(57)【要約】【課題】電圧均等化のためのＩＣの種類を増やすことなく、種々の総セル数をもつ組み電池の電圧均等化が可能な組み電池の電圧均等化回路を提供すること。【解決手段】組み電池１００のセル１〜４により構成される電池ブロック１０１は４セル用均等化ＩＣ７により電圧均等化をなされ、セル３〜６により構成される電池ブロック１０２は４セル用均等化ＩＣ８により電圧均等化をなされる。電池ブロック１０１と電池ブロック１０２は、互いに隣接する二つのセル３、４を共有する。このようにすれば、高速かつ使い勝手のよい４セル用均等化ＩＣにより種々の総セル数をもつ組み電池の電圧均等化が可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直列接続されたｍ（ｍは３以上の正の整数）個の二次電池からなる電池ブロックの電圧をｍ個に分圧して出力する分圧回路と、
前記分圧と前記電池ブロックの隣接２セルの接続点の電位とを比較することにより前記分圧の方が低いと判別した場合は前記接続点より低電位側の前記二次電池を放電し、前記分圧の方が高いと判別した場合は前記接続点より高電位側の前記二次電池を放電して前記電池ブロック内の前記各二次電池の電圧を均等化する放電回路と、
をそれぞれ有する一対の電圧均等化回路ブロックを備え、
前記一対の電圧均等化回路ブロックは、
ｎ（ｎはｍより大きい正の整数）個の二次電池を直列接続してなる組電池の一対の前記電池ブロックに対して個別に前記均等化動作を行う組み電池の電圧均等化回路において、
前記一対の電池ブロックは、
互いに隣接して接続されるｘ（ｘは２以上の正の整数）個の前記二次電池を共有することを特徴とする組み電池の電圧均等化回路。
【請求項２】
請求項１記載の組み電池の電圧均等化回路において、
互いに隣接して接続された所定のｙ（ｙはｘと異なる正の整数）個の前記二次電池を共有する他の一対の前記電池ブロックを個別に均等化する他の一対の前記電圧均等化回路ブロックを有することを特徴とする組み電池の電圧均等化回路。
【請求項３】
請求項１記載の組み電池の電圧均等化回路において、
前記電圧均等化回路ブロックは、
前記各放電回路による前記分圧回路の所定の分圧と前記電池ブロックの所定の二次電池の接続点の電位とを一致させる動作を禁止するスイッチ手段を有することを特徴とする組み電池の電圧均等化回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組み電池の電圧均等化回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえばリチウム電池を用いた組み電池などでは、組み電池を構成する二次電池（セル）間の電圧の均等化すなわち電圧ばらつきの低減が必要であり、種々の電圧均等化回路が提案されている。
【０００３】
下記の特許文献１は、互いに直列接続された２つのセルからなる電池ブロックの内部セル電圧を均等化する電圧均等化回路ブロックを複数用い、更に二つの電池ブロックが一つのセルを共有することにより、組み電池のすべてのセル電圧を均等化させる電圧均等化方式（２セル均等化方法）を提案している。
【０００４】
同じく、下記の特許文献２は、互いに直列接続された３つのセルからなる電池ブロックの内部セル電圧を均等化する電圧均等化回路ブロックを複数用い、更に二つの電池ブロックが一つのセルを共有することにより、組み電池のすべてのセル電圧を均等化させる電圧均等化方式（３セル均等化方法）を提案している。
【特許文献１】特開平０８−５５６４４３号公報
【特許文献２】特開平１１−２６２１８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した上記特許文献１の２セル均等化方法では、ｎセルの組み電池の電圧均等化のためにｎ−１個の電圧均等化回路ブロックが必要となり、もし各電圧均等化回路ブロックをそれぞれＩＣ個した場合、組み電池の電圧均等化回路を実現するために多数のＩＣが必要となると言う問題が生じた。この問題を改善するために、電位的に隣接する複数の電圧均等化回路ブロックを一つのＩＣに集積することも考えられる。たとえば、電位的に隣接する二つの電池ブロックを一つのＩＣに集積する場合、これは結局、３セルを均等化することと等しいため（２ｋ（ｋは正の整数）＋１）個の総セル数をもつ組み電池しか均等化を行うことができない。すなわち、一つのＩＣに集積する電圧均等化回路ブロック数を増加すると、特定の総セル数をもつ組み電池にしか適用できない。
【０００６】
同様に、上記した上記特許文献２の３セル均等化方法も、（２ｋ（ｋは正の整数）＋１）個の総セル数をもつ組み電池しか均等化を行うことができない。
【０００７】
同じように考えると４セル均等化方法では（３ｋ（ｋは正の整数）＋１）個の総セル数をもつ組み電池しか均等化を行うことができず、５セル均等化方法では（４ｋ（ｋは正の整数）＋１）個の総セル数をもつ組み電池しか均等化を行うことができないという問題があった。
【０００８】
すなわち、上記した従来の電圧均等化方法では、電圧均等化のためのＩＣの種類を増やすことなく、種々の総セル数をもつ組み電池の電圧均等化を行うことができないという欠点があった。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、電圧均等化のためのＩＣの種類を増やすことなく、種々の総セル数をもつ組み電池の電圧均等化が可能な組み電池の電圧均等化回路を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の組み電池の電圧均等化回路は、互いに直列接続されたｍ（ｍは３以上の正の整数）個の二次電池からなる電池ブロックの電圧をｍ個に分圧して出力する分圧回路と、前記分圧と前記電池ブロックの隣接２セルの接続点の電位とを比較することにより前記分圧の方が低いと判別した場合は前記接続点より低電位側の前記二次電池を放電し、前記分圧の方が高いと判別した場合は前記接続点より高電位側の前記二次電池を放電して前記電池ブロック内の前記各二次電池の電圧を均等化する放電回路とをそれぞれ有する一対の電圧均等化回路ブロックを備え、前記一対の電圧均等化回路ブロックは、ｎ（ｎはｍより大きい正の整数）個の二次電池を直列接続してなる組電池の一対の前記電池ブロックに対して個別に前記均等化動作を行う組み電池の電圧均等化回路において、前記一対の電池ブロックは、互いに隣接して接続されるｘ（ｘは２以上の正の整数）個の前記二次電池を共有することを特徴としている。
【００１１】
なお、この発明では、電池ブロックが３個以上のセルを有するため、電圧均等化回路ブロックは、自己が電圧均等化を行う電池ブロックに所属する複数の隣接２セルの接続点を個別に電位制御する複数の放電回路（たとえばオペアンプ回路）を有する。
【００１２】
すなわち、この発明によれば、それぞれ独立にセル間の電圧均等化が行われる二つの電池ブロックが２個以上のセルを共有する回路構成（以下、複数セル共有方式と称するものとする）を採用している。これに対して、従来の電圧均等化方式は、二つの電池ブロックが１セルを共有するので、以下、１セル共有方式とも称するものとする。このようにすれば、あるセル数の電池ブロックを均等化する電圧均等化回路ブロックを用いて、従来の１セル共有方式とは異なる総セル数の組み電池を、電圧均等化回路ブロックの端子に端数を生じることなく電圧を均等化することが可能となる。なお、電圧均等化回路ブロックの端子に端数を生じるとは、各分圧を形成するために電圧均等化回路ブロックのブロック電圧を検出するための最高電位端子及び最低電位端子と、電池ブロックのセルを放電するための複数の中間電位端子とを空きが生じることなく電池ブロックの各セル間の接続点に接続できないことを言う。
【００１３】
たとえば、電池ブロックが３セルをもつ場合において、２セル共有方式を採用すれば任意の総セル数をもつ組み電池の電圧均等化が可能となる。また、電池ブロックが４セルをもつ場合において２セル共有方式を採用すれば、総セル数が４以上の偶数個となる組み電池の電圧均等化が可能となる。
【００１４】
更に、本発明によれば、電圧均等化に必要な時間を短縮することができる。すなわち、電池ブロックが複数の共有セルをもつということは、隣接する電池ブロック間で複数のセルがそれぞれ電池ブロック間の電圧均等化処理を受けることを意味するため従来の１セル共有方式に比べて電圧均等化速度が向上する。
【００１５】
好適な態様において、互いに隣接して接続された所定のｙ（ｙはｘと異なる正の整数）個の前記二次電池を共有する他の一対の前記電池ブロックを個別に均等化する他の一対の前記電圧均等化回路ブロックを有する。すなわち、この態様によれば、たとえば本発明の２セル共有方式で電圧均等化される電池ブロック群と、従来の１セル共有方式で電圧均等化される電池ブロック群とを混合して組み電池を構成することができるので、種々の又は任意の総セル数をもつ組み電池の電圧均等化が可能となる。もしくは、２セル共有方式で電圧均等化される電池ブロック群と、３セル共有方式電圧均等化される電池ブロック群とにより組み電池を構成してもよい。更には、１セル共有セル方式の電池ブロック群、２セル共有セル方式の電池ブロック群、３セル共有セル方式の電池ブロック群が混在する組み電池を構成することもできる。その結果として、この態様によれば、１種類の電圧均等化回路ブロックが集積されたＩＣを用いて種々の又は任意の総セル数をもつ組み電池を電圧均等化することができる。
【００１６】
好適な態様において、前記各放電回路による前記分圧回路の所定の分圧と前記電池ブロックの所定の二次電池の接続点の電位とを一致させる動作を禁止するスイッチ手段を有する。このようにすれば、万が一、二つ以上のセルを共有する二つの電圧均等化回路ブロックの動作が干渉して、これら二つの電圧均等化回路ブロックが電圧均等化を行う二つの電池ブロックのセル電圧が所定の電圧値に収束しない状況が生じたとしても、上記スイッチ手段を動作させることにより、所定の電圧均等化回路ブロックの電圧均等化動作を禁止するため、これにより上記干渉を抑制して、これら二つの電池ブロックのセル電圧を良好に所定の電圧値に収束させることができる。
【００１７】
なお、スイッチ手段としては隣接２セルの接続点と放電回路との接続を遮断するスイッチを含むか、もしくは放電回路の動作を停止させるスイッチを有すればよく、これらのスイッチは所定プログラムにより自動動作してもよく、あるいは手動により開閉されてもよい。放電回路の動作を停止させるスイッチとしては、たとえば放電回路の電源端子への電源電圧の印加を遮断する放電回路用の電源スイッチを採用することができる。
【００１８】
電圧均等化回路ブロックは、自己が電圧均等化を行う電池ブロックに所属する複数の隣接２セルの接続点を個別に電位制御する複数の放電回路（たとえばオペアンプ回路）を有する。このスイッチ手段は、一つの電圧均等化回路ブロックに含まれて複数の隣接２セルの接続点を個別に放電する複数の放電回路のうち、その一部の放電回路の動作だけを遮断できればよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の具体的な実施態様を図面を参照して説明する。もちろん、本発明の組み電池の電圧均等化回路は下記の実施態様に限定されるものではなく、本発明の技術思想を公知技術やそれと共通機能を有する技術を組み合わせて実現することも可能である。たとえば、放電回路としては、オペアンプ回路の代わりにコンデンサを用いた電荷移動方式のものなどを採用することができる。
【実施例１】
【００２０】
実施例１の組み電池の電圧均等化回路を図１に示すブロック図を参照して説明する。図１において、１〜６は、組み電池１００を構成する各二次電池（セル）であり、セル１〜４は電池ブロック１０１を構成し、セル３〜６は電池ブロック１０１の低電位側にて電池ブロック１０１に隣接する電池ブロック１０２を構成している。７、８は同一の回路構成をもつ４セル用均等化ＩＣ（本発明で言う電圧均等化回路ブロック）であり、４セル用均等化ＩＣ７は電池ブロック１０１の電圧均等化を行い、４セル用均等化ＩＣ８は電池ブロック１０２の電圧均等化を行う。
【００２１】
この実施例では、それぞれ電圧均等化回路ブロックをなす４セル用均等化ＩＣ７、８により個別に電圧均等化処理を受けつつ互いに隣接する二つの電池ブロック１０１、１０２は、互いに隣接する２つのセル３、４を共有する。言い換えれば、これら４セル用均等化ＩＣ７、８は、２つの共有セル３、４に対して電圧均等化を行う。
【００２２】
これにより、４セル用均等化ＩＣ７はセル１〜４の電圧均等化を行い、４セル用均等化ＩＣ８がセル３〜６の電圧均等化を行うため、最終的に各セル１〜６の電圧は均等化されることになる。すなわち、この実施例の４セル用均等化ＩＣを用いれば、図１に示すように総セル数６の組み電池の電圧均等化を行うことができる。更に一般化して考えると、２以上の正の整数個の４セル用均等化ＩＣを用いれば、総セル数が６以上の偶数個である組み電池の電圧均等化を行うことができる。
【００２３】
なお、４セル用均等化ＩＣ７、８の具体的な回路構成としては、それが電圧均等化を行う電池ブロックのセル数より１少ない従来のオペアンプ型放電回路を用いる方式や、スイッチングされるコンデンサを用いて電荷を移動を行う方式などを採用することができる。オペアンプ型放電回路については、下記に具体的に説明する。
【実施例２】
【００２４】
実施例２の組み電池の電圧均等化回路を図２に示す回路図を参照して説明する。図２において、１〜４は、組み電池１００’を構成する各二次電池（セル）であり、セル１〜３は電池ブロック１０３を構成し、セル２〜４は電池ブロック１０３の低電位側にて電池ブロック１０３に隣接する電池ブロック１０４を構成している。７’、８’は同一の回路構成をもつ３セル用均等化ＩＣ（電圧均等化回路ブロックとも言う）であり、３セル用均等化ＩＣ７’は電池ブロック１０３の電圧均等化を行い、３セル用均等化ＩＣ８’は電池ブロック１０４の電圧均等化を行う。
【００２５】
この実施例においても、これら二つの３セル用均等化ＩＣ７’、８’により個別に電圧均等化処理を受けつつ互いに隣接する二つの電池ブロック１０３、１０４は、互いに隣接する２つのセル２、３を共有する。言い換えれば、これら二つの３セル用均等化ＩＣ７’、８’は、２つの同一セル７、８に対して電圧均等化を行う。
【００２６】
これにより、３セル用均等化ＩＣ７’がセル１〜３の電圧均等化を行い、３セル用均等化ＩＣ８’がセル２〜４の電圧均等化を行うため、最終的に各セル１〜４の電圧は均等化されることになる。すなわち、この実施例の３セル用均等化ＩＣを用いれば、図２に示すように総セル数４の組み電池の電圧均等化を行うことができる。なお、この実施例では総セル数が５以上となると、３個の３セル用均等化ＩＣが一つの同じセルに対して電圧均等化を行うことになる。したがって、この場合には３セル用均等化ＩＣの個数を２以上とすることにより、総セル数が４以上の組み電池の電圧均等化が可能となる。
【００２７】
以下、３セル用均等化ＩＣ７’、８’の回路動作を以下に説明する。３セル用均等化ＩＣ７’は、抵抗式の分圧回路７０と、二つのオペアンプ型放電回路（本発明で言う放電回路）７１、７２を有している。３セル用均等化ＩＣ８’は、抵抗式の分圧回路８０と、二つのオペアンプ型放電回路（本発明で言う放電回路）８１、８２を有している。３セル用均等化ＩＣ７’、８’は、最高電位端子Ｌ１と、二つの中間電位端子Ｌ２、Ｌ３と、最低電位端子Ｌ４とを有している。
【００２８】
分圧回路７０はそれぞれ等しい抵抗値をもつ分圧抵抗Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３を直列接続してなり、分圧回路８０はそれぞれ等しい抵抗値をもつ分圧抵抗Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３を直列接続してなる。放電回路７１はオペアンプ２１１とその負帰還抵抗２０１とを有し、放電回路７２はオペアンプ２１２とその負帰還抵抗２０２とを有している。放電回路８１はオペアンプ３１１とその負帰還抵抗３０１とを有し、放電回路８２はオペアンプ３１２とその負帰還抵抗３０２とを有している。つまり、最高電位端子Ｌ１及び最低電位端子Ｌ４は電池ブロックの電圧を分圧回路へ入力するための端子（電圧入力端子とも言う）をなしており、２つの中間電位端子Ｌ２、Ｌ３は各電池ブロックにそれぞれ二箇所存在する隣接２セルの接続点の電位を変化させるための端子（放電端子とも言う）をなしている。
【００２９】
したがって、分圧回路７０の３つの分圧出力点は電池ブロック１０３の電圧を３等分した分圧Ｖ１、Ｖ２を出力し、分圧回路８０の３つの分圧出力点は電池ブロック１０４の電圧を３等分した分圧Ｖ１’、Ｖ２’を出力し、これら分圧は放電回路７１、７２、８１、８２の＋入力端に入力される。放電回路７１、７２、８１、８２のマイナス入力端には各電池ブロック１０３、１０４の中間電位端子Ｌ２、Ｌ３の電位Ｖ１２、Ｖ２３、Ｖ３４が入力される。
【００３０】
各オペアンプの動作自体は上記した特許文献に記載されるものと本質的に同じである。オペアンプ２１２は分圧Ｖ１と検出電圧Ｖ２３とを比較し、オペアンプ２１１は分圧Ｖ２と検出電圧Ｖ１２とを比較し、オペアンプ３１２は分圧Ｖ１’と検出電圧Ｖ３４とを比較し、オペアンプ３１１は分圧Ｖ２’と検出電圧Ｖ２３とを比較する。
【００３１】
以下、負帰還抵抗器２０１付きのオペアンプ２１１からなる放電回路７１の動作を説明する。ここで、各オペアンプはその−入力端に接続される組み電池の接続点に電極端子が接続される二つのセル１、２から、その電源電圧を給電されるものとする。
【００３２】
まず、検出電圧Ｖ１２が分圧Ｖ２より高い場合を考える。放電回路７１の出力電圧は非常に低くなり、電流は中間電位端子Ｌ２から負帰還抵抗器２０１を通じて放電回路７１の出力端へ向けて流れ、これにより、セル２又はセル２、３が放電する。逆に、検出電圧Ｖ１２が分圧Ｖ２より低い場合を考える。放電回路７１の出力電圧は非常に高くなり、電流は放電回路７１の出力端から負帰還抵抗器２０１を通じて中間電位端子Ｌ２へ向けて流れ、これにより、セル１が放電する。このような動作は本質的に他の放電回路７２、８１、８２でも同じであり、これにより、３セル用均等化ＩＣ７’は電池ブロック１０３のセル間の電圧均等化を行い、３セル用均等化ＩＣ８’は電池ブロック１０４のセル間の電圧均等化を行い、これにより、組み電池１００’の各セル間の電圧均等化がなされる。なお、放電回路７１の出力端はオペアンプ２１１の内部回路を通じてオペアンプ２１１の＋電源端子、−電源端子に接続され、これら二つの電源端子の間に組み電池のすべてのセル又は所定のセルの組み合わせから電源電圧が印加されているものとする。つまり、分圧と電池ブロックの隣接２セルの接続点の電位とを比較することにより分圧の方が低いと判別した場合は接続点より低電位側の二次電池を放電し、分圧の方が高いと判別した場合は接続点より高電位側の二次電池を放電して電池ブロック内の各二次電池の電圧を均等化することができ、更に二つの電圧均等化回路ブロック７、８により個別に均等化される二つの電池ブロックが二つのセルを共有するためこれら二つの電池ブロック間の電圧均等化を短時間で処理することもできる。
【００３３】
（変形態様）
変形態様を図３を参照して説明する。この実施例は、４セル用均等化ＩＣ７〜９を従来の１セル共有方式で均等化する例を示す。各電池ブロック１０１〜１０３のうち電位的に隣接する２つの電池ブロックはそれぞれ１セルを共有する。すなわち、４セル用均等化ＩＣを用いると、１セル共有方式、２セル共有方式、３セル共有方式のどれかを用いて組み電池の電圧均等化を行うことができる。
【００３４】
（変形態様）
変形態様を図４を参照して説明する。
【００３５】
この実施例は、４セル用均等化ＩＣ７〜９を用いて総セル数９の組み電池の電圧均等化を行う例を示す。４セル用均等化ＩＣ７、８は互いに二つの共有セルをもつ二つの電池ブロック１０１、１０２に対して電圧均等化を個別に行い、４セル用均等化ＩＣ８、９は互いに一つの共有セルをもつ二つの電池ブロック１０２、１０３に対して電圧均等化を個別に行う。すなわち、４セル用均等化ＩＣを用いると、１セル共有方式、２セル共有方式、３セル共有方式が混在した組み電池の電圧均等化を行うことができる。
【実施例３】
【００３６】
実施例３の組み電池の電圧均等化回路を図５を参照して説明する。この実施例は、図２において、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３を設けた点をその特徴としている。通常は、スイッチＳ１、Ｓ２はオンされ、スイッチＳ３はオフされて、図２と同一の回路構成となっている。
【００３７】
図５において、オペアンプや分圧回路の抵抗の間の公差が大きいと、電池ブロック間の電圧均等化が所定値に収束しない可能性が考えられる。すなわち、図２においてセル１〜４の電圧をＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４とし、分圧抵抗Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３、Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３の抵抗値を簡略化のためにそのままＲ２１、Ｒ２２、Ｒ２３、Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３とみなすと、収束条件は以下のようになる。
【００３８】
Ｖ１:Ｖ２:Ｖ３＝Ｒ２１:Ｒ２２:Ｒ２３
Ｖ２:Ｖ３:Ｖ４＝Ｒ３１:Ｒ３２:Ｒ３３
しかし、この二つの等式が成立するのは、
Ｒ２２:Ｒ２３＝Ｒ３２:Ｒ３３
が成立する場合のみである。各電圧均等化回路ブロック（３セル用均等化ＩＣ）の間で回路定数のばらつきが大きく、電圧均等化がうまくできないと予想される場合には、あらかじめ図５のスイッチＳ１、Ｓ２をオフし、スイッチＳ３をオンすることにより、オペアンプ回路である放電回路８１の動作を停止することにより、収束を容易化することができる。すなわち、この態様は、スイッチを追加することにより２セル共有３セル均等化方法を１セル共有２セル均等化方法に変更して回路定数ばらつきに起因するオペアンプ間の干渉（逆動作）を回避するものである。なお、実際にはわずかな不感帯をもうけることにより多少のばらつきは問題とならないようにするが、不感帯を大きくすると均等化電圧の誤差が大きくなるという問題が生じる。
（変形態様）
電圧均等化回路ブロック８’の放電回路８２の動作を選択的に停止するには、図６に示すように、放電回路８２のオペアンプ３１１の＋電源端子とそれに電源電圧を印加する端子との間に電源スイッチＳ４を介設しておき、この電源スイッチＳ４を開放してもよい。このようにすれば、一つのスイッチにより同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施例１の組み電池の電圧均等化回路を示すブロック回路図である。
【図２】実施例２の組み電池の電圧均等化回路を示す回路図である。
【図３】変形態様を示すブロック回路図である。
【図４】変形態様を示すブロック回路図である。
【図５】実施例３の組み電池の電圧均等化回路を示す回路図である。
【図６】変形態様を示すブロック回路図である。
【符号の説明】
【００４０】
Ｌ１      最高電位端子
Ｌ２      中間電位端子
Ｌ４      最低電位端子
Ｒ２１〜Ｒ２３      分圧抵抗
Ｒ３１〜Ｒ３３      分圧抵抗
Ｓ１〜Ｓ４          スイッチ（スイッチ手段）
１〜６            セル（二次電池）
７〜９      セル用均等化ＩＣ（電圧均等化回路ブロック）
７０、８０      分圧回路
７１、７２      放電回路
８１、８２      放電回路
１００            組み電池
１０１〜１０４    電池ブロック
２１１      オペアンプ
２１２      オペアンプ
３１１      オペアンプ
３１２      オペアンプ
【図１】
2005312161.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005312161.tif 000005
【図４】
2005312161.tif 000006
【図５】
2005312161.tif 000007
【図６】
2005312161.tif 000008