JP2014158346A - 組電池の電圧監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組電池の一部から電源用の電圧を取得する場合でも、電池間で電圧が不均一とならないようにする。
【解決手段】電池監視装置（ＣＭＵ：Cell Monitoring Unit）１は、組電池２を構成する複数の電池Ｂ１〜Ｂ１２の各電圧を監視する電圧監視部１２と、組電池２から電圧を取得して低電圧の電源電圧を生成し、当該電源電圧を温度計測回路１５へ供給する低電圧電源回路１４とを備えている。組電池２は、電池Ｂ１〜Ｂ６からなる第１ブロック２１と、電池Ｂ７〜Ｂ１２からなる第２ブロック２２との直列回路から構成される。低電圧電源回路１４は、第２ブロック２２の両端から電圧を取得する。また、第１ブロック２１の両端から電圧を取得して、取得した電圧に応じた電力を少なくとも第２ブロック２２に供給する電力伝送回路１６が設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の二次電池から構成される組電池の電圧を監視する装置に関する。

例えば電気自動車においては、走行用モータや車載機器を駆動するための高電圧バッテリが搭載される。この高電圧バッテリは、一般に、リチウムイオン電池などの二次電池を複数個直列に接続した、いわゆる組電池から構成される。このような組電池には、電池の充放電制御を行うために各電池の電圧や温度などを監視する電池監視装置（ＣＭＵ：Cell Monitoring Unit）が設けられる（特許文献１、２参照）。また、組電池を構成する個々の電池に対して、電圧の高い電池を優先的に放電させることで電池間の電圧のばらつきを是正する放電回路が設けられる（特許文献３参照）。

特許文献１の電池電圧監視装置では、組電池を構成する電池を複数のブロックにグループ化し、各ブロックに対応して各電池の電圧や電流を検出する監視ＩＣを設け、各監視ＩＣは、監視対象の電池で構成されるブロックから動作電源を取得するようにしている。

特許文献２の車両用電源装置では、走行用バッテリを複数の電池ブロックに分割して、それぞれの電池ブロックの電圧を検出する複数の電圧検出回路を設け、各電圧検出回路をそれぞれの電池ブロックから供給される電力で動作させるようにしている。

特許文献３の組電池充電装置では、スイッチング素子を有する放電回路（バイパス回路）を組電池の各電池に並列接続し、電圧検出手段が検出した充電時における各電池の電圧のうち、最も低い電圧と他の各電池の電圧との電圧差が所定値を越えた電池について、放電回路を導通させて放電を行うようにしている。

特開２０１１−１８２５５０号公報 特開２０１０−８１６９２号公報 特開平８−１９１８８号公報

特許文献１〜３においては、組電池に接続されている電圧検出部により、各電池の電圧が検出される。そして、電圧検出部に電源を供給する電源回路は、監視対象の組電池の両端から電圧を取得している。このとき、組電池の両端電圧は高電圧であることから、電源回路では、低電圧の電源電圧を生成するために、高電圧を降圧しなければならない。このため、高電圧を低電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータなどの回路が必要となり、電源回路の構成が複雑になる。

そこで、組電池全体から電圧を取得するのではなく、組電池の一部から、電源回路に必要な電圧を取得することが考えられる。これによると、電源回路の入力電圧が低くなるので、ＤＣ−ＤＣコンバータなどの複雑な回路が不要となる。

しかしながら、組電池の一部から電圧を取得する場合、電圧取得対象となった電池は、電圧取得対象とならなかった電池と比較して、電源回路や負荷への電力供給による電力消費のために、電池電圧が低下する。すなわち、組電池を構成する電池間で、電圧が不均一になる。

本発明の課題は、組電池の一部から電源用の電圧を取得する場合でも、電池間で電圧が不均一とならないようにした組電池の監視装置を提供することにある。

本発明に係る組電池の電圧監視装置は、組電池を構成する複数の電池の各電圧を監視する電圧監視部と、組電池から電圧を取得して低電圧の電源電圧を生成し、当該電源電圧を負荷へ供給する電源回路とを備えている。組電池は、複数または単数の電池からなる第１ブロックと、複数または単数の電池からなる第２ブロックとの直列回路から構成される。電源回路は、第２ブロックの両端から電圧を取得する。また、第１ブロックの両端から電圧を取得して、取得した電圧に応じた電力を少なくとも第２ブロックに供給する電力伝送回路が設けられる。

このようにすると、電源回路は、組電池の一部である第２ブロックから電圧を取得するので、電源回路の入力電圧は、組電池全体の電圧と比べて低い電圧となる。このため、高電圧を低電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータなどの回路が不要となり、電源回路の構成が簡略化される。また、第１ブロックから電圧を取得する電力伝送回路を設け、取得した電圧に応じた電力を少なくとも第２ブロックに戻すことで、電源回路や負荷で消費された第２ブロックの電力が補償される。これにより、組電池を構成する各電池の電圧が平準化され、電池間で電圧が不均一になるのを抑制することができる。

本発明において、電力伝送回路は、例えば、一次巻線および二次巻線を有するトランスと、一次巻線に直列に接続されたスイッチング素子とを含み、第１ブロックの両端から取得した電圧を、スイッチング素子のオン・オフ動作により一次巻線から二次巻線へ伝達し、二次巻線から出力される電力を、少なくとも第２ブロックに供給するように構成されている。

この場合、電圧監視部は、第１ブロックの両端の電圧である第１電圧を検出する第１電圧検出回路と、第２ブロックの両端の電圧である第２電圧を検出する第２電圧検出回路と、第１電圧と第２電圧との比較結果に基づいて、スイッチング素子を制御するための制御信号を生成する演算制御回路とを含んでいてもよい。

また、電圧監視部は、第１電圧が第２電圧を超えるか否かを判定し、第１電圧が第２電圧を超える場合は、制御信号によりスイッチング素子をオン・オフ動作させ、第１電圧が第２電圧を超えない場合は、スイッチング素子をオン・オフ動作させないようにしてもよい。

本発明において、上述した電力伝送回路に代えて、コンデンサと、このコンデンサの入力側に設けられた第１スイッチと、コンデンサの出力側に設けられた第２スイッチとを含む電力伝送回路を採用してもよい。この電力伝送回路は、第２スイッチがオフで、第１スイッチがオンしたときに、当該第１スイッチを介して、第１ブロックの両端から取得した電圧でコンデンサを充電し、その後、第１スイッチがオフし、第２スイッチがオンしたときに、当該第２スイッチを介して、充電されたコンデンサの電力を出力し、コンデンサから出力される電力を、少なくとも第２ブロックに供給する。

この場合、電圧監視部は、第１ブロックの両端の電圧である第１電圧を検出する第１電圧検出回路と、第２ブロックの両端の電圧である第２電圧を検出する第２電圧検出回路と、第１電圧と第２電圧との比較結果に基づいて、第１スイッチを制御するための第１制御信号、および第２スイッチを制御するための第２制御信号を生成する演算制御回路とを含んでいてもよい。

また、電圧監視部は、第１電圧が第２電圧を超えるか否かを判定し、第１電圧が第２電圧を超える場合は、第１制御信号により、第１スイッチをオンにして、一定時間後に第１スイッチをオフにするとともに、第２制御信号により、第２スイッチをオフにして、一定時間後に第２スイッチをオンにし、第１電圧が第２電圧を超えない場合は、第１スイッチおよび第２スイッチをオフ状態に維持するようにしてもよい。

本発明において、電力伝送回路から出力される電力を、組電池の全体に供給するようにしてもよい。

本発明によれば、組電池の一部から電源用の電圧を取得する場合でも、電池間で電池電圧が不均一とならないようにすることができる。

本発明の第１実施形態を示したブロック図である。 バランサ回路の具体例を示した図である。 低電圧電源回路の具体例を示した図である。 温度計測回路の具体例を示した図である。 低電圧電源回路の電圧取得ルートを示した図である。 第１実施形態における電力伝送回路の電圧取得ルートを示した図である。 第１実施形態における電力伝送回路の電力供給ルートを示した図である。 第１実施形態の動作を示したフローチャートである。 第１実施形態の変形例を示したブロック図である。 図９における電力伝送回路の電力供給ルートを示した図である。 本発明の第２実施形態を示したブロック図である。 第２実施形態における電力伝送回路の電圧取得ルートを示した図である。 第２実施形態における電力伝送回路の電力供給ルートを示した図である。 第２実施形態の動作を示したフローチャートである。 コンデンサが充電される場合の回路状態を示した図である。 コンデンサが電力を出力する場合の回路状態を示した図である。 第２実施形態の変形例を示したブロック図である。 図１７における電力伝送回路の電力供給ルートを示した図である。

本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。以下では、本発明を電気自動車に搭載される組電池に適用した場合を例に挙げる。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態につき、図１を参照して説明する。図１において、直列に接続された複数の電池Ｂ１〜Ｂ１２によって、組電池２が構成されている。組電池２は、電気自動車のモータや車載機器を駆動するための高電圧バッテリである。組電池２を構成する各電池Ｂ１〜Ｂ１２は、リチウムイオン電池や鉛蓄電池のような二次電池からなり、図示しない充電装置によって充電される。電池Ｂ１〜Ｂ６は第１ブロック２１を構成し、電池Ｂ７〜Ｂ１２は第２ブロック２２を構成している。したがって、組電池２は、第１ブロック２１と第２ブロック２２との直列回路から構成されている。

電池監視装置（ＣＭＵ：Cell Monitoring Unit）１は、車両に搭載され、組電池２の電圧や温度などを監視する装置である。電池監視装置１には、バランサ回路１１、電圧監視部１２、低電圧電源回路１４、温度計測回路１５、および電力伝送回路１６が備わっている。これらの各要素は、１枚の回路基板に実装されている。電池監視装置１は、本発明に係る組電池の電圧監視装置を構成している。

電圧監視部１２は、マイクロコンピュータからなり、組電池２を構成する複数の電池Ｂ１〜Ｂ１２の各電圧を監視する。このため、各電池の正極および負極が、後述するバランサ回路１１を介して、電圧監視部１２に接続されている。また、電圧監視部１２は、組電池２全体の総電圧も監視する。このため、電池Ｂ１の正極が、バランサ回路１１およびラインＬ１、Ｌ３を介して、電圧監視部１２に接続されるとともに、電池Ｂ１２の負極が、バランサ回路１１およびラインＬ８、Ｌ５を介して、電圧監視部１２に接続されている。

電圧監視部１２には、第１電圧検出回路１７、第２電圧検出回路１８、および演算制御回路１９が備わっている。第１電圧検出回路１７は、組電池２の第１ブロック２１の両端の電圧である第１電圧を検出する。第２電圧検出回路１８は、組電池２の第２ブロック２２の両端の電圧である第２電圧を検出する。演算制御回路１９は、第１電圧と第２電圧との比較結果に基づいて、電力伝送回路１６のスイッチング素子Ｑ１のオン・オフ動作を制御するための制御信号を生成する（詳細は後述）。電圧監視部１２は、図示しない上位装置との間で通信を行う。

バランサ回路１１は、組電池２を構成する各電池Ｂ１〜Ｂ１２の放電容量のばらつきに起因する、電池間の電圧不均一を是正するための回路である。図２に示すように、バランサ回路１１は、各電池Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３…に対応して設けられた、複数の放電回路１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…から構成される。各放電回路の構成は同一であるので、以下では放電回路１１ａについて説明する。

放電回路１１ａは、スイッチング素子Ｑ２、および抵抗Ｒ３〜Ｒ５から構成される公知の回路である。スイッチング素子Ｑ２は、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）からなる。スイッチング素子Ｑ２のドレインには、放電用の抵抗Ｒ３の一端が接続されており、抵抗Ｒ３の他端は、電池Ｂ１の正極に接続されている。スイッチング素子Ｑ２のソースは、電池Ｂ１の負極に接続されている。これにより、電池Ｂ１の正極から、抵抗Ｒ３およびスイッチング素子Ｑ２を経由して、電池Ｂ１の負極へ至る放電経路が形成される。スイッチング素子Ｑ２のゲートには、電圧監視部１２から抵抗Ｒ４、Ｒ５を介して、パルス信号からなる制御信号が与えられる。スイッチング素子Ｑ２は、この制御信号に応じて、オン・オフ動作を行う。放電回路１１ａによる電圧均一化の詳細については、後述する。

図１に戻り、低電圧電源回路１４は、組電池２の一部から電圧を取得して低電圧を出力する回路である。低電圧電源回路１４の一方の入力端子（＋端子）は、ラインＬ２およびバランサ回路１１を介して、第２ブロック２２の電池Ｂ７の正極に接続されている。また、低電圧電源回路１４の他方の入力端子（−端子）は、ラインＬ４およびバランサ回路１１を介して、第２ブロック２２の電池Ｂ１２の負極に接続されている。これにより、低電圧電源回路１４は、図５に太線で示すようなルートで、組電池２の第２ブロック２２の両端から電圧を取得する。低電圧電源回路１４は、第２ブロック２２から取得した電圧に基づいて低電圧の電源電圧（例えば５〔Ｖ〕）を生成し、この電源電圧を負荷である温度計測回路１５へ供給する。

図３は、低電圧電源回路１４の一例を示している。低電圧電源回路１４は、スイッチング素子Ｑ３、抵抗Ｒ６〜Ｒ９、および定電圧素子Ｚから構成される公知の回路である。スイッチング素子Ｑ３はバイポーラ型のトランジスタからなり、定電圧素子Ｚはツェナーダイオードと同等の機能を持ったシャント・リファレンスＩＣからなる。定電圧素子Ｚの出力電圧と、抵抗Ｒ８および抵抗Ｒ９とによって決まる低電圧Ｖｃが、低電圧電源回路１４から出力され、温度計測回路１５へ電源電圧として供給される。

温度計測回路１５は、組電池２の温度を計測する回路である。温度計測回路１５には、図４に示すように、温度検出用のサーミスタＴｈと、電流検出用のシャント抵抗Ｒｓとが備わっている。サーミスタＴｈは、温度が高くなると抵抗値が減少し、温度が低くなると抵抗値が増加する特性を有している。サーミスタＴｈと抵抗Ｒｓは、低電圧電源回路１４から供給される電源間に、直列に接続されている。そして、サーミスタＴｈとシャント抵抗Ｒｓの接続点の電圧Ｖｓは、図１に示すように、電圧監視部１２に与えられる。

電力伝送回路１６は、本発明の特徴をなす回路であって、トランス２０、スイッチング素子Ｑ１、抵抗Ｒ１、およびダイオードＤから構成される。トランス２０は、一次巻線Ｗ１および二次巻線Ｗ２を有している。一次巻線Ｗ１には、スイッチング素子Ｑ１が直列に接続されている。スイッチング素子Ｑ１は、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）からなり、ドレインがトランス２０の一次巻線Ｗ１に接続され、ソースがラインＬ７に接続されている。抵抗Ｒ１は、スイッチング素子Ｑ１のゲートに接続されている。スイッチング素子Ｑ１のゲートには、抵抗Ｒ１を介して電圧監視部１２から制御信号（パルス信号）が与えられる。スイッチング素子Ｑ１は、この制御信号によりオン・オフ動作を行う。ダイオードＤは、整流用のダイオードであって、トランス２０の二次巻線Ｗ２に直列に接続されている。

トランス２０の一次巻線Ｗ１の一端は、ラインＬ１およびおよびバランサ回路１１を介して、組電池２の第１ブロック２１における電池Ｂ１の正極に接続されている。トランス２０の一次巻線Ｗ１の他端は、スイッチング素子Ｑ１、ラインＬ７、およびバランサ回路１１を介して、組電池２の第１ブロック２１における電池Ｂ６の負極に接続されている。これにより、電力伝送回路１６は、図６に太線で示すようなルートで、組電池２の第１ブロック２１の両端から電圧を取得する。

トランス２０の二次巻線Ｗ２の一端は、ダイオードＤ、ラインＬ６、およびバランサ回路１１を介して、組電池２の第１ブロック２１における電池Ｂ１の正極に接続されている。トランス２０の二次巻線Ｗ２の他端は、ラインＬ８およびバランサ回路１１を介して、組電池２の第２ブロック２２における電池Ｂ１２の負極に接続されている。これにより、電力伝送回路１６は、図７に太線で示すようなルートで、組電池２（第１ブロック２１および第２ブロック２２）に電力を供給する。

次に、第１実施形態の動作について説明する。電池監視装置１において、電圧監視部１２は、電池Ｂ１〜Ｂ１２の各電圧を検出し、その検出結果に基づいて、バランサ回路１１を制御する。詳しくは、電圧監視部１２は、電圧の高い電池に対して、その電池に対応する放電回路１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…（図２参照）のスイッチング素子Ｑ２をオンにし、当該放電回路を動作させることで、電池の放電を優先させる。また、電圧監視部１２は、電圧の低い電池に対して、その電池に対応する放電回路１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…のスイッチング素子Ｑ２をオフにし、当該放電回路を非動作状態とすることで、電池の充電を優先させる。これによって、電圧の高い電池は放電により電圧が下がり、電圧の低い電池は充電により電圧が上がるので、各電池の電圧が均等化される。

低電圧電源回路１４が組電池２の全体から電圧を取得する場合は、組電池２を構成する電池Ｂ１〜Ｂ１２間の電圧不均一の程度が小さく、上記のようなバランサ回路１１による電圧均等化の処理を行えば足りる。しかしながら、本実施形態のように、低電圧電源回路１４が組電池２の一部である第２ブロック２２から電圧を取得する場合は、第１ブロック２１について何も対策を講じなければ、第２ブロック２２の電池Ｂ７〜Ｂ１２が、第１ブロック２１の電池Ｂ１〜Ｂ６よりも早く放電する。その結果、第１ブロック２１と第２ブロック２２との間の電圧不均一の程度が著しく拡大する。この場合は、もはやバランサ回路１１では対応できない。そこで、本発明では、バランサ回路１１による電池電圧の均等化とは別に、電力伝送回路１６による電池電圧の均等化を行う。

電力伝送回路１６では、組電池２の第１ブロック２１の両端から取得した電圧を、スイッチング素子Ｑ１のオン・オフ動作により、一次巻線Ｗ１から二次巻線Ｗ２へ伝達し、二次巻線Ｗ２から出力される電力を、図７で示したルートで組電池２に供給する。以下、この詳細について図８のフローチャートに基づき説明する。図８の各ステップは、電圧監視部１２によって一定周期毎に実行される。

ステップＳ１では、第１電圧検出回路１７により第１ブロック２１の電圧（第１電圧Ｖ１）を検出するとともに、第２電圧検出回路１８により第２ブロック２２の電圧（第２電圧Ｖ２）を検出する。

次に、ステップＳ２において、ステップＳ１で検出した第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２とを比較する。そして、続くステップＳ３において、第１電圧Ｖ１が第２電圧Ｖ２を超えているか否かを判定する。判定の結果、第１電圧Ｖ１が第２電圧Ｖ２を超えていれば（ステップＳ３；ＹＥＳ）、ステップＳ４へ進む。

ステップＳ４では、演算制御回路１９が、制御信号である一定周期のパルス信号を生成し、この信号により電力伝送回路１６のスイッチング素子Ｑ１を駆動する。

詳しくは、演算制御回路１９で生成されたパルス信号は、抵抗Ｒ１を介して、スイッチング素子Ｑ１のゲートに与えられる。スイッチング素子Ｑ１は、このパルス信号によりオン・オフ動作を行う。その結果、トランス２０の一次側の電圧、すなわち組電池２の第１ブロック２１の両端から取得された電圧がスイッチングされ、当該電圧がトランス２０の一次巻線Ｗ１から二次巻線Ｗ２へ伝達される。そして、二次巻線Ｗ２から、第１ブロック２１の電圧（第１電圧Ｖ１）に応じた電力が出力される。この電力は、図７で示したルートで組電池２の両端に供給される。このため、組電池２は、電力伝送回路２６から戻される電力によって再充電される。この場合、電圧監視部１２がバランサ回路１１を制御することにより、第２ブロック２２の電池Ｂ７〜Ｂ１２が優先的に充電される。この結果、低電圧電源回路１４や温度計測回路１５での電力消費により、第２ブロック２２の電圧（第２電圧Ｖ２）が低下しても、この電圧低下分は、電力伝送回路１６から組電池２へ戻される電力により補償される。

一方、ステップＳ３での判定の結果、第１電圧Ｖ１が第２電圧Ｖ２を超えていなければ（ステップＳ３；ＮＯ）、ステップＳ４を実行することなく、処理を終了する。この場合、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２とが等しければ、第１ブロック２１と第２ブロック２２との間で、電圧が均等化されているので、電力伝送回路１６を駆動する必要がない。また、第１電圧Ｖ１が第２電圧Ｖ２より小さければ、低電圧電源回路１４や温度計測回路１５での電力消費により、第２ブロック２２の第２電圧Ｖ２は減少を続けて、やがて第１ブロック２１の第１電圧Ｖ１と等しくなるので、電力伝送回路１６を駆動する必要がない。したがって、いずれの場合も、電力伝送回路１６のスイッチング素子Ｑ１は駆動されない。

なお、電圧監視部１２の演算制御回路１９は、温度計測回路１５から取得した電圧Ｖｓに基づいて、組電池２の温度を算出する処理も行う。算出された温度は、電圧監視部１２から上位装置（図示省略）へ送られる。上位装置は、温度の値が異常の場合に、充電装置（図示省略）を制御して、組電池２への充電を停止するなどの処理を行う。

上述した第１実施形態によれば、低電圧電源回路１４は、組電池２の一部である第２ブロック２２から電圧を取得するので、低電圧電源回路１４の入力電圧は、組電池２全体の電圧と比べて低い電圧となる。このため、高電圧を低電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータなどの回路が不要となり、低電圧電源回路１４の構成が簡略化される。

また、電源用の電圧が取得されない第１ブロック２１については、当該ブロックから電圧を取得する電力伝送回路１６を設け、取得した電圧に応じた電力を組電池２に戻すようにしている。このため、低電圧電源回路１４や温度計測回路１５で消費された第２ブロック２２の電力を、電力伝送回路１６からの電力によって補償することができる。これにより、組電池２を構成する各電池の電圧が平準化され、電池間で電圧が不均一になるのを抑制することができる。

図９は、第１実施形態の変形例を示している。図９において、図１と同一の部分または対応する部分には、図１と同じ符号を付してある。

図１においては、ラインＬ６の一端を、バランサ回路１１を介して、組電池２の第１ブロック２１における電池Ｂ１の正極に接続し、電力伝送回路１６から出力される電力を、組電池２の全体に戻すようにした。これに対して、図９においては、ラインＬ６の一端を、バランサ回路１１を介して、組電池２の第２ブロック２２における電池Ｂ７の正極に接続している。これにより、電力伝送回路１６は、図１０に太線で示すようなルートで、組電池２の一部である第２ブロック２２に電力を供給する。その他の点については、図１と同じである。

このようにしても、低電圧電源回路１４や温度計測回路１５で消費された第２ブロック２２の電力を補償して、電池間で電圧が不均一になるのを抑制することができる。また、電力伝送回路１６から出力される電力を、電力消費によって電圧が低下した第２ブロック２２のみに戻すことで、組電池２を構成する各電池の電圧平準化を効率良く行うことができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態につき、図１１を参照して説明する。図１１においては、電力伝送回路２６の構成が、図１の電力伝送回路１６と異なっている。電力伝送回路２６は、コンデンサＣと、このコンデンサＣの入力側に設けられた第１スイッチ３１と、コンデンサＣの出力側に設けられた第２スイッチ３２とを備えている。第１スイッチ３１は、連動して切り換わる２つのスイッチ３１ａ、３１ｂからなり、第２スイッチ３２も、連動して切り換わる２つのスイッチ３２ａ、３２ｂからなる。第１スイッチ３１は、電圧監視部１２から出力される第１制御信号ＳＧ１により、オンまたはオフに切り換わる。第２スイッチ３２は、電圧監視部１２から出力される第２制御信号ＳＧ２により、オンまたはオフに切り換わる。

第１スイッチ３１の一方のスイッチ３１ａの一端は、ラインＬ１およびバランサ回路１１を介して、組電池２の第１ブロック２１における電池Ｂ１の正極に接続されている。スイッチ３１ａの他端は、コンデンサＣの一端に接続されている。第１スイッチ３１の他方のスイッチ３１ｂの一端は、ラインＬ７およびバランサ回路１１を介して、組電池２の第１ブロック２１における電池Ｂ６の負極に接続されている。スイッチ３１ｂの他端は、コンデンサＣの他端に接続されている。これにより、電力伝送回路２６は、図１２に太線で示すようなルートで、組電池２の第１ブロック２１の両端から電圧を取得する。

第２スイッチ３２の一方のスイッチ３２ａの一端は、ダイオードＤ、ラインＬ６、およびバランサ回路１１を介して、組電池２の第１ブロック２１における電池Ｂ１の正極に接続されている。スイッチ３２ａの他端は、コンデンサＣの一端に接続されている。第２スイッチ３２の他方のスイッチ３２ｂの一端は、ラインＬ８およびバランサ回路１１を介して、組電池２の第２ブロック２２における電池Ｂ１２の負極に接続されている。スイッチ３２ｂの他端は、コンデンサＣの他端に接続されている。これにより、電力伝送回路２６は、図１３に太線で示すようなルートで、組電池２（第１ブロック２１および第２ブロック２２）に電力を供給する。

次に、第２実施形態の動作について説明する。バランサ回路１１の動作に関しては、第１実施形態と同じであるので説明を省略する。以下では、電力伝送回路２６による電圧の均一化に関して、図１４のフローチャートに基づき説明する。図１４の各ステップは、電圧監視部１２によって一定周期毎に実行される。

ステップＳ１１では、第１電圧検出回路１７により第１ブロック２１の電圧（第１電圧Ｖ１）を検出するとともに、第２電圧検出回路１８により第２ブロック２２の電圧（第２電圧Ｖ２）を検出する。

次に、ステップＳ１２において、ステップＳ１１で検出した第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２とを比較する。そして、続くステップＳ１３において、第１電圧Ｖ１が第２電圧Ｖ２を超えているか否かを判定する。判定の結果、第１電圧Ｖ１が第２電圧Ｖ２を超えていれば（ステップＳ１３；ＹＥＳ）、ステップＳ１４へ進む。

ステップＳ１４では、図１５に示すように、演算制御回路１９で生成された第１制御信号ＳＧ１により、第１スイッチ３１をオンにするとともに、演算制御回路１９で生成された第２制御信号ＳＧ２により、第２スイッチ３２をオフにする。第１スイッチ３１がオンすることで、コンデンサＣは、組電池２の第１ブロック２１から取得された電圧により、第１スイッチ３１を介して充電される。

ステップＳ１５では、コンデンサＣの充電が完了したか否かを判定する。この判定は、例えば、タイマ（図示省略）によって充電開始からの時間を計測し、計測した時間が充電完了に必要な時間に至ったか否かを監視することにより行う。一定時間後に、コンデンサＣの充電が完了すると（ステップＳ１５；ＹＥＳ）、ステップＳ１６へ進む。

ステップＳ１６では、図１６に示すように、演算制御回路１９で生成された第１制御信号ＳＧ１により、第１スイッチ３１をオフにするとともに、演算制御回路１９で生成された第２制御信号ＳＧ２により、第２スイッチ３２をオンにする。第２スイッチ３２がオンすることで、充電されたコンデンサＣの電力、すなわち第１ブロック２１の電圧（第１電圧Ｖ１）に応じた電力が、電力伝送回路２６から出力される。この電力は、図１３で示したルートで組電池２の両端に供給される。このため、組電池２は、電力伝送回路２６から戻される電力によって再充電される。この場合、電圧監視部１２がバランサ回路１１を制御することにより、第２ブロック２２の電池Ｂ７〜Ｂ１２が優先的に充電される。この結果、低電圧電源回路１４や温度計測回路１５での電力消費により、第２ブロック２２の電圧（第２電圧Ｖ２）が低下しても、この電圧低下分は、電力伝送回路２６から組電池２へ戻される電力により補償される。

一方、ステップＳ１３での判定の結果、第１電圧Ｖ１が第２電圧Ｖ２を超えていなければ（ステップＳ１３；ＮＯ）、ステップＳ１４〜Ｓ１６を実行することなく、処理を終了する。この場合、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２とが等しければ、第１ブロック２１と第２ブロック２２との間で、電圧が均等化されているので、電力伝送回路２６を駆動する必要がない。また、第１電圧Ｖ１が第２電圧Ｖ２より小さければ、低電圧電源回路１４や温度計測回路１５での電力消費により、第２ブロック２２の第２電圧Ｖ２は減少を続けて、やがて第１ブロック２１の第１電圧Ｖ１と等しくなるので、電力伝送回路２６を駆動する必要がない。したがって、いずれの場合も、電力伝送回路２６の第１スイッチ３１および第２スイッチ３２は、オフ状態に維持される。

上述した第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、低電圧電源回路１４は、組電池２の一部である第２ブロック２２から電圧を取得するので、低電圧電源回路１４の入力電圧は、組電池２全体の電圧と比べて低い電圧となる。このため、高電圧を低電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータなどの回路が不要となり、低電圧電源回路１４の構成が簡略化される。

また、電源用の電圧が取得されない第１ブロック２１については、当該ブロックから電圧を取得する電力伝送回路２６を設け、取得した電圧に応じた電力を組電池２に戻すようにしている。このため、低電圧電源回路１４や温度計測回路１５で消費された第２ブロック２２の電力を、電力伝送回路２６からの電力によって補償することができる。これにより、組電池２を構成する各電池の電圧が平準化され、電池間で電圧が不均一になるのを抑制することができる。

図１７は、第２実施形態の変形例を示している。図１７において、図１１と同一の部分または対応する部分には、図１１と同じ符号を付してある。

図１１においては、ラインＬ６の一端を、バランサ回路１１を介して、組電池２の第１ブロック２１における電池Ｂ１の正極に接続し、電力伝送回路２６から出力される電力を、組電池２の全体に戻すようにした。これに対して、図１７においては、ラインＬ６の一端を、バランサ回路１１を介して、組電池２の第２ブロック２２における電池Ｂ７の正極に接続している。これにより、電力伝送回路２６は、図１８に太線で示すようなルートで、組電池２の一部である第２ブロック２２に電力を供給する。その他の点については、図１１と同じである。

このようにしても、低電圧電源回路１４や温度計測回路１５で消費された第２ブロック２２の電力を補償して、電池間で電圧が不均一になるのを抑制することができる。また、電力伝送回路２６から出力される電力を、電力消費によって電圧が低下した第２ブロック２２のみに戻すことで、組電池２を構成する各電池の電圧平準化を効率良く行うことができる。

本発明では、以上述べた以外にも種々の実施形態を採用することができる。例えば、前記の各実施形態では、組電池２の第１ブロック２１の電池数と、第２ブロック２２の電池数とを同じ（共に６個）としたが、各ブロック２１、２２の電池の数は異なっていてもよい。また、各ブロック２１、２２の電池の数は複数に限らず、単数（１個）であってもよい。

また、前記の第１実施形態では、電力伝送回路１６のスイッチング素子Ｑ１としてＦＥＴを用いたが、ＦＥＴの代わりにトランジスタやリレーなどを用いてもよい。

また、前記の各実施形態では、低電圧電源回路１４の負荷として、温度計測回路１５を例に挙げたが、低電圧電源回路１４の負荷は、温度計測回路以外の負荷（例えば通信用ＩＣ）であってもよい。

さらに、前記の各実施形態では、本発明を電気自動車に搭載される組電池に適用した例を挙げたが、本発明は、電気自動車以外の用途に用いられる組電池にも適用することができる。

１ 電池監視装置
２ 組電池
１２ 電圧監視部
１４ 低電圧電源回路
１５ 温度計測回路
１６ 電力伝送回路
１７ 第１電圧検出回路
１８ 第２電圧検出回路
１９ 演算制御回路
２０ トランス
２１ 第１ブロック
２２ 第２ブロック
２６ 電力伝送回路
３１ 第１スイッチ
３２ 第２スイッチ
Ｂ１〜Ｂ１２ 電池
Ｃ コンデンサ
Ｑ１ スイッチング素子
Ｗ１ 一次巻線
Ｗ２ 二次巻線

Claims (8)

1. 組電池を構成する複数の電池の各電圧を監視する電圧監視部と、
   前記組電池から電圧を取得して低電圧の電源電圧を生成し、当該電源電圧を負荷へ供給する電源回路と、を備えた組電池の電圧監視装置において、
   前記組電池は、複数または単数の電池からなる第１ブロックと、複数または単数の電池からなる第２ブロックとの直列回路から構成され、
   前記電源回路は、前記第２ブロックの両端から電圧を取得し、
   前記第１ブロックの両端から電圧を取得して、取得した電圧に応じた電力を少なくとも前記第２ブロックに供給する電力伝送回路を設けたことを特徴とする組電池の電圧監視装置。
2. 請求項１に記載の組電池の電圧監視装置において、
   前記電力伝送回路は、
   一次巻線および二次巻線を有するトランスと、前記一次巻線に直列に接続されたスイッチング素子とを含み、
   前記第１ブロックの両端から取得した電圧を、前記スイッチング素子のオン・オフ動作により前記一次巻線から前記二次巻線へ伝達し、
   前記二次巻線から出力される電力を、少なくとも前記第２ブロックに供給することを特徴とする組電池の電圧監視装置。
3. 請求項２に記載の組電池の電圧監視装置において、
   前記電圧監視部は、
   前記第１ブロックの両端の電圧である第１電圧を検出する第１電圧検出回路と、
   前記第２ブロックの両端の電圧である第２電圧を検出する第２電圧検出回路と、
   前記第１電圧と前記第２電圧との比較結果に基づいて、前記スイッチング素子を制御するための制御信号を生成する演算制御回路と、
   を含むことを特徴とする組電池の電圧監視装置。
4. 請求項３に記載の組電池の電圧監視装置において、
   前記電圧監視部は、
   前記第１電圧が前記第２電圧を超えるか否かを判定し、
   前記第１電圧が前記第２電圧を超える場合は、前記制御信号により、前記スイッチング素子をオン・オフ動作させ、
   前記第１電圧が前記第２電圧を超えない場合は、前記スイッチング素子をオン・オフ動作させないことを特徴とする組電池の電圧監視装置。
5. 請求項１に記載の組電池の電圧監視装置において、
   前記電力伝送回路は、
   コンデンサと、前記コンデンサの入力側に設けられた第１スイッチと、前記コンデンサの出力側に設けられた第２スイッチとを含み、
   前記第２スイッチがオフで、前記第１スイッチがオンしたときに、当該第１スイッチを介して、前記第１ブロックの両端から取得した電圧で前記コンデンサを充電し、
   その後、前記第１スイッチがオフし、前記第２スイッチがオンしたときに、当該第２スイッチを介して、充電された前記コンデンサの電力を出力し、
   前記コンデンサから出力される電力を、少なくとも前記第２ブロックに供給することを特徴とする組電池の電圧監視装置。
6. 請求項５に記載の組電池の電圧監視装置において、
   前記電圧監視部は、
   前記第１ブロックの両端の電圧である第１電圧を検出する第１電圧検出回路と、
   前記第２ブロックの両端の電圧である第２電圧を検出する第２電圧検出回路と、
   前記第１電圧と前記第２電圧との比較結果に基づいて、前記第１スイッチを制御するための第１制御信号、および前記第２スイッチを制御するための第２制御信号を生成する演算制御回路と、
   を含むことを特徴とする組電池の電圧監視装置。
7. 請求項６に記載の組電池の電圧監視装置において、
   前記電圧監視部は、
   前記第１電圧が前記第２電圧を超えるか否かを判定し、
   前記第１電圧が前記第２電圧を超える場合は、前記第１制御信号により、前記第１スイッチをオンにして、一定時間後に当該第１スイッチをオフにするとともに、前記第２制御信号により、前記第２スイッチをオフにして、一定時間後に当該第２スイッチをオンにし、
   前記第１電圧が前記第２電圧を超えない場合は、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチをオフ状態に維持することを特徴とする組電池の電圧監視装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の組電池の電圧監視装置において、
   前記電力伝送回路から出力される電力を、前記組電池の全体に供給することを特徴とする組電池の電圧監視装置。

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