JPWO2013140605A1 - 蓄電池制御装置および蓄電装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、複数の二次電池セルを接続した組電池を制御する蓄電池制御装置であって、組電池の各々の二次電池セルの充放電を監視および制御する少なくとも一つの集積回路と、集積回路の正極側外部端子と負極側外部端子を接続する経路に設けられたバイパスコンデンサと、当該経路に設けられた少なくとも一つの第１の電流制限素子と、第１の電流制限素子と並列に設けられ、第１の電流制限素子を短絡する少なくとも一つの第１のスイッチとを備える。

Description

本発明は蓄電池制御装置、および蓄電装置に関する。

電気自動車およびハイブリッド型自動車においては、リチウム単電池等の二次電池セル（単電池）を直列または直並列に複数個接続したセルグループを、更に複数個直列または直並列に接続した電池モジュールを使用している。またこの電池モジュールを複数個直列または直並列に接続したものが、これらの電池モジュールを制御する電池制御回路とともに蓄電装置として使用されている。

直列に多数接続された二次電池セルとこれらの電池の電圧を検出するための制御装置とを接続（活線接続）する場合に、内蔵された集積回路に高電圧が印加されないように、すなわち、大電流が制御装置に流れないような工夫が必要である。例えば特許文献１では、複数の二次電池を直並列に接続した電池パック（組電池）を制御装置に接続する際、電池パック内で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が変更された特殊なコネクタが用いられている。

特許文献２には、組電池とセルコントローラＩＣ（集積回路）を接続する活線接続の際に、セルコントローラＩＣに高電圧が印加されないように構成したコネクタが開示されている。文献２に開示されているセルコントローラＩＣは、複数の二次電池セルが直列接続されたセルグループごとに設けられる。コネクタは、組電池とセルコントローラＩＣを接続する複数の配線のうち、２つの隣合うセルコントローラＩＣの高電位側のＧＮＤ線と低電位側のＶＣＣ線を組電池側に、先にかつ同時に接続するように構成されている。

特開２００７−２８０８７２号公報 特開２０１１−２５３７７７号公報

特許文献１に開示されているようなコネクタは、特殊なコネクタであり、コストアップの要因となる。また、セルグループを構成する二次電池数は増加傾向にあるので、コネクタピン数も増加傾向にある。このような多ピンコネクタで各ピンを順序良く接続するコネクタは高価なものとなる。特許文献２に開示されたコネクタ構成では、コネクタの個数が増加するので、コストアップや製造作業の複雑化の要因となる。
また、１つのセルグループに含まれる二次電池の個数が増加しているため、１つのセルグループだけで端子電圧が高電圧となり、活線接続時にセルコントローラＩＣに過剰な充電電流が流れるという問題が発生する。したがって、コネクタのみによる対策ではコストアップが避けられず、コネクタ以外での対策が必要となっている。

（１）本発明の第１の態様によると、複数の二次電池セルを接続した組電池を制御する蓄電池制御装置であって、当該組電池の各々の二次電池セルの充放電を監視および制御する少なくとも一つの集積回路と、集積回路の正極側外部端子と負極側外部端子を接続する経路に設けられたバイパスコンデンサと、当該経路に設けられた少なくとも一つの第１の電流制限素子と、第１の電流制限素子と並列に設けられ、第１の電流制限素子を短絡する少なくとも一つの第１のスイッチとを備える。
（２）本発明の第２の態様によると、第１の態様の蓄電池制御装置において、集積回路は組電池を所定数の二次電池ごとに制御する複数の集積回路を備え、第１の電流制限素子は、前記複数の集積回路の前記経路のすべて、または、前記複数の集積回路の前記経路のうち、組電池と蓄電制御装置の接続の際に許容電流以上の突入電流が流れる経路に設けられた複数の第１の電流制限素子を備え、第１のスイッチは、前記複数の集積回路ごとに設けられた複数の第１のスイッチを備えることが好ましい。
（３）本発明の第３の態様によると、第１または第２の態様の蓄電池制御装置において、第１のスイッチは、集積回路が起動した後、遅延して閉成され、第１の電流制限素子を短絡することが好ましい。
（４）本発明の第４の態様によると、第１乃至第３のいずれか１つの態様の蓄電池制御装置において、第１のスイッチは、集積回路が起動した後、集積回路の内部電源により閉成され、第１の電流制限素子を短絡することが好ましい。
（５）本発明の第５の態様によると、第２の態様の蓄電池制御装置において、連続して設けられた２つの集積回路間で各種信号を通信する通信経路と、当該通信経路を流れる電流を制限する第２の電流制限素子と、第２の電流制限素子と並列に設けられ、第２の電流制限素子を短絡する第２のスイッチとをさらに備えることが好ましい。
（６）本発明の第６の態様によると、第５の態様の蓄電池制御装置において、第２のスイッチの制御用絶縁素子をさらに備え、第２のスイッチは、集積回路の上位コントローラからの信号により第２のスイッチの制御用絶縁素子を介して閉成され、第２の電流制限素子を短絡することが好ましい。
（７）本発明の第７の態様によると、第１または第２または第５の態様の蓄電池制御装置において、集積回路とは別に設けられた、短絡スイッチ駆動用電源をさらに備え、第１のスイッチは、集積回路の起動した後に、この短絡スイッチ駆動用電源の出力により閉成され、第１の電流制限素子を短絡することが好ましい。
（８）本発明の第８の態様によると、第５の態様の蓄電池制御装置において、集積回路とは別に設けられた、短絡スイッチ駆動用電源をさらに備え、第２のスイッチは、集積回路の起動した後に、この短絡スイッチ駆動用電源の出力により閉成され、第２の電流制限素子を短絡することが好ましい。
（９）本発明の第９の態様によると、第２の態様の蓄電池制御装置において、複数の集積回路のうち、少なくとも最高電位の所定数の二次電池を制御する集積回路の正極側外部端子と負極側外部端子とを接続する経路に関して、第１の電流制限素子と第１のスイッチとを備えることが好ましい。
（１０）本発明の第１０の態様によると、蓄電装置であって、第１乃至第９のいずれか１つの態様の蓄電池制御装置と、前記組電池とを備える。

本発明によれば、組電池と蓄電池制御装置とを接続した際に、組電池の高電圧が蓄電池制御装置の集積回路に印加されることを確実に防ぐことができる。

ハイブリッド自動車用駆動システムの構成を示すブロック図である。 車両用回転電機の駆動システムを示すブロック図である。 蓄電池制御用ＩＣ（セルコントローラＩＣ）の内部回路の概略を示す図である。 従来の組電池と蓄電池制御用ＩＣの接続構造における活線接続時の問題点を説明するための図である。 本発明の蓄電池制御装置の第１の実施形態を示す図であり、２つのセルコントローラＩＣ間の電流経路に電流制限素子とその短絡スイッチを設けた構成を示す。 本発明の蓄電池制御装置の第２の実施形態を示す図であり、全てのセルコントローラＩＣに電流制限素子とその短絡スイッチと設けた構成を示す。 本発明の蓄電池制御装置の第３の実施形態を示す図であり、全てのセルコントローラＩＣに電流制限素子とその短絡スイッチと設けた構成を示す。 本発明の蓄電池制御装置の第４の実施形態を示す図であり、１つのセルグループと１つのセルコントローラＩＣからなる構成の蓄電装置の例を示す。 本発明の蓄電池制御装置の変形実施例を示す図であり、電流制限素子を短絡するスイッチを駆動する電源回路を備えた構成を示す。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。以下に説明する実施形態では、本発明による蓄電池制御装置および、この蓄電池制御装置と組電池とを備える蓄電装置をハイブリッド自動車用駆動システムに適用した場合について説明する。なお、以下では、セルグループや電池モジュールブロックおよび電池モジュールは複数の二次電池セルから構成されており、これらを総称して組電池と呼んでいる。また、以下に説明する実施形態の構成は、ハイブリッド電車などの鉄道車両などにも適用できる。また本発明による蓄電池制御装置および蓄電装置は電気自動車にも適用可能である。

＜ハイブリッド自動車用駆動システムの概略構成＞
まず、図１を用いて、ハイブリッド自動車用駆動システムについて説明する。図１に示すハイブリッド自動車１の駆動システムは、駆動輪２に機械的に接続された車軸３がデファレンシャルギア４と接続され、デファレンシャルギア４の入力軸が変速機５と接続されている。駆動力切替装置８を介して、内燃機関であるエンジン６と電動発電機７の駆動力が変速機５の入力となっている。

図１では駆動輪２の駆動源として、エンジン６と電動発電機７とが並列に配置された、いわゆるパラレルハイブリッド方式である。また、ハイブリッド自動車用駆動システムには、駆動輪２の駆動源として電動発電機７のエネルギーを用い、エンジン６のエネルギーは電動発電機７の駆動源、すなわち蓄電器を充電するようにした、いわゆるシリアルハイブリッド方式があり、本発明はこれらの方式、又は組合せた方式共に採用することができる。

電動発電機７には電力変換装置９を介して、電源装置である蓄電装置１１が電気的に接続されている。電力変換装置９は制御装置１０によって制御される。

電動発電機７を電動機として作動させる時には、電力変換装置９は、蓄電装置１１から出力された直流電力を三相交流電力に変換する直流−交流変換回路として機能する。また、回生制動の際に電動発電機７を発電機として作動させる時には、電力変換装置９は、電動発電機７から出力された三相交流電力を直流電力に変換する交流−直流変換回路として機能する。電力変換装置９の直流側には、蓄電装置１１のモジュール電池の正負極端子が電気的に接続される。電力変換装置９の交流側には２つのスイッチング半導体素子による３直列回路があり、直列回路の２つのスイッチング半導体素子の中間には、電動発電機４の電機子巻線の３つの相の巻線が電気的に接続されるようになっている。

電動発電機７は、駆動輪２を駆動するための原動機として機能し、電機子（固定子）と、電機子に対向配置され、回転可能に保持された界磁（回転子）とを備え、永久磁石の磁束を界磁に用いた永久磁石界磁式三相交流同期回転電機である。電動発電機７は、電機子巻線に供給された三相交流電力により形成されて同期速度で回転する回転磁界と、永久磁石の磁束との磁気的な作用に基づいて、駆動輪２の駆動に必要な回転動力を発生する。

電動発電機７を電動機として駆動する時には、電機子は、電力変換装置９によって制御された三相交流電力の供給を受けて回転磁界を発生させる。一方、電動発電機７を発電機として駆動する時には、電機子は、磁束の鎖交により三相交流電力を発生させる部位となり、磁性体である電機子鉄心（固定子鉄心）と、電機子鉄心に装着された三相の電機子巻線（固定子巻線）とを備えている。界磁は、電動発電機７を電動機或いは発電機として駆動する時、界磁磁束を発生させる部位であり、磁性体である界磁鉄心（回転子鉄心）と、界磁鉄心に装着された永久磁石とを備えている。

電動発電機７としては、電機子巻線に供給された三相交流電力により形成されて同期速度で回転する回転磁界と、巻線の励磁による磁束との磁気的な作用に基づいて、回転動力を発生する巻線界磁式三相交流同期回転電機、或いは三相交流誘導回転電機などを採用してもよい。巻線界磁式三相交流同期回転電機の場合、電機子の構成は永久磁石界磁式三相交流同期回転電機と基本的に同じである。一方、界磁の構成は異なっており、磁性体である界磁鉄心に界磁巻線（回転子巻線）を巻く構成になっている。尚、巻線界磁式三相交流同期回転電機では、界磁巻線が巻かれた界磁鉄心に永久磁石を装着し、巻線による磁束の漏れを抑える場合もある。界磁巻線は外部電源から界磁電流の供給を受けて励磁されることにより磁束を発生する。

電動発電機７には駆動力切替装置８、変速機５、デファレンシャルギア４を介して駆動輪２の車軸３が機械的に接続されている。変速機５は、電動発電機７から出力された回転動力を変速してデファレンシャルギア４に伝達する。デファレンシャルギア４は、変速機５から出力された回転動力を左右の車軸３に伝達する。駆動力切替装置８は、エンジン制御や走行制御などの上位制御装置（不図示）によって切替えられ、エンジン制御での加速走行、アイドルストップからの電動発電機７によるエンジン始動、ブレーキ制御における回生ブレーキ協調などで切替えて電動機又は発電機として動作させる。

蓄電装置１１は、電動発電機７が回生時に発生した電力を自身の駆動用電力として充電し、電動発電機７を発電機として駆動する際に、この駆動に必要な電力を放電する駆動用車載電源である。例えば、１００Ｖ以上の定格電圧を有するように、数十本のリチウムイオン電池により構成されたバッテリシステムである。尚、蓄電装置１１の詳細な構成については後述する。

蓄電装置１１には、電動発電機７の他に、車載補機（たとえばパワーステアリング装置，エアーブレーキ）に動力を供給する電動アクチュエータ、蓄電装置１１よりも定格電圧が低く、車内電装品（たとえばライト，オーディオ、車載電子制御装置）に駆動電力を供給する電装用電源である低圧バッテリなどがＤＣ／ＤＣコンバータを介して電気的に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータは、蓄電装置１１の出力電圧を降圧して電動アクチュエータや低圧バッテリなどに供給したり、低圧バッテリの出力電圧を昇圧して蓄電装置１１などに供給したりする昇降圧装置である。低圧バッテリには定格電圧１２Ｖの鉛バッテリを用いている。低圧バッテリとしては、同じ定格電圧を有するリチウムイオンバッテリ或いはニッケル水素バッテリを用いてもよい。

ハイブリッド自動車１の力行時（発進、加速、通常走行など）、制御装置１０に正のトルク指令が与えられて電力変換装置９の作動が制御されると、蓄電装置１１に蓄電された直流電力は電力変換装置９により三相交流電力に変換されて電動発電機７に供給される。これにより、電動発電機７が駆動されて回転動力が発生する。発生した回転動力は、駆動力切替装置８、変速機５及びデファレンシャルギア４を介して車軸３に伝達され、駆動輪２を駆動する。

ハイブリッド自動車１の回生時（減速、制動など）、制御装置１０に負のトルク指令が与えられて電力変換装置９の作動が制御されると、駆動輪２の回転動力により駆動される電動発電機７から発生した三相交流電力は直流電力に変換されて蓄電装置１１に供給される。これにより、変換された直流電力は蓄電装置１１に充電される。

制御装置１０は、上位制御装置（不図示）から出力されたトルク指令値から電流指令値を演算すると共に、電流指令値と、電力変換装置９の間を流れる実電流との差分に基づいて電圧指令値を演算し、この演算された電圧指令値に基づいてＰＷＭ（パルス幅変調）信号を発生させ、そのＰＷＭ信号を電力変換装置９に出力する。

＜蓄電装置１１の全体構成＞
次に図２を参照して、本発明による蓄電池制御装置を含む蓄電装置１１を備えた、電気自動車およびハイブリッド型自動車に適用可能な、モータの駆動装置について説明する。
図２は車両用回転電機の駆動システムを示すブロック図である。図２に示す駆動システムは、電池モジュール２０、電池モジュール２０を監視する蓄電池制御装置１００、電池モジュール２０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、車両駆動用の電動発電機７を備えている。電動発電機７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。インバータ装置２２０と蓄電池制御装置１００とはＣＡＮ通信で結ばれており、インバータ装置２２０は蓄電池制御装置１００に対して上位コントローラとして機能する。また、インバータ装置２２０は、さらに上位の制御装置１０（図１参照）からの指令情報に基づいて動作する。

インバータ装置２２０は、パワーモジュール２２６と、インバータ装置を制御する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とを有している。パワーモジュール２２６は、電池モジュール２０から供給される直流電力を、電動発電機７をモータとして駆動するための３相交流電力に変換する。なお、図示していないが、パワーモジュール２２６に接続される強電ラインＨＶ＋，ＨＶ−間には、約７００μＦ〜約２０００μＦ程度の大容量の平滑キャパシタが設けられている。この平滑キャパシタは、蓄電池制御装置１００に設けられた集積回路に加わる電圧ノイズを低減する働きをする。

インバータ装置２２０の動作開始状態では平滑キャパシタの電荷は略ゼロであり、リレーＲＬを閉じると大きな初期電流が平滑キャパシタへ流れ込む。そして、この大電流のためにリレーＲＬ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に、ＭＣＵ２２２は、さらに制御装置１０からの命令に従い、電動発電機７の駆動開始時に、プリチャージリレーＲＬＰを開状態から閉状態にして平滑キャパシタを充電し、その後にリレーＲＬを開状態から閉状態として、電池モジュール２０からインバータ装置２２０への電力の供給を開始する。平滑キャパシタを充電する際には、抵抗ＲＰを介して最大電流を制限しながら充電を行う。このような動作を行うことで、リレー回路を保護すると共に、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。

なお、インバータ装置２２０は、パワーモジュール２２６により発生する交流電力の、電動発電機７の回転子に対する位相を制御して、車両制動時には電動発電機７を発電機として動作させる。すなわち回生制動制御を行い、回生発電により発電された電力を電池モジュール２０に回生して電池モジュール２０を充電する。電池モジュール２０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は電動発電機７を発電機として運転する。電動発電機７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２０に供給される。その結果、電池モジュール２０は充電される。

一方、電動発電機７をモータとして力行運転する場合、ＭＣＵ２２２は制御装置１０の命令に従い、電動発電機７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２０から直流電力がパワーモジュール２２６に供給される。また、回生制動制御により電池モジュール２０を充電する場合には、ＭＣＵ２２２は、電動発電機７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。この場合は電動発電機７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２０へ供給される。結果的に電動発電機７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、上述した大容量の平滑キャパシタが設けられている。

電池モジュール２０は、例えばここでは直列接続された２つの電池モジュールブロック２０Ａ、２０Ｂで構成されている。各電池モジュールブロック２０Ａ、２０Ｂは、各々複数の電池セルを直列接続したセルグループを複数直列に接続されたものを備えている。電池モジュールブロック２０Ａと電池モジュールブロック２０Ｂ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ＳＤ−ＳＷを介して直列接続される。このサービスディスコネクトＳＤ−ＳＷが開くことで電気回路の直列回路が遮断され、仮に電池モジュールブロック２０Ａ、２０Ｂ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ることはない。このような構成により高い安全性を維持できる。又、点検時に作業者がＨＶ＋とＨＶ−の間を触っても、高電圧は人体に印加されないので安全である。

電池モジュール２０とインバータ装置２２０との間の強電ラインＨＶ＋には、リレーＲＬ，抵抗ＲＰおよびプリチャージリレーＲＬＰを備えた電池ディスコネクトユニットＢＤＵが設けられている。抵抗ＲＰとプリチャージリレーＲＬＰとの直列回路は、リレーＲＬと並列に接続されている。

蓄電池制御装置１００は、主に各セル電圧の測定、総電圧の測定、電流の測定、セル温度およびセルの容量調整を行う。そのために、セルコントローラＩＣとして、複数の蓄電池制御用ＩＣ（集積回路）が設けられている。各電池モジュールブロック２０Ａ、２０Ｂ内に設けられた複数の電池セルは、複数のセルグループに分けられ、各セルグループ毎に、各セルグループに含まれる電池セルを制御するセルコントローラＩＣが１つずつ設けられている。なお、セルグループや電池モジュールブロックおよび電池モジュールは複数の二次電池セルから構成されており、これらを総称して組電池と呼んでいる。
簡単のため、以下の説明では各セルグループは４個の電池セルで構成されているとする。図４に示すように、各電池モジュールブロック２０Ａ、２０Ｂ、は各々２つのセルグループ２０Ａ１、２０Ａ２と２０Ｂ１、２０Ｂ２で構成されるとする。したがって、４つのセルコントローラＩＣ１〜ＩＣ４を備えている。
しかしながら、各セルグループに含まれる電池セルは４個に限定するものでなく、５個あるいはこれ以上であってよく、また例えば４個のセルグループと６個のセルグループが組み合わされていてもよい。各セルグループに対応して設けられるセルコントローラＩＣは、これらのセルグループに含まれる電池セルの数が４個であっても、また５個以上であっても使用できるように設計したものを使用することができる。
また電気自動車やハイブリッド自動車で必要とされる電圧および電流を得るために、上記のように各電池モジュールブロックはセルグループを複数個直列または直並列に接続してもよく、更に複数の電池モジュールブロックを直列または直並列に接続してよい。

図２において、各セルグループを制御するセルコントローラＩＣ１〜ＩＣ４は、各々通信系６０２と１ビット通信系６０４とを備えている。セル電圧値読み取りや各種コマンド送信のための通信系６０２においては、絶縁素子（例えば、フォトカプラ）ＰＨを介してデイジーチェーン方式で電池モジュール２０を制御するマイコン３０とシリアル通信を行う。１ビット通信系６０４は、セル過充電が検知されたときの異常信号を送信する。図２に示す例では、通信系６０２は、電池モジュールブロック２０ＡのセルコントローラＩＣ１、ＩＣ２に対する上位の通信経路と、電池モジュールブロック２０ＢのセルコントローラＩＣ３、ＩＣ４に対する下位の通信経路とに分けられている。

各セルコントローラＩＣは異常診断を行い、自分自身が異常と判断した場合、あるいは上位のセルコントローラＩＣから異常信号を受信端子ＦＦＩ（図３参照）で受信した場合に、送信端子ＦＦＯ（図３参照）から異常信号を送信する。一方、既に受信端子ＦＦＩで受信していた異常信号が消えたり、あるいは自分自身の異常判断が正常判断となったりした場合には、送信端子ＦＦＯから伝送される異常信号は消える。この異常信号は本実施形態では１ビット信号である。

マイコン３０は異常信号をセルコントローラＩＣに送信しないが、異常信号の伝送路である１ビット通信系６０４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１ビット通信系６０４に送出する。このテスト信号を受信したセルコントローラＩＣ１は異常信号を通信系６０４へ送出し、その異常信号がセルコントローラＩＣ２によって受信される。異常信号はセルコントローラＩＣ２からセルコントローラＩＣ３、ＩＣ４の順に送信され、最終的にはセルコントローラＩＣ４からマイコン３０へと返信される。通信系６０４が正常に動作していれば、マイコン３０から送信された擬似異常信号は通信系６０４を介してマイコン３０に戻ってくる。このように擬似異常信号をマイコン３０が送受することで通信系６０４の診断ができ、システムの信頼性が向上する。

電池ディスコネクトユニットＢＤＵ内にはホール素子等の電流センサＳｉが設置されており、電流センサＳｉの出力はマイコン３０に入力される。電池モジュール２０の総電圧および温度に関する信号もマイコン３０に入力され、それぞれマイコン３０のＡＤ変換器（ＡＤＣ）によって測定される。温度センサは電池モジュールブロック２０Ａ、２０Ｂ内の複数箇所に設けられている。

＜セルコントローラＩＣの構成＞
次に図３および図２を参照して、本発明による蓄電池制御装置に用いられるセルコントローラＩＣの回路の概略について説明する。

図３は蓄電池制御用ＩＣである、セルコントローラＩＣの内部ブロックの概略を示す図であり、セルグループ２０Ａ１の４つの電池セルＢＣ１〜ＢＣ４が接続されるセルコントローラＩＣ１を例に示した。なお、説明は省略するが、他のＩＣに関しても同様の構成となっている。また上述したように、各セルグループに含まれる電池セルは４個に限定されず、６個あるいはこれ以上であってもよい。セルコントローラＩＣはセルグループに含まれる電池セルの個数に対応できるように設計されている。例えばバランシング用スイッチは６個の電池セルに対応できるように既に６個のバランシングスイッチを備えているが、セルグループに含まれる電池セルの個数が４個の場合は、６個のバランシングスイッチの内４個のみ使用する。

セルコントローラＩＣ１には、電池状態検出回路としてのマルチプレクサ１２０や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〜ＢＣ４の端子電圧は、電圧検出線ＳＬ１〜ＳＬ５、電圧入力端子ＣＶ１〜ＣＶ４およびＧＮＤ端子を介してマルチプレクサ１２０に入力される。マルチプレクサ１２０は電圧入力端子ＣＶ１〜ＣＶ４およびＧＮＤ端子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。電圧入力端子ＣＶ１〜ＣＶ４，ＧＮＤ端子に入力される各電池セルＢＣ１〜ＢＣ４の端子電圧は、セルコントローラＩＣ１のＧＮＤ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〜ＢＣ４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。

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、電圧測定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。ＩＣ制御回路１２３は、伝送入力回路１３８から入力された通信コマンドの内容を解読し、その内容に応じた処理を行う。コマンドとしては、例えば、各電池セルの端子間電圧の計測値を要求するコマンド、各電池セルの充電状態を調整するための放電動作を要求するコマンド、当該セルコントローラＩＣの動作を開始するコマンド（Ｗａｋｅ ＵＰ）、動作を停止するコマンド（スリープ）、アドレス設定を要求するコマンド、等を含んでいる。

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〜ＢＣ４の各端子間電圧を各電池セルＢＣ１〜ＢＣ４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。

ＩＣ１の内部回路には、少なくとも２種類の電源電圧ＶＣＣ，ＶＤＤ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〜ＢＣ４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で動作する。

セルコントローラＩＣ１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ＩＣからの信号を受信する回路２３１とフォトカプラＰＨからの信号を受信する回路２３４とを備えている。

図３に示すように、セルコントローラＩＣ１の場合には、フォトカプラＰＨからの信号が受信端子ＬＩＮ１に入力され、セルコントローラＩＣ２の場合には、隣接するＩＣ１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３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。

すなわち、セルコントローラＩＣの中の伝送方向最上位のセルコントローラＩＣ、すなわち、セルコントローラＩＣ１の受信端子ＬＩＮ１に上位コントローラ（マイコン３０）からの信号が入力される場合には、切換器２３３は下側接点が閉じ、回路２３４の出力信号が伝送入力回路１３８から出力される。一方、伝送方向最上位ではない、下位のセルコントローラＩＣの受信端子ＬＩＮ１に隣接セルコントローラＩＣからの信号が入力される場合には、切換器２３３は上側接点が閉じ、回路２３２の出力信号が伝送入力回路１３８から出力される。図３に示すセルコントローラＩＣ２の場合、伝送入力回路１３８には隣接するセルコントローラＩＣ１からの信号が入力されるので、切換器２３３は上側接点が閉じる。上位コントローラ（マイコン３０）からの出力と隣接するセルコントローラＩＣの送信端子ＬＩＮ２からの出力とでは出力波形の波高値が異なるため、判定する閾値が異なる。そのため、制御端子ＣＴの制御信号に基づいて、回路１３８の切換器２３３を切り換えるようにしている。なお、通信系６０４についても同様の構成となっている。

受信端子ＬＩＮ１で受信された通信コマンドは、伝送入力回路１３８を通ってＩＣ制御回路１２３に入力される。ＩＣ制御回路１２３は、受信した通信コマンドに応じたデータやコマンドを伝送出力回路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、伝送出力回路１４０と同様の構成である。

端子ＦＦＩから受信した信号は、異常状態（過充電信号）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ＩＣまたはフォトカプラＰＨから伝送されてきた信号を起動回路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が出力されるとセルコントローラＩＣ２はスリープ状態から立ち上がり動作状態となる。

セルコントローラＩＣ１の電圧入力端子ＣＶ１〜ＣＶ４は電池セルのセル電圧を計測するための端子である。電圧入力端子ＣＶ１〜ＣＶ４には、それぞれ電圧検出線ＳＬ１〜ＳＬ４が接続されており、各々の電圧検出線には端子保護及び容量調整の放電電流制限のための抵抗ＲＣＶがそれぞれ設けられている。各電圧検出線ＳＬ１〜ＳＬ４は電圧入力端子ＣＶ１〜ＣＶ４と各電池セルＢＣの正極または負極を接続している。なお、電圧検出線ＳＬ５は電池セルＢＣ４の負極からＧＮＤ端子に接続されている。例えば、電池セルＢＣ１のセル電圧を計測する場合には、電圧入力端子ＣＶ１−ＣＶ２間の電圧を計測する。また、電池セルＢＣ４のセル電圧を計測する場合には、電圧入力端子ＣＶ４−ＧＮＤ端子間の電圧を計測する。電圧検出線間には、コンデンサＣｖ、Ｃｉｎが、ノイズ対策として設けられている。また後述するように、これらの電圧検出線の電池セル側の部分とセルコントローラＩＣ側の部分は、電池モジュールと蓄電池制御装置を接続するコネクタで接続されている。

図２の電池モジュール２０の性能を最大限に活用するためには、全部で１６個の電池セルのセル電圧を均等化する必要がある。例えば、セル電圧のばらつきが大きい場合、回生充電時に最も高い電池セルが上限電圧に達した時点で回生動作を停止する必要がある。この場合、その他の電池セルのセル電圧は上限に達していないにもかかわらず、回生動作を停止して、ブレーキとしてエネルギーを消費することになる。このようなことを防止するために、各セルコントローラＩＣは、マイコン３０からのコマンドで電池セルの容量調整のための放電を行う。

図３に示すように、各セルコントローラＩＣは、ＣＶ１−ＢＲ１、ＢＲ２−ＣＶ３、ＣＶ３−ＢＲ３およびＢＲ４−ＧＮＤの各端子間にセル容量調整用のバランシングスイッチＢＳ１〜ＢＳ４を備えている。例えば、電池セルＢＣ１の放電を行う場合には、バランシングスイッチＢＳ１をオンする。そうすると、電池セルＢＣ１の正極→抵抗ＲＣＶ→ＣＶ１端子→バランシングスイッチＢＳ１→ＢＲ１端子→抵抗ＲＢ→電池セルＢＣ１の負極の経路でバランシング電流が流れる。なお、ＲＢまたはＲＢＢはこのバランシング用の抵抗であり、ＢＲ１〜ＢＲ４はこのバランシングを行うための端子である。

このように、セルコントローラＩＣ内には、電池セルＢＣ１〜ＢＣ４の充電量を調整するためのバランシングスイッチＢＳ１〜ＢＳ４が設けられている。実際のセルコントローラＩＣでは、バランシングスイッチＢＳ１，ＢＳ３にはＰＭＯＳスイッチが用いられ、バランシングスイッチＢＳ２，ＢＳ４にはＮＭＯＳスイッチが用いられている。

これらのバランシングスイッチＢＳ１〜ＢＳ４の開閉は、放電制御回路１３２によって制御される。マイコン３０からの指令に基づいて、放電させるべき電池セルに対応したバランシングスイッチを導通させるための指令信号が、ＩＣ制御回路１２３から放電制御回路１３２に送られる。ＩＣ制御回路１２３は、マイコン３０から各電池セルＢＣ１〜ＢＣ４に対応した放電時間の指令を通信により受け、上記放電の動作を実行する。

セルコントローラＩＣ１とセルコントローラＩＣ２の間には、上述したように通信系６０２，６０４が設けられている。マイコン３０からの通信コマンドは、フォトカプラＰＨを介して通信系６０２に入力され、通信系６０２を介してセルコントローラＩＣ１の受信端子ＬＩＮ１で受信される。セルコントローラＩＣ１の送信端子ＬＩＮ２からは、通信コマンドに応じたデータやコマンドが送信される。このようにセルコントローラＩＣ間で順に受信および送信を行い、伝送信号は、セルコントローラＩＣ２の送信端子ＬＩＮ２から送信され、フォトカプラＰＨを介してマイコン３０の受信端子で受信される。セルコントローラＩＣ１とＩＣ２は、受信した通信コマンドに応じて、セル電圧等の測定データのマイコン３０への送信や、バランシング動作を行う。さらに、各セルコントローラＩＣ１とＩＣ２は、測定したセル電圧に基づいてセル過充電を検知する。その検知結果（異常信号）は、信号系６０４を介してマイコン３０へ送信される。

ＥＳＤ対策用として、各セルコントローラＩＣには、例えば各電圧検出線ＳＬ１〜ＳＬ５に対応して、それぞれＥＳＤ保護用ダイオードＤ１、Ｄ２が設けられている。これらのダイオードは、通常は電流が流れないような向きに設けられている。

＜従来の組電池と蓄電池制御装置の接続構造＞
次に図４を参照して、組電池（セルグループ）と蓄電池制御装置の接続構造における問題について説明する。この図では図２の電池モジュール２０とセルコントローラＩＣ１〜ＩＣ４の部分のみを示している。なお、上記のＥＳＤ対策において、従来の接続構造での活線接続時の問題および本発明の接続構造を説明するために、セルコントローラＩＣの回路はこの説明に関係する部分のみ示してある。
なお、これ以降の説明で、電池モジュールと蓄電池制御装置とを接続するコネクタは電池モジュール側コネクタと、これに嵌合する蓄電池制御装置側コネクタから構成されている。また、簡単のため、図４以降では通信経路に設けられたフォトカプラ（ＰＨ）を省略している。

図４では、電池モジュールブロック２０Ａと２０Ｂが示されている。電池モジュールブロック２０Ａにおいて、ＢＣ１〜ＢＣ８はリチウム単電池等の単セル電池（電池セル）、ＳＬ１〜ＳＬ１０は各電池の端子電圧を検出する電圧検出線、ＣＮ１は電圧検出線を蓄電池制御装置１００に接続するためのコネクタである。コネクタＣＮ１は、電池モジュールブロック２０Ａすなわちセルグループ２０Ａ１および２０Ａ２と、これらのセルグループをそれぞれ制御するセルコントローラＩＣ１およびＩＣ２に接続するモジュールブロックコネクタである。電池モジュールブロック２０Ｂについても同様に構成されている。コネクタＣＮ２は電池モジュールブロック２０Ｂすなわちセルグループ２０Ｂ１および２０Ｂ２と、これらのセルグループをそれぞれ制御するセルコントローラＩＣ３およびＩＣ４に接続するモジュールブロックコネクタである。

破線で囲まれた領域ＲＣ−Ｎｅｔには、図３に示すように、電圧検出線ＳＬ１〜ＳＬ２０と、保護回路および放電回路とを含む配線回路が設置されている。保護回路および放電回路は、符号ＣｖおよびＣｉｎで表したコンデンサや符合ＲＣＶおよびＲＢで表した抵抗で構成される。領域ＲＣ−Ｎｅｔには、更にセルコントローラＩＣ１〜ＩＣ４それぞれの高電位側（ＶＣＣ側）および低電位側（ＧＮＤ側）のセルコントローラ外部の配線も含まれており、このＶＣＣ側とＧＮＤ側との間に更にノイズ対策用のコンデンサ等（不図示）を取り付けることが行われている。

領域ＲＣ−Ｎｅｔでの各々のセルコントローラＩＣのＶＣＣ側配線は、それぞれのセルコントローラＩＣと接続されたセルグループの最高電位の電圧検出線と接続されており、ＧＮＤ側配線はセルグループの最低電位の電圧検出線と接続されている。たとえば、セルコントローラＩＣ１のＶＣＣ側配線は電圧検出線ＳＬ１と接続されており、ＧＮＤ側配線は電圧検出線ＳＬ５と接続されている。また、各セルコントローラＩＣのＶＣＣ側端子ＶＣＣＴと最高電位の電圧検出線は、セルコントローラＩＣの正極側外部端子で接続されており、ＧＮＤ側端子ＧＮＤＴは最低電位の電圧検出線と負極側外部端子で接続されている。

ＳＤ−ＳＷはメンテナンス時などに電池の主回路を遮断するためのスイッチ（サービスディスコネクト）である。スイッチＳＤ−ＳＷ内には異常電流が電池に流れたときに回路を遮断するためのフューズＦｕｓｅが内蔵されている。
なお、電池モジュール２０をコネクタＣＮ１あるいはＣＮ２を介して蓄電池制御装置１００に接続する場合や、蓄電装置１１のメンテナンスを行う場合などでは、安全のためこのスイッチＳＤ−ＳＷが引き抜かれて電池モジュールブロック２０Ａと２０Ｂの接続が遮断される。

セルコントローラＩＣ１〜ＩＣ４は電池電圧を計測する機能を備えた集積回路である。これらのセルコントローラＩＣは各々、ＶＣＣ、ＧＮＤで示されている電源端子やＧＮＤ端子、Ｄ１、Ｄ２などのＥＳＤ（electrostatic discharge）保護用ダイオードなどを内蔵している。前述したように１ビット通信系６０４は、セル過充電が検知されたときの異常信号を送信する通信経路である。Ｃ１〜Ｃ４は上記で述べたノイズ対策用であり、各セルコントーラＩＣの電圧安定化のためのバイパスコンデンサである。ＥＰ１〜ＥＰ３はセルコントローラＩＣ間の通信経路６０４上に設けられた、電流を制限するための抵抗やコンデンサなどによる電子部品（電流制限素子）である。この電流制限素子を抵抗だけでなく、コンデンサを並列に接続した構成とすれば必要により所望の時定数をもった電流制限素子とすることができる。

組電池と蓄電池制御装置を接続する図４に示した接続構造では、次のような問題がある。例えば、充電された電池と蓄電池制御装置１００を活線接続する場合、一般的なコネクタでは端子の接続する順番を制御できないため、電圧検出線の接続する順番によっては、蓄電池制御装置１００内のセルコントローラＩＣ１、ＩＣ２を破損する恐れがある。

セルコントローラＩＣに過電流が流れるメカニズムについて説明する。
なお、電池モジュールブロック２０Ａと２０ＢをそれぞれのセルコントローラＩＣと接続する作業は、電池モジュールブロック２０Ａと２０Ｂと同等であるので、以下では代表して電池モジュールブロック２０Ａを例に説明する。スイッチＳＤ−ＳＷは、電池モジュールブロック２０Ａと２０ＢがそれぞれセルコントローラＩＣと接続された後で接続されるので、一方の電池モジュールブロックでの活線接続時の突入電流による問題について説明する。
なお、図５〜７では、電池モジュールブロック２０Ｂ側は一部の符号を省略して記載している。

一例として電圧検出線ＳＬ２とＳＬ１０が最初に接続され、それ以外の電圧検出線は未接続の場合を仮定する。この場合、図４中の太い破線の矢印で示したように、電圧検出線ＳＬ２からセルコントローラＩＣ１内のＥＳＤダイオードＤ１、パイパスコンデンサＣ１、Ｃ２を介して電圧検出線ＳＬ１０へ、パイパスコンデンサＣ１、Ｃ２の充電電流Ｉ１が流れる。この充電電流Ｉ１が、セルコントローラＩＣ１内ダイオードＤ１の許容電流を超えないようにする必要がある。ダイオードＤ１に流れる電流を抑制するため、コンデンサＣｖの容量値を大きくするなどしてコンデンサＣｖ側に電流を流すことによりセルコントローラＩＣ１内のダイオードＤ１の電流を抑制することも有効であるが、コンデンサＣｖを含む領域ＲＣ−ｎｅｔがコストアップとなる問題がある。

また、充電電流Ｉ１はバイパスコンデンサＣ１、Ｃ２の容量値や、電圧検出線ＳＬ２とＳＬ１０間の電圧差に依存する。バイパスコンデンサＣ１、Ｃ２の容量値は、ハイブリッド自動車や電気自動車などインバータを搭載したシステムでは、インバータノイズ耐性を上げる目的で大きくなる傾向にある。また、電圧検出線間の電圧差は、電池の直列接続数に応じて増加するセルコントーラＩＣの接続数に依存する。従って電池の直列接続数が多くなるほど電圧差も大きくなる。
なお、先に説明した図３ではこのバイパスコンデンサＣ１は省略している。
図４では、電圧検出線ＳＬ５、ＳＬ６とＳＬ１５、ＳＬ１６をそれぞれ蓄電池制御装置１００へ接続している構成としているが、電圧検出線ＳＬ５とＳＬ６は蓄電池制御装置１００内で接続されているためどちらか一方を未接続とする場合がある。同様に、電圧検出線ＳＬ１５又はＳＬ１６の一方を未接続とする場合がある。

以上より、セルコントローラＩＣ１〜ＩＣ４を搭載した蓄電池制御装置１００を電池モジュール２０、すなわちセルグループ２０Ａ１、２０Ａ２、２０Ｂ１、２０Ｂ２へ活線接続する場合、これらのセルコントローラＩＣでの過電流を抑制する対策が必要となる。

＜本発明での組電池と蓄電池制御装置の接続構造＞
本発明では上記の問題を解決するために、制御装置内の第１のセルコントローラＩＣ１内のＥＳＤダイオードに過電流が流れる可能性のある電流経路に、電流制限素子を挿入すると共に、動作時に電流制限素子を短絡する回路を付加し、活線接続時の部品保護と起動後の正常動作を行う。電流経路はシミュレーションや計算、ＥＳＤダイオードの向きによって特定する。図４に示すように、活線接続時の充電電流は各セルコントローラＩＣのＶＣＣ側にほぼ全て流れるようにＥＳＤダイオードが（Ｄ１、Ｄ２）が設けられており、さらにセルコントローラＩＣ１、ＩＣ２の外側でバイパスコンデンサＣ１、Ｃ２を経由してセルコントローラＩＣ２のＧＮＤ側に流れるように構成されている。したがって、この充電電流の経路に電流制限素子及び電流制限素子を短絡する回路を付加するようにした。
また本発明では、最初に説明した、活線接続の順序を規定するような特殊なコネクタを使用せず、一般的なコネクタを用いて実現することができる。以下に、実施形態の詳細について説明する。

＜第１の実施形態＞
図５は、本発明の第１の実施形態を示す例である。以下、図４と同一部品には同一番号を付し説明を省略する。
本実施形態では、図４に示す比較例と比較して、上記で説明したセルコントローラＩＣ１内のＥＳＤダイオードに過電流が流れる可能性のある電流経路、すなわちセルコントローラＩＣ１のＶＣＣ側とＩＣ２のＧＮＤ側とを接続する回路（充電電流Ｉ１が流れる回路）において、セルコントローラＩＣ１とＩＣ２の間に電流制限素子ＥＰ４およびこの電流制限素子を短絡するスイッチＳＷ１が接続されている。

このスイッチＳＷ１はセルコントローラＩＣ１がオン状態でない、すなわち起動されていない場合にはオフ、すなわち開いており、上記の充電電流は、電流制限素子ＥＰ４を流れるようになっている。このようなスイッチＳＷ１には、たとえば半導体リレーが用いられる。この半導体リレーは、セルコントローラＩＣ１から電源ＶＤＤの供給を受けて動作する。すなわち、セルコントローラＩＣ１が起動されたとき、所定遅延時間後にスイッチＳＷ１が閉じ、充電電流が電流制限素子ＥＰ４をバイパスするような半導体リレーである。
前述のように、セルコントローラＩＣ１〜４は、隣接セルコントローラまたはフォトカプラＰＨを介して上位コントローラから送信される信号を起動回路１４７が受信して起動される。電源ＶＤＤはセルコントローラＩＣが起動してから供給されるので、スイッチＳＷ１がオンとなるのは、コネクタＣＮ１やＣＮ４で電池モジュール２０と蓄電池制御装置１００が接続された後になる。

なお、図５に示すように、セルコントローラＩＣ３とＩＣ４においても、セルコントローラＩＣ３でＥＳＤダイオードに過電流が流れる可能性のある電流経路が存在するならば、セルコントローラＩＣ３とＩＣ４の間にも、同様に電流制限素子ＥＰ５及びこの電流制限素子を短絡するスイッチＳＷ２を接続する。

このような構成とすることで、比較例（図４）で問題となったセルコントローラＩＣへの過電流を防止できる。例えば電圧検出線ＳＬ２とＳＬ１０が最初に蓄電池制御装置１００と接続された場合、図中の破線矢印の経路、すなわち、信号線ＳＬ２からダイオードＤ１、コンデンサＣ１の経由でパイパスコンデンサＣ１の充電電流Ｉ１が流れようとする。しかし、先に示したように充電電流Ｉ１は電流制限素子ＥＰ４により制限される。すなわち、ＥＳＤダイオードに過電流が流れない。このため、電圧検出線ＳＬ２とＳＬ１０とが最初に接続された場合でも、セルコントローラＩＣ１を保護することができる。

図５の接続構成において、ダイオードＤ１を経由してコンデンサＣ１に最大の充電電流Ｉ１が流れるのは、電圧検出線ＳＬ２とＳＬ５が接続された場合であるが、他のＥＳＤダイオード、例えばＤ２、Ｄ３を経由してもコンデンサＣ１を経由して充電電流Ｉ１が流れるため、上記で説明した同様の効果が他のＥＳＤダイオードに対しても得られる。
また、セルグループの二次電池の数が増え、これに対応してコンデンサＣ１の容量が増えた場合でも、電流制限素子Ｅ４の抵抗値を充分に大きい値とし、ＥＳＤダイオードに許容値以上の電流が流れないように制限することができる。

しかし、上記のような電流制限素子ＥＰ４が、充電電流Ｉ１が流れる経路に常時直列接続されるようにすると、セルコントローラＩＣ１の電圧を安定させるためのバイパスコンデンサＣ１の効果が得られない可能性がある。上記で説明したように、電流制限素子ＥＰ４を短絡するスイッチＳＷ１を備えたバイパス回路を使用し、活線接続時以外の通常動作時には電流制限素子ＥＰ４を短絡することで、バイパスコンデンサの効果を阻害するおそれがない。

上記で説明した、コンデンサＣ１を流れるような充電電流Ｉ１で最も大きな電流が流れるのは電池モジュール２０Ａあるいは２０Ｂと蓄電池制御装置１００とをコネクタＣＮ１あるいはＣＮ２によって接続（活線接続）する時の充電電流によるものである。この接続以降で通常の動作時においては、活線接続の場合ほど大きな電流が流れることはない。したがって、上記のような電流制限素子ＥＰ４とこの短絡スイッチＳＷ１の構成を採用することにより、電池モジュール２０と蓄電池制御装置１００との活線接続時における充電電流対策と、蓄電池制御装置１００の通常の動作時におけるセルコントローラＩＣのバイパスコンデンサの効果とを両立させることができる。

なお、図５（および以下で参照する図６、７）では、電流制限素子ＥＰ４をバイパスコンデンサＣ１とセルコントローラＩＣ１の低電位側（ＧＮＤ）との間に接続しているが、これは、電流制限素子ＥＰ４を短絡するスイッチＳＷ１の駆動をセルコントローラＩＣ１から供給される電源ＶＤＤで行うためである。

また、図５では隣り合う２つのセルコントローラＩＣ１とＩＣ２の内、セルコントローラＩＣ１側に電流制限素子ＥＰ４とこの短絡スイッチＳＷ１を設けている。２つの隣り合うセルコントローラのどちらか一方に電流制限素子と短絡スイッチを設ける場合には、高電位側で突入電流が発生した場合は電流が大きくなることから、高電位側のセルコントローラＩＣ１にこれらを設ける。
また、図５では説明を簡単にするため、各電池モジュールがそれぞれ２つのセルグループで構成されているように示しているが、前述のように、各電池モジュールは２つ以上のセルグループから構成することもできる。このような場合にも、電流制限素子とこの短絡スイッチを１組だけ設ける場合は、最も高電位のセルコントローラＩＣにこれらを設ける。

＜第２の実施形態＞
図６は、本発明の第２の実施形態を示す例である。以下、図４、５と同一部品には同一番号を付し説明を省略する。
本実施形態では、全てのセルコントローラＩＣの各々のバイパスコンデンサに直列に、電流制限素子（ＥＰ４、ＥＰ６、ＥＰ５、ＥＰ７）とこの電流制限素子を短絡するスイッチ（ＳＷ１、ＳＷ３、ＳＷ２、ＳＷ４）とからなる回路を接続している。それぞれの短絡スイッチは、上記で説明したように、蓄電池制御装置１００の通常動作時においては、各セルコントローラＩＣから供給される電源（ＶＤＤ）によってオンとされ、各電流制限素子はバイパス（短絡）される。

説明および図示を簡単にするため、図６では各セルグループ（２０Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２）は、それぞれ４個の二次電池セルから構成される例を示している。近年、複数のリチウム単電池等から構成される蓄電装置の高出力化の要求が増大していること、また低価格化の要求にも応えるため、セルグループ当たりの二次電池セル数は増大する傾向にある。
したがって、各セルグループのＶＣＣ電圧も増大する傾向にあり、各セルコントローラＩＣ毎にバイパスコンデンサだけでなく、上記の電流制限素子および短絡スイッチを設けることによって、各セルコントローラＩＣのＥＳＤダイオードを含む内部回路を保護することができる。

なお、図６では各セルグループ（２０Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２）とこれらのセルグループの二次電池セルの状態を監視／制御するセルコントローラＩＣ１〜４がそれぞれ独立したコネクタＣＮＡ１、ＣＮＡ２、ＣＮＢ１、ＣＮＢ２で接続されている。これらの接続は、図５に示すように、電池モジュールブロック（２０Ａ、２０Ｂ）毎にコネクタＣＮ１、ＣＮ２を用いてもよい。

上記の本発明の構成例では、スイッチＳＷ１をオンとするための電源はセルコントローラＩＣ１のＶＤＤを使用している。セルコントローラＩＣ１のＶＤＤはセルコントローラＩＣ１が動作している場合に出力される。そのため、活線接続時においては電流制限素子ＥＰ４によるセルコントローラＩＣの保護が可能となる。また、電流経路に図３の低抵抗値であるバランシング抵抗ＲＢが存在する場合、このバランシング抵抗ＲＢには耐久性の高い、すなわち耐熱性のある大電力用の抵抗を用いる必要がある。しかしながら、上記で説明したように、本発明では大きな突入電流が流れることがないので、このバランシング抵抗に特別な素子を用いることなく、通常の抵抗とすることで、蓄電池制御装置１００のコストを抑えることができる。また、組電池と蓄電池制御装置との接続に、活線接続の順番を規定するような特殊なコネクタを使用せず、一般的に使用されるコネクタで安価に実現することが可能となる。

＜第３の実施形態＞
図７は、本発明の第３の実施形態を示す例である。以下、図４〜６と同一部品には同一番号を付し説明を省略する。
本実施形態では、通信系６０４を介して直列に接続された、２つの隣り合うセルコントローラ間に通信系６０４に設けられた電流制限素子（ＥＰ１、ＥＰ２、ＥＰ３）にも、これを短絡（バイパス）するスイッチ（ＳＷ５、ＳＷ６、ＳＷ７）を並列に設けた構成としたものである。
この通信系６０４の電流制限素子（ＥＰ１、ＥＰ２、ＥＰ３）もセルコントローラＩＣ間でのＥＳＤ対策用に設けられているが、上記で説明した突入電流が通信系６０４を介して流れる可能性もあるので、これによるセルコントローラＩＣ内の回路の保護を図ることができる。

しかしながら、電流制限素子は、通信系６０４で送受信される信号の品質を劣化させる可能性がある。このため、セルコントローラＩＣを含む蓄電池制御装置が起動され、突入電流等によるセルコントローラＩＣを保護する必要が無い状態においては、スイッチＳＷ５〜７をオンとして、通信系６０４の電流制限素子（ＥＰ１、ＥＰ２、ＥＰ３）をバイパスすることで、通信系の信号品質劣化を避けることができる。

なお、この通信系６０４に設けられた電流制限素子（ＥＰ１、ＥＰ２、ＥＰ３）に並列に設けられるスイッチ（ＳＷ５、ＳＷ６、ＳＷ７）は、２つのセルコントローラ間の通信だけでなく、通信経路６０４に接続された全てのセルコントローラＩＣの通信信号およびこれらのセルコントローラと上位コントローラ（マイコン３０）との通信信号の品質に影響するので、これらのスイッチの制御は上位コントローラから行われることが望ましい。
このため、たとえば図２に示すようなフォトカプラ（ＰＨ）である絶縁素子を、スイッチＳＷ５〜７を制御するためにさらに設け（不図示）、これらのフォトカプラを介して、それぞれのスイッチが上位コントローラから制御されることが好ましい。これらのスイッチＳＷ５〜７は、たとえばそれぞれのフォトカプラの出力電圧で制御すればよい。

＜第４の実施形態＞
前述のように、１つのセルグループを構成する二次電池セルの数は近年増加傾向にある。図８は、１つのセルグループがたとえば１２個のリチウムイオン二次電池セルを直列接続した構成となっている場合の例である。
図８の構成は、図６あるいは図７で１つのセルグループおよびこれを制御するセルコントローラＩＣを１組だけ抜き出して示したものである。ここでは、たとえば図６あるいは図７での最高電位のセルグループ２０Ａ１と、これを制御するセルコントローラＩＣ１に対応するとして共通の参照番号を用いている。ただし、二次電池セル数が１２であることに対応して電圧検出線はＳＬ１〜ＳＬ１３となっており、ＲＣ−ＮｅｔやセルコントローラＩＣ１内部のＥＳＤダイオード（Ｄ１、Ｄ２）を含む回路は二次電池セル数に対応して設けられている。なお、セルコントローラＩＣ間の通信系を含む配線は省略してある。

ただし、ＨＥＶやＥＶなどの電動車両以外に使用する場合で、数十Ｖ程度の出力で充分な場合は、図８に示す通りの、１つのセルグループと１つのセルコントローラＩＣからなる構成の蓄電装置として用いることが可能である。

図８に示す構成では１つのセルグループが１２個のリチウムイオン二次電池セルから構成されており、その端子電圧は図４〜７に示すような４個の二次電池セルからなるセルグループ２つ分より大きくなっている。
このような場合には、図８のようなセルグループ１つだけでも、上記の説明と同様に、セルグループ２０Ａ１とセルコントローラＩＣ１のコネクタ接続時の活線接続による充電電流Ｉ１に伴うＥＳＤダイオードの保護対策を講じる必要がある。

図８の例では、電圧検出線ＳＬ２とＳＬ１３が最初に接続され、それ以外の電圧検出線は未接続の場合を仮定している。この場合、電圧検出線ＳＬ２からセルコントローラＩＣ１内のＥＳＤダイオードＤ１、パイパスコンデンサＣ１、電流制限素子ＥＰ４を介して電圧検出線ＳＬ１３へ、パイパスコンデンサＣ１の充電電流Ｉ１が流れる。この充電電流Ｉ１が、セルコントローラＩＣ１内ダイオードＤ１の許容電流を超えるとセルコントローラＩＣ１が破損するが、電流制限素子ＥＰ４が設けられているので、ダイオードＤ１に流れる電流が制限され、このダイオードＤ１の破損を避けることができる。

図８の構成例においても、電流制限素子ＥＰ４を短絡（バイパス）するスイッチＳＷ１がＥＰ４と並列に設けられており、このスイッチＳＷ１はセルコントローラＩＣ１のＶＤＤによりオンとされる。あるいは前述のように、このスイッチＳＷ１をたとえばフォトカプラＰＨ（不図示）の出力電圧で制御し、このフォトカプラＰＨを上位のバッテリコントローラから制御するようにしてもよい。

なお、図８のような構成のセルグループおよびセルコントローラＩＣを複数個直列あるいは直並列に接続して高電圧・大出力の蓄電装置として用いることも可能である。この場合は、前述の実施形態１〜３（図５〜７）で説明したように、セルコントローラ間の配線に、電流制限抵抗とバイパススイッチを設ける構成とする。すなわち、図６あるいは図７で各セルグループの二次電池数を増加した構成となる。

（変形例１）
上記の本発明の構成例では、短絡スイッチＳＷ１〜４の駆動用の電源としてセルコントローラＩＣ１のＶＤＤを使用したが、ＶＤＤを使用せず、第３および第４実施形態（図７、８）で説明したように、たとえばフォトカプラ（ＰＨ）の出力電圧（セルコントローラ側電源）を使用して、電流制限素子を短絡するスイッチを上位コントローラ（マイコン３０）から制御しても良い。

（変形例２）
また、図９に示すように、電流制限素子ＥＰ１〜ＥＰ７それぞれを短絡するスイッチＳＷ１〜７を駆動する電源回路ＰＳ１〜４を設けてもよい。これらの電源回路ＰＳ１〜４はそれぞれセルコントローラＩＣ１〜４のＶＣＣ電源供給を受けてスイッチＳＷ１〜７の駆動電源ＶＤＤ１〜４を供給する。したがって、活線接続後、セルコントローラＩＣが起動するまで充分に時間が取れる場合には、バイパスコンデンサの充電電流が０となる時点で、先に短絡スイッチＳＷ１〜７をオンとすることもできる。このようにすることで、セルコントローラＩＣが起動したら、これらのセルコントローラＩＣ間での通信が速やかに高品質で行えるようになる。

（その他の変形例）
以上で説明した実施形態はさらに、以下のように変形して実施することもできる。
（１）図５の接続構成では、１つのセルコントローラＩＣ（例えばＩＣ１）が電池セル４個の電圧検出を受け持っている例を示したが、１つのセルコントローラＩＣが電池セル６個や１２個を受け持つ例などの場合にも、本発明を適用することが出来る。
（２）電池セルの直列数によっては、１つめのセルコントローラＩＣが電池セル５個、２つめのセルコントローラＩＣが電池セル６個などと各々のセルコントローラＩＣの受け持つ電池セル数が異なる場合があるが、このような構成でも本発明を適用することができる。
（３）セルコントローラＩＣ内のＥＳＤダイオードＤ１等については、一例を示したものであり、セルコントローラＩＣの構成によってはＥＳＤダイオードの構成は異なってくる。ここでの重要なポイントは、活線接続時にセルコントローラＩＣ内の素子を経由して流れる過渡電流を、本発明により小さく抑えることが出来ることである。
（４）上記の変形例１で、電流制限素子の短絡スイッチＳＷ１〜７は、それぞれフォトカプラの出力電圧で制御されると説明したが、フォトカプラ以外の絶縁素子たとえばトランスを用いたデジタルアイソレータ等を使用し、この出力電圧を用いて短絡スイッチＳＷ１〜７を制御してもよい。これらのスイッチの制御は高速である必要はなく、フォトカプラあるいはデジタルアイソレータ以外のものであってもよい。たとえば、高電圧側のセルコントローラと低電圧側のバッテリコントローラの絶縁をコンデンサで行い、セルコントローラ側にこのコンデンサを介して上位コントローラ（バッテリコントローラ）から送信された信号を基に、セルコントローラ側に設けたフリップフロップのような回路を動作させて、このフリップフロップ回路の出力で短絡スイッチＳＷ１〜７をそれぞれ制御してもよい。

（５）図５の接続構成では、電池セル１６個を上下８個づつに分け、中間にスイッチＳＤ−ＳＷを設けた例を示したが、スイッチＳＤ−ＳＷの搭載位置や電池セルの直並列数などは柔軟に変更可能である。例えば図５ではスイッチＳＤ−ＳＷをセルグループ２０Ａ２と２０Ｂ１の間に設置しているが、セルグループ２０Ａ１と２０Ａ２の間であっても、セルグループ２０Ｂ１と２０Ｂ２の間であってもよい。更に、電池モジュール２０、電池モジュールブロック２０Ａ、２０Ｂが複数個直列または直並列に接続されている場合は、直列に接続されている電池モジュールまたは電池モジュールブロックのいずれかの場所にスイッチＳＤ−ＳＷを直列に設置すればよい。
（６）図５の接続構成では、２つの隣り合うセルコントローラＩＣのうち、高電位側のセルコントローラＩＣに電流制限素子とこの短絡スイッチを設け、また図６の接続構成では、全てのセルコントローラＩＣに電流制限素子を設けたが、この電流制限素子と短絡スイッチは、セルコントローラＩＣの電位に基づいて設けられてよい。すなわち、複数個のセルコントローラＩＣが複数個のセルグループから構成される電池モジュールブロックと接続されている場合、高電位側の複数個のセルコントローラＩＣに電流制限素子と短絡スイッチを設けるようにしてもよい。

上記の第１〜４の実施形態（図５〜８）によれば、次のような作用効果を奏することができる。
（１）電池セルの電圧検出線と電池セルの電圧検出機能を備えた蓄電池制御装置の活線接続において、接続の順番を一切考慮することがないため、組電池の組み立てを容易にする効果がある。
（２）顧客先での蓄電池制御装置のみの交換においても、電池モジュールと蓄電池制御装置の接続手順を一切考慮することなく簡単に蓄電池制御装置の交換ができる効果がある。
（３）活線接続フリーの蓄電池制御装置内の領域ＲＣ−Ｎｅｔ部ほかの回路部品を小さい容量値や小電力対応の抵抗などで構成でき、ＲＣ−Ｎｅｔ部を低コストに実現することができるとともに蓄電池制御装置を低コスト化できる効果がある。

以上説明したように、本発明による蓄電池制御装置は、複数の二次電池セルを接続した組電池と接続されており、各々の二次電池セルの充放電状態を監視／制御する複数のセルコントローラＩＣを備えている。
これら複数のセルコントローラには必要に応じて、それぞれに保護用のバイパスコンデンサが設けられている。組電池と蓄電池制御装置をコネクタで接続する際には、コネクタ内のピンの接続（活線接続）順序にはバラツキが生じるため、場合によってはセルコントローラに大きな電圧が急激に印加される。
保護用のバイパスコンデンサは、このような電圧に対するセルコントローラの保護を目的として設けられている。バイパスコンデンサの充電電流が大きいと、セルコントローラ内に設けられたＥＳＤ保護用のダイオード等の内部回路にも大電流が流れる。各二次電池セルの充電状態を調整するために、バランシング放電が適宜行われているが、このバランシング放電を短時間で行うために、バランシング抵抗は小さい抵抗値のものが使用される傾向にあり、このため、上記充電電流も大きくなる可能性がある。

なお、上述した各実施形態および変形実施例はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて使用しても良い。それぞれの実施形態および変形実施例での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記の実施形態および変形実施例に限定されるものではない。

Claims (10)

1. 複数の二次電池セルを接続した組電池を制御する蓄電池制御装置であって、
   前記組電池の各々の二次電池セルの充放電を監視および制御する少なくとも一つの集積回路、
   前記集積回路の正極側外部端子と負極側外部端子を接続する経路に設けられたバイパスコンデンサと、
   前記経路に設けられた少なくとも一つの第１の電流制限素子と、
   前記第１の電流制限素子と並列に設けられ、前記第１の電流制限素子を短絡する少なくとも一つの第１のスイッチとを備える蓄電池制御装置。
2. 請求項１に記載の蓄電池制御装置において、
   前記集積回路は、前記組電池を所定数の二次電池ごとに制御する複数の集積回路を備え、
   前記第１の電流制限素子は、前記複数の集積回路の前記経路のすべて、または、前記複数の集積回路の前記経路のうち、前記組電池と前記蓄電制御装置の接続の際に許容電流以上の突入電流が流れる経路に設けられた複数の第１の電流制限素子を備え、
   前記第１のスイッチは、前記複数の集積回路ごとに設けられた複数の第１のスイッチを備える蓄電池制御装置。
3. 請求項１または２に記載の蓄電池制御装置において、
   前記第１のスイッチは、前記集積回路が起動した後、遅延して閉成され、前記第１の電流制限素子を短絡する蓄電池制御装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蓄電池制御装置において、
   前記第１のスイッチは、前記集積回路が起動した後、前記集積回路の内部電源により閉成され、前記第１の電流制限素子を短絡する蓄電池制御装置。
5. 請求項２に記載の蓄電池制御装置において、
   連続して設けられた２つの集積回路間で各種信号を通信する通信経路と、
   当該通信経路を流れる電流を制限する第２の電流制限素子と、
   前記第２の電流制限素子と並列に設けられ、前記第２の電流制限素子を短絡する第２のスイッチとをさらに備える蓄電池制御装置。
6. 請求項５に記載の蓄電池制御装置において、
   前記第２のスイッチの制御用絶縁素子をさらに備え、
   前記第２のスイッチは、前記集積回路の上位コントローラからの信号により前記第２のスイッチの制御用絶縁素子を介して閉成され、前記第２の電流制限素子を短絡する蓄電池制御装置。
7. 請求項１または２または５に記載の蓄電池制御装置において、
   前記集積回路とは別に設けられた、短絡スイッチ駆動用電源をさらに備え、
   前記第１のスイッチは、前記集積回路の起動した後に、前記短絡スイッチ駆動用電源の出力により閉成され、前記第１の電流制限素子を短絡する蓄電池制御装置。
8. 請求項５に記載の蓄電池制御装置において、
   前記集積回路とは別に設けられ、短絡スイッチ駆動用電源をさらに備え、
   前記第２のスイッチは、前記集積回路の起動した後に、前記短絡スイッチ駆動用電源の出力により閉成され、前記第２の電流制限素子を短絡する蓄電池制御装置。
9. 請求項２に記載の蓄電池制御装置において、
   前記複数の集積回路のうち、少なくとも最高電位の所定数の二次電池を制御する集積回路の正極側外部端子と負極側外部端子とを接続する経路に関して、前記第１の電流制限素子と前記第１のスイッチとを備える蓄電池制御装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の蓄電池制御装置と、
    前記組電池とを備える蓄電装置。

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