(57)【要約】【課題】組電池を構成する単電池の電圧レベルを均等化する際に、電圧レベル均等化回路の発熱が組電池に悪影響を及ぼすのを可及的に回避する【解決手段】複数の単電池ＳＢにより構成される組電池ＣＢと、単電池ＳＢの電圧レベルを電圧レベル均等化回路２１にて均等化する電圧レベル均等化装置２とを備えた組電池システムにおいて、組電池ＣＢを収納する組電池ユニット１と電圧レベル均等化装置２とが別体のユニットにて構成され、組電池ユニット１に、単電池ＳＢの電圧レベルを検出する電圧レベル検出手段ＶＳと、その電圧レベル検出手段ＶＳの検出情報又はその検出情報に基づく制御情報を出力する出力手段ＯＭとが備えられ、電圧レベル均等化装置２に、前記検出情報又は前記制御情報を受け取る受取手段ＲＭと、その受取手段ＲＭが受け取った前記検出情報又は前記制御情報に基づいて、電圧レベル均等化回路２１を制御する均等化制御装置２２とが備えられている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単電池により構成される組電池と、前記単電池の電圧レベルを電圧レベル均等化回路にて均等化する電圧レベル均等化装置とを備えた組電池システムであって、
前記組電池を収納する組電池ユニットと前記電圧レベル均等化装置とが別体のユニットにて構成され、
前記組電池ユニットに、前記単電池の電圧レベルを検出する電圧レベル検出手段と、その電圧レベル検出手段の検出情報又はその検出情報に基づく制御情報を出力する出力手段とが備えられ、
前記電圧レベル均等化装置に、前記検出情報又は前記制御情報を受け取る受取手段と、その受取手段が受け取った前記検出情報又は前記制御情報に基づいて、前記電圧レベル均等化回路を制御する均等化制御装置とが備えられた組電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の単電池により構成される組電池と、前記単電池の電圧レベルを電圧レベル均等化回路にて均等化する電圧レベル均等化装置とを備えた組電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の単電池により構成される組電池は、充放電の繰り返しや自己放電や劣化等による個々の単電池の状態によって単電池間で電圧レベルがばらつき、この電圧レベルのばらつきを放置すると一部の単電池が過充電となったりあるいは過放電となったりする場合がある。
組電池用の電圧レベル均等化装置は、このような過充電あるいは過放電を防止するために、組電池を構成する単電池の電圧レベルを均等化し、そのばらつきを小さくするための装置である。
単電池の電圧レベルを均等化する電圧レベル均等化回路の具体構成としては、例えば、特許文献１に記載のように、電圧の高い単電池によって電圧の低い単電池を充電することによって単電池の電圧レベルを均等化する回路構成の他、各単電池毎に放電用の電気抵抗を備えて、電圧の高い単電池についてその放電用の電気抵抗に放電させて電圧を低下させることにより単電池の電圧レベルを均等化する回路構成が考えられている。
前者の回路構成では、回路の製造コストが高くなるものの電池に充電した電力の損失を抑制することができ、後者の回路構成では、電池に充電した電力の損失が大きくなってしまうものの回路の製造コストを低く抑えることができる。
前記電圧レベル均等化回路は、上述の回路構成の他にも種々の回路構成が可能であるが、何れにせよ、従来は、組電池の筐体内に配置されて組電池と一体として供給されるのが一般的である。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３３９８６５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のように、前記電圧レベル均等化回路を組電池の筐体内に内蔵したのでは、組電池の容量が大きくなるに伴って従来と同じ時間で動作終了させようとすると前記電圧レベル均等化回路に流れる電流を大きくする必要があり、それに伴う電圧レベル均等化回路の発熱も大きくなってしまう。特に、放電用の電気抵抗を備える形式の電圧レベル均等化回路では、顕著である。
このような電圧レベル均等化回路の発熱による電池の温度上昇は、組電池に対して悪影響を及ぼし、特に、リチウムイオン電池の場合は電池寿命を短くしてしまうことになる。
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、電圧レベル均等化回路からの発熱が組電池に悪影響を及ぼすのを可及的に回避する点にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記請求項１記載の構成を備えることにより、複数の単電池により構成される組電池と、前記単電池の電圧レベルを電圧レベル均等化回路にて均等化する電圧レベル均等化装置とを備えた組電池システムにおいて、前記組電池を収納する組電池ユニットと前記電圧レベル均等化装置とが別体のユニットにて構成され、前記組電池ユニットに、前記単電池の電圧レベルを検出する電圧レベル検出手段と、その電圧レベル検出手段の検出情報又はその検出情報に基づく制御情報を出力する出力手段とが備えられ、前記電圧レベル均等化装置に、前記検出情報又は前記制御情報を受け取る受取手段と、その受取手段が受け取った前記検出情報又は前記制御情報に基づいて、前記電圧レベル均等化回路を制御する均等化制御装置とが備えられている。
【０００６】
すなわち、組電池システムを、組電池を収納する組電池ユニットと電圧レベル均等化装置とを別体のユニットとして構成することで、前記電圧レベル均等化回路の発熱が組電池側に伝わるのを阻止しているのである。
但し、このように組電池を収納するユニットと電圧レベル均等化装置とを別体のユニットとした場合、前記均等化制御回路が、前記電圧レベル均等化回路を制御するのに必要となる単電池の電圧レベルの検出情報あるいはその検出情報に基づく制御情報をどのようにして入手するのかが問題となる。
【０００７】
つまり、組電池側と前記電圧レベル均等化回路との接続には、均等化動作のために各単電池の電極と接続される電気配線が必須となるので、その電気配線間の電圧を前記電圧レベル均等化回路側において検出することも考えられる。
しかしながら、組電池の容量が大きくなると、従来と同じ時間で動作終了させようとすると、組電池と前記電圧レベル均等化回路を接続する配線に流れる電流も大となり、配線の電気抵抗による電圧ドロップが発生する。
従って、前記電圧レベル均等化回路と各単電池との接続配線における前記均等回路側の端部で各単電池の電圧レベルを検出しようとすると、その接続配線での電圧ドロップのために、単電池の電圧レベルの検出値が不正確なものとなり、それに伴って各単電池の電圧レベル均等化の精度が低下してしまう。また、単電池の電圧レベルの検出値の精度を向上させるために４端子法の様に電流ラインと検出ラインを分けて測定する方法もあるが、配線が多くなると共に、距離が長いとノイズの影響を受けやすい等の問題が発生する。
【０００８】
そこで、上記のように組電池システムを複数ユニットからなる構成とする場合において、組電池を構成する単電池の電圧レベルを検出する電圧レベル検出手段は組電池ユニット側に配置し、その検出手段の検出情報あるいはその検出情報に基づく制御情報を、組電池ユニットに備えた出力手段から組電池用の電圧レベル均等化装置に備えた受取手段へ送信することで、容量が大きい組電池に対しても、各単電池の電圧レベル均等化の精度を高く維持しながら、電圧レベル均等化回路の発熱が組電池に悪影響を及ぼすのを可及的に回避することができる。
このように電圧レベル均等化回路の発熱が組電池に悪影響を及ぼすのを可及的に回避できることで、現状のレベルの組電池の容量において組電池の長寿命化に寄与できるのはもちろんのこと、将来の更なる電池容量の増大に対しても十分に対応することができる。
しかも、このように組電池用の電圧レベル均等化装置を、組電池を収納する組電池ユニットと別体とすることで、複数の組電池に対して組電池用の電圧レベル均等化装置を兼用して使用することや、必要に応じて電圧レベル均等化能力（電圧レベルを均等する速さ）の異なる電圧レベル均等化装置に交換することが可能となる。
更に、電圧レベル均等化装置を別ユニットとすることで組電池ユニット自体の体積は小さくなるので、空いたスペースを通気用のスペースとして利用するか、あるいは、組電池ユニットをより狭い場所に収納することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の組電池用の電圧レベル均等化装置及びそれを備えた組電池システムの実施の形態を図面に基づいて説明する。
本実施の形態の組電池システムＢＳは、図１に示すように、組電池ユニット１と組電池用の電圧レベル均等化装置２とが別体で構成され、夫々図１において模式的に破線Ａ，Ｂで示す筐体を別個に有している。
尚、図１に示す組電池システムＢＳは、図１では図示を省略しているが、充電回路によって適宜に組電池ＣＢの両端電極に充電電圧が供給される。
【００１０】
〔組電池ユニット１の構成〕
組電池ユニット１には、組電池ＣＢと、組電池ＣＢを構成する単電池ＳＢ夫々の電圧を検出して、その検出値を電圧レベルとして出力する電圧レベル検出手段ＶＳとしての電圧検出回路１１と、組電池ＣＢの温度を検出する温度センサ１２と、電圧検出回路１１及び温度センサ１２の検出情報に基づいて、組電池ＣＢの動作状態を監視する電池管理装置１３と、電圧検出回路１１の検出情報を電圧レベル均等化装置２へ出力するための出力手段ＯＭとして機能する通信回路１４とが備えられている。
組電池ＣＢは、少なくとも１箇所において単電池ＳＢと単電池ＳＢとが電気的に直列接続される状態で複数の単電池ＳＢを組み合わせて構成したものであり、本実施の形態では、夫々単電池ＳＢである４個のリチウムイオン電池を直列接続して構成した組電池ＣＢを例示する。
【００１１】
電圧検出回路１１はＡ／Ｄコンバータを備えて構成され、各単電池の電圧がそのＡ／Ｄコンバータにてデジタルデータに変換されて電池管理装置１３へ入力される。
電池管理装置１３はマイクロプロセッサを備えて構成され、上記のように電圧検出回路１１の検出情報を電圧レベル均等化装置２へ送信する処理の他に、組電池ユニット１を搭載する装置の制御装置に対して組電池ＣＢの残存容量や温度センサ１２の検出温度、あるいはその検出温度が電池にとって使用可能範囲内か否かの情報を伝える処理を行う。
通信回路１４は、ＲＳ−２３２Ｃ，ＲＳ−４２２あるいはＲＳ−４８５等のシリアル通信インターフェースにて構成されている。
【００１２】
〔電圧レベル均等化装置２の構成〕
電圧レベル均等化装置２には、組電池ＣＢを構成する単電池ＳＢの電圧レベルを均等化する電圧レベル均等化回路２１と、電圧レベル均等化回路２１の動作を制御する均等化制御装置２２と、組電池ユニット１から電圧検出回路１１の検出情報を受け取る受取手段ＲＭとして機能する通信回路２３とが備えられている。
電圧レベル均等化回路２１は、図１に示すように、各単電池ＳＢに対応して電気抵抗３１とＦＥＴにより構成されるスイッチ３２とが備えられて構成されている。
均等化制御装置２２はマイクロプロセッサを備えて構成され、通信回路２３が受信する各単電池ＳＢの電圧レベルの検出情報に基づいて、スイッチ３２を「ＯＮ」状態とするように制御信号を送り、そのスイッチ３２が対応する単電池ＳＢを電気抵抗３１にて放電させることで、電圧レベルを均等化させて行く。
通信回路２３は、組電池ユニット１の通信回路１４と対応して、ＲＳ−２３２Ｃ，ＲＳ−４２２あるいはＲＳ−４８５等のシリアル通信インターフェースにて構成されている。
【００１３】
〔均等化制御装置２２の動作〕
次に、均等化制御装置２２の制御による、組電池ＣＢを構成する各単電池ＳＢの電圧レベルの均等化処理について、均等化制御装置２２が実行する図２のフローチャートに基づいて説明する。
組電池ユニット１の電池管理装置１３は、短い周期で電圧検出回路１１の検出情報を、通信回路１４，２３を経て均等化制御装置２２へ送信しており、均等化制御装置２２は、既に図２の処理を実行している場合を除き、前記検出情報を受信する度に図２の処理を開始する。
【００１４】
先ず、各単電池ＳＢの電圧レベルのばらつきが設定値より大きいか否かをチェックし（ステップ＃１）、ばらつきが設定値より大きいときは、調整後の電圧レベルのばらつきが十分小さくなるように調整目標電圧を設定し（ステップ＃２）、その調整目標電圧より電圧が高い単電池ＳＢに対応する電圧レベル均等化回路２１のスイッチ３２を「ＯＮ」状態とする（ステップ＃３）。
スイッチ３２を「ＯＮ」状態とした単電池ＳＢ毎に、組電池ユニット１から受信する電圧レベルの検出情報をモニタしながら、前記調整目標電圧に到達するとスイッチ３２を「ＯＦＦ」状態とし（ステップ＃４，＃５）、全ての単電池ＳＢが前記調整目標電圧に到達すると（ステップ＃６）、処理を終了する。
【００１５】
〔別実施形態〕
以下、本発明の別実施形態を列記する。
（１）上記実施の形態では、組電池ユニット１に備えられた電圧レベル検出手段ＶＳ（電圧検出回路１１）の検出情報をそのまま組電池ユニット１の通信回路１４（出力手段ＯＭ）から電圧レベル均等化装置２の通信回路２３（受取手段ＲＭ）へ出力しているが、電池管理装置１３が、前記検出情報に基づいて、電圧レベル均等化装置２の電圧レベル均等化回路２１を制御するための制御情報を求めて、その制御情報を電圧レベル均等化装置２へ出力するように構成しても良い。
この制御情報としては、例えば、均等化制御装置２２が各単電池ＳＢに対応するスイッチ３２を「ＯＮ」状態とする時間の長さについての情報で良い。
【００１６】
（２）上記実施の形態では、均等化制御装置２２は、電圧レベル均等化回路２１に対して、単電池ＳＢの検出電圧が設定した調整目標電圧に一致するまで、スイッチ３２を「ＯＮ」状態として放電させるように制御しているが、必ずしも各単電池ＳＢの電圧を一致させる必要はなく、各単電池ＳＢの電圧レベルのばらつきが十分に小さくなれば良い。
（３）上記実施の形態では、電圧レベル均等化回路２１として、電圧レベルの高い単電池ＳＢを電気抵抗３１にて放電する回路構成を例示しているが、例えば、高い電圧の単電池ＳＢで低い電圧の単電池ＳＢを充電する回路構成とする等、電圧レベル均等化回路２１の具体的な回路構成は種々変更可能である。
【００１７】
（４）上記実施の形態では、出力手段ＯＭとして機能する通信回路１４及び受取手段ＲＭとして機能する通信回路２３は、シリアル通信インターフェースを構成する場合を例示しているが、複数ビット（例えば８ビット）のパラレル通信インターフェースにて構成するか、あるいは無線、赤外線等にてデータの授受を行う等、通信回路１４，２３の具体構成は種々変更可能である。
（５）上記実施の形態では、電圧レベル均等化装置２のバランス動作の対象として４つの単電池ＳＢを直列接続した組電池ＣＢを例示しているが、単電池ＳＢの使用個数及び接続のしかたは種々変更可能であり、種々の構成の組電池ＣＢのバランス動作のために本発明を適用できる。例えば、単電池ＳＢを並列接続した部分を含む組電池ＣＢの場合でも本発明を適用できる。
（６）上記実施の形態では、組電池ユニット１と電圧レベル均等化装置２とを一対に構成する場合を例示しているが、複数の組電池ユニット１の各単電池ＳＢの電圧レベルの均等化のために単一の電圧レベル均等化装置２を備えて、組電池ユニット１と電圧レベル均等化装置２との接続を順次に切換えて電圧レベルの均等化を行わせるように構成しても良い。
【００１８】
（７）上記実施の形態では、通信によって組電池ユニット１から電圧レベル均等化装置２に検出情報を送信しているが、前記検出情報に基づく制御情報を直接にケーブル等によりディジタル値として授受する事も可能である。
例えば、４つの単電池直列の場合であれば、４本のケーブルを各単電池ＳＢの放電スイッチ制御情報として割り当て、組電池ユニット１が放電したい単電池ＳＢに対応するケーブルにのみ電圧を印加するのである。
この制御情報を受け取った電圧レベル均等化装置２は、対応するスイッチ３２をＯＮにする。
前記ケーブルでスイッチ３２を直接駆動する場合は、電圧レベル均等化回路２１を構成するスイッチ３２が、電圧レベル均等化回路２１を制御する均等化制御装置としても機能することになる。
又、更に、組電池ＣＢが均等化動作を実施しても良い温度範囲にあるか否かを指示するための正常温度範囲確認用のケーブルや、バランス動作開始指示用のケーブル等を設けても良い。
この場合、例えば、バランス動作開始指示用のケーブルによる均等化動作の開始指示指令よりも正常温度範囲確認用のケーブルによる均等化動作の開始の可否の指令を優先させる等して、ケーブルの信号に重みを持たせてパラレル信号とし、各値に応じた制御内容を事前に設定しておいてもよい。
（８）上記実施の形態では、電圧レベル均等化回路２１として、電圧レベルの高い単電池ＳＢを電気抵抗３１にて放電する回路構成を例示しているが、電気抵抗３１の代わりに電源装置を使用し、電圧の低い単電池ＳＢを充電する構成も可能である。また、電気抵抗、電源装置、を選択式にして電圧の高い単電池ＳＢを放電しながら電圧の低い単電池ＳＢを充電する構成でもよい。
（９）上記実施の形態では、電圧レベル均等化回路２１内のスイッチ３２をＦＥＴで設定しているが、スイッチはリレー接点の構成でもよい。
（１０）上記実施の形態では、各単電池ＳＢを均等化する設定としているが、幾つかの単電池を直列にして構成した電池ブロックを単位として、各電池ブロックの電圧を均等化する場合にも本発明を適用できる。
【００１９】
【発明の効果】
上記請求項１記載の構成によれば、組電池を構成する単電池の電圧レベルを検出する電圧レベル検出手段は組電池ユニット側に配置し、その検出手段の検出情報あるいはその検出情報に基づく制御情報を、組電池ユニットに備えた出力手段から組電池用の電圧レベル均等化装置に備えた受取手段へ送信することで、容量が大きい組電池に対しても、各単電池の電圧レベル均等化の精度を高く維持しながら、電圧レベル均等化回路の発熱が組電池に悪影響を及ぼすのを可及的に回避することができる。
このように電圧レベル均等化回路の発熱が組電池に悪影響を及ぼすのを可及的に回避できることで、現状のレベルの組電池の容量において組電池の長寿命化に寄与できるのはもちろんのこと、将来の更なる電池容量の増大に対しても十分に対応することができる。
しかも、このように組電池用の電圧レベル均等化装置を、組電池を収納する組電池ユニットと別体とすることで、複数の組電池に対して組電池用の電圧レベル均等化装置を兼用して使用することや、必要に応じて電圧レベル均等化能力（電圧レベルを均等する速さ）の異なる電圧レベル均等化装置に交換することが可能となる。
更に、電圧レベル均等化装置を別ユニットとすることで組電池ユニット自体の体積は小さくなるので、空いたスペースを通気用のスペースとして利用するか、あるいは、組電池ユニットをより狭い場所に収納することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる組電池システムの構成図
【図２】本発明の実施の形態にかかるフローチャート
【符号の説明】
ＣＢ        組電池
ＯＭ        出力手段
ＲＭ        受取手段
ＳＢ        単電池
ＶＳ        電圧レベル検出手段
１          組電池ユニット
２          電圧レベル均等化装置
１４，２３  通信回路
２１        電圧レベル均等化回路
２２        均等化制御装置
【図１】
2004185948.tif 000003
【図２】
2004185948.tif 000004