JP5378290B2

JP5378290B2 - 蓄電システム

Info

Publication number: JP5378290B2
Application number: JP2010090069A
Authority: JP
Inventors: 光敏中根; 保雄上村; 彰彦工藤; 睦菊地; 光三浦
Original assignee: Hitachi Vehicle Energy Ltd
Current assignee: Vehicle Energy Japan Inc
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2030-04-09
Also published as: JP2011223738A

Description

本発明は、電気的エネルギーの蓄積及び放出が可能な蓄電システム関する。

蓄電システムに関する背景技術としては、例えば特許文献１，２に開示された技術が知られている。

特許文献１には、電池群を構成する各単電池の電圧を、電圧検出線を介して検出する電圧検出回路と、容量調整用抵抗，スイッチング素子及びこのスイッチング素子のオンオフを制御する制御部を有し、各単電池の容量を調整する容量調整回路とを備えたセルコントローラを用いて組電池を制御する技術が開示されている。

特許文献２には、電池電圧の低電位側から順番に電圧検出線が接続されるように、コネクタのピンの長さを変え、長いピンから順番に電池と制御装置との間を接続する技術が開示されている。

特開２００５−３４８４５７号公報特開２００７−２８０８７２号公報

蓄電システムにおいては、容量調整回路による充電量の調整や、過充電や過放電の診断を行って蓄電器の状態を監視する必要があるが、さらに、蓄電器の状態だけでなく、計測系の信頼性を高めるなどして蓄電システム全体の信頼性を向上させる必要がある。

本願の代表的な発明の一つは、信頼性のより高い蓄電システムを提供する。

ここに、本願の代表的な発明の一つは、複数の蓄電器が電気的に直列に接続された蓄電器群を備えた蓄電モジュールと、複数の蓄電器のそれぞれの電圧を検出する電圧手段、及び複数の蓄電器の蓄電状態を調整する容量調整手段を備えた蓄電制御装置とを電気的に接続するにあたって、蓄電モジュールの最高電位の部位及び蓄電モジュールの最低電位の部位が他の電位の部位よりも先に蓄電制御装置に電気的に接続されるようにしたことを特徴とする。

本願の代表的な発明の一つによれば、信頼性のより高い蓄電システムを提供することができる。

（実施形態１）車載用バッテリ装置のシステム構成を示す回路図。（実施形態１）図１のバッテリ装置を適用した車載用電機システムの構成を示すブロック図。（実施形態１）図１のセルコントローラの構成を示すブロック図。（実施形態１）図１の電池モジュール側電圧検出線とセルコントローラ側電圧検出線との電気的な接続に用いられるコネクタの雄側の形状を示す構造図。（実施形態２）車載用バッテリ装置の電池モジュール側電圧検出線とセルコントローラ側電圧検出線との電気的な接続に用いられるコネクタの雄側の形状を示す構造図。（実施形態３）他のバッテリ装置のセルコントローラの構成を示すブロック図。（実施形態３）図６の構成を適用したときの電流の流れを示す説明図。（実施形態３）図６の構成を適用しないときの電流の流れの一例を示す比較例の説明図。

以下、発明の実施形態を説明する。

以下に説明する実施形態では、本願の発明を、電動車両、特に電気自動車の車載電源装置を構成する蓄電装置に適用した場合を例に挙げて説明する。

電気自動車としては、内燃機関であるエンジンと電動機とを車両の駆動源として備えたハイブリッド電気自動車を例に挙げて説明するが、電動機を車両の唯一の駆動源とすると共に、商用電源や電気スタンドでの充電が可能な純正電気自動車、エンジンと電動機とを車両の駆動源として備えると共に、商用電源や電気スタンドでの充電が可能なプラグインハイブリッド電気自動車など、他の電気自動車であっても構わない。

車載電源装置を構成する蓄電装置としては、リチウムイオン電池を蓄電器として備えたリチウムイオンバッテリ装置を例に挙げて説明するが、他の蓄電器、例えばニッケル水素電池或いは鉛電池などを備えたバッテリ装置であっても構わない。

以下に説明する実施形態の構成は他の電動車両、例えばハイブリッド電車などの鉄道車両、バスなどの乗合自動車、トラックなどの貨物自動車、バッテリ式フォークリフトトラックなどの産業車両などの車両用電源装置を構成する蓄電装置にも適用できる。

また、以下に説明する実施形態の構成は、コンピュータシステムやサーバシステムなどに用いられる無停電電源装置、自家用発電設備に用いられる電源装置、太陽光，風力，地熱などの自然エネルギーを用いた発電設備に用いられる電源装置など、電動車両以外の電源装置を構成する蓄電装置にも適用できる。

バッテリ装置では、複数の電池セルを電気的に直列に接続した電池群である組電池を備えた電池モジュールと、複数の電池セルのそれぞれの電圧を検出する電圧検出手段、及び複数の電池セルの充電状態を調整する容量調整手段（各電池セルに電気的に接続された、抵抗とスイッチング素子との直列回路、スイッチング素子のオンオフを制御する制御部）を備えた制御装置とを有する。電池モジュールと制御装置との間は電気的に接続されている。電池モジュールと制御装置との間の電気的な接続は、多極数の電圧検出線を用いて行われている。電圧検出線は電池モジュール側と制御装置側とに分かれている。両者間の電気的な接続は雄雌一対のコネクタにより行われている。

バッテリ装置において、コネクタにて電池モジュールと制御装置と接続する場合、電池モジュールの充電状態によってはサージ電圧，静電気などの発生により、制御装置を構成する電子部品に対してストレスを与える。ストレスが過剰な場合には電子部品の破壊も考えられる。電池モジュールと制御装置との接続時に発生するサージ電圧は、電池モジュールのどの電池セルが異常状態にあるかに依存する。しかし、電池モジュールの製造（組み立て）の段階において、どの電池セルが異常状態にあるか予測することは非常に大変である。また、有害要素の他の一つである静電気も発生部位の予測は非常に困難である。さらに、コネクタは挿入時の角度や端子の曲がり、端子本体の寸法及び組み立てバラツキなどによって、どの端子が最初に接触するか限定することができず、どの端子にサージ電圧或いは静電気エネルギーが印加されるか分からない。このため、制御装置の外部に接続される端子全てにはＣＲフィルタや電流クランプ用ダイオードを配置してサージ対策をしている。ところが、車載用のバッテリ装置の場合、車両の高機能化や大型車への適合化により電池の直列数を増やし高電圧化して行く傾向にあり、制御装置側の保護機能部品も定格上昇や高性能部品の選定が必要になる。このため、制御装置のコストアップの要因になってしまう。

また、保護回路を形成するために必要とする半導体部品では定格電圧が高くなった場合、部品サイズが極端に大きくなることで制御装置の小型化の妨げとなる。車載用のバッテリ装置の場合、制御装置が大きくなると、搭載スペースの自由度がなくなること、極小スペースに配置したことによる例えば輻射熱を受ける等の使用環境悪化も考えられる。

さらに、車載用のバッテリ装置では市場でのサービス性も要求されることから、充電された電池モジュールと制御装置とのコネクタ接続の機会は定期的に発生する。このため、制御装置側のサージ電圧，静電気保護機能は必須機能である。

そこで、以下に説明する実施形態では、電池モジュール側の電圧検出線と制御装置側の電圧検出線とを接続する多極数のコネクタに着目し、多極数のコネクタにおいてコネクタ形状に特異性をもたせることで、任意の電圧検出線を他の電圧検出線よりも先に電気的に接続させることで、上述の課題を解決するようにしている。具体的には、多極性コネクタの一部の端子を他の端子より長くすることで任意の回路に電流を導き、サージ電圧或いは静電気エネルギーを逃がしている。さらに具体的には、先に接続される端子が回路の電源及びグランドに接続されたラインとしている。このような構成によれば、後から接続された端子にサージ電圧或いは静電気が印加された場合でも、電子部品にストレスを与えるような異常電流の回り込みを回避できる。ここで、異常電流の回り込みとは、半導体部品の配線パターン外にリークする電流或いは電源、グランドがオープン状態における正規結線外の動作を強いられたことで起こる逆流現象などである。

以下に説明する実施形態によれば、電池モジュール側の電圧検出線と制御装置側の電圧検出線とのコネクタ接続時に発生するサージ電圧或いは静電気エネルギーによる異常電流を、制御装置内の任意の回路に意図的に流すことができる。このように、制御装置に流れる電流を意図した部位に流すようにすれば、異常電流，異常電圧の発生を抑制することが可能になり、制御装置を構成する電子部品の保護機能、すなわち制御装置の安全性を高めることができる。また、以下に説明する実施形態によれば、電圧検出線の接続手順の拘束を受けることがなくなるので、バッテリ装置の組み立て及び組み替えを容易にでき、バッテリ装置の生産性及びサービス性を向上させることができる。さらに、以下に説明する実施形態によれば、制御装置の製品付加価値を高めることができる。

以下、図面を用いて、実施形態を具体的に説明する。

〔実施形態１〕
第１実施形態を図１乃至図４に基づいて説明する。

図１は、車載バッテリ装置のシステム構成を示す。図２は、図１の車載バッテリシステムが適用された車載電機システム（車両用回転電機の駆動システム）を示す。図３は、図１のセルコントローラの構成を示す。図４は、電池モジュール側電圧検出線とセルコントローラ側電圧検出線との電気的な接続に用いられるコネクタの雄側の形状を示す。

まず、図２に示す車両用回転電機の駆動システムについて説明する。

図２に示す駆動システムは、電池システムを含む電池ユニット９００，電池ユニット９００からの直流電力を３相交流電力に変換するインバータ装置２２０，車両駆動用のモータ２３０，電池ユニット９００およびインバータ装置２２０を制御する上位コントローラ１１０を備えている。モータ２３０は、インバータ装置２２０からの３相交流電力により駆動される。

電池ユニット９００は、２つ電池モジュール９Ａ，９Ｂとセルコントローラ８０とバッテリコントローラ２０とを有している。電池モジュール９Ａと電池モジュール９Ｂとは、スイッチとヒューズとが直列接続された保守・点検用のサービスディスコネクトとして機能する開閉器６を介して直列接続される。この開閉器６が開くことで電気回路の直接回路が遮断され、仮に電池モジュール９Ａ，９Ｂのどこかで車両との間に１箇所接続回路ができたとしても電流が流れない。このような構成により高い安全性を維持できる。

電池モジュール９Ａは、複数の電池セルが直列に接続されたバッテリセルグループを複数接続して構成されている。電池モジュール９Ｂも同様に構成される。電池モジュール９Ａの正極は、正極強電ケーブル８１およびリレーＲＬＰを介してインバータ装置２２０の正極に接続されている。電池モジュール９Ｂの負極は、負極強電ケーブル８２およびリレーＲＬＮを介してインバータ装置２２０の負極に接続されている。また、抵抗ＲＰＲＥとプリチャージリレーＲＬＰＲＥとの直列回路が、リレーＲＬＰと並列に接続されている。リレーＲＬＰとインバータ装置２２０との間には、ホール素子等の電流センサＳｉが挿入されている。電流センサＳｉはジャンクションボックス内に内蔵され、その出力線はバッテリコントローラ２０に導かれている。

例えば、リレーＲＬＰやリレーＲＬＮには定格電流が８０Ａ程度のものが使用され、プリチャージリレーＲＬＰＲＥには定格電流が１０Ａ程度のものを用いることができる。また、抵抗ＲＰＲＥには、例えば、定格容量が６０Ｗ、抵抗値が５０Ω程度のものを、電流センサＳｉには、例えば、定格電流が±２００Ａ程度のものを用いることができる。上述した負極強電ケーブル８２および正極強電ケーブル８１は、リレーＲＬＰやリレーＲＬＮおよび出力端子８１０，８２０を介して、モータ２３０を駆動するインバータ装置２２０に接続される。このような構成とすることで高い安全性が維持できる。

インバータ装置２２０は、パワーモジュール２２６と、ＭＣＵ２２２と、パワーモジュール２２６を駆動するためのドライバ回路２２４と、約７００μＦ〜約２０００μＦ程度の大容量の平滑キャパシタ２２８とを有している。パワーモジュール２２６は、電池モジュール９Ａ，９Ｂから供給される直流電力を、モータ２３０を駆動するための３相交流電力に変換する。

ＭＣＵ２２２は、上位コントローラ１１０からの命令に従い、モータ２３０の駆動開始時に、負極側のリレーＲＬＮを開状態から閉状態とした後に、プリチャージリレーＲＬＰＲＥを開状態から閉状態とし、平滑キャパシタ２２８を充電し、その後に正極側のリレーＲＬＰを開状態から閉状態として、電池ユニット９００の電池モジュール９Ａ，９Ｂからインバータ装置２２０への電力の供給を開始する。

尚、インバータ装置２２０は、モータ２３０の回転子に対するパワーモジュール２２６により発生する交流電力の位相を制御して、ハイブリッド車の制動時にはモータ２３０をジェネレータとして動作させ、すなわち回生制動制御を行い、ジェネレータ運転により発電された電力を電池モジュール９Ａ，９Ｂに回生して電池モジュール９Ａ，９Ｂを充電する。電池モジュール９Ａ，９Ｂの充電状態が基準状態より低下した場合には、インバータ装置２２０はモータ２３０を発電機として運転する。モータ２３０で発電された３相交流電力は、パワーモジュール２２６により直流電力に変換されて電池モジュール９Ａ，９Ｂに供給される。その結果、電池モジュール９Ａ，９Ｂは充電される。

モータ２３０を力行運転する場合、ＭＣＵ２２２は上位コントローラ１１０の命令に従い、モータ２３０の回転子の回転に対して進み方向の回転磁界を発生するようにドライバ回路２２４を制御し、パワーモジュール２２６のスイッチング動作を制御する。この場合は、電池モジュール９Ａ，９Ｂから直流電力がパワーモジュール２２６に供給される。一方、回生制動制御により電池モジュール９Ａ，９Ｂを充電する場合には、ＭＣＵ２２２は、モータ２３０の回転子の回転に対して遅れ方向の回転磁界を発生するようにドライバ回路２２４を制御し、パワーモジュール２２６のスイッチング動作を制御する。この場合はモータ２３０から電力がパワーモジュール２２６に供給され、パワーモジュール２２６の直流電力が電池モジュール９Ａ，９Ｂへ供給される。結果的にモータ２３０は発電機として作用することとなる。

インバータ装置２２０のパワーモジュール２２６は、導通および遮断動作を高速で行い直流電力と交流電力間の電力変換を行う。このとき、大電流を高速で遮断するので、直流回路の有するインダクタンスにより大きな電圧変動が発生する。この電圧変動を抑制するため、大容量の平滑キャパシタ２２８が直流回路に設けられている。車載用のインバータ装置２２０ではパワーモジュール２２６の発熱が大きな問題であり、この発熱を抑えるにはパワーモジュール２２６の導通および遮断の動作速度を上げる必要がある。この動作速度を上げると、上述したようにインダクタンスによる電圧の跳ね上がりが増大し、より大きなノイズが発生する。このため平滑キャパシタ２２８の容量はより大きくなる傾向にある。

インバータ装置２２０の動作開始状態では平滑キャパシタ２２８の電荷は略ゼロであり、リレーＲＬＰを閉じると大きな初期電流が平滑キャパシタ２２８へ流れ込む。そして、この大電流のために負極側メインリレーＲＬＮおよび正極側メインリレーＲＬＰが融着して破損するおそれがある。この問題を解決するため、ＭＣＵ２２２は、負極側のリレーＲＬＮを開状態から閉状態とした後に、正極側のリレーＲＬＰを開状態に維持したまま、プリチャージリレーＲＬＰＲＥを開状態から閉状態として抵抗ＲＰＲＥを介して最大電流を制限しながら上述した平滑キャパシタ２２８を充電する。

この平滑キャパシタ２２８が所定の電圧まで充電された後は、初期状態が解除される。すなわち、プリチャージリレーＲＬＰＲＥおよび抵抗ＲＰＲＥを介する平滑キャパシタ２２８への初期充電が中止され、上述したように、負極側のリレーＲＬＮと正極側のリレーＲＬＰを閉状態として電池ユニット９００からパワーモジュール２２６へ直流電力を供給する。このような制御を行うことで、リレー回路を保護すると共に、リチウム電池セルやインバータ装置２２０を流れる最大電流を所定値以下に低減でき、高い安全性を維持できる。

インバータ装置２２０の直流側回路のインダクタンスを低減することがノイズ電圧の抑制に繋がるので、平滑キャパシタ２２８はパワーモジュール２２６の直流側端子に接近して配置される。また、平滑キャパシタ２２８自身もインダクタンスを低減できるように構成されている。このような構成で平滑キャパシタ２２８の初期充電電流が供給されると、瞬間的に大きな電流が流れ込み、高熱を発生して損傷するおそれがある。しかし、上記プリチャージリレーＲＬＰＲＥと抵抗ＲＰＲＥとにより充電電流を制限することにより、上記損傷を低減できる。インバータ装置２２０の制御はＭＣＵ２２２により行われるが、上述のとおり、平滑キャパシタ２２８を初期充電する制御もＭＣＵ２２２により行われる。

電池ユニット９００の電池モジュール９Ｂの負極と負極側のリレーＲＬＮとの接続線、および電池モジュール９Ａの正極と正極側のリレーＲＬＰとの接続線には、ケースグランド（車両のシャーシと同電位）との間にそれぞれキャパシタＣＮ，ＣＰが挿入されている。これらのキャパシタＣＮ，ＣＰは、インバータ装置２２０が発生させるノイズを除去して、弱電系回路の誤作動や、セルコントローラ８０を構成する集積回路のサージ電圧による破壊を防止するものである。インバータ装置２２０はノイズ除去フィルタを有しているが、これらのキャパシタＣＮ，ＣＰは、バッテリコントローラ２０やセルコントローラ８０の誤作動を防止する効果をさらに高め、電池ユニット９００の耐ノイズの信頼性をさらに高めるために挿入されている。

尚、図２において、電池ユニット９００の強電系回路は太線で示している。また、ブロアファン１７は、電池モジュール９Ａ，９Ｂを冷却するためのファンで、バッテリコントローラ２０からの指令によってＯＮするリレー１６を介して動作するようになっている。

次に、図１に戻って、バッテリ装置の構成を説明する。

図１は、電池モジュール９Ａと、セルコントローラ８０の電池モジュール９Ａに関係する部分とを示したものである。尚、電池モジュール９Ｂに関しても同様の構成となっており、以下では電池モジュール９Ａを例に説明する。電池モジュール９Ａは、直列接続された複数の電池セルグループで構成されている。図１に示す例では、電池モジュール９Ａは４つの電池セルグループで構成され、各電池セルグループは６つの電池セルＢＣ１〜ＢＣ６が直列接続されている。セルコントローラ８０には、各電池セルグループに対応して単位セルコントローラＣＣ４Ａ，ＣＣ４Ｂ，ＣＣ４Ｃ，ＣＣ４Ｄが設けられている。各単位セルコントローラＣＣ４Ａ〜ＣＣ４Ｄは集積回路で構成されており、それらの集積回路が搭載された回路基板は、シールド機能を有するケース（不図示）内に収納されている。

単位セルコントローラＣＣ４Ａ〜ＣＣ４Ｄと、上位制御回路として動作するバッテリコントローラ２０との間には、信号の受信および送信を行うための伝送路６０が設けられている。各単位セルコントローラＣＣ４Ａ〜ＣＣ４Ｄは、伝送路６０２，６０４により電気的に直列に接続されている。伝送路６０には、図２のバッテリコントローラ２０からコマンド信号が送信される伝送路と、各単位セルコントローラＣＣ４Ａ〜ＣＣ４ＤＣの異常信号を伝送する伝送路とが設けられている。

バッテリコントローラ２０からのコマンド信号は、フォトカプラＰＨ１を介して伝送路６０２に入力され、伝送路６０２を介して単位セルコントローラＣＣ４Ａの受信端子ＬＩＮ１で受信される。単位セルコントローラＣＣ４Ａの送信端子ＬＩＮ２からは、コマンド信号に応じたデータやコマンドが送信される。単位セルコントローラＣＣ４Ｂの受信端子ＬＩＮ１で受信されたコマンド信号は、送信端子ＬＩＮ２から送信される。このように順に受信および送信を行い、伝送信号は、単位セルコントローラＣＣ４Ｄの送信端子ＬＩＮ２から送信され、フォトカプラＰＨ３を介してバッテリコントローラ２０の受信端子で受信される。このようなループ状の通信路を介してシリアル通信が行われる。各単位セルコントローラＣＣ４Ａ〜ＣＣ４Ｄは、受信したコマンド信号に応じて、対応する電池セルグループを構成する電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の端子電圧の検出および診断等を開始し、コマンド信号に基づき各電池セルコントローラが収集あるいは検知したデータを、上記のようにシリアル通信によりバッテリコントローラ２０に送信する。

各単位セルコントローラＣＣ４Ａ〜ＣＣ４Ｄはさらに異常診断を行い、異常がある場合に伝送路６０４を介して１ビット信号を伝送する。各単位セルコントローラＣＣ４Ａ〜ＣＣ４Ｄは自分自身が異常と判断した場合、あるいは前の電池セルコントローラから異常を表す信号（異常信号）を受信端子ＦＦＩで受信した場合に、送信端子ＦＦＯから異常信号を送信する。一方、既に受信端子ＦＦＩに送られてきていた異常信号が来なくなったり、あるいは自分自身の異常判断が正常判断に変わったりした場合に、送信端子ＦＦＯから伝送されている異常信号は正常信号に変わる。

バッテリコントローラ２０は、通常は異常信号を単位セルコントローラＣＣ４Ａ〜ＣＣ４Ｄに送信しないが、異常信号の伝送路が正しく動作することを診断するために、擬似異常信号であるテスト信号を電池単位セルコントローラＣＣ４Ａ〜ＣＣ４Ｄへ送信する。擬似異常信号であるテスト信号は、フォトカプラＰＨ２を介して伝送路６０４に入力され、単位セルコントローラＣＣ４Ａの受信端子ＦＦＩに送信される。このテスト信号を受け、単位セルコントローラＣＣ４Ａの送信端子ＦＦＯからテスト信号が次の単位セルコントローラＣＣ４Ｂの受信端子ＦＦＩに送信される。このように順に受信および送信を行い、テスト信号は、単位セルコントローラＣＣ４Ｄに送信され、単位セルコントローラＣＣ４Ｄの送信端子ＦＦＯから伝送路６０４およびフォトカプラＰＨ４を介してバッテリコントローラ２０の受信端子に送信される。

図２のバッテリコントローラ２０は車のシャーシ電位をグランド（ＧＮＤ）とし、１４Ｖ系の電源から作られる５ボルトなどの低電圧で動作するようになっている。一方、リチウム電池セルで構成される電源系は上記１４Ｖ系の電源から電気的に絶縁された電源系であり、さらにまた各単位セルコントローラＣＣ４Ａ〜ＣＣ４Ｄは、この実施の形態では、対応する電池セルグループの最高位電位と最低位電位との間の電位差すなわち電圧を受けて動作する。このようにバッテリコントローラ２０の電源系統と電池単位セルコントローラＣＣ４Ａ〜ＣＣ４Ｄの電源系統とは電位関係が異なっており、また電圧の値も大きく異なる。そのため、バッテリコントローラ２０と単位セルコントローラＣＣ４Ａ〜ＣＣ４Ｄとを接続する伝送路６０に、電気的に両コントローラを絶縁するための絶縁回路（フォトカプラＰＨ１〜ＰＨ４）を設けることで、信頼性の向上を図る。

単位セルコントローラＣＣ４Ａ〜ＣＣ４Ｄは、各電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の端子電圧が入力される端子ＣＶ１〜ＣＶ６，ＧＮＤＳを備えている。各端子ＣＶ１〜ＣＶ６，ＧＮＤＳは、センシング線ＳＬを介して各電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の正極および負極にそれぞれ接続されている。センシング線ＳＬにはコネクタ１００が設けられている。また、端子ＣＶ１〜ＣＶ６のセンシング線ＳＬには、短絡電流を制限するための抵抗ＲＣＶがそれぞれ設けられている。センシング線ＳＬ間には、コンデンサＣｖ，Ｃｉｎがノイズ対策として設けられている。また、単位セルコントローラＣＣ４Ａ〜ＣＣ４Ｄは、各電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の充電状態を調整に用いられる端子ＢＲ１〜ＢＲ６を備えている。端子ＣＶ１〜ＣＶ６と端子ＢＲ１〜ＢＲ６は交互に配置されている。端子ＢＲ１及び端子ＢＲ２のそれぞれは、電気的に直列に接続された２個のバランシング抵抗ＲＢを介して、端子ＣＶ２に接続されたセンシング線ＳＬに電気的に接続されている。端子ＢＲ３及び端子ＢＲ４のそれぞれは、電気的に直列に接続された２個のバランシング抵抗ＲＢを介して、端子ＣＶ４に接続されたセンシング線ＳＬに電気的に接続されている。端子ＢＲ５及び端子ＢＲ６のそれぞれは、電気的に直列に接続された２個のバランシング抵抗ＲＢを介して、端子ＣＶ６に接続されたセンシング線ＳＬに電気的に接続されている。

ところで、コネクタ接続等の際に入力端子１００に静電気が印加されると、単位セルコントローラＣＣ４Ａ〜ＣＣ４Ｃが破損してしまうおそれがある。そこで、入力端子１００と回路基板が収納されるケースとの間に、ＥＳＤ対策素子としてのコンデンサＥＣを設けた。図１に示す電池モジュール９Ａでは、２４セルの電池セルが直列接続されていて、各電池セルの正極および負極にセンシング線ＳＬが接続されているが、ＥＳＤ対策用のコンデンサＥＣは、最上位のセンシング線ＳＬが接続される入力端子１００と、最下位のセンシング線ＳＬが接続される入力端子１００とに設けられている。

また、各入力端子１００間には、各電池セルと並列にノイズ対策用の端子コンデンサＣｖが設けられている。本実施の形態では、静電気が端子コンデンサＣｖをより流れ易くなるように、端子コンデンサＣｖの静電容量を、ノイズ対策用として用いられる通常のコンデンサＣｖの１００倍に設定した。例えば、端子コンデンサＣｖの通常の静電容量が０.００１μＦであった場合には、０.１μＦに容量を増加させる。

一方、コンデンサＥＣは、例えば、１０００ｐＦ２ｋＶのものを用いる。ここでは、回路とケースとの間の浮遊容量の１０倍程度に設定した。このように設定することで、印加された静電気がコンデンサＣＥを通って逃げるようになり、印加された静電気が浮遊容量を通じてケースに流れるのを防止することができる。

最上位のセンシング線ＳＬに印加された静電気は、上側のコンデンサＣＥを介してケースグランドに逃がし、最下位のセンシング線ＳＬに印加された静電気は下側のコンデンサＣＥを介してケースグランドに逃がす。最上位および最下位を除くその他のセンシング線ＳＬに静電気が印加された場合には、入力端子間に静電容量が通常の１００倍程度という端子コンデンサＣｖが設けられているので、端子コンデンサＣｖを通して最上位または最下位のコンデンサＣＥに静電気を逃がすことができる。

上述した例のように端子コンデンサＣｖおよびコンデンサＣＥの静電容量を設定することで、２４セルの各センシング線ＳＬのいずれに静電気が印加された場合でも、静電気の回路素子への影響を防止することができる。また、ノイズ対策用として設けられている端子コンデンサＣｖの静電容量を１００倍程度まで大きくすることで、ＥＳＤ対策用のコンデンサＣＥの数を減らすことができ、実装スペースの増加およびコストアップを抑えることができる。

なお、図１に示した、６セルの４つの電池セルグループを４つ直列にして２４セルの電池モジュール９Ａの場合には、最上位と最下位のセンシング線ＳＬが接続される入力端子１００にコンデンサＣＥを設けることで、静電気印加の影響を防止することができたが、これは一例であり、直列接続されるセル数に応じて、コンデンサＣＥの数や、コンデンサＣＥが設けられる入力端子１００が異なる。例えば、６セルの電池セルグループを２つ直列接続するような場合には、上位電池セルグループの最下位センシング線ＳＬまたは下位電池セルグループの最上位センシング線ＳＬが接続されるコネクタ１００の入力端子に、コンデンサＣＥを設ければ良い。また、各電池セルグループの最下位のセンシング線ＳＬが接続されるコネクタ１００の入力端子に、それぞれコンデンサＣＥを設けても良い。この場合、電池セルコントローラの数をＮとすれば、コンデンサＣＥの数はＮ−１となる。このように、コンデンサＣＥの個数や、それらの接続位置に関しては、全ての入力端子１００に関して静電気印加の影響が防止できるように決定される。

もちろん、全ての入力端子１００にＥＳＤ対策用素子（コンデンサＥＣ）を設けるようにしても良く、その場合には、端子コンデンサＣｖの静電容量を通常の１００倍程度に変更する必要が無い。また、複数の入力端子１００の一部に複数のコンデンサＣＥを分散して配置する場合でも、その配置は電池セルグループ間とは限らない。例えば、電池セルグループの電池セル数が多い場合には、静電気がケースに逃げやすいように、電池セルグループの途中に接続されるセンシング線の入力端子１００にも、コンデンサＣＥを設けるようにしても良い。

なお、ＥＳＤ対策用素子としては、コンデンサＣＥの他に、ツェナーダイオードやバリスタ等も用いることができる。ただし、本実施の形態のように、センシング線ＳＬが接続される入力端子１００に設ける場合には、回路素子のリーク電流が問題となる。数μアンペアのリーク電流であっても、放置している間に電池セルの電圧が下がってしまうので、そのような心配のないという点で、コンデンサがＥＳＤ対策用素子とし最も適している。

次に、図３を用いて、単位セルコントローラＣＣ４の構成を説明する。

単位セルコントローラＣＣ４は、マルチプレクサ１２０，アナログデジタル変換器１２２Ａ，ＩＣ制御回路１２３，診断回路１３０，伝送入力回路１３８，１４２，伝送出力回路１４０，１４３，起動入力回路１４７，タイマ回路１５０，制御信号検出回路１６０，差動増幅器２６２およびＯＲ回路２８８が設けられている。

電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の端子電圧は、端子ＣＶ１〜ＣＶ６および端子ＧＮＤを介してマルチプレクサ１２０に入力される。なお、端子ＧＮＤは、図１において端子ＧＮＤＳと示したものと同じものである。マルチプレクサ１２０は端子ＣＶ１〜ＣＶ６のいずれかを選択して、端子間電圧を差動増幅器２６２に入力する。差動増幅器２６２の出力は、アナログデジタル変換器１２２Ａによりデジタル値に変換される。デジタル値に変換された端子間電圧はＩＣ制御回路１２３に送られ、内部のデータ保持回路１２５に保持される。これらの電圧は診断などに利用されたり、図１に示すバッテリコントローラ２０に送信されたりする。端子ＣＶ１〜ＣＶ６に入力される各電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の端子電圧は、集積回路である単位セルコントローラＣＣ４のグランド電位に対して直列接続された電池セルの端子電圧に基づく電位でバイアスされている。上記差動増幅器２６２により上記バイアス電位の影響が除去され、各電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の端子電圧に基づくアナログ値がアナログデジタル変換器１２２Ａに入力される。このように、マルチプレクサ１２０，差動増幅器２６２及びアナログデジタル変換器１２２Ａは、電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の端子電圧を検出するための電圧検出部を構成している。

ＩＣ制御回路１２３は、演算機能を有すると共に、データ保持回路１２５と、各種電圧の検知や状態診断を周期的に行うタイミング制御回路１２６と、診断回路１３０からの診断フラグがセットされる診断フラグ保持回路１２８とを有している。診断回路１３０は、ＩＣ制御回路１２３からの計測値に基づいて、各種診断、例えば過充電診断や過放電診断を行う。データ保持回路１２５は、例えばレジスタ回路で構成されており、検出した各電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の各端子間電圧を各電池セルＢＣ１〜ＢＣ６に対応づけて記憶し、また、その他の検出値を、予め定められたアドレスに読出し可能に保持する。

尚、図示省力したが、端子ＣＶ１と端子ＢＲ１との間、端子ＣＶ３と端子ＢＲ２との間、端子ＣＶ３と端子ＢＲ３との間、端子ＣＶ５と端子ＢＲ４との間、端子ＣＶ５と端子ＢＲ５との間、端子ＧＮＤと端子ＢＲ６との間のそれぞれには、対応する電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の充電状態の調整時、オンオフされるスイッチング半導体素子が電気的に直列に接続されている。そのスイッチング半導体素子はドライバ回路からの駆動信号によりスイッチングする。ドライバ回路は、ＩＣ制御回路１２３からのスイッチング指令に基づいて駆動信号を出力する。

単位セルコントローラＣＣ４Ｃの内部回路には、少なくとも２種類の電源電圧ＶＣＣ，ＶＤＤ（３Ｖ）が使用される。図３に示す例では、電圧ＶＣＣは直列接続された電池セルＢＣ１〜ＢＣ６で構成される電池セルグループの総電圧であり、電圧ＶＤＤは定電圧電源１３４によって生成される。マルチプレクサ１２０および信号伝送のための伝送入力回路１３８，１４２は高電圧ＶＣＣで動作する。また、アナログデジタル変換器１２２Ａ，ＩＣ制御回路１２３，診断回路１３０，信号伝送のための伝送出力回路１４０，１４３は低電圧ＶＤＤ（３Ｖ）で動作する。

単位セルコントローラＣＣ４の受信端子ＬＩＮ１で受信した信号は伝送入力回路１３８に入力され、受信端子ＦＦＩで受信した信号は伝送入力回路１４２に入力される。伝送入力回路１４２は、伝送入力回路１３８と同様の回路構成となっている。伝送入力回路１３８は、隣接する他のセルコントローラからの信号を受信する回路２３１とフォトカプラＰＨ１からの信号を受信する回路２３４とを備えている。

図１に示すように、最上位の単位セルコントローラＣＣ４Ａの場合には、フォトカプラＰＨ１からの信号が受信端子ＬＩＮ１に入力され、他の単位セルコントローラＣＣ４Ｂ〜ＣＣ４Ｄの場合には、隣接セルコントローラからの信号が受信端子ＬＩＮ１に入力される。そのため、回路２３１および２３４のどちらを使用するかは、図４の制御端子ＣＴに印加される制御信号に基づき、切換器２３３により選択される。制御端子ＣＴに印加された制御信号は、制御信号検出回路１６０に入力され、切換器２３３は制御信号検出回路１６０からの指令により切り替え動作を行う。

受信端子ＬＩＮ１で受信されたコマンド信号は、伝送入力回路１４２を通ってＩＣ制御回路１２３に入力される。ＩＣ制御回路１２３は、受信したコマンド信号に応じたデータやコマンド信号を伝送出力回路１４０へ出力する。それらのデータやコマンド信号は、伝送出力回路１４０を介して送信端子ＬＩＮ２から送信される。なお、伝送出力回路１４３も、送出力回路１４０と同様の構成である。

前述したように、端子ＦＦＩから受信した信号は、異常状態を伝送するために使用される。端子ＦＦＩから異常を表す信号を受信すると、その信号は伝送入力回路１４２およびＯＲ回路２８８を介して伝送出力回路１４３に入力され、伝送出力回路１４３から端子ＦＦＯを介して出力される。また診断回路１３０で異常を検知すると、端子ＦＦＩの受信内容に関係なく、診断フラグ保持回路１２８からＯＲ回路２８８を介して伝送出力回路１４３に異常を表す信号が入力され、伝送出力回路１４３から端子ＦＦＯを介して出力される。

隣接セルコントローラまたはフォトカプラＰＨ１から伝送されてきた信号を起動入力回路１４７により受信すると、タイマ回路１５０が動作し、定電圧電源１３４に電圧ＶＣＣを供給する。この動作により定電圧電源１３４は動作状態となり、定電圧ＶＤＤを出力する。定電圧電源１３４から定電圧ＶＤＤ（３Ｖ）が出力されると単位セルコントローラＣＣ４はスリープ状態から立ち上がり動作状態となる。

定電圧電源１３４には端子ＣＶ６と繋がるラインが設けられており、端子ＣＶ６の電圧は定電圧電源１３４のバイアス電圧として用いられている。また、単位セルコントローラＣＣ４は、全ての端子に関して、端子ＶＣＣとの間および端子ＧＮＤとの間にＥＳＤ保護用ダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ内蔵されている。これらのダイオードＤ１，Ｄ２は、通常は電流が流れないような向きに設けられている。

単位セルコントローラＣＣ４Ａ〜ＣＣ４Ｄのそれぞれには、集積回路の電圧安定化のためのバイパスコンデンサ１５０が、電源端子とグランド端子との間に電気的に接続されている。しかも、単位セルコントローラＣＣ４Ａ〜ＣＣ４Ｄのバイパスコンデンサ１５０は電気的に直列に接続されている。

ここで、雄雌一対のコネクタ１００の機械的な接続によって、電池モジュール９Ａ側のセンシング線ＳＬと単位セルコントローラＣＣ４Ａ〜ＣＣ４Ｄ側のセンシング線ＳＬとが電気的に接続された時、コネクタ１００のどの端子が最初に接触するかわからない。このため、例えば電池セルＢＣ２の正極が、電池セルＢＣ２の正極側のセンシング線ＳＬ、単位セルコントローラＣＣ４ＡのＥＳＤダイオードＤ１、バイパスコンデンサ１５０を介して電池セルＣＢ２４の負極側のセンシング線ＳＬにバイパスコンデンサ１５０の充電電流が流れる。この充電電流が単位セルコントローラＣＣ４ＡのＥＳＤダイオードＤ１の許容電流を超えると、単位セルコントローラＣＣ４ＡのＥＳＤダイオードＤ１にダメージが加わり、最悪の場合にはその破損に至ることが考えられる。

そこで、本実施形態では、図４に示すように、コネクタ１００の端子ピンのうち、電池モジュール９Ａの最上位の電位（電池セルＢＣ１の正極側）に電気的に接続される端子ピン１０２ａと、電池モジュール９Ａの最下位の電位（電池セルＢＣ２４の負極側）に電気的に接続される端子ピン１０２ｂの長さを、その他の端子ピン１０１の長さよりも長く突出させ、コネクタ１００の雄雌を機械的に接続した時、電池モジュール９Ａの最上位の電位（電池セルＢＣ１の正極側）に電気的に接続される端子ピン１０２ａと、電池モジュール９Ａの最下位の電位（電池セルＢＣ２４の負極側）に電気的に接続される端子ピン１０２ｂとが端子ピン１０１よりも先に受け側のコネクタに電気的に接続されるようにしている。このようにすれば、コネクタ１００の雄雌を機械的に接続した時、電池モジュール９Ａの最上位の電位（電池セルＢＣ１の正極側）と、電池モジュール９Ａの最下位の電位（電池セルＢＣ２４の負極側）とが電気的に接続された回路とがバイパスコンデンサ１６０を介して電気的に接続される回路、すなわち単位セルコントローラＣＣ４を通らない回路が最初に形成され、コネクタ１００の接続時に発生するサージ電圧或いは静電気エネルギーによる異常電流が、単位セルコントローラＣＣ４に流れることがない。従って、本実施形態によれば、セルコントローラ８０を構成する電子部品の保護機能、すなわち安全性を高めることができる。また、本実施形態によれば、センシング線ＳＬの接続手順の拘束を受けることがなくなるので、バッテリ装置の組み立て及び組み替えを容易にでき、バッテリ装置の生産性及びサービス性を向上させることができる。

尚、本実施形態では、端子ピン１００、端子ピン１０２ａ，１０２ｂが２段に配列され、下段の左右両端に端子ピン１０２ａ，１０２ｂを配置したコネクタ１００を例に挙げて説明したが、端子ピン１０２ａ，１０２ｂの配置はそれ以外の位置であっても構わない。

〔実施形態２〕
第２実施形態を図５に基づいて説明する。

図５は、電池モジュール側電圧検出線とセルコントローラ側電圧検出線との電気的な接続に用いられるコネクタの雄側の形状を示す。

本実施形態は第１実施形態の改良例であり、コネクタ１００以外の構成は全て第１実施形態と同じになっている。

尚、第１実施形態と同じ構成には第１実施形態と同じ符号を付して、その説明を省略する。

本実施形態では、コネクタ１００のハウジングを２つに分割し、図１に示す電池セルＣＢ１〜ＣＢ１２のセンシング線ＳＬと単位セルコントローラＣＣ４Ａ，ＣＣ４Ｂのセンシング線とを第１コネクタブロック１００ａの端子ピン１００、端子ピン１０２ａ，１０２ｂによって、電池セルＣＢ１３〜ＣＢ２４のセンシング線ＳＬと単位セルコントローラＣＣ４Ｃ，ＣＣ４Ｄのセンシング線とを第２コネクタブロック１００ｂの端子ピン１００、端子ピン１０２ａ，１０２ｂによって、それぞれ、電気的に接続するようにしている。そして、第１コネクタブロック１００ａでは、電池セルＣＢ１に対応する端子ピンを端子ピン１０２ａにより、電池セルＣＢ１２に対応する端子ピンを端子ピン１０２ｂにより、また、第２コネクタブロック１００ｂでは、電池セルＣＢ１３に対応する端子ピンを端子ピン１０２ａにより、電池セルＣＢ２４に対応する端子ピンを端子ピン１０２ｂにより、それぞれ構成している。

本実施形態によれば、コネクタ１００を分割することにより、同時に接続される電池セルの直列数を減らすことができるため、コネクタ１００の接続時、電池モジュール９Ａからセルコントローラ８０に印加される最大電圧を分割，低下させることができる。

尚、本実施形態では、コネクタ１００の一つのハウジングを機能的に２つのブロックに分割した例を挙げて説明したが、コネクタ１００のハウジングを物理的に２つのコネクタ（独立した２つのコネクタ）としても同一の効果を得ることができる。

〔実施形態３〕
第３実施形態を図６乃至図８に基づいて説明する。

第３実施形態は第１実施形態と同じ考え方のものであり、第１実施形態とは電池セル数が異なるだけで、その他の構成は第１実施形態の全く同一である。すなわち本実施形態では４つの電池セルＣＢ１〜ＣＢ４を電気的に直列に接続したバッテリ装置であり、セルコントローラは、第１実施形態の一つの単位セルコンローラＣＣ４に相当する。

本実施形態においても、雄雌一対のコネクタ１００の機械的な接続によって、電池モジュール９Ａ側のセンシング線ＳＬと単位セルコントローラＣＣ側のセンシング線ＳＬとが電気的に接続された時、コネクタ１００のどの端子が最初に接触するかわからない。このため、図８に示すように、例えば電池セルＢＣ３の正極が、電池セルＢＣ３の正極側のセンシング線ＳＬ、単位セルコントローラＣＣのＥＳＤダイオードＤ、バイパスコンデンサ１６０を介して電池セルＣＢ４の負極側のセンシング線ＳＬにバイパスコンデンサ１６０の充電電流が流れる。この充電電流が単位セルコントローラＣＣのＥＳＤダイオードＤの許容電流を超えると、単位セルコントローラＣＣのＥＳＤダイオードＤにダメージが加わり、最悪の場合にはその破損に至ることが考えられる。

そこで、本実施形態においても、図６に示すように、コネクタ１００の端子ピンのうち、電池モジュール９Ａの最上位の電位（電池セルＢＣ１の正極側）に電気的に接続される端子ピン１０２ａと、電池モジュール９Ａの最下位の電位（電池セルＢＣ４の負極側）に電気的に接続される端子ピン１０２ｂの長さを、その他の端子ピン１０１の長さよりも長く突出させ、コネクタ１００の雄雌を機械的に接続した時、電池モジュール９Ａの最上位の電位（電池セルＢＣ１の正極側）に電気的に接続される端子ピン１０２ａと、電池モジュール９Ａの最下位の電位（電池セルＢＣ４の負極側）に電気的に接続される端子ピン１０２ｂとが端子ピン１０１よりも先に受け側のコネクタに電気的に接続されるようにしている。このようにすれば、図７に示すように、コネクタ１００の雄雌を機械的に接続した時、電池モジュール９Ａの最上位の電位（電池セルＢＣ１の正極側）と、電池モジュール９Ａの最下位の電位（電池セルＢＣ４の負極側）とが電気的に接続された回路とがバイパスコンデンサ１６０を介して電気的に接続される回路、すなわち単位セルコントローラＣＣを通らない回路が最初に形成され、コネクタ１００の接続時に発生するサージ電圧或いは静電気エネルギーによる異常電流が、単位セルコントローラＣＣに流れることがない。

従って、本実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

尚、図中符号１７０は、図３に示したマルチプレクサ１２０，作動増幅器２６２，アナログデジタル変換器１２２Ａによって構成された電圧検出部である。符号１８０は、図３に示すＩＣ制御回路１２３のスイッチング指令に基づいて、端子ＣＶ１と端子ＢＲ１との間、端子ＣＶ３と端子ＢＲ２との間、端子ＣＶ３と端子ＢＲ３との間、端子ＧＮＤと端子ＢＲ４との間のそれぞれに電気的に直列に接続されたスイッチング半導体素子１８１をスイッチング（オンオフ）させるための駆動信号を出力するバイパス制御部（ドライバ回路）である。図３において省略されたスイッチング半導体素子及びドライバ回路は図６に示す通りに構成されている。

Claims

複数の蓄電器が電気的に直列に接続された蓄電器群を備えた蓄電モジュールと、
前記複数の蓄電器のそれぞれの電圧を検出する電圧手段、及び前記複数の蓄電器の蓄電状態を調整する容量調整手段を備えた蓄電制御装置と、
前記複数の蓄電器のそれぞれの両端と前記蓄電制御装置とを電気的に接続する配線と、
前記配線の途中に設けられ、前記配線の本数に対応した端子を備えた雄コネクタ及びこの雄コネクタと機械的に接続される雌コネクタから構成されたコネクタと、を有し、
前記雄コネクタは、前記蓄電モジュールの最高電位に電気的に接続された配線に対応する端子、及び前記蓄電モジュールの最低電位に電気的に接続された配線に対応する端子の長さが、他の端子の長さよりも長い、
ことを特徴とする蓄電システム。
請求項１に記載の蓄電システムにおいて、
前記蓄電モジュールの電位の順に応じて前記蓄電モジュールを複数のグループに分けたとき、そのグループに対応して前記コネクタを分割していると共に、前記分割されたコネクタ毎に、雄コネクタの、対応する前記蓄電モジュールグループの最高電位に電気的に接続された配線に対応する端子、及び対応する前記蓄電モジュールグループの最低電位に電気的に接続された配線に対応する端子の長さを、他の端子の長さよりも長くした、
ことを特徴とする蓄電システム。