観点から、高電圧化がなされている。この種のバッテリを備えた電源システムには、該バッテリの充放電制御、および監視などを行う電池監視ＡＦＥ（Analog Front End）などの半導体集積回路装置が設けられている。【０００３】
この種の半導体集積回路装置には、バッテリセルの選択的な放電／充電機能を有し、バッテリセル電圧を揃え、バッテリセルが有している放電容量の合計に比してバッテリ（全体）としてみた時に使用できる電力量が著しく悪化するのを防止する、いわゆるコンディショニング回路が一般的に設けられている。【０００４】
この種のバッテリにおけるセルバランス（各バッテリセル電圧を揃える）技術としては、隣接するセル同士の電荷をバックブーストコンバータなどによって均一化するもの（例えば、特許文献１参照）、コンバータを用いてバッテリー全体から特定のバッテリーセルへ電荷を注入するもの（例えば、非特許文献１参照）、およびチャージポンプの技術を応用したスイッチ素子とコンデンサとを利用したもの（例えば、特許文献２参照）などがある。【０００５】
特許文献１は、隣接する2個のセル間の電荷を両者の電圧が等しくする手法である。禁止帯を挟み同一パルス幅で上下のセルに接続されたスイッチを交互に開閉するこのスイッチ動作により、２個のセルの中点に接続されたインダクタに一方のセルのエネルギが蓄えられ他方に移る。【０００６】
２個のセルの電圧が回路定数とパルス幅できまる一定量以上違う場合にはエネルギの流れは電圧の高いセルから低いセルとなるが、それ以下の場合は電圧の高いセルから低いセルのエネルギの流れと低セルから高いセルへのエネルギの流れが同時に発生しその割合は両者のセル電圧による。【０００７】
この現象により、２個のセル電圧は徐々に近づき各々のセル電圧が全く等しくなる。この場合には２つのエネルギの流れは同一となっている。３個以上の場合は隣接する２個のセルに対し、１個のインダクタに２個のスイッチが必要になる。バッテリがＮ個のセルで構成されていればＮ−１個のインダクタと２Ｎ−２個のスイッチ素子が必要になる。【０００８】
また、非特許文献１に示されたコンバータによるアクティブセルバランス方式は、バッテリの高電位側電極、即ち直列接続されたバッテリーセルの正側電極と低電位側電極間からエネルギを取り出す方式である。バッテリ全体から取り出したエネルギをバッテリセルへ充電する方法である。【０００９】
さらに、特許文献２において示される技術は、チャージポンプと同様に主要部品はスイッチとコンデンサで構成されている。一旦コンデンサに蓄えられた電荷を別のセル等に移す方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第７６１５９６６号
【特許文献２】米国特許第５７１０５０４号
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Journal of Power Electronics, Vol. 9, No. 3, May 2009，p.472
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところが、上記のようなバッテリにおけるセルバランス技術では、次のような問題点があることが本発明者により見い出された。【００１３】
まず、特許文献１の技術では、エネルギの移動が隣接セルに限定されてしまうという問題がある。バッテリのセル数が、２セル〜４セルの場合には、実用になるものの、多くの車載用バッテリセルは、９６セル程度の構成となっており、全てのセルがバランスするまでに時間が掛かりすぎてしまう。また、高い電圧のセルと低い電圧のセルの位置や、その間のセルの電圧にも収束時間が依存するので、システム全体の制御が困難という問題がある。【００１４】
さらに、上下のセルに接続されたすべてのスイッチを動作させる必要があるので、隣接セルの電圧が同じでも常にエネルギの流れ(充放電)は続いており、回路動作による損失が大きくなってしまう。【００１５】
続いて、非特許文献１の技術の場合には、各セルの制御回路がないために、セルの作動電圧を厳守することが困難であり、機能安全の観点において問題が発生する恐れがある。【００１６】
また、特許文献２におけるチャージポンプによる技術では、チャージポンプに用いられるスイッチの制御が複雑となってしまうという問題がある。【００１７】
さらに、特許文献２では、スイッチのインピーダンスが効率に直接反映されるので、該インピーダンスを低くする必要がある。スイッチ素子はスイッチング回数が非常に多くなることが予想されるので、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)等の半導体素子が適当であるが、ピーク電流が大きいことからスイッチング素子が高価なものになってしまう。【００１８】
本発明の目的は、簡単な制御で低コストにより、効率よく任意の二次電池セルを充電することのできる技術を提供することにある。【００１９】
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。【００２１】
前述の目的を達成するために、任意の二次電池セルに充電を行い、セルバランス制御を行うバッテリシステムを実現する。このバッテリシステムは、複数の二次電池セルを直列に接続して構成されたバッテリと、前記バッテリの充放電を制御するバッテリ制御部とを有する。【００２２】
また、バッテリ制御部は、二次電池セルを監視する電池監視部と、前記バッテリのセルバランス制御を行うセルバランス回路とを有し、前記セルバランス回路は、前記バッテリから供給される第１の電源電圧を降圧した第２の電源電圧が供給され、前記第２の電源電圧から任意の周期のパルス信号を生成するパルス発生回路と、前記二次電池セルにそれぞれ接続され、前記パルス発生回路が生成したパルス信号に基づいて、前記二次電池セルに充電する充電電圧を生成する第１のＤＣコンバータとを有する。【００２３】
そして、電池監視部は、充電を行う二次電池セルを選択する充電制御信号に基づいて、充電を行う前記二次電池セルを特定し、前記二次電池セルが接続されている第１のＤＣコンバータに対して動作制御信号を出力し、前記第１のＤＣコンバータは、前記動作制御信号に基づいて動作し、前記二次電池セルに充電する。
【発明の効果】
【００２４】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。【００２５】
（１）バッテリシステムの信頼性を向上させることができる。【００２６】
（２）バッテリシステムのコストを低減することができる。【００２７】
（３）バッテリの電池寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１によるバッテリシステムにおける構成の一例を示す説明図である。
【図２】図１のバッテリシステムに設けられた電池監視ＡＦＥにおける構成の一例を示す説明図である。
【図３】充電時におけるバッテリセルの電力減少するメカニズムの説明図である。
【図４】放電（使用）時におけるバッテリセルの電力減少するメカニズムの説明図である。
【図５】図１のバッテリシステムに設けられたバランス回路における原理を示す説明図である。
【図６】図５に示したバランス回路における変形例を示した説明図である。
【図７】図６に示したバランス回路における他の変形例を示した説明図である。
【図８】図６のバランス回路の他の変形例を示した説明図である。
【図９】図１のバッテリシステムに設けられたバランス回路の具体的な回路構成の一例を示す説明図である。
【図１０】図９のバランス回路に設けられたＤＣコンバータにおける一例を示す説明図である。
【図１１】図９のバランス回路に設けられたパルス電圧発生回路における一例を示す説明図である。
【図１２】図９バランス回路に設けられたＤＣ降圧コンバータにおける構成の一例を示す説明図である。
【図１３】図９のＤＣコンバータと図１１のパルス電圧発生回路の一部とを示した概略図である。
【図１４】図１３における各部信号のタイミングチャートである。
【図１５】本発明の実施の形態２によるバランス回路に設けられたＤＣコンバータの一例を示す説明図である。
【図１６】本発明の実施の形態３によるバランス回路に設けられたＤＣコンバータの構成の一例を示す説明図である。
【図１７】本発明の実施の形態４によるバッテリシステムの具体的な回路構成の一例を示す説明図である。
【図１８】本発明の実施の形態５によるバッテリシステムの具体的な回路構成の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００３０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１によるバッテリシステムにおける構成の一例を示す説明図、図２は、図１のバッテリシステムに設けられた電池監視ＡＦＥにおける構成の一例を示す説明図、図３は、充電時におけるバッテリセルの電力減少するメカニズムの説明図、図４は、放電（使用）時におけるバッテリセルの電力減少するメカニズムの説明図、図５は、図１のバッテリシステムに設けられたバランス回路における原理を示す説明図、図６は、図５に示したバランス回路における変形例を示した説明図、図７は、図６に示したバランス回路における他の変形例を示した説明図、図８は、図６のバランス回路の他の変形例を示した説明図、図９は、図１のバッテリシステムに設けられたバランス回路の具体的な回路構成の一例を示す説明図、図１０は、図９のバランス回路に設けられたＤＣコンバータにおける一例を示す説明図、図１１は、図９のバランス回路に設けられたパルス電圧発生回路における一例を示す説明図、図１２は、図９バランス回路に設けられたＤＣ降圧コンバータにおける構成の一例を示す説明図、図１３は、図９のＤＣコンバータと図１１のパルス電圧発生回路の一部とを示した概略図、図１４は、図１３における各部信号のタイミングチャートである。
【００３１】
〈実施の形態の概要〉
本実施の形態の概要は、複数の二次電池セル(バッテリセル２ａ)を直列に接続して構成されたバッテリ(バッテリ２)と、該バッテリの充放電を制御するバッテリ制御部（バランス回路４、ＭＣＵ５、電池監視ＡＦＥ６)とを有したバッテリシステム(バッテリシステム１)に適用される。
【００３２】
また、バッテリ制御部は、二次電池セルを監視する電池監視部（電池監視ＡＦＥ６）と、バッテリのセルバランス制御を行うセルバランス回路(バランス回路４)とを有する。
【００３３】
さらに、セルバランス回路は、バッテリから供給される第１の電源電圧（電源電圧ＶＢＡＴ）を降圧した第２の電源電圧（電源電圧ＶＣＣ）が供給され、該第２の電源電圧から任意の周期のパルス信号を生成するパルス発生回路(パルス電圧発生回路３１ａ、パルス信号発生回路３１ｂ)と、二次電池セルにそれぞれ接続され、パルス発生回路が生成したパルス信号に基づいて、二次電池セルに充電する充電電圧を生成する第１のＤＣコンバータとを有する。
【００３４】
そして、電池監視部は、充電を行う二次電池セルを選択する充電制御信号（アドレス情報）に基づいて、充電を行う二次電池セルを特定し、二次電池セルが接続されている第１のＤＣコンバータに対して動作制御信号（ＯＮ／ＯＦＦ信号）を出力し、第１のＤＣコンバータは、電池監視部から出力される動作制御信号に基づいて動作することにより二次電池セルを充電する。
【００３５】
以下、上記した概要に基づいて、実施の形態を詳細に説明する。
【００３６】
〈バッテリシステムの構成例〉
本実施の形態１において、バッテリシステム１は、例えば、ＥＶやＨＥＶなどの自動車に搭載される電源システムである。バッテリシステム１は、図１に示すように、バッテリ２、電池制御部３、およびバランス回路４から構成されている。
【００３７】
バッテリ２は、充電可能な二次電池であり、例えば、定格電圧が３．６Ｖ程度のバッテリセル２ａを数十〜百個程度直列接続した構成からなる。電池制御部３は、バッテリ２における過充電、過放電、および過電流などの各種監視やバッテリ保護などを行う電池電圧制御用ＩＣであり、ＭＣＵ(Micro-Control Unit)５、および複数の電池監視ＡＦＥ６から構成されている。ＭＣＵ５と電池監視ＡＦＥ６とは、例えば、個別の半導体チップに形成されている。
【００３８】
ＭＣＵ５は、後述するＣＡＮ(Controller Area Network)などを通じて、バッテリセル２ａの監視結果を送信したり、バッテリシステム１の制御信号を受け取る。電池監視ＡＦＥ６は、バッテリセル監視用のＩＣであり、ＭＣＵ５から出力された命令に基づいて、バッテリセルの監視情報を取得する。
【００３９】
電池監視ＡＦＥ６は、例えば、１つの電池監視ＡＦＥによって、１つのバッテリセル組２ｂに設けられたバッテリセル２ａの監視制御を行う。バッテリセル組２ｂは、例えば、６個〜１４個程度のバッテリセルが直列接続された構成からなる。各々の電池監視ＡＦＥ６によって取得されたバッテリセル２ａの監視情報は、ＭＣＵ５に送信される。
【００４０】
バランス回路４は、電池監視ＡＦＥ６から出力される制御信号に基づいて、任意のバッテリセル２ａを選択的に充電する。バッテリ２には、正（＋）側電極、および負（−）側電極をそれぞれ有している。
【００４１】
バッテリ２の電源は、ＥＶやＨＥＶなどの自動車に搭載された三相のモータＭを駆動制御するインバータ制御するモータ制御部７とバランス回路４とに供給されるように接続されている。バッテリ２は、外付けされる充電器であるＤＣ電源８、あるいは走行中のモータＭによる回生電力により充電され、また、モータＭを駆動させる際は、正（＋）側電極、および負（−）側電極からエネルギを放出する。
【００４２】
また、ＭＣＵ５は、バッテリシステム１の制御を司るＥＣＵ（Electric control unit）９との通信を行う。自動車には、ＥＣＵ９の他に、モータＭや、エンジンなどのパワートレイン系、ナビゲーションシステムやオーディオなどの情報系、あるいはエアコンやヘッドライト、ドアロックなどのボディ系などの各種制御を司る様々なＥＣＵ(図示せず)が多数搭載されている。
【００４３】
ＭＣＵ５とＥＣＵ９とを接続する通信ネットワークのプロトコルとして、たとえば、前述したＣＡＮが用いられている。ＭＣＵ５は、ＣＡＮトランシーバ／レシーバ１０を介してＣＡＮバスＢｃに接続されている。また、ＥＣＵ９は、ＣＡＮトランシーバ／レシーバ１１を介してＣＡＮバスＢｃに接続されている。その他のＥＣＵも同様にＣＡＮトランシーバ／レシーバ（図示せず）を介してＣＡＮバスＢｃに接続されている。
【００４４】
ＣＡＮバスＢｃには、ＣＡＮプロトコルの差動信号が転送される。ＣＡＮトランシーバ／レシーバ１０は、ＣＡＮバスＢｃを介して入力される差動信号をデジタル信号に変換してＭＣＵ５に出力するとともに、ＭＣＵ５から出力されるデジタル信号を差動信号に変換してＣＡＮバスＢｃに出力する。
【００４５】
ＭＣＵ５は、ＳＰＩ(Serial Peripheral Interface)１２、ＣＰＵ１３、ＣＡＮインタフェース１４、およびメモリ１５などから構成されている。ＳＰＩ１２は、シリアル通信を行うインタフェースであり、デジタルアイソレータＤＩを介して電池監視ＡＦＥ６との通信をそれぞれ行う。ＣＰＵ１３は、ＭＣＵ５の動作制御を司る。
【００４６】
ＣＡＮインタフェース１４は、ＭＣＵ５とＣＡＮバスＢｃとのインタフェースである。メモリ１５は、例えば、ＲＡＭ(Random Access Memory)やＲＯＭ(Read Only Memory)などからなる。ＲＡＭは、例えば、ＣＰＵ１３のワークエリアとして用いられる。ＲＯＭは、例えば、ＭＣＵ５の動作プログラムなどが格納されている。
【００４７】
〈電池監視ＡＦＥの構成例〉
図２は、電池監視ＡＦＥ６における構成の一例を示す説明図である。
【００４８】
アナログマルチプレクサ１６、Ａ／Ｄ変換器１７、ＳＰＩ１８，１９、レジスタ群２０、レベルシフタ２１，２２、放電制御部２３、充電制御信号出力部２３ａ、ならびにレギュレータ２４などから構成されている。
【００４９】
また、電池監視ＡＦＥ６は、外部端子Ｃ１２〜Ｃ０，Ｂ１２〜Ｂ１，Ｄ１２〜Ｄ１，ＳＤＯ，ＳＣＬＫ，ＳＳＯなどが設けられている。放電制御部２３は、複数の抵抗Ｒ１、および複数のトランジスタＴ１から構成されている。
【００５０】
また、充電制御信号出力部２３ａは、複数の抵抗Ｒ２、および複数のトランジスタＴ２から構成されている。これらトランジスタＴ１，Ｔ２は、例えば、ＮチャネルＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor)から構成されている。
【００５１】
外部端子Ｃ１２〜Ｃ０のそれぞれの間には、放電制御部２３における抵抗Ｒ１とトランジスタＴ１とがそれぞれ直列接続されている。また、外部端子Ｃ１２〜Ｃ０のそれぞれの間には、充電制御信号出力部２３ａにおける抵抗Ｒ２とトランジスタＴ２とがそれぞれ直列接続されている。
【００５２】
例えば、外部端子Ｃ１２と外部端子Ｃ１１との間には、直列接続された抵抗Ｒ１とトランジスタＴ１、および直列接続された抵抗Ｒ２とトランジスタＴ２とが並列に接続された構成となっている。外部端子Ｃ１１〜Ｃ０においても、同様の接続構成となっている。
【００５３】
また、外部端子Ｄ１２〜Ｄ１には、抵抗Ｒ１とトランジスタＴ１との接続部がそれぞれ接続されており、外部端子Ｂ１２〜Ｂ１には、抵抗Ｒ１とトランジスタＴ１との接続部がそれぞれ接続されている。
【００５４】
外部端子Ｃ１２〜Ｃ０には、バッテリ２におけるバッテリセル２ａがそれぞれ接続されており、外部端子Ｄ１２〜Ｄ１には、放電用の抵抗Ｒｒがそれぞれ接続されている。
【００５５】
また、外部端子Ｂ１２〜Ｂ１は、バランス回路４に接続されており、該バランス回路４における動作制御を行う制御信号がバランス回路４にそれぞれ入力されるように接続されている。
【００５６】
外部端子ＳＤＩは、外部からのシリアル信号がＳＰＩ１９に入力される端子であり、外部端子ＳＣＬＫＩは、シリアル信号の同期クロックがＳＰＩ１９に供給される端子である。外部端子ＳＳＩは、ＳＰＩ１９に入力するセレクト信号が供給される端子である。外部端子ＳＤＯは、ＳＰＩ１８から外部へシリアル信号を出力する端子であり、外部端子ＳＣＬＫＯは、シリアル信号の同期クロックをＳＰＩ１８から外部へ出力する端子である。
【００５７】
外部端子ＳＳＯは、ＳＰＩ１９からセレクト信号を出力する端子である。アナログマルチプレクサ１６には、電源電圧ＶＣＣが供給されるように接続されている。電源電圧ＶＣＣは、後述するＤＣ降圧コンバータ３２が生成する電源電圧である。
【００５８】
アナログマルチプレクサ１６は、選択信号に基づいて、任意のバッテリセル２ａの電圧値を選択し、Ａ／Ｄ変換器１７に出力する。Ａ／Ｄ変換器１７は、アナログマルチプレクサ１６を介して出力された電圧値をＡ／Ｄ変換し、レジスタ群２０に出力する。
【００５９】
アナログマルチプレクサ１６に入力される選択信号は、ＥＣＵ９から出力され、ＳＰＩ１９、レジスタ群２０、およびＡ／Ｄ変換器１７を介してアナログマルチプレクサ１６の制御端子に入力される。
【００６０】
レジスタ群２０には、複数のレジスタＲＥＧが設けられている。レジスタ群２０は、Ａ／Ｄ変換器１７がＡ／Ｄ変換したデジタルデータ、あるいはＥＣＵ９から出力された制御データなどを一時的に格納する。
【００６１】
また、レジスタ群２０のレジスタには、入力されたアドレス情報からバッテリセル２ａを特定する情報が格納されている。ＥＣＵ９から出力されたアドレス情報などに基づいて、任意のバッテリセル２ａを特定し、該当するバッテリセル２ａを放電、または充電する。
【００６２】
バッテリセル２ａを放電する場合には、ＥＣＵ９から出力されたアドレス情報によって特定されたトランジスタＴ１をオンさせ、任意のバッテリセル２ａのエネルギを外部接続された放電用の抵抗Ｒｒに放電させる。
【００６３】
また、レジスタＲＥＧには、入力されたアドレス情報から、充電するバッテリセル２ａを特定する充電セル特定情報が格納されている。バッテリセル２ａを充電する場合には、ＥＣＵ９から出力されたアドレス情報に基づいて、充電セル特定情報を検索し、その検索結果によって特定されたトランジスタＴ２をオンさせ、バランス回路４に制御信号を出力し、該バランス回路４によって任意のバッテリセル２ａを充電する。レギュレータ２４は、電源電圧ＶＣＣを降圧して電源電圧ＶＲＥＧ（例えば、５．０Ｖ程度）を生成する。
【００６４】
〈バッテリシステム１の動作例〉
バッテリシステム１における動作例について説明する。
【００６５】
バッテリシステム１は、前述したようにＥＣＵ９により、ＣＡＮバスＢｃを介して制御される。バッテリ２を制御するＭＣＵ５は、ＥＣＵ９からの要求を受けると、電池監視ＡＦＥ６に指示をそれぞれ出力する。電池監視ＡＦＥ６は、ＳＰＩ１８，１９によってデージーチェーン接続されており、シリアル信号によってＭＣＵ５からの指示が伝達される。
【００６６】
また、電池監視ＡＦＥ６においては、バッテリ２の各バッテリセル２ａにおける電圧がアナログマルチプレクサ１６を介してＡ／Ｄ変換器１７に入力される。Ａ／Ｄ変換された電圧値は、レジスタ群２０、ＳＰＩ１８、およびＭＣＵ５を介してＥＣＵ９に入力され、該ＥＣＵ９により任意のバッテリセル２ａのセル電圧が測定される。どのバッテリセル２ａにおける電圧をアナログマルチプレクサ１６から出力するかは、前述したようにＥＣＵ９から出力される選択信号により決定される。
【００６７】
バッテリ２のセルバランス制御において、セル電圧が高いとＥＣＵ９が判定したバッテリセルがある場合、ＥＣＵ９は、該当するバッテリセルを放電させるアドレス信号をシリアル信号によって電池監視ＡＦＥに出力する。
【００６８】
電池監視ＡＦＥ６は、ＥＣＵ９から出力されたアドレス信号に基づいて、レジスタ群２０のレジスタＲＥＧに格納されている情報を検索し、放電するバッテリセルを特定し、該当するトランジスタＴ１を選択する信号を出力する。
【００６９】
レジスタＲＥＧから出力された信号は、レベルシフタ２１を介して該当するトランジスタＴ１に入力され、該トランジスタＴ１がオンすることにより、外部端子Ｄｎに接続された外付けの抵抗Ｒｒを介してバッテリセルを選択的に放電する。
【００７０】
また、バッテリ２のセルバランス制御において、セル電圧が低いバッテリセル２ａをＥＣＵ９が検出した場合、ＥＣＵ９は、バランス回路４を動作させるようにアドレス情報を出力する。
【００７１】
電池監視ＡＦＥ６は、ＥＣＵ９から出力されたアドレス情報に基づいて、レジスタＲＥＧに格納されている充電セル特定情報を検索し、充電する任意のバッテリセル２ａを特定し、特定したバッテリセル２ａに該当するトランジスタＴ２を選択する信号を出力する。
【００７２】
レジスタＲＥＧから出力された信号は、レベルシフタ２２を介して該当するトランジスタＴ２に入力される。そして、トランジスタＴ２がオンすることにより、外部端子Ｂｎを介してバランス回路４にＯＮ／ＯＦＦ信号が出力される。バランス回路４は、入力されたＯＮ／ＯＦＦ信号に基づいて、任意のバッテリセルを選択的に充電する。
【００７３】
〈セルバランスの理由〉
バッテリセルのセル電圧を揃える(セルバランス)理由について説明する。
【００７４】
まず、バッテリセルには、使用可能な最大電圧と最小電圧があり、その間で使用せねばならない(作動電圧と云う)。
【００７５】
また、バッテリセルの放電容量には、個体差がある。例えば、図３（ａ）に示すように、バッテリセルＣＥ１〜ＣＥ４が直列接続されたバッテリを充電する。ここで、図３（ｂ）に示すように、各バッテリセルの放電容量がＣＥ３＜ＣＥ４＜ＣＥ１＜ＣＥ２の関係となっていると仮定すると、図３（ｃ）に示すように、放電容量の小さなバッテリセルＣＥ３の電圧が速く上昇し、いち早く作動電圧上限に達する。これを放置するなら、更なる充電はできないことになり、作動電圧上限に達したバッテリセル以外は満充電にはならないことになる。
【００７６】
続いて、負荷による放電の場合について述べる。図４（ａ）に示すように、バッテリセルＣＥ１〜ＣＥ４が直列接続されたバッテリにおいて、図４（ｂ）に示すように、各バッテリセルの放電容量がＣＥ３＜ＣＥ４＜ＣＥ１＜ＣＥ２の関係となっていると仮定すると、図４（ｃ）に示すように、放電容量が最も小さなバッテリセルＣＥ３のセル電圧が速く低下し、作動電圧下限に達する。
【００７７】
バッテリー(全体)としては、これ以上放電することができないが、この時、他のバッテリセルＣＥ１，ＣＥ２，ＣＥ４はまだ放電可能な状態を保っていることになる。
【００７８】
よって、充電時に電圧の高いバッテリセルの電荷を放電し、各々のセル電圧を合わせれば充電はほぼ全てのバッテリセルを満充電にすることができる。また、バッテリ２の充電時だけではなく、バッテリ２の使用時（放電時）にも、バランス回路４を用いて各セル電圧を揃えることにより、無駄のない放電が可能となる。
【００７９】
〈バランス回路の原理回路例〉
図５は、バッテリシステム１に設けられたバランス回路４における原理を示す説明図である。
【００８０】
バランス回路４は、図示するように、複数のＤＣコンバータ２５、スイッチング素子２６、およびトランス２７から構成される。ＤＣコンバータ２５には、バッテリセル組２ｂのバッテリセル２ａの正（＋）側電極と負（−）側電極とがそれぞれ接続されている。
【００８１】
トランス２７における１次巻き線の一方の端部には、バッテリセル組２ｂの正（＋）側電極が接続されており、トランス２７の１次巻き線の他方の端部には、スイッチング素子２６の一方の接続部が接続されている。
【００８２】
このスイッチング素子２６の他方の接続部には、バッテリセル組２ｂの負（−）側電極が接続されている。スイッチング素子２６は、一定周期のパルス信号に基づいて、オン／オフする。
【００８３】
また、トランス２７には、複数の２次巻き線が設けられており、これら２次巻き線は、複数のＤＣコンバータ２５にそれぞれ接続されている。ＤＣコンバータ２５には、トランス２７の２次巻き線にて生成される誘導電圧が供給される。
【００８４】
また、ＤＣコンバータ２５の出力部には、バッテリセル組２ｂにおける個々のバッテリセル２ａがそれぞれ接続されている。ＤＣコンバータ２５は、トランス２７の２次巻き線にて生成された電圧を任意の直流電圧に変換して出力する。これらＤＣコンバータ２５は、電池監視ＡＦＥ６から出力されるＯＮ／ＯＦＦ信号に基づいてそれぞれ動作制御される。
【００８５】
図５で示したバランス回路４における動作例について説明する。
【００８６】
バッテリ２全体から、スイッチング素子２６、およびトランス２７の１次巻き線により、エネルギが引き出される。
【００８７】
最も簡単な動作例の場合、スイッチは前述したように一定周期、一定のパルス幅でオン／オフ（スイッチング）される。トランス２７の２次巻き線の極性は、バッテリセル２ａに接続されたコンバータの形式による。
【００８８】
フォワード型のトランスの場合は、１次巻き線と同一極性であり、フライバック型のトランスの場合には、逆極性となる。ここでは説明を簡単にする為、狭義のフォワード型、あるいはフライバック型について説明するが、これに限らず種々の電源形式が可能である。例えば、フォワード型としてはプッシュプル、ハーフブリッジ、フルブリッジ形式等も含まれることは当然であり、フライバック型としてはＲＣＣ（リンギングチョークインバータ）形式等も含まれるのは当然である。
【００８９】
ただし、ＤＣコンバータ２５は少なくとも１つ以上の可飽和インダクタを有し、その特性により２次電圧のパルス幅を制御できる、いわゆるマグアンプ方式のコンバータである。
【００９０】
さらに、ＤＣコンバータ２５の出力電圧は、ある一定電圧（大抵はバッテリセルの作動電圧最大値の近傍）になるように制御される。ＤＣコンバータ２５は、電池監視ＡＦＥ６から出力されるＯＮ／ＯＦＦ信号がアクティブとなると動作する。
【００９１】
ＯＮ／ＯＦＦ信号によって選択的にＤＣコンバータ２５を動作させることにより、電圧の低いバッテリセルをいち早く充電するのに最適である。特に、バッテリ２の放電時において、電圧低下の激しいバッテリセルを集中的に充電することで、バッテリ２の放電時間を早急に高めることができる。
【００９２】
なお、ＤＣコンバータ２５の特性として、バッテリセルの電圧と制御される一定電圧の差が大きいほど電流が多く流れるため、全セル選択をしても各バッテリセルの電圧差は減少する。
【００９３】
図６は、図５に示したバランス回路４における変形例を示した説明図である。
【００９４】
図５にて示したバランス回路４は、１つのトランス２７を設けた構成としたが、この図６では、バッテリ２におけるバッテリセル２ａの数と同じ個数のトランス２７ａを設けた構成とする。
【００９５】
トランス２７ａの１次巻き線の一方の端部には、バッテリ２の正（＋）側電極、およびスイッチング素子２６の一方の接続部がそれぞれ接続されている。また、スイッチング素子２６の他方の接続部、ならびにトランス２７ａの１次巻き線の他方の端部には、バッテリ２の負（−）側電極がそれぞれ接続されている。その他の回路構成、および接続は、図５と同様であるので説明は省略する。
【００９６】
図４に示した構成のバランス回路４の場合、バッテリセル数が数個（例えば、４セル程度）であれば問題がないが、ＥＶなどに用いられるバッテリでは、軽量化と損失低減などの観点から高電圧化がなされており、バッテリセル数が、例えば、９６個程度と多数となる。
【００９７】
この場合、図４のトランス２７では、２次巻き線数が多くなりすぎて漏洩インダクタンスが大きくなり、効率の悪化をきたしてしまう。
【００９８】
一方、図５に示したように、バッテリセル２ａと同じ数だけトランス２７ａを設けた構成とすると、２次巻き線が１個となり、非常にカップリングの優れたトランスができ、漏洩インダクタンスなどを大幅に小さくすることができる。
【００９９】
図７は、図６に示したバランス回路４における他の変形例を示した説明図である。
【０１００】
この場合、図７に示すバランス回路４は、図６のバランス回路４の構成からスイッチング素子２６を削除するとともに、ＤＣ／ＡＣコンバータ２８を新たに設けた構成となっている。
【０１０１】
ＤＣ／ＡＣコンバータ２８は、バッテリ２の正（＋）側電極、および負（−）側電極がそれぞれ接続されており、該バッテリ２から供給されるＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換して出力する。
【０１０２】
ＤＣ／ＡＣコンバータ２８の出力部には、トランス２７ａの１次巻き線の一方の端部がそれぞれ接続されており、該トランス２７ａの１次巻き線の他方の端部には、バッテリ２の負（−）側電極がそれぞれ接続されている。その他の回路構成、および接続については、図６と同様であるので説明は省略する。
【０１０３】
ＤＣ／ＡＣコンバータ２８は、バッテリ２の電源（ＤＣ電圧）からＡＣ電圧を生成する。ＤＣ／ＡＣコンバータ２８は、ＤＣコンバータ２５に対して最適な駆動波形となるＡＣ電圧波形を出力する。
【０１０４】
図７に示したＤＣ／ＡＣコンバータは、インバータとも呼ばれ、種々のＤＣ／ＡＣ変換技術があるが、入力電圧と異なるＡＣ電圧に変換する場合は、一旦ＤＣ／ＤＣコンバータによって所望の電圧まで降圧した後、ＤＣ／ＡＣ変換をするのが一般的である。
【０１０５】
その理由は、ＤＣ／ＡＣ変換の前にＤＣ／ＤＣ変換した方が、高効率かつ最適な電圧／周波数に変換することができるためである。よって、ＤＣ／ＡＣコンバータ２８の前段にＤＣ／ＤＣコンバータを設けた構成としてもよい。
【０１０６】
このように、ＤＣ／ＡＣコンバータ２８を設けることにより、バッテリセル２ａに充電するＤＣコンバータ２５に最適な周波数、パルス幅、および電圧を供給することができので、ＤＣコンバータ２５の設計自由度を大きくすることが可能となり、効率の向上とコスト低減が可能となる。
【０１０７】
図８は、図６のバランス回路４の他の変形例を示した説明図である。
【０１０８】
この場合、図６のバランス回路４の構成に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２９が新たに設けられている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２９は、バッテリ２の正（＋）側電極、および負（−）側電極がそれぞれ接続されており、該バッテリ２から供給されるＤＣ電圧を任意のＤＣ電圧に変換して出力する。
【０１０９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２９の出力部には、トランス２７ａの１次巻き線の一方の端部がそれぞれ接続されており、該トランス２７ａの１次巻き線の他方の端部には、バッテリ２の負（−）側電極がそれぞれ接続されている。その他の回路構成、および接続については、図６と同様であるので説明は省略する。
【０１１０】
バッテリ２の電圧をＤＣ電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ２９は、例えば、１００セル程度の多数のバッテリセルの充電供給源となるため、大電力出力となり効率の観点からスイッチング電源の必要がある。
【０１１１】
入力の電圧が高く、出力が大電力大電流電力の場合には、最適なスイッチング周波数は、電源にもよるが数１０ｋＨｚ程度であることが多い。また、ＤＣコンバータ２５は、１つのバッテリセルだけに充電できればよいので小電力である。
【０１１２】
さらに、同じ回路構成のＤＣコンバータ２５が、バッテリセル数だけ設けられているので、該ＤＣコンバータ２５は、小型軽量であることが望まれる。よって、スイッチング素子２６におけるスイッチング周波数は、１００ｋＨｚ程度以上であることが好ましい。
【０１１３】
このように、図８に示したバランス回路４の構成においても、ＤＣ／ＤＣコンバータ２９によって、ＤＣコンバータ２５に最適な周波数、パルス幅、および電圧を供給することができので、ＤＣコンバータ２５の設計自由度を大きくすることが可能となり、効率の向上とコスト低減が可能となる。
【０１１４】
〈バッテリシステムに適用する具体的なバランス回路の例〉
図９は、バランス回路４の具体的な回路構成の一例を示す説明図である。
【０１１５】
ここで、バッテリシステム１には、８個の電池監視ＡＦＥ６が設けられており、バッテリ２の全バッテリセル数は９６個を有しているものとする。よって、１つの電池監視ＡＦＥ６によって１２個のバッテリセル２ａが監視される。
【０１１６】
バッテリセル組２ｂの構成が１２個のバッテリセルからなる場合、１つのバッテリセルの定格電圧が３．６Ｖ程度であると、バッテリセル組２ｂの電圧は、４３．２Ｖ程度となる。
【０１１７】
そして、図９において、バランス回路４は、１つの電池監視ＡＦＥ６に接続されている１つのバッテリセル組２ｂを構成する１２個のバッテリセル２ａのうち、上下３つのバッテリセル２ａが接続されている部分の構成を示している。
【０１１８】
バランス回路４は、複数のＤＣコンバータ３０、パルス電圧発生部３１、およびＤＣ降圧コンバータ３２から構成されている。ＤＣコンバータ３０の出力端子ＢＣＰには、各バッテリセル２ａの正（＋）側電極がそれぞれ接続されており、ＤＣコンバータ３０の出力端子ＢＣＮには、各バッテリセル２ａの負（−）側電極がそれぞれ接続されている。
【０１１９】
また、ＤＣコンバータ３０に設けられている制御端子ＥＢＬ＿Ｂには、電池監視ＡＦＥ６から出力されるＯＮ／ＯＦＦ信号が入力されるように接続されている。このＯＮ／ＯＦＦ信号は、ＤＣコンバータ３０の動作を制御する制御信号である。
【０１２０】
ＤＣコンバータ３０は、前述したようにＯＮ／ＯＦＦ信号に基づいて、動作、または停止する。パルス電圧発生部３１は、複数のパルス電圧発生回路３１ａ、およびパルス信号発生回路３１ｂから構成されている。
【０１２１】
パルス電圧発生回路３１ａは、パルス信号発生回路３１ｂが発生したパルス信号に基づいてＤＣ電圧を生成する。パルス電圧発生回路３１ａが生成したＤＣ電圧は、各ＤＣコンバータ３０にそれぞれ供給される。
【０１２２】
ＤＣ降圧コンバータ３２には、端子ＶＩＮ１を介して供給される電圧ＶＢＡＴＴ、端子ＶＩＮ２を介してレギュレータ２４が生成した電源電圧ＶＲＥＧがそれぞれ供給されている。
【０１２３】
この降圧ＤＣコンバータ３２は、電圧ＶＢＡＴＴを降圧して電源電圧ＶＣＣを生成する。電圧ＶＢＡＴＴは、１つの電池監視ＡＦＥに接続されているバッテリセル組２ｂから供給される電源電圧である。
【０１２４】
生成された電源電圧ＶＣＣは、ＤＣ降圧コンバータ３２の端子ＶＯＵＴ１、およびパルス電圧発生回路３１ａにそれぞれ設けられた端子ＶＩＮ３を介して、各々のパルス電圧発生回路３１ａに供給される。
【０１２５】
パルス信号発生回路３１ｂは、例えば、オシレータなどの発振回路からなり、任意周期のパルス信号を生成してパルス電圧発生回路３１ａのパルス信号入力端子ＩＮに出力する。
【０１２６】
パルス電圧発生回路３１ａは、パルス信号発生回路３１ｂが発生したパルス信号に基づいてパルス電圧をそれぞれ生成し、出力端子ＰＯ３〜ＰＯ１から生成したパルス電圧をＤＣコンバータ３０の入力部ＰＩＮを介してそれぞれ供給する。
【０１２７】
図１０は、図９のバランス回路４に設けられたＤＣコンバータ３０における一例を示す説明図である。
【０１２８】
ＤＣコンバータ３０は、抵抗Ｒ１〜Ｒ４、オペアンプＯＰ１、トランジスタＴ１，Ｔ２、コンデンサＣ１、ダイオードＤ１，Ｄ２、インダクタＬ１、および可飽和インダクタＬ２から構成されている。トランジスタＴ１は、例えば、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタからなり、トランジスタＴ２は、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタからなる。
【０１２９】
可飽和インダクタＬ２の一方の端部には、入力端子ＰＩＮが接続されており、該可飽和インダクタＬ２の他方の端部には、ダイオードＤ２のアノード、およびトランジスタＴ１のコレクタがそれぞれ接続されている。
【０１３０】
ダイオードＤ２のカソードには、ダイオードＤ１のカソード、ならびにチョークコイルであるインダクタＬ１の他方の端部がそれぞれ接続されている。インダクタＬ１の他方の接続部には、コンデンサＣ１の一方の接続部、および出力端子ＢＣＰがそれぞれ接続されている。
【０１３１】
トランジスタＴ１のベースには、トランジスタＴ２のコレクタ、および抵抗Ｒ４の一方の接続部がそれぞれ接続されている。トランジスタＴ１のエミッタには、抵抗Ｒ４の他方の接続部、抵抗Ｒ２の一方の接続部、ならびに出力端子ＢＣＰがそれぞれ接続されている。
【０１３２】
抵抗Ｒ２の他方の接続部には、抵抗Ｒ３の一方の接続部が接続されており、これら抵抗Ｒ２，Ｒ３の接続部には、オペアンプＯＰ１の正（＋）側入力端子、および抵抗Ｒ１の一方の接続部がそれぞれ接続されている。この抵抗Ｒ１の他方の接続部には、制御端子ＥＢＬ＿Ｂが接続されている。
【０１３３】
また、オペアンプＯＰ１の負（−）側入力端子には、基準電圧ＶＲＥＦが入力されており、該オペアンプＯＰ１の出力端子には、トランジスタＴ２のベースが接続されている。そして、負（−）側入力端子に基準電圧ＶＲＥＦが入力されたオペアンプＯＰ１、およびトランジスタＴ２によってシャントレギュレータが構成されている。
【０１３４】
さらに、ダイオードＤ１のアノード、コンデンサＣ１の他方の接続部、トランジスタＴ２のエミッタ、抵抗Ｒ３の他方の接続部には、出力端子ＢＣＮがそれぞれ接続されている。
【０１３５】
図１１は、図９のバランス回路４に設けられたパルス電圧発生回路３１ａにおける一例を示す説明図である。
【０１３６】
パルス電圧発生回路３１ａは、３つのトランス３３、ＮチャネルＭＯＳからなる３つのトランジスタＴ３、３つのダイオードＤ３、およびバッファＢ１から構成されている。トランス３３の１次巻き線の一方の端部、およびバッファＢ１には、電源電圧ＶＣＣが供給されるように接続されている。
【０１３７】
また、トランス３３の１次巻き線の他方の端部には、トランジスタＴ３の一方の接続部、およびダイオードＤ３のカソードがそれぞれ接続されている。トランジスタＴ３の他方の接続部、およびダイオードＤ３のアノードは、基準電位ＶＳＳがそれぞれ接続されている。
【０１３８】
バッファＢ１の入力部には、パルス信号入力端子ＩＮを介して、パルス信号発生回路３１ａが発生したパルス信号が入力されるように接続されている。このバッファＢ１の出力部には、トランジスタＴ３のゲートがそれぞれ接続されている。
【０１３９】
トランス３３の２次巻き線の一方の端部には、出力部ＰＯ３〜ＰＯ１がそれぞれ接続されており、トランス３３の２次巻き線の他方の端部には、出力部ＢＣＮ３〜ＢＣＮ１がそれぞれ接続されている。
【０１４０】
パルス電圧発生回路３１ａの出力端子ＰＯ、および出力端子ＢＣＮは、ＤＣコンバータ３０の入力端子ＰＩＮ、および入力端子ＢＣＮとそれぞれ接続されており、パルス電圧発生回路３１ａが生成したＤＣ電圧がＤＣコンバータ３０に供給されるように接続されている。
【０１４１】
また、図１２は、図９バランス回路４に設けられたＤＣ降圧コンバータ３２における構成の一例を示す説明図である。
【０１４２】
ＤＣ降圧コンバータ３２は、ＰＷＭ制御部３４、ダイオードＤ６〜Ｄ９、インダクタＬ３、トランジスタＴ６、コンデンサＣ２、抵抗Ｒ６，Ｒ５、ならびにトランス３５から構成されている。トランジスタＴ６は、たとえば、ＮチャネルのＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)からなる。
【０１４３】
抵抗Ｒ６の一方の接続部、コンデンサＣ２の一方の接続部、インダクタＬ３の一方の端部には、端子ＶＯＵＴ１が接続されており、この端子ＶＯＵＴ１を介してＤＣ降圧コンバータ３２が精製した電源電圧ＶＣＣが出力される。
【０１４４】
抵抗Ｒ６の他方の接続部には、抵抗Ｒ５の一方の接続部が接続されており、該抵抗Ｒ５の他方の接続部には、基準電位ＶＳＳが接続されている。インダクタＬ３の他方の端部には、ダイオードＤ８，Ｄ９のカソードがそれぞれ接続されている。
【０１４５】
ダイオードＤ８のアノードには、トランス３５の１次巻き線の一方の端部が接続されている。トランス３５の２次巻き線の一方の端部には、ダイオードＤ６のカソードが接続されており、トランス３５の２次巻き線の中点には、端子ＶＩＮ１が接続されている。
【０１４６】
この端子ＶＩＮ１には、バッテリセル２から供給される電源電圧ＶＢＡＴが供給されるように接続されている。トランス３５の２次巻き線の他方の端部には、トランジスタＴ６の一方の接続部、およびダイオードＤ１のカソードがそれぞれ接続されている。
【０１４７】
トランジスタＴ６のゲートには、ＰＷＭ制御部３４の出力部が接続されており、トランジスタＴ６は、該ＰＷＭ制御部３４から出力されるＰＷＭ信号ＤＲＶに基づいてオン／オフ（スイッチング）動作を行う。
【０１４８】
ＰＷＭ制御部３４には、動作電源としてレギュレータ２４が生成した電源電圧ＶＲＥＧが端子ＶＩＮ２を介して供給されている。ＰＷＭ制御部３４の制御端子ＲＥＭＯＴＥには、ＭＣＵ５からの制御信号が入力されるように接続されており、この制御信号に基づいてＰＷＭ制御部３４は動作を行う。
【０１４９】
この制御端子ＲＥＭＯＴＥを設けたことにより、例えば、ＭＣＵ５（あるいは電池監視ＡＦＥ）から動作を停止させる制御信号を出力することによって、セルバランス（バッテリセルへの充電）が不要な場合に、ＤＣ降圧コンバータ３２を停止させることがきるので、消費電流低減、および放電可能時間を増加させることができる。
【０１５０】
また、ＰＷＭ制御部３４のフィードバック端子ＦＢには、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５との接続部が接続されている。ＰＷＭ制御部３４は、これら抵抗Ｒ４，Ｒ５によって抵抗分圧によって発生した電圧から、電源電圧ＶＣＣの電圧レベルが略一定となるようにＰＷＭ信号ＤＲＶのデューティを可変する。
【０１５１】
なお、端子ＶＩＮ２に供給される電源は、電源電圧ＶＲＥＧ以外であってもよく、たとえば、バッテリセル組２ｂから直接供給、トランス３５に専用巻き線を備えた自己供給、あるいはＡＵＸなどと呼ばれる専用の小型補助電源などによる供給であってもよい。
【０１５２】
〈バランス回路の動作〉
ＤＣ降圧コンバータ３２は、図１２に示したように、フォーワードコンバータからなる。制御端子ＲＥＭＯＴＥを介してＭＣＵ５からの制御信号が入力されると、ＰＷＭ制御部３４が動作を行い、ＰＷＭ信号が出力される。ＰＷＭ信号に基づいて、トランジスタＴ６がオン（導通）すると、ダイオードＤ８に順方向バイアスがかかり、電流がインダクタＬ３に向かって流れ、該インダクタＬ３、Ｃ２に電気エネルギが蓄積されると同時にＶＣＣに負荷電流を供給する。
【０１５３】
続いて、トランジスタＴ６がオフ（遮断）すると、インダクタＬ３の逆起電力によってダイオードＤ８，Ｄ９へ還流が生じ、インダクタＬ３の電流値は減少するが、ＶＣＣに負荷電流を供給し続ける。インダクタＬ３の電流値が零になる前に、トランジスタＴ６を再度オンすることによって、再びインダクタＬ３に電流が流れ始め、ＤＣ降圧コンバータ３２が動作モードとなり、電源電圧ＶＣＣを生成する。
【０１５４】
ＤＣ降圧コンバータ３２が生成した電源電圧ＶＣＣは、前述したように、図１１のパルス電圧発生回路３１ａにそれぞれ供給される。パルス電圧発生回路３１ａでは、パルス信号発生回路３１ｂが発生させたパルス信号に基づいて、各々のトランジスタＴ３をオン／オフ（スイッチング）し、トランス３３の２次巻き線側に発生したパルス信号をＤＣコンバータ３０にそれぞれ供給する。
【０１５５】
図１０のＤＣコンバータ３０は、前述したように、トランス３３の２次巻き線が可飽和インダクタＬ２に接続されている。可飽和インダクタＬ２は、ある値以下の電流ではコイルのインダクタンス値が大きく、ある値以上の電流ではコイルのインダクタンスが限りなく零に近づくという特性を利用し、電流の大きさによってコイルのインダクタンス値を変化させる。また、可飽和インダクタＬ２以降の接続構成は、いわゆるマグアンプ方式のフォワードコンバータとなっている。
【０１５６】
ＤＣ降圧コンバータ３２は、効率を重視するためスイッチング周波数は、例えば、４０ｋＨｚ程度が好ましい。マグアンプ方式のフォワードコンバータであるＤＣコンバータ３０におけるトランス３５の巻き線比は、トランジスタＴ６のゲート耐圧などを考慮し、例えば、２０Ｖ程度に設定する。
【０１５７】
また、トランジスタＴ６のスイッチング周波数は、トランス３５や可飽和インダクタＬ２の小型化の為、例えば、１００ｋＨｚ程度に設定する。トランス３５の巻き線比は、例えば、２：１としているため、２次側の波高値はおおよそ１０Ｖ程度である。パルス幅(１次ＯＮ時間)は、余裕を見て５μｓ程度とする。
【０１５８】
さらに、抵抗Ｒ１〜Ｒ３は、電池監視ＡＦＥ６から出力されるＯＮ／ＯＦＦ信号がＬｏレベル(バッテリセルへ充電)の場合に、抵抗Ｒ１、および抵抗Ｒ２の合成抵抗と抵抗Ｒ３とによって分圧された電圧が例えば、４．２Ｖ程度となるように設定し、該ＯＮ／ＯＦＦ信号がＨｉレベル(バッテリセルへの充電を停止)の場合には、例えば、１．５Ｖ程度になるように設定する。
【０１５９】
〈ＤＣコンバータの動作〉
以下、ＤＣコンバータ３０の動作について、図１３の説明図、および図１４のタイミングチャートを用いて説明する。
【０１６０】
図１３は、ＤＣコンバータ３０とパルス電圧発生回路３１ａの一部とを示した概略図である。また、図１４においては、上方から下方にかけて、トランジスタＴ３のゲート電圧ＶＧ、トランス３３の２次巻き線間の電圧Ｖ２ｎｄ、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との分圧抵抗(以下、電圧ＶＩＮＰという）が基準電圧ＶＲＥＦよりも小さい場合のダイオードＤ１間の電圧ＶＲＥＣ、電圧ＶＩＮＰと基準電圧ＶＲＥＦとが略等しい場合の電圧ＶＲＥＣ、および電圧ＶＩＮＰが基準電圧ＶＲＥＦよりも大きい場合の電圧ＶＲＥＣをそれぞれ示している。
【０１６１】
まず、ＥＣＵ９は、充電が必要なバッテリセルがあると判定すると、ＭＣＵ５を介してアドレス情報を電池監視ＡＦＥ６に出力する。該当する電池監視ＡＦＥ６では、アドレス情報によって特定されたトランジスタＴ２をオンさせてバランス回路４にＬｏレベルのＯＮ／ＯＦＦ信号を出力し、該バランス回路４によって任意のバッテリセルを充電させる。
【０１６２】
バッテリセルの充電の判定は、たとえば、バッテリセルの定格電圧が３．６Ｖの場合、セル電圧が４．２Ｖ程度未満の時に充電を行う。バッテリセルの電圧が４．２Ｖ程度未満であると、オペアンプＯＰ１の正（＋）側入力端子に入力される電圧ＶＩＮＰは、基準電圧ＶＲＥＦよりも低くなるため、該オペアンプＯＰ１の出力は、Ｌｏレベルを出力する。
【０１６３】
これにより、トランジスタＴ２はオフし、トランス３３に接続されている可飽和インダクタＬ２側が負となるときでも殆ど電圧が印加されないので、可飽和インダクタＬ２の抵抗は、ほぼ巻き線抵抗のみになり、フルデューティで充電を始める（図１４、ＶＩＮＰ＜＜ＶＲＥＦ）。
【０１６４】
そして、バッテリセルへの充電が進み、バッテリセルの電圧が４．２Ｖ程度になり、電圧ＶＩＮＰが基準電圧ＶＲＥＦと略同じとなると、オペアンプＯＰ１の出力がＨｉレベルとなる。このＨｉレベルの信号により、トランジスタＴ２、およびトランジスタＴ１がそれぞれオンし、トランジスタＴ１を通して可飽和インダクタＬ２側へ電流が流れようとする。
【０１６５】
これにより、トランス３３の２次巻き線が負の時、可飽和インダクタＬ２はリセットされ、再び２次巻き線電圧が正になってもしばらくの間、電流が流れない。このため、可飽和インダクタＬ２の出力デューティは減少する（図１４、ＶＩＮＰ＝ＶＲＥＦ）。
【０１６６】
以上は極端な例ではあるが、これがマグアンプ式コンバータのデューティ制御原理である。
【０１６７】
この様にして、電池監視ＡＦＥから出力されるＯＮ／ＯＦＦ信号がＬｏレベルの時においては、バッテリセルの電圧が４．２Ｖ程度よりも低ければ、セル電圧が低いバッテリセルを選択的に充電し、最終的にはセル電圧が４．２Ｖ程度に保持される。これによって、バッテリセル２ａへの過充電を防止することができる。
【０１６８】
一方、ＯＮ／ＯＦＦ信号がＨｉレベルの場合には、オペアンプＯＰ１は、設定電圧が１．５Ｖ（電圧ＶＩＮＰ）であり、バッテリセルの最低電圧は、通常の使用状態において例えば、２．０Ｖ程度であるために、常にＨｉレベルの信号が出力される（図１４、ＶＩＮＰ＞＞ＶＲＥＦ）。よって、可飽和インダクタＬ２をリセットし続けるので充電が行われない。
【０１６９】
このように、マグアンプ方式のコンバータからなるＤＣコンバータ３０を用いたことにより、電池監視ＡＦＥ６から出力されるＯＮ／ＯＦＦ信号によって容易に充電制御を行うことが可能となり、電圧の低いバッテリーセルの充電を短時間で行うことができる。
【０１７０】
また、ＯＮ／ＯＦＦ信号は、ＤＣレベルでの信号であること、およびＤＣコンバータ３０のスイッチ制御などを行わないので電池監視ＡＦＥへのノイズ発生源にならならず、信頼性を向上させることができる。
【０１７１】
ＤＣコンバータ３０が生成する最大電圧は、可飽和インダクタＬ２、オペアンプＯＰ１、基準電圧ＶＲＥＦによって管理、制御されているので、前述した非特許文献１のコンバータによるアクティブセルバランス方式の問題点であるバッテリセルの作動圧電圧の管理をも解決している。
【０１７２】
さらに、外部からは、ＯＮ／ＯＦＦ信号以外の入力がないために、外部からの制御が単純となり、また、能動素子の付加としてはインダクタまたはトランスのため、極端に大きな突入電流はなく、スイッチ素子（トランジスタＴ１）にオン抵抗が大きく安価な素子を使用できることから、バランス回路４を安価に構成することができる。
【０１７３】
さらに、ＤＣコンバータ３０の設定電圧が作動電圧最大値付近に設定されているので、すべてのＤＣコンバータ３０がオン状態となった場合でも、各ＤＣコンバータ３０は、バッテリセルが作動電圧最大値近傍まで充電されると自動的に停止する。
【０１７４】
それにより、本実施の形態１によれば、バランス回路４により、任意のバッテリセル２ａを短時間で効率よく充電することができるので、バッテリセル２ａの放電容量の有効利用率を向上させることができる。
【０１７５】
それにより、ＥＶやＨＥＶにおける航続距離を伸ばすことができ、バッテリ２の長寿命化を実現することができる。
【０１７６】
また、ＥＣＵ９からの指示により、ＯＮ／ＯＦＦ信号だけでバランス回路４を動作させることができるので、信頼性の高いアクティブ方式のバランス回路４を低コストにて実現することができる。
【０１７７】
（実施の形態２）
図１５は、本発明の実施の形態２によるバランス回路に設けられたＤＣコンバータの一例を示す説明図である。
【０１７８】
本実施の形態２では、前記実施の形態１の図１０に示したＤＣコンバータ３０の他の例について説明する。
【０１７９】
前記実施の形態１の図１０に示したＤＣコンバータ３０では、抵抗Ｒ１〜Ｒ３、およびオペアンプＯＰ１が常時バッテリセルに接続された構成であるので、該バッテリセルは、常に放電する状態となっている。
【０１８０】
そこで、本実施の形態２では、抵抗Ｒ１〜Ｒ３、およびオペアンプＯＰ１とバッテリセルとを切り離し、放電経路を遮断する構成とした。
【０１８１】
この場合、ＤＣコンバータ３０は、図１５に示すように、トランジスタＴ７〜Ｔ１０、ダイオードＤ１０〜Ｄ１２が、図１０に示したＤＣコンバータ３０に新たに追加された構成からなる。トランジスタＴ７〜Ｔ９は、例えば、ＰチャネルＭＯＳからなり、トランジスタＴ１０は、例えば、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタからなる。
【０１８２】
トランジスタＴ７，Ｔ８の一方の接続部には、出力部ＢＣＰがそれぞれ接続されており、トランジスタＴ８の他方の接続部には、トランジスタＴ９の一方の接続部、および抵抗Ｒ１の一方の接続部がそれぞれ接続されている。
【０１８３】
抵抗Ｒ１の他方の接続部には、トランジスタＴ８，Ｔ９のゲート、およびトランジスタＴ１０のコレクタがそれぞれ接続されている。トランジスタＴ１０のベースには、トランジスタＴ７の他方の接続部が接続されており、該トランジスタＴ１０のエミッタには、出力部ＢＣＮが接続されている。
【０１８４】
また、トランジスタＴ７〜Ｔ９には、ダイオードＤ１０〜Ｄ１２がそれぞれ接続されているが、これらは全てＭＯＳＦＥＴの内蔵ダイオードである。トランジスタＴ９の他方の接続部には、インダクタＬ１の一方の端部、コンデンサＣ１の一方の接続部、抵抗Ｒ２，Ｒ４の一方の接続部、およびトランジスタＴ１のエミッタがそれぞれ接続されている。
【０１８５】
その他の抵抗Ｒ１〜Ｒ４、オペアンプＯＰ１、トランジスタＴ１，Ｔ２、コンデンサＣ１、ダイオードＤ１，Ｄ２、インダクタＬ１、および可飽和インダクタＬ２の接続構成については、前記実施の形態１の図１０と同様であるので、説明は省略する。
【０１８６】
図１５に示したＤＣコンバータ３０の場合、ＨｉレベルのＯＮ／ＯＦＦ信号が入力されると、トランジスタＴ８，Ｔ９がオフとなり、抵抗Ｒ１〜Ｒ３、およびオペアンプＯＰ１とバッテリセルとを電気的に切り離すことができるのでバッテリセルの放電をなくすことができる。
【０１８７】
さらに、ＰＷＭ制御部３４の制御端子ＲＥＭＯＴＥにＭＣＵ５からの制御信号を入力し、ＰＷＭ制御部３４の動作を停止させることにより、バランス回路４の消費電流を略零とすることができる。
【０１８８】
なお、図１５では、ＯＮ／ＯＦＦ信号がＬｏアクティブとして、トランジスタＴ７〜Ｔ１０を設けたが、ＯＮ／ＯＦＦ信号がＨｉアクティブであれば、トランジスタ数を簡略化可能である。
【０１８９】
それにより、本実施の形態２では、バランス回路４がバッテリセルへの充電を行っていない場合に、該バランス回路を経由するバッテリセルの放電を略零とすることができるので、バッテリセル寿命を延ばすことができる。
【０１９０】
（実施の形態３）
図１６は、本発明の実施の形態３によるバランス回路に設けられたＤＣコンバータの構成の一例を示す説明図である。
【０１９１】
前記実施の形態１では、ＤＣコンバータ３０がマグアンプ方式のコンバータからなるものであったが、本実施の形態３では、ＤＣコンバータ３０をフライバック式にしたものについて説明する。
【０１９２】
ＤＣコンバータ３０は、図１６に示すように、図１０のＤＣコンバータ３０から、インダクタＬ１とダイオードＤ１が省かれた構成となっている。その他の回路構成は、図１０と同様であるので説明は省略する。
【０１９３】
フライバック式は、トランスの１次巻き線に流入するエネルギと２次巻き線から出力されるエネルギが互いに逆位相となる。そのため、ＤＣコンバータ３０に接続されるトランス３３の極性が逆に接続されている。
【０１９４】
ＤＣコンバータ３０をフライバック式とすることによって、該ＤＣコンバータ３０の部品の削減することが可能である。
【０１９５】
したがって、バッテリセルの充電が小電力で済む場合、フライバック式にすることによって、バランス回路４の小面積化、およびコストの低減を行うことができる。
【０１９６】
（実施の形態４）
図１７は、本発明の実施の形態４によるバッテリシステムの具体的な回路構成の一例を示す説明図、図１８は、図１７の変形例を示す説明図である。
【０１９７】
〈バッテリシステムの特徴〉
本実施の形態４では、バッテリシステム１の具体的な回路構成の一例を図１７に示す。基本的な構成は、前記実施の形態１の図１と同様であるので、図１７に示すバッテリシステム１の特徴的な点のみを以下に挙げる。
【０１９８】
１）ＰＷＭ制御部３４に供給される電源電圧が自励式になっている。これは、図１７の破線部に示した回路構成によって実現する。
【０１９９】
以下簡単では有るが動作を説明する。
【０２００】
ＣＡＮバスＢｃを介して動作開始の指定を受けたＭＣＵ５は、Ｉ／Ｏポートを介してフォトカプラＰＣ１をオンさせる。フォトカプラＰＣ１の出力は、スタンバイ信号として電池監視ＡＦＥ６のスタンバイ端子ＳＴＢＹに抵抗Ｒ２０を介して入力され、これにより、電池監視ＡＦＥ６が起動する。
【０２０１】
電池監視ＡＦＥ６は、電源電圧ＶＣＣ−２．５Ｖ付近にしきい値を持ち、スタンバイ端子ＳＴＢＹに入力されるスタンバイ信号の電圧がしきい値電圧以上となると動作を停止し、しきい値電圧よりも低い電圧にて動作する。
【０２０２】
さらに、フォトカプラＰＣ１の出力電流は、上位の電池監視ＡＦＥ６のスタンバイ端子ＳＴＢＹにトランジスタＴ６などを介して同様に接続されているため、全ての電池監視ＡＦＥ６が同時に動作を開始する。
【０２０３】
フォトカプラＰＣ２は、ＰＷＭ制御部３４のリモート入力の絶縁を担っている。フォトカプラＰＣ２がオフの場合、フォトカプラＰＣ２のコレクタ電位（出力）は、図中下から４つ目のバッテリセル２ａの正電極に接続されており、その電位となる。
【０２０４】
インバータＩＮＶ１には、Ｈｉレベルの信号入力されるため、その出力はＬｏレベルとなり、ＰＷＭ制御部３４は、電源供給されてもされなくても停止状態を維持する。この時、ＮチャネルＭＯＳであるトランジスタＴ２０はオン状態となって、同じくＮＰＮバイポーラからなるトランジスタＴ２１のゲート電圧を引き下げるため、トランジスタＴ２１はオフする。
【０２０５】
この時（ＤＣ降圧コンバータ３２がオフの時）の消費電流の主な部分は、スイッチング用のトランジスタＴ６のオフ・リーク（漏れ）電流とトランジスタＴ２１のベース−コレクタ間抵抗とその電源である４つめのバッテリセル２ａの電圧に応じた電流との合計である。
【０２０６】
トランジスタＴ６のＯＦＦリール電流は１００ｎＡ程度であり、トランジスタＴ２１のベース−コレクタ間抵抗は、４つめのバッテリセルの最低電圧を８Ｖ、最大電圧を１６．８Ｖ程度とすると、トランジスタＴ２１のｈＦＥ（直流電流増幅率）は１００００、ＰＷＭ制御部３４の起動電流３００μＡ程度とすれば、最低作動電圧の８Ｖ時点で３０ｎＡを流せればよく、１６．８Ｖの時でも６３ｎＡである（この場合当該抵抗値は１３３ＭΩ）。余裕を見て２０ＭΩとして最大８４０ｎＡであり、１μＡ程度以下とすることができる。
【０２０７】
フォトカプラＰＣ２をオンした場合、フォトカプラＰＣ２の出力はＬｏレベルとなり、インバータＩＮＶ１を介してＰＷＭ制御部３４の制御端子ＲＥＭＯＴＥにＨｉレベルの制御信号が入力される。
【０２０８】
これにより、ＰＷＭ制御部３４に動作可能な電源電圧ＶＳＴＡＴが供給されれば動作可能な状態となる。以降この電圧をＶＳＴＡＴと云う。このとき、トランジスタＴ２０はオフするため、トランジスタＴ２１にはベース電流が供給されてオンとなり、ＰＷＭ制御部３４へＶＳＴＡＴが供給される。それにより、ＰＷＭ制御部３４は、起動状態となり動作を開始する。
【０２０９】
続いてＤＣ降圧コンバータ３２から出力される電源電圧ＶＣＣの電圧レベルが上昇すると同時に、トランス３５、ダイオードＤ８を介して、ＰＷＭ制御部３４の電源を供給する。
【０２１０】
電源電圧ＶＣＣの増加に伴い、ツェナーダイオードＺＤ１とＰＮＰ型バイポーラトランジスタであるトランジスタＴ２２がＯＮすることにより、ＮチャネルＭＯＳであるトランジスタＴ２３がオンする。
【０２１１】
するとトランジスタＴ２１のベース電流がなくなって該トランジスタＴ２１がＯＦＦするため、４つめのバッテリセルからの電力供給が停止し（前述のトランジスタＴ２１のベース−コレクタ間抵抗による電流のみになる）、ダイオードＤ８を介したトランス３５からの供給のみになる。これにより、バッテリーセル途中からの無駄な電流の引き出しを防止することができる。
【０２１２】
２）図１においても示したとおり、バッテリシステム１は、ＣＡＮトランシーバ／レシーバ１０を介してＣＡＮバスＢｃに接続され、ＥＣＵ９による制御が行われている。
【０２１３】
３）前述したスタンバイ信号を生成する回路（図中、２点鎖線で示す回路）は、電池監視ＡＦＥ６とＭＣＵ５とが絶縁された構成となっている。
【０２１４】
４）ＤＣ降圧コンバータ３２の制御端子ＲＥＭＯＴＥに入力される制御信号を生成する回路（図中、１点鎖線にて示す）においても、ＤＣ降圧コンバータ３２とＭＣＵ５とが絶縁された構成となっている。
【０２１５】
５）また、バッテリシステム１とＭＣＵ５との通信経路が、信号絶縁を行う回路であるデジタルアソレータＤＩを介して接続されており、絶縁されている構成となっている。
【０２１６】
これらによって、他電源（例えば、１２Ｖ系電源）で動作するＭＣＵ５とバッテリ２の電源系で動作するバッテリシステム１とを電気的に絶縁することができ、他電源のショートなどによる故障などを防止することができ、信頼性を向上させることができる。
【０２１７】
（実施の形態５）
図１８は、本発明の実施の形態５によるバッテリシステムの具体的な回路構成の一例を示す説明図である。
【０２１８】
〈実施の形態の概要〉
本実施の形態の概要は、複数の二次電池セル(バッテリセル２ａ)を直列に接続して構成されたバッテリ(バッテリ２)と、該バッテリの充放電を制御するバッテリ制御部（バランス回路４、ＭＣＵ５、電池監視ＡＦＥ６)とを有するバッテリシステム(バッテリシステム１)に適用される。
【０２１９】
バッテリ制御部は、二次電池セルを監視する電池監視部（電池監視ＡＦＥ６）と、バッテリのセルバランス制御を行うセルバランス回路(バランス回路４)とを有するものであり、該セルバランス回路は、バッテリから供給される第１の電源電圧（電源電圧ＶＢＡＴ）を降圧した第２の電源電圧（電源電圧ＶＣＣ）が供給され、第２の電源電圧から任意の周期のパルス信号を生成するパルス発生回路(パルス電圧発生回路３１ａ、パルス信号発生回路３１ｂ)と、直列接続された任意の数の二次電池セルにおける最高電位の電極と最低電位の電極との間にそれぞれ接続され、パルス発生回路が生成したパルス信号に基づいて、任意の数の二次電池セルを纏めて充電する充電電圧を生成する第１のＤＣコンバータとを有する。
【０２２０】
そして、電池監視部は、充電制御信号（アドレス情報）に基づいて、充電を行う直列接続された任意の数の二次電池セルを特定し、任意の数の二次電池セルが接続されている第１のＤＣコンバータに対して動作制御信号（ＯＮ／ＯＦＦ信号）を出力し、第１のＤＣコンバータは、動作制御信号に基づいて動作し、任意の数の二次電池セルに充電するものである。
【０２２１】
以下、上記した概要に基づいて、実施の形態を詳細に説明する。
【０２２２】
前記実施の形態４の図１７では、個々のバッテリセルをバランス回路４によって充電する構成として示したが、例えば、図１８に示すように、複数のバッテリセルを纏めて充電する構成としてもよい。
【０２２３】
バッテリーセルのバラツキは製造バラツキが主要因であるが、数セル程度であれば、特性をそろえるのは困難ではない。その場合、バッテリセルはパッシブ方式のセルバランスを実施してもさほど損失は大きくならない。
【０２２４】
この場合、図１７からの変更点は、以下のようになる。
【０２２５】
１）パッシブ方式のセルバランス回路はバッテリーセル毎に接続されている。
【０２２６】
２）バランス回路４におけるＤＣコンバータ３０は、例えば、４つのバッテリセルを一纏めとして充電する構成となっている。
【０２２７】
なお、図１８の構成では、４つのバッテリセルに充電を行うため、充電を停止する設定電圧は、１６．８Ｖ程度（４．２Ｖ×４）に設定するとともに、トランス３３の巻き線比の変更も必要である。
【０２２８】
これにより、バランス回路４の回路数を減少させることができ、バッテリシステム１の低コスト化を実現することができる。
【０２２９】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０２３０】
本発明は、ＥＶやＨＥＶなどに用いられるバッテリシステムにおけるセルバランス制御の技術に適している。
【符号の説明】
【０２３１】
１  バッテリシステム
２  バッテリ
２ａ  バッテリセル
２ｂ  バッテリセル組
３  電池制御部
４  バランス回路
５  ＭＣＵ
６  電池監視ＡＦＥ
７  モータ制御部
８  ＤＣ電源
９  ＥＣＵ
１０  ＣＡＮトランシーバ／レシーバ
１１  ＣＡＮトランシーバ／レシーバ
１２  ＳＰＩ
１３  ＣＰＵ
１４  ＣＡＮインタフェース
１５  メモリ
１６  アナログマルチプレクサ
１７  Ａ／Ｄ変換器
１８  ＳＰＩ
１９  ＳＰＩ
２０  レジスタ群
２１  レベルシフタ
２２  レベルシフタ
２３  放電制御部
２３ａ  充電制御信号出力部
２４  レギュレータ
２５  ＤＣコンバータ
２６  スイッチング素子
２７  トランス
２７ａ  トランス
２８  ＤＣ／ＡＣコンバータ
２９  ＤＣ／ＤＣコンバータ
３０  ＤＣコンバータ
３１  パルス電圧発生部
３１ａ  パルス電圧発生回路
３１ｂ  パルス信号発生回路
３２  ＤＣ降圧コンバータ
３３  トランス
３４  ＰＷＭ制御部
３５  トランス
Ｍ  モータ
Ｂｃ  ＣＡＮバス
ＯＰ１  オペアンプ
Ｃ１  コンデンサＣ２
Ｄ１  ダイオード  Ｄ２Ｄ３Ｄ６Ｄ８Ｄ１０
Ｌ１  インダクタ
Ｌ２  可飽和インダクタ
Ｌ３  インダクタ
ＲＥＧ  レジスタ
Ｒ１〜Ｒ６  抵抗
Ｒ２０  抵抗
Ｒｒ  抵抗
Ｔ１〜Ｔ３  トランジスタ
Ｔ６〜Ｔ１０  トランジスタ
Ｔ２０〜Ｔ２３  トランジスタ
ＣＥ１〜ＣＥ４  バッテリセル
Ｂ１  バッファ
ＰＣ１  フォトカプラ
ＰＣ２  フォトカプラ
ＩＮＶ１  インバータ
ＺＤ１  ツェナーダイオード
ＤＩ  デジタルアソレータ
【図１】
2013061461.tif 000003
【図２】
2013061461.tif 000004
【図３】
2013061461.tif 000005
【図４】
2013061461.tif 000006
【図５】
2013061461.tif 000007
【図６】
2013061461.tif 000008
【図７】
2013061461.tif 000009
【図８】
2013061461.tif 000010
【図９】
2013061461.tif 000011
【図１０】
2013061461.tif 000012
【図１１】
2013061461.tif 000013
【図１２】
2013061461.tif 000014
【図１３】
2013061461.tif 000015
【図１４】
2013061461.tif 000016
【図１５】
2013061461.tif 000017
【図１６】
2013061461.tif 000018
【図１７】
2013061461.tif 000019
【図１８】
2013061461.tif 000020
【国際調査報告】
2013061461.tif 000021
2013061461.tif 000022