JP2010004730A - 電池平衡充電制御装置およびその電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】平衡に電池を充電させることが可能な電池平衡充電制御装置およびその電池モジュールを提供する。
【解決手段】電池平衡充電制御装置１００は、第１の端子と第２の端子との間に結合し、下位基準電位と、下位基準電位よりも高い上位基準電位とを供給する分圧装置と、第１の端子と前記結合点とに結合する第１のスイッチＱ１と、第２の端子と結合点とに結合する第２のスイッチＱ２と、を有するスイッチモジュールと、結合点、分圧装置およびスイッチモジュールに結合し、結合点の電位、上位基準電位および下位基準電位を基に、第１のスイッチＱ１または第２のスイッチＱ２で平衡充電電流を流すか否かを判断する平衡回路と、を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は電池充電制御装置およびその制御装置を応用した電池モジュールに関し、特に、平衡に電池を充電させる電池充電制御装置と、制御装置を応用した電池モジュールとに関する。

携帯式電子製品の発展に伴い、充電式電池に対するニーズが高まっている。充電式電池には、従来のニッケル−カドミウム電池、後続開発のニッケル−水素電池、リチウムイオン電池および最近開発されたリチウムポリマー（Ｌｉ−Ｐｏｌｙｍｅｒ）電池が含まれる。充電式電池は種類ごとに提供する電圧が異なり、携帯式電子製品に必要な動作電圧も異なる。そのため、電池の製造メーカは携帯式電子製品に必要な動作電圧に応じ、複数個の電池を直列に結合させて電池モジュールを形成し、必要な電圧を供給していた。

電池モジュールは、電池の電気エネルギが消費されると、次回使用するときのために、充電器により再び満充電を行う。しかし、電池は、製造または使用状態により蓄電量が異なる。例えば、７．４Ｖのリチウム電池モジュールは、２個の３．７Ｖのリチウム電池が直列に結合されて構成されている。この２個の電池の蓄電量は、出荷される際、それぞれ８０％および７０％である。リチウム電池は、過充電すると電池が損壊されるため、リチウム電池充電器は、任意の１個のリチウム電池が満充電されるとその充電を停止させる。充電された電池モジュールには、２個の電池の蓄電量が、それぞれ１００％（電池充電の最上限）および９０％である。使用しているときは、任意の１個の電池の蓄電量が０％まで低下すると（電池放電の最下限）、電池モジュールを使用することができなくなる。そのため、これら２個の電池の蓄電量がそれぞれ１０％および０％まで低下した場合、再充電しなければ使用することができなかった。

上述の例から分かるように、電池モジュールの電池の蓄電量が異なる場合、電池モジュールが実際に使用できる電気エネルギは、蓄電量が最低の電池により制限される。電池モジュールの各電池は、出荷されるときの蓄電量が異なる以外に、電池が使用されていないときに自然放電する。そして、それぞれの電池の自然放電の速度が異なる場合、電池同士の蓄電量が次第に不均衡となり、電池モジュールが実際に使用できる電気エネルギは、電池を使用するにしたがって少なくなり、電池モジュールの使用効率が低下して使用時間が短くなることもあった。

図１を参照する。図１は、インターシル社がＩＳＬ９２０８の製品規格表（データシート）中で開示したデジタル電池平衡制御装置を示す回路図である。デジタル電池平衡制御装置１０は、電池平衡マイクロプロセッサ５およびトランジスタスイッチＳ１〜Ｓ７を含む。トランジスタスイッチＳ１〜Ｓ７のそれぞれは、抵抗器Ｒ１〜Ｒ７を介して電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ７と並列に結合されている。電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ７の電圧は、アナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄコンバータ）を介してデジタル信号に変換され、電池平衡マイクロプロセッサ５は、電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ７の電圧デジタル信号を基に、内蔵された演算法により電圧が高い電池を検出し、電圧が高い電池が並列に結合されたトランジスタのスイッチをオンし、各電池の充電電流により各電池の電圧を基に電圧を調整し、平衡に充電を行う。

しかし、電池電圧は、アナログ−デジタル変換器によりデジタル信号に変換しなければ、デジタルの電池平衡マイクロプロセッサ５は処理することができないため、アナログ−デジタル変換器によりデジタル電池平衡制御装置１０のチップ面積が大幅に増大し、コストが非常に高いことが欠点であった。また、デジタルの電池平衡マイクロプロセッサ５が最初の設計により制限されるため、例えば、ＩＳＬ９２０８は、５〜７個の電池で構成された電池モジュールにしか適用することができず、その応用範囲は限定されていた。

本発明の目的は、平衡に電池を充電させることが可能な電池平衡充電制御装置およびその電池モジュールを提供することにある。

上記問題を解決するために、本発明に係る電池平衡充電制御装置は、第１の電池の負端子と第２の電池の正端子とを電気的に結合させて結合点を形成し、前記第１の電池の正端子を第１の端子に形成し、前記第２の電池の負端子を第２の端子に形成する前記第１の電池と前記第２の電池との充電を平衡させる電池平衡充電制御装置であって、前記第１の端子と前記第２の端子との間に結合し、下位基準電位と、前記下位基準電位よりも高い上位基準電位とを供給する分圧装置と、前記第１の端子と前記結合点とに結合する第１のスイッチと、前記第２の端子と前記結合点とに結合する第２のスイッチと、を有するスイッチモジュールと、前記結合点、前記分圧装置および前記スイッチモジュールに結合し、前記結合点の電位、前記上位基準電位および前記下位基準電位を基に、前記第１のスイッチまたは前記第２のスイッチで平衡充電電流を流すか否かを判断する平衡回路と、を備えることを特徴とする。

さらに、本発明に係る電池平衡充電制御装置は、前記下位基準電位および前記結合点の電位を受取り、第１の比較信号を出力する第１の比較器と、前記上位基準電位および前記結合点の電位を受取り、第２の比較信号を出力する第２の比較器と、を含み、前記第１の比較信号および前記第２の比較信号を基に、第１の制御信号および第２の制御信号を生成し、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチを制御し、前記結合点の電位が前記下位基準電位よりも低いときに、前記第１のスイッチで前記平衡充電電流を流し、前記結合点の電位が前記上位基準電位よりも高いときに、前記第２のスイッチで前記平衡充電電流を流すことを特徴とする。

さらに、本発明に係る電池平衡充電制御装置は、前記第１の端子および前記第２の端子に結合したアンダーボルテージロックアウトユニットをさらに備え、前記第１の端子と前記第２との端子の電位差が所定始動電圧よりも低いときに、前記アンダーボルテージロックアウトユニットがアンダーボルテージ信号を生成し、前記電池平衡充電制御装置を停止させることを特徴とする。

さらに、本発明に係る電池平衡充電制御装置は、前記分圧装置は、直列に結合された第１の抵抗器、第２の抵抗器および第３の抵抗器を含み、前記第１の抵抗器が前記第１の端子に結合され、前記第３の抵抗器が前記第２の端子に結合され、前記第２の抵抗器は、前記第１の抵抗器に結合されて前記上位基準電位を生成し、前記第３の抵抗器に結合されて前記下位基準電位を生成し、前記第１の抵抗器および前記第３の抵抗器は抵抗値が等しく、前記第２の抵抗器の抵抗値が前記第１の抵抗器の抵抗値よりも小さいことを特徴とする。

さらに、本発明に係る電池平衡充電制御装置は、前記平衡回路および前記スイッチモジュールに結合され、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチのオンされる任意の１つの時間点をもう一つのオフする時間点よりも所定時間以上遅らせる時間遅延ユニットをさらに備えることを特徴とする。

さらに、本発明に係る電池平衡充電制御装置は、前記電池平衡充電制御装置の温度を検知し、前記温度が所定保護温度を超えた後に、過熱保護信号を生成し、前記電池平衡充電制御装置を停止させる過熱保護ユニットをさらに備えることを特徴とする。

さらに、本発明に係る電池平衡充電制御装置は、始動信号を受取った後に前記電池平衡充電制御装置を始動させる始動検知回路をさらに備えることを特徴とする。

本発明に係る電池モジュールは、直列かつ電気的に結合され、Ｎが０よりも大きな整数である（Ｎ＋１）個目の電池ユニットと、直列に結合されるＭ個目の電池ユニットおよび（Ｍ＋１）個目の電池ユニットの第１の端子、第２の端子および結合点に結合されるＭ個目の電池平衡充電制御装置が、前記第１の端子、前記第２の端子および前記結合点を基に、前記Ｍ個目の電池ユニットおよび前記（Ｍ＋１）個目の電池ユニットの電池の電位を判断し、前記Ｍ個目の電池ユニットおよび前記（Ｍ＋１）個目の電池ユニットのより高い電位の電池の電位がより低い電位電池よりも所定パーセント以上高いときに、平衡充電電流を前記低電位電池の電池ユニットへ流すＮ個の電池平衡充電制御装置と、を備えることを特徴とする。

さらに、本発明に係る電池モジュールは、各前記電池平衡充電制御装置は、前記第１の端子と前記結合点とに結合された第１のスイッチと、前記第２の端子と前記結合点とに結合された第２のスイッチと、を含むスイッチモジュールをさらに備え、前記第１の比較信号および前記第２の比較信号を基に、前記平衡充電電流を前記第１のスイッチまたは前記第２のスイッチで流すことを判断することを特徴とする。

さらに、本発明に係る電池モジュールは、各前記電池平衡充電制御装置は、前記第１されスイッチおよび前記第２のスイッチの任意の１つのオンされる時間点をもう一つのオフする時間点よりも所定時間以上遅らせる時間遅延ユニットをさらに含むことを特徴とする。

さらに、本発明に係る電池モジュールは、各前記電池平衡充電制御装置は、抵抗器を介して前記結合点に結合されることを特徴とする。

さらに、本発明に係る電池モジュールは、前記第１の端子および前記第２の端子に結合されたアンダーボルテージロックアウトユニットをさらに含み、前記第１の端子と前記第２の端子との電位差が所定始動電圧よりも低いときに、前記アンダーボルテージロックアウトユニットによりアンダーボルテージ信号を生成し、前記電池平衡充電制御装置を停止させることを特徴とする。

さらに、本発明に係る電池モジュールは、各前記電池平衡充電制御装置は、それぞれの前記電池平衡充電制御装置の温度を検知し、前記温度が所定保護温度を超えたときに、過熱保護信号を生成して前記電池平衡充電制御装置を停止させる過熱保護ユニットをさらに備えることを特徴とする。

さらに、本発明に係る電池モジュールは、各前記電池平衡充電制御装置は、始動信号を受取ったときにそれぞれの前記電池平衡充電制御装置を始動させる始動検知回路をさらに備えることを特徴とする。

本発明の電池平衡充電制御装置およびその電池モジュールは、アナログの判定回路がアナログ−デジタル変換器と比べ、そのチップ面積が小さいため、そのコストにおいて非常に有利である上、様々な数の電池で構成された電池モジュールと組み合わせることができるため、応用範囲が非常に広い。

従来のデジタル電池平衡制御装置を示す回路図である。 本発明の第１実施形態による電池平衡充電制御装置を示す回路図である。 本発明の第２実施形態による電池平衡充電制御装置の電池モジュールを示す

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、これによって本発明が限定されるものではない。

（第１実施形態）
図２を参照する。図２は、本発明の第１実施形態による電池平衡充電制御装置１００を示す回路図である。電池平衡充電制御装置１００は、分圧装置、スイッチモジュールおよびバランス回路を含む。分圧装置は、第１の抵抗器Ｒ１、第２の抵抗器Ｒ２および第３の抵抗器Ｒ３を含む。第１の抵抗器Ｒ１は、第１の電池ＢＡＴ１の正端子に結合され、第３の抵抗器Ｒ３は、第２の電池ＢＡＴ２の負端子に結合される。第２の抵抗器Ｒ２は、第１の抵抗器Ｒ１に結合されて上位基準電位Ｖ＋を生成し、第３の抵抗器Ｒ３に結合されて下位基準電位Ｖ−を生成する。第１の抵抗器Ｒ１と第３の抵抗器Ｒ３との抵抗値は等しく、第２の抵抗器Ｒ２の抵抗値は、第１の抵抗器Ｒ１の抵抗値よりも小さく、好ましくはＲ１：Ｒ２：Ｒ３＝１００：１：１００である。スイッチモジュールは、第１のスイッチＱ１および第２のスイッチＱ２を含む。第１のスイッチＱ１は、第１の電池ＢＡＴ１の正端子と、第１の電池ＢＡＴ１と第２の電池ＢＡＴ２との結合点とに結合される。第２のスイッチＱ２は、第２の電池ＢＡＴ２の負端子と結合点とに結合される。第１のスイッチＱ１または第２のスイッチＱ２に流れる電流の大きさを制限するために、好適には抵抗器Ｒｅｘｔを介して結合点に結合し、これにより充電電流が大きくなりすぎて電池が損壊し、電池平衡充電制御装置１００が過熱することを避ける。バランス回路は、分圧装置とスイッチモジュールとの間に結合され、第１の比較器１１０、第２の比較器１１５、ＮＡＮＤゲート１２０およびＡＮＤゲート１２５を含む。第１の比較器１１０は、非反転端子が第２の抵抗器Ｒ２と第３の抵抗器Ｒ３との結合点に結合され、反転端子が第１の電池ＢＡＴ１と第２の電池ＢＡＴ２との結合点に結合される。第２の比較器１１５は、反転端子が第２の抵抗器Ｒ２と第１の抵抗器Ｒ１との結合点に結合され、非反転端子が第１の電池ＢＡＴ１と第２の電池ＢＡＴ２との結合点に結合される。

電池平衡充電制御装置１００の正常な動作を確保するため、電池平衡充電制御装置１００は、処理ユニット１０５をさらに含んでもよい。この処理ユニット１０５は、過熱保護ユニット、アンダーボルテージロックアウトユニット（ｕｎｄｅｒ ｖｏｌｔａｇｅ ｌｏｃｋｏｕｔ ｕｎｉｔ）および始動検出回路を含んでもよい。過熱保護ユニットを用いて検知した電池平衡充電制御装置１００の温度が所定保護温度を超えた場合、過熱保護ユニットは過熱保護信号を生成し、電池平衡充電制御装置１００が過熱により損壊されることを防ぐ。アンダーボルテージロックアウトユニットが第１の電池ＢＡＴ１の正端子と第２の電池ＢＡＴ２の負端子とに結合され、これら２つの端子の間の電位差が所定の始動電圧よりも低いときに、アンダーボルテージロックアウトユニットがアンダーボルテージ信号を生成し、動作電圧が不足するため、電池平衡充電制御装置１００の動作が正常でなくなることを防ぐ。始動検出回路が高電位の始動信号ＥＡを受取った後に、電池平衡充電制御装置１００を始動させるため、第１の電池ＢＡＴ１および第２の電池ＢＡＴ２が充電状態に入るときに、電池平衡充電制御装置１００を動作させる。そのため、始動信号ＥＡがないとき（または始動信号ＥＡが低電位であるとき）、電池平衡充電制御装置１００中はオフ状態であり、電池平衡充電制御装置１００は電力をほとんど消費しない。そのため、電池が充電状態でないとき、電池平衡充電制御装置１００は電池の電力を消費しないため、エネルギ節約において非常に優れている。

ＮＡＮＤゲート１２０は、処理ユニット１０５と第１の比較器１１０とに結合され、処理ユニット１０５および第１の比較器１１０が出力した信号を基に、第１のスイッチＱ１の切換えを制御する。また、ＮＡＮＤゲート１２０は、出力する信号電位が低すぎて第１のスイッチＱ１を損壊させることがないように、ＮＡＮＤゲート１２０を第２の電池ＢＡＴ２の負端子の電圧よりも高い電圧Ｖｒ１に結合させ、電位が低すぎる信号が出力されることを防ぐ。ＡＮＤゲート１２５は、処理ユニット１０５および第２の比較器１１５に結合し、処理ユニット１０５および第２の比較器１１５が出力する信号を基に、第２のスイッチＱ２の切換えを制御する。また、ＡＮＤゲート１２５は、出力する信号の電位が高すぎることにより第２のスイッチＱ２が損壊されることを防ぎ、ＡＮＤゲート１２５を第１の電池ＢＡＴ１の正端子の電圧よりも低い動作電圧Ｖｒ２に結合し、電位が高すぎる信号が出力されることを防ぐ。第１のスイッチＱ１および第２のスイッチＱ２が同時にオンされ、第１のスイッチＱ１および第２のスイッチＱ２に大きな電流が流れて損壊することを防ぐために、電池平衡充電制御装置１００は、バランス回路およびスイッチモジュールに結合された時間遅延ユニットを含み、これを用いて第１のスイッチＱ１および第２のスイッチＱ２のオンされる任意の１つの時間点をもう一つのオフされる時間点よりも所定時間遅らせ、スイッチが同時にオンされることを防止する。

以下、電池平衡充電制御装置１００の動作を説明する。始動信号ＥＡが高電位のとき、電池モジュールの第１の電池ＢＡＴ１および第２の電池ＢＡＴ２は充電状態であることを示し、処理ユニット１０５が電池モジュールの第１の端子（すなわち、第１の電池の正端子）および第２の端子（すなわち、第２の電池の負端子）の間の電圧差が所定の始動電圧よりも低いか否かや、電池平衡充電制御装置１００の温度が高すぎるか否かなどを検知し、異常状態の有無を判断する。全てが正常の場合、処理ユニット１０５は高電位信号を発生して電池平衡充電制御装置１００の動作を開始するか、そうでなければ低電位信号を発生して電池平衡充電制御装置１００の動作を停止させる。

充電を行う第１の電池ＢＡＴ１および第２の電池ＢＡＴ２がともにリチウム電池であり、その定格電圧は３．７Ｖであり、満充電電圧は４．２Ｖであり、現在の第１の電池ＢＡＴ１および第２の電池ＢＡＴ２の電圧がそれぞれ２．８Ｖおよび２．５Ｖであると仮定する。この場合、電池モジュールが充電用ソケットに置かれると、電池モジュールが提供する電圧は５．３Ｖ（＝２．８Ｖ＋２．５Ｖ）であるため、上位基準電位Ｖ＋は、５．３Ｖ＊（Ｒ２＋Ｒ３）／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）≒２．６６３Ｖであり、下位基準電位Ｖ−は、５．３Ｖ＊Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）≒２．６３９Ｖであり、その中、Ｒ１：Ｒ２：Ｒ３＝１００：１：１００である。このとき、第１の電池ＢＡＴ１と第２の電池ＢＡＴ２との結合点における電圧信号ＤＥＴは２．５Ｖである。これにより、第１の比較器１１０は、高電位の第１の比較信号を出力し、第２の比較器１１５は、低電位の第２の比較信号を出力する。異常が全くない場合に、処理ユニット１０５が高電位信号を出力するため、ＡＮＤゲート１２５が低電位信号を出力し、第２のスイッチＱ２（本実施形態では、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ）をオフし、ＮＡＮＤゲート１２０が低電位信号を出力し、第１のスイッチＱ１（本実施形態では、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ）をオンし、第１のスイッチＱ１に平衡充電電流を流す。このように、より低い電圧の第２の電池ＢＡＴ２がより高い電圧の第１の電池ＢＡＴ１の充電電流よりも平衡充電電流の分多いため、２個の電池のそれぞれの電圧は、充電を行う過程において次第に近づけさせることができる。上述の例では、結合点の電位ＤＥＴが下位基準電位Ｖ−よりも低いとき、平衡充電電流が第１のスイッチＱ１を通り、結合点の電位ＤＥＴが上位基準電位Ｖ＋よりも高いときに、第１電池の電圧がより低いことを示し、平衡充電電流が第２のスイッチＱ２を流れる。

この第１実施形態では、抵抗器を利用して分圧を行い、抵抗器のインピーダンス比の生成した基準電位を基に、平衡充電電流により充電を平衡させる必要があるか否かを判断する。そして、第１の電池ＢＡＴ１および第２の電池ＢＡＴ２の電圧差が所定パーセントに近づくと、電池平衡充電制御装置１００が第１のスイッチＱ１および第２のスイッチＱ２をオフする。第１実施形態において、所定パーセントは１パーセントである。

異常状態と判断される場合（例えば、第１の電池ＢＡＴ１および第２の電池第２の電池ＢＡＴ２の電池電圧は、充電を行う過程において、平衡充電電流がスイッチモジュールに流れたり、その他の原因により電池平衡充電制御装置１００の温度が所定保護温度よりも高くなると、回路異常が発生したことを検知し、電池平衡充電制御装置１００の動作電圧を所定の始動電圧よりも低くするか、始動信号ＥＡを低電位などの状態に変換させ）、処理ユニット１０５が低電位信号を出力し、電池平衡充電制御装置を停止させ、異常状態をなくす。また、回路のノイズにより結合点の電位ＤＥＴが下位基準電位Ｖ−よりも低くなると同時に、上位基準電位Ｖ＋よりも高くなるため、第１のスイッチＱ１および第２のスイッチＱ２を同時にオンする。これにより、電池平衡充電制御装置１００は、第１の時間遅延装置１３０と第２の時間遅延装置１３５とにより構成された時間遅延ユニットを利用することにより、第１のスイッチＱ１および第２のスイッチＱ２が同時にオンされることを防止する。ＮＡＮＤゲート１２０が低基準電位信号を出力し、第１のスイッチＱ１をオンすると同時に、ＡＮＤゲート１２５が低基準電位信号を出力して第２のスイッチＱ２をオフする。ＮＡＮＤゲート１２０が高基準電位信号を出力し、第１のスイッチＱ１をオフして第１の時間遅延装置１３０の所定遅延時間が過ぎた後に、ＡＮＤゲート１２５が高基準電位信号を出力して第２のスイッチＱ２をオンする。同様に、ＡＮＤゲート１２５が高基準電位信号を出力し、第２のスイッチＱ２をオンすると同時に、ＮＡＮＤゲート１２０が高基準電位信号を出力して第１のスイッチＱ１をオフする。ＡＮＤゲート１２５が低基準電位信号を出力し、第１のスイッチＱ１をオフして第２の時間遅延装置１３５の所定遅延時間が過ぎた後に、ＮＡＮＤゲート１２０が低基準電位信号を出力して第１のスイッチＱ１をオンする。このように、第１のスイッチＱ１および第２のスイッチＱ２の任意のオンされる時間点をもう一つのオフの時間点よりも所定時間以上遅らせることにより同時にオンすることを防止する。

第１実施形態による電池平衡充電制御装置１００は、２個の電池が直列に結合された電池平衡充電に用いることができる以外に、３個以上の電池が直列に結合された電池平衡充電に用いることもできる。電池モジュール中に（Ｎ＋１）個の直列に結合された電池ユニットがある場合、Ｎ個の電池平衡充電制御装置を使用して、任意の２つが互いに結合された電池ユニットがそれぞれ有する電池平衡充電制御装置により充電を平衡させる。

（第２実施形態）
図３を参照する。図３は、本発明の第２実施形態による電池平衡充電制御装置の内蔵型電池モジュールを示す回路図である。第２実施形態では、３つの電池ユニットで構成された電池モジュールを例に説明する。第１の電池平衡充電制御装置１００ａは、第１の電池ＢＡＴ１の正端子、第２の電池ユニットＢＡＴ２の負端子および２つの電池ユニットの結合点に結合される。第２の電池平衡充電制御装置１００ｂは、第２の電池ユニットＢＡＴ２の正端子、第３の電池ユニットＢＡＴ３の負端子および２個の電池ユニットの結合点に結合される。電池モジュールを充電するとき、始動信号ＥＡは、高電位で第１の電池平衡充電制御装置１００ａおよび第２の電池平衡充電制御装置１００ｂを始動させる。第１の電池平衡充電制御装置１００ａは、第１の電池ユニットＢＡＴ１と、第２の電池ユニットＢＡＴ２との電圧レベルを比較し、２つの電池ユニットのより高い電位電池がより低い電位電池よりも所定パーセント以上高い場合、より高い電位の電池ユニットと並列結合されたスイッチをオンし、平衡充電電流を低電位の電池ユニットへ流す。同時に、第２の電池平衡充電制御装置１００ｂも第２の電池ユニットＢＡＴ２と、第３の電池ユニットＢＡＴ３との電圧を比較し、平衡充電電流を所定パーセント以上低い電位電池の電池ユニットに流す。これにより、本発明の第２実施形態による電池平衡充電制御装置の内蔵型電池モジュールは、各電池ユニットが満充電されるため、一般の電池モジュールと比べ、使用効率が高い上に使用時間が長い。

当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と領域を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。

５ 電池平衡マイクロプロセッサ
１０ デジタル電池平衡制御装置
Ｓ１〜Ｓ７ トランジスタスイッチ
Ｒ１〜Ｒ７ 抵抗器
ＢＡＴ１〜ＢＡＴ７ 電池
１００ 電池平衡充電制御装置
１００ａ 第１の電池平衡充電制御装置
１００ｂ 第２の電池平衡充電制御装置
１０５ 処理ユニット
１１０ 第１の比較器
１１５ 第２の比較器
１２０ ＮＡＮＤゲート
１２５ ＡＮＤゲート
１３０ 第１の時間遅延装置
１３５ 第２の時間遅延装置
Ｒ１ 第１の抵抗器
Ｒ２ 第２の抵抗器
Ｒ３ 第３の抵抗器
ＥＡ 始動信号
ＶＣＣ 電源
ＢＡＴ１ 第１の電池
ＢＡＴ２ 第２の電池
ＢＡＴ３ 第３の電池
Ｖ＋ 上位基準電位
Ｖ− 下位基準電位
Ｑ１ 第１のスイッチ
Ｑ２ 第２のスイッチ
Ｒｅｘｔ 抵抗器
ＤＥＴ 電圧信号
Ｖｒ１ 電圧
Ｖｒ２ 電圧

Claims (14)

1. 第１の電池の負端子と第２の電池の正端子とを電気的に結合させて結合点を形成し、前記第１の電池の正端子を第１の端子に形成し、前記第２の電池の負端子を第２の端子に形成する前記第１の電池と前記第２の電池との充電を平衡させる電池平衡充電制御装置であって、
   前記第１の端子と前記第２の端子との間に結合し、下位基準電位と、前記下位基準電位よりも高い上位基準電位とを供給する分圧装置と、
   前記第１の端子と前記結合点とに結合する第１のスイッチと、前記第２の端子と前記結合点とに結合する第２のスイッチと、を有するスイッチモジュールと、
   前記結合点、前記分圧装置および前記スイッチモジュールに結合し、前記結合点の電位、前記上位基準電位および前記下位基準電位を基に、前記第１のスイッチまたは前記第２のスイッチで平衡充電電流を流すか否かを判断する平衡回路と、を備えることを特徴とする電池平衡充電制御装置。
2. 前記平衡回路は、前記下位基準電位および前記結合点の電位を受取り、第１の比較信号を出力する第１の比較器と、前記上位基準電位および前記結合点の電位を受取り、第２の比較信号を出力する第２の比較器と、を含み、前記第１の比較信号および前記第２の比較信号を基に、第１の制御信号および第２の制御信号を生成し、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチを制御し、
   前記結合点の電位が前記下位基準電位よりも低いときに、前記第１のスイッチで前記平衡充電電流を流し、前記結合点の電位が前記上位基準電位よりも高いときに、前記第２のスイッチで前記平衡充電電流を流すことを特徴とする請求項１に記載の電池平衡充電制御装置。
3. 前記第１の端子および前記第２の端子に結合したアンダーボルテージロックアウトユニットをさらに備え、前記第１の端子と前記第２の端子との電位差が所定始動電圧よりも低いときに、前記アンダーボルテージロックアウトユニットがアンダーボルテージ信号を生成し、前記電池平衡充電制御装置を停止させることを特徴とする請求項２に記載の電池平衡充電制御装置。
4. 前記分圧装置は、直列に結合された第１の抵抗器、第２の抵抗器および第３の抵抗器を含み、前記第１の抵抗器が前記第１の端子に結合され、前記第３の抵抗器が前記第２の端子に結合され、
   前記第２の抵抗器は、前記第１の抵抗器に結合されて前記上位基準電位を生成し、前記第３の抵抗器に結合されて前記下位基準電位を生成し、
   前記第１の抵抗器および前記第３の抵抗器は抵抗値が等しく、前記第２の抵抗器の抵抗値が前記第１の抵抗器の抵抗値よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の電池平衡充電制御装置。
5. 前記平衡回路および前記スイッチモジュールに結合され、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチのオンされる任意の１つの時間点をもう一つのオフされる時間点よりも所定時間以上遅らせる時間遅延ユニットをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の電池平衡充電制御装置。
6. 前記電池平衡充電制御装置の温度を検知し、前記温度が所定保護温度を超えた後に、過熱保護信号を生成し、前記電池平衡充電制御装置を停止させる過熱保護ユニットをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の電池平衡充電制御装置。
7. 始動信号を受取った後に前記電池平衡充電制御装置を始動させる始動検知回路をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の電池平衡充電制御装置。
8. 直列かつ電気的に結合され、Ｎが０よりも大きな整数である（Ｎ＋１）個の電池ユニットと、
   直列に結合されるＭ個目の電池ユニットおよび（Ｍ＋１）個目の電池ユニットの第１の端子、第２の端子および結合点に結合されるＭ個目の電池平衡充電制御装置が、前記第１の端子、前記第２の端子および前記結合点を基に、前記Ｍ個目の電池ユニットおよび前記（Ｍ＋１）個目の電池ユニットの電池の電位を判断し、前記Ｍ個目の電池ユニットおよび前記（Ｍ＋１）個目の電池ユニットのより高い電位の電池の電位がより低い電位の電池よりも所定パーセント以上高いときに、平衡充電電流を前記低電位電池の電池ユニットへ流すＮ個の電池平衡充電制御装置と、を備えることを特徴とする電池モジュール。
9. 各前記電池平衡充電制御装置は、前記第１の端子と前記結合点とに結合された第１のスイッチと、前記第２の端子と前記結合点とに結合された第２のスイッチと、を含むスイッチモジュールをさらに備え、前記第１の比較信号および前記第２の比較信号を基に、前記平衡充電電流を前記第１のスイッチまたは前記第２のスイッチで流すことを判断することを特徴とする請求項８に記載の電池モジュール。
10. 各前記電池平衡充電制御装置は、
    前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチの任意の１つのオンされる時間点をもう一つのオフされる時間点よりも所定時間以上遅らせる時間遅延ユニットをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の電池モジュール。
11. 各前記電池平衡充電制御装置は、抵抗器を介して前記結合点に結合されることを特徴とする請求項８に記載の電池モジュール。
12. 前記第１の端子および前記第２の端子に結合されたアンダーボルテージロックアウトユニットをさらに含み、
    前記第１の端子と前記第２の端子との電位差が所定始動電圧よりも低いときに、前記アンダーボルテージロックアウトユニットによりアンダーボルテージ信号を生成し、前記電池平衡充電制御装置を停止させることを特徴とする請求項８に記載の電池モジュール。
13. 各前記電池平衡充電制御装置は、それぞれの前記電池平衡充電制御装置の温度を検知し、前記温度が所定保護温度を超えたときに、過熱保護信号を生成して前記電池平衡充電制御装置を停止させる過熱保護ユニットをさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の電池モジュール。
14. 各前記電池平衡充電制御装置は、始動信号を受取ったときにそれぞれの前記電池平衡充電制御装置を始動させる始動検知回路をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の電池モジュール。

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