JP5911673B2

JP5911673B2 - 電源装置

Info

Publication number: JP5911673B2
Application number: JP2011095534A
Authority: JP
Inventors: 公彦古川
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2016-04-27
Anticipated expiration: 2031-04-21
Also published as: CN102347629A; US8754654B2; EP2421113A2; EP2421113A3; CN102347629B; US20120025836A1; KR20120012439A; JP2012050316A

Description

本発明は、多数の電池セルを直列に接続している組電池を備える電源装置に関し、とくに各々の電池セルの電圧を検出して安全に充放電する電源装置に関する。

大きな出力が要求される組電池は、多数の電池セルを直列に接続して出力電圧を高くしている。この組電池は、電池セルを直列に接続しているので、全ての電池セルの充電電流と放電電流は同じとなる。しかしながら、多数の電池セルを直列に接続する組電池は、全ての電池セルの特性を完全には同じにはできないので、電気特性のアンバランスによって、特定の電池セルが過充電されたり、あるいは過放電されることがある。電池セルは、過充電や過放電によって著しく劣化し、さらに危険な状態となることもある。この弊害を防止するために、多数の電池セルを直列に接続している組電池は、各々の電池セルの電圧を検出して、充放電をコントロールしている。たとえば、組電池が充電される状態で、特定の電池セルの電圧が所定の最高電圧よりも高くなると充電を停止し、また、放電される充電で、特定の電池セルの電圧が所定の最低電圧よりも低くなると放電を停止して、電池を保護しながら充放電している。

各々の電池セルを保護しながら充放電する電源装置は、各々の電池セルの電圧を検出する電圧検出回路を備えており、この電圧検出回路で検出される電池セルの電圧で、充放電をコントロールしている。電圧検出回路は、電圧検出ラインを介して電池セルのプラス側とマイナス側とに接続している。多数の電池セルを直列に接続している電源装置は、多数の電圧検出ラインを介して電池セルに接続されるので、いずれかの電圧検出ラインが断線すると電池セルの電圧を正常に検出できなくなる。

ところで、多数の電池セルを直列に接続している電源装置は、図１に示すように、複数の電池ユニット９０で構成している（特許文献１参照）。電池ユニット９０は、複数の電池セル９３を直列に接続している電池ブロック９２と、電池ブロック９２を構成する電池セル９３の電圧を検出する電圧検出回路９４と、電圧検出回路９４の電源に電力を供給する電源回路９５とを備えている。複数の電池ブロック９２が直列に接続されて組電池９１としている。

この図に示す電源装置は、各々の電池ユニット９０が、電池ブロック９２を構成する電池セル９３の電圧を検出する電圧検出回路９４を備えている。各々の電圧検出回路９４を動作状態とする電源は、各々の電池ブロック９２から供給している。電池ブロック９２から電圧検出回路９４に動作電力を供給する電源回路９５は、ＤＣ／ＤＣコンバータが使用される。この図に示すように、組電池９１を複数の電池ブロック９２として、これを直列に接続している電源装置は、各々の電池ブロック９２に残容量のアンバランスが発生する。残容量のアンバランスは、特定の電池ブロック９２を過充電とし、あるいは過放電とする確率が高くなって、電池を劣化させる原因となる。したがって、アンバランスを解消するために、各々の電池ブロック９２に均等化回路９７を接続している。すなわち、従来の電源装置は、電池ブロック９２のアンバランスをより少なくするように設計される。

ところが、複数の電池ブロック９２を直列に接続して組電池９１とする電源装置は、各々の電池ユニット９０の電源回路９５の電流のアンバランスが電圧検出ライン９６の断線の検出を阻害する。正常な状態では電流が流れる電圧検出ライン９６が断線すると、電流が流れなくなって、電圧検出回路９４で検出される検出電圧が変化する。したがって、正常な状態で電流が流れる状態にある電圧検出ライン９６は、断線の判定ができる。しかしながら、正常な状態で電流が流れない電圧検出ライン９６は、断線しても電流値が変化しないので、電圧検出回路９４で検出される電圧が変化せず、電圧検出ライン９６の断線は判定できない。正常な状態で電流の流れない電圧検出ライン９６の断線が判定できないのは、電流が流れない状態は無限大の抵抗で接続された状態と同じ状態となるからである。

ところが、図１に示すように、複数の電池ブロック９２を直列に接続している電源装置は、電池ブロック９２の電源回路９５の消費電流によっては、いずれかの電圧検出ライン９６に電流が流れない状態となることがあり、電流が流れない電圧検出ライン９６の断線を検出できない状態となることがある。

その原理を図２と図３に示す。図２の電源装置は、６個の電池セル７３を直列に接続して電池ブロック７２として、３組の電池ブロック７２を直列に接続して組電池７１としている。図２の回路構成において、各々の電池セル７３には入力抵抗７９が接続されることから、電池セル７３には入力抵抗７９によって入力電流（Ｉｄ）が流れる。さらに、電池ブロック７２には電圧検出回路７４に電力を供給する電源回路７５の消費電流（Ｉｐ）が流れる。電源回路７５はＤＣ／ＤＣコンバータが使用されるので、電源回路７５の消費電流はＤＣ／ＤＣコンバータの消費電流（Ｉｐ）となる。ＤＣ／ＤＣコンバータは、完全に消費電流を同じ電流とすることはできず、消費電流がアンバランスとなる。

図３の（１）は、第１の電池ユニット７０Ａと、第２の電池ユニット７０Ｂの各電源回路７５の消費電流（Ｉｐ）が１０ｍＡと同じ状態で電池セル７３に流れる電流値を示し、図３の（２）は、第１の電池ユニット７０Ａの電源回路７５の消費電流（Ｉｐ）が１０ｍＡで、第２の電池ユニット７０Ｂの電源回路７５の消費電流（Ｉｐ）が１０．０５ｍＡとアンバランスな状態で電池セル７３に流れる電流値を示している。電圧検出ライン７６に流れる電流は、隣接する電池セル７３に流れる電流の電流差となる。それは、電圧検出ライン７６に流れる電流によって、隣接する電池セル７３に流れる電流に電流差ができるからである。このことから、隣接する電池セル７３に流れる電流の電流値が同じ値になると、電圧検出ライン７６に電流が流れない状態となる。

各々の電池セル７３に流れる電流は、アースライン７６Ａ側に近い電池セル７３に流れる電流の電流が大きくなる。それは、図２の矢印で示すように、入力電流（Ｉｄ）が流れるからである。（１）は、電源回路７５の消費電流（Ｉｐ）が同じであるから、隣接する電池セル７３の電流値が異なる電流となり、全ての電圧検出ライン７６の断線を判定できる。しかしながら、（２）に示すように、電源回路７５の消費電力が異なる状態になると、第１の電池ユニット７０Ａの電池ブロック７２と第２の電池ユニット７０Ｂの電池ブロック７２との接続位置にある電池セル７３ａ、７３ｂの電流値が同じ１０．０６ｍＡとなることがある。したがって、この電池セル７３ａ、７３ｂの接続点８６に接続している電圧検出ライン７６には電流が流れなくなって、断線を判定できなくなる。

特開２０１０−８１６９２号公報

本発明は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、全ての電圧検出ラインの断線を検出して、電池セルの電圧を確実に検出できる電源装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の電源装置は、複数の電池ユニット１０を備えており、各々の電池ユニット１０が、複数の電池セル３を直列に接続してなる電池ブロック２と、電池ブロック２を構成する各々の電池セル３の電圧を電圧検出ライン６を介して検出する電圧検出回路４と、電池ブロック２から電圧検出回路４に動作電力を供給する電源回路５と、電圧検出回路４が検出する電池セル３の検出電圧から電圧検出ライン６の断線を検出する断線検出回路８とを備えている。各々の電池ユニット１０の電池ブロック２は、互いに直列に接続されて組電池１を構成している。電源装置は、ひとつ以上の電池ユニット１０の電池ブロック２に、電池ブロック２の消費電力を大きくするアンバランス抵抗１２を接続しており、アンバランス抵抗１２が接続された電池ブロック２とこれに隣接する電池ブロック２との接続点１６に接続される電圧検出ライン６に電流が流れる状態としている。

以上の電源装置は、電池ブロックにアンバランス抵抗を接続して、アンバランス抵抗が接続された電池ブロックとこれに隣接する電池ブロックとの接続点に接続される電圧検出ラインに電流が流れる状態とするので、正常な状態において、全ての電圧検出ラインに電流を流す状態として、全ての電圧検出ラインの断線を検出して、電池セルの電圧を確実に検出しながら充放電できる特徴がある。それは、アンバランス抵抗が、全ての電圧検出ラインに電流を流すように電池ブロックの消費電流をコントロールするからである。

本発明の電源装置は、電池ブロック２を構成する各々の電池セル３のセルバランスを均等化すると共に、組電池１を構成する各々の電池ブロック２のアンバランスを均等化する均等化回路７を備えることができる。以上の電源装置は、均等化回路を備えているので、電池ブロックを構成する各々の電池セルの電圧が時間の経過と共にアンバランスとなるのを解消できると共に、組電池を構成する各々の電池ブロックの間の電圧や残容量が時間の経過と共にアンバランスになるのを解消できる。

本発明の電源装置は、均等化回路７が、消費電力の大きい電池ブロック２の残容量を、消費電力の小さい電池ブロック２の残容量よりも大きくなる状態に均等化することができる。以上の電源装置は、消費電流の大きい電池ブロックの残容量が大きくなるように均等化するので、均等化の発生回数を少なくできる。

本発明の電源装置は、電圧検出回路４が検出する電池セル３の電圧が所定の電圧値よりも小さく、あるいは検出される電池セル３の電圧値と所定の電圧値との電圧差が設定値よりも大きい状態で、断線検出回路８が電圧検出ライン６の断線を判定することができる。以上の電源装置は、電圧検出回路で検出される検出電圧が０Ｖ近くに低下し、あるいは電圧差が正常値から大きく変化することを検出して、電圧検出ラインの断線を確実に判定する。

本発明の電源装置は、電源回路５をＤＣ／ＤＣコンバータとすることができる。以上の電源装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータを実現するＩＣなどに消費電流のアンバランスがあっても、アンバランス抵抗で消費電流をコントロールして、全ての電圧検出ラインに電流が流れる状態として、断線を確実に検出できる。

本発明の電源装置は、組電池１を、車両を走行させるモータに電力を供給する走行用バッテリとすることができる。以上の電源装置は、車両を走行させる大出力の組電池としながら、電池セルの電圧を確実に検出して、多数の電池セルを保護しながら充放電できる。

本発明の電源装置は、組電池１を、太陽電池と接続して、太陽電池で発電された電力を蓄電可能に構成することもできる。

従来の電源装置のブロック図である。従来の電源装置が電圧検出ラインの電流を検出する状態を示すブロック図である。図２に示す電源装置において電圧検出ラインの断線が検出できなくなる原理を示す図である。本発明の一実施例にかかる電源装置のブロック図である。図４に示す電源装置の全ての電圧検出ラインに電流が流れる状態を示す図である。蓄電用の電源装置に適用する例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置を例示するものであって、本発明は電源装置を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図４に示す車両用の電源装置は、ハイブリッドカーや電動車両に搭載されて、車両を走行させるモータに電力を供給する用途に使用される。ただし、本発明の電源装置は、その用途を車両を走行させるモータに電力を供給するものには特定しない。多数の電池セルを直列に接続して、出力電圧を高くして大きな出力が要求される全ての用途に使用できる。

電源装置は、複数の電池ユニット１０を備えている。各々の電池ユニット１０は、複数の電池セル３を直列に接続している電池ブロック２と、電池ブロック２を構成する各々の電池セル３の電圧を電圧検出ライン６を介して検出する電圧検出回路４と、電池ブロック２から電圧検出回路４に動作電力を供給する電源回路５と、電圧検出回路４が検出する電池セル３の検出電圧から電圧検出ライン６の断線を検出する断線検出回路８とを備えている。図の電源装置は、互いに直列に接続してなる第１の電池ユニット１０Ａ、第２の電池ユニット１０Ｂ、及び第３の電池ユニット１０Ｃを備えている。

図４の電源装置は、６個の電池セル３を直列に接続して電池ブロック２とし、３組の電池ブロック２を直列に接続して組電池１としている。電池セル３はひとつのリチウムイオン電池である。ただ、電池セルは、複数の電池を直列に接続したものとすることもできる。複数の電池を直列に接続している電池セルは、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池などの電池を直列に接続したものである。

図４の組電池１は、３組の電池ブロック２を直列に接続しているが、電池ブロックを直列に接続する数で出力電圧を調整できる。出力電圧の高い電源装置は、直列に接続する電池ブロックの数を多くする。また、電池ブロックを構成する電池セルの数を多くして、電池ブロックの電圧を高くすることもできる。したがって、電池ブロックを構成する電池セルの数と、直列に接続する電池ブロックの数とを調整して、組電池の出力電圧は最適値に設定される。

各々の電池ユニット１０は、電池ブロック２を構成している各々の電池セル３の電圧を検出する電圧検出回路４を備えている。電池セル３をリチウムイオン電池とする電池ユニット１０は、電圧検出回路４でもって、直列に接続している全ての電池セル３の電圧を検出する。この電圧検出回路４は、全ての電池セル３の電圧を検出して、組電池１の充放電をコントロールするので、全ての電池セル３の過充電と過放電を防止して安全性を高くできる。ニッケル水素電池からなる電池セルは、電圧検出回路でもって、たとえば４〜６個の電池を直列に接続している電池セルの電圧を検出する。この電圧検出回路は、複数の電池を直列に接続している電池セルの電圧を検出して充放電をコントロールするので、組電池を多数の電池で構成しながら、電圧検出回路を簡単にできる。

電圧検出回路４は、各々の電池セル３の電圧を検出し、検出した電圧を通信回路１９を介して車両側ＥＣＵ（図示せず）に伝送する。車両側ＥＣＵは、電源装置から入力される電圧信号と、アクセルやブレーキからの信号を演算して、組電池１の充放電をコントロールする。

電圧検出回路４は、電圧検出ライン６を介して各々の電池セル３のプラス側とマイナス側に接続される。多数の電池セル３の電圧を検出する電圧検出ライン６は、ワイヤーハーネスを使用して、電池セル３と電圧検出回路４の入力側とを接続する。ハーネスは、通常の電線の他に、フレキシブル基板などが使用され、さらに、接続を簡単にするためにコネクタが使用される。ハーネスやコネクタの接触不良や断線は、電池セル３を電圧検出回路４の入力側に接続しなくなって、正確な電池セル３の電圧検出をできなくする。

断線検出回路８は、検出する電池セル３の電圧で電圧検出ライン６の断線を判定する。たとえば、図４の電圧検出ライン６が、図に示すＡ点で断線されると、Ａ点が断線された電圧検出ライン６で検出される電池セル３の検出電圧は０Ｖとなる。電圧検出回路４側にある電圧検出ライン６が、入力抵抗９で電池ブロック２のマイナス側に接続されるからである。また、図４に示すＢ点で断線されると、第１の電池ユニット１０Ａを構成する電池セル３の検出電圧が正常な状態から変化する。それは、第１の電池ユニット１０Ａのマイナス側であるアースラインの電位が変動するからである。このため、断線検出回路８は、電圧検出回路４が検出する電池セル３の電圧が所定の電圧値よりも小さくなり、あるいは検出される電池セル３の電圧値と所定の電圧値との電圧差が設定値よりも大きい状態で、電圧検出ライン６の断線を判定できる。

第１の電池ユニット１０Ａと、第２の電池ユニット１０Ｂとを直列に接続する状態で、Ｂ点を含む電圧検出ライン６が断線されない状態で電流が流れる状態にあると、Ｂ点が断線すると電池セル３の検出電圧が変化する。それは、Ｂ点を含む電圧検出ライン６が接続される状態では、電池ブロック２のマイナス側をグランドライン６Ａとして各々の電池セル３の電圧が検出されるが、Ｂ点が断線されると、電池ブロック２のマイナス側が電圧検出回路４の入力側に接続されなくなって、グランドライン６Ａの電位が入力抵抗９によって異なる電位に変化されるからである。

ところが、Ｂ点を含む電圧検出ライン６が断線されない状態で電流が流れない状態にあると、電流の流れない電圧検出ライン６は、実質的には、無限大の電気抵抗で接続しているのと同じとなるので、この電圧検出ライン６が断線され、あるいは断線されなくとも電流が流れない状態は変化せず、グランドライン６Ａの電位が変化しない。

このため、図においてＢ点を含む電圧検出ライン６、すなわち互いに直列に接続している電池ブロック２の接続点１６に接続している電圧検出ライン６が、断線されない状態で電流が流れない状態にあると、この電圧検出ライン６が断線されても電池セル３の電圧変化はなく、断線は検出できない。

図４の電源装置は、電圧検出回路４に動作電力を供給する電源回路５の消費電流（Ｉｐ）によって、電圧検出ライン６の電流が流れなくなることがある。電圧検出回路４は、これを動作状態とするために、電池ブロック２から電力を供給している。したがって、各々の電圧検出回路４は、電池ブロック２から供給される電力を電源回路５で動作電力として供給される。電源回路５には、各々の電池ブロック２のプラス側とマイナス側を接続している。組電池１を３組の電池ブロック２に分割している電源装置は、３組の電圧検出回路４を備え、各々の電圧検出回路４には、各々の電池ブロック２から電力を供給している。６個のリチウムイオン電池からなる電池セル３を直列に接続している電池ブロック２は、出力電圧が約２２Ｖとなる。この電圧が電源回路５を介して電圧検出回路４の電源として供給される。電源回路５は、電池ブロック２の出力電圧の約２２Ｖを、電圧検出回路４の電源に最適な電圧の、たとえば５Ｖや１２Ｖに安定化して出力するＤＣ／ＤＣコンバータである。

各々の電池ブロック２の電圧検出回路４に動作電力を供給する電源回路５であるＤＣ／ＤＣコンバータは、消費電流が均一ではない。電源回路５は、アナログＩＣで構成されるが、ＤＣ／ＤＣコンバータを構成する半導体素子の消費電流を均一として製造できない。このため、各々の電源回路５の消費電流はアンバランスになる。電源回路５の消費電流のアンバランスは、電圧検出ライン６に電流が流れなくすることがある。

電源回路５の消費電流（Ｉｐ）は、直列に接続している電池セル３に同じように流れる。直列に接続している各々の電池セル３から電源回路５に電力が供給されるからである。

さらに、各々の電池セル３には、電圧検出回路４の入力側に接続している入力抵抗９によって入力電流（Ｉｄ）が流れる。入力抵抗９は、電池セル３の電圧を安定して検出するために、電圧検出回路４の入力側に接続される抵抗である。図４の電圧検出回路４は、抵抗分圧回路１３を実現する直列抵抗を入力抵抗９としている。入力抵抗９は、電池セル３の接続点１６の電圧を、電圧検出回路４で検出できる電圧範囲に降圧して入力する抵抗器である。

図の入力抵抗９は、互いに直列に接続している第１の抵抗器９Ａと第２の抵抗器９Ｂとからなる。入力抵抗９は、第１の抵抗器９Ａと第２の抵抗器９Ｂの接続点を電圧検出回路４の入力側に接続して、第１の抵抗器９Ａの他端を電池セル３の接続点１６に、第２の抵抗器９Ｂの他端をグランドライン６Ａである電圧検出ライン６に接続している。入力抵抗９は、電池セル３の接続点１６の電圧を、分圧して電圧検出回路４に入力する。抵抗分圧回路１３の分圧比は、直列に接続している第１の抵抗器９Ａと第２の抵抗器９Ｂの電気抵抗で特定される。抵抗分圧回路１３は、各々の接続点１６から電圧検出回路４に入力される入力電圧がほぼ等しくなる分圧比に設定される。この抵抗分圧回路１３は、好ましくは、電圧検出回路４の入力側に接近して配置され、抵抗分圧回路１３から引き出される電圧検出ライン６を延長して電池セル３の接続点１６に接続する。ただ、電圧分圧回路は、第２の抵抗器を電圧検出回路の入力側に接近して配置して、第１の抵抗器を電池セルの接続点に接近して配置することもできる。

各々の電池セル３は、入力抵抗９を介して、電池ブロック２のマイナス側に矢印で示すように入力電流（Ｉｄ）を流す。各々の電池セル３に流れる入力電流（Ｉｄ）は、マイナス側の電池セル３にしたがって大きくなる。それは、プラス側に接続している電池セル３の入力電流（Ｉｄ）が、マイナス側にある電池セル３に流れるからである。

各々の電池セル３は、入力電流（Ｉｄ）に加算して、電源回路５の消費電流も流れる。電源回路５の消費電流は、全ての電池セル３に同じように流れるので、各々の電池セル３の電流は、入力電流（Ｉｄ）と消費電流（Ｉｐ）とが加算された値となる。電源回路５の消費電流（Ｉｐ）は、直列に接続している電池セル３に同じように流れるが、各々の電源回路５の消費電流（Ｉｐ）は同じ電流値とはならない。電源回路５の消費電流（Ｉｐ）の不均一が、電圧検出ライン６の電流を流さなくする原因となる。

前述した図３の（２）は、消費電流（Ｉｐ）を１０ｍＡとする電源回路７５を備える第１の電池ユニット７０Ａと、消費電流（Ｉｐ）を１０．０５ｍＡとする電源回路７５を備える第２の電池ユニット７０Ｂとが直列に接続されて、第１の電池ユニット７０Ａのマイナス側にある電池セル７３ａと、第２の電池ユニット７０Ｂのプラス側にある電池セル７３ｂの電流が同じ電流値となる状態を示している。このように、隣接する電池セル７３ａ、７３ｂの電流値が同じ値になると、この電池セル７３ａ、７３ｂの接続点８６に接続している電圧検出ライン７６には電流が流れなくなる。電圧検出ライン７６には、電池セル７３の電流差が流れるからである。電流が流れない電圧検出ライン７６は、実質的には無限大の電気抵抗で接続されたのと同じになるので、断線しない状態と断線する状態とで電圧検出ライン７６で検出される電圧が変化しない。このため、電流が流れない電圧検出ライン７６は、電池セル７３の電圧を検出して断線を判定できなくなる。

図４の電源装置は、電圧検出ライン６の断線を確実に検出するために、第１の電池ユニット１０Ａの電池ブロック２に、電池ブロック２の消費電力を大きくして、全ての電圧検出ライン６に電流を流す状態とするアンバランス抵抗１２を接続している。図の電源装置は、電池ブロック２の両端に、アンバランス抵抗１２を並列に接続している。図４と図５のアンバランス抵抗１２は、０．５ｍＡの消費電流（Ｉａ）を流す電気抵抗としている。

図５の（３）は、第１の電池ユニット１０Ａの電源回路５の消費電流（Ｉｐ）が１０ｍＡ、第２の電池ユニット１０Ｂの電源回路５の消費電流（Ｉｐ）が１０．０５ｍＡ、アンバランス抵抗１２の消費電流（Ｉａ）が０．５ｍＡとする状態で、各々の電池セル３に流れる電流値を示している。各々の電池セル３は、入力電流（Ｉｄ）に、電源回路５の消費電流（Ｉｐ）と、アンバランス抵抗１２の消費電流（Ｉａ）が加算して流れる。隣接して直列に接続している電池セル３の電流値が同じ値になると、電圧検出ライン６に電流が流れなくなるが、図５において、第１の電池ユニット１０Ａのマイナス側の電池セル３ａに流れる電流（１０．５６ｍＡ）と、第２の電池ユニット１０Ｂのプラス側の電池セル３ｂに流れる電流（１０．０６ｍＡ）とが異なる電流値となるので、電圧検出ライン６には常に電流が流れる状態となる。したがって、電圧検出ライン６の断線は検出できる。

図２と図３に示すように、第１の電池ユニット７０Ａと第２の電池ユニット７０Ｂとの間に接続しているＢ点を含む電圧検出ライン８６は、第１の電池ユニット７０Ａと第２の電池ユニット７０Ｂの電源回路７５の消費電流（Ｉｐ）の電流差（図において０.０５ｍＡ）が、第１の電池ユニット７０Ａの最もマイナス側に接続している電池セル７３ａに流れる電流（図において１０.０６ｍＡ）と、第２の電池ユニット７０Ｂの最もプラス側に接続している電池セル７３ｂに流れる電流（図において１０.０１ｍＡ）との差に等しいときに電流が流れなくなる。したがって、アンバランス抵抗１２は、この電流差（図にあって０．０５ｍＡ）よりも大きくなる電流を電源回路５にバイパスして流すことで、Ｂ点を含む電圧検出ライン６に電流を流すことができる。

ＤＣ／ＤＣコンバータからなる電源回路５は、固体差によって消費電流（Ｉｐ）が不均一となる。消費電流（Ｉｐ）の不均一が、電圧検出ライン６の電流を流れなくする。したがって、アンバランス抵抗１２が電源回路５のプラス側とマイナス側に流すバイパス電流は、電源回路５の不均一による消費電流（Ｉｐ）のばらつきよりも大きな電流に設定される。たとえば、電源回路５であるＤＣ／ＤＣコンバータの電流のばらつきが０．１ｍＡである装置にあっては、アンバランス抵抗１２のバイパス電流を０．５ｍＡ以上として、電圧検出ライン６に電流が流れなくなるのを防止できる。

図４と図５は、第１の電池ユニット１０Ａにアンバランス抵抗１２を接続して、第１の電池ユニット１０Ａと第２の電池ユニット１０Ｂの間に接続される電圧検出ライン６に電流が流れるようにしている。図４の電源装置は、第１の電池ユニット１０Ａにアンバランス抵抗１２を接続して、断線しない全ての電圧検出ライン６に電流が流れるようにしているが、第２の電池ユニットにアンバランス抵抗を接続することもできる。また、複数の電池ユニットの電池ブロックを直列に接続している電源装置は、ひとつ又は複数の電池ユニットの電源回路にアンバランス抵抗を接続することで、断線しない全ての電圧検出ラインに電流を流す状態とすることができる。この電源装置は、隣接する電池ユニットの境界部分に接続している電池セル同士に流れる電流の差が、電源回路の不均一による消費電流（Ｉｐ）のばらつきよりも大きくなるように電池ユニットにアンバランス抵抗を設けることができる。

ここで、３組以上の電池ユニットを直列に接続している電源装置では、互いに隣接する電池ユニット同士であって、電源回路の不均一による消費電流（Ｉｐ）のばらつきがある電池ユニット同士においては、いずれか一方の電池ユニットにアンバランス抵抗を接続して、断線しない全ての電圧検出ラインに電流が流れるようにできる。たとえば、３組の電池ユニットを直列に接続している電源装置において、第１の電池ユニットの電源回路と、第２の電池ユニットの電源回路の消費電流（Ｉｐ）にばらつきがあり、かつ、第２の電池ユニットの電源回路と、第３の電池ユニットの電源回路の消費電流（Ｉｐ）にばらつきがある場合には、第１の電池ユニットと第３の電池ユニットにアンバランス抵抗を接続し、あるいは、第２の電池ユニットにのみアンバランス抵抗を接続して、断線しない全ての電圧検出ラインに電流が流れるようにできる。あるいはまた、互いに隣接する電池ユニットに、各々バイパス電流の異なるアンバランス抵抗を接続して、断線しない全ての電圧検出ラインに電流が流れるようにすることもできる。

以上の電源装置は、電池セル３に流れる電流を不均一にして全ての電圧検出ライン６に電流が流れる状態とするので、時間が経過するにしたがって、電池セル３の電圧がアンバランスとなる。各々の電池ユニット１０は、電池セル３の電圧のアンバランスを解消するための均等化回路７Ａを備えている。この均等化回路７Ａは、電圧の高い電池セル３を放電して、電圧を均一にする。

また、複数の電池ユニット１０からなる電源装置は、電池ユニット１０を構成する電池ブロック２の間においても、時間が経過するにしたがって電圧や残容量がアンバランスになる。電池ユニット１０間のアンバランスを解消するためにも均等化回路７Ｂを備えている。この均等化回路７Ｂは、電圧が高く、あるいは残容量の大きい電池ブロック２を放電して、均等化する。

ところで、アンバランス抵抗１２を接続している電池ユニット１０は、アンバランス抵抗１２に流すバイパス電流によって、電池ブロック２の消費電流が大きくなる。均等化回路７が、消費電流が大きい電池ブロック２と、小さい電池ブロック２とを、電圧や残容量が等しくなるように均等化すると、消費電流の大きい電池ブロック２の電圧と残容量が、消費電流の小さい電池ブロック２よりも電圧と残容量が小さくなる。このため、頻繁に電池ユニット１０間の均等化をする必要がある。この弊害は、均等化回路７が、消費電力の大きい電池ブロック２の電圧又は残容量を、消費電力の小さい電池ブロック２の電圧又は残容量よりも大きくなる状態に均等化することで解消できる。それは、消費電流の大きい電池ブロック２の電圧や残容量をあらかじめ大きくなるように均等化するので、消費電流の大きい電池ブロック２が小さい電池ブロック２よりも大きな電流で放電されても、消費電流の小さい電池ブロック２との電圧差や残容量差が設定値になるまでに時間がかかるからである。
（蓄電用電源装置）

以上の電源装置は、車載用の電源として利用できる。電源装置を搭載する車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車やプラグインハイブリッド車、あるいはモータのみで走行する電気自動車等の電動車両が利用でき、これらの車両の電源として使用される。さらに、この電源装置は、車両などの移動体用の動力源としてのみならず、載置型の蓄電用設備としても利用できる。例えば家庭用、工場用の電源として、太陽光発電の電力や深夜電力等で充電し、必要時に放電する電源システム、あるいは日中の太陽光発電の電力を充電して夜間に放電する街路灯用の電源や、停電時に駆動する信号機用のバックアップ電源等にも利用できる。このような例を図６に示す。この図に示す電源装置１００は、複数の電池パック８１をユニット状に接続して電池ユニット８２を構成している。各電池パック８１は、複数の電池セルが直列及び／又は並列に接続されている。各電池パック８１は、電源コントローラ８４により制御される。この電源装置１００は、電池ユニット８２を充電用電源ＣＰで充電した後、負荷ＬＤを駆動する。このため電源装置１００は、充電モードと放電モードを備える。負荷ＬＤと充電用電源ＣＰはそれぞれ、放電スイッチＤＳ及び充電スイッチＣＳを介して電源装置１００と接続されている。放電スイッチＤＳ及び充電スイッチＣＳのＯＮ／ＯＦＦは、電源装置１００の電源コントローラ８４によって切り替えられる。充電モードにおいては、電源コントローラ８４は充電スイッチＣＳをＯＮに、放電スイッチＤＳをＯＦＦに切り替えて、充電用電源ＣＰから電源装置１００への充電を許可する。また充電が完了し満充電になると、あるいは所定値以上の容量が充電された状態で負荷ＬＤからの要求に応じて、電源コントローラ８４は充電スイッチＣＳをＯＦＦに、放電スイッチＤＳをＯＮにして放電モードに切り替え、電源装置１００から負荷ＬＤへの放電を許可する。また、必要に応じて、充電スイッチＣＳをＯＮに、放電スイッチＤＳをＯＮにして、負荷ＬＤの電力供給と、電源装置１００への充電を同時に行うこともできる。充電用電源ＣＰには、太陽電池や風力発電、燃料電池等の他、商用電源の深夜電力等が利用できる。

電源装置１００で駆動される負荷ＬＤは、放電スイッチＤＳを介して電源装置１００と接続されている。電源装置１００の放電モードにおいては、電源コントローラ８４が放電スイッチＤＳをＯＮに切り替えて、負荷ＬＤに接続し、電源装置１００からの電力で負荷ＬＤを駆動する。放電スイッチＤＳはＦＥＴ等のスイッチング素子が利用できる。放電スイッチＤＳのＯＮ／ＯＦＦは、電源装置１００の電源コントローラ８４によって制御される。また電源コントローラ８４は、外部機器と通信するための通信インターフェースを備えている。図６の例では、ＵＡＲＴやＲＳ−２３２Ｃ等の既存の通信プロトコルに従い、ホスト機器ＨＴと接続されている。また必要に応じて、電源システムに対してユーザが操作を行うためのユーザインターフェースを設けることもできる。各電池パック８１は、信号端子と電源端子を備える。信号端子は、パック入出力端子ＤＩと、パック異常出力端子ＤＡと、パック接続端子ＤＯとを含む。パック入出力端子ＤＩは、他のパック電池や電源コントローラ８４からの信号を入出力するための端子であり、パック接続端子ＤＯは子パックである他のパック電池に対して信号を入出力するための端子である。またパック異常出力端子ＤＡは、パック電池の異常を外部に出力するための端子である。さらに電源端子は、電池パック８１同士を直列、並列に接続するための端子である。また電池ユニット８２は並列接続スイッチ８５を介して出力ラインＯＬに接続されて互いに並列に接続されている。

さらにこの電源装置１００は、電池ユニット８２の均等化のための均等化モードを備える。電池ユニット８２は並列接続スイッチ８５を介して出力ラインＯＬに接続されて互いに並列に接続されている。このため電源コントローラ８４に制御される均等化回路８７を備えている。均等化回路８７によって、複数の電池ユニット８２間の電池残存容量のばらつきを抑制される。

１…組電池
２…電池ブロック
３…電池セル；３ａ…電池セル；３ｂ…電池セル
４…電圧検出回路
５…電源回路
６…電圧検出ライン；６Ａ…グランドライン
７…均等化回路；７Ａ…均等化回路；７Ｂ…均等化回路
８…断線検出回路
９…入力抵抗；９Ａ…第１の抵抗器；９Ｂ…第２の抵抗器
１０…電池ユニット；１０Ａ…第１の電池ユニット；１０Ｂ…第２の電池ユニット
１０Ｃ…第３の電池ユニット
１２…アンバランス抵抗
１３…抵抗分圧回路
１６…接続点
２０…通信回路
７０Ａ…第１の電池ユニット；７０Ｂ…第２の電池ユニット
７１…組電池
７２…電池ブロック
７３…電池セル；７３ａ…電池セル；７３ｂ…電池セル
７４…電圧検出回路
７５…電源回路
７６…電圧検出ライン；７６Ａ…アースライン
７９…入力抵抗
８１…電池パック
８２…電池ユニット
８４…電源コントローラ
８５…並列接続スイッチ
８６…接続点
８７…均等化回路
９０…電池ユニット
９１…組電池
９２…電池ブロック
９３…電池セル
９４…電圧検出回路
９５…電源回路
９６…電圧検出ライン
９７…均等化回路
１００…電源装置
ＣＰ…充電用電源；ＣＳ…充電スイッチ；ＤＳ…放電スイッチ
ＤＡ…パック異常出力端子；ＤＩ…パック入出力端子；ＤＯ…パック接続端子
ＨＴ…ホスト機器；ＬＤ…負荷；ＯＬ…出力ライン

Claims

複数の電池ユニット(10)であって、各々の電池ユニット(10)が、直列に接続される複数の電池セル(3)を含む電池ブロック(2)と、電圧検出ライン(6)を介して前記複数の電池セル(3)の電圧を検出する電圧検出回路(4)と、前記電池ブロック(2)から前記電圧検出回路(4)へ動作電力を供給する電源回路(5)と、前記電圧検出回路(4)が検出する検出電圧から前記電圧検出ライン(6)の断線を検出する断線検出回路(8)と、を有しており、かつ、前記電圧検出ライン(6)が、複数の検出抵抗(9)を含んでおり、かつ、前記電源回路(5)が、複数の検出抵抗(9)に起因して流れる電圧検出のための入力電流(Id)の値よりも大きい値の消費電流(Ip)を有するとともに、この消費電流(Ip)に製造ばらつきが生じうる回路であり、かつ、隣接する電池ユニット(10)の前記電池ブロック(2)が互いに直列に接続されている、該複数の電池ユニット(10)と、
前記複数の電池ユニット(10)のうちの少なくとも一つの電池ユニット(10)の電池ブロック(2)に接続されるアンバランス抵抗(12)であって、前記アンバランス抵抗(12)に起因して流れる消費電流(Ia)が、前記アンバランス抵抗(12)が接続された電池ブロック(2)に接続された電源回路(5)の消費電流(Ip)およびこれに隣接する電池ブロック(2) に接続された電源回路(5)の消費電流(Ip)に関して前記電源回路(5)の消費電流(Ip)の製造ばらつきによって生じうる消費電流(Ip)のばらつきよりも大きくなるような抵抗値を有している、該アンバランス抵抗(12)と、
を備える電源装置。
前記電池ブロック(2)を構成する各々の電池セル(3)のセルバランスを均等化し、かつ前記複数の電池ユニット(10)を構成する各々の電池ブロック(2)のアンバランスを均等化する均等化回路(7)を備える請求項１に記載される電源装置。
前記均等化回路(7)が、消費電力の大きい電池ブロック(2)の電圧又は残容量を、消費電力の小さい電池ブロック(2)の電圧又は残容量よりも大きくなる状態に均等化する請求項２に記載される電源装置。
前記電圧検出回路(4)が検出する電池セル(3)の電圧が所定の電圧値よりも小さく、あるいは検出される電池セル３の電圧値と所定の電圧値との電圧差が設定値よりも大きい状態
で、前記断線検出回路(8)が前記電圧検出ライン(6)の断線を判定する請求項１ないし３のいずれかに記載される電源装置。
前記電源回路(5)がＤＣ／ＤＣコンバータである請求項１ないし４のいずれかに記載される電源装置。
前記複数の電池ユニット(10)が車両を走行させるモータに電力を供給する走行用バッテリである請求項１ないし５のいずれかに記載される電源装置。