JP5957479B2 - バッテリーシステムのバッテリーブランチの制御回路及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明はバッテリーブランチの制御に係り、特にバッテリーシステムのバッテリーブランチに用いられる制御回路及びそれに関係する制御方法を指す。

高い電気エネルギーを有するバッテリーシステムを提供するため、複数のバッテリーブランチを並列接続して該バッテリーシステムを構成し得る。そのうち、各一つのバッテリーブランチは、相互に直列に接続された複数のバッテリー（或いはバッテリーモジュール）を包含し得る。たとえば、１０個のバッテリーブランチを並列接続して、且つ各一つのバッテリーブランチがいずれも６６アンペアの電流を流すことができるとすると、全部で供給又は受け取れる電流が６６０アンペアの一つのバッテリーシステムを構成できる。しかし、各バッテリーブランチを流れる電流はいずれも高電流であり、これにより、バッテリーシステムが電流供給する時には大量のエネルギーロスを発生し得る。

これにより、新規な電流制御構造により上述の問題を解決する必要がある。

ゆえに、本発明の目的は、バッテリーシステムのバッテリーブランチの制御回路及び関係する制御方法を提供することで、上述の問題を解決することにある。

本発明の一つの実施例によると、一種のバッテリーシステムのバッテリーブランチの制御回路が提示される。該制御回路は、リレーユニット、スイッチユニット及びコントロールユニットを包含する。該リレーユニットは該バッテリーブランチに接続される。該スイッチユニットは該リレーユニットに並列に接続される。該コントロールユニットは該リレーユニット及び該スイッチユニットに接続され、該コントロールユニットは該リレーユニット及び該スイッチユニットの切り換えを制御して選択的に該バッテリーブランチを導通させてブランチ電流を流す。

本発明の一つの実施例によると、一種のバッテリーシステムのバッテリーブランチの制御方法が提示される。該制御方法は、リレーユニットを該バッテリーブランチに接続し、スイッチユニットを該リレーユニットに並列に接続するステップ、及び、該リレーユニット及び該スイッチユニットの切り換えを制御して、選択的に該バッテリーブランチを導通させてブランチ電流を流すステップを包含する。

高電気エネルギーのバッテリーシステム（たとえば高い入力電流又は出力電流を有するバッテリーシステム）を制御するため、本発明の提供する制御回路は、リレー並列接続スイッチ素子（たとえば、ＭＯＳＦＥＴ）の組み合わせ式スイッチの構造を採用し、リレーとスイッチユニットの切り換えタイミングを制御することにより、バッテリーシステムのエネルギーロスを減らし、並びにバッテリーシステムの使用寿命を延長する。

本発明のバッテリーシステムの中のバッテリーブランチの実施例の表示図である。 本発明のバッテリーシステムの中のバッテリーブランチの実施例の表示図である。 図２に示される複数の制御信号の一つの実際の例の信号タイミング図である。 図２に示される複数の制御信号のもう一つの実際の例の信号タイミング図である。 図２に示される複数の制御信号のまた一つの実際の例の信号タイミング図である。 本発明のバッテリーシステムのバッテリーブランチの制御方法の実施例のフローチャートである。 本発明のバッテリーシステムのバッテリーブランチの制御方法のもう一つの実施例のフローチャートである。

明細書及び特許請求の範囲中では特定の語彙が特定の部品を指示するために使用されている。所属の領域中の通常の知識を有する者であれば理解できることであるが、メーカーは異なる名詞を使用して同一の部品を呼称することができる。本明細書及び特許請求の範囲は名称の違いにより部品を区分する方式ではなく、部品の機能上の差異により区分する規則にしたがっている。明細書全般及び特許請求の範囲中に用いられる「包含」は開放式の用語であって、ゆえに「包含するが、それに限定されるわけではない」と解釈されるべきである。このほか、「接続」は直接或いは間接的な電気接続手段を包含する。これにより、もし、文中に第１装置が第２装置に接続されるとの記述があれば、それは該第１装置が該第２装置に直接電気的に接続されるか、該第１装置が該第２装置に間接的に電気的に接続されることを代表する。

図１を参照されたい。それは本発明のバッテリーシステムのバッテリーブランチの制御回路のある実施例の表示図である。この実施例中、バッテリーシステム１００は、バッテリーブランチ１０２及び制御回路１１０を包含する。そのうち、制御回路１１０は、バッテリーブランチ１０２を流れるブランチ電流Ｉを制御するのに用いられる。バッテリーブランチ１０２は、以下に限定されるわけではないが、相互に直列に接続された複数のバッテリーユニット（ｂａｔｔｅｒｙ ｕｎｉｔ）Ｂ₁〜Ｂ_mを包含し、そのうち、複数のバッテリーユニットＢ₁〜Ｂ_mのうち、各一つのバッテリーユニットは、バッテリーセル（ｂａｔｔｅｒｙ ｃｅｌｌ）、バッテリーブロック（ｂａｔｔｅｒｙ ｂｌｏｃｋ）（相互に並列に接続された複数のバッテリーを包含する）、バッテリーモジュール（ｂａｔｔｅｒｙ ｍｏｄｕｌｅ）（相互に直列に接続された複数のバッテリーブロックを包含する）或いはバッテリーパック（ｂａｔｔｅｒｙ ｐａｃｋ）（直列と並列に接続された複数のバッテリーを包含する）とされ得る。このほか、複数のバッテリーユニットＢ₁〜Ｂ_mは、端子ＰＡＫ＋（たとえば、高圧側（ｈｉｇｈ ｓｉｄｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ））と端子ＰＡＫ−（たとえば、低圧側（ｌｏｗ ｓｉｄｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ））により、外接電子装置（図１中には表示されない）が必要とする電源を提供するか、或いは端子ＰＡＫ＋と端子ＰＡＫ−により充電電源を受け取る。ある設計変化においては、バッテリーブランチ１０２はまた、単一のバッテリーユニットを包含し得る。

制御回路１１０はリレーユニット１２０、スイッチユニット１３０、及びコントロールユニット１４０を包含し得る。リレーユニット１２０はバッテリーユニットＢ_mに接続される（またすなわち、バッテリーブランチ１０２に接続される）。スイッチユニット１３０はリレーユニット１２０と並列に、バッテリーユニットＢ_mと端子ＰＡＫ−の間に接続される。このほか、コントロールユニット１４０はリレーユニット１２０とスイッチユニットに接続され、コントロールユニット１４０はリレーユニット１２０及びスイッチユニット１３０の切り換えを制御して選択的にブランチ電流Ｉを導通させるのに用いられる。たとえば、コントロールユニット１４０は制御信号Ｃ_Rを発生し、リレーユニット１２０を切断或いは導通させ、及び、制御信号Ｃ_Sを発生してスイッチユニット１３０を切断或いは導通させることができる。コントロールユニット１４０はまた、モード操作信号Ｓ_Mを受け取ってバッテリーシステム１００を制御して充電モードで動作させ（たとえば、端子ＰＡＫ＋と端子ＰＡＫ−により充電電源を受け取らせる）か、放電モードで動作させる（たとえば、端子ＰＡＫ＋と端子ＰＡＫ−により外接電子装置が必要とする電源を提供させる）。

ある実際の例によると、端子ＰＡＫ＋と端子ＰＡＫ−が充電装置（図１中には表示されていない）に接続される時、コントロールユニット１４０はモード操作信号Ｓ_Mに基づき制御信号Ｃ_Rと制御信号Ｃ_Sを発生し、それぞれリレーユニット１２０とスイッチユニット１３０をスイッチオンし、これにより、充電電流（すなわち、ブランチ電流Ｉ）を流す。もう一つの実施の例では、端子ＰＡＫ＋と端子ＰＡＫ−が電子装置（図１には表示されず）に接続される時、コントロールユニット１４０はモード操作信号Ｓ_Mに基づき、制御信号Ｃ_Rと制御信号Ｃ_Sを発生し、それぞれリレーユニット１２０及びスイッチユニット１３０をスイッチオンし、これにより、電子装置が必要とする電気エネルギー（すなわち、放電電流）を提供する。リレー素子は低いスイッチオン抵抗（ｓｗｉｔｃｈ−ｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）と低消耗の特性を有するため、リレーユニット１２０はバッテリーブランチ１０２と端子ＰＡＫ−の間の等価抵抗を有効に減らすことができる。このほか、リレーユニット１２０とスイッチユニット１３０は相互に並列に接続され、これにより、さらにバッテリーブランチ１０２と端子ＰＡＫ−の間の等価抵抗を減らすことができ、ゆえにパワーロスを減らす要求を満足させることができる。

注意されたいことは以下のとおりである。リレーユニット１２０が制御信号Ｃ_Rに基づき、スイッチオフ状態（ｓｗｉｔｃｈ−ｏｆｆ ｓｔａｔｅ）からスイッチオン状態（ｓｗｉｔｃｈ−ｏｎ ｓｔａｔｅ）に切り換えられる時（或いはスイッチオン状態からスイッチオフ状態に切り換えられる時）には、ある切り換え時間が必要であり、これはバッテリーシステム１００に外接された電子装置の動作に影響を与え得る。たとえば、バッテリーシステム１００に外接された電子装置が、高速データ伝送に応用される状況で、バッテリーシステム１００は切り換え時間のために電子装置が必要とする電源の供給に影響が出て、これにより電子装置のデータ伝送のタイミングを遅延させ得る。

これにより、バッテリーシステム１００がリレーユニット１２０の切り換え時間の影響を受けないようにするため、リレーユニット１２０よりも短い切り換え時間を有するスイッチユニット１３０を使用できる。たとえば、コントロールユニット１４０が制御信号Ｃ_Rと制御信号Ｃ_Sを利用してそれぞれリレーユニット１２０とスイッチユニット１３０をスイッチオンさせるとき、リレーユニット１２０がスイッチオンされる前に、スイッチユニット１３０が特定導通経路を提供して、充電／放電電流を提供し得る。このほか、リレーユニット１２０及びスイッチユニット１３０がいずれもスイッチオンされた状況で、もしリレーユニット１２０の等価抵抗（たとえば、スイッチオン抵抗）がスイッチユニット１３０の等価抵抗（たとえば、スイッチオン抵抗）より小さければ、バッテリーブランチ１０２を流れる電流は、主にはリレーユニット１２０を流れる。言い換えると、バッテリーシステム１００は、パワーロスを減らす要求を満足させるのみならず、電気エネルギーの即時受け取り／供給が行なえる（またすなわち、充電／放電動作）。

図１に示される制御回路１１０は、本発明の概念に基づく基本回路構造とされ、これにより、図１に示される回路構造を採用した回路は、いずれも本発明の範疇にある。本発明の技術特徴を理解できるようにするため、以下に一つの実施例を以て、本発明の制御回路の細部を説明するが、図１に示される回路構造のその他の回路の実施もまた実行可能である。図２は、本発明のバッテリーシステムの中のバッテリーブランチの制御回路の一つの実施例の表示図である。図２から分かるように、バッテリーシステム２００は、図１に示されるバッテリーブランチ１０２及び制御回路２１０を包含する。そのうち、制御回路２１０の構造は、図１に示される制御回路１１０の構造に基づく。この実施例中、制御回路２１０はリレーユニット２２０、スイッチユニット２３０、コントロールユニット２４０、及び検出素子Ｒ_SEN（この実施例中、それは一つの抵抗により実施可能である）を包含する。そのうち、リレーユニット２２０、スイッチユニット２３０及びコントロールユニット２４０は、それぞれ図１に示されるリレーユニット１２０、スイッチユニット１３０及びコントロールユニット１４０が使用される。検出素子Ｒ_SENはバッテリーブランチ１０２に接続され、並びにバッテリーブランチ１０２を流れるブランチ電流（たとえば、ブランチ電流Ｉ_C或いはブランチ電流Ｉ_D）を検出して、検出結果ＤＲを発生するのに用いられ、コントロールユニット２４０は検出結果ＤＲによりリレーユニット２２０及びスイッチユニット２３０の切り換えを制御する。

リレーユニット２２０はインダクタＬ、トランジスタＭ_R、スイッチＳＷ、及び複数のコンタクト（ｃｏｎｔａｃｔ）ＰとＱを包含する。インダクタＬはバイアス電圧Ｖ_BIASとトランジスタＭ_Rの間に接続され、トランジスタＭ_Rは、インダクタＬと接地電圧ＧＮＤの間に接続される。トランジスタＭ_Rは、ＭＯＳＦＥＴにより実施され、ゆえに、制御端Ｎ_RLとボデーダイオード（ｂｏｄｙ ｄｉｏｄｅ）Ｄ_Rを具え得る。スイッチユニット２３０はトランジスタＭ_CとトランジスタＭ_Dを包含し得る。トランジスタＭ_Cは検出素子Ｒ_SENとトランジスタＭ_Dの間に接続され、トランジスタＭ_DはトランジスタＭ_Cと端子ＰＡＫ−の間に接続される。この実施例中、トランジスタＭ_Cは制御端Ｎ_CとボデーダイオードＤ_Cを具え、トランジスタＭ_Dは制御端Ｎ_DとボデーダイオードＤ_Dを具え、そのうち、ボデーダイオードＤ_Cは相反する方向を以て ボデーダイオードＤ_Dと接続される。

コントロールユニット２４０は、制御信号Ｓ_RLを発生して制御端Ｎ_RLに送り、これによりトランジスタＭ_Rの導通状態を制御し、これにより、リレーユニット２２０の切り換え状態を制御する。たとえば、（以下に限定されるわけではないが）、リレーユニット２２０は常閉型（ｎｏｒｍａｌｌｙ ｃｌｏｓｅｄ）リレーとされ得て、これにより、トランジスタＭ_Rが制御信号Ｓ_RLに基づき導通するとき、電流Ｉ_LはインダクタＬを流れて磁場を発生し、それにより、スイッチＳＷを駆動し、接点ＰとＱを分離させる。さらに図２に示される制御回路２４０の動作をご理解いただくため、図２と共に図３も参照されたい。図３は図２に示される複数の制御信号Ｓ_RL、Ｓ_CとＳ_Dの実施の例の信号タイミング図である。時間点Ｔ０において、バッテリーシステム２００は充電モードで動作し、そのうち、トランジスタＭ_Rは制御信号Ｓ_RLに基づき切断されてリレーユニット２２０をスイッチオン状態に保持し（またすなわち、接点Ｐと接点Ｑが接続）、このほか、トランジスタＭ_CとトランジスタＭ_Dはそれぞれ制御信号Ｓ_Cと制御信号Ｓ_Dに基づき導通する（またすなわち、スイッチユニット２３０がスイッチオン状態にある）。

検出結果ＤＲが、充電電流（またすなわち、ブランチ電流Ｉ_C）が設定電流値Ｉ_Pcまで減少したことを示すとき（たとえば、バッテリーブランチ１０２がすでに充電飽和である）、コントロールユニット２４０はリレーユニット２２０を切断及びスイッチユニット２３０を切断して、充電経路を切断する。（またすなわち、時間点Ｔ１）。さらに具体的に説明すると、制御信号Ｓ_RLがハイレベルに切り換えられてトランジスタＭ_Rが導通させられ、接点Ｐと接点Ｑが分離させられ、このほか、制御信号Ｓ_Dがハイレベルを維持してトランジスタＭ_Dに導通状態を保持するとき、制御信号Ｓ_Cはローレベルに切り換わりトランジスタＭ_Cを切断する。これにより、バッテリーシステム２００に外接された充電装置（図２中には図示されず）はバッテリーシステム２００に対する充電を停止する。注意されたいことは以下のとおりである。コントロールユニット２４０が制御信号Ｓ_RLの信号レベルを切り換えた後には、ある時間△Ｔ_Aが（図３に示されるとおり）、接点Ｐと接点Ｑを分離させるのに必要であり、言い換えると、時間△Ｔ_Aはスイッチオン状態にあるリレーユニット２２０が切断されるのに必要な切り換え時間である。時間△Ｔ_Aに較べ、導通状態にあるトランジスタＭ_Cの切断に必要な切り換え時間は、無視でき、これにより、時間点Ｔ１と時間点Ｔ２の間、接点Ｐと接点Ｑは互いに接続され、トランジスタＭ_Cは切断状態にあると見なされ得て、ゆえに、ブランチ電流Ｉ_Cはリレーユニット２２０をとおり端子ＰＡＫ−へと流れる。

続いて、時間点Ｔ３において、コントロールユニット２４０はモード操作信号Ｓ_Mにより、バッテリーシステム２００を放電モードに切り換え、たとえば、バッテリーシステム２００は電気エネルギーを外接電子装置（図２には表示されていない）に提供する。コントロールユニット２４０は、リレーユニット２２０とスイッチユニット２３０をスイッチオンし、放電電流（すなわち、ブランチ電流Ｉ_D）を外接電子装置に提供する。さらに具体的には、制御信号Ｓ_RLがローレベルに切り換えられてトランジスタＭ_Rを切断し、接点Ｐを接点Ｑに接続させられ、このほか、制御信号Ｓ_Dがハイレベルに維持されてトランジスタＭ_Dを導通状態に保持するとき、制御信号Ｓ_Cはハイレベルに切り換えられてトランジスタＭ_Cを導通させる。注意すべきことは以下のとおりである。コントロールユニット２４０が制御信号Ｓ_RLの信号レベルを切り換えた後、ある時間△Ｔ_B（図３に示されるとおり）が、接点Ｐと接点Ｑを接続するのに必要であり、言い換えると、時間△Ｔ_Bは切断状態にあるリレーユニット２２０がスイッチオンするのに必要な切り換え時間である。時間△Ｔ_Bに較べて、切断状態にあるトランジスタＭ_Cが導通するのに必要な切り換え時間は無視でき、これにより、時間点Ｔ３と時間点Ｔ４の間にあって、接点Ｐと接点Ｑは分離し、トランジスタＭ_Cはすなわち導通状態にあると見なされ得て、ゆえにブランチ電流Ｉ_Dはすなわち、トランジスタＭ_CとトランジスタＭ_Dをとおりバッテリーブランチ１０２へと流れる。このほか、トランジスタＭ_Dは制御信号Ｓ_Dにより導通状態を保持し、これにより、トランジスタＭ_Cが導通する前に、ブランチ電流Ｉ_DはトランジスタＭ_D及びボデーダイオードＤ_Cをとおりバッテリーブランチ１０２へと流れる。言い換えると、電気エネルギーの外接電子装置への提供は、ほぼ遅延の問題を有しえない。

検出結果ＤＲがブランチ電流Ｉ_Dが設定電流値Ｉ_PDまで減少したことを示すとき（たとえば、全ての、或いはほぼ全ての）バッテリーブランチ１０２に保存されている電気エネルギーが外接電子装置にすでに提供されている）、コントロールユニット２４０はリレーユニット２２０とスイッチユニット２３０を切断して放電経路の切断し（すなわち、時間点Ｔ５における）。さらに具体的に説明すると、制御信号Ｓ_RLがハイレベルに切り換えられてトランジスタＭ_Rを導通させて、接点Ｐと接点Ｑを分離させ、このほか、制御信号Ｓ_Cがハイレベルに維持されてトランジスタＭ_Cが導通するとき、制御信号Ｓ_Dはローレベルに切り換えられて、トランジスタＭ_Dを切断する。これにより、バッテリーシステム２００は電気エネルギーの供給を停止できる。これに類似し、スイッチオン状態のリレーユニット２２０の切断に必要な時間△Ｔ_Aに較べ、導通状態のトランジスタＭ_Dを切断するのに必要な切り換え時間は無視でき、このため、時間点Ｔ５と時間点Ｔ６の間にあって、ブランチ電流Ｉ_Dはリレーユニット２２０をとおりバッテリーブランチ１０２へと流れる。

続いて、時間点Ｔ７において、コントロールユニット２４０はモード操作信号Ｓ_Mに基づき、再度バッテリーシステム２００を充電モードに切り換える。コントロールユニット２４０はリレーユニット２２０及びスイッチユニット２３０をスイッチオンでき、ブランチ電流Ｉ_Cにバッテリーブランチ１０２に対して充電を行なわせる。さらに具体的に説明すると、制御信号Ｓ_RLがローレベルに切り換えられて、トランジスタＭ_Rを切断し、接点Ｐを接点Ｑに接続させられ、このほか、制御信号Ｓ_Cがハイレベルに維持されてトランジスタＭ_Cが導通状態に保持されるとき、制御信号Ｓ_Dはハイレベルに切り換えられてトランジスタＭ_Dを導通させる。同様に、切断状態にあるリレーユニット２２０がスイッチオンするのに必要な時間△Ｔ_Bにくらべ、切断状態のトランジスタＭ_Dが導通するのに必要な切り換え時間は無視でき、これにより、時間点Ｔ７と時間点Ｔ８の間にあって、ブランチ電流Ｉ_Cはすなわち、トランジスタＭ_CとボデーダイオードＤ_Dをとおり端子ＰＡＫ−へと流れる。簡単に言うと、バッテリーシステム２００に対する充電は、ほぼ遅延の問題を有し得ない。

以上から分かるように、トランジスタＭ_Cは、充電トランジスタと見なすことができ、それはバッテリーシステム２００の充電動作を制御するのに用いられ、及びトランジスタＭ_Dは放電トランジスタと見なされ、それはバッテリーシステム２００の放電動作を制御するのに用いられる。

バッテリーシステム２００が充電飽和となるとき、バッテリーシステム２００に外接された充電装置は、浮動充電動作（ｆｌｏａｔ ｃｈａｒｇｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）（たとえば、定電圧或いはロー充電電流でバッテリーシステム２００に対して充電を行なう）を実行できる。しかし、浮動充電動作の充電電流は比較的小さく、且つ容易に変動するため、リレーユニット２２０をスイッチオン、スイッチオフの状態の間で頻繁に切り換え、リレーユニット２２０の使用寿命を短縮させる。図２と共に図４を参照されたい。図４は図２に示される複数の制御信号Ｓ_RL、Ｓ_C、Ｓ_Dの別の実施の例の信号タイミング図である。

この例において、頻繁にリレーユニット２２０が切り換えられるのを防止するため、ブランチ電流が比較的低いとき、ブランチ電流の導通経路は主にスイッチユニット２３０により提供される。これについて、さらに以下のように説明を行なう。

時間点Ｔ０’において、バッテリーシステム２００は充電モードで操作され、そのうち、トランジスタＭ_Rは制御信号Ｓ_RLにより切断されてリレーユニット２２０をスイッチオン状態に保持し、トランジスタＭ_CとトランジスタＭ_Dはそれぞれ制御信号Ｓ_Cと制御信号Ｓ_Dに基づいて導通する。検出結果ＤＲが充電電流（すなわちブランチ電流Ｉ_C）が第１設定電流値Ｉ_PC1まで減少したことを示すとき（たとえば、バッテリーブランチ１０２が充電飽和）、コントロールユニット２４０はリレーユニット２２０をスイッチオフし並びにスイッチユニット２３０をスイッチオン状態に保持する（すなわち、時間点Ｔ１’）。さらに具体的には、制御信号Ｓ_RLがハイレベルに切り換えられてトランジスタＭ_Rを導通させて、接点Ｐと接点Ｑを分離させ、制御信号Ｓ_Cと制御信号Ｓ_Dはいずれもハイレベルを維持してトランジスタＭ_CとトランジスタＭ_Dの導通状態を保持する。こうして、リレーユニット２２０の使用寿命を延長できる。

続いて、検出結果ＤＲが、ブランチ電流Ｉ_Cが第１設定電流値Ｉ_PC1より小さい第２設定電流値Ｉ_PC2まで減少したことを示すとき（たとえば、バッテリーブランチ１０２がすでに充電飽和）、コントロールユニット２４０はリレーユニット２２０をスイッチオフ状態に保持でき、並びにスイッチユニット２３０をスイッチオフして充電経路を切断する（すなわち、時間点Ｔ２’）。さらに具体的には、制御信号Ｓ_RLと制御信号Ｓ_Dはいずれもハイレベルに維持されて、制御信号Ｓ_Cはローレベルに切り換えられてトランジスタＭ_Cを切断する。

続いて、時間点Ｔ３’において、コントロールユニット２４０はモード操作信号Ｓ_Mに基づき、バッテリーシステム２００を放電モードに切り換える。さらに具体的に説明すると、コントロールユニット２４０は制御信号Ｓ_RLをローレベルに切り換えてトランジスタＭ_Rを切断し、接点Ｐを接点Ｑに接続させ、これによりリレーユニット２２０をスイッチオンする。このほか、コントロールユニット２４０は制御信号Ｓ_Cをハイレベルに切り換え、これによりトランジスタＭ_cを導通させ、並びに制御信号Ｓ_Dをハイレベルに維持することでトランジスタＭ_Dを導通状態に保持し、これにより、スイッチユニット２３０をスイッチオンする。同様に、コントロールユニット２４０が制御信号Ｓ_RLの信号レベルを切り換えた後には、接点Ｐを接点Ｑと接続させるのにある時間△Ｔ_Bが必要であり、これにより、リレーユニット２２０がスイッチオンされる（すなわち、時間点Ｔ４’）前に、ブランチ電流Ｉ_Dはスイッチユニット２３０をとおりバッテリーブランチ１０２に向けて流れる。

検出結果ＤＲがブランチ電流ＩDが第１設定電流値ＩPD1まで減少したことを示すとき（たとえば、バッテリーブランチ１０２に保存された電気エネルギーの大部分がすでに外接電子装置に提供された）、コントロールユニット２４０はリレーユニット２２０をスイッチオフし並びにスイッチユニット２３０のスイッチオン状態を保持できる（すなわち、時間点Ｔ５’）。さらに具体的に説明すると、制御信号ＳRLがハイレベルに切り換えられてトランジスタＭRが導通するとき、接点Ｐと接点Ｑは分離させられ、制御信号ＳCと制御信号ＳDはいずれもハイレベルに維持されてトランジスタＭCとトランジスタＭDが導通状態に保持される。続いて、検出結果ＤＲがブランチ電流ＩDが第１設定電流値ＩPD1より小さい第２設定電流値ＩPD2まで減少したことを示すとき（たとえば、バッテリーブランチ１０２がすでに充電飽和）、コントロールユニット２４０はリレーユニット２２０を切断状態に維持し、並びにスイッチユニット２３０をスイッチオフして放電経路を切断する（すなわち、時間点Ｔ６’）。さらに具体的に説明すると、制御信号ＳRLと制御信号ＳCはいずれもハイレベルを維持し、制御信号ＳDはローレベルに切り換えられてトランジスタＭDを切断する。

続いて、時間点Ｔ７’において、コントロールユニット２４０は、モード操作信号Ｓ_Mに基づき、さいどバッテリーシステム２００を充電モードに切り換える。コントロールユニット２４０はリレーユニット２２０とスイッチユニット２３０をスイッチオンでき、ブランチ電流Ｉ_Cにバッテリーブランチ１０２に対する充電を行なわせる。さらに具体的に説明すると、制御信号Ｓ_RLがローレベルに切り換えられてトランジスタＭ_Rを切断し、接点Ｐと接点Ｑを接続させ、このほか、制御信号Ｓ_Cがハイレベルに維持されてトランジスタＭ_Cを導通状態に保持するとき、制御信号Ｓ_Dはハイレベルに切り換えられてトランジスタＭ_Dを導通させる。同様に、コントロールユニット２４０が制御信号Ｓ_RLの信号レベルを切り換えた後、接点Ｐと接点Ｑが接続するまでに時間△Ｔ_Bが必要で、これにより、リレーユニット２２０がスイッチオンする（すなわち、時間点Ｔ８’）の前に、ブランチ電流Ｉ_Cはすなわち、スイッチユニット２３０をとおり端子ＰＡＫ−へと流れる。

注意されたいことは以下のとおりである。以上は説明のための例示であって、本発明を制限するためのものではない。ある実施の例では、リレーユニット２２０はその他のタイプのリレー（たとえば、常開型（ｎｏｒｍａｌｌｙ ｏｐｅｎ）リレー）で実施可能である。また別の実施の例では、スイッチユニット２３０の包含するスイッチ素子もその他のタイプのスイッチ素子を利用して実施でき、且つスイッチユニット２３０が包含するスイッチ素子の個数は二つに限られない。またある実施の例では、バッテリーシステム２００が充電又は放電完了したかを判断する方式は、検出素子Ｒ_SENの発生する検出結果によるものとは限られず、たとえば、コントロールユニット２４０が複数のバッテリーユニットＢ₁〜Ｂ_mの総電圧が充電電源の電圧と等しいか否かにより、充電が完成したかを判断する。また、ある例においては、コントロールユニット２４０は、充電／放電の時間に基づき、充電／放電動作を完成したか否かを判断する。簡単に述べると、図１に示される制御回路１１０の構造を採用することでバッテリーブランチを制御するものであれば、いずれも本発明の発明精神を遵守するものとする。

本発明の提出する制御回路はまた、過電流（たとえば、短絡）保護メカニズムに用いられ得る。図２に図５も合わせて参照されたい。図５は図２に示される複数の制御信号Ｓ_RL、Ｓ_C、Ｓ_Dの別の実施の例の信号タイミング図である。この実施の例においては、バッテリーシステム２００は充電モードで動作し、検出結果ＤＲがブランチ電流Ｉ_cがある電流上限Ｉ_PUより大きいことを示すとき、コントロールユニット２４０はリレーユニット２２０及びスイッチユニット２３０を切断できる（すなわち、時間点Ｔ９）。さらに具体的に説明すると、コントロールユニット２４０は、制御信号Ｓ_RLをハイレベルに切り換えて、トランジスタＭ_Rを導通させ、接点Ｐと接点Ｑを分離させ、このほか、コントロールユニット２４０は制御信号Ｓ_Cと制御信号Ｓ_Dをローレベルに切り換えて、それぞれトランジスタＭ_CとトランジスタＭ_Dを切断できる。注意すべきことは以下のとおりである。切断状態のリレーユニット２２０がスイッチオンするにはある時間△Ｔ_Aが必要であり、これにより、時間点Ｔ９と時間点Ｔ１０の間で、ブランチ電流Ｉ_c（すなわち、過電流）は、リレーユニット２２０をとおり端子ＰＡＫ−へと流れ、過電流が形成するトランジスタＭ_cとトランジスタＭ_Dの損壊を防止できる。

このほか、複数の並列接続されたバッテリーブランチを具えたバッテリーシステムに対しては、複数のバッテリーブランチの少なくとも一つが、本発明により提出される制御回路（たとえば、図２に示される制御回路２１０）により制御され、残るバッテリーブランチはリレーにより制御される（たとえば、図２に示されるリレーユニット２２０を包含する制御回路）。

図６を参照されたい。それは本発明のバッテリーシステムのバッテリーブランチの制御方法の一つの実施例のフローチャートである。この制御方法は、図２に示される制御回路２１０に応用可能で、並びに以下のように簡単にまとめられる。
ステップ６０２：開始。
ステップ６０４：リレーユニットがバッテリーブランチに接続され、スイッチユニットがリレーユニットに並列に接続される。
ステップ６０６：バッテリーブランチを流れるブランチ電流を検出して検出結果を発生する。
ステップ６０８：検出結果に基づいて、ブランチ電流が設定電流値まで減少したかを判断し、イエスであれば、ステップ６１０を実行し、ノーであれば、ステップ６０６を実行する。
ステップ６１０：リレーユニット及びスイッチユニットを切断することで特定導通経路を切断する。
ステップ６１２：終了。

ステップ６１０中、バッテリーシステムの操作モードにより、切断する必要のある特定導通経路（たとえば、充電経路或いは放電経路）を決定することができる。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者は、図１から図３の関係説明を閲読した後に、図６に示される各ステップの操作の細部を簡単に理解することができ、ゆえに、さらなる説明はここでは重複して行なわない。

図７を参照されたい。それは本発明のバッテリーシステムのバッテリーブランチの制御方法のもう一つの実施例のフローチャートである。この制御方法は、図２に示される制御回路２１０に応用可能で、並びに以下のように簡単にまとめられる。
ステップ７０２：開始。
ステップ７０４：リレーユニットがバッテリーブランチに接続され、スイッチユニットがリレーユニットに並列に接続される。
ステップ７０６：バッテリーブランチを流れるブランチ電流を検出して検出結果を発生する。
ステップ７０８：検出結果に基づいて、ブランチ電流が第１設定電流値まで減少したかを判断し、イエスであれば、ステップ７０９を実行し、ノーであれば、ステップ７０６を実行する。
ステップ７０９：該リレーユニットを切断し、該スイッチユニットを導通状態に維持する。
ステップ７１０：検出結果に基づき、該ブランチ電流が該第１設定電流値より小さい第２設定電流値まで減少したかを判断し、イエスであれば、ステップ７１１を実行し、ノーであれば、ステップ７０９を実行する。
ステップ７１１：リレーユニットを切断状態に維持し、並びにスイッチユニットを切断することで、特定の導通経路を切断する。
ステップ７１２：終了。

ステップ７１１中、バッテリーシステムの操作モードにより、切断する必要のある特定導通経路（たとえば、充電経路或いは放電経路）を決定することができる。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者は、図１から図４の関係説明を閲読した後に、図７に示される各ステップの操作の細部を簡単に理解することができ、ゆえに、さらなる説明はここでは重複して行なわない。

総合すると、本発明の提供する制御回路は、バッテリーシステムのエネルギーロスを減らし、バッテリーシステムの随時充電／放電の便利性を増加し、並びに電池システム、リレー素子の使用寿命を延長し、及び過電流（短絡）の防護措置を提供する。

以上は本発明の好ましい実施例の説明に過ぎず、並びに本発明を限定するものではなく、本発明に提示の精神より逸脱せずに完成されるその他の同等の効果の修飾或いは置換は、いずれも本発明の権利請求範囲内に属する。

１００、２００ バッテリーシステム
１０２ バッテリーブランチ
１１０、２１０ 制御回路
１２０、２２０ リレーユニット
１３０、２３０ スイッチユニット
１４０、２４０ コントロールユニット
６０２、６０４、６０６、６０８、６１０、６１２、７０２、７０４、７０６、７０８、７０９、７１０、７１１、７１２ ステップ
Ｂ₁、Ｂ₂、Ｂ_m バッテリーユニット
Ｃ_R、Ｃ_S、Ｓ_RL、Ｓ_C、Ｓ_D 制御信号
ＰＡＫ＋、ＰＡＫ− 端子
Ｓ_M モード操作信号
Ｉ、Ｉ_C、Ｉ_D ブランチ電流
ＤＲ 検出結果
Ｒ_SEN 検出素子
Ｐ、Ｑ 接点
ＧＮＤ 接地電圧
Ｎ_RL、Ｎ_C、Ｎ_D 制御端
Ｄ_R、Ｄ_C、Ｄ_D ボデーダイオード
Ｖ_BIAS バイアス電圧
Ｉ_L 電流
Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７、Ｔ８、Ｔ９、Ｔ１０、Ｔ０’、
Ｔ１’、Ｔ２’、Ｔ３’、Ｔ４’、Ｔ５’、Ｔ６’、Ｔ７’、Ｔ８’ 時間点
Ｉ_PC、Ｉ_PC1、Ｉ_PC2、Ｉ_PD、Ｉ_PD1、Ｉ_PD2 設定電流値
Ｉ_PU 電流上限
△Ｔ_A、△Ｔ_B 時間

Claims (9)

1. バッテリーシステムのバッテリーブランチの制御回路において、
   該バッテリーブランチに接続されるリレーユニット、
   該リレーユニットに並列に接続され、それぞれボディダイオードを有する第１トランジスタ及び第２トランジスタを含み、該第１トランジスタは相反する方向を以て該第２トランジスタに接続されるスイッチユニット、及び、
   該バッテリーブランチに接続され、該バッテリーブランチを流れるブランチ電流を検出して検出結果を発生する検出素子、
   コントロールユニットであって、該リレーユニット及び該スイッチユニットに接続され、該検出結果に基づき該リレーユニット及び該スイッチユニットの切り換えを制御して選択的に該バッテリーブランチを流れるブランチ電流を導通させる、上記コントロールユニット、
   以上を含み、該検出結果が該ブランチ電流が充電方向に流れる電流値を規定する第１設定電流値より小さいことを示すとき、該コントロールユニットは該リレーユニット及び、充電電流を阻止しかつ放電電流を通流する方向に設けられたボディダイオードを有する第１トランジスタ又は第２トランジスタのうちのいずれか一方のトランジスタを切断し、並びに第１トランジスタ又は第２トランジスタのうちの他方のトランジスタを導通状態に保持して第１導通経路を形成し、該検出結果が該ブランチ電流が放電方向に流れる電流値を規定する第２設定電流値より小さいことを示すとき、該コントロールユニットは該リレーユニット及び、放電電流を阻止しかつ充電電流を通流する方向に設けられたボディダイオードを有する第１トランジスタ又は第２トランジスタのうちのいずれか一方のトランジスタを切断し、並びに第１トランジスタ又は第２トランジスタのうちの他方のトランジスタを導通状態に保持して第２導通経路を形成することを特徴とする、制御回路。
2. 請求項１記載の制御回路において、該スイッチユニットの切り換え時間は、該リレーユニットの切り換え時間より短いことを特徴とする、制御回路。
3. 請求項１記載の制御回路において、該第１導通経路は放電経路とされることを特徴とする、制御回路。
4. 請求項１に記載の制御回路において、該第２導通経路は充電経路とされることを特徴とする、制御回路。
5. 請求項１記載の制御回路において、該検出結果が、該ブランチ電流が電流上限より大きいことを示すとき、該コントロールユニットは該リレーユニット及び該スイッチユニットを切断することを特徴とする、制御回路。
6. 請求項１記載の制御回路において、該第１トランジスタは該バッテリーシステムの充電動作の制御に用いられ、該第２トランジスタは該バッテリーシステムの放電動作の制御に用いられることを特徴とする、制御回路。
7. 請求項１記載の制御回路において、該コントロールユニットはモード操作信号を受け取って該バッテリーシステムを充電モード或いは放電モードで動作させる制御を行ない、及び、該コントロールユニットが該リレーユニットを切断し、該第１トランジスタを切断し、及び該第２トランジスタを導通させた後、該コントロールユニットが該モード操作信号に基づき、該バッテリーシステムを該充電モード或いは該放電モードに切り換えるとき、該コントロールユニットは該リレーユニットをスイッチオンし及び該第１トランジスタを導通させることを特徴とする、制御回路。
8. 請求項１記載の制御回路において、該リレーユニット及び該スイッチユニットがいずれも導通するとき、該リレーユニットの等価抵抗は、該スイッチユニットの等価抵抗より小さいことを特徴とする、制御回路。
9. バッテリーシステムのバッテリーブランチの制御方法において、
   リレーユニットが該バッテリーブランチに接続され、それぞれボディダイオードを有する第１トランジスタと第２トランジスタが接続されてスイッチユニットが構成され、該第１トランジスタは相反する方向を以て第２トランジスタに接続され、該スイッチユニットが該リレーユニットに並列に接続され、
   該リレーユニット及び該スイッチユニットの切り換えが制御されて選択的に該バッテリーブランチを流れるブランチ電流が導通させられ、該リレーユニット及び該スイッチユニットの切り換えのステップは、該ブランチ電流を検出して検出結果を発生し、及び該検出結果に基づき該リレーユニット及び該スイッチユニットの切り換えを制御することを含み、
   該検出結果が該ブランチ電流が充電方向に流れる電流値を規定する第１設定電流値より小さいことを示すとき、該検出結果に基づき該リレーユニット及び該スイッチユニットの切り換えを制御するステップは、
   該リレーユニット及び充電電流を阻止しかつ放電電流を通流する方向に設けられたボディダイオードを有する第１トランジスタ又は第２トランジスタのうちのいずれか一方のトランジスタを切断し、第１トランジスタ又は第２トランジスタのうちの他方のトランジスタを導通状態に保持して第１導通経路を形成することを含み、
   該検出結果が該ブランチ電流が放電方向に流れる電流値を規定する第２設定電流値より小さいことを示すとき、該検出結果に基づき該リレーユニット及び該スイッチユニットの切り換えを制御するステップは、
   該リレーユニット及び放電電流を阻止しかつ充電電流を通流する方向に設けられたボディダイオードを有する第１トランジスタ又は第２トランジスタのうちのいずれか一方のトランジスタを切断し、第１トランジスタ又は第２トランジスタのうちの他方のトランジスタを導通状態に保持して第２導通経路を形成することを含み、
   該検出結果が該ブランチ電流が電源上限より大きいことを示すとき、該検出結果に基づき該リレーユニット及び該スイッチユニットの切り換えを制御するステップは、
   該リレーユニット及び該スイッチユニットを切断することを含むことを特徴とする、制御方法。

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