JP2013153588A

JP2013153588A - 電池セル電圧均等化回路

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Publication number: JP2013153588A
Application number: JP2012012818A
Authority: JP
Inventors: Munetaka Yamamoto; 宗隆山本; Masaaki Suzuki; 正彰鈴木; Mamoru Kuraishi; 守倉石
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2012-01-25
Filing date: 2012-01-25
Publication date: 2013-08-08
Anticipated expiration: 2032-01-25
Also published as: CN104040826A; EP2808973A1; US20150022155A1; JP5387703B2; WO2013111410A1; EP2808973A4

Abstract

【課題】直列に接続された複数の電池セルの電圧を均等化する電池セル電圧均等化回路において、電池セルおよび電池セル電圧均等化回路を過電流から保護することである。
【解決手段】電池セル電圧均等化回路１は、直列に接続された電池セルＢ１、Ｂ２の電圧を均等化する。スイッチＳ１は、第１の経路を介して電池セルＢ１の正極に電気的に接続され、且つ、第２の経路を介して電池セルＢ１の負極に電気的に接続され、第１の経路と第２の経路とを電気的に接続または遮断する。スイッチＳ２は、第２の経路を介して電池セルＢ２の正極に電気的に接続され、且つ、第３の経路を介して電池セルＢ２の負極に電気的に接続され、第２の経路と第３の経路とを電気的に接続または遮断する。インダクタＬは、第２の経路上に設けられる。第１〜第３の経路上にそれぞれヒューズｈ１〜ｈ３が設けられる。スイッチＳ１、Ｓ２は、交互にＯＮ状態に制御される。
【選択図】図１

Description

本発明は、直列に接続されている複数の電池セルの電圧を均等化する回路に係わる。

複数の充電可能な電池セルを直列に接続して高電圧の電池を実現する技術が実用化されてきている。この種の電池は、近年では、例えば、電気自動車またはエンジンとモータを併用するハイブリッド車への実装において注目されている。

ところが、多数の電池セルを直列に接続した状態で充電を行うと、各電池セルの出力電圧（または、電池セルの残容量）が不均一になることがある。また、上述の電池が電気自動車等に搭載される場合には、モータ駆動時の放電と回生時の充電が繰り返されるので、この充放電の繰り返しによっても電池セルの電圧が不均一になることがある。そして、電池セルの電圧の不均一は、一部の電池セルの劣化を促進させるおそれがあり、また、電池全体として効率の低下を引き起こすことがある。なお、電池セルの電圧の不均一は、各電池セルの製造ばらつきや、経年劣化等により生じ得る。このため、従来より、複数の電池セルの電圧を均等化する技術が提案または実用化されている。

図８は、従来の電池セル電圧均等化回路の一例を示す図である。この例では、電池１００は、２つの充電可能な電池セルＢ１、Ｂ２を有する。電池セルＢ１、Ｂ２は、互いに直列に接続されている。そして、電池１００には、負荷１１０が接続されている。

電池セル電圧均等化回路は、図８に示すように、インダクタＬ、スイッチＳ１、Ｓ２、ドライバ回路Ｄ１、Ｄ２、および電池コントローラ１０を有する。電池コントローラ１０は、各電池セルＢ１、Ｂ２の電圧をモニタしている。以下の説明では、電池セルＢ１の電圧が電池セルＢ２の電圧よりも高いものとする。そして、電池コントローラ１０は、電池セルＢ１、Ｂ２の電圧を均等化するセルバランス動作を行うときは、所定のデューティを有するパルス列信号を生成する。

ドライバ回路Ｄ１は反転ドライバであり、ドライバ回路Ｄ２は非反転ドライバである。よって、電池コントローラ１０がパルス列信号を出力すると、スイッチＳ１、Ｓ２は交互にＯＮ状態に制御される。すなわち、スイッチＳ１がＯＮ状態に制御されているときはスイッチＳ２はＯＦＦ状態に制御され、スイッチＳ１がＯＦＦ状態に制御されているときはスイッチＳ２はＯＮ状態に制御される。

スイッチＳ１がＯＮ状態に制御され、スイッチＳ２がＯＦＦ状態に制御されると、電池セルＢ１の正極からスイッチＳ１およびインダクタＬを介して電池セルＢ１の負極へ向かう電流が流れる。これにより、電池セルＢ１の電圧が低下する。また、この電流によってインダクタＬにエネルギーが蓄積される。

続いて、スイッチＳ１がＯＦＦ状態に制御され、スイッチＳ２がＯＮ状態に制御されると、インダクタＬに蓄積されているエネルギーにより、スイッチＳ２およびインダクタＬを介して電池セルＢ２を充電する方向に電流が流れる。これにより、電池セルＢ２の電圧が上昇する。よって、上述のスイッチング動作を繰り返すことにより、電池セルＢ１、Ｂ２の電圧が均等化または略均等化される。

なお、関連する技術として、特許文献１〜５が知られている。
しかしながら、従来の電池セル電圧均等化回路においては、セルバランス動作中に過電流が発生するおそれがある。例えば、図８に示す構成では、下記の状況で過電流が発生し得る。
（１）電池コントローラ１０またはドライバ回路Ｄ１、Ｄ２の不具合により、スイッチＳ１およびＳ２が同時にＯＮ状態となる。
（２）故障によりスイッチＳ１またはＳ２がショートする。
（３）スイッチＳ１またはＳ２のＯＮ時間が長くなり過ぎる（パルス列信号のデューティが大きくなり過ぎる）。

上述の過電流が発生すると、電池１００の温度が上昇し、電池１００が劣化するおそれがある。

特開２００５−１４３１６０号公報特開２０００−２８７３７０号公報特開２０１０−２２０３７７号公報特開２００７−３３６６６７号公報特開２０１０−２５７７７５号公報

本発明の課題は、直列に接続された複数の電池セルの電圧を均等化する電池セル電圧均等化回路において、電池セルおよび電池セル電圧均等化回路を過電流から保護することである。

本発明に係る電池セル電圧均等化回路は、直列に接続された充電可能な第１の電池セルおよび第２の電池セルの電圧を均等化する。電池セル電圧均等化回路は、第１の経路を介して前記第１の電池セルの正極に電気的に接続され、且つ、第２の経路を介して前記第１の電池セルの負極に電気的に接続され、前記第１の経路と前記第２の経路とを電気的に接続または遮断する第１のスイッチと、前記第２の経路を介して前記第２の電池セルの正極に電気的に接続され、且つ、第３の経路を介して前記第２の電池セルの負極に電気的に接続され、前記第２の経路と前記第３の経路とを電気的に接続または遮断する第２のスイッチと、前記第２の経路上に設けられるインダクタと、前記第１〜第３の経路のうちの少なくとも１つに設けられるヒューズを有する。

上記構成によれば、第１〜第３の経路において過電流が発生すると、ヒューズが切れるので、第１の電池セルおよび／または第２の電池セルは過電流から保護される。ここで、第１〜第３の経路のうちの２つ以上にヒューズを有する構成とすれば、第１の電池セルおよび第２の電池セルの双方が過電流から保護される。また、第１〜第３の経路のうちの１つのみにヒューズを有する構成においては、第１の電池セルまたは第２の電池セルの少なくとも一方が過電流から保護される。この場合、例えば、過電流が発生しやすい経路またはパターンが予測されているときは、その経路またはパターンに応じてヒューズを設けることにより、その過電流に起因する問題を回避できる。一例として、第１のスイッチおよび第２のスイッチが同時にＯＮ状態になる障害に対しては、第１または第３の経路にヒューズを設ければ、その障害に起因する過電流から第１の電池セルおよび第２の電池セルが保護される。同様に、電池セル電圧均等化回路を構成する第１のスイッチおよび第２のスイッチも過電流から保護される。

上記構成において、前記第１〜第３の経路のうちの２つに前記ヒューズをそれぞれ設けるようにしてもよい。第１〜第３の経路のうちの２つにヒューズを設けておけば、第１の電池セルの正極と第１の電池セルの負極との間で第１のスイッチおよびインダクタを介して流れる電流、第２の電池セルの正極と第２の電池セルの負極との間で第２のスイッチおよびインダクタを介して流れる電流、第１の電池セルの正極と第２の電池セルの負極との間で第１のスイッチおよび第２のスイッチを介して流れる電流、のうちのいずれの電流が過電流状態となっても、いずれかのヒューズが切れることになるので、第１の電池セルおよび第２の電池セルは過電流から保護される。なお、第２の経路にヒューズが設けられる構成では、ヒューズは、例えば、第１の電池セルの負極および第２の電池セルの正極とインダクタとの間に設けられる。

上記構成の電池セル電圧均等化回路は、前記第１のスイッチの両端電圧、前記第２のスイッチの両端電圧、前記インダクタを介して流れる電流をモニタするモニタ手段と、前記モニタ手段によるモニタ結果に基づいて前記ヒューズの切断を検出する検出手段をさらに備えるようにしてもよい。この構成によれば、電池セル電圧均等化回路が複数のヒューズを有する場合、どのヒューズが切れたのかを容易に検出できる。

本発明によれば、直列に接続された複数の電池セルの電圧を均等化する電池セル電圧均等化回路において、電池セルおよび電池セル電圧均等化回路を過電流から保護することができる。

本発明の実施形態の電池セル電圧均等化回路の構成を示す図である。電池セル電圧均等化回路において想定される電流経路を説明する図である。ヒューズの数を削減した電池セル電圧均等化回路の実施例を示す図である。４個の電池セルの電圧を均等化する電池セル電圧均等化回路の構成を示す図である。図４に示す構成と比較してヒューズの数を削減した電池セル電圧均等化回路の実施例を示す図（その１）である。図４に示す構成と比較してヒューズの数を削減した電池セル電圧均等化回路の実施例を示す図（その２）である。ヒューズ切れを検出するための構成および方法を説明する図である。従来の電池セル電圧均等化回路の一例を示す図である。

図１は、本発明の実施形態の電池セル電圧均等化回路の構成を示す図である。実施形態の電池セル電圧均等化回路１は、直列に接続された充電可能な複数の電池セルの電圧を均等化する。図１に示す例では、電池セル電圧均等化回路１は、直列に接続された２個の電池セルＢ１、Ｂ２の電圧を均等化する。電池セルＢ１、Ｂ２は、電池１００の中に収容されている。

電池１００および電池セル電圧均等化回路１は、例えば、電気自動車またはエンジンとモータを併用するハイブリッド車に搭載される。この場合、電池１００は、不図示の充電器により充電される。また、電池１００は、少なくとも走行モータに電力を供給するために使用される。この場合、図１に示す負荷１１０は、インバータ等を含むモータである。さらに、電池１００は、車両の減速時等には、走行モータに起因して発生する回生電流により充電される。

電池セル電圧均等化回路１は、電池コントローラ２、ドライバ回路Ｄ１、Ｄ２、スイッチＳ１、Ｓ２、インダクタＬ、ヒューズｈ１〜ｈ３を有する。そして、電池セル電圧均等化回路１は、セルバランス制御指示が与えられると、電池セルＢ１、Ｂ２の電圧を均等化または略均等化する。

電池コントローラ２は、例えばマイコンを含んで構成される。この場合、電池コントローラ２は、不図示のメモリに格納されているセルバランス処理プログラムを実行するようにしてもよい。また、電池コントローラ２は、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等を利用して実現してもよい。

電池コントローラ２は、セルバランス制御指示が与えられると、電池セルＢ１、Ｂ２の電圧を均等化するセルバランス動作を実行する。セルバランス制御指示は、例えば、上位レイヤから与えられる。一例として、電池１００および電池セル電圧均等化回路１が車両に搭載されているときは、その車両を制御するＣＰＵによりセルバランス制御指示が発行される。あるいは、ユーザ入力に応じてセルバランス制御指示が発行されるようにしてもよい。そして、電池コントローラ２は、電池セルＢ１の電圧Ｅ１および電池セルＢ２の電圧Ｅ２をモニタしながら、電池セルＢ１、Ｂ２の電圧を均等化するための制御信号を生成する。この制御信号は、例えば、所定のデューティを有するパルス列信号である。なお、パルス列信号のデューティは、一定であってもよいし、一定でなくてもよい。そして、電池コントローラ２から出力される制御信号（すなわち、パルス列信号）は、ドライバ回路Ｄ１、Ｄ２に導かれる。

電池セルＢ１、Ｂ２の電圧は、それぞれ、電圧センサ３−１、３−２によって検出される。なお、電圧センサ３−１、３−２は、図１に示すように電池１００の外部に接続されてもよいし、電池１００の内部に設けられてもよい。

ドライバ回路Ｄ１は反転ドライバであり、ドライバ回路Ｄ２は非反転ドライバである。よって、電池コントローラ２がパルス列信号を出力すると、スイッチＳ１、Ｓ２は交互にＯＮ状態に制御される。すなわち、制御信号がＨレベルであるときは、ドライバ回路Ｄ１の出力はＬレベルであり、ドライバ回路Ｄ２の出力はＨレベルである。また、制御信号がＬレベルであるときは、ドライバ回路Ｄ１の出力はＨレベルであり、ドライバ回路Ｄ２の出力はＬレベルである。

スイッチＳ１、Ｓ２は、それぞれ、第１端子、第２端子、制御端子を備え、制御端子に印加される信号に応じて第１端子と第２の端子とを電気的に接続または遮断する。スイッチＳ１、Ｓ２は、特に限定されるものではないが、例えば、図１に示すように、それぞれＮＭＯＳトランジスタである。以下、スイッチＳ１、Ｓ２は、それぞれＮＭＯＳトランジスタであるものとする。この場合、第１端子、第２端子、制御端子は、それぞれ、ドレイン、ソース、ゲートに相当する。

スイッチＳ１のゲートは、ドライバ回路Ｄ１の出力端子に電気的に接続されている。スイッチＳ１のドレインは、ヒューズｈ１を介して、電池セルＢ１の正極に電気的に接続されている。スイッチＳ１のソースは、スイッチＳ２のドレインおよびインダクタＬの第１端子に電気的に接続されている。インダクタＬの第２端子は、ヒューズｈ２を介して、電池セルＢ１の負極および電池セルＢ２の正極に電気的に接続されている。

スイッチＳ２のゲートは、ドライバ回路Ｄ２の出力端子に電気的に接続されている。スイッチＳ２のドレインは、スイッチＳ１のソースおよびインダクタＬの第１端子に電気的に接続されている。スイッチＳ２のソースは、ヒューズｈ３を介して、電池セルＢ２の負極に電気的に接続されている。

ここで、電池セルＢ１の正極とスイッチＳ１のドレインとの間の経路を第１の経路と呼び、電池セルＢ１の負極および電池セルＢ２の正極と、スイッチＳ１のソースおよびスイッチＳ２のドレインとの間の経路を第２の経路と呼び、電池セルＢ２の負極とスイッチＳ２のソースとの間の経路を第３の経路と呼ぶことにする。そうすると、スイッチＳ１は、第１の経路を介して電池セルＢ１の正極に電気的に接続され、且つ、第２の経路を介して電池セルＢ１の負極に電気的に接続され、第１の経路と第２の経路とを電気的に接続または遮断する。同様に、スイッチＳ２は、第２の経路を介して電池セルＢ２の正極に電気的に接続され、且つ、第３の経路を介して電池セルＢ２の負極に電気的に接続され、第２の経路と第３の経路とを電気的に接続または遮断する。

次に、図１に示す電池セル電圧均等化回路１の動作を説明する。以下では、電池コントローラ２がセルバランス制御指示を受信した後の動作を記載する。なお、電池コントローラ２がセルバランス制御指示を受信した時点で、電池セルＢ１の電圧Ｅ１が電池セルＢ２の電圧Ｅ２よりも高いものとする。

電池コントローラ２は、電池セルＢ１、Ｂ２の電圧のバランスを制御する制御信号としてパルス列信号を出力する。制御信号がＬレベルであるときは、スイッチＳ１がＯＮ状態に制御され、スイッチＳ２がＯＦＦ状態に制御される。この状態においては、電池セルＢ１の正極からスイッチＳ１およびインダクタＬを介して電池セルＢ１の負極へ向かう電流が流れる。すなわち、電池セルＢ１の放電が行われる。これにより、電池セルＢ１の電圧が低下する。また、この電流によってインダクタＬにエネルギーが蓄積される。

続いて、制御信号がＨレベルに変化すると、スイッチＳ１がＯＦＦ状態に制御され、スイッチＳ２がＯＮ状態に制御される。この状態においては、インダクタＬに蓄積されているエネルギーにより、スイッチＳ２およびインダクタＬを介して電池セルＢ２を充電する方向に電流が流れる。これにより、電池セルＢ２の電圧が上昇する。したがって、上述のスイッチング動作を繰り返すことにより、電池セルＢ１、Ｂ２の電圧が互いに近づいてゆく。そして、電池コントローラ２は、電池セルＢ１、Ｂ２の電圧の差分が所定の閾値よりも小さくなると、セルバランス動作を終了する。この結果、電池セルＢ１、Ｂ２の電圧が均等化または略均等化される。

図２は、図１に示す電池セル電圧均等化回路１において想定される電流経路を示す。電池セル電圧均等化回路１においては、回路の状態に応じて、図２に示す３つの電流経路Ｋ１〜Ｋ３が想定される。

電流経路Ｋ１は、電池セルＢ１の正極から、ヒューズｈ１、スイッチＳ１、インダクタＬ、ヒューズｈ２を経由して電池セルＢ１の負極へ至る。この電流経路Ｋ１は、スイッチＳ１がＯＮ状態に制御され、スイッチＳ２がＯＦＦ状態に制御されているときに形成される。なお、電池セルＢ１の放電時には、図２において時計回り方向に電流経路Ｋ１を介して電流が流れ、電池セルＢ１の充電時には、図２において反時計回り方向に電流経路Ｋ１を介して電流が流れる。

電流経路Ｋ２は、電池セルＢ２の正極から、ヒューズｈ２、インダクタＬ、スイッチＳ２、ヒューズｈ３を経由して電池セルＢ２の負極へ至る。この電流経路Ｋ２は、スイッチＳ１がＯＦＦ状態に制御され、スイッチＳ２がＯＮ状態に制御されているときに形成される。なお、電池セルＢ２の放電時には、図２において時計回り方向に電流経路Ｋ２を介して電流が流れ、電池セルＢ２の充電時には、図２において反時計回り方向に電流経路Ｋ２を介して電流が流れる。

電流経路Ｋ３は、電池セルＢ１の正極から、ヒューズｈ１、スイッチＳ１、スイッチＳ２、ヒューズｈ３を経由して電池セルＢ２の負極へ至る。この電流経路Ｋ３は、スイッチＳ１およびＳ２の双方がＯＮ状態（または、ショート状態）であるときに形成される。すなわち、電流経路Ｋ３は、主に、電池セル電圧均等化回路１に不具合が生じたときに形成される。

電池セル電圧均等化回路１において過電流が発生したときは、その過電流が流れる経路上に設けられているヒューズが切れることになる。この結果、過電流が停止し、電池１００または電池セルＢ１、Ｂ２が保護される。同様に、電池セル電圧均等化回路１を構成するスイッチＳ１およびスイッチＳ２も過電流から保護される。

例えば、電流経路Ｋ１において過電流が発生したときは、ヒューズｈ１またはヒューズｈ２が切れる。これにより、電池セルＢ１やスイッチＳ１が過電流から保護される。また、電流経路Ｋ２において過電流が発生したときは、ヒューズｈ２またはヒューズｈ３が切れる。これにより、電池セルＢ２やスイッチＳ２が過電流から保護される。さらに、電流経路Ｋ３において過電流が発生したときは、ヒューズｈ１またはヒューズｈ３が切れる。これにより、電池セルＢ１およびＢ２やスイッチＳ１およびスイッチＳ２が過電流から保護される。

このように、図１および図２に示す構成では、電池１００に電気的に接続する各配線にそれぞれヒューズが挿入されている。この構成では、電池１００が直列に接続されたｎ個の電池セルを有している場合、電池セル電圧均等化回路１はｎ＋１個のヒューズを必要とする。ただし、電池セル電圧均等化回路１において、電池１００が直列に接続されたｎ個の電池セルを有する場合に、ヒューズの数をｎ＋１個より少なくすることもできる。図１および図２に示す構成と比較してヒューズの数を削減した電池セル電圧均等化回路の実施例を図３に示す。

図３（ａ）に示す例では、図１および図２に示す構成と比較すると、ヒューズｈ２が挿入されていない。この構成においては、電流経路Ｋ１で過電流が発生すると、ヒューズｈ１が切れる。また、電流経路Ｋ２で過電流が発生すると、ヒューズｈ３が切れる。更に、電流経路Ｋ３で過電流が発生すると、ヒューズｈ１またはｈ３が切れる。すなわち、電流経路Ｋ１〜Ｋ３のうちのいずれの経路で過電流が発生しても、ヒューズｈ１〜ｈ３のいずれかが切れるので、電池セルＢ１、Ｂ２およびスイッチＳ１、Ｓ２は過電流から保護される。

図３（ｂ）に示す例では、図１および図２に示す構成と比較すると、ヒューズｈ３が挿入されていない。この構成においては、電流経路Ｋ１で過電流が発生すると、ヒューズｈ１またはｈ２が切れる。また、電流経路Ｋ２で過電流が発生すると、ヒューズｈ２が切れる。更に、電流経路Ｋ３で過電流が発生すると、ヒューズｈ１が切れる。

図３（ｃ）に示す例では、図１および図２に示す構成と比較すると、ヒューズｈ１が挿入されていない。この構成においては、電流経路Ｋ１で過電流が発生すると、ヒューズｈ２が切れる。また、電流経路Ｋ２で過電流が発生すると、ヒューズｈ２またはｈ３が切れる。更に、電流経路Ｋ３で過電流が発生すると、ヒューズｈ３が切れる。

このように、図３に示す構成では、電池１００が直列に接続されたｎ個の電池セルを有する場合、電池セル電圧均等化回路１はｎ個のヒューズを有する。すなわち、図３に示す構成によれば、図１および図２に示す構成と比較すると、ヒューズの数を削減しながら、各電池セルＢ１、Ｂ２およびスイッチＳ１、Ｓ２を過電流から保護することができる。

ところで、上述の実施例では、記載を簡潔にするために、２個の電池セルの電圧を均等化するケースについて説明したが、実施形態の電池セル電圧均等化回路１は、３個以上の電池セルの電圧を均等化することもできる。以下、３個以上の電池セルの電圧を均等化する電池セル電圧均等化回路について説明する。

図４は、４個の電池セルの電圧を均等化する電池セル電圧均等化回路の構成を示す。この実施例では、電池セル電圧均等化回路は、スイッチＳ１〜Ｓ６、インダクタＬ１〜Ｌ３、ヒューズｈ１〜ｈ５、およびスイッチ制御回路４を有する。なお、電池セルＢ１〜Ｂ４は、直列に接続されている。

電池セルＢ１〜Ｂ２に対しては、スイッチＳ１〜Ｓ２およびインダクタＬ１が設けられる。ここで、スイッチＳ１〜Ｓ２およびインダクタＬ１は、図１に示すスイッチＳ１〜Ｓ２およびインダクタＬと同等の回路構成である。すなわち、スイッチＳ１の第１端子は、電池セルＢ１の正極に電気的に接続されている。また、スイッチＳ１の第２端子は、スイッチＳ２の第１端子に電気的に接続されると共に、インダクタＬ１を介して電池セルＢ１の負極に電気的に接続されている。ここで、電池セルＢ１の負極は、電池セルＢ２の正極に電気的に接続されている。さらに、スイッチＳ２の第２端子は、電池セルＢ２の負極に電気的に接続されている。

同様に、電池セルＢ２〜Ｂ３に対して、スイッチＳ３〜Ｓ４およびインダクタＬ２が設けられている。スイッチＳ３の第１端子は、電池セルＢ２の正極に電気的に接続されている。また、スイッチＳ３の第２端子は、スイッチＳ４の第１端子に電気的に接続されると共に、インダクタＬ２を介して電池セルＢ２の負極に電気的に接続されている。ここで、電池セルＢ２の負極は、電池セルＢ３の正極に電気的に接続されている。さらに、スイッチＳ４の第２端子は、電池セルＢ３の負極に電気的に接続されている。

同様に、電池セルＢ３〜Ｂ４に対して、スイッチＳ５〜Ｓ６およびインダクタＬ３が設けられている。スイッチＳ５の第１端子は、電池セルＢ３の正極に電気的に接続されている。また、スイッチＳ５の第２端子は、スイッチＳ６の第１端子に電気的に接続されると共に、インダクタＬ３を介して電池セルＢ３の負極に電気的に接続されている。ここで、電池セルＢ３の負極は、電池セルＢ４の正極に電気的に接続されている。さらに、スイッチＳ６の第２端子は、電池セルＢ４の負極に電気的に接続されている。

さらに、図４に示す電池セル電圧均等化回路は、電池セルＢ１〜Ｂ４に電気的に接続する各配線にそれぞれヒューズｈ１〜ｈ５を有する。
スイッチ制御回路４は、電池セルＢ１〜Ｂ４の電圧を均等化するように、スイッチＳ１〜Ｓ６を制御する。このとき、スイッチ制御回路４は、スイッチＳ１〜Ｓ６の各制御端子に対応する制御信号を与える。具体的には、スイッチ制御回路４は、電池セルＢ１、Ｂ２の電圧を均等化するときは、スイッチＳ１、Ｓ２を交互にＯＮ状態に制御し、電池セルＢ２、Ｂ３の電圧を均等化するときは、スイッチＳ３、Ｓ４を交互にＯＮ状態に制御し、電池セルＢ３、Ｂ４の電圧を均等化するときは、スイッチＳ５、Ｓ６を交互にＯＮ状態に制御する。電池セルＢ１、Ｂ２の電圧均等化、電池セルＢ２、Ｂ３の電圧均等化、電池セルＢ３、Ｂ４の電圧均等化は、例えば、時間分割方式で行われる。そして、スイッチ制御回路４は、電池セルＢ１〜Ｂ４の電圧の差分（例えば、最大値と最小値との差）が所定の閾値よりも小さくなるまで、上述のスイッチング動作を実行する。

上記構成の電圧均等化回路においては、図４に示す電流経路Ｋ１〜Ｋ９が想定される。電流経路Ｋ１〜Ｋ３は、図２に示す電流経路Ｋ１〜Ｋ３と実質的に同じである。電流経路Ｋ４〜Ｋ６および電流経路Ｋ７〜Ｋ９は、それぞれ、電流経路Ｋ１〜Ｋ３とほぼ同じ経路パターンである。ただし、電流経路Ｋ４〜Ｋ６は、電池セルＢ２、Ｂ３の電圧の均等化において形成され、電流経路Ｋ７〜Ｋ９は、電池セルＢ３、Ｂ４の電圧の均等化において形成される。

電流経路Ｋ１で過電流が発生すると、ヒューズｈ１またはｈ２が切れる。電流経路Ｋ２で過電流が発生すると、ヒューズｈ２またはｈ３が切れる。電流経路Ｋ３で過電流が発生すると、ヒューズｈ１またはｈ３が切れる。電流経路Ｋ４で過電流が発生すると、ヒューズｈ２またはｈ３が切れる。電流経路Ｋ５で過電流が発生すると、ヒューズｈ３またはｈ４が切れる。電流経路Ｋ６で過電流が発生すると、ヒューズｈ２またはｈ４が切れる。電流経路Ｋ７で過電流が発生すると、ヒューズｈ３またはｈ４が切れる。電流経路Ｋ８で過電流が発生すると、ヒューズｈ４またはｈ５が切れる。電流経路Ｋ９で過電流が発生すると、ヒューズｈ３またはｈ５が切れる。このように、いずれの電流経路で過電流が発生しても、電池セルＢ１〜Ｂ４およびスイッチＳ１〜Ｓ６はその過電流から保護される。

図５〜図６は、図４に示す構成と比較してヒューズの数を削減した電池セル電圧均等化回路の実施例を示す。図５（ａ）に示す構成では、図４に示す構成を比較すると、ヒューズｈ５が挿入されていない。同様に、図５（ｂ）、図５（ｃ）、図６（ａ）、図６（ｂ）に示す構成では、図４に示す構成と比較すると、それぞれ、ヒューズｈ４、ｈ３、ｈ２、ｈ１が設けられていない。図５〜図６に示す各構成においても、図４に示す電流経路Ｋ１〜Ｋ９で過電流が発生したときに、いずれかのヒューズが切れることで、電池セルＢ１〜Ｂ４およびスイッチＳ１〜Ｓ６は過電流から保護される。

上述の電池セル電圧均等化回路において、ヒューズの数をさらに削減してもよい。ただし、すべての電池セルＢ１〜Ｂ４およびスイッチＳ１〜Ｓ６を過電流から保護するためには、ある配線にヒューズを挿入しないときは、その配線から数えて２本目までの配線にはヒューズを設ける必要がある。例えば、図４においてヒューズｈ１を設けない場合には、ヒューズｈ２、ｈ３は削除することができない。また、ヒューズｈ２を設けない場合には、ヒューズｈ１、ｈ３、ｈ４は削除することができない。したがって、図４においてヒューズの個数を３個にまで削減する場合には、以下の３つの構成であれば、すべての電池セルＢ１〜Ｂ４およびスイッチＳ１〜Ｓ６を過電流から保護することができる。
（１）ヒューズｈ２、ｈ３、ｈ５が設けられ、ヒューズｈ１、ｈ４が無い構成
（２）ヒューズｈ２、ｈ３、ｈ４が設けられ、ヒューズｈ１、ｈ５が無い構成
（３）ヒューズｈ１、ｈ３、ｈ４が設けられ、ヒューズｈ２、ｈ５が無い構成
次に、ヒューズ切れの検出について説明する。以下では、図１に示す電池セル電圧均等化回路１がヒューズ切れ検出機能を備える場合について説明する。

図７は、電池セル電圧均等化回路１におけるヒューズ切れを検出するための構成および方法を説明する図である。電池セル電圧均等化回路１は、図１に示す構成に加えて、ヒューズ切れを検出するために電圧センサ５−１、５−２、および電流センサ６を有する。電圧センサ５−１は、スイッチＳ１の両端電圧を検出する。電圧センサ５−２は、スイッチＳ２の両端電圧を検出する。電流センサ６は、インダクＬに直列に設けられたシャント抵抗を含み、インダクＬを介して流れる電流を検出する。

ヒューズ切れの判定は、たとえば、図１に示す電池コントローラ２により行われる。この場合、電池コントローラ２は、電圧センサ３−１により検出される電池セルＢ１の電圧Ｅ１、電圧センサ３−２により検出される電池セルＢ２の電圧Ｅ２、電圧センサ５−１により検出されるスイッチＳ１の両端電圧Ｖ１、電圧センサ５−２により検出されるスイッチＳ２の両端電圧Ｖ２、および電流センサ６により検出されるインダクタ電流をモニタする。

（１）ヒューズｈ１の状態判定
ヒューズｈ１が切れていなければ、スイッチＳ１がＯＮ状態のときに電圧Ｖ１はゼロに近い値となり、スイッチＳ１がＯＦＦ状態のときに電圧Ｖ１はＥ１に近い値となる。これに対して、ヒューズｈ１が切れていると、スイッチＳ１がＯＮ状態のときに電圧Ｖ１はゼロに近い値となり、スイッチＳ１がＯＦＦ状態のときにも電圧Ｖ１はゼロに近い値のままである。したがって、電池コントローラ２は、電圧センサ５−１の出力をモニタすることにより、ヒューズｈ１の状態を判定できる。

（２）ヒューズｈ２の状態判定
Ｅ１≠Ｅ２であり、且つ、ヒューズｈ２が切れていなければ、スイッチＳ１またはＳ２がＯＮ状態に制御されたときに、インダクタＬを介して電流が流れる。これに対して、ヒューズｈ２が切れていれば、Ｅ１≠Ｅ２であっても、スイッチＳ１、Ｓ２の状態にかかわらずインダクタＬを介して電流は流れない。したがって、電圧センサ３−１、３−２の出力に基づいてＥ１≠Ｅ２が検出されているときは、電池コントローラ２は、電流センサ６の出力をモニタすることにより、ヒューズｈ２の状態を判定できる。

Ｅ１≒Ｅ２であるときは、電池コントローラ２は、スイッチＳ１、Ｓ２双方をＯＦＦ状態に制御する。この場合、ヒューズｈ２が切れていなければ、Ｖ２≒Ｅ２が得られる。これに対して、ヒューズｈ２が切れていれば、Ｖ２≠Ｅ２が検出される。したがって、電池コントローラ２は、電圧センサ３−２、５−２の出力をモニタすることにより、ヒューズｈ２の状態を判定できる。

（３）ヒューズｈ３の状態判定
ヒューズｈ３の状態判定は、ヒューズｈ１の状態を判定する方法とほぼ同じである。ただし、電池コントローラ２は、電圧センサ５−２の出力をモニタすることにより、ヒューズｈ３の状態を判定する。

１電池セル電圧均等化回路
２電池コントローラ
４スイッチ制御回路
１００電池

Claims

直列に接続された充電可能な第１の電池セルおよび第２の電池セルの電圧を均等化する電池セル電圧均等化回路であって、
第１の経路を介して前記第１の電池セルの正極に電気的に接続され、且つ、第２の経路を介して前記第１の電池セルの負極に電気的に接続され、前記第１の経路と前記第２の経路とを電気的に接続または遮断する第１のスイッチと、
前記第２の経路を介して前記第２の電池セルの正極に電気的に接続され、且つ、第３の経路を介して前記第２の電池セルの負極に電気的に接続され、前記第２の経路と前記第３の経路とを電気的に接続または遮断する第２のスイッチと、
前記第２の経路上に設けられるインダクタと、
前記第１〜第３の経路のうちの少なくとも１つに設けられるヒューズと、
を有することを特徴とする電池セル電圧均等化回路。
前記第１〜第３の経路のうちの２つに前記ヒューズがそれぞれ設けられる
ことを特徴とする請求項１に記載の電池セル電圧均等化回路。
前記第２の経路に前記ヒューズが設けられる構成では、前記ヒューズは、前記第１の電池セルの負極および前記第２の電池セルの正極と前記インダクタとの間に設けられる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電池セル電圧均等化回路。
前記第１のスイッチの両端電圧、前記第２のスイッチの両端電圧、前記インダクタを介して流れる電流をモニタするモニタ手段と、
前記モニタ手段によるモニタ結果に基づいて前記ヒューズの切断を検出する検出手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電池セル電圧均等化回路。