WO2023176940A1

WO2023176940A1 - 電池切替回路、電池システム、電池システムを制御する方法

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Publication number: WO2023176940A1
Application number: PCT/JP2023/010401
Authority: WO
Inventors: 真人山崎
Original assignee: ラピステクノロジー株式会社
Priority date: 2022-03-16
Filing date: 2023-03-16
Publication date: 2023-09-21

Abstract

【解決手段】電池切替回路は、複数の電池セルに接続可能に構成された複数のスイッチユニットを備え、スイッチユニットの各々は、第１陽極電極及び第２陽極電極と、第１陽極電極と第２陽極電極とを結ぶ陽極ラインと、第１陰極電極及び第２陰極電極と、第１陰極電極と第２陰極電極とを結ぶ陰極ラインと、を含み、陽極ラインは、第１陽極電極から第２陽極電極への方向に交互に接続された複数のセル陽極電極及び複数の陽極スイッチ回路を含み、陰極ラインは、第１陰極電極から第２陰極電極への方向に交互に接続された複数のセル陰極電極及び複数の陰極スイッチ回路を含み、第２陽極電極は、陽極スイッチ回路のうち最も第２陽極電極に近い陽極スイッチ回路に接続され、第２陰極電極は、陰極スイッチ回路のうち最も第２陰極電極に近い陰極スイッチ回路に接続される。

Description

電池切替回路、電池システム、電池システムを制御する方法

　本発明は、電池切替回路、電池システム、及び電池システムを制御する方法に関する。
　本出願は、２０２２年３月１６日に出願された日本国特許出願第2022-041596号の優先権を主張し、その全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

　特許文献１は、複数の充電可能な電池セルを直列に接続して高電圧の電池を実現することを開示する。また、特許文献１は、２種類のセルバランス方式を開示する。

特開2013-013236号公報

　２種類のセルバランス方式の一方では、高い出力電圧の電池セル及び抵抗Ｒ１を接続して、電池セルから放電される電流を抵抗Ｒ１において消費する。このセルバランス方式では、抵抗Ｒ１で電力が消費されて発熱になる。

　２種類のセルバランス方式の他方では、２つの電池セルの間に接続されたトランスと、トランスの一次側及びトランスの二次側にそれぞれ接続されたスイッチの導通／非導通とを用いてトランスの一次側の電池セルからトランスの二次側の電池セルに電荷を移動する。このセルバランス方式では、複数のトランスを必要とし、またトランスの電磁誘導を利用するためにスイッチの高速切り替えを必要とする。

　本発明は、電池セルの電荷の再配置を可能にする電池切替回路、電池システム、及び電池システムを制御する方法を提供することを目的とする。

　本発明の第１態様に係る電池切替回路は、充電可能な複数の電池セルの端子電圧のセルバランスのための電池切替回路であって、前記電池セルに接続可能に構成された複数のスイッチユニットと、複数の制御電極と、を備え、前記スイッチユニットの各々は、電池陽極に接続されるように構成された第１陽極電極及び第２陽極電極と、前記第１陽極電極と前記第２陽極電極とを結ぶ陽極ラインと、電池陰極に接続されるように構成された第１陰極電極及び第２陰極電極と、前記第１陰極電極と前記第２陰極電極とを結ぶ陰極ラインと、を備え、前記陽極ラインは、前記第１陽極電極から前記第２陽極電極への方向に交互に接続された複数のセル陽極電極及び複数の陽極スイッチ回路を含み、前記陽極スイッチ回路は、一又は複数の第１陽極スイッチ回路、及び第２陽極スイッチ回路を含み、前記第２陽極スイッチ回路は、前記陽極スイッチ回路のうち最も前記第２陽極電極に近く、前記第１陽極スイッチ回路は、前記第２陽極スイッチ回路と前記第１陽極電極との間に直列に接続され、前記陰極ラインは、前記第１陰極電極から前記第２陰極電極への方向に交互に接続された複数のセル陰極電極及び複数の陰極スイッチ回路を含み、前記陰極スイッチ回路は、一又は複数の第１陰極スイッチ回路、及び第２陰極スイッチ回路を含み、前記第２陰極スイッチ回路は、前記陰極スイッチ回路のうち最も前記第２陰極電極に近く、前記第１陰極スイッチ回路は、前記第２陰極スイッチ回路と前記第１陰極電極との間に直列に接続され、前記セル陽極電極及び前記セル陰極電極は、前記電池セルに接続可能なように構成され、前記陽極スイッチ回路及び前記陰極スイッチ回路は、前記制御電極からの信号によって制御される。

　本発明の第２態様に係る電池システムは、電池切替回路と、前記電池切替回路の前記セル陽極電極及び前記セル陰極電極に接続された複数の電池セルを含む電池と、前記電池切替回路の前記スイッチユニットの前記第１陽極電極及び前記第１陰極電極の間に接続された複数の電圧センサと、前記電池切替回路の前記制御電極に接続された制御装置と、電池陽極と、電池陰極と、を備え、前記スイッチユニットの前記第２陽極電極は、共通陽極ラインを介して互いに接続され、前記スイッチユニットの前記第２陰極電極は、共通陰極ラインを介して互いに接続され、前記電池切替回路の前記スイッチユニットの各々における前記第１陽極電極及び前記第１陰極電極は、前記スイッチユニットが前記電池陽極と前記電池陰極との間に直列に接続されるように構成される。

　本発明の第３態様に係る、電池システムを制御する方法は、前記電圧センサを用いて前記スイッチユニットの各々における前記第１陽極電極と前記第１陰極電極との間の電圧に係る信号を得ることと、前記スイッチユニットのうちの、少なくとも１つの第１スイッチユニットと少なくとも１つの第２スイッチユニットとの間においてセルバランスが必要であることを前記信号が示す場合、前記第１スイッチユニット及び前記第２スイッチユニットの各々において、前記第１陽極スイッチ回路のうちの１つ及び前記第１陰極スイッチ回路のうちの１つをＯＦＦ状態にすると共に、前記第２陽極スイッチ回路及び前記第２陰極スイッチ回路をＯＮ状態にすることと、を備える。

図１は、本実施の形態に係る電池システムの構成を概略的に示す図面である。図２Ａは、電池セルのシンボルを示す図面である。図２Ｂは、本実施の形態に係る電池切替回路の主要部であるスイッチユニットを示す図面である。図２Ｃは、本実施の形態に係る電池切替回路が半導体集積回路の形態で提供される際における概略的な構成を示す図面である。図３は、本実施の形態に係る電池切替回路の構成の一例を概略的に示す図面である。図４は、本実施の形態に係る制御装置における充電モジュールによって制御される電池切替回路のスイッチ回路の開閉を示す図面である。図５は、本実施の形態に係る制御装置における放電モジュールによって制御される電池切替回路のスイッチ回路の開閉を示す図面である。図６は、本実施の形態に係る制御装置における放電・セルバランスモジュールによって制御される電池切替回路のスイッチ回路の開閉を示す図面である。図７は、本実施の形態に係る制御装置における個別セルバランスモジュールによって制御される電池切替回路のスイッチ回路の開閉を示す図面である。図８は、本実施の形態に係る制御装置におけるセル再配置モジュールによって制御される電池切替回路のスイッチ回路の開閉を示す図面である。図９は、電池セルの一例としてリチウム電池の特性を示すグラフである。図１０は、本実施の形態に係る電池システムを制御する方法の主要な手順を示すフローチャートである。図１１は、本実施の形態に係る電池システムを制御する方法の主要な手順を示すフローチャートである。図１２は、本実施の形態に係る電池システムを制御する方法の主要な手順を示すフローチャートである。図１３は、本実施の形態に係る電池システムを制御する方法の主要な手順を示すフローチャートである。

　以下、図面を参照して本発明を実施するための各実施の形態について説明する。引き続く説明において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付して、繰り返しの説明を省略する。

　図１は、本実施の形態に係る電池システムの構成を概略的に示す図面である。

　電池システム１１は、電池切替回路１３と、電池１５と、複数の電圧センサ１７と、制御装置１９と、電池陽極２１と、電池陰極２３と、を備える。電池１５は、例えばリチウム電池を含むことができる。電池１５は、複数の電池モジュール２５を含み、各電池モジュール２５は、複数の電池セル２７を含む。各電池セル２７は、充電、放電、セルバランス処理を行う単位のリチウム電池を包含し、また複数の単位のリチウム電池を含む電池デバイスを包含する。「セル」の呼称は、物理的なリチウム電池セルを必ずしも意味しない。図１において、電池モジュール２５は、矢印ＣＮＣＴに示されるように、電池切替回路１３のスイッチユニット３１に接続される。

　電池システム１１は、充電装置２０から充電される。また、電池システム１１は、負荷装置２２に放電として電気を供給する。負荷装置２２は、例えば電池駆動可能な移動体（例えば、車両）、又は電池駆動可能な任意の装置を包含する。

　図２Ａは、電池セルのシンボルを示す図面である。電池セル２７は、電池陽極２７ｐ及び電池陰極２７ｎを有する。図２Ｂは、本実施の形態に係る電池切替回路１３の主要部であるスイッチユニットを示す。図２Ｃは、本実施の形態に係る電池切替回路１３が半導体集積回路の形態で提供される際における概略的な構成を示す。図３は、本実施の形態に係る電池切替回路１３の構成の一例を概略的に示す図面である。

　電池切替回路１３は、充電可能な複数の電池セル２７の端子電圧のセルバランスを行うために利用可能である。電池切替回路１３は、複数の電池セル２７に接続可能に構成された複数のスイッチユニット３１を含む。電池切替回路１３は、図３に示されるように、例えば、４つのスイッチユニット３１（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ）を含む。

　図２Ｂを参照すると、スイッチユニット３１の各々は、陽極ライン３３及び陰極ライン４３を含む。スイッチユニット３１の各々は、第１陽極電極３５ａ、及び第２陽極電極３５ｂと、第１陰極電極４５ａ、及び第２陰極電極４５ｂと、を含む。陽極ライン３３は、第１陽極電極３５ａと第２陽極電極３５ｂとを結び、セル陽極電極５１を介し電池陽極２７ｐが接続される。陰極ライン４３は、第１陰極電極４５ａと第２陰極電極４５ｂとを結び、セル陰極電極５５を介し電池陰極２７ｎが接続される。スイッチユニット３１（電池切替回路１３）は、また、複数の制御電極４１を含む。

　陽極ライン３３は、第１陽極電極３５ａから第２陽極電極３５ｂへの方向に交互に接続された複数のセル陽極電極５１及び複数の陽極スイッチ回路５３を含む。陰極ライン４３は、第１陰極電極４５ａから第２陰極電極４５ｂへの方向に交互に接続された複数のセル陰極電極５５及び複数の陰極スイッチ回路５７を含む。陽極スイッチ回路５３及び陰極スイッチ回路５７は、制御電極４１からの信号によって制御される。

　陽極スイッチ回路５３及び陰極スイッチ回路５７は、スイッチ５６を含む。図２Ｂを参照すると、陽極スイッチ回路５３及び陰極スイッチ回路５７の少なくとも一方（本実施例では、陽極スイッチ回路５３）は、任意選択的に、スイッチ５６に直列に接続された抵抗素子５８を更に含むことができる。電池切替回路１３において、陽極スイッチ回路５３及び陰極スイッチ回路５７において抵抗素子５８は必要な場合に用いられる。

　例示としては、陽極スイッチ回路５３及び陰極スイッチ回路５７は、それぞれの電界効果トランジスタを含むことができ、この電界効果トランジスタのゲートは、制御電極４１のいずれか１つに接続される。電池切替回路１３によれば、電界効果トランジスタは電圧制御素子であって、セル陽極電極５１の間及びセル陰極電極５５の間の導通／非道通の切り替えを可能にする。図１に示されるように、電池切替回路１３は、電池陽極２１と電池陰極２３との間に接続される。電池セル２７の直列接続は、電池切替回路１３に大きな電圧差を加えることになる。

　陽極スイッチ回路５３及び陰極スイッチ回路５７のための電界効果トランジスタは、図２Ｃに示されるように半導体集積回路３０の形態として提供されることができる。半導体集積回路３０は、所望の数のスイッチユニット３１を含むことができる。図２Ｃでは、電池切替回路１３のスイッチユニット３１の全てが集積されている。しかしながら、単一のスイッチユニット３１、又は電池切替回路１３内の一部のスイッチユニット３１が半導体集積回路の形態で提供されることができ、電池切替回路１３は、複数の半導体集積回路から構成されることができる。電池セル２７のスイッチユニット３１を個別の半導体集積回路として提供することは、個別の半導体集積回路に加わる電圧差を電池１５の全電圧より小さくできる。

　図３を参照しながら、電池切替回路１３を詳細に説明する。電池切替回路１３は、例示として４つのスイッチユニット３１（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ）を含む。図３において、例えば陽極スイッチ回路５３は（陰極スイッチ回路５７も）、抵抗素子を含まない。

　第１陽極電極３５ａは、セル陽極電極５１のうち最も第１陽極電極３５ａに近い第１セル陽極電極５１ａ（５１）に接続される。陽極スイッチ回路５３は、第１陽極電極３５ａから最も遠いセル陽極電極５１と、セル陽極電極５１のうち最も第１陽極電極３５ａに近い第１セル陽極電極５１ａ（５１）との間に接続された一又は複数の第１陽極スイッチ回路５３ａを含む。第２陽極電極３５ｂは、陽極スイッチ回路５３のうち最も第２陽極電極３５ｂに近い第２陽極スイッチ回路５３ｂに接続される。セル陽極電極５１は、最も第１陽極電極３５ａに近い第１陽極スイッチ回路５３ａと、第２陽極スイッチ回路５３ｂとの間に接続された一又は複数の第２セル陽極電極５１ｂ（５１）を含む。

　第１陰極電極４５ａは、セル陰極電極５５のうち最も第１陰極電極４５ａに近い第１セル陰極電極５５ａ（５５）に接続される。陰極スイッチ回路５７は、第１陰極電極４５ａから最も遠いセル陰極電極５５と、セル陰極電極５５のうち最も第１陰極電極４５ａに近い第１セル陰極電極５５ａ（５５）との間に接続された一又は複数の第１陰極スイッチ回路５７ａ（５７）を含む。第２陰極電極４５ｂは、陰極スイッチ回路５７のうち最も第２陰極電極４５ｂに近い第２陰極スイッチ回路５７ｂに接続される。セル陰極電極５５は、第１陰極スイッチ回路５７ａ（５７）と第２陰極スイッチ回路５７ｂ（５７）との間に接続された一又は複数の第２セル陰極電極５５ｂ（５５）を含む。

　第１セル陽極電極５１ａ及び第１セル陰極電極５５ａは、電池セル２７に接続可能なように構成される。第２セル陽極電極５１ｂ及び第２セル陰極電極５５ｂは、電池セル２７に接続可能なように構成される。

　図１及び図３を参照すると、電池切替回路１３によれば、スイッチユニット３１の各々において、第２陽極電極３５ｂ及び第２陰極電極４５ｂは、充電及び放電のための第１陽極電極３５ａ及び第１陰極電極４５ａと別個に設けられて、それぞれ、スイッチユニット３１内の陽極ライン３３及び陰極ライン４３を共通陽極ライン５９ａ（図１参照）及び共通陰極ライン５９ｂ（図１参照）に接続すること、又は切り離すこと可能にする。

　また、第２陽極スイッチ回路５３ｂ及び第２陰極スイッチ回路５７ｂは、それぞれ、スイッチユニット３１毎の陽極ライン３３及び陰極ライン４３を共通陽極ライン５９ａ（図１参照）及び共通陰極ライン５９ｂ（図１参照）に選択的に接続すること可能にする。

　スイッチユニット３１の各々において、第１陽極スイッチ回路５３ａ及び第１陰極スイッチ回路５７ａは、それぞれ、スイッチユニット３１内の陽極ライン３３と陰極ライン４３との間に接続された電池セル２７を少なくとも１つのセルバランス電池セル及び少なくとも１つの放電（必要な場合は、充電）電池セル２７に分けること可能にする。

　スイッチユニット３１毎の第１陽極スイッチ回路５３ａ及び第１陰極スイッチ回路５７ａ、並びに第２陽極スイッチ回路５３ｂ及び第２陰極スイッチ回路５７ｂは、これらのスイッチ回路を個別に制御すること可能にする。個別の制御によれば、電池セル２７の様々な切り分け・再配置を可能にする。スイッチユニット３１にわたって第２陽極スイッチ回路５３ｂ及び第２陰極スイッチ回路５７ｂを共通の制御線によって制御することは便利であり、また配線の本数を低減できる。

　図３に示されるように、電池切替回路１３は、追加のライン４０を備えることができる。追加のライン４０は、第１陰極電極４５ａに接続可能に設けられた第１電極４２ａと、第２陰極電極４５ｂ（共通陰極ライン５９ｂ）に接続可能に設けられた第２電極４２ｂと、第１電極４２ａと第２電極４２ｂとの間に接続されたスイッチ回路３８を備える。スイッチ回路３８は、制御電極４１のいずれか一つに接続される。

　複数の電池セル２７は、互いに対応するセル陽極電極５１及びセル陰極電極５５の間に接続される。

　図３では、スイッチユニット３１内において対応する第１陽極スイッチ回路５３ａ及び第１陰極スイッチ回路５７ａは、共通の制御電極４１に接続されて、この制御電極４１からの信号によって制御される。また、第２陽極スイッチ回路５３ｂ及び第２陰極スイッチ回路５７ｂは、共通の制御電極４１に接続されて、この制御電極４１からの信号によって制御される。しかしながら制御電極に関しては上述の形態に限定されず、第１陽極スイッチ回路５３ａ及び第１陰極スイッチ回路５７ａは個別の制御電極４１に接続されていてもよく、また第２陽極スイッチ回路５３ｂ及び第２陰極スイッチ回路５７ｂは、個別の制御電極４１に接続されていてもよい。

　図１を参照すると、制御装置１９は、電池切替回路１３及び電圧センサ１７に接続される。

　電圧センサ１７は、スイッチユニット３１毎の電池セル２７の電圧をモニタして、モニタ値を示す信号を制御装置１９に提供する。制御装置１９は、電池切替回路１３のスイッチユニット３１内の第１陽極スイッチ回路５３ａ及び第１陰極スイッチ回路５７ａ、並びに第２陽極スイッチ回路５３ｂ及び第２陰極スイッチ回路５７ｂの開閉を制御し、更には、スイッチ回路３８の開閉を制御する。

　第１陽極スイッチ回路５３ａ及び第１陰極スイッチ回路５７ａ、並びに第２陽極スイッチ回路５３ｂ及び第２陰極スイッチ回路５７ｂの開閉と、電池セル２７の接続との関係を説明する。接続は、単一のスイッチユニット３１に関して説明される。しかしながら、制御装置１９は、電池切替回路１３における任意の数のスイッチユニット３１において、同様の接続を可能にすることができる。

　図１に示された制御装置１９は、あるスイッチユニット３１内において以下の接続１を形成するために、図３における第１陽極スイッチ回路５３ａ、第１陰極スイッチ回路５７ａ、第２陽極スイッチ回路５３ｂ、及び第２陰極スイッチ回路５７ｂを制御する。接続１では、制御装置１９は、第２陽極スイッチ回路５３ｂ及び第２陰極スイッチ回路５７ｂをＯＦＦ状態にすると共に第１陽極スイッチ回路５３ａの全て及び第１陰極スイッチ回路５７ａの全てをＯＮ状態にする。ＯＦＦ状態の第２陽極スイッチ回路５３ｂ及びＯＦＦ状態の第２陰極スイッチ回路５７ｂは、電池セル２７を共通陽極ライン５９ａ及び共通陰極ライン５９ｂから分離する。

　図１に示された制御装置１９は、あるスイッチユニット３１内において以下の接続２を形成するために、図３における第１陽極スイッチ回路５３ａ、第１陰極スイッチ回路５７ａ、第２陽極スイッチ回路５３ｂ、及び第２陰極スイッチ回路５７ｂを制御する。接続２では、制御装置１９は、第２陽極スイッチ回路５３ｂ及び第２陰極スイッチ回路５７ｂをＯＮ状態にする。ＯＮ状態の第２陽極スイッチ回路５３ｂ及びＯＮ状態の第２陰極スイッチ回路５７ｂは、それぞれ、陽極ライン３３の一部又は全部及び陰極ライン４３の一部又は全部を共通陽極ライン５９ａ及び共通陰極ライン５９ｂに接続する。さらに、制御装置１９は、第１陽極スイッチ回路５３ａの一つ及び第１陰極スイッチ回路５７ａの一つをＯＦＦ状態にする。ＯＦＦ状態の第１陽極スイッチ回路５３ａ及びＯＦＦ状態の第１陰極スイッチ回路５７ａを基準に第２陽極電極３５ｂ及び第２陰極電極４５ｂに近い電池セル２７が、第２陽極電極３５ｂ及び第２陰極電極４５ｂに接続される。ＯＦＦ状態の第１陽極スイッチ回路５３ａ及びＯＦＦ状態の第１陰極スイッチ回路５７ａを基準に第１陽極電極３５ａ及び第１陰極電極４５ａに近い電池セル２７は、第２陽極電極３５ｂ及び第２陰極電極４５ｂから分離される。

　図１に示された制御装置１９は、あるスイッチユニット３１内において以下の接続３を形成するために、図３における第１陽極スイッチ回路５３ａ、第１陰極スイッチ回路５７ａ、第２陽極スイッチ回路５３ｂ、及び第２陰極スイッチ回路５７ｂを制御する。接続３では、制御装置１９は、全ての第１陽極スイッチ回路５３ａ、全ての第１陰極スイッチ回路５７ａ、第２陽極スイッチ回路５３ｂ、及び第２陰極スイッチ回路５７ｂをＯＮ状態にする。この制御により、陽極ライン３３上の全てのスイッチ回路及び陰極ライン４３上の全てのスイッチ回路がＯＮ状態になる。第１陽極電極３５ａ及び第１陰極電極４５ａは、それぞれ、第２陽極電極３５ｂ及び第２陰極電極４５ｂに接続される。

　制御装置１９の上記のようなスイッチ回路のための例示的な接続１から接続３は、単独で、又は組み合わせで、電池切替回路１３を含む電池システム１１が様々な動作することを可能にする。

　図３において、制御装置１９は、あるスイッチユニット３１内において、第２陽極スイッチ回路５３ｂ及び第２陰極スイッチ回路５７ｂをＯＮ状態にする。

　さらに、上記のように分離された電池セル２７は、制御装置１９が、第２陽極スイッチ回路５３ｂ及び第２陰極スイッチ回路５７ｂをＯＮ状態にするように第２陽極スイッチ回路５３ｂ及び第２陰極スイッチ回路５７ｂを制御する。このとき、ＯＮ状態の第２陽極スイッチ回路５３ｂ及びＯＮ状態の第２陰極スイッチ回路５７ｂを介して第２陽極電極３５ｂ及び第２陰極電極４５ｂに接続される。

　図１に示されるように、制御装置１９は、スイッチの制御のためにいくつかのモジュールを含むことができる。引き続き、典型的なモジュールを説明する。モジュールは、ソフトウエアモジュール又はハードウエアモジュール、或いはこれらの組み合わせモジュールとして提供されることができる。典型的なモジュールは、例えば充電モジュール１９ａ、放電モジュール１９ｂ、全セルバランスモジュール１９ｃ、個別セルバランスモジュール１９ｄ、及びセル再配置モジュール１９ｅを包含する。

　引き続いて、図４から図８を参照しながら、典型的なモジュールを説明する。図４から図８において、本実施例では、制御電極は、共通の参照符号「４１」として参照されるけれども、制御電極４１、スイッチユニット３１のスイッチ回路毎に設けられる。しかしながら、必要な場合には、電池切替回路１３において、いくつかのスイッチ回路が、ある共有された制御電極４１に接続されることができる。

　制御装置１９は、例えば充電モジュール１９ａを含むことができる。図４は、充電モジュール１９ａによって制御される電池切替回路１３のスイッチ回路の開閉を示す図面である。電池切替回路１３は、４つのスイッチユニット３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを含み、スイッチユニット３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１はそれぞれ前述の接続１により構成されている。スイッチユニット３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄの各々は、複数の電池セル２７、具体的には２つの電池セル２７を含む。

　充電モジュール１９ａによれば、第１陽極スイッチ回路５３ａ及び第１陰極スイッチ回路５７ａ、並びに第２陽極スイッチ回路５３ｂ及び第２陰極スイッチ回路５７ｂは、制御装置１９からの制御信号を制御電極４１に受けて、以下のように動作する。

　電池システム１１及び電池切替回路１３では、電池セル２７の電力を充電する際には、制御装置１９は、図５に示されるように、第２陽極スイッチ回路５３ｂ及び第２陰極スイッチ回路５７ｂをＯＦＦ状態にすると共に第１陽極スイッチ回路５３ａ及び第１陰極スイッチ回路５７ａをＯＮ状態にする、ようにスイッチユニット３１（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ）を構成する。本実施例では、ライン４０上のスイッチ回路３８はＯＦＦ状態になるが、ＯＮ状態にあってもよい。

　スイッチユニット３１（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ）の各々では、２つの電池セル２７が並列に接続される。また、陽極ライン３３及び陰極ライン４３が、それぞれ、共通陽極ライン５９ａ及び共通陰極ライン５９ｂから分離される。スイッチユニット３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは、直列に接続されて、電池陽極２１と電池陰極２３との間に電池セル２７の直列接続（破線ＣＨＧ）を形成する。

　電池システム１１によれば、スイッチユニット３１の各々における全ての電池セル２７が並列に接続されると共に、複数のスイッチユニット３１が直列に接続されて、電池システム１１は充電モードで動作する。

　制御装置１９は、充電モードの際には、電圧センサ１７を用いて、スイッチユニット３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ毎の第１陽極電極３５ａと第１陰極電極４５ａとの間の電圧を監視することができる。この監視によって、制御装置１９は、スイッチユニット３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄの全てにおける電圧レベルの信号を受け取ることができ、これらの信号の値は、制御装置１９内の記憶装置に格納される。

　制御装置１９は、スイッチユニット３１のうち一又は複数の電池セル２７を充電させるようにしてもよい。

　制御装置１９は、例えば放電モジュール１９ｂを備えることができる。図５は、放電モジュール１９ｂによって制御される電池切替回路１３のスイッチ回路の開閉を示す図面であるが、図４に示した充電モジュールとは動作が異なる。電池切替回路１３は、４つのスイッチユニット３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを含み、スイッチユニット３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄはそれぞれ前述の接続１により構成されている。スイッチユニット３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄの各々は、２つの電池セル２７を含む。

　放電モジュール１９ｂによれば、第１陽極スイッチ回路５３ａ及び第１陰極スイッチ回路５７ａ、並びに第２陽極スイッチ回路５３ｂ及び第２陰極スイッチ回路５７ｂは、制御装置１９からの制御信号を制御電極４１に受けて、以下のように動作する。

　電池システム１１及び電池切替回路１３では、電池セル２７の電力を放電する際には、制御装置１９は、図５に示されるように、第２陽極スイッチ回路５３ｂ及び第２陰極スイッチ回路５７ｂをＯＦＦ状態にすると共に第１陽極スイッチ回路５３ａ及び第１陰極スイッチ回路５７ａをＯＮ状態にする、ようにスイッチユニット３１（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ）を構成する。本実施例では、ライン４０上のスイッチ回路３８はＯＦＦ状態にあるが、ＯＮ状態であってもよい。

　スイッチユニット３１（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ）の各々では、２つの電池セル２７が並列に接続される。また、陽極ライン３３及び陰極ライン４３が、それぞれ、共通陽極ライン５９ａ及び共通陰極ライン５９ｂから分離される。スイッチユニット３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは、直列に接続されて、電池陽極２１と電池陰極２３との間に電池セル２７の直列接続（破線ＤＣＧ）を形成する。

　電池システム１１によれば、スイッチユニット３１の各々における全ての電池セル２７が並列に接続されると共に、複数のスイッチユニット３１が直列に接続されて、電池システム１１は放電モードになる。放電モードでは、スイッチユニット３１内の電池セル２７は放電しながら、スイッチユニット３１内の並列に接続される電池セル２７は、第１陽極スイッチ回路５３ａ及び第１陰極スイッチ回路５７ａを介してセルバランスの状態に置かれる。

　制御装置１９は、放電モードの際には、電圧センサ１７を用いて、スイッチユニット３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ毎の第１陽極電極３５ａと第１陰極電極４５ａとの間の電圧を監視することができる。この監視によって、制御装置１９は、スイッチユニット３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄの全てにおける電圧レベルの信号を受け取ることができ、これらの信号の値は、制御装置１９内の記憶装置に格納される。

　制御装置１９は、スイッチユニット３１内の一又は複数の電池セル２７を放電させるようにしてもよい。

　制御装置１９は、例えば全セルバランスモジュール１９ｃを備えることができる。図６は、全セルバランスモジュール１９ｃによって制御される電池切替回路１３のスイッチ回路の開閉を示す図面である。電池切替回路１３は、同様に、４つのスイッチユニット３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを含み、スイッチユニット３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄはそれぞれ前述の接続２により構成されている。

　電池システム１１及び電池切替回路１３では、第１陽極スイッチ回路５３ａ、第１陰極スイッチ回路５７ａ、第２陽極スイッチ回路５３ｂ及び第２陰極スイッチ回路５７ｂは、制御装置１９からの制御信号を制御電極４１に受けて、以下のように動作する。

　制御装置１９は、第１陽極スイッチ回路５３ａ及び第１陰極スイッチ回路５７ａをＯＦＦ状態にすると共に第２陽極スイッチ回路５３ｂ及び第２陰極スイッチ回路５７ｂをＯＮ状態にする、ようにスイッチユニット３１の各々を構成する。本実施例では、ライン４０上のスイッチ回路３８はＯＦＦ状態になるが、ＯＮ状態であってもよい。

　全セルバランスモードでは、スイッチユニット３１の各々内の第１陽極スイッチ回路５３ａ及び第１陰極スイッチ回路５７ａは、それぞれ、スイッチユニット３１の陽極ライン３３及び陰極ライン４３に並列に接続された電池セル２７を、２つグループに分ける。一方のグループは、セルバランスのための少なくとも１つの電池セル２７を含み、他方のグループは、少なくとも１つの別の電池セル２７を含む。

　全セルバランスモードでは、ＯＮ状態の第２陽極スイッチ回路５３ｂ及びＯＮ状態の第２陰極スイッチ回路５７ｂは、スイッチユニット３１間及びスイッチユニット３１内の電池セル２７（破線ＣＢ１）においてセルバランスを可能にする。本実施例では、別の電池セル２７（破線ＤＣＧ）は、放電状態に置かれることができる。（必要な場合は、別の電池セル２７は、充電状態に置かれることができる）

　制御装置１９は、例えば個別セルバランスモジュール１９ｄを備えることができる。図７は、個別セルバランスモジュール１９ｄによって制御される電池切替回路１３のスイッチ回路の開閉を示す図面である。電池切替回路１３は、同様に、４つのスイッチユニット３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを含み、スイッチユニット３１ａ、３１ｄはそれぞれ前述の接続１により構成されており、スイッチユニット３１ｂ、３１ｃはそれぞれ前述の接続２により構成されている。電圧センサ１７が、スイッチユニット３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ毎の第１陽極電極３５ａと第１陰極電極４５ａとの間に接続されている。

　制御装置１９は、放電モード及び充電モードの際には、電圧センサ１７を用いて、スイッチユニット３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ毎の第１陽極電極３５ａと第１陰極電極４５ａとの間の電圧を監視することができる。この監視によって、制御装置１９は、スイッチユニット３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄにおける、例えば直近の電圧レベルに係るデータを保持している。制御装置１９は、スイッチユニット３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄの直近電圧レベルを処置して、スイッチユニット３１を、低い直近電圧レベルの一グループ及び高い直近電圧レベルの一グループに分ける。これらのグループは、電池１５の製造ばらつき、電池１５の状態、及び電池１５の使用履歴、等に応じて、一又は複数のスイッチユニット３１にわたって位置する。

　本実施例では、制御装置１９は、スイッチユニット３１毎の電圧センサ１７からの信号に基づき、以下のようなグループ分けを行った。低い直近電圧レベルの一グループは、例えばスイッチユニット３１ｂ内にあり、高い直近電圧レベルの一グループは、例えばスイッチユニット３１ｃ内にある。

　図７を参照すると、制御装置１９は、スイッチユニット３１ｂにおいて、第１陽極スイッチ回路５３ａのうちの１つ及び第１陰極スイッチ回路５７ａのうちの１つをＯＦＦ状態にする。また、制御装置１９は、スイッチユニット３１ｂにおいて、第２陽極スイッチ回路５３ｂ及び第２陰極スイッチ回路５７ｂをＯＮ状態にするように構成する。

　また、制御装置１９は、スイッチユニット３１ｃにおいて、第１陽極スイッチ回路５３ａのうちの１つ及び第１陰極スイッチ回路５７ａのうちの１つをＯＦＦ状態にする。また、制御装置１９は、スイッチユニット３１ｃにおいて、第２陽極スイッチ回路５３ｂ及び第２陰極スイッチ回路５７ｂをＯＮ状態にするように構成する。

　さらに、制御装置１９は、スイッチユニット３１ａ、３１ｄにおいて、第２陽極スイッチ回路５３ｂ及び第２陰極スイッチ回路５７ｂをＯＦＦ状態にするように構成する。このモードでは、第１陽極スイッチ回路５３ａの全て及び第１陰極スイッチ回路５７ａの全ては、ＯＮ状態にすることができる。本実施例では、ライン４０上のスイッチ回路３８はＯＮ状態になる。

　個別セルバランスモードでは、スイッチユニット３１ｂの第２陽極電極３５ｂ及び第２陰極電極４５ｂが、それぞれ、スイッチユニット３１ｃの第２陽極電極３５ｂ及び第２陰極電極４５ｂに共通陽極ライン５９ａ及び共通陰極ライン５９ｂを介して接続される。この接続によれば、スイッチユニット３１ｂの電池セル２７（破線ＣＢ２）が、スイッチユニット３１ｃの電池セル２７に並列に接続される。

　電池システム１１及び電池切替回路１３によれば、選択的にＯＮ状態にされた第２陽極スイッチ回路５３ｂ及び第２陰極スイッチ回路５７ｂを含むあるスイッチユニット３１は、選択的にＯＮ状態にされた第２陽極スイッチ回路５３ｂ及び第２陰極スイッチ回路５７ｂを含む別のスイッチユニット３１に共通陽極ライン５９ａ及び共通陰極ライン５９ｂを介して接続される。個別セルバランスモードは、電池１５における電池セル２７の電圧レベルの最大差（最も高い電圧レベルと最も低い電圧レベルとの差）を小さくできる。

　制御装置１９は、例えばセル再配置モジュール１９ｅを備えることができる。図８は、セル再配置モジュール１９ｅによって制御される電池切替回路１３のスイッチ回路の開閉を示す図面である。電池切替回路１３は、同様に、４つのスイッチユニット３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを含み、スイッチユニット３１ａ、３１ｄはそれぞれ前述の接続１により構成されており、スイッチユニット３１ｂは前述の接続２により構成されており、スイッチユニット３１ｃは前述の接続３により構成されていろ。

　制御装置１９は、放電モード及び充電モード（必要に応じて、電圧モニタモードを設けることができる）の際には、電圧センサ１７を用いて、スイッチユニット３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ毎の第１陽極電極３５ａと第１陰極電極４５ａとの間の電圧を監視することができる。この監視によって、制御装置１９は、スイッチユニット３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄにおける直近の電圧レベルに係るデータを保持している。制御装置１９は、スイッチユニット３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄの直近電圧レベルを処置して、スイッチユニット３１から、放電又は充電といった電池の使用に不適切な一又は複数の電池セル２７を含むスイッチユニット３１を検知できる。検知に応じて、電池１５内の電池セル２７の再配置が試みられる。セル再配置が成功裏に完了するときには、電池システム１１の動作品質を維持できる。

　本実施例では、例えば、制御装置１９は、スイッチユニット３１ｃに接続された電池セル２７の電圧レベルが検知できないことを検出した。このとき、制御装置１９は、記憶装置に格納された、例えば電池セル２７の電圧レベルに係るデータを用いて、セル再配置に適切なスイッチユニット３１を選択する。制御装置１９は、例えばスイッチユニット３１ｂを選択する。

　制御装置１９は、スイッチユニット３１ｂを、第１陽極スイッチ回路５３ａのうちの１つ及び第１陰極スイッチ回路５７ａのうちの１つをＯＦＦ状態にすると共に、第２陽極スイッチ回路５３ｂ及び第２陰極スイッチ回路５７ｂをＯＮ状態にするように構成する。また、制御装置１９は、スイッチユニット３１ｃを、第１陽極スイッチ回路５３ａの全て及び第１陰極スイッチ回路５７ａの全てをＯＮ状態にすると共に、第２陽極スイッチ回路５３ｂ及び第２陰極スイッチ回路５７ｂをＯＮ状態にするように構成する。本実施例では、ライン４０上のスイッチ回路３８はＯＦＦ状態になる。

　この接続により、スイッチユニット３１ｂにおいて、電池セル２７の一部が、ＯＦＦ状態の第１陽極スイッチ回路５３ａ及びＯＦＦ状態の第１陰極スイッチ回路５７ａによって、電池セル２７の残りから切り離される。電池セル２７の一部は、引き続き、スイッチユニット３１ｂ内の電池セル２７として、第１陽極電極３５ａ及び第１陰極電極４５ａに接続される。スイッチユニット３１ｃにおいて、全ての第１陽極スイッチ回路５３ａ、全ての第１陰極スイッチ回路５７ａ、第２陽極スイッチ回路５３ｂ、及び第２陰極スイッチ回路５７ｂがＯＮ状態である。これらのスイッチ回路のＯＮ状態は、スイッチユニット３１ｂ内の切り離された電池セル２７を、共通陽極ライン５９ａ及び共通陰極ライン５９ｂを介してスイッチユニット３１ｂの第２陽極電極３５ｂ及び第２陰極電極４５ｂに接続することを可能にする。また、スイッチユニット３１ｂ内の切り離された電池セル２７は、スイッチユニット３１ｃに係る電池セル２７として、スイッチユニット３１ｃの第１陽極電極３５ａ及び第１陰極電極４５ａに接続される。この接続により、スイッチユニット３１ｂからスイッチユニット３１ｃへの電池セル２７の再配置（破線ＲＡＧ）を形成する。この再配置に際して、電池システム１１において、スイッチユニット３１の縦積みの段数は変更されない。

　制御装置１９は、放電又は充電といった電池セル２７の使用に応じた接続を為すように、スイッチユニット３１ａ、３１ｄの残りのスイッチ回路を制御する。

　図９は、電池セルの一例としてリチウム電池の特性を示すグラフである。図９では、縦軸は、あるリチウム電池の端子電圧（ボルト）を示し、横軸は、リチウム電池の放電容量（ｍＡｈ）を示す。放電又は充電により、リチウム電池の端子電圧が変化する。コバルト系リチウムイオン電池における充放電曲線は、なだらかな曲線を描く。放電では、電池端子間の電圧は、満充電状態（充電上限電圧）から放電状態（放電終止電圧、又はカットオフ電圧）までグラフ横軸の左から右へ特性曲線に沿って変化する。充電では、電池端子間の電圧は、放電状態から満充電状態までグラフ横軸の右から左へ特性曲線に沿って変化する。例えば、平均作動電圧は、例えば３．７ボルト程度であることができる。

　リチウム電池の端子電圧は、ばらつきを示す。このばらつきは、図９の特性曲線を縦軸の方向に上向きに又は下向きにシフトさせる。このように、リチウム電池セルは、様々な特性の電池セルが並列に及び直列に接続されて構成される。これ故に、相対的に高い電圧を示すリチウム電池セルから、相対的に低い電圧を示すリチウム電池セルに電荷を移動して、電池システム１１内のリチウム電池の端子電圧の分布を小さくすることが求められる。リチウム電池の端子電圧の分布を小さくすることは、セルバランスによって提供される。しかしながら、セルバランスとは独立して、電池システムの充電及び／放電を行うこと、特に放電を行うことが求められる。電池システム１１及び電池切替回路１３は、電池１５の使用を電池１５のセルバランスの実行から独立させることができる。

　引き続き、電池システムを制御する方法を説明する。引き続く説明において、可能な場合には、理解を容易にするために、既に参照された図面における参照符号を用いる。

　図１０は、電池システムを制御する方法の主要な手順を示すフローチャートである。電池システム１１を制御する方法１００は、以下の手順を含む。

　Ｓ１０１では、電池システム１１を準備する。この準備は、電池システム１１の譲渡（有償、無償を問わず）による所有、電池システム１１の製造、電池システム１１の借用、等を包含する。

　Ｓ１０２では、電圧センサ１７を用いてスイッチユニット３１の各々における第１陽極電極３５ａと第１陰極電極４５ａとの間の電圧に係る信号を得る。図１に示されるように、制御装置１９は、スイッチユニット３１毎に設けられた電圧センサ１７に接続される。

　Ｓ１０３では、セルバランスが必要であることを電圧センサ１７からの信号が示す場合（例えば、電圧センサ１７からの信号のうち相対的に高い電圧と相対的に低い電圧との差が小さくない場合）、スイッチユニット３１をセルバランス可能に設定する。

　制御装置１９は、セルバランスのための電荷供給のスイッチユニット３１のうちの少なくとも１つのスイッチユニット（例えば、スイッチユニット３１ｂ）と、セルバランスのための電荷受領の少なくとも１つの別のスイッチユニット（例えば、スイッチユニット３１ｃ）とを特定する。制御装置１９は、スイッチユニット３１ｂ及びスイッチユニット３１の間では、例えば電池セル２７の電圧差がある値（用途に依る）を超えている。これら該当する複数のスイッチユニット３１を特定した後に、制御装置１９は、電池切替回路１３を制御して、電池セル２７のセルバランスを実行する。

　具体的には、スイッチユニット３１ｂ及びスイッチユニット３１ｃの各々において、第１陽極スイッチ回路５３ａのうちの１つ及び第１陰極スイッチ回路５７ａのうちの１つをＯＦＦ状態に設定する。また、スイッチユニット３１ｂ及びスイッチユニット３１ｃの各々において、第２陽極スイッチ回路５３ｂ及び第２陰極スイッチ回路５７ｂをＯＮ状態に設定する。この接続の制御は、例えば、図６及び図７に示される接続を実現する。

　この方法１００によれば、電圧センサ１７からの信号は、スイッチユニット３１の各々における第１陽極電極３５ａと第１陰極電極４５ａとの間の電圧を表す。この信号の値は、スイッチユニット３１に接続された電池セル２７のユニットの充電レベル（放電レベル）を表す。例えば、スイッチユニット３１のうちのスイッチユニット（例えば、３１ｂ及び３１ｃの一方）は相対的に高い電圧レベルを示し、スイッチユニット３１のうちのスイッチユニット（例えば、３１ｂ及び３１ｃの他方）は相対的に低い電圧レベルを示す。これらのスイッチユニット（例えば、３１ｂ及び３１ｃ）におけるスイッチ回路の導通／非道通によって、２つのスイッチユニット（例えば、３１ｂ及び３１ｃ）の電池セル２７間において電池セル２７の電圧レベルの平準化が生じる。

　該当する複数のスイッチユニット３１が、スイッチユニット３１の全てを含むことができる。この制御方法によれば、全てのスイッチユニット３１の電池セル２７の電圧レベルの平準化が生じる。この接続の制御は、例えば、図６に示される接続を実現する。

　或いは、該当する複数のスイッチユニット３１が、スイッチユニット３１の全てより少ないスイッチユニット３１の一部であることができる。この方法１００によれば、スイッチユニットのうちの一部（例えば、３１ｂ及び３１ｃ）における電池セル２７の電圧レベルの平準化が生じる。この接続の制御は、例えば、図７に示される接続を実現する。

　図１１は、電池システムを制御する方法の主要な手順を示すフローチャートである。電池システム１１を制御する方法１１０は、以下の手順を含む。

　Ｓ１１１では、電池システム１１を準備する。準備は、電池システム１１の譲渡（有償、無償を問わず）による所有、電池システム１１の製造、電池システム１１の借用、等を包含する。

　Ｓ１１２では、電池システム１１を電池切替回路１３の第１陽極電極３５ａ及び第１陰極電極４５ａを介して電池セル２７を充電装置２０（図１参照）に接続する。

　Ｓ１１３では、電池切替回路１３のスイッチユニット３１の全てにおいて、第１陽極スイッチ回路５３ａ及び第１陰極スイッチ回路５７ａをＯＮ状態に設定する。また、スイッチユニット３１の全てにおいて、第２陽極スイッチ回路５３ｂ及び第２陰極スイッチ回路５７ｂをＯＦＦ状態に設定する。これらの設定の後に、第１陽極電極３５ａ及び第１陰極電極４５ａを介して電池セル２７を充電する。

　Ｓ１１４では、電池切替回路１３の第１陽極電極３５ａ及び第１陰極電極４５ａを充電装置２０から取り外す。

　Ｓ１１５では、電池切替回路１３の第１陽極電極３５ａ及び第１陰極電極４５ａを介して電池セル２７を負荷装置２２（図１参照）に接続する。

　Ｓ１１６では、スイッチユニット３１の全部において、第２陽極スイッチ回路５３ｂ及び第２陰極スイッチ回路５７ｂをＯＦＦ状態にすると共に、第１陽極スイッチ回路５３ａの全て及び第１陰極スイッチ回路５７ａの全てをＯＮ状態にする。この切替により、スイッチユニット３１内の全ての電池セル２７は、第１陽極スイッチ回路５３ａ及び第１陰極スイッチ回路５７ａを介して第１陽極電極３５ａ及び第１陰極電極４５ａに並列に接続される。この並列接続は、第１陽極電極３５ａ及び第１陰極電極４５ａを介して電池セル２７を負荷装置２２に放電しながら、スイッチユニット３１内において並列の電池セル２７間のセルバランスを改善させる。

　この方法１１０によれば、電池システム１１を放電しながら、スイッチユニット３１の個々内の電池セル２７のセルバランスが行われる。

　図１２は、電池システムを制御する方法の主要な手順を示すフローチャートである。電池システム１１を制御する方法１２０は、以下の手順を含む。

　Ｓ１２１では、電池システム１１を準備した後に、電池システム１１を充電装置２０又は負荷装置２２に接続する。

　Ｓ１２２では、スイッチユニット３１の全てにおいて、第１陽極スイッチ回路５３ａ及び第１陰極スイッチ回路５７ａをＯＮ状態にすると共に、第２陽極スイッチ回路５３ｂ及び第２陰極スイッチ回路５７ｂをＯＦＦ状態にする。この接続により、第１陽極電極３５ａ及び第１陰極電極４５ａを介して電池セル２７の充電を充電装置２０により行う、又は負荷装置２２に放電を行う。

　Ｓ１２３では、電池システム１１において電圧センサ１７を用いて、スイッチユニット３１毎の電圧レベルを示す信号を得る。

　Ｓ１２４では、電圧レベルを示す信号に基づき、放電・セルバランス及び個別セルバランスのいずれを行うか、を特定する。

　Ｓ１２５では、特定された結果に従って、放電・セルバランスを提供する接続を電池切替回路１３に提供する、又は個別セルバランスを提供する接続を電池切替回路１３に提供する。

　Ｓ１２６では、特定に従って接続された電池切替回路１３を用いてセルバランスを行う。

　この方法１２０によれば、電池セル２７のセルバランスが行われる。

　図１３は、電池システムを制御する方法の主要な手順を示すフローチャートである。電池システム１１を制御する方法１３０は、以下の手順を含む。

　Ｓ１３１では、電池システム１１を準備した後に、電池システム１１において電圧センサ１７を用いて、スイッチユニット３１毎の電圧レベルを示す信号を得る。

　Ｓ１３２では、電圧レベルを示す信号に基づき、放電又は充電といった電池の使用に不適切な一又は複数の電池セル２７を含む「不適切」スイッチユニット３１の有無の判定を行う。

　Ｓ１３２では、判定が、「不適切」に該当するスイッチユニット３１が無いことを示す場合、放電状態、充電状態、セルバランス状態、又は稼働に即応できる様態を維持する状態（アイドリング状態）のいずれかに電池システム１１を置く。

　Ｓ１３２では、判定が、「不適切」に該当するスイッチユニット３１があることを示す場合、電池１５内の電池セル２７の再配置を可能にする接続を電池切替回路１３に設定すると共に、この設定を記憶する。

　この方法１３０によれば、完了したセル再配置は、電池システム１１の動作品質を維持することを可能にする。

　以上説明したように、本実施の形態によれば、電池セル２７の電荷の再配置を可能にする電池切替回路１３、電池システム１１、及び電池システム１１を制御する方法が提供される。

　引き続き、本実施形態の様々な側面が記述される。

　本実施形態に係る第１側面は、充電可能な複数の電池セルの端子電圧のセルバランスのための電池切替回路である。電池切替回路は、前記電池セルに接続可能に構成された複数のスイッチユニットと、複数の制御電極と、を備える。前記スイッチユニットの各々は、電池陽極に接続されるように構成された第１陽極電極及び第２陽極電極と、前記第１陽極電極と前記第２陽極電極とを結ぶ陽極ラインと、電池陰極に接続されるように構成された第１陰極電極及び第２陰極電極と、前記第１陰極電極と前記第２陰極電極とを結ぶ陰極ラインと、を備える。前記陽極ラインは、前記第１陽極電極から前記第２陽極電極への方向に交互に接続された複数のセル陽極電極及び複数の陽極スイッチ回路を含む。前記陽極スイッチ回路は、一又は複数の第１陽極スイッチ回路、及び第２陽極スイッチ回路を含む。前記第２陽極スイッチ回路は、前記陽極スイッチ回路のうち最も前記第２陽極電極に近い。前記第１陽極スイッチ回路は、前記第２陽極スイッチ回路と前記第１陽極電極との間に直列に接続される。前記陰極ラインは、前記第１陰極電極から前記第２陰極電極への方向に交互に接続された複数のセル陰極電極及び複数の陰極スイッチ回路を含む。前記陰極スイッチ回路は、一又は複数の第１陰極スイッチ回路、及び第２陰極スイッチ回路を含む。前記第２陰極スイッチ回路は、前記陰極スイッチ回路のうち最も前記第２陰極電極に近い。前記第１陰極スイッチ回路は、前記第２陰極スイッチ回路と前記第１陰極電極との間に直列に接続される。前記セル陽極電極及び前記セル陰極電極は、前記電池セルに接続可能なように構成される。前記陽極スイッチ回路及び前記陰極スイッチ回路は、前記制御電極からの信号によって制御される。

　第１側面に従う第２側面では、前記第１陽極スイッチ回路及び前記第１陰極スイッチ回路の各々は、スイッチを含むことができ、前記第１陽極スイッチ回路及び前記第１陰極スイッチ回路の少なくとも一方は、前記スイッチに直列に接続された抵抗素子を更に含むことができる。

　第１側面又は第２側面に従う第３側面では、前記制御電極は、前記第１陽極スイッチ回路及び前記第２陽極スイッチ回路を個別に制御するように構成されることができる。

　第１側面から第３側面のいずれか一側面に従う第４側面では、前記陽極スイッチ回路及び前記陰極スイッチ回路は、それぞれの電界効果トランジスタを含むことができ、前記電界効果トランジスタのゲートは、前記制御電極のいずれか１つに接続されることができる。

　第４側面に従う第５側面では、前記電界効果トランジスタは、半導体集積回路を構成することができる。

　本実施形態に係る第６側面は、電池システムを含む。電池システムは、第１側面から第５側面のいずれか一側面に従う電池切替回路と、前記電池切替回路の前記セル陽極電極及び前記セル陰極電極に接続されたそれぞれの電池セルを含む電池と、前記電池切替回路の前記スイッチユニットの前記第１陽極電極及び前記第１陰極電極の間に接続された複数の電圧センサと、前記電池切替回路の前記制御電極に接続された制御装置と、電池陽極と、電池陰極と、を備える。前記スイッチユニットの前記第２陽極電極は、共通陽極ラインを介して互いに接続され、前記スイッチユニットの前記第２陰極電極は、共通陰極ラインを介して互いに接続される。前記電池切替回路の前記スイッチユニットの各々における前記第１陽極電極及び前記第１陰極電極は、前記スイッチユニットが前記電池陽極と前記電池陰極との間に直列に接続されるように構成される。

　第６側面に従う第７側面では、前記制御装置は、前記スイッチユニットにおいて、前記第１陽極スイッチ回路及び前記第１陰極スイッチ回路をＯＮ状態にすると共に前記第２陽極スイッチ回路及び前記第２陰極スイッチ回路をＯＦＦ状態にする、ように構成されることができる。

　第６側面又は第７側面に従う第８側面では、前記制御装置は、前記スイッチユニットにおいて、前記第１陽極スイッチ回路のうちの１つ及び前記第１陰極スイッチ回路のうちの１つをＯＦＦ状態にすると共に前記第２陽極スイッチ回路及び前記第２陰極スイッチ回路をＯＮ状態にする、ように構成されることができる。

　第６側面から第８側面のいずれか一側面に従う第９側面では、前記制御装置は、前記スイッチユニットの前記電圧センサからの信号に基づき、前記スイッチユニットのうちの第１スイッチユニット及び第２スイッチユニットを選択するように構成されることができる。前記制御装置は、前記第１スイッチユニットにおいて、前記第１陽極スイッチ回路のうちの１つ及び前記第１陰極スイッチ回路のうちの１つをＯＦＦ状態にすると共に前記第２陽極スイッチ回路及び前記第２陰極スイッチ回路をＯＮ状態にする、ように構成されることができる。前記制御装置は、前記第２スイッチユニットにおいて、前記第１陽極スイッチ回路のうちの１つ及び前記第１陰極スイッチ回路のうちの１つをＯＦＦ状態にすると共に、前記第２陽極スイッチ回路及び前記第２陰極スイッチ回路をＯＮ状態にするように構成されることができる。

　第６側面から第９側面のいずれか一側面に従う第１０側面では、前記制御装置は、前記スイッチユニットの前記電圧センサからの信号に基づき、前記スイッチユニットのうちの第３スイッチユニット及び第４スイッチユニットを選択するように構成されることができる。前記制御装置は、前記第３スイッチユニットにおいて、前記第１陽極スイッチ回路のうちの１つ及び前記第１陰極スイッチ回路のうちの１つをＯＦＦ状態にすると共に、前記第２陽極スイッチ回路及び前記第２陰極スイッチ回路をＯＮ状態にするように構成されることができる。前記制御装置は、前記第４スイッチユニットにおいて、前記第１陽極スイッチ回路の全て及び前記第１陰極スイッチ回路の全てをＯＮ状態にすると共に、前記第２陽極スイッチ回路及び前記第２陰極スイッチ回路をＯＮ状態にするように構成されることができる。

　本実施形態に係る第１１側面は、第６側面から第１０側面のいずれか側面に記載された電池システムを制御する方法である。この方法は：前記電圧センサを用いて前記スイッチユニットの各々における前記第１陽極電極と前記第１陰極電極との間の電圧に係る信号を得ることと；前記スイッチユニットのうちの、少なくとも１つの第１スイッチユニットと少なくとも１つの第２スイッチユニットとの間においてセルバランスが必要であることを前記信号が示す場合、前記第１スイッチユニット及び前記第２スイッチユニットの各々において、前記第１陽極スイッチ回路のうちの１つ及び前記第１陰極スイッチ回路のうちの１つをＯＦＦ状態にすると共に、前記第２陽極スイッチ回路及び前記第２陰極スイッチ回路をＯＮ状態にすることと、を備えることができる。

　第１１側面に従う第１２側面では、前記第１スイッチユニット及び前記第２スイッチユニットは、前記スイッチユニットの全てを含むことができる。

　第１１側面に従う第１３側面では、前記第１スイッチユニット及び前記第２スイッチユニットは、前記スイッチユニットの一部を含むことができる。

　本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。そして、それらはすべて、本発明の技術思想に含まれるものである。

Claims

　充電可能な複数の電池セルの端子電圧のセルバランスのための電池切替回路であって、
　前記電池セルに接続可能に構成された複数のスイッチユニットと、
　複数の制御電極と、
　を備え、
　前記スイッチユニットの各々は、電池陽極に接続されるように構成された第１陽極電極及び第２陽極電極と、前記第１陽極電極と前記第２陽極電極とを結ぶ陽極ラインと、電池陰極に接続されるように構成された第１陰極電極及び第２陰極電極と、前記第１陰極電極と前記第２陰極電極とを結ぶ陰極ラインと、を備え、
　前記陽極ラインは、前記第１陽極電極から前記第２陽極電極への方向に交互に接続された複数のセル陽極電極及び複数の陽極スイッチ回路を含み、
　前記陽極スイッチ回路は、一又は複数の第１陽極スイッチ回路、及び第２陽極スイッチ回路を含み、
　前記第２陽極スイッチ回路は、前記陽極スイッチ回路のうち最も前記第２陽極電極に近く、
　前記第１陽極スイッチ回路は、前記第２陽極スイッチ回路と前記第１陽極電極との間に直列に接続され、
　前記陰極ラインは、前記第１陰極電極から前記第２陰極電極への方向に交互に接続された複数のセル陰極電極及び複数の陰極スイッチ回路を含み、
　前記陰極スイッチ回路は、一又は複数の第１陰極スイッチ回路、及び第２陰極スイッチ回路を含み、
　前記第２陰極スイッチ回路は、前記陰極スイッチ回路のうち最も前記第２陰極電極に近く、
　前記第１陰極スイッチ回路は、前記第２陰極スイッチ回路と前記第１陰極電極との間に直列に接続され、
　前記セル陽極電極及び前記セル陰極電極は、前記電池セルに接続可能なように構成され、
　前記陽極スイッチ回路及び前記陰極スイッチ回路は、前記制御電極からの信号によって制御される、
　電池切替回路。
　前記第１陽極スイッチ回路及び前記第１陰極スイッチ回路の各々は、スイッチを含み、
　前記第１陽極スイッチ回路及び前記第１陰極スイッチ回路の少なくとも一方は、前記スイッチに直列に接続された抵抗素子を更に含む
　請求項１に記載された電池切替回路。
　前記制御電極は、前記第１陽極スイッチ回路及び前記第２陽極スイッチ回路を個別に制御するように構成される、
　請求項１に記載された電池切替回路。
　前記陽極スイッチ回路及び前記陰極スイッチ回路は、それぞれの電界効果トランジスタを含み、
　前記電界効果トランジスタのゲートは、前記制御電極のいずれか１つに接続される、
　請求項１に記載された電池切替回路。
　前記電界効果トランジスタは、半導体集積回路を構成する、
　請求項４に記載された電池切替回路。
　請求項１から請求項５のいずれか一項に記載された電池切替回路と、
　前記電池切替回路の前記セル陽極電極及び前記セル陰極電極に接続されたそれぞれの電池セルを含む電池と、
　前記電池切替回路の前記スイッチユニットの前記第１陽極電極及び前記第１陰極電極の間に接続された複数の電圧センサと、
　前記電池切替回路の前記制御電極に接続された制御装置と、
　電池陽極と、
　電池陰極と、
　を備え、
　前記スイッチユニットの前記第２陽極電極は、共通陽極ラインを介して互いに接続され、前記スイッチユニットの前記第２陰極電極は、共通陰極ラインを介して互いに接続され、
　前記電池切替回路の前記スイッチユニットの各々における前記第１陽極電極及び前記第１陰極電極は、前記スイッチユニットが前記電池陽極と前記電池陰極との間に直列に接続されるように接続される、
　電池システム。
　前記制御装置は、
　前記スイッチユニットにおいて、
　前記第１陽極スイッチ回路及び前記第１陰極スイッチ回路をＯＮ状態にすると共に前記第２陽極スイッチ回路及び前記第２陰極スイッチ回路をＯＦＦ状態にする、ように構成される、
　請求項６に記載された電池システム。
　前記制御装置は、
　前記スイッチユニットにおいて、
　前記第１陽極スイッチ回路のうちの１つ及び前記第１陰極スイッチ回路のうちの１つをＯＦＦ状態にすると共に前記第２陽極スイッチ回路及び前記第２陰極スイッチ回路をＯＮ状態にする、ように構成される、
　請求項６に記載された電池システム。
　前記制御装置は、
　前記スイッチユニットの前記電圧センサからの信号に基づき、前記スイッチユニットのうちの第１スイッチユニット及び第２スイッチユニットを選択し、
　前記制御装置は、
　前記第１スイッチユニットにおいて、
　前記第１陽極スイッチ回路のうちの１つ及び前記第１陰極スイッチ回路のうちの１つをＯＦＦ状態にすると共に前記第２陽極スイッチ回路及び前記第２陰極スイッチ回路をＯＮ状態にする、ように構成され、
　前記第２スイッチユニットにおいて、
　前記第１陽極スイッチ回路のうちの１つ及び前記第１陰極スイッチ回路のうちの１つをＯＦＦ状態にすると共に、前記第２陽極スイッチ回路及び前記第２陰極スイッチ回路をＯＮ状態にするように構成される、
　請求項６に記載された電池システム。
　前記制御装置は、
　前記スイッチユニットの前記電圧センサからの信号に基づき、前記スイッチユニットのうちの第３スイッチユニット及び第４スイッチユニットを選択し、
　前記制御装置は、
　前記第３スイッチユニットにおいて、
　前記第１陽極スイッチ回路のうちの１つ及び前記第１陰極スイッチ回路のうちの１つをＯＦＦ状態にすると共に、前記第２陽極スイッチ回路及び前記第２陰極スイッチ回路をＯＮ状態にするように構成され、
　前記第４スイッチユニットにおいて、
　前記第１陽極スイッチ回路の全て及び前記第１陰極スイッチ回路の全てをＯＮ状態にすると共に、前記第２陽極スイッチ回路及び前記第２陰極スイッチ回路をＯＮ状態にするように構成される、
　請求項６に記載された電池システム。
　請求項６に記載された電池システムを制御する方法であって、
　前記電圧センサを用いて前記スイッチユニットの各々における前記第１陽極電極と前記第１陰極電極との間の電圧に係る信号を得ることと、
　前記スイッチユニットのうちの、少なくとも１つの第１スイッチユニットと少なくとも１つの第２スイッチユニットとの間においてセルバランスが必要であることを前記信号が示す場合、前記第１スイッチユニット及び前記第２スイッチユニットの各々において、前記第１陽極スイッチ回路のうちの１つ及び前記第１陰極スイッチ回路のうちの１つをＯＦＦ状態にすると共に、前記第２陽極スイッチ回路及び前記第２陰極スイッチ回路をＯＮ状態することと、
　を備える、
　電池システムを制御する方法。
　前記第１スイッチユニット及び前記第２スイッチユニットは、前記スイッチユニットの全てを含む、請求項１１に記載された電池システムを制御する方法。
　前記第１スイッチユニット及び前記第２スイッチユニットは、前記スイッチユニットの一部を含む、請求項１１に記載された電池システムを制御する方法。