JP2011259545A - 電池システム - Google Patents

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Abstract

【課題】絶縁部の耐圧が高くなることを防止でき、各組電池のコントローラと統合コントローラとの間の信号の伝達をマイクロプロセッサを介することなく直接的に行う。
【解決手段】Ｎ個の組電池ＭＯＤ１〜ＭＯＤＮが直列に接続される。組電池ＭＯＤ１〜ＭＯＤＮのそれぞれは、組電池の間を絶縁する絶縁インターフェースを有する。絶縁インターフェースとしてのホトカプラＩＦＳ１〜ＩＦＳＮを通じて各組電池のコントローラＣＮＴが上位或いは下位の組電池との間の通信、または外部の統合コントローラとの間の通信を行う。最下位の組電池ＭＯＤ１に対して統合コントローラＩＣＮＴが接続される。統合コントローラＩＣＮＴは、電池システムの全体を制御する。各組電池の内部状態の情報を統合コントローラＩＣＮＴが受け取り、各組電池に対する充電電流、並びに放電電流を供給および遮断することによって、各組電池の充電および放電が制御される。
【選択図】図９

Description

この発明は、多数の電池セルを使用する電池システムに関する。
大出力を発生するために数百に及ぶ多数の電池セルを使用する場合、複数の組電池を直列に接続する構成が採用される。かかる構成を電池システムと称する。組電池は、複数の電池セルとコントローラとを組み合わせた単位である。図１に示すように、組電池ＭＯＤが構成されている。複数例えば１６個の電池セル（例えばリチウムイオン電池）が直列接続された電池部ＢＴに対してコントローラＣＮＴが設けられている。コントローラＣＮＴは、電池部ＢＴの各セルの電圧、電流、および温度の内部状態の状態を出力する。例えば一つの組電池ＭＯＤは、（１６×３．５Ｖ＝５６Ｖ）を出力する。
さらに、図２に示すように、Ｎ個の組電池ＭＯＤ１〜ＭＯＤＮが直列に接続される。組電池ＭＯＤ１〜ＭＯＤＮが絶縁部ＩＳを介してインターフェースバスＢＳと接続されている。各組電池ＭＯＤには、図１に示すように、コントローラＣＮＴと外部のインターフェースバスＢＳとの間を接続するために絶縁インターフェースＩＦが設けられている。この絶縁インターフェースＩＦが組電池ＭＯＤとインターフェースバスＢＳとの間の絶縁を受け持っている。図２中の絶縁部ＩＳは、組電池ＭＯＤ１〜ＭＯＤＮの絶縁インターフェースＩＦを総称したものである。
インターフェースバスＢＳに対して電池システムの全体を制御するコントローラ（統合コントローラと称する）ＩＣＮＴが接続されている。各組電池ＭＯＤのコントローラＣＮＴと統合コントローラＩＣＮＴとが通信を行う。すなわち、各組電池の内部状態の情報を統合コントローラＩＣＮＴが受け取り、各組電池に対する充電電流、並びに放電電流を供給および遮断することによって、各組電池の充電および放電が制御される。統合コントローラＩＣＮＴがＮ個の組電池の直列接続の出力（Ｎ×５６Ｖ）を負荷に対して供給する。Ｎ＝１４の例では、出力が（１４×５６Ｖ＝７８４Ｖ）となる。
Ｎ個の組電池が直列接続されているので、図２に示すように、最も下側の組電池ＭＯＤ１のベーシス電圧が０Ｖであり、その上側の組電池ＭＯＤ２のベーシス電圧が５６Ｖとなる。最も上側の組電池ＭＯＤＮのベーシス電圧は、（５６Ｖ×（Ｎ−１）となる。（Ｎ＝１４）の例では、（５６Ｖ×１３＝７２８Ｖ）となる。
従来の電池システムの具体的な接続を図３に示す。統合コントローラＩＣＮＴからの入力信号が入力端子１に供給される。入力信号は、例えばハイレベル（Ｈｉ）が＋１２Ｖで、ローレベル（Ｌｏ）が０Ｖである。各組電池が絶縁インターフェースＩＦとして、ホトカプラＩＦ１〜ＩＦＮを備えている。各組電池が例えばシリーズ型のレギュレータＲｅｇ１〜ＲｅｇＮを備えている。各ホトカプラは、発光ダイオードと、発光ダイオードからの光を受光するホトトランジスタとから構成されている。発光ダイオードは、入力信号がハイレベルのときに発光する。ホトトランジスタのエミッタに各組電池のベーシス電圧が供給される。ホトトランジスタのコレクタが抵抗を介して各レギュレータの出力端子と接続されている。
各レギュレータは、組電池の電池部ＢＴの電圧からコントローラＣＮＴ１〜ＣＮＴＮに対する入力電圧（例えばリセット電圧）を生成する。コントローラＣＮＴ１〜ＣＮＴＮに対する直流電圧は、ベーシス電圧に対して＋１２Ｖの電圧である。各レギュレータＲｅｇ１〜ＲｅｇＮの出力電圧がトランジスタＴｒ１〜ＴｒＮを介して出力端子２1 〜２N に取り出される。出力端子２1 〜２N にコントローラＣＮＴ１〜ＣＮＴＮが接続されている。
入力端子１に対してハイレベルの入力信号が供給されると、ホトカプラＩＦ１〜ＩＦＮの発光ダイオードが発光し、ホトトランジスタがオンする。ホトトランジスタがオンすることによって、トランジスタＴｒ１〜ＴｒＮがオンし、出力端子２1 〜２N に対してハイレベルの出力信号が発生する。一方、入力端子１に対してローレベルの入力信号が供給されると、ホトカプラＩＦ１〜ＩＦＮの発光ダイオードが発光せず、ホトトランジスタがオフである。ホトトランジスタがオフのために、トランジスタＴｒ１〜ＴｒＮがオフし、出力端子２1 〜２N に対してローレベルの出力信号が発生する。
レギュレータＲｅｇ１は、５６Ｖの電圧から１２Ｖの電圧を出力する。したがって、トランジスタＴｒ１がオンの時に、Ｈｉ＝１２Ｖの出力信号が発生し、トランジスタＴｒ１がオフの時に、Ｌｏ＝０Ｖの出力信号が発生する。組電池ＭＯＤ１においては、ホトカプラＩＦ１の入力側および出力側の間に最大１２Ｖの電圧が印加される。同様に、組電池ＭＯＤ２においては、レギュレータＲｅｇ２が（５６Ｖ＋５６Ｖ＝１１２Ｖ）の電圧から（１２Ｖ＋５６Ｖ＝６８Ｖ）の出力を発生する。出力端子２2 には、（Ｈｉ＝１２Ｖ＋５６Ｖ、Ｌｏ＝５６Ｖ）の出力信号が発生する。組電池ＭＯＤ２においては、ホトカプラＩＦ２の入力側および出力側の間に最大６８Ｖの電圧が印加される。
最上位の組電池ＭＯＤＮにおいては、レギュレータＲｅｇＮが（５６Ｖ＋５６（Ｎ−１）Ｖ）の電圧から（１２Ｖ＋５６（Ｎ−１）Ｖ）の出力を発生する。出力端子２N には、（Ｈｉ＝１２Ｖ＋５６（Ｎ−１）Ｖ、Ｌｏ＝５６（Ｎ−１）Ｖ）の出力信号が発生する。組電池ＭＯＤＮにおいては、ホトカプラＩＦＮの入力側および出力側の間に最大５６（Ｎ−１）Ｖの電圧が印加される。例えば（Ｎ＝１４）とすると、最上位の組電池ＭＯＤＮにおいては、ホトカプラＩＦＮに対して、最大で（５６×１３＋１２Ｖ＝７２８Ｖ＋１２Ｖ＝７４０Ｖ）の電圧が印可される。
一般的なホトカプラの耐圧は、高々５００Ｖ程度であり、そのようなホトカプラを定格を越えた電圧を印加して使用すると、部品の寿命が著しく短くなったり、最悪の場合には、絶縁破壊や、発火等の問題が生じる危険性があった。
図４は、従来の電池システムの第２の例を示す。組電池ＭＯＤ１〜ＭＯＤＮの装置の内部のコントローラＣＮＴ１〜ＣＮＴＮと、統合コントローラＩＣＮＴとの間での通信は、シリアルインターフェースによって行われる。シリアルインターフェースとしては、具体的にＳＭバス(System Management Bus)等が使用される。例えばＩ２Ｃバスを使用するこ
とができる。Ｉ２Ｃバスは、ＳＣＬ（シリアルクロック）と双方向のＳＤＡ（シリアル・データ）の２本の信号線で通信を行う同期式のシリアル通信である。さらに、グラウンドＧＮＤの線が設けられている。
各組電池は、通信トランシーバＣＯＭ１〜ＣＯＭＮと、双方向絶縁バッファＢＦ１〜ＢＦＮを備えている。通信トランシーバＣＯＭは、図５Ａに示すように、信号線ＳＤＡに関しての送信部Ｔｘと受信部Ｒｘとを有し、信号線ＳＣＬに関しての送信部Ｔｙと受信部Ｒｙとを有する。各通信トランシーバに対して、統合コントローラＩＣＮＴから例えば１２Ｖの電源電圧が印加される。なお、送信／受信の定義は、組電池のコントローラＣＮＴ側を基準としている。
絶縁バッファＢＦは、図５Ｂに示すように、１次側（ＶＤＤ１，ＳＤＡ１，ＳＣＬ１，ＧＮＤ１）と、２次側（ＶＤＤ２，ＳＤＡ２，ＳＣＬ２，ＧＮＤ２）とを絶縁するＩＣ(Integrated Circuit)である。例えばＩＣ構成のトランスによって絶縁バッファＢＦが構成される。絶縁バッファＢＦの１次側の電源電圧ＶＤＤ１が各組電池のコントローラから供給され、その２次側の電源電圧ＶＤＤ２が統合コントローラから供給される。これらの電源電圧を形成するために、レギュレータＲｅｇ１１〜Ｒｅｇ１Ｎと、Ｒｅｇ２１〜Ｒｅｇ２Ｎとが設けられている。
例えば組電池ＭＯＤ１においては、レギュレータＲｅｇ１１が電池部ＢＴからの５６Ｖの電圧から３．３Ｖの電源電圧を生成し、レギュレータＲｅｇ２１が１２Ｖの電圧から３．３Ｖの電源電圧を生成する。組電池ＭＯＤ１の場合は、絶縁バッファＢＦ１の１次側および２次側のベーシス電圧が共に０Ｖであるので、絶縁バッファＢＦ１の１次側および２次側の間に、最大０Ｖの電圧が印加される。
組電池ＭＯＤ２においては、レギュレータＲｅｇ２２は、レギュレータＲｅｇ２１と同様に、１２Ｖの電圧から３．３Ｖの電源電圧を生成する。これに対してレギュレータＲｅｇ１２は、組電池ＭＯＤ２の電池部ＢＴの電圧（５６Ｖ＋５６Ｖ）から（３．３Ｖ＋５６Ｖ）の電圧を生成する。これは、組電池ＭＯＤ２のベーシス電圧が５６Ｖであるからである。絶縁バッファＢＦ２の１次側および２次側の間に、最大５６Ｖの電圧が印加される。
最上位の組電池ＭＯＤＮでは、レギュレータＲｅｇ１Ｎが電圧（５６Ｖ＋５６（Ｎ−１）Ｖ）から（３．３Ｖ＋５６（Ｎ−１）Ｖ）の電圧を生成する。したがって、絶縁バッファＢＦＮの１次側および２次側の間に、最大（０＋５６（Ｎ−１）Ｖ）の電圧が印加される。（Ｎ＝１４）の場合には、７２８Ｖの電圧が絶縁バッファＢＦＮの１次側および２次側の間に印加される。
一般的な双方向絶縁バッファの場合、耐圧が高々５００Ｖ程度であり、そのようなデバイスを定格を越えて使用すると、寿命が短くなったり、最悪の場合には、絶縁破壊や発煙・発火のおそれがあった。
図６を参照して第３の従来例について説明する。入力端子１０に対して統合コントローラＩＣＮＴからのパワーオン信号が入力される。組電池ＭＯＤ１〜ＭＯＤＮは、それぞれホトカプラＩＦ１１〜ＩＦ１Ｎを有し、各ホトカプラの出力によってスイッチングトランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１Ｎが制御される。
トランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１Ｎのエミッタ側に各組電池の電池部ＢＴの電圧が供給され、コレクタ側にレギュレータＲｅｇ２１〜Ｒｅｇ２Ｎが接続されている。各レギュレータからの所定電圧のパワーオン信号が出力端子２０1 から２０N にそれぞれ取り出される。パワーオン信号が各組電池のコントローラＣＮＴに対して供給される。パワーオン信号を受け取ったコントローラＣＮＴが各組電池の動作を開始させる。
組電池ＭＯＤ１において、電池部ＢＴから５６Ｖの電圧がトランジスタＴｒ１１のエミッタに供給される。トランジスタＴｒ１１は、ベースにローレベルの信号がホトカプラＩＦ１１から供給されるとオンする。トランジスタＴｒ１１を通じてレギュレータＲｅｇ２１に対して５６Ｖの電圧が入力され、出力端子２０1 に１２Ｖのパワーオン信号が出力される。
入力端子１０には、パワーオン時に１２Ｖで、パワーオフ時に０Ｖのパワーオン信号が入力される。ホトカプラＩＦ１１にパワーオン信号が入力されると、パワーオン時にホトカプラＩＦ１１の発光ダイオードが発光し、ホトトランジスタがオンする。その結果、ホトカプラＩＦ１１の出力がローレベル例えば１Ｖ（ホトトランジスタの飽和電圧）となる。この場合に，トランジスタＴｒ１１がオンする。一方、パワーオフ時には、発光ダイオードが発光しないので、ホトカプラＩＦ１１の出力がハイレベル例えば５６Ｖとなる。この場合には、トランジスタＴｒ１１がオンせず、パワーオン信号が発生しない。
組電池ＭＯＤ１においては、ホトカプラＩＦ１１の入力および出力間に印加される電圧の最大値が５６Ｖである。組電池ＭＯＤ２においては、ベーシス電圧が５６Ｖとなり、電池部ＢＴからの電圧が（５６Ｖ＋５６Ｖ＝１１２Ｖ）となる。したがって、ホトカプラＩＦ１２の入力および出力間に印加される電圧の最大値が１１２Ｖである。そして、最上位の組電池ＭＯＤＮにおいては、ベーシス電圧が（０Ｖ＋５６（Ｎ−１）Ｖ）となり、電池部ＢＴの電圧が（５６Ｖ＋５６（Ｎ−１）Ｖ）となる。したがって、ホトカプラＩＦ１Ｎの入力および出力間に印加される電圧の最大値が５６（Ｎ−１）Ｖ）となる。（Ｎ＝１４）の場合には、７２８Ｖの電圧がホトカプラＩＦＮの入力および出力間に印加される。
一般的なホトカプラの場合、耐圧が高々５００Ｖ程度であり、そのようなデバイスを定格を越えて使用すると、寿命が短くなったり、最悪の場合には、絶縁破壊や発煙・発火のおそれがあった。
図７を参照して第４の従来例について説明する。この例は、各組電池が出力する状態信号を出力端子２１に取り出すための構成である。出力端子２１に対して統合コントローラＩＣＮＴが接続されている。状態信号として、ＯＶ，ＤＩＳおよびＣＨＧが示されている。状態信号ＯＶは、組電池の電池部ＢＴが過充電の場合に、ローレベルとなる。状態信号ＤＩＳは、組電池の電池部ＢＴが過放電の場合に、ローレベルとなる。状態信号ＣＨＧは、組電池の電池部ＢＴの充電中に問題があった場合に、ローレベルとなる。
各組電池には、状態信号（ＯＶ，ＤＩＳおよびＣＨＧの内の何れかの状態信号）がそのゲートに供給されるＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor)ＦＥＴ(Field Effect Transistor)Ｑ１〜ＱＮを有している。ＭＯＳＦＥＴＱ１〜ＱＮは、ｎチャンネル型であるので、ゲート・ソース間に正電圧が印加されることによってオンする。各ＭＯＳＦＥＴのドレインと、レギュレータＲｅｇ３１〜Ｒｅｇ３Ｎのそれぞれの出力端子との間にホトカプラＩＦ２１〜ＩＦ２Ｎの発光ダイオードが挿入されている。
ホトカプラＩＦ２１〜ＩＦ２Ｎのホトトランジスタのコレクタ・エミッタ間が直列接続されている。組電池ＭＯＤＮのコレクタに統合コントローラＩＣＮＴからの所定の直流電圧例えば＋１２Ｖが供給される。最下位段の組電池ＭＯＤ１のホトカプラＩＦ２１のホトトランジスタのエミッタが抵抗を介してベーシス電圧０Ｖに接続されている。
組電池ＭＯＤ１〜ＭＯＤＮの内の何れかの組電池において、状態信号がローレベルとなると、その状態信号が供給されるＭＯＳＦＥＴがオンからオフとなる。例えば組電池ＭＯＤ２において、状態信号がローレベルとなると、ＭＯＳＦＥＴＱ２がオンからオフとなる。したがって、ホトカプラＩＦ２２の発光ダイオードに対する通電が断たれ、ホトカプラＩＦ２２のホトトランジスタがオフする。その結果、出力端子２１の電圧値が０Ｖとなる。
全ての組電池ＭＯＤ１〜ＭＯＤＮの状態信号がハイレベルの場合には、全てのホトカプラＩＦ２１〜ＩＦ２Ｎのホトトランジスタがオンし、出力端子２１に接続された抵抗に対して電流が流れる。その結果、出力端子２１の電圧が所定の正の電圧となる。ホトトランジスタにオン抵抗が存在し、例えば一つのホトトランジスタによって０．５Ｖの電圧降下が生じる。Ｎ＝１４の場合では、電圧降下の合計が７Ｖとなる。したがって、（１２Ｖ−７Ｖ＝５Ｖ）の電圧が出力端子２１に発生する。
各組電池におけるホトカプラに印加される電圧について説明する。組電池ＭＯＤ１においては、最大（１２Ｖ−５Ｖ＝７Ｖ）の電圧がホトカプラＩＦ２１に対して印加される。組電池ＩＦ２２においては、（（１２Ｖ＋５６Ｖ）−５．５Ｖ＝６２．５Ｖ）の電圧がホトカプラＩＦ２２に対して印加される。そして、最上位の組電池ＭＯＤＮにおいては、（（１２Ｖ＋５６×（１４−１）Ｖ）−１２Ｖ＝７２８Ｖ）（Ｎ＝１４の場合）の電圧がホトカプラＩＦ２Ｎに対して印加される。
一般的なホトカプラの場合、耐圧が高々５００Ｖ程度であり、そのようなデバイスを定格を越えて使用すると、寿命が短くなったり、最悪の場合には、絶縁破壊や発煙・発火のおそれがあった。
上述した従来の構成では、直列に接続された組電池の上位段の組電池になるほど、組電池と統合コントローラとの間に配置された絶縁インターフェース（ホトカプラまたは双方向絶縁バッファ）の高い耐圧が要求される。したがって、定格を超えて絶縁インターフェースを使用する必要が生じた。このような問題を生じない電池システムの一例が下記の特許文献１に記載されている。
特許文献１においては、各組電池が処理手段（マイクロプロセッサＭＰＵ）を有し、ＭＰＵが下側の組電池のコントローラと通信手段を介して通信し、上側の組電池のコントローラとは、絶縁手段および通信信号を介して通信を行う構成とされている。絶縁手段には、上下のベーシス電圧の差の電圧が印加され、耐圧が高い絶縁手段を使用する必要がない。
特開２００９−１００６４４号公報
特許文献１においては、組電池間の信号の伝達に絶縁手段に加えてマイクロプロセッサが介在する。したがって、外部の統合コントローラから各組電池のコントローラに対する信号伝達に要する時間に差が生じる。その結果、電池システムに含まれる複数の組電池の動作に時間的なズレが生じる問題があった。
したがって、この発明の目的は、絶縁インターフェースの耐圧が高くなることを防止でき、且つ各組電池のコントローラと統合コントローラとの間の信号の伝達がマイクロプロセッサを介することなく直接的になされる電池システムを提供することにある。
上述した課題を解決するために、この発明は、少なくとも直列に接続された複数の電池セルと、複数の電池セルの状態をモニターするモニタと、該モニタの出力が供給されるコントローラとを有する組電池と、
第１の組電池から第Ｎの組電池が直列に接続された組電池モジュールと、
組電池モジュールの第１の組電池と接続された統合コントローラとを備え、
第１の組電池と第Ｎの組電池との間にそれぞれアイソレータが配置され、
第（ｎ−１）（Ｎ≧ｎ≧２）の組電池から第ｎの組電池に対する信号伝送がアイソレータを介してなされる電池システムである。
好ましい態様は、以下の通りである。
第（ｎ−１）（Ｎ≧ｎ≧２）の組電池の基準電位点が第ｎの組電池に含まれるアイソレータの１次側と接続され、
第ｎの組電池に含まれるアイソレータの２次側が第ｎの組電池の基準電位点と接続される。
第１の組電池乃至第Ｎの組電池が電池セルから直流電圧を生成する直流電圧生成部をそれぞれ有し、
直流電圧生成部とコントローラとの間にスイッチ部が配され、
統合コントローラからの信号によってスイッチ部のオン／オフが第１の組電池乃至第Ｎの組電池の間で連動して制御される。
アイソレータが入力側バッファおよび出力側バッファをそれぞれ有し、
第１の組電池の入力側バッファに対して統合コントローラからのシリアル信号線が接続され、
第１の組電池のアイソレータと出力側バッファとの間から第１の組電池のコントローラに対する信号が出力され、
第（ｎ−１）（Ｎ≧ｎ≧２）の組電池の出力側バッファから第ｎの組電池の入力側バッファに対して信号が入力されると共に、
第ｎの組電池の出力側バッファから第ｎの組電池のコントローラに対する信号が出力される。
第１の組電池乃至第Ｎの組電池が電池セルから直流電圧を生成する直流電圧生成部をそれぞれ有し、
第１の組電池乃至第Ｎの組電池のそれぞれのアイソレータの出力によって制御されるスイッチ部が電池セルと直流電圧生成部との間に設けられ、
第１の組電池のアイソレータの入力側が統合コントローラの出力側に接続され、
第（ｎ−１）（Ｎ≧ｎ≧２）の組電池のアイソレータの出力によってスイッチ部が制御され、
第（ｎ−１）の組電池の直流電圧生成部の出力が第ｎの組電池のアイソレータの入力側に供給され、
統合コントローラの出力信号によって、第１の組電池乃至第Ｎの組電池のスイッチ部が連動して制御される。
第１の組電池乃至第Ｎの組電池が電池セルから直流電圧を生成する直流電圧生成部をそれぞれ有し、
第１の組電池乃至第Ｎの組電池のそれぞれのアイソレータの入力側にスイッチ部が設けられ、
第ｎ（Ｎ≧ｎ≧２）の組電池のアイソレータの出力側の一端が第（ｎ−１）の組電池の直流電圧生成部の出力側に接続され、アイソレータの出力側の他端が第（ｎ−１）の組電池のアイソレータの入力側に接続され、
第１の組電池のアイソレータの出力側が統合コントローラの入力側に接続され、
スイッチ部が通常オンとされ、第１の組電池乃至第Ｎの組電池の何れかのコントローラによって、スイッチ部がオフとされることが統合コントローラに対して伝えられる。
この発明によれば、組電池間の信号伝送システムを構成した場合、各組電池間の電位差のみを絶縁インターフェースが絶縁すれば良い。したがって、組電池の直列数が多くなっても、最大で組電池の１個分に信号電圧分を加えた絶縁耐圧を絶縁インターフェースが備えれば良い。この発明では、組電池間の信号伝達にマイクロプロセッサが介在することがなく、信号伝達を直接的に行うことができる。したがって、各組電池のコントローラと統合コントローラとの間の信号伝達に時間差が生じることを防止できる。
従来の組電池のブロック図である。 従来の電池システムのブロック図である。 従来の電池システムの第１の例の接続図である。 従来の電池システムの第２の例の接続図である。 通信トランシーバおよび絶縁バッファの説明に用いるブロック図である。 従来の電池システムの第３の例の接続図である。 従来の電池システムの第４の例の接続図である。 この発明による組電池のブロック図である。 この発明による電池システムのブロック図である。 この発明による電池システムの主要部分の構成のブロック図である。 この発明による電池システムの第１の実施の形態のブロック図である。 この発明の第１の実施の形態における組電池のブロック図である。 この発明の第１の実施の形態の接続図である。 この発明による電池システムの第２の実施の形態のブロック図である。 この発明の第２の実施の形態における組電池のブロック図である。 この発明の第２の実施の形態の接続図である。 この発明による電池システムの第３の実施の形態のブロック図である。 この発明の第３の実施の形態における組電池のブロック図である。 この発明の第３の実施の形態の接続図である。 この発明による電池システムの第４の実施の形態のブロック図である。 この発明の第４の実施の形態における組電池のブロック図である。 この発明の第４の実施の形態の接続図である。
以下、この発明の実施の形態について説明する。なお、説明は、以下の順序で行う。
＜１．この発明の第１の実施の形態＞
＜２．この発明の第２の実施の形態＞
＜３．この発明の第３の実施の形態＞
＜４．この発明の第４の実施の形態＞
＜５．変形例＞
なお、以下に説明する実施の形態は、この発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、この発明の範囲は、以下の説明において、特にこの発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。
＜１．この発明の第１の実施の形態＞
図８に示すように、この発明の第１の実施の形態における組電池ＭＯＤは、複数例えば１６個の電池セル（例えばリチウムイオン電池）が直列接続された電池部ＢＴに対してコントローラＣＮＴが設けられている。コントローラＣＮＴは、電池部ＢＴの各セルの電圧、電流、および温度の内部状態の状態を出力する。例えば一つの組電池ＭＯＤは、（１６×３．５Ｖ＝５６Ｖ）を出力する。
さらに、図９に示すように、Ｎ個の組電池ＭＯＤ１〜ＭＯＤＮが直列に接続される。組電池ＭＯＤ１〜ＭＯＤＮのそれぞれは、組電池の間を絶縁する絶縁インターフェースを有する。絶縁インターフェースとしてのホトカプラＩＦＳ１〜ＩＦＳＮを通じて各組電池のコントローラＣＮＴが上位或いは下位の組電池との間の通信、または外部の統合コントローラとの間の通信を行う。
最下位の組電池ＭＯＤ１に対して統合コントローラＩＣＮＴが接続される。統合コントローラＩＣＮＴは、電池システムの全体を制御する。各組電池の内部状態の情報を統合コントローラＩＣＮＴが受け取り、各組電池に対する充電電流、並びに放電電流を供給および遮断することによって、各組電池の充電および放電が制御される。Ｎ個の組電池の直列接続の出力（Ｎ×５６Ｖ）が負荷に対して供給される。Ｎ＝１４の例では、出力が（１４×５６Ｖ＝７８４Ｖ）となる。
第１の実施の形態の主要部の構成は、図１０に示すように表すことができる。各組電池ＭＯＤ１〜ＭＯＤＮがそれぞれ備えるホトカプラＩＦＳ１〜ＩＦＳＮは、点線で示すように、１次側（発光ダイオード）と２次側（ホトトランジスタ）とが絶縁されている。最下位の組電池ＭＯＤ１のホトカプラＩＦＳ１の１次側が統合コントローラＩＣＮＴの基準電位点（すなわち、電源および接地）と接続され、その２次側が自身の基準電位点と接続されている。第２番目の組電池ＭＯＤ２のホトカプラＩＦＳ２の１次側が前段の組電池ＭＯＤ１の基準電位点と接続され、その２次側が自身の基準電位点と接続されている。
このように、上の段の組電池のホトカプラの１次側が下の段の組電池またはコントローラの基準電位点と接続されている。さらに、ホトカプラを通じて下位側から上位側への信号の伝送がマイクロプロセッサが介在することなく直接的になされる。図８、図９および図１０に示されるこの発明の第１の実施の形態の主要部分の構成は、後述する他の実施の形態に関しても同様である。
第１の実施の形態は、図１１に示すように、Ｎ個の組電池の電池部ＢＴ１〜ＢＴＮが直列接続され、直列接続の電圧が負荷ＬＤに対して供給される。例えば（１６×Ｎ）個の電池セルの直列接続の電圧が負荷ＬＤに対して供給される。１個の電池セルが３．５Ｖの電圧を発生し、（Ｎ＝１４）の場合には、（１６×３．５Ｖ×１４＝７８４Ｖ）の電圧が負荷ＬＤに対して供給される。図１２は、一つの組電池例えば組電池ＭＯＤ２のみの構成を示す。
組電池の電池部ＢＴ１〜ＢＴＮのそれぞれの電圧、電流がモニタＭＯＮ１〜ＭＯＮＮによって監視される。電池部ＢＴ１〜ＢＴＮのそれぞれの温度も監視される。モニタＭＯＮ１〜ＭＯＮＮが出力する内部状態の情報がコントローラＣＮＴ１〜ＣＮＴＮに対してそれぞれ供給される。図１１および図１２では、省略されているが、コントローラＣＮＴ１〜ＣＮＴＮと統合コントローラＩＣＮＴとの間で双方向シリアル通信がなされる。さらに、統合コントローラＩＣＮＴからの信号によって、各組電池のコントローラＣＮＴ１〜ＣＮＴＮに対するリセット信号または入力信号が形成される。
ホトカプラＩＦＳ１の発光ダイオードのアノードが統合コントローラＩＣＮＴ（ＭＣＵ）の出力と接続されている。発光ダイオードのカソードが統合コントローラＩＣＮＴのベーシス電圧（０Ｖ）と接続されている。ホトカプラＩＦＳ１のホトトランジスタ（図１１では、スイッチとして表記されている）の一端が組電池ＭＯＤ１のベーシス電圧（０Ｖ）と接続されている。ホトトランジスタがオンすると、スイッチング素子ＳＷ１がオンし、所定の値の直流電圧ＶｃｃがコントローラＣＮＴ１に対してリセット信号または入力信号として供給される。さらに、この直流電圧Ｖｃｃが上位の組電池ＭＯＤ２のホトカプラＩＦＳ２の発光ダイオードを発光させる。
組電池ＭＯＤ１と同様に、組電池ＭＯＤ２においても、スイッチング素子ＳＷ２がオンとされ、コントローラＣＮＴ２に対するリセット信号または入力信号が発生し、さらに、直流電圧Ｖｃｃが上位の組電池ＭＯＤ３に対して供給される。このように、統合コントローラＩＣＮＴの出力（ハイレベル）を全ての組電池に対して伝達することができる。統合コントローラＩＣＮＴの出力がローレベルの場合には、全ての組電池のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷＮは、オフである。
このように、統合コントローラＩＣＮＴからのハイレベルおよびローレベルの信号を全ての組電池のコントローラＣＮＴ１〜ＣＮＴＮに対して直接的に伝送することができる。上述した説明では、リセット信号或いは内部回路の入力信号を統合コントローラＩＣＮＴからの信号によってハイレベル／ローレベルの切り替えを行っている。しかしながら、他の信号を同様に外部から制御するようにしても良い。
図１３に示すように、この発明の第１の実施の形態が構成される。図３を参照して説明した従来の第１の例と対応する部分には、同一の参照符号を付して示す。スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷＮがトランジスタＴｒ１〜ＴｒＮによって構成されている。直流電圧Ｖｃｃは、レギュレータＲｅｇ１〜ＲｅｇＮによってそれぞれ生成される。
レギュレータＲｅｇ１が電池部ＢＴ１の５６Ｖの電圧から＋Ｖｃｃの電圧として、＋１２Ｖの電圧を生成し、この電圧がホトカプラＩＦＳ１のホトトランジスタのコレクタに供給されると共に、トランジスタＴｒ１を介して出力端子２1 に取り出される。ホトトランジスタのエミッタに組電池ＭＯＤ１のベーシス電圧（０Ｖ）が供給されている。したがって、ホトカプラＩＦＳ１の入力および出力間には、最大＋１２Ｖの電圧が印加される。
組電池ＭＯＤ２においては、レギュレータＲｅｇ２が（５６Ｖ＋５６Ｖ＝１１２Ｖ）から（５６Ｖ＋１２Ｖ＝６８Ｖ）の電圧を形成する。ホトカプラＩＦＳ２の発光ダイオードのカソードには、下位のＭＯＤ１のベーシス電圧（０Ｖ）が供給されているので、ホトカプラＩＦＳ２に対しては、最大＋６８Ｖの電圧が印加される。出力端子２2 には、（Ｈｉ＝１２Ｖ＋５６Ｖ、Ｌｏ＝５６Ｖ）の出力信号が発生する。
最上位の組電池ＭＯＤＮにおいては、レギュレータＲｅｇＮが（５６Ｖ＋５６（Ｎ−１）Ｖ）の電圧から（１２Ｖ＋５６（Ｎ−１）Ｖ）の出力を発生する。出力端子２N には、（Ｈｉ＝１２Ｖ＋５６（Ｎ−１）Ｖ、Ｌｏ＝５６（Ｎ−１）Ｖ）の出力信号が発生する。発光ダイオードタのカソードに下位の組電池のベーシス電圧（０＋５６（Ｎ−２）Ｖ）が供給される。（Ｎ＝１４）の場合では、この電圧が６７２Ｖとなる。したがって、ホトカプラＩＦＳＮの入力および出力間には、最大＋６８Ｖの電圧が印加される。
このように、第１の実施の形態では、ホトカプラに印加される電圧が最大で、１個の組電池の電池部の電圧に信号電圧を加算した電圧（上述した例では、５６Ｖ＋１２Ｖ＝６８Ｖ）とできる。したがって、ホトカプラとして、特別に耐圧が高いものを使用する必要がない。さらに、外部の統合コントローラＩＣＮＴからの信号が各組電池のコントローラＣＮＴに対して直接的に（すなわち、マイクロプロセッサを経由しないで）伝送することができ、組電池の間で、信号伝達時間が相違することを防止することができる。
＜２．この発明の第２の実施の形態＞
この発明の第２の実施の形態における組電池ＭＯＤは、第１の実施の形態と同様に、複数例えば１６個の電池セル（例えばリチウムイオン電池）が直列接続された電池部ＢＴに対してコントローラＣＮＴが設けられている。コントローラＣＮＴは、電池部ＢＴの各セルの電圧、電流、および温度の内部状態の状態を出力する。例えば一つの組電池ＭＯＤは、（１６×３．５Ｖ＝５６Ｖ）を出力する。
さらに、図９に示す構成と同様に、Ｎ個の組電池ＭＯＤ１〜ＭＯＤＮが直列に接続される。組電池ＭＯＤ１〜ＭＯＤＮのそれぞれは、組電池の間を絶縁する絶縁インターフェースＩＦＳ１〜ＩＦＳＮを有する。絶縁インターフェースとしてのホトカプラＩＦＳ１〜ＩＦＳＮを通じて各組電池のコントローラＣＮＴが上位或いは下位の組電池との間の通信、または外部の統合コントローラとの間の通信を行う。
最下位の組電池ＭＯＤ１に対して統合コントローラＩＣＮＴが接続される。統合コントローラＩＣＮＴは、電池システムの全体を制御する。各組電池の内部状態の情報を統合コントローラＩＣＮＴが受け取り、各組電池に対する充電電流、並びに放電電流を供給および遮断することによって、各組電池の充電および放電が制御される。Ｎ個の組電池の直列接続の出力（Ｎ×５６Ｖ）が負荷に対して供給される。Ｎ＝１４の例では、出力が（１４×５６Ｖ＝７８４Ｖ）となる。
第２の実施の形態は、図１４に示すように、Ｎ個の組電池の電池部ＢＴ１〜ＢＴＮが直列接続され、直列接続の電圧が負荷ＬＤに対して供給される。例えば（１６×Ｎ）個の電池セルの直列接続の電圧が負荷ＬＤに対して供給される。１個の電池セルが３．５Ｖの電圧を発生し、（Ｎ＝１４）の場合には、（１６×３．５Ｖ×１４＝７８４Ｖ）の電圧が負荷ＬＤに対して供給される。図１５は、一つの組電池例えば組電池ＭＯＤ２のみの構成を示す。
組電池の電池部ＢＴ１〜ＢＴＮのそれぞれの電圧、電流がモニタＭＯＮ１〜ＭＯＮＮによって監視される。電池部ＢＴ１〜ＢＴＮのそれぞれの温度も監視される。モニタＭＯＮ１〜ＭＯＮＮが出力する内部状態の情報がコントローラＣＮＴ１〜ＣＮＴＮに対してそれぞれ供給される。コントローラＣＮＴ１〜ＣＮＴＮと統合コントローラＩＣＮＴとの間で双方向シリアル通信によって、内部状態の情報が統合コントローラＩＣＮＴに対して伝送される。
各組電池が上位或いは下位の組電池（または統合コントローラ）と通信するための構成を有する。すなわち、各組電池は、絶縁部としての双方向絶縁バッファＢＦ１１〜ＢＦ１Ｎと、絶縁バッファの下位側に接続された通信トランシーバＣＯＭ１１〜ＣＯＭ１Ｎと、絶縁バッファの上位側に接続された通信トランシーバＣＯＭ２１〜ＣＯＭ２Ｎとが備える。最下位の組電池ＭＯＤ１の通信トランシーバＣＯＭ１１は、統合コントローラＩＣＮＴの通信トランシーバＣＯＭ１０と接続される。
各組電池のコントローラＣＮＴ１〜ＣＮＴＮのそれぞれが絶縁バッファＢＦ１１〜ＢＦ１Ｎのそれぞれと通信トランシーバＣＯＭ２１〜ＣＯＭ２Ｎとの間に接続される。通信トランシーバは、例えばＩ２Ｃの規格のシリアル通信を使用する場合、図５Ａを参照して説明した構成が使用される。Ｉ２Ｃバスは、ＳＣＬ（シリアルクロック）と双方向のＳＤＡ（シリアル・データ）の２本の信号線で通信を行う同期式のシリアル通信であり、ＩＤによって統合コントローラＩＣＮＴと、各組電池のコントローラとが個別に通信を行うことができる。さらに、グラウンドＧＮＤの線が設けられている。絶縁バッファは、図５Ｂを参照して説明した構成を使用できる。
図１６に示すように、この発明の第２の実施の形態が構成される。図４を参照して説明した従来の第２の例と対応する部分には、同一の参照符号を付して示す。最下位の組電池ＭＯＤ１の通信トランシーバＣＯＭ１１の下位側の端子と統合コントローラＩＣＮＴの通信トランシーバＣＯＭ１０とが接続される。通信トランシーバＣＯＭ１１の上位側の端子が絶縁バッファＢＦ１１の下位側の端子と接続される。
絶縁バッファＢＦ１１の上位側の端子に対して通信トランシーバＣＯＭ２１の下位側の端子が接続されると共に、コントローラＣＮＴ１との間の信号線ＳＤＡおよびＳＣＬが導出される。通信トランシーバＣＯＭ１１の電源（例えば＋１２Ｖ）が下位側の統合コントローラＩＣＮＴから供給される。レギュレータＲｅｇ２１がこの電源から例えば＋３．３Ｖの絶縁バッファＢＦ１１の電源を生成する。レギュレータＲｅｇ１１が組電池ＭＯＤ１の電池電圧（＋５６Ｖ）から絶縁バッファＢＦ１１の電源電圧（＋３．３Ｖ）を生成する。
さらに、レギュレータＲｅｇ４１が組電池ＭＯＤ１の電池電圧（＋５６Ｖ）から通信トランシーバＣＯＭ１１の電源（例えば＋１２Ｖ）を生成する。レギュレータＲｅｇ４１が生成した電圧は、上位の組電池ＭＯＤ２の通信トランシーバＣＯＭ１２に電源電圧として供給されると共に、上位のレギュレータＲｅｇ２２に供給される。組電池ＭＯＤ２が組電池ＭＯＤ１と同様の構成とされる。
ＭＯＤ１の絶縁バッファＢＦ１１において、レギュレータＲｅｇ１１の出力電圧とＲｅｇ２１の出力電圧が共に３．３Ｖであり、絶縁バッファＢＦ１１に印加される電圧は、最大０Ｖとなる。組電池ＭＯＤ２においては、レギュレータＲｅｇ２２が生成する＋３．３Ｖの電源電圧と、レギュレータＲｅｇ１２が生成する（３．３Ｖ＋５６Ｖ）の電源電圧とが絶縁バッファＢＦ１２に印加される。したがって、絶縁バッファＢＦ１１に印加される電圧は、最大５６Ｖとなる。
最上位の組電池ＭＯＤＮにおいては、レギュレータＲｅｇ２Ｎが生成する（３．３Ｖ＋５６（Ｎ−２）Ｖ）の電源電圧と、レギュレータＲｅｇ１Ｎが生成する（３．３Ｖ＋５６（Ｎ−１）Ｖ）の電源電圧とが絶縁バッファＢＦ１２に印加される。したがって、絶縁バッファＢＦ１Ｎに印加される電圧は、最大５６Ｖとなる。
このように、第２の実施の形態では、絶縁部としての絶縁バッファに印加される電圧が最大で、１個の組電池の電池部の電圧（上述した例では、５６Ｖ）とできる。したがって、絶縁バッファとして、特別に耐圧が高いものを使用する必要がない。さらに、外部の統合コントローラＩＣＮＴからの信号が各組電池のコントローラＣＮＴに対して直接的に（すなわち、マイクロプロセッサを経由しないで）伝送することができ、組電池の間で、信号伝達時間が相違することを防止することができる。
＜３．この発明の第３の実施の形態＞
この発明の第３の実施の形態における組電池ＭＯＤは、第１および第２の実施の形態と同様に、複数例えば１６個の電池セル（例えばリチウムイオン電池）が直列接続された電池部ＢＴに対してコントローラＣＮＴが設けられている。コントローラＣＮＴは、電池部ＢＴの各セルの電圧、電流、および温度の内部状態の状態を出力する。例えば一つの組電池ＭＯＤは、（１６×３．５Ｖ＝５６Ｖ）を出力する。
さらに、図９に示す構成と同様に、Ｎ個の組電池ＭＯＤ１〜ＭＯＤＮが直列に接続される。組電池ＭＯＤ１〜ＭＯＤＮのそれぞれは、組電池の間を絶縁する絶縁インターフェースを有する。絶縁インターフェースとしてのホトカプラＩＦＳ１〜ＩＦＳＮを通じて各組電池の電源が制御される。
最下位の組電池ＭＯＤ１に対して統合コントローラＩＣＮＴが接続される。統合コントローラＩＣＮＴは、電池システムの全体を制御する。各組電池の内部状態の情報を統合コントローラＩＣＮＴが受け取り、各組電池に対する充電電流、並びに放電電流を供給および遮断することによって、各組電池の充電および放電が制御される。Ｎ個の組電池の直列接続の出力（Ｎ×５６Ｖ）が負荷に対して供給される。Ｎ＝１４の例では、出力が（１４×５６Ｖ＝７８４Ｖ）となる。
第３の実施の形態は、図１７に示すように、Ｎ個の組電池の電池部ＢＴ１〜ＢＴＮが直列接続され、直列接続の電圧が負荷ＬＤに対して供給される。例えば（１６×Ｎ）個の電池セルの直列接続の電圧が負荷ＬＤに対して供給される。１個の電池セルが３．５Ｖの電圧を発生し、（Ｎ＝１４）の場合には、（１６×３．５Ｖ×１４＝７８４Ｖ）の電圧が負荷ＬＤに対して供給される。図１８は、一つの組電池例えば組電池ＭＯＤ２のみの構成を示す。
組電池の電池部ＢＴ１〜ＢＴＮのそれぞれの電圧、電流がモニタＭＯＮ１〜ＭＯＮＮによって監視される。電池部ＢＴ１〜ＢＴＮのそれぞれの温度も監視される。モニタＭＯＮ１〜ＭＯＮＮが出力する内部状態の情報がコントローラＣＮＴ１〜ＣＮＴＮに対してそれぞれ供給される。コントローラＣＮＴ１〜ＣＮＴＮと統合コントローラＩＣＮＴとの間で双方向シリアル通信によって、内部状態の情報が統合コントローラＩＣＮＴに対して伝送される。
統合コントローラＩＣＮＴには、パワースイッチＳＷ１０が設けられ、パワースイッチＳＷがオンとされると、外部電源入力がレギュレータＲｅｇ２０に対して供給される。レギュレータＲｅｇ２０が所定電圧例えば＋１２Ｖのパワーオン信号を発生する。パワースイッチＳＷがオフの場合では、レギュレータＲｅｇ２０の出力電圧が０Ｖである。
レギュレータＲｅｇ２０の出力信号が組電池ＭＯＤ１のアイソレータとしてのホトカプラＩＦＳ１１を通じてスイッチング素子ＳＷ１１に制御信号として供給される。スイッチング素子ＳＷ１１は、電池部ＢＴ１の電圧（例えば＋５６Ｖ）をレギュレータＲｅｇ２１に供給する。スイッチング素子ＳＷ１１のオン時に、レギュレータＲｅｇ２１が所定の電源電圧例えば＋１２Ｖを生成する。レギュレータＲｅｇ２１が生成した電圧がモニタＭＯＮ１およびコントローラＣＮＴ１に電源電圧として供給される。さらに、レギュレータＲｅｇ２１の生成した電圧が上位の組電池ＭＯＤ２のホトカプラＩＦＳ１２を通じてスイッチング素子ＳＷ１２に供給される。
このように、統合コントローラＩＣＮＴからのパワーオン信号が下位側の組電池から上位側の組電池に対して順次伝送され、最上位の組電池ＭＯＤＮまで伝送される。したがって、各組電池の電源が逐次連動してオン／オフされる。
図１９に示すように、この発明の第３の実施の形態が構成される。図６を参照して説明した従来の第３の例と対応する部分には、同一の参照符号を付して示す。スイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１ＮがスイッチングトランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１Ｎによって構成され、各ホトカプラの出力によってスイッチングトランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１Ｎが制御される。最下位の組電池ＭＯＤ１のホトカプラＩＦＳ１１の発光ダイオードに対して統合コントローラＩＣＮＴからパワーオン信号が入力される。
トランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１Ｎのエミッタ側に各組電池の電池部ＢＴ１〜ＢＴＮの電圧が供給され、コレクタ側の電圧がレギュレータＲｅｇ２１〜Ｒｅｇ２Ｎに供給されている。各レギュレータからの所定電圧のパワーオン信号がそれぞれ取り出される。パワーオン信号が各組電池のコントローラＣＮＴ１〜ＣＮＴＮおよびモニタＭＯＮ１〜ＭＯＮＮに対して供給される。パワーオン信号を受け取ったコントローラＣＮＴが各組電池の動作を開始させる。
組電池ＭＯＤ１において、電池部ＢＴから５６Ｖの電圧がトランジスタＴｒ１１のエミッタに供給される。トランジスタＴｒ１１は、ベースにローレベルの信号がホトカプラＩＦ１１から供給されるとオンする。トランジスタＴｒ１１を通じてレギュレータＲｅｇ２１に対して５６Ｖの電圧が入力され、出力端子に１２Ｖのパワーオン信号が出力される。このパワーオン信号が上位側の組電池のホトカプラの発光ダイオードに対して供給される。
入力端子１０には、パワーオン時に１２Ｖで、パワーオフ時に０Ｖのパワーオン信号が入力される。ホトカプラＩＦＳ１１にパワーオン信号が入力されると、パワーオン時にホトカプラＩＦＳ１１の発光ダイオードが発光し、ホトトランジスタがオンする。その結果、ホトカプラＩＦ１１の出力がローレベル例えば１Ｖとなる。この場合に，トランジスタＴｒ１１がオンする。一方、パワーオフ時には、発光ダイオードが発光しないので、ホトカプラＩＦ１１の出力がハイレベル例えば５６Ｖとなる。この場合には、トランジスタＴｒ１１がオンせず、パワーオン信号が発生しない。組電池ＭＯＤ１においては、ホトカプラＩＦ１１の入力および出力間に印加される電圧の最大値が５６Ｖである。
組電池ＭＯＤ２においては、ベーシス電圧が５６Ｖとなり、電池部ＢＴからの電圧が（５６Ｖ＋５６Ｖ＝１１２Ｖ）となる。したがって、ホトカプラＩＦＳ１２の入力および出力間に印加される電圧の最大値が１１２Ｖである。そして、最上位の組電池ＭＯＤＮにおいては、ベーシス電圧が（０Ｖ＋５６（Ｎ−１）Ｖ）となり、電池部ＢＴの電圧が（５６Ｖ＋５６（Ｎ−１）Ｖ）となる。発光ダイオードの順方向電圧降下を２Ｖとし、ホトトランジスタの飽和電圧を１Ｖとする。ホトカプラＩＦＳ１Ｎの発光ダイオードのアノードの電圧は、オン時に（２＋５６（Ｎ−２））Ｖとなり、オフ時に（０＋５６（Ｎ−２））Ｖとなる。ホトトランジスタのコレクタ電圧は、オン時に（１＋５６（Ｎ−１））Ｖとなり、オフ時に（５６＋５６（Ｎ−１））Ｖとなる。したがって、ホトカプラＩＦ１Ｎの入力および出力間に印加される電圧の最大値が（Ｎ＝１４）の場合で、最大１１２Ｖとなる。
このように、第３の実施の形態では、ホトカプラに印加される電圧が最大で、２個の組電池の電池部の電圧（上述した例では、５６Ｖ＋５６Ｖ＝１１２Ｖ）とできる。したがって、ホトカプラとして、特別に耐圧が高いものを使用する必要がない。さらに、外部の統合コントローラＩＣＮＴからのパワーオン信号が各組電池のコントローラＣＮＴに対して直接的に（すなわち、マイクロプロセッサを経由しないで）伝送することができ、組電池の間で、信号伝達時間が相違することを防止することができる。
＜４．この発明の第４の実施の形態＞
この発明の第４の実施の形態における組電池ＭＯＤは、第１、第２および第３の実施の形態と同様に、複数例えば１６個の電池セル（例えばリチウムイオン電池）が直列接続された電池部ＢＴに対してコントローラＣＮＴが設けられている。コントローラＣＮＴは、電池部ＢＴの各セルの電圧、電流、および温度の内部状態の状態を出力する。例えば一つの組電池ＭＯＤは、（１６×３．５Ｖ＝５６Ｖ）を出力する。
さらに、図９に示す構成と同様に、Ｎ個の組電池ＭＯＤ１〜ＭＯＤＮが直列に接続される。組電池ＭＯＤ１〜ＭＯＤＮのそれぞれは、組電池の間を絶縁する絶縁インターフェースを有する。絶縁インターフェースとしてのホトカプラＩＦＳ１〜ＩＦＳＮを通じて各組電池の電源が制御される。
最下位の組電池ＭＯＤ１に対して統合コントローラＩＣＮＴが接続される。統合コントローラＩＣＮＴは、電池システムの全体を制御する。各組電池の内部状態の情報を統合コントローラＩＣＮＴが受け取り、各組電池に対する充電電流、並びに放電電流を供給および遮断することによって、各組電池の充電および放電が制御される。Ｎ個の組電池の直列接続の出力（Ｎ×５６Ｖ）が負荷に対して供給される。Ｎ＝１４の例では、出力が（１４×５６Ｖ＝７８４Ｖ）となる。
第４の実施の形態は、図２０に示すように、Ｎ個の組電池の電池部ＢＴ１〜ＢＴＮが直列接続され、直列接続の電圧が負荷ＬＤに対して供給される。例えば（１６×Ｎ）個の電池セルの直列接続の電圧が負荷ＬＤに対して供給される。１個の電池セルが３．５Ｖの電圧を発生し、（Ｎ＝１４）の場合には、（１６×３．５Ｖ×１４＝７８４Ｖ）の電圧が負荷ＬＤに対して供給される。図２１は、一つの組電池例えば組電池ＭＯＤ２のみの構成を示す。
組電池の電池部ＢＴ１〜ＢＴＮのそれぞれの電圧、電流がモニタＭＯＮ１〜ＭＯＮＮによって監視される。電池部ＢＴ１〜ＢＴＮのそれぞれの温度も監視される。モニタＭＯＮ１〜ＭＯＮＮが出力する内部状態の情報がコントローラＣＮＴ１〜ＣＮＴＮに対してそれぞれ供給される。コントローラＣＮＴ１〜ＣＮＴＮから統合コントローラＩＣＮＴに対して直列に内部状態の情報が伝送される。
最下位の組電池ＭＯＤ１のコントローラＣＮＴ１によってスイッチング素子ＳＷ２１が制御される。コントローラＣＮＴ１は、モニタＭＯＮ１からの内部状態の情報を受け取って、異常（過充電、過放電、充電中の問題）が発生した場合に、ローレベルの信号をスイッチング素子ＳＷ２１に供給する。スイッチング素子ＳＷ２１は、異常が発生していない場合には、オン状態であり、コントローラＣＮＴ１からの異常を示すローレベルの信号によってオフされる。他の組電池ＭＯＤ２〜ＭＯＤＮにおいても、同様に、スイッチング素子ＳＷ２２〜ＳＷ２ＮがコントローラＣＮＴ２〜ＣＮＴＮの出力によって制御される。
アイソレータがホトカプラＩＦＳ２１〜ＩＦＳ２Ｎによって構成されている。統合コントローラＩＣＮＴのレギュレータＲｅｇ５０が所定の直流電圧例えば＋１２Ｖを生成する。この電圧の供給端子と統合コントローラＩＣＮＴの接地間に、最下位の組電池ＭＯＤ１のホトカプラＩＦＳ２１のホトトランジスタおよび抵抗が挿入される。抵抗の端子電圧が統合コントローラＩＣＮＴのマイクロプロセッサに対して供給される。抵抗の端子電圧が組電池ＭＯＤ１〜ＭＯＤＮの状態信号の出力として取り出される。
ホトカプラＩＦＳ２１の発光ダイオードのカソードおよび接地間にスイッチング素子ＳＷ２１が挿入される。発光ダイオードのアノードが上位の組電池ＭＯＤ２のホトトランジスタの出力（エミッタ）側に接続される。ホトトランジスタの入力（コレクタ）側には、組電池１のレギュレータＲｅｇ５１が生成した電圧が供給される。
このように、各組電池のホトカプラＩＦＳ１〜ＩＦＳＮの発光ダイオードのカソードに対して直列に状態信号によって制御されるスイッチング素子ＳＷ２１〜ＳＷ２Ｎが直列に接続され、発光ダイオードのアノードに対して、レギュレータＲｅｇ５１〜Ｒｅｇ５Ｎで生成され、上位の組電池のホトカプラのホトトランジスタを経由した直流電圧が供給される。この直流電圧は、組電池自身がレギュレータによって生成したものである。
したがって、通常状態では、全ての組電池におけるスイッチング素子ＳＷ２１〜ＳＷ２Ｎがオンしており、統合コントローラＩＣＮＴのマイクロプロセッサに対しては、ハイレベルの信号が入力されている。何れかの組電池において、異常が発生し、状態信号がローレベルとなり、スイッチング素子がオフすると、ホトカプラの発光ダイオードが発光せず、統合コントローラＩＣＮＴのマイクロプロセッサに対して、ローレベルの信号が入力される。したがって、統合コントローラＩＣＮＴに対して、異常の発生を通知することができる。
図２２に示すように、この発明の第４の実施の形態が構成される。図７を参照して説明した従来の第４の例と対応する部分には、同一の参照符号を付して示す。状態信号として、ＯＶ，ＤＩＳおよびＣＨＧが示されている。状態信号ＯＶは、組電池の電池部ＢＴが過充電の場合に、ローレベルとなる。状態信号ＤＩＳは、組電池の電池部ＢＴが過充電の場合に、ローレベルとなる。状態信号ＣＨＧは、組電池の電池部ＢＴの充電中に問題があった場合に、ローレベルとなる。
スイッチング素子ＳＷ２１〜ＳＷ２ＮがＭＯＳＦＥＴＱ１〜ＱＮによって構成され、状態信号（ＯＶ，ＤＩＳおよびＣＨＧの内の何れかの状態信号）によってＭＯＳＦＥＴＱ１〜ＱＮが制御される。ＭＯＳＦＥＴＱ１〜ＱＮは、ｎチャンネル型であるので、ゲート・ソース間に正電圧が印加されることによってオンする。
各ＭＯＳＦＥＴのドレインがホトカプラＩＦＳ２１〜ＩＦＳ２Ｎのそれぞれの発光ダイオードのカソードとが抵抗を介して接続される。発光ダイオードのアノードが上位のホトカプラのエミッタと接続される。各ホトカプラのホトトランジスタのコレクタに対して、下位の組電池のレギュレータＲｅｇ５０〜Ｒｅｇ５（Ｎ−１）が生成した直流電圧が供給される。最下位の組電池ＭＯＤ１のホトカプラＩＦＳ２１のホトトランジスタのエミッタおよび接地間に抵抗が挿入され、エミッタおよび抵抗の接続点から出力端子２１が導出される。この出力端子２１から統合コントローラＩＣＮＴのマイクロプロセッサに対して状態信号が供給される。
組電池ＭＯＤ１〜ＭＯＤＮの内の何れかの組電池において、状態信号がローレベルとなると、その状態信号が供給されるＭＯＳＦＥＴがオンからオフとなる。例えば組電池ＭＯＤ２において、状態信号がローレベルとなると、ＭＯＳＦＥＴＱ２がオンからオフとなる。したがって、ホトカプラＩＦＳ２２の発光ダイオードに対する通電が断たれ、ホトカプラＩＦ２２のホトトランジスタがオフする。その結果、ホトカプラＩＦＳ２１の発光ダイオードが発光せず、ホトカプラＩＦＳ２１から統合コントローラＩＣＮＴに対して伝送される状態信号（出力端子２１）がローレベルとなる。
各組電池におけるホトカプラに印加される電圧について、組電池ＭＯＤ１およびＭＯＤ２を例に説明する。発光ダイオードの順方向電圧降下を２Ｖとし、ホトトランジスタの飽和電圧を１Ｖとする。レギュレータＲｅｇ５１が組電池ＭＯＤ１の電圧（５６Ｖ）から＋１２Ｖの電圧を生成する。レギュレータＲｅｇ５２が組電池ＭＯＤ２の電圧（５６Ｖ＋５６Ｖ＝１１２Ｖ）から（１２Ｖ＋５６Ｖ＝６８Ｖ）の電圧を生成する。ＭＯＳＦＥＴＱ２がオンしている時には、発光ダイオードが発光し、ホトカプラＩＦＳ２２のホトトランジスタがオンする。したがって、ホトカプラＩＦＳ２１の発光ダイオードが発光し、ホトトランジスタがオンする。
ホトカプラＩＦＳ２１の発光ダイオードのアノード電圧は、（１１Ｖ：Ｑ１のオン時、１２Ｖ：Ｑ１のオフ時）となる。ホトカプラＩＦＳ２１の発光ダイオードのカソード電圧は、（９Ｖ：Ｑ１のオン時、１２Ｖ：Ｑ１のオフ時）となる。ホトカプラＩＦＳ２１のホトトランジスタのコレクタ電圧は、（１２Ｖ：オン時、１２Ｖ：オフ時）となる。ホトカプラＩＦＳ２１のホトトランジスタのエミッタ電圧は、（１１Ｖ：オン時、０Ｖ：オフ時）となる。したがって、ホトカプラＩＦＳ２１に印加される電圧の最大値は、１２Ｖである。
ホトカプラＩＦＳ２２の発光ダイオードのアノード電圧は、（１１Ｖ＋５６Ｖ：Ｑ２のオン時、１２Ｖ＋５６Ｖ：Ｑ２のオフ時）となる。ホトカプラＩＦＳ２２の発光ダイオードのカソード電圧は、（９Ｖ＋５６Ｖ：Ｑ２のオン時、１２Ｖ＋５６Ｖ：Ｑ２のオフ時）となる。ホトカプラＩＦＳ２２のホトトランジスタのコレクタ電圧は、（１２Ｖ：オン時、１２Ｖ：オフ時）となる。ホトカプラＩＦＳ２２のホトトランジスタのエミッタ電圧は、（１１Ｖ：オン時、１２Ｖ：オフ時）となる。したがって、ホトカプラＩＦＳ２２に印加される電圧の最大値は、５６Ｖである。
他の組電池においても、組電池ＭＯＤ２と同様に、ホトカプラに印加される電圧の最大値が５６Ｖとなる。このように、第４の実施の形態では、ホトカプラに印加される電圧が最大で、１個の組電池の電池部の電圧（上述した例では、５６Ｖ）とできる。したがって、ホトカプラとして、特別に耐圧が高いものを使用する必要がない。さらに、外部の統合コントローラＩＣＮＴからのパワーオン信号が各組電池のコントローラＣＮＴに対して直接的に（すなわち、マイクロプロセッサを経由しないで）伝送することができ、組電池の間で、信号伝達時間が相違することを防止することができる。
＜５．変形例＞
上述したこの発明における電圧の値は、一例であって、アプリケーション等に応じて適宜変更される。さらに、上述した説明では、第１から第４の実施の形態を別々に説明しているが、これらの中の２以上の実施の形態を組み合わせた構成としても良い。
ＭＯＤ，ＭＯＤ１〜ＭＯＤＮ・・・組電池
ＢＴ，ＢＴ１〜ＢＮ・・・電池部
ＩＣＮＴ・・・統合コントローラ
ＣＮＴ，ＣＮＴ１〜ＣＮＴＮ・・・各組電池のコントローラ
ＩＳ・・・絶縁部
ＩＦ１〜ＩＦＮ、ＩＦＳ１〜ＩＦＳＮ・・・ホトカプラ
Ｒｅｇ１〜ＲｅｇＮ・・・レギュレータ
ＭＯＮ１〜ＭＯＮＮ・・・モニタ
ＣＯＭ１〜ＣＯＭＮ・・・通信トランシーバ
ＢＦ１〜ＢＦＮ・・・絶縁バッファ
ＳＷ１〜ＳＷＮ・・・スイッチング素子
１・・・入力端子
２1 〜２N ・・・出力端子

Claims (6)

  1. 少なくとも直列に接続された複数の電池セルと、前記複数の電池セルの状態をモニターするモニタと、該モニタの出力が供給されるコントローラとを有する組電池と、
    第１の前記組電池から第Ｎの前記組電池が直列に接続された組電池モジュールと、
    前記組電池モジュールの前記第１の組電池と接続された統合コントローラとを備え、
    前記第１の組電池と第Ｎの前記組電池との間にそれぞれアイソレータが配置され、
    第（ｎ−１）（Ｎ≧ｎ≧２）の前記組電池から第ｎの前記組電池に対する信号伝送が前記アイソレータを介してなされる電池システム。
  2. 第（ｎ−１）（Ｎ≧ｎ≧２）の前記組電池の基準電位点が第ｎの前記組電池に含まれる前記アイソレータの１次側と接続され、
    第ｎの前記組電池に含まれる前記アイソレータの２次側が第ｎの前記組電池の基準電位点と接続される請求項１記載の電池システム。
  3. 前記第１の組電池乃至第Ｎの組電池が前記電池セルから直流電圧を生成する直流電圧生成部をそれぞれ有し、
    前記直流電圧生成部と前記コントローラとの間にスイッチ部が配され、
    前記統合コントローラからの信号によって前記スイッチ部のオン／オフが前記第１の組電池乃至第Ｎの組電池の間で連動して制御される請求項１または２記載の電池システム。
  4. 前記アイソレータが入力側バッファおよび出力側バッファをそれぞれ有し、
    前記第１の組電池の前記入力側バッファに対して前記統合コントローラからのシリアル信号線が接続され、
    前記第１の組電池の前記アイソレータと前記出力側バッファとの間から前記第１の組電池のコントローラに対する信号が出力され、
    第（ｎ−１）（Ｎ≧ｎ≧２）の前記組電池の前記出力側バッファから第ｎの前記組電池の前記入力側バッファに対して信号が入力されると共に、
    第ｎの前記組電池の前記出力側バッファから前記第ｎの組電池のコントローラに対する信号が出力される請求項１または２記載の電池システム。
  5. 前記第１の組電池乃至第Ｎの組電池が前記電池セルから直流電圧を生成する直流電圧生成部をそれぞれ有し、
    前記第１の組電池乃至第Ｎの組電池のそれぞれのアイソレータの出力によって制御されるスイッチ部が前記電池セルと前記直流電圧生成部との間に設けられ、
    前記第１の組電池の前記アイソレータの入力側が前記統合コントローラの出力側に接続され、
    第（ｎ−１）（Ｎ≧ｎ≧２）の前記組電池の前記アイソレータの出力によって前記スイッチ部が制御され、
    第（ｎ−１）の前記組電池の前記直流電圧生成部の出力が前記第ｎの組電池の前記アイソレータの入力側に供給され、
    前記統合コントローラの出力信号によって、前記第１の組電池乃至第Ｎの組電池の前記スイッチ部が連動して制御される請求項１または２記載の電池システム。
  6. 前記第１の組電池乃至第Ｎの組電池が前記電池セルから直流電圧を生成する直流電圧生成部をそれぞれ有し、
    前記第１の組電池乃至第Ｎの組電池のそれぞれのアイソレータの入力側にスイッチ部が設けられ、
    第ｎ（Ｎ≧ｎ≧２）の前記組電池の前記アイソレータの出力側の一端が第（ｎ−１）の前記組電池の前記直流電圧生成部の出力側に接続され、前記アイソレータの出力側の他端が第（ｎ−１）の前記組電池の前記アイソレータの入力側に接続され、
    前記第１の組電池の前記アイソレータの出力側が前記統合コントローラの入力側に接続され、
    前記スイッチ部が通常オンとされ、前記第１の組電池乃至第Ｎの組電池の何れかの前記コントローラによって、前記スイッチ部がオフとされることが前記統合コントローラに対して伝えられる請求項１または２記載の電池システム。
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