WO2013027311A1

WO2013027311A1 - 電池ブロック、及び電源システム

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Publication number: WO2013027311A1
Application number: PCT/JP2012/002960
Authority: WO
Inventors: 菊池　淳; 淳朝倉
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2011-08-24
Filing date: 2012-05-01
Publication date: 2013-02-28
Also published as: JP2014207720A

Abstract

　複数の電池ブロック（２）を用いて構成された電源システム（１）に用いられる電池ブロック（２）は、二次電池（Ｂ）と、二次電池（Ｂ）の端子電圧を自電圧情報として計測する電圧検出回路（４２）と、他の電池ブロック（２）から出力された電圧情報を他電圧情報として取得する通信回路（４１）と、自電圧情報と他電圧情報とを比較して低い方の端子電圧を示す電圧情報を外部へ出力する放電制御部（４３）及び通信回路（４１）と、自電圧情報により示される二次電池（Ｂ）の端子電圧Ｖｔである自電圧が、他電圧情報により示される端子電圧より高いとき、自電池ブロックにおける二次電池（Ｂ）を放電させる放電制御部（４３）とを備えた。

Description

電池ブロック、及び電源システム

　本発明は、二次電池を含んだ電池ブロック、及びこの電池ブロックが複数接続されて構成された電源システムに関する。

　近年、エンジンと電気モータとを併用したハイブリッドカーや電気自動車に電源として搭載される車載用二次電池に代表されるように、二次電池を多数直列に接続して高電圧を出力する電源システムの利用が拡大しつつある。このような電源システムは、例えば８０セル～５００セルといった多数の二次電池が直列接続されて構成されているため、電源システム全体の信頼性を確保する事が難しい。

　具体的には、このような電源システムでは、電源システムを構成している二次電池の製造過程で発生する特性バラツキによって、各二次電池に充電される蓄電電荷量にバラツキが生じる。

　そして、このような蓄電電荷量にバラツキのある状態で電源システムの充放電を繰り返すと、蓄電電荷量が小さな二次電池の劣化が加速されるおそれがある。すなわち、電源システムを充電する際、充電前から他の二次電池より蓄電電荷量が大きい二次電池は他の二次電池より先に満充電となるために過充電になり易く、蓄電電荷量が大きい二次電池の劣化が加速されてしまうおそれがある。一方、電源システムを放電させる際は、放電前から他の二次電池より蓄電電荷量が小さい二次電池は他の二次電池より先に蓄電電荷量がゼロになるために過放電になり易く、蓄電電荷量が小さい二次電池劣化が加速されてしまうおそれがある。

　そして、劣化が加速された二次電池は、容量が減少して寿命が短縮されることとなる。電源システムの場合、一部の二次電池が劣化すると、電源システム全体が使用できなくなったり信頼性が低下したりするため、このような蓄電電荷量のバラツキに起因して生じる二次電池の劣化は影響が大きい。そのため、二次電池を多数用いる電源システムでは、各二次電池の蓄電電荷量、すなわち各二次電池の端子電圧を均等化することが望まれている。

　そこで、以下のようにして各二次電池の端子電圧を均等化する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

　特許文献１に記載の技術は、複数のセルを直列接続して構成された組電池全体の端子電圧を、セルの個数に応じた分圧抵抗によって分圧する。そうすると、分圧された電圧は、複数のセルの端子電圧を平均した電圧となる。そして、このようにして得られた平均電圧を各セルの端子電圧と比較し、平均電圧より端子電圧の方が高いセルを放電させることで、各二次電池の端子電圧を均等化させるようになっている。

　しかしながら、特許文献１に記載の技術によれば、組電池に用いられるセル数を変更する際には、分圧抵抗の数や抵抗値を変更する必要が生じるため、セル数の変更が容易でないという不都合があった。

特開２００１－９５１６９号公報

　本発明の目的は、複数の二次電池における端子電圧の不均衡（ばらつき）を低減しつつ、二次電池の数を変更することが容易な電源システム、及びこのような電源システムに用いられる電池ブロックを提供することである。

　本発明の一局面に係る電池ブロックは、複数の電池ブロックを用いて構成された電源システムに用いられる電池ブロックであって、二次電池と、前記二次電池の端子電圧である自電圧情報を計測する電圧計測部と、他の電池ブロックから出力された電圧情報を他電圧情報として取得する電圧情報取得部と、前記自電圧情報と前記他電圧情報とを比較し、低い方の電圧情報を外部へ出力する電圧情報出力部と、前記自電圧が前記他電圧情報により示される端子電圧より高いとき、自電池ブロックにおける前記二次電池を放電させる放電制御部とを備える。

　また、本発明の他の局面に係る電源システムは、上述の電池ブロックが複数接続されて、構成されている。

　また、本発明のさらに他の局面に係る電源システムは、上述の電池ブロックが複数直列接続されて構成され、前記電圧情報出力部は、隣接して接続された高電位側又は低電位側の電池ブロックに、前記電圧情報を通信信号として出力する。

　また、本発明のさらに他の局面に係る電源システムは、上述の電池ブロックを複数含み、前記電池ブロックの各々から出力された電圧情報が、他のすべての電池ブロックに影響を与えるように、前記複数の電池ブロックにおける前記電圧情報出力部と前記電圧情報取得部とが接続されて構成されている。

　このような構成の電池ブロック及び電源システムは、複数の二次電池における端子電圧の不均衡を低減しつつ、電源システムを構成する二次電池の数を変更することが容易である。

本発明の第１実施形態に係る電源システムの構成の一例を示すブロック図図１に示す電池ブロックの構成の一例を示すブロック図図１に示す電源システムの変形例を示すブロック図図１、図３に示す電源システムの変形例を示すブロック図本発明の第２実施形態に係る電源システムの構成の一例を示すブロック図図５に示す電源システムの電池ブロックの構成の一例を示すブロック図（ａ）は他電圧情報により示される端子電圧が自電圧情報により示される端子電圧より低い場合の電池ブロック内の信号を示すタイミングチャート、（ｂ）は他電圧情報により示される端子電圧が自電圧情報により示される端子電圧より高い場合の電池ブロック内の信号を示すタイミングチャート

　以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。

　（第１実施形態）
　図１は、本発明の第１実施形態に係る電源システムの構成の一例を示すブロック図である。図１に示す電源システム１は、例えば１２個の電池ブロック２を備えて構成されている。そして、３個の電池ブロック２の直列回路と３個の電池ブロック２の直列回路とが並列に接続されて構成された並列回路と、３個の電池ブロック２の直列回路と３個の電池ブロック２の直列回路とが並列に接続されて構成された並列回路とが直列に接続されて、構成されている。

　電池ブロック２は、二次電池Ｂと、均等化回路３とを備えている。そして、各電池ブロック２の均等化回路３は、それぞれ自電池ブロックとの間の物理的な距離が短い近傍に配設された他の電池ブロック２との間で、例えば通信線により構成された伝送路Ｌによって接続されている。このように、各電池ブロック２の均等化回路３は、電池ブロック２の接続関係、すなわち電池ブロック２に含まれる二次電池Ｂの接続関係とは無関係に、電池ブロック２の物理的な位置関係に基づいて、近傍の他の電池ブロック２の均等化回路３と伝送路Ｌによって接続されている。

　これにより、電池ブロック２は、自電池ブロックとの間の物理的な距離が短い近傍の位置に配設された他の電池ブロック２との間で、伝送路Ｌを介してデータ送受信可能にされている。

　図２は、図１に示す電池ブロック２の構成の一例を示すブロック図である。図２に示す電池ブロック２は、二次電池Ｂと、均等化回路３と、正極出力端子Ｔｂ＋と、負極出力端子Ｔｂ－とを備えている。

　なお、複数の電池ブロック２が直列に接続される、とは、各電池ブロック２に設けられた二次電池Ｂが直列に接続されることを意味している。例えば、２つの電池ブロック２が直列接続される場合、高電位側の電池ブロック２の負極出力端子Ｔｂ－と、低電位側の電池ブロック２の正極出力端子Ｔｂ＋とが接続される。

　二次電池Ｂは、例えば単セルであってもよく、例えば複数のセルが直列接続された組電池であってもよく、例えば複数のセルが並列接続された組電池であってもよい。また、二次電池Ｂは、直列と並列とが組み合わされて複数のセルが接続された組電池であってもよい。

　二次電池Ｂ（又は二次電池Ｂを構成するセル）としては、例えばリチウムイオン二次電池が用いられる。なお、二次電池Ｂは、リチウムイオン二次電池に限られず、例えばニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池等、種々の二次電池を二次電池Ｂとして用いることができる。

　正極出力端子Ｔｂ＋は二次電池Ｂの正極に接続され、負極出力端子Ｔｂ－は二次電池Ｂの負極に接続されている。均等化回路３は、制御部４、スイッチング素子５、抵抗６、及び４つの接続端子Ｔを備えている。

　スイッチング素子５は、例えばＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの半導体スイッチング素子や、リレースイッチ等のスイッチング素子である。そして、二次電池Ｂの正極が、スイッチング素子５と抵抗６との直列回路を介して二次電池Ｂの負極に接続されている。

　制御部４は、４つの通信回路４１と、電圧検出回路４２と、放電制御部４３とを備えている。制御部４は、例えば、所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）と、所定の制御プログラムが記憶された不揮発性のＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）と、アナログデジタルコンバータと、シリアル通信インターフェース回路とが１チップに集積されたマイクロコントローラを用いて構成されている。

　そして、例えば、シリアル通信インターフェース回路によって通信回路４１が構成され、アナログデジタルコンバータによって電圧検出回路４２が構成されている。また、ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することによって、放電制御部４３として機能する。

　電圧検出回路４２は、自電圧である二次電池Ｂの両端子間の電圧を、端子電圧Ｖｔとして検出する。そして、電圧検出回路４２は、端子電圧Ｖｔをデジタル値に変換し、自電圧情報として放電制御部４３へ出力する。接続端子Ｔには、伝送路Ｌが接続されている。そして、接続端子Ｔは、伝送路Ｌを介して他の電池ブロック２の接続端子Ｔと接続されている。

　通信回路４１は、他の電池ブロック２から送信された電圧情報を他電圧情報として受信する。そして、通信回路４１は、受信された他電圧情報を放電制御部４３へ出力する。

　なお、図１に示すように、伝送路Ｌを双方向の矢印で示す箇所は、伝送路Ｌによって接続された２つの電池ブロック２（均等化回路３）の間で、双方向に互いの電圧情報が送受信されることを示している。以下、一方の電池ブロック２から、他方の電池ブロック２へ、一方向に電圧情報が送信される場合には、伝送路Ｌを、電圧情報が流れる方向を示す一方向の矢印で示す。

　放電制御部４３は、自電圧である端子電圧Ｖｔと、通信回路４１によって受信された他電圧情報が示す端子電圧Ｖｔとを比較する。そして、放電制御部４３は、通信回路４１によって受信された他電圧情報が示す端子電圧Ｖｔが自電圧より低いとき、スイッチング素子５をオンさせる。その結果、二次電池Ｂは抵抗６によって放電される。また、放電制御部４３は、端子電圧Ｖｔを示す自電圧情報と他電圧情報とを比較して、最も低い端子電圧を示す電圧情報を算出する。そして、放電制御部４３は、通信回路４１に、最も低い端子電圧を示す電圧情報を他の電池ブロック２へ送信させる。本実施形態において、通信回路４１は、電圧情報取得部の一例に相当し、電圧検出回路４２は、電圧計測部の一例に相当する。また、通信回路４１及び放電制御部４３は、電圧情報出力部の一例を構成する。

　なお、図１に示すように、各電池ブロック２に接続される伝送路Ｌの数、すなわち各電池ブロック２が通信可能にされている他の電池ブロック２の数は、各電池ブロック２が配設されている位置によって異なる。従って、各電池ブロック２に接続される伝送路Ｌの数に合わせて通信回路４１の数を変化させてもよい。また、各電池ブロック２としてすべて同じ構成の電池ブロック２を用いて、伝送路Ｌが接続されない接続端子Ｔを開放するようにしてもよい。

　あるいは、電池ブロック２が備える通信回路４１を一つとし、各電池ブロック２に通信アドレスを付与し、伝送路Ｌをバス形式としてもよい。そして、放電制御部４３は、通信相手先の通信アドレスを指定することで、複数の他の電池ブロック２との間で通信を行うようにしてもよい。

　図３は、図１に示す電源システム１の変形例を示すブロック図である。図３に示す電源システム１ａは、５つの電池ブロック２－Ａ、２－Ｂ、２－Ｃ、２－Ｄ、２－Ｅを備えている。以下、複数の電池ブロック２のそれぞれを特定する必要があるときは、ハイフン以下に添え字を付して各電池ブロック２を特定する。また、電池ブロック２－Ａ、２－Ｂ、２－Ｃ、２－Ｄ、２－Ｅを総称するときは、ハイフン以下の添え字を省略する。

　そして、電池ブロック２－Ａと電池ブロック２－Ｂとが伝送路Ｌによって接続され、電池ブロック２－Ａと電池ブロック２－Ｂとの間で互いの電圧情報が、双方向に送受信されるようになっている。以下、電池ブロック２－Ｂと電池ブロック２－Ｃとの間、電池ブロック２－Ｃと電池ブロック２－Ｄとの間、及び電池ブロック２－Ｄと電池ブロック２－Ｅとの間においても同様に、互いの電圧情報が双方向に送受信されるようになっている。

　また、電源システム１ａに示すように、各電池ブロック２が、電圧情報の流れが一列（かつ双方向）になるように伝送路Ｌによって接続されていてもよく、電源システム１に示すように、各電池ブロック２が伝送路Ｌによってマトリクス状に接続されていてもよい。

　また、２つの電池ブロック２の間で、電圧情報が双方向に送信される例を示したが、例えば図４に示す電源システム１ｂのように、電圧情報の流れが一方向に、ループになるように各電池ブロック２が伝送路Ｌによって接続されていてもよい。図４に示すように、伝送路Ｌによって電源システム１ｂをループ状に接続することで、電源システム１ｂに含まれる各電池ブロック２は、ある一つの電池ブロック２から出力された電圧情報が、最終的には電源システム１ｂ内のすべての他の電池ブロック２に影響を与えるように、伝送路Ｌによって接続される。

　また、各電池ブロック２がそれぞれ均等化処理を実行することによって、最終的に電源システム全体の二次電池Ｂが均等化される。そのため、電源システムを構成する電池ブロック２の数を変更するときは、電池ブロック２を追加して伝送路Ｌを接続したり、単純に電池ブロック２を他の電池ブロック２から切り離したりするだけで、電源システムで用いられる二次電池Ｂの数を変更することができる。従って、電源システム１，１ａ，１ｂは、複数の二次電池における端子電圧の不均衡を低減しつつ、二次電池の数を変更することが容易である。

　また、伝送路Ｌによって、各電池ブロック２相互間での二次電池Ｂの接続関係とは無関係に、物理的に近接した位置に配設された電池ブロック２相互間を接続することができる。そのため、伝送路Ｌの配線長を減少させることが容易である。例えば背景技術のように、セル数に応じた分圧抵抗を接続する場合には、セル数が８０～５００といった多数になると、セル数に応じた分圧抵抗を接続する配線数が増大し、大きな配線スペースが必要になるという不都合があった。一方、電源システム１，１ａ，１ｂにおいては、物理的に近接した位置に配設された電池ブロック２相互間を、伝送路Ｌによって接続するだけでよいので、伝送路Ｌの配線長を減少させることが容易である。

　（第２実施形態）
　次に、本発明の第２実施形態に係る電源システム、及び電池ブロックについて説明する。図５は本発明の第２実施形態に係る電源システムの構成の一例を示すブロック図である。図５に示す電源システム１ｃは、例えば３個の電池ブロック２を備えて構成されている。そして、３個の電池ブロック２は電気的に直列接続されている。

　各電池ブロック２は、二次電池Ｂと、均等化回路３とを備えている。そして、各電池ブロック２の均等化回路３は、それぞれ、自電池ブロックに直列接続された他の電池ブロック２との間で、低電位側から高電位側に向かって電圧情報が伝達されるように、伝送路Ｌによって接続されている。

　電源システム１ｃにおいて、高電位側の末端となる電池ブロック２－Ｃからの伝送路Ｌは電圧情報制御部７に接続され、電圧情報制御部７からの伝送路Ｌは低電位側の末端となる電池ブロック２－Ａへ接続されている。つまり、電圧情報制御部７は、高電位側の末端となる電池ブロック２－Ｃから電圧情報を取得し、その電圧情報をさらに低電位側の末端となる電池ブロック２－Ａへ出力することにより、電圧情報を伝達する伝送路Ｌのループを構成する。本実施形態において、電池ブロック２－Ｃが第１電池ブロックの一例に相当し、電池ブロック２－Ａが第２電池ブロックの一例に相当し、各電池ブロック２の正極が第１電極の一例に相当し、各電池ブロック２の負極が第２電極の一例に相当する。

　まず、電圧情報制御部７が電池ブロック２－Ａに対して、電池ブロック２の定格電圧（例えば、４．２Ｖ）以上の電圧情報を示す信号ＳＧ０を出力する。信号ＳＧ０は、パルス幅が大きいほど高い電圧を示すパルス信号である。そして、電池ブロック２－Ａは、自ブロックの二次電池Ｂの端子電圧を示す自電池電圧情報と、電圧情報制御部７から取得した電圧情報とを比較し、低い方の端子電圧を示す電圧情報を電池ブロック２－Ｂに出力する。このとき、電圧情報制御部７から取得した電圧情報は電池ブロック２の定格電圧以上の電圧であるので、電池ブロック２－Ａの自電池の電圧情報が低い方の端子電圧を示す電圧情報となる。

　電池ブロック２－Ｂは、自ブロックの二次電池Ｂの端子電圧を示す自電池電圧情報と、電池ブロック２－Ａから取得した低い方の端子電圧を示す電圧情報とを比較し、より低い方の端子電圧を示す電圧情報を電池ブロック２－Ｃに出力する。電池ブロック２－Ｃは、自ブロックの二次電池Ｂの端子電圧を示す自電池電圧情報と、電池ブロック２－Ｂから取得した低い方の端子電圧を示す電圧情報とを比較し、より低い方の端子電圧を示す電圧情報を電圧情報制御部７に出力する。そして、電圧情報制御部７は、電池ブロック２－Ｃから取得した電圧情報を電池ブロック２－Ａに出力する。

　その後は、電池ブロック２－Ａ、電池ブロック２－Ｂ、電池ブロック２－Ｃ、電圧情報制御部７は、同様の動作で低い方の端子電圧を示す電圧情報を伝送路Ｌで伝達していく。

　ここで、電池ブロックの構成と電圧情報について説明する。

　図６は図５に示す電池ブロック２の構成の一例を示すブロック図である。図７は図６に示す電池ブロック内の信号を示すタイミングチャートである。図７（ａ）は他電圧情報により示される電圧が自電圧情報により示される電圧より低い場合を示し、図７（ｂ）は他電圧情報により示される電圧が自電圧情報により示される電圧より高い場合を示す。

　電池ブロック２の均等化回路３は、電圧計測部３１、電圧情報取得部３２、電圧情報出力部３３、放電制御部３４、放電部３５を備える。そして、各部の間は二値信号（Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗ）の信号線で接続される。

　電圧計測部３１は、基準電圧生成部３６と、のこぎり波生成部３７と、比較部３８とを備え、二次電池Ｂの端子電圧を二値信号のパルス幅の情報に変換する。まず、基準電圧生成部３６が、二次電池Ｂの端子電圧から二次電池Ｂの放電終止電圧より低い所定の基準電圧を表す信号ＳＧ１を生成する。例えば、二次電池Ｂ（定格電圧４．２Ｖ）の放電終止電圧２．８Ｖに対して１．８Ｖの基準電圧を表す信号ＳＧ１を生成する。そして、のこぎり波生成部３７は、電圧情報取得部３２からの電圧情報の信号ＳＧ３の立ち上がりを検出して、二次電池Ｂの負極の電位（０Ｖ）から信号ＳＧ１の電位まで上昇する１周期分ののこぎり波の信号ＳＧ２を生成する。のこぎり波生成部３７は、生成した信号ＳＧ２を比較部３８に対して出力する。

　比較部３８は、二次電池Ｂの負極の電位（０Ｖ）を基準として、二次電池Ｂの正極の電位Ｖａを例えば抵抗分圧で、ある一定の倍率（例えば、１／３倍）で低下させた電位Ｖｂと、のこぎり波生成部３７からの信号ＳＧ２とを比較する。比較部３８は、信号ＳＧ２の電位が二次電池Ｂの低下させた電位Ｖｂより低い場合にハイレベルとなり、信号ＳＧ２の電位が二次電池Ｂの低下させた電位Ｖｂより高い場合にローレベルとなる信号ＳＧ４を生成する。比較部３８は、生成した信号ＳＧ４を、電圧情報出力部３３と放電制御部３４とに出力する。つまり、この比較部３８の動作により、二次電池Ｂの端子電圧をパルス幅によって表す二値信号が生成される。

　電圧情報取得部３２は、レベルシフト部３９を備える。電圧情報取得部３２のレベルシフト部３９は、他の電池ブロック２の端子Ｔ１から出力された低い方の端子電圧を示す電圧情報の二値信号を自電池ブロック２の端子Ｔ２を介して取得する。ここで、端子Ｔ１は高電位側の電池ブロック２の端子Ｔ２に接続され、端子Ｔ２は低電位側の電池ブロック２の端子Ｔ１に接続されている。電池ブロック２は、直列に接続されているため、各電池ブロック２で電位が異なっている。そこで、レベルシフト部３９は、二次電池Ｂの電圧内で解釈できるように二値信号の電位をシフトして、信号ＳＧ３を生成する。レベルシフト部３９は、生成した信号ＳＧ３を、のこぎり波生成部３７と電圧情報出力部３３とに出力する。

　電圧情報出力部３３は、電圧計測部３１からの信号ＳＧ４と、電圧情報取得部３２からの信号ＳＧ３との論理積を演算することにより、パルス幅が短い方の信号を選択した信号ＳＧ５を生成する。電圧情報出力部３３は、生成した信号ＳＧ５を、放電制御部３４に出力し、かつ、直列接続された高電位側の他の電池ブロック２に、端子Ｔ１を介して出力する。

　放電制御部３４は、電圧計測部３１からの信号ＳＧ４と、電圧情報出力部３３からの信号ＳＧ５の否定との論理積を演算して信号ＳＧ６を生成する。放電制御部３４は、生成した信号ＳＧ６を放電部３５に出力する。これにより、信号ＳＧ６のパルス幅Ｈは、他の電池ブロック２よりも自電池ブロック２の二次電池Ｂの端子電圧が高い場合に、自電池ブロック２の二次電池Ｂの自電圧情報により示される電圧と他の電池ブロック２からの他電圧情報により示される電圧との電圧差に応じたパルス幅となる。

　他電圧情報により示される電圧が自電圧情報により示される電圧より低い場合は、図７（ａ）のようにパルス幅Ｈの信号ＳＧ６が現れる。しかし、他電圧情報により示される電圧が自電圧情報により示される電圧より高い場合は、図７（ｂ）のように信号ＳＧ６が現れない。

　放電部３５は、抵抗とスイッチとが直列接続されて構成されており、この抵抗及びスイッチからなる直列回路は二次電池Ｂに並列接続されている。そして、放電制御部３４からの信号ＳＧ６がパルス幅Ｈの時間を有する場合に、放電部３５のスイッチをオン状態にして、抵抗を介して放電電流を流してパルス幅Ｈの時間だけ二次電池Ｂの放電を行う。ここで、パルス幅Ｈの時間とは、放電部３５の抵抗がパルス幅Ｈに対応する電圧差Ｖｄを消費することができる時間である。具体的には、パルス幅Ｈの時間は、二次電池Ｂの端子電圧Ｖｔを電圧差Ｖｄ低下させるのに要する放電部３５による放電時間である。ただし、放電部３５は、パルス幅Ｈに対応する電圧差Ｖｄがセル間での電圧ばらつきの許容公差より小さい場合は、過放電を防止するために放電しない。

　電源システム１ｃは、直列接続される電池ブロック２－Ａ、２－Ｂ、２－Ｃが、それぞれ、低い方の端子電圧を示す電圧情報を順番に伝達する。そして、電圧情報制御部７は、伝送路Ｌを１周した電圧情報を受け取る。これにより、電圧情報制御部７は、電池ブロック２－Ａ、２－Ｂ、２－Ｃのうちの最低の端子電圧に相当するパルス幅Ｈの情報を取得することになる。さらに、電圧情報制御部７は、最低の端子電圧を示す電圧情報を低電位側の末端となる電池ブロック２－Ａに出力する。

　各電池ブロック２は、電圧情報を取得したタイミング（端子Ｔ２にパルス信号が入力されたタイミング）でのみ、放電動作、及び電圧情報の出力動作を行う。このため、電圧情報制御部７からの最低の端子電圧を示す電圧情報の出力（例えば信号ＳＧ０の立上りエッジ）に同期して各電池ブロック２の放電動作、及び出力動作を制御することができる。つまり、電圧情報制御部７の制御により、各電池ブロック２の放電動作、及び出力動作のタイミングを決定することができる。言い換えると、各電池ブロック２の放電制御部３４は、電圧情報制御部７からの電圧情報の出力に同期して、放電部３５の放電動作を行わせる。また、各電池ブロック２の電圧情報出力部３３は、電圧情報制御部７からの電圧情報の出力に同期して、低い方の端子電圧を示す電圧情報を高電位側の他の電池ブロック２又は電圧情報制御部７に出力する。

　なお、上記第２実施形態では、電源システム１ｃは、伝送路Ｌによって低電位側から高電位側に向かって電圧情報が送られるように構成した。しかし、逆に、伝送路Ｌによって高電位側から低電位側に向かって電圧情報が送られるように構成してもよい。この形態では、各電池ブロック２の負極が第１電極の一例に相当し、各電池ブロック２の正極が第２電極の一例に相当する。

　なお、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。

　本発明の一局面に係る電池ブロックは、複数の電池ブロックを用いて構成された電源システムに用いられる電池ブロックであって、二次電池と、前記二次電池の端子電圧を自電圧情報として計測する電圧計測部と、他の電池ブロックから出力された電圧情報を他電圧情報として取得する電圧情報取得部と、前記自電圧情報と前記他電圧情報とを比較し、低い方の端子電圧を示す電圧情報を外部へ出力する電圧情報出力部と、前記自電圧情報により示される前記二次電池の端子電圧である自電圧が前記他電圧情報により示される端子電圧より高いとき、自電池ブロックにおける前記二次電池を放電させる放電制御部とを備える。

　このような構成の電池ブロックを、複数組み合わせて電源システムを構成すると、各電池ブロックが、自律的に、他の電池ブロックから出力された他電圧情報を電圧情報取得部によって取得すると共に、自電池ブロックの電圧情報と他の電池ブロックの電圧情報のうち、より低い端子電圧を示す電圧情報を電圧情報出力部によって他の電池ブロックへ出力する。そして、各電池ブロックは、自電圧が他電圧情報により示される端子電圧より高いとき、自律的に、放電制御部によって、自電池ブロックの二次電池を放電させる。その結果、各電池ブロックによる自律的な二次電池の放電制御によって、複数の電池ブロックが備える複数の二次電池における端子電圧の不均衡が低減される。このように、各電池ブロックが自律的に二次電池の放電制御を行うことによって、電源システム全体の複数の二次電池の端子電圧の不均衡が低減されるので、二次電池の数を変更するときは、電源システムに用いられる電池ブロックの数を増減するだけでよく、背景技術のように分圧抵抗の数や抵抗値を変更する必要がない。従って、複数の二次電池における端子電圧の不均衡を低減しつつ、二次電池の数を変更することが容易となる。

　また、前記電圧情報取得部は、複数の他の電池ブロックから出力された複数の電圧情報を複数の他電圧情報として取得し、前記電圧情報出力部は、前記自電圧情報と前記複数の他電圧情報のうちで最も低い端子電圧を示す電圧情報を出力し、前記放電制御部は、前記複数の他電圧情報により示される複数の端子電圧のうち少なくとも一つが、前記自電圧より低いとき、自電池ブロックにおける前記二次電池を放電させることが好ましい。

　この構成によれば、電圧情報取得部によって、複数の他の電池ブロックから出力された複数の他電圧情報が取得され、その複数の他電圧情報により示される複数の端子電圧のうち少なくとも一つが自電圧より低いとき、すなわち他の複数の電池ブロックにおける端子電圧のうちの最低電圧が自電圧より低いとき、自電池ブロックの二次電池が放電される。そうすると、電圧情報取得部によって他電圧情報が取得された複数の電池ブロックの端子電圧のうち最も低い電圧を目標にして自電池ブロックの二次電池の放電が行われ、不均衡が低減されることになるので、不均衡の低減処理が迅速となる。

　また、前記電圧情報出力部は、前記電圧情報を通信信号として外部へ出力することが好ましい。

　このような構成の電池ブロックを、複数組み合わせて電源システムを構成すると、複数の電池ブロック間で、電圧情報を通信信号として送受信できる。そうすると、電池ブロックが備える二次電池の電気的な接続関係とは無関係に、物理的に近い位置に配設された電池ブロック間に、通信の伝送路を配線することができる。そして、物理的に近い位置に配設された電池ブロック間に、通信の伝送路を配線するようにすれば、電圧情報を送受信するために必要な配線量を容易に減少させることができる。

　この構成によれば、各電池ブロックが、自律的に、他の電池ブロックから出力された他電圧情報を電圧情報取得部によって取得すると共に、自電池ブロックの電圧情報と他の電池ブロックの電圧情報のうち、より低い端子電圧を示す電圧情報を電圧情報出力部によって他の電池ブロックへ出力する。そして、各電池ブロックは、自電圧が他電圧情報により示される端子電圧より高いとき、自律的に、放電制御部によって、自電池ブロックの二次電池を放電させる。その結果、各電池ブロックによる自律的な二次電池の放電制御によって、複数の電池ブロックが備える複数の二次電池における端子電圧の不均衡が低減される。このように、各電池ブロックが自律的に二次電池の放電制御を行うことによって、電源システム全体の複数の二次電池の端子電圧の不均衡が低減されるので、二次電池の数を変更するときは、電源システムに用いられる電池ブロックの数を増減するだけでよく、背景技術のように分圧抵抗の数や抵抗値を変更する必要がない。従って、複数の二次電池における端子電圧の不均衡を低減しつつ、二次電池の数を変更することが容易となる。

　この構成によれば、電池ブロック間の通信が隣接して接続された電池ブロック間に限定され、隣接して接続された電池ブロック間では電位差が小さいために、通信信号のレベルシフトが容易となり、回路規模を小さくすることが可能である。

　また、上記の電源システムにおいて、前記電池ブロックの正極及び負極の一方を第１電極と定義し、前記正極及び前記負極の他方を第２電極と定義したとき、前記直列接続された複数の電池ブロックのうち前記第１電極側の末端の電池ブロックである第１電池ブロックの前記電圧情報出力部から出力された電圧情報を取得する電圧情報制御部をさらに具備し、前記電圧情報制御部は、前記第１電池ブロックの前記電圧情報出力部から取得した電圧情報を、前記直列接続された複数の電池ブロックのうち前記第２電極側の末端の電池ブロックである第２電池ブロックの前記電圧情報取得部に他電圧情報として出力し、前記直列接続された複数の電池ブロックのうち前記第２電池ブロックを除く残余の電池ブロックの各々の前記電圧情報取得部は、各々の前記第２電極に接続されている電池ブロックから、前記他電圧情報を取得し、前記直列接続された複数の電池ブロックのうち前記第１電池ブロックを除く残余の電池ブロックの各々の前記電圧情報出力部は、各々の前記第１電極に接続されている電池ブロックに対して、前記低い方の端子電圧を示す電圧情報を出力し、前記電圧情報制御部からの電圧情報の出力に同期して、前記各電池ブロックにおける放電動作、及び電圧情報の出力動作が制御されることが好ましい。

　この構成によれば、各電池ブロック間の電圧情報の出力方向が片方向のため、電圧情報出力のための回路規模を小さくすることができる。また、電圧情報制御部により各電池ブロックの放電動作及び電圧情報の出力動作を制御することができるため、電池ブロックの放電タイミングの選択を行うことが可能となる。

　この構成によれば、各電池ブロックから出力された電圧情報が、他のすべての電池ブロックにおける二次電池の放電制御に影響を与えるので、電源システムに含まれるすべての電池ブロック相互間における端子電圧の不均衡を低減することが容易である。

　本発明にかかる電池ブロック、及び電源システムは、複数の二次電池における端子電圧の不均衡を低減しつつ、電源システムを構成する二次電池の数を変更することが容易であるので、二次電池を含んだ電池ブロック、及びこの電池ブロックが複数接続されて構成された電源システム等として有用である。

Claims

　複数の電池ブロックを用いて構成された電源システムに用いられる電池ブロックであって、
　二次電池と、
　前記二次電池の端子電圧を自電圧情報として計測する電圧計測部と、
　他の電池ブロックから出力された電圧情報を他電圧情報として取得する電圧情報取得部と、
　前記自電圧情報と前記他電圧情報とを比較し、低い方の端子電圧を示す電圧情報を外部へ出力する電圧情報出力部と、
　前記自電圧情報により示される前記二次電池の端子電圧である自電圧が前記他電圧情報により示される端子電圧より高いとき、自電池ブロックにおける前記二次電池を放電させる放電制御部と
　を備える電池ブロック。
　前記電圧情報取得部は、
　複数の他の電池ブロックから出力された複数の電圧情報を複数の他電圧情報として取得し、
　前記電圧情報出力部は、
　前記自電圧情報と前記複数の他電圧情報のうちで最も低い端子電圧を示す電圧情報を出力し、
　前記放電制御部は、
　前記複数の他電圧情報により示される複数の端子電圧のうち少なくとも一つが、前記自電圧より低いとき、自電池ブロックにおける前記二次電池を放電させる請求項１記載の電池ブロック。
　前記電圧情報出力部は、
　前記電圧情報を通信信号として外部へ出力する請求項１又は２記載の電池ブロック。
　請求項１～３のいずれか１項に記載の電池ブロックが複数接続されて構成された電源システム。
　請求項１～３のいずれか１項に記載の電池ブロックが複数直列接続されて構成され、
　前記電圧情報出力部は、隣接して接続された高電位側又は低電位側の電池ブロックに、前記電圧情報を通信信号として出力する電源システム。
　前記電池ブロックの正極及び負極の一方を第１電極と定義し、前記正極及び前記負極の他方を第２電極と定義したとき、
　前記直列接続された複数の電池ブロックのうち前記第１電極側の末端の電池ブロックである第１電池ブロックの前記電圧情報出力部から出力された電圧情報を取得する電圧情報制御部をさらに具備し、
　前記電圧情報制御部は、前記第１電池ブロックの前記電圧情報出力部から取得した電圧情報を、前記直列接続された複数の電池ブロックのうち前記第２電極側の末端の電池ブロックである第２電池ブロックの前記電圧情報取得部に他電圧情報として出力し、
　前記直列接続された複数の電池ブロックのうち前記第２電池ブロックを除く残余の電池ブロックの各々の前記電圧情報取得部は、各々の前記第２電極に接続されている電池ブロックから、前記他電圧情報を取得し、
　前記直列接続された複数の電池ブロックのうち前記第１電池ブロックを除く残余の電池ブロックの各々の前記電圧情報出力部は、各々の前記第１電極に接続されている電池ブロックに対して、前記低い方の端子電圧を示す電圧情報を出力し、
　前記電圧情報制御部からの電圧情報の出力に同期して、前記各電池ブロックにおける放電動作、及び電圧情報の出力動作が制御される請求項５に記載の電源システム。
　請求項１又は２に記載の電池ブロックを複数含み、
　前記電池ブロックの各々から出力された電圧情報が、他のすべての電池ブロックに影響を与えるように、前記複数の電池ブロックにおける前記電圧情報出力部と前記電圧情報取得部とが接続されて構成された電源システム。