JP4590379B2 - 多直列蓄電セルを充放電させるシステム - Google Patents

Description

本発明は、多数の蓄電セルを直列接続して使用する多直列蓄電セルに関し、とくに、過充電や過放電等の監視機能を備えたものに関する。

キャパシタや二次電池などの蓄電セルを使用する場合、その蓄電セルが過充電または過放電の状態に陥らないよう、セルの状態を常時監視する必要がある。また、電気自動車やパソコンなどでは、各セルにそれぞれ蓄電されている電気容量の残量も常時監視することが望ましい。

キャパシタや二次電池などの蓄電セルは多数を直列に接続して使用する場合が多い。多数の蓄電セルが直列接続された多直列蓄電セルでは、図８または図９に示すように、直列接続されたセルＢ１〜Ｂ４のすべてに対してセル電圧を検出し、この検出に基づいて過充電や過放電の有無を判定し、この判定に基づいて充電または放電を停止させるシステムが提案されている（特許文献１参照）。

図８は、従来技術による過充電防止システムの構成例を示す。同図に示すシステムでは、直列接続された蓄電セル（Ｂ１〜Ｂ４）の直列端が通電制御回路４１を介して負荷機器１００に接続されている。負荷機器１００は、たとえば電気自動車の電動機などのように、充電のための発電機能を備えている。

通電制御回路４１はスイッチング素子であるＭＯＳ−ＦＥＴを用いて構成され、監視回路５５から発せられる過充電検出信号ｘ１によってオン・オフ制御される。ここで使用する監視回路５５は、電圧検出器３５と論理回路（ＯＲ論理）３８を用いて構成される。

電圧検出器３５は直列接続された全セル（Ｂ１〜Ｂ４）にそれぞれ設置されている。いずれか１つのセルの電圧が所定の過充電判定基準電圧Ｖｍよりも高くなると、そのセルに設置された電圧検出器３５から２値論理の過充電検出信号ｘ１が発せられる。この検出信号ｘ１は論理回路３８を介して通電制御回路４１に与えられる。通電制御回路４１は、検出信号ｘ１を受けることによりオンからオフに切換わって充電電流を遮断する。これにより、セル（Ｂ１〜Ｂ４）の過充電が自動的に防止される。

図９は、従来技術による過放電防止システムの構成例を示す。同図に示すシステムでは、直列接続された蓄電セル（Ｂ１〜Ｂ４）の直列端が通電制御回路４２を介して負荷機器１００に接続されている。

通電制御回路４２はスイッチング素子であるＭＯＳ−ＦＥＴを用いて構成され、監視回路５６から発せられる過放電検出信号ｙ１によってオン・オフ制御される。ここで使用する監視回路５６は電圧検出器３６と論理回路（ＯＲ論理）３９を用いて構成される。

電圧検出器３６は、上記過充電防止システムと同様、直列接続された全セル（Ｂ１〜Ｂ４）にそれぞれ設置されている。この過放電防止システムでは、いずれか１つのセルの電圧が所定の過放電判定基準電圧Ｖｓよりも低くなると、そのセルに設置された電圧検出器３６から２値論理の過放電検出信号ｙ１が発せられる。この検出信号ｙ１は論理回路３９を介して通電制御回路４２および負荷機器１００に与えられる。通電制御回路４２は、検出信号ｙ１を受けることによりオンからオフに切換わって放電電流を遮断する。これにより、セル（Ｂ１〜Ｂ４）の過放電が自動的に防止される。
特開２００４−８８８７８

上述した多直列蓄電セルでは、セル状態の監視回路５５，５６が電圧検出器３５，３６を用いて構成されている。その電圧検出器３５，３６は多直列蓄電セル（Ｂ１〜Ｂ４）の全セルにそれぞれ設置されている。しかし、この構成には次のような問題があった。

すなわち、電圧検出器３５，３６は反転入力（−）と非反転入力（＋）を有する差動演算アンプを用いて構成され、セル電圧を所定の判定基準電圧Ｖｍ，Ｖｓと比較することによりセルの状態を検出する。この検出を全セルにて行わせるためには、電圧検出器３５，３６をセルごとに設置するとともに、判定基準電圧Ｖｍ，Ｖｓもセルごとに作成する必要がある。

この場合、留意しなければいけないのは、直列接続されているセルの端子に現れる電圧には、そのセルの電圧だけではなく、セルの直列接続位置によって段階的に異なる電圧いわゆるオフセット電圧が加算されていることである。したがって、セルの電圧だけを基準電圧Ｖｍ，Ｖｓと比較させるためには、そのオフセット電圧をキャンセルさせるような回路手段（たとえばバイアス回路）をセルごとに設置しなければならないという面倒が生じる。

蓄電セルの直列接続数が少ない場合は、上記オフセット電圧をセルごとにキャンセルさせることもそれほど困難ではないが、たとえば電気自動車の動力電源や負荷平準化用の蓄電システムなどでは、数十〜数百といった多数の蓄電セルを直列接続して使用する場合が多い。このような多直列蓄電セルにおいてセルごとにオフセット電圧のキャンセルを適正に行わせることは、回路が著しく複雑化するため、実施が極めて困難である。

本発明は以上のような技術背景を鑑みたものであって、その目的は、全セルの状態を簡単かつ低コストな構成で的確に監視できるようにした多直列蓄電セルを提供することにある。さらに、その監視に基づいて、過充電または過放電を的確に防止できるようにした多直列蓄電セルを提供することにある。

本発明の上記以外の目的および構成については、本明細書の記述および添付図面からあきらかにする。

本発明が提供する解決手段は以下のとおりである。

第１の発明に係るシステムは、分説すると、つぎの事項（１）〜（８）により特定されるものである。
（１）多直列蓄電セルと、電圧バランス補正回路と、過充電監視回路とを備えたシステムであること
（２）多直列蓄電セルは、４個以上の偶数個の蓄電セルが直列に接続されること
（３）電圧バランス補正回路は、多直列蓄電セルにおいて隣り合う２個の蓄電セルの組み合わせ（奇数番セルと偶数番セルの組み合わせ）ごとに、インダクタ・第１スイッチ・第２スイッチを備えること
（４）インダクタの一端は、奇数番セルと偶数番セルの接続点に接続されること
（５）インダクタの他端は、第１スイッチを介して奇数番セルの他端に接続されるとともに、第２スイッチを介して偶数番セルの他端に接続されること
（６）各インダクタは、共通の磁心によって相互に誘導結合されること
（７）第１スイッチと第２スイッチは、相補的にオン・オフを繰り返すように制御されること
（８）過充電監視回路は、ひと組みの奇数番セルと偶数番セルに対してのみ付設され、当該奇数番セルの端子電圧が充電基準電圧を上回ったことを検出する第１検出回路と、当該偶数番セルの端子電圧が充電基準電圧を上回ったことを検出する第２検出回路とを備え、第１検出回路と第２検出回路のいずれかから検出信号が出力された際に過充電検出信号を出力すること

第２の発明に係るシステムは、分説すると、つぎの事項（11）〜（18）により特定されるものである。
（11）多直列蓄電セルと、電圧バランス補正回路と、過放電監視回路とを備えたシステムであること
（12）多直列蓄電セルは、４個以上の偶数個の蓄電セルが直列に接続されること
（13）電圧バランス補正回路は、多直列蓄電セルにおいて隣り合う２個の蓄電セルの組み合わせ（奇数番セルと偶数番セルの組み合わせ）ごとに、インダクタ・第１スイッチ・第２スイッチを備えること
（14）インダクタの一端は、奇数番セルと偶数番セルの接続点に接続されること
（15）インダクタの他端は、第１スイッチを介して奇数番セルの他端に接続されるとともに、第２スイッチを介して偶数番セルの他端に接続されること
（16）各インダクタは、共通の磁心によって相互に誘導結合されること
（17）第１スイッチと第２スイッチは、相補的にオン・オフを繰り返すように制御されること
（18）過放電監視回路は、ひと組みの奇数番セルと偶数番セルに対してのみ付設され、当該奇数番セルの端子電圧が放電基準電圧を下回ったことを検出する第１検出回路と、当該偶数番セルの端子電圧が放電基準電圧を下回ったことを検出する第２検出回路とを備え、第１検出回路と第２検出回路のいずれかから検出信号が出力された際に過放電検出信号を出力すること

多直列蓄電セルの全セルの状態を簡単かつ低コストな構成で的確に監視することが可能になり、これにより、過充電または過放電を確実に防止させることができる。

上記以外の作用／効果については、本明細書の記述および添付図面からあきらかにする。

図１は、本発明の第１実施形態による多直列蓄電セルを示す。同図に示す多直列蓄電セルは、偶数（２ｎ）個の蓄電セル（Ｂ１〜Ｂ２ｎ）が直列接続されるとともに、電圧バランス補正回路３１、通電制御回路４１、および過充電監視回路５１が設置されている。

電圧バランス補正回路３１は、インダクタ（Ｌｃ１，Ｌｃ２，・・・，Ｌｃｎ）とスイッチング回路Ｓａ，Ｓｂを用いて構成されている。この電圧バランス補正回路３１では、直列接続順で隣接する奇数番目と偶数番目の２つの蓄電セル（Ｂ１，Ｂ３，・・・，Ｂ２ｎ−１とＢ２，Ｂ４，・・・，Ｂ２ｎ）を対とし、各対ごとにインダクタ（Ｌｃ１，Ｌｃ２，・・・，Ｌｃｎ）を設置してある。

各インダクタ（Ｌｃ１，Ｌｃ２，・・・，Ｌｃｎ）はそれぞれ、スイッチング回路Ｓａ，Ｓｂを介して、奇数番目と偶数番目のセル（Ｂ１，Ｂ３，・・・，Ｂ２ｎ−１とＢ２，Ｂ４，・・・，Ｂ２ｎ）に交互に接続されるようになっている。

スイッチング回路Ｓａ，ＳｂはＭＯＳ−ＦＥＴを用いて構成され、図示を省略する２相パルス信号によって相補的にオン・オフさせられる。各スイッチング回路Ｓａ，Ｓｂにはそれぞれダイオードが並列に接続されているが、このダイオードはＭＯＳ−ＦＥＴのソース・ドレイン間に等価的に形成される寄生ダイオード（ボディーダイオード）によって形成されている。このダイオードは蓄電セルの電圧に対しては逆方向となるが、インダクタ電流に対しては順方向となるように接続している。

一方のスイッチング回路Ｓａがオンのときは、奇数番目のセル（Ｂ１，Ｂ３，・・・，Ｂ２ｎ−１）からインダクタ（Ｌｃ１〜Ｌｃｎ）にインダクタ電流が充電される。このとき、他方のスイッチング回路Ｓｂはオフとなっている。

一方のスイッチング回路Ｓａがオンからオフに切換えられ、かつ他方のスイッチング回路Ｓｂがオフからオンに切換えられると、インダクタ（Ｌｃ１〜Ｌｃｎ）に充電されたインダクタ電流は、他方のスイッチング回路Ｓｂを通して偶数番目のセル（Ｂ２，Ｂ４，・・・，Ｂｎ）を充電しながら放電されるようになる。

これにより、各対ごとに、２つのセル（Ｂ１，Ｂ３，・・・，Ｂ２ｎ−１とＢ２，Ｂ４，・・・，Ｂ２ｎ）の電圧を相互に均等化させる電圧バランス補正が行われる。

さらに、この実施形態では、２つのセルごとに設置されているインダクタ（Ｌｃ１〜Ｌｃｎ）を共通の磁心２２によって相互に誘導結合させている。これにより、各インダクタ（Ｌｃ１，Ｌｃ２，・・・，Ｌｃｎ）は互いに１対１の変圧比でトランス結合されている。

ここで、奇数番目のセル（Ｂ１，Ｂ３，・・・，Ｂ２ｎ−１）はそれぞれ、スイッチング回路Ｓａを介してインダクタ（Ｌｃ１，Ｌｃ２，・・・，Ｌｃｎ）に接続されている。スイッチング回路Ｓａは同相でオン・オフ動作するので、奇数番目のセル（Ｂ１，Ｂ３，・・・，Ｂ２ｎ−１）は、インダクタ（Ｌｃ１，Ｌｃ２，・・・，Ｌｃｎ）間のトランス結合により、互いに交流結合される。この交流結合により、奇数番目のセル（Ｂ１，Ｂ３，・・・，Ｂ２ｎ−１）間で電圧バランス補正動作が行われる。

偶数番目のセル（Ｂ２，Ｂ４，・・・，Ｂ２ｎ）もそれぞれ、スイッチング回路Ｓｂを介してインダクタ（Ｌｃ１，Ｌｃ２，・・・，Ｌｃｎ）に接続されることにより、互いに交流結合される。そして、この交流結合により、偶数番目のセル（Ｂ２，Ｂ４，・・・，Ｂ２ｎ）間でも電圧バランス補正動作が行われる。

このように、図１に示した電圧バランス補正回路３１では、奇数番目のセル（Ｂ１，Ｂ３，・・・，Ｂ２ｎ−１）間および偶数番目のセル（Ｂ２，Ｂ４，・・・，Ｂ２ｎ）間でそれぞれに電圧バランス補正が行われるとともに、奇数番目のセル（Ｂ１，Ｂ３，・・・，Ｂ２ｎ−１）と偶数番目のセル（Ｂ２，Ｂ４，・・・，Ｂ２ｎ）間でも電圧バランス補正が行われることにより、全セル（Ｂ１〜Ｂ２ｎ）の電圧バランス補正が行われる。

通電制御回路４１はスイッチング素子であるパワーＭＯＳ−ＦＥＴを用いて構成され、発電機能を有する負荷機器１００と多直列蓄電セル（Ｂ１〜Ｂｎ）の直列接続端との間に介在して充電電流の通電をオン・オフ制御する。この通電制御回路４１は、過充電監視回路５５から発せられる監視信号ｘ１によってオン・オフ操作される。過充電監視回路５５は、電圧検出器３５と論理回路（ＯＲ論理）３８を用いて構成される。電圧検出器３５は、反転入力（−）と非反転入力（＋）を有する差動演算アンプを用いて構成されている。

電圧検出器３５は、奇数番目のセル（Ｂ１，Ｂ３，・・・，Ｂ２ｎ−１）の中の２ｎ−１番目のセルＢ２ｎ−１と、偶数番目のセル（Ｂ２，Ｂ４，・・・，Ｂ２ｎ）の中の２ｎ番目のセルＢ２ｎだけに設置されている。つまり、奇数番目列と偶数番目列にそれぞれ１つの計２つだけが設置し、他のセルに設置されていない。

２つの電圧検出器３５はそれぞれ、セル（Ｂｎ−１，Ｂｎ）の電圧を所定の過充電判定基準電圧Ｖｍと比較することにより、そのセル（Ｂｎ−１，Ｂｎ）における過充電の有無を判定する。判定結果は２値論理で出力される。論理回路３８は、２つの電圧検出器３５の判定出力の論理和を監視信号ｘ１として出力し、通電制御回路４１にオン・オフ制御信号として与える。

これにより、通電制御回路４１は、２つのセル（Ｂｎ−１，Ｂｎ）のいずれかが過充電状態になると、過充電監視回路５５からの監視信号ｘ１によりオンからオフの状態に切換えられて充電電流を遮断する。

上述した過充電防止の動作は、２つのセル（Ｂｎ−１，Ｂｎ）の電圧を検出して行われる。ここで、電圧検出器３５が２つのセル（Ｂｎ−１，Ｂｎ）にしか設置されていないことにより、他のセルの電圧を検出することは行われない。しかし、電圧バランス補正回路３１により、全セル（Ｂ１〜Ｂ２ｎ）の電圧は常に、互いに同電圧となるようにバランス補正されている。

したがって、その電圧のバランス補正が行われているセル（Ｂ１，Ｂ３，・・・，Ｂ２ｎ−１とＢ２，Ｂ４，・・・，Ｂ２ｎ）の中では、どのセルから検出される電圧にも、セル全体の電圧が反映されている。つまり、いずれのセルの電圧にもセル全体の状態が反映される。これにより、特定のセル（Ｂｎ−１，Ｂｎ）の電圧だけを監視し、この監視に基づいて過充電防止を行うことで、セル全体に対する過充電防止を確実に行わせることができる。

以上のようにして、全セルの状態を簡単かつ低コストな構成で的確に検出することができる。そして、その検出に基づいて過充電を確実に防止できる。

また、上記実施形態では、特定セルとして奇数番目のセル（Ｂ２ｎ−１）と偶数番目のセル（Ｂｎ）を選択したが、これは次のような理由による。

すなわち、上記実施形態では、（１）奇数番目のセル（Ｂ１，Ｂ３，・・・，Ｂ２ｎ−１）間および偶数番目のセル（Ｂ２，Ｂ４，・・・，Ｂ２ｎ）間でそれぞれに電圧バランス補正が行われるとともに、（２）奇数番目のセル（Ｂ１，Ｂ３，・・・，Ｂ２ｎ−１）と偶数番目のセル（Ｂ２，Ｂ４，・・・，Ｂ２ｎ）間で電圧バランス補正が行われることにより、全セル（Ｂ１〜Ｂ２ｎ）の電圧バランス補正が行われる。

この場合、（１）の補正による電圧均等化の作用は、（２）の補正よる電圧均等化の作用よりも急速に現れる。したがって、この場合は、奇数番目のセル（Ｂ１，Ｂ３，・・・，Ｂ２ｎ−１）の代表である２ｎ−１番目のセルＢ２ｎ−１と、偶数番目のセル（Ｂ２，Ｂ４，・・・，Ｂ２ｎ）の代表である２ｎ番目のセルＢ２ｎとの２つに対して、電圧検出器３５による過充電監視を行うことにより、全セル（Ｂ１〜Ｂ２ｎ）の過充電監視を迅速かつ的確に行うことができる。そして、これにより、全セル（Ｂ１〜Ｂ２ｎ）に対する過充電防止を一層確実に行わせることができる。

さらに、上記実施形態では、直列接続列の端部に位置する蓄電セルＢ２ｎ−１，Ｂ２ｎから検出される特定セル電圧に基づいて監視信号ｘ１を生成するようにしている。直列接続列の端部に位置するセル（Ｂ２ｎ−１，Ｂ２ｎ）では、直列接続列の中間に位置するセルに比べて、セル電圧に加算されるオフセット電圧が小さい。したがって、その位置のセル（Ｂ２ｎ−１，Ｂ２ｎ）は、オフセット電圧をキャンセルしてセル電圧だけを検出するのに都合がよい。

図２は、本発明の第２実施形態による多直列蓄電セルを示す。この第２実施形態の基本的構成は上記第１実施形態と同様である。第１実施形態との相違に着目すると、この第２実施形態では、通電制御回路４２が放電電流の通電をオン・オフ制御し、監視回路５２が過放電の有無を判定する過放電監視回路として構成されている。

放電電流の通電制御回路４２は、充電電流の通電制御回路４１と同様、スイッチング素子であるパワーＭＯＳ−ＦＥＴを用いて構成され、過放電監視回路５２から発せられる監視信号ｙ１によってオン・オフ制御される。

監視回路５２は、電圧検出器３６と論理回路（ＯＲ論理）３９を用いて構成される。電圧検出器３６は、奇数番目のセル（Ｂ１，Ｂ３，・・・，Ｂ２ｎ−１）の中の２ｎ−１番目のセルＢ２ｎ−１と、偶数番目のセル（Ｂ２，Ｂ４，・・・，Ｂ２ｎ）の中の２ｎ番目のセルＢ２ｎだけに設置されている。

２つの電圧検出器３６はそれぞれ、セル（Ｂｎ−１，Ｂｎ）の電圧を所定の過放電判定基準電圧Ｖｓと比較することにより、そのセル（Ｂｎ−１，Ｂｎ）における過放電の有無を判定する。判定結果は２値論理で出力される。論理回路３９は、各電圧検出器３６の判定出力の論理和を監視信号ｙ１として出力する。

この監視信号ｙ１は、多直列蓄電セル（Ｂ１〜Ｂ２ｎ）から電流供給を受けている負荷機器１００へ送られるとともに、遅延回路４５を介して通電制御回路４２に制御信号として与えられる。

これにより、多直列蓄電セル（Ｂ１〜Ｂ２ｎ）が過放電状態になると、この状態が負荷機器１００に通知されるとともに、その通知から所定の遅延時間を経てから通電制御回路４２がオンからオフの状態に切換える。または、通知を受けた後に負荷装置から切断の許可を得た後、放電電流を遮断する。

この強制遮断は上記遅延回路４５にて設定される所定の猶予時間を置いて行われる。この猶予時間の間、負荷機器１００側では、電源遮断に先立って必要となるシーケンス処理、あるいは重負荷の切り離し等の処理を実行することができる。

図３は、本発明の第３実施形態による多直列蓄電セルを示す。この第３実施形態の基本的構成も上記第１または第２の実施形態とほぼ同様である。第１実施形態との相違に着目すると、この実施形態では、充電と放電の両電流をオン・オフ制御する通電制御回路４３と、セルに蓄電されている電気容量をアナログ的に検出するためのセル容量監視回路５３が設置されている。

通電制御回路４３は、充電電流と放電電流をそれぞれにオンオフ制御する双方向の方向性スイッチ回路であって、ＭＯＳ−ＦＥＴを用いて構成されている。セル容量監視回路５３は、アナログ電圧検出器３７を用いて構成されている。このアナログ電圧検出器３７は、多直列蓄電セル（Ｂ１〜Ｂ２ｎ）の列端に位置するセルＢ２ｎに設置され、このセルＢ２ｎの電圧と所定の基準電圧Ｖｒとの差分をアナログレベルの形で出力する。このアナログレベル信号がセル容量監視信号ｚ１として、負荷機器１００へ送信されるようになっている。

キャパシタや二次電池などの蓄電セルの電圧は、そのセルに蓄電されている電気容量の残量に応じて増減する。したがって、各セルにおける電気容量はそのセル電圧をアナログ検出することにより、定量的に検出することができる。

全セル（Ｂ１〜Ｂ２ｎ）における残り容量を的確に監視するためには、全セルに対してそれぞれセル電圧を検出する必要が生じるが、電圧バランス補正回路３１との組み合わせにより、少なくともいずれか１つのセルＢ２ｎのセル電圧をアナログ検出することにより、全セル（Ｂ１〜Ｂ２ｎ）における容量を的確に監視することができる。これは、電圧バランス補正回路３１の動作によって全セル（Ｂ１〜Ｂ２ｎ）の電圧が互いに均等化されていることによる。

上記により、負荷機器１００は、上記セル容量監視信号ｚ１に基づいて蓄電セルの残り容量を的確に判定することができ、必要ならば、たとえば容量切れアラーム発信などの処理を実行することができる。また、セル容量監視信号ｚ１に基づいて過充電または過放電の有無を判定し、この判定に基づいて通電制御回路４３を制御することにより、過充電防止または過放電防止も的確に行わせることができる。

図４は、本発明の第４実施形態による多直列蓄電セルを示す。この第４実施形態の基本的構成も上記第１〜第３の実施形態とほぼ同様である。それらの実施形態との相違に着目すると、この第４実施形態では、上記第１〜３の実施形態における監視回路５１〜５３の全機能を備えた複合監視回路５４が設置されている。

この複合監視回路５４は、過充電、過放電、およびセル容量の各状態をそれぞれに検出するセル状態検出回路５４１を用いて構成される。この検出回路５４１は前述した電圧検出器３５，３６，３７の機能を包含し、多直列蓄電セル（Ｂ１〜Ｂｎ）の中から選択された一部の特定セルに現れる電圧に基づいて、過充電または過放電の有無とセル容量の大小をそれぞれに検出する。各検出結果はそれぞれ監視信号ｘ１，ｙ１，ｚ１として出力され、負荷機器１００へ送信される。

この実施形態では、上記特定セルとして、直列接続列の端部にて互いに隣接する２つのセル（Ｂ２ｎ−１，Ｂ２ｎ）を選択してある。この２つのセル（Ｂ２ｎ−１，Ｂ２ｎ）の直列電圧が抵抗Ｒ１，Ｒ２で１／２分圧されてセル状態検出回路５４１に入力されるようになっている。セル状態検出回路５４１は、その分圧電圧に基づいて３種類の監視信号ｘ１，ｙ１，ｚ１を生成し、負荷機器１００へ送る。負荷機器１００は上記監視信号ｘ１，ｙ１，ｚ１に基づいて、過充電または過放電の有無と蓄電セルの残り容量をそれぞれ的確に判定することができる。

この場合、上記判定は２つのセル（Ｂ２ｎ−１，Ｂ２ｎ）にそれぞれに現れるセル電圧の平均値に基づいて行われる。これにより、２つのセル（Ｂ２ｎ−１，Ｂ２ｎ）の状態を１つの検出回路５４１で監視させることができる。このことは部品数およびコストの低減に有効である。また、２つのセル（Ｂ２ｎ−１，Ｂ２ｎ）の間に固体差によるバラツキあるいは誤差があったとしても、両セルの状態が平均化されて検出されることにより、そのバラツキや誤差からの影響を低減させることができる。

上記実施形態は１つの典型例であって、検出回路５４１は、過充電、過放電、残り容量のいずれか１つまたは２つだけに対応する検出回路に置き換えることが可能である。

図５は、本発明の第５実施形態による多直列蓄電セルを示す。この第５実施形態では、多直列蓄電セル（Ｂ１〜Ｂ４，Ｂ５〜Ｂ８）が複数（２つ）のモジュールＭ１，Ｍ２にグループ分けされている。つまり、２つの多直列蓄電セル（Ｂ１〜Ｂ４）が直列接続されている。各モジュールＭ１，Ｍ２にはそれぞれ、磁心２２によって互いに誘導結合されたインダクタＬｃ１，Ｌｃ２とスイッチング回路Ｓａ，Ｓｂとによる電圧バランス補正回路３１が設置されている。

監視回路５４は、モジュールＭ１，Ｍ２ごとに設置されたセル状態検出回路５４１を用いて構成されている。セル状態検出回路５４１は、モジュールＭ１，Ｍ２内でそれぞれ１つだけの特定蓄電セルＢ４に現れる特定セル電圧を検出し、この検出に基づいて、過充電、過放電、およびセル容量の各状態を検出する。過充電と過放電の検出結果はモジュールＭ１，Ｍ２ごとに２値論理で出力される。

各モジュールＭ１，Ｍ２からの２値検出信号は論理回路３８，３９に入力されて、監視項目ごとに論理和をとられる。この論理和信号が過充電および過放電の監視信号ｘ１，ｙ１として負荷機器へ送信される。

また、セル容量の検出結果はモジュールＭ１，Ｍ２ごとにアナログレベルで出力され、セル容量の監視信号ｚ１，ｚ２として負荷機器へ送信される。

図６は、本発明の第６実施形態による多直列蓄電セルを示す。この第６実施形態では、多直列蓄電セル（Ｂ１〜Ｂ４）の各セル電圧を均等化される電圧バランス補正回路３１が、トランスＴ１を用いたトランス結合方式で構成されている。

この方式の電圧バランス補正回路３１は、同一磁心２１に同一巻数で巻回されて相互に１対１の変圧比をなす複数のトランス・コイル（Ｌ１〜Ｌ４）と、互いに同相でオン・オフ動作させられるスイッチング回路Ｓｃを用いて構成されている。スイッチング回路ＳｃはＭＯＳ−ＦＥＴを用いて構成され、図示を省略する制御回路から与えられる一定周期のパルス信号（クロック信号）により、互いに同相でオン・オフ動作する。

各セル（Ｂ１〜Ｂ４）はそれぞれスイッチング回路Ｓｃを介してトランス・コイル（Ｌ１〜Ｌ４）に接続されることにより、互いに１対１の変圧比で交流結合される。これにより、各セル（Ｂ１〜Ｂ４）の電圧が同電圧となるようなバランス補正が行われる。この場合、監視回路５４は、直列接続された蓄電セル（Ｂ１〜Ｂ４）の１つに設置されたセル状態検出回路５４１を用いて構成することができる。

図７は、本発明の第７実施形態による多直列蓄電セルを示す。この第７実施形態では、多直列蓄電セル（Ｂ１〜Ｂ２ｎ）が複数（２つ）のモジュールＭ１，Ｍ２にグループ分けされ、各セル電圧の均等化は第１および第２の２つの電圧バランス補正回路３１，３２を用いて行われるようになっている。

第１の電圧バランス補正回路３１は、詳細な図示を省力するが、モジュールＭ１，Ｍ２内のセル間で電圧バランス補正を行う。第２の電圧バランス補正回路３２はトランス結合方式であって、モジュールＭ１，Ｍ２間で電圧バランス補正を行う。これにより、全セル（Ｂ１〜Ｂ２ｎ）の電圧が均等化されるようになっている。この場合、監視回路５４を構成するセル状態検出回路５４１は、いずれか１つのモジュールＭ２内の少なくとも１つのセルＢ２ｎに対してだけ設置すればよい。

以上、本発明をその代表的な実施例に基づいて説明したが、本発明は上述した以外にも種々の態様が可能である。

多直列蓄電セルの全セルの状態を簡単かつ低コストな構成で的確に監視することが可能になり、これにより、過充電または過放電を確実に防止させることができる。

本発明による多直列蓄電セルの第１実施形態を示す要部回路図である。 本発明による多直列蓄電セルの第１実施形態を示す要部回路図である。 本発明による多直列蓄電セルの第１実施形態を示す要部回路図である。 本発明による多直列蓄電セルの第１実施形態を示す要部回路図である。 本発明による多直列蓄電セルの第１実施形態を示す要部回路図である。 本発明による多直列蓄電セルの第１実施形態を示す要部回路図である。 本発明による多直列蓄電セルの第１実施形態を示す要部回路図である。 従来の多直列蓄電セルの第１構成例を示す要部回路図である。 従来の多直列蓄電セルの第２構成例を示す要部回路図である。

符号の説明

１００ 負荷機器
２１，２２ 磁心
３１，３２ 電圧バランス補正回路
３５ 電圧検出器（過充電監視用）
３６ 電圧検出器（過放電監視用）
３７ 電圧検出器（セル容量監視用）
３８，３９ 論理回路
４１，４２，４３ 通電制御回路
５１，５５ 過充電監視回路
５２，５６ 過放電監視回路
５３ セル容量監視回路
５４ 複合監視回路
５４１ セル状態検出回路
Ｂ１〜Ｂ２ｎ 蓄電セル
Ｍ１，Ｍ２ モジュール
Ｌｃ１〜Ｌｃｎ インダクタ
Ｌ１〜Ｌ４ トランス・コイル
Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ スイッチング回路
Ｔ１ トランス
Ｖｍ 過充電判定基準電圧
Ｖｓ 過放電判定基準電圧

Claims (2)

1. 多直列蓄電セルと、電圧バランス補正回路と、過充電監視回路とを備えたシステムであって、
   多直列蓄電セルは、４個以上の偶数個の蓄電セルが直列に接続され、
   電圧バランス補正回路は、多直列蓄電セルにおいて隣り合う２個の蓄電セルの組み合わせ（奇数番セルと偶数番セルの組み合わせ）ごとに、インダクタ・第１スイッチ・第２スイッチを備え、
   インダクタの一端は、奇数番セルと偶数番セルの接続点に接続され、
   インダクタの他端は、第１スイッチを介して奇数番セルの他端に接続されるとともに、第２スイッチを介して偶数番セルの他端に接続され、
   各インダクタは、共通の磁心によって相互に誘導結合され、
   第１スイッチと第２スイッチは、相補的にオン・オフを繰り返すように制御され、
   過充電監視回路は、ひと組みの奇数番セルと偶数番セルに対してのみ付設され、当該奇数番セルの端子電圧が充電基準電圧を上回ったことを検出する第１検出回路と、当該偶数番セルの端子電圧が充電基準電圧を上回ったことを検出する第２検出回路とを備え、第１検出回路と第２検出回路のいずれかから検出信号が出力された際に過充電検出信号を出力する
   システム。
2. 多直列蓄電セルと、電圧バランス補正回路と、過放電監視回路とを備えたシステムであって、
   多直列蓄電セルは、４個以上の偶数個の蓄電セルが直列に接続され、
   電圧バランス補正回路は、多直列蓄電セルにおいて隣り合う２個の蓄電セルの組み合わせ（奇数番セルと偶数番セルの組み合わせ）ごとに、インダクタ・第１スイッチ・第２スイッチを備え、
   インダクタの一端は、奇数番セルと偶数番セルの接続点に接続され、
   インダクタの他端は、第１スイッチを介して奇数番セルの他端に接続されるとともに、第２スイッチを介して偶数番セルの他端に接続され、
   各インダクタは、共通の磁心によって相互に誘導結合され、
   第１スイッチと第２スイッチは、相補的にオン・オフを繰り返すように制御され、
   過放電監視回路は、ひと組みの奇数番セルと偶数番セルに対してのみ付設され、当該奇数番セルの端子電圧が放電基準電圧を下回ったことを検出する第１検出回路と、当該偶数番セルの端子電圧が放電基準電圧を下回ったことを検出する第２検出回路とを備え、第１検出回路と第２検出回路のいずれかから検出信号が出力された際に過放電検出信号を出力する
   システム。

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