JPWO2014024452A1 - バッテリシステム及びこのバッテリシステムを備える電動車両並びに蓄電装置 - Google Patents

Abstract

各素電池の電圧をより精度よく検出して、素電池の劣化や電気特性の低下を有効に防止する。バッテリシステムは、複数の素電池と、各々の素電池の電圧を検出する電圧検出回路と、各素電池の電極端子（１Ａ）を電圧検出回路（３）の入力側に接続する複数の電圧検出ライン（６）とを備えており、電圧検出回路が電圧検出ライン（６）を介して各素電池の電圧を検出する。各々の電圧検出ライン（６）は長さが異なると共に、電圧検出ライン（６）の少なくとも一つに、長い電圧検出ライン（６Ｘ）の電気抵抗と短い電圧検出ライン（６Ｙ）の電気抵抗を均等化する抵抗調整部（７）を設けており、この抵抗調整部（７）によって電気抵抗が均等化された電圧検出ライン（６）を介して、電圧検出回路が各々の素電池の電圧を検出している。

Description

本発明は、複数の素電池の電圧を検出する電圧検出回路を備えるバッテリシステムに関し、とくに、素電池と電圧検出回路とを電圧検出ラインで接続して、素電池の電圧を検出するバッテリシステム及びこのバッテリシステムを備える電動車両並びに蓄電装置に関する。

出力を大きくするバッテリシステムは、多数の電池を直列に接続して電圧を高くしている。このバッテリシステムは、直列に接続している電池を同じ充電電流で充電し、また同じ電流で放電する。したがって、全ての電池が全く同じ特性であれば、電池電圧や残容量にアンバランスは発生しない。しかしながら、現実には、全く同じ特性の電池は製造できない。電池のアンバランスは、充放電を繰り返すときに、電圧や残容量のアンバランスとなる。さらに、電池電圧のアンバランスは、特定の電池を過充電し、あるいは過放電させる原因となる。電池の過充電や過放電を防止するために、各々の電池の電圧を検出して、充放電の電流を制御するバッテリシステムは開発されている。（特許文献１参照）

特開２００７−３００７０１号公報

このバッテリシステムは、各電池の過充電や過放電を防止するために、電圧検出回路で各々の電池の電圧を検出して、電池ブロックの充放電をコントロールする。電圧検出回路は回路基板に実装されて、各々の電池の電圧を検出するために、入力側を電圧検出ラインを介して各電池に接続している。電圧検出ラインは、一端を各々の電池の正負の電極端子に接続して、他端を電圧検出回路を実装する回路基板に接続する。複数の素電池を直列に接続している電池ブロックは、各素電池を、電圧検出回路を実装する回路基板に接続するので、たとえば、１０個〜２０個の素電池を直列に接続している電池ブロックは、１１本〜２１本の電圧検出ラインを介して回路基板に接続される。各々の電圧検出ラインは、一端を各素電池の電極端子に、他端を電池ブロックの近傍に位置する回路基板に接続するが、全てを同じ長さにはできず、各電圧検出ラインで電気抵抗が異なり、長い電圧検出ラインの電気抵抗が、短い電圧検出ラインの電気抵抗よりも大きくなる。また、電圧検出ラインは、電池ブロックの負荷電流が流れず、しかも本数が多いため、細いワイヤーハーネスやフレキシブルプリント基板などが使用されるので、長さによって電気抵抗の差が大きくなる。電圧検出ラインの電気抵抗の違いは、電圧検出回路における検出誤差の原因となる。電圧検出ラインの電気抵抗が電圧降下を発生させるからである。このため、素電池を電圧検出回路に接続する各電圧検出ラインの電気抵抗が異なると、電圧検出回路は素電池の電圧を正確に検出できなくなる。素電池の電圧を正確に検出できない電圧検出回路は、素電池の過充電や過放電を理想的な状態でコントロールできず、特定の素電池の電気特性を低下させて劣化させる原因となる。

本発明は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、各素電池の電圧をより精度よく検出することで、素電池の劣化や電気特性の低下を有効に防止できるバッテリシステム及びこのバッテリシステムを備える電動車両並びに蓄電装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明のバッテリシステムは、複数の素電池１と、各々の素電池の電圧を検出する電圧検出回路３と、各素電池１の電極端子１Ａを電圧検出回路３の入力側に接続する複数の電圧検出ライン６とを備えており、電圧検出回路３が電圧検出ライン６を介して各素電池１の電圧を検出する。各々の電圧検出ライン６は長さが異なると共に、電圧検出ライン６の少なくとも一つに、長い電圧検出ライン６Ｘの電気抵抗と短い電圧検出ライン６Ｙの電気抵抗を均等化する抵抗調整部７を設けており、この抵抗調整部７によって電気抵抗が均等化された電圧検出ライン６を介して、電圧検出回路３が各々の素電池１の電圧を検出している。

以上のバッテリシステムは、各素電池の電圧を精度よく検出して、素電池の劣化や電気特性の低下を有効に防止できる特徴がある。それは、以上のバッテリシステムが、電圧検出ラインに抵抗調整部を設けて、長い電圧検出ラインと短い電圧検出ラインの電気抵抗のアンバランスを解消して、各々の電圧検出ラインの電圧降下を均一にしているからである。すなわち、長い電圧検出ラインで電圧検出回路に接続される素電池も、短い電圧検出ラインで電圧検出回路に接続される素電池も、同じ条件で電圧が検出されて、電圧降下によるアンバランスの誤差を無視できるからである。また、さらに精度よく素電池の電圧を検出するために、電圧検出ラインの電圧降下を補正するバッテリシステムにおいては、電圧降下による補正電圧を同じ電圧にできるので、簡単な補正でさらに精度よく素電池の電圧を検出できる。

本発明のバッテリシステムは、複数の電圧検出ライン６をプリント基板１０に設けて、長い電圧検出ライン６Ｘの横幅（Ｗ）を短い電圧検出ライン６Ｙの横幅（Ｗ）よりも広くする抵抗調整部７Ａを設けることにより、長い電圧検出ライン６Ｘの電気抵抗と短い電圧検出ライン６Ｙの電気抵抗を均等化することができる。
以上のバッテリシステムは、プリント基板に設けた電圧検出ラインの横幅（Ｗ）で、長い電圧検出ライン６Ｘの電気抵抗と短い電圧検出ライン６Ｙの電気抵抗を均等化するので、簡単かつ容易に、しかもより正確に電気抵抗を均等化して素電池の電圧を精度よく検出できる特徴を実現する。

本発明のバッテリシステムは、電圧検出回路３を実装してなる回路基板５を備え、この回路基板５は複数の電圧検出ライン６を接続する接続端子９を所定の間隔で設けることができる。さらに、バッテリシステムは、複数の電圧検出ライン６をフレキシブルプリント基板１０Ａに設けると共に、このフレキシブルプリント基板１０Ａは、回路基板５の接続端子９に接続される接続部１２を有しており、電圧検出ライン６の抵抗調整部７Ａを接続部１２から離して配置すると共に、接続部１２は横幅を等しくして等間隔に配置することができる。
以上のバッテリシステムは、複数の電圧検出ラインを実現するフレキシブルプリント基板を簡単に電圧検出回路を実装する回路基板に接続しながら、各電圧検出ラインの電気抵抗を均等化できる。それは、フレキシブルプリント基板に設けている抵抗調整部を、回路基板に接続する接続部から離して配置するので、接続部の横幅を等しくして回路基板の接続端子に接続できる等しい間隔にできるからである。

本発明のバッテリシステムは、電圧検出ライン６をリード線１３として、長い電圧検出ライン６Ｘのリード線１３を短い電圧検出ライン６Ｙのリード線１３よりも太くすることができる。
以上のバッテリシステムは、電圧検出ラインをリード線として、このリード線の長さと太さで電圧検出ラインの電気抵抗を調整するので、簡単かつ低コストに各電圧検出ラインの電気抵抗を均等化して、各素電池の電圧を精度よく検出できる。

本発明のバッテリシステムは、短い電圧検出ライン６Ｙに、抵抗調整部７Ｃを実現する抵抗器１４を接続することができる。
以上のバッテリシステムは、抵抗調整部を抵抗器で実現するので、各電圧検出ラインの電気抵抗をより正確に均等化して、各素電池の電圧を精度よく検出できる。

本発明のバッテリシステムは、素電池１に電圧検出ライン６を介して接続してなる放電回路２１と、この放電回路２１の放電状態をコントロールして、各々の素電池１を均等化する制御回路２４からなる均等化回路４を備えて、電圧検出回路３が、放電回路２１の放電状態を検出する検出部１７と、放電回路２１の放電状態を検出して、素電池１の放電状態で電圧検出ライン６の電圧降下を検出して、検出する電圧降下で素電池１の検出電圧を補正する補正部１５とを備えることができる。

以上のバッテリシステムは、電圧検出ラインを、放電回路を素電池に接続するラインに併用しながら、素電池の電圧を精度よく検出できる特徴がある。それは、放電回路が素電池を均等化するために放電する状態における電圧検出ラインの電圧降下を等しくして、素電池の電圧を検出できるからである。放電回路が素電池を均等化放電する状態では、電圧検出ラインに素電池を均等化する放電電流が流れて電圧降下が大きくなる。電気抵抗が均等化された電圧検出ラインは、素電池を均等化する放電電流による電圧降下を等しくできる。このため、電圧検出ラインに素電池を均等化する放電電流を流す状態では、電圧検出ラインの電圧降下が一定の電圧値に特定され、特定された電圧降下を補正することで、素電池の電圧は極めて精度よく検出される。

本発明のバッテリシステムは、補正部１５が、放電状態における電圧検出ライン６の電圧降下を補正電圧として記憶するメモリ１６を有し、このメモリ１６に記憶する補正電圧で検出電圧を補正することができる。
以上のバッテリシステムは、素電池を均等化する放電電流による電圧検出ラインの電圧降下をあらかじめ補正電圧としてメモリに記憶しているので、素電池を均等化放電する状態では、メモリに記憶される補正電圧で検出電圧を補正して、素電池の電圧を極めて精度よく検出できる。

本発明の電動車両は、上記のいずれかのバッテリシステム１００と、このバッテリシステム１００から電力供給される走行用のモータ９３と、バッテリシステム１００及びモータ９３を搭載してなる車両本体９０と、モータ９３で駆動されて車両本体９０を走行させる車輪９７とを備えることを特徴とする。
以上の電動車両は、これに搭載するバッテリシステムを構成する各素電池の電圧をより精度よく検出できるので、素電池の劣化や電気特性の低下を有効に防止して、長期間にわたって安心して使用できる。

本発明の蓄電装置によれば、上記のいずれかのバッテリシステム１００を備えると共に、バッテリシステム１００への充放電を制御する電源コントローラ８４を備えている。この電源コントローラ８４は、外部からの電力により角形電池への充電を可能とすると共に、角形電池に対し充電を行うよう制御することができる。
以上の蓄電装置は、これに使用するバッテリシステムを構成する各素電池の電圧をより精度よく検出できるので、素電池の劣化や電気特性の低下を有効に防止して、長期間にわたって安心して使用できる。

本発明の一実施の形態にかかるバッテリシステムのブロック図である。 本発明の一実施の形態にかかるバッテリシステムの分解斜視図である。 図２に示すバッテリシステムの平面図である。 図３に示すバッテリシステムの回路基板と電圧検出ラインの接続構造を示す拡大図である。 電圧検出ラインの他の一例を示す平面図である。 電圧検出ラインの他の一例を示す平面図である。 図１に示すバッテリシステムが各素電池の電圧を検出するフローチャートである。 エンジンとモータで走行するハイブリッド自動車にバッテリシステムを搭載する例を示すブロック図である。 モータのみで走行する電気自動車にバッテリシステムを搭載する例を示すブロック図である。 蓄電装置にバッテリシステムを使用する例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するためのバッテリシステム及びこのバッテリシステムを備える電動車両並びに蓄電装置を例示するものであって、本発明はバッテリシステム及びこのバッテリシステムを備える電動車両並びに蓄電装置を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。

バッテリシステムは、図１のブロック図に示すように、複数の充電できる素電池１を直列に接続している電池ブロック２と、この電池ブロック２を構成している各々の素電池１に電圧検出ライン６を介して接続されて、各々素電池１の電圧を検出する電圧検出回路３を備えている。さらに、図１のバッテリシステムは、電池ブロック２を構成する素電池１を放電して各々の素電池１を均等化させる均等化回路４も備えている。ただし、バッテリシステムは必ずしも素電池の均等化回路を設ける必要はない。

電池ブロック２を構成する素電池１はひとつの二次電池である。ただ、素電池は、直列又は並列に接続している複数の二次電池とすることもできる。素電池１は、リチウムイオン電池又はリチウムポリマー電池等の非水系電解液電池である。素電池をリチウムイオン電池又はリチウムポリマー電池等の非水系電解液電池とする電池ブロック２は、素電池１をひとつの二次電池で構成する。このバッテリシステムは、各々の素電池１の電圧を電圧検出回路３で検出する。ただし、素電池は、ニッケル水素電池などの充電できる全ての二次電池とすることができる。二次電池をニッケル水素電池とするバッテリシステムは、複数の二次電池を直列に接続してなる電池モジュールをひとつの素電池とし、各々の素電池、すなわち複数の二次電池を直列に接続している電池モジュールの電圧を検出し、またこの電池モジュールを均等化する。

電圧検出回路３は、電圧検出ライン６を介して入力側を各々の素電池１の正負の電極端子１Ａに接続している。電圧検出回路３は、この電圧検出ライン６を介して、各々の素電池１の電圧を検出する。図２のバッテリシステムは、複数の素電池１からなる電池ブロック２と、電圧検出回路３を実装する回路基板５とを備えている。電池ブロック２を構成する複数の素電池１は、互いに隣接して対向する電極端子１Ａ同士がバスバー８で連結されて直列に接続されている。図に示すバッテリシステムは、電圧検出ライン６の一端をバスバー８に連結しており、このバスバー８を介して直列に接続される素電池１の接続点の電圧を電圧検出ライン６で検出している。ただ、電池ブロックを構成する複数の素電池は、並列に接続することも、直列と並列に接続することもできる。

回路基板５は、図３と図４に示すように複数の電圧検出ライン６を接続する接続端子９を所定の間隔、図においては一定の間隔で設けている。回路基板５の接続端子９は、各素電池１の電極端子１Ａに接続している電圧検出ライン６を接続している。電圧検出ライン６は、ハンダ付けなどの方法で、回路基板５の接続端子９に接続される。

電圧検出ライン６は、回路基板５の接続端子９と各素電池１の電極端子１Ａとに接続されるので長さが異なり、回路基板５の接続端子９から離れた位置にある素電池１に接続される電圧検出ライン６は長く、接続端子９の近くに位置する素電池１に接続される電圧検出ライン６は短くなる。すなわち、回路基板５の接続端子９から離れた位置にある素電池１には長い電圧検出ライン６Ｘが接続され、接続端子９の近くに位置する素電池１には短い電圧検出ライン６Ｙが接続される。長さが異なる電圧検出ライン６は電気抵抗が異なる。電圧検出ライン６の電気抵抗が異なると、流れる電流で発生する電圧降下が変化して、素電池１の電圧を検出する誤差の原因となる。電圧検出ライン６の電圧降下が検出する素電池１の電圧を低く変化させるからである。この弊害を防止するために、すなわち、複数の電圧検出ライン６間の電気抵抗を均等化するために、複数の電圧検出ライン６の少なくとも一つに、長い電圧検出ライン６Ｘの電気抵抗と短い電圧検出ライン６Ｙの電気抵抗を均等化する抵抗調整部７を設けている。長い電圧検出ライン６Ｘに設けられる抵抗調整部７は電気抵抗を小さくし、短い電圧検出ライン６Ｙに設けられる抵抗調整部７は電気抵抗を大きくする。

図３と図４は、電圧検出ライン６を設けたプリント基板１０を示している。このプリント基板１０は、互いに絶縁して設けている複数の導電ラインでもって電圧検出ライン６を実現する。長い電圧検出ライン６Ｘと短い電圧検出ライン６Ｙを実現する導電ラインは、同じ横幅（Ｗ）とすると長い電圧検出ライン６Ｘの電気抵抗が大きくなる。そこで、本実施形態では、長い電圧検出ライン６Ｘと短い電圧検出ライン６Ｙの電気抵抗を均等化するために、長い電圧検出ライン６Ｘを実現する導電ラインには、短い電圧検出ライン６Ｙを実現する導電ラインよりも横幅（Ｗ）を広くしてなる抵抗調整部７Ａを設けることにより、すなわち、断面積の大きい抵抗調整部７Ａが設けられることで電気抵抗を小さくし、複数の電圧検出ライン６間の電気抵抗を均等化している。

図３と図４に示す複数の電圧検出ライン６は、回路基板５の接続端子９から最も離れた素電池１の電極端子１Ａに接続される電圧検出ライン６Ａａ、６Ａｂが最も長く、以下、電圧検出ライン６Ａｃ、電圧検出ライン６Ａｄ、・・・、電圧検出ライン６Ａｍの順に次第に短くなっている。ここで、短い電圧検出ライン６Ｙとなる電圧検出ライン６Ａｋ、６Ａｌ、６Ａｍは、長さがほぼ等しく、これらの電気抵抗の差が許容できる程度に小さいので、抵抗調整部７Ａを設けることなく、一様な横幅の導電ラインとしている。これに対して、長い電圧検出ライン６Ｘとなる電圧検出ライン６Ａａ〜６Ａｊは、両端部６ｘを除く中間部に抵抗調整部７Ａを設けて、各電圧検出ライン６の電気抵抗を均等化している。とくに、図４に示すように、長さが最も長い電圧検出ライン６Ａａ、６Ａｂについては、抵抗調整部７Ａａ、７Ａｂの横幅（Ｗ）を最も広くすると共に、電圧検出ライン６Ａｃ〜６Ａｊについては、電圧検出ライン６Ａｃ、電圧検出ライン６Ａｄ、電圧検出ライン６Ａｅ、・・・、電圧検出ライン６Ａｊの順に長さが次第に短くなるので、これらの電圧検出ライン６Ａｃ〜６Ａｊに設ける抵抗調整部７Ａｃ〜７Ａｊの横幅（Ｗ）を、抵抗調整部７Ａｃ、抵抗調整部７Ａｄ、抵抗調整部７Ａｅ、・・・、抵抗調整部７Ａｊの順に次第に狭くしている。これにより、全ての電圧検出ライン６Ａａ〜６Ａｍの電気抵抗が均等化されるようにしている。
ただ、長い電圧検出ラインに設ける抵抗調整部は、必ずしも電圧検出ラインの長さに応じて横幅（Ｗ）を変化させる必要はなく、抵抗調整部の横幅（Ｗ）を均一にして、抵抗調整部の長さを調整することで、全ての電圧検出ライン電気抵抗を均等化することもできる。すなわち、長い電圧検出ラインに設ける抵抗調整部は、電圧検出ラインが長くなるにしたがって、これに設ける横幅（Ｗ）の広い抵抗調整部の長さを長くすることにより、言い換えると、幅の狭い導電ラインに対する抵抗調整部の比率を大きくすることにより、電圧検出ライン全体の電気抵抗を均等化することもできる。

図３と図４のプリント基板１０は、フレキシブルプリント基板１０Ａである。フレキシブルプリント基板１０Ａは、回路基板５の接続端子９に接続される接続部１２を等間隔で配置して設けている。接続部１２は、複数の導電ラインの一端部の横幅を等しくして、回路基板５の接続端子９と同じ間隔で配置している。このフレキシブルプリント基板１０Ａは、等間隔に配置している接続部１２を回路基板５の接続端子９にハンダ付けなどの方法で接続する。さらに、フレキシブルプリント基板１０Ａは、導電ラインで構成される電圧検出ライン６の抵抗調整部７Ａを接続部１２から離して配置している。このフレキシブルプリント基板１０Ａは、抵抗調整部７Ａを接続部１２から離して配置するので、接続部１２に設ける複数の導電ラインの間隔を、抵抗調整部７Ａに影響なく回路基板５の接続端子９に接続できるように設計できる。横幅（Ｗ）を広くしている抵抗調整部７Ａのある導電ラインは、中間に抵抗調整部７Ａを設けて、素電池１の電極端子１Ａと回路基板５の接続端子９とに接続される両端部６ｘの横幅を他の導電ラインと同じ横幅としている。このフレキシブルプリント基板１０Ａは、細くしている両端部６ｘを、素電池１の電極端子１Ａと回路基板５の接続端子９とに簡単で確実に接続できる。

フレキシブルプリント基板１０Ａに設けられた電圧検出ライン６を実現する導電ラインは、一端を素電池１の電極端子１Ａに、他端を回路基板５の接続端子９に接続されて、素電池１の電極端子１Ａを回路基板５に実装する電圧検出回路３に接続する。

図５のバッテリシステムは、電圧検出ライン６Ｂａ〜６Ｂｍをリード線１３として、長い電圧検出ライン６Ｘである電圧検出ライン６Ｂａ〜６Ｂｊのリード線１３Ｘを、短い電圧検出ライン６Ｙである電圧検出ライン６Ｂｋ〜６Ｂｍのリード線１３Ｙよりも太くして、長い電圧検出ライン６Ｘに太いリード線１３Ｘで構成される電気抵抗を小さくする抵抗調整部７Ｂを設けている。リード線１３の電気抵抗は、長さに比例して導線の断面積に反比例するので、各電圧検出ライン６Ｂａ〜６Ｂｍの［長さ］／［断面積］の比率を一定値として、電気抵抗を均等化する。

さらに、図６のバッテリシステムは、短い電圧検出ライン６Ｙに抵抗調整部７Ｃを実現する抵抗器１４を接続して、抵抗器１４で短い電圧検出ライン６Ｙの電気抵抗を大きくして、複数の電圧検出ライン６の電気抵抗を均等化している。電圧検出ライン６の電気抵抗は長さに比例して大きくなるので、短い電圧検出ライン６Ｙに抵抗器１４を接続する。図６に示す複数の電圧検出ライン６は、回路基板５の接続端子９から最も離れた素電池１の電極端子１Ａに接続される電圧検出ライン６Ｃａ、６Ｃｂが最も長く、以下、電圧検出ライン６Ｃｃ、電圧検出ライン６Ｃｄ、・・・、電圧検出ライン６Ｃｍの順に次第に短くなっている。ここで、長い電圧検出ライン６Ｘとなる電圧検出ライン６Ｃａ、６Ｃｂは、長さがほぼ等しく、これらの電気抵抗の差が許容できる程度に小さいので、抵抗器１４を接続することなく、一様な横幅の導電ラインとしている。これに対して、短い電圧検出ライン６Ｙとなる電圧検出ライン６Ｃｃ〜６Ｃｍは、中間部に抵抗器１４を接続して、各電圧検出ライン６の電気抵抗を均等化している。短い電圧検出ライン６Ｙに接続される抵抗器１４の電気抵抗は、電圧検出ライン６Ｃｃ〜６Ｃｍの電気抵抗を、最も長い電圧検出ライン６Ｃａ、６Ｃｂの電気抵抗と等しくするように特定する。

電圧検出回路３は、電気抵抗を均等化した電圧検出ライン６の電圧降下を補正して、より精度よく素電池１の電圧を検出できる。この電圧検出回路３は、図１に示すように、検出する電圧から、電圧検出ライン６の電圧降下を減算する補正を行う補正回路１５を備えている。補正回路１５を備える電圧検出回路３は、電圧検出ライン６の電圧降下を補正して正確に素電池１の電圧を検出でき、さらに、後述する均等化回路４の放電スイッチ２２のオンオフによって、検出される電圧を補正することで、素電池１を均等化しながら、素電池１の電圧を精度よく検出できる。

均等化回路４は、素電池１のセル電圧を均等化してアンバランスを解消する。均等化回路４は、各々の素電池１の電圧を検出して、各々の素電池１の電圧のアンバランスを解消して均等化する。均等化回路４は、全ての素電池１を均等化した後、動作を停止する。

均等化回路４は、電圧が高い素電池１を放電して、アンバランスを解消する。図１の均等化回路４は、各素電池１に並列に接続される放電回路２１と、この放電回路２１の放電スイッチ２２をオンオフに制御する制御回路２４とを備える。放電回路２１は、放電抵抗２３と放電スイッチ２２との直列回路からなる。放電回路２１は、各々の素電池１を独立して放電して均等化するので、素電池１の個数と同じ数、たとえば、１００個の素電池を直列に接続しているバッテリシステムにあっては、１００組の放電回路が設けられる。各々の放電回路２１を構成する放電スイッチ２２と放電抵抗２３は、回路基板５に実装される。放電回路２１は、電圧検出回路３の電圧検出ライン６を介して各々の素電池１に接続される。したがって、電圧検出ライン６は、各素電池１を電圧検出回路３の入力側に接続され、かつ、放電回路２１にも接続される。

均等化回路４は、素電池１の電圧で放電スイッチ２２をオンオフに制御する制御回路２４を備えている。図１の制御回路２４は、電圧検出回路３で検出される素電池１の電圧で各々の放電スイッチ２２をオンオフに制御する。均等化回路４は、電圧検出回路３を素電池１の電圧を検出する回路に併用している。ただし、均等化回路は、素電池の電圧を検出するために専用の電圧検出回路を設けることもできる。

制御回路２４は、電圧検出回路３で検出される各々の素電池１の電圧を比較して、全ての素電池１の電圧を均等化するように放電スイッチ２２を制御する。この制御回路２４は、高すぎる素電池１に接続している放電回路２１の放電スイッチ２２をオンに切り変えて放電させる。素電池１は放電するにしたがって電圧が低下する。放電スイッチ２２は、素電池１の電圧が他の素電池１とバランスするまで低下すると、オンからオフに切り変えられる。放電スイッチ２２がオフになると、素電池１の放電は停止される。このように、制御回路２４は、高い電圧の素電池１を放電して、全ての素電池１の電圧をバランスさせる。

図１のバッテリシステムは、電圧検出回路３を各々の素電池１に接続している電圧検出ライン６を介して、均等化回路４の放電回路２１を各々の素電池１に接続している。したがって、電圧検出回路３が各々の素電池１の電圧を検出するとき、ある素電池１に接続している放電スイッチ２２はオン、また他の素電池１に接続している放電スイッチ２２はオフ状態となる。放電スイッチ２２がオン状態にあると、電圧検出ライン６には放電抵抗２３を介して流れる放電電流によって電圧降下が発生し、放電スイッチ２２がオフ状態にあると、放電電流が流れないので、電圧検出ライン６の電圧降下は発生しない。したがって、電圧検出回路３が各々の素電池１の電圧を検出するとき、放電スイッチ２２のオンオフによって、電圧検出ライン６の電圧降下が変化して検出する素電池１の電圧に誤差が発生する。

この弊害を解消して、電圧検出回路３が常に素電池１の電圧を精度よく検出するために、図１のバッテリシステムは、電圧検出回路３に補正回路１５を設けている。補正回路１５は、放電スイッチ２２のオン状態における電圧検出ライン６の電圧降下を補正電圧として記憶するメモリ１６を備える。補正回路１５は、放電スイッチ２２をオンに切り換えて、放電回路２１を素電池１に接続する状態における電圧検出ライン６の電圧降下を検出し、この電圧降下を補正電圧としてメモリ１６に記憶する。補正回路１５は、放電スイッチ２２をオフ状態として検出されるオフ電圧から、放電スイッチ２２をオン状態として検出するオン電圧を減算して電圧検出ライン６の電圧降下を検出できる。放電スイッチ２２のオフ状態では放電電流による電圧検出ライン６の電圧降下がなく、オン状態では電圧検出ライン６に放電電流による電圧降下が発生するので、その差電圧から電圧降下を検出できる。各電圧検出ライン６は、抵抗調整部７で電気抵抗を均等化しているので、補正回路１５は、何れかの電圧検出ライン６の電圧降下から補正電圧を検出し、この補正電圧で全ての電圧検出ライン６の電圧降下を補正する。

放電スイッチ２２をオンに切り換えて、電圧検出ライン６を介して素電池１を放電すると、この放電電流Ｉと電圧検出ライン６の電気抵抗Ｒの積に相当する電圧降下が発生する。電圧降下は、電圧検出回路３が素電池１の電圧を検出する電圧を低下させる。したがって、電圧検出回路３は、オン状態の放電スイッチ２２を並列に接続している素電池１の電圧を検出するときは、検出電圧に補正電圧を加算して、素電池１の電圧とし、オフ状態の放電スイッチ２２を並列に接続している素電池１の電圧を検出するときは、検出する電圧を素電池１の電圧として、各々の素電池１の電圧を正確に検出できる。電圧検出回路３は、放電スイッチ２２のオンオフを検出する検出部１７を備える。放電スイッチ２２は、均等化回路４の制御回路２４でオンオフに制御されるので、検出部１７は、制御回路２４から入力される放電スイッチ２２のオンオフ信号で、放電スイッチ２２のオンオフを検出して、検出電圧に補正電圧を加算するかどうかを判定する。

さらに、各素電池１を放電回路２１で放電する状態として、各々の電圧検出ライン６の電圧降下を検出する補正回路１５を備える電圧検出回路３は、各電圧検出ライン６の電圧降下を検出して、電圧検出ライン６の故障を判定できる。この補正回路１５は、検出する各電圧検出ライン６の電圧降下をあらかじめ記憶している設定電圧に比較して、電圧検出ライン６の故障を判定する。補正回路１５が記憶している設定電圧は、故障しない電圧検出ライン６の最大電圧降下としている。

電圧検出ライン６は電気抵抗を均等化して等しくしているので、電圧検出ライン６が故障しない状態で、電圧降下は等しくなる。したがって、各電圧検出ライン６の放電状態における電圧降下が設定電圧よりも高くなると、故障と判定できる。電圧検出ライン６は、接続端子９と接続部１２の接触不良や、リード線１３の損傷等が原因で電気抵抗が大きくなる。電圧検出回路３は、補正回路１５で検出される電圧検出ライン６の電圧降下が設定電圧よりも大きくなると、電圧検出ライン６の故障と判定することができる。これにより、経時的に発生する電圧検出ライン６の故障を速やかに検出して、装置の安全性を向上できる。

さらに、電圧検出回路３は、電圧検出回路３の入力側に流れる電流、すなわち、電圧検出回路３の入力電流による電圧検出ライン６の電圧降下を補正してより正確に素電池１の電圧を検出できる。この状態における電圧検出ライン６の電圧降下は、電圧検出回路３の入力電流を検出し、さらに、電圧検出ライン６の電気抵抗を測定して、入力電流と電圧検出ライン６の電気抵抗の積から演算できる。この電圧降下は、全ての電圧検出ライン６に同じ電圧として発生するので、検出電圧からこの電圧降下を減算して素電池１の正確な電圧とする。

以上のバッテリシステムは、図７のフローチャートに示すように、以下の動作をして電池ブロック２の素電池１を均等化しながら、各々の素電池１の電圧を正確に検出する。
［ｎ＝１のステップ］
コンタクタ１９をオフに切り換えて、電池ブロック２の充放電を停止する。
［ｎ＝２のステップ］
均等化回路４の全ての放電スイッチ２２をオフに切り換える。
［ｎ＝３のステップ］
電圧検出回路３で各々の素電池１の電圧を検出する。
［ｎ＝４のステップ］
均等化回路４の全ての放電スイッチ２２をオンに切り換える。
［ｎ＝５のステップ］
電圧検出回路３で各々の素電池１の電圧を検出する。
［ｎ＝６のステップ］
補正回路１５が、ｎ＝３のステップで検出された放電スイッチ２２がオフ状態の電池電圧と、ｎ＝５のステップで検出された放電スイッチ２２がオン状態の電池電圧との差電圧から、各々の素電池１の電圧を検出する電圧検出ライン６の電圧降下、すなわち各々の素電池１の補正電圧を検出してメモリ１６に記憶する。
［ｎ＝７のステップ］
コンタクタ１９をオンに切り換えて、電池ブロック２の充放電を開始する。
［ｎ＝８〜１２のステップ］
電圧検出回路３が、各々の素電池１の電圧を検出する。このとき、電圧検出回路３は、電圧が検出される素電池１に並列に接続している放電スイッチ２２のオンオフを検出部１７で検出し、接続している放電スイッチ２２がオン状態にあると、検出電圧に補正電圧を加算して素電池１の電圧とし（ｎ＝１０のステップ）、また、接続している放電スイッチ２２がオフ状態にあると、検出電圧を素電池１の電圧とする（ｎ＝１１のステップ）。
以上のようにして、全ての素電池１の電圧を検出する。
［ｎ＝１３のステップ］
検出された電池電圧から各々の素電池１の残容量を演算する。その後、ｎ＝１のステップに戻る。

以上のバッテリシステムは、車載用の電源として利用できる。バッテリシステムを搭載する車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車やプラグインハイブリッド自動車、あるいはモータのみで走行する電気自動車などの電動車両が利用でき、これらの車両の電源として使用される。

（ハイブリッド自動車用バッテリシステム）
図８は、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車にバッテリシステムを搭載する例を示す。この図に示すバッテリシステムを搭載した車両ＨＶは、車両ＨＶを走行させるエンジン９６及び走行用のモータ９３と、モータ９３に電力を供給するバッテリシステム１００と、バッテリシステム１００の角形電池を充電する発電機９４と、エンジン９６、モータ９３、バッテリシステム１００、及び発電機９４を搭載してなる車両本体９０と、エンジン９６又はモータ９３で駆動されて車両本体９０を走行させる車輪９７とを備えている。バッテリシステム１００は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。車両ＨＶは、バッテリシステム１００の角形電池を充放電しながらモータ９３とエンジン９６の両方で走行する。モータ９３は、エンジン効率の悪い領域、例えば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ９３は、バッテリシステム１００から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、エンジン９６で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、バッテリシステム１００の角形電池を充電する。

（電気自動車用バッテリシステム）
また、図９は、モータのみで走行する電気自動車にバッテリシステムを搭載する例を示す。この図に示すバッテリシステムを搭載した車両ＥＶは、車両ＥＶを走行させる走行用のモータ９３と、このモータ９３に電力を供給するバッテリシステム１００と、このバッテリシステム１００の角形電池を充電する発電機９４と、モータ９３、バッテリシステム１００、及び発電機９４を搭載してなる車両本体９０と、モータ９３で駆動されて車両本体９０を走行させる車輪９７とを備えている。バッテリシステム１００は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。モータ９３は、バッテリシステム１００から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、車両ＥＶを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、バッテリシステム１００の角形電池を充電する。

（蓄電装置用バッテリシステム）
さらに、このバッテリシステムは、移動体用の動力源としてのみならず、定置型の蓄電用設備としても利用できる。例えば家庭用、工場用の電源として、太陽光や深夜電力等で充電し、必要時に放電する電源システム、あるいは日中の太陽光を充電して夜間に放電する街路灯用の電源や、停電時に駆動する信号機用のバックアップ電源等にも利用できる。このような例を図１０に示す。この図に示すバッテリシステム１００は、複数の電池ブロック８１をユニット状に接続して電池ユニット８２を構成している。各電池ブロック８１は、複数の素電池１が直列及び／又は並列に接続されている。各電池ブロック８１は、電源コントローラ８４により制御される。このバッテリシステム１００は、電池ユニット８２を充電用電源ＣＰで充電した後、負荷ＬＤを駆動する。このためバッテリシステム１００は、充電モードと放電モードを備える。負荷ＬＤと充電用電源ＣＰはそれぞれ、放電スイッチＤＳ及び充電スイッチＣＳを介してバッテリシステム１００と接続されている。放電スイッチＤＳ及び充電スイッチＣＳのＯＮ／ＯＦＦは、バッテリシステム１００の電源コントローラ８４によって切り替えられる。充電モードにおいては、電源コントローラ８４は充電スイッチＣＳをＯＮに、放電スイッチＤＳをＯＦＦに切り替えて、充電用電源ＣＰからバッテリシステム１００への充電を許可する。また充電が完了し満充電になると、あるいは所定値以上の容量が充電された状態で負荷ＬＤからの要求に応じて、電源コントローラ８４は充電スイッチＣＳをＯＦＦに、放電スイッチＤＳをＯＮにして放電モードに切り替え、バッテリシステム１００から負荷ＬＤへの放電を許可する。また、必要に応じて、充電スイッチＣＳをＯＮに、放電スイッチＤＳをＯＮにして、負荷ＬＤの電力供給と、バッテリシステム１００への充電を同時に行うこともできる。

バッテリシステム１００で駆動される負荷ＬＤは、放電スイッチＤＳを介してバッテリシステム１００と接続されている。バッテリシステム１００の放電モードにおいては、電源コントローラ８４が放電スイッチＤＳをＯＮに切り替えて、負荷ＬＤに接続し、バッテリシステム１００からの電力で負荷ＬＤを駆動する。放電スイッチＤＳはＦＥＴ等のスイッチング素子が利用できる。放電スイッチＤＳのＯＮ／ＯＦＦは、バッテリシステム１００の電源コントローラ８４によって制御される。また電源コントローラ８４は、外部機器と通信するための通信インターフェースを備えている。図１０の例では、ＵＡＲＴやＲＳ−２３２ｃ等の既存の通信プロトコルに従い、ホスト機器ＨＴと接続されている。また必要に応じて、電源システムに対してユーザが操作を行うためのユーザインターフェースを設けることもできる。

各電池ブロック８１は、信号端子と電源端子を備える。信号端子は、入出力端子ＤＩと、異常出力端子ＤＡと、接続端子ＤＯとを含む。入出力端子ＤＩは、他の電池ブロック８１や電源コントローラ８４からの信号を入出力するための端子であり、接続端子ＤＯは他の電池ブロック８１に対して信号を入出力するための端子である。また異常出力端子ＤＡは、電池ブロック８１の異常を外部に出力するための端子である。さらに電源端子は、電池ブロック８１同士を直列、並列に接続するための端子である。また電池ユニット８２は並列接続スイッチ８５を介して出力ラインＯＬに接続されて互いに並列に接続されている

本発明のバッテリシステムは、多数の素電池を積層して電池ブロックとし、さらに各素電池の電圧を検出しながら充放電することで素電池の劣化を防止できるので、大容量であって長寿命な特性が要求される用途、例えば、電動車両の電源装置、太陽電池、風力発電、深夜電力などの蓄電装置等に有効に使用される。

１…素電池
１Ａ…電極端子
２…電池ブロック
３…電圧検出回路
４…均等化回路
５…回路基板
６…電圧検出ライン
６Ｘ…長い電圧検出ライン
６Ｙ…短い電圧検出ライン
６ｘ…両端部
６Ａａ、６Ａｂ、６Ａｃ、６Ａｄ、６Ａｅ、６Ａｆ、６Ａｇ…電圧検出ライン
６Ａｈ、６Ａｉ、６Ａｊ、６Ａｋ、６Ａｌ、６Ａｍ…電圧検出ライン
６Ｂａ、６Ｂｂ、６Ｂｃ、６Ｂｄ、６Ｂｅ、６Ｂｆ、６Ｂｇ…電圧検出ライン
６Ｂｈ、６Ｂｉ、６Ｂｊ、６Ｂｋ、６Ｂｌ、６Ｂｍ…電圧検出ライン
６Ｃａ、６Ｃｂ、６Ｃｃ、６Ｃｄ、６Ｃｅ、６Ｃｆ、６Ｃｇ…電圧検出ライン
６Ｃｈ、６Ｃｉ、６Ｃｊ、６Ｃｋ、６Ｃｌ、６Ｃｍ…電圧検出ライン
７…抵抗調整部
７Ａ…抵抗調整部
７Ａａ、７Ａｂ、７Ａｃ、７Ａｄ、７Ａｅ…抵抗調整部
７Ａｆ、７Ａｇ、７Ａｈ、７Ａｉ、７Ａｊ…抵抗調整部
７Ｂ…抵抗調整部
７Ｃ…抵抗調整部
８…バスバー
９…接続端子
１０…プリント基板
１０Ａ…フレキシブルプリント基板
１２…接続部
１３…リード線
１３Ｘ…太いリード線
１３Ｙ…細いリード線
１４…抵抗器
１５…補正回路
１６…メモリ
１７…検出部
１９…コンタクタ
２１…放電回路
２２…放電スイッチ
２３…放電抵抗
２４…制御回路
８１…電池ブロック
８２…電池ユニット
８４…電源コントローラ
８５…並列接続スイッチ
９０…車両本体
９３…モータ
９４…発電機
９５…ＤＣ／ＡＣインバータ
９６…エンジン
９７…車輪
ＥＶ…車両
ＨＶ…車両
ＬＤ…負荷
ＣＰ…充電用電源
ＤＳ…放電スイッチ
ＣＳ…充電スイッチ
ＯＬ…出力ライン
ＨＴ…ホスト機器
ＤＩ…入出力端子
ＤＡ…異常出力端子
ＤＯ…接続端子

Claims (9)

1. 複数の素電池と、各々の素電池の電圧を検出する電圧検出回路と、前記各素電池の電極端子を前記電圧検出回路の入力側に接続する複数の電圧検出ラインとを備え、
   前記電圧検出回路が前記電圧検出ラインを介して前記各素電池の電圧を検出するバッテリシステムであって、
   各々の電圧検出ラインは長さが異なると共に、前記電圧検出ラインの少なくとも一つに、長い電圧検出ラインの電気抵抗と短い電圧検出ラインの電気抵抗を均等化する抵抗調整部を設けており、
   該抵抗調整部によって電気抵抗が均等化された前記複数の電圧検出ラインを介して、前記電圧検出回路が各々の素電池の電圧を検出するようにしてなるバッテリシステム。
2. 前記複数の電圧検出ラインがプリント基板に設けられており、長い電圧検出ラインの横幅（Ｗ）を短い電圧検出ラインの横幅（Ｗ）よりも広くする前記抵抗調整部を設けることで、長い電圧検出ラインの電気抵抗と短い電圧検出ラインの電気抵抗を均等化してなる請求項１に記載されるバッテリシステム。
3. 前記電圧検出回路を実装してなる回路基板を備え、この回路基板は前記複数の電圧検出ラインを接続する接続端子を所定の間隔で設けており、
   前記複数の電圧検出ラインがフレキシブルプリント基板に設けられており、このフレキシブルプリント基板は、前記回路基板の接続端子に接続される接続部を有し、
   前記電圧検出ラインの抵抗調整部を、前記接続部から離して配置すると共に、該接続部は横幅を等しくして等間隔に配置されてなる請求項２に記載されるバッテリシステム。
4. 前記電圧検出ラインがリード線で、長い電圧検出ラインのリード線を短い電圧検出ラインのリード線よりも太くしてなる抵抗調整部を備える請求項１に記載されるバッテリシステム。
5. 前記短い電圧検出ラインが、前記抵抗調整部を実現する抵抗器を接続してなる請求項１に記載されるバッテリシステム。
6. 前記素電池に前記電圧検出ラインを介して接続してなる放電回路と、この放電回路の放出状態をコントロールして、各々の素電池を均等化する制御回路からなる均等化回路を備え、
   前記電圧検出回路は、前記放電回路の放電状態を検出する検出部と、前記放電回路の放電状態を検出して、素電池の放電状態で電圧検出ラインの電圧降下を検出して、検出する電圧降下で素電池の検出電圧を補正する補正部とを備える請求項１ないし５のいずれかに記載されるバッテリシステム。
7. 前記補正部が、放電状態における前記電圧検出ラインの電圧降下を補正電圧として記憶するメモリを有し、このメモリに記憶する補正電圧で検出電圧を補正する請求項６に記載されるバッテリシステム。
8. 請求項１から７のいずれかに記載のバッテリシステムを備える電動車両であって、
   前記バッテリシステムと、該バッテリシステムから電力供給される走行用のモータと、前記バッテリシステム及び前記モータを搭載してなる車両本体と、前記モータで駆動されて前記車両本体を走行させる車輪とを備えることを特徴とする電動車両。
9. 請求項１から７のいずれかに記載のバッテリシステムを備える蓄電装置であって、
   前記バッテリシステムへの充放電を制御する電源コントローラを備えており、
   前記電源コントローラでもって、外部からの電力により前記電池ブロックへの充電を可能とすると共に、前記電池ブロックに対し充電を行うよう制御することを特徴とする蓄電装置。

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