JP4075260B2 - 電池パック、電源装置並びに充電および放電方法 - Google Patents
電池パック、電源装置並びに充電および放電方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スイッチ回路を用いて、複数の二次電池の並列および直列を切り替えることができる電池パック、電源装置並びに充電および放電方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の電源として、充電して再利用可能な二次電池を複数個直列に並べて使用することは、一般的に知られている。このとき、直列に並べられた複数の二次電池の特性、例えば二次電池の容量が異なる場合がある。それぞれの特性が異なっている二次電池を直列に並べた状態で充電すると、満充電にならない二次電池や過充電になる二次電池がでてくる。このように、直列に並べられた複数の二次電池を、そのままの状態で充電するのは難しかった。また、二次電池の特性の異なる傾向は、二次電池が劣化するほど顕著となる。
【０００３】
そこで、特開平４−２４８３３２号公報に記載のように、直列に並べられた複数の二次電池を１個ずつ充電し、全ての二次電池を満充電にする方法が提案されていた。例えば、図１７に示すように、直列に並べられた２つの二次電池Ｅ51およびＥ52を１個ずつ充電する方法がある。充電器Ｒｃによって二次電池Ｅ51を充電する場合、スイッチ回路Ｓ51およびＳ53がオンとなり、スイッチ回路Ｓ52およびＳ54はオフとなる。また、充電器Ｒｃによって二次電池Ｅ52を充電する場合、スイッチ回路Ｓ51およびＳ53がオフとなり、スイッチ回路Ｓ52およびＳ54はオンとなる。
【０００４】
さらに、４つの二次電池Ｅ61、Ｅ62、Ｅ63およびＥ64を１個ずつ充電する方法を図１８を用いて説明する。４つの二次電池Ｅ61、Ｅ62、Ｅ63およびＥ64のそれぞれを充電するために、充電器Ｒｅから電圧電流が出力される。例えば、スイッチ回路Ｓ61およびＳ65がオンとなると、二次電池Ｅ61が充電され、スイッチ回路Ｓ62およびＳ66がオンとなると、二次電池Ｅ62が充電される。また、スイッチ回路Ｓ63およびＳ67がオンとなると、二次電池Ｅ63が充電され、スイッチ回路Ｓ64およびＳ68がオンとなると、二次電池Ｅ64が充電される。
【０００５】
また、図１９Ａに示すように、入力端子Ｔi70 から電圧電流が供給される。スイッチ回路Ｓ77のみがオンとなる場合、二次電池Ｅ71が充電され、スイッチ回路Ｓ74およびＳ78がオンとなる場合、二次電池Ｅ72が充電される。また、スイッチ回路Ｓ75およびＳ79がオンとなる場合、二次電池Ｅ73が充電され、スイッチ回路Ｓ76のみがオンとなる場合、二次電池Ｅ74が充電される。そして、出力端子Ｔo から放電する場合、図１９Ｂに示すように、スイッチ回路Ｓ71、Ｓ72およびＳ73がオンとなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、直列に並べられた複数の二次電池を充電するときに、１個ずつ充電を行うので、全ての二次電池を満充電とするまでに時間がかかる問題があった。
【０００７】
従って、この発明の目的は、複数の二次電池を、放電時は直列に接続し、充電時は並列に接続するように切り替えて使用することができる電池パック、電源装置並びに充電および放電方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、複数の二次電池から構成される電源装置において、
交流電源が入力される入力端子と、
充電時には、複数個の二次電池を並列に接続する複数の充電路を複数のスイッチング素子によって形成し、放電時には、複数個の二次電池を直列に接続する第１の放電路と、複数個の二次電池の一部の二次電池により構成される並列回路を直列に接続する第２の放電路とのうち一方を複数のスイッチング素子によって形成する電池パックと、
複数のスイッチング素子を制御する制御手段と、
交流電源が入力されるトランスと、該トランスを介して伝送されるパルス信号の幅を変調するパルス幅変調手段と整流回路とによって直流電源を生成し、直流電源から充電電源をそれぞれ生成し、電池パックの複数の充電路を介して二次電池を充電するための複数の充電器と、
負荷を接続する接続端子とからなることを特徴とする電源装置である。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、交流電源が入力されるトランスと、該トランスを介して伝送されるパルス信号の幅を変調するパルス幅変調手段と整流回路とによって直流電源を生成し、直流電源から充電電源をそれぞれ生成する複数の充電器によって複数の二次電池を充電する充電および放電方法において、
充電時には、複数個の二次電池を並列に接続する複数の充電路を複数のスイッチング素子によって形成し、放電時には、複数個の二次電池を直列に接続する第１の放電路と、複数個の二次電池の一部により構成される並列回路を直列に接続する第２の放電路とのうち一方を複数のスイッチング素子によって形成し、
複数の充電器によって複数の充電路を介して二次電池を充電し、
接続端子に負荷を接続することを特徴とする充電および放電方法である。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、複数の二次電池を充電および放電する充電および放電方法において、Ｍ（Ｍ≧１）個の二次電池の直列回路をＮ（Ｎ≧２）個並列に接続し、Ｍ×Ｎ個の二次電池を並列に充電し、直列に放電するように複数のスイッチング素子を制御し、トランスと、該トランスを制御するためのパルス変調手段とによって、Ｍ×Ｎ個の二次電池を充電し、接続端子に負荷を接続することを特徴とする充電および放電方法である。
【００１１】
Ｍ個の充電器によって、Ｍ×Ｎ個の二次電池を充電するときに、そのＭ×Ｎ個の二次電池を並列に接続する（Ｍ＋１）個且つ（Ｎ−１）列のスイッチ回路をオンとし、Ｍ×Ｎ個の二次電池を直列に接続する（Ｎ−１）個のスイッチ回路をオフとする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。この発明の実施形態を図１に示す。充電器Ｒの一方の出力は、出力端子Ｔo の出力端子Ｔo1および二次電池Ｅ１の＋側と接続される。充電器Ｒの一方の出力と、二次電池Ｅ2 の＋側との間に、スイッチ回路Ｓ1 が設けられる。二次電池Ｅ1 の−側と、二次電池Ｅ2 の＋側との間に、スイッチ回路Ｓ3 が設けられる。充電器Ｒの他方の出力は、二次電池Ｅ2 の−側と接続される。充電器Ｒの他方の出力と、二次電池Ｅ1 との間に、スイッチ回路Ｓ2 が設けられる。出力端子Ｔo の出力端子Ｔo2は、接地される。
【００１３】
二次電池Ｅ1 およびＥ2 を充電する場合、スイッチ回路Ｓ1 およびＳ2 がオンとなり、スイッチ回路Ｓ3 はオフとなる。二次電池Ｅ1 およびＥ2 を放電する場合、スイッチ回路Ｓ1 およびＳ2 はオフとなり、スイッチ回路Ｓ3 がオンとなる。このようにすることによって、容量など特性の異なる二次電池を満充電することができる。
【００１４】
図２は、この発明が適用された第１の実施形態を示す。トランスＴの二次側の巻線Ｔａには、ダイオードＤａおよびコンデンサＣａから構成される整流回路ａが設けられ、同様にトランスＴの二次側の巻線Ｔｂには、ダイオードＤｂおよびコンデンサＣｂから構成される整流回路ｂが設けられる。整流回路ａの一方の出力と接続される充電器Ｒａは、二次電池Ｅ1 の＋側と接続される。二次電池Ｅ1 の＋側は、スイッチ回路Ｓ1 を介して出力端子Ｔo1および二次電池Ｅ3 の＋側と接続される。二次電池Ｅ1 の−側は、整流回路ａの他方の出力と接続されると共に、スイッチ回路Ｓ2 を介して二次電池Ｅ3 の−側と接続される。
【００１５】
整流回路ｂの一方の出力と接続される充電器Ｒｂは、二次電池Ｅ2 の＋側と接続される。二次電池Ｅ2 の＋側は、スイッチ回路Ｓ2 を介して二次電池Ｅ4 の＋側と接続される。二次電池Ｅ2 の−側は、整流回路ｂの他方の出力と接続されると共に、スイッチ回路Ｓ3 を介して二次電池Ｅ4 の−側と接続される。二次電池Ｅ4 の−側は、出力端子Ｔo2と接続される。また、二次電池Ｅ1 の＋側と、二次電池Ｅ4 の−側との間に、スイッチ回路Ｓ4 が設けられる。
【００１６】
この第１の実施形態の二次電池Ｅ1 、Ｅ2 、Ｅ3 およびＥ4 を充電するときのスイッチ回路の状態を図３に示す。また、上述と同じ機能となるブロックには、同じ参照符号を付し、その説明を省略する。図３に示すように、スイッチ回路Ｓ1 、Ｓ2 およびＳ3 がオンとなり、スイッチ回路Ｓ4 がオフとなる。このとき、二次電池Ｅ1 およびＥ3 は、整流回路ａからの電圧電流によって充電され、二次電池Ｅ2 およびＥ4 は、整流回路ｂからの電圧電流によって充電される。
【００１７】
二次電池Ｅ1 、Ｅ2 、Ｅ3 およびＥ4 を放電するときのスイッチ回路の状態を図４に示す。図４に示すように、スイッチ回路Ｓ4 がオンとなり、図示しないがスイッチ回路Ｓ1 、Ｓ2 およびＳ3 がオフとなる。このとき、二次電池Ｅ1 、Ｅ2 、Ｅ3 およびＥ4 は直列となり、出力端子Ｔo1から合成された電圧が出力される。
【００１８】
ここで、縦方向の二次電池の数をＭとし、横方向の二次電池の数をＮとし、二次電池の縦方向の数および横方向の数を（Ｍ×Ｎ）と表現すると、この第１の実施形態では、説明を容易とするために、（２×２）の二次電池を設けているが、縦方向および横方向に３つ以上の二次電池を設けるようにしても良い。具体的には、上述の図２に示す第１の実施形態では、二次電池を（２×２）の行列で配置しているが、（３×３）、（３×４）、（４×２）の行列で二次電池を配置するようにしても良い。すなわち、Ｍ、Ｎは、２以上の整数であれば良い。
【００１９】
この第１の実施形態の詳細な回路図を図５に示す。入力端子Ｔi10 を介して商用電源が供給される。トランスＴの一次側の一方は、入力端子Ｔi11 と接続され、その他方は、ＰＷＭ（パルス幅変調）回路１を介して接地される。ＰＷＭ回路１によって、トランスＴは制御され、ＰＷＭ回路１のオン／オフに応じた電圧電流がトランスＴの二次側に発生する。トランスＴの二次側の巻線Ｔａには、上述した整流回路ａおよび充電器Ｒａが接続される。トランスＴの二次側の巻線Ｔｂには、上述した整流回路ｂおよび充電器Ｒｂが接続される。
【００２０】
充電器Ｒａの出力は、ｐチャンネル型のＦＥＴＦ1 のドレインへ供給されると共に、制御回路２へ供給される。ＦＥＴＦ1 のゲートは、制御回路２と接続され、そのソースは、出力端子Ｔo1と接続される。このＦＥＴＦ1 には、寄生ダイオードが設けられている。
【００２１】
充電器Ｒｂの出力は、ｐチャンネル型のＦＥＴＦ2 のソースへ供給される。ＦＥＴＦ2 のゲートは、制御回路２と接続され、そのドレインは、二次電池Ｅ3 の−側と、二次電池Ｅ4 の＋側との接続点と接続される。このＦＥＴＦ2 には、寄生ダイオードが設けられている。
【００２２】
ｐチャンネル型のＦＥＴＦ3 のドレインは、二次電池Ｅ3 の−側と接続され、そのゲートは制御回路２と接続され、そのソースは接地される。このＦＥＴＦ3 には、寄生ダイオードが設けられている。
【００２３】
充電器Ｒａの出力は、ｐチャンネル型のＦＥＴＦ4 のドレインへ供給される。ＦＥＴＦ4 のソースは二次電池Ｅ4 の−側と接続され、ＦＥＴＦ4 のゲートは制御回路２と接続される。このＦＥＴＦ4 には、寄生ダイオードが設けられている。
【００２４】
この図５で用いられているＦＥＴＦ1 は、上述したスイッチ回路Ｓ1 であり、制御回路２によって、そのオン／オフが制御される。同様に、ＦＥＴＦ2 、Ｆ3 およびＦ4 は、スイッチ回路Ｓ2 、Ｓ3 およびＳ4 であり、制御回路２によって、そのオン／オフが制御される。
【００２５】
充電器を直列に配置し、充電時には二次電池を並列に接続し、放電時には二次電池を直列に接続するようにした第２の実施形態を図６に示す。充電器Ｒａの一方の出力端は、二次電池Ｅ1 の＋側と接続される。二次電池Ｅ1 の＋側と、二次電池Ｅ3 の＋側との間に、スイッチ回路Ｓ1 が設けられる。二次電池Ｅ3 の＋側と、二次電池Ｅ5 の＋側との間に、スイッチ回路Ｓ5 が設けられる。また、二次電池Ｅ5 の＋側は、出力端子Ｔo1と接続される。充電器Ｒａの他方の出力端は、二次電池Ｅ1 の−側と接続される。二次電池Ｅ1 の−側と、二次電池Ｅ3 の−側との間に、スイッチ回路Ｓ2 が設けられる。二次電池Ｅ3 の−側と、二次電池Ｅ5 の−側との間に、スイッチ回路Ｓ6 が設けられる。
【００２６】
充電器Ｒａの他方の出力端は、充電器Ｒｂの一方の出力端と接続される。充電器Ｒｂの一方の出力端は、二次電池Ｅ2 の＋側と接続される。二次電池Ｅ2 の＋側と、二次電池Ｅ4 の＋側との間に、スイッチ回路Ｓ2 が設けられる。二次電池Ｅ4 の＋側と、二次電池Ｅ6 の＋側との間に、スイッチ回路Ｓ6 が設けられる。充電器Ｒｂの他方の出力端は、二次電池Ｅ2 の−側と接続される。二次電池Ｅ2 の−側と、二次電池Ｅ4 の−側との間に、スイッチ回路Ｓ3 が設けられる。二次電池Ｅ4 の−側と、二次電池Ｅ6 の−側との間に、スイッチ回路Ｓ7 が設けられる。
【００２７】
二次電池Ｅ1 の＋側と、二次電池Ｅ4 の−側との間に、スイッチ回路Ｓ4 が設けられる。二次電池Ｅ3 の＋側と、二次電池Ｅ6 の−側との間に、スイッチ回路Ｓ8 が設けられる。
【００２８】
このように、充電器Ｒａに並列して、二次電池Ｅ1 、Ｅ3 およびＥ5 が並べられ、充電器Ｒｂに並列して、二次電池Ｅ2 、Ｅ4 およびＥ6 が並べられる。そして、充電器ＲａおよびＲｂ、二次電池Ｅ1 およびＥ2 、二次電池Ｅ3 およびＥ4 、二次電池Ｅ5 およびＥ6 は、直列に配置される。
【００２９】
二次電池Ｅ1 〜Ｅ6 を放電するときのスイッチ回路の状態を図７に示す。図７に示すように、スイッチ回路Ｓ4 およびＳ8 がオンとなり、図示しないがスイッチ回路Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 、Ｓ5 、Ｓ6 およびＳ7 がオフとなる。このとき、二次電池Ｅ1 〜Ｅ6 は直列となり、出力端子Ｔo1から合成された電圧が出力される。
【００３０】
二次電池Ｅ1 〜Ｅ6 を充電するときには、スイッチ回路Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 、Ｓ5 、Ｓ6 およびＳ7 をオンとし、スイッチ回路Ｓ4 およびＳ8 をオフとする。このようにすることによって、充電時に二次電池をバランス良く充電することができる。
【００３１】
この発明の第３の実施形態を図８に示す。この第３の実施形態では、特性が略々一致している２つの二次電池を直列に接続するようにしたものである。充電器Ｒの一方の出力端は、二次電池Ｅ11の＋側と接続される。二次電池Ｅ11の＋側と、二次電池Ｅ13の＋側との間に、スイッチ回路Ｓ11が設けられる。二次電池Ｅ13の＋側は、出力端子Ｔo1と接続される。二次電池Ｅ11の−側は、二次電池Ｅ12の＋側と接続され、二次電池Ｅ13の−側は、二次電池Ｅ14の＋側と接続される。充電器Ｒの他方の出力端は、二次電池Ｅ12の−側と接続される。二次電池Ｅ12の−側と、二次電池Ｅ14の−側との間に、スイッチ回路Ｓ12が設けられる。二次電池Ｅ11の＋側と、二次電池Ｅ14の−側との間に、スイッチ回路Ｓ13が設けられる。
【００３２】
二次電池Ｅ11、Ｅ12、Ｅ13およびＥ14を放電するときのスイッチ回路の状態を図９に示す。図９に示すように、スイッチ回路Ｓ13がオンとなり、図示しないがスイッチ回路Ｓ11およびＳ12がオフとなる。このとき、二次電池Ｅ11〜Ｅ14は直列となり、出力端子Ｔo1から合成された電圧が出力される。
【００３３】
さらに、放電時の他の例として、図１０に示すように、スイッチ回路Ｓ11およびＳ12をオンとし、スイッチ回路Ｓ13をオフとする。このとき、二次電池Ｅ11およびＥ12と、二次電池Ｅ13およびＥ14とは、並列に接続される。具体的には、（Ｅ11＋Ｅ12）//（Ｅ13＋Ｅ14）から得られる合成された電圧は、出力端子Ｔo1から出力される。このように、スイッチ回路のオン／オフによって、出力する電圧を切り替えることができる。
【００３４】
この発明の第４の実施形態を図１１に示す。充電器Ｒａの一方の出力端は、出力端子Ｔo3および二次電池Ｅ21の＋側と接続される。二次電池Ｅ21の＋側と、二次電池Ｅ23の＋側との間に、スイッチ回路Ｓ21が設けられ、二次電池Ｅ21の＋側と、二次電池Ｅ25の＋側との間に、スイッチ回路Ｓ25が設けられる。二次電池Ｅ25の＋側は、出力端子Ｔo1と接続される。二次電池Ｅ23の＋側と、二次電池Ｅ25の−側との間に、スイッチ回路Ｓ27が設けられる。
【００３５】
充電器Ｒａの他方の出力端は、二次電池Ｅ21の−側と接続される。二次電池Ｅ21の−側と、二次電池Ｅ23の−側との間に、スイッチ回路Ｓ22が設けられ、二次電池Ｅ21の−側と、二次電池Ｅ25の−側との間に、スイッチ回路Ｓ26が設けられる。
【００３６】
充電器Ｒｂの一方の出力は、二次電池Ｅ22の＋側と接続される。二次電池Ｅ22の＋側と、二次電池Ｅ24の＋側との間に、スイッチ回路Ｓ22が設けられる。充電器Ｒｂの他方の出力は、二次電池Ｅ22の−側と接続される。二次電池Ｅ22の−側と、二次電池Ｅ24の−側との間に、スイッチ回路Ｓ23が設けられる。二次電池Ｅ21の＋側と、二次電池Ｅ24の−側との間に、スイッチ回路Ｓ24が設けられる。
【００３７】
ここで、この第４の実施形態に用いられている二次電池Ｅ21〜Ｅ25を充電するときの一例を図１２に示す。図に示すように、スイッチ回路Ｓ21、Ｓ22、Ｓ23、Ｓ25およびＳ26がオンとなり、図示しないが、スイッチ回路Ｓ24およびＳ27がオフとなる。
【００３８】
この第４の実施形態に用いられている二次電池Ｅ21〜Ｅ25を放電するときの第１の例を図１３に示す。図に示すように、スイッチ回路Ｓ24およびＳ27がオンとなり、図示しないが、スイッチ回路Ｓ21、Ｓ22、Ｓ23、Ｓ25およびＳ26がオフとなる。その結果、二次電池Ｅ21〜Ｅ25が直列に接続され、合成された電圧が出力端子Ｔo1から出力される。
【００３９】
また、この第４の実施形態に用いられている二次電池Ｅ21〜Ｅ25を放電するときの第２の例を図１４に示す。図に示すように、スイッチ回路Ｓ21、Ｓ22、Ｓ23およびＳ27がオンとなり、図示しないが、スイッチ回路Ｓ24、Ｓ25およびＳ26がオフとなる。このとき、二次電池Ｅ21、Ｅ22、Ｅ23、Ｅ24の合成された電圧が出力端子Ｔo3から出力される。具体的には、（Ｅ21＋Ｅ22）//（Ｅ23＋Ｅ24）から得られる合成された電圧が出力端子Ｔo3から出力される。また、二次電池Ｅ21、Ｅ22、Ｅ23、Ｅ24、Ｅ25の合成された電圧が出力端子Ｔo1から出力される。具体的には、（Ｅ21＋Ｅ22＋Ｅ25）//（Ｅ23＋Ｅ24）から得られる合成された電圧が出力端子Ｔo1から出力される。
【００４０】
ここで、複数の二次電池を組み合わせてＤＣ／ＤＣスイッチング電源の電源とする一例を図１５に示す。二次電池Ｅ31、Ｅ32、Ｅ33およびＥ34は、直列に接続される。二次電池Ｅ31の＋側は、ｎチャンネル型のＦＥＴＦ31のソースと接続される。ＦＥＴＦ31のゲートは、ＰＷＭ回路３１と接続され、そのドレインは、ｐチャンネル型のＦＥＴＦ32のドレインと接続される。なお、ＦＥＴＦ31には、寄生ダイオードが設けられている。ＦＥＴＦ32のゲートは、ＰＷＭ回路３１と接続され、ＦＥＴＦ32のソースは、接地される。なお、ＦＥＴＦ32には、寄生ダイオードが設けられている。ＦＥＴＦ31のドレインと、出力端子Ｔo1との間に、インダクタＬ31が設けられる。また、出力端子Ｔo1と接地との間に、コンデンサＣ31が設けられる。このＤＣ／ＤＣスイッチング電源の変換効率ηは、９５％〜９８％である。
【００４１】
同様に、複数の二次電池を組み合わせてＤＣ／ＤＣスイッチング電源の電源とする他の例を図１６に示す。直列に接続された二次電池Ｅ41およびＥ42と、直列に接続された二次電池Ｅ43およびＥ44とは、並列に接続される。二次電池Ｅ41の＋側と、ｐチャンネル型のＦＥＴＦ41のドレインとの間に、インダクタＬ 42が設けられる。ＦＥＴＦ41のゲートは、ＰＷＭ回路４１と接続され、そのソースは、接地される。なお、ＦＥＴＦ41には、寄生ダイオードが設けられている。ダイオードＤ41のアノードは、ＦＥＴＦ41のドレインと接続され、そのカソードは、出力端子Ｔo1と接続される。ダイオードＤ41のカソードと接地との間に、コンデンサＣ41が挿入される。図１６に示すＤＣ／ＤＣスイッチング電源の変換効率ηは、８５％〜９０％である。
【００４２】
このように、二次電池を充電するときに安定した充電ができ、その二次電池を直列にして使用することによって高い電圧を得ることが可能である。また、放電時に、二次電池の直列と並列とを切り替えることができるので、高い電圧を得ることによって、ＤＣ／ＤＣスイッチング電源を使用した場合、効率のよい方式を用いることができる。
【００４３】
この実施形態では、スイッチ回路を用いて、複数の二次電池の並列および直列を切り替えているが、実開平４−９９６７１号公報に記載のように、単三乾電池が並べられた電源ケースの上蓋を利用して、電子機器に適応した電圧電流を供給するために、並列と直列とを切り替えるようにするようにしても良い。
【００４４】
また、この実施形態では、スイッチ回路を用いて、複数の二次電池の並列および直列を切り替えているが、複数の二次電池を使用する電圧電流に合わせて放電させるようにしても良い。
【００４５】
また、この実施形態では、二次電池として、リチウムイオン二次電池、ニッケルカドミウム二次電池、ニッケル水素二次電池の何れかが適宜用いられる。そして、それぞれ１セル当たり２．５Ｖ〜４．２Ｖの電圧を出力することが出来るものである。
【００４６】
また、この実施形態では、二次電池の保護回路として、個々の二次電池にＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）を設け温度を検出するようにしている。
【００４７】
【発明の効果】
この発明に依れば、特性が異なる二次電池であっもバランスの取れた充電を行うことができる。並列に接続された二次電池を直列に接続して放電するときに使用するスイッチ回路を少なく抑えることができる。二次電池の並列および直列を切り替えることができるので、ＤＣ／ＤＣスイッチング電源の効率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態のブロック図である。
【図２】この発明の第１の実施形態のブロック図である。
【図３】第１の実施形態の充電時の状態を説明するための略線図である。
【図４】第１の実施形態の放電時の状態を説明するための略線図である。
【図５】第１の実施形態の詳細な回路図である。
【図６】この発明の第２の実施形態のブロック図である。
【図７】第２の実施形態の放電時の状態を説明するための略線図である。
【図８】この発明の第３の実施形態のブロック図である。
【図９】第３の実施形態の放電時の状態を説明するための略線図である。
【図１０】第３の実施形態の放電時の状態を説明するための略線図である。
【図１１】この発明の第４の実施形態のブロック図である。
【図１２】第４の実施形態の充電時の状態を説明するための略線図である。
【図１３】第４の実施形態の放電時の状態を説明するための略線図である。
【図１４】第４の実施形態の放電時の状態を説明するための略線図である。
【図１５】この発明を適用することができるＤＣ／ＤＣスイッチング電源の一例である。
【図１６】この発明を適用することができるＤＣ／ＤＣスイッチング電源の他の例である。
【図１７】この発明を適用することができるＤＣ／ＤＣスイッチング電源の他の例である。
【図１８】従来の二次電池の充電を説明するためのブロック図である。
【図１９】従来の二次電池の充電および放電を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
Ｔ・・・トランス、Ｔａ、Ｔｂ・・・巻線、Ｄａ、Ｄｂ・・・ダイオード、Ｃａ、Ｃｂ・・・コンデンサ、Ｒａ、Ｒｂ・・・充電器、Ｅ1 、Ｅ2 、Ｅ3 、Ｅ4 ・・・二次電池、Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 、Ｓ4 ・スイッチ回路、Ｔo1、Ｔo2・・・出力端子
【発明の属する技術分野】
この発明は、スイッチ回路を用いて、複数の二次電池の並列および直列を切り替えることができる電池パック、電源装置並びに充電および放電方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の電源として、充電して再利用可能な二次電池を複数個直列に並べて使用することは、一般的に知られている。このとき、直列に並べられた複数の二次電池の特性、例えば二次電池の容量が異なる場合がある。それぞれの特性が異なっている二次電池を直列に並べた状態で充電すると、満充電にならない二次電池や過充電になる二次電池がでてくる。このように、直列に並べられた複数の二次電池を、そのままの状態で充電するのは難しかった。また、二次電池の特性の異なる傾向は、二次電池が劣化するほど顕著となる。
【０００３】
そこで、特開平４−２４８３３２号公報に記載のように、直列に並べられた複数の二次電池を１個ずつ充電し、全ての二次電池を満充電にする方法が提案されていた。例えば、図１７に示すように、直列に並べられた２つの二次電池Ｅ51およびＥ52を１個ずつ充電する方法がある。充電器Ｒｃによって二次電池Ｅ51を充電する場合、スイッチ回路Ｓ51およびＳ53がオンとなり、スイッチ回路Ｓ52およびＳ54はオフとなる。また、充電器Ｒｃによって二次電池Ｅ52を充電する場合、スイッチ回路Ｓ51およびＳ53がオフとなり、スイッチ回路Ｓ52およびＳ54はオンとなる。
【０００４】
さらに、４つの二次電池Ｅ61、Ｅ62、Ｅ63およびＥ64を１個ずつ充電する方法を図１８を用いて説明する。４つの二次電池Ｅ61、Ｅ62、Ｅ63およびＥ64のそれぞれを充電するために、充電器Ｒｅから電圧電流が出力される。例えば、スイッチ回路Ｓ61およびＳ65がオンとなると、二次電池Ｅ61が充電され、スイッチ回路Ｓ62およびＳ66がオンとなると、二次電池Ｅ62が充電される。また、スイッチ回路Ｓ63およびＳ67がオンとなると、二次電池Ｅ63が充電され、スイッチ回路Ｓ64およびＳ68がオンとなると、二次電池Ｅ64が充電される。
【０００５】
また、図１９Ａに示すように、入力端子Ｔi70 から電圧電流が供給される。スイッチ回路Ｓ77のみがオンとなる場合、二次電池Ｅ71が充電され、スイッチ回路Ｓ74およびＳ78がオンとなる場合、二次電池Ｅ72が充電される。また、スイッチ回路Ｓ75およびＳ79がオンとなる場合、二次電池Ｅ73が充電され、スイッチ回路Ｓ76のみがオンとなる場合、二次電池Ｅ74が充電される。そして、出力端子Ｔo から放電する場合、図１９Ｂに示すように、スイッチ回路Ｓ71、Ｓ72およびＳ73がオンとなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、直列に並べられた複数の二次電池を充電するときに、１個ずつ充電を行うので、全ての二次電池を満充電とするまでに時間がかかる問題があった。
【０００７】
従って、この発明の目的は、複数の二次電池を、放電時は直列に接続し、充電時は並列に接続するように切り替えて使用することができる電池パック、電源装置並びに充電および放電方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、複数の二次電池から構成される電源装置において、
交流電源が入力される入力端子と、
充電時には、複数個の二次電池を並列に接続する複数の充電路を複数のスイッチング素子によって形成し、放電時には、複数個の二次電池を直列に接続する第１の放電路と、複数個の二次電池の一部の二次電池により構成される並列回路を直列に接続する第２の放電路とのうち一方を複数のスイッチング素子によって形成する電池パックと、
複数のスイッチング素子を制御する制御手段と、
交流電源が入力されるトランスと、該トランスを介して伝送されるパルス信号の幅を変調するパルス幅変調手段と整流回路とによって直流電源を生成し、直流電源から充電電源をそれぞれ生成し、電池パックの複数の充電路を介して二次電池を充電するための複数の充電器と、
負荷を接続する接続端子とからなることを特徴とする電源装置である。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、交流電源が入力されるトランスと、該トランスを介して伝送されるパルス信号の幅を変調するパルス幅変調手段と整流回路とによって直流電源を生成し、直流電源から充電電源をそれぞれ生成する複数の充電器によって複数の二次電池を充電する充電および放電方法において、
充電時には、複数個の二次電池を並列に接続する複数の充電路を複数のスイッチング素子によって形成し、放電時には、複数個の二次電池を直列に接続する第１の放電路と、複数個の二次電池の一部により構成される並列回路を直列に接続する第２の放電路とのうち一方を複数のスイッチング素子によって形成し、
複数の充電器によって複数の充電路を介して二次電池を充電し、
接続端子に負荷を接続することを特徴とする充電および放電方法である。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、複数の二次電池を充電および放電する充電および放電方法において、Ｍ（Ｍ≧１）個の二次電池の直列回路をＮ（Ｎ≧２）個並列に接続し、Ｍ×Ｎ個の二次電池を並列に充電し、直列に放電するように複数のスイッチング素子を制御し、トランスと、該トランスを制御するためのパルス変調手段とによって、Ｍ×Ｎ個の二次電池を充電し、接続端子に負荷を接続することを特徴とする充電および放電方法である。
【００１１】
Ｍ個の充電器によって、Ｍ×Ｎ個の二次電池を充電するときに、そのＭ×Ｎ個の二次電池を並列に接続する（Ｍ＋１）個且つ（Ｎ−１）列のスイッチ回路をオンとし、Ｍ×Ｎ個の二次電池を直列に接続する（Ｎ−１）個のスイッチ回路をオフとする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。この発明の実施形態を図１に示す。充電器Ｒの一方の出力は、出力端子Ｔo の出力端子Ｔo1および二次電池Ｅ１の＋側と接続される。充電器Ｒの一方の出力と、二次電池Ｅ2 の＋側との間に、スイッチ回路Ｓ1 が設けられる。二次電池Ｅ1 の−側と、二次電池Ｅ2 の＋側との間に、スイッチ回路Ｓ3 が設けられる。充電器Ｒの他方の出力は、二次電池Ｅ2 の−側と接続される。充電器Ｒの他方の出力と、二次電池Ｅ1 との間に、スイッチ回路Ｓ2 が設けられる。出力端子Ｔo の出力端子Ｔo2は、接地される。
【００１３】
二次電池Ｅ1 およびＥ2 を充電する場合、スイッチ回路Ｓ1 およびＳ2 がオンとなり、スイッチ回路Ｓ3 はオフとなる。二次電池Ｅ1 およびＥ2 を放電する場合、スイッチ回路Ｓ1 およびＳ2 はオフとなり、スイッチ回路Ｓ3 がオンとなる。このようにすることによって、容量など特性の異なる二次電池を満充電することができる。
【００１４】
図２は、この発明が適用された第１の実施形態を示す。トランスＴの二次側の巻線Ｔａには、ダイオードＤａおよびコンデンサＣａから構成される整流回路ａが設けられ、同様にトランスＴの二次側の巻線Ｔｂには、ダイオードＤｂおよびコンデンサＣｂから構成される整流回路ｂが設けられる。整流回路ａの一方の出力と接続される充電器Ｒａは、二次電池Ｅ1 の＋側と接続される。二次電池Ｅ1 の＋側は、スイッチ回路Ｓ1 を介して出力端子Ｔo1および二次電池Ｅ3 の＋側と接続される。二次電池Ｅ1 の−側は、整流回路ａの他方の出力と接続されると共に、スイッチ回路Ｓ2 を介して二次電池Ｅ3 の−側と接続される。
【００１５】
整流回路ｂの一方の出力と接続される充電器Ｒｂは、二次電池Ｅ2 の＋側と接続される。二次電池Ｅ2 の＋側は、スイッチ回路Ｓ2 を介して二次電池Ｅ4 の＋側と接続される。二次電池Ｅ2 の−側は、整流回路ｂの他方の出力と接続されると共に、スイッチ回路Ｓ3 を介して二次電池Ｅ4 の−側と接続される。二次電池Ｅ4 の−側は、出力端子Ｔo2と接続される。また、二次電池Ｅ1 の＋側と、二次電池Ｅ4 の−側との間に、スイッチ回路Ｓ4 が設けられる。
【００１６】
この第１の実施形態の二次電池Ｅ1 、Ｅ2 、Ｅ3 およびＥ4 を充電するときのスイッチ回路の状態を図３に示す。また、上述と同じ機能となるブロックには、同じ参照符号を付し、その説明を省略する。図３に示すように、スイッチ回路Ｓ1 、Ｓ2 およびＳ3 がオンとなり、スイッチ回路Ｓ4 がオフとなる。このとき、二次電池Ｅ1 およびＥ3 は、整流回路ａからの電圧電流によって充電され、二次電池Ｅ2 およびＥ4 は、整流回路ｂからの電圧電流によって充電される。
【００１７】
二次電池Ｅ1 、Ｅ2 、Ｅ3 およびＥ4 を放電するときのスイッチ回路の状態を図４に示す。図４に示すように、スイッチ回路Ｓ4 がオンとなり、図示しないがスイッチ回路Ｓ1 、Ｓ2 およびＳ3 がオフとなる。このとき、二次電池Ｅ1 、Ｅ2 、Ｅ3 およびＥ4 は直列となり、出力端子Ｔo1から合成された電圧が出力される。
【００１８】
ここで、縦方向の二次電池の数をＭとし、横方向の二次電池の数をＮとし、二次電池の縦方向の数および横方向の数を（Ｍ×Ｎ）と表現すると、この第１の実施形態では、説明を容易とするために、（２×２）の二次電池を設けているが、縦方向および横方向に３つ以上の二次電池を設けるようにしても良い。具体的には、上述の図２に示す第１の実施形態では、二次電池を（２×２）の行列で配置しているが、（３×３）、（３×４）、（４×２）の行列で二次電池を配置するようにしても良い。すなわち、Ｍ、Ｎは、２以上の整数であれば良い。
【００１９】
この第１の実施形態の詳細な回路図を図５に示す。入力端子Ｔi10 を介して商用電源が供給される。トランスＴの一次側の一方は、入力端子Ｔi11 と接続され、その他方は、ＰＷＭ（パルス幅変調）回路１を介して接地される。ＰＷＭ回路１によって、トランスＴは制御され、ＰＷＭ回路１のオン／オフに応じた電圧電流がトランスＴの二次側に発生する。トランスＴの二次側の巻線Ｔａには、上述した整流回路ａおよび充電器Ｒａが接続される。トランスＴの二次側の巻線Ｔｂには、上述した整流回路ｂおよび充電器Ｒｂが接続される。
【００２０】
充電器Ｒａの出力は、ｐチャンネル型のＦＥＴＦ1 のドレインへ供給されると共に、制御回路２へ供給される。ＦＥＴＦ1 のゲートは、制御回路２と接続され、そのソースは、出力端子Ｔo1と接続される。このＦＥＴＦ1 には、寄生ダイオードが設けられている。
【００２１】
充電器Ｒｂの出力は、ｐチャンネル型のＦＥＴＦ2 のソースへ供給される。ＦＥＴＦ2 のゲートは、制御回路２と接続され、そのドレインは、二次電池Ｅ3 の−側と、二次電池Ｅ4 の＋側との接続点と接続される。このＦＥＴＦ2 には、寄生ダイオードが設けられている。
【００２２】
ｐチャンネル型のＦＥＴＦ3 のドレインは、二次電池Ｅ3 の−側と接続され、そのゲートは制御回路２と接続され、そのソースは接地される。このＦＥＴＦ3 には、寄生ダイオードが設けられている。
【００２３】
充電器Ｒａの出力は、ｐチャンネル型のＦＥＴＦ4 のドレインへ供給される。ＦＥＴＦ4 のソースは二次電池Ｅ4 の−側と接続され、ＦＥＴＦ4 のゲートは制御回路２と接続される。このＦＥＴＦ4 には、寄生ダイオードが設けられている。
【００２４】
この図５で用いられているＦＥＴＦ1 は、上述したスイッチ回路Ｓ1 であり、制御回路２によって、そのオン／オフが制御される。同様に、ＦＥＴＦ2 、Ｆ3 およびＦ4 は、スイッチ回路Ｓ2 、Ｓ3 およびＳ4 であり、制御回路２によって、そのオン／オフが制御される。
【００２５】
充電器を直列に配置し、充電時には二次電池を並列に接続し、放電時には二次電池を直列に接続するようにした第２の実施形態を図６に示す。充電器Ｒａの一方の出力端は、二次電池Ｅ1 の＋側と接続される。二次電池Ｅ1 の＋側と、二次電池Ｅ3 の＋側との間に、スイッチ回路Ｓ1 が設けられる。二次電池Ｅ3 の＋側と、二次電池Ｅ5 の＋側との間に、スイッチ回路Ｓ5 が設けられる。また、二次電池Ｅ5 の＋側は、出力端子Ｔo1と接続される。充電器Ｒａの他方の出力端は、二次電池Ｅ1 の−側と接続される。二次電池Ｅ1 の−側と、二次電池Ｅ3 の−側との間に、スイッチ回路Ｓ2 が設けられる。二次電池Ｅ3 の−側と、二次電池Ｅ5 の−側との間に、スイッチ回路Ｓ6 が設けられる。
【００２６】
充電器Ｒａの他方の出力端は、充電器Ｒｂの一方の出力端と接続される。充電器Ｒｂの一方の出力端は、二次電池Ｅ2 の＋側と接続される。二次電池Ｅ2 の＋側と、二次電池Ｅ4 の＋側との間に、スイッチ回路Ｓ2 が設けられる。二次電池Ｅ4 の＋側と、二次電池Ｅ6 の＋側との間に、スイッチ回路Ｓ6 が設けられる。充電器Ｒｂの他方の出力端は、二次電池Ｅ2 の−側と接続される。二次電池Ｅ2 の−側と、二次電池Ｅ4 の−側との間に、スイッチ回路Ｓ3 が設けられる。二次電池Ｅ4 の−側と、二次電池Ｅ6 の−側との間に、スイッチ回路Ｓ7 が設けられる。
【００２７】
二次電池Ｅ1 の＋側と、二次電池Ｅ4 の−側との間に、スイッチ回路Ｓ4 が設けられる。二次電池Ｅ3 の＋側と、二次電池Ｅ6 の−側との間に、スイッチ回路Ｓ8 が設けられる。
【００２８】
このように、充電器Ｒａに並列して、二次電池Ｅ1 、Ｅ3 およびＥ5 が並べられ、充電器Ｒｂに並列して、二次電池Ｅ2 、Ｅ4 およびＥ6 が並べられる。そして、充電器ＲａおよびＲｂ、二次電池Ｅ1 およびＥ2 、二次電池Ｅ3 およびＥ4 、二次電池Ｅ5 およびＥ6 は、直列に配置される。
【００２９】
二次電池Ｅ1 〜Ｅ6 を放電するときのスイッチ回路の状態を図７に示す。図７に示すように、スイッチ回路Ｓ4 およびＳ8 がオンとなり、図示しないがスイッチ回路Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 、Ｓ5 、Ｓ6 およびＳ7 がオフとなる。このとき、二次電池Ｅ1 〜Ｅ6 は直列となり、出力端子Ｔo1から合成された電圧が出力される。
【００３０】
二次電池Ｅ1 〜Ｅ6 を充電するときには、スイッチ回路Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 、Ｓ5 、Ｓ6 およびＳ7 をオンとし、スイッチ回路Ｓ4 およびＳ8 をオフとする。このようにすることによって、充電時に二次電池をバランス良く充電することができる。
【００３１】
この発明の第３の実施形態を図８に示す。この第３の実施形態では、特性が略々一致している２つの二次電池を直列に接続するようにしたものである。充電器Ｒの一方の出力端は、二次電池Ｅ11の＋側と接続される。二次電池Ｅ11の＋側と、二次電池Ｅ13の＋側との間に、スイッチ回路Ｓ11が設けられる。二次電池Ｅ13の＋側は、出力端子Ｔo1と接続される。二次電池Ｅ11の−側は、二次電池Ｅ12の＋側と接続され、二次電池Ｅ13の−側は、二次電池Ｅ14の＋側と接続される。充電器Ｒの他方の出力端は、二次電池Ｅ12の−側と接続される。二次電池Ｅ12の−側と、二次電池Ｅ14の−側との間に、スイッチ回路Ｓ12が設けられる。二次電池Ｅ11の＋側と、二次電池Ｅ14の−側との間に、スイッチ回路Ｓ13が設けられる。
【００３２】
二次電池Ｅ11、Ｅ12、Ｅ13およびＥ14を放電するときのスイッチ回路の状態を図９に示す。図９に示すように、スイッチ回路Ｓ13がオンとなり、図示しないがスイッチ回路Ｓ11およびＳ12がオフとなる。このとき、二次電池Ｅ11〜Ｅ14は直列となり、出力端子Ｔo1から合成された電圧が出力される。
【００３３】
さらに、放電時の他の例として、図１０に示すように、スイッチ回路Ｓ11およびＳ12をオンとし、スイッチ回路Ｓ13をオフとする。このとき、二次電池Ｅ11およびＥ12と、二次電池Ｅ13およびＥ14とは、並列に接続される。具体的には、（Ｅ11＋Ｅ12）//（Ｅ13＋Ｅ14）から得られる合成された電圧は、出力端子Ｔo1から出力される。このように、スイッチ回路のオン／オフによって、出力する電圧を切り替えることができる。
【００３４】
この発明の第４の実施形態を図１１に示す。充電器Ｒａの一方の出力端は、出力端子Ｔo3および二次電池Ｅ21の＋側と接続される。二次電池Ｅ21の＋側と、二次電池Ｅ23の＋側との間に、スイッチ回路Ｓ21が設けられ、二次電池Ｅ21の＋側と、二次電池Ｅ25の＋側との間に、スイッチ回路Ｓ25が設けられる。二次電池Ｅ25の＋側は、出力端子Ｔo1と接続される。二次電池Ｅ23の＋側と、二次電池Ｅ25の−側との間に、スイッチ回路Ｓ27が設けられる。
【００３５】
充電器Ｒａの他方の出力端は、二次電池Ｅ21の−側と接続される。二次電池Ｅ21の−側と、二次電池Ｅ23の−側との間に、スイッチ回路Ｓ22が設けられ、二次電池Ｅ21の−側と、二次電池Ｅ25の−側との間に、スイッチ回路Ｓ26が設けられる。
【００３６】
充電器Ｒｂの一方の出力は、二次電池Ｅ22の＋側と接続される。二次電池Ｅ22の＋側と、二次電池Ｅ24の＋側との間に、スイッチ回路Ｓ22が設けられる。充電器Ｒｂの他方の出力は、二次電池Ｅ22の−側と接続される。二次電池Ｅ22の−側と、二次電池Ｅ24の−側との間に、スイッチ回路Ｓ23が設けられる。二次電池Ｅ21の＋側と、二次電池Ｅ24の−側との間に、スイッチ回路Ｓ24が設けられる。
【００３７】
ここで、この第４の実施形態に用いられている二次電池Ｅ21〜Ｅ25を充電するときの一例を図１２に示す。図に示すように、スイッチ回路Ｓ21、Ｓ22、Ｓ23、Ｓ25およびＳ26がオンとなり、図示しないが、スイッチ回路Ｓ24およびＳ27がオフとなる。
【００３８】
この第４の実施形態に用いられている二次電池Ｅ21〜Ｅ25を放電するときの第１の例を図１３に示す。図に示すように、スイッチ回路Ｓ24およびＳ27がオンとなり、図示しないが、スイッチ回路Ｓ21、Ｓ22、Ｓ23、Ｓ25およびＳ26がオフとなる。その結果、二次電池Ｅ21〜Ｅ25が直列に接続され、合成された電圧が出力端子Ｔo1から出力される。
【００３９】
また、この第４の実施形態に用いられている二次電池Ｅ21〜Ｅ25を放電するときの第２の例を図１４に示す。図に示すように、スイッチ回路Ｓ21、Ｓ22、Ｓ23およびＳ27がオンとなり、図示しないが、スイッチ回路Ｓ24、Ｓ25およびＳ26がオフとなる。このとき、二次電池Ｅ21、Ｅ22、Ｅ23、Ｅ24の合成された電圧が出力端子Ｔo3から出力される。具体的には、（Ｅ21＋Ｅ22）//（Ｅ23＋Ｅ24）から得られる合成された電圧が出力端子Ｔo3から出力される。また、二次電池Ｅ21、Ｅ22、Ｅ23、Ｅ24、Ｅ25の合成された電圧が出力端子Ｔo1から出力される。具体的には、（Ｅ21＋Ｅ22＋Ｅ25）//（Ｅ23＋Ｅ24）から得られる合成された電圧が出力端子Ｔo1から出力される。
【００４０】
ここで、複数の二次電池を組み合わせてＤＣ／ＤＣスイッチング電源の電源とする一例を図１５に示す。二次電池Ｅ31、Ｅ32、Ｅ33およびＥ34は、直列に接続される。二次電池Ｅ31の＋側は、ｎチャンネル型のＦＥＴＦ31のソースと接続される。ＦＥＴＦ31のゲートは、ＰＷＭ回路３１と接続され、そのドレインは、ｐチャンネル型のＦＥＴＦ32のドレインと接続される。なお、ＦＥＴＦ31には、寄生ダイオードが設けられている。ＦＥＴＦ32のゲートは、ＰＷＭ回路３１と接続され、ＦＥＴＦ32のソースは、接地される。なお、ＦＥＴＦ32には、寄生ダイオードが設けられている。ＦＥＴＦ31のドレインと、出力端子Ｔo1との間に、インダクタＬ31が設けられる。また、出力端子Ｔo1と接地との間に、コンデンサＣ31が設けられる。このＤＣ／ＤＣスイッチング電源の変換効率ηは、９５％〜９８％である。
【００４１】
同様に、複数の二次電池を組み合わせてＤＣ／ＤＣスイッチング電源の電源とする他の例を図１６に示す。直列に接続された二次電池Ｅ41およびＥ42と、直列に接続された二次電池Ｅ43およびＥ44とは、並列に接続される。二次電池Ｅ41の＋側と、ｐチャンネル型のＦＥＴＦ41のドレインとの間に、インダクタＬ 42が設けられる。ＦＥＴＦ41のゲートは、ＰＷＭ回路４１と接続され、そのソースは、接地される。なお、ＦＥＴＦ41には、寄生ダイオードが設けられている。ダイオードＤ41のアノードは、ＦＥＴＦ41のドレインと接続され、そのカソードは、出力端子Ｔo1と接続される。ダイオードＤ41のカソードと接地との間に、コンデンサＣ41が挿入される。図１６に示すＤＣ／ＤＣスイッチング電源の変換効率ηは、８５％〜９０％である。
【００４２】
このように、二次電池を充電するときに安定した充電ができ、その二次電池を直列にして使用することによって高い電圧を得ることが可能である。また、放電時に、二次電池の直列と並列とを切り替えることができるので、高い電圧を得ることによって、ＤＣ／ＤＣスイッチング電源を使用した場合、効率のよい方式を用いることができる。
【００４３】
この実施形態では、スイッチ回路を用いて、複数の二次電池の並列および直列を切り替えているが、実開平４−９９６７１号公報に記載のように、単三乾電池が並べられた電源ケースの上蓋を利用して、電子機器に適応した電圧電流を供給するために、並列と直列とを切り替えるようにするようにしても良い。
【００４４】
また、この実施形態では、スイッチ回路を用いて、複数の二次電池の並列および直列を切り替えているが、複数の二次電池を使用する電圧電流に合わせて放電させるようにしても良い。
【００４５】
また、この実施形態では、二次電池として、リチウムイオン二次電池、ニッケルカドミウム二次電池、ニッケル水素二次電池の何れかが適宜用いられる。そして、それぞれ１セル当たり２．５Ｖ〜４．２Ｖの電圧を出力することが出来るものである。
【００４６】
また、この実施形態では、二次電池の保護回路として、個々の二次電池にＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）を設け温度を検出するようにしている。
【００４７】
【発明の効果】
この発明に依れば、特性が異なる二次電池であっもバランスの取れた充電を行うことができる。並列に接続された二次電池を直列に接続して放電するときに使用するスイッチ回路を少なく抑えることができる。二次電池の並列および直列を切り替えることができるので、ＤＣ／ＤＣスイッチング電源の効率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態のブロック図である。
【図２】この発明の第１の実施形態のブロック図である。
【図３】第１の実施形態の充電時の状態を説明するための略線図である。
【図４】第１の実施形態の放電時の状態を説明するための略線図である。
【図５】第１の実施形態の詳細な回路図である。
【図６】この発明の第２の実施形態のブロック図である。
【図７】第２の実施形態の放電時の状態を説明するための略線図である。
【図８】この発明の第３の実施形態のブロック図である。
【図９】第３の実施形態の放電時の状態を説明するための略線図である。
【図１０】第３の実施形態の放電時の状態を説明するための略線図である。
【図１１】この発明の第４の実施形態のブロック図である。
【図１２】第４の実施形態の充電時の状態を説明するための略線図である。
【図１３】第４の実施形態の放電時の状態を説明するための略線図である。
【図１４】第４の実施形態の放電時の状態を説明するための略線図である。
【図１５】この発明を適用することができるＤＣ／ＤＣスイッチング電源の一例である。
【図１６】この発明を適用することができるＤＣ／ＤＣスイッチング電源の他の例である。
【図１７】この発明を適用することができるＤＣ／ＤＣスイッチング電源の他の例である。
【図１８】従来の二次電池の充電を説明するためのブロック図である。
【図１９】従来の二次電池の充電および放電を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
Ｔ・・・トランス、Ｔａ、Ｔｂ・・・巻線、Ｄａ、Ｄｂ・・・ダイオード、Ｃａ、Ｃｂ・・・コンデンサ、Ｒａ、Ｒｂ・・・充電器、Ｅ1 、Ｅ2 、Ｅ3 、Ｅ4 ・・・二次電池、Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 、Ｓ4 ・スイッチ回路、Ｔo1、Ｔo2・・・出力端子
Claims (2)
- 複数の二次電池から構成される電源装置において、
交流電源が入力される入力端子と、
充電時には、複数個の上記二次電池を並列に接続する複数の充電路を複数のスイッチング素子によって形成し、放電時には、上記複数個の上記二次電池を直列に接続する第１の放電路と、上記複数個の二次電池の一部の二次電池により構成される並列回路を直列に接続する第２の放電路とのうち一方を上記複数のスイッチング素子によって形成する電池パックと、
上記複数のスイッチング素子を制御する制御手段と、
上記交流電源が入力されるトランスと、該トランスを介して伝送されるパルス信号の幅を変調するパルス幅変調手段と整流回路とによって直流電源を生成し、上記直流電源から充電電源をそれぞれ生成し、上記電池パックの上記複数の充電路を介して上記二次電池を充電するための複数の充電器と、
負荷を接続する接続端子とからなることを特徴とする電源装置。 - 交流電源が入力されるトランスと、該トランスを介して伝送されるパルス信号の幅を変調するパルス幅変調手段と整流回路とによって直流電源を生成し、上記直流電源から充電電源をそれぞれ生成する複数の充電器によって複数の二次電池を充電する充電および放電方法において、
充電時には、複数個の上記二次電池を並列に接続する複数の充電路を複数のスイッチング素子によって形成し、放電時には、上記複数個の上記二次電池を直列に接続する第１の放電路と、上記複数個の二次電池の一部により構成される並列回路を直列に接続する第２の放電路とのうち一方を上記複数のスイッチング素子によって形成し、
上記複数の充電器によって上記複数の充電路を介して上記二次電池を充電し、
接続端子に負荷を接続することを特徴とする充電および放電方法。
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