JP2003274568A

JP2003274568A - 制御回路

Info

Publication number: JP2003274568A
Application number: JP2002073449A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Kudo; 彰彦工藤; Masaki Nagaoka; 正樹長岡
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2002-03-18
Filing date: 2002-03-18
Publication date: 2003-09-26

Abstract

(57)【要約】【課題】組電池を構成する各リチウム二次電池の残存
容量を揃えることができると共に、放置中の電池の放電
を最小限に抑えることができる低コストのリチウム二次
電池用制御回路を提供する。【解決手段】組電池を構成する各単電池には、直列接
続されたバイパス抵抗１７及びスイッチとして機能する
ＦＥＴ１８が並列接続されていると共に、単電池の個数
と同一数かつ略同一抵抗値を有する基準抵抗３４の各々
が直列接続されており、その両端は組電池の最下位−端
子と最上位＋端子とに接続されている。各基準抵抗３４
の両端電圧は、単電池の平均電圧に等しい。ＯＰアンプ
２７及びＯＰアンプ２３の出力はコンパレータ２６に入
力されることで、各単電池の電圧が単電池の平均電圧よ
り高いときに、該単電池に接続されたＦＥＴ１８がオン
状態とされ、該単電池の容量調整が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は制御回路に係り、特
に、複数個のリチウム二次電池が直列に接続された組電
池の制御回路であって、直列接続されたバイパス抵抗及
びスイッチが組電池を構成する各リチウム二次電池に並
列接続された制御回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、リチウム二次電池等の単電池が複
数個直列に接続された組電池では、例えば、特開平２０
００−９２７３２号公報に開示されているように、各単
電池に電圧測定回路と、スイッチ及び容量調整用バイパ
ス抵抗からなる容量調整回路とをそれぞれ並列に接続
し、開回路電圧（開放電圧）が高い単電池のスイッチを
オン状態とすることで当該単電池を放電させ、単電池間
の電圧差（バラツキ）を少なくする容量調整制御が行わ
れてきた。特に、開回路電圧と残存容量との相関が高い
非晶質系炭素を負極活物質に用いたリチウムイオン電池
では、単電池電圧の回路電圧のバラツキを少なくして残
存容量を揃える制御が行われている。

【０００３】具体的には、システム起動時の組電池に充
放電電流が流れていない状態で全単電池の開回路電圧を
測定し、その値から各単電池の残存容量を計算して、各
単電池の残存容量と最も残存容量の少ない単電池との差
分の電気量をバイパス放電量として、当該バイパス放電
量に相当する計算された放電時間（以下、バイパス放電
時間という。）の間、単電池を容量調整用バイパス抵抗
に放電させる容量調整方法が採られている。バイパス抵
抗の接続は、制御回路が作動する組電池の充放電中に行
われる。充電時にバイパス抵抗を接続すると、バイパス
抵抗を接続しないときに比べバイパス抵抗に流れる電流
分電池に流れる充電電流が少なくなり、放電時にバイパ
ス抵抗を接続すると、バイパス抵抗を接続しないときに
比べバイパス抵抗に流れる電流分電池に流れる放電電流
が多くなるだけであり、充放電中でも単電池の残存容量
の差を揃える容量調整を行うことができる。

【０００４】図９に、このような容量調整制御を行う従
来の制御回路の構成例を示す。図９に示すように、４直
列の組電池群１を構成する各単電池には、バイパス抵抗
２とスイッチ３との直列回路が並列接続されている。ま
た、各単電池の両端は、電圧検出のために、差動増幅器
４の入力側に、差動増幅器４の出力側はマルチプレクサ
５の入力側にそれぞれ接続されており、マルチプレクサ
５の出力側はマイクロコンピュータ６のＡ／Ｄ変換入力
に接続されている。マイクロコンピュータ６はマルチプ
レクサ５の入力指定を出力ポートから行い、かつ、Ａ／
Ｄ変換することで、指定した単電池の開回路電圧をデジ
タル値として測定する。マイクロコンピュータ６は、測
定電圧データ等について通信インターフェイス９を介し
て充放電制御を行う上位システムとの通信を行う。マイ
クロコンピュータ６の出力ポートはスイッチ３にも接続
されており、上述したようにバイパス放電時間の間スイ
ッチ３をオン状態とする。

【０００５】フォトカプラ８は、上位システムからの信
号で制御されるもので、上位システムは、組電池を充放
電する場合にフォトカプラ８をオンとして電源部７から
マイクロコンピュータ６を含む制御回路全体を動作させ
る。充放電終了後はフォトカプラ８をオフとして回路の
消費電流が０となるようなシャットダウン制御が行われ
るものである。このシャットダウン制御は、組電池群１
が長期間放置された場合に各単電池が放電してしまうこ
とを防止するために必要な制御である。上位システム
は、組電池群１の全単電池の開回路電圧データを通信に
より通信インターフェイス９を介してマイクロコンピュ
ータ６から受け取り、上述した残存容量、バイパス放電
量及びバイパス放電時間を計算して、バイパス放電時間
値をデータとしてマイクロコンピュータ６に送出する。
マイクロコンピュータ６は、バイパス放電時間の間、ス
イッチ３に接続された出力ポートの信号をハイレベルと
してスイッチ３をオン状態としバイパス抵抗２にバイパ
ス放電を行わせる。

【０００６】このように箇々の単電池の容量調整が必要
な理由は、特定の単電池の残存容量が何らかの原因で平
均値からずれた場合に、組電池全体の平均電圧値が通常
の充放電状態であっても、過充電又は過放電となるため
である。過充電又は過放電状態となると、組電池として
の放電特性の低下、過充電での安全性の低下、過放電で
の寿命低下等を招く。残存容量がずれる原因としては、
組電池を構成する各単電池の自己放電のバラツキ、充放
電時の温度バラツキ、充電効率のバラツキなどが挙げら
れる。特に、リチウム二次電池では、容量調整機能なし
では充電レベルを完全に寿命末期まで揃えるのは困難で
あり、定期的にやや過充電気味に充電して残存容量を揃
えることができる鉛電池やニッケル水素電池とは異な
り、容量調整機能が不可欠である。また、リチウム二次
電池は高エネルギー密度であり過充電状態に陥ると電池
の内圧が極端に上昇するので、制御回路は過充電電圧の
高精度検出を行わなければならず、もしも、単電池の充
電レベルが平均値からずれた場合には、早期に過充電検
出機能が作動して異常状態と判断されて充電が停止して
しまう場合があった。また、組電池の寿命の点からも、
全単電池の残存容量が揃っている方が長寿命となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
制御回路を用いた場合には、容量調整を行う期間が制御
回路が作動している期間、つまり組電池の充放電を行っ
ている場合に制約されているので、短期間の充放電と長
期間の放置とを繰り返した場合には、容量調整効果が十
分でない、という問題点があった。特に、電気自動車用
などで１００Ａｈクラスの大容量リチウム二次電池が組
電池を構成する単電池として用いられ、小容量のバイパ
ス抵抗を用いて短期間の使用と比較的短期間の放置とを
繰り返す条件下であっても、大容量のバイパス抵抗を用
いないと容量調整が有効に作動せず、単電池間電圧のバ
ラツキ、つまり残存容量のバラツキは大きくなり、電池
特性と寿命特性の低下を招いてしまう可能性が高かっ
た。

【０００８】この例について図面を参照して具体的に説
明する。図１０に、従来の容量調整制御により１週間毎
に１０時間容量調整をかけながら充放電を行った場合の
単電池（以下、セルともいう。）電圧の推移を示す。用
いた単電池は定格容量９０Ａｈのリチウムイオン電池で
あり、バイパス抵抗は３９Ωである。組電池としての直
列数は９６セルであり、図９に示した制御回路が用いら
れている。この制御回路では、充放電中は充放電終了後
の組電池の充電率（ＳＯＣ＝残存容量／満充電容量）が
５０％となるように充放電量が制御される。また、上述
したように、システム起動時に充放電電流が流れる前の
開回路電圧を測定し、残存容量を計算して最も残存容量
の少ないセルとの容量差分バイパス抵抗で放電させる容
量調整制御が採られている。図１０に示すように、セル
電圧のバラツキは経過日数と共に大きくなるが、定期的
に容量調整がかかるためにセル電圧のバラツキは抑えら
れ、平均電圧からの差の最大値である最大偏差も２０ｍ
Ｖ未満に抑えられる。

【０００９】図１１に、同一の条件で１週間毎に２時間
容量調整をかけながら充放電を行った場合のセル電圧の
推移を示す。図１１に示すように、容量調整の時間が２
ｈと短い場合には日数の経過に伴いセル電圧のバラツキ
が大きくなり、９０日経過した時点での最大偏差は６０
ｍＶと大きく、かつ、まだ増加傾向にある。

【００１０】このように、従来の制御回路を用いた容量
調整制御では、組電池を充放電する時間が短く、放置期
間が長い場合には、セル電圧のバラツキが大きくなり、
電池特性、寿命特性が悪化する可能性が大きい。この原
因は、容量調整時間で制御可能なバイパス放電量が放置
中に自己放電等で起こる残存容量低下のバラツキを補正
できないためである。

【００１１】この問題を解決するために、バイパス抵抗
を大容量としてバイパス放電量を大きくすることが考え
られるが、バイパス抵抗及びスイッチの発熱、容積、コ
ストの点から制約がある。また、常に制御回路を作動さ
せておくことも考えられるが、制御回路の消費電流は無
視できない値となるので、放置中にリチウム二次電池が
放電しエネルギーロスが発生する、という問題点があ
る。更に、図９に示した従来の制御回路では、回路が複
雑で部品点数も多く、必然的にコスト高となる、問題点
がある。

【００１２】上記事案に鑑み本発明は、放置期間が長く
ても組電池を構成する各リチウム二次電池の残存容量を
揃えることができると共に、放置中の電池の放電を最小
限に抑えることができる低コストのリチウム二次電池用
制御回路を提供することを課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、複数個のリチウム二次電池が直列に接続
された組電池の制御回路であって、直列接続されたバイ
パス抵抗及びスイッチが前記組電池を構成する各リチウ
ム二次電池に並列接続された制御回路において、各々が
直列接続されると共に、両端が前記組電池の最下位−端
子と最上位＋端子とにそれぞれ接続され、前記組電池を
構成するリチウム二次電池の個数と同一数かつ略同一抵
抗値を有する基準抵抗と、前記各リチウム二次電池の電
圧が該リチウム二次電池に対応する基準抵抗の両端電圧
より高いときに、該リチウム二次電池に接続されたスイ
ッチをオン状態とする容量調整手段と、を備える。

【００１４】本発明では、直列接続されたバイパス抵抗
及びスイッチが組電池を構成する各リチウム二次電池に
並列接続されていると共に、リチウム二次電池の個数と
同一数かつ略同一抵抗値を有する基準抵抗の各々が直列
接続されており、その両端は組電池の最下位−端子と最
上位＋端子とに接続されている。このため、各基準抵抗
の両端電圧は、組電池を構成する各リチウム電池の平均
電圧に等しい。容量調整手段により、各リチウム二次電
池の電圧が該リチウム二次電池に対応する基準抵抗の両
端電圧、すなわち、各リチウム電池の平均電圧、より高
いときには、該リチウム二次電池に接続されたスイッチ
がオン状態とされ、該リチウム二次電池とバイパス抵抗
とは閉回路が構成されてバイパス抵抗に放電電流が流れ
熱消費されるので、該リチウム二次電池の容量調整が行
われる。平均電圧より高いリチウム二次電池の電圧が下
がると平均電圧も下がるが、容量調整（バイパス放電）
されていないリチウム二次電池の電圧は回路の消費電流
分しか下がらないので、各リチウム二次電池は平均電圧
に近づいて行き、各リチウム二次電池間のバラツキが小
さくなる。本発明によれば、容量調整手段により、各リ
チウム二次電池の電圧が該リチウム二次電池に対応する
基準抵抗の両端電圧より高いときに、該リチウム二次電
池に接続されたスイッチがオン状態とされ、各リチウム
二次電池が平均電圧に近づくので、組電池を構成する各
リチウム二次電池の残存容量を揃えることができる。

【００１５】本発明において、容量調整手段が、各リチ
ウム二次電池の電圧と該リチウム二次電池に対応する基
準抵抗の両端電圧との差が予め定められた設定値以上の
ときに、該リチウム二次電池に接続されたスイッチをオ
ン状態とするようにすれば、各リチウム二次電池の電圧
と対応する基準抵抗の両端電圧との差が設定値未満のと
きは容量調整が行われず、回路の消費電流のみが消費さ
れるだけなので、設定値内で各リチウム二次電池の残存
容量を揃えることができると共に、放置中の各リチウム
二次電池の放電を抑えることができる。リチウム二次電
池の電池特性及び寿命特性を実用上問題のない範囲とす
るには、設定値を例えば±５０ｍＶ未満程度とすること
が好ましい。

【００１６】このような容量調整手段は、各リチウム二
次電池の電圧及び該リチウム二次電池に対応する基準抵
抗の両端電圧を該リチウム二次電池の−端子を基準とす
る電圧に変換する差動増幅器と、該差動増幅器からの出
力を比較して該リチウム二次電池に接続されたスイッチ
をオン状態とする比較器とを有して構成することができ
る。比較器が差動増幅器からの出力を比較して該リチウ
ム二次電池に接続されたスイッチをオン状態とすること
で、マイクロコンピュータを含む複雑な回路構成が不要
となり、制御回路のコストも低減する。また、組電池で
は、最下位（最低電位側の）リチウム二次電池の電圧の
グランドのみが対応する基準抵抗の電圧のグランドと同
じなため、単に比較器で電圧を比較すればよいが、最下
位以外のリチウム二次電池では、リチウム二次電池電圧
の−端子の電位は対応する基準抵抗の−側の電位とは異
なり、単純に比較器で比較ができず、また、差動増幅器
の入力電圧範囲が該リチウム二次電池の−端子の電位よ
りも低くなる可能性もあるので、入力電圧範囲が該リチ
ウム二次電池の−端子の電位よりも低くなっても差動増
幅動作を確保するために、組電池中の最下位リチウム二
次電池以外の各リチウム二次電池に対応する差動増幅器
及び比較器の作動電源を、該リチウム二次電池の＋端子
及び該リチウム二次電池の一つ下位のリチウム二次電池
の−端子間の電源とすることが好ましい。

【００１７】このとき、差動増幅器及び比較器をＣＭＯ
Ｓ型のＩＣで構成すれば、ＣＭＯＳ型のＩＣの低消費電
力特性から、回路の消費電流を更に小さくできるため、
組電池の長期放置を許容することが可能となる。また、
差動増幅器を、入力インピーダンスを小さくする緩衝器
（バッファ）を介して基準抵抗に接続することで、緩衝
器を介在させない場合に、差動増幅器を正常動作させる
ためには差動増幅器の入力インピーダンスを基準抵抗の
値に比べて十分低くしなければならず、基準抵抗の値を
小さくすると回路自体の消費電流が増加してしまい長期
放置時の電圧降下が大きくなる、という欠点を解消で
き、消費電流の値を小さくするために基準抵抗の値を大
きくしても正常差動増幅動作が確保されるので、長期間
の放置が可能となる。組電池中の最下位リチウム二次電
池以外の各リチウム二次電池に対応する緩衝器は、上述
した差動増幅器及び比較器と同様に、該リチウム二次電
池の＋端子及び該リチウム二次電池の一つ下位のリチウ
ム二次電池の−端子間を作動電源とすることが好まし
い。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明が
適用可能な電池モジュールの実施の形態について説明す
る。

【００１９】図１に示すように、本実施形態の電池モジ
ュールは、リチウムイオン電池（以下、単電池とい
う。）が１０個直列に接続された組電池（図１では４個
を例示）と、組電池を構成する各単電池の電池電圧を制
御する制御回路とを備えている。

【００２０】各単電池の＋端子には該単電池の容量を調
整するバイパス抵抗１７（例えば、１ｋΩ）の一端が接
続されており、バイパス抵抗１７の他端にはＭＯＳ型Ｆ
ＥＴ１８のドレインに接続されている。ＦＥＴ１８のソ
ースは各単電池の−端子に接続されており、ＦＥＴ１８
のゲートは後述するコンパレータ２６の出力端子に接続
されている。従って、各単電池には、直列接続されたバ
イパス抵抗１７とスイッチとして機能するＦＥＴ１８と
が並列接続されている。

【００２１】制御回路は、各単電池に対応するように、
組電池を構成する単電池数と同一数（１０個、図１では
４個を例示）の基準抵抗３４を有している。基準抵抗３
４は各々が直列に接続されており、その両端は組電池の
最下位（最低電位側の）単電池の−端子と最上位（最高
電位側の）単電池の＋端子とにそれぞれ接続されてい
る。これらの基準抵抗３４の抵抗値は同一（例えば、１
ＭΩ、誤差を除く。）であり、各基準抵抗３４の両端電
圧は組電池を構成する各単電池の平均電圧に等しい。

【００２２】図１及び図２に示すように、最下位以外の
単電池は、ＯＰアンプ２３、抵抗１９〜２２で構成され
る第１差動増幅回路１３により、単電池電圧が当該単電
池の−端子基準に変換される。一方、各単電池の平均電
圧となる基準抵抗３４の両端電圧は、ＯＰアンプ２７、
抵抗２８〜３１で構成される第２差動増幅回路１５によ
り、対応する単電池の−端子基準の電圧に変換される。
基準抵抗３４と第２差動増幅回路１５との間には、ＯＰ
アンプ３２、抵抗３３で構成されるバッファ（緩衝器）
が介在している。バッファは、基準抵抗３４の抵抗値が
高いときに（例えば、１ＭΩ）、第２差動増幅回路１５
の入力インピーダンスを低下させる機能を有している。

【００２３】ＯＰアンプ２７及びＯＰアンプ２３の出力
端子は、コンパレータ（比較器）２６、正帰還用の抵抗
２４、２５で構成される比較回路１４の入力端子に接続
されており、比較回路１４（コンパレータ２６）の出力
端子はＦＥＴ１８のゲートに接続されている。抵抗２
４、２５は、ヒステリシス特性を与えるもので、第１差
動増幅回路１３からの出力電圧と第２差動増幅回路１５
からの出力電圧との差に設定値を持たせるための定数を
決定するものである。従って、コンパレータ２６の出力
は、第１差動増幅回路１３からの出力電圧と第２差動増
幅回路１５の出力電圧（単電池の平均電圧）との差が設
定値の電圧より高いときに、ハイレベルとなり、ＦＥＴ
１８のゲートに微弱電流が流れ、ＦＥＴ１８はドレイン
からソースに電流が流れる（ＦＥＴ１８で構成されたス
イッチがオン状態となる）。

【００２４】最下位以外の単電池に対応するＯＰアンプ
２３、ＯＰアンプ２７及びコンパレータ２６の＋電源端
子（＋Ｖｃｃ）は当該単電池の＋端子に接続されてお
り、−電源端子（−Ｖｃｃ）は当該単電池の一つ下位の
単電池の−端子に接続されている。また、ＯＰアンプ３
２も同様に、＋電源端子が当該単電池の＋端子に接続さ
れており、−電源端子が当該単電池の一つ下位の単電池
の−端子に接続されているが、その数は単電池の数より
１つ少ない数とされている。

【００２５】一方、最下位の単電池では、基準抵抗３４
の電圧とグランドが同じなため単電池の−端子の電圧を
基準として変換する必要がないので、第１差動増幅回路
１３及び第２差動増幅回路１５を欠いている。すなわ
ち、最下位の単電池については、コンパレータ２６−
４、正帰還用の抵抗２４−４、２５−４で構成される比
較回路により、直接、単電池電圧と各単電池の平均とな
る基準抵抗３４−４の両端電圧との差が設定値の電圧よ
り高いときに、ＦＥＴ１８のゲートに微弱電流を流し、
ＦＥＴ１８で構成されたスイッチがオン状態となる。

【００２６】最下位単電池に対応するコンパレータ２６
−４及びＯＰアンプ３２−３の−電源端子は当該単電池
の−端子に接続されており、＋電源端子は当該単電池の
一つ上位の単電池の＋端子に接続されている。

【００２７】次に、本実施形態の電池モジュールについ
て制御回路の作用等を中心に説明する。また、上記実施
形態に従って作製した実施例の試験結果についても併記
する。なお、実施例では、単電池に定格３６００ｍＡｈ
のマンガン系リチウムイオン電池を用い、単電池を１０
個直列に接続して組電池とした。また、バイパス抵抗１
７の抵抗値を１ｋΩ、基準抵抗３４の抵抗値を１ＭΩと
した。

【００２８】本実施形態の制御回路では、組電池を構成
する単電池の個数と同一数かつ略同一抵抗値を有する基
準抵抗３４の各々が直列接続されていると共に、両端が
組電池の最下位−端子と最上位＋端子とに接続されてい
るので、各基準抵抗３４の両端電圧は、組電池を構成す
る各単電池の平均電圧に等しい。設定値の電圧を０ｍＶ
となるように抵抗２４、２５の定数（抵抗値）を決定し
（実施例１）、比較回路１４で単電池の平均電圧（基準
抵抗３４の両端電圧）と単電池電圧とを比較し、単電池
電圧が平均電圧より高い場合に、ＦＥＴ１８をオン状態
としてバイパス抵抗１７に放電電流を流すと、平均単電
池電圧より高い電圧の単電池はバイパス放電されて電圧
が下がる。平均電圧より高い単電池の電圧が下がると平
均電圧も下がるが、バイパス放電されていない単電池の
電圧は回路の消費電流分しか下がらないので、各単電池
電圧は平均単電池電圧に近づいて行き、単電池電圧のバ
ラツキが小さくなる容量調整動作が行われる。

【００２９】図３に実施例１の試験結果を示す。図３に
示すように、平均電圧より電圧が高い単電池はバイパス
放電して電圧が下がり、単電池電圧のバラツキが小さく
なっている。実施例１では、容量調整開始前の単電池電
圧の最大値−最少値の差が１１５ｍＶであったものが、
容量調整開始後約３００ｈでほぼ０ｍＶとなった。

【００３０】また、本実施形態では、単電池電圧と各単
電池の平均電圧（基準抵抗の両端電圧）との差が設定値
以上の場合のみバイパス放電を行わせ、単電池電圧のバ
ラツキが小さくなった状態で消費電流を下げ、バラツキ
解消後の単電池電圧の低下を抑えることが可能である。
実施例２では、この設定値の電圧を５ｍＶとなるように
抵抗２４、２５の定数（抵抗値）を決定した。

【００３１】図４に実施例２の試験結果を示す。図４に
示すように、単電池電圧のバラツキ幅は約２０ｍＶで一
定となり、実施例１のようにほぼ０ｍＶまでは下がらな
いが、単電池電圧バラツキ幅が一定となった後の単電池
電圧の低下が少なくなっている。これは、実施例１の制
御回路では、常にバイパス放電のオンとオフの動作を繰
り返しながら単電池電圧のバラツキを０ｍＶに保ってい
るので、平均消費電流が大きくなってしまうためであ
る。これに対し実施例２の制御回路では、単電池電圧と
基準抵抗の両端電圧（平均単電池電圧）との差が設定値
未満のときはバイパス動作が行われず、回路の消費電流
のみが消費されるだけなので、設定値内で各単電池の残
存容量を揃えることができると共に、放置中の各単電池
の放電を抑えることができる。

【００３２】図５に、実施例１及び実施例２の制御回路
によりそれぞれ容量調整動作を行わせた場合の全単電池
の平均消費電流の特性線図を示す。図５に示すように、
明らかに実施例２の制御回路で容量調整動作を行わせた
方が平均消費電流が少なくなっており、単電池電圧のバ
ラツキが少なくなった場合の単電池電圧の低下を回路自
体の消費電流まで抑えることが可能である。このような
容量調整動作によって、長期間電池モジュールを放置時
しても単電池電圧のバラツキを少なくすることが可能で
ある。なお、実施例２の制御回路の動作では単電池電圧
のバラツキをある一定値未満にはできないが、単電池電
圧のバラツキ幅は±５０ｍＶ未満程度に抑えれば十分で
あり、実用上問題ない値にすることができる。

【００３３】更に、本実施形態では、図９と比較しても
明らかなように、マイクロコンピュータ、マルチプレク
サ等の複雑な部品や、これらを作動させるソフトウエア
は使用せず、簡単なハードウエアのみで制御回路が構成
されている。従って、低コストの制御回路を実現するこ
とができる。

【００３４】また、本実施形態では、組電池の最下位の
単電池のみは単電池電圧のグランドと基準抵抗３４の電
圧のグランドとが同じため、単にコンパレータ２６で電
圧を比較すればよいが、最下位以外の単電池では、単電
池の−端子の電位は対応する基準抵抗３４の−側の電位
とは異なるため、単純にコンパレータ２６で比較するこ
とができない。そこで、本実施形態では、図２に示した
ように、第１差動増幅器１３、第２差動増幅回路１５を
用いて、単電池電圧と対応する基準抵抗の両端電圧を当
該単電池の−端子をグランドレベルとした値に変換し、
この出力でコンパレータ２６を介してＦＥＴ１８をオン
状態とすることで容量調整動作を実現している。また、
差動増幅器の入力電圧範囲は当該単電池の−端子の電位
よりも低くなる可能性もあるため、差動増幅器の動作電
源は＋側が当該単電池の＋端子から、−側は当該単電池
の一つ下位単電池の−端子から供給することで、入力電
圧範囲が当該単電池の−端子の電位よりも低くなっても
差動増幅動作を可能としている。なお、図２では一つの
単電池に対する差動増幅器とコンパレータの接続例を示
しているが、上述したように、最下位単電池を除く全て
の単電池にこの回路が挿入される。

【００３５】更に、本実施形態の制御回路の差動増幅器
１３、１５及びコンパレータ１４をＣＭＯＳ型のＩＣで
構成することで、ＣＭＯＳ型ＩＣの低消費電力特性か
ら、消費電流を更に小さくすることができる。実施例３
は、実施例２のバイポーラ型のＯＰアンプ２３、２７及
びコンパレータ２６に、ＣＭＯＳ型のＩＣを用いたもの
である。図６にバイポーラ型のＯＰアンプ２３、２７及
びコンパレータ２６を用いた実施例１の制御回路による
平均消費電流との比較を示す。図６に示すように、実施
例３の制御回路の平均消費電流は実施例１、実施例２の
制御回路の平均消費電流より更に小さくなっている（図
５も参照）。また、図７は実施例３の制御回路による単
電池電圧の低下を示す特性線図である。図３及び図４と
比較して、単電池電圧バラツキが一定値未満となった場
合の電圧低下が小さく更に長期放置が可能となる。

【００３６】また、本実施形態では、平均単電池電圧と
なる基準抵３４抗の両端電圧をバッファを介して差動増
幅回路１５の入力としている。バッファを用いない場
合、差動増幅を正常に行わせるためには差動増幅回路１
５の入力インピーダンスを抵抗の値に比べて十分低くし
なければならない。ところが、基準抵抗３４の値を小さ
くすると回路自体の消費電流が増えてしまうので長期放
置時の電圧降下が大きくなってしまう。そこで、本実施
形態では、基準抵抗３４の値を大きくしても（１ＭΩ）
正常差動増幅動作が行えるように、バッファを用いて差
動増幅回路１５の入力に接続されるインピーダンスを小
さくしている。従って、消費電流の値を小さくするため
に基準抵抗３４の値を大きくしても、正常差動増幅動作
が確保されるので、長期間の放置が可能となる。図１１
は、図１に対応してバッファを挿入したときの各単電池
電圧の推移を示す特性線図である。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
容量調整手段により、各リチウム二次電池の電圧が該リ
チウム二次電池に対応する基準抵抗の両端電圧より高い
ときに、該リチウム二次電池に接続されたスイッチがオ
ン状態とされ、各リチウム二次電池間のバラツキが小さ
くなるので、組電池を構成する各リチウム二次電池の残
存容量を揃えることができる、という効果を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用可能な実施形態の制御回路の回路
図である。

【図２】実施形態の制御回路の一部を示すブロック回路
図である。

【図３】実施例１の電池モジュールの各単電池電圧の推
移を示す特性線図である。

【図４】実施例２の電池モジュールの各単電池電圧の推
移を示す特性線図である。

【図５】実施例１、２の電池モジュールの制御回路によ
り容量調整動作を行わせた場合の全単電池の平均消費電
流の特性線図を示す。

【図６】実施例１、３の電池モジュールの制御回路によ
り容量調整動作を行わせた場合の全単電池の平均消費電
流の特性線図を示す。

【図７】実施例３の電池モジュールの各単電池電圧の推
移を示す特性線図である。

【図８】バッファを挿入したときの電池モジュールの各
単電池電圧の推移を示す特性線図である。

【図９】従来の制御回路の構成を示すブロック回路図で
ある。

【図１０】従来の制御回路を用い、１週間の放置と１０
時間の放電を繰り返したときの単電池電圧の推移を示す
特性線図である。

【図１１】従来の制御回路を用い、１週間の放置と２時
間の放電を繰り返したときの単電池電圧の推移を示す特
性線図である。

【符号の説明】

１３第１差動増幅回路（容量調整手段の一部）１４比較回路（容量調整手段の一部）１５第２差動増幅回路（容量調整手段の一部）１７バイパス抵抗１８ＦＥＴ（スイッチの一部）２３、２７ＯＰアンプ（差動増幅器の一部）２６コンパレータ（比較器の一部）３２ＯＰアンプ（緩衝器の一部）３４基準抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5G003 BA03 CC04 DA13 EA06 GA01 GC01 5H030 AA00 AA10 AS18 FF43 FF44

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数個のリチウム二次電池が直列に接続
された組電池の制御回路であって、直列接続されたバイ
パス抵抗及びスイッチが前記組電池を構成する各リチウ
ム二次電池に並列接続された制御回路において、各々が直列接続されると共に、両端が前記組電池の最下
位−端子と最上位＋端子とにそれぞれ接続され、前記組
電池を構成するリチウム二次電池の個数と同一数かつ略
同一抵抗値を有する基準抵抗と、前記各リチウム二次電池の電圧が該リチウム二次電池に
対応する基準抵抗の両端電圧より高いときに、該リチウ
ム二次電池に接続されたスイッチをオン状態とする容量
調整手段と、を備えたことを特徴とする制御回路。
【請求項２】前記容量調整手段は、前記各リチウム二
次電池の電圧と該リチウム二次電池に対応する基準抵抗
の両端電圧との差が予め定められた設定値以上のとき
に、該リチウム二次電池に接続されたスイッチをオン状
態とすることを特徴とする請求項１に記載の制御回路。
【請求項３】前記容量調整手段は、前記各リチウム二
次電池の電圧及び該リチウム二次電池に対応する基準抵
抗の両端電圧を該リチウム二次電池の−端子を基準とす
る電圧に変換する差動増幅器と、該差動増幅器からの出
力を比較して該リチウム二次電池に接続されたスイッチ
をオン状態とする比較器とを有し、前記組電池中の最下
位リチウム二次電池以外の各リチウム二次電池に対応す
る差動増幅器及び比較器は、該リチウム二次電池の＋端
子及び該リチウム二次電池の一つ下位のリチウム二次電
池の−端子間を作動電源とすることを特徴とする請求項
１又は請求項２に記載の制御回路。
【請求項４】前記差動増幅器及び比較器は、ＣＭＯＳ
型のＩＣで構成されたことを特徴とする請求項３に記載
の制御回路。
【請求項５】前記差動増幅器は、入力インピーダンス
を小さくする緩衝器を介して前記基準抵抗に接続されて
おり、前記組電池中の最下位リチウム二次電池以外の各
リチウム二次電池に対応する緩衝器は、該リチウム二次
電池の＋端子及び該リチウム二次電池の一つ下位のリチ
ウム二次電池の−端子間を作動電源とすることを特徴と
する請求項３又は請求項４に記載の制御回路。