(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された制御信号に応じて二次電池と並列に抵抗を接続して該二次電池の容量を調整する容量調整回路において、前記抵抗には直列に複数個のスイッチが接続されており、該複数のスイッチはスイッチ間で異なる論理の制御信号によりオン・オフすることを特徴とする容量調整回路。
【請求項２】
前記制御信号は相反する２値信号であることを特徴とする請求項１に記載の容量調整回路。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の容量調整回路を、組電池を構成する複数個の二次電池のそれぞれに並列に接続したことを特徴とする組電池制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の組電池制御装置を備えたことを特徴とするバッテリパック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は容量調整回路、組電池制御装置及びバッテリパックに係り、特に、入力された制御信号に応じて二次電池と並列に抵抗を接続して該二次電池の容量を調整する容量調整回路並びに該容量調整回路を複数備えた組電池制御装置及びバッテリパックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば電気自動車等には、二次電池（単電池）を必要な容量に相当する分だけ複数個直列に接続した組電池が使用されている。このような組電池は、複数個の二次電池を用いるので、信頼性を確保することが重要である。すなわち、組電池を構成する二次電池（単電池）のうちの何れかが過充電や過放電等によりその機能が低下すると、組電池全体としての機能も低下することになる。また、組電池を構成する各二次電池には製造時のバラツキがあり、更に、組電池として二次電池を使用した場合、温度分布が均一でないこと等により、充電受入性や放電容量が異なってくる。
【０００３】
このため、バッテリパック（モジュール電池ユニット）は、組電池全体及び各二次電池を制御する組電池制御装置を具備しており、各二次電池の電圧値や内部抵抗値等の状態情報を検出して、検出した二次電池の状態に応じて二次電池毎に調整する容量（例えば、電流値と時間との積）をマイクロコンピュータで演算して、二次電池に並列に接続された抵抗と、該抵抗に直列に接続されたスイッチと、で構成される容量調整回路のスイッチを演算した所定時間の間オンとすることにより二次電池と容量調整回路との間で閉回路を構成して、各二次電池間の容量を均一に調整している。
【０００４】
容量調整回路のスイッチは、例えば、ＦＥＴやトランジスタ等で構成されており、マイクロコンピュータから２値制御信号のハイレベル信号を出力し、ＦＥＴやトランジスタのゲート又はベースに微少電流を流すことにより、ドレイン・ソース間又はコレクタ・エミッタ間に容量調整電流を流し、抵抗で調整容量分の電力を熱消費させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、容量調整回路のスイッチを制御するマイクロコンピュータが誤作動や暴走した場合又はマイクロコンピュータを作動させる電源が遮断されたり低下した場合には、容量調整回路が不必要に作動し二次電池が過放電となる、という問題点があった。特に、二次電池がリチウムイオン電池の場合には、過放電による電池の劣化が大きいので、過放電状態を防止するために、別に保護回路を設ける必要があるが、例えば、上述した電気自動車用電池ではそのスペースも限られている。
【０００６】
本発明は上記事案に鑑み、小型で二次電池の過放電を防止することができる容量調整回路、該容量調整回路を複数個備えた組電池制御装置及びバッテリパックを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、入力された制御信号に応じて二次電池と並列に抵抗を接続して該二次電池の容量を調整する容量調整回路において、前記抵抗には直列に複数個のスイッチが接続されており、該複数のスイッチはスイッチ間で異なる論理の制御信号によりオン・オフすることを特徴とする。本発明では、抵抗に直列に複数個のスイッチが接続されている。これらのスイッチは、スイッチ間で異なる論理の制御信号によりオン・オフする。このため、制御信号を出力する制御信号出力側が正常に作動しているときのみ複数のスイッチがすべてオンとなり閉回路が構成され二次電池の容量が調整される。従って、制御信号出力側に誤作動が生じた場合には、容量調整回路は作動しないことから、二次電池が過放電となることを防止することができると共に、二次電池を保護する保護回路を別に設けなくても異なる論理の制御信号でオン・オフする複数のスイッチを抵抗に直列に挿入すれば足りるので、容量調整回路を小型化することができる。このとき、異なる論理の制御信号に相反する２値信号を使用するようにしてもよい。このような容量調整回路は、容量調整回路を複数備える組電池制御装置やバッテリパックに適用することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明が適用可能なバッテリパックの実施の形態について説明する。
【０００９】
（構成）
図１に示すように、本実施形態のバッテリパック１０は、複数個の二次電池としてのリチウムイオン電池（以下、単電池という。）５１、５２、・・・、５ｍが直列に接続された組電池５とこの組電池５を制御する組電池制御装置とで構成されている。
【００１０】
組電池制御装置はマイクロコンピュータ（以下、マイコンという。）１を備えている。マイコン１は演算処理を行うＣＰＵ、ＣＰＵが実行するプログラム及び種々の設定値等を格納したＲＯＭ、ＣＰＵのワークエリアとして働くＲＡＭ及び外部との入出力信号のポートとなる入出力インターフェース等を含んで構成されている。
【００１１】
また、組電池制御装置は、単電池５１のプラス側と組電池５のプラス端子との間に挿入され、組電池５の充電、放電又は休止状態を検出して組電池５の状態をマイコン１に出力する充放電判別部２を備えている。充放電判別部２は、例えば、シャント（分路）抵抗等により組電池５を流れる電流方向を検出し、組電池５が充電状態にあるときにはデフォルト値１、休止状態にあるときはデフォルト値０、放電状態にあるときはデフォルト値−１を、それぞれマイコン１へ出力する。
【００１２】
更に、組電池制御装置は、単電池５１、５２、・・・、５ｍと各々並列に接続され、各単電池の容量を調整する容量調整回路３１、３２、・・・、３ｍを備えている。これらの容量調整回路３１、３２、・・・、３ｍは、後述するように、抵抗及びスイッチ等を含んで構成されており、同一の回路構成とされている。
【００１３】
また、組電池制御装置は、各単電池５１、５２、・・・、５ｍに接続されこれらの単電池個々の電圧を検出してマイコン１に出力する電池電圧検出部４を備えている。電池電圧検出部４は、オペアンプ及び抵抗を有する複数の差動増幅回路を含んで構成されている。なお、図１に示すバッテリパック１０のプラス端子、単電池５ｍのマイナス側に接続されたマイナス端子は充電器又は負荷に接続される。
【００１４】
次に、容量調整回路３１の回路構成について詳述する。図２に示すように、容量調整回路３１は、抵抗Ｒと、複数のスイッチとしてのＦＥＴＱ１、ＦＥＴＱ２と、ＮＯＴゲートＱ３と、で構成されている。抵抗Ｒの一端は単電池５１のプラス端子に接続されており、他端はＦＥＴＱ１のドレインに接続されている。ＦＥＴＱ１のゲートはマイコン１に接続されており、ソースはＦＥＴＱ２のドレインに接続されている。また、ＦＥＴＱ２のゲートはＮＯＴゲートＱ３を介してマイコン１に接続されており、ＦＥＴＱ２のソースは単電池５１のマイナス端子に接続されている。従って、抵抗Ｒと複数のスイッチＦＥＴＱ１及びＱ２は直列に接続されている。また、マイコン１から制御信号としての２値ハイレベル信号（以下、Ｈ信号という。）によりスイッチＦＥＴＱ１をオンとする場合に、スイッチＦＥＴＱ２は、マイコン１から２値ローレベル信号（以下、Ｌ信号という。）でオンとなる構成である。なお、上述したように、容量調整回路３２、・・・、３ｍも容量調整回路３１と同一の回路構成である。
【００１５】
（作用）
次に、本実施形態のバッテリパック１０の動作について、容量調整回路３１の作用を中心に説明する
マイコン１は充放電判別部２から出力されたデフォルト値が０のとき（組電池５が休止状態のとき）に、電池電圧検出部４からの出力値を各単電池５１、５２、・・・、５ｍの電池電圧として取り込んで、これらの電池電圧が予め設定された電圧値（以下、設定電圧値という。）より大きいか否かを各単電池毎に判断する。肯定された単電池については、否定判断された単電池の電池電圧とほぼ同一電圧となるように、以下の容量調整が実行される。
【００１６】
今、単電池５１に着目し、単電池５１が設定電圧値より大きく、図２に示したスイッチＦＥＴＱ１及びＦＥＴＱ２がオン状態で単電池５１と閉回路を構成している場合を想定すると、閉回路に流れる電流をＩとし単電池５１の内部抵抗を無視した場合には、抵抗Ｒの抵抗値は既知であるので、電流Ｉは単電池５１の電池電圧によって定まり、調整可能容量Ｑは電流Ｉと調整時間（閉回路を構成する時間）ｔとの積となる。このため、マイコン１は単電池５１の電池電圧と設定電圧値との差から、調整時間ｔを演算することができる。
【００１７】
マイコン１は、調整時間ｔの間、スイッチＦＥＴＱ１及びＦＥＴＱ２をオンとするために、スイッチＦＥＴＱ１のゲートにＨ信号、ＮＯＴゲートＱ３の入力にＬ信号を出力する。なお、調整時間ｔは、マイコン１内の図示しない内部時計で計測することができる。これにより、単電池５１は調整時間経過後、容量が調整され、説明を省略した他の調整対象単電池と共に調整され、組電池５を構成する単電池５１、５２、・・・、５ｍの電池電圧はほぼ均等となる。
【００１８】
この場合に、マイコン１が暴走してＨ信号を出力したときには、スイッチＦＥＴＱ１はオンとなるがスイッチＦＥＴＱ２はオフとなるので、容量調整回路３１等の容量調整回路は誤動作しない。また、マイコン１が暴走してＬ信号を出力した場合には、スイッチＦＥＴＱ２はオンとなるがスイッチＦＥＴＱ１はオフとなるので、容量調整回路は誤動作しない。
【００１９】
更に、マイコン１への電源が遮断又は低下した場合には、スイッチＦＥＴＱ１、ＦＥＴＱ２に供給されるマイコン１からの制御信号はＬ信号となる。この場合でもスイッチＦＥＴＱ２はオンとなるが、スイッチＦＥＴＱ１はオフとなるので、容量調整回路は誤動作しない。
【００２０】
従って、容量調整回路３１は、マイコン１が正常作動しているときのみ、オンとなるので、マイコン１が暴走したりマイコン１への電源供給に異常を生じても、容量調整回路が不必要に動作して単電池５１の容量を低下させたり、単電池５１を過放電状態とさせることはない。
【００２１】
また、本実施形態の容量調整回路３１は、抵抗に複数のスイッチＦＥＴＱ１、ＦＥＴＱ２を直列に挿入しＮＯＴゲートＱ３を挿入しただけなので、容量調整回路を小型化したまま単電池の過放電を保護することができる。このような容量調整回路は、組電池制御装置には二次電池の数の分が必要となるので、容量調整回路自体を小型化することができれば、組電池制御装置全体も小さくすることができる。この結果、バッテリパック１０の小型化も図ることができる。
【００２２】
なお、本実施形態では、スイッチＦＥＴＱ２にＮＯＴゲートを接続したが、ＮＡＮＤゲートの入力を２本接続してＮＯＴゲートとしてもよく、更に、マイコン１とスイッチＦＥＴＱ１及びＦＥＴＱ２との間には、マイコン１の制御信号に対してこれらのスイッチが相反してオン・オフするように種々の論理回路を組むことができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、抵抗に直列に複数個のスイッチを接続し、該複数のスイッチがスイッチ間で異なる論理の制御信号によりオン・オフするようにしたので、制御信号を出力する制御信号出力側が正常に作動しているときのみ複数のスイッチがすべてオンとなり閉回路が構成され二次電池の容量が調整されるため、制御信号出力側に誤作動が生じた場合には、容量調整回路は作動せず二次電池が過放電となることを防止することができると共に、二次電池を保護する保護回路を別に設けなくても異なる論理の制御信号でオン・オフする複数のスイッチを抵抗に直列に挿入すれば足り容量調整回路を小型化することができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用可能な実施形態のバッテリパックのブロック回路図である。
【図２】実施形態のバッテリパックの容量調整回路の回路図である。
【符号の説明】
１  マイコン
５  組電池
５１、５２、５ｍ  単電池（二次電池）
１０  バッテリパック
Ｒ  抵抗
Ｑ１、Ｑ２  ＦＥＴ（スイッチ）
Ｑ３  ＮＯＴゲート
【図１】
0003876585.tif 000002
【図２】
0003876585.tif 000003