特開 2024-158519 セルバランススイッチ回路、電池監視装置、電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024158519

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】セルバランススイッチ回路、電池監視装置、電池システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/02 20160101AFI20241031BHJP

【ＦＩ】

H02J7/02 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023073776

(22)【出願日】2023-04-27

(71)【出願人】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松本 凌

【テーマコード（参考）】

5G503

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503BA03

5G503BB01

5G503CA11

5G503GA01

5G503GA12

5G503HA01

(57)【要約】

【課題】セルバランススイッチ回路内のセルバランススイッチの積層とセル列内の電池セルの積層との接続に際して生じる可能性のある、セルバランススイッチ一段当たりの電位差の不均一を低減する。
【解決手段】セルバランススイッチ回路１７は、複数の電極２３、電極２３のそれぞれに接続される複数の導電線２５、及び導電線２５のうち隣り合う２つの導電線２５の間に接続されるように構成される複数のセルバランススイッチ２７を備え、各セルバランススイッチ２７は、隣り合う導電線２５の間に接続される第１トランジスタ３１、第１トランジスタ３１のゲート（Ｇ）に接続されたバイアス線３３、及びバイアス線３３と導電線２５との間に接続される抑制回路３５を含み、抑制回路３５は、導電線２５の電圧変化に応答して、一時的にバイアス線３３と導電線２５とを接続するように構成されるスイッチ３７を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

直列に接続されるｎ個の電池セルを含むセル列における前記電池セルのうち隣り合う２つの電池セルの共有ノードのそれぞれに接続されるように構成される（ｎ＋１）個の電極と、
前記電極のそれぞれに接続される（ｎ＋１）個の導電線と、
前記導電線のうち隣り合う２つの導電線の間に接続されるように構成されるｎ個のセルバランススイッチと、
を備え、
前記セルバランススイッチの各々は、隣り合う前記導電線の間に接続される第１トランジスタ、前記第１トランジスタのゲートに接続されたバイアス線、及び前記バイアス線と前記導電線との間に接続されるように構成される抑制回路を含み、
前記抑制回路は、前記導電線の電圧変化に応答して、一時的に前記バイアス線と前記導電線とを接続するように構成されるスイッチを含む、
セルバランススイッチ回路。

【請求項2】

前記抑制回路は、前記抑制回路に関連付けられた前記導電線と前記バイアス線とにそれぞれ接続されるソース及びドレインを有する第２トランジスタを含む、
請求項１に記載されたセルバランススイッチ回路。

【請求項3】

前記抑制回路は、前記抑制回路に関連付けられた前記導電線と前記第２トランジスタのゲートとの間に接続される遅延回路を更に含む、
請求項２に記載されたセルバランススイッチ回路。

【請求項4】

前記抑制回路は、前記第２トランジスタのゲートと前記導電線との間に接続される抵抗体と、前記第２トランジスタの前記ゲートと前記ドレインとの間に接続されるキャパシタとを更に含む、
請求項２に記載されたセルバランススイッチ回路。

【請求項5】

前記セルバランススイッチは、前記バイアス線と前記導電線との間に逆方向に接続されるダイオードを更に備える、
請求項２に記載されたセルバランススイッチ回路。

【請求項6】

前記第２トランジスタの導電型は、前記セルバランススイッチの前記第１トランジスタの導電型と同じである、
請求項２に記載されたセルバランススイッチ回路。

【請求項7】

前記セルバランススイッチの前記第１トランジスタの少なくとも一部は、ｐチャネル型を有する、
請求項１に記載されたセルバランススイッチ回路。

【請求項8】

前記セルバランススイッチの前記第１トランジスタの少なくとも一部は、ｎチャネル型を有する、
請求項１に記載されたセルバランススイッチ回路。

【請求項9】

請求項１から請求項８のいずれか一項に接続されたセルバランススイッチ回路と、
前記セルバランススイッチのそれぞれに接続されるセル選択スイッチを含むセル選択スイッチ回路と、
前記セルバランススイッチ回路及び前記セル選択スイッチ回路を介して前記電極の奇数番目に接続される第１ライン、並びに前記電極の偶数番目に接続される第２ラインに接続されるセル電圧測定回路と、
を備える、電池監視装置。

【請求項10】

前記バイアス線に接続されるバイアス線制御回路を更に備え、
前記セルバランススイッチは、前記バイアス線と前記導電線との間に接続される抵抗体を更に含み、
前記バイアス線制御回路は、前記抵抗体に流す電流を生成して、前記第１トランジスタを導通させる、
請求項９に記載された電池監視装置。

【請求項11】

請求項９に記載された電池監視装置と、
直列に接続されるｎ個の電池セルを含むセル列と、
を備える、
電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、セルバランススイッチ回路、電池監視装置、及び電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、電池監視装置を開示する。電池監視装置は、セルバランス回路のセルバランス制御端子の望まれない動作による電池セルの望まれない放電を防止する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－２１１５８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電池監視装置は、電池セルの直列接続を含むセル列におけるセルの端子電圧をバランスさせる。具体的には、電池監視装置は、複数のスイッチ素子を含み、これらのスイッチ素子は、セル列における直列接続のそれぞれの電池セルに接続される。電池監視装置は、これらのスイッチ素子を制御して、充電量の多い電池セルを放電して電池セルの充電量を均等化する。

【0005】

電池監視装置は、セル列を含む電池装置に活線挿抜（差し込み及び抜き取り）可能である。電池装置が、電源に接続された電池監視装置に一体化されるとき、セル列の直列接続の隣接セルの陰極及び陽極からの端子は、電池監視装置の対応する電極に接続される。

【0006】

対応する電極と個々の端子との接触は、全ての端子及び電極において完全に同時に生じず、差し込み毎に様々な順序で生じる。差し込みの際には、耐圧違反になる電圧が電池監視装置のスイッチに加わる可能性があることが見いだされた。しかしながら、電池装置及び電池監視装置の一体化に際して、全ての端子と電極との接触のタイミングを制御する方策は、見いだされていない。

【0007】

耐圧違反になる電圧がスイッチに加わることを避けるために、外部のツェナーダイオードを電池監視装置の電極に接続している。

【0008】

本発明は、セル列内の電池セルの積層とセルバランススイッチの積層との接続に際して生じる可能性のある、セルバランススイッチの端子間電圧の不均一を低減できるセルバランススイッチ回路、電池監視装置、及び電池システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の第１態様に係るセルバランススイッチ回路は、直列に接続されるｎ個の電池セルを含むセル列における隣り合う２つの電池セルの共有ノードのそれぞれに接続されるように構成される（ｎ＋１）個の電極と、前記電極のそれぞれに接続される（ｎ＋１）個の導電線と、前記導電線のうち隣り合う２つの導電線の間に接続されるように構成されるｎ個のセルバランススイッチと、を備え、前記セルバランススイッチの各々は、隣り合う前記導電線の間に接続される第１トランジスタ、前記第１トランジスタのゲートに接続されたバイアス線、及び前記バイアス線と前記導電線との間に接続されるように構成される抑制回路を含み、前記抑制回路は、前記導電線の電圧変化に応答して、一時的に前記バイアス線と前記導電線とを接続するように構成されるスイッチを含む。

【0010】

本発明の第２態様に係る電池監視装置は、第１態様に従うセルバランススイッチ回路と、前記セルバランススイッチのそれぞれに接続されるセル選択スイッチを含むセル選択スイッチ回路と、前記セルバランススイッチ回路及び前記セル選択スイッチ回路を介して前記電極の奇数番目に接続される第１ライン、並びに前記電極の偶数番目に接続される第２ラインに接続されるセル電圧測定回路とを備える。

【0011】

本発明の第３態様に係る電池システムは、第２態様に従う電池監視装置と、直列に接続されるｎ個の電池セルを含むセル列とを備える。

【発明の効果】

【0012】

上記の態様のセルバランススイッチ回路、電池監視装置、及び電池システムによれば、セル列内の電池セルの積層とセルバランススイッチの積層との接続に際して生じる可能性のある、セルバランススイッチの端子間電圧の不均一を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本実施形態に係る電池システムを概略的に示す図面である。

【図2】図２は、本実施形態に係る電池監視装置のセルバランススイッチ回路を概略的に示す図面である。

【図3】図３は、本実施形態に係る電池システムの例示的な抑制回路を概略的に示す図面である。

【図4】図４は、本実施形態に係る電池システムの例示的な抑制回路を概略的に示す図面である。

【図5】図５は、本実施形態に係る電池監視装置の例示的な極性切替回路を概略的に示す回路図である。

【図6】図６は、本実施形態に係る電池監視装置の例示的なセル選択スイッチを概略的に示す回路図である。

【図7】図７は、本実施形態に係る電池システムを概略的に示す図面である。

【図8】図８は、抑制回路を備えない電池システムを概略的に示す図面である。

【図9】図９は、図８の電池システムにおける起動における電池監視装置の全ての導電線の電圧波形及び電池監視装置の電源線の電圧波形を示す図面である。

【図10】図１０は、図８に示された電池システムにおけるセルバランススイッチのｐ型トランジスタ及びｎ型トランジスタのゲート－ソース間電圧（ＶＧＳ）を示す図面である。

【図11】図１１は、抑制回路を備える電池システムを概略的に示す図面である。

【図12】図１２は、図１１の電池システムにおける起動における電池監視装置の全ての導電線の電圧波形及び電池監視装置の電源線の電圧波形を示す図面である。

【図13】図１３は、図１１に示された電池システムにおけるセルバランススイッチのｐ型トランジスタ及びｎ型トランジスタのゲート－ソース間電圧（ＶＧＳ）を示す図面である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照して本発明を実施するための実施形態について説明する。引き続く説明において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付して、繰り返しの説明を省略する。

【0015】

図１は、本実施形態に係る電池システムを概略的に示す図面である。電池システム１１は、電池装置１３及び電池監視装置１５を含む。図２は、本実施形態に係る電池監視装置のセルバランススイッチ回路を概略的に示す図面である。図２において、トランジスタの回路記号が示される。引き続く記述において、トランジスタのゲート、ドレイン、及びソースは、符号「Ｇ」、「Ｄ」及び「Ｓ」によって示される。

【0016】

図１を参照すると、電池装置１３は、直列に接続されるｎ個の電池セル１４を含むセル列１８を有する。セル列１８における電池セル１４のうち隣り合う２つの電池セル１４は、共有ノード１６において互いに接続される。一方の電池セル１４の陽極ＡＤと他方の電池セル１４の陰極ＣＤとが、共有ノード１６においてを互いに接続される。各電池セル１４は、充電、放電、セルバランス処理を行う単位のリチウム電池を包含し、また複数の単位のリチウム電池を含む電池デバイスを包含する。「セル」の呼称は、物理的なリチウム電池セルを必ずしも意味しない。電池装置１３は、共有ノード１６のそれぞれに接続された電池電極２０を備える。図１において、電池装置１３は、電池監視装置１５に接続されていない。

【0017】

電池監視装置１５は、セルバランススイッチ回路１７を含む。セルバランススイッチ回路１７は、（ｎ＋１）個の電極２３、（ｎ＋１）個の導電線２５、及びｎ個のセルバランススイッチ２７を備える。電極２３は、電池セル１４の共有ノード１６のそれぞれに接続されるように構成される。導電線２５は、電極２３のそれぞれに接続される。セルバランススイッチ２７は、導電線２５のうち隣り合う２つの導電線２５の間に接続されるように構成される。

【0018】

図１及び図２を参照すると、セルバランススイッチ２７の各々は、第１トランジスタ３１、バイアス線３３、及び抑制回路３５を含む。バイアス線３３は、第１トランジスタ３１のゲート（Ｇ）に接続されると共に、第１トランジスタ３１のソース（Ｓ）及びドレイン（Ｄ）は、それぞれの隣り合う導電線２５（陽極側の導電線２５及び陰極側の導電線２５）の間に接続される。第１トランジスタ３１は、ｐ型又はｎ型のＭＯＳトランジスタであることができる。

【0019】

セルバランススイッチ２７の第１トランジスタ３１の少なくとも一部は、ｐチャネル型を有することができる。セルバランススイッチ回路１７によれば、セル列１８の高電位側のセルバランススイッチ２７には、ｐチャネル型の第１トランジスタ３１を提供することができる。また、セルバランススイッチ２７の第１トランジスタ３１の少なくとも一部は、ｎチャネル型を有することができる。セルバランススイッチ回路１７によれば、セル列１８の低電位側のセルバランススイッチ２７には、ｎチャネル型の第１トランジスタ３１を提供することができる。

【0020】

第１トランジスタ３１のバックゲート（基板端子）は、ソース（Ｓ）に接続される。このセルバランススイッチ回路１７によれば、個々のセルバランススイッチ２７の第１トランジスタ３１には、セルバランススイッチ２７の段数に関係無く、同程度の閾値が提供される。

【0021】

抑制回路３５は、導電線２５とバイアス線３３との間に接続されるように構成される。抑制回路３５は、スイッチ３７を含み、スイッチ３７は、導電線２５の電圧変化に応答して、一時的に導電線２５とバイアス線３３とを接続するように構成される。

【0022】

セルバランススイッチ回路１７によれば、セル列１８の電池セル１４からのセル電圧がセルバランススイッチ回路１７の電極２３に加わると、セル電圧は、これらの電極２３に接続された導電線２５の電圧を変化させる。個々の導電線２５上の電圧の変化に応答して、抑制回路３５のスイッチ３７が一時的に導通して、第１トランジスタ３１のソース（Ｓ）－ゲート（Ｇ）間の容量結合によるバイアス線３３の電圧変化を抑制する。電圧変化の抑制は、セルバランススイッチ２７の第１トランジスタ３１の意図しない導通を防止できる。

【0023】

抑制回路３５は、遅延回路３９を更に含み、遅延回路３９は、この抑制回路３５に関連付けられた導電線２５（第１トランジスタ３１のソース（Ｓ）に接続される導電線２５）とスイッチ３７の導電線２５との間に接続される。

【0024】

セルバランススイッチ回路１７の各セルバランススイッチ２７によれば、遅延回路３９は、第１トランジスタ３１のソース（Ｓ）に接続される導電線２５の上昇に応答して導通するスイッチ３７を遅延回路３９の遅延時間の後に非導通にして、バイアス線３３と導電線２５との一時的な接続を可能にする。

【0025】

図３は、本実施形態に係る電池システムの例示的な抑制回路を概略的に示す図面である。図４は、本実施形態に係る電池システムの例示的な抑制回路を概略的に示す図面である。

【0026】

図３及び図４を参照すると、例示的な抑制回路３５（３５ａ、３５ｂ）は、第２トランジスタ４１を含み、第２トランジスタ４１のソース（Ｓ）及びドレイン（Ｄ）は、それぞれ、この抑制回路３５に関連付けられた導電線２５（第１トランジスタ３１のソース（Ｓ）に接続される導電線２５）とバイアス線３３とにそれぞれ接続される。

【0027】

セルバランススイッチ回路１７によれば、抑制回路３５のスイッチ３７の閾値には、第２トランジスタ４１の閾値が提供される。

【0028】

第２トランジスタ４１のバックゲート（基板端子）は、ソース（Ｓ）に接続される。このセルバランススイッチ回路１７によれば、セルバランススイッチ２７の段数に関係無く、抑制回路３５のセルバランススイッチ２７の閾値には第２トランジスタ４１の閾値が提供される。

【0029】

セルバランススイッチ回路１７の各セルバランススイッチ２７によれば、第２トランジスタ４１は、第１トランジスタ３１のソース（Ｓ）に接続される導電線２５とバイアス線３３との一時的な接続を可能にする。一時的な接続は、導電線２５の電圧を第２トランジスタ４１のゲート（Ｇ）に与えて、第２トランジスタ４１のゲート（Ｇ）とソース（Ｓ）との電位差が大きくなることを防止する。

【0030】

抑制回路３５の遅延回路３９は、第１トランジスタ３１のソース（Ｓ）に接続される導電線２５と第２トランジスタ４１のゲート（Ｇ）との間に接続される。具体的には、遅延回路３９は、抵抗体Ｒｅｓ及びキャパシタＣａｐを含む。キャパシタＣａｐは、バイアス線３３と第２トランジスタ４１のゲート（Ｇ）との間に接続される。抵抗体Ｒｅｓは、導電線２５と第２トランジスタ４１のゲート（Ｇ）との間に接続される。

【0031】

セルバランススイッチ回路１７の各セルバランススイッチ２７によれば、遅延回路３９は、第１トランジスタ３１のソース（Ｓ）に接続される導電線２５の上昇に応答して一時的に導通する第２トランジスタ４１を遅延回路３９の遅延時間の後に非導通にして、バイアス線３３と導電線２５との一時的な接続を可能にする。

【0032】

第２トランジスタ４１のソース（Ｓ）は、導電線２５に接続される。導電線２５の電位が変化する際に、キャパシタＣａｐは、第２トランジスタ４１のゲート（Ｇ）にバイアス線３３に近い電位を与えるように動作する。これ故に、導電線２５の電位変化は、第２トランジスタ４１のゲート（Ｇ）とソース（Ｓ）との間の電位差が一時的に大きくなる。一方、導電線２５の電圧は、抵抗体Ｒｅｓを介してキャパシタＣａｐを充電する。充電により、キャパシタＣａｐの一端の電位が、第２トランジスタ４１の閾値を横切ると、第２トランジスタ４１は非導通になる。

【0033】

詳細には、第１トランジスタ３１がｐ型を有するとき、第２トランジスタ４１にはｐ型が提供される。第１トランジスタ３１がｎ型を有するとき、第２トランジスタ４１にはｎ型が提供される。これ故に、第２トランジスタ４１の導電型は、第１トランジスタ３１の導電型と同じであることができる。同じ導電型は、バイアス線３３に対する導電線２５の電位変化を利用して一時的に導通するスイッチを提供できる。

【0034】

再び図２を参照すると、セルバランススイッチ２７は、バイアス線３３と導電線２５との間に逆方向に接続されるダイオード４３を更に備えることができる。ダイオード４３は、ツェナーダイオードであることができる。ダイオード４３の陽極ＡＤＺは、バイアス線３３に接続され、ダイオード４３の陰極ＣＤＺは、導電線２５に接続される。ダイオード４３は、セルバランススイッチ２７の第１トランジスタ３１及び抑制回路３５の第２トランジスタ４１を保護することができる。

【0035】

セルバランススイッチ２７は、バイアス線３３と導電線２５との間に接続される抵抗体４５を更に備えることができる。抵抗体４５は、バイアス線３３の電圧又はバイアス線３３に流れる電流の制御に応答して、第１トランジスタ３１の導通及び非導通を制御することを可能にする。バイアス線３３は、セルバランススイッチ２７毎に設けられるので、第１トランジスタ３１の導通及び非導通の制御は、セルバランススイッチ２７毎に行われることができる。

【0036】

再び図１を参照すると、電池監視装置１５は、セル選択スイッチ回路５１を更に備えることができる。セル選択スイッチ回路５１は、セルバランススイッチ２７のそれぞれに接続されるセル選択スイッチ５３を含むことができる。セル選択スイッチ５３は、導電線２５のそれぞれに接続される。

【0037】

また、電池監視装置１５は、セル電圧測定回路５５を更に備えることができる。セル電圧測定回路５５は、セル選択スイッチ回路５１によって選択された電池セル１４の端子間電圧を測定することができる。

【0038】

電池監視装置１５は、セル選択スイッチ回路５１とセル電圧測定回路５５との間に接続された極性切替回路５７を更に備えることができる。

【0039】

導電線２５は、セル列１８の共有ノード１６のそれぞれに接続される。セル列１８内のある電池セル１４の電圧をモニタするとき、隣り合う２本の導電線２５が、セル選択スイッチ回路５１内の隣り合う２個のセル選択スイッチ５３によって選択される。

【0040】

具体的には、セル列１８内の一段目の電池セル１４では、電池セル１４の陰極は一番目の導電線２５に接続され、この電池セル１４の陽極は二番目の導電線２５に接続される。セル列１８内の二段目の電池セル１４では、電池セル１４の陰極は二番目の導電線２５に接続され、この電池セル１４の陽極は三番目の導電線２５に接続される。二番目の導電線２５は、一段目の電池セル１４の陽極及び二段目の電池セル１４の陰極に接続される。

【0041】

セル選択スイッチ回路５１内のセル選択スイッチ５３は、測定対象の電池セル１４を選び、その選択に応じて極性切替回路５７がラインの接続を調節する。極性切替回路５７は、偶数段目の電池セル１４の測定及び奇数段目の電池セル１４の測定の際に、隣り合う２本の導電線２５における電圧極性を切り替えて、測定対象の電池セル１４の陰極及び陽極をセル電圧測定回路５５に接続する。

【0042】

具体的には、極性切替回路５７は、第１入力５７ａ及び第２入力５７ｂを有する。第１入力５７ａは、奇数番目の導電線２５に関連付けられたセル選択スイッチ５３からの第１ラインＬＮ１に接続される。第２入力５７ｂは、偶数番目の導電線２５に関連付けられたセル選択スイッチ５３からの第２ラインＬＮ２に接続される。極性切替回路５７は、第１出力５７ｃ及び第２出力５７ｄを有する。第１出力５７ｃは、極性切替回路５７は、セル電圧測定回路５５の高電位入力５５ａに接続される。第２出力５７ｄは、セル電圧測定回路５５の低電位入力５５ｂに接続される。

【0043】

図５は、本実施形態に係る電池監視装置の例示的な極性切替回路を概略的に示す回路図である。

【0044】

例示的な極性切替回路５７は、４つのスイッチ（５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄ）を有する。スイッチ（５８ａ、５８ｃ）は、切替信号ＰＨＩに応答して動作する。スイッチ（５８ｂ、５８ｄ）は、切替信号ＰＨＩの反転した切替信号ＰＨＩＢに応答して動作する。スイッチ（５８ａ）は、第１入力５７ａと第１出力５７ｃとの間に接続される。スイッチ（５８ｂ）は、第２入力５７ｂと第１出力５７ｃとの間に接続される。スイッチ（５８ｃ）は、第２入力５７ｂと第２出力５７ｂとの間に接続される。スイッチ（５８ｄ）は、第１入力５７ａと第２出力５７ｂとの間に接続される。

【0045】

図６は、本実施形態に係る電池監視装置の例示的なセル選択スイッチを概略的に示す回路図である。

【0046】

例示的なセル選択スイッチ５３は、一端５３ｂ及び他端５３ｃを有する。セル選択スイッチ５３は、一端５３ｂと他端５３ｃとの間に電流路を形成するように接続された第３トランジスタ５４ｂ及び第４トランジスタ５４ｃを有する。第３トランジスタ５４ｂ及び第４トランジスタ５４ｃは、共有ノード５４ｄにおいて互いに接続される。セル選択スイッチ５３は、共有ノード５４ｄと電源線（例えばＧＮＤ）との間に接続される切替回路５６を含む。切替回路５６は、第１電流源５６ｂ、第２電流源５６ｃ、スイッチＳＷ１及びＳＷ２、ツェナーダイオードＤＺ並びに電流ミラー回路５６ｄを含む。電流ミラー回路５６ｄの入力部は、選択信号ＣＳＥＬＢに応答するスイッチＳＷ１を介して第１電流源５６ｂに接続される。電流ミラー回路５６ｄの出力部は、選択信号ＣＳＥＬに応答するスイッチＳＷ２を介して第２電流源５６ｃに接続される。電流ミラー回路５６ｄの出力部は、切替回路５６の出力５６ｏｕｔに接続される。ツェナーダイオードＤＺの陰極が、共有ノード５４ｄに接続され、陽極が出力５６ｏｕｔに接続される。

【0047】

切替回路５６において、スイッチＳＷ１が切替信号（ＣＳＥＬＢ）に応答して開くと共にスイッチＳＷ２が切替信号（ＣＳＥＬ）応答して閉じるとき、第２電流源５６ｃの電流が、ツェナーダイオードＤＺに流れて、出力５６ｏｕｔの電圧は、電源線（例えばＧＮＤ）の電位ではなく、共有ノード５４ｄの電位からツェナーダイオードＤＺの逆方向電圧だけ低い電位になる。第３トランジスタ５４ｂ及び第４トランジスタ５４ｃは、導通する。

【0048】

スイッチＳＷ１が切替信号（ＣＳＥＬＢ）に応答して閉じると共にスイッチＳＷ２が切替信号（ＣＳＥＬ）に応答して開くとき、第１電流源５６ｂの電流は、電流ミラー回路５６ｄの入力部に流れて、電流ミラー回路５６ｄの出力部は導通している。出力５６ｏｕｔの電圧は、共有ノード５４ｄの電圧になる。共有ノード５４ｄの電位は、閾値程度の値になる。

【0049】

図１を再び参照すると、電池監視装置１５は、セルバランススイッチ２７を制御する制御回路４７を更に備えることができる。制御回路４７は、ｎ個のバイアス線制御回路４９を備え、バイアス線制御回路４９は、セルバランススイッチ２７の各々におけるバイアス線３３に接続されて、バイアス線３３の電圧又は電流を制御する。

【0050】

例示的なバイアス線制御回路４９は、セルバランススイッチ２７の第１トランジスタ３１の導通又は非導通を制御するために、ある値の電流を流すこと、電流値をゼロにすること、のいずれかを行う。バイアス線制御回路４９からの電流は、セルバランススイッチ２７の抵抗体４５に流れる。第１トランジスタ３１のゲート（Ｇ）の電位は、抵抗体４５の抵抗値に応じて特定される。ゲート（Ｇ）とソース（Ｓ）との間の電位差が第１トランジスタ３１の閾値より大きいとき、第１トランジスタ３１は導通する。バイアス線制御回路４９からの電流がゼロであるとき、ゲート（Ｇ）とソース（Ｓ）との間の電位差がゼロであるので、第１トランジスタ３１は非導通になる。バイアス線制御回路４９は、抵抗体４５を介して導電線２５に接続される。

【0051】

再び図１を参照すると、電池装置１３は、電池セル１４の陽極ＡＤと陰極ＣＤとの間に接続されたセルキャパシタＣｃｅｌｌを有する。セルキャパシタＣｃｅｌｌの一端は、セル抵抗体Ｒｃｅｌｌを介して共有ノード１６に接続される。電池電極２０は、直列に接続されるｎ個のセルキャパシタＣｃｅｌｌを含むセルキャパシタ列における隣り合う２つのセルキャパシタＣｃｅｌｌの共有ノード２２のそれぞれに接続される。セル列１８の最上位の電池セル１４の陽極は、共有ノード１６に接続されることなく、対応するセルキャパシタＣｃｅｌｌの一端及び電池電極２０にセル抵抗体Ｒｃｅｌｌを介して接続される。セル列１８の最下位の電池セル１４の陰極は、共有ノード１６に接続されることなく、対応するセルキャパシタＣｃｅｌｌの他端及び電池電極２０にセル抵抗体Ｒｃｅｌｌを介して接続される。

【0052】

電池システム１１は、コントローラ６１を更に備えることができる。コントローラ６１は、セル列１８の電池セル１４の充電電圧に係るデータをセル電圧測定回路５５から受け、当該データに基づきセル列１８のうちのセルバランシングを行うべき一又は複数の電池セル１４を特定し、特定された電池セル１４に接続されるセルバランススイッチ２７を導通させるように、当該セルバランススイッチ２７に接続されたバイアス線制御回路４９に選択信号を提供するように構成されることができる。

【0053】

図７は、本実施形態に係る電池システムを概略的に示す図面である。電池システム１１では、電池装置１３及び電池監視装置１５が互いに接続される。具体的には、電池監視装置１５に電源電圧が印加された後に、図８に示されるように、電池装置１３が電池監視装置１５に接続される。また、電池監視装置１５に電源電圧が印加されたまま、電池装置１３が電池監視装置１５から切り離される。このように、電池システム１１では、活線挿抜が行われる。

【0054】

図８は、抑制回路を備えない電池システムを概略的に示す図面である。図８において、図７の電池システム１１と同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付して複写的な記述を省略する。図８の電池システム１０は、電池装置１３は、例えば１７段の電池セル１４の直列接続を有する。電池監視装置１２は、１７段のセルバランススイッチ２６の直列接続を有する。具体的には、１７段のセルバランススイッチ２６のうち低電位の２段のセルバランススイッチ２６はｎ型トランジスタを備え、残りの１５段のセルバランススイッチ２６はｐ型トランジスタを備える。

【0055】

図９は、図８の電池システムにおける起動における電池監視装置の全ての導電線の電圧波形及び電池監視装置の電源線の電圧波形を示す図面である。

【0056】

時刻ｔ０において、電池監視装置１２に電源が与えられる。電池監視装置１２の導電線２５及びバイアス線３３の電位は不定である。電池監視装置１２に、十分な電源電圧が与えられた後に、時刻ｔ１において、電池装置１３が電池監視装置１２に接続される（ホットスワップ）。電池監視装置１２の導電線２５は、それぞれ対応する電池セル１４からのパワーを受ける。電池装置１３の電池セル１４は、セルキャパシタＣｃｅｌｌ及びセル抵抗体Ｒｃｅｌｌを介して、導電線２５にパワーを与える。

【0057】

図９を参照すると、電池監視装置１２では、高電位側の導電線２５の電位の間隔が小さくなり、低電位側の導電線２５の電位の間隔が大きくなっている。導電線２５の電位の大きな間隔は、セルバランススイッチ２６のトランジスタに大きな電圧が加わることを示す。これは、セルバランススイッチ２６のトランジスタの耐圧違反になることを示す。

【0058】

図１０は、図８に示された電池システムにおけるセルバランススイッチ２６のｐ型トランジスタ及びｎ型トランジスタのゲート－ソース間電圧（ＶＧＳ）を示す図面である。

【0059】

時刻ｔ１において、ホットスワップに合わせて、セルバランススイッチ２６のｐ型トランジスタ及びｎ型トランジスタのゲート－ソース間電圧（ＶＧＳ（ｐ）及びＶＧＳ（ｎ））が一時的に大きく変化している。これは、セルバランススイッチ２６のトランジスタのソース（Ｓ）とゲート（Ｇ）との間の容量結合によって引き起こされている。ｐ型トランジスタの電圧変化は、ｎ型トランジスタの電圧変化に比べて大きく、これは、ｐ型トランジスタのサイズがｎ型トランジスタのサイズより大きいから生じる。

【0060】

図１１は、抑制回路を備える電池システムを概略的に示す図面である。図１１の電池システム１１では、電池装置１３は、例えば１７段の電池セル１４の直列接続を有する。電池監視装置１５は、１７段のセルバランススイッチ２７の直列接続を有する。具体的には、１７段のセルバランススイッチ２７のうち低電位の２段のセルバランススイッチ２７はｎ型トランジスタを備え、残りの１５段のセルバランススイッチ２７はｐ型トランジスタを備える。

【0061】

図１２は、図１１の電池システムにおける起動における電池監視装置の全ての導電線の電圧波形及び電池監視装置の電源線の電圧波形を示す図面である。

【0062】

時刻ｔ０において、電池監視装置１５に電源が与えられる。電池監視装置１５の導電線２５及びバイアス線３３の電位は不定である。電池監視装置１５に、十分な電源電圧が与えられた後に、時刻ｔ１において、電池装置１３が電池監視装置１５に接続される（ホットスワップ）。電池監視装置１５の導電線２５は、それぞれ対応する電池セル１４からのパワーを受ける。電池装置１３の電池セル１４は、セルキャパシタＣｃｅｌｌ及びセル抵抗体Ｒｃｅｌｌを介して、導電線２５にパワーを与える。

【0063】

図１２を参照すると、電池監視装置１５では、高電位側の導電線２５から低電位側の導電線２５にわたって導電線２５の電位はほぼ等間隔である。

【0064】

図１３は、図１１に示された電池システムにおけるセルバランススイッチのｐ型トランジスタ及びｎ型トランジスタのゲート－ソース間電圧（ＶＧＳ）を示す図面である。

【0065】

時刻ｔ１において、ホットスワップに合わせて、セルバランススイッチ２７のｐ型トランジスタ及びｎ型トランジスタのゲート－ソース間電圧（ＶＧＳ）が一時的に僅かに変化している。これは、抑制回路３５が、セルバランススイッチ２７内のトランジスタのソース（Ｓ）とゲート（Ｇ）との間の容量結合によって電位変動を低減していることを示す。ｐ型トランジスタの電圧変化及びｎ型トランジスタの電圧変化は、互いに同じ程度に小さい。

【0066】

本実施形態によれば、セルバランススイッチ回路１７内のセルバランススイッチ２７の積層とセル列１８内の電池セル１４の積層との接続に際して生じる可能性のある、セルバランススイッチ一段当たりの電位差の不均一を低減できるセルバランススイッチ回路、電池監視装置、及び電池システムを提供できる。また、本実施形態によれば、セルバランススイッチ２７の積層と電池セル１４の積層との接続順序に関係なく、耐圧違反になる電圧の印加が生じる可能性を低減できる。

【0067】

本実施形態は、以下のような様々な側面を有する。

【0068】

本実施形態に係る第１側面のセルバランススイッチ回路は、直列に接続されるｎ個のセルを含むセル列における前記セルのうち隣り合う２つのセルの共有ノードのそれぞれに接続されるように構成される（ｎ＋１）個の電極と、前記電極のそれぞれに接続される（ｎ＋１）個の導電線と、前記導電線のうち隣り合う２つの導電線の間に接続されるように構成されるｎ個のセルバランススイッチと、を備え、前記セルバランススイッチの各々は、隣り合う前記導電線の間に接続される第１トランジスタ、前記第１トランジスタのゲートに接続されたバイアス線、及び前記バイアス線と前記導電線との間に接続されるように構成される抑制回路を含み、前記抑制回路は、前記導電線の電圧変化に応答して、一時的に前記バイアス線と前記導電線とを接続するように構成されるスイッチを含む。

【0069】

本実施形態に係る第１側面に従う第２側面のセルバランススイッチ回路では、前記抑制回路は、前記抑制回路に関連付けられた前記導電線と前記バイアス線とにそれぞれ接続されるソース及びドレインを有する第２トランジスタを含むことができる。

【0070】

本実施形態に係る第２側面に従う第３側面のセルバランススイッチ回路では、前記抑制回路は、前記抑制回路に関連付けられた前記導電線と前記第２トランジスタのゲートとの間に接続される遅延回路を更に含むことができる。

【0071】

本実施形態に係る第２側面又は第３側面に従う第４側面のセルバランススイッチ回路では、前記抑制回路は、前記第２トランジスタのゲートと前記導電線との間に接続される抵抗体と、前記第２トランジスタの前記ゲートと前記ドレインとの間に接続されるキャパシタとを更に含むことができる。

【0072】

本実施形態に係る第２側面、第３側面又は第４側面に従う第５側面のセルバランススイッチ回路では、前記セルバランススイッチは、前記バイアス線と前記導電線との間に逆方向に接続されるダイオードを更に備えることができる。

【0073】

本実施形態に係る第２側面、第３側面又は第４側面に従う第６側面のセルバランススイッチ回路では、前記第２トランジスタの導電型は、前記セルバランススイッチの前記第１トランジスタの導電型と同じであることができる。

【0074】

本実施形態に係る第１側面から第６側面のいずれか一側面に従う第７側面のセルバランススイッチ回路では、前記セルバランススイッチの前記第１トランジスタの少なくとも一部は、ｐチャネル型を有することができる。

【0075】

本実施形態に係る第１側面から第７側面のいずれか一側面に従う第８側面のセルバランススイッチ回路では、前記セルバランススイッチの前記第１トランジスタの少なくとも一部は、ｎチャネル型を有することができる。

【0076】

本実施形態に係る第９側面の電池監視装置は、第１側面から第８側面のいずれか一側面に従うセルバランススイッチ回路と、前記セルバランススイッチのそれぞれに接続されるセル選択スイッチを含むセル選択スイッチ回路と、前記セルバランススイッチ回路及び前記セル選択スイッチ回路を介して前記電極の奇数番目に接続される第１ライン、並びに前記セルバランススイッチ回路及び前記セル選択スイッチ回路を介して前記電極の偶数番目に接続される第２ラインに接続されるセル電圧測定回路と、を備える。

【0077】

本実施形態に係る第９側面に従う第１０側面の電池監視装置は、前記バイアス線に接続されるバイアス線制御回路を更に備え、前記セルバランススイッチは、前記バイアス線と前記導電線との間に接続される抵抗体を更に備え、前記バイアス線制御回路は、前記抵抗体に流す電流を生成して、前記第１トランジスタを導通させることができる。

【0078】

本実施形態に係る第１１側面に従う電池システムは、第９側面又は第１０側面に従う電池監視装置と、直列に接続されるｎ個のセルを含むセル列と、を備える。

【0079】

本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。そして、それらはすべて、本発明の技術思想に含まれるものである。

【符号の説明】

【0080】

１０、１１・・・電池システム、１２、１５・・・電池監視装置、１３・・・電池装置、１４・・・電池セル、１６・・・共有ノード、１７・・・セルバランススイッチ回路、１８・・・セル列、２０・・・電池電極、２２・・・共有ノード、２３・・・電極、２５・・・導電線、２６、２７・・・セルバランススイッチ、３１・・・第１トランジスタ、３３・・・バイアス線、３５・・・抑制回路、３７・・・スイッチ、３９・・・遅延回路、４１・・・第２トランジスタ、４３・・・ダイオード、４５・・・抵抗体、４７・・・制御回路、４９・・・バイアス線制御回路、５１・・・セル選択スイッチ回路、５３・・・セル選択スイッチ、５４ｂ、５４ｃ・・・トランジスタ、５４ｄ・・・共有ノード、５５・・・セル電圧測定回路、５６・・・切替回路、５７・・・極性切替回路、６１・・・コントローラ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】