JP5487070B2 - 電池モジュール、充電状態平均化装置、及び、電池モジュールの電池システムへの接続方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電池モジュール、充電状態平均化装置、及び、電池モジュールの電池システムへの接続方法に関する。

従来、大容量の電池を構成する際には、小容量の電池モジュールを複数並列に接続することで大きな電池容量を確保している。個々の小容量の電池モジュールの内部には、その容量（電圧）を検出する回路が設けられ、その充電状態をチェックする（以下の特許文献１参照）。

特許第３７６０８３１号公報

しかしながら、上記特許文献１では、以下の点について対応がなされていない。

すなわち、小容量の電池モジュールを複数並列に接続することで大容量の電池を構成する（以下、このように構成される電池を「電池システム」と表わす）と、一部の電池モジュールを修理後戻す、或いは、容量拡大のために新たに電池モジュールを接続する等、電池システムに新たな電池モジュールを追加する必要が生ずる場合がある。このような場合には、既に電池システムに並列に接続されており新たに追加の対象とはならない電池モジュール（以下、このような電池モジュールを「既存接続電池モジュール」と表わす）と新たに電池システムに追加対象となる電池モジュール（以下、このような電池モジュールを「新規接続電池モジュール」と表わす）との充電状態（充電容量）を平均化する必要が生ずる。

なぜならば、新規接続電池モジュールと既存接続電池モジュールとの充電状態、つまり開放端子電圧を合わせた状態で接続しなければ、両者の電圧差によって両者の間で充電状態を平均化する方向に大電流が流れ、電池モジュール等の回路、或いは電池システム全体にダメージを与えてしまう可能性があるからである。

そこで、例えば、新規接続電池モジュールを電流制限抵抗を介して電池システムに接続する方法も考えられる。この方法であれば、新規接続電池モジュール、或いは、既存接続電池モジュールに大電流が流れてしまう弊害を回避することができる。

但し、稼働状態の電池システムに新たな電池モジュールを接続する場合、電池システムを構成する既存接続電池モジュールの充電状態は常に変化しているため、新規接続電池モジュールと既存接続電池モジュールとの充電状態を合わせるタイミングを把握することが困難である。この点は電流制限抵抗を介して新規接続電池モジュールを電池システムに接続する方法を採用しても解消し得ない問題である。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、既存接続電池モジュールによって構成される電池システムに新規接続電池モジュールを並列に接続する際、自動的に既存接続電池モジュールと新規接続電池モジュールとの充電状態を一致させることで簡易かつ安全適切な接続が可能な電池モジュール、充電状態平均化装置、及び、電池モジュールの電池システムへの接続方法を提供することである。

本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、電池モジュールにおいて、複数の単位電池で構成される組電池の充電状態を測定する単位電圧測定回路と、既に並列接続され電池システムを構成する既存接続電池モジュールの充電状態を測定する全電圧測定回路と、電池システムに組電池を接続する主接続装置と、組電池の電流を既存接続電池モジュールへ放電する際に利用する放電用接続装置と、既存接続電池モジュールの電流を組電池へ充電する際に利用する充電用接続装置と、単位電圧測定回路から入手した組電池の充電状態に関する情報及び全電圧測定回路から入手した既存接続電池モジュールの充電状態に関する情報を基に、主接続装置、放電用接続装置、充電用接続装置のいずれかの開閉制御を行うＭＰＵとを備える。

本発明の第１の実施の形態における電池システムの全体構成を示す全体図である。 本発明の第１の実施の形態における電池モジュールの内部構成を示す回路図である。 本発明の第１の実施の形態における新規接続電池モジュールを電池システムに接続するに当たっての既存接続電池モジュールと新規接続電池モジュールとの間の充電状態平均化処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態における電池システムの全体構成を示す全体図である。 本発明の第２の実施の形態における電池モジュール及び充電状態平均化装置の内部構成を示す回路図である。 本発明の第２の実施の形態における新規接続電池モジュールを電池システムに接続するに当たっての既存接続電池モジュールと新規接続電池モジュールとの間の充電状態平均化処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態における新規接続電池モジュールを電池システムに接続するに当たっての既存接続電池モジュールと新規接続電池モジュールとの間の充電状態平均化処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態における電池システムＳ１の全体構成を示す全体図である。電池システムＳ１は、図示しない負荷に接続されているラインＬ１及びＬ２に、並列に電池モジュールＭが複数接続されている。また、ラインＬ１及びＬ２には、電池システムＳに接続されている全ての電池モジュールＭを制御する電池システム制御装置４０が接続されている。

図１に示す電池システムＳ１には、３つの電池モジュールＭ１ないしＭ３が接続されている。但し、電池システムＳ１に並列接続される電池モジュールＭの数は特に決められておらず、接続される電池モジュールＭの数は電池システムＳ１に求められる容量に応じて任意に設定することが可能である。電池モジュールＭ３と電池システム制御装置４０との間のラインＬ１及びラインＬ２は破線で示されているが、これは両者の間におけるラインＬ１及びラインＬ２及びラインＬ１及びラインＬ２に接続される電池モジュールＭを省略して示すものである。

電池システム制御装置４０は、図１に示すようにその内部に、電圧測定回路４１と、電流測定回路４２と、制御装置ＭＰＵ４３と、通信インターフェイス（図中では「通信Ｉ／Ｆ」と表わす）４４とから構成される。電圧測定回路４１と電流測定回路４２とは、それぞれ電池システムＳ１の電圧値、電流値を測定し、制御装置ＭＰＵ４３へそれらの測定値を送信する。

制御装置ＭＰＵ４３は、電池システムＳ１全体の制御を司り、通信Ｉ／Ｆ４４を介して、後述する、各電池モジュールＭ内に設けられたＭＰＵとの間で情報の送受信を行う。

図２は、本発明の第１の実施の形態における電池モジュールＭＡの内部構成を示す回路図である。なお、ここでの電池モジュールＭＡは、電池システムＳ１に新たに接続される新規接続電池モジュールＮＭ１であり、以下、説明に合わせて適宜「電池モジュールＭＡ」を「新規接続電池モジュールＮＭ１」として表わす。

電池モジュールＭＡ内には、複数の単位電池ｃ１ないしｃｎが直列に接続されており（以下、これら個々の単位電池を「単位電池ｃ」と総称する）、これら複数の単位電池ｃがまとまって組電池Ｃとなる。組電池Ｃを構成する単位電池ｃの個数は任意に設定することが可能であり、単位電池ｃｎのｎは整数で示される。

単位電池ｃのそれぞれの電圧は、保護抵抗ＰＲを介して単位電圧測定回路１によって計測される。単位電圧測定回路１において測定された単位電池ｃそれぞれの電圧に関する情報（電圧値）は、ＭＰＵ６に送信される。ＭＰＵ６に送信された単位電池ｃの電圧に関する情報は、積算されることによって組電池Ｃの電圧に関する情報（電圧値）となる。この組電池Ｃの電圧値は、新たに電池システムＳ１に接続される新規接続電池モジュールＮＭ１の充電状態を示す情報として、後述する既存接続電池モジュールＥＭと新規接続電池モジュールＮＭ１との間の充電状態平均化処理において利用される。

全電圧測定回路２は、ラインＬ１及びラインＬ２に接続され、電池システムＳ１に接続されている既存接続電池モジュールＥＭの電圧を測定する。この既存接続電池モジュールＥＭの電圧値は、後述する既存接続電池モジュールＥＭと新規接続電池モジュールＮＭ１との間の充電状態平均化処理において利用される。

なお、図２における全電圧測定回路２は、組電池Ｃを挟むように接続されていることから、組電池Ｃの電圧値をも測定できるようにされている。全電圧測定回路２がこのように接続されているのは、全電圧測定回路２によって計測された電圧値と単位電池測定回路１によって積算される組電池Ｃの電圧値との比較を行うことで、単位電池測定回路１或いは、全電圧測定回路２が故障しているか否かの判断を行うためである。但し、全電圧測定回路２がこのように接続されていることで単位電池測定回路１からの単位電池ｃの電圧値を積算することなく組電池Ｃの電圧値を測定することが可能であり、このようにして測定した電圧値を新規接続電池モジュールＮＭ１の電圧値として利用することもできる。

図２に示す電池モジュールＭＡにおいて、ラインＬ１と組電池Ｃとの間には、主接続装置３が設けられている。この主接続装置３をＯＮとすることで、電池モジュールＭＡを電池システムＳ１に接続させることができる。

また、主接続装置３と並列となるように、放電用接続装置４と充電用接続装置５とが接続されている。なお、図２に示す電池モジュールＭＡ（新規接続電池モジュールＮＭ１）においては、主接続装置３、放電用接続装置４、充電用接続装置５のいずれもＦＥＴ等の半導体スイッチを用いているが、これらは機械的なスイッチであっても良い。

放電用接続装置４は、電池モジュールＭＡ（新規接続電池モジュールＮＭ１）の充電状態（充電容量）が既存接続電池モジュールＥＭよりも大きな場合に、既存接続電池モジュールＥＭと新規接続電池モジュールＮＭ１との間の充電状態平均化処理において既存接続電池モジュールＥＭに向けて放電する際に使用される接続装置である。放電用接続装置４とラインＬ１との間には、電流制限抵抗Ｒ及びダイオードＤ４が接続されている。電流制限抵抗Ｒは、新規接続電池モジュールＮＭ１から既存接続電池モジュールＥＭへ大電流が流れることを防止するものであり、ダイオードＤ４は新規接続電池モジュールＮＭ１から既存接続電池モジュールＥＭに向けて放電した電流の逆流を防止するものである。

充電用接続装置５は、電池モジュールＭＡ（新規接続電池モジュールＮＭ１）の充電状態（充電容量）が既存接続電池モジュールＥＭよりも小さな場合に、既存接続電池モジュールＥＭと新規接続電池モジュールＮＭ１との間の充電状態平均化処理において既存接続電池モジュールＥＭから新規接続電池モジュールＮＭ１に向けて充電する際に使用される接続装置である。充電用接続装置５とラインＬ１との間には、電流制限抵抗Ｒ及びダイオードＤ５が接続されている。電流制限抵抗Ｒは、既存接続電池モジュールＥＭから新規接続電池モジュールＮＭ１へ大電流が流れることを防止するものであり、ダイオードＤ５は既存接続電池モジュールＥＭから新規接続電池モジュールＮＭ１に向けて流れる電流の逆流を防止するものである。

ＭＰＵ（Micro Processing Unit）６は、電池モジュールＭＡ内に設けられる単位電圧測定回路１によって測定された電池モジュールＭＡの組電池Ｃの充電状態と、全電圧測定回路２によって測定された既存接続電池モジュールＥＭの充電状態とに関する情報を入手し、これらの情報に基づいて、出力ポート７を介して主接続装置３、放電用接続装置４、或いは、充電用接続装置５の開閉制御を行う（図２においては、出力ポート７から各接続装置へ出力される信号の流れが破線の矢印で示されている）。なお、ＭＰＵ６は、通信Ｉ／Ｆ８とも接続されていることから、電池システム制御装置４０から電池システムＳ１の全電圧に関する情報（既存接続電池モジュールＥＭの充電状態に関する情報）を入手することも可能である。

電池モジュールＭＡ内の例えば、単位電圧測定回路１やＭＰＵ６は、電源回路９から供給される電源を基に駆動されている。

次に、新規接続電池モジュールＮＭ１と既存接続電池モジュールＥＭとの充電状態平均化の流れについて、図３に示すフローチャートを利用して説明する。図３は、本発明の第１の実施の形態における新規接続電池モジュールＮＭ１を電池システムＳ１に接続するに当たっての既存接続電池モジュールＥＭと新規接続電池モジュールＮＭ１との間の充電状態平均化処理の流れを示すフローチャートである。

まず、電池システムＳ１に新規接続の電池モジュールが接続される。この状態では、新規接続電池モジュールＮＭ１の主接続装置３、放電用接続装置４及び充電用接続装置５のいずれもが開放されている状態である。新規接続電池モジュールＮＭ１が接続されると、電池システム制御装置４０に新規接続電池モジュールＮＭ１の接続完了を示す信号が送信される（ＳＴ１）。具体的には、新規接続電池モジュールＮＭ１のＭＰＵ６から通信Ｉ／Ｆ８を介して電池システム制御装置４０の通信Ｉ／Ｆ４４、制御装置ＭＰＵ４３へと接続完了の信号が送信される。

この信号を受信した制御装置ＭＰＵ４３は、電池システムＳ１に新規接続される電池モジュールのＭＰＵ６に対して、電池システムＳ１に接続されている既存接続電池モジュールＥＭとの間で充電状態平均化処理の開始を指示する信号を送信する。新規接続電池モジュールＮＭ１のＭＰＵ６では、当該信号を受信し充電状態平均化処理を開始する（ＳＴ２）。

ＭＰＵ６は、まず全電圧測定回路２に対して、電池システムＳ１に接続されている既存接続電池モジュールＥＭの電圧を測定するよう指示する（ＳＴ３）。但し、既存接続電池モジュールＥＭの動作中は、充放電が不定期に繰り返されているので、既存接続電池モジュールＥＭの充電状態は常に変動している。そこで、全電圧測定回路２は、既存接続電池モジュールＥＭの放電期間と充電期間とが切り替わる時点、すなわち、放電電流も充電電流も流れていない時点、或いは、当該時点を含む放電電流と充電電流との電流値が所定の電流値以下である期間に、既存接続電池モジュールＥＭの電圧値を測定する。測定された電圧値は全電圧測定回路２からＭＰＵ６へと送信され、ＭＰＵ６が当該電圧値を基に既存接続電池モジュールＥＭの充電状態を推定（測定）する。

一方、新規接続電池モジュールＮＭ１の充電状態も測定される（ＳＴ４）。新規接続電池モジュールＮＭ１の電圧値は、単位電圧測定回路１を介して組電池Ｃの電圧値を測定することによって入手することが可能である。すなわち、主接続装置３、放電用接続装置４及び充電用接続装置５のいずれもが開放されている状態での新規接続電池モジュールＮＭ１の電圧を測定する。測定された電圧値は、単位電圧測定回路１からＭＰＵ６へと送信され、ＭＰＵ６が当該電圧値を基に新規接続電池モジュールＮＭ１の充電状態を推定（測定）する。

既存接続電池モジュールＥＭの充電状態及び新規接続電池モジュールＮＭ１の充電状態が入手された状態で、ＭＰＵ６は既存接続電池モジュールＥＭの充電状態が、新規接続電池モジュールＮＭ１の充電状態よりも大きいか否か、判断する（ＳＴ５）。

ここで「充電状態が大きい」とは、既存接続電池モジュールＥＭの充電容量が、新規接続電池モジュールＮＭ１の充電容量よりも大きい、との意味である。従って、このまま主接続装置３をＯＮとして新規接続電池モジュールＮＭ１を電池システムＳ１に接続すると、既存接続電池モジュールＥＭと新規接続電池モジュールＮＭ１との電圧差により、既存接続電池モジュールＥＭから新規接続電池モジュールＮＭ１に向けて横流が発生してしまう。

そこで、既存接続電池モジュールＥＭの充電状態が、新規接続電池モジュールＮＭ１の充電状態よりも大きい場合に（ＳＴ５のＹＥＳ）、ＭＰＵ６はさらに既存接続電池モジュールＥＭが放電中であるか否かを確認した上で（ＳＴ６）、放電中でなければ（ＳＴ６のＮＯ）、充電用接続装置５をＯＮにする（充電用接続装置５が閉状態となるよう出力ポート７を介して指示する）（ＳＴ７）。充電用接続装置５がＯＮされることにより、既存接続電池モジュールＥＭから新規接続電池モジュールＮＭ１の組電池Ｃに電流が流れ、充電状態が平均化される。

ＭＰＵ６は、ここで再度全電圧測定回路２を介して既存接続電池モジュールＥＭの電圧値を測定し、既存接続電池モジュールＥＭの充電状態を確認する（ＳＴ８）。また、単位電圧測定回路１を介して新規接続電池モジュールＮＭ１の電圧値を測定し、新規接続電池モジュールＮＭ１の充電状態を確認する（ＳＴ９）。

その結果、既存接続電池モジュールＥＭと新規接続電池モジュールＮＭ１との間の電圧値の差が設定値以下、すなわち、両者の充電状態が平均化されたか否か、ＭＰＵ６は確認する（ＳＴ１０）。未だ平均化されていないと判断された場合には（ＳＴ１０のＮＯ）、再度ステップＳＴ５に戻って既存接続電池モジュールＥＭと新規接続電池モジュールＮＭ１との充電状態を平均化する処理を続行する。

なお、既存接続電池モジュールＥＭの充電状態が新規接続電池モジュールＮＭ１の充電状態よりも大きな場合であって（ＳＴ５のＹＥＳ）、既存接続電池モジュールＥＭが放電状態である場合には（ＳＴ６のＹＥＳ）、電池システムＳ１の放電能力を低下させないように、主接続装置３、放電用接続装置４、及び充電用接続装置５のいずれの接続装置も開状態を維持し、新規接続電池モジュールＮＭ１に既存接続電池モジュールＥＭから電流が流れ込まないようにする。その上で、さらに既存接続電池モジュールＥＭと新規接続電池モジュールＮＭ１の充電状態を確認し、設定値以下であるか否かを確認する（ＳＴ８ないしＳＴ１０）。

「充電状態が小さい」場合、すなわち、既存接続電池モジュールＥＭの充電容量が、新規接続電池モジュールＮＭ１の充電容量よりも小さい場合（ＳＴ５のＮＯ）、このまま新規接続電池モジュールＮＭ１を電池システムＳ１に接続すると、既存接続電池モジュールＥＭと新規接続電池モジュールＮＭ１との電圧差により、新規接続電池モジュールＮＭ１から既存接続電池モジュールＥＭに向けて横流が発生してしまう。

そこで、既存接続電池モジュールＥＭの充電状態が、新規接続電池モジュールＮＭ１の充電状態よりも小さい場合に（ＳＴ５のＮＯ）、ＭＰＵ６はさらに既存接続電池モジュールＥＭが充電中であるか否かを確認した上で（ＳＴ１１）、充電中でなければ（ＳＴ１１のＮＯ）、放電用接続装置４をＯＮにする（放電用接続装置４が閉状態となるよう出力ポート７を介して指示する）（ＳＴ１２）。放電用接続装置４がＯＮされることにより、新規接続電池モジュールＮＭ１の組電池Ｃから既存接続電池モジュールＥＭに電流が流れ、充電状態が平均化される。

ＭＰＵ６は、ここで再度全電圧測定回路２を介して既存接続電池モジュールＥＭの電圧値を測定し、既存接続電池モジュールＥＭの充電状態を確認する（ＳＴ８）。また、単位電圧測定回路１を介して新規接続電池モジュールＮＭ１の電圧値を測定し、新規接続電池モジュールＮＭ１の充電状態を確認する（ＳＴ９）。

ＭＰＵ６が既存接続電池モジュールＥＭと新規接続電池モジュールＮＭ１との間の電圧値の差が設定値以下、すなわち、両者の充電状態が平均化されたか否かを確認し（ＳＴ１０）、未だ平均化されていないと判断された場合には（ＳＴ１０のＮＯ）、再度ステップＳＴ５に戻って既存接続電池モジュールＥＭと新規接続電池モジュールＮＭ１との充電状態を平均化する処理を続行する。

既存接続電池モジュールＥＭの充電状態が新規接続電池モジュールＮＭ１の充電状態よりも小さな場合であって（ＳＴ５のＮＯ）、既存接続電池モジュールＥＭが充電状態である場合には（ＳＴ１１のＹＥＳ）、電池システムＳ１の充電能力を低下させないように、主接続装置３、放電用接続装置４、及び充電用接続装置５のいずれの接続装置も開状態を維持し、既存接続電池モジュールＥＭに新規接続電池モジュールＮＭ１から電流が流れ込まないようにする。その上で、さらに既存接続電池モジュールＥＭと新規接続電池モジュールＮＭ１の充電状態を確認し、設定値以下であるか否かを確認する（ＳＴ８ないしＳＴ１０）。

ＭＰＵ６が既存接続電池モジュールＥＭと新規接続電池モジュールＮＭ１の電圧値が所定の設定値以下であるすなわち、両者の充電状態が平均化された、と判断した場合には（ＳＴ１０のＹＥＳ）、放電用接続装置４、或いは、充電用接続装置５のいずれもＯＦＦ（開状態）とし、一方で、主接続装置３をＯＮ（閉状態）とする（ＳＴ１３）。

以上説明した処理を行うことにより、既存接続電池モジュールによって構成される電池システムに新規接続電池モジュールを並列に接続する際、自動的に既存接続電池モジュールと新規接続電池モジュールとの充電状態を一致させることで簡易かつ安全適切な接続が可能な電池モジュール、及び、電池モジュールの電池システムへの接続方法を提供することができる。

特に、新規接続電池モジュール内のＭＰＵが全電圧測定回路及び単位電圧測定回路の両者からの情報を基に既存接続電池モジュール及び新規接続電池モジュールの充電状態を把握し充電状態の平均化を図ることによって、既存接続電池モジュールと新規接続電池モジュールとの充電状態の差によって生ずる横流を防止し、電池システム、既存接続電池モジュール、新規接続電池モジュールのいずれにもダメージを与えることなく適切なタイミングで安全に新規接続電池モジュールを電池システムに接続することが可能となる。

（第２の実施の形態）
次に本発明における第２の実施の形態について説明する。なお、第２の実施の形態において、上述の第１の実施の形態において説明した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、同一の構成要素の説明は重複するので省略する。

図４は、本発明の第２の実施の形態における電池システムＳ２の全体構成を示す全体図である。また、図５は、本発明の第２の実施の形態における電池モジュールＭＢ及び充電状態平均化装置Ａの内部構成を示す回路図である。

第２の実施の形態においては電池モジュールＭＢの構成が、第１の実施の形態における電池モジュールＭＡと相違する。すなわち、図４及び図５に明らかなように、第１の実施の形態における電池モジュールＭＡではその内部に包含されて設けられていた充電状態を平均化処理する装置が、第２の実施の形態においては、充電状態を平均化処理する装置が電池モジュールＭＢから分離され独立した充電状態平均化装置Ａとして設けられている点にある。

なお、ここでの電池モジュールＭＢは、電池システムＳ２に新たに接続される新規接続電池モジュールＮＭ２である。また、電池モジュールＭＢは、電池システムＳ２に新たに接続される際に充電状態平均化装置Ａと接続される。そこで以下、説明に合わせて適宜「電池モジュールＭＢ」を「新規接続電池モジュールＮＭ２」として表わす。

図４に示されているように、充電状態平均化装置Ａは、新規に電池システムＳ２に接続される電池モジュールＭＢに接続されるとともに、電池システムＳ２にも直接接続されている。このように充電状態平均化装置Ａを新規接続電池モジュールＭＢ及び電池システムＳ２の両者に接続させることで、充電状態平均化装置Ａが新規接続電池モジュールＮＭ２と既存接続電池モジュールＥＭとの間における充電状態平均化処理を行う。

図５に示すように、電池モジュールＭＢ（新規接続電池モジュールＮＭ２）の内部構成は、第１の実施の形態における電池モジュールＭＡから充電状態平均化装置を除いて構成される。すなわち電池モジュールＭＢ（新規接続電池モジュールＮＭ２）は、単位電池個々の電圧値、或いは、組電池Ｃの電圧値を測定する単位電圧測定回路１と、新規接続電池モジュールＮＭ２全体の制御を行うＭＰＵ２１と、新規接続電池モジュールＮＭ２を電池システムＳ２に接続させる主接続装置３と、主接続装置３に対してＭＰＵ２１からの開閉制御信号を出力する出力ポート２２と、通信Ｉ／Ｆ２３と、電源回路９とを備えている。

また、充電状態平均化装置Ａは、新規接続電池モジュールＮＭ２を接続させる電池システムＳ２を構成する既存接続電池モジュールＥＭの電圧を測定する全電圧測定回路３１と、放電用接続装置４と、充電用接続装置５と、これらの接続装置の開閉制御を司る平均化ＭＰＵ３２と、ＭＰＵ３２から放電用接続装置４と、充電用接続装置５への信号を出力する出力ポート３３と、通信Ｉ／Ｆ３４とを備えている。

なお、図５に示す新規接続電池モジュールＮＭ２においては、主接続装置３に機械的なスイッチを、放電用接続装置４、充電用接続装置５にＦＥＴ等の半導体スイッチを用いているが、これらのスイッチの種類は問わない。

第２の実施の形態においては、新規接続電池モジュールＮＭ２の充電状態を既存接続電池モジュールＥＭと平均化するには、新規接続電池モジュールＮＭ２とは別体の充電状態平均化装置Ａを用いる。従って、新規接続電池モジュールＮＭ２を電池システムＳ２に接続するに当たっては、新規接続電池モジュールＮＭ２と充電状態平均化装置Ａとを接続する必要がある。なお、新規接続電池モジュールＮＭ２を電池システムＳ２に接続した後に充電状態平均化装置Ａを接続しても、或いは、新規接続電池モジュールＮＭ２と充電状態平均化装置Ａとを接続した後に、これらを電池システムＳ２に接続しても良い。

充電状態平均化処理の際に新規接続電池モジュールＮＭ２と既存接続電池モジュールＥＭとの間で充電状態の平均化を行うために、両者の充電状態に応じて新規接続電池モジュールＮＭ２から既存接続電池モジュールＥＭへの放電、或いは、既存接続電池モジュールＥＭから新規接続電池モジュールＮＭ２への充電が行われる。そのため、新規接続電池モジュールＮＭ２と充電状態平均化装置Ａとは、新規接続電池モジュールＮＭ２の主接続装置３と組電池Ｃとの間で充電状態平均化装置Ａ内の放電用接続装置４、充電用接続装置５と接続される。

図６は、本発明の第２の実施の形態における新規接続電池モジュールを電池システムに接続するに当たっての既存接続電池モジュールと新規接続電池モジュールとの間の充電状態平均化処理の流れを示すフローチャートである。第１の実施の形態と第２の実施の形態とは、充電状態を平均化する装置が新規接続電池モジュールＮＭ内に設けられているか、別体として接続されているかにおいて相違するのみである。従って、新規接続電池モジュールＮＭ１、或いは、新規接続電池モジュールＮＭ２と既存接続電池モジュールＥＭとの間で行われる充電状態の平均化処理の流れには相違する点はない。

まず、新規接続電池モジュールＮＭ２（図５に示す電池モジュールＭＢ）及び充電状態平均化装置Ａが電池システムＳ２に接続された旨の信号が電池システム制御装置４０に対して送信される（ＳＴ２１）。なお、この信号を送信するのは、新規接続電池モジュールＮＭ２及び充電状態平均化装置Ａのそれぞれが行っても、或いは、いずれかのＭＰＵがまとめて行っても良い。

充電状態平均化装置Ａの平均化ＭＰＵ３２が電池システム制御装置４０からの充電状態平均化処理開始の信号を受信した後（ＳＴ２）、平均化ＭＰＵ３２は、全電圧測定回路３１から既存接続電池モジュールＥＭの電圧値を入手し、既存接続電池モジュールＥＭの充電状態を測定する（ＳＴ３）。併せて、平均化ＭＰＵ３２は通信Ｉ／Ｆ３４，２３を介して新規接続電池モジュールＮＭ２のＭＰＵ２１に対して新規に電池システムＳ２に接続される組電池Ｃの電圧値を入手するよう指示し、この指示に基づいて単位電圧測定回路１が入手した組電池Ｃの電圧値を基に新規接続電池モジュールＮＭ２の充電状態を測定する（ＳＴ４）。

充電状態平均化装置Ａは、既存接続電池モジュールＥＭと新規接続電池モジュールＮＭ２との充電状態を基に、両者の充電状態を平均化する（ＳＴ５ないしＳＴ１２）。上述したように、新規接続電池モジュールＮＭ２と充電状態平均化装置Ａとは、新規接続電池モジュールＮＭ２の主接続装置３と組電池Ｃとの間で充電状態平均化装置Ａ内の放電用接続装置４、充電用接続装置５と接続されている。従って、既存接続電池モジュールＥＭの充電状態が新規接続電池モジュールＮＭ２の充電状態よりも大きい場合には、（既存接続電池モジュールＥＭが放電中でないことを条件に）平均化ＭＰＵ３２が充電用接続装置５を閉制御する。これにより、既存接続電池モジュールＥＭから新規接続電池モジュールＮＭ２へ電流が流れるようにし、新規接続電池モジュールＮＭ２を充電することで、既存接続電池モジュールＥＭと新規接続電池モジュールＮＭ２との充電状態を平均化する。

一方、既存接続電池モジュールＥＭの充電状態が新規接続電池モジュールＮＭ２の充電状態よりも小さい場合には、（既存接続電池モジュールＥＭが充電中でないことを条件に）平均化ＭＰＵ３２が放電用接続装置４を閉制御する。これにより、新規接続電池モジュールＮＭ２から既存接続電池モジュールＥＭへ電流が流れるようにし、新規接続電池モジュールＮＭ２を放電することで、既存接続電池モジュールＥＭと新規接続電池モジュールＮＭ２との充電状態を平均化する。

その上で、既存接続電池モジュールＥＭの充電状態、及び、新規接続電池モジュールＮＭ２の充電状態を測定する（図７のＳＴ８、ＳＴ９）
既存接続電池モジュールＥＭと新規接続電池モジュールＮＭ２との充電状態が平均化されると（ＳＴ１０のＹＥＳ）、平均化ＭＰＵ３２は、放電用接続装置４、充電用接続装置５のいずれも開制御とし、電池システムＳ２から充電状態平均化装置Ａを切り離す（ＳＴ２２）。併せて、平均化ＭＰＵ３２は、通信Ｉ／Ｆ３４，２３を介して新規接続電池モジュールＮＭ２のＭＰＵ２１に対して主接続装置３を閉状態とする（主接続装置３をＯＮとする）よう、指示する（ＳＴ２３）。新規接続電池モジュールＮＭ２のＭＰＵ２１は、この指示を受けて主接続装置３をＯＮとする（ＳＴ２４）。この主接続装置３がＯＮされることによって、新規接続電池モジュールＮＭ２は、電池システムＳ２に接続されることになる。そしてその後、充電状態平均化装置Ａを新規接続電池モジュールＮＭ２から取り外す。

従って、以上説明した処理を行うことにより、既存接続電池モジュールによって構成される電池システムに新規接続電池モジュールを並列に接続する際、自動的に既存接続電池モジュールと新規接続電池モジュールとの充電状態を一致させることで簡易かつ安全適切な接続が可能な充電状態平均化装置、及び、電池モジュールの電池システムへの接続方法を提供することができる。

充電状態平均化装置が全電圧測定回路及び新規接続電池モジュール内の単位電圧測定回路の両者からの情報を基に既存接続電池モジュール及び新規接続電池モジュールの充電状態を把握し充電状態の平均化を図ることによって、既存接続電池モジュールと新規接続電池モジュールとの充電状態の差によって生ずる横流を防止し、電池システム、既存接続電池モジュール、新規接続電池モジュールのいずれにもダメージを与えることなく適切なタイミングで安全に新規接続電池モジュールを電池システムに接続することが可能となる。

特に、充電状態平均化装置を電池システムに新たに接続する電池モジュールから切り離し別体の装置とすることにより、電池モジュールの構成を簡単にすることができるため、電池モジュールを小型、安価に用意することが可能となる。併せて、充電状態平均化装置は繰り返し使用することができることから、電池システムを安価に構成することが可能となる。

なお、この発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。

１…単位電圧測定回路、２…全電圧測定回路、３…主接続装置、４…放電用接続装置、５…充電用接続装置、６…ＭＰＵ、７…出力ポート、８…通信Ｉ／Ｆ、９…電源回路、２１…ＭＰＵ、２２…出力ポート、２３…通信Ｉ／Ｆ、３１…全電圧測定回路、３２…平均化ＭＰＵ、３３…出力ポート、３４…通信Ｉ／Ｆ、４０…電池システム制御装置、４１…電圧測定回路、４２…電流測定回路、４３…制御装置ＭＰＵ、４４…通信Ｉ／Ｆ、Ｃ…組電池、ＥＭ…既存接続電池モジュール、Ｌ１，Ｌ２…ライン、Ｍ…電池モジュール、ＮＭ１…新規接続電池モジュール、Ｓ１，Ｓ２…電池システム。

Claims (4)

1. 複数の単位電池で構成される組電池の充電状態を測定する単位電圧測定回路と、
   既に並列接続され電池システムを構成する既存接続電池モジュールの充電状態を測定する全電圧測定回路と、
   前記電池システムに前記組電池を接続する主接続装置と、
   前記組電池の電流を前記既存接続電池モジュールへ放電する際に利用する放電用接続装置と、
   前記既存接続電池モジュールの電流を前記組電池へ充電する際に利用する充電用接続装置と、
   前記単位電圧測定回路から入手した前記組電池の充電状態に関する情報及び前記全電圧測定回路から入手した前記既存接続電池モジュールの充電状態に関する情報を基に、前記主接続装置、前記放電用接続装置、前記充電用接続装置のいずれかの開閉制御を行うＭＰＵと、
   を備えることを特徴とする電池モジュール。
2. 複数の単位電池で構成される組電池の充電状態を測定する単位電圧測定回路と、並列接続される複数の既存接続電池モジュールから構成される電池システムに前記組電池を接続する主接続装置と、前記主接続装置の開閉制御を行うＭＰＵとを備える前記電池システムに新たに接続される新規接続電池モジュールに、脱着可能に接続される充電状態平均化装置であって、
   前記既存接続電池モジュールの充電状態を測定する全電圧測定回路と、
   前記組電池の電流を前記既存接続電池モジュールへ放電する際に利用する放電用接続装置と、
   前記既存接続電池モジュールの電流を前記組電池へ充電する際に利用する充電用接続装置と、
   前記単位電圧測定回路から入手した前記組電池の充電状態に関する情報及び前記全電圧測定回路から入手した前記既存接続電池モジュールの充電状態に関する情報を基に、前記放電用接続装置または前記充電用接続装置のいずれかの開閉制御を行う平均化ＭＰＵと、を備え、
   前記平均化ＭＰＵが前記新規接続電池モジュールと前記既存接続電池モジュールとの間で充電状態を平均化した上で、前記新規接続電池モジュールの前記ＭＰＵに対して、前記主接続装置を閉制御する指示を出すことを特徴とする充電状態平均化装置。
3. 全電圧測定回路が電池システムに並列接続される複数の既存接続電池モジュールの充電状態を測定するステップと、
   前記電池システムに新たに接続される新規接続電池モジュールを構成する複数の単位電池で構成される組電池の充電状態を単位電圧測定回路が測定するステップと、
   前記単位電圧測定回路から入手した前記組電池の充電状態に関する値及び前記全電圧測定回路から入手した前記既存接続電池モジュールの充電状態に関する値を基に、ＭＰＵが放電用接続装置または充電用接続装置のいずれかの開閉制御を行い、前記新規接続電池モジュールと前記既存接続電池モジュールとの充電状態を平均化するステップと、
   前記単位電圧測定回路から入手した前記組電池の充電状態に関する値と前記全電圧測定回路から入手した前記既存接続電池モジュールの充電状態に関する値との差が所定範囲内にある場合に、放電用接続装置及び充電用接続装置を開制御とし、前記新規接続電池モジュールを前記電池システムに接続する主接続装置を閉制御とするステップと、
   を備えることを特徴とする電池モジュールの電池システムへの接続方法。
4. 充電状態平均化装置内の全電圧測定回路が電池システムに並列接続される複数の既存接続電池モジュールの充電状態を測定するステップと、
   前記電池システムに新たに接続される新規接続電池モジュールを構成する複数の単位電池で構成される組電池の充電状態を単位電圧測定回路が測定するステップと、
   前記単位電圧測定回路から入手した前記組電池の充電状態に関する値及び前記全電圧測定回路から入手した前記既存接続電池モジュールの充電状態に関する値を基に、平均化ＭＰＵが放電用接続装置または充電用接続装置のいずれかの開閉制御を行い、前記新規接続電池モジュールと前記既存接続電池モジュールとの充電状態を平均化するステップと、
   前記単位電圧測定回路から入手した前記組電池の充電状態に関する値と前記全電圧測定回路から入手した前記既存接続電池モジュールの充電状態に関する値との差が所定範囲内にある場合に、前記平均化ＭＰＵが放電用接続装置及び充電用接続装置を開制御とするステップと、
   前記平均化ＭＰＵからの前記新規接続電池モジュールに設けられるＭＰＵに対する指示に基づいて、前記ＭＰＵが前記新規接続電池モジュールを前記電池システムに接続する主接続装置を閉制御とするステップと、
   を備えることを特徴とする電池モジュールの電池システムへの接続方法。
   
   
   
   
   
   
   

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