JP4762241B2 - 電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、１以上の単セルからなるリチウム電池を用いた電池モジュールに関する。

電気自動車やハイブリッドカーでは、動力源又は補助動力源として電動モータが用いられている。この電動モータの電力源として多数の単セルを直列に接続した２次電池が用いられている。例えば、単セル当たりの標準電圧が１．２Ｖのニッケル水素電池を６０セル直列に接続した２次電池が日本国特許公報特開２００１−２０４１４１号に記載されている。

このようなニッケル水素電池では、単セルの電池電圧が小さく、６０セルでも約７０Ｖ程度の電圧しか得られない。このため、高電圧で且つ高出力で駆動する電気自動車などには不適であった。また、ニッケル水素電池は、満充電の場合には、自己放電してしまうという問題もある。

一方、リチウムイオン電池は、例えば３００Ｖ〜１０００Ｖの高電圧で且つ高出力が得られ、また、満充電の場合でも自己放電しないという利点がある。このため、リチウムイオン電池からなる単セルを直列に接続した組電池を利用することが考えられる。

また、日本国特許公報特開平１１−１６０３６７号に記載された電気自動車用組電池の電圧検出装置において、例えば３００Ｖの高電圧の走行電力蓄電用の主バッテリは多数の電池モジュールに分割され、各電池モジュールのモジュール電圧は差動型電圧検出回路及びＡ／Ｄ変換回路によって検出されて、信号処理回路部に伝送される。差動型電圧検出回路及びＡ／Ｄ変換回路の回路差動用電力は主バッテリではなく補機バッテリからＤＣ−ＤＣコンバータを通して給電される。これにより、開放モジュール電圧がより高精度に検出でき、高電圧の組電池の無用な寿命短縮を回避できる。

また、日本国特許公報特開２００３−７０１７９号に記載された蓄電装置は、複数の蓄電器を直列に接続した蓄電モジュールをさらに直列に接続した複数の蓄電モジュールと、複数の蓄電モジュールの夫々に対応して設けられ且つ蓄電モジュールを構成する複数の蓄電器を制御する複数の下位制御装置と、複数の下位制御装置を制御する上位制御装置を備える。下位制御装置は、下位制御装置が制御する蓄電モジュールの複数の蓄電器の状態を検出し、状態検出信号と高電位側の下位制御装置からの入力信号の論理和又は論理積をとり、その結果を低電位側の下位制御装置に出力する。この内容は、前記特許公報の請求項４及び５に記載されている。

また、日本国特許公報特開２００５−１１７７８０号に記載された電池用保護ＩＣは、直列接続された複数の電池からなるブロックを監視するものであり、電池パックの充電時にブロック内のいずれかの電池の端子電圧が規定値以上になった場合に過電圧信号を出力する過電圧検出回路と、電池パックの放電時にいずれかの電池の端子電圧が規定値以下になった場合に過放電信号を出力する過放電検出回路と、過電圧信号を検出したときにオンして通報する第１スイッチと、過放電信号を検出したときにオンして通報する第２スイッチとを有する。この内容は、前記特許公報の段落番号〔００２４〕、〔００２５〕に記載されている。

しかしながら、リチウムイオン電池からなる単セルを複数個直列に接続した２次電池が電池モジュールとして構成され、この電池モジュールを複数個直列に接続して電池システムが構成された場合に、単セルの充電と放電が繰り返し行なわれると、単セルの電圧のばらつきが発生する。このため、単セル毎の電圧を監視し、いずれの単セルにおいても過充電や過放電が発生しないように管理する必要があった。

また、日本国特許公報特開１１−１６０３６７号に記載された多数の電池モジュールからなる主バッテリは、例えば３００Ｖの高電圧であり、各々の電池モジュールも高電圧になっている。このため、この高電圧での電池モジュールの電圧監視が困難であった。

また、日本国特許公報特開２００３−７０１７９号に記載された蓄電装置や日本国特許公報特開２００５−１１７７８０号に記載された電池用保護ＩＣでは、電池からの電圧により動作する半導体素子が用いられている。しかし、直列に接続された複数の電池モジュールの内のハイサイド側の電池モジュールに用いられる半導体素子は、高耐圧の素子を用いなければならず、コストが高くなる。

本発明は、低耐圧の半導体素子を用いることができる電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明に係る電池モジュールは、１以上の単セルと、前記１以上の単セルの各電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部で検出された前記各電圧の電圧情報を出力するとともに前記電圧情報が所定値になった場合に電源ラインを遮断するための信号を遮断手段に出力する監視制御部と、第１コネクタおよび前記第１コネクタとは別に設けられた第２コネクタとを有し、前記第１コネクタ及び前記第２コネクタを介して第１及び第２の他の電池モジュールと自己の電池モジュールとの間で前記電圧情報の送受信を行なう通信回路とを有し、前記通信回路は、前記１以上の単セルの正極に一端が接続された第１抵抗と、一端が前記第１抵抗の他端に接続され、他端に前記第１コネクタから前記電圧情報が入力される第２抵抗と、ドレインが前記１以上の単セルの正極に接続され、ゲートが前記第１抵抗と前記第２抵抗とが接続される配線に接続され、前記第１コネクタからの前記電圧情報が前記第２抵抗を介して前記ゲートに入力されたときオンする第１スイッチ素子と、一端が前記第１スイッチ素子のソースに接続され、他端が前記１以上の単セルの負極に接続された第３抵抗と、一端が前記第２コネクタに接続される第４抵抗と、ゲートが前記第３抵抗の一端に接続され、ソースが前記１以上のセルの負極に接続され、ドレインが前記第４抵抗の他端に接続され、前記第１スイッチ素子がオンしたときにオンすることにより前記第１コネクタからの前記電圧情報を前記第４抵抗を介して前記第２コネクタに伝達する第２スイッチ素子とを有する。

本発明に係る電池モジュールによれば、第２スイッチ素子が他の電池モジュール内の最高電位の単セルの正極と自己の電池モジュール内の最低電位の単セルの負極との間に設けられるので、第２スイッチ素子は、１つの電池モジュール内の全ての単セルの電圧を合計した総和電圧の略２倍の耐圧で済む。これにより、低耐圧の半導体素子を用いることができる。

図１は、本発明の実施例１に係る電池システムの構成ブロック図である。 図２は、実施例１に係る電池システムの電池モジュール内の保護信号用レベル変換回路の詳細な回路図である。 図３は、本発明の実施例２に係る電池システムの構成ブロック図である。 図４は、本発明の実施例３に係る電池システムの構成ブロック図である。 図５は、図４に示す保護信号用レベル変換回路の詳細な回路構成図である。 図６は、本発明の実施例４に係る電池システムの構成ブロック図である。 図７は、本発明の実施例４に係る電池システムの電池モジュール内の通信用レベル変換回路の詳細な回路図である。 図８（ａ）及び図８（ｂ）は、本発明の実施例４に係る電池システムの電池モジュール内の通信用レベル変換回路の通信プロトコルを説明する図である。 図９は、本発明の実施例５に係る電池システムの構成ブロック図である。 図１０は、本発明の実施例６に係る電池システムの構成ブロック図である。 図１１は、本発明の実施例６に係る電池システムに設けられた下位電位の電池モジュールから上位電位の電池モジュールへの通信を行う通信用レベル変換回路及び制御用レベル変換回路の構成ブロック図である。 図１２は、本発明の実施例６に係る電池システムに設けられた上位電位の電池モジュールから下位電位の電池モジュールへの通信を行う通信用レベル変換回路の構成ブロック図である。 図１３は、本発明の実施例６に係る電池システムにおいて過充電禁止保護信号の電池モジュール間通信を行う保護信号用レベル変換ドライバーの構成ブロック図である。 図１４は、本発明の実施例６に係る電池システムにおいて過放電禁止保護信号の電池モジュール間通信を行う保護信号用レベル変換ドライバーの構成ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態に係る電池システムが図面を参照しながら詳細に説明される。

（実施例１）
図１は本発明の実施例１に係る電池システムの構成ブロック図である。図１に示す電池システムは、例えば、電気自動車などのバッテリに用いられ、電池モジュール１ａと電池モジュール１ｂとを直列に接続して構成される。なお、電池モジュールは、３個以上の電池モジュールを直列に接続して構成されても良い。

電池モジュール１ａの＋端子Ａと電池モジュール１ｂの−端子Ｂとの間には、図示しない発電機からの電力あるいは図示しないモータからの回生電力が供給され、電池モジュール１ａ，１ｂが充電され、また、モータの駆動により電池モジュール１ａ，１ｂが放電するようになっている。

各々の電池モジュール１ａ，１ｂは、直列に接続された複数の単セル３ａ１〜３ａｎ，３ｂ１〜３ｂｎと、単電池電圧スイッチ７ａ，７ｂと、モジュール監視制御部９ａ，９ｂと、保護信号用レベル変換回路１１ａ，１１ｂとを有する。複数の単セルの各々は、リチウムイオン電池からなり、高電圧で且つ高出力である。

単電池電圧スイッチ７ａ，７ｂは、本発明の電圧検出部に対応し、単セル毎にスイッチを有し、単セルの電圧測定時にモジュール監視制御部９ａ，９ｂからのオン信号によりオンして単セルの電圧を検出し、複数の単セル３ａ１〜３ａｎ，３ｂ１〜３ｂｎの各電圧を検出する。

モジュール監視制御部９ａ，９ｂは、単電池電圧スイッチ７ａ，７ｂで検出された各電圧のいずれかの電圧が上限値（例えば４．３Ｖ）になった場合に過充電禁止のための保護信号又は電圧が下限値（例えば２．５Ｖ）になった場合に過放電禁止のための保護信号を保護信号用レベル変換回路１１ａ，１１ｂに出力する。

保護信号用レベル変換回路１１ａは、本発明の送信手段に対応し、電池モジュール１ａの電圧を電池モジュール１ｂの電圧に合わせるようにレベル変換する。即ち、電池モジュール１ｂの電圧は、例えば０〜１２Ｖであり、電池モジュール１ｂ内の複数の単セルの最下位の負極端子が基準電位０Ｖであるとき、電池モジュール１ａの電圧は、１２〜２４Ｖである。このため、電池モジュール１ａからの信号レベルを電池モジュール１ｂの信号レベルに合わせるべく、保護信号用レベル変換回路１１ａは、１２〜２４Ｖから０〜１２Ｖにレベル変換する。

保護信号用レベル変換回路１１ａは、自己のモジュール監視制御部９ａからの過充電禁止のための保護信号を信号線１２ｂを介して電池モジュール１ｂの保護信号用レベル変換回路１１ｂに出力する。保護信号用レベル変換回路１１ａは、自己のモジュール監視制御部９ａからの過放電禁止のための保護信号を信号線１２ａを介して電池モジュール１ｂに出力する。

保護信号用レベル変換回路１１ｂは、本発明の送信手段に対応し、自己のモジュール監視制御部９ｂからの過充電禁止のための保護信号と電池モジュール１ａ内のモジュール監視制御部９ａからの過充電禁止のための保護信号との論理和を信号線１２ｂを介して充電禁止スイッチ１５に出力する。保護信号用レベル変換回路１１ｂは、自己のモジュール監視制御部９ｂからの過放電禁止のための保護信号と電池モジュール１ａ内のモジュール監視制御部９ａからの過放電禁止のための保護信号との論理和を信号線１２ａを介して放電禁止スイッチ１３に出力する。

放電禁止スイッチ１３と充電禁止スイッチ１５とは直列に接続され、ＭＯＳＦＥＴからなり、且つ電池モジュール３ｂと−端子との間に設けられている。なお、放電禁止スイッチ１３と充電禁止スイッチ１５とはサイリスタやＧＴＯ、ＩＧＢＴなどを用いても良い。放電禁止スイッチ１３は、保護信号用レベル変換回路１１ｂからの放電禁止のための保護信号によりオフして１以上の単セルの過放電を禁止する。充電禁止スイッチ１５は、保護信号用レベル変換回路１１ｂからの充電禁止のための保護信号によりオフして１以上の単セルの過充電を禁止する。

このように構成された実施例１の電池システムによれば、各々の電池モジュール１ａ，１ｂにおいて、電圧検出部７ａ，７ｂが複数の単セルの各電圧を検出すると、モジュール監視制御部９ａ，９ｂは、検出された各電圧のいずれかの電圧が上限値になった場合に過充電禁止のための保護信号又は電圧が下限値になった場合に過放電禁止のための保護信号を出力する。例えば、電池モジュール１ａにおいて、複数の単セルの過充電が発生した場合には、過充電禁止のための保護信号が保護信号用レベル変換回路１１ａに送られる。

保護信号用レベル変換回路１１ａは、過充電禁止のための保護信号を保護信号用レベル変換回路１１ｂに送る。保護信号用レベル変換回路１１ｂは、自己のモジュール監視制御部９ｂからの保護信号（この場合はなし）と電池モジュール１ａからの保護信号（この場合はあり）との論理和をとりこの論理和出力を充電禁止スイッチ１５に出力する。充電禁止スイッチ１５は、レベル変換回路１１ｂからの保護信号により複数の単セルの過放電を禁止する。また、過充電についても、過放電の動作と同様に動作する。従って、いずれの単セルにおいても過充電や過放電の発生をなくすことができる。

また、信号線１２ａ，１２ｂを介して、論理和出力された保護信号が一方向へ（放電禁止スイッチ１３又は充電禁止スイッチ１５へ）転送される。回路が論理回路のみで構成され、マイコン等の演算回路が用いられないため、信号を高速に伝送でき、処理が高速になる。

なお、図２は、実施例１に係る電池システムの電池モジュール内の保護信号用レベル変換回路の詳細な回路図を示す。図２は、ｎ個（３以上）の電池モジュールが直列接続された電池システムの内の、ｋ番目の電池モジュール５ｋの内部構成を示している。

まず、過充電時には、充電禁止（ＣＩ）信号は、アクティブになり、モジュール監視制御部９ｋからの充電禁止入力ＣＩ（Ｌレベル）によりスイッチＱ７がオン（閉）する。又は、上位モジュールからの充電禁止入力（Ｈレベル）によりスイッチＱ６がオンし、抵抗ｒ１６と抵抗ｒ１７にバイアス電流が流れてスイッチＱ７がオンする。スイッチＱ７又はスイッチＱ８に電流が流れると、抵抗ｒ１８と抵抗ｒ１９にバイアス電流が流れてスイッチＱ９とスイッチＱ１０がオンする。抵抗ｒ２２に電流が流れ、下位モジュールの充電禁止出力が出力され、最終的に充電禁止スイッチ１５がオフされる。このようにして、上位モジュールから下位モジュールに充電禁止入力として微少な電流が流れることにより、電圧のモジュール間で保護信号を高速且つ低消費電力で伝えることができる。なお、充電禁止スイッチ１５がオンのときには、レベル変換部のバイアス電流はリーク電流のみとなり、電池システムは省電力状態となる。

次に、過放電時には、放電禁止（ＤＩ）信号は、非アクティブになる。このとき、モジュール監視制御部９ｋからの放電禁止入力ＤＩ（Ｈレベル）によりスイッチＱ３がオフ（開）し、抵抗ｒ７，ｒ８に電流が流れなくなる。スイッチＱ４がオフし、抵抗ｒ９と抵抗ｒ１０に電流が流れて、スイッチＱ５がオフし、下位モジュールへの放電禁止出力（Ｌレベル）が出力される。抵抗ｒ２３にバイアス電流が流れなくなり、放電禁止スイッチ１３が切れる。上位モジュールからの放電禁止入力（Ｌレベル）があると、抵抗ｒ１，ｒ２にバイアス電流が流れなくなり、スイッチＱ１，Ｑ２，Ｑ４，Ｑ５が切れ、同じように、スイッチ１３が切れる。

一方、自己モジュールと上位モジュールからのいずれにも充電禁止がない場合には、スイッチＱ６，Ｑ７，Ｑ８，Ｑ９，Ｑ１０はオフのままで、下位モジュールの充電禁止出力は出力されない。抵抗ｒ２４には電流が流れず、スイッチ１５はオンのままである。同様に、自己モジュールと上位モジュールからのいずれにも放電禁止がない場合には、スイッチＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５はオンで、抵抗ｒ１１，ｒ１３にはバイアス電流が流れて、スイッチＱ１３はオンになっている。抵抗ｒ１〜ｒ２４は、高抵抗で良いので、どのような状態であっても微少な電流しか流れず、電池システムが低消費電力になる。

なお、単電池電圧スイッチ及びモジュール監視制御部はＶＤ，ＶＯ間電圧により駆動される。

（実施例２）
図３に示す電池システムは、図１に示す実施例１の電池システムに対して、さらに、電池モジュール１ａ−１，１ｂ−１毎に、複数の単セルの温度を検出する温度検出部としてのサーミスタ等の温度センサ２１ａ，２１ｂを設けている。

また、モジュール監視制御部９ａ−１，９ｂ−１は、温度センサ２１ａ，２１ｂで検出された温度情報に基づき温度が所定の温度以上になった時に、過放電禁止のための保護信号と過充電禁止のための保護信号を保護信号用レベル変換回路１１ａ，１１ｂに出力する。

保護信号用レベル変換回路１１ｂは、過放電禁止のための保護信号を放電禁止スイッチ１３に出力し、過充電禁止のための保護信号を充電禁止スイッチ１５に出力する。

多数のモジュールが直列に接続されて使用される場合、電池とサーミスタとの絶縁耐圧を保つために、絶縁物によってサーミスタと電池とを仕切る必要がある。しかし、絶縁物によってサーミスタと電池とが仕切られると、温度を正確に測定できなくなる。これに対して、本実施例のように電気的に同じ電位にあるモジュール毎のモジュール監視制御部からサーミスタによる測定を行なうことにより、高電圧であっても精度良く温度を測定することができる。

このように、複数の単セルの温度が所定の温度以上となった場合には、単セルに異常が発生したと見なして、過放電禁止及び過充電禁止を行なうので、電池システムの安全性を向上することができる。

（実施例３）
図４は本発明の実施例３に係る電池システムの構成ブロック図である。図４に示す実施例３の電池システムは、図１に示す実施例１の電池システムの構成に対して、さらに、電池モジュール１ａ−２，１ｂ−２が、複数の単セル３ａ１〜３ａｎ，３ｂ１〜３ｂｎに直列に接続され且つ電池モジュール１ａ−２，１ｂ−２間の組み立て時に複数の単セル３ａ１〜３ａｎ，３ｂ１〜３ｂｎの放電を禁止するための放電禁止スイッチ２３ａ，２３ｂを有することを特徴とする。

保護信号用レベル変換回路１１ｂ−２は、放電禁止解除スイッチＳ１からの放電禁止解除信号を電池モジュール１ａ−２の保護信号用レベル変換回路１１ａ−２及び放電禁止スイッチ２３ａに出力する。

放電禁止スイッチ２３ａは、保護信号用レベル変換回路１１ｂ−２からの放電禁止解除信号によりオンして複数の単セル３ａ１〜３ａｎの放電禁止を解除する。放電禁止スイッチ２３ｂは、放電禁止解除スイッチＳ１からの放電禁止解除信号によりオンして複数の単セル３ｂ１〜３ｂｎの放電禁止を解除する。

このように実施例３の電池システムによれば、電池モジュール３ａ，３ｂの組み立て時には、電池モジュール３ａ端子間が放電禁止スイッチ２３ａによりオフし、電池モジュール３ｂ端子間が放電禁止スイッチ２３ｂによりオフしているので、複数の単セル３ａ１〜３ａｎ，３ｂ１〜３ｂｎの放電を禁止できる。このため、電池モジュール間の組み立て時の安全性を向上できる。

また、電池モジュール間の組み立てが終了した後には、放電禁止解除スイッチＳ１をオンすることにより、放電禁止解除信号が放電禁止スイッチ２３ｂに送られ、放電禁止解除信号がレベル変換回路１１ａ−２を介して放電禁止スイッチ２３ａに送られるので、放電禁止スイッチ２３ａ，２３ｂがオンして放電禁止が解除される。

図５は図４に示す保護信号用レベル変換回路の詳細な回路構成図である。抵抗ｒ１〜ｒ２５までは図２と全く同じ動作となる。下位モジュールからの放電禁止入力ＤＬＩ（Ｈレベル）または図４のスイッチＳ１がオープンＨレベルになると、抵抗ｒ２６，２７にバイアス電流が流れなくなる。スイッチＱ１２，Ｑ１３，Ｑ１４，Ｑ１５がオフになり、抵抗ｒ３３に電流が流れなくなり、モジュールの放電禁止スイッチ２３ｂがオフになる。

一方で、図４のスイッチＳ１がオンあるいは下位モジュールからの放電禁止入力ＤＬＩがＬレベルである場合、抵抗ｒ２６，ｒ２７にバイアス電流が流れ、スイッチＱ１３〜Ｑ１５は全てオンになる。抵抗ｒ３３にバイアス電流が流れ、モジュールの放電禁止スイッチ２３ｂはオンになる。

（実施例４）
図６は本発明の実施例４に係る電池システムの構成ブロック図である。図６に示す電池システムにおいて、電池モジュール１ａ−４，１ｂ−４は、単電池電圧スイッチ７ａ，７ｂと、モジュール監視制御部９ａ−４，９ｂ−４と、保護信号用レベル変換回路１１ａ−４，１１ｂ−４と、通信用レベル変換回路１４ａ，１４ｂとを有する。

通信用レベル変換回路１４ａと通信用レベル変換回路１４ｂとは、送受信用の信号線１６ａ，１８ａで接続され、通信用レベル変換回路１４ａ，１４ｂは、隣接する電池モジュールとの間でデータ通信を行なう。

通信用レベル変換回路１４ａ，１４ｂの通信プロトコルの第１の例は、送信時に、シングルマスター方式を採用し、マスターモジュールからの指示があるときのみスレーブモジュールはデータを送信する。転送データ長は、例えば８ビットで、１ストップビットのＵＡＲＴ形式でＬＳＢファーストで送信される。受信時には、他のスレーブモジュールが出力しているデータも受信される。

通信用レベル変換回路１４ａ，１４ｂの通信プロトコルの第２の例は、メッセージフレームを用いた例である。メッセージフレームは、ヘッダとレスポンスとからなる。ヘッダは、マスターモジュールが出力するフレームであり、シンクブレイク（Ｓｙｎｃｈ Ｂｒｅａｋ）、シンクフィールド（Ｓｙｎｃｈ Ｆｉｅｌｄ）、アイデントフィールド（Ｉｄｅｎｔ Ｆｉｅｌｄ）、コマンドフィールド（Ｃｏｍｍａｎｄ Ｆｉｅｌｄ）から構成されている。

シンクブレイクは、フレームの開始を示し、シンクフィールドは、各ノードの周波数誤差を調整し、アイデントフィールドは、ＩＤから構成され、スレーブのモジュール指定を意味し、コマンドフィールドは、モジュール内単電池の位置や電圧、温度、エラー情報等を送出してもらうレスポンスデータを指定する。

レスポンスは、マスター又はマスターモジュールが指定したスレーブが出力するフレームであり、データとチェックサムで構成されている。データは、２、４、８バイトの３種類のデータからなる。チェックサムは、エラー検知用のチェックサムであり、モジュロー２５６の計算式の演算結果を反転したものである。図８に通信プロトコルの第２の例が示される。

モジュール監視制御部９ｂ−４は、図１に示すモジュール監視制御部９ｂの機能を有するとともに、マスターからなり、通信用レベル変換回路１４ａ，１４ｂを介してスレーブからなるモジュール監視制御部９ａ−４に対して、過放電又は過充電の単セルの位置情報及び電圧情報を要求する。

モジュール監視制御部９ａ−４は、図１に示すモジュール監視制御部９ａの機能を有するとともに、スレーブからなり、通信用レベル変換回路１４ａ，１４ｂを介するマスターからなるモジュール監視制御部９ｂ−４からの要求に応じて、過放電又は過充電の単セルの位置情報及び電圧情報を通信用レベル変換回路１４ａ，１４ｂを介してマスターからなるモジュール監視制御部９ｂ−４に出力する。

マスターからなる監視制御部９ｂ−４は、例えばノートパソコンとバッテリパック間の通信に使用されているスマートバッテリシステムを使用して通信手段とすればよい。自動車等の場合には、ＣＡＮ（コントローラエリアネットワーク）、ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）などの通信手段が標準システムとして提案されており、その規格に従う事で外部との通信を行なうことができる。

なお、その他の構成は、図１に示す実施例１の電池システムの構成と同一であるので、同一部分には同一符号を付する。

図７は本発明の実施例４に係る電池システムの電池モジュール内の通信用レベル変換回路の詳細な回路図である。図７は、ｎ個（３以上）の電池モジュールが直列接続された電池システムの内の、ｋ番目の電池モジュールの内部構成を示している。

なお、送受信用信号線は、非アクティブ時には高電位になる負論理（図中ではＮ）で、下位モジュールからの受信信号と上位モジュールへの送信信号も同様に負論理である。また、上位モジュールからの受信入力と下位モジュールへの送信出力は正論理（図中ではＰ）である。

まず、モジュール監視制御部９ｋ−４からデータが送信（ＴＸ）される時には、データの入力により、スイッチＱ２５がオンして、抵抗ｒ４１と抵抗ｒ４２に電流が流れる。スイッチＱ２７，Ｑ２８がオフして、下位モジュールへデータが送信される。また、スイッチＱ２１がオンしスイッチＱ２２がオフして、上位モジュールへデータが送信される。次に、モジュール監視制御部９ｋ−４がデータを受信（ＲＸ）する時には、下位モジュールからの送信入力によりスイッチＱ２１がオンし、スイッチＱ２３がオフして、下位モジュールからの送信入力が受信される。

このような構成によれば、モジュール監視制御部９ａ−４は、モジュール監視制御部９ｂ−４からの要求に応じて、過放電又は過充電の単セルの位置情報及び電圧情報を通信用レベル変換回路１４ａ，１４ｂを介してマスターからなるモジュール監視制御部９ｂ−４に出力する。マスターからなるモジュール監視制御部９ｂ−４は、過放電又は過充電の単セルの位置情報及び電圧情報に基づいてどの単セルで過放電又は過充電が発生したのかを把握できる。また、電圧情報によりどの単セルに電圧異常があるかどうかを把握できる。また、マスターからなるモジュール監視制御部９ｂ−４は、実施例２のような温度センサからの温度情報に基づいて単セルに電圧異常があるかどうかを把握できる。

（実施例５）
図９は本発明の実施例５に係る電池システムの構成ブロック図である。図９に示す電池システムは、直列に接続された電池モジュール１ａ−６，１ｂ−６と、電池システム全体の監視制御を行うマスター部８とを直列に接続してなる。

電池モジュール１ａ−６，１ｂ−６は、直列に接続された複数の単セル３ａ１〜３ａｎ，３ｂ１〜３ｂｎ、単電池電圧スイッチ７ａ，７ｂ、モジュール監視制御部９ａ−６，９ｂ−６、保護信号用レベル変換回路１１ａ−６，１１ｂ−６、通信用レベル変換回路１４ａ，１４ｂ、放電禁止スイッチ２３ａ，２３ｂを有している。

モジュール監視制御部９ａ−６，９ｂ−６は、図１に示すモジュール監視制御部９ａ，９ｂの機能を有するとともに、監視制御部１０に対してスレーブとして動作する。保護信号用レベル変換回路１１ａ−６，１１ｂ−６は、上位モジュールからの放電禁止入力（ＤＩ）及び下位モジュールもしくはマスター部８へのレベル変換放電禁止出力機能（ＤＯ１）、上位モジュールからの充電禁止入力（ＣＩ）及び下位モジュールもしくはマスター部８へのレベル変換充電禁止出力（ＣＯ）機能、下位モジュールもしくはマスター部８からのモジュール放電禁止入力（ＭＩ）及び上位モジュールへのレベル変換モジュール放電禁止出力（ＭＯ）、自モジュール放電禁止出力（ＤＯ２）を持つ。以上のレベル変換の具体的な回路構成は図５に既に示した回路で達成される。

保護信号用レベル変換回路１１ａ−６，１１ｂ−６は、さらに、下位モジュールもしくはマスター部８からのクロック入力（ＣＫＩ）と上位モジュールへのレベル変換クロック出力（ＣＫＯ）、下位モジュールもしくはマスター部８からのシャットダウン入力（ＳＤＩ）と上位モジュールへのレベル変換シャットダウン出力（ＳＤＯ）を持つ。これらのクロック及びシャットダウン信号のレベル変換は図５に示したレベル変換と同様な方法で達成できる。

モジュール監視制御部９ａ−６，９ｂ−６は保護信号用レベル変換回路１１ａ−６，１１ｂ−６からクロック信号を受け、このクロック信号に同期して単電池の電圧測定を実施する。モジュール監視制御部９ａ−６，９ｂ−６はシャットダウン信号を保護信号用レベル変換回路１１ａ−６，１１ｂ−６から受け、シャットダウン信号が与えられた場合には、単電池電圧スイッチ７ａ，７ｂや自身の電源、通信用レベル変換回路１４ａ，１４ｂの電源を切り、電力消費を低減する。シャットダウン信号が解除されると、電源を入れて起き上がり、クロック信号に同期した動作が開始される。

マスター部８は、マスターからなる監視制御部１０、放電禁止スイッチ１３、充電禁止スイッチ１５、抵抗２５、誤差増幅器２７とを有している。抵抗２５と放電禁止スイッチ１３と充電禁止スイッチ１５とは直列に接続され、電池モジュール３ｂと−端子Ｂとの間に設けられる。

監視制御部１０は、保護信号レベル変換回路１１ｂ−６からの過放電禁止のための保護信号により放電禁止スイッチ１３をオフさせることにより電池モジュール３ａ，３ｂに流れる電流を遮断する。監視制御部１０は、保護信号レベル変換回路１１ｂ−６からの過充電禁止のための保護信号により充電禁止スイッチ１５をオフさせることにより電池モジュール３ａ，３ｂに流れる電流を遮断する。これにより、複数の単セル３ａ１〜３ａｎ，３ｂ１〜３ｂｎの過放電又は過充電を禁止することができる。

また、抵抗２５の両端電圧を誤差電圧として誤差増幅器２７が増幅し、監視制御部１０は、誤差電圧が所定電圧以上になった場合には、抵抗２５に過電流が流れたとして、充電禁止スイッチ１５をオフさせることで、電流を遮断する。これにより、過電流保護が行なわれる。

また、抵抗２５の両端電圧を差動増幅器２７で増幅された電圧を測定することで電池システムに流れている電流を測定することができる。この電流を監視制御部１０で積分することで電池の充電状態を知ることができる。流れている電流と充電状態に基づき、電流が少なく、電池の残量が多い場合にはクロック出力ＣＫＯが低速クロックとして出力される。モジュール監視制御部９ａ−６，９ｂ−６の電力消費が低減された状態で各セル電圧の測定が行なわれる。測定終了と同時にシャットダウン信号ＳＤＯが出力され、モジュールでの消費電力が低減される。監視制御部１０自身もある程度以上電流が少ない場合には、低速クロックもしくはスリープモードになるなどして消費電力が低減される。

監視制御部１０には割り込み機能が設けられ、電流があるレベルすなわち差動増幅器２７の出力電圧がある閾値を超えたときには監視制御部１０がスリープ状態から起き上がり、通常と動作モードになる。さらに、電流が非常に大きい場合には監視制御部１０はクロック出力ＣＫＯを高速クロックとして出力し、モジュール監視制御部９ａ−６，９ｂ−６を常に動作させ、電圧測定を頻繁に行い、保護機能を強化する。また、監視制御部１０自身も高速クロックで動作することで、電流値の積分時間を短くして、高精度な電流積算を実施し、電池残量を正確に測定する。

監視制御部１０は、充電禁止入力ＣＩ、もしくは放電禁止入力ＤＯがあった場合には、充電禁止スイッチ１５又は放電禁止スイッチ１３により電流が遮断された後に、通信用レベル変換回路１４ａ，１４ｂを介してスレーブからなるモジュール監視制御部９ａ−６，９ｂ−６の各々から保護信号や単セルの電圧情報を収集し、収集された保護信号や単セルの電圧情報に基づいてどの単セルで異常が発生したか否かを判定する。これにより、どの単セルで異常が発生したかを把握できる。

また、監視制御部１０は、外部の装置ＣＯＭからの要求に応じて、保護信号や単セルの電圧情報を外部の装置に出力する。これにより、外部の装置では、電池モジュール３ａ，３ｂの充放電管理が行なえる。

また、監視制御部１０は、外部の装置ＣＯＭからの保守指令を受信すると、この保守指令に基づいて、まず、放電禁止スイッチ１３を切、放電禁止信号ＭＯを通信用レベル変換回路１４ｂ，１４ａを介してモジュール監視制御部９ｂ−６，９ａ−６に送信する。保護信号用レベル変換回路１１ｂ−６は、放電禁止信号（ＭＩ）を受けると、放電禁止出力ＤＯ２を出力し、放電禁止スイッチ２３ａ及び２３ｂを切る。これにより、モジュールの放電を禁止することができ、安全に保守作業を実施することができる。

（実施例６）
図１０は本発明の実施例６に係る電池システムの構成ブロック図である。図１０に示す電池システムは、直列に接続された電池モジュール１ａ−７，１ｂ−７と、電池システム全体の監視制御を行うマスター部８ａとを直列に接続してなる。

電池モジュール１ａ−７，１ｂ−７は、直列に接続された複数の単セル３ａ１〜３ａｎ，３ｂ１〜３ｂｎ、単電池電圧スイッチ７ａ，７ｂ、モジュール監視制御部９ａ−７，９ｂ−７、保護信号用レベル変換ドライバー１１ａ−７，１１ｂ−７、制御用レベル変換回路１１ａ−８，１１ｂ−８、通信用レベル変換回路１４ａ−１，１４ｂ−１、放電禁止スイッチ２３ａ，２３ｂ、モジュール放電用スイッチ抵抗２７ａ，２７ｂを有している。

モジュール監視制御部９ａ−７，９ｂ−７は、図１に示すモジュール監視制御部９ａ，９ｂの機能を有するとともに、監視制御部１０ａに対してスレーブとして動作する。保護信号用レベル変換ドライバー１１ａ−７，１１ｂ−７は、上位モジュールからの放電禁止入力及び下位モジュールもしくはマスター部８ａへのレベル変換放電禁止出力機能、上位モジュールからの充電禁止入力及び下位モジュールもしくはマスター部８ａへのレベル変換充電禁止出力機能を持つ。

制御用レベル変換回路１１ａ−８，１１ｂ−８は、下位モジュールもしくはマスター部８ａからのモジュール放電禁止入力、上位モジュールへのレベル変換モジュール放電禁止出力、下位モジュールもしくはマスター部８ａからのクロック入力と上位モジュールへのレベル変換クロック出力、下位モジュールもしくはマスター部８ａからのシャットダウン入力と上位モジュールへのレベル変換シャットダウン出力を持つ。通信用レベル変換回路１４ａ−１，１４ｂ−１は、図９に示す通信用レベル変換回路１４ａ，１４ｂの構成と同一である。

モジュール監視制御部９ａ−７，９ｂ−７は、制御用レベル変換回路１１ａ−８，１１ｂ−８からクロック信号を受け、クロック信号に同期して単電池の電圧測定を実施する。モジュール監視制御部９ａ−７，９ｂ−７はシャットダウン信号を制御用レベル変換回路１１ａ−８，１１ｂ−８から受け、シャットダウン信号が与えられた場合には、単電池電圧スイッチ７ａ，７ｂや自身の電源、通信用レベル変換回路１４ａ−１，１４ｂ−１の電源を切り、電力消費を低減する。シャットダウン信号が解除されると、電源を入れて起き上がり、クロック信号に同期した動作が開始される。

マスター部８ａは、図９に示すマスター部８と略同一構成からなる。放電禁止スイッチ２３ｂは、放電禁止解除スイッチＳ２からの放電禁止解除信号によりオンして複数の単セル３ｂ１〜３ｂｎの放電禁止を解除する。制御用レベル変換回路１１ｂ−８は、放電禁止解除スイッチＳ１からの放電禁止解除信号を電池モジュール１ａ−７の制御用レベル変換回路１１ａ−８及び放電禁止スイッチ２３ａに出力する。

図１１は、本発明の実施例６に係る電池システムに設けられた下位電位の電池モジュールから上位電位の電池モジュールへの通信を行う通信用レベル変換回路１４ａ−１，１４−ｂ−１及び制御用レベル変換回路１１ａ−８，１１ｂ−８の構成ブロック図である。図１１に示す変換回路は、下位電位の電池モジュール１ｎから上位電位の電池モジュール１（ｎ＋１）への通信を行う。

電池モジュール１ｎにおいて、複数の単セルＶ１〜Ｖ１０（複数の単セル３ａ１〜３ａｎに対応）の両端には、Ｐ型のＭＯＳＦＥＴＱ３１と抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との直列回路が接続され、ＭＯＳＦＥＴＱ３１のゲート−ドレイン間には抵抗Ｒ１とツェナーダイオードＺＤ１との並列回路が接続される。ＭＯＳＦＥＴＱ３１のゲートには抵抗Ｒ２を介してコネクタＣＮ１が接続される。抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との接続点には、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴＱ３２のゲート及びＮ型のＭＯＳＦＥＴＱ３３のゲートが接続され、ＭＯＳＦＥＴＱ３２のドレインは抵抗Ｒ５及びコネクタＣＮ２を介して電池モジュール１（ｎ＋１）のコネクタＣＮ１´に接続される。ＭＯＳＦＥＴＱ３３のドレインは抵抗Ｒ６を介して電池モジュール１ｎの図示しないスマイクロコンピュータに接続される。ＭＯＳＦＥＴＱ３２及びＭＯＳＦＥＴＱ３３の各々のソースは、抵抗Ｒ４の一端に接続される。電池モジュール１（ｎ＋１）は、電池モジュール１ｎと同様に構成され、電池モジュール１ｎの各部の符号にさらに´を付けて区別される。

電池モジュール１ｎは、電池モジュール１（ｎ−１）からの信号を電池モジュール１ｎのマイクロコンピュータと電池モジュール１（ｎ＋１）に出力し、電池モジュール１（ｎ＋１）は、電池モジュール１ｎからの信号を電池モジュール１（ｎ＋１）のマイクロコンピュータと電池モジュール１（ｎ＋２）に出力する。

次に、図１１に示す電池モジュール間の通信処理が説明される。ここでは、電池モジュール１ｎ内のＭＯＳＦＥＴＱ３１，Ｑ３２，Ｑ３３の動作が説明されるが、電池モジュール１（ｎ＋１）内のＭＯＳＦＥＴＱ３１´，Ｑ３２´，Ｑ３３´の動作も同様である。また、シリアル通信入力の論理はアクティブローであり、下位電位の電池モジュールが未接続時には非アクティブである。まず、下位電位の電池モジュールからの信号がない場合又は信号ＲＸＬ＿ＮがＨレベル（オープン）である場合には、ＭＯＳＦＥＴＱ３１，Ｑ３２，Ｑ３３の全てがオフとなる。即ち、入力信号がない場合、回路に流れる電流は零となる。

一方、下位電位の電池モジュールからの信号ＲＸＬ＿Ｎが接続されていて、信号がＬレベル（オン）である場合には、ＭＯＳＦＥＴＱ３１，Ｑ３２，Ｑ３３の全てがオンとなる。このため、上位電位の電池モジュールへの信号ＴＸＨ＿Ｎ及び電池モジュール内のマイクロコンピューターへの信号ＲＸ＿３ＮはＬレベルとなる。このため、電池モジュール間で信号が伝達される。

また、単セルＶ１´の正極と単セルＶ１０の負極との間には、抵抗Ｒ１´と抵抗Ｒ２´とコネクタＣＮ１´とコネクタＣＮ２と抵抗Ｒ５とＭＯＳＦＥＴＱ３２との直列回路が接続されているので、ＭＯＳＦＥＴＱ３１，Ｑ３２がオフ時でもそのドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓは、電池モジュール電圧（Ｖ１〜Ｖ１０の総電圧）の２倍の電圧で済む。このため、ＭＯＳＦＥＴＱ３１，Ｑ３２は低耐圧の素子を用いることができる。

図１２は、本発明の実施例６に係る電池システムに設けられた上位電位の電池モジュールから下位電位の電池モジュールへの通信を行う通信用レベル変換回路１４ａ−１，１４ｂ−１の構成ブロック図である。図１２に示す変換回路は、上位電位の電池モジュール１（ｎ＋１）から下位電位の電池モジュール１ｎへの通信を行う。

電池モジュール１ｎにおいて、複数の単セルＶ１〜Ｖ１０の両端には、Ｐ型のＭＯＳＦＥＴＱ３５と抵抗Ｒ１１との直列回路が接続されるとともに、抵抗Ｒ１２と抵抗Ｒ１３とＮ型のＭＯＳＦＥＴＱ３６との直列回路が接続される。ＭＯＳＦＥＴＱ３５のドレイン−ゲート間には抵抗Ｒ９が接続され、ＭＯＳＦＥＴＱ３５のゲートには、抵抗Ｒ１０を介して電池モジュール１ｎの図示しないマイクロコンピュータから信号が入力される。コネクタＣＮ２と単セルＶ１０の負極との間には抵抗Ｒ７と抵抗Ｒ８との直列回路が接続され、抵抗Ｒ８の両端にはツェナーダイオードＺＤ２が接続される。抵抗Ｒ７と抵抗Ｒ８との接続点は、ＭＯＳＦＥＴＱ３４のゲートに接続される。ＭＯＳＦＥＴＱ３５のソースと抵抗Ｒ１１との接続点は、ＭＯＳＦＥＴＱ３６のゲートに接続され、ＭＯＳＦＥＴＱ３６のドレインはＭＯＳＦＥＴＱ３４のドレインに接続される。抵抗Ｒ１２の両端には、ＭＯＳＦＥＴＱ３７のドレイン−ゲートが接続され、ＭＯＳＦＥＴＱ３７のソースは、抵抗Ｒ４を介してコネクタＣＮ１に接続される。電池モジュール１（ｎ＋１）は、電池モジュール１ｎと同様に構成され、電池モジュール１ｎの各部の符号にさらに´を付けて区別される。

電池モジュール１（ｎ＋１）は、電池モジュール１（ｎ＋２）からの信号と電池モジュール１（ｎ＋１）のマイクロコンピュータからの信号との論理和出力を電池モジュール１ｎに出力し、電池モジュール１ｎは、電池モジュール１（ｎ＋１）からの信号と電池モジュール１ｎのマイクロコンピュータからの信号との論理和出力を電池モジュール１（ｎ−１）に出力する。

次に、図１２に示す電池モジュール間の通信処理が説明される。ここでは、電池モジュール１ｎ内のＭＯＳＦＥＴＱ３４〜Ｑ３７の動作が説明されるが、電池モジュール１（ｎ＋１）内のＭＯＳＦＥＴＱ３４´〜Ｑ３７´の動作も同様である。また、シリアル通信入力の論理はアクティブハイであり、上位電位の電池モジュールが未接続時には非アクティブである。

まず、上位電位の電池モジュールからの信号がない場合又は信号ＲＸＨ＿Ｐが接続されていない場合で且つ電池モジュール内のマイクロコンピュータからの信号ＴＸ＿３ＮがＨレベルである場合には、ＭＯＳＦＥＴＱ３４〜Ｑ３７の全てがオフとなる。即ち、信号がない場合、回路に流れる電流は零となる。また、上位電位の電池モジュールからの信号ＲＸＨ＿Ｐが接続されていて、信号がＨレベルで且つ電池モジュール内のマイクロコンピュータからの信号がＨレベルである場合には、ＭＯＳＦＥＴＱ３４はオンし、ＭＯＳＦＥＴＱ３５，Ｑ３６はオフするため、ＭＯＳＦＥＴＱ３７はオンする。また、上位電位の電池モジュールからの信号がない場合又は信号ＲＸＨ＿Ｐが接続されていない場合で且つ電池モジュール内のマイクロコンピュータからの信号ＴＸ＿３ＮがＬレベルである場合には、ＭＯＳＦＥＴＱ３４はオフし、ＭＯＳＦＥＴＱ３５，Ｑ３６，Ｑ３７はオンする。また、上位電位の電池モジュールからの信号ＲＸＨ＿Ｐが接続されていて、信号がＨレベルで且つ電池モジュール内のマイクロコンピュータからの信号がＬレベルである場合には、ＭＯＳＦＥＴＱ３４〜Ｑ３７の全てがオンする。ＭＯＳＦＥＴＱ３７がオンした時には、電池モジュール間で信号が伝達される。

また、単セルＶ１´の正極と単セルＶ１０の負極との間には、ＭＯＳＦＥＴＱ３７´と抵抗Ｒ１４´とコネクタＣＮ１´とコネクタＣＮ２と抵抗Ｒ７と抵抗Ｒ８との直列回路が接続されているので、ＭＯＳＦＥＴＱ３７´がオフ時でもそのドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓは、電池モジュール電圧（Ｖ１〜Ｖ１０の総電圧）の２倍の電圧で済む。このため、ＭＯＳＦＥＴＱ３７´は低耐圧の素子を用いることができる。

図１３は、本発明の実施例６に係る電池システムにおいて過充電禁止保護信号の電池モジュール間通信を行う保護信号用レベル変換ドライバー１１ａ−７，１１ｂ−７の構成ブロック図である。図１３に示す変換ドライバーは、自己の電池モジュールの過充電禁止保護信号と上位電位の電池モジュールからの過充電禁止保護信号との論理和を下位電位の電池モジュールに出力する。

電池モジュール１ｎにおいて、複数の単セルＶ１〜Ｖ１０の両端には、抵抗Ｒ１８と抵抗Ｒ１９とＮ型のＭＯＳＦＥＴＱ３９との直列回路が接続される。ＭＯＳＦＥＴＱ３９のソース−ゲート間には抵抗Ｒ１７が接続され、ＭＯＳＦＥＴＱ３９のゲートには、電池モジュール１ｎの過充電禁止保護信号が入力される。コネクタＣＮ２と単セルＶ１０の負極との間には抵抗Ｒ１５と抵抗Ｒ１６との直列回路が接続され、抵抗Ｒ１６の両端にはツェナーダイオードＺＤ３が接続される。ＭＯＳＦＥＴＱ３８のドレインはＭＯＳＦＥＴＱ３９のドレインに接続される。抵抗Ｒ１８の両端には、ＭＯＳＦＥＴＱ４０のドレイン−ゲートが接続され、ＭＯＳＦＥＴＱ４０のソースは、抵抗Ｒ２０を介してコネクタＣＮ１に接続される。電池モジュール１（ｎ＋１）は、電池モジュール１ｎと同様に構成され、電池モジュール１ｎの各部の符号にさらに´を付けて区別される。

電池モジュール１（ｎ＋１）は、電池モジュール１（ｎ＋２）からの過充電禁止保護信号と電池モジュール１（ｎ＋１）の過充電禁止保護信号との論理和出力を電池モジュール１ｎに出力し、電池モジュール１ｎは、電池モジュール１（ｎ＋１）からの過充電禁止保護信号と電池モジュール１ｎの過充電禁止保護信号との論理和出力を電池モジュール１（ｎ−１）に出力する。

次に、図１３に示す電池モジュール間の通信処理が説明される。ここでは、電池モジュール１ｎ内のＭＯＳＦＥＴＱ３８〜Ｑ４０の動作が説明されるが、電池モジュール１（ｎ＋１）内のＭＯＳＦＥＴＱ３８´〜Ｑ４０´の動作も同様である。また、過充電禁止保護信号入力の論理はアクティブハイであり、上位電位の電池モジュールが未接続時には非アクティブである。

まず、上位電位の電池モジュールからの信号がない場合又は過充電禁止保護信号ＣＯＨ＿Ｐが接続されていない場合で且つ自己の電池モジュール内の過充電禁止保護信号ＣＯ＿３ＰがＬレベルである場合には、ＭＯＳＦＥＴＱ３８〜Ｑ４０の全てがオフとなる。即ち、信号がない場合、回路に流れる電流は零となる。また、上位電位の電池モジュールからの過充電禁止保護信号ＣＯＨ＿Ｐが接続されていて、信号がＨレベルである場合には、ＭＯＳＦＥＴＱ３８はオンする。自己の電池モジュールからの過充電禁止保護信号ＣＯ＿３ＰがＨレベルである場合には、ＭＯＳＦＥＴＱ３９がオンし、ＭＯＳＦＥＴＱ３８のオンとＭＯＳＦＥＴＱ３９のオンとが内部回路で論理和されてＭＯＳＦＥＴＱ４０がオンする。このため、下位電位の電池モジュールへの信号ＣＯＬ＿ＰはＨレベルになり、電池モジュール間で信号が伝達される。また、信号ＣＯ＿３Ｐ又は信号ＣＯＨ＿Ｐがアクティブの時に前記変換ドライバーに電流が流れ、過充電セルが放電される。即ち、過充電が検出される時には、過充電セルから放電する方向で過充電禁止保護信号が伝達される。

また、単セルＶ１´の正極と単セルＶ１０の負極との間には、ＭＯＳＦＥＴＱ４０´と抵抗Ｒ２０´とコネクタＣＮ１´とコネクタＣＮ２と抵抗Ｒ１５と抵抗Ｒ１６との直列回路が接続されているので、ＭＯＳＦＥＴＱ４０´がオフ時でもそのドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓは、電池モジュール電圧（Ｖ１〜Ｖ１０の総電圧）の２倍の電圧で済む。このため、ＭＯＳＦＥＴＱ４０´は低耐圧の素子を用いることができる。

図１４は、本発明の実施例６に係る電池システムにおいて過放電禁止保護信号の電池モジュール間通信を行う保護信号用レベル変換ドライバーの構成ブロック図である。図１４に示す変換ドライバーは、自己の電池モジュールの過放電禁止保護信号と上位電位の電池モジュールからの過放電禁止保護信号との論理和を下位電位の電池モジュールに出力する。

電池モジュール１ｎにおいて、複数の単セルＶ１〜Ｖ１０の両端には、抵抗Ｒ２５と抵抗Ｒ２６とＮ型のＭＯＳＦＥＴＱ４１とＮ型のＭＯＳＦＥＴＱ４２との直列回路が接続される。ＭＯＳＦＥＴＱ４２のゲート−ソース間には抵抗Ｒ２４が接続され、ＭＯＳＦＥＴＱ４２のゲートには、電池モジュール１ｎの過放電禁止保護信号が入力される。コネクタＣＮ２と単セルＶ１０の負極との間には抵抗Ｒ２１と抵抗Ｒ２２との直列回路が接続され、抵抗Ｒ２１と抵抗Ｒ２２との接続点にはＭＯＳＦＥＴＱ４１のゲートが接続される。抵抗Ｒ２２の両端にはツェナーダイオードＺＤ４が接続される。抵抗Ｒ２５の両端には、ＭＯＳＦＥＴＱ４３のドレイン−ゲートが接続され、ＭＯＳＦＥＴＱ４３のソースは、抵抗Ｒ２７を介してコネクタＣＮ１に接続される。電池モジュール１（ｎ＋１）は、電池モジュール１ｎと同様に構成され、電池モジュール１ｎの各部の符号にさらに´を付けて区別される。

電池モジュール１（ｎ＋１）は、電池モジュール１（ｎ＋２）からの過放電禁止保護信号と電池モジュール１（ｎ＋１）の過放電禁止保護信号との論理和出力を電池モジュール１ｎに出力し、電池モジュール１ｎは、電池モジュール１（ｎ＋１）からの過放電禁止保護信号と電池モジュール１ｎの過放電禁止保護信号との論理和出力を電池モジュール１（ｎ−１）に出力する。

次に、図１４に示す電池モジュール間の通信処理が説明される。ここでは、電池モジュール１ｎ内のＭＯＳＦＥＴＱ４１〜Ｑ４３の動作が説明されるが、電池モジュール１（ｎ＋１）内のＭＯＳＦＥＴＱ４１´〜Ｑ４３´の動作も同様である。また、過放電禁止保護信号入力の論理はアクティブローであり、上位電位の電池モジュールが未接続時にはアクティブである。

まず、上位電位の電池モジュールからの信号がない場合又は過放電禁止保護信号ＤＯＨ＿ＮがＨレベルで接続されていない場合で且つ自己の電池モジュール内の過充電禁止保護信号ＤＩ＿３ＮがＨレベルである場合には、ＭＯＳＦＥＴＱ４１〜Ｑ４３の全てがオンとなる。即ち、過放電禁止保護信号がない場合、回路に電流が流れる。また、上位電位の電池モジュールからの過放電禁止保護信号ＤＯＨ＿ＮがＬレベル又はオープンで且つ自己の電池モジュールからの過放電禁止保護信号ＤＩ＿３ＮがＨレベルである場合には、ＭＯＳＦＥＴＱ４１がオフし、ＭＯＳＦＥＴＱ４２がオンし、ＭＯＳＦＥＴＱ４３がオフする。また、上位電位の電池モジュールからの過放電禁止保護信号ＤＯＨ＿ＮがＨレベルで且つ自己の電池モジュールからの過放電禁止保護信号ＤＩ＿３ＮがＬレベルである場合には、ＭＯＳＦＥＴＱ４１がオンし、ＭＯＳＦＥＴＱ４２，Ｑ４３がオフする。また、上位電位の電池モジュールからの過放電禁止保護信号ＤＯＨ＿ＮがＬレベルで且つ自己の電池モジュールからの過放電禁止保護信号ＤＩ＿３ＮがＬレベルである場合には、ＭＯＳＦＥＴＱ４１〜４３の全てがオフする。

また、単セルＶ１´の正極と単セルＶ１０の負極との間には、ＭＯＳＦＥＴＱ４３´と抵抗Ｒ２７´とコネクタＣＮ１´とコネクタＣＮ２と抵抗Ｒ２１と抵抗Ｒ２２との直列回路が接続されているので、ＭＯＳＦＥＴＱ４３´がオフ時でもそのドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓは、電池モジュール電圧（Ｖ１〜Ｖ１０の総電圧）の２倍の電圧で済む。このため、ＭＯＳＦＥＴＱ４３´は低耐圧の素子を用いることができる。

また、通常時には、ＭＯＳＦＥＴＱ４１〜４３がオンして変換ドライバーに電流が流れる。これに対して、過放電検出時には、ＭＯＳＦＥＴＱ４１〜４３がオフして電流消費をなくし、過放電セルからの放電を抑制することができる。

なお、本発明は、実施例１乃至６の電池システムに限定されない。実施例１乃至６の電池システムでは、各々の電池モジュール内の１以上の単セルが直列に接続されたが、例えば、１以上の単セルが並列に接続されても良い。あるいは、１以上の単セルが直並列に接続されても良い。

本発明の電池システムは、例えば、電気自動車やハイブリッドカー等のバッテリに適用可能である。

Claims (4)

1. １以上の単セルと、前記１以上の単セルの各電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部で検出された前記各電圧の電圧情報を出力するとともに前記電圧情報が所定値になった場合に電源ラインを遮断するための信号を遮断手段に出力する監視制御部と、第１コネクタおよび前記第１コネクタとは別に設けられた第２コネクタとを有し、前記第１コネクタ及び前記第２コネクタを介して第１及び第２の他の電池モジュールと自己の電池モジュールとの間で前記電圧情報の送受信を行なう通信回路とを有し、
   前記通信回路は、前記１以上の単セルの正極に一端が接続された第１抵抗と、
   一端が前記第１抵抗の他端に接続され、他端に前記第１コネクタから前記電圧情報が入力される第２抵抗と、
   ドレインが前記１以上の単セルの正極に接続され、ゲートが前記第１抵抗と前記第２抵抗とが接続される配線に接続され、前記第１コネクタからの前記電圧情報が前記第２抵抗を介して前記ゲートに入力されたときオンする第１スイッチ素子と、
   一端が前記第１スイッチ素子のソースに接続され、他端が前記１以上の単セルの負極に接続された第３抵抗と、
   一端が前記第２コネクタに接続される第４抵抗と、
   ゲートが前記第３抵抗の一端に接続され、ソースが前記１以上の単セルの負極に接続され、ドレインが前記第４抵抗の他端に接続され、前記第１スイッチ素子がオンしたときにオンすることにより前記第１コネクタからの前記電圧情報を前記第４抵抗を介して前記第２コネクタに伝達する第２スイッチ素子と、
   を有する電池モジュール。
2. １以上の単セルと、前記１以上の単セルの各電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部で検出された前記各電圧の電圧情報を出力するとともに前記電圧情報が所定値になった場合に電源ラインを遮断するための信号を遮断手段に出力する監視制御部と、第１コネクタおよび前記第１コネクタとは別に設けられた第２コネクタとを有し、前記第１コネクタ及び前記第２コネクタを介して第１及び第２の他の電池モジュールと自己の電池モジュールとの間で前記電圧情報の送受信を行なう通信回路とを有し、
   前記通信回路は、前記１以上の単セルの負極に一端が接続された第１抵抗と、
   一端が前記第１抵抗の他端に接続され、他端に前記第１コネクタから前記電圧情報が入力される第２抵抗と、
   ゲートが前記第１抵抗と前記第２抵抗とが接続される配線に接続され、前記第１コネクタから前記電圧情報が前記第２抵抗を介して前記ゲートに入力されたときオンする第１スイッチ素子と、
   前記自己の前記電池モジュールの前記電圧情報がゲートに入力されたときオンする第２スイッチ素子と、
   一端が前記第２コネクタに接続される第３抵抗と、
   ドレインが前記１以上の単セルの正極に接続され、ソースが第３抵抗の他端に接続され、前記第１スイッチ素子から出力される前記第１コネクタからの前記電圧情報と前記第２スイッチ素子から出力される前記自己の前記電池モジュールの前記電圧情報との論理和を前記第３抵抗を介して前記第２コネクタに出力する第３スイッチ素子と、
   を有する電池モジュール。
3. １以上の単セルと、前記１以上の単セルの各電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部で検出された各電圧のいずれかの電圧が上限値になった場合に過充電禁止のための保護信号を出力するモジュール監視制御部と、第１コネクタおよび前記第１コネクタとは別に設けられた第２コネクタとを有し、前記第１コネクタ及び前記第２コネクタを介して第１及び第２の他の電池モジュールと自己の電池モジュールとの間で前記保護信号の送受信を行ない、前記電池モジュールに直列に接続され且つ前記保護信号により前記１以上の単セルの過充電を遮断する遮断手段に、前記保護信号を送信する送信手段とを有し、
   前記送信手段は、
   前記１以上の単セルの負極に一端が接続された第１抵抗と、
   一端が前記第１抵抗の他端に接続され、他端に前記第１コネクタから前記保護信号が入力される第２抵抗と、
   ゲートが前記第１抵抗と前記第２抵抗とが接続される配線に接続され、前記第１コネクタから前記保護信号が前記第２抵抗を介して前記ゲートに入力されたときオンする第１スイッチ素子と、
   前記自己の前記電池モジュールの前記保護信号がゲートに入力されたときオンする第２スイッチ素子と、
   一端が前記第２コネクタに接続される第３抵抗と、
   ドレインが前記１以上の単セルの正極に接続され、ソースが前記第３抵抗の他端に接続され、前記第１スイッチ素子から出力される前記第１コネクタからの前記保護信号と前記第２スイッチ素子から出力される前記自己の前記電池モジュールの前記保護信号との論理和を前記第３抵抗を介して前記第２コネクタに出力する第３スイッチ素子と、
   を有する電池モジュール。
4. １以上の単セルと、前記１以上の単セルの各電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部で検出された各電圧のいずれかの電圧が下限値になった場合に過放電禁止のための保護信号を出力するモジュール監視制御部と、第１コネクタおよび前記第１コネクタとは別に設けられた第２コネクタとを有し、前記第１コネクタ及び前記第２コネクタを介して第１及び第２の他の電池モジュールと自己の電池モジュールとの間で前記保護信号の送受信を行ない、前記電池モジュールに直列に接続され且つ前記保護信号により前記１以上の単セルの過放電を遮断する遮断手段に、前記保護信号を送信する送信手段とを有し、
   前記送信手段は、
   前記１以上の単セルの負極に一端が接続された第１抵抗と、
   一端が前記第１抵抗の他端に接続され、他端に前記第１コネクタから前記保護信号が入力される第２抵抗と、
   ゲートが前記第１抵抗と前記第２抵抗とが接続される配線に接続され、前記第１コネクタから前記保護信号が前記第２抵抗を介して前記ゲートに入力されないときオンする第１スイッチ素子と、
   前記自己の前記電池モジュールの前記保護信号がゲートに入力されないときオンする第２スイッチ素子と、
   一端が前記第２コネクタに接続される第３抵抗と、
   ドレインが前記１以上の単セルの正極に接続され、前記第１スイッチ素子から出力される前記第１コネクタからの前記保護信号と前記第２スイッチ素子から出力される前記自己の前記電池モジュールの前記保護信号との論理和を前記第３抵抗を介して前記第２コネクタに出力する第３スイッチ素子と、
   を有する電池モジュール。

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