JP4890110B2 - 電池管理システム - Google Patents

Description

本発明は、電池管理システム、特に複数の並列に接続された組電池を管理するための電池管理システムに関する。

従来から、繰り返して充電を行うことが可能な電池である二次電池が知られている（特許文献１）。この二次電池として、例えばリチウムイオン二次電池が知られている。このリチウムイオン二次電池は高エネルギ密度の電池であり、パソコン、携帯電話等の主要電源として機器の小型化に貢献している。このような高エネルギ密度の特徴が着目され、近年、自動車用、据え置き用のバックアップ電源としての用途への適用が検討されている。このような用途では、多数の単位電池が直列に接続された組電池の状態で使用されるが、リチウムイオン電池では、放電及び充電過程における各単位電池の状態を監視する必要がある。

すなわち、放電時に単位電池の電圧が３Ｖ以下まで低下すると、負極の集電体となっている銅が溶出する可能性があり、一方、充電過程における単位電池の電圧の上昇は電解液の分解等に繋がり電池特性が低下する可能性がある。充電時に、さらに電圧が上昇すると単位電池の破損や電解液の燃焼といった電池の安全性の低下にも繋がる恐れがある。

図１７は、従来から知られている組電池管理システム１００の構成の一例を示す図である。この組電池管理システム１００では、組電池１０１に電池監視制御部１０２が接続されている。組電池１０１は、直列に接続された複数個の単位電池１０５からなる。電池監視制御部１０２は、各単位電池１０５の両端の電圧を電圧測定用配線１０６により計測する。電池監視制御部１０２は、充電・放電時の単位電池の状態を監視し、充電時に電圧の上昇を検出した際には充電器を停止させ、放電時に電圧の低下を検出した際には電池監視制御部１０２からスイッチ開放信号送出用配線１０４を介して、組電池１０１の放電用配線開放スイッチ１０３（スイッチ）を開放することによって組電池１０１を保護する。このように従来の組電池管理システム１００では、充電と放電に伴う状態監視制御機能を持った電池監視制御部１０２を用いていた。

図１８、図１９は、従来から知られている組電池管理システム１００の適用例を示す図である。図１８、図１９では組電池管理システム１００を、浮動充電方式の直流給電電源に組み込んだ場合を示しており、図１８は組電池管理システム１００を１台設置した場合、図１９は組電池管理システム１００を２台設置した場合をそれぞれ示している。
ここでは、交流電源１１０に整流器１１１を接続し、整流器１１１に負荷１１２を接続している。また、整流器１１１と負荷１１２との間に、組電池管理システム１００を接続している。また、制御部１１３により電池監視制御部１０２と整流器１１１を制御している。

図２０は、従来から知られている組電池管理システム１００を電気自動車に適用した例を示す図である。図２０に示すように電気自動車内には、複数台の組電池管理システム１００が設置されている。これらの組電池管理システム１００は、バッテリ管理装置１２０に接続されている。バッテリ管理装置１２０は、車両制御ユニット１２１、電流センサ１２２、冷却ファン１２３、ＤＣ／ＤＣコンバータ／充電器１２４、モータコントローラ１２５などに接続されている。また、モータコントローラ１２５には、モータ１２６が接続されている。また、車両制御ユニット１２１には、残存容量計１２７、警報器１２８、イグニッションスイッチ１２９、充電器接続スイッチ１３０などが接続されている（非特許文献１）。
特開２００２−１１７８２１号公報 福永他、「電気自動車用リチウムイオン電池の開発」、ＧＳニューステクニカルレポート、ｐ．２３、２０００年１２月、第２号

リチウムイオン二次電池の容量は最大でも１００Ａｈ程度であり、負荷電流が増加するとこの様な容量の二次電池から構成された組電池１０１を並列に接続して使用する必要がある。この時、従来のリチウムイオン二次電池を直列接続した組電池では、図１９に示したように、１つの組電池１０１に１台の電池監視制御部１０２を設けることにより組電池管理システム１００を構成するので、組電池１０１の数が増えるに伴い電池監視制御部１０２の台数が増え、システムの構築に要する費用が増加するという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、組電池を設置する台数が増えても、システムの構築に要する費用の増加を防ぐことができる組電池管理システムを提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、直列にｍ個（ｍは２以上の整数）接続した、二次電池である単位電池からなる基本組電池と、直列にｍ個接続した、二次電池である単位電池からなり、前記基本組電池のみでは蓄積される電気量が不足する場合に前記基本組電池に並列に接続されて増設される少なくとも１以上の増設組電池と、前記基本組電池のｎ番目（ｎは１以上、ｍ−１以下の整数）の単位電池とｎ＋１番目の単位電池間と、前記基本組電池に並列に接続されて増設される少なくとも１以上の増設組電池各々の増設組電池のｎ番目の単位電池とｎ＋１番目の単位電池間とを電気的に接続する接続線と、前記基本組電池を構成するｍ個の各単位電池における両端の電圧を計測する電圧計測手段と、前記電圧計測手段が計測した電圧に基づいて、前記基本組電池の一端に接続されるスイッチを開閉制御する単位電池制御手段と、を備え、前記基本組電池及び前記増設組電池各々は、正極コネクタ、負極コネクタ、及び接続線コネクタを有する電池収納トレイにそれぞれ収容され、前記正極コネクタは前記基本組電池および前記増設組電池の正極が接続されるコネクタであり、前記負極コネクタは前記基本組電池および前記増設組電池の負極が接続されるコネクタであり、前記接続線コネクタは（ｍ−１）本の前記接続線がそれぞれ電気的に絶縁されて接続されるコネクタであり、前記電池収納トレイ各々は、電池枠に格納され、前記電池収納トレイ各々の前記正極コネクタは、前記電池枠に設けられた正極側配線を介して共通接続され、前記電池収納トレイ各々の前記負極コネクタは、前記電池枠に設けられた負極側配線を介して共通接続され、前記電池収納トレイ各々の前記接続線コネクタは、前記電池枠に設けられた電圧均等用接続配線を介して（ｍ−１）本の前記接続線ごとに共通接続されていることを特徴とする電池管理システムである。

また、請求項２に記載の発明は、前記単位電池制御手段は、前記電圧計測手段が計測した電圧に基づいて、前記接続線に共通接続される前記基本組電池の単位電池及び前記増設組電池の単位電池の電圧調整、過充電制御、過放電制御の少なくとも１以上を行うことを特徴とする請求項１に記載の電池管理システムである。

また、請求項３に記載の発明は、前記電圧計測手段が計測した電圧が過放電基準電圧値より小さい場合、又は、前記電圧計測手段が計測した電圧が過充電基準電圧値よりも大きい場合、前記スイッチを開放するスイッチ制御手段と、を備えることを特徴とする請求項２に記載の電池管理システムである。

本発明では、基本組電池のｎ番目の単位電池とｎ＋１番目の単位電池間と、増設組電池のｎ番目の単位電池とｎ＋１番目の単位電池間とを接続手段により電気的に接続し、基本組電池のｍ個の単位電池における両端の電圧を電圧計測手段により計測し、その電圧に基づいて基本組電池の単位電池と増設組電池の単位電池とを単位電池制御手段により制御するようにした。
これにより、基本組電池を構成する単位電池と、増設組電池を構成する単位電池とを、１つの単位電池制御手段によって電圧調整、過充電制御、過放電制御などの制御を行うことができるため、増設組電池を設置する台数が増えても、システムの構築に要する費用の増加を防ぐことができる。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態による組電池管理システム１０の構成図である。この組電池管理システム１０は、１つの基本組電池１１、複数の増設組電池１２、１つの電池監視制御部１３（単位電池制御手段、スイッチ制御手段）を備えている。基本組電池１１は、直列に接続されたｍ個（ｍは２以上の整数）の単位電池１４により構成されている。
増設組電池１２は、増設組電池接続用コネクタ１６によって基本組電池１１に並列に接続されている。各増設組電池１２は、直列に接続されたｍ個（ｍは２以上の整数）の単位電池１５により構成されている。
また、基本組電池１１のｎ番目（ｎは１以上、ｍ−１以下の整数）の単位電池１４とｎ＋１番目の単位電池１４間と、増設組電池１２のｎ番目の単位電池１５とｎ＋１番目の単位電池１５間とは、電圧均等用接続線１７及び電圧均等用接続線コネクタ１８（接続手段）により電気的に接続されている。

電池監視制御部１３は、基本組電池１１を構成する各単位電池１４の両端の電圧を、電圧測定用配線１９（電圧計測手段）を利用して計測し、その電圧値に基づいて、単位電池１４及び単位電池１５の電圧調整、過充電制御、過放電制御などの制御を行う。電池監視制御部１３は、電池監視制御部１３が過充電制御又は過放電制御を行う場合には、スイッチ開放信号送出用配線２０を介して、放電用配線開放スイッチ２１を開放させる。これにより、基本組電池１１又は増設組電池１２が放電して単位電池１４又は単位電池１５の電圧が放電停止電圧まで低下した際、単位電池１４又は単位電池１５の過充電又は過放電を防止するために負荷（図示省略）と組電池管理システム１０とが、放電用配線開放スイッチ２１により電気的に切断される。

本実施形態において、基本組電池１１のみでは蓄積される電気量が不足する場合、適宜、増設組電池１２を増設する。増設組電池１２は、基本組電池１１を構成する組電池と同一品で良く、充放電線に電気的に接続するための増設組電池接続用コネクタ１６を設ける。
また、電圧均等用接続線１７及び電圧均等用接続線コネクタ１８を用いることにより、基本組電池１１を構成する単位電池１４と、増設組電池１２を構成する単位電池１５の各段の電圧を均等にしている。

図２は、本発明の実施形態による組電池管理システム１０（図１）を、浮動充電方式の直流給電電源に組み込んだ場合の一例を示す図である。図２では、交流電源３１に整流器３２を接続し、整流器３２に負荷３３を接続している。そして、整流器３２と負荷３３との間に組電池管理システム１０（図１）を接続している。

制御部３４は、整流器３２と組電池システム１０から構成される電源システム全体の監視を行う。また、制御部３４は、停電・整流器３２に故障が発生した時に、警報信号の遠方の監視センタ（図示省略）への情報送信を行う。さらに必要に応じて電源システムの制御を行う。また、制御部３４は、電池監視制御部１３に対し、停電発生・回復情報、整流器３２の出力電圧情報等、電池監視制御部１３の動作に必要な情報を送信する。また、電池監視制御部１３からは、通常の維持充電中に測定される、組電池電圧、単位電池１４の電圧、単位電池１４におけるバイパス電流、電池温度、等を受信する。また、停電や整流器３２の故障等における組電池放電時には、組電池電圧、単位電池１４の電圧、放電電流、電池温度、単位電池１４の放電電気量等の情報を受信する。停電回復後の充電時にも、上記と同様に、組電池電圧、単位電池１４の電圧、単位電池１４におけるバイパス電流、電池温度、単位電池１４の充電電気量を受信する。また、受信した組電池に関する情報、さらに電池監視制御部１３の正常性・故障状況等の状態把握信号を受信し、適宜これらを遠方の監視センタ（図示省略）へ送信する。

増設組電池１２は、増設組電池接続用コネクタ１６を介して相互に接続される。また、各組電池の電圧均等用接続線１７も、電圧均等用接続線コネクタ１８を介して接続される。増設組電池１２の設置数は、任意である。
この様な接続状況になっているので、組電池管理システム１０内の各組電池で接続段数の同じ単位電池１４又は単位電池１５の電圧は同一になる。従って、基本組電池１１に接続されている電池監視制御部１３の動作によって各段の単位電池１４又は単位電池１５の電圧を均一に制御することができる。

図３は、本発明の実施形態による複数の組電池管理システム１０（図１）を、浮動充電方式の直流給電電源に組み込んだ場合の一例を示す図である。図３では、図２において整流器３２と負荷３３との間に、組電池管理システム１０を２つ設置している場合を示している。なお、個々の組電池管理システムの構成については、図２の組電池管理システムの構成と同じであるので、それらの詳細な説明は省略する。

図４は、本実施形態による組電池を収納する電池収納トレイ４０の構造を示す斜視図である。電池収納トレイ４０は、直方体状の容器の形状をしており、増設組電池接続用コネクタ１６（図１）である正極コネクタ１６ａ及び負極コネクタ１６ｂが設けられている。また、電池収納トレイ４０には、電圧均等用接続線コネクタ１８（図１）が設けられている。

図５は、電池収納トレイ４０（図４）に単位電池１４を収納した状態を示す斜視図である。なお、電池収納トレイ４０に増設組電池１２の単位電池１５を収納する場合については、電池収納トレイ４０に基本組電池１１の単位電池１４を収納する場合と同様であるので説明を省略する。
ここでは、電池収納トレイ４０に直方体状の単位電池１４を１２個収納している。それぞれの単位電池１４は、電池間接続線４１によって直列接続されている。直列接続された単位電池１４は基本組電池１１を構成し、その基本組電池１１の一方の端子は正極コネクタ１６ａに接続され、他方の端子は負極コネクタ１６ｂに接続されている。また、各単位電池１４間に配線されている１１本の電池間接続線４１には、電圧均等用接続線４２が接続されており、それぞれの電圧均等用接続線４２は電気的に絶縁された状態で電圧均等用接続線コネクタ１８に接続されている。

図６は、本発明の実施形態による組電池管理システム１０（図１）の構成を示す斜視図である。組電池管理システム１０は、直方体状の電池枠５０を備えている。電池枠５０には、蜂の巣状に６つの穴が形成されている。この穴に電池収納トレイ４０（図４）が格納される。ここでは、電池枠５０に、基本組電池１１を収納した電池収納トレイ４０を１つと、増設組電池１２を収納した電池収納トレイ４０を５つ格納することができる。
電池枠５０の上には、電池監視制御部１３（図１）が設置されている。電池監視制御部１３は、図示を省略した配線により、基本組電池１１を構成する単位電池１４間の電圧を計測する。
電池枠５０に基本組電池１１及び増設組電池１２を収納した電池収納トレイ４０を格納した後は、電池枠５０の前面に前面扉５１ａがネジによって取り付けられる。電池枠５０に前面扉５１ａを取り付けることにより、電池収納トレイ４０の防火対策をとることができる。

図７は、本発明の実施形態による電池枠５０（図６）の背面における配線図である。配線は、電池枠５０の後面カバー内に設けられる。図７は、電池枠５０を背面方向（図６のＡ方向）から見た状態を示している。電池枠５０に格納されている電池収納トレイ４０のそれぞれに設けられている正極コネクタ１６ａは、正極側配線５２により電気的に接続され、正極出力端子５３として外部に電力を出力する。この正極出力端子５３は、図１では放電用配線開放スイッチ２１に接続される。
また、電池枠５０に格納されている基本組電池１１及び増設組電池１２のそれぞれに設けられている負極コネクタ１６ｂは、負極側配線５４により電気的に接続され、負極出力端子５５として外部に電力を出力する。

また、電池収納トレイ４０に収納されている単位電池間から引き出される電圧均等用接続線４２は、６つの電池収納トレイ４０の対応する電圧均等用接続線４２ごとに相互に接続されている。
電池収納トレイ４０を電池枠５０に押しこんで取り付けることで各組電池に対応するコネクタとの接続が行われる。なお、増設組電池１２の数が５個以下の場合、電池枠５０の任意の位置に増設組電池１２が収納された電池収納トレイ４０を格納することができる。また、電気的な接続がコネクタ方式になっているため、通電状態においても組電池を安全に引き出して取り外すことができる。

図８は、本発明の実施形態による組電池管理システム１０（図１）の他の構成を示す斜視図である。図８は、図２と同じ回路構成を有する。なお、図８の基本組電池１１、増設組電池１２、電池枠５０、前面扉５１ａの構成は、図６と同じであるのでそれらの説明を省略する。図８では、電池枠５０の上に、直方体状のケース５６が設置されている。ケース５６は、電池監視制御部１３及び整流器３２を内蔵している。ケース５６の前面には、前面扉５１ｂがネジによって取り付けられる。ケース５６に前面扉５１ｂを取り付けることにより、整流器３２や電池監視制御部１３の防火対策をとることができる。

図９及び図１０は、本発明の実施形態による組電池管理システム１０（図１）を、交流電力の供給システムに適用した場合の一例を示す図である。
図９は、基本組電池１１及び増設組電池１２の電力が、フロート充電方式で維持される電源システムの例を示している。図９では、交流電源３１に整流器３２を接続し、整流器３２にインバータ６０を接続している。また、インバータ６０に負荷３３を接続している。そして、整流器３２とインバータ６０との間に組電池管理システム１０（図１）を接続している。また、制御部３４により、整流器３２と電池監視制御部１３の制御を行っている。

図１０は、基本組電池１１及び増設組電池１２の電力が、トリクル充電方式で維持される電源システムの例を示している。図１０では、交流電源３１に整流器３２を接続し、整流器３２にインバータ６０を接続している。また、インバータ６０に負荷３３を接続している。そして、整流器３２とインバータ６０との間に直流スイッチ６１を接続している。直流スイッチ６１には、組電池管理システム１０（図１）を接続している。直流スイッチ６１と制御部３４との間には、充電器６２を接続している。また、制御部３４により、整流器３２と電池監視制御部１３の制御を行っている。直流スイッチ６１は、停電等で、組電池管理システム１０からの放電が必要な場合、閉となる。

上述したように、直流電力を供給するフロート充電方式電源、及び、交流電力を供給する電源システム（フロート充電方式、および、直流スイッチ方式）における電池のいずれの場合においても本発明の実施形態による組電池管理システム１０を適用することが可能である。

図１１は、本発明の実施形態による電池監視制御部１３（図１）の構成を示すブロック図である。電池監視制御部１３は、電圧調整部７０、過充電検出回路７１、過放電検出回路７２を備えている。電圧調整部７０は、制御回路７３、電圧調整回路７４を備えている。

図１２は、本発明の実施形態による電圧調整回路７４（図１１）の構成を示す回路図である。本発明の実施形態では、電圧調整回路７４として図１２に示す回路を使用し、これを基本組電池１１内の個々の単位電池１４に並列に接続する。この回路において、充電電流バイパス回路８０は、バイパス電流最大値を決定するバイパス電流制限素子８１（例えば、抵抗）などと、バイパス電流の電流値を制御するバイパス電流制御素子８２（例えば、トランジスタ）などで構成されている。そして、満充電検出の基準電圧と個々の単位電池の電圧の検出値を誤差増幅器８３に入力することでバイパス回路のバイパス電流制御素子８２を制御する。バイパス電流制御素子８２が完全にオンしていればバイパス電流としては、充電時の最大電流が流れる。また完全にオフしていればバイパス電流は流れない。さらに、バイパス電流制御素子８２を増幅領域（不飽和領域）で使用することで可変抵抗と同じ状態となり、バイパス電流値は連続の値で調整できる。バイパス電流制御素子８２が連続の値で使用できるので、単位電池が満充電に近づき充電電流が微小な値になっても、このような微小な充電電流もバイパスできる。このように、個々の単位電池が満充電電圧以上の電圧にならないように、単位電池の電圧値に応じて決定される電流をバイパス回路で連続的にバイパスさせ、単位電池の過充電と電圧上昇を回避する。なお、電池電圧測定用の誤差増幅器８４は、単位電池１４の両端の電圧から単位電池の電圧の測定値を出力する。

このような電圧調整回路７４が各単位電池１４に並列に接続されていることで、組電池内で個々の単位電池の電圧にばらつきがあった場合でも、単位電池の状態に応じて早く充電が完了した単位電池では充電電流がバイパスされ、充電が完了しない単位電池には充電電流が流入して充電が進行し、全ての単位電池の電圧が所定の値になるまで組電池の充電が進行する。これによって、組電池内の各単位電池の電圧が調整され、全ての単位電池は均一な充電電圧で維持されている。

図１３〜図１５は、本発明の実施形態による過放電検出制御回路７２（図１１）の構成を示す回路図である。過放電検出制御回路７２は、単位電池１４の電圧の監視による放電用配線開放スイッチ２１の開閉信号を送出する。

図１３における過放電検出回路７２は、単位電池１４の電圧を検出し、過放電電圧まで低下しているか否かを検出する。単位電池１４の電圧が過放電電圧以下になったとき、過放電検出回路７２は放電用配線開放スイッチ２１に対して制御信号を出力する。放電用配線開放スイッチ２１は、過放電検出回路７２から制御信号を受信した場合、スイッチを開放する。

図１３において、Ｃ１及びＣ２は単位電池電圧検出器であり、Ｅ１は過放電電圧の基準電圧であり、Ｄ１は単位電池の電圧と基準電圧を比較するための比較器である。単位電池の電圧は、比較器Ｄ１の＋入力端子に、基準電圧Ｅ１は比較器Ｄ１の−入力端子に接続されている。
また、比較器Ｄ１の駆動電源は、単位電池１４から得ている。単位電池１４の電圧が基準電圧Ｅ１が設定する基準電圧よりも高いと比較器Ｄ１の出力である制御信号は電圧有り（信号Ｈ）を出力する。
一方、単位電池１４が過放電になり、単位電池１４の電圧が基準電圧よりも低くなると比較器Ｄ１の出力である制御信号は電圧無し（信号Ｌ）となる。そして、放電用配線開放スイッチ２１は、制御信号の電圧無し（信号Ｌ）を受けると動作してスイッチを開放し、制御信号（電圧有り：信号Ｈ）を受けた時には動作せずスイッチが閉じた状態を保つ。

なお、万一、過放電が進み、単位電池１４の電圧が比較器Ｄ１の動作電圧以下になると、比較器Ｄ１は動作を停止し、比較器Ｄ１の出力である制御信号は電圧無し（信号Ｌ）となる。従って、このような状態では放電用配線開放スイッチ２１は開放され組電池の放電を停止させる。このように、単位電池の電圧が基準電圧以上の時のみ、放電用配線開放スイッチ２１の制御信号は電圧有り（信号Ｈ）となり、放電回路の配線が確保される。ここで、放電用配線開放スイッチ２１にはＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）などの半導体スイッチを用いることもできる。

本実施形態では、対象の電池が１個ではなく複数の単位電池が直列に接続された組電池であるので、電池監視制御部１３内で、図１４のような構成で対応する。すなわち、図１３に示した回路を各単位電池１４に接続した後、各回路からの制御信号をＡＮＤ回路Ｆ１に集約する。そして、ＡＮＤ回路Ｆ１の出力を放電用配線開放スイッチ２１に接続する。この様な構成になっているので、ＡＮＤ回路Ｆ１は、各単位電池１４に接続されている比較器Ｄ１からの出力信号のすべてが電圧有り（信号Ｈ）である時にのみ信号Ｈを出力し、これ以外で任意の単位電池に接続された比較器からの信号にＬが含まれている場合、Ｌ信号を送出する。これによって、直列に接続されたｍ個（ｍは２以上の整数）の単位電池１４のいずれか１つでも過放電電圧に達したとき、負荷を切り離すためにスイッチ２１に送出される信号は電圧無し（信号Ｌ）となり、基本組電池１１及び増設組電池１２は負荷３３への放電線から切り離される。

図１５は、図１３における基準電圧Ｅ１を実現する回路の構成例である。具体的には、抵抗Ｃ３と定電圧ダイオードＧ１を加えて構成される構成図である。定電圧ダイオードＧ１は一定の電圧Ｖｚを発生する。例えば、単位電池１４の過放電電圧をＶａとする。分圧器の抵抗Ｃ１と抵抗Ｃ２の抵抗値（Ｒｃ１、Ｒｃ２）が等しいとすると定電圧ダイオードの電圧ＶｚがＶａの１／２の定電圧ダイオードを選択すればよい。または、Ｒｃ２／（Ｒｃ１＋Ｒｃ２）がＶｚ／Ｖａと等しくなるようにＲｃ１、Ｒｃ２を選択する。

図１６は、単位電池１４の電圧の上昇から、基本組電池１１及び増設組電池１２を保護するための過充電防止制御機能を実現する回路の基本構成図である。図１６で、単位電池１４の電圧を過充電検出回路７１に入力し、過充電検出回路７１で過電圧を検出すると、放電用配線開放スイッチ２１に開放信号を送り、充電を停止する。
単位電池１４の電圧を比較器Ｄ１の−入力端子に、過充電の基準電圧Ｅ２を比較器Ｄ１の＋入力端子に接続する。これにより、単位電池１４の電圧が過充電の基準電圧Ｅ２を超えるまでは比較器Ｄ１の出力は信号Ｈに、基準電圧Ｅ１を超えると信号Ｌになる。よって、過充電検出回路７１からの制御信号が信号Ｌになったら放電用配線開放スイッチ２１を開とし、充電を停止するように制御する。

複数の単位電池１４が直列に接続される構成では、図１４と同様に各々の単位電池１４に接続された比較器の出力をＡＮＤ回路に入力する。これによって、単位電池１４の比較器の出力がすべて電圧有り（信号Ｈ）、すなわち、すべての単位電池１４が過充電の基準電圧以下の時、ＡＮＤ回路の出力が電圧有り（信号Ｈ）、また、いずれかの単位電池１４が過充電のときＡＮＤ回路の出力が電圧無し（信号Ｌ）となる。よって、ＡＮＤ回路の出力が電圧無し（信号Ｌ）のとき充電回路を停止するように制御することで過充電を防止する。また、過充電の基準電圧は図１５と同様に定電圧ダイオードなどを用いて実現する。

以上説明したように、本発明の実施形態による組電池管理システム１０では、複数の組電池が増設組電池接続用コネクタ１６によって充放電線と接続されている。また、各組電池においては段数の等しい単位電池間が電圧均等用接続線１７で結線される。そして、この中の１個の組電池を電池監視制御部１３と接続するような構成している。
従って、従来のように１個の組電池に対応して専用の電池監視制御部を準備する必要が無くなり、負荷電流の増減に応じて組電池の設置数を随時、任意に増減することができる。さらに、組電池の接続方式はコネクタ方式になっているので、設置・撤去も容易であり、電源システムに通電中にもこの様な作業を行うことも可能となる。

なお、以上説明した実施形態において、図１の電池監視制御部１３の機能又はこの機能の一部を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより組電池管理システムの制御を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

本発明の実施形態による組電池管理システム１０の構成図である。 本発明の実施形態による組電池管理システム１０（図１）を、浮動充電方式の直流給電電源に組み込んだ場合の一例を示す図である。 本発明の実施形態による複数の組電池管理システム１０（図１）を、浮動充電方式の直流給電電源に組み込んだ場合の一例を示す図である。 本実施形態による組電池を収納する電池収納トレイ４０の構造を示す斜視図である。 電池収納トレイ４０（図４）に単位電池１４を収納した状態を示す斜視図である。 本発明の実施形態による組電池管理システム１０（図１）の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態による電池枠５０（図６）の背面における配線図である。 本発明の実施形態による組電池管理システム１０（図１）の他の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態による組電池管理システム１０（図１）を、交流電力の供給システムに適用した場合の一例を示す図である。 本発明の実施形態による組電池管理システム１０（図１）を、交流電力の供給システムに適用した場合の一例を示す図である。 本発明の実施形態による電池監視制御部１３（図１）の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態による電圧調整回路７４（図１１）の構成を示す回路図である。 本発明の実施形態による過放電検出制御回路７２（図１１）の構成を示す回路図である。 本発明の実施形態による過放電検出制御回路７２（図１１）の構成を示す回路図である。 本発明の実施形態による過放電検出制御回路７２（図１１）の構成を示す回路図である。 本発明の実施形態による過充電検出回路７１（図１１）の構成を示す回路図である。 従来から知られている組電池管理システム１００の構成の一例を示す図である。 従来から知られている組電池管理システム１００の適用例を示す図である。 従来から知られている組電池管理システム１００の適用例を示す図である。 従来から知られている組電池管理システム１００を電気自動車に適用した例を示す図である。

符号の説明

１０・・・組電池管理システム、１１・・・基本組電池、１２・・・増設組電池、１３・・・電池監視制御部、１４・・・単位電池、１５・・・単位電池、１６・・・増設組電池接続用コネクタ、１６ａ・・・正極コネクタ、１６ｂ・・・負極コネクタ、１７・・・電圧均等用接続線、１８・・・電圧均等用接続線コネクタ、１９・・・電圧測定用配線２０・・・スイッチ開放信号送出用配線、２１・・・放電用配線開放スイッチ、３１・・・交流電源、３２・・・整流器、３３・・・負荷、３４・・・制御部、４０・・・電池収納トレイ、５０・・・電池枠、５１ａ、５１ｂ・・・前面扉、５２・・・正極側配線、５３・・・正極出力端子、５４・・・負極側配線、５５・・・負極出力端子、５６・・・ケース、６０・・・インバータ、６１・・・直流スイッチ、６２・・・充電器、７０・・・電圧調整部、７１・・・過充電検出回路、７２・・・過放電検出回路、７３・・・制御回路、７４・・・電圧調整回路、８１・・・バイパス電流制限素子、８２・・・バイパス電流制御素子、８３・・・誤差増幅器、８４・・・誤差増幅器、１００・・・組電池管理システム、１０１・・・組電池、１０２・・・電池監視制御部、１０３・・・放電配線開放スイッチ、１０４・・・スイッチ開放信号送出用配線、１０５・・・単位電池、１０６・・・電圧測定用配線、１１０・・・交流電源、１１１・・・整流器、１１２・・・負荷、１１３・・・制御部、１２０・・・バッテリ管理装置、１２１・・・車両制御ユニット、１２２・・・電流センサ、１２３・・・冷却ファン、１２４・・・ＤＣ／ＤＣコンバータ／充電器、１２５・・・モータコントローラ、１２６・・・モータ、１２７・・・残存容量計、１２８・・・警報器、１２９・・・イグニッションスイッチ、１３０・・・充電器接続スイッチ

Claims (3)

1. 直列にｍ個（ｍは２以上の整数）接続した、二次電池である単位電池からなる基本組電池と、
   直列にｍ個接続した、二次電池である単位電池からなり、前記基本組電池のみでは蓄積される電気量が不足する場合に前記基本組電池に並列に接続されて増設される少なくとも１以上の増設組電池と、
   前記基本組電池のｎ番目（ｎは１以上、ｍ−１以下の整数）の単位電池とｎ＋１番目の単位電池間と、前記基本組電池に並列に接続されて増設される少なくとも１以上の増設組電池各々の増設組電池のｎ番目の単位電池とｎ＋１番目の単位電池間とを電気的に接続する接続線と、
   前記基本組電池を構成するｍ個の各単位電池における両端の電圧を計測する電圧計測手段と、
   前記電圧計測手段が計測した電圧に基づいて、前記基本組電池の一端に接続されるスイッチを開閉制御する単位電池制御手段と、
   を備え、
   前記基本組電池及び前記増設組電池各々は、正極コネクタ、負極コネクタ、及び接続線コネクタを有する電池収納トレイにそれぞれ収容され、
   前記正極コネクタは前記基本組電池および前記増設組電池の正極が接続されるコネクタであり、
   前記負極コネクタは前記基本組電池および前記増設組電池の負極が接続されるコネクタであり、
   前記接続線コネクタは（ｍ−１）本の前記接続線がそれぞれ電気的に絶縁されて接続されるコネクタであり、
   前記電池収納トレイ各々は、電池枠に格納され、
   前記電池収納トレイ各々の前記正極コネクタは、前記電池枠に設けられた正極側配線を介して共通接続され、
   前記電池収納トレイ各々の前記負極コネクタは、前記電池枠に設けられた負極側配線を介して共通接続され、
   前記電池収納トレイ各々の前記接続線コネクタは、前記電池枠に設けられた電圧均等用接続配線を介して（ｍ−１）本の前記接続線ごとに共通接続されていることを特徴とする電池管理システム。
2. 前記単位電池制御手段は、前記電圧計測手段が計測した電圧に基づいて、前記接続線に共通接続される前記基本組電池の単位電池及び前記増設組電池の単位電池の電圧調整、過充電制御、過放電制御の少なくとも１以上を行うことを特徴とする請求項１に記載の電池管理システム。
3. 前記電圧計測手段が計測した電圧が過放電基準電圧値より小さい場合、又は、前記電圧計測手段が計測した電圧が過充電基準電圧値よりも大きい場合、前記スイッチを開放するスイッチ制御手段と、
   を備えることを特徴とする請求項２に記載の電池管理システム。

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