JP5996222B2 - 組電池モジュールおよび組電池装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、組電池モジュールおよび組電池装置に関する。

従来、電気自動車等においては、駆動用の電源として組電池装置を搭載しているものが知られている。ここで、組電池装置の一態様として、直列接続された複数の二次電池セルを有する組電池モジュールを複数用い、これらの組電池モジュールの二次電池セルを全て直列接続するとともに、各組電池モジュールを管理する電池管理装置を設け、この電池管理装置により組電池モジュール全体の電池パックにより供給可能な電力の電圧であるパック電圧およびパック電流、および組電池モジュールが有する二次電池セル毎の電圧であるセル電圧等を管理している。この場合において、電池管理装置は、いわゆるコンピュータとして構成されており、組電池モジュール全体で扱う電力系統とは電圧が大きく異なっているため、互いの通信は、電気的に絶縁された通信経路を介した絶縁通信を用いるのが一般的である。

特開２０１１−７８２４９号公報

このため、組電池モジュールにおいてはセル電圧を電池管理装置に送信する絶縁通信部と、パック電圧およびパック電流を電池管理装置に送信する絶縁通信部と、が別々に設けられている。そして、組電池モジュールにおいては、セル電圧を送信する絶縁通信部には、自モジュールの電力を供給し、パック電圧およびパック電流を送信する絶縁通信部には、組電池モジュール内に設けられ電気的に絶縁された供給経路を介して電池管理装置から電力の供給を受けるサブ電源からの電力が供給されている。

しかしながら、サブ電源は、電気的に絶縁された供給経路を介して電力の供給を受けているため、効率が悪く、サブ電源に電力を供給する電池管理装置が備える鉛蓄電池等の外部電源の消費電力が大きくなってしまう、という課題がある。

実施形態の組電池モジュールは、直列接続された複数の電池セルを有する組電池を備えた他の組電池モジュールと直列接続可能な組電池モジュールであって、組電池と、第１電源部と、第２電源部と、切換部と、を備える。組電池は、直列接続された複数の電池セルを有する。第１電源部は、組電池モジュールの組電池の電力を第１駆動電力として供給する。第２電源部は、他の組電池モジュールの組電池と組電池モジュールの組電池とが電気的に直列接続された場合に、他の組電池モジュールの組電池および組電池モジュールの組電池の電力を第２駆動電力として供給する。切換部は、他の組電池モジュールの組電池と組電池モジュールの組電池とが電気的に直列接続されていない場合、第１駆動電力を被駆動部に供給し、他の組電池モジュールの組電池と組電池モジュールの組電池とが電気的に直列接続された場合、第２駆動電力を被駆動部に供給する。

図１は、本実施形態にかかる組電池装置を備えた車両の模式図である。 図２は、本実施形態にかかる組電池監視回路の機能ブロックを示す図である。 図３は、本実施形態にかかる電池管理装置の全体ブロックを示す図である。 図４は、本実施形態にかかるインタフェース回路および組電池モジュールの構成例を示す図である。

以下、本実施形態にかかる組電池モジュール、当該組電池モジュールを備えた組電池装置、および当該組電池装置を備えた車両について図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態にかかる組電池モジュールを備えた車両の模式図である。なお、図１においては、車両１００、車両１００への二次電池装置（組電池装置）の搭載箇所、および車両１００の駆動モータなどは概略的に示している。

二次電池装置は、複数の組電池モジュール１０１（１）〜１０１（４）が互いに直列接続されて構成される。ここで、組電池モジュール１０１（１）〜１０１（４）は、それぞれ独立して着脱することが可能であり、メンテナンス等において、別の組電池モジュールと交換することができる。組電池モジュール１０１（１）は、組電池１１を有する。組電池モジュール１０１（２）は、組電池１２を有する。また、組電池モジュール１０１（３）は、組電池１３を有する。また、組電池モジュール１０１（４）は、組電池１４を有する。ここで、組電池１１は、直列接続された複数の二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）［ｘ：２以上の整数］を有する（図２参照）。なお、組電池１２〜１４は、組電池１１と同様の構成を有している。本実施形態では、二次電池装置は、４つの組電池モジュール１０１（１）〜１０１（４）を直列接続しているが、複数の組電池モジュールを直列接続するものであれば、これに限定するものではない。

二次電池装置が備える複数の組電池モジュール１０１（１）〜１０１（４）のうち低電位側に接続された組電池モジュール１０１（１）の負極端子には、接続ライン３１の一方の端子が接続されている。接続ライン３１は、インバータ４０の負極入力端子に接続されている。

また、二次電池装置が備える複数の組電池モジュール１０１（１）〜１０１（４）のうち高電位側に接続された組電池モジュール１０１（４）の正極端子には、接続ライン３２の一方の端子が、スイッチ装置３３を介して接続されている。接続ライン３２の他方の端子は、インバータ４０の正極入力端子に接続されている。

スイッチ装置３３は、複数の組電池モジュール１０１（１）〜１０１（４）に直列接続され、複数の組電池モジュール１０１（１）〜１０１（４）の電気的な接続をオンまたはオフする。つまり、スイッチ装置３３は、オンすることにより、組電池１１〜１４間に電流を流す。本実施形態では、スイッチ装置３３は、組電池モジュール１０１（１）〜１０１（４）の組電池１１〜１４が有する二次電池セルへの充電が行われる際にオンするプリチャージスイッチＳＷＰ（図３参照）、組電池モジュール１０１（１）〜１０１（４）の電力を負荷に供給する際にオンするメインスイッチＳＷＭ（図３参照）を含む。より具体的には、メインスイッチＳＷＭは、二次電池セルへの充電が行われる際に二次電池セルへ供給される電力の電流（突入電流）が車両２側の負荷（例えば、モータ４５など）に流れ込むのを防止するために、二次電池セルへの充電が行なわれた後にオンする。これにより、突入電流によるメインスイッチＳＷＭの溶着を防止する。プリチャージスイッチＳＷＰおよびメインスイッチＳＷＭは、リレー回路として構成されている。

インバータ４０は、印加された直流電圧をモータ駆動用の３相の交流（ＡＣ）の電圧に変換する。インバータ４０は、後述する電池管理装置（ＢＭＵ：Battery Management Unit）６０または車両１００の全体動作を制御するための電気制御装置７１からの制御信号に基づいて、交流の電圧への変換が制御される。インバータ４０の３相の出力端子は、モータ４５の各３相の入力端子に接続されている。モータ４５の駆動力（回転）は、例えば差動ギアユニットを介して、駆動輪ＷＲ，ＷＬに伝達される。

電池管理装置６０には、独立した外部電源７０が接続されている。外部電源７０は、例えば、車載アクセサリに電力を供給する定格１２Ｖの鉛蓄電池である。また、電池管理装置６０には、運転者などの操作入力に応答して車両全体の管理を行う電気制御装置７１も接続されている。

図２は、本実施形態にかかる組電池監視回路（ＶＴＭ：Voltage Temperature Monitoring）の機能ブロックを示す図である。図１および図２に示すように、組電池モジュール１０１（１）は、組電池１１と、組電池監視回路（ＶＴＭ）２１と、を有する。組電池モジュール１０１（２）は、組電池１２と、組電池監視回路２２と、を有する。組電池モジュール１０１（３）は、組電池１３と、組電池監視回路２３と、を有する。組電池モジュール１０１（４）は、組電池１４と、組電池監視回路２４と、を有する。なお、以下の説明では、主として、組電池モジュール１０１（１）の機能ブロックについて説明するが、組電池モジュール１０１（２）〜１０１（４）の機能ブロックも同様の構成となっている。

組電池監視回路２１は、大別すると、第１電源部２１３、第２電源部２１４、切換部２１７、および被駆動部２１８を備えている。なお、最も低電位側に接続される組電池モジュール１０１（１）と異なり、組電池モジュール１０１（２）〜１０１（４）は、組電池監視回路２２〜２４が、第２電源部２１４および切換部２１７を有していない。

第１電源部２１３は、組電池１１の電力を第１駆動電力として供給する。本実施形態では、第１電源部２１３は、組電池１１が有する二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）のうち高電位側に接続された二次電池セル１１（ｘ）の正極端子および低電位側に接続された二次電池セル１１（１）の負極端子に接続され、組電池１１の電圧（以下、電池電圧ＶＰとする）の電力を第１駆動電力として被駆動部２１８に供給する。

また、本実施形態では、第１電源部２１３は、組電池１１が有する二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）の二次電池セル毎の電圧（以下、セル電圧とする）を検出する。言い換えると、第１電源部２１３は、組電池１１が有する二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）それぞれの端子間の電圧をセル電圧として検出する。そして、第１電源部２１３は、検出した全てのセル電圧を表す第１電圧信号を、第１絶縁通信ＩＣ６０４ａ（図４参照）を介して電池管理装置６０に入力する。

さらに、本実施形態では、第１電源部２１３は、組電池１１が有する二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）の二次電池セル毎または複数の二次電池セルの近傍の温度を検出する温度検出部（図示しない）を有している。そして、第１電源部２１３は、検出した全ての温度を表す温度信号を、第１絶縁通信ＩＣ６０４ａ（図４参照）を介して電池管理装置６０に入力する。

また、本実施形態では、第１電源部２１３は、組電池１１が有する二次電池セル１１（１）〜（ｘ）に蓄えられた電力の電圧を均等化するための均等化処理部（図示しない）を有している。二次電池装置では、二次電池セルの充放電や温度のばらつきなどにより、組み合わされた二次電池セル間の電圧が不均等となってくることが知られている。二次電池セル間の電圧が不均等になることにより、二次電池装置としての機能を最大に発揮できるような効率の良い充放電を行うことができなくなってくる。

均等化処理せずに蓄えられた電力の電圧が高い二次電池セルが存在する状態で充電を行うと、蓄えられた電力の電圧が低い二次電池セルが満充電状態にならないまま、蓄えられた電力の電圧が高い二次電池セルが早く満充電状態となり、全体充電が完了することがある。そこで、充電を行うに際して、第１電源部２１３により、二次電池セル間の電圧を均等化処理する必要がある。

また、本実施形態では、第１電源部２１３は、組電池モジュール１０１（１）の異常を通知する信号であって、予め設定された基本周波数でハイレベルまたはロウレベルに切り換わる脈動信号（矩形波信号）を出力する診断用回路（図示しない）を有している。

第２電源部２１４は、組電池モジュール１０１（２）〜１０１（４）（他の組電池モジュール）の組電池１２〜１４および組電池１１の電力を第２駆動電力として供給する。本実施形態では、第２電源部２１４は、組電池１４が有する二次電池セル１４（１）〜１４（ｘ）のうち高電位側に接続された二次電池セル１４（ｘ）の正極端子、および組電池１１が有する二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）のうち低電位側に接続された二次電池セル１１（１）の負極端子に接続され、組電池１１の電池電圧ＶＰと組電池１２〜１４の電池電圧とを合計した電圧（以下、合計電圧ＶＴとする）の電力を第２駆動電力として被駆動部２１８に供給する。

切換部２１７は、組電池モジュール１０１（２）〜１０１（４）の組電池１２〜１４と組電池モジュール１０１（１）の組電池１１とが電気的に直列接続されるまでは、第１駆動電力を被駆動部２１８に供給し、組電池モジュール１０１（２）〜１０１（４）の組電池１２〜１４と組電池モジュール１０１（１）の組電池１１とが電気的に直列接続され全ての組電池１１〜１４の二次電池セルが直列に接続された後は、第２駆動電力を被駆動部２１８に供給する。

本実施形態では、切換部２１７は、電池管理装置６０が起動してスイッチ装置３３（メインスイッチＳＷＭ）がオンされて組電池１１〜１４が電気的に接続されるまでは、第１駆動電力を被駆動部２１８に供給し、組電池１１〜１４が電気的に接続されてスイッチ装置３３がオンされた後は、第２駆動電力を被駆動部２１８に供給する。

また、本実施形態では、切換部２１７は、電池管理装置６０が起動してスイッチ装置３３（メインスイッチＳＷＭ）がオンされて組電池１１〜１４が電気的に接続されるまでは、被駆動部２１８に加えて、第１絶縁通信ＩＣ６０４ａ（図４参照）および第２絶縁通信ＩＣ６０４ｂ（図４参照）にも第１駆動電力を供給し、スイッチ装置３３がオンされて組電池１１〜１４が電気的に接続された後は、第１駆動電力に代えて、被駆動部２１８、第１絶縁通信ＩＣ６０４ａ（図４参照）、および第２絶縁通信ＩＣ６０４ｂ（図４参照）に第２駆動電力を供給する。よって、本実施形態では、第１絶縁通信ＩＣ６０４ａ（図４参照）および第２絶縁通信ＩＣ６０４ｂ（図４参照）も、第１駆動電力または第２駆動電力により駆動する被駆動部として機能する。

被駆動部２１８は、第１電源部２１３から供給された第１駆動電力または第２電源部２１４から供給された第２駆動電力により駆動する。本実施形態では、被駆動部２１８は、コネクタ５１を介して電池管理装置６０と接続された第１通信部２１１と、組電池監視回路２２の第１通信部２１１と接続された第２通信部２１２と、を有している。また、組電池監視回路２２の被駆動部２１８は、コネクタ５１を介して電池管理装置６０と接続されかつ組電池監視回路２１の第２通信部２１２と接続された第１通信部２１１と、組電池監視回路２３の第１通信部２１１と接続された第２通信部２１２と、を有している。また、組電池監視回路２３の被駆動部２１８は、コネクタ５１を介して電池管理装置６０と接続されかつ組電池監視回路２２の第２通信部２１２と接続された第１通信部２１１と、組電池監視回路２４の第１通信部２１１と接続された第２通信部２１２と、を有している。また、組電池監視回路２４の被駆動部２１８は、コネクタ５１を介して電池管理装置６０と接続されかつ組電池監視回路２３の第２通信部２１２と接続された第１通信部２１１と、組電池監視回路２４よりも高電位側に接続された組電池監視回路がある場合に当該組電池監視回路に接続された第２通信部２１２と、を有している。

なお、組電池監視回路２１，２２間の第１通信部２１１と第２通信部２１２とを接続し、かつ組電池監視回路２３，２４間の第１通信部２１１と第２通信部２１２とを接続することにより、組電池監視回路２１，２３の第１通信部２１１が、コネクタ５１を介して電池管理装置６０に接続されるようにしても良い。この場合、組電池監視回路２１，２２は互いの第１通信部２１１および第２通信部２１２を介して接続され双方向通信が可能であり、また組電池監視回路２３，２４も互いの第１通信部２１１および第２通信部２１２を介して接続され双方向通信が可能である。

より具体的には、組電池監視回路２１，２２を接続する場合、組電池監視回路２１の第１通信部２１１の情報入力出力端子は、コネクタ５１を介して電池管理装置６０に接続される。組電池監視回路２１の第２通信部２１２の情報入力出力端子は、組電池監視回路２２の第１通信部２１１の情報入力出力端子に接続される。

また、組電池監視回路２３，２４を接続する場合、組電池監視回路２３の第１通信部２１１の情報入力出力端子は、コネクタ５１を介して電池管理装置６０に接続される。組電池監視回路２３の第２通信部２１２の情報入力出力端子は、組電池監視回路２４の第１通信部２１１の情報入力出力端子に接続される。

また、被駆動部２１８は、電圧検出部２１５、および電流検出部２１６を備えている。なお、最も低電位側に接続される組電池モジュール１０１（１）と異なり、組電池モジュール１０１（２）〜１０１（４）は、被駆動部２１８が電圧検出部２１５および電流検出部２１６を有していない。電圧検出部２１５は、組電池１１の電池電圧ＶＰと、組電池１２〜１４の電圧と、を合計した合計電圧ＶＴを検出する。そして、電圧検出部２１５は、検出した合計電圧ＶＴを表す第２電圧信号を、第２絶縁通信ＩＣ６０４ｂ（図４参照）を介して電池管理装置６０に送信する。

電流検出部２１６は、組電池１１〜１４に流れる電流を検出する。そして、電流検出部２１６は、検出された電流を表す電流信号を、第２絶縁通信ＩＣ６０４ｂ（図４参照）を介して電池管理装置６０に送信する。

図３は、本実施形態にかかる電池管理装置の全体ブロックを示す図である。図３に示すように、電池管理装置６０は、コネクタ５１を介して組電池監視回路２１〜２４の第１通信部２１１と接続されたインタフェース回路６０４と、組電池監視回路２１〜２４の第１電源部２１３から送信された脈動信号および後述する制御回路ＣＴＲから送信されたアラート信号を受信しかつ組電池モジュール１０１（１）〜１０１（４）および電池管理装置６０における異常を表すアラート信号を出力するアラートシグナルプロセッサ６０５と、外部電源７０から電源電圧の電力が供給される電源供給管理部６０６と、スイッチ駆動回路６０８と、メモリ６０７と、二次電池装置の動作を制御する制御回路（ＭＰＵ：Micro Processing Unit）ＣＴＲと、を備えている。

メモリ６０７は、例えばＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）である。メモリ６０７は、制御回路ＣＴＲの動作を規定するプログラムが記録されている。

組電池監視回路２１からインタフェース回路６０４には、第１電源部２１３から入力された第１電圧信号、電圧検出部２１５から入力された第２電圧信号、第１電源部２１３から入力された温度信号、電流検出部２１６から入力された電流信号、第１電源部２１３から入力された脈動信号等が、コネクタ５１を介して供給される。

一方、組電池監視回路２２からインタフェース回路６０４には、第１電源部２１３から入力された第１電圧信号、温度信号、および脈動信号等が、コネクタ５１を介して供給される。組電池監視回路２３，２４からインタフェース回路６０４にも、組電池監視回路２２からインタフェース回路６０４に供給される信号と同様の信号が供給される。

インタフェース回路６０４から組電池監視回路２１には、制御回路ＣＴＲから送信された各種信号（例えば、ロジック信号など）がコネクタ５１を介して入力される。インタフェース回路６０４から組電池監視回路２２〜２４にも、インタフェース回路６０４から組電池監視回路２１に入力される信号と同様の各種信号がコネクタ５１を介して入力される。

インタフェース回路６０４は、組電池監視回路２１から入力された第１電圧信号、第２電圧信号、温度信号、電流信号等を双方向シリアル通信により制御回路ＣＴＲに供給し、組電池監視回路２１から入力された脈動信号をアラートシグナルプロセッサ６０５に供給する。一方、コネクタ５１を介して組電池監視回路２２〜２４と接続されたインタフェース回路６０４は、組電池監視回路２２〜２４から入力された第１電圧信号、温度信号等を双方向シリアル通信により制御回路ＣＴＲに供給し、組電池監視回路２２〜２４から入力された脈動信号をアラートシグナルプロセッサ６０５に供給する。

アラートシグナルプロセッサ６０５は、インタフェース回路６０４から供給された脈動信号および制御回路ＣＴＲから供給されたアラート信号が正常か異常かを判断する。脈動信号または制御回路ＣＴＲから供給されたアラート信号が正常である場合には、アラートシグナルプロセッサ６０５は、予め設定された周波数でハイレベルまたはロウレベルに切り換わるアラート信号を出力する。脈動信号または制御回路ＣＴＲから供給されたアラート信号がハイレベルに切り換わったままである場合には、アラートシグナルプロセッサ６０５は、例えば、正常時のロウレベルのアラート信号をハイレベルのアラート信号として出力する。

アラートシグナルプロセッサ６０５から出力されたアラート信号は、制御回路ＣＴＲ、スイッチ駆動回路６０８、およびコネクタＣＮ２を介して接続された電気制御装置７１に供給される。

スイッチ駆動回路６０８は、制御回路ＣＴＲの制御により、スイッチ装置３３のプリチャージスイッチＳＷＰの動作を制御する信号Ｓ１と、メインスイッチＳＷＭの動作を制御する信号Ｓ２とを出力する。

信号Ｓ１，Ｓ２は、コネクタＣＮ１を介してスイッチ装置３３（図１参照）に供給される。プリチャージスイッチＳＷＰおよびメインスイッチＳＷＭは、信号Ｓ１，Ｓ２によってオンまたはオフするリレー回路である。

例えば、脈動信号が異常である場合には、制御回路ＣＴＲは、供給されたアラート信号により対応する組電池監視回路に異常があると判断し、スイッチ駆動回路６０８を制御して、プリチャージスイッチＳＷＰおよびメインスイッチＳＷＭをオフさせる。

電源供給管理部６０６は、アラートシグナルプロセッサ６０５、メモリ６０７、および制御回路ＣＴＲに電力を供給する。電源供給管理部６０６は、制御回路ＣＴＲへの電力の供給をオンまたはオフする切替回路６０６Ｓと、当該切替回路６０６Ｓに対して起動を指示するウェイクアップ信号を切替回路６０６Ｓに出力するタイマＴＭと、を備えている。

タイマＴＭには、外部電源７０により印加された１２Ｖの電源電圧がタイマＴＭの前段に配置されたＤＣ／ＤＣ変換回路ＣＡにより５Ｖの直流電圧に変換されて印加される。そして、タイマＴＭは、印加された５Ｖの直流電圧の電力により駆動して、切替回路６０６Ｓにウェイクアップ信号を出力する。切替回路６０６Ｓには、スタート信号ＳＴＡ、外部充電器信号ＣＨＧ、および制御回路ＣＴＲからの切替制御信号、タイマＴＭからのウェイクアップ信号、および外部電源７０からの電力が供給されている。

なお、タイマＴＭからのウェイクアップ信号は、設定された時間毎にハイレベルとなる信号である。ウェイクアップ信号がハイレベルとなるタイミングは制御回路ＣＴＲによって設定される。

ところで、電池管理装置６０には、コネクタＣＮ１を介して、電源電圧、スタート信号ＳＴＡ、および外部充電器信号ＣＨＧが、外部電源７０、モータ４５の駆動を指示するスタートボタン（図示しない）が押下されたことを検知するスタート検知部（図示しない）、および外部充電器（図示しない）から供給されている。また、電池管理装置６０は、コネクタＣＮ２を介して、電気制御装置７１との間で信号の送信および受信を行っている。

スタート信号ＳＴＡは、スタート検知部（図示しない）によりスタートボタン（図示しない）が押下されたことが検知されるとハイレベルとなり、再度スタートボタン（図示しない）が押下されたことが検知されるとロウレベルとなる信号である。外部充電器信号ＣＨＧは、外部充電器が二次電池装置に接続されたらハイレベルとなり、接続が解除されたらロウレベルとなる信号である。ウェイクアップ信号、スタート信号ＳＴＡ、および外部充電器信号ＣＨＧは、制御回路ＣＴＲにも供給されている。

なお、二次電池装置が車両以外の機器に搭載される場合には、スタート信号ＳＴＡは、二次電池装置が搭載された機器の電源オン操作が成された場合にハイレベルとなり、電源オフ操作が成された場合にはロウレベルとなる信号となる。

スタート信号ＳＴＡ、外部充電器信号ＣＨＧ、およびウェイクアップ信号のうち少なくとも１つがハイレベルとなることにより、切替回路６０６Ｓは、外部電源７０から印加された１２Ｖの電源電圧を内部のＤＣ／ＤＣ変換回路によって５Ｖの直流電圧に変換して、アラートシグナルプロセッサ６０５および制御回路ＣＴＲに印加する。

制御回路ＣＴＲには、タイマＴＭからウェイクアップ信号が供給され、コネクタＣＮ１を介してスタート信号ＳＴＡ、および外部充電器信号ＣＨＧが供給される。そのため、制御回路ＣＴＲは、切替回路６０６Ｓにより５Ｖの直流電圧が印加された場合に、供給された信号のうちいずれの信号がハイレベルになったかを検出することにより、いずれの信号がハイレベルになったことにより切替回路６０６Ｓがオンされたかを検出することができる。いずれの信号により電力が供給されたかを検出できたら、制御回路ＣＴＲは、切替制御信号をハイレベルにし、切替回路６０６Ｓから電力が供給されている状態を維持させる。

また、制御回路ＣＴＲは、ウェイクアップ信号、スタート信号ＳＴＡ、および外部充電器信号ＣＨＧを監視し、全ての信号がロウレベルになると、切替制御信号をロウレベルにし、切替回路６０６Ｓをオフさせる。したがって、制御回路ＣＴＲ、およびアラートシグナルプロセッサ６０５への電力の供給が停止される。

また、制御回路ＣＴＲは、エネルギー偏差算出部６０１および放電時間換算部６０３を備える。エネルギー偏差算出部６０１は、第１電源部２１３から入力された第１電圧信号および電流検出部２１６から入力された電流信号を、インタフェース回路６０４を介して取り込む。

放電時間換算部６０３は、取り込まれた第１電圧信号が表すセル電圧が予め定めた特定電圧に到達するまでの到達時間と、取り込まれた電流信号が表す電流値とから二次電池セル間の容量差を算出し、算出した容量差および到達時間から、二次電池セルの残り容量を同じにするため（すなわち、第１電源部２１３（均等化処理部）により均等化処理を行うため）の各二次電池セルの放電時間を算出する。

さらに、制御回路ＣＴＲは、組電池監視回路２１〜２４に動作を継続させるためのロジック信号をインタフェース回路６０４に供給する。

図４は、本実施形態にかかるインタフェース回路および組電池モジュールの構成例を示す図である。なお、図４には、コネクタ５１を介して接続された組電池モジュール１０１（１）およびインタフェース回路６０４を示しているが、コネクタ５１を介して接続された組電池モジュール１０１（２）〜１０１（４）およびインタフェース回路６０４も同様の構成を有している。ただし、組電池モジュール１０１（２）〜１０１（４）は、上述したように、第２電源部２１４、切換部２１７、電圧検出部２１５、および電流検出部２１６を有していない点において、組電池モジュール１０１（１）とは異なる。

まず、組電池モジュール１０１（１）の構成について説明する。図４に示すように、組電池モジュール１０１（１）は、組電池１１が有する二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）のうち高電位側に接続された二次電池セル１１（ｘ）の正極端子、および組電池１１が有する二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）のうち低電位側に接続された二次電池セル（１）の負極端子に接続されて組電池１１の電池電圧ＶＰが印加される第１電源部２１３を備えている。

第１電源部２１３は、組電池１１の電池電圧ＶＰの電力により駆動されて、組電池１１の電力を第１駆動電力として供給する。本実施形態では、第１電源部２１３は、被駆動部２１８に第１駆動電力を供給するとともに、コネクタ５１を介して第１絶縁通信ＩＣ６０４ａおよび第２絶縁通信ＩＣ６０４ｂに第１駆動電力を供給する。

本実施形態では、第１電源部２１３は、ＡＦＥ−ＩＣ（Analog Front End Integrated Circuit）等として構成され、二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）毎のセル電圧を検出し、検出した全てのセル電圧を表すアナログ信号をアンプ（図示しない）で増幅し、ＡＤ変換器（図示しない）を介してデジタル信号（第１電圧信号）に変換して第１絶縁通信ＩＣ６０４ａに出力する。

また、第１電源部２１３は、二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）の二次電池セル毎または複数の二次電池セルの近傍の温度を検出し、検出した全ての温度を表すアナログ信号をアンプ（図示しない）で増幅し、ＡＤ変換器（図示しない）を介してデジタル信号（温度信号）に変換して第１絶縁通信ＩＣ６０４ａに出力する。さらに、第１電源部２１３は、予め設定された基本周波数でハイレベルまたはロウレベルに切り換わる脈動信号を第１絶縁通信ＩＣ６０４ａに出力する。

また、組電池モジュール１０１（１）は、組電池モジュール１０１（２）〜１０１（４）（他の組電池モジュール）の組電池１２〜１４および組電池１１の電力を第２駆動電力として供給する第２電源部２１４を備えている。本実施形態では、第２電源部２１４は、組電池１４が有する二次電池セル１４（１）〜１４（ｘ）のうち高電位側に接続された二次電池セル１４（ｘ）の正極端子、および組電池１１が有する二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）のうち低電位側に接続された二次電池セル１１（１）の負極端子に接続されている。そして、本実施形態では、第２電源部２１４には、組電池１１の電池電圧ＶＰと組電池１２〜１４の電圧とを合計した合計電圧ＶＴの電力が供給され、組電池１１の電池電圧ＶＰより高い所定電圧に調整して、第２駆動電力として供給するレギュレータを用いる。

そして、本実施形態では、第２電源部２１４は、組電池１１および組電池１２〜１４の電圧の電力を第２駆動電力として被駆動部２１８に供給するとともに、コネクタ５１を介して第１絶縁通信ＩＣ６０４ａおよび第２絶縁通信ＩＣ６０４ｂに第２駆動電力を供給する。

分圧抵抗Ｒ１〜Ｒ４は、組電池モジュール１０１（４）が有する組電池１４の二次電池セル１４（１）〜１４（ｘ）のうち高電位側に接続された二次電池セル１４（ｘ）の正極端子と、組電池モジュール１０１（１）が有する組電池１１の二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）のうち低電位側に接続された二次電池セル１１（１）の負極端子と、の間に接続されている。

電圧検出部２１５は、組電池１１の電池電圧ＶＰと、組電池１２〜１４の電圧と、を合計した合計電圧ＶＴを検出する。本実施形態では、電圧検出部２１５は、オペアンプ２１５ａおよびＡＤ変換器２１５ｂを備えている、オペアンプ２１５ａは、スイッチ装置３３がオンした場合に組電池モジュール１０１（４）が有する組電池１４の二次電池セル１４（１）〜１４（ｘ）のうち高電位側に接続された二次電池セル１４（ｘ）の正極端子側に、正の端子が接続される。また、オペアンプ２１５ａは、組電池モジュール１０１（１）が有する組電池１１の二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）のうち低電位側に接続された二次電池セル１１（１）の負極端子側に、負の端子が接続されている。そして、オペアンプ２１５ａの正の端子および負の端子には、分圧抵抗Ｒ４の両端の電圧が印加される。

ＡＤ変換器２１５ｂは、オペアンプ２１５ａに印加された電圧をデジタル信号に変換した信号を第２電圧信号として、コネクタ５１を介して第２絶縁通信ＩＣ６０４ｂに出力する。

電流検出部２１６は、組電池１１〜１４に流れる電流を検出して、検出した電流を表す電流信号を第２絶縁通信ＩＣ６０４ｂに出力する。本実施形態では、電流検出部２１６は、組電池モジュール１０１（１）の組電池１１が有する二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）のうち低電位側に接続された二次電池セル１１（１）の負極端子、および当該負極端子側に一端が接続された電流検出抵抗Ｒ５の他端に接続されて、直流検出抵抗Ｒ５の両端電圧に基づいて組電池１１〜１４に流れる電流を検出する。そして、電流検出部２１６は、検出した電流を表すアナログ信号を、ＡＤ変換器（図示しない）によってデジタル信号に変換して電流信号として第２絶縁通信ＩＣ６０４ｂに出力する。

切換部２１７は、全ての組電池モジュール１０１（１）〜１０１（４）の組電池１１〜１４が電気的に直列接続されるまでは、第１駆動電力を被駆動部（被駆動部２１８、第１絶縁通信ＩＣ６０４ａ、第２絶縁通信ＩＣ６０４ｂ）に供給する。一方、切換部２１７は、全ての組電池モジュール１０１（１）〜１０１（４）の組電池１１〜１４が電気的に直列接続された後は、第２電源部２１４からの第２駆動電力を被駆動部（被駆動部２１８、第１絶縁通信ＩＣ６０４ａ、第２絶縁通信ＩＣ６０４ｂ）に供給する。

切換部２１７は、第１電源部２１３からの第１駆動電力および第２電源部２１４からの第２駆動電力のうち高い電圧を有する電力を、被駆動部（被駆動部２１８、第１絶縁通信ＩＣ６０４ａ、第２絶縁通信ＩＣ６０４ｂ）に供給する。具体的には、本実施形態では、切換部２１７は、第１電源部２１３にアノード端子が接続された第１ダイオード２１７ａと、当該第１ダイオード２１７ａのカソード端子にカソード端子が共通接続され第２電源部２１４にアノード端子が接続された第２ダイオード２１７ｂと、を有する。

そして、スイッチ装置３３がオフしている場合には、組電池１１と組電池１２〜１４との間に電流が流れず、第２駆動電力を供給できないため、第１駆動電力（つまり、第１電源部２１３により供給される第１駆動電力の電圧）が高くなる。そのため、第１駆動電力の電流が第１ダイオード２１７ａに流れ込み、切換部２１７を介して、第１電源部２１３により供給された第１駆動電力が、被駆動部２１８、第１絶縁通信ＩＣ６０４ａ、および第２絶縁通信ＩＣ６０４ｂに供給される。

一方、スイッチ装置３３がオンした場合には、組電池１１と組電池１２〜１４との間に電流が流れ、第１駆動電力の電圧よりも、第２駆動電力の電圧（つまり、第２電源部２１４により所定電圧の調整された電圧）の方が高くなる。そのため、第１駆動電力の電流は、第１ダイオード２１７ａに流れ込むことができず、切換部２１７を介して、第２電源部２１４により供給された第２駆動電力が、被駆動部２１８、第１絶縁通信ＩＣ６０４ａ、および第２絶縁通信ＩＣ６０４ｂに供給される。

スイッチ装置３３がオンして第２駆動電力の供給が開始された後（つまり、電池管理装置６０の起動時以外）は、第１電源部２１３からの第１駆動電力の供給が行われなくなり、組電池１１の電力だけが消費されることを防止して、組電池１１〜１４間における消費電力の差を低減することができる。

なお、本実施形態では、第１電源部２１３に第１ダイオード２１７ａが接続されているため、第１ダイオード２１７ａから供給される第１駆動電力の電池電圧ＶＰより高い電圧（つまり、第２電源部２１４により所定電圧に調整された電圧）の第２駆動電力が第２ダイオード２１７ｂから供給されたとしても、第２ダイオード２１７ｂからの第２駆動電力が第１電源部２１３に供給されることを防止することができる。

また、本実施形態では、第１電源部２１３から供給される第１駆動電力および第２電源部２１４から供給される第２駆動電力のうち、高い電圧を有する方を供給するＯＲ回路を切換部２１７として用いているが、これに限定するものではない。例えば、切換部２１７は、電圧検出部２１５から出力された第２電圧信号または電流検出部２１６から出力された電流信号を取得し、取得した第２電圧信号が表す電圧または取得した電流信号が表す電流値に従って、組電池１１と組電池１２〜１４との間に電流が流れているか否か（つまり、スイッチ装置３３がオンしたか否か）を判断する。そして、切換部２１７は、スイッチ装置３３がオンしたと判断した場合に、第１電源部２１３による第１駆動電力の電力を停止するように構成しても良い。

なお、本実施形態では、直列接続された複数の組電池モジュール１０１（１）〜１０１（４）のうち低電位側に接続された組電池モジュール１０１（１）の組電池監視回路２１に、第２電源部２１４および切換部２１７を設けたが、直列接続された複数の組電池モジュール１０１（１）〜１０１（４）のうち２以上の組電池モジュールの組電池監視回路に、第２電源部２１４および切換部２１７を設けても良い。

次に、インタフェース回路６０４の構成について説明する。組電池監視回路２１〜２４と電池管理装置６０とでは、基準電位が異なるため（組電池監視回路２１〜２４側の基準電位が、電池管理装置６０側の基準電位よりも高いため）、組電池監視回路２１〜２４と、電池管理装置６０とは、電気的に絶縁された通信経路を介して通信を行う。なお、以下の説明では、コネクタ５１を介して組電池監視回路２１と接続されたインタフェース回路６０４について説明するが、コネクタ５１を介して組電池監視回路２２〜２４と接続されたインタフェース回路６０４も同様の構成を有しているものとする。

ただし、コネクタ５１を介して組電池監視回路２２〜２４と接続されたインタフェース回路６０４は、組電池監視回路２２〜２４が備える電圧検出部２１５および電流検出部２１６から出力された第２電圧信号および電流信号を制御回路ＣＴＲに送信する必要がないため、後述する第２絶縁通信ＩＣ６０４ｂを有していない。

切換部２１７によって供給された第１駆動電力または第２駆動電力がコネクタ５１を介してインタフェース回路６０４に供給されると、供給された電力（第１駆動電力または第２駆動電力）は、第１絶縁通信ＩＣ６０４ａおよび第２絶縁通信ＩＣ６０４ｂに供給される。これにより、第１絶縁通信ＩＣ６０４ａおよび第２絶縁通信ＩＣ６０４ｂは、外部電源７０から電池管理装置６０への電圧の供給が停止されて電池管理装置６０が停止状態にある場合であっても、切換部２１７から供給された第１駆動電力または第２駆動電力によって動作状態を維持することができる。

第１絶縁通信ＩＣ６０４ａは、電気的に絶縁された通信経路を介して、電池管理装置６０と通信する絶縁通信部である。本実施形態では、第１絶縁通信ＩＣ６０４ａは、コネクタ５１を介して、第１電源部２１３から出力された信号（第１電圧信号、温度信号、脈動信号など）を、電気的に絶縁された通信経路を介して電池管理装置６０に送信する。また、第１絶縁通信ＩＣ６０４ａは、制御回路ＣＴＲから出力されたロジック信号を、電気的に絶縁された通信経路を介して受信する。そして、第１絶縁通信ＩＣ６０４ａは、コネクタ５１を介して、受信したロジック信号を第１電源部２１３に出力する。

具体的には、本実施形態では、第１絶縁通信ＩＣ６０４ａには、トランス回路を用いるものとする。そして、第１絶縁通信ＩＣ６０４ａには、コネクタ５１を介して、第１電圧信号、温度信号、脈動信号が入力され、トランス回路が有するコイルに電流が流れることにより、制御回路ＣＴＲに第１電圧信号および温度信号を送信し、アラートシグナルプロセッサ６０５に脈動信号を送信する。また、第１絶縁通信ＩＣ６０４ａは、制御回路ＣＴＲからロジック信号が入力され、トランス回路が有するコイルに電流が流れることにより、ロジック信号を受信する。

なお、本実施形態では、第１絶縁通信ＩＣ６０４ａは、トランス回路を用いることにより、第１電圧信号、温度信号、および脈動信号を制御回路ＣＴＲに送信、制御回路ＣＴＲからロジック信号を受信しているが、電気的に絶縁された通信経路を介して、当該信号を送信するものであれば、これに限定するものではない。例えば、第１絶縁通信ＩＣ６０４ａは、フォトカプラなどを用いて、光により信号を送信する素子を用いて、電池管理装置６０と電気的に絶縁された状態で信号を送信または受信しても良い。

第２絶縁通信ＩＣ６０４ｂは、電気的に絶縁された通信経路を介して、電池管理装置６０と通信する絶縁通信部である。本実施形態では、第２絶縁通信ＩＣ６０４ｂは、コネクタ５１を介して、電圧検出部２１５から入力された第２電圧信号および電流検出部２１６から入力された電流信号を、電気的に絶縁された通信経路を介して制御回路ＣＴＲに送信する。具体的には、本実施形態では、第２絶縁通信ＩＣ６０４ｂには、トランス回路を用いるものとする。そして、第２絶縁通信ＩＣ６０４ｂには、コネクタ５１を介して、第２電圧信号または電流信号が入力され、トランス回路に電流が流れることにより、制御回路ＣＴＲに第２電圧信号または電流信号を送信する。

なお、本実施形態では、第２絶縁通信ＩＣ６０４ｂは、トランス回路を用いることにより、第２電圧信号および電流信号を制御回路ＣＴＲに送信しているが、電気的に絶縁された通信経路を介して、当該信号を送信するものであれば、これに限定するものではない。例えば、第２絶縁通信ＩＣ６０４ｂは、フォトカプラなど、光により信号を送信する素子を用いることにより、電池管理装置６０と電気的に絶縁された状態で信号を送信しても良い。

なお、本実施形態では、組電池モジュール１０１（１）〜１０１（４）のうち低電位側に接続された組電池モジュール１０１（１）とコネクタ５１を介して接続されたインタフェース回路６０４に第２絶縁通信ＩＣ６０４ｂを設けているが、第２電源部２１４、切換部２１７、電圧検出部２１５、および電流検出部２１６を備えた組電池監視回路２１を有する組電池モジュールと接続されたインタフェース回路６０４に第２絶縁通信ＩＣ６０４ｂが設けられていれば、これに限定するものではない。

このように本実施形態にかかる組電池モジュール１０１（１）および二次電池装置（組電池装置）によれば、組電池モジュール１０１（２）〜１０１（４）の組電池１２〜１４と組電池モジュール１０１（１）の組電池１１とが電気的に直列接続されるまでは、第１駆動電力を被駆動部に供給し、組電池モジュール１０１（２）〜１０１（４）の組電池１２〜１４と組電池モジュール１０１（１）の組電池１１とが電気的に直列接続された後は、第２駆動電力を被駆動部に供給することにより、電池管理装置６０が起動してスイッチ装置３３がオンした後は、組電池モジュール１０１の組電池１１および組電池モジュール１０１（２）〜１０１（４）の第２駆動電力により被駆動部を駆動させることができるので、直列接続された複数の組電池モジュール１０１（１）〜１０１（４）のうち特定の組電池モジュール１０１（１）の組電池１１の消費電力だけが大きくなることを防止できる。また、従来のように、電気的に絶縁された経路を介して電池管理装置６０から電力の供給を受けるサブ電源からの電力を用いて、被駆動部を駆動させる必要がなくなるので、外部電源７０の消費電力を削減することができる。

特に、本実施形態にかかる組電池装置を電動バイクに適用した場合、スタートボタンが押下された直後にスイッチ装置３３がオンされるので、電池管理装置６０が起動してスイッチ装置３３がオンするまでの間に、組電池モジュール１０１（１）の組電池１１の電力が、被駆動部に供給される時間は短いため、組電池モジュール１０１（１）〜１０１（４）の組電池１１〜１４間の消費電力のバランスが崩れる可能性を低くすることができる。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１１〜１４ 組電池
１１（１）〜１１（ｘ） 二次電池セル
３３ スイッチ装置
２１〜２４ 組電池監視回路
５１〜５４ コネクタ
６０ 電池管理装置
１０１（１）〜１０１（４） 組電池モジュール
２１３ 第１電源部
２１４ 第２電源部
２１５ 電圧検出部
２１６ 電流検出部
２１７ 切換部
２１７ａ 第１ダイオード
２１７ｂ 第２ダイオード
２１８ 被駆動部
６０４ インタフェース回路
６０４ａ 第１絶縁通信ＩＣ
６０４ｂ 第２絶縁通信ＩＣ

Claims (10)

1. 直列接続された複数の電池セルを有する組電池を備えた他の組電池モジュールと直列接続可能な組電池モジュールであって、
   直列接続された複数の電池セルを有する組電池と、
   前記組電池モジュールの組電池の電力を第１駆動電力として供給する第１電源部と、
   前記他の組電池モジュールの組電池と前記組電池モジュールの組電池とが電気的に直列接続された場合に、前記他の組電池モジュールの組電池および前記組電池モジュールの組電池の電力を第２駆動電力として供給する第２電源部と、
   前記他の組電池モジュールの組電池と前記組電池モジュールの組電池とが電気的に直列接続されていない場合、前記第１駆動電力を被駆動部に供給し、前記他の組電池モジュールの組電池と前記組電池モジュールの組電池とが電気的に直列接続された場合、前記第２駆動電力を前記被駆動部に供給する切換部と、
   を備えた組電池モジュール。
2. 前記第２電源部は、前記第２駆動電力の電圧を、前記第１駆動電力の電圧より高い所定の電圧に調整し、
   前記切換部は、前記第１駆動電力および前記第２駆動電力のうち高い電圧を有する電力を前記被駆動部に供給する請求項１に記載の組電池モジュール。
3. 前記切換部は、前記第１電源部にアノード端子が接続された第１ダイオードと、前記第１ダイオードのカソード端子にカソード端子が共通接続され前記第２電源部にアノード端子が接続された第２ダイオードと、を有する請求項２に記載の組電池モジュール。
4. 前記切換部は、前記他の組電池モジュールの組電池と前記組電池モジュールの組電池とが電気的に直列接続されたか否かを検出し、前記他の組電池モジュールの組電池と前記組電池モジュールの組電池とが電気的に直列接続されたことが検出されるまでは、前記第１駆動電力を前記被駆動部に供給し、前記他の組電池モジュールの組電池と前記組電池モジュールの組電池とが電気的に接続されたことが検出された後は、前記第１駆動電力の供給を停止する請求項１または２に記載の組電池モジュール。
5. 電気的に絶縁された通信経路を介して電池管理装置と通信する絶縁通信部を含む前記被駆動部を備えた請求項１から３のいずれか一に記載の組電池モジュール。
6. 前記被駆動部は、前記他の組電池モジュールの組電池の電圧と、前記組電池モジュールの組電池の電圧と、の合計電圧を検出する電圧検出部を含み、
   前記絶縁通信部は、前記検出した合計電圧を表す電圧信号を前記電池管理装置に送信する請求項５に記載の組電池モジュール。
7. 前記被駆動部は、前記組電池モジュールの組電池に流れる電流を検出する電流検出部を含み、
   前記絶縁通信部は、前記検出した電流を表す電流信号を前記電池管理装置に送信する請求項６に記載の組電池モジュール。
8. 前記電圧検出部および前記電流検出部は、前記他の組電池モジュールには含まれず、前記組電池モジュールに含まれる請求項７に記載の組電池モジュール。
9. 前記被駆動部は、外部の電池管理装置および前記他の組電池モジュールと接続されかつ前記組電池モジュールが備える通信部を含む請求項８に記載の組電池モジュール。
10. 直列接続された複数の電池セルを有する組電池を備えた複数の組電池モジュールが直列接続された組電池装置であって、
    前記複数の組電池モジュールのうち第１組電池モジュールは、
    当該第１組電池モジュールが備える組電池の電力を第１駆動電力として供給する第１電源部と、
    前記複数の組電池モジュールが備える複数の組電池が電気的に直列接続された場合に、前記複数の組電池モジュールが備える複数の組電池の電力を第２駆動電力として供給する第２電源部と、
    前記複数の組電池モジュールの複数の組電池が電気的に直列接続されていない場合、前記第１駆動電力を被駆動部に供給し、前記複数の組電池モジュールの複数の組電池が電気的に直列接続された場合、前記第２駆動電力を前記被駆動部に供給する切換部と、
    を備えた組電池装置。

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