JP5440315B2

JP5440315B2 - バッテリモジュール、及び、該バッテリモジュールを用いたモジュール電圧バランス方法

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Publication number: JP5440315B2
Application number: JP2010071190A
Authority: JP
Inventors: 寿範温見
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2030-03-26
Also published as: JP2011205803A

Description

本発明は、バッテリセルを複数接続してモジュール化したバッテリモジュール、及び、該バッテリモジュールを用いたモジュール電圧バランス方法に関するものである。

バッテリ（二次電池）は、セル単位では取り出すことができる電圧が比較的低い。又、複数のバッテリセルを何個も取り扱うのは手間が煩雑になる。そのため、使用対象機器で要求される電圧に対応した電圧となるようにバッテリセルを複数直列に接続して１つのパッケージに収めてモジュール化したバッテリモジュール（バッテリパック）が、広く用いられている。

この種のバッテリモジュールでは、モジュール内の各バッテリセルの電池容量等に関する個体差により、バッテリセルごとに電圧の差が生じることがある。

ところで、リチウムイオン二次電池等、過充電による電池性能劣化の影響が大きいバッテリセルを用いた形式のバッテリモジュールでは、モジュール内の各バッテリセルに充電する際、最も電圧の高いバッテリセルの過充電を防止する必要がある。しかし、上記最も電圧の高いバッテリセルが満充電された時点でモジュール内のすべてのバッテリセルに対する充電を停止するようにすると、該最も電圧の高いバッテリセル以外の他のバッテリセルに対しては満充電を行うことができないために、バッテリモジュール全体での満充電を行うことができないという問題が生じてしまう。

そこで、従来は、バッテリモジュールに、モジュール内の各バッテリセルの電圧の監視と、バッテリに個別に接続してある放電抵抗への通電のオンとオフの切替えを行なうスイッチの制御を行うためのセル電圧監視・スイッチ制御装置（マイコン）を備えた構成として、バッテリモジュールの各バッテリセルに充電を行なう際には、上記セル電圧監視・スイッチ制御装置により、各バッテリセルの電圧を検出し、電圧が他より高いバッテリセルが検出されると、この電圧の高いバッテリセルに対応するスイッチをオン操作して放電抵抗への通電を開始させ、この放電抵抗への通電により該電圧の高いバッテリセルについて放電を行わせてモジュール内の各バッテリセルの電圧差を少なくするバランス放電を行なわせ、これにより電圧差の少ない状態となる各バッテリセルに対して充電を行なうようにする手法が従来採られてきている（たとえば、特許文献１参照）。

特許第３２２９６９６号公報

ところが、特許文献１に示されたものは、１つのバッテリモジュール内における各バッテリセルについては、充電時にそれらの電圧のバランスを図ることはできる。

しかし、複数個のバッテリセルからなるバッテリモジュールを、使用者が対象となる電力機器の要求する電圧や電流に対応させて複数接続して使用する場合は、たとえ、個別のバッテリモジュールごとにそのモジュール内の各バッテリセルの電圧のバランスが図れるとしても、互いに接続してある複数のバッテリモジュール同士を連係させることができない。

そのため、異なるバッテリモジュールのバッテリセル同士の間では電圧のばらつきを防止することはできず、よって、モジュール電圧同士についてのバランスをとることは不可能であった。

なお、複数のバッテリモジュールに対して、その上位に、上記特許文献１に示したバッテリモジュール内でバッテリセル同士の電圧のバランスをとるために設けてあるセル電圧監視・スイッチ制御装置と同様な監視装置を備えるようにすれば、複数のモジュールにおける全バッテリセルの監視と電圧の制御を行なうことは可能になると考えられる。

しかし、この場合は、バッテリモジュールの他に、上記全バッテリセルの監視と電圧の制御を行なうための監視装置を別途設ける必要があるため、コストやシステムの簡素性が犠牲となってしまう。

しかも、上記監視装置に装備されたバッテリモジュール接続用のコネクタの数により、互いに接続して使用するバッテリモジュールの個数が限定されるため、バッテリモジュールを多数接続して使用する場合は対応できなくなる。

したがって、従来は、使用者が対象となる電力機器の要求する電圧や電流に対応させて任意の接続数で接続して使用でき、且つ充電時には、上記任意の数で接続してあるバッテリモジュールのすべてのバッテリセルの電圧のばらつきを防止してモジュール電圧のバランスを取ることができるような汎用のバッテリモジュールは特に提案されていないというのが実状である。

そこで、本発明は、任意の数で接続して使用する場合であっても、充電時にすべてのバッテリセルの電圧のばらつきを防止して、モジュール電圧のバランスを取ることができるバッテリモジュール、及び、該バッテリモジュールを用いたモジュール電圧バランス方法を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、直列接続した複数のバッテリセルと、電圧バランス手段をモジュール容器にパックし、且つ該電圧バランス手段を、上記各バッテリセルのうちの最大の電圧値を選択するモジュール内最大セル電圧値選択回路と、上記各バッテリセルのうちの最小の電圧値を選択するモジュール内最小セル電圧値選択回路と、上記モジュール内最大セル電圧値選択回路により選択された各バッテリセルのうちの最大の電圧値と最大セル電圧値比較回路入力部を経て外部入力される電圧値を比較して大きい方の電圧値を最大セル電圧値として最大セル電圧値比較回路出力部を経て外部出力するための最大セル電圧値比較回路と、上記モジュール内最小セル電圧値選択回路により選択された各バッテリセルのうちの最小の電圧値と最小セル電圧値比較回路入力部を経て外部入力される電圧値を比較して小さい方の電圧値を最小セル電圧値として最小セル電圧値比較回路出力部を経て外部出力するための最小セル電圧値比較回路と、各バッテリセルより個別接続した放電手段への通電のオンとオフを個別に切り換えるスイッチと、該各スイッチのオン操作とオフ操作を制御する個別のスイッチ制御部とを備え、更に、上記各スイッチ制御部が、対応するバッテリセルの電圧値が最大セル電圧値入力部を経て外部入力される最大セル電圧値以上で、且つ最小セル電圧値入力部を経て外部入力される最小セル電圧値よりも大である場合に、対応するスイッチをオン操作する機能を有するものとした構成を有するバッテリモジュールとする。

又、上記構成において、各スイッチ制御部にバランス開始条件を入力できるようにして、該各スイッチ制御部に、上記バランス開始条件が満たされた場合に、対応するバッテリセルの電圧値と、外部入力される最大セル電圧値と、外部入力される最小セル電圧値に基づく対応するスイッチのオン操作可能とする機能を有するようにした構成とする。

更に、上記各構成において、電圧バランス手段に、最大セル電圧値入力部を経て外部入力される最大セル電圧値を外部出力するための最大セル電圧値出力部と、最小セル電圧値入力部を経て外部入力される最小セル電圧値を外部出力するための最小セル電圧値出力部を備えるようにした構成とする。

又、請求項４に対応して、直列接続した複数のバッテリセルと、電圧バランス手段をモジュール容器にパックし、且つ該電圧バランス手段を、上記各バッテリセルのうちの最大の電圧値を選択するモジュール内最大セル電圧値選択回路と、上記各バッテリセルのうちの最小の電圧値を選択するモジュール内最小セル電圧値選択回路と、上記モジュール内最大セル電圧値選択回路により選択された各バッテリセルのうちの最大の電圧値と最大セル電圧値比較回路入力部を経て外部入力される電圧値を比較して大きい方の電圧値を最大セル電圧値として最大セル電圧値比較回路出力部を経て外部出力するための最大セル電圧値比較回路と、上記モジュール内最小セル電圧値選択回路により選択された各バッテリセルのうちの最小の電圧値と最小セル電圧値比較回路入力部を経て外部入力される電圧値を比較して小さい方の電圧値を最小セル電圧値として最小セル電圧値比較回路出力部を経て外部出力するための最小セル電圧値比較回路と、各バッテリセルより個別接続した放電手段への通電のオンとオフを個別に切り換えるスイッチと、該各スイッチのオン操作とオフ操作を制御する個別のスイッチ制御部とを備え、更に、上記各スイッチ制御部が、対応するバッテリセルの電圧値が最大セル電圧値入力部を経て外部入力される最大セル電圧値以上で、且つ最小セル電圧値入力部を経て外部入力される最小セル電圧値よりも大である場合に、対応するスイッチをオン操作する機能を有するものとした構成を有するバッテリモジュールを複数用意し、各バッテリモジュールの最大セル電圧値比較回路出力部及び最小セル電圧値比較回路出力部と、最大セル電圧値比較回路入力部及び最小セル電圧値比較回路入力部を数珠繋ぎに順次接続して、上記各バッテリモジュールの最大セル電圧値比較回路で順次比較された後のすべてのバッテリセルのうちの最大のセル電圧値と、上記各バッテリモジュールの最小セル電圧値比較回路で順次比較された後のすべてのバッテリセルのうちの最小のセル電圧値を、上記各バッテリモジュールの最大セル電圧値入力部及び最小セル電圧値入力部に入力させて、該各バッテリモジュールの各スイッチ制御部により、上記すべてのバッテリセルのうちの最大のセル電圧値と一致する電圧値のバッテリセルについての放電を、上記すべてのバッテリセルのうちの最小のセル電圧値に一致するまで行わせるようにするモジュール電圧バランス方法とする。

本発明によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）直列接続した複数のバッテリセルと、電圧バランス手段をモジュール容器にパックし、且つ該電圧バランス手段を、上記各バッテリセルのうちの最大の電圧値を選択するモジュール内最大セル電圧値選択回路と、上記各バッテリセルのうちの最小の電圧値を選択するモジュール内最小セル電圧値選択回路と、上記モジュール内最大セル電圧値選択回路により選択された各バッテリセルのうちの最大の電圧値と最大セル電圧値比較回路入力部を経て外部入力される電圧値を比較して大きい方の電圧値を最大セル電圧値として最大セル電圧値比較回路出力部を経て外部出力するための最大セル電圧値比較回路と、上記モジュール内最小セル電圧値選択回路により選択された各バッテリセルのうちの最小の電圧値と最小セル電圧値比較回路入力部を経て外部入力される電圧値を比較して小さい方の電圧値を最小セル電圧値として最小セル電圧値比較回路出力部を経て外部出力するための最小セル電圧値比較回路と、各バッテリセルより個別接続した放電手段への通電のオンとオフを個別に切り換えるスイッチと、該各スイッチのオン操作とオフ操作を制御する個別のスイッチ制御部とを備え、更に、上記各スイッチ制御部が、対応するバッテリセルの電圧値が最大セル電圧値入力部を経て外部入力される最大セル電圧値以上で、且つ最小セル電圧値入力部を経て外部入力される最小セル電圧値よりも大である場合に、対応するスイッチをオン操作する機能を有するものとした構成を有するバッテリモジュール、及び、上記バッテリモジュールを複数用意し、各バッテリモジュールの最大セル電圧値比較回路出力部及び最小セル電圧値比較回路出力部と、最大セル電圧値比較回路入力部及び最小セル電圧値比較回路入力部を数珠繋ぎに順次接続して、上記各バッテリモジュールの最大セル電圧値比較回路で順次比較された後のすべてのバッテリセルのうちの最大のセル電圧値と、上記各バッテリモジュールの最小セル電圧値比較回路で順次比較された後のすべてのバッテリセルのうちの最小のセル電圧値を、上記各バッテリモジュールの最大セル電圧値入力部及び最小セル電圧値入力部に入力させて、該各バッテリモジュールの各スイッチ制御部により、上記すべてのバッテリセルのうちの最大のセル電圧値と一致する電圧値のバッテリセルについての放電を、上記すべてのバッテリセルのうちの最小のセル電圧値に一致するまで行わせるようにするモジュール電圧バランス方法としてあるので、バッテリモジュールを複数使用する場合であっても、バッテリモジュール同士を相互接続することにより、すべてのバッテリモジュールに装備されたすべてのバッテリセルについて電圧バランスを取ることができる。しかも、この際、上位の監視装置のような外部の機器を追加する必要をなくすことができる。
（２）したがって、任意のバッテリモジュールの組み合わせや変更が生じる場合であっても、簡素且つ安価に給電を行うためのシステムを構築することが可能になる。
（３）更に、任意の数のバッテリモジュールについて、モジュール電圧のバランスを取ることができるため、使用する複数のバッテリモジュール全体として、最大限の充電容量を確保することが可能になる。
（４）以上により、使用者が対象となる電力機器の要求する電圧や電流に対応させて任意の接続数で接続して使用することが可能な汎用のバッテリモジュールを提供することが可能になる。

本発明のバッテリモジュールの実施の一形態を示す回路構成図である。図１のバッテリモジュールを複数使用する場合の各入出力端子の接続状態を示す概要図である。図２の接続状態の下で各バッテリモジュールのモジュール電圧のバランスを取る状態を示す図である。図２の状態による各バッテリセルの電圧の推移を示す概要図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。

図１は本発明のバッテリモジュールの実施の一形態を示すもので、以下のような構成としてある。

すなわち、本発明のバッテリモジュール１は、直列接続した複数のバッテリセル、たとえば、直列接続した３個のバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃと、電圧バランス手段３を、所要のモジュール容器（図示せず）に一緒にパックしてなる構成とする。

上記電圧バランス手段３は、具体的には、上記各バッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃに、個別の放電手段としての放電抵抗４ａ，４ｂ，４ｃと、該各放電抵抗４ａ，４ｂ，４ｃへの通電のオンとオフの切り換えを行うためのスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃが接続してある。

更に、上記各バッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃには、電圧を個別に計測するための電圧計等の電圧計測手段６ａ，６ｂ，６ｃが接続してある。

上記各電圧計測手段６ａ，６ｂ，６ｃにおける対応するバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃの電圧計測値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃの出力部には、個別のアナログ・デジタル変換器７ａ，７ｂ，７ｃがそれぞれ接続してある。

更に、上記電圧バランス手段３は、上記各アナログ・デジタル変換器７ａ，７ｂ，７ｃよりデジタル変換された状態で個別に出力される上記各バッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃの各電圧計測値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを入力して、該各電圧計測値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃのうちの最大の電圧値を選択してモジュール内最大セル電圧値Ｖ_ｃｍａｘとして出力できるようにしたモジュール内最大セル電圧値選択回路８を備える。

又、上記各アナログ・デジタル変換器７ａ，７ｂ，７ｃより個別に出力される上記各電圧計測値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを入力して、該各電圧計測値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃのうちの最小の電圧値を選択してモジュール内最小セル電圧値Ｖ_ｃｍｉｎとして出力できるようにしたモジュール内最小セル電圧値選択回路９を備える。

上記電圧バランス手段３は、更に、外部入力端子である最大セル電圧値比較回路入力部１１と、外部出力端子である最大セル電圧値比較回路出力部１２を有する最大セル電圧値比較回路１０を、上記モジュール内最大セル電圧値選択回路８より出力されるモジュール内最大セル電圧値Ｖ_ｃｍａｘを入力可能に備える。上記最大セル電圧値比較回路１０は、上記モジュール内最大セル電圧値選択回路８より入力されるモジュール内最大セル電圧値Ｖ_ｃｍａｘと、上記最大セル電圧値比較回路入力部１１より外部入力される比較用の最大セル電圧値Ｖ_ｍａｘとを比較して大値選択し、該選択された電圧値を、新たな最大セル電圧値Ｖ_ｍａｘとして上記最大セル電圧値比較回路出力部１２を経て外部出力する機能を有するものとしてある。なお、上記最大セル電圧値比較回路入力部１１より最大セル電圧値Ｖ_ｍａｘの信号の外部入力がない場合は、上記最大セル電圧値比較回路１０は、上記モジュール内最大セル電圧値選択回路８より入力されるモジュール内最大セル電圧値Ｖ_ｃｍａｘを、そのまま最大セル電圧値Ｖ_ｍａｘとして最大セル電圧値比較回路出力部１２へ出力する機能を備えるようにしてあるものとする。

又、上記電圧バランス手段３は、外部入力端子である最小セル電圧値比較回路入力部１４と、外部出力端子である最小セル電圧値比較回路出力部１５を有する最小セル電圧値比較回路１３を、上記モジュール内最小セル電圧値選択回路９より出力されるモジュール内最小セル電圧値Ｖ_ｃｍｉｎを入力可能に備える。上記最小セル電圧値比較回路１３は、上記モジュール内最小セル電圧値選択回路９より入力されるモジュール内最小セル電圧値Ｖ_ｃｍｉｎと、上記最小セル電圧値比較回路入力部１４より外部入力される比較用の最小セル電圧値Ｖ_ｍｉｎとを比較して小値選択を行い、該選択された電圧値を、新たな最小セル電圧値Ｖ_ｍｉｎとして上記最小セル電圧値比較回路出力部１５を経て外部出力する機能を有するものとしてある。なお、上記最小セル電圧値比較回路入力部１４より最小セル電圧値Ｖ_ｍｉｎの信号の外部入力がない場合は、上記最小セル電圧値比較回路１３は、上記モジュール内最小セル電圧値選択回路９より入力されるモジュール内最小セル電圧値Ｖ_ｃｍｉｎを、そのまま最小セル電圧値Ｖ_ｍｉｎとして最小セル電圧値比較回路出力部１５へ出力する機能を備えるようにしてあるものとする。

更に、上記電圧バランス手段３は、上記各バッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃにそれぞれ接続してある上記各スイッチ５ａ，５ｂ，５ｃのオンとオフを切り替えるための個別のスイッチ制御部１６ａ、１６ｂ、１６ｃを備える。該各スイッチ制御部１６ａ，１６ｂ，１６ｃには、個別の等号付き大値判定回路１７ａ，１７ｂ，１７ｃと、個別の大値判定回路１８ａ，１８ｂ，１８ｃが接続してある。

上記各等号付き大値判定回路１７ａ，１７ｂ，１７ｃには、外部入力端子である最大セル電圧値入力部１９を経て外部入力される最大セル電圧値Ｖ_ｍａｘと、上記各バッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃにそれぞれ対応する上記各アナログ・デジタル変換器７ａ，７ｂ，７ｃより出力される各バッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃの電圧計測値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを入力させるようにしてある。

又、上記各大値判定回路１８ａ，１８ｂ，１８ｃには、外部入力端子である最小セル電圧値入力部２０を経て入力される最小セル電圧値Ｖ_ｍｉｎと、上記各アナログ・デジタル変換器７ａ，７ｂ，７ｃより出力される対応する各バッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃの電圧計測値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを入力させるようにしてある。

ここで、上記各スイッチ制御部１６ａ，１６ｂ，１６ｃの機能について詳述すると、該各スイッチ制御部１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、対応する等号付き大値判定回路１７ａ，１７ｂ，１７ｃにおいて、上記各アナログ・デジタル変換器７ａ，７ｂ，７ｃより入力される対応するバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃの電圧計測値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃが、上記最大セル電圧値入力部１９を経て入力される最大セル電圧値Ｖ_ｍａｘ以上であると判断され、且つ、上記対応する大値判定回路１８ａ，１８ｂ，１８ｃにおいて、上記各アナログ・デジタル変換器７ａ，７ｂ，７ｃより入力される対応するバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃの電圧計測値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃが、上記最小セル電圧値入力部２０を経て入力される最小セル電圧値Ｖ_ｍｉｎよりも大であると判断される場合にのみ、対応するスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃに対してオン操作させ、それ以外の場合は、上記スイッチ５ａ，５ｂ，５ｃに対してオフ操作させるようにしてある。これにより、上記各スイッチ制御部１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、対応するバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃの電圧が、上記最大セル電圧値入力部１９を経て入力される最大セル電圧値Ｖ_ｍａｘ以上となっていると、該バッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃに対応するスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃをオン操作して、該バッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃより対応する放電抵抗４ａ，４ｂ，４ｃへの通電を開始させて該バッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃの放電を開始させることができるようにしてある。

又、上記各スイッチ制御部１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、対応するバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃの電圧が、たとえ、上記最大セル電圧値入力部１９を経て入力される最大セル電圧値Ｖ_ｍａｘ以上であるとしても、その電圧が上記最小セル電圧値入力部２０を経て入力される最小セル電圧値Ｖ_ｍｉｎよりも大ではなくなると、すなわち、最小セル電圧値Ｖ_ｍｉｎに一致すると、該バッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃに対応するスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃをオフ操作して、放電抵抗４ａ，４ｂ，４ｃへの通電によるバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃの放電を停止させるようにしてある。

更に、上記各スイッチ制御部１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、図に矢印Ｘで示すように、バランス開始条件として、たとえば、上記最大セル電圧値入力部１９より入力される最大セル電圧値Ｖ_ｍａｘが或る一定電圧よりも大となる、たとえば、バッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃがリチウムイオン二次電池の場合は最大セル電圧値Ｖ_ｍａｘ＞３．３Ｖとなる条件、又は、図示しない外部指令接点入力がある場合、たとえば、充電中信号をもらうことでバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃへの充電中であると判断される条件のいずれか一方又は双方を入力できるようにして、該入力されるバランス開始条件Ｘが満たされる場合にのみ、上記各等号付き大値判定回路１７ａ，１７ｂ，１７ｃ及び各大値判定回路１８ａ，１８ｂ，１８ｃの判断に基づく対応するスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃのオン操作を行う機能を備えることが望ましい。このようにすれば、上記バランス開始条件Ｘが満たされない限り、電圧バランス手段３による各バッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃの電圧バランスの処理が開始されないため、各バッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃからの無駄な放電を防止することができるようになる。

なお、本発明のバッテリモジュール１では、複数のバッテリモジュール１を使用する場合に、各バッテリモジュール１の最大セル電圧値入力部１９に対して共通の最大セル電圧値Ｖ_ｍａｘを外部入力させるためのバッテリモジュール１同士の接続、及び、各バッテリモジュール１の最小セル電圧値入力部２０に対して共通の最小セル電圧値Ｖ_ｍｉｎを入力させるためのバッテリモジュール１同士の接続の便宜のために、上記最大セル電圧値入力部１９より外部入力される最大セル電圧値Ｖ_ｍａｘをそのまま外部出力するための外部出力端子である最大セル電圧値出力部２１と、上記最小セル電圧値入力部２０より外部入力される最小セル電圧値Ｖ_ｍｉｎをそのまま外部出力するための外部出力端子である最小セル電圧値出力部２２を備えることが好ましい。このようにすれば、本発明のバッテリモジュール１を複数使用する場合に、後述するように、或るバッテリモジュール１の最大セル電圧値出力部２１と最小セル電圧値出力部２２に、別のバッテリモジュール１の最大セル電圧値入力部１９と最小セル電圧値入力部２０を接続ケーブル２３，２４でそれぞれ接続し、該別のバッテリモジュール１の最大セル電圧値出力部２１と最小セル電圧値出力部２２に、更に別のバッテリモジュール１の最大セル電圧値入力部１９と最小セル電圧値入力部２０を接続ケーブル２３，２４でそれぞれ接続し、この接続を順次繰り返すことにより、上記或るバッテリモジュール１の最大セル電圧値入力部１９及び最小セル電圧値入力部２０へ入力される最大セル電圧値Ｖ_ｍａｘ及び最小セル電圧値Ｖ_ｍｉｎを、接続ケーブル２３，２４を介して順次接続された残るすべてのバッテリモジュール１における最大セル電圧値入力部１９及び最小セル電圧値入力部２０へ入力させることができるようになる。

以上の構成としてある本発明のバッテリモジュール１を複数使用する際にモジュール電圧のバランスを図る場合は、図２に示すように、１番目のバッテリモジュール１（図２における一番上に記載してあるバッテリモジュール１）については、最大セル電圧値比較回路出力部１２を、最大セル電圧値入力部１９に接続ケーブル２５を介して接続し、最小セル電圧値比較回路出力部１５を、最小セル電圧値入力部２０に接続ケーブル２６を介して接続する。

更に、２番目のバッテリモジュール１（図２における上下方向の中央に記載してあるバッテリモジュール１）については、最大セル電圧値比較回路出力部１２及び最小セル電圧値比較回路出力部１５を、その前の順序である上記１番目のバッテリモジュール１における最大セル電圧値比較回路入力部１１及び最小セル電圧値比較回路入力部１４に、それぞれ接続ケーブル２７及び２８を介して接続する。更に、該２番目のバッテリモジュール１における最大セル電圧値入力部１９及び最小セル電圧値入力部２０には、上記１番目のバッテリモジュール１における最大セル電圧値出力部２１及び最小セル電圧値出力部２２を、接続ケーブル２３及び２４を介してそれぞれ接続する。

３番目以降のバッテリモジュール１については、その前の順序のバッテリモジュール１に対し、上記２番目のバッテリモジュール１の上記１番目のバッテリモジュール１に対する接続状態と同様の接続を順次行うようにする。

最後であるＭ番目のバッテリモジュール１（図２における一番下に記載してあるバッテリモジュール１）については、その前の順序である（Ｍ−１）番目のバッテリモジュール１（図示は省略してある）に対し、上記したと同様に、上記２番目のバッテリモジュール１の上記１番目のバッテリモジュール１に対する接続状態と同様の接続を行うようにする。なお、該最後のＭ番目のバッテリモジュール１では、最大セル電圧値比較回路入力部１１と最小セル電圧値比較回路入力部１４、及び、最大セル電圧値出力部２１と最小セル電圧値出力部２２には何も接続を行わない状態とする。

上記したような接続状態とすると、図３に示すように、先ず、上記最大セル電圧値比較回路入力部１１と最小セル電圧値比較回路入力部１４に何も接続されていないＭ番目のバッテリモジュール１では、最大セル電圧値比較回路１０に対し最大セル電圧値比較回路入力部１１を経た比較用の最大セル電圧値Ｖ_ｍａｘの入力がないため、該最大セル電圧値比較回路１０では、モジュール内最大セル電圧値選択回路８により選択されたモジュール内の各バッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃの電圧計測値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃのうちの最大の電圧値が、最大セル電圧値Ｖ_ｍａｘとして、最大セル電圧値比較回路出力部１２へ出力される。

又、上記Ｍ番目のバッテリモジュール１では、最小セル電圧値比較回路１３に対し最小セル電圧値比較回路入力部１４を経た比較用の最小セル電圧値Ｖ_ｍｉｎの入力がないため、該最小セル電圧値比較回路１３では、モジュール内最小セル電圧値選択回路９により選択されたモジュール内の各バッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃの電圧計測値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃのうちの最小の電圧値が、最小セル電圧値Ｖ_ｍｉｎとして、最小セル電圧値比較回路出力部１５へ出力される。

次に、上記Ｍ番目のバッテリモジュール１が接続してある（Ｍ−１）番目のバッテリモジュール１では、最大セル電圧値比較回路入力部１１及び最小セル電圧値比較回路入力部１４に対し、それぞれ接続ケーブル２７及び２８を介して上記Ｍ番目のバッテリモジュール１の最大セル電圧値比較回路出力部１２及び最小セル電圧値比較回路出力部１５より出力された最大セル電圧値Ｖ_ｍａｘ及び最小セル電圧値Ｖ_ｍｉｎが入力されるようになる。このため、該（Ｍ−１）番目のバッテリモジュール１における最大セル電圧値比較回路１０では、モジュール内最大セル電圧値選択回路８により選択されたモジュール内の各バッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃの電圧計測値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃのうちの最大の電圧値と、上記最大セル電圧値比較回路入力部１１を経て外部入力される最大セル電圧値Ｖ_ｍａｘとの比較が行われ、そのうちの最大の電圧値が、最大セル電圧値Ｖ_ｍａｘとして選択されて、最大セル電圧値比較回路出力部１２へ出力される。

又、上記（Ｍ−１）番目のバッテリモジュール１における最小セル電圧値比較回路１３では、モジュール内最小セル電圧値選択回路９により選択されたモジュール内の各バッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃの電圧計測値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃのうちの最小の電圧値と、上記最小セル電圧値比較回路入力部１４を経て外部入力される最小セル電圧値Ｖ_ｍｉｎとの比較が行われ、そのうちの最小の電圧値が、最小セル電圧値Ｖ_ｍｉｎとして選択されて、最小セル電圧値比較回路出力部１５へ出力される。

その後、上記（Ｍ−１）番目以前の各バッテリモジュール１では、上記（Ｍ−１）番目のバッテリモジュール１と同様に、最大セル電圧値比較回路１０にて、モジュール内最大セル電圧値選択回路８により選択されたモジュール内の各バッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃの電圧計測値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃのうちの最大の電圧値と、次の順序のバッテリモジュール１より最大セル電圧値比較回路入力部１１を経て外部入力される最大セル電圧値Ｖ_ｍａｘとの比較が行われて、そのうちの最大の電圧値が、最大セル電圧値Ｖ_ｍａｘとして選択されて、最大セル電圧値比較回路出力部１２へ出力される。又、最小セル電圧値比較回路１３にて、モジュール内最小セル電圧値選択回路９により選択されたモジュール内の各バッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃの電圧計測値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃのうちの最小の電圧値と、次の順序のバッテリモジュール１より最小セル電圧値比較回路入力部１４を経て外部入力される最小セル電圧値Ｖ_ｍｉｎとの比較が行われて、そのうちの最小の電圧値が、最小セル電圧値Ｖ_ｍｉｎとして選択されて、最小セル電圧値比較回路出力部１５へ出力されるようになる。

以上の処理が各バッテリモジュール１で順次行われることにより、上記１番目のバッテリモジュール１における最大セル電圧値比較回路出力部１２より出力される最大セル電圧値Ｖ_ｍａｘは、上記複数のバッテリモジュール１に装備されているすべてバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃのうち、最大の電圧計測値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを有するバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃの電圧計測値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃに一致する。又、上記１番目のバッテリモジュール１における最小セル電圧値比較回路出力部１５より出力される最小セル電圧値Ｖ_ｍｉｎは、上記複数のバッテリモジュール１に装備されているすべてバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃのうち、最小の電圧計測値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを有するバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃの電圧計測値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃに一致するようになる。

よって、上記１番目のバッテリモジュール１にて、上記最大セル電圧値比較回路出力部１２が最大セル電圧値入力部１９に接続ケーブル２５を介して接続してあり、又、上記最小セル電圧値比較回路出力部１５が最小セル電圧値入力部２０に接続ケーブル２６を介して接続してあり、更に、２番目以降の各バッテリモジュール１では、最大セル電圧値入力部１９及び最小セル電圧値入力部２０に、その前の順序のバッテリモジュール１における最大セル電圧値出力部２１及び最小セル電圧値出力部２２が接続ケーブル２３及び２４を介して順次接続してあるため、すべてのバッテリモジュール１の最大セル電圧値入力部１９に、上記複数のバッテリモジュール１に装備されているすべてバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃのうち、最大の電圧計測値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを有するバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃの電圧計測値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃに一致した共通の最大セル電圧値Ｖ_ｍａｘが入力される。又、すべてのバッテリモジュール１の最小セル電圧値入力部２０に、上記複数のバッテリモジュール１に装備されているすべてバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃのうち、最小の電圧計測値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを有するバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃの電圧計測値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃに一致した共通の最小セル電圧値Ｖ_ｍｉｎが入力されるようになる。

上記のようにして、各バッテリモジュール１の最大セル電圧値入力部１９に、最大セル電圧値Ｖ_ｍａｘが入力された状態で、該各バッテリモジュール１における各スイッチ制御部１６ａ，１６ｂ，１６ｃに入力されるバランス開始条件Ｘが満たされると、図３に示すように、すべてのバッテリモジュール１のうち、上記最大セル電圧値Ｖ_ｍａｘ以上の電圧を有するバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃ、すなわち、複数のバッテリモジュール１に装備されているすべてバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃのうちの最大の電圧計測値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを有するバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃに対応するスイッチ制御部１６ａ，１６ｂ，１６ｃのみが、対応するバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃに接続してあるスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃをオン操作するため、該バッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃでは、対応する放電抵抗４ａ，４ｂ，４ｃへの通電による放電が開始されるようになる。なお、図３では、図上左端のバッテリモジュール１におけるバッテリセル２ａに対応するスイッチ５ａがオン操作されて、放電抵抗４ａへの通電による上記バッテリセル２ａの放電が開始された状態を示してある。又、各バッテリモジュール１における最大セル電圧値出力部２１及び最小セル電圧値出力部２２の記載は省略してある。更に、図上右寄りの２つのバッテリモジュール１における電圧バランス手段３の構成要素の記載は部分的に省略してある。

上記のようにして、複数のバッテリモジュール１に装備されているすべてバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃのうちの最大の電圧計測値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを有するバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃについての放電が開始されると、そのバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃの電圧が徐々に下がることに伴い、上記各バッテリモジュール１の最大セル電圧値入力部１９に入力されている共通の最大セル電圧値Ｖ_ｍａｘも徐々に低下するようになる。このため、上記最大セル電圧値入力部１９に入力されている最大セル電圧値Ｖ_ｍａｘの低下に伴って、該低下した最大セル電圧値Ｖ_ｍａｘに、他のバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃの電圧が一致するようになると、この新たに最大セル電圧値Ｖ_ｍａｘと電圧が一致するようになったバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃについても、対応するスイッチ制御部１６ａ，１６ｂ，１６ｃにより対応するスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃがオン操作されて、対応する放電抵抗４ａ，４ｂ，４ｃへの通電が開始されて、放電が開始されるようになる。

同様にして、上記各バッテリモジュール１の最大セル電圧値入力部１９に入力されている共通の最大セル電圧値Ｖ_ｍａｘの低下に伴って、該最大セル電圧値Ｖ_ｍａｘと電圧が一致するようになるバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃでは、対応する放電抵抗４ａ，４ｂ，４ｃへの通電による放電が順次開始されるようになる。

すなわち、図４に示すように、上記複数のバッテリモジュール１のすべてのバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃ同士の間に、当初、たとえば、図４にＶ１〜Ｖ６に示すような電圧のばらつきが生じていたとしても、最も高い電圧Ｖ１を有するバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃ（図１参照）の放電が開始された後、この最も高い電圧Ｖ１を有していたバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃ（図１参照）の電圧の低下に伴う最大セル電圧値Ｖ_ｍａｘの低下によって、順次高い電圧Ｖ２〜Ｖ５を有していた各バッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃ（図１参照）についても順次放電が開始されるようになる。なお、図示する便宜上、図４では、上記Ｖ１〜Ｖ６について、同じ電圧値であっても重ならないように図面の上下方向に多少位置をずらして示してある。

その後、上記複数のバッテリモジュール１のすべてのバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃのうち、放電が開始されたバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃの電圧が、該複数のバッテリモジュール１のすべてバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃのうちの最小の電圧計測値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを有するバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃの電圧計測値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃに一致している最小セル電圧値Ｖ_ｍｉｎ（図４ではＶ６）まで下がると、各スイッチ制御部１６ａ，１６ｂ，１６ｃに接続された大値判定回路１８ａ，１８ｂ，１８ｃでは、対応するバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃの電圧計測値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃが各バッテリモジュール１の上記最小セル電圧値入力部２０に入力されている最小セル電圧値Ｖ_ｍｉｎよりも大であるという判断が行えなくなるため、該各スイッチ制御部１６ａ，１６ｂ，１６ｃにより、それぞれ対応するスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃのオフ操作が行われて、上記放電が開始された各バッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃについて、対応する放電抵抗４ａ，４ｂ，４ｃへの通電が停止される。

以上により、上記複数のバッテリモジュール１に装備されているすべてのバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃの電圧が、上記最小セル電圧値Ｖ_ｍｉｎに揃えられるようになることから、該複数のバッテリモジュール１に装備されているすべてのバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃについて電圧バランスが取られるようになる。

なお、本発明のバッテリモジュール１を単数で使用する場合は、図２に示した１番目のバッテリモジュール１と同様に、最大セル電圧値比較回路出力部１２と最大セル電圧値入力部１９との接続ケーブル２５を介した接続と、最小セル電圧値比較回路出力部１５と最小セル電圧値入力部２０との接続ケーブル２６を介した接続のみを行うようにすれば、モジュール内のバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃの各電圧計測値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃのうち、モジュール内最大セル電圧値選択回路８で選択されるモジュール内最大セル電圧値Ｖ_ｃｍａｘを最大セル電圧値Ｖ_ｍａｘとし、又、モジュール内最小セル電圧値選択回路９で選択されるモジュール内最小セル電圧値Ｖ_ｃｍｉｎを最小セル電圧値Ｖ_ｍｉｎとして、上記したと同様の処理によりモジュール内の各バッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃの電圧バランスが図られるようになる。

このように、本発明のバッテリモジュール１によれば、該バッテリモジュール１を複数使用する場合であっても、バッテリモジュール１に装備してある各入出力端子を、所定の接続状態となるように相互接続することにより、充電時にすべてのバッテリモジュール１に装備されたすべてのバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃについて電圧バランスを取ることができ、この際、上位の監視装置のような外部の機器を追加する必要をなくすことができる。したがって、任意のバッテリモジュール１の組み合わせや変更が生じる場合であっても、簡素且つ安価に給電を行うためのシステムを構築することが可能になる。

更に、任意の数のバッテリモジュール１について、モジュール電圧のバランスを取ることができるため、使用する複数のバッテリモジュール１全体として、最大限の充電容量を確保することが可能になる。

更には、使用者が対象となる電力機器の要求する電圧や電流に対応させて任意の接続数で接続して使用することが可能な汎用のバッテリモジュール１を提供することが可能になる。

なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、図２における１番目のバッテリモジュール１（図上、上側のバッテリモジュール１）における最大セル電圧値比較回路出力部１２及び最小セル電圧値比較回路出力部１５に、すべてのバッテリモジュール１の最大セル電圧値入力部１９及び最小セル電圧値入力部２０を、それぞれ並列に接続するようにしてもよい。この場合は、各バッテリモジュール１における最大セル電圧値出力部２１及び最小セル電圧値出力部２２を省略した構成としてもよい。

１つのバッテリモジュール１に装備するバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃの数は適宜増減してもよい。

バッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃの放電を行わせるための放電手段としては、放電抵抗４ａ，４ｂ，４ｃを示したが、スイッチ５ａ，５ｂ，５ｃのオン操作により対応するバッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃに放電を行わせることができるようにしてあれば、放電抵抗４ａ，４ｂ，４ｃ以外のいかなる形式の放電手段を採用してもよい。

各バッテリセル２ａ，２ｂ，２ｃの電圧計測値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを個別のアナログ・デジタル変換器７ａ，７ｂ，７ｃで変換してから、モジュール内最大セル電圧値選択回路８、モジュール内最小セル電圧値選択回路９、等号付き大値判定回路１７ａ，１７ｂ，１７ｃ、大値判定回路１８ａ，１８ｂ，１８ｃへ入力させるものとして示したが、該各回路がアナログの電圧値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを比較し、選択や判定を行うことができる回路構成とすれば、上記アナログ・デジタル変換器７ａ，７ｂ，７ｃを省略した構成としてもよい。

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

１バッテリモジュール
２ａ，２ｂ，２ｃバッテリセル
３電圧バランス手段
４ａ，４ｂ，４ｃ放電抵抗（放電手段）
５ａ，５ｂ，５ｃスイッチ
８モジュール内最大セル電圧値選択回路
９モジュール内最小セル電圧値選択回路
１０最大セル電圧値比較回路
１１最大セル電圧値比較回路入力部
１２最大セル電圧値比較回路出力部
１３最小セル電圧値比較回路
１４最小セル電圧値比較回路入力部
１５最小セル電圧値比較回路出力部
１６ａ，１６ｂ，１６ｃスイッチ制御部
１９最大セル電圧値入力部
２０最小セル電圧値入力部
２１最大セル電圧値出力部
２２最小セル電圧値出力部
Ｖ_ｍａｘ最大セル電圧値
Ｖ_ｍｉｎ最小セル電圧値
Ｘバランス開始条件

Claims

直列接続した複数のバッテリセルと、電圧バランス手段をモジュール容器にパックし、且つ該電圧バランス手段を、上記各バッテリセルのうちの最大の電圧値を選択するモジュール内最大セル電圧値選択回路と、上記各バッテリセルのうちの最小の電圧値を選択するモジュール内最小セル電圧値選択回路と、上記モジュール内最大セル電圧値選択回路により選択された各バッテリセルのうちの最大の電圧値と最大セル電圧値比較回路入力部を経て外部入力される電圧値を比較して大きい方の電圧値を最大セル電圧値として最大セル電圧値比較回路出力部を経て外部出力するための最大セル電圧値比較回路と、上記モジュール内最小セル電圧値選択回路により選択された各バッテリセルのうちの最小の電圧値と最小セル電圧値比較回路入力部を経て外部入力される電圧値を比較して小さい方の電圧値を最小セル電圧値として最小セル電圧値比較回路出力部を経て外部出力するための最小セル電圧値比較回路と、各バッテリセルより個別接続した放電手段への通電のオンとオフを個別に切り換えるスイッチと、該各スイッチのオン操作とオフ操作を制御する個別のスイッチ制御部とを備え、更に、上記各スイッチ制御部が、対応するバッテリセルの電圧値が最大セル電圧値入力部を経て外部入力される最大セル電圧値以上で、且つ最小セル電圧値入力部を経て外部入力される最小セル電圧値よりも大である場合に、対応するスイッチをオン操作する機能を有するものとした構成を有することを特徴とするバッテリモジュール。
各スイッチ制御部にバランス開始条件を入力できるようにして、該各スイッチ制御部に、上記バランス開始条件が満たされた場合に、対応するバッテリセルの電圧値と、外部入力される最大セル電圧値と、外部入力される最小セル電圧値に基づく対応するスイッチのオン操作可能とする機能を有するようにした請求項１記載のバッテリモジュール。
電圧バランス手段に、最大セル電圧値入力部を経て外部入力される最大セル電圧値を外部出力するための最大セル電圧値出力部と、最小セル電圧値入力部を経て外部入力される最小セル電圧値を外部出力するための最小セル電圧値出力部を備えるようにした請求項１又は２記載のバッテリモジュール。
直列接続した複数のバッテリセルと、電圧バランス手段をモジュール容器にパックし、且つ該電圧バランス手段を、上記各バッテリセルのうちの最大の電圧値を選択するモジュール内最大セル電圧値選択回路と、上記各バッテリセルのうちの最小の電圧値を選択するモジュール内最小セル電圧値選択回路と、上記モジュール内最大セル電圧値選択回路により選択された各バッテリセルのうちの最大の電圧値と最大セル電圧値比較回路入力部を経て外部入力される電圧値を比較して大きい方の電圧値を最大セル電圧値として最大セル電圧値比較回路出力部を経て外部出力するための最大セル電圧値比較回路と、上記モジュール内最小セル電圧値選択回路により選択された各バッテリセルのうちの最小の電圧値と最小セル電圧値比較回路入力部を経て外部入力される電圧値を比較して小さい方の電圧値を最小セル電圧値として最小セル電圧値比較回路出力部を経て外部出力するための最小セル電圧値比較回路と、各バッテリセルより個別接続した放電手段への通電のオンとオフを個別に切り換えるスイッチと、該各スイッチのオン操作とオフ操作を制御する個別のスイッチ制御部とを備え、更に、上記各スイッチ制御部が、対応するバッテリセルの電圧値が最大セル電圧値入力部を経て外部入力される最大セル電圧値以上で、且つ最小セル電圧値入力部を経て外部入力される最小セル電圧値よりも大である場合に、対応するスイッチをオン操作する機能を有するものとした構成を有するバッテリモジュールを複数用意し、各バッテリモジュールの最大セル電圧値比較回路出力部及び最小セル電圧値比較回路出力部と、最大セル電圧値比較回路入力部及び最小セル電圧値比較回路入力部を数珠繋ぎに順次接続して、上記各バッテリモジュールの最大セル電圧値比較回路で順次比較された後のすべてのバッテリセルのうちの最大のセル電圧値と、上記各バッテリモジュールの最小セル電圧値比較回路で順次比較された後のすべてのバッテリセルのうちの最小のセル電圧値を、上記各バッテリモジュールの最大セル電圧値入力部及び最小セル電圧値入力部に入力させて、該各バッテリモジュールの各スイッチ制御部により、上記すべてのバッテリセルのうちの最大のセル電圧値と一致する電圧値のバッテリセルについての放電を、上記すべてのバッテリセルのうちの最小のセル電圧値に一致するまで行わせるようにすることを特徴とするモジュール電圧バランス方法。