JP7220264B1 - セルバランス回路、セルバランス装置、充放電制御回路、充放電制御装置及びバッテリ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セルバランス動作に伴うエネルギロスを低減したセルバランス回路等を提供する。【解決手段】セルバランス回路１５は、正極から負極に向かって第１セルから第ｎ（ｎは複数）セルまでが順に直列に接続された組電池を含む二次電池に並列に接続され、ｎ個のセルの個々の電圧を調整する回路であって、ｎ個のセルと各々接続される経路をそれぞれ開閉可能なスイッチ回路１６と、スイッチ回路１６を介して第１セルから第ｎセルとそれぞれ接続されるセル放電抵抗としてのデプレッション型ＦＥＴ１７とを備える。スイッチ回路１６は、充電器が外部端子に接続されていない充電器非接続状態であること及び二次電池から負荷となる機器へ放電されていることの少なくとも一方が検出されると、第１セルから第ｎセルの各々をデプレッション型ＦＥＴ１７と非接続なセルバランス停止状態に切り替える。【選択図】図３

Description

本発明は、セルバランス回路、セルバランス装置、充放電制御回路、充放電制御装置及びバッテリ装置に関する。

充放電可能な二次電池の電池セルを複数個直列に接続されて構成される組電池がある。二次電池としての組電池は、何度も充放電を繰り返すうちに、その各電池セルの電圧にズレが生じてくる。組電池において、各電池セルの電圧が大きく異なっていると、組電池を充電した際に電圧の高い電池セルがすぐに過充電となり充電停止、放電した際に電圧の低い電池セルがすぐに過放電となり放電停止し充電も放電も少ししかできなくなってしまうおそれがある。そのため、組電池においては、各電池セルの電圧が略均一となるように調整されることが好ましい。

そこで、電池セル間の電圧のズレを所定範囲内に抑える観点から、組電池内の電池セル間の電圧を揃えるように動作（以下、「セルバランス動作」とする）させるセルバランス技術がある（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示されるセルバランス動作は、相対的に電圧の高い電池セルから放電経路を通して電流を流す動作である。このセルバランス動作では、相対的に電圧の高い電池セルを放電させることによって、他の相対的に電圧の低い電池セルの電圧に電圧を揃えている。特許文献１に開示される充放電制御回路では、最大電圧の電池セルと最小電圧の電池セルとの電圧差が所定範囲内に収まるまでセルバランス動作が行われる。

特開２０２０－１２４０９４号公報

しかしながら、上述したセルバランス動作をする従来のセルバランス装置では、最大電圧の電池セルと最小電圧の電池セルとの電圧差が所定範囲内に収まっていない場合はセルバランス動作を行い続け、個々の電池セルが過充電であるか否か等の電池の状態や充電器が接続されているか否か、組電池から機器への放電がなされているか否か、については考慮されていない。従って、上述した従来のセルバランス装置では、電池の状態又は充電器や負荷となる機器との接続の如何に応じたセルバランス動作をすることができず、省エネルギの観点から改善の余地がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、セルバランス動作に伴うエネルギロスを低減したセルバランス回路、セルバランス装置、充放電制御回路、充放電制御装置及びバッテリ装置を提供することを目的とする。

本発明に係るセルバランス回路は、上述した課題を解決するため、２以上の自然数ｎを直列に接続される個数として、正極から負極に向かって第１セルから第ｎセルまでが順に直列に接続された組電池を含む二次電池に並列に接続され、前記第１セルから第ｎセルまでのｎ個のセルの個々の電圧を調整する回路であって、ｎ個の前記セルについて、それぞれ、自己の正極端子と自己の負極端子とを接続する経路内に少なくとも１個のスイッチを含み、前記少なくとも１個のスイッチに供給される制御信号に基づいてｎ個の経路をそれぞれ開閉可能なスイッチ回路と、前記スイッチ回路を介して前記第１セルから第ｎセルまでのｎ個のセルとそれぞれ接続されるセル放電抵抗と、を備え、ｎ以下の自然数であるｋを、前記正極から前記負極に向かって直列に接続されるセルの順番とする場合、前記スイッチ回路は、前記二次電池から外部正極端子及び外部負極端子に接続された負荷となる機器へ放電されていることが検出されると、供給される前記制御信号に基づいて、前記第１セルから前記第ｎセルの各々を前記セル放電抵抗と非接続なセルバランス停止状態に切り替わるとともに、前記正極から前記負極に向かってｋ番目のセルである第ｋセルの電圧が過充電保護の動作を開始する過充電検出電圧以上であること及び前記二次電池を充電する充電器が前記外部正極端子及び前記外部負極端子に接続されている充電器接続状態であること並びに前記過充電検出電圧以上であること及び前記二次電池から前記負荷となる機器へ放電が開始されていないことの何れか一方が検出されると、供給される前記制御信号に基づいて、前記第ｋセルを前記セル放電抵抗を介して放電させる第ｋセル放電状態に切り替わることを特徴とする。
また、本発明に係るセルバランス装置、充放電制御回路、充放電制御装置及びバッテリ装置は、上述した課題を解決するため、前記セルバランス回路を備える。

本発明によれば、セルバランス動作に伴うエネルギロスを低減することができる。

本発明の第１の実施形態に係るセルバランス回路、充放電制御回路、充放電制御装置及びバッテリ装置の構成例を示す概略図である。 第１の実施形態に係る充放電制御回路の詳細な構成例を示す概略図である。 第１の実施形態に係るセルバランス回路の詳細な構成例を示す概略図である。 本発明の第２の実施形態に係るセルバランス回路、セルバランス装置、充放電制御回路、充放電制御装置及びバッテリ装置の構成例を示す概略図である。 第２の実施形態に係る充放電制御回路の詳細な構成例を示す概略図である。 第２の実施形態に係るセルバランス回路及びセルバランス装置の詳細な構成例を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態に係るセルバランス回路、セルバランス装置、充放電制御回路、充放電制御装置及びバッテリ装置を、図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
図１は第１の実施形態に係るセルバランス回路、充放電制御回路、充放電制御装置及びバッテリ装置の構成例を示す概略図である。

バッテリ装置１及び充放電制御回路１０は、それぞれ、第１の実施形態に係るバッテリ装置及び充放電制御回路の一実施例である。バッテリ装置１は、いわゆる多セル構成の組電池を含む二次電池２と、外部正極端子Ｐ＋及び外部負極端子Ｐ－と、放電制御ＦＥＴ（Field Effect Transistor）３と、充電制御ＦＥＴ４と、二次電池２の充放電を制御するための充放電制御回路１０と、を備えている。なお、説明を簡便化する観点から、以下の説明において、外部正極端子Ｐ＋及び外部負極端子Ｐ－を、まとめて「外部端子」と称することがある。

充放電制御装置２０は、第１の実施形態に係る充放電制御装置の一実施例である。充放電制御装置２０は、外部正極端子Ｐ＋及び外部負極端子Ｐ－と、放電制御ＦＥＴ３と、充電制御ＦＥＴ４と、充放電制御回路１０と、を備えている。すなわち、充放電制御装置２０は、バッテリ装置１から二次電池２を省略した装置である。

二次電池２は、複数個の電池セル（以下、単に「セル」とする）が直列に接続された組電池を含む、いわゆる多セル電池である。すなわち、直列に接続されるセルの個数を「ｎ」とすると、ｎは２以上の自然数、すなわち複数である。二次電池２内のｎ個のセル２＿１，…，２＿ｎは、二次電池２の正極２ａから二次電池２の負極２ｂに向かって、この順番に直列に接続されている。

外部正極端子Ｐ＋及び外部負極端子Ｐ－は、例えば、充電器及び負荷等の外部機器（図示省略）に接続するための端子である。バッテリ装置１内において、外部正極端子Ｐ＋と外部負極端子Ｐ－とを接続する経路（以下、「外部端子間経路」とする）には、例えば、外部正極端子Ｐ＋側から順に、二次電池２、過電流検出用抵抗５、放電制御ＦＥＴ３及び充電制御ＦＥＴ４が接続されている。

バッテリ装置１及び充放電制御装置２０は、外部負極端子Ｐ－側、すなわちローサイドに、放電制御ＦＥＴ３及び充電制御ＦＥＴ４を備えている。放電制御ＦＥＴ３及び充電制御ＦＥＴ４は、何れもＮＭＯＳトランジスタであり、互いのドレインが接続されている。

放電制御ＦＥＴ３は、放電制御信号出力端子ＤＯに接続されるゲートと、充電制御ＦＥＴ４のドレインと接続される一端としてのドレインと、過電流検出用抵抗５の一端と接続される他端としてのソースと、を含んでいる。

充電制御ＦＥＴ４は、充電制御信号出力端子ＣＯに接続されるゲートと、外部負極端子Ｐ－に接続される一端としてのソースと、放電制御ＦＥＴ３のドレインと接続される他端としてのドレインと、を含んでいる。

充放電制御回路１０は、例えば１個の半導体チップ、すなわち半導体集積回路で構成されている。充放電制御回路１０は、正極電源端子ＶＤＤ及びＶＤＤ２、負極電源端子ＶＳＳ、セル接続端子ＶＣ１ａ，・・・，ＶＣ（ｎ－１）ａ及びＶＣ１ｂ，・・・，ＶＣ（ｎ－１）ｂ、充電制御信号出力端子ＣＯ、放電制御信号出力端子ＤＯ、外部負電圧入力端子ＶＭ並びに過電流検出端子ＶＩＮＩを備えている。

正極電源端子ＶＤＤは、正極２ａと抵抗Ｒ１を介して接続されており、二次電池２の正極２ａからの電圧が供給されている。正極電源端子ＶＤＤ２は、外部正極端子Ｐ＋及び正極２ａに接続されており、二次電池２の正極２ａからの電圧が供給されている。負極電源端子ＶＳＳは、負極２ｂに接続されており、負極２ｂからの電圧が供給されている。

セル接続端子ＶＣ１ａは、抵抗Ｒ２を介して、隣接する第１セル２＿１及び第２セル２＿２の接点、すなわち第１セル２＿１の負極端子及び第２セル２＿２の正極端子と接続されている。以下、セル接続端子ＶＣ１ａと同様にして、セル接続端子ＶＣ２ａ，・・・，ＶＣ（ｎ－１）ａは、それぞれ、抵抗Ｒ３，・・・，Ｒｎを介して、第２セル２＿２の負極端子及び第３セル２＿３の正極端子，・・・，第ｎ－１セル２＿（ｎ－１）の負極端子及び第ｎセル２＿ｎの正極端子と接続されている。

ここで、抵抗Ｒ１，・・・，Ｒｎの第１セル２＿１から第ｎセル２＿ｎと接続される端（図１における左側の端）を第１端と称し、正極電源端子ＶＤＤ、セル接続端子ＶＣ１ａ，・・・，ＶＣ（ｎ－１）ａ及び負極電源端子ＶＳＳと接続される端、すなわち、第１端と逆方向の端を第２端（図１における右側の端）と称する。

抵抗Ｒ１の第２端と正極電源端子ＶＤＤとの接点と、負極２ｂと負極電源端子ＶＳＳとの接点との間には、電圧変動抑制のための容量Ｃ１が接続されている。以下、容量Ｃ１と同様にして、容量Ｃ２，・・・，Ｃｎが、それぞれ、抵抗Ｒ２，・・・，Ｒｎの第２端とセル接続端子ＶＣ１ａ，・・・，ＶＣ（ｎ－１）ａとの接点と、負極２ｂと負極電源端子ＶＳＳとの接点との間に接続されている。

充電制御信号出力端子ＣＯは、充放電制御回路１０内で生成された二次電池２の充電の停止及び許可を制御する充電制御信号を、充放電制御回路１０の外部へ出力する端子である。充電制御信号出力端子ＣＯは、充電制御ＦＥＴ４のゲートに接続されている。

放電制御信号出力端子ＤＯは、充放電制御回路１０内で生成された二次電池２の放電を停止及び許可を制御する放電制御信号を、充放電制御回路１０の外部へ出力する端子である。放電制御信号出力端子ＤＯは、放電制御ＦＥＴ３のゲートに接続されている。

外部負電圧入力端子ＶＭは、抵抗６を介して外部負極端子Ｐ－及び充電制御ＦＥＴ４のソースと接続されている。

過電流検出端子ＶＩＮＩは、過電流検出用抵抗５の一端及び放電制御ＦＥＴ３のソースと接続されている。

図２は第１の実施形態に係る充放電制御回路としての充放電制御回路１０のより詳細な構成例を示す概略図である。

充放電制御回路１０は、正極電源端子ＶＤＤ及びＶＤＤ２、負極電源端子ＶＳＳ、セル接続端子ＶＣ１ａ，・・・，ＶＣ（ｎ－１）ａ及びＶＣ１ｂ，・・・，ＶＣ（ｎ－１）ｂ、充電制御信号出力端子ＣＯ、放電制御信号出力端子ＤＯ、外部負電圧入力端子ＶＭ並びに過電流検出端子ＶＩＮＩに加えて、さらに、電池電圧検出回路１１と、過電流検出及び解除回路１２と、制御回路１３と、セルバランス回路１５と、を備えている。

電池電圧検出回路１１は、二次電池２に含まれる端子間の電圧を検出する回路である。電池電圧検出回路１１は、正極電源端子ＶＤＤと接続される端子と、負極電源端子ＶＳＳと接続される端子と、セル接続端子ＶＣ１ａ，・・・，ＶＣ（ｎ－１）ａにそれぞれ接続される端子と、制御回路１３と接続される端子とを有している。

過電流検出及び解除回路１２は、過電流状態を検出するための過電流検出回路と、過電流状態を解除して過電流状態から通常状態へ遷移させるための過電流解除回路とを有している。また、過電流検出及び解除回路１２は、正極電源端子ＶＤＤと接続される端子と、過電流検出端子ＶＩＮＩと接続される端子と、外部負電圧入力端子ＶＭと接続される端子と、制御回路１３と接続される端子とを有している。

制御回路１３は、正極電源端子ＶＤＤと接続される端子と、負極電源端子ＶＳＳと接続される端子と、充電制御信号出力端子ＣＯと接続される端子と、放電制御信号出力端子ＤＯと接続される端子と、外部負電圧入力端子ＶＭと接続される端子と、電池電圧検出回路１１と接続される端子と、過電流検出及び解除回路１２と接続される端子と、セルバランス回路１５と接続される端子と、を有している。

また、制御回路１３は、電池電圧検出回路１１からの二次電池２の電圧及び各セル２＿１，・・・，２＿ｎの電圧の検出信号に基づいて二次電池２の充放電を制御するための制御信号を生成し、充電制御信号出力端子ＣＯ及び放電制御信号出力端子ＤＯへ供給する第１制御回路（図２において図示省略）と、電池電圧検出回路１１からの二次電池２の電圧及び各セル２＿１，・・・，２＿ｎの電圧の検出信号、前記負極電源端子の電圧、並びに外部負電圧入力端子の電圧に基づいて第１セル２＿１から第ｎセル２＿ｎの個々の電圧を調整するための制御信号を生成し、セルバランス回路１５へ供給する第２制御回路（図２において図示省略）と、を有している。

セルバランス回路１５は、第１セル２＿１から第ｎセル２＿ｎの個々の電圧を調整するセルバランス動作を行う回路である。セルバランス回路１５は、正極電源端子ＶＤＤ２と接続される端子と、負極電源端子ＶＳＳと接続される端子と、制御回路１３と接続される端子と、セル接続端子ＶＣ１ｂ，・・・，ＶＣ（ｎ－１）ｂにそれぞれ接続される端子と、を有している。

図３は、第１の実施形態に係るセルバランス回路としてのセルバランス回路１５のより詳細な構成例を示す概略図である。

セルバランス回路１５は、スイッチ回路１６と、セル放電抵抗としてのデプレッション型ＦＥＴ１７と、を備えている。

スイッチ回路１６は、正極電源端子ＶＤＤ２、負極電源端子ＶＳＳ及びセル接続端子ＶＣ１ｂ，・・・，ＶＣ（ｎ－１）ｂの各端子と、デプレッション型ＦＥＴ１７との間に設けられている。

スイッチ回路１６は、セル２＿１，・・・，２＿ｎの自己の正極端子と自己の負極端子とを接続するｎ個の経路内に、それぞれ、少なくとも１個である２個、すなわち二次電池２のセル数に対して２倍の数量となる２ｎ個のスイッチ１６＿１，１６＿２，・・・，１６＿（２ｎ－１），１６＿２ｎを有している。スイッチ回路１６は、スイッチ１６＿１，１６＿２，・・・，１６＿（２ｎ－１），１６＿２ｎを有することで、セル２＿１，・・・，２＿ｎの自己の正極端子と自己の負極端子とを接続するｎ個の経路を開閉可能に構成されている。

ここで、スイッチ１６＿１，１６＿２，・・・，１６＿（２ｎ－１），１６＿２ｎにおいて、正極電源端子ＶＤＤ２、負極電源端子ＶＳＳ及びセル接続端子ＶＣ１ｂ，・・・，ＶＣ（ｎ－１）ｂの各端子、すなわちセル２＿１，・・・，２＿ｎの正極端子と接続される端を第１端と称する。また、デプレッション型ＦＥＴ１７のドレイン又はソースに接続される端を第２端と称する。

スイッチ１６＿１，１６＿２，・・・，１６＿（２ｎ－１），１６＿２ｎは、それぞれ、第１端及び第２端と、制御端とを含んでいる。各スイッチ１６＿１，１６＿２，・・・，１６＿（２ｎ－１），１６＿２ｎは、制御端に入力される制御信号に応じて、第１端及び第２端の短絡（閉状態）及び開放（開状態）を切替可能に構成されている。

スイッチ１６＿１，１６＿２，・・・，１６＿（２ｎ－１），１６＿２ｎのうち、その半分（ｎ個）であるスイッチ１６＿１及びスイッチ１６＿２，・・・，１６＿（２ｎ－２）は、その第２端がデプレッション型ＦＥＴ１７のドレインに接続されている。残りの半分（ｎ個）であるスイッチ１６＿３，・・・，１６＿（２ｎ－１）及びスイッチ１６＿２ｎは、その第２端がデプレッション型ＦＥＴ１７のソースに接続されている。

ここで、第２端が、セル放電抵抗としての一端（第１端）としてのデプレッション型ＦＥＴ１７のドレインに接続されているスイッチ１６＿１及びスイッチ１６＿２，・・・，１６＿（２ｎ－２）の群を第１スイッチ群と称する。また、第２端が、セル放電抵抗としての他端（第２端）としてのデプレッション型ＦＥＴ１７のソースに接続されているスイッチ１６＿３，・・・，１６＿（２ｎ－１）及びスイッチ１６＿２ｎの群を第２スイッチ群と称する。

第１スイッチ群を成すｎ個のスイッチ１６＿１及びスイッチ１６＿２，・・・，１６＿（２ｎ－２）は、第１セル２＿１から第ｎセル２＿ｎの正極端子とそれぞれ接続及び非接続を切り替えるスイッチである。第２スイッチ群を成すｎ個のスイッチ１６＿３，・・・，１６＿（２ｎ－１）及びスイッチ１６＿２ｎは、第１セル２＿１から第ｎセル２＿ｎの負極端子とそれぞれ接続及び非接続を切り替えるスイッチである。

セル放電抵抗としてのデプレッション型ＦＥＴ１７は、例えば、Ｎ型のデプレッション型ＭＯＳＦＥＴである。デプレッション型ＦＥＴ１７は、ゲートとソースとが接続（短絡）されている。

次に、上述したように構成されるセルバランス回路１５、充放電制御回路１０、充放電制御装置２０及びバッテリ装置１の動作について説明する。

充放電制御回路１０、充放電制御装置２０及びバッテリ装置１は、従前の充放電制御回路、充放電制御装置及びバッテリ装置と同様に、通常状態、放電禁止状態、充電禁止状態及び過電流検出状態への切替動作、すなわち二次電池２の充放電制御動作を行う。過電流検出状態には、二次電池２の放電時に過電流が検出された放電過電流検出状態と、二次電池２の充電時に過電流が検出された充電過電流検出状態とが含まれる。また、充放電制御回路１０、充放電制御装置２０及びバッテリ装置１は、第１セル２＿１から第ｎセル２＿ｎの個々の電圧を調整するセルバランス動作を行う。

また、充放電制御回路１０では、電源電圧、すなわち正極電源端子ＶＤＤ２の電圧Ｖddと負極電源端子ＶＳＳの電圧Ｖssとの電圧差に相当する電圧領域がｎ＋１個の電圧領域に分割されている。ここで、ｎ＋１個の電圧領域を、それぞれ、電圧Ｖdd側から順に、第１電圧領域、第２電圧領域、・・・、第ｎ電圧領域及び第ｎ＋１電圧領域と称する。

さらに、充放電制御回路１０（より詳細には、制御回路１３）には、第１セル２＿１から第ｎセル２＿ｎの各々に対して、過充電保護の動作を開始する過充電検出電圧及び過充電保護の動作を解除（停止）する過充電解除電圧が設定されている。また、充放電制御回路１０（より詳細には、制御回路１３）には、過充電保護の動作を解除する条件として、二次電池２の電圧が過充電解除電圧以下になること及び二次電池２から外部端子間に接続された負荷への放電が開始されることの条件が設定されている。

先ず、二次電池２の充放電制御動作について説明する。充放電制御回路１０、充放電制御装置２０及びバッテリ装置１において、電池電圧検出回路１１は、自己の端子間の電圧を検出し、検出した電圧を示す信号を制御回路１３へ供給する。

過電流検出及び解除回路１２は、過電流検出端子ＶＩＮＩから入力される電圧に基づいて、過電流の有無を検出し、過電流検出状態又は過電流解除状態を示す信号を制御回路１３へ供給する。過電流検出及び解除回路１２は、過電流を検出しており、過電流非検出状態から過電流検出状態へ遷移した時点から所定時間が経過している場合、過電流検出信号を出力する。

一方、過電流検出及び解除回路１２は、過電流検出状態にて外部負電圧入力端子ＶＭから入力される電圧に基づいて過電流状態を解除させる信号を出力する。過電流検出及び解除回路１２による判定結果を示す信号は、制御回路１３へ供給される。

制御回路１３は、電池電圧検出回路１１が出力した信号、過電流検出及び解除回路１２が判定した判定結果及び外部負電圧入力端子ＶＭの電圧Ｖmの少なくとも一つに基づいて放電制御ＦＥＴ３及び充電制御ＦＥＴ４のオン／オフを制御する充放電制御信号を生成し、生成した充放電制御信号を放電制御信号出力端子ＤＯ及び充電制御信号出力端子ＣＯへ供給することで、放電制御ＦＥＴ３及び充電制御ＦＥＴ４のオン／オフを制御する。充放電制御信号の生成は、制御回路１３の第１制御回路によって行われる。

続いて、第１セル２＿１から第ｎセル２＿ｎのセルバランス動作について説明する。制御回路１３には、セルバランス動作の動作開始条件及び動作停止条件が設定されている。充放電制御回路１０では、動作開始条件を満たすとセルバランス動作が開始されるとともに、動作停止条件を満たすとセルバランス動作が停止する。

セルバランス動作の動作開始条件は、外部正極端子Ｐ＋及び外部負極端子Ｐ－に充電器が接続されて二次電池２の充電が開始され、第１セル２＿１から第ｎセル２＿ｎの何れかで過充電検出電圧以上に電圧が上昇している過充電状態にあることに加え、次の条件
（I）充電器が外部正極端子Ｐ＋及び外部負極端子Ｐ－に接続されている状態（以下、「充電器接続状態」とする）のままであること、又は
（II）充電器が外部正極端子Ｐ＋及び外部負極端子Ｐ－から外され、外部正極端子Ｐ＋及び外部負極端子Ｐ－に接続されていない状態（以下、「充電器非接続状態」とする）となっているが、二次電池２から外部正極端子Ｐ＋及び外部負極端子Ｐ－に接続された負荷への放電が開始されていないこと、
を満たすことである。

過充電状態にあるか否か及び条件（I）又は（II）を満たすか否かは、制御回路１３が、電池電圧検出回路１１が検出した電圧、過電流検出及び解除回路１２が判定した判定結果、負極電源端子ＶＳＳの電圧Ｖss及び外部負電圧入力端子ＶＭの電圧Ｖmの少なくとも一つに基づいて判定する。

充放電制御回路１０において、過充電状態が検出されると、充電制御ＦＥＴ４がオンからオフされて、二次電池２への充電が停止する。さらに、条件（I）又は（II）のセルバランス動作の動作開始条件を満たしていれば、セルバランス動作状態への遷移が許可される。

すなわち、充放電制御回路１０は、セルバランス動作の動作開始条件を満たした後は、電池電圧検出回路１１によって検出される二次電池２の電圧が、第１電圧領域から第ｎ＋１電圧領域の何れの電圧領域に存在するかに応じて、第１セル２＿１から第ｎセル２＿ｎの何れか一つと並列にデプレッション型ＦＥＴ１７が接続されるセルバランス動作状態と、第１セル２＿１から第ｎセル２＿ｎの何れともデプレッション型ＦＥＴ１７が接続されないセルバランス停止状態とを遷移する。

ここで、正極２ａから負極２ｂに向かう第１セル２＿１から第ｎセル２＿ｎの順番を「ｋ」とすると、ｋは１≦ｋ≦ｎを満たす自然数、すなわちｎ以下の自然数になる。このｋを用いて、分割されたｎ＋１個の電圧領域とセルバランス動作状態及びセルバランス停止状態との関係を、より具体的に説明する。

二次電池２の電圧が第ｋ電圧領域に存在する場合、ｋ番目の第ｋセル２＿ｋと並列にデプレッション型ＦＥＴ１７が接続される状態（以下、「第ｋセル放電状態」とする）となる。すなわち、セルバランス動作状態は、第１セル放電状態から第ｎセル放電状態までのｎ個のセル放電状態を含んでいる。また、二次電池２の電圧が第ｎ＋１電圧領域に存在する場合、セルバランス停止状態となる。

セルバランス動作状態とセルバランス停止状態とを遷移させる制御信号、すなわち第１セル２＿１から第ｎセル２＿ｎの個々の電圧を調整するための制御信号の生成は、制御回路１３の第２制御回路によって行われる。

セルバランス動作の動作開始条件を満たした後に、第ｋセル２＿ｋの電圧が過充電解除電圧を超えている場合、制御回路１３の第２制御回路が、充放電制御回路１０を第ｋセル放電状態とするための制御信号を生成し、スイッチ１６＿１，１６＿２，・・・，１６＿（２ｎ－１），１６＿２ｎの各制御端へ供給する。

充放電制御回路１０を第ｋセル放電状態とするための制御信号を受信したスイッチ１６＿１，１６＿２，・・・，１６＿（２ｎ－１），１６＿２ｎが開閉（開放又は短絡）制御されることによって、スイッチ回路１６内の経路が切替制御され、第ｋセル２＿ｋと並列にデプレッション型ＦＥＴ１７が接続される。第ｋセル２＿ｋと並列にデプレッション型ＦＥＴ１７が接続されると、第ｋセル２＿ｋの電圧を低下させるようにセルバランス電流が流れる。

第ｋセル放電状態では、２ｎ個のスイッチ１６＿１，１６＿２，・・・，１６＿（２ｎ－１），１６＿２ｎのうち、第ｋセル２＿ｋとデプレッション型ＦＥＴ１７とを並列に接続する２個が閉じられる一方、残り２ｎ－２個が開かれる。このようなスイッチ１６＿１～１６＿２ｎの開閉制御によって、第１セル２＿１から第ｎセル２＿ｎの何れか１個とデプレッション型ＦＥＴ１７とが並列に接続される。

例えば、充放電制御回路１０を第１セル放電状態に遷移させる場合（ｋ＝１の場合）、スイッチ１６＿１，１６＿３が閉じられる一方、残りのスイッチ１６＿２，１６＿４，・・・，１６＿２ｎが開かれる。このスイッチ１６＿１，・・・，１６＿２ｎの開閉制御によって、セルバランス回路１５は、正極電源端子ＶＤＤ２とセル接続端子ＶＣ１ｂとを介して第１セル２＿１と接続される。すなわち、第１セル２＿１と並列にデプレッション型ＦＥＴ１７が接続される。

充放電制御回路１０を第ｎセル放電状態に遷移させる場合（ｋ＝ｎの場合）、スイッチ１６＿１～１６＿２ｎのうちの２個であるスイッチ１６＿（２ｎ－２），１６＿２ｎが閉じられる一方、残りのｎ－２個のスイッチ１６＿１，・・・，１６＿（２ｎ－３），１６＿（２ｎ－１）が開かれる。このようなスイッチ１６＿１～１６＿２ｎの開閉制御によって、第ｎセル２＿ｎと並列にデプレッション型ＦＥＴ１７が接続される。

二次電池２の電圧が第ｎ＋１電圧領域に存在する場合、充放電制御回路１０はセルバランス停止状態となるが、次のセルバランス動作の動作停止条件
（i）過充電検出電圧以上に上昇していた電圧が過充電解除電圧以下に低下したこと、又は
（ii）（ａ）二次電池２からの負荷となる機器への放電が開始されていること及び（ｂ）充電器非接続状態であることの少なくとも一方
を満たす場合には、二次電池２の電圧に関わらず、充放電制御回路１０はセルバランス停止状態となる。

条件（i）及び条件（ii）は、セル２＿１～２＿ｎの放電を抑えることが好ましいタイミングの一例である。充放電制御回路１０は、このようなセル２＿１～２＿ｎの放電を抑えることが好ましいタイミングにおいて、セルバランス停止状態になるように構成されている。条件（i）又は（ii）を満たすか否かは、制御回路１３が、電池電圧検出回路１１が検出した電圧、負極電源端子ＶＳＳの電圧Ｖss及び外部負電圧入力端子ＶＭの電圧Ｖmの少なくとも一つに基づいて判定する。

充放電制御回路１０がセルバランス停止状態となる場合、第１セル２＿１から第ｎセル２＿ｎの何れからもセルバランス電流が流れないように、スイッチ１６＿１，１６＿２，・・・，１６＿（２ｎ－１），１６＿２ｎの開閉が制御される。例えば、第１セル２＿１から第ｎセル２＿ｎの何れに対しても開放され、かつセルバランス回路１５が負極電源端子ＶＳＳに接続されるように、スイッチ１６＿２ｎが閉じられる一方、残りのスイッチ１６＿１，・・・，１６＿（２ｎ－１）は開かれる。

また、条件（i）及び条件（ii）のうち、条件（i）と条件（ii）（ａ）は、過充電保護の動作を解除する条件でもある。条件（i）及び条件（ii）（ａ）を満たす場合には、充電制御ＦＥＴ４がオフからオンに遷移するとともに、充放電制御回路１０はセルバランス動作停止状態となる。また、条件（ii）（ｂ）を満たす場合には、過充電保護の動作が解除されないまま、充放電制御回路１０はセルバランス動作停止状態となる。

上述したように、充放電制御回路１０、充放電制御装置２０及びバッテリ装置１では、スイッチ１６＿１，１６＿２，・・・，１６＿（２ｎ－１），１６＿２ｎを開閉制御することによって、セルバランス動作状態（第１セル放電状態から第ｎセル放電状態）及びセルバランス停止状態の何れかの状態に切り替えられる。

また、セルバランス停止状態への切り替えに際して、例えば、二次電池２から負荷となる機器へ放電されている状態や充電器非接続状態であると判定する場合等のセル２＿１～２＿ｎの放電を抑えることが好ましいタイミングにおいては、最大電圧のセルと最小電圧のセルとの電圧差が当該所定範囲内に収まっていないとしても、セルバランス動作を中断してセルバランス動作を停止させる。

本実施形態によれば、セルバランス回路１５が、二次電池２（第１セル２＿１から第ｎセル２＿ｎ）の状態又は充電器との接続の如何に応じて、セルバランス動作状態とセルバランス停止状態とを切り替えることができる。これは、最大電圧のセルと最小電圧のセルとの電圧差が所定範囲内に収まっていない場合に最大電圧のセルと最小電圧のセルとの電圧差が当該所定範囲内に収まるまでセルバランス停止状態へ切り替えることができない従前のセルバランス装置と大きく異なる点である。

上述したように、セルバランス回路１５及びセルバランス回路１５を備える充放電制御回路１０、充放電制御装置２０及びバッテリ装置１は、セル２＿１～２＿ｎの放電を抑えたいタイミングにおいてセルバランス動作を停止させることができるスイッチ回路１６を備えている。故に、本実施形態によれば、最大電圧のセルと最小電圧のセルとの電圧差が所定範囲内に収まっていない場合であっても、セル２＿１～２＿ｎの放電を抑えることが好ましいタイミングにおいてはセルバランス動作を停止させることができ、セルバランス動作に伴うエネルギロスを低減することができる。

一方、セルバランス回路１５及びセルバランス回路１５を備える充放電制御回路１０、充放電制御装置２０及びバッテリ装置１は、充電器接続状態や二次電池２の放電が開始されていない状態等のように、セル２＿１～２＿ｎの放電を抑える必要のないタイミングにおいて、セルバランス動作を容認、すなわちセルバランス動作を停止させずに実行する。例えば、充電器を接続したまま長時間放置、または充電後に外部端子に機器を接続せずに二次電池２のみを放置することで、セルバランス動作が実行されるので過剰なエネルギロスを抑えつつも最大電圧のセルと最小電圧のセルとの電圧差を小さくすることができる。

上述したように、セルバランス回路１５及びセルバランス回路１５を備える充放電制御回路１０、充放電制御装置２０及びバッテリ装置１は、第１セル２＿１から第ｎセル２＿ｎのｎ個の正極端子とスイッチ回路１６を介して接続される第１端と、第１セル２＿１から第ｎセル２＿ｎのｎ個の負極端子とスイッチ回路１６を介して接続される第２端とを含むデプレッション型ＦＥＴ１７を備えている。セルバランス回路１５及びセルバランス回路１５を備える充放電制御回路１０、充放電制御装置２０及びバッテリ装置１では、１個のデプレッション型ＦＥＴ１７があれば、スイッチ１６＿１～１６＿２ｎの開閉（開放又は短絡）を切り替えることによって、第１セル２＿１から第ｎセル２＿ｎの各々に対して、択一的に放電可能である。

従って、セルバランス回路１５及びセルバランス回路１５を備える充放電制御回路１０、充放電制御装置２０及びバッテリ装置１では、セル放電抵抗の構成を簡素化できるとともに発熱箇所を一つの箇所に限定させることができる。

［第２の実施形態］
図４は、第２の実施形態に係るセルバランス装置、充放電制御回路、充放電制御装置及びバッテリ装置の構成例を示す概略図である。

バッテリ装置６１、充放電制御装置６０及び充放電制御回路５０は、それぞれ、第２の実施形態に係るバッテリ装置、充放電制御装置及び充放電制御回路の一実施例である。バッテリ装置６１及び充放電制御装置６０は、それぞれ、バッテリ装置１及び充放電制御装置２０に対して、充放電制御回路１０の代わりに充放電制御回路５０を備える点で相違するが、その他の点は同様である。

また、充放電制御回路５０は、充放電制御回路１０に対して、第１制御回路とセルバランス回路１５とが互いに異なる２個の半導体チップ３０及び半導体チップ４０に形成されている点と、第１制御回路及び第２制御回路を有する制御回路１３の代わりに第１制御回路を有する制御回路３３及び第２制御回路を有する制御回路４３を備える点と、制御回路４３及びセルバランス回路１５が独立したセルバランス装置４１として構成されている点と、制御回路３３と制御回路４３とを接続する出力回路３４を半導体チップ３０内にさらに備えている点とで相違しているものの、上記相違点以外は充放電制御回路１０と同様に構成されている。

そこで、本実施形態では、充放電制御回路５０の充放電制御回路１０に対する相違点を中心に説明し、セルバランス回路１５、充放電制御回路１０、充放電制御装置２０及びバッテリ装置１と重複する説明については省略する。

充放電制御回路５０は、例えば２個等の複数個の半導体チップ３０，４０上に分散して形成されている。すなわち、充放電制御回路５０は、半導体チップ３０に形成される回路（図５参照）と、半導体チップ４０に形成される回路（図６参照）と、を備えている。

第１半導体チップとしての半導体チップ３０には、充放電制御回路１０が備えている正極電源端子ＶＤＤ、負極電源端子ＶＳＳ、セル接続端子ＶＣ１ａ，・・・，ＶＣ（ｎ－１）ａ、充電制御信号出力端子ＣＯ、放電制御信号出力端子ＤＯ、外部負電圧入力端子ＶＭ及び過電流検出端子ＶＩＮＩに加えて、セルバランス制御信号端子ＣＢ＿ＣＴＬが設けられている。

第２半導体チップとしての半導体チップ４０には、充放電制御回路１０における正極電源端子ＶＤＤ２に相当する正極電源端子ＶＤＤ、充放電制御回路１０におけるセル接続端子ＶＣ１ｂ，・・・，ＶＣ（ｎ－１）ｂに相当するセル接続端子ＶＣ１，・・・，ＶＣ（ｎ－１）、負極電源端子ＶＳＳ及び信号入力端子ＣＴＬが設けられている。

半導体チップ３０において、正極電源端子ＶＤＤ、負極電源端子ＶＳＳ、セル接続端子ＶＣ１ａ，・・・，ＶＣ（ｎ－１）ａ、充電制御信号出力端子ＣＯ、放電制御信号出力端子ＤＯ、外部負電圧入力端子ＶＭ及び過電流検出端子ＶＩＮＩの各端子の接続先は、充放電制御回路１０と同様である。セルバランス制御信号端子ＣＢ＿ＣＴＬは、信号入力端子ＣＴＬと接続されている。

半導体チップ４０において、正極電源端子ＶＤＤは、正極２ａ及び外部正極端子Ｐ＋に接続されている。セル接続端子ＶＣ１，・・・，ＶＣ（ｎ－１）は、それぞれ、セル２＿１の負極端子及びセル２＿２の正極端子，・・・，セル２＿（ｎ－１）の負極端子及びセル２＿ｎの正極端子に接続されている。負極電源端子ＶＳＳは、負極２ｂに接続されている。

図５は、第２の実施形態に係る充放電制御回路としての充放電制御回路５０のうち、半導体チップ３０内に形成される回路のより詳細な構成例を示す概略図である。

図６は、第２の実施形態に係る充放電制御回路としての充放電制御回路５０のうち、半導体チップ４０内に形成される回路、すなわち第２の実施形態に係るセルバランス回路及びセルバランス装置の詳細な構成例を示す概略図である。

充放電制御回路５０は、正極電源端子ＶＤＤ、負極電源端子ＶＳＳ、セル接続端子ＶＣ１ａ，・・・，ＶＣ（ｎ－１）ａ、充電制御信号出力端子ＣＯ、放電制御信号出力端子ＤＯ、外部負電圧入力端子ＶＭ、過電流検出端子ＶＩＮＩ及びセルバランス制御信号端子ＣＢ＿ＣＴＬと、電池電圧検出回路１１と、過電流検出及び解除回路１２と、制御回路３３と、出力回路３４と、信号入力端子ＣＴＬと、制御回路４３と、セルバランス回路１５と、セル接続端子ＶＣ１，・・・，ＶＣ（ｎ－１）と、を備えている。

半導体チップ３０には、充放電制御回路５０のうち、正極電源端子ＶＤＤ、負極電源端子ＶＳＳ、セル接続端子ＶＣ１ａ，・・・，ＶＣ（ｎ－１）ａ、充電制御信号出力端子ＣＯ、放電制御信号出力端子ＤＯ、外部負電圧入力端子ＶＭ、過電流検出端子ＶＩＮＩ及びセルバランス制御信号端子ＣＢ＿ＣＴＬと、電池電圧検出回路１１と、過電流検出及び解除回路１２と、制御回路３３と、出力回路３４とが形成されている。

制御回路３３は、正極電源端子ＶＤＤと接続される端子と、負極電源端子ＶＳＳと接続される端子と、充電制御信号出力端子ＣＯと接続される端子と、放電制御信号出力端子ＤＯと接続される端子と、外部負電圧入力端子ＶＭと接続される端子と、電池電圧検出回路１１と接続される端子と、過電流検出及び解除回路１２と接続される端子と、出力回路３４と接続される端子と、を有している。

また、制御回路３３は、二次電池２の充放電を制御するための制御信号を生成し、充電制御信号出力端子ＣＯ及び放電制御信号出力端子ＤＯへ供給する第１制御回路（図示省略）と、セルバランス回路１５において接続する端子間の経路、すなわちスイッチ回路１６内の経路を判定する判定回路（図示省略）と、を有している。

出力回路３４は、セルバランス回路１５において接続する端子間の経路を表す信号を、半導体チップ３０から半導体チップ４０へ出力するための回路である。出力回路３４は、正極電源端子ＶＤＤと接続される端子、負極電源端子ＶＳＳと接続される端子、セル接続端子ＶＣ１ａ，・・・，ＶＣ（ｎ－１）ａとそれぞれ接続される端子、制御回路３３と接続される端子及びセルバランス制御信号端子ＣＢ＿ＣＴＬと接続される端子と、を有している。

一方、半導体チップ４０には、セルバランス装置４１が形成されている。セルバランス装置４１は第２の実施形態に係るセルバランス装置の一実施例である。セルバランス装置４１は、充放電制御回路５０のうち、正極電源端子ＶＤＤと、負極電源端子ＶＳＳと、セルバランス回路１５と、セル接続端子ＶＣ１，・・・，ＶＣ（ｎ－１）と、信号入力端子ＣＴＬと、制御回路４３と、を備えている。

セルバランス装置４１において、正極電源端子ＶＤＤは、スイッチ１６＿１を介してデプレッション型ＦＥＴ１７のドレインに接続されている。スイッチ１６＿１を中心にして説明すれば、スイッチ１６＿１は、正極電源端子ＶＤＤに接続される第１端と、デプレッション型ＦＥＴ１７のドレインに接続される第２端と、制御回路４３と接続される制御端と、を含んでいる。

負極電源端子ＶＳＳは、スイッチ１６＿２ｎを介してデプレッション型ＦＥＴ１７のソースに接続されている。スイッチ１６＿２ｎを中心にして説明すれば、スイッチ１６＿２ｎは、負極電源端子ＶＳＳに接続される第１端と、デプレッション型ＦＥＴ１７のソースに接続される第２端と、制御回路４３と接続される制御端と、を含んでいる。

セル接続端子ＶＣ１からセル接続端子ＶＣ（ｎ－１）は、それぞれ、第１スイッチ群を成すスイッチを介してデプレッション型ＦＥＴ１７のドレインに接続され、第２スイッチ群を成すスイッチを介してデプレッション型ＦＥＴ１７のソースに接続されている。

例えば、セル接続端子ＶＣ１は、スイッチ１６＿２を介してデプレッション型ＦＥＴ１７のドレインに接続され、スイッチ１６＿３を介してデプレッション型ＦＥＴ１７のソースに接続されている。以下、セル接続端子ＶＣ（ｎ－１）まで、セル接続端子ＶＣ１と同様にして、スイッチを介してデプレッション型ＦＥＴ１７のドレイン及びソースに接続されている。セル接続端子ＶＣ（ｎ－１）は、スイッチ１６＿（２ｎ－１）を介してデプレッション型ＦＥＴ１７のソースに接続されている。

セルバランス制御回路又は第２制御回路としての制御回路４３は、信号入力端子ＣＴＬに接続されている。また、制御回路４３は、スイッチ１６＿１，１６＿２，・・・，１６＿（２ｎ－１），１６＿２ｎの各制御端と接続されている。

セルバランス回路１５は、第２の実施形態に係るセルバランス回路の一実施例である。充放電制御回路５０におけるセルバランス回路１５は、充放電制御回路１０におけるセルバランス回路１５に対して、第１制御回路が形成される半導体チップ３０と異なる半導体チップ４０に形成される点で異なるが、その他の点は同様であるので、本実施形態では同じ符号を付して説明を省略する。

続いて、上述したように構成されるセルバランス装置４１、充放電制御回路５０、充放電制御装置６０及びバッテリ装置６１の動作について説明する。

充放電制御回路５０、充放電制御装置６０及びバッテリ装置６１は、充放電制御回路１０、充放電制御装置２０及びバッテリ装置１に対して、それぞれ、セルバランス動作をセルバランス装置４１において行う点で異なるが、上述した二次電池２の充放電制御動作及びセルバランス動作を行う点では実質的な相違はない。そこで、本実施形態では、充放電制御回路５０、充放電制御装置６０及びバッテリ装置６１におけるセルバランス動作を中心に説明し、二次電池２の充放電制御動作については、充放電制御回路１０、充放電制御装置２０及びバッテリ装置１における二次電池２の充放電制御動作の説明をもって省略する。

充放電制御回路５０、充放電制御装置６０及びバッテリ装置６１におけるセルバランス動作は、まず、制御回路３３が、電池電圧検出回路１１が検出した電圧、負極電源端子ＶＳＳの電圧Ｖss及び外部負電圧入力端子ＶＭの電圧Ｖmに基づいて、第１セル放電状態から第ｎセル放電状態及びセルバランス停止状態の何れの状態とするかを判定し、判定結果を示す信号を出力回路３４へ供給する。

判定結果を示す信号は、セルバランス回路１５において接続する端子間の経路を表す信号であり、例えば、スイッチ１６＿１，１６＿２，・・・，１６＿（２ｎ－１），１６＿２ｎ毎に遷移させる開閉状態を示す信号や遷移させる開閉状態にするために開閉状態の遷移が必要か否かを示す信号を適用できる。

出力回路３４は、判定結果を示す信号、すなわちセルバランス回路１５において接続する端子間の経路を表す信号を、セルバランス制御信号端子ＣＢ＿ＣＴＬから半導体チップ４０の信号入力端子ＣＴＬへ伝送可能な形式に変換し、セルバランス制御信号端子ＣＢ＿ＣＴＬへ供給する。

半導体チップ３０のセルバランス制御信号端子ＣＢ＿ＣＴＬへ供給された信号は、半導体チップ４０の信号入力端子ＣＴＬへ伝送され、信号入力端子ＣＴＬから制御回路４３へ供給される。制御回路４３は、供給された信号に基づいて、スイッチ１６＿１，１６＿２，・・・，１６＿（２ｎ－１），１６＿２ｎの開閉を制御するための制御信号を生成する。制御回路４３は、生成した制御信号を、スイッチ１６＿１，１６＿２，・・・，１６＿（２ｎ－１），１６＿２ｎの各制御端へ供給する。スイッチ回路１６は、制御回路４３からの制御信号を受けて、セルバランス動作を実行する又は停止する。

このように、セルバランス回路１５並びにセルバランス回路１５を備えるセルバランス装置４１、充放電制御回路５０、充放電制御装置６０及びバッテリ装置６１によれば、充放電制御回路１０における制御回路１３が、制御回路３３及び制御回路４３と、制御回路３３及び制御回路４３を連絡する出力回路３４とに分けて構成される相違点があるものの、その動作は実質的に同様である。従って、セルバランス回路１５、セルバランス装置４１、充放電制御回路５０、充放電制御装置６０及びバッテリ装置６１によれば、充放電制御回路１０、充放電制御装置２０及びバッテリ装置１と同様の効果が得られる。

また、充放電制御回路５０、充放電制御装置６０及びバッテリ装置６１では、セルバランス動作を行うセルバランス装置４１が、二次電池２の充放電制御動作を担う半導体チップ３０とは異なる半導体チップ４０に形成されている。セルバランス動作に伴い発熱するデプレッション型ＦＥＴ１７が、半導体チップ３０の外部に配設されているため、セルバランス動作によって生じる熱の影響を受けにくい充放電制御回路５０、充放電制御装置６０及びバッテリ装置６１を提供することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では、上述した例以外にも様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更をすることができる。

上述した充放電制御装置２０及びバッテリ装置１は、外部端子間経路における外部負極端子Ｐ－側、すなわちローサイドに、放電制御ＦＥＴ３及び充電制御ＦＥＴ４を備えている構成例であるが、この構成例に限定されない。実施形態に係る充放電制御装置及びバッテリ装置は、外部正極端子Ｐ＋側、すなわちハイサイドに放電制御ＦＥＴ３及び充電制御ＦＥＴ４を備えていてもよい。

上述した充放電制御回路１０は、過電流検出端子ＶＩＮＩを備える構成例であるが、この構成例に限定されない。また、上述した充放電制御装置２０及びバッテリ装置１は、過電流検出用抵抗５及び過電流検出端子ＶＩＮＩを備える構成例であるが、この構成例に限定されない。実施形態に係る充放電制御回路において、過電流検出端子ＶＩＮＩは、任意の構成要素であって省略されていてもよい。実施形態に係る充放電制御装置及びバッテリ装置において、過電流検出用抵抗５及び過電流検出端子ＶＩＮＩは、任意の構成要素であって省略されていてもよい。

上述した充放電制御回路１０，５０、充放電制御装置２０，６０及びバッテリ装置１，６１は、セル放電抵抗としてデプレッション型ＦＥＴ１７を備える構成例であるが、セル放電抵抗はデプレッション型ＦＥＴ１７に限定されない。セル放電抵抗は電流制限機能を有する素子であればよく、例えば、トランジスタのオン抵抗、抵抗素子又はこれらの組み合わせでもよい。

本実施形態に係るセルバランス装置、充放電制御回路、充放電制御装置及びバッテリ装置を形成するに際して、充放電制御回路１０を、セルバランス回路１５と、その他の電池電圧検出回路１１、過電流検出及び解除回路１２及び制御回路１３とに分けて、それぞれ、異なる半導体チップに形成してもよい。

また、上述した充放電制御回路５０、充放電制御装置６０及びバッテリ装置６１は、セルバランス装置４１が制御回路４３を備えている例であるが、この例に限定されない。本実施形態に係るセルバランス装置、充放電制御回路、充放電制御装置及びバッテリ装置を形成するに際して、制御回路４３は、必ずしもセルバランス装置４１に備えられていなくてもよい。セルバランス装置４１内のスイッチ回路１６に所望の制御信号を供給可能であれば、第２制御回路としての制御回路４３は、例えば、半導体チップ３０等のセルバランス装置４１の外部に備えられていてもよい。

これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１，６１ バッテリ装置
２ 二次電池
２＿１，・・・，２＿ｎ セル
２ａ （二次電池の）正極
２ｂ （二次電池の）負極
３ 放電制御ＦＥＴ
４ 充電制御ＦＥＴ
１０，５０ 充放電制御回路
１３ 制御回路（第１制御回路及び第２制御回路）
１５ セルバランス回路
１６ スイッチ回路
１６＿１，・・・，１６＿２ｎ スイッチ
１７ デプレッション型ＦＥＴ（セル放電抵抗）
２０，６０ 充放電制御装置
３０，４０ 半導体チップ
３３ 制御回路（第１制御回路）
３４ 出力回路
４１ セルバランス装置
４３ 制御回路（セルバランス制御回路又は第２制御回路）
Ｐ＋ 外部正極端子
Ｐ－ 外部負極端子

Claims (9)

1. ２以上の自然数ｎを直列に接続される個数として、正極から負極に向かって第１セルから第ｎセルまでが順に直列に接続された組電池を含む二次電池に並列に接続され、前記第１セルから第ｎセルまでのｎ個のセルの個々の電圧を調整する回路であって、
   ｎ個の前記セルについて、それぞれ、自己の正極端子と自己の負極端子とを接続する経路内に少なくとも１個のスイッチを含み、前記少なくとも１個のスイッチに供給される制御信号に基づいてｎ個の経路をそれぞれ開閉可能なスイッチ回路と、
   前記スイッチ回路を介して前記第１セルから第ｎセルまでのｎ個のセルとそれぞれ接続されるセル放電抵抗と、を備え、
   ｎ以下の自然数であるｋを、前記正極から前記負極に向かって直列に接続されるセルの順番とする場合、
   前記スイッチ回路は、前記二次電池から外部正極端子及び外部負極端子に接続された負荷となる機器へ放電されていることが検出されると、供給される前記制御信号に基づいて、前記第１セルから前記第ｎセルの各々を前記セル放電抵抗と非接続なセルバランス停止状態に切り替わるとともに、前記正極から前記負極に向かってｋ番目のセルである第ｋセルの電圧が過充電保護の動作を開始する過充電検出電圧以上であること及び前記二次電池を充電する充電器が前記外部正極端子及び前記外部負極端子に接続されている充電器接続状態であること並びに前記過充電検出電圧以上であること及び前記二次電池から前記負荷となる機器へ放電が開始されていないことの何れか一方が検出されると、供給される前記制御信号に基づいて、前記第ｋセルを前記セル放電抵抗を介して放電させる第ｋセル放電状態に切り替わる
   ことを特徴とするセルバランス回路。
2. 前記スイッチ回路は、前記第ｋセルの電圧が前記過充電検出電圧以上から過充電解除電圧以下になっていることが検出されると、供給される前記制御信号に基づいて、前記第ｋセル放電状態から前記セルバランス停止状態に切り替わる請求項１に記載のセルバランス回路。
3. ｎ以下の自然数であるｋを、前記正極から前記負極に向かって直列に接続されるセルの順番とする場合、ｋ番目のセルである第ｋセルの正極端子と前記第ｋセルの負極端子とを接続する経路内に含まれる少なくとも１個のスイッチは、
   供給される前記制御信号に基づいて前記第ｋセルの正極端子とそれぞれ接続及び非接続を切替可能な第ｋ＿１スイッチと、
   供給される前記制御信号に基づいて前記第ｋセルの負極端子とそれぞれ接続及び非接続を切替可能な第ｋ＿２スイッチと、
   を有し、
   前記第ｋ＿１スイッチは、前記制御信号が供給される制御端と、前記第ｋセルの正極端子と接続される第１端と、前記セル放電抵抗と接続される第２端と、を含み、
   前記第ｋ＿２スイッチは、前記制御信号が供給される制御端と、前記第ｋセルの負極端子と接続される第１端と、前記セル放電抵抗と接続される第２端と、を含み、
   前記セル放電抵抗は、
   前記第ｋ＿１スイッチを介して、前記第１セルから第ｎセルまでのｎ個のセルの各正極端子と接続される第１端と、
   前記第ｋ＿２スイッチを介して、前記第１セルから第ｎセルまでのｎ個のセルの各負極端子と接続される第２端と、を含む請求項１又は２に記載のセルバランス回路。
4. ｎ個の前記セルの何れの１個と前記セル放電抵抗とが接続されるセルバランス動作状態と、ｎ個の前記セルの何れに対しても前記セル放電抵抗と非接続となるセルバランス停止状態とを切替制御するセルバランス制御回路をさらに備える請求項１から３の何れか一項に記載のセルバランス回路。
5. ２以上の自然数ｎを直列に接続される個数として、正極から負極に向かって第１セルから第ｎセルまでが順に直列に接続された組電池を含む二次電池に並列に接続され、前記第１セルから第ｎセルまでのｎ個のセルの個々の電圧を調整する装置であって、
   ｎ個の前記セルについて、それぞれ、自己の正極端子と自己の負極端子とを接続する経路内に少なくとも１個のスイッチを含み、前記少なくとも１個のスイッチに供給される制御信号に基づいてｎ個の経路をそれぞれ開閉可能なスイッチ回路と、
   前記スイッチ回路を介して前記第１セルから第ｎセルまでのｎ個のセルとそれぞれ接続されるセル放電抵抗と、
   ｎ個の前記セルの何れの１個と前記セル放電抵抗とが接続されるセルバランス動作状態と、ｎ個の前記セルの何れに対しても前記セル放電抵抗と非接続となるセルバランス停止状態とを切替制御するセルバランス制御回路と、
   前記スイッチ回路を介して前記セル放電抵抗の第１端と接続される正極電源端子と、
   前記スイッチ回路を介して前記セル放電抵抗の第２端と接続される負極電源端子と、
   前記スイッチ回路を介して前記セル放電抵抗の第１端及び第２端にそれぞれ接続されるセル接続端子と、
   前記セルバランス制御回路と接続される信号入力端子と、を備え、
   ｎ以下の自然数であるｋを、前記正極から前記負極に向かって直列に接続されるセルの順番とする場合、
   前記スイッチ回路は、前記二次電池から外部正極端子及び外部負極端子に接続された負荷となる機器へ放電されていることが検出されると、供給される前記制御信号に基づいて、前記第１セルから前記第ｎセルの各々を前記セル放電抵抗と非接続なセルバランス停止状態に切り替わるとともに、前記正極から前記負極に向かってｋ番目のセルである第ｋセルの電圧が過充電保護の動作を開始する過充電検出電圧以上であること及び前記二次電池を充電する充電器が前記外部正極端子及び前記外部負極端子に接続されている充電器接続状態であること並びに前記過充電検出電圧以上であること及び前記二次電池から前記負荷となる機器へ放電が開始されていないことの何れか一方が検出されると、供給される前記制御信号に基づいて、前記第ｋセルを前記セル放電抵抗を介して放電させる第ｋセル放電状態に切り替わることを特徴とするセルバランス装置。
6. 前記二次電池の充放電を制御するための充放電制御回路であって、
   前記二次電池の正極からの電圧が供給される正極電源端子と、
   前記二次電池の負極からの電圧が供給される負極電源端子と、
   隣接する２個のセルの接点からの電圧が供給されるセル接続端子と、
   前記外部負極端子に接続される外部負電圧入力端子と、
   前記二次電池の充電の停止及び許可を制御する充電制御信号が出力される充電制御信号出力端子と、
   前記二次電池の放電を停止及び許可を制御する放電制御信号が出力される放電制御信号出力端子と、
   前記正極電源端子、前記セル接続端子及び前記負極電源端子とそれぞれ接続されており、前記正極電源端子、前記セル接続端子及び前記負極電源端子から供給される電圧に基づいて前記二次電池の電圧及び各セルの電圧を検出する電池電圧検出回路と、
   前記電池電圧検出回路からの前記二次電池の電圧及び各セルの電圧の検出信号に基づいて前記充電制御信号及び前記放電制御信号を生成する第１制御回路と、
   前記二次電池の電圧及び各セルの電圧の検出信号と、前記負極電源端子の電圧及び前記外部負電圧入力端子の電圧とに基づいて前記少なくとも１個のスイッチに供給される制御信号を生成する第２制御回路と、
   請求項１から３の何れか１項に記載のセルバランス回路と、
   前記セルバランス回路の出力端と接続される信号出力端子と、
   を備えることを特徴とする充放電制御回路。
7. 前記充放電制御回路は、複数の半導体チップ上に形成され、
   前記セルバランス回路は、前記第１制御回路が形成される第１半導体チップとは異なる第２半導体チップに形成される請求項６に記載の充放電制御回路。
8. 請求項６又は７に記載の充放電制御回路と、
   前記外部正極端子及び前記外部負極端子と、
   前記充電制御信号出力端子に接続されるゲートと、前記外部負極端子に接続される一端とを含む充電制御ＦＥＴと、
   前記放電制御信号出力端子に接続されるゲートと、前記充電制御ＦＥＴの他端に接続される一端とを含む放電制御ＦＥＴと、を備えることを特徴とする充放電制御装置。
9. 請求項６又は７に記載の充放電制御回路と、
   前記二次電池と、
   前記外部正極端子及び前記外部負極端子と、
   前記充電制御信号出力端子に接続されるゲートと、前記外部負極端子に接続される一端とを含む充電制御ＦＥＴと、
   前記放電制御信号出力端子に接続されるゲートと、前記充電制御ＦＥＴの他端に接続される一端とを含む放電制御ＦＥＴと、を備えることを特徴とするバッテリ装置。

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