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JP2003070179A - 蓄電装置及びその制御方法 - Google Patents

蓄電装置及びその制御方法

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JP2003070179A
JP2003070179A JP2001258859A JP2001258859A JP2003070179A JP 2003070179 A JP2003070179 A JP 2003070179A JP 2001258859 A JP2001258859 A JP 2001258859A JP 2001258859 A JP2001258859 A JP 2001258859A JP 2003070179 A JP2003070179 A JP 2003070179A
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英樹 宮崎
Akihiko Emori
昭彦 江守
Akihiko Kudo
彰彦 工藤
Takeshi Kai
剛 甲斐
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Hitachi Ltd
Resonac Corp
Original Assignee
Hitachi Ltd
Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】絶縁手段の個数を低減して、低コストな制御装
置を備えた蓄電装置及びその制御方法を提供することに
ある。 【解決手段】下位制御装置ＩＣ−１，ＩＣ−２，ＩＣ−
３は、複数の蓄電モジュールを構成する複数の蓄電器Ｖ
Ｂ１，…，ＶＢ１２を制御する。最高電位に位置する下
位制御装置ＩＣ−１の入力端子Ｉｎと、最低電位に位置
する下位制御装置ＩＣ−３の出力端子Ｏｕｔと、上位制
御装置ＭＰＵは、絶縁手段であるフォトカプラＦ１，
…，Ｆ６で接続されている。下位制御装置の出力端子と
低電位側の蓄電モジュール内の蓄電池との間には、蓄電
モジュール内の蓄電池の放電電流を阻止するダイオード
Ｄ２，Ｄ４，ＺＤ４が設けられている。複数の下位制御
装置間において、信号の入出力に係わる端子が電気的に
非絶縁状態で接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高エネルギーの蓄
電器を複数個直列に接続したものを制御する蓄電装置及
びその制御方法に係り、特に、複数個の蓄電器を直列に
接続した蓄電モジュールを制御する下位の制御装置と、
複数の下位制御装置に指令を出す上位制御装置を用いた
ものに好適な蓄電装置及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の蓄電装置では、例えば、特開平１
０−３２２９２５号公報に記載されているように、直列
に接続した複数の単電池を組電池として、複数の組電池
を更に直列に接続すると共に、各組電池毎に下位の制御
装置を備え、上位の制御装置から下位の制御装置に指令
を送る構成としている。ここで、下位制御装置は、対応
する組電池が備える単電池の状態を監視する。組電池数
と同数設けられた下位制御装置は、組電池を介して電気
的に直列に接続されており、上位の制御装置と下位制御
装置間の信号伝達及び下位制御装置同士の信号伝達に
は、フォトカプラ等の絶縁手段を用いて、制御装置間の
電位差に影響されない構成としている。
【０００３】また、下位制御装置は、例えば、特開２０
００−９２７３２号公報に記載されているように、単電
池の容量調整を行うものである。容量調整とは、単電池
にスイッチを介して抵抗を並列に接続し、電圧検出回路
で計測した単電池の電圧が高い場合に上記スイッチを駆
動して蓄えられた電気量の一部を放電し、単電池間の電
圧差を小さくすることである。特に、開路電圧と残存容
量の相関性が高い非晶質系炭素を負極活物質に用いたリ
チウムイオン電池では、単電池間の電圧差を小さくする
ことで各単電池の容量を均等化することが有効である。
【０００４】また、近年、二次電池と同等な電気量を蓄
積でき、かつ二次電池に比べて寿命劣化の少ないウルト
タキャパシタが用いられるようになっている。ウルトラ
キャパシタにおいても、例えば、特開２００１−３７０
７７号公報に記載されているように、キャパシタセル間
の電圧均等化法が採用されている。この方法は、キャパ
シタセルに並列にスイッチを接続し、キャパシタの電圧
を検出して電流の一部をスイッチにバイパスさせる回路
を設けるものであり、先の特開２０００−９２７３２号
公報と類似している。
【０００５】下位制御装置は、単電池或いはキャパシタ
セルの電圧を検出し、電圧が高い場合に、前述のスイッ
チを駆動して容量調整している。一方、上位制御装置
は、下位制御装置に容量調整を実施させるための指令信
号を送る。特開２０００−９２７３２号公報に記載され
ているものでは、下位制御装置が起動時に組電池の各単
電池の開放電圧を測定し、その値を上位制御装置に伝え
る。上位制御装置は全ての下位制御装置から得た開放電
圧の値から容量調整時の電圧基準値を計算して、再び、
下位制御装置に指令する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題としては、以下の３つがある。第１は、コスト
の問題である。二次電池やウルトラキャパシタは電気自
動車、或いはハイブリッド電気自動車用の蓄電装置とし
て期待されているが、量産化に向けて低コスト化を達成
することが求められている。蓄電装置の低コスト化には
単電池或いはキャパシタセル自体の低コスト化と共に、
複数個を備える下位制御装置複数の低コスト化が必要で
ある。この方法としては、下位制御装置をＩＣ（集積回
路）化することが有効である。
【０００７】しかしながら、下位制御装置をＩＣ化した
場合においても、上位の制御装置と下位制御装置間の信
号伝達及び下位制御装置同士の信号伝達に用いるフォト
カプラ等の絶縁手段は残る。リチウムイオン電池の場合
を例とすれば、この電位差は単電池の電圧を３．６Ｖと
仮定し、全部で４０ヶの電池を直列に接続した場合、最
低電位の電池と最高電位の電池の電位差は１４４Ｖにな
る。この例で、仮に単電池４ヶづつを組電池とした場
合、１０ヶの下位制御装置を備えることになり、それぞ
れの下位制御装置が入出力用に２ヶ程度の絶縁手段を備
えるとすれば、合計２０ヶの絶縁手段が必要になり、制
御装置のコストが高くなると言う問題があった。
【０００８】第２は、信頼性の問題である。蓄電装置の
負荷として接続されるインバータ装置等が発生するノイ
ズによって指令信号に外乱が入る可能性があり、こうし
た外乱に対して、上位制御装置から下位制御装置に指令
を与える場合、信号伝達の信頼性が低下するという問題
があった。
【０００９】第３は、電圧検出の精度の問題である。複
数の下位制御装置は、それぞれ電圧検出回路を備え、対
応する蓄電モジュールに具備された蓄電器の電圧を検出
するが、電池の電圧検出精度は許容される誤差が数十ｍ
Ｖと高精度な性能が必要とされる。非晶質系炭素を負極
活物質に用いたリチウムイオン電池は、開放電圧と残存
容量の相関性がニッケル水素電池等他の電池に比べて明
確であるが、リチウムイオン電池の場合でも容量調整に
おける電圧均等化の許容誤差は±５０ｍＶ以下と言われ
ている。尚、５０ｍＶの電圧はリチウムイオン電池の残
存容量に換算すると約５％に相当する。リチウムイオン
電池の最高電圧は約４．２Ｖであるが、上記５０ｍＶは
４．２Ｖに対して１．２％にあたり、電圧検出の精度が
厳しいことが分かる。
【００１０】高精度な電圧検出を達成するためには、十
数ビットのＡ／Ｄコンバータを用いることが一般的であ
るが、Ａ／Ｄコンバータの精度は基準電圧源の精度に依
存するため、下位制御装置は誤差が極めて小さい（例え
ば±２５ｍＶ程度）の高精度基準電圧源が必要になる。
ここで、各下位制御装置はそれぞれ、電位の異なる組電
池に接続されるため、高精度基準電圧源を複数の下位制
御装置で共通化することは難しく、それぞれの下位制御
装置が独立した高精度基準電圧源を備えていた。すなわ
ち、電圧検出の高精度化を図るには、複数の下位制御装
置がそれぞれ備える基準電圧源のコストが高くなると言
う問題があった。
【００１１】本発明の第１の目的は、絶縁手段の個数を
低減して、低コストな制御装置を備えた蓄電装置を提供
することにある。
【００１２】本発明の第２の目的は、ノイズ等の外乱に
よる影響を低減して、信頼性の向上した信号伝達が可能
な蓄電装置の制御方法を提供することにある。
【００１３】本発明の第３の目的は、電圧検出の高精度
化を図れるとともに、低コストな蓄電装置を提供するこ
とにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】（１）上記第１の目的を
達成するため、本発明は、複数の蓄電器を直列に接続し
た蓄電モジュールをさらに直列接続した複数の蓄電モジ
ュールと、上記複数の蓄電モジュールのそれぞれに対応
して設けられ、上記蓄電モジュールを構成する複数の蓄
電器を制御する複数の下位制御装置と、上記複数の下位
制御装置を制御する上位制御装置とを有する蓄電装置に
おいて、上記複数の下位制御装置のうち最高電位に位置
する下位制御装置の入力端子と最低電位に位置する下位
制御装置の出力端子と、上記上位制御装置を接続する絶
縁手段若しくは電位変換手段と、上記下位制御装置の出
力端子と低電位側の蓄電モジュール内の蓄電池との間に
設けられ、上記蓄電モジュール内の蓄電池の放電電流を
阻止する遮断素子とを備え、上記複数の下位制御装置間
において、信号の入出力に係わる端子が電気的に非絶縁
状態で接続したものである。かかる構成により、絶縁手
段の個数を低減して、低コストな制御装置とし得るもの
となる。
【００１５】（２）上記（１）において、好ましくは、
上記下位制御装置の入力端子が、この下位制御装置が制
御する蓄電モジュール内の蓄電器のうち高電位側蓄電器
に電気的に接続したものである。
【００１６】（３）上記（１）において、好ましくは、
上記複数の下位制御装置と、上記最高電位と最低電位の
下位制御装置に具備された絶縁手段若しくは電位変換手
段と、上記上位制御装置を同一のパッケージに搭載し、
パッケージ外部から上記上位制御装置に電源を供給する
ようにしたものである。
【００１７】（４）上記第１の目的を達成するため、本
発明は、複数の蓄電器を直列に接続した蓄電モジュール
をさらに直列接続した複数の蓄電モジュールと、上記複
数の蓄電モジュールのそれぞれに対応して設けられ、上
記蓄電モジュールを構成する複数の蓄電器を制御する複
数の下位制御装置と、上記複数の下位制御装置を制御す
る上位制御装置とを備える蓄電池の制御方法において、
上記上位制御装置は、最高電位に位置する上記下位制御
装置に伝達した信号と、最低電位に位置する上記下位制
御装置から戻る信号を比較し、正常と判断される場合は
次の指令を伝達するようにしたものである。かかる方法
により、ノイズ等の外乱による影響を低減して、信頼性
を向上し得るものとなる。
【００１８】（５）上記（４）において、好ましくは、
上記下位制御装置は、この下位制御装置が制御する上記
蓄電モジュールの複数の蓄電器の状態を検出し、この状
態検出信号と高電位側の下位制御装置から伝達された入
力信号の論理和若しくは論理積をとり、その結果を低電
位側の上記下位制御装置に出力すると共に、上記上位制
御装置は、最低電位に位置する上記下位制御装置から戻
る信号に基づいて、上記蓄電装置の異常を判断するよう
にしたものである。
【００１９】（６）上記（４）において、好ましくは、
上記下位制御装置は、上記蓄電モジュール内の蓄電池の
電圧が基準値より高い蓄電器の残存容量を放電させる容
量調整を行うとともに、容量調整を終了した上記下位制
御装置はスリープ状態に入るようにしたものである。
【００２０】（７）上記第３の目的を達成するため、本
発明は、複数の蓄電器を直列に接続した蓄電モジュール
をさらに直列接続した複数の蓄電モジュールと、上記複
数の蓄電モジュールのそれぞれに対応して設けられ、上
記蓄電モジュールを構成する複数の蓄電器を制御する複
数の下位制御装置と、上記複数の下位制御装置を制御す
る上位制御装置とを有する蓄電装置において、上記蓄電
モジュール内の複数の蓄電器の電圧を検出する電圧検出
手段と、この電圧検出手段の誤差を校正する誤差校正端
子とを備えるようにしたものである。かかる構成によ
り、電圧検出の高精度化を図れるとともに、低コスト化
し得るものとなる。
【００２１】（８）上記（７）において、好ましくは、
上記電圧検出手段は、Ａ／Ｄコンバータであり、上記下
位制御装置は、上記Ａ／Ｄコンバータの誤差校正端子に
予めディジタル値を与えることで出力値を補正するよう
にしたものである。
【００２２】（９）上記（８）において、好ましくは、
上記Ａ／Ｄコンバータは、パルス数に応じて単位電気量
を積分する積分手段と、この積分手段の積分値と上記蓄
電器の電圧を比較して上記パルスを停止する比較手段
と、この比較手段により上記パルスが停止した際のパル
ス回数を出力するカウンタ手段と、上記誤差を校正する
端子に与えられたディジタル値に応じて上記カウンタの
出力を補正する補正手段とを備えるようにしたものであ
る。
【００２３】（１０）上記（９）において、好ましく
は、上記補正手段は、上記誤差校正端子に与えられたデ
ィジタル値に応じて、上記カウンタの計数値を変化させ
て、Ａ／Ｄ変換のオフセットを補正し、上記パルスの幅
を可変させてＡ／Ｄ変換のゲインを補正するようにした
ものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、図１〜図１０を用いて、本
発明の一実施形態による蓄電装置及びその制御方法につ
いて説明する。最初に、図１を用いて、本実施形態によ
る蓄電装置の全体構成について説明する。図１は、本発
明の一実施形態による蓄電装置の全体構成を示す回路図
である。
【００２５】二次電池の単電池ＶＢ１，ＶＢ２，…，Ｖ
Ｂ１２は、４ヶの単電池を直列に接続した形を蓄電モジ
ュールとしている。電気自動車或いはハイブリッド電気
自動車に用いられる二次電池装置は十数ヶから二十数ヶ
の蓄電モジュールを備える場合があるが、本実施形態で
は数多くのモジュールを直列に接続する場合でも同様な
構成であることから、図１に示した例では、３ヶの蓄電
モジュールを直列に接続した構成を例として示してい
る。
【００２６】図示する例では、最高電位にある第一の蓄
電モジュールは、単電池ＶＢ１，…，ＶＢ４から構成さ
れている。各単電池ＶＢ１，…，ＶＢ４の正極及び負極
は、第一の下位制御装置ＩＣ−１が備える端子Ｔ１，Ｔ
３，Ｔ５，Ｔ７，Ｔ９とそれぞれ接続される。また、単
電池ＶＢ１の正極と負極間には、抵抗Ｒ１とスイッチ素
子Ｓ１からなる容量調整回路を備えている。スイッチ素
子Ｓ１のゲート端子には、下位制御装置ＩＣ−１の端子
Ｔ２から制御信号が入力する。同様に、単電池ＶＢ２，
単電池ＶＢ３，及び単電池ＶＢ４の正極と負極間には、
それぞれ、抵抗Ｒ２とスイッチ素子Ｓ２、抵抗Ｒ３とス
イッチ素子Ｓ３、及び抵抗Ｒ４とスイッチ素子Ｓ４の容
量調整回路を備える。スイッチ素子Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の
ゲート端子はそれぞれ下位制御装置ＩＣ−１の端子Ｔ
４，Ｔ６，Ｔ８から制御信号が入力する。
【００２７】中間電位にある第二の蓄電モジュールは、
単電池ＶＢ５，…，ＶＢ８を備えている。第一の蓄電モ
ジュールと同様に、各単電池ＶＢ１，…，ＶＢ４の正極
及び負極は、第二の下位制御装置ＩＣ−２が備える端子
Ｔ１，Ｔ３，Ｔ５，Ｔ７，Ｔ９とそれぞれ接続される。
また、単電池ＶＢ５，…，ＶＢ８も、それぞれ正極と負
極間に、抵抗Ｒ５とスイッチ素子Ｓ５、抵抗Ｒ６とスイ
ッチ素子Ｓ６、抵抗Ｒ７とスイッチ素子Ｓ７、及び抵抗
Ｒ８とスイッチ素子Ｓ８を直列に接続した容量調整回路
を備える。
【００２８】同様に、最低電位にある第三の蓄電モジュ
ールは、単電池ＶＢ９，…，ＶＢ１２の単電池を備えて
いる。各単電池ＶＢ９，…，ＶＢ１２の正極及び負極
は、第三の下位制御装置ＩＣ−３が備える端子Ｔ１，Ｔ
３，Ｔ５，Ｔ７，Ｔ９とそれぞれ接続される。単電池Ｖ
Ｂ９，…，ＶＢ１２も、正極と負極間にそれぞれ抵抗Ｒ
９とスイッチ素子Ｓ９、抵抗Ｒ１０とスイッチ素子Ｓ１
０、抵抗Ｒ１１とスイッチ素子Ｓ１１、及び抵抗Ｒ１２
とスイッチ素子Ｓ１２を直列に接続した容量調整回路を
備えており、各スイッチ素子は第三の下位制御装置ＩＣ
−３で駆動される。
【００２９】なお、各下位制御装置ＩＣ−１，ＩＣ−
２，ＩＣ−３の内部構成，機能と周辺部品の構成につい
ては、図２以降を用いて後述する。
【００３０】次に、各下位制御装置ＩＣ−１，ＩＣ−
２，ＩＣ−３の接続関係について説明する。単電池ＶＢ
４と単電池ＶＢ５が直列に接続されることから、第一の
下位制御装置ＩＣ−１と第二の下位制御装置ＩＣ−２は
直列に接続されており、同様に第二の下位制御装置ＩＣ
−２は第三の下位制御装置ＩＣ−３と直列に接続され
る。
【００３１】次に、上位制御装置ＭＰＵは、第一の下位
制御装置ＩＣ−１から第三の下位制御装置ＩＣ−３に指
令を与える。上位制御装置ＭＰＵが出力する制御指令
は、フォトカプラＦ１，Ｆ２，Ｆ３で絶縁され、第一の
下位制御装置ＩＣ−１の入力端子Ｉｎ−１，Ｉｎ−２，
Ｉｎ−３に伝達される。フォトカプラＦ１，Ｆ２，Ｆ３
の受光側トランジスタは、それぞれ、抵抗ＲＦ１，ＲＦ
２，ＲＦ３に接続されている。抵抗ＲＦ１，ＲＦ２，Ｒ
Ｆ３は、いずれも単電池ＶＢ１の正極から電源を供給さ
れる。第一の下位制御装置ＩＣ−１は、入力端子Ｉｎ−
１，Ｉｎ−２，Ｉｎ−３に伝達された信号を、出力端子
Ｏｕｔ−１，Ｏｕｔ−２，Ｏｕｔ−３から出力するが、
出力端子Ｏｕｔ−１，出力端子Ｏｕｔ−２，及び出力端
子Ｏｕｔ−３は、第二の下位制御装置ＩＣ−２が備える
入力端子Ｉｎ−１，Ｉｎ−２，Ｉｎ−３と、それぞれ、
電気的に非絶縁で接続される。
【００３２】同様に、第二の下位制御装置ＩＣ−２は、
入力端子Ｉｎ−１，Ｉｎ−２，Ｉｎ−３に伝達された信
号を出力端子Ｏｕｔ−１，Ｏｕｔ−２，Ｏｕｔ−３から
出力する。第二の下位制御装置ＩＣ−２の出力端子Ｏｕ
ｔ−１，…，Ｏｕｔ−３は、第三の下位制御装置ＩＣ−
３が備える入力端子Ｉｎ−１，Ｉｎ−２，Ｉｎ−３とそ
れぞれ、電気的に非絶縁で接続される。
【００３３】最低電位の下位制御装置ＩＣ−３は、出力
端子Ｏｕｔ−１，Ｏｕｔ−２，Ｏｕｔ−３から出力する
信号で対応するトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，ＴＲ３を
駆動し、それぞれのトランジスタ第二の下位制御装置が
接続されたフォトカプラＦ４，Ｆ５，Ｆ６を介して、信
号を上位制御装置ＭＰＵに伝達させる。ここで、フォト
カプラＦ４，Ｆ５，Ｆ６の発光側は、いずれも下位制御
装置ＩＣ−３の基準電圧出力端子ＶＤＤに接続し、基準
電圧出力端子ＶＤＤから電流の供給を得る。フォトカプ
ラＦ４，Ｆ５，Ｆ６の発光側とトランジスタＴｒ１，Ｔ
ｒ２，ＴＲ３の間に設けた抵抗ＲＦ４，ＲＦ５，ＲＦ６
は、それぞれ、フォトカプラＦ４，Ｆ５，Ｆ６の発光側
に流れる電流を調整するために使用する。
【００３４】下位制御装置ＩＣ−１の内部回路は、単電
池ＶＢ４の負極を基準電位とし、この基準電位をＧＮＤ
−１で表す。また、下位制御装置ＩＣ−２と下位制御装
置ＩＣ−３の内部回路は、それぞれ、単電池ＶＢ８，単
電池ＶＢ１２の負極を基準電位とし、この基準電位をＧ
ＮＤ−２，ＧＮＤ−３で表す。各基準電位ＧＮＤ−１，
…，ＧＮＤ−３は、いずれも対応する下位制御装置ＩＣ
−１，…，ＩＣ−３で使用する個別なグランド端子であ
る。一方、図１の全体の構成におけるグランドは、上位
制御装置ＭＰＵに対する電源Ｖｃｃの負極とする。上位
制御装置ＭＰＵと下位制御装置ＩＣ−１，…，ＩＣ−３
は、フォトカプラＦ１，…，Ｆ６で絶縁されていること
から、Ｖｃｃの負極と各基準電位ＧＮＤ−１，…，ＧＮ
Ｄ−３の間も絶縁されている。
【００３５】下位制御装置ＩＣ−１，…，ＩＣ−３に備
える各端子と周辺部品に関しては図２で説明するが、各
制御装置ＩＣ−１，…，ＩＣ−３での違いは、各々に設
けた端子Ａ１，…，Ａ３，及び端子Ｂ１，Ｂ２の電位で
ある。これらの端子は、図７で述べる電圧検出の誤差を
補正するための端子であり、下位制御装置ＩＣ−１から
下位制御装置ＩＣ−３が個別に持つ電圧検出誤差に応じ
て、端子Ａ１，…，Ａ３，及び端子Ｂ１，Ｂ２に、
「１」又は「０」のディジタル値を与える。ここで、
「１」は下位制御装置の基準電圧ＶＤＤ、「０」は下位
制御装置毎の個別グランドＧＮＤ−１，…，ＧＮＤ−３
の電位である。上記電圧検出誤差は、下位制御装置ＩＣ
−１から下位制御装置ＩＣ−３で異なるため、図１の例
においても、各下位制御装置ＩＣ−１，…，ＩＣ−３
で、端子Ａ１，…，Ａ３，及び端子Ｂ１，Ｂ２の「１」
又は「０」の値は異なることを記載している。
【００３６】上位制御装置ＭＰＵは、蓄電モジュールに
流れる充電及び放電の電流を絶縁型の電流検出器ＣＴで
検出する。また、直列に接続された蓄電モジュールの電
圧合計値を抵抗ＲＶ１，ＲＶ２で分圧して検出する。こ
こで、上位制御装置ＭＰＵと各蓄電モジュールは絶縁さ
れることから、抵抗ＲＶ１，ＲＶ２で分圧した電圧は一
旦、電圧−周波数変換器ＶＦによりパルス信号に変換さ
れ、ＶＦの出力をフォトカプラＦ７を介して上位制御装
置ＭＰＵに伝達する。上位制御装置ＭＰＵは、フォトカ
プラＦ７より得た電圧−周波数変換器ＶＦの出力から蓄
電モジュールの総電圧を読み取り、この値と電流検出器
ＣＴから得た電流を元に３ヶの蓄電モジュールに対する
平均的な残存容量を演算する。
【００３７】電気自動車或いはハイブリッド電気自動車
において十数ヶから二十数ヶの蓄電モジュールを備える
場合、最上位の下位制御装置ＩＣ−１と最下位の下位制
御装置ＩＣ−３が上位制御装置ＭＰＵとフォトカプラを
介して接続する構成は図１と同じである。蓄電モジュー
ルと同数設けられる下位制御装置の残り十数ヶから二十
数ヶは、図１の下位制御装置ＩＣ−２と同様に入力端子
Ｉｎ−１，Ｉｎ−２，Ｉｎ−３が１つ高電位の蓄電モジ
ュール用に設けられた下位制御装置の出力端子と、また
と出力端Ｏｕｔ−１，Ｏｕｔ−２，Ｏｕｔ−３がそれぞ
れ、１つ低電位の蓄電モジュール用に設けられた下位制
御装置の入力端子とそれぞれ、非絶縁で接続される。
【００３８】図示する例では、絶縁手段としては、７個
のフォトカプラＦ１，…，Ｆ６，Ｆ７を用いている。図
示の例では、３個の下位制御装置ＩＣ−１，…，ＩＣ−
３から構成される場合を示しているが、下位制御装置が
例えば、１０個になった場合でも、絶縁手段であるフォ
トカプラの個数は、７個でよいものである。一方、従来
の構成では、単電池４ヶづつを組電池とし、１０ヶの下
位制御装置を備えた場合、それぞれの下位制御装置が入
出力用に２ヶ程度の絶縁手段を備えるため、合計２０個
の絶縁手段が必要になる。それに対して、本実施形態で
は、常に７個で良いため、絶縁手段の個数を低減して、
制御装置のコストを低減することができる。
【００３９】次に、図２を用いて、本実施形態による蓄
電装置に用いる下位制御装置内部の構成について説明す
る。図２は、本発明の一実施形態による蓄電装置に用い
る下位制御装置内部の構成を示す回路図である。なお、
図２においては、下位制御装置ＩＣ−１の構成について
示しているが、他の下位制御装置ＩＣ−２，ＩＣ−３も
同様である。また、図１と同一符号は、同一部分を示し
ている。
【００４０】スイッチ素子の駆動手段Ｄｒ１，Ｄｒ２，
Ｄｒ３，Ｄｒ４は、それぞれ、容量調整用のスイッチ素
子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の制御端子に接続されてお
り、それぞれのスイッチ素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を
駆動する。駆動手段Ｄｒ１，Ｄｒ２，Ｄｒ３，Ｄｒ４
は、それぞれ、下位制御装置ＩＣ−１内部のロジック回
路３から信号を得て、スイッチ素子Ｓ１，…，Ｓ４を個
別に駆動する。
【００４１】アナログスイッチＡＳ１，ＡＳ２，ＡＳ
３，ＡＳ４は、一端が単電池の正極にそれぞれ接続さ
れ、他端がキャパシタＣ１の＋端子Ｃ１Ｐに共通接続さ
れている。同様に、アナログスイッチＢＳ１，ＢＳ２，
ＢＳ３，ＢＳ４も、一端が単電池の負極にそれぞれ接続
され、他端がキャパシタＣ１の−端子Ｃ１Ｎに共通接続
されている。また、キャパシタＣ１の＋端子Ｃ１Ｐに
は、アナログスイッチＣＳ１を接続し、アナログスイッ
チＣＳ１の他端は、第二のキャパシタＣ２の＋端子Ｃ２
Ｐに接続される。更に、キャパシタＣ２の−端子Ｃ１Ｎ
には、アナログスイッチＣＳ２を接続し、アナログスイ
ッチＣＳ２の他端は第二のキャパシタＣ２の−端子Ｃ２
Ｎに接続する。
【００４２】アナログスイッチＡＳ１とアナログスイッ
チＢＳ１，ＡＳ２とＢＳ２，ＡＳ３とＢＳ３，ＡＳ４と
ＢＳ４はそれぞれペアであり、同時にオン、オフする。
また、（ａ）アナログスイッチＡＳ１，アナログスイッ
チＢＳ１と、（ｂ）アナログスイッチＡＳ２，アナログ
スイッチＢＳ２と、（ｃ）アナログスイッチＡＳ３，ア
ナログスイッチＢＳ３と、（ｄ）アナログスイッチＡＳ
４，アナログスイッチＢＳ４の各ペアは、４つのマルチ
プレクサ用スイッチとして働く。即ち、（ａ），…，
（ｄ）のマルチプレクサ用スイッチで単電池ＶＢ１，
…，ＶＢ４のいずれか１つを選択し、選択した単電池と
第一のキャパシタＣＳ１を接続する。一方、アナログス
イッチＣＳ１とアナログスイッチＣＳ２も同時にオン、
オフし、これらがオンすると第一のキャパシタＣＳ１と
第二のキャパシタＣＳ２を接続する。
【００４３】アナログスイッチＣＳ１とアナログスイッ
チＣＳ２がオンする動作モードを（ｅ）とすると、例え
ば、単電池ＶＢ１の電圧を計測する場合、ロジック回路
３は、（ａ）アナログスイッチＡＳ１，アナログスイッ
チＢＳ１のペアをオンさせる第一のモードと（ｅ）アナ
ログスイッチＣＳ１とアナログスイッチＣＳ２をオンさ
せる第二のモードを交互に繰り返す。この間、（ｂ），
…，（ｄ）のマルチプレクサ用スイッチはオフを維持さ
せる。この第一のモード（ａ）と、第二のモード（ｅ）
を数百回、パルス的に繰り返すことにより、単電池ＶＢ
１とアナログスイッチＣＳ１、及びアナログスイッチＣ
Ｓ２は最終的に同じ電圧になる。これは（ａ）と（ｅ）
を１回実施することにより、単電池ＶＢ１とアナログス
イッチＣＳ１、及びアナログスイッチＣＳ１とアナログ
スイッチＣＳ２の電位差に応じた電流が流れ、それぞれ
の電位差を軽減するためである。
【００４４】また、（ｂ）アナログスイッチＡＳ２，ア
ナログスイッチＢＳ２のペアをオンさせる第一のモード
と（ｅ）アナログスイッチＣＳ１とアナログスイッチＣ
Ｓ２をオンさせる第二のモードを交互に繰り返し、この
間、（ａ），（ｃ），（ｄ）のマルチプレクサ用スイッ
チはオフを維持させ、第一のモード（ｂ）と、第二のモ
ード（ｅ）を数百回、パルス的に繰り返すことにより、
単電池ＶＢ２とアナログスイッチＣＳ１、及びアナログ
スイッチＣＳ２は最終的に同じ電圧になる。
【００４５】同様にして、（ｃ）アナログスイッチＡＳ
３，アナログスイッチＢＳ３のペアをオンさせる第一の
モードと（ｅ）アナログスイッチＣＳ１とアナログスイ
ッチＣＳ２をオンさせる第二のモードを交互に繰り返し
て、単電池ＶＢ３とアナログスイッチＣＳ１、及びアナ
ログスイッチＣＳ２は最終的に同じ電圧にできる。
【００４６】また、（ｄ）アナログスイッチＡＳ４，ア
ナログスイッチＢＳ４のペアをオンさせる第一のモード
と（ｅ）アナログスイッチＣＳ１とアナログスイッチＣ
Ｓ２をオンさせる第二のモードを交互に繰り返して、単
電池ＶＢ４とアナログスイッチＣＳ１、及びアナログス
イッチＣＳ２は最終的に同じ電圧にできる。
【００４７】図中、破線で示した電圧検出回路１は、上
述したマルチプレクサ用スイッチ、アナログスイッチ、
第一と第二のキャパシタを含む構成を有している。電圧
検出回路１の出力は、アナログスイッチＣＳ２の正極電
圧（Ｃ２Ｐ）である。正極電圧Ｃ２Ｐは、比較器ＣＭＰ
１，ＣＭＰ２，ＣＭＰ３を用いて、それぞれ過充電電
圧、過放電電圧、容量調整レベル等に対応する基準電圧
と比較する。基準電圧は、基準電源回路２から供給され
る。また、電圧検出回路１の出力（Ｃ２Ｐ）は、検出セ
ル電圧Ｖｘとして、Ａ／Ｄコンバータ７の入力へ伝えら
れ、Ａ／Ｄコンバータ７で正極電圧（Ｃ２Ｐ）のアナロ
グ値をディジタル値に変える。Ａ／Ｄコンバータ７は、
上述した端子Ａ１，…，Ａ３，及び端子Ｂ１，Ｂ２に与
えられる信号によって、電圧検出誤差を補正することが
できる。
【００４８】基準電源回路２は、単電池ＶＢ１−ＶＢ４
の総電圧から一定電圧（例えば５Ｖ）を作ると共に、下
位制御装置ＩＣ−１の外部に設けた基準電圧用素子ＶＲ
に電流を供給し、先の一定電圧より高精度な電圧を発生
させ、この電圧を端子Ｖｒｅｆ−１から下位制御装置Ｉ
Ｃ−１に取り込む。端子Ｖｒｅｆ−１から入力された電
圧は数種類に分圧され、比較器ＣＭＰ１，ＣＭＰ２，Ｃ
ＭＰ３に応じた基準電圧として使用する。また、クロッ
ク発生器５は、下位制御装置ＩＣ−１の外部に設けた振
動子ＣＺを用いてクロックを作り、ロジック回路３等で
用いる。なお、入力回路４と出力回路６の詳細構成につ
いては、図３，図４を用いて後述する。
【００４９】次に、図３を用いて、本実施形態による蓄
電装置の中の下位制御装置に用いる出力回路６及び入力
回路４の第１の構成について説明する。図３は、本発明
の一実施形態による蓄電装置の中の下位制御装置に用い
る出力回路６及び入力回路４の第１の構成を示す回路図
である。なお、図３では、下位制御装置ＩＣ−１の出力
回路６と、下位制御装置ＩＣ−２の入力回路４の詳細に
ついて示している。また、図１，図２と同一符号は、同
一部分を示している。
【００５０】電源回路２のトランジスタＱは、電源制御
回路８によって、ベース電流を制御され、端子ＶＤＤに
一定電圧を出力しており、この一定電圧を出力回路６に
供給する。
【００５１】出力回路６は、端子ＶＤＤと下位制御装置
ＩＣ−１のグランドＧＮＤ−１間に設けられ、Ｐ−ＭＯ
ＳＦＥＴ(ＭＰ１)と、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＮ１)からな
る相補型スイッチを備えている。Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ(Ｍ
Ｐ１)と、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＮ１)の間には、抵抗Ｒ
１４が接続されている。また、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＰ
１)には、並列に、抵抗Ｒ１３が接続されている。相補
型スイッチの出力は、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＰ３)のゲー
ト端子に印加する。
【００５２】ここで、ロジック回路３から出力された信
号で、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＰ１)がオンすると、Ｐ−Ｍ
ＯＳＦＥＴ(ＭＰ３)のゲート−ソース間をショートし
て、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＰ３)をオフさせる。また、Ｎ
−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＮ１)がオンすると、端子ＶＤＤの電
圧を、抵抗Ｒ１３と抵抗Ｒ１４で分圧した電圧が発生
し、抵抗Ｒ１３の両端の電圧が、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ(Ｍ
Ｐ３)のゲート−ソース間に印加される。抵抗Ｒ１３の
両端の電圧は、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＰ３)のゲートしき
い値電圧より大きく、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＰ３)をオン
させるが、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＰ３)の出力電流を抑制
するために、ゲートしきい値電圧よりわずかに大きい値
に設定する（しきい値電圧より１Ｖ或いは２Ｖ程度高く
する）。
【００５３】この結果、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＰ３)は定
電流スイッチとして働き、出力の定電流を下位制御装置
ＩＣ−２の入力回路４に流し込む。Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ
(ＭＰ３)の出力端子と、端子ＶＤＤの間には、ダイオー
ドＤ１と抵抗ＲＥ１を直列にした静電破壊防止回路を備
え、出力端子Ｏｕｔ−１に外部からサージ電圧が入る
と、このサージ電圧を抵抗ＲＥ１，ダイオードＤ１を介
し、端子ＶＤＤ及び端子ＶＤＤに接続されたキャパシタ
ＣＶ１にバイパスして、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＰ３)のゲ
ートソース間がサージ電圧で静電破壊することを防止で
きる。また、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＰ３)の出力端子とＧ
ＮＤ−１間にも、抵抗ＲＥ２と、ダイオードＤ２を静電
破壊対策として備えるが、さらに、これらに加えて、ツ
エナーダイオードＺＤ１を直列に接続している。
【００５４】図示するように、２ヶの下位制御装置ＩＣ
−１，ＩＣ−２の入出力端子を非絶縁で接続すると、Ｐ
−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＰ３)がオフの期間中に、出力端子Ｏ
ｕｔ−１から入力端子Ｉｎ−１を通り、更に下位制御装
置ＩＣ−２に接続された単電池を通ってＧＮＤ−１へ戻
る電流経路が作られ、単電池の放電を招くことになる。
これを放置すると、単電池は過放電状態になるため、上
記電流経路に単電池電圧より高い降伏電圧を有するツエ
ナーダイオードＺＤ１を放電電流遮断用として設けてい
る。
【００５５】次に、入力回路４の構成について説明す
る。下位制御装置ＩＣ−２の入力端子Ｉｎ−１は、抵抗
ＲＥ４と抵抗ＲＥ６の直列接続を介して、単電池ＶＢ５
の負極に接続している。したがって、入力端子Ｉｎ−１
の基準電位は、ＧＮＤ−２より高い単電池ＶＢ５の負極
電位になっている。入力端子Ｉｎ−１には、抵抗ＲＥ３
を介して、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＮ２)のゲート端子を接
続し、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＮ２)のソース端子も、抵抗
ＲＥ６を介して、単電池ＶＢ５の負極に接続する。Ｎ−
ＭＯＳＦＥＴ(ＭＮ２)のゲート端子と単電池ＶＢ５の正
極の間には、ダイオードＤ３を、同様に、Ｎ−ＭＯＳＦ
ＥＴ(ＭＮ２)のゲート端子とソース端子の間には、ダイ
オードＤ４をそれぞれ静電破壊防止用に備える。これら
の構成から、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＮ２)も基準電位がＧ
ＮＤ−２より高い単電池ＶＢ５の負極電位になってい
る。
【００５６】Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＮ２)のドレイン端子
と単電池ＶＢ５の正極間には、抵抗ＲＥ５を備え、抵抗
ＲＥ５両端の電圧をＰ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＰ４)のゲート
ソース間に印加する。Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＰ４)のドレ
イン端子は、抵抗ＲＥ７，ＲＥ８の直列接続を介して、
ＧＮＤ−２に接続する。また、抵抗ＲＥ８には、並列に
ツエナーダイオードＺＤ２を設け、抵抗ＲＥ８の両端の
電圧をロジック回路３に伝える。
【００５７】以上の構成を持つ入力回路４は、多段階で
電位変換を行う回路が特徴である。即ち、下位制御装置
ＩＣ−１のＰ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＰ３)が出力した定電流
を、単電池ＶＢ５の負極を電位基準とするＮ−ＭＯＳＦ
ＥＴ(ＭＮ２)で一旦受け、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＮ２)が
オンすると、抵抗ＲＥ５に生じた電圧でＰ−ＭＯＳＦＥ
Ｔ(ＭＰ４)をオンさせ、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＰ４)を流
れる電流で、抵抗ＲＥ８両端に信号電圧を作り、ロジッ
クに伝える。
【００５８】一般的な回路、特に集積回路はグランドを
基準電位とする入力端子、及び出力端子を有する。これ
に対して、本実施形態の下位制御装置は、出力が定電
流、入力は回路のグランドより高い基準電位に接続さ
れ、出力回路で多段階に電位変換する。こうした構成は
制御装置間を非絶縁で接続するために必要である。先
に、ツエナーダイオードＺＤ１による単電池の放電防止
について説明したが、もし、入力端子Ｉｎ−１の電位基
準をグランドＧＮＤ−２に選ぶと、単電池ＶＢ５，…，
ＶＢ８の単電池が、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＰ３)がオフの
期間中に、下位制御装置ＩＣ−１の出力端子Ｏｕｔ−１
から下位制御装置ＩＣ−２の入力端子Ｉｎ−１を通り、
放電する経路を作る。放電電流を遮断するためには、ツ
エナーダイオードの降伏電圧を高くせねばならない。ま
た、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＰ３)のソースドレイン間電圧
として単電池ＶＢ５，…，ＶＢ８の電圧合計が印加され
るため、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＰ３)は常時電圧ストレス
がかかることになる。こうした点を考慮すれば、入力端
子Ｉｎ−１の基準電位を高く選び、ツエナーダイオード
ＺＤ１の降伏電圧を低くし、合わせてＰ−ＭＯＳＦＥＴ
(ＭＰ３)の電圧ストレスを軽減することが望ましいもの
である。
【００５９】以上説明したように、放電電流経路は、下
位制御装置の出力端子と低電位側の蓄電モジュール内の
蓄電池との間に、形成される。具体的には、下位制御装
置ＩＣ−１の出力端子Ｏｕｔ−１と、この下位制御装置
ＩＣ−１よりも低電位側の蓄電池モジュール（蓄電池Ｖ
Ｂ５，ＶＢ６，ＶＢ７，ＶＢ８で構成される）の中の蓄
電池ＶＢ６との間には、下位制御装置ＩＣ−１の出力端
子Ｏｕｔ−１，下位制御装置ＩＣ−２の入力端子Ｉｎ−
１，抵抗ＲＥ３，ダイオードＤ４，蓄電池ＶＢ６の正
極，蓄電池ＶＢ５の負極，蓄電池ＶＢ５の正極，下位制
御装置ＩＣ−１のグランドＧＮＤ−１，ツエナーダイオ
ードＺＤ１，ダイオードＤ２，抵抗ＲＥ２，下位制御装
置ＩＣ−１の出力端子Ｏｕｔ−１と接続される放電電流
経路が形成される。そこで、本実施形態では、この放電
電流経路に、ツエナーダイオードＺＤ１，ダイオードＤ
２，Ｄ４等の蓄電池の放電を阻止する遮断素子を設けて
いる。
【００６０】次に、図４を用いて、本実施形態による蓄
電装置の中の下位制御装置に用いる出力回路６及び入力
回路４の第２の構成例について説明する。図４は、本発
明の一実施形態による蓄電装置の中の下位制御装置に用
いる出力回路６及び入力回路４の第２の構成例を示す回
路図である。なお、図３では、下位制御装置ＩＣ−１の
出力回路６と、下位制御装置ＩＣ−２の入力回路４の詳
細について示している。また、図１，図２，図３と同一
符号は、同一部分を示している。
【００６１】下位制御装置ＩＣ−１の出力回路６は、図
３に示した出力回路６と同じ構成を有している。
【００６２】下位制御装置ＩＣ−２の入力回路４は、図
３に示した入力回路とは、次の点で異なっている。すな
わち、入力端子Ｉｎ−１に、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＰ５)
のソース端子を接続し、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＰ５)のゲ
ート端子は単電池ＶＢ５の正極に接続することで、入力
端子Ｉｎ−１の基準電位を、下位制御装置ＩＣ−１のグ
ランドＧＮＤ−１と電位が等しい単電池ＶＢ５の正極電
圧に選んでいる。
【００６３】Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＰ５)には、ソースゲ
ート間に、ツエナーダイオードＺＤ３と抵抗ＲＥ９を並
列に備え、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＰ３)が出力する定電流
で、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＰ５)にゲート電圧を印加し、
Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＰ５)をオンさせる。Ｐ−ＭＯＳＦ
ＥＴ(ＭＰ５)のドレイン端子は、抵抗Ｒ４とツエナーダ
イオードＺＤ４を経て、単電池ＶＢ６の負極に接続す
る。抵抗ＲＥ４の両端電圧は、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＮ
２)のゲートソース間電圧として印加される。Ｎ−ＭＯ
ＳＦＥＴ(ＭＮ２)のソース端子も、ツエナーダイオード
ＺＤ４を介して、単電池ＶＢ６の負極に接続する。Ｎ−
ＭＯＳＦＥＴ(ＭＮ２)のドレイン端子と単電池ＶＢ５の
正極間には抵抗ＲＥ５を備え、抵抗ＲＥ５の両端の電圧
をＰ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＰ４)のゲートソース間に印加す
る。Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＰ４)のドレイン端子は、抵抗
ＲＥ７，ＲＥ８の直列接続を介して、グランドＧＮＤ−
２に接続する。抵抗ＲＥ８には、並列にツエナーダイオ
ードＺＤ２を設け、抵抗ＲＥ８の両端の電圧をロジック
回路３に伝える。
【００６４】この構成によれば、下位制御装置ＩＣ−１
の出力端子Ｏｕｔ−１から下位制御装置ＩＣ−２の入力
端子Ｉｎ−１を通り、ツエナーダイオードＺＤ３からグ
ランドＧＮＤ−１へ戻る経路には単電池が存在せず、電
池の放電電流を心配する必要は無いものである。また、
下位制御装置ＩＣ−２の入力端子Ｉｎ−１からＰ−ＭＯ
ＳＦＥＴ(ＭＰ５)をドレインソース間、ツエナーダイオ
ードＺＤ４をそれぞれ経て単電池ＶＢ６の負極に至り、
単電池ＶＢ６と単電池ＶＢ５からグランドＧＮＤ−１に
戻る経路が作られるが、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＰ３)のオ
フ時には、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＰ５)もまたオフであ
り、この経路で単電池ＶＢ５，ＶＢ６が放電することは
無いものである。放電電流を遮断する第一の素子は、Ｐ
−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＰ５)であり、ツエナーダイオードＺ
Ｄ４は、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＰ５)が不良等で放電電流
を流す状態になっても、これを遮断するために冗長的に
用いている。
【００６５】以上のように、図３若しくは図４に示した
構成とすることにより、下位制御装置の入出力端子間を
非絶縁で接続しても、単電池の放電電流を遮断すること
ができ、これにより非絶縁接続が可能になる。尚、図３
及び図４の例では、下位制御装置ＩＣ−１の出力回路と
下位制御装置ＩＣ−２の入力回路をそれぞれ１チャンネ
ルずつ示したが、これらは図１に記載したように１つの
下位制御装置に同じ構成が複数、備えられている。
【００６６】次に、図５を用いて、本実施形態による蓄
電装置の制御方法について説明する。ここでは、図１〜
図４に示した例において、上位制御装置ＭＰＵからの指
令で下位制御装置ＩＣ−１，…，ＩＣ３を動作させる場
合の制御内容について説明する。図５は、本発明の一実
施形態による蓄電装置の制御内容を示すフローチャート
である。
【００６７】ここでは、スリープ状態にあった下位制御
装置ＩＣ−１，…，ＩＣ−３が上位制御装置ＭＰＵから
の信号で起動し、その後の正常な動作を実施する際のフ
ローについて説明する。
【００６８】ステップｓ１において、上位制御装置ＭＰ
Ｕは、フォトカプラＦ１を介して、下位制御装置ＩＣ−
１の入力端子Ｉｎ−１に起動信号を伝達する。
【００６９】次に、ステップｓ２において、下位制御装
置ＩＣ−１の入力回路４は、入力端子Ｉｎ−１に伝達さ
れた信号の電位を変換し、この信号を内部電源回路２に
伝達する。
【００７０】次に、ステップｓ３において、内部電源回
路２が起動し、トランジスタＱを制御する。但し、下位
制御装置ＩＣ−１に外付けしたキャパシタＣＶ１が、ト
ランジスタＱの出力電流で充電され、一定な電圧ＶＤＤ
に達するまでの間、時間を要する。
【００７１】次に、ステップｓ４において、キャパシタ
ＣＶ１の電圧が、電圧ＶＤＤよりわずかに小さい規定値
以上になれば、ロジック３を始め、図２に示した各回路
の動作が確立する。その後、ＣＶ１の電圧は一定値ＶＤ
Ｄに制御される。
【００７２】次に、ステップｓ５において、ロジック３
は、上位制御装置ＭＰＵから伝達された起動信号を認知
し、これを出力回路６を介して１つ低電位の下位制御装
置ＩＣ−２に伝達する。
【００７３】同様にして、以下、ステップｓ１，…，ス
テップｓ５と同様なフローで、下位制御装置ＩＣ−２と
下位制御装置ＩＣ−３が起動する。さらに、下位制御装
置ＩＣ−３は、フォトカプラＦ４を介して上位制御装置
ＭＰＵへ起動信号を戻す。
【００７４】次に、ステップｓ６において、上位制御装
置ＭＰＵは、全ての下位制御装置ＩＣ−１，ＩＣ−２，
ＩＣ−３がスリープ状態から起動したことを認知し、次
の指令に移る。即ち、上位制御装置ＭＰＵは、フォトカ
プラＦ１，…，Ｆ３を用いて、シリアル形式の制御指令
を、下位制御装置ＩＣ−１，…，ＩＣ−３へ送る。
【００７５】次に、ステップｓ７において、下位制御装
置ＩＣ−１は、入力端子Ｉｎ−１，…，Ｉｎ−３より得
たシリアル信号を入力回路４で電位変換し、これをロジ
ック３で解読する。そして、この信号をレジスタに一旦
記憶し、同じシリアル信号を次の下位制御装置ＩＣ−２
へ送る。
【００７６】引き続き、下位制御装置ＩＣ−２，ＩＣ−
３もステップｓ７と同様な動作を実施する。そして、下
位制御装置ＩＣ−３は、フォトカプラＦ４，…，Ｆ６を
用いてシリアル信号を上位制御装置ＭＰＵへ戻す。
【００７７】ステップｓ８において、上位制御装置ＭＰ
Ｕは、戻ってきたシリアル信号を確認し、正常な場合は
次の制御指令を送る。一方、上位制御装置ＭＰＵに戻っ
たシリアル信号に誤りがある場合は、ステップｓ９にお
いて、信号伝達に関する誤り回数を積算し、回数が許容
回数以下の場合は、やり直しのために同じ指令信号を下
位制御装置ＩＣ−１へ送る。一方、誤り回数が許容回数
以上に達した場合は、異常と判断して、ステップｓ１０
において、上位制御装置ＭＰＵは上位のシステムへ異常
信号を出力する。
【００７８】この制御フローでは、下位制御装置ＩＣ−
１からＩＣ−３まで指令が届くまでに時間遅延がある。
しかしながら、電池の電圧変化はマイコン等制御回路の
動作に比べてゆっくりしており、下位制御装置ＩＣ−１
からＩＣ−３で実施する単電池の状態監視は約数十ｍｓ
毎に実施する程度で良い。このため、下位制御装置ＩＣ
−１からＩＣ−３までの信号伝達で生じる時間遅延も状
態監視の周期に比べて小さければ問題は無いものであ
る。一方、上位制御装置ＭＰＵは下位制御装置ＩＣ−１
へ発した指令と下位制御装置ＩＣ−３から戻った指令を
比べることで、いずれかの１つの下位制御装置が誤った
場合もこれを発見できる。特に、非絶縁で信号を送る場
合には、二次電池装置に接続されたインバータ等が発生
するノイズの影響が心配されるが、上述した制御方法に
よれば、上位制御装置ＭＰＵは１つづつの指令が全ての
下位制御装置で正確に認識されたことを確認でき、装置
の信頼性を向上することができる。
【００７９】次に、図６を用いて、本実施形態による蓄
電装置における容量調整時の制御方法について説明す
る。図６は、本発明の一実施形態による蓄電装置におけ
る容量調整時の制御内容を示すフローチャートである。
【００８０】ステップｓ１１において、上位制御装置Ｍ
ＰＵは、各下位制御装置ＩＣ−１，ＩＣ−２，ＩＣ−３
に容量調整を指令する。
【００８１】次に、ステップｓ１２において、各下位制
御装置ＩＣ−１，ＩＣ−２，ＩＣ−３は、指令をレジス
タに格納（記憶）し、１つ低電位の下位制御装置へ同じ
指令を送る。この方法は、図５に示したものと同様であ
る。
【００８２】次に、ステップｓ１３において、上位制御
装置ＭＰＵは、下位制御装置ＩＣ−３から戻った指令を
確認し、正常ならばステップｓ１４に移り、誤りがある
場合はステップｓ１１に戻り再度、同じ指令を与える。
【００８３】正常な場合には、ステップｓ１４におい
て、上位制御装置ＭＰＵは、下位制御装置ＩＣ−１，
…，ＩＣ−３に容量調整後、休止する指令を送る。
【００８４】次に、ステップｓ１５において、上位制御
装置ＭＰＵは、この指令の戻りを確認すると、上位制御
装置ＭＰＵ自身も休止状態に入る。以後は上位制御装置
ＭＰＵから指令が来ることはなく、下位制御装置ＩＣ−
１，…，ＩＣ−３はそれぞれスタンドアローンの状態で
動作する。
【００８５】即ち、ステップｓ１６において、下位制御
装置ＩＣ−１，…，ＩＣ−３は、それぞれ、対応する蓄
電モジュールに具備された単電池の電圧を、図２の電圧
検出回路１で順次検出し、検出された値と判定レベル
（容量調整用基準電圧：図２の基準電圧回路２が比較器
ＣＭＰ３に出力する電圧）と比較する。
【００８６】単電池の電圧が判定レベルより高い場合
は、ステップｓ１７において、各単電池に対応するスイ
ッチ素子Ｓ１，…，Ｓ１２をオンさせ、再び、ステップ
ｓ１６の処理を実行する。
【００８７】単電池の電圧が判定レベルより低くなる
と、ステップｓ１８において、下位制御装置ＩＣ−１，
…，ＩＣ−３は、それぞれ、対応する蓄電モジュールに
具備された単電池の電圧が判定値より小さくなったこと
を確認すると、各装置に備えた内部電源２をオフし、ス
リープ状態に入る。尚、スタンドアローンの状態では直
列に接続された下位制御装置ＩＣ−１，…，ＩＣ−３は
どういう順でスリープに入るかは決まっていない。そこ
で、図３、図４に示したように上下装置間での入出力の
非絶縁接続では定電流スイッチＭＰ３に過大な電圧が印
加されたり、単電池が局部的に放電したりする不具合を
防止するようにしている。
【００８８】なお、以上の例では、容量調整指令は、図
２の比較器ＣＭＰ３に予め備えられた容量調整用基準電
圧を用いている。しかしながら、図７に示すＡ／Ｄコン
バータを用い、上位制御装置ＭＰＵが指示する任意の電
圧を容量指令値として用いることができる。この場合、
ステップｓ１６における判定レベルは、上位制御装置Ｍ
ＰＵが指示する任意の電圧となる。なお、この点につい
ては、図７を用いて後述する。
【００８９】次に、図７〜図１０を用いて、本実施形態
による蓄電装置に用いるＡ／Ｄコンバータ７の構成及び
動作について説明する。本実施形態におけるＡ／Ｄコン
バータは、電圧検出手段の誤差を校正する機能を備えて
いる。最初に、図７及び図８を用いて、本実施形態によ
る蓄電装置に用いるＡ／Ｄコンバータの全体構成につい
て説明する。図７は、本発明の一実施形態による蓄電装
置に用いるＡ／Ｄコンバータの構成を示す回路図であ
る。図８は、本発明の一実施形態による蓄電装置に用い
るＡ／Ｄコンバータにおけるタイミングチャートであ
る。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００９０】Ａ／Ｄコンバータ７は、図１に示したよう
に、電圧検出誤差の補正用端子Ａ１，…，Ａ３，及び補
正用端子Ｂ１，Ｂ２を備えている。図２に示した電圧検
出手段１で検出された電圧（Ｃ２Ｐの電圧）Ｖｘは、ス
イッチ手段Ｓｘ３を介して、比較器１４の＋端子に伝え
られる。一方、定電流手段１６の電流ｉは、スイッチ手
段Ｓｘ３と同期して駆動されるスイッチ手段Ｓｘ１を介
して、キャパシタＣｉに蓄積される。キャパシタＣｉの
電圧とアンプ１５が出力する調整電圧（Ｖoffset）とを
加算した電圧が、比較器１４の−端子に印加され、検出
電圧Ｖｘと比較される。キャパシタＣｉは、単電池の電
圧を一回、計測し終わると、論理インバータ１３で駆動
されたスイッチ手段Ｓｘ２と抵抗Ｒｉによる放電回路で
放電される。即ち、スイッチ手段Ｓｘ３がオンして、検
出電圧Ｖｘが比較器１４の＋端子に伝えられた瞬間に
は、キャパシタＣｉの電圧はゼロであり、比較器１４の
−端子電圧は調整電圧（Ｖoffset）に等しい。スイッチ
手段Ｓｘ２は、スイッチ手段Ｓｘ１とスイッチ手段Ｓｘ
３がオンした時刻以降、オフ状態を継続する。このた
め、スイッチ手段Ｓｘ１とスイッチ手段Ｓｘ３がオンし
た時刻以降は時間と共に、キャパシタＣｉの電圧が電流
ｉを積分して増加して行く。
【００９１】比較器１４の出力は、キャパシタＣｉの電
圧と調整電圧（Ｖoffset）を加算した電圧が検出すべき
単電池の電圧Ｖｘより大きくなると、「１」から「０」
に変わる。Ａ／Ｄコンバータ７は、スイッチ手段Ｓｘ１
とスイッチＳｘ３がオンした時刻から、比較器１４の出
力が「０」に変わるまでの時間を計測する積分型の検出
を行う。
【００９２】調整電圧（Ｖoffset）を用いるのは、電池
の残存容量と電圧の関係による。例えば、非晶質系炭素
を用いたリチウムイオン電池の場合、残存容量が０％の
状態で単電池電圧（開放電圧）は約２．９Ｖであり、容
量が１００％の状態の開放電圧は約４．１Ｖである。Ａ
／Ｄコンバータ７は、例えば、２．９Ｖから４．１Ｖま
での電圧を精度良く検出することを求められており、残
存容量が０％以下の電圧は計測の対象ではない。そこ
で、残存容量が０％以下の電圧（例えば２Ｖ）を調整電
圧（Ｖoffset）として選定し、調整電圧以上の電圧に対
して高精度な検出が行えるよう工夫したものである。こ
こで、調整電圧は、図２に示した基準電圧Ｖｒｅｆの値
を抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２で分圧し、この値にアンプ１５の
ゲインを掛けたものを用いている。
【００９３】スイッチ手段Ｓｘ１とスイッチ手段Ｓｘ３
がオンした時刻から比較器１４の出力が０になるまでの
時間は、次のようにして計測する。始めにクロックパル
スを第一カウンタ９で分周する。図８（Ｄ）に示すクロ
ックパルスの周波数を１０ＭＨｚとして、このパルスを
例えば１２８発カウントして、図８（Ａ）に示す半周期
の信号を作る。補正用端子Ａ１，…，Ａ３が「１」か
「０」かの状態に応じてカウント数は異なり、図８では
基準の１２８発に対し±３発の補正が可能な場合を例示
している。なお、補正の詳細については、図９を用いて
後述する。
【００９４】図７において、比較器１４の出力が１であ
れば、ＡＮＤ回路１１は、第一カウンタ９で分周された
パルスを次の第二カウンタ１０に伝える。第二カウンタ
１０は、図８（Ｃ）に示すように、比較器１４の出力が
０になるまで、第一カウンタ９の出力をカウントする。
調整電圧を含まないＣｉの電圧が０Ｖ，…，３Ｖの範囲
をフルスケールとして、３Ｖまでのカウント数を１２８
発と想定している。第二カウンタ１０の特徴はシフトレ
ジスタ１２において、図８（Ｂ）に示すように、補正用
端子Ｂ１，Ｂ２が「１」か「０」かの状態に応じて、第
二カウンタ１０の結果に±１カウント（或いは２カウン
ト）することである。シフトレジスタ１２の出力は、上
位制御装置ＭＰＵから伝達された容量調整レベルとディ
ジタル的に比較する、或いはシフトレジスタ１２の出力
を上位制御装置ＭＰＵに伝える等の役割で使用する。
【００９５】ここで、補正用端子Ａ１，…，Ａ３に応じ
た第一カウンタ９の補正は、定電流ｉ，キャパシタＣｉ
の値で決まるキャパシタＣｉの電圧値を補正することで
あり、ゲイン補正に相当する。また、補正用端子Ｂ１，
Ｂ２による第二カウンタ１０の補正は、アンプ１５の出
力である調整電圧を補正することであり、オフセット補
正に相当する。
【００９６】前述のようにクロック周波数を１０ＭＨ
ｚ，第一カウンタ９でのカウント数を１２８，第二カウ
ンタでのカウント数をフルスケールで１２８とすれば、
単電池電圧が４Ｖの場合、約１．１ｍｓの時間を要す
る。そこで、第一及び第二カウンタでのカウント数は、
所望する電圧検出の精度と計測時間に応じて変更しても
良いものである。
【００９７】Ａ／Ｄコンバータ７の補正端子Ａ１，Ａ
２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ２は、直列に接続された下位制御装
置ＩＣ−１，…，ＩＣ−３が個別に備える基準電圧源の
精度を校正するために備えられている。そのために、予
め下位制御装置ＩＣ−１，…，ＩＣ−３毎に、定電流
ｉ、キャパシタＣｉ、及び調整電圧（Ｖoffset）の誤差
を検出し、これらの誤差を補正するよう、端子Ａ１，
…，Ａ３と端子Ｂ１，Ｂ２に「１」又は「０」の情報を
与える。この「１」又は「０」は、前述のように、各端
子をＶＤＤ又はＧＮＤ−１に接続することによって設定
でき、抵抗のレーザートリミングなどの特別な装置は必
要としないものである。
【００９８】次に、図９及び図１０を用いて、本実施形
態による蓄電装置に用いるＡ／Ｄコンバータの中の第一
カウンタ９と第二カウンタ１０の構成及び動作について
説明する。図９は、本発明の一実施形態による蓄電装置
に用いるＡ／Ｄコンバータの中の第一カウンタ９と第二
カウンタ１０の構成を示す回路図である。図１０は、本
発明の一実施形態による蓄電装置に用いるＡ／Ｄコンバ
ータにおける真理値表である。なお、図７と同一符号
は、同一部分を示している。
【００９９】カウンタ９，１０は、１２８カウントに応
じた構成を示している。第一カウンタ９は、フリップフ
ロップＭ１，…，Ｍ７を備えており、各フリップフロッ
プの出力を補正用ロジック１８に入力する。補正用ロジ
ック１８は、補正用端子Ａ１，…，Ａ３の状態に応じ
て、±３パルス分だけ分周の周期を変更可能とする。補
正用ロジック１８は、図１０に示すような真理値表を論
理回路或いはソフトウエア的に作ったものである。補正
用ロジック１８の出力によってフリップフロップＭ１，
…，Ｍ７がクリアされる周期は異なり、このクリアまで
の周期を半周期とするパルスが、フリップフロップＮ
１，…，Ｎ７で構成される第二カウンタ１０に届けられ
る。シフトレジスタ１２は、フリップフロップＮ１，
…，Ｎ７の各出力を補正用端子Ｂ１，Ｂ２の状態に応じ
て±１カウント（或いは２カウント）補正し、出力す
る。
【０１００】比較器１４で判定されるキャパシタＣｉの
電圧範囲を０，…，３Ｖ（Ｖｘで表せば０，…，５Ｖ）
をフルスケールとすると、シフトレジスタ１２で補正さ
れる±１カウントは±２３．４ｍＶに相当する。また、
補正用ロジック１８で補正されるパルス幅（第二カウン
タの入力パルス幅）は１２８発に対して±３発であれば
±２％の補正が可能になる。
【０１０１】図１に示した下位制御装置ＩＣ−１，ＩＣ
−２，ＩＣ−３は、それぞれ製品出荷前に電圧検出手段
の精度を検査し、各々が持つ基準電圧誤差に係わる電圧
検出精度を評価する。そして、下位制御装置毎に補正用
端子Ａ１，…，Ａ３及びＢ１，Ｂ２を用いて電圧検出精
度が許容範囲以内になるように校正する。このようにす
れば、基準電圧用に高価な高精度部品を備える必要が無
く、装置の高精度化と低コストが両立できる。
【０１０２】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、絶縁手段の個数を低減して、低コストな制御装置と
することができる。また、ノイズ等の外乱による影響を
低減して、信頼性の向上した信号伝達が可能となる。さ
らに、電圧検出の高精度化を図れるとともに、低コスト
化することができる。
【０１０３】次に、図１１を用いて、本発明の他の実施
形態による蓄電装置について説明する。図１１は、本発
明の他の実施形態による蓄電装置の全体構成を示す回路
図である。
【０１０４】本実施形態における蓄電装置では、充電器
パッケージ１００には、下位制御装置ＩＣ−１，ＩＣ−
２と上位制御装置が収納されている。なお、蓄電モジュ
ールを構成する単電池ＶＢ１−ＶＢ４と単電池ＶＢ５−
ＶＢ８は、充電器パッケージ１００とは別の電池パック
１０１に収納している。
【０１０５】従来、モバイル用機器では、電池の異常を
検出する制御装置（下位制御装置ＩＣ−１，ＩＣ−２に
相当する）を電池パック内部に搭載していた。一方、ハ
イブリッド電気自動車に使用されるニッケル水素或いは
リチウム電池は、短時間に定格電流の数，…，十倍の電
流を充放電可能な高出力型である。こうした高出力型電
池は今後、自動車以外の民生用途（例えば電動工具やコ
ードレスクリーナ等）に適用されるものと予想される。
電動工具を例とすれば、電池定格の十倍近い電流を放電
すると共に、定格の数倍の電流で急速充電を行う機能が
求められる。電池定格の十倍近い電流を放電させると、
制御装置の電圧検出手段は、電池の残存容量と相関性が
ある開放電圧（電池に負荷が繋がっていない状態の電
圧）と電池の内部抵抗と大電流の積で決まる電圧降下分
を合成した電圧を検出することになる。合成電圧が過放
電レベル以下に減少すると、検出回路が過放電と判定し
てしまい装置は停止する。しかしながら、高出力型電池
は短時間であれば合成電圧が過放電レベル以下に減少し
ても電池の安全性上、支障は無いものである。また、電
動工具のような場合、電池の軽量化と低コスト化が求め
られるため、安全上支障が無ければ電池の保護に係わる
制御装置（ＩＣなど）を電池パックとは別の充電器に搭
載し、工具を使用中はサーミスタ等の簡易な温度検知手
段だけで電池の異常をモニタし、電池周辺の温度が許容
値を超えた場合は、モータ等の電池負荷側で電流を遮断
すれば良いものである。本実施形態では、このような電
池の使い方を考慮している。
【０１０６】図１１に示す例では、電池パック１０１
に、単電池を８ヶ直列に接続したものを収納している。
充電器１００内部には、図２に示した下位制御装置ＩＣ
−，ＩＣ−２が２ヶ直列に備えられている。下位制御装
置ＩＣ−１，ＩＣ−２の周辺、即ち、容量調整用スイッ
チ、及び抵抗、クロック用振動子、基準電圧用部品は図
１と同じ構成である。また、電圧検出補正用端子Ａ１，
Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ２も、図１と同じである。
【０１０７】図１と相違する点は、上位制御装置ＭＰＵ
と下位制御装置ＩＣ−１，ＩＣ−２の接続法であり、本
実施形態では、絶縁用のフォトカプラは使用せず、スイ
ッチ素子を用いた電位変換手段を備えている。即ち、上
位制御装置ＭＰＵから高電位側の下位制御装置ＩＣ−１
に信号を伝達する電位変換手段は、上位制御装置ＭＰＵ
からゲート信号を入力されるＮ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＮ
３)，(ＭＮ４)，(ＭＮ５)を備え、これらのスイッチ手
段は、それぞれ、抵抗ｒ１と抵抗ｒ２、抵抗ｒ３と抵抗
ｒ４、及び抵抗ｒ５と抵抗ｒ６からなる直列抵抗に接続
される。ここで、抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３は、一端が最高
電位の単電池ＶＢ１の正極に接続される。抵抗ｒ１，ｒ
２，ｒ３の電圧は、それぞれ、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＰ
６)，(ＭＰ７)、(ＭＰ８)のゲートに接続され、上位制
御装置ＭＰＵによってＮ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＮ３)，(Ｍ
Ｎ４)，(ＭＮ５)がオン・オフすると、これに応じてＰ
−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＰ６)，(ＭＰ７)、(ＭＰ８)もオン・
オフする。Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＰ６)，(ＭＰ７)、(Ｍ
Ｐ８)のドレイン端子は、下位制御装置ＩＣ−１の入力
端子Ｉｎ−１，Ｉｎ−２及びＩｎ−３に伝達される。
【０１０８】同様に低電位側の下位制御装置ＩＣ−２か
ら上位制御装置ＭＰＵへ戻る信号を電位変換する手段
は、下位制御装置ＩＣ−３の出力端子Ｏｕｔ−１，Ｏｕ
ｔ−２，Ｏｕｔ−３にそれぞれゲートが接続されたＮ−
ＭＯＳＦＥＴ(ＭＮ６)，(ＭＮ７)，(ＭＮ８)を備え、Ｎ
−ＭＯＳＦＥＴ(ＭＮ６)，(ＭＮ７)，(ＭＮ８)のドレイ
ン端子と制御電源２１（Ｖｃｃ）の正極の間に抵抗ｒ
７，ｒ８，ｒ９を接続する。そして、抵抗ｒ７，ｒ８，
ｒ９の電圧が上位制御装置ＭＰＵに戻る。上位制御装置
ＭＰＵは、充電制御用の回路にも信号を送る。即ち、高
電圧電源ＶＤＣに接続されたパワーＭＯＳＦＥＴ(ＭＮ
９)とそのドライバ回路２２、パワーＭＯＳＦＥＴ(ＭＮ
９)に接続された還流用ダイオードＤＦ、パワーＭＯＳ
ＦＥＴ(ＭＮ９)に一端が接続されたチョークコイルＬＦ
が充電用回路であり、高電圧電源ＶＤＣからパワーＭＯ
ＳＦＥＴ(ＭＮ９)を経て電池パック１０１に流れる電流
は、電流検出器ＣＴ２でモニタする。また、高電圧電源
ＶＤＣは、商用交流電源に接続されるＡＣ／ＤＣコンバ
ータ２３で作られ、ＶＤＣの出力をＤＣ／ＤＣコンバー
タ２４を用いて上位制御装置ＭＰＵ用の制御電源２１を
作る。
【０１０９】電池パック１０１に搭載された単電池の各
電極と充電器１００内部の対応する下位制御装置ＩＣ−
１，ＩＣ−２は、それぞれ、端子ａ，…，ｉで接続す
る。また、電池パック１０１と充電器１００の正極，負
極をそれぞれ接続して充電電流を流す。充電器１００
は、上位制御装置ＭＰＵが出力する信号でパワーＭＯＳ
ＦＥＴ(ＭＮ９)を流れる充電電流を制御する。下位制御
装置ＩＣ−１，ＩＣ−２は、電池パック１０１の充電中
或いは充電終了後に、図６にて説明した容量調整を実施
する。充電中に容量調整を実施する際には、電池パック
１０１と充電器１００が接続された際に、下位制御装置
ＩＣ−１，ＩＣ−２に搭載されたＡ／Ｄコンバータで各
単電池の電圧を計測し、上位制御装置ＭＰＵにその数値
を順次送る。上位制御装置ＭＰＵでは、各単電池の電圧
から容量調整レベルを算出し、下位制御装置ＩＣ−１，
ＩＣ−２に伝達する。以後、充電電流が流れる中、下位
制御装置ＩＣ−１，ＩＣ−２は容量調整と過充電の検出
を実施する。尚、図６のステップｓ１８で述べた調整後
にスリープする動作はないものである。
【０１１０】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、絶縁手段の個数を低減して、低コストな制御装置と
することができる。また、ノイズ等の外乱による影響を
低減して、信頼性の向上した信号伝達が可能となる。さ
らに、電圧検出の高精度化を図れるとともに、低コスト
化することができる。
【０１１１】次に、図１２を用いて、本発明のその他の
実施形態による蓄電装置の制御方法について説明する。
図１２は、本発明のその他の実施形態による蓄電装置に
おける制御内容を示すタイミングチャートである。な
お、本実施形態に用いる蓄電装置の構成は、図１に示す
もの、図１１に示すもののいずれをも用いることができ
る。
【０１１２】図１２は、上位制御装置ＭＰＵから下位制
御装置ＩＣ−１へ、或いは下位制御装置ＩＣ−１，ＩＣ
−２，ＣＩ−３間で伝達される入出力データ伝送方法を
示している。
【０１１３】上位制御装置ＭＰＵは、図１２（Ａ）に示
したクロック信号と、このクロック信号に同期した入力
データ（図１２（Ｂ））を、最高電位にある下位制御装
置ＩＣ−１に伝達する。そして、下位制御装置ＩＣ−
１，…，ＩＣ−３間では、高電位側から低電位側へ入力
されたデータをシリアルで伝送する。即ち、入力クロッ
クと入力データを受け取った下位制御装置は、図１２
（Ｃ），（Ｄ）に示すように、１クロック分ずらして同
じ信号を出力する。
【０１１４】このようにすれば、信号が入力してから出
力するまでの信号遅延時間を短縮することができる。図
１２（Ｂ），（Ｄ）に、破線で示したＯＶ，ＵＶ，及び
５０％ＯＲはそれぞれ、過充電、過放電、及び容量調整
判定のビットを意味している。図１２で１つ高電位側か
ら受け取った入力データにＯＶ，ＵＶ，及び５０％ＯＲ
の情報がある場合は実線で、無い場合は波線で示してい
る。出力データでは５０％ＯＲを実線で示したが、これ
は入力データを受け取った下位制御装置が対応する単電
圧（例えば単電池ＶＢ１，…，ＶＢ４）の電圧を検出し
た結果、容量調整レベルを越える単電池があったことを
意味する。このように、下位制御装置は、過充電、過放
電、及び容量調整判定等に関して入力されたデータと、
対応する単電池の検出結果の論理和（ＯＲ）をとり、そ
の結果を下位制御装置に伝達する。
【０１１５】上位制御装置ＭＰＵは、戻ってきたデータ
でＯＶ，ＵＶ，５０％ＯＲのいずれかのフラグが立って
いれば、全体の単電池のうち、少なくとも１つは判定レ
ベルを超えた電池があったことを認識することができ
る。
【０１１６】以上のようなシリアル信号にすれば、複数
の下位制御装置が非絶縁で接続された場合において、信
号伝達の遅延も短く、ＯＲ形式によりフェールセーフ型
になるため、信頼性も向上する。なお、論理和の代わり
に、論理積をとることにより、充放電時の信号解析から
電池電圧のバラツキを推定することができ、この検出に
より容量調整機能を動作させることもできる。
【０１１７】なお、図１〜図１２に示した実施形態にお
いて、単電池ＶＢ１，…，ＶＢ１２を二次電池としてい
るが、これに限定するものではなく、ウルトラキャパシ
タでもよいものである。
【０１１８】
【発明の効果】本発明によれば、絶縁手段の個数を低減
して、制御装置を低コスト化することができる。また、
ノイズ等の外乱による影響を低減して、信頼性の向上し
た信号伝達が可能となる。さらに、電圧検出の高精度化
を図れるとともに、低コスト化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による蓄電装置の全体構成
を示す回路図である。
【図２】本発明の一実施形態による蓄電装置に用いる下
位制御装置内部の構成を示す回路図である。
【図３】本発明の一実施形態による蓄電装置の中の下位
制御装置に用いる出力回路６及び入力回路４の第１の構
成を示す回路図である。
【図４】本発明の一実施形態による蓄電装置の中の下位
制御装置に用いる出力回路６及び入力回路４の第２の構
成例を示す回路図である。
【図５】本発明の一実施形態による蓄電装置の制御内容
を示すフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態による蓄電装置における容
量調整時の制御内容を示すフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態による蓄電装置に用いるＡ
／Ｄコンバータの構成を示す回路図である。
【図８】本発明の一実施形態による蓄電装置に用いるＡ
／Ｄコンバータにおけるタイミングチャートである。
【図９】本発明の一実施形態による蓄電装置に用いるＡ
／Ｄコンバータの中の第一カウンタ９と第二カウンタ１
０の構成を示す回路図である。
【図１０】本発明の一実施形態による蓄電装置に用いる
Ａ／Ｄコンバータにおける真理値表である。
【図１１】本発明の他の実施形態による蓄電装置の全体
構成を示す回路図である。
【図１２】本発明のその他の実施形態による蓄電装置に
おける制御内容を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１…電圧検出手段 ２…電源回路 ３…ロジック回路 ４…入力回路 ５…クロック発生回路 ６…出力回路 ７…Ａ／Ｄコンバータ ８…電源制御回路 ９…第一カウンタ １０…第二カウンタ １１…ＡＮＤ回路 １２…シフトレジスタ １３…論理インバータ １４…比較器 １５…アンプ １６…定電流回路手段 １７…ディジタルな比較手段 １８…補正用ロジック １９…ＯＲ回路 ２０…ＡＮＤ回路 ２１…制御電源 ２２…ドライバ回路 ２３…ＡＣ／ＤＣコンバータ ２４…ＤＣ／ＤＣコンバータ １００…充電器 １０１…電池パック
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江守 昭彦 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 工藤 彰彦 東京都中央区日本橋本町二丁目８番７号 新神戸電機株式会社内 (72)発明者 甲斐 剛 東京都中央区日本橋本町二丁目８番７号 新神戸電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5G003 BA03 CA02 CA14 CC04 DA18 GA01 GA10 GC05 5H030 AA04 AA06 AS08 BB21 FF44 5H115 PA00 PA03 PC06 PG04 PI14 PI16 PI29 PU21 PV23 PV24 PV29 QN01 QN02 SE06 TO13

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数の蓄電器を直列に接続した蓄電モジュ
    ールをさらに直列接続した複数の蓄電モジュールと、 上記複数の蓄電モジュールのそれぞれに対応して設けら
    れ、上記蓄電モジュールを構成する複数の蓄電器を制御
    する複数の下位制御装置と、 上記複数の下位制御装置を制御する上位制御装置とを有
    する蓄電装置において、 上記複数の下位制御装置のうち最高電位に位置する下位
    制御装置の入力端子と最低電位に位置する下位制御装置
    の出力端子と、上記上位制御装置を接続する絶縁手段若
    しくは電位変換手段と、 上記下位制御装置の出力端子と低電位側の蓄電モジュー
    ル内の蓄電池との間に設けられ、上記蓄電モジュール内
    の蓄電池の放電電流を阻止する遮断素子とを備え、 上記複数の下位制御装置間において、信号の入出力に係
    わる端子が電気的に非絶縁状態で接続されていることを
    特徴とする蓄電装置。
  2. 【請求項２】請求項１記載の蓄電装置において、 上記下位制御装置の入力端子が、この下位制御装置が制
    御する蓄電モジュール内の蓄電器のうち高電位側蓄電器
    に電気的に接続されていることを特徴とする蓄電装置。
  3. 【請求項３】請求項１記載の蓄電装置において、 上記複数の下位制御装置と、上記最高電位と最低電位の
    下位制御装置に具備された絶縁手段若しくは電位変換手
    段と、上記上位制御装置を同一のパッケージに搭載し、
    パッケージ外部から上記上位制御装置に電源を供給する
    ことを特徴とする蓄電装置。
  4. 【請求項４】複数の蓄電器を直列に接続した蓄電モジュ
    ールをさらに直列接続した複数の蓄電モジュールと、 上記複数の蓄電モジュールのそれぞれに対応して設けら
    れ、上記蓄電モジュールを構成する複数の蓄電器を制御
    する複数の下位制御装置と、 上記複数の下位制御装置を制御する上位制御装置とを備
    える蓄電池の制御方法において、 上記上位制御装置は、最高電位に位置する上記下位制御
    装置に伝達した信号と、最低電位に位置する上記下位制
    御装置から戻る信号を比較し、正常と判断される場合は
    次の指令を伝達することを特徴とする蓄電装置の制御方
    法。
  5. 【請求項５】請求項４記載の蓄電装置の制御方法におい
    て、 上記下位制御装置は、この下位制御装置が制御する上記
    蓄電モジュールの複数の蓄電器の状態を検出し、 この状態検出信号と高電位側の下位制御装置から伝達さ
    れた入力信号の論理和若しくは論理積をとり、その結果
    を低電位側の上記下位制御装置に出力すると共に、 上記上位制御装置は、最低電位に位置する上記下位制御
    装置から戻る信号に基づいて、上記蓄電装置の異常を判
    断することを特徴とする蓄電装置の制御方法。
  6. 【請求項６】請求項４記載の蓄電装置の制御方法におい
    て、 上記下位制御装置は、上記蓄電モジュール内の蓄電池の
    電圧が基準値より高い蓄電器の残存容量を放電させる容
    量調整を行うとともに、容量調整を終了した上記下位制
    御装置はスリープ状態に入ることを特徴とする蓄電装置
    の制御方法。
  7. 【請求項７】複数の蓄電器を直列に接続した蓄電モジュ
    ールをさらに直列接続した複数の蓄電モジュールと、 上記複数の蓄電モジュールのそれぞれに対応して設けら
    れ、上記蓄電モジュールを構成する複数の蓄電器を制御
    する複数の下位制御装置と、 上記複数の下位制御装置を制御する上位制御装置とを有
    する蓄電装置において、 上記蓄電モジュール内の複数の蓄電器の電圧を検出する
    電圧検出手段と、 この電圧検出手段の誤差を校正する誤差校正端子とを備
    えることを特徴とする蓄電装置。
  8. 【請求項８】請求項７記載の蓄電装置において、 上記電圧検出手段は、Ａ／Ｄコンバータであり、 上記下位制御装置は、上記Ａ／Ｄコンバータの誤差校正
    端子に予めディジタル値を与えることで出力値を補正す
    ることを特徴とする蓄電装置。
  9. 【請求項９】請求項８記載の蓄電装置において、 上記Ａ／Ｄコンバータは、 パルス数に応じて単位電気量を積分する積分手段と、 この積分手段の積分値と上記蓄電器の電圧を比較して上
    記パルスを停止する比較手段と、 この比較手段により上記パルスが停止した際のパルス回
    数を出力するカウンタ手段と、 上記誤差を校正する端子に与えられたディジタル値に応
    じて上記カウンタの出力を補正する補正手段とを備える
    ことを特徴とする蓄電装置。
  10. 【請求項１０】請求項９記載の蓄電装置において、 上記補正手段は、上記誤差校正端子に与えられたディジ
    タル値に応じて、上記カウンタの計数値を変化させて、
    Ａ／Ｄ変換のオフセットを補正し、上記パルスの幅を可
    変させてＡ／Ｄ変換のゲインを補正することを特徴とす
    る蓄電装置。
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