JP5920291B2 - 組電池の均等化装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の電池セルが直列に接続されて構成された組電池の均等化装置に関する。

電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）などに搭載され、車両の動力モータに電力を供給する電池は、例えば３００Ｖ程度の高い電圧を必要とする。そこで、こうした電池は、数Ｖのセル電圧を持つ電池セルを直列に複数接続した組電池の構成を備えている。近年多く用いられているリチウム電池はセル電圧が高いので、リチウム電池を用いて組電池を構成すると、組電池の総セル数が少なくて済み小型化が可能となる。

しかし、定められたセル電圧の範囲内つまり最小有効電池電圧から最大有効電池電圧の範囲内で使用しないと、電池セルの容量が著しく減少し、或いは異常な発熱をするなどの不具合が生じる。また、電池セルの容量のばらつきにより電池セル同士でセル電圧のばらつきがあると、直列接続したときの目標電圧に対する誤差電圧が大きくなる。そこで、各電池セルの電圧を監視し、電池セルの電圧を均等化する均等化装置が必要になる。均等化装置は、電池セルごとに均等化スイッチを備えている（特許文献１参照）。

特開２０１２−２３８４８号公報

従来の均等化装置は、均等化スイッチの他に、均等化スイッチごとに、隣り合う複数の電池セルの電圧を電源電圧とするレベルシフト回路を低電位側から高電位側に積み上げた構成を備えている。この均等化装置は、例えばグランド電位を基準として入力した各電池セルの均等化指令信号に従って、高電位側にレベルシフトした駆動電圧を当該均等化スイッチの制御端子間に印加する。

この従来構成において、組電池の各接続ノードと均等化装置とを接続するコネクタが抜けたとき、或いは均等化指令信号を入力してレベルシフト回路に与える均等化制御回路の電源電圧またはグランド電位が失われたときには、レベルシフト動作ひいては駆動電圧が不定となる。その結果、均等化スイッチの動作も不定になる虞があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、均等化スイッチを制御する回路において電位の不定または電源の喪失が生じても、均等化スイッチをオフ状態に安定させることができる組電池の均等化装置を提供することにある。

請求項１に記載した組電池の均等化装置は、第ｋ電池セル（ｋ＝１、…、ｎ−１）の第２端子と第ｋ＋１電池セルの第１端子が接続されることにより第１電池セルから第ｎ電池セルが直列に接続されて構成された組電池に対し、各電池セルの電圧を均等化する。均等化装置は、電池セルごとに均等化スイッチと当該均等化スイッチの制御端子と一方の通電端子との間に接続された抵抗を備えるとともに、抵抗に制御電圧を生成する制御回路を備えている。

均等化スイッチは、通電端子間が当該電池セルの第１端子と第２端子との間に接続され、制御端子と一方の通電端子との間にしきい値電圧以上の制御電圧が入力されると通電端子間が導通する。制御回路は、当該電池セルに対する均等化指令信号に応じて、当該電池セルに対応して設けられた抵抗に電流を流してしきい値電圧以上の制御電圧を生成させる均等化実行状態と、当該電池セルに対応して設けられた抵抗にしきい値電圧未満の制御電圧を生成させる均等化停止状態とを切り替える。典型的な均等化停止状態は、上記抵抗に電流を流さない状態である。

この構成によれば、均等化スイッチがオンするには、その制御端子と一方の通電端子との間に接続された抵抗に電流が流れ、しきい値電圧以上の制御電圧が生成される必要がある。抵抗に電流が流れない状態或いは抵抗に流れる電流が小さい状態では、抵抗は、均等化スイッチをオフ状態に保持する作用を持つ。従って、制御回路において電位の不定または電源の喪失が生じて抵抗に電流を流すことができない状態でも、均等化スイッチをオフ状態で安定化させることができる。

そして、均等化スイッチごとに、通電端子間が均等化スイッチの制御端子と一方の通電端子との間に接続されたトランジスタを備えている。駆動回路は、このトランジスタをオン駆動するとき、トランジスタの通電端子間の電圧が上記しきい値電圧未満となるようなオン駆動電圧を印加する。このトランジスタは、オンすることにより均等化スイッチをオフさせる機能を有するが、均等化スイッチをオンさせる機能は有していない。トランジスタがオンすると、均等化スイッチの制御端子と一方の通電端子との間のインピーダンスが低下するので、ノイズが侵入しても均等化スイッチが誤ってオンすることを防止することができる。

請求項２に記載した手段によれば、駆動回路は、１つのオン駆動信号に基づいて、均等化スイッチごとに設けられた各トランジスタに対し一斉にオン駆動電圧を出力可能に構成されている。この構成によれば、各電池セルに対して設けられた均等化スイッチを一斉にオフさせることができる。

請求項３に記載した手段によれば、駆動回路は、電池セルごとに、それぞれ当該電池セルを含む隣り合う複数の電池セルの直列回路から供給される電池電圧により動作し、入力したオン駆動信号をレベルシフトしてオン駆動電圧を出力するレベルシフト回路を備えている。各電池セルに対して設けられたレベルシフト回路は、隣接する電池セルに対して設けられたレベルシフト回路が出力する駆動電圧を自身の駆動信号として入力する。この構成によれば、レベルシフト回路は、駆動電圧のレベルシフト機能と、駆動信号の伝搬機能とを併せ持つ。

請求項４に記載した手段によれば、制御回路は、抵抗にしきい値電圧以上の制御電圧を生成させる定電流を出力する定電流回路と、この定電流回路と直列に設けられて均等化指令信号に従ってオンオフするスイッチ回路を備えている。スイッチ回路がオンすると均等化スイッチがオンし、スイッチ回路がオフすると均等化スイッチがオフする。

請求項５に記載した手段によれば、制御回路は、均等化指令信号に従って、抵抗にしきい値電圧以上の制御電圧を生成させる第１電流と、抵抗にしきい値電圧未満の制御電圧を生成させる第２電流の何れか一方を選択して出力する可変定電流回路を備えている。第１電流が選択されると均等化スイッチがオンし、第２電流が選択されると均等化スイッチがオフする。

請求項６および７に記載した手段によれば、制御回路は、抵抗にしきい値電圧以上の制御電圧を生成させる定電流を出力する定電流回路と、抵抗と直列に接続された状態で抵抗にしきい値電圧未満の制御電圧を生成させる抵抗回路と、均等化指令信号に従って定電流回路と抵抗回路の何れか一方を選択して抵抗に直列接続する切替スイッチを備えている。定電流回路が選択されると均等化スイッチがオンし、抵抗回路が選択されると均等化スイッチがオフする。

請求項８に記載した手段によれば、制御回路は、当該電池セルの電圧が所定の最小有効電池電圧以上に保たれるように、均等化指令信号による均等化実行状態への切り替えを制限する。これにより、電池セルの過度な放電を禁止して、電池セルの寿命低下を防止することができる。

請求項９に記載した手段によれば、均等化指令信号は、当該電池セルの電圧が所定の最小有効電池電圧以上に保たれるように生成されている。これにより、電池セルの過度な放電を禁止して、電池セルの寿命低下を防止することができる。

第１の実施形態を示す均等化システムの全体構成図 図１に示す構成の一部を詳細に示す回路構成図 車両システム、均等化装置および各信号の状態遷移図 リチウム二次電池の残存容量（ＳＯＣ）とセル電圧との関係を示す特性図 第２の実施形態を示すスイッチ回路と定電流回路の構成図 第３の実施形態を示す制御回路とその周辺回路の構成図 第４の実施形態を示す制御回路とその周辺回路の構成図 第５の実施形態を示す制御回路とその周辺回路の構成図

各実施形態において実質的に同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態について図１から図４を参照しながら説明する。図１、図２に示すＩＣ１１は、組電池１２の電池セルＢＣ１〜ＢＣｎの電圧を均等化する均等化装置である。組電池１２は、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）などに搭載され、車両の動力モータに電力を供給する。

組電池１２は、第ｋ電池セルＢＣｋ（ｋ＝１、…、ｎ−１）の＋端子（第２端子）と第ｋ＋１電池セルＢＣk+1の−端子（第１端子）が順に接続されて、直列に接続された第１電池セルＢＣ１から第ｎ電池セルＢＣｎにより構成されている。一例として、組電池１２は、セル電圧３．６Ｖのリチウム二次電池が８０個（ｎ＝８０）直列に接続されている。

図１および図２に示すように、電池セルＢＣｉ（ｉ＝１、…、ｎ）の両端子間には、ツェナーダイオードＤ１が接続されている。電池セルＢＣｉの−端子と＋端子は、それぞれ抵抗Ｒ１、Ｒ２を介してＩＣ１１の端子Ｔｉｍ、Ｔｉｐに接続されている。端子Ｔｉｍ、Ｔｉｐ間には、コンデンサＣ１が接続されている。抵抗Ｒ１、Ｒ２は、均等化の際に放電電流を制限する作用およびコンデンサＣ１とともにフィルタ作用を奏する。

電池セルＢＣ１の−端子は、基準電位例えばグランドに接続されている。電池セルＢＣｎの＋端子とグランドとの間には、ツェナーダイオードＤ２が接続されている。電池セルＢＣｎの＋端子は、抵抗Ｒ３を介してＩＣ１１の電源端子Ｔｐに接続されている。電源端子Ｔｐとグランドとの間には、コンデンサＣ２が接続されている。これら抵抗Ｒ３とコンデンサＣ２はフィルタ作用を奏する。ＩＣ１１の内部において、電源端子Ｔｐは、電源線１３とスイッチ１４を介して、電源電圧Ｖddを生成する電源回路１５に接続されている。

ＩＣ１１は、電池セルＢＣｉごとに均等化スイッチを備えている。この均等化スイッチは、低電位側に位置する半分の電池セルＢＣ１〜ＢＣn/2に対してはＮチャネル型ＭＯＳトランジスタＮ１で構成され、高電位側に位置する半分の電池セルＢＣn/2+1〜ＢＣｎに対してはＰチャネル型ＭＯＳトランジスタＰ１で構成されている。トランジスタＮ１、Ｐ１のドレイン・ソース間が通電端子間に相当し、ゲート・ソース間が制御端子間に相当する。

トランジスタＮ１、Ｐ１のゲート・ソース間には抵抗Ｒ４が接続されている。トランジスタＰ１のゲートとグランドとの間には、スイッチ回路１６と定電流回路１７が直列に接続されている。トランジスタＮ１に対しても、スイッチ回路１６と定電流回路１７の直列回路を備えている。トランジスタＮ１の場合、定電流回路１７の電流を電源線１３で折り返して抵抗Ｒ４に流すために、電源線１３とスイッチ回路１６との間に抵抗Ｒ５が接続され、電源線１３とトランジスタＮ１のゲートとの間に定電流回路１８とＰチャネル型ＭＯＳトランジスタＰｘが接続されている。カレントミラー回路を用いて折り返してもよい。

信号生成回路１９は、ＩＣ１１の外部に設けられたマイコン２０から、均等化処理の許可／不許可を指令するイネーブル信号と、放電を実行する電池セルおよびその放電時間を指令する均等化指令信号を受信する。信号生成回路１９は、電源回路１５から電源電圧Ｖddが供給されている期間、これらイネーブル信号と均等化指令信号に基づいて、各スイッチ回路１６に対し電流制御信号を出力し、組電池１２の均等化制御を実行する。

これらスイッチ回路１６、定電流回路１７および信号生成回路１９により制御回路２１が構成されている。オンレベルを持つ電流制御信号によりスイッチ回路１６がオンすると、抵抗Ｒ４に電流が流れ、当該電池セルＢＣｉに対して設けられたトランジスタＮ１またはＰ１がオンする。ＩＣ１１とマイコン２０は、組電池１２を監視するＥＣＵ（Electronic Control Unit）を構成している。

トランジスタＮ１のゲート・ソース間には、抵抗Ｒ４と並列に、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタＮ２のドレイン・ソース間が接続されている。トランジスタＰ１のゲート・ソース間には、抵抗Ｒ４と並列に、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタＰ２のドレイン・ソース間が接続されている。これらのトランジスタＮ２、Ｐ２は、レベルシフト回路２２が出力する駆動電圧により駆動される。駆動回路２３は、電池セルＢＣｉごとに設けられたレベルシフト回路２２から構成されている。

レベルシフト回路２２は、電池セルＢＣｉごとに、それぞれ当該電池セルＢＣｉを含む隣り合う４つの電池セルの直列回路から供給される電池電圧により動作する。例えば、電池セルＢＣｎに対して設けられたレベルシフト回路２２は、電池セルＢＣn-3からＢＣｎまでの４つのセル電圧により動作し、電池セルＢＣ１に対して設けられたレベルシフト回路２２は、電池セルＢＣ１からＢＣ４までの４つのセル電圧により動作する。

レベルシフト回路２２は、所謂クロスラッチの構成を備えている。例えば、ＩＣ１１の端子Ｔｎｐと端子Ｔn-3ｍとの間には、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタＰ３とＮチャネル型ＭＯＳトランジスタＮ３との直列回路と、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタＰ４とＮチャネル型ＭＯＳトランジスタＮ４との直列回路が並列に接続されている。トランジスタＰ３、Ｐ４のゲートは、それぞれトランジスタＰ４、Ｐ３のドレインと接続されている。

共通に接続されたトランジスタＰ３、Ｎ３のドレインは、電池セルＢＣｎに対して設けられたトランジスタＰ２のゲートに接続されており、駆動電圧を与える。共通に接続されたトランジスタＰ４、Ｎ４のドレインは、駆動電圧の反転電圧となる。トランジスタＮ４のゲートには、低電位側に隣接する電池セルＢＣn-1に対して設けられたレベルシフト回路２２が出力する駆動電圧が駆動信号として与えられる。トランジスタＮ３のゲートには、同じく電池セルＢＣn-1に対して設けられたレベルシフト回路２２が出力する駆動電圧の反転電圧が与えられる。

電池セルＢＣn-1、ＢＣn-2、…、ＢＣ２に対して設けられたレベルシフト回路２２も同様に構成されている。これにより、信号生成回路１９が電池セルＢＣ１に対して設けられたレベルシフト回路２２にオン駆動信号を出力すると、そのオン駆動信号は隣接するレベルシフト回路２２に順次伝搬し、トランジスタＮ２、Ｐ２は一斉にオンする。また、信号生成回路１９がオフ駆動信号を出力すると、そのオフ駆動信号は隣接するレベルシフト回路２２に順次伝搬し、トランジスタＮ２、Ｐ２は一斉にオフする。

次に、本実施形態の作用について図３および図４も参照しながら説明する。マイコン２０は、車両システムの状態に応じた適切なタイミングで組電池１２の均等化処理を実行する。図３に示すように、マイコン２０は、車両のＩＧスイッチがオンされて組電池１２が動力モータに電力を供給している通常状態およびＩＧスイッチがオフされた直後の均等化モードにおいて、電源制御信号をオンレベルにする。このとき、ＩＣ１１内のスイッチ１４がオンし、電源電圧Ｖddが生成され、ＩＣ１１内の回路が動作可能となる。マイコン２０は、均等化モードが終了した後、組電池１２の消耗を抑える待機状態（暗電流モード）において、電源制御信号をオフレベルにする。

マイコン２０は、通常状態および待機状態において、ＩＣ１１に対し、均等化処理を不許可とするイネーブル信号を送信する。このときマイコン２０がＩＣ１１に対し送信する均等化指令信号には、電池セルは指定されていない（図３ではＯＦＦと表示）。通常状態および待機状態において、ＩＣ１１は均等化処理を停止する（均等化停止状態）。

通常状態において、信号生成回路１９は、イネーブル信号に基づいて、全ての電池セルＢＣ１〜ＢＣｎのスイッチ回路１６に対しオフレベルの電流制御信号を出力する。これにより、スイッチ回路１６はオフとなり、定電流回路１７の出力電流は抵抗Ｒ４に流れない。このとき、均等化スイッチの制御電圧であるトランジスタＮ１、Ｐ１のゲート・ソース間電圧は、トランジスタＮ１、Ｐ１のしきい値電圧Ｖth未満となり、トランジスタＮ１、Ｐ１はオフ状態となる。すなわち、抵抗Ｒ４は、均等化スイッチをオフ状態に保持する作用を持つ。

さらに、通常状態において、信号生成回路１９はオン駆動信号を出力する。このとき、駆動回路２３を構成するレベルシフト回路２２は、トランジスタＮ２、Ｐ２のゲート・ソース間にオン駆動電圧を出力する。これにより、トランジスタＮ２、Ｐ２は一斉にオンし、トランジスタＮ１、Ｐ１のゲート・ソース間のインピーダンスが低下する。その結果、ＩＣ１１にノイズが侵入しても、トランジスタＮ１、Ｐ１のゲート・ソース間電圧はしきい値電圧Ｖth未満となり、トランジスタＮ１、Ｐ１が誤ってオンすることを防止することができる。

一方、待機状態において電源制御信号がオフレベルになると、ＩＣ１１の電源電圧Ｖddが失われ、ＩＣ１１は不定状態となる。すなわち、スイッチ回路１６に対する電流制御信号のレベルおよび駆動信号のレベルも不定となる。しかし、電源電圧Ｖddが喪失された状態では、電流制御信号をオンレベルに維持できず、定電流回路１７も電流出力を停止する。従って、抵抗Ｒ４に電流は流れず、抵抗Ｒ４はトランジスタＮ１、Ｐ１のゲート電位をソース電位に固定するので、トランジスタＮ１、Ｐ１はオフ状態となる。

駆動信号が不定になると、レベルシフト回路２２の動作も不定となる。しかし、トランジスタＮ２、Ｐ２は、オフのときに均等化動作に影響を与えず、オンのときにトランジスタＮ１、Ｐ１をオフさせる作用を持つ。すなわち、駆動回路２３およびトランジスタＮ２、Ｐ２は、トランジスタＮ１、Ｐ１をオフさせる機能のみを有し、トランジスタＮ１、Ｐ１をオンさせる機能を有していない。従って、待機状態において、トランジスタＮ１、Ｐ１をオフ状態（均等化停止状態）に安定させることができる。

図示を省略しているが、ＩＣ１１は、電池セルＢＣ１〜ＢＣｎの電圧を検出し、その検出値をマイコン２０に送信している。マイコン２０は、受信したセル電圧の検出値に基づいて、セル電圧が互いに等しく且つ所定の電圧範囲内にあるか否かを監視している。マイコン２０は、セル電圧が他の電池セルのセル電圧に比べて高く均等化が必要な電池セルを特定し、その電池セルごとに均等化に必要な放電時間を決定する。

マイコン２０は、均等化モードにおいて、均等化処理を許可するイネーブル信号と、放電が必要な電池セルとその放電時間を指令する均等化指令信号をＩＣ１１に送信する。信号生成回路１９は、この均等化指令信号に基づいて均等化処理を実行する（均等化実行状態）。リチウム二次電池は、残存容量（ＳＯＣ）とセル電圧について図４に示す特性を有している。リチウム二次電池を安全に使用し且つ寿命を高めるには、セル電圧が最小有効電池電圧と最大有効電池電圧とで挟まれた範囲内となるように充放電を制御する必要がある。マイコン２０は、当該安全動作範囲となるように均等化指令信号を生成する。

信号生成回路１９はオフ駆動信号を出力し、電池セルＢＣ１〜ＢＣｎに対して設けられたトランジスタＮ２、Ｐ２を一斉にオフする。信号生成回路１９は、放電を実行する電池セルに対応するスイッチ回路１６に対し、オンレベルの電流制御信号を出力し、放電を実行しない電池セルに対応するスイッチ回路１６に対し、オフレベルの電流制御信号を出力する。

スイッチ回路１６がオンすると、抵抗Ｒ４に定電流回路１７の出力電流が流れる。このとき、均等化スイッチの制御電圧であるトランジスタＮ１、Ｐ１のゲート・ソース間電圧は、トランジスタＮ１、Ｐ１のしきい値電圧Ｖth以上となり、放電を実行する電池セルのトランジスタＮ１、Ｐ１は一斉にオン状態となる。その結果、当該電池セルから抵抗Ｒ２、トランジスタＮ１またはＰ１、抵抗Ｒ１を介して放電電流が流れる。放電により電池セルの容量が低減すると、そのセル電圧も低下する。信号生成回路１９は、放電を実行する電池セルごとに、指令された放電時間が経過した時点でスイッチ回路１６に対しオフレベルの電流制御信号を出力する。

以上説明したように、均等化装置であるＩＣ１１は、ＩＧスイッチをオフするごとに放電制御による組電池１２の均等化処理を実行するので、組電池１２の著しい容量低下、異常な発熱、目標電圧に対する誤差電圧の増大などを未然に防止することができる。ＩＣ１１は、組電池１２の充電時に充電不要の電池セルの均等化スイッチをオンすることにより、充電制御による組電池１２の均等化処理を実行することもできる。

均等化スイッチであるトランジスタＮ１、Ｐ１は、ゲート・ソース間に接続された抵抗Ｒ４に流れる電流により生成されるゲート電圧（制御電圧）がしきい値電圧Ｖthを超えたときにオン駆動される。従って、ＩＣ１１と組電池１２とを繋ぐコネクタに抜けが生じた場合、車両システムが待機状態となってＩＣ１１の電源電圧Ｖddが遮断された場合など、抵抗Ｒ４に電流を流すことができない状態で、トランジスタＮ１、Ｐ１を安定してオフ状態に保つことができる。

レベルシフトして均等化スイッチの制御電圧を生成する従来構成では、高電位側の電池セルほどレベルシフト回路の積み上げ数が多くなり、レイアウト面積の増大を招いていた。これに対し、抵抗Ｒ４に電流を流すことで均等化スイッチのゲート電圧を生成する制御回路２１は、スイッチ回路１６と定電流回路１７の直列回路を備えて構成されているので、素子数が少なくて済み、レイアウト面積を低減することができる。

トランジスタＮ１、Ｐ１のゲート・ソース間にはトランジスタＮ２、Ｐ２が接続されている。オン駆動電圧が与えられてトランジスタＮ２、Ｐ２がオンすると、トランジスタＮ１、Ｐ１のゲート・ソース間のインピーダンスが低下するので、耐ノイズ性が向上して誤作動を防止できる。トランジスタＮ２、Ｐ２は、均等化スイッチをオンさせる機能を有していないので、上述したコネクタ抜けや電源電圧Ｖddの遮断が生じてもトランジスタＮ１、Ｐ１をオンさせることはない。

電池セルごとに設けられたレベルシフト回路２２は、信号生成回路１９から出力された駆動信号をレベルシフトして隣接するレベルシフト回路２２に送出するとともに、トランジスタＮ２、Ｐ２に駆動電圧を出力する。駆動信号がレベルシフト回路２２を介して順次伝搬されるので、全てのトランジスタＮ２、Ｐ２を一斉にオンオフ動作させることができる。

（第２の実施形態）
スイッチ回路１６と定電流回路１７の構成例を示す第２の実施形態について図５を参照しながら説明する。（ａ）は、スイッチ回路１６としてＮチャネル型ＭＯＳトランジスタまたはＮＰＮ形トランジスタを用いた構成である。（ｂ）は、（ａ）のスイッチ回路１６と定電流回路１７の接続順序を逆にした構成である。

（ｃ）に示す定電流回路１７は、定電流源２４の出力電流を、ＮＰＮ形トランジスタ２５、２６からなるカレントミラー回路で折り返して出力する構成である。トランジスタ２５、２６は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタであってもよい。トランジスタ２５には、スイッチ回路１６（Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ）が並列に接続されている。このＭＯＳトランジスタのゲートには、電流制御信号の反転信号が入力されている。

（ｄ）に示す定電流回路１７は、オペアンプ２７、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ２８、抵抗２９および基準電圧回路３０から構成されている。スイッチ回路１６ａは、電流制御信号がオンレベルになると基準電圧回路３０側に切り替えられ、オフレベルになるとグランド側に切り替えられる。オペアンプ２７の出力端子とグランドとの間には、スイッチ回路１６ｂ（Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ）が接続されている。電流制御信号がオンレベルになると、定電流回路１７は（基準電圧／抵抗２９の抵抗値）に等しい定電流を出力する。スイッチ回路１６ｂは必要に応じて設ければよい。

（第３の実施形態）
制御回路の構成例を示す第３の実施形態について図６を参照しながら説明する。本実施形態の制御回路は、図１に示したスイッチ回路１６と定電流回路１７に替えて、可変定電流回路３１を備えている。可変定電流回路３１は、電流制御信号がオンレベルのときに第１定電流Ｉ１を出力し、電流制御信号がオフレベルのときに第２定電流Ｉ２を出力する。第２定電流Ｉ２は、第１定電流Ｉ１よりも十分に小さい。

この場合、以下の（１）式、（２）式が成立する。すなわち、均等化モードにおいて、電流制御信号がオンレベルのときには均等化実行状態となり、電流制御信号がオフレベルのときには均等化停止状態となる。
Ｉ１×Ｒ４≧Ｖth …（１）
Ｉ２×Ｒ４＜Ｖth …（２）
その他の構成、作用および効果は、第１の実施形態と同様である。

（第４の実施形態）
制御回路の構成例を示す第４の実施形態について図７を参照しながら説明する。本実施形態の制御回路は、抵抗Ｒ６（抵抗回路）と定電流回路１７の一方を選択して抵抗Ｒ４と直列に接続する切替スイッチ３２を備えている。切替スイッチ３２は、電流制御信号がオンレベルのときに定電流回路１７を選択し、電流制御信号がオフレベルのときに抵抗Ｒ６を選択する。

定電流回路１７の出力電流が抵抗Ｒ４に流れると、トランジスタＮ１、Ｐ１のゲート・ソース間電圧はしきい値電圧Ｖth以上となりトランジスタＮ１、Ｐ１はオンする。抵抗Ｒ６の抵抗値は、抵抗Ｒ４の抵抗値よりも十分に大きい。端子Ｔnpの電圧をＶ(Tnp)とすれば（３）式が成立する。
Ｒ４／（Ｒ４＋Ｒ６）×Ｖ(Tnp)＜Ｖth …（３）
その他の構成、作用および効果は、第１の実施形態と同様である。

（第５の実施形態）
第５の実施形態について図８を参照しながら説明する。本実施形態の均等化スイッチは、低電位側に位置する半分の電池セルＢＣ１〜ＢＣn/2に対してはＰチャネル型ＭＯＳトランジスタＰ１で構成され、高電位側に位置する半分の電池セルＢＣn/2+1〜ＢＣｎに対してはＮチャネル型ＭＯＳトランジスタＮ１で構成されている。

電源線１３とトランジスタＮ１のゲートとの間には、定電流回路１７とスイッチ回路１６が直列に接続されている。図示しないが、トランジスタＰ１に対しても、定電流回路１７とスイッチ回路１６の直列回路を備えている。トランジスタＰ１の場合、定電流回路１７の電流をグランドで折り返して抵抗Ｒ４に流す折り返し回路を備えている。

トランジスタＮ１のゲート・ソース間には、抵抗Ｒ４と並列に、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタＮ２のドレイン・ソース間が接続されている。図示しないが、トランジスタＰ１のゲート・ソース間には、抵抗Ｒ４と並列に、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタＰ２のドレイン・ソース間が接続されている。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。本実施形態によっても第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形、拡張を行うことができる。

組電池１２の中段に位置する電池セル（例えば電池セルＢＣ４〜ＢＣn-3）に対する均等化スイッチには、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタＮ１とＰチャネル型ＭＯＳトランジスタＰ１の何れを採用してもよい。均等化スイッチは、ＭＯＳトランジスタに替えてバイポーラトランジスタにより構成してもよい。

上述した各実施形態では、電池セルＢＣ１の−端子が接続される基準電位がグランド電位の場合を例として説明したが、グランド電位以外の基準電位を用いてもよい。
トランジスタＮ２、Ｐ２および駆動回路２３は、必要に応じて設ければよい。電池セルＢＣｉのレベルシフト回路２２は、当該電池セルＢＣｉを含む隣り合う２、３または５以上の電池セルの直列回路から供給される電池電圧により動作するように構成してもよい。

駆動回路２３は、レベルシフト回路２２に限られない。オン駆動信号に基づいてトランジスタＮ２、Ｐ２を駆動するオン駆動電圧を出力することができる構成であればよい。例えば、均等化スイッチＮ１、Ｐ１の駆動と同様に、トランジスタＮ２、Ｐ２のゲート・ソース間に抵抗を接続し、スイッチ回路と定電流回路の直列回路を用いて前記抵抗に電流を流すように構成してもよい。

均等化モードに入るタイミング、均等化処理の放電開始および放電終了のタイミングは、図３に示すものに限られない。
信号生成回路１９は、電池セルの電圧が所定の最小有効電池電圧以上に保たれるように、受信した均等化指令信号に基づく均等化実行状態への切り替えを制限（放電の停止、放電時間の短縮など）してもよい。

図面中、１１はＩＣ（均等化装置）、１２は組電池、１６はスイッチ回路、１７は定電流回路、２１は制御回路、２２はレベルシフト回路、２３は駆動回路、３１は可変定電流回路、３２は切替スイッチ、ＢＣ１〜ＢＣｎは電池セル、Ｎ１、Ｐ１はＭＯＳトランジスタ（均等化スイッチ）、Ｎ２、Ｐ２はＭＯＳトランジスタ（トランジスタ）、Ｒ４は抵抗、Ｒ６は抵抗（抵抗回路）である。

Claims (9)

1. 第ｋ電池セル（ＢＣｋ）（ｋ＝１、…、ｎ−１）の第２端子と第ｋ＋１電池セル（ＢＣk+1）の第１端子が接続されることにより第１電池セル（ＢＣ１）から第ｎ電池（ＢＣｎ）セルが直列に接続されて構成された組電池（１２）に対し、各電池セルの電圧を均等化する組電池の均等化装置（１１）において、
   前記電池セルごとに設けられ、通電端子間が当該電池セルの第１端子と第２端子との間に接続され、制御端子と一方の通電端子との間にしきい値電圧以上の制御電圧が入力されると前記通電端子間が導通する均等化スイッチ（Ｎ１，Ｐ１）と、
   前記各均等化スイッチの制御端子と一方の通電端子との間に接続された抵抗（Ｒ４）と、
   前記電池セルごとに当該電池セルに対する均等化指令信号に応じて、当該電池セルに対応して設けられた前記抵抗に電流を流して前記しきい値電圧以上の制御電圧を生成させる均等化実行状態と、当該電池セルに対応して設けられた前記抵抗に前記しきい値電圧未満の制御電圧を生成させる均等化停止状態とを切り替える制御回路（２１）と、
   前記均等化スイッチごとに設けられ、通電端子間が当該均等化スイッチの制御端子と一方の通電端子との間に接続されたトランジスタ（Ｎ２，Ｐ２）と、
   前記トランジスタの制御端子と一方の通電端子との間に印加したときに、前記トランジスタの通電端子間の電圧が前記しきい値電圧未満となるオン駆動電圧を出力可能な駆動回路（２３）とを備えていることを特徴とする組電池の均等化装置。
2. 前記駆動回路は、１つのオン駆動信号に基づいて、前記均等化スイッチごとに設けられた各トランジスタに対し一斉にオン駆動電圧を出力可能に構成されていることを特徴とする請求項１記載の組電池の均等化装置。
3. 前記駆動回路は、前記電池セルごとに、それぞれ当該電池セルを含む隣り合う複数の電池セルの直列回路から供給される電池電圧により動作し、入力したオン駆動信号をレベルシフトして前記オン駆動電圧を出力するレベルシフト回路（２２）を備え、
   前記各電池セルに対して設けられたレベルシフト回路は、隣接する電池セルに対して設けられたレベルシフト回路が出力する駆動電圧を自身の駆動信号として入力することを特徴とする請求項２記載の組電池の均等化装置。
4. 前記制御回路は、前記抵抗に前記しきい値電圧以上の制御電圧を生成させる定電流を出力する定電流回路（１７）と、この定電流回路と直列に設けられて前記均等化指令信号に従ってオンオフするスイッチ回路（１６）とを備えていることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の組電池の均等化装置。
5. 前記制御回路は、前記均等化指令信号に従って、前記抵抗に前記しきい値電圧以上の制御電圧を生成させる第１電流と前記抵抗に前記しきい値電圧未満の制御電圧を生成させる第２電流の何れか一方を選択して出力する可変定電流回路（３１）を備えていることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の組電池の均等化装置。
6. 前記制御回路は、前記抵抗に前記しきい値電圧以上の制御電圧を生成させる定電流を出力する定電流回路（１７）と、前記抵抗と直列に接続された状態で前記抵抗に前記しきい値電圧未満の制御電圧を生成させる抵抗回路（Ｒ６）と、前記均等化指令信号に従って前記定電流回路と前記抵抗回路の何れか一方を選択して前記抵抗に直列接続する切替スイッチ（３２）とを備えていることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の組電池の均等化装置。
7. 第ｋ電池セル（ＢＣｋ）（ｋ＝１、…、ｎ−１）の第２端子と第ｋ＋１電池セル（ＢＣk+1）の第１端子が接続されることにより第１電池セル（ＢＣ１）から第ｎ電池（ＢＣｎ）セルが直列に接続されて構成された組電池（１２）に対し、各電池セルの電圧を均等化する組電池の均等化装置（１１）において、
   前記電池セルごとに設けられ、通電端子間が当該電池セルの第１端子と第２端子との間に接続され、制御端子と一方の通電端子との間にしきい値電圧以上の制御電圧が入力されると前記通電端子間が導通する均等化スイッチ（Ｎ１，Ｐ１）と、
   前記各均等化スイッチの制御端子と一方の通電端子との間に接続された抵抗（Ｒ４）と、
   前記電池セルごとに当該電池セルに対する均等化指令信号に応じて、当該電池セルに対応して設けられた前記抵抗に電流を流して前記しきい値電圧以上の制御電圧を生成させる均等化実行状態と、当該電池セルに対応して設けられた前記抵抗に前記しきい値電圧未満の制御電圧を生成させる均等化停止状態とを切り替える制御回路（２１）とを備え、
   前記制御回路は、前記抵抗に前記しきい値電圧以上の制御電圧を生成させる定電流を出力する定電流回路（１７）と、前記抵抗と直列に接続された状態で前記抵抗に前記しきい値電圧未満の制御電圧を生成させる抵抗回路（Ｒ６）と、前記均等化指令信号に従って前記定電流回路と前記抵抗回路の何れか一方を選択して前記抵抗に直列接続する切替スイッチ（３２）とを備えていることを特徴とする組電池の均等化装置。
8. 前記制御回路は、当該電池セルの電圧が所定の最小有効電池電圧以上に保たれるように、前記均等化指令信号による前記均等化実行状態への切り替えを制限することを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の組電池の均等化装置。
9. 前記均等化指令信号は、当該電池セルの電圧が所定の最小有効電池電圧以上に保たれるように生成されていることを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の組電池の均等化装置。

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