(57)【要約】 【課題】  組電池モジュールの組み立て時および実装後に組電池監視回路の故障を回避する組電池モジュール、二次電池装置、および車両を提供する。【解決手段】  複数の電池を含む組電池１４と、電池１４−１〜１４−５の電圧および温度を検出して検出結果を出力する監視回路２２と、監視回路２２での検出結果を出力するとともに起動信号を受信する通信回路４１と、電源電圧を出力する電源回路２１と、電源回路２１から出力された電源電圧から組電池１４の正極電位より高い電圧を生成する直流コンバータ回路２３と、を備え、直流コンバータ回路２３の上位基準電位端子と組電池１４の正極端子との間に設けられ、高インピーダンス経路と高インピーダンス経路よりもインピーダンスの低い低インピーダンス経路とを切替可能に設けられた保護回路２７、２８を備えたことを特徴とする組電池モジュール。【選択図】図１
2012065518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池を含む組電池と、
前記電池の電圧および温度を検出して検出結果を出力する監視回路と、
前記監視回路での検出結果を出力するとともに起動信号を受信する通信回路と、
電源電圧を出力する電源回路と、
前記電源回路から出力された電源電圧から前記組電池の正極電位より高い電圧を生成する直流コンバータ回路と、を備え、
前記直流コンバータ回路の上位基準電位端子と前記組電池の正極端子との間に設けられ、高インピーダンス経路と前記高インピーダンス経路よりもインピーダンスの低い低インピーダンス経路とが切替可能に設けられた保護回路を備えたことを特徴とする組電池モジュール。
【請求項２】
前記電源回路は外部から入力された起動信号により起動し、
前記保護回路は、前記直流コンバータ回路の出力電圧に応じて前記高インピーダンス経路と前記低インピーダンス経路とを切替えることを特徴とする組電池モジュール。
【請求項３】
前記保護回路は、前記組電池の正極端子と接続されたソース電極と、第１抵抗器を介して前記ソース電極と接続されたゲート電極と、前記直流コンバータと接続されたドレイン電極とを備えた第１スイッチと、前記組電池の負極端子と接続されたソース電極と、第２抵抗器を介して前記第１スイッチの前記ゲート電極と接続されたドレイン電極と、外部から入力された起動信号が入力されるゲート電極とを備えた第２スイッチと、を備えることを特徴とする組電池モジュール。
【請求項４】
複数の電池を含む組電池と、
前記電池の電圧および温度を検出して検出結果を出力する監視回路と、
電源電圧を出力する電源回路と、
前記電源回路から出力された電源電圧から前記組電池の正極電位より高い電圧を生成する直流コンバータ回路と、
前記組電池の負極電位を基準電位として通信を行なう第１通信回路と、
前記第１通信回路で受信した信号を、前記組電池の正極電位を基準電位とする信号に変換するレベルシフト回路と、
前記レベルシフト回路から出力された信号を前記組電池の正極電位を基準電位として通信を行なう第２通信回路と、を備え、
前記直流コンバータ回路の上位基準電位端子および前記第２通信回路の基準電位端子と前記組電池の正極端子との間に設けられ、高インピーダンス経路と前記高インピーダンス経路よりもインピーダンスの低い低インピーダンス経路とが切替可能に設けられた保護回路を備えたことを特徴とする組電池モジュール。
【請求項５】
前記電源回路は外部から入力された起動信号により起動し、
前記保護回路は、前記直流コンバータ回路の出力電圧に応じて前記高インピーダンス経路と前記低インピーダンス経路とを切替えることを特徴とする組電池モジュール。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の組電池モジュールと、
前記組電池モジュールへ起動信号を出力する電池管理装置と、
前記組電池モジュールと前記電池管理装置との間に接続された通信線および前記起動信号が入力される起動信号線と、を備えたことを特徴とする二次電池装置。
【請求項７】
組電池が電気的に接続された、複数の請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の組電池モジュールと、
前記組電池モジュールから受信した前記組電池に関する情報を利用して前記組電池モジュールの電力の入出力を制御する電池管理装置と、
前記電力によって車軸の回転を駆動するモータと、を備えることを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、組電池モジュール、二次電池装置、および、車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池装置は、複数の組電池モジュールと、複数の組電池モジュールを制御する電池管理装置と、を備えている。各組電池モジュールは、複数に電池を含む組電池と、複数の電池の電圧や温度を検出し、電池管理装置へ検出データを送信するように構成された組電池監視回路を備えている。
【０００３】
組電池監視回路は、複数の電池の電圧や温度を検出する監視回路と、通信回路と、直流コンバータ回路と、電源回路とを備えている。直流コンバータ回路や通信回路は、基準電位として組電池の正極電位が供給されることがある。
【０００４】
組電池の正極電位が上位基準電位として直流コンバータ回路へ入力される場合、直流コンバータ回路で生成される電圧は、組電池モジュールの正極電位と常に一定の電圧差を持っている必要があり、そのために直流コンバータ回路の上位基準電位は組電池モジュールの正極電位と略同一となる必要がある。したがって、直流コンバータ回路と組電池の正極端子とは低インピーダンスの配線で接続されていた。
【０００５】
また、通信回路のグラウンド電位として組電池の正極電位が用いられる場合、正極電位を供給する配線が高インピーダンスであると通信の出力インピーダンスが高くなり、通信のノイズに対して弱くなる。そのため通信回路と組電池の正極電位とは低インピーダンスの配線で接続されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１７２９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、組電池の正極端子と回路とが低インピーダンスの配線で接続される場合、組電池モジュールを組み立て時に組電池を取り付けると、組電池から回路へ突入電流が流れる。この突入電流により回路が破壊されたり、ヒューズが溶断したりすることがあった。
【０００８】
本発明は上記事情を鑑みて成されたものであって、組電池モジュールの組み立て時および実装後に組電池監視回路の故障を回避する組電池モジュール、二次電池装置、および車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態に係る組電池モジュールによれば、複数の電池を含む組電池と、前記電池の電圧および温度を検出して検出結果を出力する監視回路と、前記監視回路での検出結果を出力するとともに起動信号を受信する通信回路と、電源電圧を出力する電源回路と、前記電源回路から出力された電源電圧から前記組電池の正極電位より高い電圧を生成する直流コンバータ回路と、を備え、前記直流コンバータ回路の上位基準電位端子と前記組電池の正極端子との間に設けられ、高インピーダンス経路と前記高インピーダンス経路よりもインピーダンスの低い低インピーダンス経路とが切替可能に設けられた保護回路を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る二次電池装置の一構成例について説明するための図である。
【図２】図１に示す二次電池装置の組電池モジュールの一構成例について説明するための図である。
【図３】図２に示す組電池モジュールの直流コンバータ回路の一構成例について説明するための図である。
【図４】図１に示す二次電池装置の組電池モジュールの他の構成例について説明するための図である。
【図５】第２実施形態に係る二次電池装置の一構成例について説明するための図である。
【図６】図５に示す二次電池装置の組電池モジュールの一構成例について説明するための図である。
【図７】図１に示す二次電池装置又は図５に示す二次電池装置を含む車両の一構成例を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
図１に、第１実施形態に係る二次電池装置１の一構成例を示す。本実施形態に係る二次電池装置１は、複数の組電池モジュール１２ａ〜１２ｃと、組電池モジュール１２ａ〜１２ｃから受信した組電池１４ａ〜１４ｃに関する情報を利用して組電池モジュール１２ａ〜１２ｃの電力の入出力を制御する電池管理装置１１とを備えている。それぞれの組電池モジュール１２ａ〜１２ｃは、複数の電池（セル）を含む組電池１４ａ〜１４ｃと、組電池監視回路１３ａ〜１３ｃと、を備えている。
【００１３】
図１では一つの組電池１４ａには５個の電池１４ａ−１〜１４ａ−５を備えているが、この数に限定されるものではない。また図１では、３個の組電池モジュール１２ａ〜１２ｃを備えているが、この数に限定されるものではなく、任意の複数であってもよく単一の組電池モジュール１２であってもよい。
【００１４】
組電池モジュール１２ａ〜１２ｃの組電池１４ａ〜１４ｃは直列に接続され、直列に接続された組電池１４ａ〜１４ｃの両端はそれぞれ正極端子１６と負極端子１７とに電気的に接続される。
【００１５】
組電池監視回路１３ａ〜１３ｃは、電池管理装置１１からの通信による指令に基づいて、組電池１４ａ〜１４ｃを構成する個々の電池１４ａ−１〜１４ｃ−５の電圧、温度を計測する。ただし、計測する温度は１つの組電池１４ａ〜１４ｃにつき数箇所であってもよく、全ての電池１４ａ−１〜１４ｃ−５の温度は検出しなくてもよい。組電池監視回路１３ａ〜１３ｃのそれぞれは、通信線１９ａ〜１９ｃおよび起動信号線１１１ａ〜１１１ｃにより電池管理装置１１に接続されている。なお、組電池監視回路１３ａ〜１３ｃを構成する要素の全部または一部は半導体集積回路にて構成しても良い。
【００１６】
電池管理装置１１は、組電池１４ａ〜１４ｃの電圧、温度等の情報を、通信線１９ａ〜１９ｃを介して組電池監視回路１３ａ〜１３ｃとの間で通信を行い、二次電池装置１の保全に関する情報を収集する。また、電池管理装置１１は、組電池モジュール１２ａ〜１２ｃの実装時に、起動信号線１１１ａ〜１１１ｃを介して組電池監視回路１３ａ〜１３ｃへ起動信号を送信する。電池管理装置１１には、二次電池装置使用装置から電源供給線１８を介して電源が供給される。
【００１７】
二次電池装置１は、例えば電気自動車や電力蓄積システムなどの二次電池装置使用装置に接続され、正極端子１６および負極端子１７を通じて組電池１４ａ〜１４ｃへの充放電が行われるほか、残容量等の二次電池装置１の保全に関する通信が、通信線１５を介して電池管理装置１１と二次電池装置１が組み込まれた装置（電気自動車など）との間で行われる。
【００１８】
また、二次電池装置１は正極端子１６および負極端子１７と二次電池装置使用装置との接続を入り切りするための電磁接触器（図示せず）を有してもよい。
【００１９】
図２に、本実施形態に係る二次電池装置の組電池モジュールの一構成例を示す。図２には、組電池モジュール１２ａの一構成例を示しているが、他の組電池モジュール１２ｂ、１２ｃも同様の構成である。
【００２０】
組電池モジュール１２ａは、組電池１４ａと組電池監視回路１３ａとを備えている。組電池監視回路１３ａは、電源回路２１ａと、直流コンバータ回路２３ａと、監視回路２２ａと、通信回路４１ａを備えている。
【００２１】
電源回路２１ａは、組電池１４ａを電源として、組電池モジュール１２ａの負極電位を基準電位とした電圧を出力し、監視回路２２ａと、直流コンバータ回路２３ａと、通信回路４１ａとに供給する。また、電源回路２１ａは、電池管理装置１１からの起動信号を受信する。
【００２２】
通信回路４１ａは、電池管理装置１１からの信号を受信して監視回路２２ａへ出力すると共に、監視回路２２ａからの信号を受信して、電池管理装置１１へ出力する。
【００２３】
監視回路２２ａは、組電池１４ａの状態（電圧、温度等）を検出するとともに、電池管理装置１１からの指令を通信線１９ａを介して通信回路４１ａから受信し、検出結果を電池管理装置１１へ返信する。
【００２４】
電源回路２１ａが電池管理装置１１から受信する起動信号により起動し、直流コンバータ回路２３ａは電源回路２１ａから受信した電源電圧を用いて電位がシフトした電源電圧を生成する。直流コンバータ回路２３ａは生成した電源電圧を監視回路２２ａと後述するスイッチ２７ａへ出力する。
【００２５】
直流コンバータ回路２３ａには、組電池１４ａの正極電位と負極電位とが基準電位として供給される。組電池１４ａの正極電位の供給配線は、電流制限素子２８ａを備えた抵抗線路と、抵抗線路と並列に接続されたスイッチ２７ａを備えた短絡線路とを備えている。スイッチ２７ａの開閉は、直流コンバータ回路２３ａの出力信号によって制御される。
【００２６】
図３に、直流コンバータ回路２３ａの一構成例を示す。直流コンバータ回路２３ａは、下位基準電位（組電池１４ａの負極電位）を基準とした電源から、上位基準電位（組電池１４ａの正極電位）を基準とする電源を生成する回路である。具体的にこの回路を実現する方法としては、チャージポンプ回路が知られており、図３の回路は、チャージポンプ回路の一例を示している。
【００２７】
直流コンバータ回路２３ａは、コンデンサＣ１、Ｃ２と、コンデンサＣ１の一端と電源回路２１ａからの出力信号の供給ラインとの接続を切り替えるスイッチＳ１と、コンデンサＣ１の他端の接続を下位基準電位側と上位基準電位側とで切り替えるスイッチＳ２と、コンデンサＣ１の一端とコンデンサＣ２の一端との接続を切り替えるスイッチＳ３と、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３の開閉を制御する制御回路３１ａと、を備えている。コンデンサＣ２の一端は直流コンバータ回路２３ａの出力ラインと電気的に接続されている。コンデンサＣ２の他端は上位基準電位と電気的に接続されている。
【００２８】
上記直流コンバータ回路２３ａの動作を説明する。
【００２９】
制御回路３１ａが、スイッチＳ１を閉、スイッチＳ３を開にして、スイッチＳ２を下位基準電位側に切り替えることによってコンデンサＣ１に電荷を蓄積する。次に、制御回路３１ａが、スイッチＳ１を開、スイッチＳ３を閉にして、スイッチＳ２を上位基準電位側に切り替えることによってコンデンサＣ１に蓄積された電荷をコンデンサＣ２へ移す。
【００３０】
この動作を短い周期（例えば、数ＫＨｚ〜数十ＫＨｚの周波数）で繰り返すことにより、コンデンサＣ２に蓄積される電荷は、電源回路２１ａの出力電圧に対応した電荷にほぼ等しくなる。したがって、直流コンバータ回路２３ａが発生する出力電位は、上位基準電位＋（電源回路２１ａ出力−下位基準電位）と上位基準電位に対応した値になる。
【００３１】
ここで、直流コンバータ回路２３ａと、組電池１４ａの正極電位とを接続する配線は低インピーダンスである必要がある。つまり、直流コンバータ回路２３ａのチャージポンプ回路が生成する電圧は組電池１４ａの正極電位と常に一定の電圧差を持っている必要があり、チャージポンプ回路の上位基準電位と組電池１４ａの正極電位とが略等しくなる必要がある。
【００３２】
例えば組電池１４ａの充放電電流の変化により、組電池１４ａの正極電位が著しく変化する組電池モジュール１２ａにおいて、直流コンバータ回路２３ａと組電池１４ａの電極電位とを接続する配線が高インピーダンス（直流抵抗成分が大）である場合には、組電池１４ａの正極電位の変化に対して、直流コンバータ回路２３ａの上位基準電位の応答が遅れ、チャージポンプ回路の出力電圧と組電池１４ａの正極電位との間に一定の電圧差が生じない場合や、組電池１４ａの正極電位がチャージポンプ回路の出力電圧よりも大きくなる場合が生じ得る。
【００３３】
直流コンバータ回路２３ａの出力電圧は、監視回路２２ａに入力されて、組電池１４ａを構成する電池１４ａ−１〜１４ａ−５の電圧を検出する電圧検出手段（図示せず）の電源電圧として用いられる。
【００３４】
組電池１４ａの正極電位がチャージポンプ回路の出力電圧よりも大きくなると、監視回路２２ａの電圧検出手段（図示せず）の電源電圧が組電池１４ａの正極電位よりも小さくなり、組電池１４ａの正極に近い電池の電圧を精度良く検出することできない場合や、電圧検出手段が動作しないことがある。また、監視回路２２ａの内部保護ダイオード（図示せず）の向きが想定している電位と逆の電圧が印加され、内部保護ダイオードに電流が流れて監視回路２２ａが正しく動作しない（場合によっては壊れる）ことがある。
【００３５】
一方、直流コンバータ回路２３ａと組電池１４ａの正極電位とを低インピーダンスの配線で接続すると、組電池モジュール１２ａを組み立て時に組電池１４ａの正極端子と直流コンバータ回路２３ａとが低インピーダンスの配線により電気的に接続され、組電池１４ａから直流コンバータ回路２３ａへ突入電流が流れて直流コンバータ回路２３ａが破壊される場合がある。
【００３６】
上記のことから、直流コンバータ回路２３ａと組電池１４ａの正極電位とは、組電池モジュール１２ａの組み立て時には高インピーダンスの配線で接続し、実装後には低インピーダンスの配線で接続する必要がある。
【００３７】
そこで、本実施形態では、直流コンバータ回路２３ａの上位基準電位端子と組電池１４ａの正極端子との間に設けられ、高インピーダンス経路と高インピーダンス経路よりもインピーダンスの低い低インピーダンス経路とを切替可能な保護回路を設けている。保護回路は、直流コンバータ回路２３ａの上位基準電位端子へ組電池１４ａの正極電位を供給する供給配線において、電流制限素子２８ａを備えた抵抗線路と、抵抗線路に並列に接続されたスイッチ２７ａを備えた短絡線路とを備える。
【００３８】
スイッチ２７ａは、直流コンバータ回路２３ａで生成された電圧が出力されているときに閉じ、直流コンバータ回路２３ａの生成電圧が出力されていないときに開くように制御される。
【００３９】
したがって、組電池モジュール１２ａの組み立て時には、スイッチ２７ａは開いた状態であって、組電池１４ａの正極端子と直流コンバータ回路２３ａとは、電流制限素子２８ａを備えた抵抗配線を介して電気的に接続される。そのため、組電池１４ａからの突入電流は抵抗配線により減衰され、直流コンバータ回路２３ａが破壊されることを回避することができる。
【００４０】
また、組電池モジュール１２ａが起動される場合には、直流コンバータ回路２３ａが起動信号により起動して生成電圧が出力され、スイッチ２７ａが閉じた状態となる。このとき、組電池１４ａの正極端子と直流コンバータ回路２３ａとは、スイッチ２７ａを介する低インピーダンスの配線により電気的に接続される。そのため、組電池１４ａの正極電位の変化に対して直流コンバータ回路２３ａの上位基準電位の応答が遅れることがなく、上位基準電位と組電池１４ａの正極電位とが略等しくなる。その結果、直流コンバータ回路２３ａのチャージポンプ回路が生成する電圧は、組電池１４ａの正極電位と常に一定の電位差を持つようになる。
【００４１】
上記のように、直流コンバータ回路２３ａへ組電池１４ａの正極電位を供給する供給配線において、電流制限素子２８ａを備えた抵抗線路とスイッチ２７ａを備えた短絡線路とを並列に設けることによって、組電池モジュール１２ａの組み立て時に組電池１４ａから直流コンバータ回路２３ａへ突入電流が流れることを回避するとともに、組電池モジュール１２ａの実装後に監視回路２２ａの故障を回避することができる。
【００４２】
図４に、図１に示す二次電池装置の組電池モジュールの他の構成例を示す。図４に示す場合では、直流コンバータ回路２３ａおよび電源回路２１ａに、組電池１４ａの正極電位を供給する配線において、電流制限素子２８ａを備えた抵抗線路とスイッチ５１ａを備えた短絡線路とを並列に設けている。スイッチ５１ａの開閉は、起動信号線１１１ａから入力される起動信号により制御される。
【００４３】
スイッチ５１ａはＰチャネルのＭＯＳＦＥＴであって、ソース電極は組電池１４ａの正極端子と電気的に接続され、ドレイン電極は直流コンバータ回路２３ａのチャージポンプ回路の上位基準電位と電気的に接続されている。スイッチ５１ａのゲート電極は、抵抗器Ｒ１を介して組電池１４ａの正極端子と電気的に接続されるとともに、抵抗器Ｒ２を介してスイッチ５２ａのドレイン電極と電気的に接続されている。
【００４４】
スイッチ５２ａはＮチャネルのＭＯＳＦＥＴであって、ソース電極は組電池１４ａの負極端子と電気的に接続され、ゲート電極は起動信号線１１１ａと電気的に接続されている。起動信号線１１１ａは通信回路４１ａを介さずに、スイッチ５２ａのゲート電極と電気的に接続されている。
【００４５】
なお、図４に示す組電池モジュール１２ａは、上記の構成以外は図２に示す組電池モジュール１２ａと同様の構成であるため、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００４６】
電池管理装置１１から起動信号線１１１ａへスイッチ５２ａを閉じる起動信号が出力されると、スイッチ５２ａのソース−ドレイン間が導通して閉じた状態となる。スイッチ５２ａが閉じて、スイッチ５１ａのゲート電極電位がソース電極電位よりも低くなるとスイッチ５１ａのソース−ドレイン間が導通して閉じた状態となる。
【００４７】
組電池モジュール１２ａの組み立て時には、スイッチ５１ａは開いた状態であり、組電池１４ａの正極端子と直流コンバータ回路２３ａおよび電源回路２１ａとは、電流制限素子２８ａを備えた抵抗配線を介して電気的に接続される。そのため、組電池１４ａからの突入電流は抵抗配線により減衰され、直流コンバータ回路２３ａおよび電源回路２１ａが破壊されることを回避することができる。
【００４８】
また、組電池モジュール１２ａが起動される場合には、起動信号線１１１ａからの起動信号によりスイッチ５２ａおよびスイッチ５１ａが閉じた状態となる。このとき、組電池１４ａの正極端子と直流コンバータ回路２３ａとは、スイッチ５１ａを介する低インピーダンスの配線により電気的に接続される。そのため、組電池１４ａの正極電位の変化に対して直流コンバータ回路２３ａの上位基準電位の応答が遅れることがなく、上位基準電位と組電池１４ａの正極電位とが略等しくなる。その結果、直流コンバータ回路２３ａのチャージポンプ回路が生成する電圧は、組電池１４ａの正極電位と常に一定の電位差を持つようになる。
【００４９】
上記のように、直流コンバータ回路２３ａおよび電源回路２１ａへ組電池１４ａの正極電位を供給する供給配線において、電流制限素子２８ａを備えた抵抗線路とスイッチ５１ａを備えた短絡線路とを並列に設け、スイッチ５１ａの開閉を起動信号により制御することによって、組電池モジュール１２ａの組み立て時に組電池１４ａから直流コンバータ回路２３ａへ突入電流が流れることを回避するとともに、組電池モジュール１２ａの実装後に監視回路２２ａの故障を回避することができる。
【００５０】
図７に、上記二次電池装置１を備える車両の一構成例を概略的に示す。図７は車両１００、車両１００への二次電池装置の搭載個所、及び車両１００の駆動モータ４５などは概略的に示している。
【００５１】
車両１００は、二次電池装置１と、二次電池装置１の上位制御手段である電気制御装置（ＥＣＵ：Electric Control Unit）８０と、外部電源７０と、インバータ４０と、駆動モータ４５とを備えている。
【００５２】
二次電池装置１は、互いに直列に接続された複数の二次電池モジュール１２ａ、１２ｂ、１２ｃと、電池管理装置（ＢＭＵ：Battery Management Unit）１１と、二次電池モジュール１２ａ、１２ｂ、１２ｃと電池管理装置１１とを接続する起動信号線１１１ａ〜１１１ｃおよび通信線１９ａ〜１９ｃと、スイッチ装置ＳＷと、を備えている。
【００５３】
二次電池モジュール１２ａは、組電池１４ａと組電池監視回路（ＶＴＭ：Voltage Temperature Monitoring）１３ａと、を備えている。二次電池モジュール１２ｂは、組電池１４ｂと組電池監視回路１３ｂと、を備えている。二次電池モジュール１２ｃは、組電池１４ｃと組電池監視回路１３ｃと、を備えている。二次電池モジュール１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、それぞれ独立して取り離すことが可能であり、別の二次電池モジュールと交換することができる。
【００５４】
二次電池装置１の負極端子１７には、接続ラインＬ１の一方の端子が接続されている。この接続ラインＬ１は、電池管理装置１１内の電流検出部（図示せず）を介してインバータ４０の負極入力端子に接続されている。
【００５５】
また二次電池装置１の正極端子１６には、接続ラインＬ２の一方の端子が、スイッチ装置ＳＷを介して接続されている。接続ラインＬ２の他方の端子は、インバータ４０の正極入力端子に接続されている。
【００５６】
スイッチ装置ＳＷは、電池への充電が行われるときにオンするプリチャージスイッチ（図示せず）、電池出力が負荷へ供給されるときにオンするメインスイッチ（図示せず）を含む。プリチャージスイッチおよびメインスイッチは、スイッチ素子の近傍に配置されたコイルに供給される信号によりオンおよびオフされるリレー回路（図示せず）を備える。
【００５７】
インバータ４０は、入力した直流電圧をモータ駆動用の３相の交流（ＡＣ）の高電圧に変換する。このインバータ４０は、後述する電池管理装置１１あるいは車両全体動作を制御するための電気制御装置８０からの制御信号に基づいて、出力電圧が制御される。インバータ４０の３相の出力端子は、駆動モータ４５の各３相の入力端子に接続されている。駆動モータ４５の回転は、例えば差動ギアユニットを介して、駆動輪Ｗに伝達される。
【００５８】
電池管理装置１１には、独立した外部電源７０が接続されている。外部電源７０は定格１２Ｖの鉛蓄電池である。また、電池管理装置１１は、運転者などの操作入力に応答して車両全体の管理を行なう電気制御装置８０と接続されている。
【００５９】
上記のように、本実施形態によれば、組電池モジュールの組み立て時および実装後に組電池監視回路の故障を回避する組電池モジュール、二次電池装置、および車両を提供することができる。
【００６０】
次に、第２実施形態に係る組電池モジュール、二次電池装置、および、車両について図面を参照して以下に説明する。なお、以下の説明において上述の第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００６１】
図５に本実施形態に係る二次電池装置１の一構成例を示す。二次電池装置１は、複数の組電池モジュール１２ａ〜１２ｃと電池管理装置１１とを備えている。それぞれの組電池モジュール１２ａ〜１２ｃは、複数の電池（セル）を含む組電池１４ａ〜１４ｃと、組電池監視回路１３ａ〜１３ｃと、を備えている。
【００６２】
組電池モジュール１２ａ〜１２ｃの組電池１４ａ〜１４ｃは直列に接続され、直列に接続された組電池１４ａ〜１４ｃの両端はそれぞれ正極端子１６と負極端子１７とに電気的に接続される。
【００６３】
組電池監視回路１３ａ〜１３ｃは、通信線１９ａ〜１９ｃおよび起動信号線１１１ａ〜１１１ｃにより直列接続されている。組電池監視回路１３ａ〜１３ｃは通信線１９ｂ、１９ｃにより相互にデータを転送するとともに、電池管理装置１１と末端の組電池監視回路１３ａの間で通信線１９ａによりデータを転送することにより、組電池監視回路１３ａ〜１３ｃのデータを電池管理装置１１へ転送する。
【００６４】
ここで、例えば、出力３Ｖの電池１４を１０個直列接続した組電池１４ａ〜１４ｃの場合、組電池としての負極と正極との間には３０Ｖの電位差ある。したがって、組電池監視回路１３が組電池モジュール１２の負極の電圧を基準電位とするように構成されていた場合、３０Ｖもの電位差がある正極側に接続されたもう一方の組電池監視回路１３と通信しなければならない。
【００６５】
組電池モジュール１２は電力用インバータやコンバータに接続されているため、正極端子１６および負極端子１７には広い周波数に渡って雑音電流が流れる。その結果、組電池モジュール１２間の接続配線インピーダンスにより、直列に連結された一方の組電池モジュール１２の正極側と他方の組電池モジュール１２の負極側との間に電位差が生じ、組電池モジュール１２間にコモンモード雑音が発生する。また、組電池モジュール１２自身にもインピーダンスがあるため、組電池モジュールとしての負極と正極との間の電圧は充放電電流に依存して変化する。
【００６６】
そこで、本実施形態の組電池監視回路１３ａ〜１３ｃは、基準電位の異なる組電池モジュール１２間で通信可能に構成されている。
【００６７】
図６は、本実施形態の組電池監視回路１３ａ、１３ｂの一構成例を示す図である。なお、以下の説明において、２つの回路を比較して示す場合、上位とは正極端子１６に近い側を表し、下位とは負極端子１７に近い側を表す。
【００６８】
組電池監視回路１３ａは、電源回路２１ａ、直流コンバータ回路２３ａ、レベルシフト回路２４ａ、下位通信回路２５ａ、上位通信回路２６ａ、スイッチ２７ａ、電流制限素子２８ａ及び監視回路２２ａを備えている。
【００６９】
電源回路２１ａは起動信号により起動され、電池１４ａを電源として、組電池モジュール１２ａの負極電位を基準電位とした電圧を出力し、監視回路２２ａ、直流コンバータ回路２３ａ、レベルシフト回路２４ａ及び下位通信回路２５ａに供給する。
【００７０】
直流コンバータ回路２３ａは、異なる基準電圧を持つ通信相手との通信に必要な、電位がシフトした電源を生成する。例えば直流コンバータ回路２３ａは下位の組電池監視回路１３ａに設けられているため、上位の組電池モジュール１２ｂの負極電位を基準電位とする電源電圧を生成する。
【００７１】
レベルシフト回路２４ａは、下位通信回路２５ａと上位通信回路２６ａとの中間に配置されて、異なる基準電位間での通信信号の授受を可能とするインターフェースとして機能する。即ち、レベルシフト回路２４ａは、下位通信回路２５ａが扱う下位の基準電位を「０」レベルとする２値の通信信号と、上位通信回路２６ａが扱う上位の基準電位を「０」レベルとする２値の通信信号とを電位レベルをシフトして相互に変換する。
【００７２】
監視回路２２ａは、電池１４ａの状態（電圧、温度等）を検出すると共に、電池管理装置１１からの指令を通信線１９ａを介して下位通信回路２５ａから受信し、検出結果を返信する。また監視回路２２ａは、下位通信回路２５ａのスイッチ５３ａを制御して、上位通信回路２６ａからの通信と自らの通信との衝突を防止する。
【００７３】
下位通信回路２５ａは、不図示の下位の組電池監視回路１３からの信号を受信してレベルシフト回路２４ａを介して上位通信回路２６ａに出力すると共に、上位通信回路２６ａからの信号をレベルシフト回路２４ａを介して受け取って、不図示の下位の組電池監視回路１３に出力する。下位通信回路２５ａには電源として、電源回路２１ｂの出力電位と、下位の二次電池モジュール（図示せず）の正極電位（又は組電池１４ａの負極電位）とが基準電圧として入力されている。下位通信回路２５ａは、起動信号線１１１ａが接続され、電池管理装置１１（又は下位の組電池監視回路１３）からの起動信号を受信する。
【００７４】
上位通信回路２６ａは、下位通信回路２５ａからの信号をレベルシフト回路２４ａを介して受け取って上位の組電池監視回路１３ｂに出力すると共に、上位の組電池監視回路１３ｂからの信号を受け取って、レベルシフト回路２４ａを介して下位通信回路２５ａに出力する。上位信号回路２６ａには電源として、直流コンバータ回路２３ａの出力電位と、上位の二次電池モジュール１２ｂの負極電位（又は組電池１４ａの正極電位）とが入力されている。
【００７５】
上述のように直流コンバータ回路２３ａの出力電位は、上位基準電位に対応した電源電位、即ち電源回路２１ｂの出力電位と（略）同じ電位となっている。従って、上位通信回路２６ａと下位通信回路２５ｂとは、電位差の無い（小さい）電源電位の下で動作する。
【００７６】
上位通信回路２６ａと下位通信回路２５ｂは連結接続されている組電池モジュール１２ａの正極と組電池モジュール１２ｂの負極とを共通の基準電位として通信を行う。このため、上位通信回路２６ａと下位通信回路２５ｂとの間には組電池モジュール１２ａの正極と組電池モジュール１２ｂの負極との配線インピーダンスと電池の充放電電流に起因する電位差のみが生じる。通信線１９ｂにとっては、これは同相電位差となるため、差動通信を行うことにより同相成分を除去して通信を行うことができる。
【００７７】
下位通信回路２５ｂには、スイッチ５３ｂが設けられている。このスイッチ５３ｂは、監視回路２２ｂからの制御信号によって切り替えられる。即ち、監視回路２２ｂは、通信経路を切り替えて自ら収集した電池１４ｂの電圧、温度などの保全情報を電池管理装置１１に伝送する。一方、これ以外のタイミングでは、上位の監視回路２２ｃからの保全情報を通信できるように通信経路を元の状態に戻す。
【００７８】
本実施形態では、直流コンバータ回路２３ａの上位基準電位端子および上位通信回路２６ａの基準電位端子と組電池１４ａの正極端子との間に設けられ、高インピーダンス経路と高インピーダンス経路よりもインピーダンスの低い低インピーダンス経路とを含む配線とを切替可能な保護回路を備える。保護回路は、直流コンバータ回路２３ａおよび上位通信回路２６ａへ上位の二次電池モジュール１２ｂの負極電位（又は組電池１４ａの正極電位）を供給する供給配線において、電流制限素子２８ａを備えた抵抗線路と、抵抗線路と並列に接続されたスイッチ２７ａを含む短絡線路とを備える。スイッチ２７ａの開閉は、直流コンバータ回路２３ａの出力信号によって制御される。
【００７９】
スイッチ２７ａは、直流コンバータ回路２３ａで生成された電圧が出力されているときに閉じ、直流コンバータ回路２３ａの生成電圧が出力されていないときに開くように制御される。
【００８０】
したがって、組電池モジュール１２ａの組み立て時には、スイッチ２７ａは開いた状態であって、組電池１４ａの正極端子と直流コンバータ回路２３ａおよび上位通信回路２６ａとは、電流制限素子２８ａを備えた抵抗配線を介して電気的に接続される。そのため、組電池１４ａからの突入電流は抵抗配線により減衰され、直流コンバータ回路２３ａおよび上位通信回路２６ａが破壊されることを回避することができる。
【００８１】
また、組電池モジュール１２ａが起動するときには、電源回路２１ａが起動信号により起動して直流コンバータ回路２３ａへ電源が供給されることにより、直流コンバータ回路２３ａより生成電圧が出力され、スイッチ２７ａが閉じた状態となる。このとき、組電池１４ａの正極端子と直流コンバータ回路２３ａおよび上位通信回路２６ａとは、スイッチ２７ａを介する低インピーダンスの配線により電気的に接続される。
【００８２】
そのため、組電池１４ａの正極電位の変化に対して直流コンバータ回路２３ａの上位基準電位の応答が遅れることがなく、上位基準電位と組電池１４ａの正極電位とが略等しくなる。その結果、直流コンバータ回路２３ａのチャージポンプ回路が生成する電圧は、組電池１４ａの正極電位と常に一定の電位差を持つようになる。
【００８３】
また、上位通信回路２６ａは、基準電位を受信する配線が高インピーダンスである場合にはノイズに弱く、通信信号の質が低くなる。しかし、本実施形態では、組電池モジュール１２ａが起動して、上位通信回路２６ａが通信を行なうときには、スイッチ２７ａが閉じた状態となっているため、基準電位はスイッチ２７ａを含む低インピーダンスの配線により供給される。したがって、上位通信回路２６ａは通信信号の質が低下することなく通信を行なうことができる。
【００８４】
上記のように、直流コンバータ回路２３ａへ組電池１４ａの正極電位を供給する供給配線において、電流制限素子２８ａを備えた抵抗線路とスイッチ２７ａを備えた短絡線路とを並列に設けることによって、組電池モジュール１２ａの組み立て時に組電池１４ａから直流コンバータ回路２３ａおよび上位通信回路２６ａへ突入電流が流れることを回避するとともに、組電池モジュール１２ａの実装後に監視回路２２ａの故障および上位通信回路２６ａの通信の質の低下を回避することができる。
【００８５】
すなわち、本実施形態によれば、組電池モジュールの組み立て時および実装後に組電池監視回路の故障を回避する組電池モジュール、二次電池装置、および車両を提供することができる。
【００８６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８７】
１…二次電池装置、１１…電池管理装置、１２（１２ａ〜１２ｃ）…組電池モジュール、１３（１３ａ〜１３ｃ）…組電池監視回路、１４（１４ａ〜１４ｃ）…組電池、１４−１〜１４−５…電池、１６…正極端子、１７…負極端子、１９ａ〜１９ｃ…通信線、２１（２１ａ〜２１ｃ）…電源回路、２２（２２ａ〜２２ｃ）…監視回路、２３（２３ａ〜２３ｃ）…直流コンバータ回路、２５（２５ａ〜２５ｃ）…下位通信回路、２６（２６ａ〜２６ｃ）…上位通信回路、２７（２７ａ〜２７ｃ）…スイッチ、２８（２８ａ〜２８ｃ）…電流制限素子、４１（４１ａ〜４１ｃ）…通信回路、７０…外部電源、８０…電気制御装置、１００…車両、１１１ａ〜１１１ｃ…起動信号線。
【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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