JP2013011536A - 電池モニタ回路、蓄電装置、電子機器、電動車両および電力システム - Google Patents

Abstract

【課題】モニタＩＣを複数使用する場合に、モニタＩＣ間の消費電流の違いにより、残量が異なったり、バランスが崩れる問題を解決する。
【解決手段】複数の電池セルを含む直列接続を少なくとも二つの第１および第２のグループに分割し、第１および第２のグループの電池セルの電圧を第１および第２のモニタ部によって検出する。直列接続の一方の端子と第１のモニタ部の一方の電源端子とを接続し、第１のモニタ部の他方の電源端子と第２のモニタ部の一方の電源端子とを接続し、第２のモニタ部の他方の電源端子と直列接続の他方の端子とを接続する。第１のモニタ部を流れる第１の電流と第２のモニタ部を流れる第２の電流との差電流をキャンセルする電流キャンセル部を、第１のモニタ部の他方の電源端子と第２のモニタ部の一方の電源端子との接続点および直列接続の途中の接続点の間に設ける。
【選択図】図５

Description

本開示は、電池モニタ回路、蓄電装置並びに蓄電装置からの電力を利用する電子機器、電動車両および電力システムに関する。

近年では、リチウムイオン電池などの二次電池の用途が太陽電池、風力発電などの新エネルギーシステムと組み合わせた電力貯蔵用蓄電装置、自動車用蓄電池等に急速に拡大している。大出力を発生するために多数の蓄電素子例えば単位電池（単電池、セルとも呼ばれる。以下の説明では、電池セルと適宜称する。）を使用する場合、複数の蓄電モジュールを直列に接続する構成が採用される。蓄電モジュールは、複数個例えば４個の電池セルを並列および／または直列に接続して、電池ブロックを構成する。多数の電池ブロックが外装ケースに収納されて蓄電モジュール（組電池とも呼ばれる。）が構成される。

さらに、複数の蓄電モジュールを接続し、複数の蓄電モジュールに対して共通の制御装置を設ける構成（かかる構成を電池システムと称する。）が知られている。各蓄電モジュールが処理手段（マイクロプロセッサＭＰＵ）を有し、ＭＰＵと制御装置との間で通信手段を介して通信する構成とされている。

電池システムにおいては、電池セルの過充電、過放電を防止するために、電池セルの充電状態（ＳＯＣ(State Of Charge)）をモニタすることが必要とされる。例えば下記の特
許文献１には、ブロック（蓄電モジュール）の電圧を検出する管理ユニット（集積回路）間の消費電流のばらつきによってブロック毎の充電状態にばらつきが生じるおそれがあることが記載されている。

蓄電モジュールを構成する複数の電池セル（または複数の電池セルの並列接続の場合もあるが、以下、単に電池セルと適宜称する）の電圧を検出する集積回路（以下、モニタＩＣ(Integrated Circuit)と適宜称する）は、検出できる電池セルの個数が有限な数とされている。したがって、同一の蓄電モジュールにおいても、図１に示すように、複数のモニタＩＣ（モニタＩＣ１およびモニタＩＣ２と称する）によって電池モニタ回路４０を構成することが必要となる。

図１において、Ｂ１〜Ｂ１０で示す１０個の電池セル（例えばリチウムイオン二次電池）が直列接続されている。１０個の電池セルによって例えば一つの蓄電モジュールが構成される。蓄電モジュールでは、各電池セルとして、複数の電池セルが並列接続された電池ブロックが使用される。但し、以下の説明では、簡単のため、電池セルの場合について説明する。

１０個の電池セルＢ１〜Ｂ１０が電池セルＢ１〜Ｂ５の直列接続（第１のグループ）と、電池セルＢ６〜Ｂ１０の直列接続（第２のグループ）とに分割される。第１のグループの電池セルＢ１〜Ｂ５のそれぞれの電圧が図示しない経路を介してモニタＩＣ１によって検出され、第２のグループの電池セルＢ６〜Ｂ１０のそれぞれの電圧が図示しない経路を介してモニタＩＣ２によって検出される。すなわち、一つのモニタＩＣによってモニタできる電池セルの最大数の制約から、２個のモニタＩＣ１およびモニタＩＣ２が使用される。

モニタＩＣ１およびモニタＩＣ２の電源として電池セルＢ１〜Ｂ１０の直列接続により発生する電源が使用される。すなわち、モニタＩＣ１の一方の電源端子（＋側）とモニタＩＣ１の他方の電源端子（−側）とがＢ１〜Ｂ１０の直列接続の一方の端子（＋側）と電池セルＢ５およびＢ６の接続点とにそれぞれ接続される。同様に、モニタＩＣ２の一方の電源端子（＋側）とモニタＩＣ２の他方の電源端子（−側）とが電池セルＢ５およびＢ６の接続点とＢ１〜Ｂ１０の直列接続の他方の端子（−側）とにそれぞれ接続される。これらの電源供給路を介して供給される電源によって各モニタＩＣが動作し、各モニタＩＣによって、各電池セルの電圧の検出と、セルバランスの制御とがなされる。電池セルＢ５およびＢ６の接続点をモニタＩＣ１およびモニタＩＣ２の接続点と接続することによって、モニタＩＣ１およびモニタＩＣ２の接続点の電位を確定させることができる。

特開２０１１−０３０３９９号公報

モニタＩＣ１を流れる電流Ｉ１と、モニタＩＣ２を流れる電流Ｉ２とが等しい場合、モニタＩＣ１の電源端子とモニタＩＣ２の電源端子との接続点と、電池セルＢ５およびＢ６の接続点との間に電流が流れない。しかしながら、モニタＩＣ１とモニタＩＣ２との間で消費電流が相違すると、電流Ｉ１およびＩ２が等しくならず、差電流（Ｉ１−Ｉ２）が流れる。例えばＩ１＋ΔＩ＝Ｉ２の関係があれば、電池セルＢ１〜Ｂ５を電流Ｉ１＋ΔＩが流れ、電池セルＢ６〜Ｂ１０を電流Ｉ２が流れる。

このように放電電流に差が生じると、電池セルＢ１〜Ｂ５の容量の方が電池セルＢ６〜Ｂ１０と比較して早く少なくなり、残量が相違したものとなる。すなわち、電池セルＢ１〜Ｂ５と電池セルＢ６〜Ｂ１０との間のバランスが崩れる。モニタＩＣは、本来、電池セル間のバランスをとるための回路であるにもかかわらず、バランスを崩す原因となるという問題が生じる。

したがって、本開示は、モニタＩＣを複数使用する場合に、モニタＩＣ間の消費電流の違いにより、残量が異なったり、バランスが崩れる問題を解決することができる電池モニタ回路、蓄電装置、電子機器、電動車両および電力システムの提供を目的とする。

上述の課題を解決するために、本開示の電池モニタ回路は、複数の電池セルを含む直列接続を少なくとも二つの第１および第２のグループに分割し、第１および第２のグループの電池セルの電圧を第１および第２のモニタ部によって検出し、
直列接続の一方の端子と第１のモニタ部の一方の電源端子とを接続し、第１のモニタ部の他方の電源端子と第２のモニタ部の一方の電源端子とを接続し、第２のモニタ部の他方の電源端子と直列接続の他方の端子とを接続し、
第１のモニタ部を流れる第１の電流と第２のモニタ部を流れる第２の電流との差電流をキャンセルする電流キャンセル部を、第１のモニタ部の他方の電源端子と第２のモニタ部の一方の電源端子との接続点および直列接続の途中の接続点の間に設けるようにした電池モニタ回路である。

かかる構成によって、第１および第２のモニタ部を流れる第１および第２の電流に差が存在していても、第１のグループの電池セルおよび第２のグループの電池セルを流れる電流を等しいものとできる。

本開示は、複数の電池セルを含む直列接続と、電池セルの電圧を検出する電池モニタ回路とを有する蓄電装置であって、
電池モニタ回路は、
複数の電池セルを含む直列接続を少なくとも二つの第１および第２のグループに分割し、第１および第２のグループの電池セルの電圧を第１および第２のモニタ部によって検出し、
直列接続の一方の端子と第１のモニタ部の一方の電源端子とを接続し、第１のモニタ部の他方の電源端子と第２のモニタ部の一方の電源端子とを接続し、第２のモニタ部の他方の電源端子と直列接続の他方の端子とを接続し、
第１のモニタ部を流れる第１の電流と第２のモニタ部を流れる第２の電流との差電流をキャンセルする電流キャンセル部を、第１のモニタ部の他方の電源端子と第２のモニタ部の一方の電源端子との接続点および直列接続の途中の接続点の間に設けるようになされた蓄電装置である。

本開示は、上述した蓄電装置を有し、蓄電装置に接続される電子機器に電力を供給する蓄電装置である。
本開示は、上述した蓄電装置から、電力の供給を受ける電子機器である。
本開示は、上述した蓄電装置から、電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、蓄電装置に関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両である。
本開示は、他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部とを備え、
送受信部が受信した情報に基づき、上述した蓄電装置の充放電制御を行う電力システムである。
本開示は、上述した蓄電装置から、電力の供給を受け、または発電装置または電力網から蓄電装置に電力を供給する電力システムである。

複数の電池セルを含む直列接続の一端とその他端との間に第１および第２のモニタ部を接続し、第１および第２のモニタ部の接続点と直列接続の途中の接続点との間に電流キャンセル部を接続する。電流キャンセル部に対して、第１および第２のモニタ部の接続点から差電流が流れ込んでも、電流キャンセル部から直列接続の途中の接続点に対して流れる電流を０とすることができる。したがって、差電流によって第１のグループおよび第２のグループ間で、残量の差が生じたり、バランスが崩れることを防止することができる。

モニタ回路の問題点の説明に使用するブロック図である。 蓄電システムの一例のブロック図である。 蓄電システムの他の例のブロック図である。 モニタＩＣの一例のブロック図である。 本開示による電池モニタ回路の第１の例のブロック図である。 本開示による電池モニタ回路の第２の例のブロック図である。 本開示による電池モニタ回路の第３の例のブロック図である。 本開示による電池モニタ回路の第４の例のブロック図である。 蓄電システムの応用例を説明するためのブロック図である。 蓄電システムの応用例を説明するためのブロック図である。

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。

「蓄電システムの概略」
大出力を発生するために多数の蓄電素子例えば電池セルを使用する場合、複数の蓄電モジュールを接続し、複数の蓄電モジュールに対して共通に制御装置を設け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。蓄電モジュールは、複数の電池セル例えばリチウムイオン二次電池とコントローラとを組み合わせた単位である。

図２に示すように、Ｎ個の蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤＮが直列に接続される。蓄電モジュール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。各蓄電モジュールＭＯＤには、モジュールコントローラ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が蓄電モジュール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。さらに、各モジュールコントローラが全体の制御装置（以下、出力コントローラと適宜称する。）ＩＣＮＴと接続され、出力コントローラＩＣＮＴが充電管理、放電管理、劣化抑制等のための管理を行う。

蓄電モジュール内のバス、並びに蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤＮと出力コントローラＩＣＮＴとを接続するバスＢＳとしては、シリアルインターフェースが使用される。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。

各蓄電モジュールＭＯＤのコントローラＣＮＴと出力コントローラＩＣＮＴとが通信を行う。すなわち、各蓄電モジュールの内部状態の情報を出力コントローラＩＣＮＴが受け取り、各蓄電モジュールの充電処理および放電処理が管理される。出力コントローラＩＣＮＴがＮ個の蓄電モジュールの直列接続の出力を負荷に対して供給する。蓄電モジュール同士が接続可能とされている。一つの蓄電モジュールの出力電圧を例えば８０Ｖとし、Ｎ＝１〜Ｎ＝５の場合では、出力コントローラＩＣＮＴから（８０Ｖ〜４００Ｖ）の出力電圧が発生する。

図３は、蓄電システムの他の例を示す。他の例では、Ｎ個の蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤＮが直列に接続される。蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤＮのそれぞれは、蓄電モジュール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を通じて各蓄電モジュールのモジュールコントローラが上位或いは下位の蓄電モジュールとの間の通信、または外部の出力コントローラとの間の通信を行う。

最下位の蓄電モジュールＭＯＤ１に対して出力コントローラＩＣＮＴが接続される。出力コントローラＩＣＮＴは、電池システムの全体を制御する。各蓄電モジュールの内部状態の情報を出力コントローラＩＣＮＴが受け取り、各蓄電モジュールに対する充電電流、並びに放電電流を供給および遮断することによって、各蓄電モジュールの充電および放電が制御される。

「モニタＩＣ」
本開示は、上述した電池システムにおける各蓄電モジュールに対して適用できる。各蓄電モジュールには、各電池セルの電圧を検出し、さらに、ＳＯＣ(State Of Charge)を算
出する検出部としての電池モニタ回路が設けられている。電池モニタ回路を構成するモニタＩＣの一例について図４を参照して説明する。

モニタＩＣは、セルバランス回路５０と制御回路６０とを有する。セルバランス回路５０は、各電池セルと並列接続されたスイッチング素子例えばＦＥＴ(Field Effect Transistor)Ｑ１，Ｑ２，・・・，ＱＮによって構成される。ＦＥＴＱ１〜ＱＮのそれぞれのゲ
ートに対して制御回路からのスイッチング信号が供給される。例えば電圧が他の電池セルより高い電池セルを放電させるように、ＦＥＴＱ１〜ＦＥＴＱＮの中の対応するＦＥＴがオンとされる。オン状態のＦＥＴを通じて電池セルが放電することによって、電池セルの電圧が下げられる。

直列接続されるＮ個の電池セル（または並列接続された複数の電池セル）Ｂ１〜ＢＮのの両端に対して他の蓄電モジュール、充電回路または負荷が接続される。電池セルＢ１〜ＢＮの各電圧を検出するために、制御回路６０には、Ａ／Ｄコンバータ（図中では、ＡＤＣと表記する）６１−１，６１−２，・・・，６１−Ｎが各電池セルの電圧を検出してデジタル信号に変換するために設けられている。Ａ／Ｄコンバータ６１−１〜６１−Ｎのそれぞれのデジタル信号が制御ＩＣ（図示しない）に供給される。Ａ／Ｄコンバータの個数の増加を抑えるために、複数の電池セルの電圧をマルチプレクサによって切り替えてＡ／Ｄコンバータに順次供給するようにしても良い。

制御回路６０に含まれる制御ＩＣは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）など
により構成されるマイクロコンピュータである。制御ＩＣは、ＣＰＵに対して、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等が接続された構成を有する。制御ＩＣは、ＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することにより、電圧モニタおよびセルバランス制御の処理を実行する。さらに、各電池セルの検出された電圧（デジタル値）が通信によって、上述したような上位の出力コントローラＩＣＮＴに伝送される。

各電池セルの電圧が設定された上限値に達したこと、各電池セルの電圧が設定された下限値に達したこと、ＳＯＣ等が出力コントローラＩＣＮＴに対して通知される。出力コントローラＩＣＮＴによって、制御信号が形成され、制御信号が制御回路６０に供給される。出力コントローラＩＣＮＴが充電管理、放電管理、劣化抑制等のための管理を行う。

「電池モニタ回路」
一つのモニタＩＣが検出（モニタ）できる電池セルの個数の最大値が決まっている。したがって、図５に示す電池モニタ回路の第１の例においては、１０個の電池セルＢ１〜Ｂ１０の電圧を検出するために、二つのモニタＩＣ１およびモニタＩＣ２を使用して電池モニタ回路４１が構成される。モニタＩＣ１が電池セルＢ１〜Ｂ５のそれぞれの電圧を検出し、モニタＩＣ２が電池セルＢ６〜Ｂ１０のそれぞれの電圧を検出する。

電池セルＢ１〜Ｂ１０の直列接続の一端（＋側）がモニタＩＣ１の一方の電源端子（＋側）と接続され、モニタＩＣ１の他方の電源端子（−側）がモニタＩＣ２の一方の電源端子（＋側）と接続され、モニタＩＣ２の他方の電源端子（−側）が電池セルＢ１〜Ｂ１０の直列接続の他端（−側）と接続される。モニタＩＣ１の他方の電源端子とモニタＩＣ２の一方の電源端子の接続点と、電池セルＢ５およびＢ６の接続点の間に電流キャンセル部が設けられる。

電流キャンセル部は、例えば演算増幅器ＯＰによって構成される。モニタＩＣ１およびモニタＩＣ２の電源端子の接続点が演算増幅器ＯＰの−側入力端子に接続され、電池セルＢ５およびＢ６の接続点が演算増幅器ＯＰの＋側入力端子に接続される。演算増幅器ＯＰの出力端子が−側入力端子に接続される。さらに、演算増幅器ＯＰの＋側の電源端子が電池セルＢ１の＋側と接続され、演算増幅器ＯＰの−側の電源端子が電池セルＢ１０の−側と接続される。

モニタＩＣ１の＋側電源端子から−側電源端子に流れる電流Ｉ１と、モニタＩＣ２の＋側電源端子から−側電源端子に流れる電流Ｉ２とが等しい場合、モニタＩＣ１およびモニタＩＣ２の電源端子の接続点と、電池セルＢ５およびＢ６の接続点との間に電流が流れない。しかしながら、消費電流の相違によって両者が等しくない場合、差電流（Ｉ１−Ｉ２）が流れる。

ここで、演算増幅器ＯＰは、−側入力と＋側入力とが等しくなるように、出力を発生するので、−側入力端子と＋側入力端子との間を電流が流れず、差電流を０とすることができる。入力電流（Ｉ１−Ｉ２）は、演算増幅器ＯＰの電源端子間を流れる。演算増幅器ＯＰの電源端子は、電池セルＢ１〜Ｂ１０の直列接続と並列に接続されているので、電源端子を流れる電流は、電池セルＢ１〜Ｂ１０の直列接続から供給されるものとなる。すなわち、電池セルＢ１〜Ｂ１０の全体に対する放電電流となるので、演算増幅器ＯＰおよび抵抗Ｒ１からなる電流キャンセル部を設けない図１の構成のモニタ回路４０のように、電池セルの残量が相違したり、バランスが崩れる問題を生じない。

図６に示す第２の例の電池モニタ回路４２においては、電池セルＢ１〜Ｂ１０の直列接続の一端（＋側）がモニタＩＣ１の一方の電源端子（＋側）と接続され、モニタＩＣ１の他方の電源端子（−側）が電池セルＢ５およびＢ６の接続点と抵抗Ｒ１を介して接続される。モニタＩＣ２の一方の電源端子（＋側）が電池セルＢ５およびＢ６の接続点と抵抗Ｒ１を介して接続され、モニタＩＣ２の他方の電源端子（−側）が電池セルＢ１〜Ｂ１０の直列接続の他端（−側）と接続される。電池セルＢ５およびＢ６の接続点をモニタＩＣの電源端子の接続点と抵抗Ｒ１を介して接続するのは、モニタＩＣの電源電圧を確定させるためである。

抵抗Ｒ１のモニタＩＣ１およびモニタＩＣ２の接続点側の一端が演算増幅器ＯＰの−側入力端子に接続され、抵抗Ｒ１の電池セルＢ５およびＢ６の接続点側が演算増幅器ＯＰの＋側入力端子に接続される。演算増幅器ＯＰの出力端子が−側入力端子に接続される。さらに、演算増幅器ＯＰの＋側の電源端子が電池セルＢ１の＋側と接続され、演算増幅器ＯＰの−側の電源端子が電池セルＢ１０の−側と接続される。

モニタＩＣ１の＋側電源端子から−側電源端子に流れる電流Ｉ１と、モニタＩＣ２の＋側電源端子から−側電源端子に流れる電流Ｉ２とが等しい場合、モニタＩＣ１およびモニタＩＣ２の電源端子の接続点と、電池セルＢ５およびＢ６の接続点との間に電流が流れない。しかしながら、消費電流の相違によって両者が等しくない場合、差電流（Ｉ１−Ｉ２）が抵抗Ｒ１を通じて流れる。

ここで、演算増幅器ＯＰは、−側入力と＋側入力とが等しくなるように、出力を発生するので、−側入力端子と＋側入力端子との間、すなわち、抵抗Ｒ１を通じて電流が流れず、差電流を０とすることができる。入力電流（Ｉ１−Ｉ２）は、演算増幅器ＯＰの電源端子間を流れる。演算増幅器ＯＰの電源端子は、電池セルＢ１〜Ｂ１０の直列接続と並列に接続されているので、電源端子を流れる電流は、電池セルＢ１〜Ｂ１０の直列接続から供給されるものとなる。すなわち、電池セルＢ１〜Ｂ１０の全体に対する放電電流となるので、演算増幅器ＯＰおよび抵抗Ｒ１からなる電流キャンセル部を設けない図１の構成のモニタ回路４０のように、電池セルの残量が相違したり、バランスが崩れる問題を生じない。

図７に示す第３の例の電池モニタ回路４３においては、演算増幅器ＯＰの＋側の電源端子と電池セルＢ１の＋極との間に電源回路ＰＳ＋が挿入され、演算増幅器ＯＰの−側の電源端子と電池セルＢ１０の−極との間に電源回路ＰＳ−が挿入される。電源回路ＰＳ＋およびＰＳ−は、電池セルＢ１〜Ｂ１０によって発生する電圧を降下させると共に安定化して演算増幅器ＯＰの電源電圧を生成する。例えば電池セルＢ１〜Ｂ１０の全体の電圧が５０Ｖ（片側で２５Ｖ）とした場合、電源回路ＰＳ＋およびＰＳ−によって、演算増幅器ＯＰの＋側の電源電圧（＋２Ｖ）、並びにその−側の電源電圧（−２Ｖ）が生成される。若し、電池セルの電圧と演算増幅器ＯＰの電源電圧とが合っている場合には、第１および第２の例のように、電源回路を設けないでも良い。なお、第３の例のモニタ回路４３において、抵抗Ｒ１を設けないようにしても良い。

本開示においては、３以上のモニタＩＣを設けるようにしても良い。図８に示す第４の例のモニタ回路４４においては、モニタＩＣ１、モニタＩＣ２およびモニタＩＣ３が使用される。電池セルＢ１〜Ｂ１６が第１のグループ（電池セルＢ１〜Ｂ５）と、第２のグループ（電池セルＢ６〜Ｂ１０）と、第３のグループ（電池セルＢ１１〜Ｂ１６）とに分割される。第１のグループの５個の電池セルのそれぞれの電圧がモニタＩＣ１によって検出され、第２のグループの５個の電池セルのそれぞれの電圧がモニタＩＣ２によって検出される。第３のグループの６個の電池セルのそれぞれの電圧がモニタＩＣ３によって検出される。

モニタＩＣ１の−側電源端子とモニタＩＣ２の＋側電源端子との接続点が抵抗Ｒ１を介して電池セルＢ５およびＢ６の接続点と接続される。抵抗Ｒ１の両端が演算増幅器ＯＰ１の−側入力端子および＋側入力端子にそれぞれ接続される。演算増幅器ＯＰ１の出力端子が−側入力端子に接続される。演算増幅器ＯＰ１の＋側電源端子が電源回路ＰＳ１＋を介して電池セルＢ１の＋側と接続される。演算増幅器ＯＰ１の−側電源端子が電源回路ＰＳ１−を介して電池セルＢ１６の−側と接続される。電源回路ＰＳ１＋およびＰＳ１−は、電池セルＢ１〜Ｂ１６の直列接続によって発生する電圧を降下させると共に安定化して演算増幅器ＯＰ１の正負の電源端子に供給される正負の電源電圧を生成するためのものである。

モニタＩＣ２の−側電源端子とモニタＩＣ３の＋側電源端子との接続点が抵抗Ｒ２を介して電池セルＢ１０およびＢ１１の接続点と接続される。抵抗Ｒ２の両端が演算増幅器ＯＰ２の−側入力端子および＋側入力端子にそれぞれ接続される。演算増幅器ＯＰ２の出力端子が−側入力端子に接続される。演算増幅器ＯＰ２の＋側電源端子が電源回路ＰＳ２＋を介して電池セルＢ１の＋側と接続される。演算増幅器ＯＰ２の−側電源端子が電源回路ＰＳ２−を介して電池セルＢ１６の−側と接続される。電源回路ＰＳ２＋およびＰＳ２−は、電池セルＢ１〜Ｂ１６の直列接続によって発生する電圧を降下させると共に安定化して演算増幅器ＯＰ２の正負の電源端子に供給される正負の電源電圧を生成するためのものである。

かかる構成によって、モニタＩＣ１を流れる電流Ｉ１と、モニタＩＣ２を流れる電流Ｉ２との差電流が０でない場合であっても、差電流が電池セルＢ５およびＢ６の接続点に流れない。同様に、モニタＩＣ２を流れる電流Ｉ２と、モニタＩＣ３を流れる電流Ｉ３との差電流が０でない場合であっても、差電流が電池セルＢ１０およびＢ１１の接続点に流れない。したがって、３個のグループ間で、差電流に起因して容量の残量が相違したり、差電流に起因してバランスが崩れることを防止することができる。なお、第４の例のモニタ回路４４において、抵抗Ｒ１およびＲ２を設けないようにしても良い。

なお、本開示は、以下のような構成も取ることができる。
（１）
複数の電池セルを含む直列接続を少なくとも二つの第１および第２のグループに分割し、前記第１および第２のグループの電池セルの電圧を第１および第２のモニタ部によって検出し、
前記直列接続の一方の端子と前記第１のモニタ部の一方の電源端子とを接続し、前記第１のモニタ部の他方の電源端子と前記第２のモニタ部の一方の電源端子とを接続し、前記第２のモニタ部の他方の電源端子と前記直列接続の他方の端子とを接続し、
前記第１のモニタ部を流れる第１の電流と前記第２のモニタ部を流れる第２の電流との差電流をキャンセルする電流キャンセル部を、前記第１のモニタ部の他方の電源端子と前記第２のモニタ部の一方の電源端子との接続点および前記直列接続の途中の接続点の間に設けるようにした電池モニタ回路。
（２）
前記電流キャンセル部は、前記接続点が−側入力端子と接続され、前記途中の接続点が＋側入力端子と接続され、出力端子が前記−側入力端子と接続される演算増幅器からなり、
前記演算増幅器の＋側電源および−側電源が前記直列接続の一方および他方の端子から供給される（１）に記載の電池モニタ回路。
（３）
前記電流キャンセル部は、前記接続点が−側入力端子と接続され、前記途中の接続点が＋側入力端子と接続され、出力端子が前記−側入力端子と接続される演算増幅器からなり、
前記直列接続の一方の端子が第１の電源回路を介して前記演算増幅器の＋側電源端子に接続され、前記直列接続の他方の端子が第２の電源回路を介して前記演算増幅器の−側電源端子に接続される（１）に記載の電池モニタ回路。
（４）
前記直列接続のそれぞれの充電量を互いに等しくするためのセルバランス制御を行う（１）に記載の電池モニタ回路。
（５）
複数の電池セルを含む直列接続と、前記電池セルの電圧を検出する電池モニタ回路とを有する蓄電装置であって、
前記電池モニタ回路は、
複数の電池セルを含む直列接続を少なくとも二つの第１および第２のグループに分割し、前記第１および第２のグループの電池セルの電圧を第１および第２のモニタ部によって検出し、
前記直列接続の一方の端子と前記第１のモニタ部の一方の電源端子とを接続し、前記第１のモニタ部の他方の電源端子と前記第２のモニタ部の一方の電源端子とを接続し、前記第２のモニタ部の他方の電源端子と前記直列接続の他方の端子とを接続し、
前記第１のモニタ部を流れる第１の電流と前記第２のモニタ部を流れる第２の電流との差電流をキャンセルする電流キャンセル部を、前記第１のモニタ部の他方の電源端子と前記第２のモニタ部の一方の電源端子との接続点および前記直列接続の途中の接続点の間に設けるようになされた蓄電装置。
（６）
（５）に記載の蓄電装置を有し、前記蓄電装置に接続される電子機器に電力を供給する蓄電装置。
（７）
（５）に記載の蓄電装置から、電力の供給を受ける電子機器。
（８）
（５）に記載の蓄電装置から、電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、前記蓄電装置に関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両。
（９）
他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部とを備え、
前記送受信部が受信した情報に基づき、（５）に記載の蓄電装置の充放電制御を行う電力システム。
（１０）
（５）に記載の蓄電装置から、電力の供給を受け、または発電装置または電力網から前記蓄電装置に電力を供給する電力システム。

「応用例としての住宅における蓄電システム」
本開示を住宅用の蓄電システムに適用した例について、図９を参照して説明する。例えば住宅１０１用の蓄電システム１００においては、火力発電１０２ａ、原子力発電１０２ｂ、水力発電１０２ｃ等の集中型電力系統１０２から電力網１０９、情報網１１２、スマートメータ１０７、パワーハブ１０８等を介し、電力が蓄電装置１０３に供給される。これと共に、家庭内発電装置１０４等の独立電源から電力が蓄電装置１０３に供給される。蓄電装置１０３に供給された電力が蓄電される。蓄電装置１０３を使用して、住宅１０１で使用する電力が給電される。住宅１０１に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。

住宅１０１には、発電装置１０４、電力消費装置１０５、蓄電装置１０３、各装置を制御する制御装置１１０、スマートメータ１０７、各種情報を取得するセンサー１１１が設けられている。各装置は、電力網１０９および情報網１１２によって接続されている。発電装置１０４として、太陽電池、燃料電池等が利用され、発電した電力が電力消費装置１０５および／または蓄電装置１０３に供給される。電力消費装置１０５は、冷蔵庫１０５ａ、空調装置１０５ｂ、テレビジョン受信機１０５ｃ、風呂１０５ｄ等である。さらに、電力消費装置１０５には、電動車両１０６が含まれる。電動車両１０６は、電気自動車１０６ａ、ハイブリッドカー１０６ｂ、電気バイク１０６ｃである。

蓄電装置１０３に対して、上述した本開示の蓄電システムが適用される。蓄電装置１０３は、二次電池又はキャパシタから構成されている。例えば、リチウムイオン電池によって構成されている。リチウムイオン電池は、定置型であっても、電動車両１０６で使用されるものでも良い。スマートメータ１０７は、商用電力の使用量を測定し、測定された使用量を、電力会社に送信する機能を備えている。電力網１０９は、直流給電、交流給電、非接触給電の何れか一つまたは複数を組み合わせても良い。

各種のセンサー１１１は、例えば人感センサー、照度センサー、物体検知センサー、消費電力センサー、振動センサー、接触センサー、温度センサー、赤外線センサー等である。各種センサー１１１により取得された情報は、制御装置１１０に送信される。センサー１１１からの情報によって、気象の状態、人の状態等が把握されて電力消費装置１０５を自動的に制御してエネルギー消費を最小とすることができる。さらに、制御装置１１０は、住宅１０１に関する情報をインターネットを介して外部の電力会社等に送信することができる。

パワーハブ１０８によって、電力線の分岐、直流交流変換等の処理がなされる。制御装置１１０と接続される情報網１１２の通信方式としては、ＵＡＲＴ(Universal Asynchronous Receiver-Transceiver:非同期シリアル通信用送受信回路）等の通信インターフェー
スを使う方法、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＺｉｇＢｅｅ、Ｗｉ−Ｆｉ等の無線通信規格によるセンサーネットワークを利用する方法がある。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。ＺｉｇＢｅｅは、ＩＥＥＥ(Institute of Electrical and Electronics Engineers) ８０２．１５．４の物理層を使用するものである。ＩＥＥＥ８０２．１５．４は、ＰＡＮ(Personal Area Network) またはＷ(Wireless)ＰＡＮと呼ばれる短距離無線ネットワーク規格の名称である。

制御装置１１０は、外部のサーバ１１３と接続されている。このサーバ１１３は、住宅１０１、電力会社、サービスプロバイダーの何れかによって管理されていても良い。サーバ１１３が送受信する情報は、たとえば、消費電力情報、生活パターン情報、電力料金、天気情報、天災情報、電力取引に関する情報である。これらの情報は、家庭内の電力消費装置（たとえばテレビジョン受信機）から送受信しても良いが、家庭外の装置（たとえば、携帯電話機等）から送受信しても良い。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機、携帯電話機、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants)等に、表
示されても良い。

各部を制御する制御装置１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等で構成され、この例では、蓄電装置１０３に格納されている。制御装置１１０は、蓄電装置１０３、家庭内発電装置１０４、電力消費装置１０５、各種センサー１１１、サーバ１１３と情報網１１２により接続され、例えば、商用電力の使用量と、発電量とを調整する機能を有している。なお、その他にも、電力市場で電力取引を行う機能等を備えていても良い。

以上のように、電力が火力１０２ａ、原子力１０２ｂ、水力１０２ｃ等の集中型電力系統１０２のみならず、家庭内発電装置１０４（太陽光発電、風力発電）の発電電力を蓄電装置１０３に蓄えることができる。したがって、家庭内発電装置１０４の発電電力が変動しても、外部に送出する電力量を一定にしたり、または、必要なだけ放電するといった制御を行うことができる。例えば、太陽光発電で得られた電力を蓄電装置１０３に蓄えると共に、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置１０３に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置１０３によって蓄電した電力を放電して利用するといった使い方もできる。

なお、この例では、制御装置１１０が蓄電装置１０３内に格納される例を説明したが、スマートメータ１０７内に格納されても良いし、単独で構成されていても良い。さらに、蓄電システム１００は、集合住宅における複数の家庭を対象として用いられてもよいし、複数の戸建て住宅を対象として用いられてもよい。

「応用例としての車両における蓄電システム」
本開示を車両用の蓄電システムに適用した例について、図１０を参照して説明する。図１０に、本開示が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。

このハイブリッド車両２００には、エンジン２０１、発電機２０２、電力駆動力変換装置２０３、駆動輪２０４ａ、駆動輪２０４ｂ、車輪２０５ａ、車輪２０５ｂ、バッテリー２０８、車両制御装置２０９、各種センサ２１０、充電口２１１が搭載されている。バッテリー２０８に対して、上述した本開示の蓄電システムが適用される。

ハイブリッド車両２００は、電力駆動力変換装置２０３を動力源として走行する。電力駆動力変換装置２０３の一例は、モータである。バッテリー２０８の電力によって電力駆動力変換装置２０３が作動し、この電力駆動力変換装置２０３の回転力が駆動輪２０４ａ、２０４ｂに伝達される。なお、必要な個所に直流−交流（ＤＣ−ＡＣ）あるいは逆変換（ＡＣ−ＤＣ変換）を用いることによって、電力駆動力変換装置２０３が交流モータでも直流モータでも適用可能である。各種センサ２１０は、車両制御装置２０９を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度（スロットル開度）を制御したりする。各種センサ２１０には、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサなどが含まれる。

エンジン２０１の回転力は発電機２０２に伝えられ、その回転力によって発電機２０２により生成された電力をバッテリー２０８に蓄積することが可能である。

図示しない制動機構によりハイブリッド車両が減速すると、その減速時の抵抗力が電力駆動力変換装置２０３に回転力として加わり、この回転力によって電力駆動力変換装置２０３により生成された回生電力がバッテリー２０８に蓄積される。

バッテリー２０８は、ハイブリッド車両の外部の電源に接続されることで、その外部電源から充電口２１１を入力口として電力供給を受け、受けた電力を蓄積することも可能である。

図示しないが、二次電池に関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう情報処理装置を備えていても良い。このような情報処理装置としては、例えば、電池の残量に関する情報に基づき、電池残量表示を行う情報処理装置などがある。

なお、以上は、エンジンで動かす発電機で発電された電力、或いはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、モーターで走行するシリーズハイブリッド車を例として説明した。しかしながら、エンジンとモーターの出力がいずれも駆動源とし、エンジンのみで走行、モーターのみで走行、エンジンとモーター走行という３つの方式を適宜切り替えて使用するパラレルハイブリッド車に対しても本開示は有効に適用可能である。さらに、エンジンを用いず駆動モータのみによる駆動で走行する所謂、電動車両に対しても本開示は有効に適用可能である。

「変形例」
以上、本開示の実施形態について具体的に説明したが、上述の各実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述した電池セルとしては、リチウムイオン二次電池以外の二次電池を使用しても良い。さらに、上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。

また、上述の実施形態の構成、方法、工程、形状、材料および数値などは、本開示の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。

ＭＯＤ，ＭＯＤ１〜ＭＯＤＮ・・・蓄電モジュール
ＩＣＮＴ・・・出力コントローラ
Ｂ１〜Ｂ１６・・・電池セル
ＯＰ，ＯＰ１，ＯＰ２・・・演算増幅器
Ｒ１，Ｒ２・・・抵抗
４０，４１，４２，４３，４４・・・電池モニタ回路

Claims (10)

1. 複数の電池セルを含む直列接続を少なくとも二つの第１および第２のグループに分割し、前記第１および第２のグループの電池セルの電圧を第１および第２のモニタ部によって検出し、
   前記直列接続の一方の端子と前記第１のモニタ部の一方の電源端子とを接続し、前記第１のモニタ部の他方の電源端子と前記第２のモニタ部の一方の電源端子とを接続し、前記第２のモニタ部の他方の電源端子と前記直列接続の他方の端子とを接続し、
   前記第１のモニタ部を流れる第１の電流と前記第２のモニタ部を流れる第２の電流との差電流をキャンセルする電流キャンセル部を、前記第１のモニタ部の他方の電源端子と前記第２のモニタ部の一方の電源端子との接続点および前記直列接続の途中の接続点の間に設けるようにした電池モニタ回路。
2. 前記電流キャンセル部は、前記接続点が−側入力端子と接続され、前記途中の接続点が＋側入力端子と接続され、出力端子が前記−側入力端子と接続される演算増幅器からなり、
   前記演算増幅器の＋側電源および−側電源が前記直列接続の一方および他方の端子から供給される請求項１に記載の電池モニタ回路。
3. 前記電流キャンセル部は、前記接続点が−側入力端子と接続され、前記途中の接続点が＋側入力端子と接続され、出力端子が前記−側入力端子と接続される演算増幅器からなり、
   前記直列接続の一方の端子が第１の電源回路を介して前記演算増幅器の＋側電源端子に接続され、前記直列接続の他方の端子が第２の電源回路を介して前記演算増幅器の−側電源端子に接続される請求項１に記載の電池モニタ回路。
4. 前記直列接続のそれぞれの充電量を互いに等しくするためのセルバランス制御を行う請求項１に記載の電池モニタ回路。
5. 複数の電池セルを含む直列接続と、前記電池セルの電圧を検出する電池モニタ回路とを有する蓄電装置であって、
   前記電池モニタ回路は、
   複数の電池セルを含む直列接続を少なくとも二つの第１および第２のグループに分割し、前記第１および第２のグループの電池セルの電圧を第１および第２のモニタ部によって検出し、
   前記直列接続の一方の端子と前記第１のモニタ部の一方の電源端子とを接続し、前記第１のモニタ部の他方の電源端子と前記第２のモニタ部の一方の電源端子とを接続し、前記第２のモニタ部の他方の電源端子と前記直列接続の他方の端子とを接続し、
   前記第１のモニタ部を流れる第１の電流と前記第２のモニタ部を流れる第２の電流との差電流をキャンセルする電流キャンセル部を、前記第１のモニタ部の他方の電源端子と前記第２のモニタ部の一方の電源端子との接続点および前記直列接続の途中の接続点の間に設けるようになされた蓄電装置。
6. 請求項５に記載の蓄電装置を有し、前記蓄電装置に接続される電子機器に電力を供給する蓄電装置。
7. 請求項５に記載の蓄電装置から、電力の供給を受ける電子機器。
8. 請求項５に記載の蓄電装置から、電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、前記蓄電装置に関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両。
9. 他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部とを備え、
   前記送受信部が受信した情報に基づき、請求項５に記載の蓄電装置の充放電制御を行う電力システム。
10. 請求項５に記載の蓄電装置から、電力の供給を受け、または発電装置または電力網から前記蓄電装置に電力を供給する電力システム。

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