JP5772708B2 - 組電池の接続方法および組電池 - Google Patents

Description

本発明は、並列接続された電池パックからなる車両用組電池に関する。

いわゆるハイブリッドカー、プラグインハイブリッドカー、あるいはハイブリッドビークル、ハイブリッドエレクトリックビークルなどと呼ばれる、エンジンに加えてモータ（電動機）を動力源として備えた車両または輸送機械（以下、「車両等」と称する）が実用化されている。さらには、エンジンを備えずモータのみで車両を駆動する電気自動車も実用化されつつある。それらのモータを駆動する電源として、小型、大容量の特徴を有するリチウムイオン電池などが多く使用されるようになってきている。そして、このような用途においては、複数の電池セルを複数直列接続して構成される電池パックがさらに複数並列に接続される組電池として供給される場合がある。電池セルの直列接続により車両のモータを駆動するのに必要な電圧が得られ、電池パックの並列接続により必要な電流容量が得られる。

このような構成の従来の組電池では、並列接続された各電池パックの電圧間に電位差があると、組電池のメインリレーがオンして負荷に接続されたときに、電圧が高いほうの電池パックから電圧が低いほうの電池パックに向けて還流電流が発生する可能性があった。この還流電流は大小様々で、充放電サイクルに影響を与え電池寿命を短縮化させるほか、組電池の発煙・発火等の事故が発生する可能性がある。車両走行時は各電池パックの内部抵抗によって平衡が保たれていても、分極が解消することで電池間に電位差が生じることによって、還流電流が発生し、電池の故障に繋がる恐れがあった。

このような還流電流を防止するための従来技術として、次のような技術が知られている（例えば特許文献１に記載の技術）。第１のスイッチが、第１の電池装置の一方の電極を第１の接続線に接続した第１状態、非接続した第２状態及び抵抗を介して接続した第３状態のいずれか１つに切り替わる。第２のスイッチが、第２の電池装置の一方の電極を前記第１の接続線に接続した第１状態、非接続した第２状態及び抵抗を介して接続した第３状態のいずれか１つに切り替わる。そして、管理装置が、電池交換開始信号に応答して前記第１及び第２のスイッチを前記第１状態から前記第２状態にし、電池交換終了信号に応答して前記第２状態から前記第３状態にし、前記第１、第２の電池装置間の均等化が終了したことを示す均等化終了信号に応答して前記第３の状態から前記第１の状態に復帰させる。このような構成により、多並列接続の電池装置（組電池あるいは組電池モジュール）の中の１つを交換した時に生じる突入電流を低減する。

しかし、この従来技術は、電池交換時の突入電流を低減するだけで、例えば車両の実際の運用時に生じる電池パック間の電位差に基づいて発生する還流電流は防止できない。また、例えば車両の運用時には、イグニッションがオンされるときに、組電池のメインリレーが走行用モータ等の外部の負荷に接続されるときにも突入電流が発生する恐れがあるため、それを防止する回路も必要となり、回路規模が大きくなってしまうという問題点を有していた。

特開２０１１−１００６６９号公報

本発明は、組電池の動作時の還流電流および突入電流を緩和することを目的とする。

態様の一例は、複数の電池パックが並列に接続される組電池において、イグニッションがオフであるときに、各電池パックの電圧が均等でない場合に、突入電流防止用抵抗を介して各電池パック間に電流を流すことにより、各電池パックの電圧を均等化し、イグニッションをオンするときに、電池パックの出力を突入電流防止用抵抗を介して組電池に接続される負荷に接続し、その接続から所定時間が経過した後に、電池パックの出力を突入電流防止用抵抗を介さずに負荷に接続することを備える。

本発明によれば、還流電流および突入電流を緩和して組電池の品質を向上させるとともに、安全性を向上させ、長寿命化を図ることが可能となる。
また、本発明によれば、小さい回路規模で、組電池における並列電池パック間の還流電流の発生と、外部に接続される負荷に対する突入電流の発生を防止することが可能となる。

第１の実施形態によるバッテリシステムの構成図である。 第１の実施形態におけるバランス部の構成図である。 第１の実施形態の動作説明図である。 第１の実施形態の制御動作を示すタイミングチャートである。 第１の実施形態の車起動前の制御動作を示すフローチャートである。 第１の実施形態の車起動時の制御動作を示すフローチャート（その１）である。 第１の実施形態の車起動時の制御動作を示すフローチャート（その２）である。 第１の実施形態の車起動時の制御動作を示すフローチャート（その３）である。 第１の実施形態の走行中および走行終了時の制御動作を示すフローチャートである。 第２の実施形態によるバッテリシステムの構成図である。 第２の実施形態におけるバランス部の構成図である。 第２の実施形態の動作説明図である。 第２の実施形態の制御動作を示すタイミングチャートである。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、第１の実施形態によるバッテリシステム１００の構成図である。
図１において、バッテリシステム１００は、電池セルを複数（例えば数十から数百個）直列に接続して構成される電池パック１０１を複数（図１の例では＃１と＃２の２組）並列に接続して構成される車両用組電池である。

各電池パック１０１（＃１と＃２）のプラス極側には、電圧測定部１０３（＃１と＃２）が接続される。各電圧測定部１０３（＃１と＃２）は、各電池パック１０１（＃１と＃２）の各出力電圧を測定し、制御線群１０８を介して、バッテリＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒIｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ ＵｎIｔ）１０４に通知する。バッテリＥＣＵ１０４は、例えばマイクロプロセッサである。バッテリＥＣＵ１０４は、通信端子ＣＡを介して、車両全体を制御する特には図示しないＥＣＵからイグニッションのオンまたはオフの情報を受信等することにより、バッテリシステム１００の動作を制御する。

各電圧測定部１０３（＃１と＃２）は、バランス部１０２に接続される。バランス部１０２は、制御線群１０９を介してバッテリＥＣＵ１０４によって制御され、プラス側電力線１０６からプラス電極端子ＥＢ＋に接続される。バランス部１０２は、各電池パック１０１（＃１と＃２）間の還流電流を防止するとともに、プラス電極端子ＥＢ＋に接続される負荷（例えば車両の走行用モータ）に対する突入電流を防止しながら、その負荷に各電池パック１０１（＃１と＃２）が発生する電力を供給する。

各電池パック１０１（＃１と＃２）のマイナス極側には、メイン切替えスイッチであるメインリレー１０５が接続される。メインリレー１０５は、制御線１１０を介して接続されるバッテリＥＣＵ１０４の制御によって、バッテリシステム１００全体のオン／オフを制御する。メインリレー１０５は、マイナス側電力線１０７を介してマイナス電極端子ＥＢ−に接続される。

図２は、図１の構成を有するバッテリシステムの第１の実施形態におけるバランス部１０２の構成図である。
第１の切替えスイッチであるリレーＡの第１の端子は、第１の電池パックである図１の＃１の電池パック１０１の一出力端子に、＃１の電圧測定部１０３を介して接続される。また、リレーＡの第２の端子は、バッテリシステム１００の一外部出力端子である図１のプラス電極端子ＥＢ＋に、プラス側電力線１０６を介して接続される。

第２の切替えスイッチであるリレーＣの第１の端子は、第１の電池パックである＃１の電池パック１０１の一出力端子に、＃１の電圧測定部１０３を介して接続される。
抵抗Ｒの第１の端子は、第２の切替えスイッチであるリレーＣの第２の端子に接続される。抵抗Ｒの第２の端子は、バッテリシステム１００の一外部出力端子であるプラス電極端子ＥＢ＋に、プラス側電力線１０６を介して接続される。

第３の切替えスイッチであるリレーＤの第１の端子は、第２の切替えスイッチであるリレーＣの第２の端子に接続される。リレーＤの第２の端子は、第２の電池パックである図１の＃２の電池パック１０１の一出力端子に、＃２の電圧測定部１０３を介して接続される。

第４の切替えスイッチであるリレーＢの第１の端子は、第２の電池パックである＃２の電池パック１０１の一出力端子に、＃２の電圧測定部１０３を介して接続される。リレーＢの第２の端子は、バッテリシステム１００の一外部出力端子であるプラス電極端子ＥＢ＋に、プラス側電力線１０６を介して接続される。

図２に示される回路構成を有するバランス部１０２を備える図１のバッテリシステム１００において、バッテリＥＣＵ１０４は、制御線群１０９を介してバランス部１０２内のリレーＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを制御することにより、次の制御動作を実行する。バッテリＥＣＵ１０４は、イグニッションがオフであるときに、＃１および＃２の電池パック１０１の電圧が均等でない場合に、バランス部１０２内の抵抗Ｒ（図２）を介して＃１および＃２の電池パック１０１間に電流を流すことにより、＃１および＃２の電池パック１０１の電圧を均等化する。また、バッテリＥＣＵ１０４は、イグニッションをオンするときに、＃１および＃２の電池パック１０１の出力を、バランス部１０２内の抵抗Ｒを介してプラス電極端子ＥＢ＋に接続する。さらに、バッテリＥＣＵ１０４は、その接続から所定時間が経過した後に、＃１および＃２の電池パック１０１の出力を、バランス部１０２内で抵抗Ｒを介さずにプラス電極端子ＥＢ＋に直接接続する。

上述の第１の実施形態の制御動作について、以下に詳細に説明する。
図３は、上述の第１の実施形態の動作説明図、図４は、第１の実施形態の制御動作を示すタイミングチャートである。

イグニッションオフ時の初期状態は、図３（ａ）に示される状態Iである。この状態Iでは、リレーＡ、Ｂ、Ｃ、ＤとメインリレーＥ（図１の１０５）が全てオフ（ＯＦＦ）の状態である。

この状態で、図１のバッテリＥＣＵ１０４は、図１の各電圧測定部１０３（＃１および＃２）から、制御線群１０８を介して、各電池パック１０１（＃１および＃２）の各電圧V１およびV２を取得する。ここで、V１とV２が均等でない場合、バッテリＥＣＵ１０４は、制御線群１０９を介して、図１のバランス部１０２内の図２のリレーＡおよびＤをオン（ＯＮ）するとともにリレーＣおよびＢをオフすることにより、図３（ｂ）または図４の状態IIに遷移させる。なお図４において、各リレーＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅに対応するラインのハイレベルの状態がリレーオン、ローレベルの状態がリレーオフを示している。この結果、図３（ｂ）の状態IIにおいて、例えばV１＞V２であれば、太破線に示されるように、図１のバランス部１０２内の図２の抵抗Ｒを介して、＃１の電池パック１０１から＃２の電池パック１０１に向けて電流が流れる。これにより、＃１と＃２の電池パック１０１の各出力電圧V１およびV２が等しくなるように均等化される。この場合、抵抗Ｒによって、２つの電池パック１０１間に大電流が流れることが抑制されて、突入電流を回避することが可能となる。ここで、リレーＡ、Ｂの切替え回数を考慮して、バッテリＥＣＵ１０４は、図３（ｂ）に示される状態IIではなく、図３（ｃ）に示される状態IIIに遷移させてもよい。すなわち、バッテリＥＣＵ１０４は、制御線群１０９を介して、図１のバランス部１０２内の図２のリレーＣおよびＢをオンするとともにリレーＡおよびＤをオフすることにより、図３（ｃ）の状態IIIに遷移させる。図３（ｃ）の状態IIIにおいて、例えばV１＜V２であれば、太破線に示されるように、抵抗Ｒを介して＃２の電池パック１０１から＃１の電池パック１０１に向けて電流が流れる。これにより、＃１と＃２の電池パック１０１の各出力電圧V１およびV２が等しくなるように均等化される。この場合も、抵抗Ｒによって、２つの電池パック１０１間に大電流が流れることが抑制されて、突入電流を回避することが可能となる。リレーＡ、Ｂの切替え回数を考慮して図３（ｂ）の状態IIと図３（ｃ）の状態IIIが切り替えられることにより、リレーＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの寿命が偏って短縮してしまうことを回避することが可能となる。

上述の制御動作によって例えば状態IIでV１＝V２に均等化された後（図４参照）、車両の運転手がイグニッションをオンしたときには、バッテリＥＣＵ１０４は、イグニッションのオン（図４のIＧ−ＯＮ）を検出した後、以下の制御動作を実行する。バッテリＥＣＵ１０４は、制御線群１０９を介して、図１のバランス部１０２内の図２のリレーＡおよびＢをオフし、リレーＣおよびＤをオンし、メインリレーＥ（図１の１０５）をオンすることで、図３（ｄ）または図４の状態IVに遷移する。この状態IVでは、＃１および＃２の電池パック１０１の各出力が、図１のバランス部１０２内の図２の抵抗Ｒを介して、プラス電極端子ＥＢ＋に接続される。この結果、抵抗Ｒによって、プラス電極端子ＥＢ＋に接続される負荷（車両の走行用モータ等）に対する突入電流が抑制され、負荷の故障を回避することが可能となる。

状態IVによる接続から所定時間が経過して負荷が有する容量への蓄電が完了すると、バッテリＥＣＵ１０４は、制御線群１０９を介して図１のバランス部１０２内の図２のリレーＡおよびＢをオンし、リレーＣおよびＤをオフすることにより、図３（ｅ）または図４に示される状態Vに遷移する。この状態Vでは、＃１および＃２の電池パック１０１の各出力は、図１のバランス部１０２内において、図２の抵抗Ｒを介さずにリレーＡおよびＢを介して直接プラス電極端子ＥＢ＋に接続され、負荷が直接駆動される。

車両の走行が終了してイグニッションがオフ（図４のIＧ−ＯＦＦ）された後は、分極が解消することにより、再び図３（ａ）の状態Iから図３（ｂ）の状態IIに遷移する。
図５から図９は、上述の制御動作のさらに詳細な動作を実現するための、図１のバッテリＥＣＵ１０４によって実行される制御動作を示すフローチャートである。この制御動作は例えば、バッテリＥＣＵ１０４内の特には図示しないプロセッサが、特には図示しないメモリに記憶されたプログラムを実行する動作として実現される。

まず、車両起動前には、バッテリＥＣＵ１０４は、図５のフローチャートで示される制御動作を実行する。
始めは、バッテリＥＣＵ１０４は、図３（ａ）の状態Iを維持している（図５のステップＳ１）。

次に、バッテリＥＣＵ１０４は、図１の制御線群１０８を介して＃１および＃２の電圧測定部１０３が測定する＃１および＃２の電池パック１０１の各出力電圧V１およびV２を取得し、V１＝V２であるか否かを判定する（図５のステップＳ２）。

V１＝V２でステップＳ２の判定がＹＥＳならば、バッテリＥＣＵ１０４は、状態Iを継続する（図５のステップＳ３）。
V１＝V２ではなくステップＳ２の判定がＮＯならば、バッテリＥＣＵ１０４は、図１のバランス部１０２内のリレーＡの切替回数がリレーＢの切替回数以上であるか否かを判定する（図５のステップＳ４）。バッテリＥＣＵ１０４は、リレーＡおよびリレーＢの切替えを行うごとに、バッテリＥＣＵ１０４内のメモリ等に保持したリレーＡの切替回数とリレーＢの切替回数を示す値をインクリメントし、それらをステップＳ４の処理で参照する。

リレーＡの切替回数がリレーＢの切替回数よりも小さくステップＳ４の判定がＮＯならば、バッテリＥＣＵ１０４は、制御線群１０９を介して、図１のバランス部１０２内の図２のリレーＡおよびＤをオンするとともにリレーＣおよびＢをオフすることにより、図３（ｂ）または図４の状態IIに遷移させる（図５のステップＳ５）。

一方、リレーＡの切替回数がリレーＢの切替回数以上であってステップＳ４の判定がＹＥＳならば、バッテリＥＣＵ１０４は、制御線群１０９を介して、図１のバランス部１０２内の図２のリレーＣおよびＢをオンするとともにリレーＡおよびＤをオフすることにより、図３（ｃ）の状態IIIに遷移させる（図５のステップＳ６）。

以上のステップＳ５またはＳ６の処理により、＃１と＃２の電池パック１０１間で図１のバランス部１０２内の図２の抵抗Ｒを介して電流が流れ、＃１と＃２の電池パック１０１の各出力電圧V１およびV２が等しくなるように均等化の制御が実施される。

バッテリＥＣＵ１０４は、＃１と＃２の各電池パック１０１の出力電圧V１とV２が均等になったか否かを判定する（図５のステップＳ７）。
V１＝V２になりステップＳ７の判定がＹＥＳになると、バッテリＥＣＵ１０４は、制御線群１０９を介して図１のバランス部１０２内の全てのリレーＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄをオフして、図３（ａ）の状態Iに遷移する（図５のステップＳ８）。

まだV１＝V２になっておらずステップＳ７の判定がＮＯならば、バッテリＥＣＵ１０４は、イグニッションのオンによる起動信号を受信したか否かを判定する（図５のステップＳ９）。起動信号を受信しておらずステップＳ９の判定がＮＯならば、バッテリＥＣＵ１０４は、ステップＳ５の状態IIまたはステップＳ６の状態IIIを継続して、均等化の処理が続行される。起動信号を受信しステップＳ９の判定がＹＥＳになると、バッテリＥＣＵ１０４は、制御線群１０９を介して図１のバランス部１０２内の全てのリレーＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄをオフして、図３（ａ）の状態Iに遷移する（図５のステップＳ１０）。

以上の状態Iにおいて、バッテリＥＣＵ１０４は、車両のイグニッションがオンされて図１の通信端子ＣＡを介して起動信号を受信すると、図６から図８のフローチャートで示される制御動作を実行開始する。

まず、バッテリＥＣＵ１０４は、図１の制御線１１０を介してメインリレー１０５（メインリレーＥ）をＯＮする（図６のステップＳ１１）。
次に、バッテリＥＣＵ１０４は、図１の制御線群１０８を介して＃１および＃２の電圧測定部１０３が測定する＃１および＃２の電池パック１０１の各出力電圧V１およびV２を取得し、V１＝V２であるか否かを判定する（図６のステップＳ１２）。

V１＝V２でステップＳ１２の判定がＹＥＳならば、バッテリＥＣＵ１０４は、制御線群１０９を介して、図１のバランス部１０２内の図２のリレーＡおよびＢをオフし、リレーＣおよびＤをオンすることで、図３（ｄ）の状態IVに遷移する（図６のステップＳ１３）。この結果、＃１および＃２の電池パック１０１の各出力が、図１のバランス部１０２内の図２の抵抗Ｒを介して、プラス電極端子ＥＢ＋に接続される。そして、抵抗Ｒによって、プラス電極端子ＥＢ＋に接続される負荷（車両の走行用モータ等）に対する突入電流が抑制されながら、負荷への電力供給が開始される。

バッテリＥＣＵ１０４は、状態IVによる接続から所定時間が経過したか否かを判定する（図６のステップＳ１４）。
所定時間が経過しておらずステップＳ１４の判定がＮＯならば、バッテリＥＣＵ１０４は、現在の状態IVを継続し（図６のステップＳ１５）、ステップＳ１４の判定を繰り返し実行する。

状IVによる接続から所定時間が経過して負荷が有する容量への蓄電が完了してステップＳ１４の判定がＹＥＳになると、バッテリＥＣＵ１０４は、制御線群１０９を介して図１のバランス部１０２内の図２のリレーＡおよびＢをオンし、リレーＣおよびＤをオフする。これにより、図３（ｅ）の状態Vに遷移する（図６のステップＳ１６）。

イグニッションオン時にV１＝V２ではなくステップＳ１２の判定がＮＯならば、バッテリＥＣＵ１０４は、V１＞V２であるか否かを判定する（図７のステップＳ１７）。
V１＞V２であってステップＳ１７の判定がＹＥＳならば、バッテリＥＣＵ１０４は、制御線群１０９を介して図１のバランス部１０２内の図２のリレーＣをオンする（リレーＡ、Ｂ、Ｄはオフのままである）（図７のステップ１８）。この結果、図１の＃１の電池パック１０１の出力のみが、図１のバランス部１０２内の図２の抵抗Ｒを介してプラス電極端子ＥＢ＋に接続される。このように、電圧が高い＃１の電池パック１０１からのみ負荷への電力供給が行われ、結果的に、＃１の電池パック１０１の出力電圧V１が＃２の電池パック１０１の出力電圧V２に近づいて均等化されてゆく。

バッテリＥＣＵ１０４は、一定時間が経過したか否かを判定する（図７のステップＳ１９）。
一定時間が経過しておらずステップＳ１９の判定がＮＯならば、バッテリＥＣＵ１０４は、現在の接続状態を継続し（図７のステップＳ２０）、ステップＳ１９の判定を繰り返し実行する。

一定時間が経過しステップＳ１９の判定がＹＥＳになると、バッテリＥＣＵ１０４は、V１＝V２になったか否かを判定する（図７のステップＳ２１）。
V１＝V２になってステップＳ２１の判定がＹＥＳならば、バッテリＥＣＵ１０４は、制御線群１０９を介して、図１のバランス部１０２内の図２のリレーＡおよびＢをオフし、リレーＣおよびＤをオンすることで、図３（ｄ）の状態IVに遷移する（図７のステップＳ２２）。この結果、＃１および＃２の電池パック１０１の各出力が、図１のバランス部１０２内の図２の抵抗Ｒを介して、プラス電極端子ＥＢ＋に接続される。そして、抵抗Ｒによって、プラス電極端子ＥＢ＋に接続される負荷（車両の走行用モータ等）に対する突入電流が抑制されながら、負荷への電力供給が開始される。

バッテリＥＣＵ１０４は、状態IVによる接続から所定時間が経過したか否かを判定する（図７のステップＳ２３）。
所定時間が経過しておらずステップＳ２３の判定がＮＯならば、バッテリＥＣＵ１０４は、現在の状態IVを継続し（図７のステップＳ２４）、ステップＳ２３の判定を繰り返し実行する。

状態IVによる接続から所定時間が経過して負荷が有する容量への蓄電が完了してステップＳ２３の判定がＹＥＳになると、バッテリＥＣＵ１０４は、制御線群１０９を介して図１のバランス部１０２内の図２のリレーＡおよびＢをオンし、リレーＣおよびＤをオフする。これにより、図３（ｅ）の状態Vに遷移する（図６のステップＳ１６）。

一定時間が経過しステップＳ１９の判定がＹＥＳになってもV１＝V２になっておらずステップＳ２１の判定がＮＯならば、バッテリＥＣＵ１０４は、制御線群１０９を介して、図１のバランス部１０２内の図２のリレーＡおよびＤをオンするとともにリレーＣおよびＢをオフすることにより、図３（ｂ）の状態IIに遷移させる（図７のステップＳ２５）。これにより、＃１と＃２の電池パック１０１間で図１のバランス部１０２内の図２の抵抗Ｒを介して電流が流れ、＃１と＃２の電池パック１０１の各出力電圧V１およびV２が等しくなるように均等化の制御が強制的に実施される。

イグニッションオン時にV１＝V２ではなく図６のステップＳ１２の判定がＮＯとなった後、V１≦V２であって図７のステップＳ１７の判定がＮＯとなると、バッテリＥＣＵ１０４は、制御線群１０９を介して図１のバランス部１０２内の図２のリレーＤをオンする（リレーＡ、Ｂ、Ｃはオフのままである）（図８のステップＳ２６）。この結果、図１の＃２の電池パック１０１の出力のみが図１のバランス部１０２内の図２の抵抗Ｒを介してプラス電極端子ＥＢ＋に接続する。このように、電圧が高い＃２の電池パック１０１からのみ負荷への電力供給が行われ、結果的に、＃２の電池パック１０１の出力電圧V２が＃１の電池パック１０１の出力電圧V１に近づいて均等化されてゆく。

バッテリＥＣＵ１０４は、一定時間が経過したか否かを判定する（図８のステップＳ２７）。
一定時間が経過しておらずステップＳ２７の判定がＮＯならば、バッテリＥＣＵ１０４は、現在の接続状態を継続し（図８のステップＳ２８）、ステップＳ２７の判定を繰り返し実行する。

一定時間が経過しステップＳ２７の判定がＹＥＳになると、バッテリＥＣＵ１０４は、V１＝V２になったか否かを判定する（図８のステップＳ２９）。
V１＝V２になってステップＳ２９の判定がＹＥＳならば、バッテリＥＣＵ１０４は、制御線群１０９を介して、図１のバランス部１０２内の図２のリレーＡおよびＢをオフし、リレーＣおよびＤをオンすることで、図３（ｄ）の状態IVに遷移する（図８のステップＳ３０）。この結果、＃１および＃２の電池パック１０１の各出力が、図１のバランス部１０２内の図２の抵抗Ｒを介して、プラス電極端子ＥＢ＋に接続される。そして、抵抗Ｒによって、プラス電極端子ＥＢ＋に接続される負荷（車両の走行用モータ等）に対する突入電流が抑制されながら、負荷への電力供給が開始される。

バッテリＥＣＵ１０４は、状態IVによる接続から所定時間が経過したか否かを判定する（図８のステップＳ３１）。
所定時間が経過しておらずステップＳ３１の判定がＮＯならば、バッテリＥＣＵ１０４は、現在の状態IVを継続し（図８のステップＳ３２）、ステップＳ３１の判定を繰り返し実行する。

状態IVによる接続から所定時間が経過して負荷が有する容量への蓄電が完了してステップＳ３１の判定がＹＥＳになると、バッテリＥＣＵ１０４は、制御線群１０９を介して図１のバランス部１０２内の図２のリレーＡおよびＢをオンし、リレーＣおよびＤをオフする（図６のステップＳ１６）。これにより、図３（ｅ）の状態Vに遷移する。

一定時間が経過しステップＳ２７の判定がＹＥＳになってもV１＝V２になっておらずステップＳ２９の判定がＮＯならば、バッテリＥＣＵ１０４は、制御線群１０９を介して、図１のバランス部１０２内の図２のリレーＢおよびＣをオンするとともにリレーＡおよびＤをオフすることにより、図３（ｃ）の状態IIIに遷移させる（図８のステップＳ３３）。これにより、＃１と＃２の電池パック１０１間で図１のバランス部１０２内の図２の抵抗Ｒを介して電流が流れ、＃１と＃２の電池パック１０１の各出力電圧V１およびV２が等しくなるように均等化の制御が強制的に実施される。

図９は、図６から図８の車起動時の制御動作から走行中、さらに走行終了に移行するときのバッテリＥＣＵ１０４の制御動作を示すフローチャートである。
図９のステップＳ１６、Ｓ２５、およびＳ３３はそれぞれ、図６、図７、および図８の同じ番号のステップと同じ処理である。

ステップＳ１６で状態Vに移行すると、そのまま車両の走行状態に入る（図９のステップＳ３４）。
ステップＳ２５またはＳ３３で状態IIまたはIIIに遷移した後、バッテリＥＣＵ１０４は、＃１と＃２の各電池パック１０１の出力電圧V１とV２が均等になったか否かを判定する（図９のステップＳ３５）。

V１＝V２ではなくステップＳ３５の判定がＮＯならば、バッテリＥＣＵ１０４は、現在の状態IIまたはIIIを継続し（図９のステップＳ３６）、ステップＳ３５の判定を繰り返し実行する。

V１＝V２になりステップＳ３５の判定がＹＥＳになると、バッテリＥＣＵ１０４は、制御線群１０９を介して図１のバランス部１０２内の図２のリレーＡおよびＢをオンし、リレーＣおよびＤをオフする。これにより、図３（ｅ）の状態Vに遷移し、車両の走行状態に入る（図９のステップＳ３４）。

車両の走行が終了すると、バッテリＥＣＵ１０４は、制御線群１０９を介して図１のバランス部１０２内の全てのリレーＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄをオフして、図３（ａ）の状態Iに戻る。その後、バッテリＥＣＵ１０４は、図１のメインリレー１０５（メインリレーＥ）をオフし、図５のステップＳ１の処理に戻る（図９のステップＳ３７）。

以上のように、図１および図２に示される構成を有する第１の実施形態によるバッテリシステム１００では、＃１と＃２の２つの電池パック１０１の間で、適切に電圧の均等化が行われ、かつ各電池パック１０１および負荷への突入電流の発生が回避されながら、効率的な電力供給を行うことが可能となる。この結果、還流電流および突入電流を緩和してバッテリシステム１００の品質を向上させるとともに、安全性を向上させ、長寿命化を図ることが可能となる。また、第１の実施形態では、図１のバランス部１０２の回路規模は図２に示されるように小さい回路規模で済み、バッテリシステム１００のコストを低く抑えることが可能となる。

図１０は、第２の実施形態によるバッテリシステムの構成図である。図１のバッテリシステム１００が＃１と＃２の２つの電池パック１０１から構成されていたのに対して、図１０のバッテリシステム１００′は＃１、＃２、および＃３の３つの電池パック１０１から構成される。これに応じて、図１０のバランス部１０２′の構成が、図１のバランス部１０２の構成と異なる。その他の図１０の構成は、図１と同じである。

図１１は、図１０の構成を有するバッテリシステムの第２の実施形態におけるバランス部１０２′の構成図である。
図１１において、リレーＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄと抵抗Ｒの接続構成は、図２の第１の実施形態の場合と同様である。

図１１においてはさらに、第５の切替えスイッチであるリレーＦの第１の端子は、第２の切替えスイッチであるリレーＣの第２の端子に接続される。リレーＦの第２の端子は、第３の電池パックである図１０の＃３の電池パック１０１の一出力端子に、＃３の電圧測定部１０３を介して接続される。

第６の切替えスイッチであるリレーＧの第１の端子は、第３の電池パックである＃３の電池パック１０１の一出力端子に、＃３の電圧測定部１０３を介して接続される。リレーＧの第２の端子は、バッテリシステム１００の一外部出力端子であるプラス電極端子ＥＢ＋に、プラス側電力線１０６を介して接続される。

図１１に示される回路構成を有するバランス部１０２′を備える図１０のバッテリシステム１００′において、バッテリＥＣＵ１０４は、制御線群１０９を介してバランス部１０２内のリレーＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｆ、Ｇを制御することにより、次の制御動作を実行する。バッテリＥＣＵ１０４は、イグニッションがオフであるときに、＃１、＃２、または＃３の電池パック１０１の電圧が均等でない場合に、バランス部１０２内の抵抗Ｒ（図１１）を介して＃１、＃２、または＃３の電池パック１０１間に電流を流すことにより、＃１、＃２、または＃３の電池パック１０１の電圧を均等化する。また、バッテリＥＣＵ１０４は、イグニッションをオンするときに、＃１、＃２、または＃３の電池パック１０１の出力を、バランス部１０２内の抵抗Ｒを介してプラス電極端子ＥＢ＋に接続する。さらに、バッテリＥＣＵ１０４は、その接続から所定時間が経過した後に、＃１、＃２、または＃３の電池パック１０１の出力を、バランス部１０２内で抵抗Ｒを介さずにプラス電極端子ＥＢ＋に直接接続する。

上述の第２の実施形態の制御動作について、以下に詳細に説明する。
図１２は、上述の第２の実施形態の動作説明図、図１３は、第２の実施形態の制御動作を示すタイミングチャートである。

図１０のバッテリＥＣＵ１０４は、図１０の各電圧測定部１０３（＃１、＃２、および＃３）から、制御線群１０８を介して、各電池パック１０１（＃１、＃２、および＃３）の各電圧V１、V２，およびV３を取得する。ここで、V１、V２、またはV３が均等でない場合、バッテリＥＣＵ１０４は、制御線群１０９を介して例えば、図１０のバランス部１０２′内の図１１のリレーＡおよびＦをオンするとともにリレーＣ、Ｄ、Ｇ、およびＢをオフすることにより、図１２（ａ）または図１３の状態Iに遷移させる。なお図１３において、各リレーＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇに対応するラインのハイレベルの状態がリレーオン、ローレベルの状態がリレーオフを示している。この結果、図１２（ａ）の状態Iにおいて、例えばV１＞V３であれば、太破線に示されるように、図１０のバランス部１０２′内の図１１の抵抗Ｒを介して、＃１の電池パック１０１から＃３の電池パック１０１に向けて電流が流れる。これにより、＃１と＃３の電池パック１０１の各出力電圧V１およびV３が等しくなるように均等化される。この場合、抵抗Ｒによって、２つの電池パック１０１間に大電流が流れることが抑制されて、突入電流を回避することが可能となる。

上述の制御動作によって例えば状態IでV１＝V３に均等化された後（図１３参照）、バッテリＥＣＵ１０４は、制御線群１０９を介して例えば、図１０のバランス部１０２′内の図１１のリレーＣをオンしてから、リレーＡをオフし、さらにリレーＢをオンすることにより（リレーＦはオンのまま）、図１２（ｂ）または図１３の状態IIに遷移させる。この結果、図１２（ｂ）の状態IIにおいて、例えばV１＝V３＞V２であれば、太破線に示されるように、図１０のバランス部１０２′内の図１１の抵抗Ｒを介して、＃１および＃３の電池パック１０１から＃２の電池パック１０１に向けて電流が流れる。これにより、＃１および＃３と＃２の電池パック１０１の各出力電圧V１、V３およびV２が等しくなるように均等化される。この場合、抵抗Ｒによって、３つの電池パック１０１間に大電流が流れることが抑制されて、突入電流を回避することが可能となる。

上述の制御動作によって例えば状態IIでV１＝V３＝V２に均等化された後（図１３参照）、車両の運転手がイグニッションをオンしたときには、バッテリＥＣＵ１０４は、イグニッションのオン（図１３のIＧ−ＯＮ）を検出した後、以下の制御動作を実行する。バッテリＥＣＵ１０４は、制御線群１０９を介して、図１０のバランス部１０２′内の図１１のリレーＤをオンしてから、リレーＢをオフし、メインリレーＥ（図１０の１０５）をオンすることで（リレーＣ、Ｆはオンのまま）、図１２（ｃ）または図１３の状態IIIに遷移する。この状態IIIでは、＃１、＃２、および＃３の電池パック１０１の各出力が、図１０のバランス部１０２′内の図１１の抵抗Ｒを介して、プラス電極端子ＥＢ＋に接続される。この結果、抵抗Ｒによって、プラス電極端子ＥＢ＋に接続される負荷（車両の走行用モータ等）に対する突入電流が抑制され、負荷の故障を回避することが可能となる。

状態IIIによる接続から所定時間が経過して負荷が有する容量への蓄電が完了すると、バッテリＥＣＵ１０４は、制御線群１０９を介して図１０のバランス部１０２′内の図１１のリレーＡ、Ｂ、およびＧをオンし、リレーＣ、Ｄ、およびＦをオフすることにより、図１２（ｄ）または図１３に示される状態IVに遷移する。この状態IVでは、＃１、＃２、および＃３の電池パック１０１の各出力は、図１０のバランス部１０２′内において、図１１の抵抗Ｒを介さずにリレーＡ、Ｂ、およびＧを介して直接プラス電極端子ＥＢ＋に接続され、負荷が直接駆動される。

車両の走行が終了してイグニッションがオフ（図１３のIＧ−ＯＦＦ）された後は、分極が解消することにより、再び図１２（ａ）の状態IIに遷移する。
以上のようにして、第２の実施形態では、電池パック１０１が＃１、＃２、＃３の３組ある場合においても、第１の実施形態の場合と同様に、＃１、＃２、および＃３の３つの電池パック１０１の間で、適切に電圧の均等化が行われ、かつ各電池パック１０１および負荷への突入電流の発生が回避されながら、効率的な電力供給を行うことが可能となる。

以上第１の実施形態では２つ、第２の実施形態では３つの電池パックが並列接続されたバッテリシステムについて、組電池の動作時の還流電流を防止する構成について開示したが、電池パックが４つ以上並列の場合も、同様の考えで、回路規模の小さいなバランス部を構成することが可能である。

１００、１００′ バッテリシステム
１０１ 電池パック
１０２、１０２′ バランス部
１０３ 電圧測定部
１０４ バッテリＥＣＵ（エレクトリックコントロールユニット）
１０５、Ｅ メインリレー
１０６ プラス側電力線
１０７ マイナス側電力線
１０８、１０９ 制御線群
１１０ 制御線
ＥＢ＋ プラス電極端子
ＥＢ− マイナス電極端子
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｆ、Ｇ リレー
Ｒ 抵抗

Claims (9)

1. 複数の電池パックが並列に接続される組電池において、
   イグニッションがオフであるときに、前記各電池パックの電圧が均等でない場合に、突入電流防止用抵抗を介して前記各電池パック間に電流を流すことにより、前記各電池パックの電圧を均等化し、
   イグニッションをオンするときに、前記電池パックの出力を前記突入電流防止用抵抗を介して前記組電池に接続される負荷に接続し、
   該接続から所定時間が経過した後に、前記電池パックの出力を前記突入電流防止用抵抗を介さずに前記負荷に接続する、
   ことを備えることを特徴とする組電池の接続方法。
2. 前記イグニッションをオンするときに、
   前記各電池パックの電圧が等しい場合には、全ての前記電池パックの出力を前記突入電流防止用抵抗を介して前記負荷に接続し、該接続から前記所定時間が経過した後に、全ての前記電池パックの出力を前記突入電流防止用抵抗を介さずに前記負荷に接続し、
   前記各電池パックの電圧が均等でない場合には、電圧が高い前記電池パックの出力を前記突入電流防止用抵抗を介して前記負荷に接続し、
   該接続から前記所定時間が経過した後に、
   前記各電池パックの電圧が均等になっている場合には、全ての前記電池パックの出力を前記突入電流防止用抵抗を介して前記負荷に接続し、該接続からさらに前記所定時間が経過した後に、全ての前記電池パックの出力を前記突入電流防止用抵抗を介さずに前記負荷に接続し、
   前記各電池パックの電圧が均等になっていない場合には、電圧が高い前記電池パックの出力を前記突入電流防止用抵抗を介さずに前記負荷に接続し、該接続の後前記各電池パックの電圧が均等になったら、全ての前記電池パックの出力を前記突入電流防止用抵抗を介さずに前記負荷に接続する、
   ことを備えることを特徴とする請求項１に記載の組電池の接続方法。
3. 第１および第２の電池パックが並列に接続される組電池であって、
   第１の端子が前記第１の電池パックの一出力端子に接続され第２の端子が前記組電池の一外部出力端子に接続される第１の切替えスイッチと、
   第１の端子が前記第１の電池パックの一出力端子に接続される第２の切替えスイッチと、
   第１の端子が前記第２の切替えスイッチの第２の端子に接続され、第２の端子が前記一外部出力端子に接続される抵抗と、
   第１の端子が前記第２の切替えスイッチの第２の端子に接続され、第２の端子が前記第２の電池パックの一出力端子に接続される第３の切替えスイッチと、
   第１の端子が前記第２の電池パックの一出力端子に接続され第２の端子が前記一外部出力端子に接続される第４の切替えスイッチと、
   前記組電池全体のオンまたはオフを制御するメイン切替えスイッチと、
   を備えることを特徴とする組電池。
4. イグニッションがオフであるときに、前記第１および第２の電池パックの電圧が均等でない場合に、前記抵抗を介して前記第１および第２の電池パック間に電流を流すことにより前記第１および第２の電池パックの電圧を均等化し、
   イグニッションをオンするときに、前記第１または第２の電池パックの出力を前記抵抗を介して前記一外部出力端子に接続し、
   該接続から所定時間が経過した後に、前記第１または第２の電池パックの出力を前記抵抗を介さずに前記一外部出力端子に接続する、
   ように前記第１、第２、第３、または第４の切替えスイッチを制御することを特徴とする請求項３に記載の組電池。
5. イグニッションがオフで前記メイン切替えスイッチがオフのときに、前記第１および第２の電池パックの各出力電圧が均等でない場合に、前記第１および第３の切替えスイッチをオンするとともに前記第２および第４の切替えスイッチをオフすることにより、または前記第２および第４の切替えスイッチをオンするとともに前記第１および第３の切替えスイッチをオフすることにより、前記抵抗を介して前記第１および第２の電池パック間に電流を流して前記第１および第２の電池パックの各出力電圧を均等化する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の組電池。
6. 前記イグニッションがオフで前記メイン切替えスイッチがオフのときに、前記第１および第２の電池パックの各出力電圧が均等でない場合に、前記第１の切替えスイッチの切替回数が前記第４の切替えスイッチの切替回数よりも小さい場合には、前記第１および第３の切替えスイッチをオンするとともに前記第２および第４の切替えスイッチをオフし、前記第１の切替えスイッチの切替回数が前記第４の切替えスイッチの切替回数以上である場合には、前記第２および第４の切替えスイッチをオンするとともに前記第１および第３の切替えスイッチをオフする、
   ことを特徴とする請求項５に記載の組電池。
7. 前記イグニッションをオンするときに、
   前記第１および第２の電池パックの電圧が等しい場合には、前記第１および第４の切替えスイッチをオフし前記第２および第３の切替えスイッチをオンし前記メイン切替えスイッチをオンしてイグニッションをオンすることにより、前記第１および第２の電池パックの各出力を前記抵抗を介して前記一外部出力端子に接続し、該接続から前記所定時間が経過した後に、前記第１および第４の切替えスイッチをオンし前記第２および第３の切替えスイッチをオフすることにより、前記第１および第２の電池パックの各出力を前記抵抗を介さずに前記一外部出力端子に接続し、
   前記各電池パックの電圧が均等でない場合には、前記第１および第４の切替えスイッチをオフし、前記第２または第３の切替えスイッチのうち電圧が高いほうの前記電池パックに接続される切替えスイッチのみをオンすることにより、前記電圧が高いほうの前記電池パックの出力を前記抵抗を介して前記一外部出力端子に接続し、
   該接続から前記所定時間が経過した後に、
   前記第１および第２の電池パックの電圧が均等になっている場合には、前記第１および第４の切替えスイッチをオフし前記第２および第３の切替えスイッチをオンし前記メイン切替えスイッチをオンしてイグニッションをオンすることにより、前記第１および第２の電池パックの各出力を前記抵抗を介して前記一外部出力端子に接続し、該接続からさらに前記所定時間が経過した後に、前記第１および第４の切替えスイッチをオンし前記第２および第３の切替えスイッチをオフすることにより、前記第１および第２の電池パックの各出力を前記抵抗を介さずに前記一外部出力端子に接続し、
   前記各電池パックの電圧が均等になっていない場合には、前記第２および第３の切替えスイッチをオフし、前記第１または第４の切替えスイッチのうち電圧が高いほうの前記電池パックに接続される切替えスイッチのみをオンすることにより、前記電圧が高いほうの前記電池パックの出力を前記抵抗を介さずに前記一外部出力端子に接続し、該接続の後前記第１および第２の電池パックの電圧が均等になったら、前記第１および第４の切替えスイッチをオンし前記第２および第３の切替えスイッチをオフすることにより、前記第１および第２の電池パックの各出力を前記抵抗を介さずに前記一外部出力端子に接続する、
   ことを特徴とする請求項４ないし６のいずれかに記載の組電池。
8. 第１、第２、および第３の電池パックが並列に接続される組電池であって、
   第１の端子が前記第１の電池パックの一出力端子に接続され第２の端子が前記組電池の一外部出力端子に接続される第１の切替えスイッチと、
   第１の端子が前記第１の電池パックの一出力端子に接続される第２の切替えスイッチと、
   第１の端子が前記第２の切替えスイッチの第２の端子に接続され、第２の端子が前記一外部出力端子に接続される抵抗と、
   第１の端子が前記第２の切替えスイッチの第２の端子に接続され、第２の端子が前記第２の電池パックの一出力端子に接続される第３の切替えスイッチと、
   第１の端子が前記第２の電池パックの一出力端子に接続され第２の端子が前記一外部出力端子に接続される第４の切替えスイッチと、
   第１の端子が前記第２の切替えスイッチの第２の端子に接続され、第２の端子が前記第３の電池パックの一出力端子に接続される第５の切替えスイッチと、
   第１の端子が前記第３の電池パックの一出力端子に接続され、第２の端子が前記一外部出力端子に接続される第６の切替えスイッチと、
   前記組電池全体のオンまたはオフを制御するメイン切替えスイッチと、
   を備えることを特徴とする組電池。
9. イグニッションがオフであるときに、前記第１、第２、または第３の電池パックの電圧が均等でない場合に、前記抵抗を介して前記第１、第２、または第３の電池パック間に電流を流すことにより前記第１、第２、または第３の電池パックの電圧を均等化し、
   イグニッションをオンするときに、前記第１、第２、または第３の電池パックの出力を前記抵抗を介して前記一外部出力端子に接続し、
   該接続から所定時間が経過した後に、前記第１、第２、または第３の電池パックの出力を前記抵抗を介さずに前記一外部出力端子に接続する、
   ように前記第１、第２、第３、第４、第５、または第６の切替えスイッチを制御することを特徴とする請求項８に記載の組電池。