电池系统

摘要

当判断存在需要充电的电池单元时，ECU将地址信息输出给电池监视AFE(6)。电池监视AFE(6)使根据地址信息确定的晶体管(T2)导通，向均衡电路(4)输出有效的接通/断开信号。在均衡电路(4)中设置有与各电池单元(2a)分别连接的DC转换器(30)，通过输入接通/断开信号的DC转换器(30)进行动作，选择性地对电池单元进行充电。DC转换器(30)由磁放大器方式的正向转换器构成，当接通/断开信号有效时，如果电池单元的电压低于4.2V左右，则选择性地对单元电压低的电池单元进行充电，最终单元电压保持为4.2V左右，防止了对电池单元(2a)的过充电。

权利要求

1.一种电池系统，具有串联连接多个二次电池单元而构成的电池、以及对所述电池的充放电进行控制的电池控制部，所述电池系统的特征在于，所述电池控制部具有：

电池监视部，其监视所述二次电池单元；以及

单元均衡电路，其执行所述电池的单元均衡控制，所述单元均衡电路具有：

脉冲产生电路，其被提供将从所述电池提供的第一电源电压降压得到的第二电源电压，并且基于所述第二电源电压生成任意周期的脉冲信号；以及第一DC转换器，其与所述二次电池单元分别连接，并且基于由所述脉冲产生电路生成的脉冲信号，生成对所述二次电池单元进行充电的充电电压，所述电池监视部基于选择要进行充电的二次电池单元的充电控制信号，确定要进行充电的所述二次电池单元，并且向与所述二次电池单元连接的第一DC转换器输出动作控制信号，所述第一DC转换器基于所述动作控制信号进行动作，对所述二次电池单元进行充电，所述第一DC转换器由磁放大器式的正向转换器构成，所述磁放大器式的正向转换器具有可饱和电感器，并且通过所述可饱和电感器对开关用晶体管的动作进行控制，由此生成对所述二次电池单元进行充电的电压。

2.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，所述脉冲产生电路具有：

开关元件，其基于开关信号进行开关；以及

变压器，其随着与一次绕组侧连接的所述开关元件的接通/断开动作，向二次绕组侧传递能量，产生所述脉冲信号，所述变压器具有与所述第一DC转换器相同数量的二次绕组。

3.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，还具有第二转换器，该第二转换器将从所述电池提供的第一电源电压降压，并且生成提供给所述脉冲产生电路的第二电源电压。

4.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，所述电池监视部具有存储充电单元确定信息的确定信息存储部，所述充电单元确定信息用于确定要进行充电的所述二次电池单元，所述电池监视部基于所述充电控制信号检索存储在所述确定信息存储部中的充电单元确定信息，确定要进行充电的所述二次电池单元，并且输出所述控制信号。

5.根据权利要求4所述的电池系统，其特征在于，所述电池系统经由通信总线与所述电池控制部连接，输入到所述电池监视部的所述充电控制信号是经由所述通信总线从所述电池控制部输出的信号。

6.根据权利要求5所述的电池系统，其特征在于，所述通信总线的通信协议接口是控制器局域网。

7.一种电池系统，具有串联连接多个二次电池单元而构成的电池、以及对所述电池的充放电进行控制的电池控制部，所述电池系统的特征在于，所述电池控制部具有：

电池监视部，其监视所述二次电池单元；以及

单元均衡电路，其执行所述电池的单元均衡控制，所述单元均衡电路具有：

脉冲产生电路，其被提供将从所述电池提供的第一电源电压降压得到的第二电源电压，并且基于所述第二电源电压生成任意周期的脉冲信号；以及第一DC转换器，其与所述二次电池单元分别连接，并且基于由所述脉冲产生电路生成的脉冲信号，生成对所述二次电池单元进行充电的充电电压，所述电池监视部基于选择要进行充电的二次电池单元的充电控制信号，确定要进行充电的所述二次电池单元，并且向与所述二次电池单元连接的第一DC转换器输出动作控制信号，所述第一DC转换器基于所述动作控制信号进行动作，对所述二次电池单元进行充电，所述第一DC转换器由磁放大器式的回扫转换器构成，所述磁放大器式的回扫转换器具有可饱和电感器，并且通过所述可饱和电感器对开关用晶体管的动作进行控制，由此生成对所述二次电池单元进行充电的电压。

8.根据权利要求7所述的电池系统，其特征在于，所述脉冲产生电路具有：

开关元件，其基于开关信号进行开关；以及

变压器，其随着与一次绕组侧连接的所述开关元件的接通/断开动作，向二次绕组侧传递能量，产生所述脉冲信号，所述变压器具有与所述第一DC转换器相同数量的二次绕组。

9.根据权利要求7所述的电池系统，其特征在于，还具有第二转换器，该第二转换器将从所述电池提供的第一电源电压降压，并且生成提供给所述脉冲产生电路的第二电源电压。

10.根据权利要求7所述的电池系统，其特征在于，所述电池监视部具有存储充电单元确定信息的确定信息存储部，所述充电单元确定信息用于确定要进行充电的所述二次电池单元，所述电池监视部基于所述充电控制信号检索存储在所述确定信息存储部中的充电单元确定信息，确定要进行充电的所述二次电池单元，并且输出所述控制信号。

11.根据权利要求10所述的电池系统，其特征在于，所述电池系统经由通信总线与所述电池控制部连接，输入到所述电池监视部的所述充电控制信号是经由所述通信总线从所述电池控制部输出的信号。

12.根据权利要求11所述的电池系统，其特征在于，所述通信总线的通信协议接口是控制器局域网。

13.一种电池系统，具有串联连接多个二次电池单元而构成的电池、以及对所述电池的充放电进行控制的电池控制部，所述电池系统的特征在于，所述电池控制部具有：

电池监视部，其监视所述二次电池单元；以及

单元均衡电路，其执行所述电池的单元均衡控制，所述单元均衡电路具有：

脉冲产生电路，其被提供将从所述电池提供的第一电源电压降压得到的第二电源电压，并且基于所述第二电源电压生成任意周期的脉冲信号；以及第一DC转换器，其分别连接在串联连接的任意数量的所述二次电池单元中的最高电位的电极与最低电位的电极之间，并且基于由所述脉冲产生电路生成的脉冲信号，生成对任意数量的所述二次电池单元一起进行充电的充电电压，所述电池监视部基于选择要进行充电的任意数量的所述二次电池单元的充电控制信号，确定要进行充电的所述二次电池单元，并且向与任意数量的所述二次电池单元连接的第一DC转换器输出动作控制信号，所述第一DC转换器基于所述动作控制信号进行动作，对任意数量的所述二次电池单元进行充电，所述第一DC转换器由磁放大器式的正向转换器构成，所述磁放大器式的正向转换器具有可饱和电感器，并且通过所述可饱和电感器对开关用晶体管的动作进行控制，由此生成对所述二次电池单元进行充电的电压。

14.根据权利要求13所述的电池系统，其特征在于，所述脉冲产生电路具有：

开关元件，其基于开关信号进行开关；以及

变压器，其随着与一次绕组侧连接的所述开关元件的接通/断开动作，向二次绕组侧传递能量，产生所述脉冲信号，所述变压器具有与所述第一DC转换器相同数量的二次绕组。

15.根据权利要求13所述的电池系统，其特征在于，还具有第二转换器，该第二转换器将从所述电池提供的第一电源电压降压，并且生成提供给所述脉冲产生电路的第二电源电压。

16.根据权利要求13所述的电池系统，其特征在于，所述电池监视部具有存储充电单元确定信息的确定信息存储部，所述充电单元确定信息用于确定要进行充电的所述二次电池单元，所述电池监视部基于所述充电控制信号检索存储在所述确定信息存储部中的充电单元确定信息，确定要进行充电的所述二次电池单元，并且输出所述控制信号。

17.根据权利要求16所述的电池系统，其特征在于，所述电池系统经由通信总线与所述电池控制部连接，输入到所述电池监视部的所述充电控制信号是经由所述通信总线从所述电池控制部输出的信号。

18.根据权利要求17所述的电池系统，其特征在于，所述通信总线的通信协议接口是控制器局域网。

19.一种电池系统，具有串联连接多个二次电池单元而构成的电池、以及对所述电池的充放电进行控制的电池控制部，所述电池系统的特征在于，所述电池控制部具有：

电池监视部，其监视所述二次电池单元；以及

单元均衡电路，其执行所述电池的单元均衡控制，所述单元均衡电路具有：

脉冲产生电路，其被提供将从所述电池提供的第一电源电压降压得到的第二电源电压，并且基于所述第二电源电压生成任意周期的脉冲信号；以及第一DC转换器，其分别连接在串联连接的任意数量的所述二次电池单元中的最高电位的电极与最低电位的电极之间，并且基于由所述脉冲产生电路生成的脉冲信号，生成对任意数量的所述二次电池单元一起进行充电的充电电压，所述电池监视部基于选择要进行充电的任意数量的所述二次电池单元的充电控制信号，确定要进行充电的所述二次电池单元，并且向与任意数量的所述二次电池单元连接的第一DC转换器输出动作控制信号，所述第一DC转换器基于所述动作控制信号进行动作，对任意数量的所述二次电池单元进行充电，所述第一DC转换器由磁放大器式的回扫转换器构成，所述磁放大器式的回扫转换器具有可饱和电感器，并且通过所述可饱和电感器对开关用晶体管的动作进行控制，由此生成对所述二次电池单元进行充电的电压。

20.根据权利要求19所述的电池系统，其特征在于，所述脉冲产生电路具有：

开关元件，其基于开关信号进行开关；以及

变压器，其随着与一次绕组侧连接的所述开关元件的接通/断开动作，向二次绕组侧传递能量，产生所述脉冲信号，所述变压器具有与所述第一DC转换器相同数量的二次绕组。

21.根据权利要求19所述的电池系统，其特征在于，还具有第二转换器，该第二转换器将从所述电池提供的第一电源电压降压，并且生成提供给所述脉冲产生电路的第二电源电压。

22.根据权利要求19所述的电池系统，其特征在于，所述电池监视部具有存储充电单元确定信息的确定信息存储部，所述充电单元确定信息用于确定要进行充电的所述二次电池单元，所述电池监视部基于所述充电控制信号检索存储在所述确定信息存储部中的充电单元确定信息，确定要进行充电的所述二次电池单元，并且输出所述控制信号。

23.根据权利要求22所述的电池系统，其特征在于，所述电池系统经由通信总线与所述电池控制部连接，输入到所述电池监视部的所述充电控制信号是经由所述通信总线从所述电池控制部输出的信号。

24.根据权利要求23所述的电池系统，其特征在于，所述通信总线的通信协议接口是控制器局域网。

说明书

电池系统

技术领域

[0001] 本发明涉及二次电池的充电技术，特别是涉及对构成二次电池的二次电池单元中的单元均衡(cell balance)控制有效的技术。

背景技术

[0002] 从轻量化和减少损耗的观点出发，使EV(Electric Vehicle，电动汽车)、HEV(Hybrid Electric Vehicle，混合动力汽车)等所使用的电池高压化。在具有这种电池的电源系统中，设置有对该电池进行充放电控制和监视等的电池监视AFE(Analog Front End，模拟前端)等半导体集成电路装置。

[0003] 在这种半导体集成电路装置中，通常设置有所谓的调节电路(conditioning circuit)，该调节电路具有电池单元的选择性的放电/充电功能，使电池单元电压一致，防止看做电池(整体)时能够使用的电能与电池单元所具有的放电电容的合计相比显著地恶化。

[0004] 作为这种电池中的单元均衡(使各个电池单元电压一致)技术，有通过升降压型转换器(buck-boost converter)等使相邻的电池单元彼此的电荷均匀化的技术(例如参照专利文献1)、使用转换器从电池整体向特定的电池单元注入电荷的技术(例如参照非专利文献1)、以及利用应用了电荷泵技术的开关元件和电容器的技术(例如参照专利文献2)等。

[0005] 专利文献1公开了使相邻的两个单元间的电荷达到两者的电压相等的方法。通过交替地开闭隔着禁带并以相同的脉冲宽度与上下单元连接的开关的这一开关动作，与两个单元的中点连接的电感器存储一个单元的能量并向另一个单元转移。

[0006] 当两个单元的电压在电路常数和脉冲宽度上的差异为预定量以上时，能量的传递是从电压高的单元向电压低的单元传递，但是当上述差异为预定量以下时，能量从电压高的单元向电压低的单元的传递和能量从电压低的单元向电压高的单元的传递同时发生，其比例取决于两者的单元电压。

[0007] 通过该现象，两个单元电压逐渐地接近，各单元电压变为完全相等。在这种情况下，两种能量的传递变为相同。当有三个以上的单元电压时，对于相邻的两个单元，一个电感器需要两个开关。如果电池由N个单元构成，则需要N-1个电感器和2N-2个开关元件。

[0008] 另外，非专利文献1公开的通过转换器实现的有源单元均衡(active cell balance)方式是从电池的高电位侧电极、即串联连接的电池单元的正侧电极和低电位侧电极之间获取能量的方式。是将从电池整体获取的能量向电池单元充电的方法。

[0009] 另外，在专利文献2公开的技术中，与电荷泵一样，主要部件由开关和电容器构成。是使暂时存储在电容器中的电荷移动到其他单元等的方法。

[0010] 现有技术文献

[0011] 专利文献

[0012] 专利文献1：美国第7615966号专利

[0013] 专利文献2：美国第5710504号专利

[0014] 非专利文献

[0015] 非专利文献1：Journal of Power Electronics,Vol.9,No.3,May2009,p.472。

发明内容

[0016] 但是，在上述这样的电池的单元均衡技术中，本发明的发明人发现了以下问题。

[0017] 首先，在专利文献1的技术中，存在着能量的移动被限定于相邻单元的问题。虽然在电池的单元数为2～4单元时是实用的，但是很多车载用电池单元是96单元左右的结构，因此直到所有的单元均达到均衡的时间过长。另外，由于收敛时间还依赖于高电压的单元和低电压的单元的位置、以及它们之间的单元的电压，因此存在着对系统整体的控制比较困难的问题。

[0018] 另外，由于需要使与上下单元连接的所有开关动作，因此即使相邻单元的电压相同，能量的转移(充放电)也会一直持续地进行，由于电路动作而产生的损耗会变大。

[0019] 另外，在非专利文献1的技术的情况下，由于没有各单元的控制电路，因此难以严格地维持单元的工作电压，从功能安全的观点来看，可能会产生问题。

[0020] 另外，在专利文献2的通过电荷泵实现的技术中，存在着电荷泵所使用的开关的控制变得复杂的问题。

[0021] 另外，在专利文献2中，由于高效、直接地反映开关的阻抗，因此需要降低该阻抗。由于预测开关次数非常多，因此MOSFET(Metal Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)等半导体元件适于用作开关元件，但是由于峰值电流大，因此开关元件非常昂贵。

[0022] 本发明的目的在于提供一种能够通过简单的控制来低成本地对任意的二次电池高效地进行充电的技术。

[0023] 本发明的上述和其他目的、以及新的特征将通过本说明书的记述和附图得以明确。

[0024] 以下，简单地说明本申请所公开的发明中的代表性发明的概要。

[0025] 为了达到上述目的，提供一种对任意的二次电池单元进行充电并进行单元均衡控制的电池系统。该电池系统具有串联连接多个二次电池单元而构成的电池、以及控制所述电池的充放电的电池控制部。

[0026] 另外，电池控制部具有：电池监视部，其监视二次电池单元；以及单元均衡电路，其执行所述电池的单元均衡控制，所述单元均衡电路具有：脉冲产生电路，向该脉冲产生电路提供将从所述电池提供的第一电源电压降压后得到的第二电源电压，并且该脉冲产生电路基于所述第二电源电压生成任意周期的脉冲信号；以及第一DC转换器，其与所述二次电池单元分别连接，并且基于由所述脉冲产生电路生成的脉冲信号，生成对所述二次电池单元进行充电的充电电压。

[0027] 并且，电池监视部基于选择要进行充电的二次电池单元的充电控制信号，确定要进行充电的所述二次电池单元，并且向与所述二次电池单元连接的第一DC转换器输出动作控制信号，所述第一DC转换器基于所述动作控制信号进行动作，对所述二次电池单元进行充电。

[0028] 发明的效果

[0029] 以下，简单地说明本申请所公开的发明中的代表性的发明能够获得的效果。

[0030] (1)能够提高电池系统的可靠性。

[0031] (2)能够降低电池系统的成本。

[0032] (3)能够延长电池的电池寿命。

附图说明

[0033] 图1是表示本发明的实施方式一的电池系统的结构的一个例子的说明图。

[0034] 图2是表示设置在图1的电池系统中的电池监视AFE的结构的一个例子的说明图。

[0035] 图3是减小充电时的电池单元的电力的机理的说明图。

[0036] 图4是减小放电(使用)时的电池单元的电力的机理的说明图。

[0037] 图5是表示设置在图1的电池系统中的均衡电路的原理的说明图。

[0038] 图6是表示图5所示的均衡电路的变形例子的说明图。

[0039] 图7是表示图6所示的均衡电路的其他变形例子的说明图。

[0040] 图8是表示图6的均衡电路的其他变形例子的说明图。

[0041] 图9是表示设置在图1的电池系统中的均衡电路的具体电路结构的一个例子的说明图。

[0042] 图10是表示设置在图9的均衡电路中的DC转换器的一个例子的说明图。

[0043] 图11是表示设置在图9的均衡电路中的脉冲电压产生电路的一个例子的说明图。

[0044] 图12是表示设置在图9的均衡电路中的DC降压转换器的结构的一个例子的说明图。

[0045] 图13是表示图9的DC转换器和图11的脉冲电压产生电路的一部分的简略图。

[0046] 图14是图13中的各部分信号的时序图。

[0047] 图15是表示设置在本发明的实施方式二的均衡电路中的DC转换器的一个例子的说明图。

[0048] 图16是表示设置在本发明的实施方式三的均衡电路中的DC转换器的结构的一个例子的说明图。

[0049] 图17是表示本发明的实施方式四的电池系统的具体电路结构的一个例子的说明图。

[0050] 图18是表示本发明的实施方式五的电池系统的具体电路结构的一个例子的说明图。

具体实施方式

[0051] 以下，基于附图来详细地说明本发明的实施方式。另外，在用于说明实施方式的所有附图中，作为原则，对于相同的部件标注相同的附图标记并省略其重复的说明。

[0052] (实施方式一)

[0053] 图1是表示本发明的实施方式一的电池系统的结构的一个例子的说明图，图2是表示设置在图1的电池系统中的电池监视AFE的结构的一个例子的说明图，图3是减小充电时的电池单元的电力的机理的说明图，图4是减小放电(使用)时的电池单元的电力的机理的说明图，图5是表示设置在图1的电池系统中的均衡电路的原理的说明图，图6是表示图5所示的均衡电路的变形例子的说明图，图7是表示图6所示的均衡电路的其他变形例子的说明图，图8是表示图6的均衡电路的其他变形例子的说明图，图9是表示设置在图1的电池系统中的均衡电路的具体电路结构的一个例子的说明图，图10是表示设置在图9的均衡电路中的DC转换器的一个例子的说明图，图11是表示设置在图9的均衡电路中的脉冲电压产生电路的一个例子的说明图，图12是表示设置在图9的均衡电路中的DC降压转换器的结构的一个例子的说明图，图13是表示图9的DC转换器和图11的脉冲电压产生电路的一部分的简略图，图14是图13中的各部分信号的时序图。

[0054] ＜实施方式的概要＞

[0055] 本实施方式的概要适用于具有电池(电池2)和电池控制部(均衡电路4、MCU5、电池监视AFE6)的电池系统(电池系统1)，所述电池通过串联连接多个二次电池单元(电池单元2a)而构成，所述电池控制部控制所述电池的充放电。

[0056] 另外，电池控制部具有：监视二次电池单元的电池监视部(电池监视AFE6)、以及对电池进行单元均衡控制的单元均衡电路(均衡电路4)。

[0057] 另外，单元均衡电路具有脉冲产生电路(脉冲电压产生电路31a、脉冲信号产生电路31b)和第一DC转换器，向所述脉冲产生电路提供将从电池提供的第一电源电压(电源电压VBAT)降压后得到的第二电源电压(电源电压VCC)，并且该脉冲产生电路基于该第二电源电压生成任意周期的脉冲信号，所述第一DC转换器与二次电池单元分别连接，且基于由脉冲产生电路生成的脉冲信号生成对二次电池单元进行充电的充电电压。

[0058] 另外，电池监视部基于充电控制信号(address information，地址信息)(选择进行充电的二次电池单元的信号)确定进行充电的二次电池单元，向与二次电池单元连接的第一DC转换器输出动作控制信号(接通(ON)/断开(OFF)信号)，第一DC转换器基于从电池监视部输出的动作控制信号进行动作，由此对二次电池单元进行充电。

[0059] 以下，基于上述概要来详细地说明实施方式。

[0060] ＜电池系统的结构例子＞

[0061] 在本实施方式一中，电池系统1例如是搭载在EV或HEV等汽车上的电源系统。如图1所示，电池系统1包括电池2、电池控制部3、以及均衡电路4。

[0062] 电池2是能够充电的二次电池，例如由串联连接数十至上百个左右的、额定电压为3.6V左右的电池单元2a的结构构成。电池控制部3是对电池2的过充电、过放电、以及过电流等进行各种监视并进行电池保护等的电池电压控制用IC，包括MCU(Micro-Control Unit，微控制单元)5和多个电池监视AFE6。MCU5和电池监视AFE6例如形成在单独的半导体芯片上。

[0063] MCU5通过后述的CAN(Controller Area Network，控制器局域网)等发送电池单元2a的监视结果，并接收电池系统1的控制信号。电池监视AFE6是电池单元监视用的IC，基于从MCU5输出的指令获取电池单元的监视信息。

[0064] 电池监视AFE6例如通过一个电池监视AFE对设置在一个电池单元组2b中的电池单元2a进行监视控制。电池单元组2b例如由串联连接6～14个左右的电池单元的结构构成。将通过各个电池监视AFE6获取的电池单元2a的监视信息发送给MCU5。

[0065] 均衡电路4基于从电池监视AFE6输出的控制信号，选择性地对任意的电池单元2a进行充电。在电池2中，分别具有正(+)侧电极和负(—)侧电极。

[0066] 将电池2的电源连接成将其提供给电动机控制部7和均衡电路4，所述电动机控制部7控制逆变器，所述逆变器控制搭载在EV或HEV等汽车上的三相电动机M的驱动。通过作为外设充电器的DC电源8或者行驶时通过电动机M产生的再生电力对电池2进行充电，另外，当使电动机M驱动时，从正(+)侧电极和负(—)侧电极释放出能量。

[0067] 另外，MCU5与对电池系统1进行控制的ECU(Electric control unit，电控单元)9进行通信。在汽车中，除了ECU9以外，还搭载有大量的对电动机M和发动机等传动系统、导航系统和音响设备等信息系统、或者空调和前灯、门锁等车身(body)系统等进行各种控制的多种ECU(未图示)。

[0068] 作为连接MCU5和ECU9的通信网络的协议，例如使用上述的CAN。MCU5经由CAN收发器/接收器10与CAN总线BC连接。另外，ECU9经由CAN收发器/接收器11与CAN总线BC连接。其他的ECU也同样地经由CAN收发器/接收器(未图示)与CAN总线BC连接。

[0069] 将CAN协议的差动信号传送给CAN总线BC。CAN收发器/接收器10将经由CAN总线BC输入的差动信号转换为数字信号并输出给MCU5，并且将从MCU5输出的数字信号转换为差动信号并输出给CAN总线BC。

[0070] MCU5包括SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)12、CPU13、CAN接口14、以及存储器15等。SPI12是进行串行通信的接口，经由数字隔离器DI分别与电池监视AFE6进行通信。CPU13对MCU5的动作进行控制。

[0071] CAN接口14是MCU5和CAN总线BC的接口。存储器15例如由RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)和/或ROM(Read Only Memory，只读存储器)等构成。RAM例如用作CPU13的工作区。ROM例如存储MCU5的动作程序等。

[0072] ＜电池监视AFE的结构的例子＞

[0073] 图2是表示电池监视AFE6的结构的一个例子的说明图。

[0074] 包括模拟多路复用器16、A/D转换器17、SPI18、19、寄存器组20、电平移位器21、22、放电控制部23、充电控制信号输出部23a、以及调整器24等。

[0075] 另外，电池监视AFE6设置有外部端子C12～C0、B12～B1、D12～D1、SDO、SCLK、SSO等。放电控制部23包括多个电阻R1和多个晶体管T1。

[0076] 另外，充电控制信号输出部23a包括多个电阻R2和多个晶体管T2。这些晶体管T1、T2例如由N沟道MOS(Metal Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体)构成。

[0077] 在外部端子C12～C0中的各个外部端子之间，分别串联连接有放电控制部23中的电阻R1和晶体管T1。另外，在外部端子C12～C0中的各个外部端子之间，分别串联连接有充电控制信号输出部23a中的电阻R2和晶体管T2。

[0078] 例如，是串联连接的电阻R1和晶体管T1、以及串联连接的电阻R2和晶体管T2并联连接在外部端子C12与外部端子C11之间的结构。在外部端子C11～C0中，也是同样的连接结构。

[0079] 另外，在外部端子D12～D1上分别连接有电阻R1和晶体管T1的连接部，在外部端子B12～B1上分别连接有电阻R2和晶体管T2的连接部。

[0080] 在外部端子C12～C0上分别连接有电池2中的电池单元2a，在外部端子D12～D1上分别连接有放电用的电阻Rr。

[0081] 另外，外部端子B12～B1与均衡电路4连接，并且连接成将对该均衡电路4的动作进行控制的控制信号分别输入到均衡电路4。

[0082] 外部端子SDI是将来自外部的串行信号输入到SPI19的端子，外部端子SCLKI是将串行信号的同步时钟提供给SPI19的端子。外部端子SSI是被提供输入到SPI19的选择信号的端子。外部端子SDO是从SPI18向外部输出串行信号的端子，外部端子SCLKO是从SPI18向外部输出串行信号的同步时钟的端子。

[0083] 外部端子SSO是从SPI19输出选择信号的端子。模拟多路复用器16连接成被提供电源电压VCC。电源电压VCC是由后述的DC降压转换器32生成的电源电压。

[0084] 模拟多路复用器16基于选择信号选择任意的电池单元2a的电压值并输出给A/D转换器17。A/D转换器17对经由模拟多路复用器16输出的电压值进行A/D转换并输出给寄存器组20。

[0085] 输入到模拟多路复用器16的选择信号从ECU9输出，并且经由SPI19、寄存器组20、以及A/D转换器17输入到模拟多路复用器16的控制端子。

[0086] 在寄存器组20中设置有多个寄存器REG。寄存器组20暂时存储由A/D转换器17进行A/D转换后得到的数字数据或者从ECU9输出的控制数据等。

[0087] 另外，在寄存器组20的寄存器中存储根据输入的地址信息确定电池单元2a的信息。基于从ECU9输出的地址信息等，确定任意的电池单元2a，并使相应的电池单元2a放电或者对其进行充电。

[0088] 在使电池单元2a放电的情况下，使根据从ECU9输出的地址信息确定的晶体管T1导通，将任意的电池单元2a的能量向外接的放电用的电阻Rr放电。

[0089] 另外，在寄存器REG中存储有根据输入的地址信息确定进行充电的电池单元2a的充电单元确定信息。在对电池单元2a进行充电的情况下，基于从ECU9输出的地址信息来检索充电单元确定信息，使根据该检索结果确定的晶体管T2导通，向均衡电路4输出控制信号，并通过该均衡电路4对任意的电池单元2a进行充电。调整器24将电源电压VCC降压并生成电源电压VREG(例如5.0V左右)。

[0090] ＜电池系统1的动作的例子＞

[0091] 说明电池系统1的动作的例子。

[0092] 如上所述，电池系统1经由CAN总线BC由ECU9控制。当控制电池2的MCU5接收到来自ECU9的请求时，MCU5分别向电池监视AFE6输出指示。电池监视AFE6通过SPI18、19雏菊链(daisy chain)连接，通过串行信号向该电池监视AFE6传送来自MCU5的指示。

[0093] 另外，在电池监视AFE6中，电池2的各个电池单元2a的电压经由模拟多路复用器16输入到A/D转换器17。通过A/D转换后得到的电压值经由寄存器组20、SPI18、以及MCU5输入到ECU9，通过该ECU9来测量任意的电池单元2a的单元电压。如上所述，根据从ECU9输出的选择信号来决定从模拟多路复用器16输出哪一个电池单元2a的电压。

[0094] 在电池2的单元均衡控制中，当ECU9判断有的电池单元的单元电压高时，ECU9通过串行信号向电池监视AFE输出使相应的电池单元放电的地址信号。

[0095] 电池监视AFE6基于从ECU9输出的地址信号检索存储在寄存器组20的寄存器REG中的信息，确定放电的电池单元，并输出选择相应的晶体管T1的信号。

[0096] 从寄存器REG输出的信号经由电平移位器21输入到相应的晶体管T1，并且通过该晶体管T1导通，经由与外部端子Dn连接的外设的电阻Rr选择性地使电池单元放电。

[0097] 另外，在电池2的单元均衡控制中，当ECU9检测到有的电池单元2a的单元电压低时，ECU9输出地址信息以使均衡电路4动作。

[0098] 电池监视AFE6基于从ECU9输出的地址信息检索存储在寄存器REG中的充电单元确定信息，确定进行充电的任意的电池单元2a，并输出选择与所确定的电池单元2a相应的晶体管T2的信号。

[0099] 从寄存器REG输出的信号经由电平移位器22输入到相应的晶体管T2。然后，通过晶体管T2导通，接通/断开信号经由外部端子Bn输出到均衡电路4。均衡电路4基于输入的接通/断开信号选择性地对任意的电池单元进行充电。

[0100] ＜单元均衡的原因＞

[0101] 说明使电池单元的单元电压一致(单元均衡)的原因。

[0102] 首先，电池单元存在能够使用的最大电压和最小电压，必须使用它们之间的电压(称为工作电压)。

[0103] 另外，电池单元的放电电容存在个体差异。例如，如图3的(a)所示，对电池单元CE1～CE4串联连接的电池进行充电。这里，如图3的(b)所示，当假定各电池单元的放电电容为CE3＜CE4＜CE1＜CE2的关系时，如图3的(c)所示，放电电容小的电池单元CE3的电压迅速上升，很快达到工作电压上限。如果放任不管的话，将无法再进行充电，因此达到工作电压上限的电池单元以外的电池单元将无法充满电。

[0104] 接下来，说明由于负载而放电的情况。如图4的(a)所示，在电池单元CE1～CE4串联连接的电池中，如图4的(b)所示，当假定各电池单元的放电电容为CE3＜CE4＜CE1＜CE2的关系时，如图4的(c)所示，放电电容最小的电池单元CE3的单元电压迅速下降至工作电压下限。

[0105] 作为电池(整体)，再也无法进行放电，此时，其他的电池单元CE1、CE2、CE4仍然保持能够放电的状态。

[0106] 因此，如果在充电时将电压高的电池单元的电荷放电而使各单元电压一致，则能够使几乎所有的电池单元充满电。另外，不仅是在对电池2进行充电时，在使用电池2时(放电时)，通过使用均衡电路4使各单元电压一致，也能够无浪费地进行放电。

[0107] ＜均衡电路的原理电路的例子＞

[0108] 图5是表示设置在电池系统1中的均衡电路4的原理的说明图。

[0109] 如图所示，均衡电路4包括多个DC转换器25、开关元件26、以及变压器27。在DC转换器25上分别连接有电池单元组2b的电池单元2a的正(+)侧电极和负(—)侧电极。

[0110] 在变压器27的一次绕组的一个端部上连接有电池单元组2b的正(+)侧电极，在变压器27的一次绕组的另一个端部上连接有开关元件26的一个连接部。

[0111] 在该开关元件26的另一个连接部上连接有电池单元组2b的负(—)侧电极。开关元件26基于恒定周期的脉冲信号接通/断开。

[0112] 另外，在变压器27中设置有多个二次绕组，这些二次绕组分别与多个DC转换器25连接。向DC转换器25提供通过变压器27的二次绕组生成的感应电压。

[0113] 另外，在DC转换器25的输出部上分别连接有电池单元组2b中的各个电池单元2a。DC转换器25将通过变压器27的二次绕组生成的电压转换为任意的直流电压并输出。基于从电池监视AFE6输出的接通/断开信号对这些DC转换器25的动作分别进行控制。

[0114] 说明图5所示的均衡电路4的动作的例子。

[0115] 通过开关元件26和变压器27的一次绕组从电池2整体引出能量。

[0116] 在最简单的动作例子的情况下，开关如上所述以恒定的周期、恒定的脉冲宽度接通/断开(开关)。变压器27的二次绕组的极性取决于与电池单元2a连接的转换器的形式。

[0117] 在顺向型变压器的情况下，与一次绕组的极性相同，在回扫型变压器的情况下，为相反的极性。这里，为了便于说明，对狭义的顺向型或回扫型进行说明，但是不限于这些形式，可以是各种电源形式。例如，作为顺向型，当然也包括推挽式、半桥式、全桥式等，作为回扫型，当然也包括RCC(ringing choke converter，自激式转换器)式等。

[0118] 但是，DC转换器25是具有至少一个以上的可饱和电感器并能够通过其特性控制二次电压的脉冲宽度的、所谓磁放大器方式的转换器。

[0119] 另外，对DC转换器25的输出电压进行控制以使其成为某一恒定电压(大约是电池单元的工作电压最大值附近的值)。当从电池监视AFE6输出的接通/断开信号变为有效(active)时，DC转换器25动作。

[0120] 通过利用接通/断开信号选择性地使DC转换器25动作，能够最佳地对电压低的电池单元迅速地进行充电。尤其是在电池2放电时，通过对电压非常低的电池单元集中地进行充电，能够迅速地提高电池2的放电时间。

[0121] 另外，作为DC转换器25的特性，电池单元的电压与所控制的恒定电压的差越大，流过的电流越多，因此即使选择了所有单元，各电池单元的电压差也会减小。

[0122] 图6是表示图5所示的均衡电路4的变形例子的说明图。

[0123] 图5所示的均衡电路4设置有一个变压器27，但是在该图6中，均衡电路4设置有个数与电池2中的电池单元2a的数量相同的变压器27a。

[0124] 在变压器27a的一次绕组的一个端部上分别连接有电池2的正(+)侧电极、以及开关元件26的一个连接部。另外，在开关元件26的另一个连接部和变压器27a的一次绕组的另一个端部上分别连接有电池2的负(—)侧电极。其他的电路结构和连接与图5相同，因此省略说明。

[0125] 在图4所示结构的均衡电路4的情况下，如果电池单元的数量为几个(例如4个单元左右)的话没有问题，但是在EV等所使用的电池中，从轻量化和降低损耗等观点来看，采用高电压化，电池单元的数量例如为96个左右之多。

[0126] 在该情况下，在图4的变压器27中，二次绕组数变得过多，漏电感变大，效率变差。

[0127] 另一方面，如图5所示，当采用设置有数量与电池单元2a相同的变压器27a的结构时，二次绕组为1个，能够成为耦合非常优良的变压器，能够大幅地减小漏电感等。

[0128] 图7是表示图6所示的均衡电路4的其他变形例子的说明图。

[0129] 在该情况下，图7所示的均衡电路4成为从图6的均衡电路4的结构中除去了开关元件26并新设置了DC/AC转换器28的结构。

[0130] DC/AC转换器28与电池2的正(+)侧电极和负(—)侧电极分别连接，并将从该电池2提供的DC电压转换为AC电压后输出。

[0131] 在DC/AC转换器28的输出部上分别连接有变压器27的一次绕组的一个端部，在该变压器27a的一次绕组的另一个端部上分别连接有电池2的负(—)侧电极。其他的电路结构和连接与图6相同，因此省略说明。

[0132] DC/AC转换器28从电池2的电源(DC电压)生成AC电压。DC/AC转换器28向DC转换器25输出作为最佳驱动波形的AC电压波形。

[0133] 图7所示的DC/AC转换器也称为逆变器，虽然存在各种DC/AC转换技术，但是在转换为与输入电压不同的AC电压的情况下，一般在首先通过DC/DC转换器降压到期望的电压之后再进行DC/AC转换。

[0134] 其原因在于，在DC/AC转换前进行DC/DC转换的方法能够转换为高效且最佳的电压/频率。因此，也可以采用在DC/AC转换器28的前级设置DC/DC转换器的结构。

[0135] 这样，通过设置DC/AC转换器，能够向对电池单元2a进行充电的DC转换器25提供最佳的频率、脉冲宽度、以及电压，因此能够增大DC转换器25的设计自由度，从而能够提高效率并降低成本。

[0136] 图8是表示图6的均衡电路4的其他变形例子的说明图。

[0137] 在该情况下，在图6的均衡电路4的结构中新设置了DC/DC转换器29。DC/DC转换器29与电池2的正(+)侧电极和负(—)侧电极分别连接，将从该电池2提供的DC电压转换为任意的DC电压后输出。

[0138] 在DC/DC转换器29的输出部上分别连接有变压器27a的一次绕组的一个端部，在该变压器27a的一次绕组的另一个端部上分别连接有电池2的负(—)侧电极。其他的电路结构和连接与图6相同，因此省略说明。

[0139] 将电池2的电压转换为DC电压的DC/DC转换器29例如是100个单元左右的大量的电池单元的充电供应源，因此是大功率输出，从效率的观点出发，需要开关电源。

[0140] 在输入的电压高、输出为大功率的情况下，最佳的开关频率虽然根据电源而不同，但是大多是几十kHz左右。另外，DC转换器25只要能够对1个电池单元进行充电即可，因此是小功率。

[0141] 另外，设置有电池单元数量的相同电路结构的DC转换器25，因此期望该DC转换器25是小型轻量的。因此，开关元件26的开关频率优选为100kHZ左右以上。

[0142] 这样，即使在图8所示的均衡电路4的结构中，也能够通过DC/DC转换器29向DC转换器25提供最佳的频率、脉冲宽度、以及电压，因此能够增大DC转换器25的设计自由度，从而能够提高效率并降低成本。

[0143] ＜应用于电池系统的具体的均衡电路的例子＞

[0144] 图9是表示均衡电路4的具体电路结构的一个例子的说明图。

[0145] 这里，假定在电池系统1中设置有8个电池监视AFE6，电池2的所有电池单元数量为96个。因此，通过1个电池监视AFE6来监视12个电池单元2a。

[0146] 在电池单元组2b的结构包括12个电池单元的情况下，如果1个电池单元的额定电压为3.6V左右，则电池单元组2b的电压为43.2V左右。

[0147] 并且，在图9中，对于均衡电路4，表示了与12个电池单元2a中的上下3个电池单元2a连接的部分的结构，所述12个电池单元2a构成了与1个电池监视AFE6连接的1个电池单元组2b。

[0148] 均衡电路4包括多个DC转换器30、脉冲电压产生部31、以及DC降压转换器32。在DC转换器30的输出端子BCP上分别连接有各电池单元2a的正(+)侧电极，在DC转换器30的输出端子BCN上分别连接有各电池单元2a的负(—)侧电极。

[0149] 另外，设置在DC转换器30中的控制端子EBL＿B连接成输入从电池监视AFE6输出的接通/断开信号。该接通/断开信号是控制DC转换器30的动作的控制信号。

[0150] DC转换器30如上所述基于接通/断开信号动作或停止。脉冲电压产生部31包括多个脉冲电压产生电路31a和脉冲信号产生电路31b。

[0151] 脉冲电压产生电路31a基于脉冲信号产生电路31b产生的脉冲信号生成DC电压。将由脉冲电压产生电路31a生成的DC电压分别提供给各个DC转换器30。

[0152] 经由端子VIN1向DC降压转换器32提供电压VBATT，经由端子VIN2向DC降压转换器32提供由调整器24生成的电源电压VREG。

[0153] 该DC降压转换器32将电压VBATT降压并生成电源电压VCC。电压VBATT是从与1个电池监视AFE连接的电池单元组2b提供的电源电压。

[0154] 经由DC降压转换器32的端子VOUT1和分别设置在脉冲电压产生电路31a中的端子VIN3，将生成的电源电压VCC提供给各脉冲电压产生电路31a。

[0155] 脉冲信号产生电路31b例如由振荡器等振荡电路构成，生成任意周期的脉冲信号并输出到脉冲电压产生电路31a的脉冲信号输入端子IN。

[0156] 脉冲电压产生电路31a基于由脉冲信号产生电路31b产生的脉冲信号分别生成脉冲电压，并从输出端子PO3～PO1将生成的脉冲电压经由DC转换器30的输入部PIN分别提供给DC转换器30。

[0157] 图10是表示设置在图9的均衡电路4中的DC转换器30的一个例子的说明图。

[0158] DC转换器30包括电阻R1～R4、运算放大器OP1、晶体管T1、T2、电容器C1、二极管D1、D2、电感器L1、以及可饱和电感器L2。晶体管T1例如由PNP型双极晶体管构成，晶体管T2由NPN型双极晶体管构成。

[0159] 在可饱和电感器L2的一个端部上连接有输入端子PIN，在该可饱和电感器L2的另一个端部上分别连接有二极管D2的正极和晶体管T1的集电极。

[0160] 在二极管D2的负极上分别连接有二极管D1的负极、以及作为扼流圈的电感器L1的一个端部。在电感器L1的另一个连接部上分别连接有电容器C1的一个连接部和输出端子BCP。

[0161] 在晶体管T1的基极上分别连接有晶体管T2的集电极和电阻R4的一个连接部。在晶体管T1的发射极上分别连接有电阻R4的另一个连接部、电阻R2的一个连接部、以及输出端子BCP。

[0162] 在电阻R2的另一个连接部上连接有电阻R3的一个连接部，在这些电阻R2、R3的连接部上分别连接有运算放大器OP1的正(+)侧输入端子和电阻R1的一个连接部。在该电阻R1的另一个连接部上连接有控制端子EBL＿B。

[0163] 另外，运算放大器OP1的负(—)侧输入端子输入基准电压VREF，在该运算放大器OP1的输出端子上连接有晶体管T2的基极。并且，通过负(—)侧输入端子输入基准电压VREF的运算放大器OP1和晶体管T2构成了并联调整器(shunt regulator)。

[0164] 另外，在二极管D1的正极、电容器C1的另一个连接部、晶体管T2的发射极、电阻R3的另一个连接部上分别连接有输出端子BCN。

[0165] 图11是表示设置在图9的均衡电路4中的脉冲电压产生电路31a的一个例子的说明图。

[0166] 脉冲电压产生电路31a包括3个变压器33、由N沟道MOS构成的3个晶体管T3、3个二极管D3、以及缓冲器B1。变压器33的一次绕组的一个端部和缓冲器B1连接成被提供电源电压VCC。

[0167] 另外，在变压器33的一次绕组的另一个端部上分别连接有晶体管T3的一个连接部和二极管D3的负极。晶体管T3的另一个连接部和二极管D3的正极分别与基准电位VSS连接。

[0168] 缓冲器B1的输入部连接成经由脉冲信号输入端子IN输入由脉冲信号产生电路31a产生的脉冲信号。在该缓冲器B1的输出部上分别连接有晶体管T3的栅极。

[0169] 在变压器33的二次绕组的一个端部上分别连接有输出部PO3～PO1，在变压器33的二次绕组的另一个端部上分别连接有输出部BCN3～BCN1。

[0170] 脉冲电压产生电路31a的输出端子PO和输出端子BCN分别与DC转换器30的输入端子PIN和输入端子BCN连接，并且该输出端子PO和输出端子BCN连接成将由脉冲电压产生电路31a生成的DC电压提供给DC转换器30。

[0171] 另外，图12是表示设置在图9的均衡电路4中的DC降压转换器32的结构的一个例子的说明图。

[0172] DC降压转换器32包括PWM控制部34、二极管D6～D9、电感器L3、晶体管T6、电容器C2、电阻R6、R5、以及变压器35。晶体管T6例如由N沟道的MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应管)构成。

[0173] 在电阻R6的一个连接部、电容器C2的一个连接部、以及电感器L3的一个端部上连接有端子VOUT1，经由该端子VOUT1输出由DC降压转换器32处理后的电源电压VCC。

[0174] 在电阻R6的另一个连接部上连接有电阻R5的一个连接部，在该电阻R5的另一个连接部上连接有基准电位VSS。在电感器L3的另一个端部上分别连接有二极管D8、D9的负极。

[0175] 在二极管D8的正极上连接有变压器35的一次绕组的一个端部。在变压器35的二次绕组的另一个端部上连接有二极管D6的负极，在变压器35的二次绕组的中点连接有端子VIN1。

[0176] 该端子VIN1连接成被提供从电池单元2提供的电源电压VBAT。在变压器35的二次绕组的另一个端部上分别连接有晶体管T6的一个连接部和二极管D1的负极。

[0177] 在晶体管T6的栅极上连接有PWM控制部34的输出部，晶体管T6基于从该PWM控制部34输出的PWM信号DRV来执行导通/截止(开关)动作。

[0178] 作为动作电源，由调整器24生成的电源电压VREG经由端子VIN2提供给PWM控制部34。PWM控制部34的控制端子REMOTE连接成输入来自MCU5的控制信号，PWM控制部34基于该控制信号进行动作。

[0179] 通过设置该控制端子REMOT，例如通过从MCU5(或者电池监视AFE)输出使动作停止的控制信号，能够在不需要单元均衡(对电池单元的充电)的情况下使DC降压转换器32停止，因此能够减小消耗电流并延长能够放电的时间。

[0180] 另外，在PWM控制部34的反馈端子FB上连接有电阻R4和电阻R5的连接部。PWM控制部34基于通过这些电阻R4、R5的电阻分压产生的电压，使PWM信号DRV的占空比可变以使电源电压VCC的电压电平大致恒定。

[0181] 另外，提供给端子VIN2的电源既可以是电源电压VREG以外的电源电压，例如也可以从电池单元组2b直接提供、变压器35具有专用绕组的自身提供、或者由称为AUX等的专用的小型辅助电源等提供。

[0182] ＜均衡电路的动作＞

[0183] 如图12所示，DC降压转换器32由正向转换器构成。当经由控制端子REMOTE输入了来自MCU5的控制信号时，PWM控制部34进行动作并输出PWM信号。当晶体管T6基于PWM信号导通(on)了时，在二极管D8上施加正向偏压，电流向电感器L3流动，在电能存储在该电感器L3、电容器C2中的同时向VCC提供负载电流。

[0184] 然后，当晶体管T6截止(off)了时，由于电感器L3的反电动势，产生向二极管D8、D9回流，电感器L3的电流值减小，但是继续向VCC提供负载电流。在电感器L3的电流值变为零之前，使晶体管T6再次导通，由此电流再次开始在电感器L3中流动，DC降压转换器32变为动作模式并生成电源电压VCC。

[0185] 如上所述，将由DC降压转换器32生成的电源电压VCC分别提供给图11的脉冲电压产生电路31a。在脉冲电压产生电路31a中，基于由脉冲信号产生电路31b产生的脉冲信号使各个晶体管T3导通/截止(开关)，将在变压器33的二次绕组侧产生的脉冲信号分别提供给DC转换器30。

[0186] 如上所述，在图10的DC转换器30中，变压器33的二次绕组与可饱和电感器L2连接。可饱和电感器L2利用当电流为某个值以下时线圈的电感值大、当电流为某个值以上时线圈的电感值无限地接近零的特性，根据电流的大小改变线圈的电感值。另外，可饱和电感器L2之后的连接结构为所谓的磁放大器方式的正向转换器。

[0187] 由于重视效率，DC降压转换器32的开关频率例如优选为40kHz左右。考虑到晶体管T6的栅极耐压等，例如将作为磁放大器方式的正向转换器的DC转换器30中的变压器35的匝数比设定成使晶体管T6的漏极-源极电压成为20V左右。

[0188] 另外，由于变压器35和可饱和电感器L2的小型化，例如将晶体管T6的开关频率设定为100kHz左右。由于使变压器35的匝数比例如为2:1，因此二次侧的峰值大约为10V左右。为了保持余裕，使脉冲宽度(1次导通的时间)为5μs左右。

[0189] 另外，将电阻R1～R3设定为：在从电池监视AFE6输出的接通/断开信号为低电平(对电池单元充电)的情况下，通过电阻R1和电阻R2的合成电阻、以及电阻R3分压的电压例如为4.2V左右，在该接通/断开信号为高电平(停止对电池单元充电)的情况下，上述分压的电压例如为1.5V左右。

[0190] ＜DC转换器的动作＞

[0191] 以下，使用图13的说明图和图14的时序图来说明DC转换器30的动作。

[0192] 图13是表示DC转换器30和脉冲电压产生电路31a的一部分的简略图。另外，在图14中，从上方到下方分别表示了晶体管T3的栅极电压VG、变压器33的二次绕组间的电压V2nd、电阻R2和电阻R3的分压电压(以下称为电压VINP)比基准电压VREF小时的二极管D1间的电压VREC、电压VINP与基准电压VREF大致相等时的电压VREC、以及电压VINP比基准电压VREF大时的电压VREC。

[0193] 首先，当ECU9判断存在需要充电的电池单元时，经由MCU5将地址信息输出给电池监视AFE6。在相应的电池监视AFE6中，使通过地址信息确定的晶体管T2导通，向均衡电路4输出低电平的接通/断开信号，通过该均衡电路4使任意的电池单元充电。

[0194] 对电池单元的充电的判断例如为：在电池单元的额定电压为3.6V的情况下，当单元电压低于4.2V左右时进行充电。当电池单元的电压低于了4.2V左右时，从运算放大器OP1的正(+)侧输入端子输入的电压VINP比基准电压VREF低，因此该运算放大器OP1输出低电平。

[0195] 由此，晶体管T2截止，即使在与变压器33连接的可饱和电感器L2侧为负时也基本上不被施加电压，因此可饱和电感器L2的电阻基本上变为仅仅是绕组电阻，以全占空比开始进行充电(在图14中，VINP＜＜VREF)。

[0196] 然后，对电池单元的充电推进，电池单元的电压变为4.2V左右，当电压VINP变为了与基准电压VREF大致相同时，运算放大器OP1的输出变为高电平。通过该高电平的信号，晶体管T2和晶体管T1分别导通，电流欲通过晶体管T1向可饱和电感器L2侧流动。

[0197] 由此，当变压器33的二次绕组为负时，重置可饱和电感器L2，即使二次绕组电压再次变为正，在一段时间内电流也不流动。因此，可饱和电感器L2的输出占空比减小(在图14中，VINP＝VREF)。

[0198] 以上是极端的例子，但是这是磁放大器式转换器的占空比控制的原理。

[0199] 这样，在从电池监视AFE输出的接通/断开信号为低电平时，如果电池单元的电压比4.2V左右低，则对电池电压低的电池单元选择性地进行充电，最终单元电压保持为4.2V左右。由此，能够防止对电池单元2a的过充电。

[0200] 另一方面，在接通/断开信号为高电平的情况下，由于运算放大器OP1的设定电压为1.5V(电压VINP)，电池单元的最低电压在通常的使用状态下例如为2.0V左右，因此始终输出高电平的信号(在图14中，VINP＞＞VREF)。因此，由于继续地重置可饱和电感器L2，因此不进行充电。

[0201] 这样，通过使用由磁放大器方式的转换器构成的DC转换器30，能够通过从电池监视AFE6输出的接通/断开信号容易地进行充电控制，能够在短时间内对电压低的电池单元进行充电。

[0202] 另外，由于接通/断开信号是DC电平的信号、并且不进行DC转换器30的开关控制等，因此接通/断开信号对于电池监视AFE不会成为噪声产生源，从而能够提高可靠性。

[0203] 由于通过可饱和电感器L2、运算放大器OP1、基准电压VREF来管理、控制由DC转换器30生成的最大电压，因此还解决了上述非专利文献1的通过转换器实现的有源单元均衡方式的问题，即电池单元的工作电压的管理的问题。

[0204] 另外，由于不从外部输入接通/断开信号以外的信号，因此来自外部的控制变得简单，另外由于增加了电感器或变压器来作为有源元件，因此不会存在极端的大的冲击电流，从而能够使用导通电阻大的便宜的元件来作为开关元件(晶体管T1)，因此能够低成本地构成均衡电路4。

[0205] 另外，由于将DC转换器30的设定电压设定为工作电压最大值附近的值，因此即使在所有的DC转换器30均变为了导通状态的情况下，各个DC转换器30也会在电池单元被充电至工作电压最大值附近时自动地停止。

[0206] 由此，根据本实施方式一，通过均衡电路4，能够在短时间内高效地对任意的电池单元2a进行充电，因此能够提高电池单元2a的放电电容的有效利用率。

[0207] 由此，能够延长EV或HEV的续航距离，能够实现电池2的长寿命化。

[0208] 另外，通过来自ECU9的指示，能够仅通过接通/断开信号使均衡电路4动作，因此能够以低成本来实现可靠性高的有源方式的均衡电路4。

[0209] (实施方式二)

[0210] 图15是表示设置在本发明的实施方式二的均衡电路中的DC转换器的一个例子的说明图。

[0211] 在本实施方式二中，说明上述实施方式一的图10所示的DC转换器30的其他例子。

[0212] 在上述实施方式一的图10所示的DC转换器30中，由于是电阻R1～R3和运算放大器OP1始终与电池单元连接的结构，因此该电池单元始终为放电的状态。

[0213] 因此，在本实施方式二中，采用将电阻R1～R3和运算放大器OP1与电池单元断开来切断放电路径的结构。

[0214] 在该情况下，如图15所示，DC转换器30由在图10所示的DC转换器30中新增加了晶体管T7～T10、二极管D10～D12的结构构成。晶体管T7～T9例如由P沟道MOS构成，晶体管T10例如由NPN型双极晶体管构成。

[0215] 在晶体管T7、T8的一个连接部上分别连接有输出部BCP，在晶体管T8的另一个连接部上分别连接有晶体管T9的一个连接部和电阻R1的一个连接部。

[0216] 在电阻R1的另一个连接部上分别连接有晶体管T8、T9的栅极和晶体管T10的集电极。在晶体管T10的基极上连接有晶体管T7的另一个连接部，在该晶体管T10的发射极上连接有输出部BCN。

[0217] 另外，在晶体管T7～T9上分别连接有二极管D10～D12，它们全部是MOSFET的内置二极管。在晶体管T9的另一个连接部上分别连接有电感器L1的一个端部、电容器C1的一个连接部、电阻R2、R4的一个连接部、以及晶体管T1的发射极。

[0218] 由于其他的电阻R1～R4、运算放大器OP1、晶体管T1、T2、电容器C1、二极管D1、D2、电感器L1、以及可饱和电感器L2的连接结构与上述实施方式一的图10相同，因此省略说明。

[0219] 在图15所示的DC转换器30的情况下，当输入了高电平的接通/断开信号时，晶体管T8、T9截止，能够将电阻R1～R3和运算放大器OP1与电池单元电断开，因此能够消除电池单元的放电。

[0220] 另外，向PWM控制部34的控制端子REMOTE输入来自MCU5的控制信号，使PWM控制部34的动作停止，由此使均衡电路4的消耗电流大约为零。

[0221] 另外，在图15中，接通/断开信号为低态有效并设置有晶体管T7～T10，但是如果接通/断开信号为高态有效的话，能够减少晶体管的数量。

[0222] 由此，在本实施方式二中，在均衡电路4不对电池单元进行充电的情况下，能够使经由该均衡电路的电池单元的放电大约为零，因此能够延长电池单元的寿命。

[0223] (实施方式三)

[0224] 图16是表示设置在本发明的实施方式三的均衡电路中的DC转换器的结构的一个例子的说明图。

[0225] 在上述实施方式一中，DC转换器30由磁放大器方式的转换器构成，但是在本实施方式三中，说明DC转换器30为回扫型转换器的情况。

[0226] 如图16所示，DC转换器30是从图10的DC转换器30中省去了电感器L1和二极管D1的结构。其他的电路结构与图10相同，因此省略说明。

[0227] 回扫型是：流入变压器的一次绕组的能量和从二次绕组输出的能量为相反的相位。因此，与DC转换器30连接的变压器33以相反的极性连接。

[0228] 通过使DC转换器30为回扫型转换器，能够减少该DC转换器30的部件。

[0229] 因此，在以小功率对电池单元进行充电即可的情况下，通过采用回扫型转换器，能够使均衡电路4小面积化并降低成本。

[0230] (实施方式四)

[0231] 图17是表示本发明的实施方式四的电池系统的具体电路结构的一个例子的说明图，图18是表示图17的变形例子的说明图。

[0232] ＜电池系统的特征＞

[0233] 在本实施方式四中，在图17中表示了电池系统1的具体的电路结构的一个例子。由于基本的结构与上述实施方式一的图1相同，因此以下仅说明图17所示的电池系统1的特征点。

[0234] 1)提供给PWM控制部34的电源电压是自激式的。这是通过图17的虚线部分所示的电路结构来实现的。

[0235] 以下，简单地说明动作。

[0236] 经由CAN总线BC接收开始动作的指令的MCU5经由I/O接口使光电耦合器PC1接通。光电耦合器PC1的输出作为待机(standby)信号经由电阻R20输入到电池监视AFE6的待机端子STBY，由此电池监视AFE6起动。

[0237] 电池监视AFE6具有电源电压VCC—2.5V附近的阈值，当输入到待机端子STBY的待机信号的电压变为了阈值电压以上时，电池监视AFE6停止动作，并以比阈值电压低的电压动作。

[0238] 另外，光电耦合器PC1的输出电流经由晶体管T6等同样地与上级的电池监视AFE6的待机端子STBY连接，因此所有的电池监视AFE6同时开始动作。

[0239] 光电耦合器PC2负责PWM控制部34的远程输入的绝缘。在光电耦合器PC2断开的情况下，光电耦合器PC2的集电极电位(输出)与图中的从下方数的第4个电池单元2a的正电极连接，成为该正电极的电位。

[0240] 由于逆变器INV1输入高电平的信号，因此其输出为低电平，PWM控制部34无论是否被提供电源均维持停止状态。此时，作为N沟道MOS的晶体管T20为导通状态，由于降低同样由NPN双极晶体管构成的晶体管T21的栅极电压，晶体管T21截止。

[0241] 此时(DC降压转换器32断开时)的消耗电流的主要部分是开关用的晶体管T6的截止·泄漏(leak)电流、晶体管T21的基极—集电极间电阻、以及与作为其电源的第4个电池单元2a的电压相应的电流的合计。

[0242] 晶体管T6的截止泄漏电流为100nA左右，对于晶体管T21的基极—集电极间电阻来说，当使第4个电池单元的最低电压为8V、最大电压为16.8V左右时，如果使晶体管T21的hFE(直流电流放大率)为10000、使PWM控制部34的起动电流为300μA左右，则在最低工作电压的8V时以30nA流动即可，即使在16.8V时也为63nA(此时该电阻值为133MΩ)。为了保持余裕，作为20MΩ，最大为840nA，能够设定为1μA左右以下。

[0243] 在使光电耦合器PC2接通的情况下，光电耦合器PC2的输出为低电平，高电平的控制信号经由逆变器INV1输入到PWM控制部34的控制端子REMOTE。

[0244] 由此，如果向PWM控制部34提供能够动作的电源电压VSTAT，则成为能够动作的状态。以后，将该电压称为VSTAT。此时，由于晶体管T20截止，因此晶体管T21被提供基极电流并变为导通，向PWM控制部34提供VSTAT。由此，PWM控制部34变为起动状态并开始动作。

[0245] 然后，在从DC降压转换器32输出的电源电压VCC的电压电平上升的同时，经由变压器35、二极管D8提供PWM控制部34的电源。

[0246] 随着电源电压VCC增大，齐纳二极管ZD1和作为PNP型双极晶体管的晶体管T22导通，由此作为N沟道MOS的晶体管T23导通。

[0247] 于是，晶体管T21的基极电流消失，该晶体管T21截止，因此来自第4个电池单元的电力供应停止(变为仅上述基于晶体管T21的基极—集电极间电阻的电流)，变为仅有经由二极管D8的来自变压器35的电力供应。由此，能够防止来自电池单元中途的无用的电流的流出。

[0248] 2)如在图1中也表示出的那样，电池系统1经由CAN收发器/接收器10与CAN总线BC连接，由ECU9进行控制。

[0249] 3)生成上述待机信号的电路(在图中是双点划线所示的电路)是电池监视AFE6与MCU5绝缘的结构。

[0250] 4)在生成输入到DC降压转换器32的控制端子REMOTE的控制信号的电路(在图中由点划线表示)中，也是DC降压转换器32与MCU5绝缘的结构。

[0251] 5)另外，是电池系统1和MCU5的通信路径经由数字隔离器D1(是进行信号绝缘的电路)连接、绝缘的结构。

[0252] 由此，能够使通过其他电源(例如12V系电源)动作的MCU5与通过电池2的电源系统动作的电池系统1电绝缘，从而能够防止由于其他电源的短路等而引起的故障等，提高可靠性。

[0253] (实施方式五)

[0254] 图18是表示本发明的实施方式五的电池系统的具体电路结构的一个例子的说明图。

[0255] ＜实施方式的概要＞

[0256] 本实施方式的概要适用于具有电池(电池2)和电池控制部(均衡电路4、MCU5、电池监视AFE6)的电池系统(电池系统1)，所述电池通过串联连接多个二次电池单元(电池单元2a)构成，所述电池控制部控制所述电池的充放电。

[0257] 电池控制部具有监视二次电池单元的电池监视部(电池监视AFE6)、以及进行电池的单元均衡控制的单元均衡电路(均衡电路4)，该单元均衡电路具有脉冲产生电路(脉冲电压产生电路31a、脉冲信号产生电路31b)、以及第一DC转换器，向所述脉冲产生电路提供将从电池提供的第一电源电压(电源电压VBAT)降压后得到的第二电源电压(电源电压VCC)，并且该脉冲产生电路基于第二电源电压生成任意周期的脉冲信号，所述第一DC转换器与串联连接的任意数量的二次电池单元的最高电位的电极和最低电位的电极之间分别连接，并基于由脉冲产生电路生成的脉冲信号生成对任意数量的二次电池单元一起进行充电的充电电压。

[0258] 并且，电池监视部基于充电控制信号(地址信息)来确定进行充电的、串联连接的任意数量的二次电池单元，并向与任意数量的二次电池连接的第一DC转换器输出动作控制信号(接通/断开信号)，第一DC转换器基于动作控制信号进行动作，对任意数量的二次电池单元进行充电。

[0259] 以下，基于上述概要来详细地说明实施方式。

[0260] 在上述实施方式四的图17中表示了通过均衡电路4对各个电池单元进行充电的结构，但是例如也可以如图18所示那样采用对多个电池单元一起进行充电的结构。

[0261] 制造偏差是电池单元的偏差的主要原因，但是如果是几个单元的程度，则使特性一致并不困难。在该情况下，即使电池单元实施无源方式的单元均衡，损耗也不会变得太大。

[0262] 在该情况下，对图17的改变之处如下所述。

[0263] 1)无源方式的单元均衡电路与每个电池单元连接。

[0264] 2)均衡电路4中的DC转换器30例如为对4个电池单元一起进行充电的结构。

[0265] 另外，在图18的结构中，为了对4个电池单元进行充电，将停止充电的设定电压设定为16.8V左右(4.2V×4)，并且还需要改变变压器33的匝数比。

[0266] 由此，能够减少均衡电路4的电路数量，从而能够实现电池系统1的低成本化。

[0267] 以上基于实施方式具体地说明了本申请的发明人所完成的发明，但是本发明不限于上述实施方式，毋庸置疑可以在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。

[0268] 工业实用性

[0269] 本发明应用于EV或HEV等所使用的电池系统的单元均衡控制的技术。

[0270] 附图标记说明

[0271] 1     电池系统

[0272] 2     电池

[0273] 2a    电池单元

[0274] 2b    电池单元组

[0275] 3     电池控制部

[0276] 4     均衡电路

[0277] 5     MCU

[0278] 6     电池监视AFE

[0279] 7     电动机控制部

[0280] 8     DC电源

[0281] 9     ECU

[0282] 10    CAN收发器/接收器

[0283] 11    CAN收发器/接收器

[0284] 12    SPI

[0285] 13    CPU

[0286] 14    CAN接口

[0287] 15    存储器

[0288] 16    模拟多路复用器(analog multiplexor)

[0289] 17    A/D转换器

[0290] 18     SPI

[0291] 19     SPI

[0292] 20     寄存器组

[0293] 21     电平移位器

[0294] 22     电平移位器

[0295] 23     放电控制部

[0296] 23a    充电控制信号输出部

[0297] 24    调整器(regulator)

[0298] 25     DC转换器

[0299] 26     开关(switching)元件

[0300] 27     变压器

[0301] 27a    变压器

[0302] 28    DC/AC转换器

[0303] 29     DC/DC转换器

[0304] 30     DC转换器

[0305] 31    脉冲电压产生部

[0306] 31a    脉冲电压产生电路

[0307] 31b    脉冲信号产生电路

[0308] 32    DC降压转换器

[0309] 33     变压器

[0310] 34     PWM控制部

[0311] 35    变压器

[0312] M     电动机

[0313] BC     CAN总线

[0314] OP1   运算放大器

[0315] C1   电容器C2

[0316] D1～D3  二极管

[0317] D6～D12 二极管

[0318] L1     电感器

[0319] L2     可饱和电感器

[0320] L3     电感器

[0321] REG    寄存器

[0322] R1～R6  电阻

[0323] R20    电阻

[0324] Rr     电阻

[0325] T1～T3  晶体管

[0326] T6～T10 晶体管

[0327] T20～T23晶体管

[0328] CE1～CE4电池单元

[0329] B1     缓冲器

[0330] PC1    光电耦合器

[0331] PC2    光电耦合器

[0332] INV1   逆变器

[0333] ZD1   齐纳二极管

[0334] D1   数字隔离器