特許 7386558 電池パック及び電池パックの直列構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-16

(45)【発行日】2023-11-27

(54)【発明の名称】電池パック及び電池パックの直列構造

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/02 20160101AFI20231117BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20231117BHJP

   H01M 50/204 20210101ALI20231117BHJP

【ＦＩ】

H02J7/02 H

H01M10/48 P

H01M50/204 401D

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2022049155

(22)【出願日】2022-03-24

(65)【公開番号】P2022151849

(43)【公開日】2022-10-07

【審査請求日】2022-04-01

(31)【優先権主張番号】110110695

(32)【優先日】2021-03-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(73)【特許権者】

【識別番号】522119086

【氏名又は名称】邑達電子股▲ふん▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】110000176

【氏名又は名称】弁理士法人一色国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】曾 裕達

【審査官】下林 義明

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－０４１８５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０８７６７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１０９２７０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ７／００ － ７／１２

Ｈ０２Ｊ ７／３４ － ７／３６

Ｈ０１Ｍ １０／４２ － １０／４８

Ｈ０１Ｍ ５０／２０ － ５０／２９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１正極及び第１負極を有し、前記第１正極と前記第１負極との間に第１電位差がある第１電池と、
前記第１負極と電気的に接続されている第２正極及び第２負極を有し、前記第２正極と前記第２負極との間に第２電位差がある第２電池と、
前記第１正極と電気的に接続されている第１端、前記第１負極及び前記第２正極と電気的に接続されている第２端、並びに前記第２負極と電気的に接続されている第３端を有する第１電流制御ユニットと、を含む電池パックであって、
前記第１電位差が前記第２電位差よりも大きい場合に、前記第２電池を流れる第２電流は、前記第１電池を流れる第１電流よりも大きく、前記第２電位差が前記第１電位差よりも大きい場合に、前記第１電流は、前記第２電流よりも大きく、
第１電流制御ユニットは、
前記第１端に結合されている第１流入端、前記第２端に結合されている第１流出端及び第１制御端を有する第１トランジスタと、
前記第２端に結合されている第２流入端、前記第３端に結合されている第２流出端及び第２制御端を有する第２トランジスタと、
前記第１端及び前記第１制御端の間に設けられた第３スイッチと、を含む、
電池パック。

【請求項2】

前記第１電位差が前記第２電位差よりも大きいほど、前記第１電流制御ユニットによる前記第２電池に流入する電流の増加量もそれに応じて増加することを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。

【請求項3】

前記第２負極と電気的に接続されている第３正極及び第３負極を有し、前記第３正極と前記第３負極との間に第３電位差がある第３電池と、
前記第１負極及び前記第２正極と電気的に接続されている第４端、前記第２負極及び前記第３正極と電気的に接続されている第５端、並びに前記第３負極と電気的に接続されている第６端を有する第２電流制御ユニットと、をさらに含み、
前記第２電位差が前記第３電位差よりも大きい場合に、前記第３電池を流れる第３電流は、前記第２電流よりも大きく、前記第３電位差が前記第２電位差よりも大きい場合に、前記第２電流は、前記第３電流よりも大きいことを特徴とする、
請求項１に記載の電池パック。

【請求項4】

前記第１電流制御ユニットは、
前記第１正極及び前記第１端の間に設けられた第１スイッチと、
前記第２正極及び前記第２端の間に設けられた第２スイッチと、を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。

【請求項5】

前記第１トランジスタはＮ型トランジスタであり、前記第２トランジスタはＰ型トランジスタであることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。

【請求項6】

前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタの少なくとも一方は、バイポーラジャンクショントランジスタ（ＢＪＴ）であることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。

【請求項7】

前記第１流入端と前記第１制御端との間には、第１インピーダンス素子が設けられており、前記第２制御端と前記第２流出端の間には、第３インピーダンス素子が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。

【請求項8】

前記第１制御端と前記第２制御端との間には、第２インピーダンス素子が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。

【請求項9】

第１正極及び第１負極を有し、前記第１正極と前記第１負極との間に第１電位差がある第１電池と、前記第１負極と電気的に接続されている第２正極及び第２負極を有し、前記第２正極と前記第２負極との間に第２電位差がある第２電池と、
前記第１正極と電気的に接続されている第１流入端、並びに前記第１負極及び前記第２正極と電気的に接続されている第１流出端を有する第１トランジスタと、
前記第１流出端と電気的に接続されている第２流入端、及び前記第２負極と電気的に接続されている第２流出端を有する第２トランジスタと、
前記第１流入端及び前記第１トランジスタの第１制御端の間に設けられた第３スイッチと、を含む電池パックであって、
前記第１電位差が前記第２電位差よりも大きい場合に、前記第１トランジスタは導通し、前記第２トランジスタは導通せず、前記第２電位差が前記第１電位差よりも大きい場合に、前記第２トランジスタは導通し、前記第１トランジスタは導通しないことを特徴とする、
電池パック。

【請求項10】

前記第１トランジスタはＮ型トランジスタであり、前記第２トランジスタはＰ型トランジスタであることを特徴とする、請求項９に記載の電池パック。

【請求項11】

前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタの少なくとも一方は、バイポーラジャンクショントランジスタ（ＢＪＴ）であることを特徴とする、請求項９に記載の電池パック。

【請求項12】

前記第１流入端と前記第１制御端との間には、第１インピーダンス素子が設けられており、前記第２トランジスタは、第２制御端をさらに有し、前記第２制御端と前記第２流出端の間には、第３インピーダンス素子が設けられていることを特徴とする、請求項９に記載の電池パック。

【請求項13】

前記第１制御端と前記第２制御端との間には、第２インピーダンス素子が設けられていることを特徴とする、請求項１２に記載の電池パック。

【請求項14】

互いに直列に接続されている複数の電池を含み、第１正極及び第１負極を有し、前記第１正極と前記第１負極との間に第１電位差がある第１電池パックと、
互いに直列に接続されている複数の電池を含み、第２正極及び第２負極を有し、前記第２正極と前記第２負極との間に第２電位差がある第２電池パックと、
前記第１正極と電気的に接続されている第１端、前記第１負極及び前記第２正極と電気的に接続されている第２端、並びに前記第２負極と電気的に接続されている第３端を有する電流制御ユニットと、を備える電池パックの直列構造であって、
前記第１電位差が前記第２電位差よりも大きい場合に、前記第２電池パックを流れる第２電流は、前記第１電池パックを流れる第１電流よりも大きく、前記第２電位差が前記第１電位差よりも大きい場合に、前記第１電流は、前記第２電流よりも大きく、
前記電流制御ユニットは、
前記第１端に結合されている第１流入端、前記第２端に結合されている第１流出端及び第１制御端を有する第１トランジスタと、
前記第２端に結合されている第２流入端、前記第３端に結合されている第２流出端及び第２制御端を有する第２トランジスタと、
前記第１端及び前記第１制御端の間に設けられた第３スイッチと、を含む、
電池パックの直列構造。

【請求項15】

互いに直列に接続されている複数の電池を含み、第１正極及び第１負極を有し、前記第１正極と前記第１負極との間に第１電位差がある第１電池パックと、
互いに直列に接続されている複数の電池を含み、第２正極及び第２負極を有し、前記第２正極と前記第２負極との間に第２電位差がある第２電池パックと、
前記第１正極と電気的に接続されている第１流入端、並びに前記第１負極及び前記第２正極と電気的に接続されている第１流出端を有する第１トランジスタと、
前記第１流出端と電気的に接続されている第２流入端、及び前記第２負極と電気的に接続されている第２流出端を有する第２トランジスタと、
前記第１流入端及び前記第１トランジスタの第１制御端の間に設けられた第３スイッチと、を備える電池パックの直列構造であって、
前記第１電位差が前記第２電位差よりも大きい場合に、前記第１トランジスタは導通し、前記第２トランジスタは導通せず、前記第２電位差が前記第１電位差よりも大きい場合に、前記第２トランジスタは導通し、前記第１トランジスタは導通しないことを特徴とする、
電池パックの直列構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電池パック及び電池パックの直列構造に関し、特に、電気バランス構造を有する電池パック及び電池パックの直列構造に関する。

【背景技術】

【0002】

より高い利便性及び携帯性を求めるために、電池構成を採用する電子デバイスは増えてきている。デバイスに必要な電圧及び電気量を実現するには、複数の電池セルを直列または並列に接続することで電池パックとして統合すること大多数である。電池パックの充放電の際に、個々の電池セルの違い（例えば、電池セルの内部インピーダンス）によって個別の電池セルの電圧が異なる。これにより、一部の電池セルが過充電又は過放電されることになり、電池セル、即ち、電池パック全体の寿命に直接影響を及ぼしてしまう。場合によっては（例えば、保護回路がない場合や保護回路が機能しない場合）、電池パックの温度上昇に起因して事故を引き起こす可能性もある。

【0003】

電気バランス（例えば、電圧又は電気量のバランス）設定を持つ電池パックの充放電中に、個別の電池セルの電圧又は電気量のバランス効率（例えば、個別の電池セルの電圧バランスの速度）は、高速充電の用途で電池パックの充電効率に影響を及ぼす。また、個別の電池セルの電圧バランスをとる前後に、電気バランス設定による追加の電気量損失も、電池パックの経済性に影響を及ぼす。例えば、高電圧又は大電気量を供給するために用いられ、多くの電池セルを有する電池パックの場合に、僅かな違いは、電池セルの数によって拡大される。

【0004】

したがって、電池パックの好ましいバランス効率及び損失の小さいバランス手段を実現することは、電池分野の研究における大きな焦点となっている。

【発明の概要】

【0005】

本発明は、第１電池と、第２電池と、第１電流制御ユニットとを含む電池パックを提供する。第１電池は、第１正極及び第１負極を有し、第１正極と第１負極との間に第１電位差がある。第２電池は、第１負極と電気的に接続されている第２正極及び第２負極を有し、第２正極と第２負極との間に第２電位差がある。第１電流制御ユニットは、第１正極と電気的に接続されている第１端、第１負極及び第２正極と電気的に接続されている第２端、並びに第２負極と電気的に接続されている第３端を有する。第１電位差が第２電位差よりも大きい場合は、第２電池を流れる第２電流は、第１電池を流れる第１電流よりも大きい。第２電位差が第１電位差よりも大きい場合は、第１電流は、第２電流よりも大きい。

【0006】

本発明は、第１電池と、第２電池と、第１トランジスタと、第２トランジスタとを含む電池パックを提供する。第１電池は、第１正極及び第１負極を有し、第１正極と第１負極との間に第１電位差がある。第２電池は、第１負極と電気的に接続されている第２正極及び第２負極を有し、第２正極と第２負極との間に第２電位差がある。第１トランジスタは、第１正極と電気的に接続されている第１流入端、並びに第１負極及び第２正極と電気的に接続されている第１流出端を有する。第２トランジスタは、第１流出端と電気的に接続されている第２流入端、及び第２負極と電気的に接続されている第２流出端を有する。第１電位差が第２電位差よりも大きい場合に、第１トランジスタは導通し、第２トランジスタは導通しない。第２電位差が第１電位差よりも大きい場合に、第２トランジスタは導通し、第１トランジスタは導通しない。

【0007】

本発明は、第１電池パックと、第２電池パックと、電流制御ユニットとを備える電池パックの直列構造を提供する。第１電池パックは、互いに直列に接続されている複数の電池を含み、第１正極及び第１負極を有する。第２電池パックは、互いに直列に接続されている複数の電池を含み、第２正極及び第２負極を有する。電流制御ユニットは、第１正極と電気的に接続されている第１端、第１負極及び第２正極と電気的に接続されている第２端、並びに第２負極と電気的に接続されている第３端を有する。第１電位差が第２電位差よりも大きい場合に、第２電池パックを流れる第２電流は、第１電池パックを流れる第１電流よりも大きい。第２電位差が第１電位差よりも大きい場合に、当該第１電流は、第２電流よりも大きい。

【0008】

本発明は、第１電池パックと、第２電池パックと、第１トランジスタと、第２トランジスタとを備える電池パックの直列構造を提供する。第１電池パックは、互いに直列に接続されている複数の電池を含み、第１正極及び第１負極を有する。第２電池パックは、互いに直列に接続されている複数の電池を含み、第２正極及び第２負極を有する。第１トランジスタは、第１正極と電気的に接続されている第１流入端、並びに第１負極及び第２正極と電気的に接続されている第１流出端を有する。第２トランジスタは、第１流出端と電気的に接続されている第２流入端、及び第２負極と電気的に接続されている第２流出端を有する。第１電位差が第２電位差よりも大きい場合に、第１トランジスタは導通し、第２トランジスタは導通しない。第２電位差が第１電位差よりも大きい場合に、第２トランジスタは導通し、第１トランジスタは導通しない。

【0009】

前述のように、電流制御ユニットにより電池パックにおける個別の電池を流れる電流を調整する。電流制御ユニットは、電池パックにおける、例えば直列に接続されている２つの電池間の電圧差に応じて当該２つの電池を流れる電流を調整することができる。電流を調整することで、低電圧の電池に多くの電流を流すことができ、電圧差が大きいほど、供給される電流も増加する。これによって、電池パックのバランス効率が向上する。また、電池パックの電気が均衡される前後に、全体的な設定によりトリクル電流（例えば、電池パックの充放電用の電流以外の電流）が低減され、電池パックの充電／放電時の損失を低減するという目的が達成される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施例における電池パックの模式図である。

【図2】本発明の一実施例において電流制御ユニットがトランジスタである場合の模式図である。

【図3A】本発明の一実施例におけるトランジスタの状態及び電流の状態の模式図である。

【図3B】本発明の一実施例におけるトランジスタの状態及び電流の状態の模式図である。

【図3C】本発明の一実施例におけるトランジスタの状態及び電流の状態の模式図である。

【図4】本発明の一実施例における他の素子を有する電池パックの模式図である。

【図5A】本発明の一実施例における３つの電池を有する電池パックの模式図である。

【図5B】本発明の一実施例における３つの電池を有する電池パックの模式図である。

【図6】本発明の一実施例における４つの電池を有する電池パックの模式図である。

【図7A】本発明の一実施例における電池パックの直列構造の模式図である。

【図7B】本発明の一実施例における電池パックの直列構造の模式図である。

【図8】本発明の一実施例における多段階の電流制御ユニットを有する電池パックの直列構造の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に、図面及び詳細な説明により本開示の精神を明確に説明し、当業者であれば、本開示の実施例を理解したうえで、本開示で教示された技術に変更及び修飾を加えることができ、それらは本開示の精神及び範囲から逸脱することはない。

【0012】

本明細書で使用される「第１」、「第２」などは、順番や順序を特定するものではなく、本発明を限定するためのものでもなく、同じ技術用語で記述された要素や操作を区別するためのものに過ぎない。本明細書で使用される「含む」、「備える」、「有する」、「含有する」などは、いずれも開放的な用語であり、即ち、含むがこれらに限られないことを意味する。

【0013】

本明細書で使用される用語（ｔｅｒｍｓ）は、特に断りのない限り、一般的に、各用語が本分野、本明細書の開示内容、及び特別な内容に使用される場合の通常の意味を持つ。本開示を説明するためのいくつかの用語は、本開示の説明に関する追加のガイダンスを当業者に提供するために、以下の内容又は本明細書の他の部分で説明される。

【0014】

図面では、層、板、領域又はスペースなどの厚さは、わかりやすくするために拡大されている。明細書全体を通して、同一の参照符号は、同一の素子を示す。層、板、領域又はスペースなどの素子は、別の素子に「位置する」又は「接続される」と記載されている場合に、別の素子に直接位置する又は接続されると解釈されてもよいし、或いは、別の素子との間に中間要素を有するまたは存在すると解釈されてもよいことを理解すべきである。例えば、本明細書で使用される「接続」又は「結合」は、物理的及び／又は電気的接続を指してもよい。なお、図面を簡略化し、図面に示す内容を強調するために、図面における周知の構造又は要素は、簡単で概略的に描かれるか、又は省略されることがある。

【0015】

図面では、類似する構成要素又は特徴には、同一の参照符号が付されてもよい。また、同じ種類の様々な構成要素は、その参照符号の後にダッシュ及び第２参照符号を付けることで区別することができ、上記の第２参照符号は、類似する構成要素を区別するためのものである。明細書において第１参照符号のみが使用されている場合に、その説明は、第２参照符号又は後に付けた他の参照符号を考慮せず、同じ第１参照符号が付されている類似する構成要素のいずれかに適用される。

【0016】

図１に示すように、本発明は、第１電池Ｂ１と、第２電池Ｂ２と、第１電流制御ユニット１００とを含む電池パック１０を提供する。第１電池Ｂ１は、第１正極Ｐ１及び第１負極Ｎ１を有し、第１正極Ｐ１と第１負極Ｎ１との間に第１電位差Ｖ１がある。第２電池Ｂ２は、第１負極Ｎ１と電気的に接続されている第２正極Ｐ２及び第２負極Ｎ２を有し、言い換えれば、第１電池Ｂ１と第２電池Ｂ２とは、直列に配置されている。第２正極Ｐ２と第２負極Ｎ２との間に第２電位差Ｖ２がある。第１電流制御ユニット１００は、第１正極Ｐ１と電気的に接続されている第１端Ｅ１、第１負極Ｎ１及び第２正極Ｐ２と電気的に接続されている第２端Ｅ２、並びに第２負極Ｎ２と電気的に接続されている第３端Ｅ３を有する。

【0017】

なお、本発明は、第１電池Ｂ１及び第２電池Ｂ２の種類又はモデルに限定されない。例えば、第１電池Ｂ１及び第２電池Ｂ２は、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウム電池（例えば、リチウム鉄電池又はリチウムポリマー電池）などの充電式電池の種類であってもよい。しかしながら、第１電池Ｂ１及び第２電池Ｂ２は、充電式電池に限られず、例えば、電池パック１０が放電用途のみに使用される場合に、一次電池を使用してもよい。また、第１電池Ｂ１及び第２電池Ｂ２は、同一の仕様及び／又は種類の電池を使用することが好ましいが、これに限られない。第１電池Ｂ１及び／又は第２電池Ｂ２は、第１電池Ｂ１と第２電池Ｂ２とが類似する又は同一の電気的仕様（例えば、電気量、抵抗又は電圧）を有するように、電気回路などの手段で異なる仕様の電池を並列又は直列に接続してもよい。

【0018】

この実施例において、第１電位差Ｖ１が第２電位差Ｖ２よりも大きい場合は、第２電池Ｂ２を流れる第２電流Ｉ２は、第１電池Ｂ１を流れる第１電流Ｉ１よりも大きい。第２電位差Ｖ２が第１電位差Ｖ１よりも大きい場合は、第１電流Ｉ１は、第２電流Ｉ２よりも大きい。具体的には、第１電流制御ユニット１００は、第１端Ｅ１と第２端Ｅ２との電圧差（第１電圧差Ｖ１）及び第２端Ｅ２と第３端Ｅ３との電圧差（第２電圧差Ｖ２）により第２端Ｅ２から流出／流入する調整電流Ｉｘを制御する。第１電圧差Ｖ１が第２電圧差Ｖ２よりも大きい場合に、第１電流制御ユニット１００は、第２端Ｅ２から流出するように調整電流Ｉｘを制御し、第１電圧差Ｖ１が第２電圧差Ｖ２を上回る値に伴って調整電流Ｉｘを増やすことによって、第２電池Ｂ２を流れる第２電流Ｉ２を、それに応じて増加することができる（第１電池Ｂ１を流れる第１電流Ｉ１よりも大きくなる）。同様に、第２電圧差Ｖ２が第１電圧差Ｖ１よりも大きい場合に、第１電流制御ユニット１００は、第２端Ｅ２から流入するように調整電流Ｉｘを制御し、第２電圧差Ｖ２が第１電圧差Ｖ１よりを上回る値に伴って調整電流Ｉｘを増やすことによって、第２電池Ｂ２を流れる第２電流Ｉ２を減少させる（第１電池Ｂ１を流れる第１電流Ｉ１よりも小さくなる）。

【0019】

一実施例において、第１電流制御ユニット１００は、第１均値により第２端Ｅ２から流出／流入する調整電流Ｉｘを制御することができる。例えば、第１均値は、第１電位差Ｖ１と第２電位差Ｖ２とを平均することにより、又は、他の演算方式により算出することができる。第１電圧差Ｖ１が第１均値よりも大きい場合に、第１電流制御ユニット１００は、第２端Ｅ２から流出するように調整電流Ｉｘを制御し、第１電圧差Ｖ１が第１均値を上回る値に伴って調整電流Ｉｘを増やす。同様に、第２電圧差Ｖ２が第１均値よりも大きい場合に、第１電流制御ユニット１００は、第２端Ｅ２から流入するように調整電流Ｉｘを制御し、第２電圧差Ｖ２が第１均値を上回る値に伴って調整電流Ｉｘを増やす。一実施例において、第１均値は、電池パック１０に供給される充電電圧値の半分の値であってもよく、例えば、電池パック１０に供給される充電電圧値が９ボルト（Ｖ）である場合に、第１均値は、４．５Ｖであってもよいが、本発明では、この実施例の値及び計算方式に限られないことに留意されたい。

【0020】

第１電流制御ユニット１００は、回路方式で実現されてもよい。例えば、第１電流制御ユニット１００は、能動素子（例えば、トランジスタ、オペアンプ、スイッチ又はマルチプレクサ）、及び受動素子（例えば、抵抗器、インダクタ又はキャパシタ）を回路方式で回路基板（例えば、印刷回路基板又はユニバーサル回路基板）に組み込んで構成されてもよい。また、第１電流制御ユニット１００は、マイクロプロセッサ又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を備えることによって、電圧閾値のバランス設定、及び／又は第１電流Ｉ１および／または第２電流Ｉ２の測定又は調整を行ってもよい。一実施例において、第１電流制御ユニット１００は、集積回路をパッケージチップに統合して構成されてもよい。

【0021】

一実施例において、図１に示す実施例と同様に、第１電流制御ユニット１００は、第１トランジスタＴ１と第２トランジスタＴ２の組合せにより構成されてもよい。具体的には、図２に示すように、第１トランジスタＴ１は、第１正極Ｐ１と電気的に接続されている第１流入端Ｔ１－ｉ、並びに第１負極Ｎ１及び第２正極Ｐ２と電気的に接続されている第１流出端Ｔ１－ｏを有する。第２トランジスタＴ２は、第１流出端Ｔ１－ｏと電気的に接続されている第２流入端Ｔ２－ｉ、及び第２負極Ｎ２と電気的に接続されている第２流出端Ｔ２－ｏを有する。

【0022】

具体的には、第１トランジスタＴ１及び第２トランジスタＴ２は、バイポーラジャンクショントランジスタ（ＢＪＴ）又は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であってもよく、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）は、例えば、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）又は他の任意の可能な電界効果トランジスタである。一実施例において、第１トランジスタＴ１は、Ｎ型トランジスタが好ましく、第２トランジスタＴ２は、Ｐ型トランジスタが好ましい。この実施例において、第１トランジスタＴ１及び第２トランジスタＴ２がバイポーラジャンクショントランジスタである場合に、第１流入端Ｔ１－ｉ及び第２流出端Ｔ２－ｏは、コレクタ（Ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）であり、第１流出端Ｔ１－ｏ及び第２流入端Ｔ２－ｉは、エミッタ（Ｅｍｉｔｔｅｒ）である。注意するべきは、上記の実施例は、一例に過ぎず、本発明の第１トランジスタＴ１及び第２トランジスタＴ２の各端の設置を制限するものではない。第１トランジスタＴ１及び第２トランジスタＴ２がＭＯＳＦＥＴである場合に、コレクタは、ドレイン（Ｄｒａｉｎ）に対応でき、エミッタは、ソース（Ｓｏｕｒｃｅ）に対応できる。或いは、その他のトランジスタである場合に、第１トランジスタＴ１及び第２トランジスタＴ２の各端は、当業者に知られているように設置されてもよい。

【0023】

また、本発明では、使用されるトランジスタの種類は限定されないが、必要に応じて使用される種類を調整してもよい。一実施例において、比較的高い調整電流Ｉｘを必要とする場合に、バイポーラジャンクショントランジスタは、比較的良好な電流利得を有することから使用することができる。一実施例において、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタは、その集積回路プロセスが比較的成熟し、面積を節減できるとともに電力損失が低いという利点が達成されることから使用することもできる。

【0024】

第１電位差Ｖ１が第２電位差Ｖ２よりも大きい場合は、図３Ａに示すように、第１トランジスタＴ１は導通し、第２トランジスタＴ２は導通しない。調整電流Ｉｘが第１トランジスタＴ１の第１流出端Ｔ１－ｏから流出することによって、第２電流Ｉ２が増加して第１電流Ｉ１が第２電流Ｉ２よりも小さくなる。第２電位差Ｖ２が第１電位差Ｖ１よりも大きい場合に、図３Ｂに示すように、第２トランジスタＴ２は導通し、第１トランジスタＴ１は導通しない。調整電流Ｉｘが第２トランジスタＴ２の第２流入端Ｔ２－ｉから流入することによって、第２電流Ｉ２が減少して第１電流Ｉ１が第２電流Ｉ２よりも大きくなる。なお、本発明では、「導通しない」とは、例えば、トランジスタの操作モデルで定義されてもよく、バイポーラジャンクショントランジスタを例にとると、トランジスタがカットオフ（Ｃｕｔ－ｏｆｆ）領域で動作することを意味してもよく、トランジスタを流れる電流で定義されてもよい、例えば、当該トランジスタに流入又は流出する電流がゼロであるか又はゼロに近い状態を意味してもよい。同様に、本発明では、「導通する」とは、例えば、バイポーラジャンクショントランジスタが能動（Ａｃｔｉｖｅ）領域又は飽和（Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）領域で動作すると定義されてもよく、トランジスタに流入／流出する電流があると定義されてもよい。第１電位差Ｖ１が第２電位差Ｖ２に等しい又は近い（必要に応じて、回路の調整により第１トランジスタＴ１及び第２トランジスタＴ２の導通条件を設定してもよい）場合に、即ち、電池パックが目標とするバランス効果を達成した場合に、図３Ｃに示すように、第１トランジスタＴ１及び第２トランジスタＴ２は、いずれも導通しない。これによって、電池パックが目標とするバランス効果を達成したときに電気バランスに用いられる電力損失を減少させる。電池パック１０は、充電端Ｃ又は負荷端Ｌによって充放電することができる。例えば、第１電池Ｂ１と第２電池Ｂ２が電気バランスをとった後に、第１電流Ｉ１と第２電流Ｉ２とは、同じになる。注意するべくは、充電端Ｃ又は負荷端Ｌと電池パック１０との間には、電池パック１０の目標とする充電電圧又は放電電圧を制御するために、電池管理システム（ＢＭＳ）（図３Ｃに図示せず）をさらに設けてもよい。

【0025】

一実施例において、図４に示すように、第１トランジスタＴ１は、第１制御端Ｔ１－ｃをさらに有し、第１流入端Ｔ１－ｉと第１制御端Ｔ１－ｃとの間には、第１インピーダンス素子Ｒ１が設けられている。第２トランジスタＴ２は、第２制御端Ｔ２－ｃをさらに有し、第２制御端Ｔ２－ｃと第２流出端Ｔ２－ｏとの間には、第３インピーダンス素子Ｒ３が設けられている。第１インピーダンス素子Ｒ１及び第３インピーダンス素子Ｒ３により、対応する第１トランジスタＴ１及び第２トランジスタＴ２を調整することができ、例えば、電気回路により、第１制御端Ｔ１－ｃ及び第２制御端Ｔ２－ｃに流入する電流、又は、第１制御端Ｔ１－ｃと第２制御端Ｔ２－ｃのエンドポイント電圧を制御する。しかし、第１インピーダンス素子Ｒ１及び第３インピーダンス素子Ｒ３を設ける目的は、これに限られず、当業者による調整は、何れも本発明の範囲に属すべきである。インピーダンス素子は、炭素膜抵抗器、チップ固定抵抗器、巻線抵抗器又は半導体プロセスにより形成された抵抗器構造であってもよい。また、本発明のインピーダンスは、実部抵抗値（レジスタンス）及び虚部抵抗値（リアクタンス）を含んでもよく、よってインピーダンス素子は、インダクタ又はキャパシタなどの受動素子であってもよいことを理解すべきである。

【0026】

一実施例において、第１制御端Ｔ１－ｃと第２制御端Ｔ２－ｃとの間には、第２インピーダンス素子Ｒ２が設けられている。例えば、第１トランジスタＴ１及び第２トランジスタＴ２の導通電圧が高すぎるか又は望ましくない場合に、第２インピーダンス素子Ｒ２により第１トランジスタＴ１及び第２トランジスタＴ２の導通条件を調整することができる。例えば、第１トランジスタＴ１及び第２トランジスタＴ２は、ＢＪＴである場合に、それぞれ導通電圧（約０．３Ｖ～０．７Ｖ）を有するので、第１トランジスタＴ１及び第２トランジスタＴ２は、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との差がある区間（例えば、導通電圧の範囲）に入ったときにいずれも導通しない可能性がある。第２インピーダンス素子Ｒ２を設けることで前記第１トランジスタＴ１及び第２トランジスタＴ２のいずれも導通しない電圧範囲を調整することができ、これによって、電池パックの電気バランスは、より効率的になる。しかし、第２インピーダンス素子Ｒ２の配置は、必須ではなく、例えば、第１トランジスタＴ１及び第２トランジスタＴ２としてディプレッション型（Ｖ_ＧＳ＝０Ｖの場合にチャネルを有する）の電界効果トランジスタを使用する場合に、第２インピーダンス素子Ｒ２の抵抗値を低減させるか又は第２インピーダンス素子Ｒ２を取り除くことができる。

【0027】

一実施例において、電池パック１０は、第１スイッチＳ１と、第２スイッチＳ２と、第３スイッチＳ３とをさらに含んでもよい。第１スイッチＳ１は、第１電池Ｂ１の第１正極Ｐ１と第１電流制御ユニット１００の第１端Ｅ１（第１トランジスタＴ１の第１流入端Ｔ１－ｉ）との間に設けられている。第２スイッチＳ２は、第２電池Ｂ２の第２正極Ｐ２と第１電流制御ユニット１００の第２端Ｅ２（第２トランジスタＴ２の第２流入端Ｔ２－ｉ）との間に設けられている。第３スイッチＳ３は、第１電流制御ユニット１００内に設けられており、図４に示す実施例において、第３スイッチＳ３は、第１電池Ｂ１の第１正極Ｐ１と第１トランジスタＴ１の第１制御端Ｔ１－ｃとの間に設けられてもよい。第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２が開閉されることによって第１電流制御ユニット１００から流入／流出する電流を調整することができる。第３スイッチＳ３が開閉されることによって第１電流制御ユニット１００の内部の電流を制御することができる。注意すべきは、第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２及び第３スイッチＳ３は、必要に応じて個別に設けられてもよく、本発明では、スイッチの数及び配置位置は限定されない。また、本発明の電池パック１０は、この回路構造に限られず、当業者が本発明に基づいて調整可能な範囲であれば、本発明の範囲に属すべきである。例えば、電池パック１０は、第１トランジスタＴ１の第１流入端Ｔ１－ｉ及び第２トランジスタＴ２の第２流出端Ｔ２－ｏにインピーダンス素子Ｒ４、Ｒ５を増設することで第１トランジスタＴ１及び第２トランジスタＴ２の回路利得を調整してもよい。

【0028】

図５Ａに示すように、本発明の電池パック１０は、第３電池Ｂ３と、第２電流制御ユニット２００とをさらに含んでもよい。第３電池Ｂ３は、第２電池Ｂ２の第２負極Ｎ２と電気的に接続されている第３正極Ｐ３及び第３負極Ｎ３を有する。第３正極Ｐ３と第３負極Ｎ３との間に第３電位差Ｖ３がある。第２電流制御ユニット２００は、第１負極Ｎ１及び第２正極Ｐ１と電気的に接続されている第４端Ｅ２－１、第２負極Ｎ２及び第３正極Ｐ３と電気的に接続されている第５端Ｅ２－２、並びに第３負極Ｎ３と電気的に接続されている第６端Ｅ２－３を有する。この実施例において、第２電位差Ｖ２が第３電位差Ｖ３よりも大きい場合に、第３電池Ｂ３を流れる第３電流Ｉ３は、第２電流Ｉ２よりも大きい。第３電位差Ｖ３が第２電位差Ｖ２よりも大きい場合に、当該第２電流Ｉ２は、第３電流Ｉ３よりも大きい。第２電流制御ユニット２００は、第１電流制御ユニット１００と作動方法は類似するが、第２電流制御ユニット２００は、第２電池Ｂ２及び第３電池Ｂ３を流れる電流を調整することにより（調整電流Ｉｘ２により）、第２電池Ｂ２と第３電池Ｂ３の電圧／電気量を均衡させるという点が第１電流制御ユニット１００と異なる。

【0029】

一実施例において、図５Ｂに示すように、第２電流制御ユニット２００は、第３トランジスタＴ３と第４トランジスタＴ４の組合せにより構成されてもよい。第１電流制御ユニット１００と同様に、第３トランジスタＴ３は、第２正極Ｐ２と電気的に接続されている第３流入端Ｔ３－ｉ、並びに第２負極Ｎ２及び第３正極Ｐ３と電気的に接続されている第３流出端Ｔ３－ｏを有する。第４トランジスタＴ４は、第３流出端Ｔ３－ｏと電気的に接続されている第４流入端Ｔ４－ｉ、及び第３負極Ｎ３と電気的に接続されている第４流出端Ｔ４－ｏを有する。

【0030】

具体的には、本発明の電池パック１０は、電池及び電流制御ユニットの数を制限しない。一実施例において、電池の数がＮ個で、電流制御ユニットの数がＭ個である場合に、Ｎ＝Ｍ＋１である。図６に示すように、図６には、電池の数Ｎ＝４で、電流制御ユニットの数Ｍ＝３である実施例が示されている。第１電池Ｂ１と第２電池Ｂ２は、第１電流制御ユニット１００によりその電気バランスが制御される。第２電池Ｂ２と第３電池Ｂ３は、第２電流制御ユニット２００によりその電気バランスが制御される。第３電池Ｂ３と第４電池Ｂ４は、第３電流制御ユニット３００によりその電気バランスが制御される。この設置により、電池パックにおける電池数が増加した際にと、それに応じて追加した電流制御ユニットを使用して電池パックにおける各電池間の電気バランスを制御することができる。

【0031】

一実施例において、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、本発明は、第１電池パックＢＳ１と、第２電池パックＢＳ２と、電流制御ユニット７００とを備える電池パックの直列構造２０を提供する。第１電池パックＢＳ１は、互いに直列に接続されている複数の電池（Ｂ１１、Ｂ１２）を含み、第１正極Ｐ１及び第１負極Ｎ１を有する。第２電池パックＢＳ２は、互いに直列に接続されている複数の電池（Ｂ２１、Ｂ２２）を含み、第２正極Ｐ２及び第２負極Ｎ２を有する。注意すべきは、本実施例で説明される電池パックは、複数の電池を直列／並列に接続した通常の電池パック（図７Ａに示すとおり）又は上記の実施例における電気バランス構造を有する電池パック（図７Ｂに示すとおり）を指してもよい。注意すべくは、第１電池パックＢＳ１と第２電池パックＢＳ２は、充電完了後の電圧又は電気量が同じであるか又は近似であることが好ましい。そして、第１電池パックＢＳ１と第２電池パックＢＳ２における複数の電池（Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ２１、Ｂ２２）は、同じ仕様及び／又は電気量の電池であることが好ましい。また、図７Ａ及び図７Ｂに示す電池は直列に接続されているが、電池は、並列接続又は直列接続などの方式により類似する仕様又は電気量を達成することができる点を理解すべきである。電流制御ユニット７００は、第１正極Ｐ１と電気的に接続されている第１端Ｅ１、第１負極Ｎ１及び第２正極Ｐ２と電気的に接続されている第２端Ｅ２、並びに第２負極Ｎ２と電気的に接続されている第３端Ｅ３を有する。第１電位差Ｖ１が第２電位差Ｖ２よりも大きい場合に、第２電池パックＢＳ２を流れる第２電流Ｉ２は、第１電池パックＢＳ１を流れる第１電流Ｉ１よりも大きい。第２電位差Ｖ２が第１電位差Ｖ１よりも大きい場合に、第１電流Ｉ１は、第２電流Ｉ２よりも大きい。具体的には、電流制御ユニット７００と、上記した電流制御ユニット１００及び電流制御ユニット２００とは、作動方式は類似しており、電流制御ユニット１００及び電流制御ユニット２００が２つの電池（Ｂ１、Ｂ２）の間の電気バランスに用いられるのに対し、電流制御ユニット７００が２つの電池パック（ＢＳ１、ＢＳ２）の間の電気バランスに用いられる点で差異がある。２つの電池の間の電気バランスよりも、２つの電池パックの間の電気バランスのほうがより大きい電流又は電力を必要とする場合があるので、電流制御ユニット７００は、電力又は電流耐性の高い素子を使用できる。換い換えれば、電流制御ユニット１００及び電流制御ユニット２００は、第１段階の電流制御ユニットと見なすことができ、電流制御ユニット７００は、第２段階の電流制御ユニットと見なすことができる。注意すべきは、図７Ｂが示す構造は、例示的なものに過ぎず、本発明を制限するためのものではなく、２つの電池の間の電気バランスに用いられる第１段階の電流制御ユニット（例えば、電流制御ユニット１００、電流制御ユニット２００）及び２つの電池パックの間の電気バランスに用いられる第２段階の電流制御ユニット（電流制御ユニット７００）の数は、必要に応じて調整できる。

【0032】

一実施例において、電流制御ユニット７００は、トランジスタの組合せにより構成されてもよい。電池パックの直列構造２０は、第１電池パックＢＳ１と、第２電池パックＢＳ２と、トランジスタＴ７と、トランジスタＴ８とを備える。トランジスタＴ７は、第１正極Ｐ１と電気的に接続されている流入端Ｔ７－ｉ、並びに第１負極Ｎ１及び第２正極Ｐ２と電気的に接続されている流出端Ｔ７－ｏを有する。トランジスタＴ８は、流出端Ｔ７－ｏと電気的に接続されている流入端Ｔ８－ｉ、及び第２負極Ｎ２と電気的に接続されている流出端Ｔ８－ｏを有する。第１電位差Ｖ１が第２電位差Ｖ２よりも大きい場合は、トランジスタＴ７は導通し、トランジスタＴ８は導通しない。第２電位差Ｖ２が第１電位差Ｖ１よりも大きい場合は、トランジスタＴ８は導通し、トランジスタＴ７は導通しない。

【0033】

一実施例において、直列に接続されている電池パックの数が増加した際は、電流制御ユニットの段数を増やすことで電池パック全体の電気バランスをとることができる。例えば、図８に示すように、電池パックの直列構造４０は、複数の電池をそれぞれ有する第１電池パックＢＳ１、第２電池パックＢＳ２、第３電池パックＢＳ３及び第４電池パックＢＳ４を有する。電池パックにおける２つの電池毎に、第１段階の電流制御ユニット１ｓｔＳを用いて電気バランスをとることができる。第１段階の電流制御ユニット１ｓｔＳの２つ毎の間（又は２つの電池パックの間と見なすことができる）には、２つの電池パックの電気バランスをとるための第２段階の電流制御ユニット２ｎｄＳが設けられてもよい。第２段階の電流制御ユニット２ｎｄＳ２つ毎に、１つの第３段階の電流制御ユニット３ｒｄＳを用いて電気バランスをとることができる。この実施例において、電池パックの数は、２の累乗数（例えば、２個、４個、８個など）であることが好ましいが、これに限られない。電流制御ユニットの段数を増やすことで電気バランス構造を簡略化することができる。

【0034】

本発明は、上記の関連する実施例により説明されたが、上記の実施例は、本発明を実施するための例に過ぎない。本明細書に開示された実施例は、本発明の範囲を制限しないことに留意されたい。逆に、特許請求の範囲の精神及び範囲に含まれる変更及び同等の設置は、すべて本発明の範囲内に含まれる。

【符号の説明】

【0035】

１０ : 電池パック
２０，４０ : 電池パックの直列構造
１００，２００，３００，７００ : 電流制御ユニット
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３ : 電池
Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３ : 端
Ｔ１，Ｔ２ : トランジスタ
Ｔ１－ｉ，Ｔ２－ｉ : 流入端
Ｔ１－ｏ，Ｔ２－ｏ : 流出端
Ｔ１－ｃ，Ｔ２－ｃ : 制御端
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５ : インピーダンス素子
Ｐ１，Ｐ２ : 正極
Ｎ１，Ｎ２ : 負極
Ｉ１，Ｉ２ : 電流
Ｉｘ : 調整電流
Ｖ１，Ｖ２ : 電圧差
Ｃ／Ｌ : 充電端／負荷端
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ : スイッチ

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】