JP4407107B2 - 2次電池直列接続装置および直列接続された2次電池の制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、直列接続された2次電池の制御を適切に行うための2次電池直列接続装置および直列接続された2次電池の制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年では、携帯可能なようにされた電話端末装置やオーディオ再生装置、ノート型パーソナルコンピュータなどの普及により、充電可能な2次電池の重要性が増している。しかも、これらの携帯可能な機器の高機能化などにより、機器の消費電力が増加し、より長時間にわたり高出力を維持できることが求められている。一方で、2次電池は、構造的に、取り出せる最高の電圧値が決まっている。そのため、より高電圧が必要とされる場合は、数個乃至十数個の2次電池を直列接続することが行われる。
【0003】
なお、2次電池は、近年では、リチウム・イオン電池やポリマー・リチウム電池といったリチウム系電池を用いるのが主流になりつつある。
【0004】
2次電池を直列接続して用いる場合、電力の消費による電池容量の消耗などにより、接続された電池それぞれの出力電圧が異なり、電池バランスが崩れることがある。直列接続では、一方の電池の負極に他方の電池の正極が接続されるが、電池バランスが崩れると、出力電圧の高い電池から低い電池に対して、逆充電、すなわち極性の異なる電極による充電が起きてしまう。したがって、電池バランスが崩れた状態で放置しておくと、逆充電により出力電圧が低い方の電池が危険な状態になるおそれがある。
【0005】
また、電池バランスが崩れた状態で、直列接続された2次電池に対して充電を行う場合にも、問題が生じる。例えば、共に容量が4.2Vの2次電池が2個、直列接続された電池パックに対して充電を行うことを考える。2個の2次電池のうち一方は、出力電圧が4.0Vに低下しているものとする。他方の電池の出力電圧は、4.2Vのままである。電池パック自体の出力電圧は、8.2Vとなっている。
【0006】
充電器は、電池パック本来の出力電圧である8.4Vになるように、0.2V分が電池パックに充電されるように、充電を制御する。その結果、一方及び他方の電池にそれぞれ0.1Vずつが充電され、出力が低下していた一方の電池が4.1Vに、出力が低下していない他方の電池が4.3Vに、それぞれ充電される。したがって、他方の電池が本来の容量である4.2Vに対して過充電になってしまい、過充電された側が危険な状態になるおそれがある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
このような、電池バランスが崩れることによる問題を防止するために、直列接続された2次電池それぞれの電池電圧を検出すると共に、検出された電圧に基づき電池バランスをとる必要がある。電池電圧の検出方法としては、直列接続された2次電池それぞれの電圧を単独で検出する方法と、2箇所以上で電圧値を計測し、計算により検出する方法とがある。
【0008】
図39は、従来技術による、直列接続された2次電池それぞれの電圧を検出し、電池バランスをとる一例の構成を示す。2次電池E300およびE301が直列接続されている。これら2次電池E300およびE301の電圧は、検出回路300および301によりそれぞれ検出される。検出結果は、制御回路303にそれぞれ供給される。放電回路304および305は、制御回路303の制御に基づき、2次電池E300およびE301をそれぞれ放電させる。制御回路303の電源は、2次電池E300およびE301の直列接続の電圧出力を、電圧ダウン回路302で所定の電圧まで降下させることで得られる。電圧ダウン回路302は、電圧の安定化の役目も担っている。
【0009】
図39の構成では、2次電池E300およびE301の電圧を検出回路300および301でそれぞれ検出し、検出結果に基づき制御回路303の制御により、放電回路304および305で2次電池E300およびE301をそれぞれ放電させ、2次電池E300およびE301の電池バランスをとる。
【0010】
この方法では、2次電池E300およびE301をそれぞれ放電させながら電池バランスをとるため、バランスが取れるまで時間がかかるという問題点があった。
【0011】
図40は、図39における、2次電池E300およびE301のバランスをとるための一例の構成を概略的に示す。2次電池E300に対して、スイッチSW305を介して抵抗R300が接続される。同様に、2次電池E301に対して、スイッチSW306を介して抵抗R301が接続される。2次電池E300およびE301のバランスをとるためには、2次電池E300およびE301それぞれの電圧を検出しつつスイッチSW305およびSW306を制御し、2次電池E300およびE301を抵抗R300およびR301を用いて放電させる。この方法では、抵抗R300およびR301による放電損失があるため、放電電流を大きくすることができず、2次電池E300およびおよびE301のバランスを取るのに時間がかかる。
【0012】
また、制御回路303の電源を、2次電池E300およびE301を直列させた出力を電圧ダウン回路302で降圧することで供給しているため、損失が多くなってしまうという問題点があった。
【0013】
さらに、2次電池E300およびE301の電圧検出にも問題があった。図41は、図39の電圧検出部分を抜き出した図である。このように、従来の方法では、電圧を検出するための検出回路が検出回路300および301というように、2個、用いられていた。そのため、検出回路300および301の検出特性のバラツキが発生し、制御回路303による2次電池E300およびE301の放電を正確に制御することができないという問題点があった。
【0014】
また、この方法では、2次電池E300の電圧を検出する際に、検出部分がアース電位から浮くことになる。そのため、2次電池E301の電圧が上乗せされた状態で2次電池E300の電圧が検出されることになり、検出結果に誤差が生じてしまうという問題点があった。
【0015】
これを避けるために、単独の検出回路で2次電池E300およびE301の出力電圧をそれぞれ計測することも可能である。図42は、単独の検出回路を用いた場合の構成を示す。2次電池E300の電圧を検出するときには、スイッチSW300およびSW302をオン、スイッチSW301およびSW303をオフとする。2次電池E301の電圧を検出するときには、SW301およびSW303をオンとし、SW300およびSW302をオフとする。このようにスイッチを制御することで、単独の検出回路302により、2次電池E300およびE301の電圧をそれぞれ検出することができる。
【0016】
しかしながら、この方法でも、2次電池E300の電圧を検出する際に、上述の図41の構成の場合と同様に、検出部分がアース電位から浮き、2次電池E301の電圧が上乗せされた状態で2次電池E300の電圧が検出されることになり、検出結果に誤差が生じてしまうという問題点があった。
【0017】
したがって、この発明の目的は、直列接続された2次電池の制御を適切に行うことができる2次電池直列接続装置および直列接続された2次電池の制御方法を提供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、上述した課題を解決するために、直列接続された第1および第2の2次電池のうち、片側がアース電位に接続されない第1の2次電池と第1のコンデンサとを並列接続する第1の接続手段と、第1のコンデンサと片側がアース電位に接続された第2のコンデンサとを並列接続する第2の接続手段と、第1および第2の接続手段による接続のON/OFFを制御する制御手段と、制御手段に電源を供給する回路電源供給手段とを有し、制御手段は、第1の2次電池と第1のコンデンサとが並列接続され第1のコンデンサが第1の2次電池により充電されるように、第1の接続手段をONとするように制御し、第1のコンデンサが充電された場合に、第1のコンデンサと第2のコンデンサとが並列接続され第1のコンデンサに充電された電荷が第2のコンデンサに移動し、第2のコンデンサから電圧が取り出されるように、第1の接続手段をOFFとするとともに第2の接続手段をONとするように制御し、回路電源供給手段は、第2のコンデンサから取り出された電圧を電源電圧として用いる2次電池直列接続装置である。
【0019】
また、請求項8に記載の発明は、直列接続された第1および第2の2次電池のうち、片側がアース電位に接続されない第1の2次電池と第1のコンデンサとを第1の接続手段で並列接続する第1の接続のステップと、第1のコンデンサと片側がアース電位に接続された第2のコンデンサとを第2の接続手段で並列接続する第2の接続のステップと、第1および第2の接続手段による接続のON/OFFを制御手段により制御する制御のステップと、制御手段に電源を供給する回路電源供給のステップとを有し、制御のステップは、第1の2次電池と第1のコンデンサとが並列接続され第1のコンデンサが第1の2次電池により充電されるように、第1の接続手段をONとするように制御し、第1のコンデンサが充電された場合に、第1のコンデンサと第2のコンデンサとが並列接続され第1のコンデンサに充電された電荷が第2のコンデンサに移動し、第2のコンデンサから電圧が取り出されるように、第1の接続手段をOFFとするとともに第2の接続手段をONとするように制御し、回路電源供給のステップは、第2のコンデンサから取り出された電圧を電源電圧として用いる直列接続された2次電池の制御方法である。
【0028】
上述したように、請求項1または8に記載の発明は、直列接続された第1および第2の2次電池のうち、片側がアース電位に接続されない第1の2次電池と第1のコンデンサとが並列接続され、また、第1のコンデンサと片側がアース電位に接続された第2のコンデンサとが並列接続され、第2のコンデンサから電圧が取り出されるようにされているため、第1のコンデンサに並列接続された2次電池の出力電圧に対応する電圧を安定的に取り出すことができる。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図1は、この発明の実施の第1の形態による2次電池電圧検出を行う一例の構成を示す。2次電池E1およびE2が直列接続され、2次電池E2の負極がアース電位に接続される。2次電池E1の正極がトランジスタなどの半導体によるスイッチング素子からなるスイッチSW1の一方の端子に接続され、スイッチSW1の他方の端子は、コンデンサC1の一方の端子に接続されると共に、スイッチSW4およびスイッチSW6の一方の端子にそれぞれ接続される。スイッチSW4の他方の端子は、片側をアース電位に接続されたコンデンサC2に接続される。コンデンサC1の他方の端子は、スイッチSW3を介してアース電位に接続される。
【0034】
2次電池E1の負極および2次電池E2の正極の接続点がスイッチSW6の他方の端子、スイッチSW2およびSW5の一方の端子にそれぞれ接続される。スイッチSW2の他方の端子は、コンデンサC1およびスイッチSW3の接続点に接続される。スイッチSW5の他方の端子は、スイッチSW4およびコンデンサC2の接続点に接続される。
【0035】
コンデンサC2の両端が電池電圧検出・回路電源供給部10に接続される。すなわち、電池電圧検出・回路電源供給部10の検出端子がスイッチSW4およびコンデンサC2の接続点に接続され、アース端子がアース電位に接続される。
【0036】
この図1に示される構成によれば、スイッチSW1〜SW6のオン/オフを適切に制御することで、2次電池E1に関して、2次電池E1とコンデンサC1とを他と独立させて並列接続可能にされ、さらに、コンデンサC1とコンデンサC2とを他と独立させて並列接続することが可能とされる。一方、2次電池E2については、他と独立させてコンデンサC1およびC2とそれぞれ並列接続することが可能とされる。
【0037】
したがって、2次電池E1とコンデンサC1とを並列接続して、コンデンサC1を2次電池E1の出力電圧により充電し、その後、コンデンサC1とC2とを並列接続することで、コンデンサC1によりコンデンサC2が充電される。この充電によりコンデンサC1およびC2の電荷が平衡された後に、コンデンサC2の両端の電位を検出する。検出されたコンデンサC2の電位に基づき、2次電池E1の出力電圧を求めることができる。コンデンサC2は、一端がアース電位に接続されているため、電位の検出を安定的に行うことができる。
【0038】
すなわち、2次電池E1の電圧を求めるときには、先ず、スイッチSW1およびSW2をオン、他のスイッチSW3およびSW4をオフにする。なお、スイッチSW5およびSW6は、常時オフである。コンデンサC1が2次電池E1により充電されたら、スイッチSW1およびSW2をオフ、スイッチSW3およびSW4をオンにする。コンデンサC1およびC2の平衡が取れたら、スイッチSW3をオフにして、電池電圧検出/回路電源供給部10によりコンデンサC2の電位を検出する。検出後は、例えば電池電圧検出/回路電源供給部10により、コンデンサC2を放電させる。
【0039】
2次電池E2についても、同様である。すなわち、2次電池E2とコンデンサC1とを並列接続して上述と同様の処理を行い、コンデンサC2の電位を検出することで、2次電池E2の出力電圧を求めることができる。
【0040】
すなわち、2次電池E2の電圧を求めるときには、先ず、スイッチSW1およびSW2、ならびに、スイッチSW5およびSW4をオフ、スイッチSW3およびSW4をオンにする。コンデンサC1が2次電池E2により充電されたら、スイッチSW6をオフ、スイッチSW4をオンとする。コンデンサC1およびC2の平衡が取れたら、スイッチSW3をオフにして、電池電圧検出/回路電源供給部10によりコンデンサC2の電位を検出する。検出後は、例えば電池電圧検出/回路電源供給部10により、コンデンサC2を放電させる。
【0041】
なお、2次電池E2は、負極がアース電位に接続されているため、スイッチSW5のみをオンとしてコンデンサC2を充電し、その後、スイッチSW5をオフにして、電圧検出/回路電源供給部10によりコンデンサC2の電位を検出してもよい。このとき、スイッチSW6、SW2を用いてコンデンサC1を予め放電させておき、スイッチSW5をオンとしてコンデンサC2を充電した後にスイッチSW5をオフ、スイッチSW3およびSW4をオンとしてコンデンサC2およびC1の平衡を取って、コンデンサC2の電位を検出するようにしてもよい。
【0042】
この発明では、このように、2次電池の出力電圧をコンデンサに充電される電荷に変換し、その電荷を、片側がアース電位に接続された他のコンデンサにさらに移動させる。そして、当該他のコンデンサの電位を検出することで、2次電池の出力電圧を求めている。そのため、直列接続された2次電池のうちアース電位に接続されていない側の2次電池の出力電圧を、安定的に求めることができる。
【0043】
また、直列接続された2次電池E1およびE2それぞれの出力電圧は、電池電圧検出/回路電源供給部10により共通して求められる。そのため、2次電池E1およびE2の出力電圧それぞれの出力電圧を、少ない誤差で求めることができる。
【0044】
さらに、図1には示されていないが、上述のようにして、直列接続された2次電池E1およびE2のそれぞれについて検出された出力電圧に基づき、2次電池E1およびE2の放電および充電を制御することで、2次電池E1およびE2の電池バランスを取ることができる。
【0045】
なお、図1では、2個の2次電池E1およびE2が直列接続された例について説明したが、これはこの例に限定されない。すなわち、直列接続される2次電池の数が3個以上になっても、この実施の第1の形態を適用することができる。
【0046】
図2は、この発明の実施の第1の形態の変形例による2次電池電圧検出を行う一例の構成を示す。この図2の構成においては、図1を用いて上述した実施の第1の形態による充電装置から、スイッチSW6が省略されている。なお、図2において、上述した図1と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【0047】
この図2に一例が示される構成では、スイッチSW1およびSW2のみをオンとすると、2次電池E1およびコンデンサC1が並列接続される。スイッチSW3およびSW4のみをオンとすると、コンデンサC1およびC2が並列接続される。スイッチSW5のみをオンとすると、2次電池E2およびコンデンサC2が並列接続される。
【0048】
先ず、2次電池E1の出力電圧を求める場合について説明する。先ず、スイッチSW1およびSW2をオン、他のスイッチすなわちスイッチSW3、SW4およびSW5をオフにする。すると、2次電池E1およびコンデンサC1が並列接続され、2次電池E1の出力電圧によりコンデンサC1が充電される。コンデンサC1が完全に充電されると、スイッチSW1およびSW2がオフ、スイッチSW3およびSW4がオンにされる。スイッチSW5はオフのままである。コンデンサC1およびC2が並列接続され、コンデンサC1およびC2が平衡状態となるまで、コンデンサC1の電荷によりコンデンサC2が充電される。
【0049】
この、2次電池E1およびコンデンサC1の並列接続と、コンデンサC1およびコンデンサC2の並列接続の動作を繰り返すことで、コンデンサC2の電位が2次電池E1の出力電圧と略等しくなる。このことについて、概略的に説明する。例えば、コンデンサC1およびC2の容量が等しく、共にCであるとする。また、コンデンサC2には、最初、電荷は充電されていないものとする。
【0050】
最初の2次電池E1(出力電圧をEとする)による充電で、C×E=Qの電荷がコンデンサC1に充電される。ここで、コンデンサC1およびC2を並列接続することで、コンデンサC1およびC2の電位が同電位E’になるように電荷が移動され、平衡が取られる。電荷Qの総量には変化は無いため、Q=CE’(コンデンサC1)+CE’(コンデンサC2)であり、コンデンサC1およびC2それぞれに充電される電荷は、Q/2となる。
【0051】
次に、コンデンサC1およびC2を切り離すと共に、コンデンサC1を2次電池E1と並列接続させる。すると、コンデンサC1には、電荷がC×E=Qとなるように再び充電される。この状態で、コンデンサC1を2次電池E1との並列接続からコンデンサC2との並列接続に切り換える。コンデンサC2には、上述した、前回の動作により既にQ/2の電荷が充電されているため、コンデンサC1およびコンデンサC2全体の電荷は、Q+Q/2となる。この電荷に基づきコンデンサC1およびC2が同電位となるようにコンデンサC1およびC2間で平衡が取られ、コンデンサC1およびC2それぞれの電荷は、3/4×Qとなる。
【0052】
この動作を繰り返すことで、コンデンサC2に充電される電荷は、次第にQに近づくことになり、コンデンサC2の電位が2次電池E1の出力電圧と略等しくなる。したがって、コンデンサC2の電位を電圧検出器11で検出することで、2次電池E1の出力電圧を検出するのと同等な結果を得ることができる。なお、コンデンサC2の電位の検出の際には、少なくともスイッチSW4およびSW5をオフにするとよい。
【0053】
実際には、スイッチ制御により並列接続されたコンデンサC1およびC2の平衡が取れたときに電圧検出器11でコンデンサC2の電位を検出する動作を、上述の動作の繰り返し毎に行い、コンデンサC2の電圧に変化が無くなったタイミングで検出されたコンデンサC2の電位を、2次電池E1の出力電圧であるとする。これに限らず、予めコンデンサC2の電位が略飽和する繰り返し回数を求めておき、この繰り返し回数を超えたときのコンデンサC2の電位を2次電池E1の出力電圧としてもよい。
【0054】
ここでは、コンデンサC1およびC2の容量を等しいとして説明したが、コンデンサC1およびC2の容量が異なっていても、上述の動作は成り立つことは明らかである。
【0055】
一方、2次電池E2の出力電圧を求める際には、先ず、スイッチSW1、SW2、SW3およびSW4をオフ、スイッチSW5をオンにし、2次電池E2およびコンデンサC2を並列接続する。2次電池E2の出力電圧によりコンデンサC2が充電されたら、スイッチSW5をオフにして、電圧検出器11でコンデンサC2の電位を検出する。検出されたコンデンサC2の電位が2次電池E2の出力電圧に対応する。
【0056】
上述した図1の構成では、コンデンサC1およびC2の電荷を平衡させて、コンデンサC2の電位を検出していた。すなわち、例えばコンデンサC1およびC2の容量が同一であれば、コンデンサC2の電位は、求める2次電池E1や2次電池E2の出力電圧の1/2の値となるはずである。しかしながら、実際には、コンデンサC1やC2の容量のバラツキなどにより、上述の1/2の値に対して誤差が生じてしまう。
【0057】
この実施の第1の形態の変形例の構成では、コンデンサC1およびC2の容量とは無関係に2次電池E1およびE2の出力電圧を検出できるという利点がある。また、2次電池E1およびE2の出力電圧の検出を、共通の電圧検出器11により行うので、2次電池E1およびE2それぞれの検出結果のバラツキが小さくなるという利点がある。
【0058】
図3は、上述の図2におけるスイッチSW1〜SW5の一例の動作タイミングを示すタイムチャートである。2次電池E1によるコンデンサC1の充電が終了すると、スイッチSW1およびSW2がオフされ、スイッチSW3およびSW4がオンされる。このとき、スイッチSW3およびSW4のオンのタイミングは、図3に一例が示されるように、スイッチSW1およびSW2がオフされてから所定の時間ΔTだけ遅らされる。同様に、スイッチSW3およびSW4がオフされてΔTだけ遅らされて、スイッチSW5がオンされる。
【0059】
このように、スイッチのオフから次のスイッチのオンまでの間にΔTの遅延を設け、スイッチのオン状態がタイミング的に重ならないようにすることで、コンデンサに対して電荷が急激に流れ込むのを防ぐことができる。このスイッチオン/オフのタイミング制御は、後述する各例において同様に適用される。
【0060】
図4は、図3の制御を行う際の一例の動作を示すフローチャートである。スイッチSW1およびSW2がオンされた状態(S40)からオフに制御が切り替わる。スイッチSW1およびSW2のオフ状態が検出されたら(S41)、時間ΔT後に、スイッチSW3およびSW4がオン制御される(S42)。スイッチSW3およびSW4がオンのときは、スイッチSW5はオフとされる。スイッチSW3およびSW4がオフ制御に切り替えられ、スイッチSW3およびSW4のオフ状態が検出されたら(S43)、時間ΔT後にスイッチSW5がオン制御される(S45)。スイッチSW5がオフに切り替えられ、スイッチSW5のオフ状態が検出されたら(S46)、動作はステップS40に戻され、時間ΔT後にスイッチSW1およびSW2がオン制御される。このように、あるシーケンスでスイッチがオンしてオフされたことが確認されたら、次のスイッチのオン制御を行う。
【0061】
上述の図2では、2個の2次電池E1およびE2が直列接続された例について説明したが、これはこの例に限定されない。すなわち、直列接続される2次電池の数が3個以上になっても、この実施の第1の形態の変形例を適用することができる。
【0062】
図5は、3個の2次電池E11、E12およびE13が直列接続された場合の、直列接続された2次電池の電池電圧を検出する一例の構成を示す。この図5にに一例が示される構成では、スイッチSW11およびSW12のみをオンとすると、2次電池E11およびコンデンサC11が並列接続される。スイッチSW13およびSW14のみをオンとすると、2次電池E12およびコンデンサC12が並列接続される。スイッチSW15のみをオンとすると、2次電池E13およびコンデンサC13が並列接続される。スイッチSW16およびSW19のみをオンとすると、コンデンサC11およびC13が並列接続される。スイッチSW17およびSW18のみをオンとすると、コンデンサC12およびC13が並列接続される。
【0063】
2次電池E11の出力電圧を検出する場合は、先ず、スイッチSW16およびSW19をオフ、スイッチSW11およびSW12をオンに制御することで2次電池E11およびコンデンサC11を並列に接続してコンデンサC11を充電し、次いでスイッチSW11およびSW12をオフ、スイッチSW16およびSW19をオンに制御してコンデンサC11およびコンデンサC13を並列接続し、コンデンサC11およびC13間で電荷を移動させて平衡を取る。この動作を繰り返し、コンデンサC13の電位が2次電池E11の出力電圧と略等しくなったところで、スイッチSW16およびSW19をオフにし、コンデンサC13の電位を電圧検出器12で検出する。
【0064】
なお、2次電池E11の出力電圧の検出動作中は、スイッチSW13、SW14、SW15、SW17およびSW18は、オフ状態に制御される。
【0065】
2次電池E12の出力電圧を検出する場合は、スイッチSW11、SW12、SW15、SW16およびSW19をオフ状態に制御する。その状態で、先ず、スイッチSW17およびSW18をオフ、スイッチSW13およびSW14をオンに制御することで2次電池E12およびコンデンサC12を並列に接続してコンデンサC12を充電し、次いでスイッチSW13およびSW14をオフ、スイッチSW17およびSW18をオンに制御してコンデンサC12およびコンデンサC13を並列接続し、コンデンサC12およびC13間で電荷を移動させて平衡を取る。この動作を繰り返し、コンデンサC13の電位が2次電池E12の出力電圧と略等しくなったところで、スイッチSW17およびSW18をオフにし、コンデンサC13の電位を電圧検出器12で検出する。
【0066】
2次電池E13の出力電圧を検出する場合には、スイッチSW15のみをオン、スイッチSW11、SW12、SW13、SW14、SW16、SW17、SW18およびSW19を全てオフとして、2次電池E13およびコンデンサ13を並列接続する。コンデンサ13が2次電池E13の出力電圧により充電されたら、スイッチSW15をオフにして、電圧検出器12によりコンデンサC13の電位を検出する。
【0067】
このようにして、スイッチ制御により、負極がアース電位に接続されていない2次電池とコンデンサとの並列接続をそれぞれ構成すると共に、当該コンデンサと、電位検出のために電圧検出器の直前に設けられたコンデンサとの並列接続をそれぞれ構成する。このようにすることで、3個以上の2次電池が直列接続された場合でも、この発明を適用することができる。
【0068】
次に、この発明の実施の第2の形態について説明する。この発明の実施の第2の形態は、直列接続された複数の2次電池間で、電池バランスを取る方法に関するものである。例えば直列接続された2個の2次電池の電池バランスが崩れている場合、電池容量の大きい方の2次電池から小さい方の2次電池へと充電すればよい。上述したようにして、直列接続された2次電池それぞれの出力電圧すなわち電池容量を検出し、検出結果に基づき2次電池それぞれの放電および充電を制御することで、電池バランスを取る。
【0069】
図6は、直列接続された2個の2次電池E21およびE22の電池バランスを取る一例の構成を示す。なお、この図6の構成は、上述した図2の検出系の構成と共に用いられるものであるが、ここでは、繁雑さを避けるために、検出系の構成を省略する。
【0070】
2次電池E21の負極および2次電池E22の正極が接続され、これら2次電池E21およびE22が直列接続される。2次電池E21の正極がスイッチSW21の一方の端子に接続され、スイッチSW21の他方の端子がコンデンサC21の一方の端子およびスイッチSW27の一方の端子にそれぞれ接続される。スイッチSW27の他方の端子がスイッチSW26の一方の端子に接続されると共に、スイッチSW22およびSW23の一方の端子、ならびに、2次電池E21およびE22の接続点にそれぞれ接続される。
【0071】
スイッチSW26の他方の端子は、コンデンサC22の一方の端子およびスイッチSW24の他方の端子に接続される。コンデンサC22の他方の端子がスイッチSW23の他方の端子に接続される。2次電池E21およびスイッチS21の接続点がスイッチSW25を介してコンデンサC22およびスイッチSW23の接続点に接続される。2次電池E22およびスイッチSW24の接続点がスイッチSW28を介してコンデンサC21およびスイッチSW22の接続点に接続される。
【0072】
すなわち、この図6の構成では、スイッチSW21およびSW22のみをオンとすると、2次電池E21およびコンデンサC21が並列接続される。スイッチSW25およびSW26のみをオンとすると、2次電池E21およびコンデンサC22が並列接続される。スイッチSW27およびSW28のみをオンとすると、2次電池E22およびコンデンサC21が並列接続される。スイッチSW23およびSW24のみをオンとすると、2次電池E22およびコンデンサC22が並列接続される。
【0073】
このような構成において、2次電池E21およびE22の出力電圧(それぞれV21およびV22とする)を検出した結果がV21>V22である場合について説明する。この場合、出力電圧の高い2次電池E21を放電させ、出力電圧の低い2次電池E22を充電させるように各スイッチを制御する。すなわち、2次電池E21の出力電圧でコンデンサC21を充電し、その後、コンデンサC21の電荷で2次電池E22を充電するように、各スイッチを制御する。
【0074】
より具体的には、先ず、スイッチSW21およびSW22のみをオンとして、2次電池E21の出力電圧でコンデンサC21を充電する。2次電池E21が放電され、コンデンサC21は、2次電池E21の出力電圧と同電位になるように充電される。充電後スイッチSW21およびSW22をオフにして、所定の時間ΔT後にスイッチSW27およびSW28のみをオンにする。コンデンサC21は、V21>V22である2次電池E21と同電位に充電されているため、コンデンサC21に充電された電荷を用いて2次電池E22を充電することができる。
【0075】
2次電池E21およびE22の出力電圧の検出結果がV21<V22である場合も、同様にして2次電池E21およびE22の放電および充電が行われる。すなわち、出力電圧の高い2次電池E22でコンデンサC22を充電し、コンデンサC22の電荷で2次電池E21を充電するように、各スイッチを制御する。
【0076】
より具体的には、先ず、スイッチSW23およびSW24のみをオンとして、2次電池E22を放電させてコンデンサC22を充電する。充電後、スイッチSW23およびSW24をオフにして、所定の時間ΔT後にスイッチSW25およびSW26のみをオンにして、コンデンサC22に充電された電荷を用いて2次電池E21を充電する。
【0077】
この、2次電池E21およびE22の、コンデンサC22を用いた充電および放電を、2次電池E21およびE22の出力電圧を常に監視しながら、略V21=V22になるまで継続することで、2次電池E21およびE22の電池バランスを取ることができる。
【0078】
例えば、最初に2次電池E21およびE22の出力電圧をそれぞれ検出する。検出の結果、2次電池E21およびE22の電池バランスが崩れていると判断されれば、各スイッチを所定に制御して、検出結果に基づき出力電圧の高い方の2次電池(2次電池E21とする)を上述した方法によりコンデンサC21に対して放電し、コンデンサ21により出力電圧の低い2次電池(2次電池E22)に充電する。充電が終了したら、2次電池E21およびE22の出力電圧をそれぞれ検出し、検出結果に基づき電池バランスが取れていると判断されれば、動作が停止され、電池バランスが崩れていると判断されれば、再び2次電池E21およびE22の放電および充電が行われる。
【0079】
図7は、この発明の実施の第2の形態の変形例である、直列接続された3個の2次電池E31、E32およびE33の電池バランスを取る構成において、両方向性スイッチを用いた一例の構成を示す。上述の図6の構成では、各スイッチSW21〜SW28には、それぞれ一方向にしか電流が流れないように構成されている。そのため、各スイッチSW21〜SW28としては、オン状態で一方向にしか電流が流れない、一方向性スイッチを用いることができる。スイッチとして、オン状態で両方向に電流を流すことができる両方向性スイッチを用いることができると、回路構成をより簡素なものとすることができる。
【0080】
図7の構成では、スイッチSW31およびSW33のみをオンとすることで、2次電池E31およびコンデンサC31が並列接続される。スイッチSW32およびSW35のみをオンとすることで、2次電池E32およびコンデンサC31が並列接続される。スイッチSW33およびSW36のみをオンとすることで、2次電池E33およびコンデンサC31が並列接続される。
【0081】
このような構成において、例えばV31=V32>V33である場合について考える。この場合には、例えば、2次電池E31からコンデンサC31を介して2次電池E33に電荷を移動させ、次に、2次電池E32からコンデンサC31を介して2次電池E33に電荷を移動させる。この動作を、2次電池E31、E32およびE33の出力電圧を上述のようにして検出しつつ行い、検出結果に基づき、略V31=V32=V33になるまで繰り返す。
【0082】
より具体的には、先ず、スイッチSW31およびSW33のみをオンとして、2次電池E31の出力電圧でコンデンサC31を充電する。充電後スイッチSW31およびSW33をオフし、所定の時間ΔT後にスイッチSW34およびSW36をオンして、コンデンサC31に充電された電荷によって2次電池E33を充電する。充電後、スイッチSW34およびSW36をオフし、時間ΔT後にスイッチSW32およびSW35をオンして、2次電池E32の出力電圧でコンデンサC31を充電する。充電後スイッチSW32およびSW35をオフし、所定の時間ΔT後にスイッチSW34およびSW36をオンして、コンデンサC31に充電された電荷によって2次電池E33を充電する。その後、スイッチSW34およびSW36をオフし、時間ΔT後に、再び、スイッチSW31およびSW33のみをオンとして、2次電池E31の出力電圧でコンデンサC31を充電する。この動作を、略V31=V32=V33になるまで繰り返す。
【0083】
このように、両方向性スイッチを用いた場合は、充電用のコンデンサがコンデンサC31の1個で済み、簡素な構成が実現できる。なお、図8に一例が示されるように、2個の一方向性スイッチを互いに逆方向に接続し、電流の方向によりオン/オフするスイッチを適切に制御することで、両方向性スイッチと同等の機能を実現することができる。このように一組の一方向性スイッチで構成されたスイッチを、上述の図7の例に適用することができる。2次電池E31、E32およびE33からコンデンサC31へ充電を行うときと、コンデンサC31から2次電池E31、E32およびE33へ充電のときとで異なる方向性のスイッチが選択される。
【0084】
次に、この発明の実施の第3の形態について説明する。この発明の実施の第3の形態は、制御回路や電圧検出回路などへの回路電源の供給方法に関するものである。2次電池を直列接続した場合に、各2次電池の出力電圧を検出する。そして、検出結果に基づき、出力電圧の高い2次電池から優先的に、回路電源の供給を行うようにする。
【0085】
図9は、この実施の第3の形態による、2次電池E41、E42およびE43の3個が直列接続された場合において、出力電圧の高い2次電池から優先的に回路電源の供給を行うようにした一例の構成を示す。この場合も、上述した2次電圧それぞれの電圧検出や、電池バランスの例と同様に、各2次電池E41、E42およびE43により先ずコンデンサC41を充電し、そのコンデンサC41でコンデンサC42を充電する。そして、コンデンサC42により、制御回路や電圧検出回路などの回路電源13を供給する。
【0086】
直列接続された2次電池E41、E42およびE43において、2次電池E43の負極がアース電位に接続される。2次電池E41の正極がスイッチSW41を介してスイッチSW42、コンデンサC41およびスイッチSW47それぞれの一方の端子に接続される。2次電池E41およびE42の接続点がスイッチSW42の他方の端子およびスイッチSW43の一方の端子に接続される。スイッチSW43の他方の端子がスイッチSW44の一方の端子およびコンデンサC41の他方の端子に接続されると共に、スイッチSW46を介してアース電位に接続される。2次電池E42およびE43の接続点がスイッチSW44の他方の端子およびスイッチSW45の一方の端子に接続される。スイッチSW45の他方の端子がスイッチSW47の他方の端子に接続されると共に、片側がアース電位に接続されたコンデンサC42に接続される。コンデンサC42の両端から回路電源13が供給される。
【0087】
図9に示す構成により回路電源13を供給する方法は、以下のようになる。2次電池E41で回路電源13を供給する場合には、先ず、スイッチSW41およびSW43のみをオンとし、2次電池E41の出力電圧によりコンデンサC41を充電する。コンデンサC41の充電が終了したら、スイッチSW41およびSW43をオフ、スイッチSW46およびSW47をオンとし、コンデンサC41の電荷によりコンデンサC42を充電する。このコンデンサC42に充電された電荷が回路電源13として供給される。なお、コンデンサC42の充電が終了したら、スイッチSW46およびSW47をオフにすると好ましい。
【0088】
2次電池E42により回路電源13を供給する場合も、2次電池E41で供給する場合と同様である。この場合、先ず、スイッチSW42およびSW44のみをオンとし、2次電池E42の出力電圧によりコンデンサC41を充電する。コンデンサC41の充電が終了したら、スイッチSW42およびSW44をオフ、スイッチSW46およびSW47をオンとし、コンデンサC41の電荷によりコンデンサC42を充電する。2次電池E43で回路電源13を供給する場合には、スイッチSW45のみをオンとして、2次電池E43の出力電圧によりコンデンサC42を充電する。
【0089】
このように各スイッチSW41〜SW47が制御されて2次電池E41、E42およびE43のそれぞれにより回路電源13が供給される際に、各2次電池E41、E42およびE43それぞれの出力電圧が図示されない電圧検出回路により検出される。検出結果に基づき、2次電池E41、E42およびE43のうち出力電圧の高い方から優先的に、コンデンサC42に対して多く充電を行うようにする。これにより、直列接続された各2次電池E41、E42およびE43の電池バランスを保ちながら、回路電源13を供給することができる。
【0090】
図10は、この実施の第3の形態の変形例である、直列接続された各2次電池E51およびE52それぞれの出力電圧を検出しながら、回路電源14を供給するようにした一例の構成を示す。この図10に示される構成は、上述の図2に示される電圧検出回路と、電圧検出回路と同等の構成によりなる回路電源供給回路とが1の回路にまとめられている。
【0091】
この図10の構成によれば、2次電池E51およびE52それぞれの出力電圧を検出し、その検出結果に基づき回路電源14の供給を行う。このとき、出力電圧の高い方の2次電池から優先的に回路電源14の供給を行うことで、回路電源14の供給と共に、2次電池E51およびE52の電池バランスを取ることができる。
【0092】
電圧検出回路側から説明する。直列接続された2次電池E51およびE52において、2次電池E52の負極がアース電位に接続される。2次電池E51の正極がスイッチSW51およびSW52の一方の端子に接続される。このうち、スイッチSW52側が電圧検出回路である。スイッチSW52の他方の端子がコンデンサC51およびスイッチSW55の一方の端子に接続される。2次電池E51およびE52の接続点がスイッチSW53、SW54、SW57およびSW58の一方の端子に接続される。これらのうち、スイッチSW53およびSW58が電圧検出回路である。スイッチSW53の他方の端子がコンデンサC51の他方の端子に接続されると共に、スイッチSW59を介してアース電位に接続される。スイッチSW58の他方の端子がスイッチSW55の他方の端子に接続されると共に、片側がアース電位に接続されるコンデンサC53に接続される。コンデンサC53の両端が電圧検出器15に接続される。電圧検出器15の検出結果は、スイッチ(SW)制御回路16に供給される。
【0093】
次に、回路電源供給回路側について説明する。上述したスイッチSW51の他方の端子がコンデンサC52およびスイッチSW56の一方の端子に接続される。また、上述したスイッチSW54の他方の端子がコンデンサC52の他方の端子に接続されると共に、スイッチSW60を介してアース電位に接続される。さらに、上述したスイッチSW57の他方の端子がスイッチSW56の他方の端子に接続されると共に、片側がアース電位に接続されたコンデンサC54に接続される。コンデンサC54の両端から回路電源14に供給される。回路電源14は、例えばスイッチ制御回路16の駆動用の電源である。
【0094】
このような構成において、2次電池E51の出力電圧の検出は、上述の図2における2次電池E1の出力電圧の検出と同様にして行われる。先ず、スイッチSW52およびSW53のみをオンとして、2次電池E51の出力電圧によりコンデンサC51を充電する。コンデンサC51が充電されたら、スイッチSW52およびSW53をオフとし、時間ΔT後にスイッチSW55およびSW59をオンとして、コンデンサC51の電荷により、コンデンサC51およびコンデンサC53が平衡状態となるまでコンデンサC53を充電する。この2次電池E51によるコンデンサC51の充電と、コンデンサC51によるコンデンサC53の充電の動作が所定回数、繰り返され、2次電池E51の出力電圧とコンデンサC53の電位とが略等しくなったところで、電圧検出器15によりコンデンサC53の電位が検出される。
【0095】
2次電池E52の出力電圧の検出も、上述の図2における2次電池E2の出力電圧の検出と同様にして行われる。すなわち、スイッチSW58のみがオンとされ、2次電池E52によりコンデンサC53が充電される。コンデンサC53が充電されると、スイッチSW58がオフとされ、電圧検出器15によりコンデンサC53の電位が検出される。
【0096】
電圧検出器15による2次電池E51およびE52の出力電圧の検出結果は、スイッチ制御回路16に供給される。スイッチ制御回路16では、供給された検出結果に基づき、スイッチSW51〜SW60のオン/オフをそれぞれ制御する。
【0097】
回路電源14の供給も、上述の2次電池E51およびE52の電圧検出と略同様にして行われる。2次電池E51による回路電源14の供給は、先ず、スイッチSW51およびSW54のみをオンとして、2次電池E51によりコンデンサC52を充電する。コンデンサC52が充電されたら、スイッチSW51およびSW54をオフとし、時間ΔT後にスイッチSW56およびSW60をオンとして、コンデンサC52の電荷によりコンデンサC54を充電する。コンデンサC54が充電されたら、スイッチSW56およびSW60をオフとして、コンデンサC54の電荷により回路電源14を供給する。なお、スイッチSW56およびSW60をオンとした時点で回路電源14の供給を開始するようにしてもよい。
【0098】
2次電池E52による回路電源14の供給は、スイッチSW57のみがオンとされ、2次電池E52によりコンデンサC54が充電される。コンデンサC54が充電されると、スイッチSW57がオフとされ、コンデンサC54の電荷により回路電源14が供給される。
【0099】
既に述べたように、この、2次電池E51およびE52による回路電源14の供給を、上述の2次電源E51およびE52の出力電圧の検出結果に基づき、2次電池E51およびE52のうち出力電圧の高い方から優先的に行うことで、2次電池E51およびE52の電池バランスを取ることができる。ここで、2次電池E51およびE52の出力電圧の検出は、他の方法を用いて行ってもよいが、この実施の一形態による検出方法の方が、より正確に電圧の検出ができて好ましい。
【0100】
また、図10では、電圧検出の回路と回路電源供給回路とが1の回路中に並列的に設けられているが、これはこの例に限らず、両者を共通的に構成することも可能である。しかしながら、回路および検出インピーダンスが低いと、電圧検出において誤動作を起こす場合があるため、図10のように電圧検出回路と回路電源供給回路とを別個に設けるのがより好ましい。
【0101】
図11、図12および図13は、図10の構成における動作を説明するためのフローチャートである。なお、図11、図12および図13において、符号A、BおよびCは、図11、図12および図13間において対応する符号に処理が移行することを示す。この図11、図12および図13のフローチャートによる動作は、例えば2次電池E51およびE52の充電または放電動作をさせた際に行われる。また例えば、2次電池E51およびE52において電池のアンバランスが生じた際に行われるようにもできる。
【0102】
図11において、フローチャートの処理に先立って、電池バランスを検出する場合は、電圧検出回路が例えば所定の間隔で動作され、2次電池E51およびE52の出力電圧が監視される。2次電池E51およびE52の放電および充電動作を行うか、または、電池アンバランスが大きい、すなわち電池バランスが崩れている際の動作を行う場合(ステップS10)、電圧検出回路が動作されて2次電池E51およびE52それぞれの出力電圧が求められ、電池バランスが検出される(ステップS11)。次のステップS12では、電池バランスの検出結果に基づき2次電池E51およびE52の出力電圧にアンバランスが存在するか否かが判断される。
【0103】
その結果、電池バランスが取れており、アンバランスが無いと判断されれば、動作は図12のステップS20に移行され、回路電源14の供給を、2次電池E51およびE52それぞれから平均的に行うものとされる。回路電源供給回路により、2次電池E51およびE52が順に切り替えられて、回路電源14が供給される。
【0104】
回路電源14が供給されると、ステップS21で各2次電池E51およびE52の出力電圧がそれぞれ検出されて電池バランスが検出され、次のステップS22で、電池バランスが取れているかどうかが判断される。
【0105】
若し、電池バランスが取れていなければ、図6を用いて説明したようにして、コンデンサを介して、2次電池E51およびE52のうち出力電圧が高い方の2次電池が放電され、出力電圧が低い方の2次電池に充電される。なお、図10では、図6の充電/放電のための構成は、繁雑さを避けるために、省略されている。2次電池E51およびE52の充電/放電が終了したら、動作はステップS21に戻され、再び電池バランスが検出される。
【0106】
一方、ステップS22で、電池バランスが取れていると判断されれば、動作はステップS23に移行され、2次電池E51およびE52の充電/放電動作が停止され、ステップS24で、回路の動作が停止される。
【0107】
なお、図12に点線で示されるように、2次電池E51およびE52の充電/放電動作無しで電池バランスが取れている場合は、動作は、ステップS24に移行され、回路の動作が停止される。その後、動作は図11のステップS10に戻され、再び電池バランス検出などの動作が繰り返される。
【0108】
上述のステップS12で、電池バランスの検出結果に基づき2次電池E51およびE52の出力電圧にアンバランスが存在とされた場合、動作は図13のステップS30に移行される。ステップS30では、回路電源14の供給を、出力電圧の高い方の2次電池により行うものとされ、2次電池E51およびE52のうち出力電圧の高い方が選択され、図10を用いて上述したような方法により、回路電源14が供給される。
【0109】
次のステップS31で2次電池E51およびE52の出力電圧がそれぞれ検出され、ステップS32で、電池バランスが取れたか否かが判断される。
【0110】
若し、電池バランスが取れていなければ、図6を用いて説明したようにして、コンデンサを介して、2次電池E51およびE52のうち出力電圧が高い方の2次電池が放電され、出力電圧が低い方の2次電池に充電される。2次電池E51およびE52の充電/放電が終了したら、動作はステップS31に戻され、再び電池バランスが検出される。
【0111】
一方、ステップS32で、電池バランスが取れていると判断されれば、動作はステップS33に移行され、2次電池E51およびE52の充電/放電動作が停止され、ステップS35で、回路の動作が停止される。その後、動作は図11のステップS10に戻され、再び電池バランス検出などの動作が繰り返される。
【0112】
なお、上述のステップS32において、一度もステップS31に戻ること無しにステップS33に移行した場合には、充電・放電動作無しで電池バランスが取れたとされる(ステップS34)。
【0113】
また、図12のステップS22や図13のステップS32において、電池バランスが取れたとされた場合、回路の動作が互いの動作フローに移行される。すなわち、ステップS22で電池バランスが取れたとされた場合には、ステップS23以降の動作が行われると共に、図13のステップS30の動作に移行される。同様に、ステップS32で電池バランスが取れたとされた場合には、ステップS33以降の動作が行われると共に、図12のステップS20の動作に移行される。
【0114】
次に、この発明の実施の第4の形態について説明する。この発明の実施の第4の形態では、直列接続された複数の2次電池の電池バランスを取る際に、充電器による充電を利用するようにしている。図14は、この実施の第4の形態による、充電器による充電を利用して電池バランスを取る一例の構成を示す。なお、図14では、繁雑さを避けるために、2次電池E71およびE72それぞれの出力電圧を検出する電圧検出手段が省略されている。電圧検出手段としては、例えば上述の図1に示される構成を適用することができる。
【0115】
充電器20は、電源E37の出力により2次電池E71(出力電圧をV71とする)および2次電池E72(出力電圧をV72とする)の充電を行う。充電器20の制御端子は、アース電位に接続される。充電器20の出力端がスイッチSW77を介してコンデンサC71の一方の端子に接続され、コンデンサC71の他方の端子がスイッチSW78を介して、片側がアース電位に接続されたコンデンサC72に接続される。
【0116】
スイッチSW77およびコンデンサC71の接続点がスイッチSW71、SW73およびSW75の一方の端子にそれぞれ接続される。コンデンサC71およびスイッチSW78の接続点がスイッチSW72、SW74およびSW76の一方の端子にそれぞれ接続される。スイッチSW76の他方の端子は、アース電位に接続される。
【0117】
直列接続された2次電池E71およびE72において、2次電池E71の正極がスイッチSW71の他方の端子に接続される。2次電池E71およびE72の接続点がスイッチSW72およびSW73の他方の端子にそれぞれ接続される。2次電池E72の負極がスイッチSW74の他方の端子に接続される。
【0118】
このような構成において、先ず、スイッチSW77およびSW78のみがオンとされ、充電器20によりコンデンサC71およびC72が充電される。所定の時間T後に、スイッチSW77およびSW78がオフされる。ここで、電圧検出手段による検出結果に基づき、V71<V72であるとされれば、スイッチSW75およびSW76、ならびに、スイッチSW71およびSW72がそれぞれオンとされ、コンデンサC72の電荷により2次電池E71が充電される。
【0119】
ここで、電圧検出手段により2次電池E71およびE72それぞれの出力電圧が検出され、電池バランスが取れていない、すなわち、V71<V72であれば、スイッチSW71、SW72、SW75およびSW76がオフ、スイッチSW77およびSW78がオンとされ、再びコンデンサC71およびC72が充電され、上述の手順に従って各スイッチが制御されて、略V71=V72になるまで2次電池E71が充電される。
【0120】
すなわち、図15に一例が示されるように、2次電池E71の出力電圧V71が2次電池E72の出力電圧V72を下回っている間、上述したスイッチSW77およびSW78、ならびに、スイッチSW71、SW72、SW75およびSW76によるスイッチング動作が繰り返される。電圧V71とV72とが略等しくなったら、スイッチング動作が停止され、充電が完了される。
【0121】
電圧検出手段による検出結果により、V71>V72である場合も、同様にして2次電池E72の充電が行われる。すなわち、スイッチSW77およびSW78のみがオンとされ、充電器20によりコンデンサC71およびC72が充電される。所定の時間T後に、スイッチSW77およびSW78がオフされる。そして、スイッチSW75およびSW76、ならびに、スイッチSW73およびSW74がそれぞれオンとされ、コンデンサC72の電荷により2次電池E72が充電される。
【0122】
ここで、電圧検出手段により2次電池E71およびE72それぞれの出力電圧が検出され、電池バランスが取れていない、すなわち、V71>V72であれば、スイッチSW73、SW74、SW75およびSW76がオフ、スイッチSW77およびSW78がオンとされ、再びコンデンサC71およびC72が充電され、上述の手順に従って各スイッチが制御されて、略V71=V72になるまで2次電池E72が充電される。
【0123】
図14の構成において、2次電池E71およびE72それぞれの充電を、電源E73から充電器20を介してコンデンサC71およびC72に充電した電荷を用いて行う場合、コンデンサC71およびC72により、2次電池E71およびE72をそれぞれ充電しながら電池バランスを取るようにしてもよい。
【0124】
例えば、最初スイッチSW77およびSW78のみをオンし、電源E73から充電器20を介してコンデンサC71およびC72をそれぞれ充電する。時間T後にスイッチSW77およびSW78がオフされ、コンデンサC71が2次電池E71を、コンデンサC72が2次電池E72を、それぞれ充電するように、スイッチSW71〜SW76が制御される。
【0125】
一例として、先ずスイッチSW71およびSW72のみをオンとして、コンデンサC71により2次電池E71を充電し、次にスイッチSW71およびSW72をオフ、スイッチSW73およびSW75、ならびに、スイッチSW74およびSW76をオンとして、コンデンサC72で2次電池E72を充電する。コンデンサC71およびC72による充電が終了したら、再びスイッチSW77およびSW78のみがオンとされ、コンデンサC71およびC72が充電される。この動作を、2次電池E71およびE72が所定の容量に充電されるまで、繰り返す。
【0126】
このときに、コンデンサC71およびC72の容量を等しくすれば、コンデンサC71およびC72の電圧バランスが取れるため、安全に充電することができる。
【0127】
図14の構成において、電源E73により、コンデンサC71およびC72に直接的に充電可能な期間がある。電池容量が少ない充電の場合で、2次電池E71およびE72がフル充電に近くなった場合に、充電器20後、すなわち、コンデンサC71およびC72に充電された電荷を用いて2次電池E71およびE72の充電を行う。2次電池E71がフル充電近くなったら、電源E73による充電を停止し、コンデンサC71およびC72を用いて充電し、2次電池E71に対する充電が足りない分を埋めるようにする。
【0128】
このとき、例えば、最初は図14に点線で示されるように、充電器20の出力端を2次電池E71の正極に直接的に接続することができる。スイッチSW74およびSW76のみをオンとして2次電池E72の負極をアース電位に接続することで、電源E73および充電器20により、2次電池E71およびE72を直接的に充電することができる。
【0129】
図14の構成の変形例として、図16に一例が示されるように、充電器20を制御して2次電池E71およびE72の電池バランスを取るように構成することができる。なお、図16において、上述の図14を共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【0130】
図16では、図14の構成に対し、2次電池E71およびE72の出力電圧をそれぞれ検出可能な電池電圧検出器22が設けられている。電池電圧検出器22の検出結果は、充電器20の制御信号として充電器20に供給される。電池電圧検出器22により、直列接続された2次電池E71およびE72それぞれの出力電圧を検出する。検出結果に基づき、直列接続された2次電池の中で最も出力電圧が高いものと略同一の出力電圧になるように他の2次電池を充電するように、充電器20の動作を制御する。
【0131】
なお、スイッチSW71〜SW78は、充電器20により充電される2次電池に応じて、上述の図14の例と同様にしてオン/オフが制御される。このとき、充電器20によりコンデンサC71およびC72を充電する際には、スイッチSW77およびSW78がオンとされると共に、スイッチSW80がオンとされる。
【0132】
また、この場合、充電器20の出力電圧は、2次電池E71およびE72を直列接続して充電した場合に電池バランスを取る際の電圧とは異なる。そのため、図16において、充電器21をさらに設け、点線で示されるように、充電器21の出力端を2次電池E71の正極に接続するようにできる。スイッチSW71、SW72、SW73およびSW74、ならびに、スイッチSW80をオフとすることにより、充電器21により、電源E73での充電を2次電池E71およびE72に対して直列的に行うことができる。
【0133】
なお、上述では、図1に示す実施の第1の形態の一例の構成において、2次電池E1またはE2の電荷を一旦コンデンサC1に充電し、コンデンサC1に蓄積された電荷をコンデンサC2に移動させ、その後、コンデンサC2の電位を検出することで、2次電池E1またはE2の電圧を検出している。これは、この例に限定されず、例えば図1の構成においてコンデンサC2を用いないで、2次電池E1またはE2の電圧を検出するようにできる。
【0134】
図17は、上述の図1の構成からコンデンサC2を省いた、この発明の実施の第1の形態の他の変形例の一例の構成を示す。なお、図17において、図1と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【0135】
この図17の構成において、2次電池E1の出力電圧を求める場合には、先ず、スイッチSW1およびSW2をオン、他のスイッチSW3〜SW6をオフにする。コンデンサC1が2次電池E1により充電されたら、スイッチSW1およびSW2をオフ、SW3およびSW4をオンとして、電池電圧検出/回路電源供給部10によりコンデンサC1の電位を検出する。検出されたコンデンサC1の電位が2次電池E1の出力電圧に対応する。検出後は、例えば電池電圧検出/回路電源供給部10により、コンデンサC1を放電させる。
【0136】
2次電池E2の出力電圧を求めるときには、先ず、スイッチSW6およびSW3をオン、他のスイッチSW1、SW2、SW4およびSW5をオフにする。このようにすることで、2次電池E2によりコンデンサC1が充電される。コンデンサC1が2次電池E2により充電されたら、スイッチSW6およびSW3をオフ、スイッチSW3およびSW4をオンとして、電池電圧検出/回路電源供給部10によりコンデンサC1の電位を検出する。検出されたコンデンサC1の電位が2次電池E2の出力電圧に対応する。検出後は、例えば電池電圧検出/回路電源供給部10により、コンデンサC1を放電させる。
【0137】
この図17の例でも、電池電圧検出/回路電源供給部10によるコンデンサC1の電位検出の際には、コンデンサC1の一端がアース電位に接続されているため、安定的に電位を検出することができる。
【0138】
なお、この図17の構成においては、上述の実施の第3の形態で説明したような、2次電池E1およびE2による回路電源のコンデンサを介しての供給は、難しい。
【0139】
次に、この発明の実施の第5の形態について説明する。上述した、例えばこの発明の実施の第2の形態では、直列接続された複数の2次電池間の電池バランスの調整を、出力電圧の高い方の2次電池から低い方の2次電池へと充電することで行っていた。図18を用いて概略的に説明すると、2次電池E81およびE82の出力電圧をV81およびV82とし、V81>V82であるとき、先ず、スイッチSW81、SW83をオン、スイッチSW82、SW84をオフとして、コンデンサC81を2次電池E81の出力電圧で充電し、次に、スイッチSW81、SW83をオフ、スイッチSW82、SW84をオンとして、コンデンサC81の電荷で2次電池E82を充電する。この方法では、各2次電池E81、E82間の出力電圧の差が例えば0.5V以下といったように比較的小さい場合、コンデンサC81の電荷による2次電池E82の充電が上手くいかないおそれがある。
【0140】
そこで、この発明の実施の第5の形態では、直列接続された複数の2次電池間の電池バランスを、充電される2次電池の電圧よりも明らかに高い電圧を用いて調整する。この実施の第5の形態では、1個の2次電池からその2次電池の出力電圧よりも高い電圧を得るために、チャージポンプを用いる。チャージポンプは、周知のように、例えば並列接続された複数のコンデンサにそれぞれ充電した後、充電された複数のコンデンサの接続を切り換えて直列接続にして、充電時の電圧よりも高い電圧を取り出すことができるようにしたものである。
【0141】
図19は、このようなチャージポンプ200の一例の構成を示す。端子201がスイッチSW201およびSW203の一方の端子にそれぞれ接続される。スイッチSW201の他方の端子がコンデンサC202の一方の端子およびスイッチSW205の一方の端子にそれぞれ接続される。スイッチSW205の他方の端子がコンデンサC201の一方の端子に接続される。コンデンサC202の他方の端子がスイッチSW202およびSW204の一方の端子に接続され、スイッチSW204の他方の端子がスイッチSW203の他方の端子およびコンデンサC203の一方の端子に接続される。コンデンサC203の他方の端子がスイッチSW202の他方の端子およびコンデンサC201の他方の端子それぞれに接続されると共に、端子202に接続される。コンデンサC201は、チャージポンプ200の出力電圧が取り出される出力コンデンサである。
【0142】
このような構成において、端子201および202間に電圧VINを印可する。このとき、スイッチSW201、SW202、SW203をオン、スイッチSW204および205をオフとして、コンデンサC202およびC203を並列接続し、コンデンサC202およびC203をそれぞれ電圧VINで充電する。充電が完了したら、スイッチSW201、SW202およびSW203をオフ、スイッチSW204およびSW205をオンとして、充電されたコンデンサC202およびC203を直列接続する。例えばコンデンサC202およびC203の容量が等しい場合、直列接続された両端の電圧は、理論値で2×VINとなる。
【0143】
直列接続されたコンデンサC202およびC203でコンデンサC201を充電し、スイッチSW202、SW203およびSW204をオフ、スイッチSW201およびSW205をオンとすることで、出力コンデンサであるコンデンサC201が端子201および202と接続され、端子201および202から、理論値で2×VINの電圧を取り出すことができる。このように、チャージポンプ200を用いることで、入力時の電圧よりも高い電圧を取り出すことができる。
【0144】
なお、図19中、「■(四角)」で示される各端子a〜dは、後述するチャージポンプ200を用いた構成において同一の符号が付される各端子にそれぞれ対応する。また、チャージポンプ200における上述のようなスイッチ制御は、例えば図示されないマイクロコンピュータ(以下、マイコン)や、所定の制御回路により制御される。
【0145】
図20は、この実施の第5の形態による、チャージポンプ200を用いて電池バランスを調整する一例の構成を示す。なお、図20では、図19に一例が示されるチャージポンプ200の構成のうち、出力コンデンサC201、コンデンサC202およびC203がチャージポンプ200の外部に接続されるように示されている。
【0146】
2次電池E201およびE202(それぞれ出力電圧がV201およびV202とする)が直列接続される。2次電池E201の正極がスイッチSW211の一方の端子に接続される。2次電池E201およびE202の接続点がスイッチSW212およびSW213それぞれの一方の端子に接続される。2次電池E202の負極がスイッチSW214の一方の端子に接続される。
【0147】
スイッチSW211の他方の端子がチャージポンプ200の端子201と、スイッチSW215の一方の端子とに接続される。それと共に、スイッチSW211の他方の端子がスイッチSW212の他方の端子およびコンデンサC211の一方の端子に接続される。スイッチSW215の他方の端子がチャージポンプ200の端子dに接続されると共に、出力コンデンサC201の一方の端子に接続される。チャージポンプ200の端子cがコンデンサC203の一方の端子に接続される。コンデンサC202の両端が端子aおよびbにそれぞれ接続される。
【0148】
チャージポンプ200の端子202がコンデンサC201およびC203それぞれの他方の端子に接続される。それと共に、チャージポンプ200の端子202がコンデンサC211、スイッチSW213およびSW214それぞれの他方の端子に接続される。
【0149】
なお、2次電池E201の正極が端子202に、2次電池E202の負極が端子203にそれぞれ接続される。端子202および203から2次電池E201およびE202の直列接続の出力電圧が取り出される。端子202および203を介して2次電池E201およびE202を充電することもできる。
【0150】
ここで、出力コンデンサC201の容量は、コンデンサC202、C203およびC211の何れの容量よりも大きいものとする。すなわち、コンデンサC201、C202、C203、C211の容量をそれぞれC1、C2、C3、C4としたとき、C1>C2、且つ、C1>C3、且つ、C1>C4である。
【0151】
このような構成において、V201>V202の場合に、2次電池E201およびE202の電池バランスを取る際には、各スイッチSW211〜SW215およびチャージポンプ200を次のように制御する。先ず、スイッチSW211およびSW213をオン、スイッチSW212、SW214、SW215をオフとし、2次電池E201の出力電圧でコンデンサC211を充電する。
【0152】
次に、スイッチSW211〜SW215をオフとして、コンデンサC211の出力電圧により上述のチャージポンプ200での動作を行う。すなわち、チャージポンプ200においてスイッチSW201〜SW205が上述のようにして制御され、コンデンサC211の電荷により、並列的に接続されたコンデンサC202およびC203がそれぞれ充電され、所定のタイミングの後にコンデンサC202およびC203が直列接続とされ、直列接続されたコンデンサC202およびC203により出力コンデンサC201が充電される。
【0153】
チャージポンプ200の動作により出力コンデンサC201が充電されると、スイッチSW211およびSW213がオフ、スイッチSW215、SW212およびSW214がオンとされ、コンデンサC201の出力電圧により2次電池E202が充電される。出力コンデンサC201は、チャージポンプ200の動作により、2次電池E201の出力電圧に対して略2倍の電圧で充電されているので、2次電池E202は、所定の電圧まで速やかに充電される。
【0154】
なお、図21に一例が示されるように、図20に対してコンデンサC211を用いない構成でも、上述の図20の場合と同様にして、チャージポンプ200を用いた電池バランスの調整を行うことができる。この場合、図20を用いて説明したようにしてスイッチSW211〜SW215が制御され、チャージポンプ200の充電時には、2次電池E201またはE202のうち出力電圧の高い2次電池が選択され、出力電圧がチャージポンプ200の端子201および202に直接的に供給される。チャージポンプ200の出力コンデンサC201による2次電池E201またはE202の充電も、同様にして行われる。
【0155】
図22を用いて、この発明の実施の第5の形態によるチャージポンプ200の動作について、より詳細に説明する。図22に概略的に示されるチャージポンプ200の構成において、コンデンサC1は、出力コンデンサであって、上述の出力コンデンサC201に対応し、コンデンサC2、C3が上述のコンデンサC202およびC203にそれぞれ対応する。1個の2次電池により、コンデンサC2およびC3が並列的に充電される。その後、充電に用いた2次電池が切り離され、スイッチSW−Bがオンにされると、コンデンサC2およびC3が直列接続される。さらにスイッチSW−Aがオンにされると、直列接続されたコンデンサC2およびC3により、コンデンサC1が充電される。
【0156】
この実施の第5の形態では、コンデンサC1、C2およびC3の容量を、次式(1)に示される条件を満たすように選定する。
(C2×C3)/(C2+C3)≦C1 ・・・(1)
すなわち、コンデンサC2およびC3を直列接続したときの合成容量よりも、出力コンデンサC1の容量の方が大きくなるように、コンデンサC1、C2およびC3の容量を選定する。この式(1)の条件を満たしながら、コンデンサC1、C2およびC3の容量をそれぞれ適当に選定することで、コンデンサC1により得られる電圧を選択することができる。
【0157】
直列接続の両端の電圧は、実際には、コンデンサC2およびC3にそれぞれ充電されたときの電圧の2倍とはならず、2倍以下の電圧となる。しかしながら、1個の2次電池による充電時の電圧より明らかに高い電圧が得られる。上述のようにしてコンデンサC1、C2およびC3の容量を適当に選定することで、使用条件に適合する電圧を得ることができる。
【0158】
また、出力コンデンサC1から得られる電圧は、チャージポンプ200による出力コンデンサC1に対する充電回数でも変化する。図23は、充電回数によるコンデンサC1の電圧変化について概略的に示す。このように、チャージポンプ200により出力コンデンサC1に充電を行う毎に、コンデンサC1により得られる電圧がコンデンサC2、C3を直列接続した際の、直列接続の両端で得られる電圧に近づく。出力コンデンサC1に対する充電を繰り返すと、出力コンデンサC1で得られる電圧は、コンデンサC2、C3を直列接続した際の、直列接続の両端で得られる電圧と略等しくなる。すなわち、チャージポンプ200による出力コンデンサC1に対する充電回数により、出力コンデンサC1から得られる電圧を制御することができる。
【0159】
さらに、図24に示されるように、同じ充電回数において、出力コンデンサC1の容量によってコンデンサC1から得られる電圧値が変化する。出力コンデンサC1の容量がより小さい(C1’<C1)ときは、より少ない充電回数で、出力コンデンサC1から得られる電圧値を、コンデンサC2、C3を直列接続した際の、直列接続の両端で得られる電圧と略等しくできる。一方、出力コンデンサC1の容量が大きい(C1”>C1)ときは、出力コンデンサC1から得られる電圧値を、コンデンサC2、C3を直列接続した際の、直列接続の両端で得られる電圧と略等しくするためには、より多くの充電回数が必要とされる。
【0160】
この、チャージポンプ200を構成するコンデンサC1、C2、C3の容量や、コンデンサC1に充電する回数を適当に選定することで、電池バランスの調整を制御することができる。また、同様にして、回路への電源供給を制御することができる。
【0161】
例えば、上述した図20の例では、直列接続で用いられる2次電池E201、E202の仕様に応じて、適当と思われるコンデンサC201、C202、C203の容量を予め設定する。実際の使用に際しては、2次電池E201およびE202の出力電圧をそれぞれ検出し、充電が必要な方の2次電池を求めると共に、当該2次電池に充電すべき電圧を求める。そして、求められた電圧を充電するのに最適になるように、出力コンデンサC201への充電回数を制御する。この充電回数の制御は、例えば図示されないマイコンなどにより、チャージポンプ200が制御され、行われる。
【0162】
図25は、この実施の第5の形態の第1の応用例の一例の構成を示す。図25は、チャージポンプ200を用いて、直列接続された2次電池E211、E212およびE213の電池バランスを調整すると共に、回路電源を供給する場合の例である。2次電池E211、E212およびE213が直列接続される。2次電池E211の正極がスイッチ回路210の端子pに接続される。2次電池E211およびE212の接続点がスイッチ回路210の端子qに、2次電池E212およびE213の接続点がスイッチ回路210の端子rに、それぞれ接続される。直列接続の負極がスイッチ回路210の端子t、検出回路211の第2入力端およびコンデンサC220の一方の端子、回路電源212の第2入力端およびコンデンサC221の一方の端子にそれぞれ接続される。
【0163】
スイッチ回路210の端子vおよびuがチャージポンプ200の端子201および202にそれぞれ接続される。スイッチ回路210の端子sが検出回路211の第1入力端およびコンデンサC220の他方の端子に接続される。スイッチ回路210の端子s’が回路電源212の第1入力端およびコンデンサC221の他方の端子に接続される。チャージポンプ200、出力コンデンサC201、コンデンサC202およびC203の接続は、上述の図20と同一であるので、繁雑さを避けるため、説明を省略する。
【0164】
なお、2次電池E211、E212およびE213の直列接続の正極および負極が端子213および214にそれぞれ接続される。2次電池E211、E212およびE213の直列接続の出力電圧が端子213および214から取り出される。また、端子213および214を介して2次電池E211、E212およびE213を充電することもできる。
【0165】
図25において、スイッチ回路(SW回路)210は、直列接続された2次電池E211、E212およびE213をそれぞれ独立して選択することが可能とされたものである。図26は、スイッチ回路210の一例の構成を示す。端子pがスイッチSW220の一方の端子に接続される。端子qがスイッチSW221およびSW223それぞれの一方の端子に接続され、端子rがスイッチSW222およびSW224それぞれの一方の端子に接続される。スイッチSW220、SW221およびSW222の他方の端子は、端子vに接続されると共に、それぞれスイッチSW226、SW227およびSW228を介して端子w、s’およびsに接続される。スイッチSW223およびSW224の他方の端子は、端子uに接続されると共に、スイッチSW225を介して端子tに接続される。
【0166】
このような構成において、例えばスイッチSW221、SW224をオン、他をオフとすれば、例えば図25の例で2次電池E212の出力電圧を端子u、vから取り出すことができる。また、必要に応じてスイッチSW227やSW228をオンすることで、端子s’や端子sからも、選択された2次電池の出力電圧を取り出すことができる。
【0167】
図25の説明に戻り、検出回路211は、スイッチ回路210で選択された2次電池の出力電圧を検出するための回路である。この検出回路211では、上述した実施の第1の形態の他の変形例による電圧検出方法が適用される。すなわち、先ず検出回路211とコンデンサC220とが図示されないスイッチ手段により切り離され、スイッチ回路210の端子sおよびtの出力電圧により、検出回路211の直前に設けられたコンデンサC220が充電される。次に、スイッチ回路210においてスイッチSW225およびSW228がオフとされると共に、コンデンサC220と検出回路211とが接続され、検出回路211により、充電されたコンデンサC220の電圧が検出され、スイッチ回路210で選択された2次電池の出力電圧が求められ、端子211Aから出力される。
【0168】
検出回路211の検出結果を用いて2次電池E211、E212およびE213の電池バランスを取るときには、例えば、スイッチ回路210において2次電池E211、E212およびE213が順次選択されると共に、スイッチSW228がオンされ、検出回路211の端子211Aからの出力に基づき、2次電池E211、E212およびE213のうち出力電圧の最も低いもの(2次電池E212とする)が検出される。それと共に、スイッチ回路210により、2次電池E211、E212およびE213のうち何れか、例えば検出回路211により出力電圧が最も高いとされた2次電池の出力電圧が選択され、チャージポンプ200に供給される。
【0169】
チャージポンプ200では、上述したようにして、先ずコンデンサC202およびC203が並列接続され、スイッチ回路210から供給された2次電池出力により並列接続されたコンデンサC202およびC203がそれぞれ充電される。その後、それぞれ充電されたコンデンサC202およびC203が直列接続され、直列接続されたコンデンサC202およびC203により出力コンデンサC201が充電される。出力コンデンサC201が充電されると、スイッチ回路210において、スイッチSW226、SW221およびSW224をオン、他をオフとして2次電池E212が選択され、出力コンデンサC201により2次電池E212が充電される。
【0170】
また、回路電源212は、スイッチ回路210で選択された2次電池の出力電圧を用いて、例えば図25に示される回路の全体に対して電源を供給するための回路である。図25の例では、上述した実施の第3の形態の変形例による電源供給方法を適用することができる。すなわち、スイッチ回路210により2次電池E211、E212およびE213を順次選択し、検出回路211により2次電池E211、E212およびE213それぞれの出力電圧が検出される。この検出結果に基づき、2次電池2次電池E211、E212およびE213のうち最も出力電圧の高いもの(2次電池E211とする)が選択される。
【0171】
スイッチ回路210においてスイッチSW220、SW223、SW225およびSW227がオン、他のスイッチSWがオフとされると共に、回路電源212とコンデンサC221とが図示されないスイッチ手段により切り離され、スイッチ回路210で選択された2次電池E211の出力電圧が回路電源212の第1および第2の入力端に接続されたコンデンサC221が充電される。次に、スイッチ回路210においてスイッチSW227およびSW228がオフとされると共に、コンデンサC221と回路電源212とが接続され、回路電源212により、コンデンサC221に充電された電荷を用いて、回路全体に供給する電源電圧が生成される。
【0172】
図27は、この実施の第5の形態の第2の応用例の一例の構成を示す。図27は、チャージポンプ200における出力コンデンサC201の電圧および出力電流を検出し、検出結果に基づきチャージポンプ200での出力コンデンサC201に対する充電回数を制御する場合の例である。なお、この図27において、上述した図25と対応する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【0173】
出力コンデンサC201の両端の電圧が検出回路218により検出されると共に、出力コンデンサC201による出力電流が電流検出回路219により検出される。検出回路218および電流検出回路219による検出結果がチャージポンプ制御回路217に供給される。回路電源212の出力電圧および電流が検出回路215および電流検出回路216でそれぞれ検出され、検出結果がチャージポンプ制御回路217に供給される。
【0174】
チャージポンプ制御回路217では、検出回路215および218、ならびに、電流検出回路216および219の検出結果に基づき、チャージポンプ200における各スイッチのオン/オフを制御することで出力コンデンサC201への充電回数が制御される。図23および図24を用いて既に説明したように、出力コンデンサC201への充電回数を制御することで、出力コンデンサC201から所望の電圧を取り出すことができる。
【0175】
例えば、チャージポンプ200における出力コンデンサC201への充電回数を、検出回路218および電流検出回路219の検出結果に基づき制御することで、2次電池E211、E212およびE213のうちスイッチ回路210で選択された2次電池に対する充電の制御を行うことができる。
【0176】
このとき、スイッチ回路210で選択された2次電池に対する充電後にスイッチ回路210により2次電池E211、E212およびE213を順次選択し、選択された2次電池の出力電圧を検出回路211により検出して検出結果をチャージポンプ制御回路217に供給することで、電池バランスの調整を行うことができる。
【0177】
また、出力コンデンサC201への充電回数を、検出回路215および電流検出回路216の検出結果に基づき制御することで、回路電源212により回路に供給される電源の制御を行うことができる。
【0178】
図28は、上述の図27の構成における、チャージポンプ200によるコンデンサC201への充電回数を制御する一例の処理を示すフローチャートである。電池バランス調整および回路電源供給が開始されると、最初のステップS50で、チャージポンプ200の動作が開始される。すなわち、ステップS50では、(1)コンデンサC202およびC203の並列接続によるコンデンサC202およびC203への充電、(2)コンデンサC202およびC203を並列接続から直列接続へ、接続変更、(3)直列接続されたコンデンサC202およびC203による、出力コンデンサC201への充電、の一連の処理が行われる。
【0179】
電池バランスの調整処理では、スイッチ回路210により巡回的に選択された2次電池E211、E212およびE213の出力電圧が順次、検出回路211で検出され(ステップS51)、出力電圧が基準電圧値以下の2次電池があるか否かが判断される(ステップS52)。若し、出力電圧が基準電圧値以下の2次電池があると判断されたら、処理はステップS53に移行される。ステップS53では、上述のステップS51およびS52での検出回路211による2次電池の出力電圧の検出結果に基づき、チャージポンプ200における出力コンデンサC201の充電回数が設定される。
【0180】
一方、回路電源供給処理では、回路電源212の出力電圧および電流が検出回路215および電流検出回路216により検出され(ステップS55)、出力電圧および/または電流が基準値以下であるか否かが判断される(ステップS56)。若し、回路電源212の出力電圧および/または電流が基準値以下であった場合、処理はステップS57に移行される。ステップS57では、上述のステップS55およびS56での検出回路215および電流検出回路216による回路電源212の出力電圧および/または電流の検出結果に基づき、チャージポンプ200における出力コンデンサC201の充電回数が設定される。
【0181】
なお、上述のステップS51〜S53による電池バランスに関する処理と、ステップS55〜57による回路電源に関する処理は、並列的に実行することができる。
【0182】
上述のステップS53およびS57で、それぞれの処理における、チャージポンプ200によるコンデンサC201の充電回数が設定されたら、処理はステップS58に移行される。ステップS58では、ステップS53およびS57で設定された充電回数が制御回路、例えば図示されないマイコンに渡され、ステップS53およびS57でそれぞれ設定された充電回数に基づき、実際に出力コンデンサC201を充電する回数が決定される。
【0183】
ステップS58での、出力コンデンサC201に対する充電回数の設定方法は、様々に考えられる。例えば、ステップS53およびS57で設定された充電回数のうち多い方、あるいは、少ない方を実際の充電回数に決定する、処理の優先順位と設定された充電回数の多寡により実際の充電回数を決定する、などが考えられる。実際に出力コンデンサC201を充電する回数を決定する方法は、これに限られない。さらに、例えば、ステップS51および/またはS55の検出結果を充電回数決定のための情報として用いることもできる。
【0184】
次のステップS59で、ステップS58で決定された充電回数で以てチャージポンプ200での出力コンデンサC201の充電が行われるように、チャージポンプ制御回路217が設定される。そして、処理はステップS50に戻され、ステップS59でチャージポンプ200による出力コンデンサC201の充電回数が設定されたチャージポンプ制御回路217により、チャージポンプ200が制御される。
【0185】
次に、この発明の実施の第5の形態の変形例について説明する。上述した実施の第5の形態では、充電される2次電池の電圧よりも明らかに高い電圧を得るために、チャージポンプを用いている。この実施の第5の形態の変形例では、直列接続された複数の2次電池の電池バランスを、複数の2次電池を直列接続して得られた電圧を用いて、電圧の低い1個の2次電池を充電することで調整する。
【0186】
図29は、この実施の第5の形態の変形例により、直列接続された2個の2次電池E220およびE221の電池バランスを調整する一例の構成を示す。2次電池E220(出力電圧をV220とする)およびE221(出力電圧をV221とする)が直列接続される。2次電池E220の正極がスイッチSW240の一方の端子に接続される。2次電池E220およびE221の接続点がスイッチSW241およびSW242の一方の端子に接続される。2次電池E221の負極がスイッチSW243の一方の端子に接続される。スイッチSW240およびSW241の他方の端子がコンデンサC230の一方の端子に接続され、スイッチSW242およびSW243の他方の端子がコンデンサC230の他方の端子に接続される。
【0187】
なお、2次電池E220およびE221の直列接続の正極および負極は、充電器270の出力端にも接続され、2次電池E220およびE221は、充電器270により充電される。
【0188】
このような構成において、2次電池E220およびE221の電池バランスを調整する場合、先ず、スイッチSW240およびSW243をオン、スイッチSW241およびSW242をオフとして、直列接続された2次電池E220およびE221によりコンデンサC230を充電する。すなわち、コンデンサC230は、電圧(V220+V221)で充電されることになる。
【0189】
そして、例えばV220<V221の場合、スイッチSW240およびSW242をオン、スイッチSW241およびSW243をオフとして、コンデンサC230の電荷で2次電池E220を充電する。また例えば、V220>V221の場合、スイッチSW241およびSW243をオン、スイッチSW240およびSW243をオフとして、コンデンサC230の電荷で2次電池E221を充電する。
【0190】
2個の2次電池E220およびE221を用いて電圧(V220+V221)で充電されたコンデンサC230により、1個の2次電池E220またはE221が充電されることになる。したがって、2次電池E220およびE221の電池バランスを、より適切に調整することができる。
【0191】
なお、この実施の第5の形態の変形例によれば、上述した実施の第5の形態のように、チャージポンプなどの部品を用いることなく、より高い充電電圧を得ることができる。そのため、より低コストで装置を提供することが可能とされる。
【0192】
図30は、この実施の第5の形態の変形例により、直列接続された3個の2次電池E222、E223およびE224の電池バランスを調整する一例の構成を示す。2次電池E222、E223およびE224(それぞれ出力電圧をV222、V223およびV224とする)が直列接続される。2次電池E222の正極がスイッチSW245の一方の端子に接続される。2次電池E224の負極がスイッチSW250の一方の端子に接続される。2次電池E222およびE223の接続点がスイッチSW246およびSW248それぞれの一方の端子に接続される。2次電池E223およびE224の接続点がスイッチSW247およびSW249それぞれの一方の端子に接続される。
【0193】
スイッチSW245、SW246およびSW247の他方の端子がコンデンサC231の一方の端子に接続されると共に、スイッチSW252の一方の端子に接続される。コンデンサC231の他方の端子がスイッチSW251およびSW253それぞれの一方の端子に接続される。スイッチSW251およびSW252それぞれの他方の端子がコンデンサC232の一方の端子に接続される。スイッチSW253およびコンデンサC232それぞれの他方の端子がスイッチSW248、SW249およびSW250の他方の端子に接続される。
【0194】
なお、2次電池E222、E223およびE224の直列接続の正極および負極は、充電器270の出力端にも接続され、2次電池E222、E223およびE224は、充電器270により充電される。
【0195】
このような構成において、2次電池E222、E223およびE224の電池バランスを調整する場合、先ず、スイッチSW245、SW250およびSW251をオン、他のスイッチSWをオフとして、直列接続された2次電池E222、E223およびE224により、コンデンサC231およびC232を充電する。すなわち、コンデンサC231およびC232は、それぞれ電圧(V222+V223+V224)/2で充電されることになる。
【0196】
コンデンサC231およびC232の充電後、スイッチSW245、SW250およびSW251をオフとする。そして、直列接続された2次電池E222、E223およびE224のうち、例えば2次電池E223が最も出力電圧が低い場合、スイッチSW246およびSW249がオンとされる。それと共に、スイッチSW252およびSW253がオンとされ、コンデンサC231およびC232が並列接続される。この並列接続されたコンデンサC231およびC232により、2次電池E223が充電される。
【0197】
すなわち、3個の2次電池E222、E223およびE224を用いて電圧(V222+V223+V224)/2で充電されたコンデンサC231およびC232により、1個の2次電池E223(または2次電池E222、E224)が充電されることになる。したがって、2次電池E222、E223およびE224の電池バランスを、より適切に調整することができる。
【0198】
次に、上述したこの発明の実施の第1の形態、第2の形態、第3の形態、第3の形態の変形例、第5の形態および第5の形態の変形例に対応する、より実際的な例について説明する。図31は、上述の実施の第1の形態に対応する、直列接続された2次電池それぞれの出力電圧を検出する際の、より実際的な構成の一例を示す。
【0199】
2次電池E100およびE101が直列接続される。2次電池E100の正極がスイッチSW100の一方の端子に接続される。2次電池E100およびE101の接続点がスイッチSW102およびSW103それぞれの一方の端子に接続される。スイッチSW100およびSW102それぞれの他方の端子がコンデンサC100およびスイッチSW105の一方の端子に接続される。スイッチSW103の他方の端子がコンデンサC100の他方の端子およびスイッチSW104の一方の端子に接続される。スイッチSW105の他方の端子がコンデンサC101の一方の端子に接続される。コンデンサC101の他方の端子がスイッチSW104の他方の端子および2次電池E101の負極に接続される。
【0200】
なお、2次電池E100およびE101の直列接続の正極および負極がそれぞれ端子VOUT1およびVOUT2に接続され、出力電圧が取り出される。端子VOUT1およびVOUT2を介して2次電池E100およびE101を充電することもできる。
【0201】
このような構成において、例えば2次電池E100の出力電圧を検出する際には、先ず、スイッチSW100およびSW102をオン、スイッチSW103、SW104およびSW105をオフとし、2次電池E100の出力電圧でコンデンサC100を充電する。コンデンサC100が充電されたら、スイッチSW100およびSW103、ならびに、スイッチSW102をオフ、スイッチSW104およびSW105をオンして、コンデンサC100の電荷によりコンデンサC101を充電する。このコンデンサC101の両端の電圧が2次電池E100の出力電圧に対応する。コンデンサC101の両端から取り出された電圧が2次電池E100の出力電圧の検出結果とされる。
【0202】
図32は、上述の実施の第2の形態に対応する、直列接続された2次電池間で電池バランスを調整する際の、より実際的な構成の一例を示す。なお、図32において、上述の図31と共通する部分に同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【0203】
コンデンサC101の両端が検出回路100の検出入力端にそれぞれ接続される。スイッチSW100〜SW105のオン/オフが図31を用いて説明したようにして制御され、検出回路100により2次電池E100(出力電圧をV100とする)およびE101(出力電圧をV101とする)の出力電圧がそれぞれ検出される。
【0204】
検出回路100による検出結果は、電池バランス検出信号出力回路101に供給される。電池バランス検出信号出力回路101では、検出回路100による検出結果に基づき検出信号DETが出力される。検出信号DETは、例えば2次電池E100およびE101のうち出力電圧が低い方の2次電池を示す信号である。そして、検出信号DETに基づき、図示されないスイッチ制御回路によりスイッチSW100〜SW105のオン/オフが制御され、出力電圧の低い方の2次電池に対して、出力電圧の高い方の2次電池の出力電圧を用いて充電が行われ、2次電池E100およびE101の電池バランスが調整される。
【0205】
例えば、検出回路100により2次電池E100およびE101の出力電圧をそれぞれ検出した結果、V100>V101であったとする。この場合、先ず、スイッチSW100およびSW103がオン、スイッチSW102、SW104およびSW105がそれぞれオフとされ、出力電圧が高いとされた2次電池E100によりコンデンサC100が充電される。そして、次にスイッチSW100およびスイッチSW103、ならびに、スイッチSW105がそれぞれオフ、スイッチSW102およびSW104がそれぞれオンとされ、コンデンサC100の電荷により2次電池E101が充電される。
【0206】
図33は、上述の実施の第3の形態に対応する、直列接続された2次電池それぞれの出力電圧を検出すると共に、制御回路や電圧検出回路などに対する回路電源を供給する際の、より実際的な構成の一例を示す。
【0207】
2次電池E110、E111およびE112が直列接続される。2次電池E110の正極がスイッチSW110の一方の端子に接続される。2次電池E110およびE111の接続点がスイッチSW111およびSW113それぞれの一方の端子に接続される。2次電池E111およびE112の接続点がスイッチSW112およびSW114それぞれの一方の端子に接続される。
【0208】
スイッチSW110の他方の端子がスイッチSW111およびSW112の他方の端子と接続される。それと共に、スイッチSW110の他方の端子がコンデンサC110、スイッチSW116およびSW117それぞれの一方の端子に接続される。スイッチSW113の他方の端子がコンデンサC110およびスイッチSW114それぞれの他方の端子に接続されると共に、スイッチSW115の一方の端子に接続される。スイッチSW115の他方の端子が2次電池E112の負極に接続される。
【0209】
スイッチSW116の他方の端子がコンデンサC112および回路電源供給回路113それぞれの一方の端子に接続される。コンデンサC112および回路電源供給回路113それぞれの他方の端子が2次電池E112の負極に接続される。スイッチSW117の他方の端子がコンデンサC111および検出回路114それぞれの一方の端子に接続される。コンデンサC111および検出回路114それぞれの他方の端子が2次電池E112の負極に接続される。
【0210】
検出回路114の出力が検出信号出力回路111に供給され、検出回路114の出力に基づく検出信号が検出信号出力回路111からスイッチ(SW)制御回路112に供給される。
【0211】
一方、上述したスイッチSW110〜SW117により、スイッチ回路110が構成される。上述したコンデンサC110は、例えばこのスイッチ回路110に外付けで接続されている。スイッチ制御回路112では、このスイッチ回路110を制御するための制御信号が出力される。
【0212】
このような構成において、例えば2次電池E110の出力電圧を検出する際には、先ず、スイッチ制御回路112の制御に基づき、スイッチ回路110において、スイッチSW110およびSW113がオン、他のスイッチSWがオフとされ、2次電池E110の出力電圧でコンデンサC110が充電される。次に、スイッチSW110およびSW113がオフ、スイッチSW115およびSW117がオンとされ、コンデンサC110の電荷でコンデンサC111が充電される。このコンデンサC111の両端の電圧が2次電池E110の出力電圧に対応する。検出回路114によりコンデンサC111の両端の電圧が取り出され、2次電池E110の出力電圧の検出結果とされる。検出回路114による検出結果は、検出信号出力回路111に供給される。検出信号出力回路111では、供給された検出結果に基づく検出信号が出力される。
【0213】
同様にして、スイッチ制御回路112の制御に基づき、スイッチ回路110において、スイッチSW110〜SW115およびスイッチSW117が制御され、2次電池E111およびE112の出力電圧がそれぞれ検出される。すなわち、2次電池E111の出力電圧が検出される際には、スイッチSW111およびSW114がオンとされ、2次電池E111の出力電圧でコンデンサC110が充電される。同様に、2次電池E112の出力電圧が検出される際には、スイッチSW112およびSW115がオンとされ、2次電池E112の出力電圧でコンデンサC110が充電される。そして、スイッチSW115およびSW117をオン、他のスイッチSWがオフとされてコンデンサC110の電荷でコンデンサC111が充電され、コンデンサC111の両端の電圧が検出回路114で検出される。
【0214】
回路電源供給回路113による回路電源供給の制御は、次のようにして行われる。例えば2次電池E110の出力電圧により回路電源を供給する際には、スイッチ制御回路112の制御に基づき、スイッチSW110およびSW113がオン、他のスイッチSWがオフとされて2次電池E110によりコンデンサC110が充電され、次にスイッチSW110およびSW113がオフ、スイッチSW115およびSW116がオンとされて、コンデンサC110の電荷でコンデンサC112が充電される。このコンデンサC112に充電された電荷を用いて、回路電源供給回路113により、上述のスイッチ制御回路112や図示されないマイコン回路などに電源が供給される。
【0215】
同様にして、スイッチ制御回路112によりスイッチ回路110が制御され、2次電池E111、E112の出力電圧を用いた、回路電源供給回路113による電源供給がなされる。このときのスイッチ回路110の制御は、上述した2次電池E111およびE112の出力電圧を検出する場合と略同様であるので、繁雑さを避けるために、詳細な説明を省略する。
【0216】
図34は、上述の実施の第3の形態の変形例に対応する、直列接続された2次電池それぞれの出力電圧を検出すると共に、検出結果に基づき制御回路や電圧検出回路などに対して回路電源を供給し、さらに各2次電池の電池バランスを調整する際の、より実際的な構成の一例を示す。なお、この図34において、上述の図33と対応する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【0217】
この図34の構成においては、検出信号出力回路111から出力された検出信号が電池電圧差検出回路116に供給される。電池電圧差検出回路116では、例えば2次電池E110、E111およびE112それぞれの出力電圧の検出結果に基づく検出信号により、2次電池E110、E111およびE112間の出力電圧の差が検出される。
【0218】
検出の結果、例えば2次電池E110、E111およびE112のうち最も出力電圧が高い2次電池を示す信号がスイッチ制御回路112に供給される。この信号に基づき、スイッチ制御回路112により、2次電池E110、E111およびE112から選択された2次電池の出力電圧を用いて回路電源供給回路115による回路電流の供給が行えるように、スイッチ回路110が制御される。スイッチ回路110は、上述した図33の場合と同様にして、スイッチ制御回路112により制御される。
【0219】
図35は、上述の実施の第5の形態に対応する、直列接続された複数の2次電池の電池バランスを、チャージポンプを用いて調整する際の、より実際的な構成の一例を示す。直列接続された複数の2次電池間の出力電圧差が小さい場合、各2次電池間の電池バランスを調整する際に2次電池の内部インピーダンスの影響を受けてしまう。電池バランスの調整を、チャージポンプにより昇圧された電圧を用いて行うことで、この内部インピーダンスの影響を小さくする。
【0220】
図35において、2次電池E120およびE121が直列接続される。2次電池E120の正極がスイッチSW120の一方の端子に接続される。2次電池E120およびE121の接続点がスイッチSW121およびSW122それぞれの一方の端子に接続される。2次電池E121の負極がスイッチSW123の一方の端子に接続される。スイッチSW120の他方の端子がスイッチSW121の他方の端子に接続されると共に、チャージポンプ120の入出力端に接続される。スイッチSW122の他方の端子がスイッチSW123の他方の端子に接続される。
【0221】
スイッチSW120〜SW123により、スイッチ回路122が構成される。スイッチSW120〜SW123のオン/オフは、制御回路121から供給されるスイッチ制御信号により制御される。
【0222】
チャージポンプ120に対して出力コンデンサC121、コンデンサC122およびC123が接続される。チャージポンプ120では、先ず、入出力端子に入力された電圧により、並列接続されたコンデンサC122およびC123がそれぞれ充電され、その後、コンデンサC122およびC123の接続を直列接続に切り換えて、直列接続されたコンデンサC122およびC123により出力コンデンサC121が充電される。この出力コンデンサC121の両端の電圧が出力電圧として取り出され、入出力端子から出力される。チャージポンプ120のこのような動作は、制御回路112から供給されるチャージポンプ制御信号により制御される。
【0223】
なお、2次電池E120およびE121の直列接続の出力電圧は、端子VOUT1およびVOUT2から取り出される。また、端子VOUT1およびVOUT2を介して2次電池E120およびE121を充電することもできる。2次電池E120およびE121それぞれの出力電圧は、例えば図31に一例が示される構成をこの図35の構成に併設し、上述したような方法で以て検出することが可能である。
【0224】
図36は、上述の図35の構成における動作を概略的に示す。また、図36において、図35の構成に適用できるチャージポンプ120の一例の構成が示される。なお、この図36では、便宜上、コンデンサC122およびC123がチャージポンプ120に含まれるものとして示されている。また、スイッチ回路122は、信号経路のみを概略的に示す。
【0225】
チャージポンプ120において、入出力端123がスイッチSW125、SW126およびSW128の一方の端子にそれぞれ接続される。スイッチSW125の他方の端子がスイッチSW124の一方の端子に接続されると共に、コンデンサC121の一方の端子に接続される。スイッチSW126の他方の端子がスイッチSW124の他方の端子に接続されると共に、コンデンサC122の一方の端子に接続される。スイッチSW128の他方の端子がスイッチSW129の一方の端子に接続されると共に、コンデンサC123の一方の端子に接続される。コンデンサC122の他方の端子がスイッチSW127の一方の端子に接続されると共に、スイッチSW129の他方の端子に接続される。スイッチSW127の他方の端子が入出力端124に接続されると共に、コンデンサC123および出力コンデンサC121それぞれの他方の端子に接続される。
【0226】
このような構成において、2次電池E121の出力電圧(電圧V121とする)が2次電池E120の出力電圧(電圧V120とする)より高い場合に、2次電池E120およびE121間で電池バランスを調整することを考える。この場合、スイッチ回路122において、制御回路121により図中に点線で示される信号経路となるように各スイッチSW120〜SW123のオン/オフが制御され、2次電池E121の出力電圧V121がチャージポンプ120の入出力端123および124に供給される。
【0227】
次に、制御回路121によりチャージポンプ120が制御され、先ず、スイッチSW126、SW127およびSW128がオン、スイッチSW124、SW125およびSW129がオフとされ、コンデンサC122およびC123が並列接続され、それぞれ電圧V121により充電される。充電が完了されると、スイッチSW125、SW126、SW127およびSW128がオフ、スイッチSW124およびSW129がオンとされ、コンデンサC122およびC123が直列接続されると共に、直列接続されたコンデンサC122およびC123により出力コンデンサC121が充電される。そして、スイッチSW125がオン、他のスイッチSWがオフとされ、コンデンサC121の両端の電圧がチャージポンプ120の出力として、入出力端123および124から取り出される。
【0228】
このとき、スイッチ回路122では、制御回路121により図中に実線で示される信号経路となるように各スイッチSW120〜SW123のオン/オフが制御される。これにより、入出力端123および124から取り出された電圧により、2次電池E120が充電される。
【0229】
なお、この図35および図36に示される例でも、上述したように、出力コンデンサC121、コンデンサC122およびC123それぞれの容量をC1、C2およびC3としたとき、
(C2×C3)/(C2+C3)≦C1
このようになるように、出力コンデンサC121、コンデンサC122およびC123が選定される。図23および図24を用いて既に説明したように、この条件の下で出力コンデンサC121、コンデンサC122およびC123の容量を適当に選択することで、出力コンデンサC121による充電電圧を設定することができる。
【0230】
図37は、上述の実施の第5の形態の変形例に対応する、直列接続された複数の2次電池の電池バランスを、複数の2次電池を直列接続して得られた電圧を用いて、電圧の低い1個の2次電池を充電することで調整する際の、より実際的な構成の一例を示す。
【0231】
2次電池E130、E131およびE132が直列接続される。2次電池E130の正極がスイッチSW130の一方の端子に接続される。2次電池E130およびE131の接続点がスイッチSW131およびSW133それぞれの一方の端子に接続される。2次電池E131およびE132の接続点がスイッチSW132およびSW134それぞれの一方の端子に接続される。2次電池E132の負極がスイッチSW135の一方の端子に接続される。スイッチSW130、SW131およびSW132それぞれの他方の端子がコンデンサC130の一方の端子に接続される。コンデンサC130の他方の端子がスイッチSW133、SW134およびSW135それぞれの他方の端子に接続される。スイッチSW130〜SW135でスイッチ回路130が構成され、スイッチ回路130は、スイッチ制御回路131により、各スイッチSWのオン/オフが制御される。
【0232】
なお、2次電池E130、E131およびE132の直列接続の出力電圧は、端子VOUT1およびVOUT2から取り出される。端子VOUT1およびVOUT2を介して2次電池E130、E131およびE132を充電することもできる。また、2次電池E130、E131およびE132それぞれの出力電圧は、例えば図33に一例が示される構成をこの図37の構成に併設し、上述したような方法で以て検出することが可能である。
【0233】
このような構成において、2次電池E130、E131およびE132のうち例えば2次電池E132の出力電圧が最も低い場合、先ず、スイッチSW130およびSW135がオン、他のスイッチSWがオフとされ、2次電池E130、E131およびE132の直列接続の出力電圧でコンデンサC130が充電される。コンデンサC130の充電が完了したら、スイッチSW130およびSW135がオフ、スイッチSW132およびSW135がオンとされ、コンデンサC130の電荷で2次電池E132が充電される。
【0234】
図38は、上述の図37に示される構成の変形例である。2次電池E140、141およびE142が直列接続される。2次電池E140の正極がスイッチSW140の一方の端子に接続される。2次電池E140およびE141の接続点がスイッチSW141およびSW143それぞれの一方の端子に接続される。2次電池E141およびE142の接続点がスイッチSW142およびSW144それぞれの一方の端子に接続される。スイッチSW140、SW141およびSW142の他方の端子がスイッチSW147の一方の端子に接続されると共に、コンデンサC142の一方の端子に接続される。スイッチSW147の他方の端子がスイッチSW148の一方の端子に接続されると共に、コンデンサC141の一方の端子に接続される。
【0235】
コンデンサC141の他方の端子がスイッチSW143およびSW144それぞれの他方の端子に接続されると共に、スイッチSW145およびSW146それぞれの一方の端子に接続される。スイッチSW145の他方の端子が2次電池E142の負極に接続される。スイッチSW146の他方の端子がスイッチSW148の他方の端子に接続されると共に、コンデンサC142の他方の端子に接続される。スイッチSW140〜SW148によりスイッチ回路140が構成され、スイッチ回路140は、スイッチ制御回路141により、各スイッチSWのオン/オフが制御される。
【0236】
なお、2次電池E140、E141およびE142の直列接続の出力電圧は、端子VOUT1およびVOUT2から取り出される。端子VOUT1およびVOUT2を介して2次電池E140、E141およびE142を充電することもできる。また、2次電池E140、E141およびE142それぞれの出力電圧は、例えば図33に一例が示される構成をこの図38の構成に併設し、上述したような方法で以て検出することが可能である。
【0237】
このような構成において、2次電池E140、E141およびE142のうち例えば2次電池E142の出力電圧が最も低い場合、先ず、スイッチSW140、SW143およびSW147がオン、他のスイッチSWがオフとされ、2次電池E140でコンデンサC141が充電される。次に、スイッチSW140、SW143およびSW147がオフ、スイッチSW141、SW144およびSW146がオンとされ、2次電池E141でコンデンサC142が充電される。そして、スイッチSW141、SW144およびSW146がオフ、スイッチSW142、SW145およびSW148がオンとされ、コンデンサC141およびC142が直列接続される。この直列接続されたコンデンサC141およびC142の電荷により、2次電池E142が充電される。
【0238】
この図38の例では、このように、2次電池E140、E141およびE142のうち最も出力電圧が低い2次電池を、それ以外の2次電池の出力電圧を用いて充電するようにしているため、2次電池E140、E141およびE142の電池バランスの調整を容易に行うことができる。
【0239】
なお、図31〜図38を用いて説明した、この発明の実施の第1の形態、第2の形態、第3の形態、第3の形態の変形例、第5の形態および第5の形態の変形例のより実際的な例では、例えば図31および図32におけるスイッチSW100〜SW105で構成されるスイッチ回路、ならびに、図35におけるスイッチ回路122は、共通の構成とされている。同様に、図33、図34、図37および図38に示される、スイッチ回路110、130および140は、略共通の構成で実現可能である。
【0240】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の実施の第1の形態では、直列接続された2次電池それぞれの出力電圧検出を、1の検出回路で行うようにしている。そのため、直列接続された2次電池それぞれの出力電圧を検出する際のバラツキを少なくすることができる効果がある。
【0241】
また、この発明の実施の第2の形態では、直列接続された2次電池の電池バランスが崩れた際に、出力電圧の高い2次電池から出力電圧の低い2次電池に充電することで、電池バランスを取るようにしている。そのため、2次電池の容量の損失を少なく抑えることができると共に、より速く電池バランスを取ることができる効果がある。
【0242】
さらに、この発明の第3の形態では、電圧検出回路やスイッチング制御回路の回路電源を、直列接続された2次電池それぞれの出力電圧を検出し、検出結果に基づき、出力電圧の高い2次電池から回路電源を供給するようにしている。そのため、2次電池の損失を抑えつつ回路電源を供給することができる効果がある。
【0243】
またこのとき、回路電源の供給と共に電池バランスを取ることができる効果がある。
【0244】
さらにまた、この発明の実施の第4の形態では、直列接続された2次電池を充電する際に、2次電池のそれぞれの出力電圧を検出し、検出結果に基づき、出力電圧の低い2次電池の出力電圧が、出力電圧の高い2次電池の出力電圧と同等になるように、出力電圧の低い2次電池に充電するようにしている。そのため、直列接続された2次電池の電池バランスを保ちながら充電を行うことができる効果がある。
【0245】
また、この発明の実施の第5の形態では、チャージポンプにより昇圧された電圧を用いて直列接続された2次電池の電池バランスを調整しているため、より速やかに電池バランスを取ることができるという効果がある。
【0246】
さらに、チャージポンプにおいて、コンデンサに充電する回数や、チャージポンプを構成するコンデンサの容量の関係を変えることで、取り出される電圧が変化される。そのため、コンデンサへの充電回数や、コンデンサの容量を適当に選択することで、仕様に合った電圧を容易に得ることができるという効果がある。
【0247】
さらに、この発明の実施の第5の形態の変形例では、複数の2次電池の直列接続により得られた電圧を用いて電池バランスの調整を行っているため、多くの部品を用いることなく、より速やかに電池バランスを取ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の第1の形態による2次電池電圧検出を行う一例の構成を示す回路図である。
【図2】実施の第1の形態の変形例による2次電池電圧検出を行う一例の構成を示す回路図である。
【図3】実施の第1の形態の変形例による構成における各スイッチの一例の動作タイミングを示すタイムチャートである。
【図4】実施の第1の形態の変形例による構成における制御を行う際の一例の動作を示すフローチャートである。
【図5】3個の2次電池が直列接続された場合の電池電圧を検出する一例の構成を示す回路図である。
【図6】この発明の実施の第2の形態による電池バランスを取る一例の構成を示す回路図である。
【図7】両方向性スイッチを用いた一例の構成を示す回路図である。
【図8】一方向性スイッチを用いて両方向性スイッチの機能を実現することを説明するための図である。
【図9】この発明の実施の第3の形態による、直列接続された2次電池から回路電源の供給を行うようにした一例の構成を示す回路図である。
【図10】実施の第3の形態の変形例による、直列接続された2次電池それぞれの出力電圧を検出しながら回路電源の供給を行うようにした一例の構成を示す回路図である。
【図11】実施の第3の形態の変形例による、直列接続された2次電池それぞれの出力電圧を検出しながら回路電源の供給を行うようにした一例の構成における動作を示すフローチャートである。
【図12】実施の第3の形態の変形例による、直列接続された2次電池それぞれの出力電圧を検出しながら回路電源の供給を行うようにした一例の構成における動作を示すフローチャートである。
【図13】実施の第3の形態の変形例による、直列接続された2次電池それぞれの出力電圧を検出しながら回路電源の供給を行うようにした一例の構成における動作を示すフローチャートである。
【図14】この発明の実施の第4の形態による、充電を利用して電池バランスを取る一例の構成を示す回路図である。
【図15】2次電池の出力電圧に基づくスイッチング動作を説明するための図である。
【図16】充電器を制御して2次電池の電池バランスを取るようにした一例の構成を示す回路図である。
【図17】この発明の実施の第1の形態の他の変形例の一例の構成を示す回路図である。
【図18】実施の第2の形態での電池バランスの調整方法を説明するための図である。
【図19】チャージポンプの一例の構成を示す回路図である。
【図20】この実施の第5の形態によるチャージポンプを用いて電池バランスを調整する一例の構成を示す回路図である。
【図21】この実施の第5の形態によるチャージポンプを用いて電池バランスを調整する一例の構成を示す回路図である。
【図22】チャージポンプの動作を説明するための図である。
【図23】充電回数によるコンデンサC1の電圧変化について概略的に示す略線図である。
【図24】充電回数およびコンデンサC1の容量によるコンデンサC1の電圧変化について概略的に示す略線図である。
【図25】実施の第5の形態の第1の応用例の一例の構成を示す回路図である。
【図26】スイッチ回路の一例の構成を示す回路図である。
【図27】実施の第5の形態の第2の応用例の一例の構成を示す回路図である。
【図28】上述の図27の構成における、チャージポンプ200によるコンデンサC201への充電回数を制御する一例の処理を示すフローチャートである。
【図29】実施の第5の形態の変形例により直列接続された2個の2次電池の電池バランスを調整する一例の構成を示す回路図である。
【図30】この実施の第5の形態の変形例により直列接続された3個の2次電池の電池バランスを調整する一例の構成を示す回路図である。
【図31】直列接続された2次電池それぞれの出力電圧を検出する際のより実際的な構成の一例を示す回路図である。
【図32】直列接続された2次電池間で電池バランスを調整する際のより実際的な構成の一例を示す回路図である。
【図33】直列接続された2次電池それぞれの出力電圧を検出すると共に、制御回路や電圧検出回路などに対する回路電源を供給する際の、より実際的な構成の一例を示す回路図である。
【図34】直列接続された2次電池それぞれの出力電圧を検出すると共に、検出結果に基づき制御回路や電圧検出回路などに対して回路電源を供給し、さらに各2次電池の電池バランスを調整する際の、より実際的な構成の一例を示す回路図である。
【図35】直列接続された複数の2次電池の電池バランスを、チャージポンプを用いて調整する際の、より実際的な構成の一例を示す回路図である。
【図36】直列接続された複数の2次電池の電池バランスを、チャージポンプを用いて調整する際の、より実際的な構成における動作を説明するための図である。
【図37】直列接続された複数の2次電池の電池バランスを、複数の2次電池を直列接続して得られた電圧を用いて、電圧の低い1個の2次電池を充電することで調整する際の、より実際的な構成の一例を示す回路図である。
【図38】直列接続された複数の2次電池の電池バランスを、複数の2次電池を直列接続して得られた電圧を用いて、電圧の低い1個の2次電池を充電することで調整する際の、より実際的な構成の一例を示す回路図である。
【図39】従来技術による、直列接続された2次電池それぞれの電圧を検出し、電池バランスをとる一例の構成を示すブロック図である。
【図40】従来技術による、直列接続された2次電池の電池バランスをとるための一例の構成を概略的に示す回路図である。
【図41】従来技術による2次電池の電圧検出を説明するための図である。
【図42】従来技術による2次電池の電圧検出を説明するための図である。
【符号の説明】
E1,E2,E11〜E13,E21,E22,E31〜E33,E41〜E43,E51,E52,E71,E72・・・2次電池、C1,C2,C11〜C13,C21,C22,C31,C41,C42,C51〜C53,C71,C72・・・コンデンサ、SW1〜SW6,SW11〜SW19,SW21〜SW27,SW31〜SW36,SW41〜SW47,SW51〜SW58,SW71〜SW78,SW80・・・スイッチ、11,12,15・・・電圧検出器、16・・・スイッチ制御回路、20,21・・・充電器、22・・・電池電圧検出器
Claims (8)
- 直列接続された第1および第2の2次電池のうち、片側がアース電位に接続されない上記第1の2次電池と第1のコンデンサとを並列接続する第1の接続手段と、
上記第1のコンデンサと片側がアース電位に接続された第2のコンデンサとを並列接続する第2の接続手段と、
上記第1および第2の接続手段による接続のON/OFFを制御する制御手段と、
上記制御手段に電源を供給する回路電源供給手段と
を有し、
上記制御手段は、
上記第1の2次電池と上記第1のコンデンサとが上記並列接続され上記第1のコンデンサが上記第1の2次電池により充電されるように、上記第1の接続手段をONとするように制御し、
上記第1のコンデンサが充電された場合に、上記第1のコンデンサと上記第2のコンデンサとが上記並列接続され上記第1のコンデンサに充電された電荷が上記第2のコンデンサに移動し、上記第2のコンデンサから電圧が取り出されるように、上記第1の接続手段をOFFとするとともに上記第2の接続手段をONとするように制御し、
上記回路電源供給手段は、
上記第2のコンデンサから上記取り出された電圧を電源電圧として用いる2次電池直列接続装置。 - 上記回路電源供給手段は、
上記直列接続された上記第1および第2の2次電池のうち出力電圧の高い一方の上記2次電池に基づき上記第2のコンデンサから上記取り出された電圧を上記電源電圧として用いる請求項1に記載の2次電池直列接続装置。 - 上記制御手段は、
上記第1の2次電池と上記第1のコンデンサとが上記並列接続され、上記第1のコンデンサが上記第1の2次電池により充電されるように、上記第1の接続手段をONとするように制御し、
上記第1のコンデンサが充電された場合に、上記第1のコンデンサと上記第2のコンデンサとが並列接続され、上記第1のコンデンサに充電された電荷が上記第2のコンデンサに移動するように、上記第1の接続手段をOFFとするとともに上記第2の接続手段をONとするように制御する動作を、上記第1の2次電池の出力電圧と上記第2のコンデンサの電位とが略等しくなるまで繰り返すようにした請求項1に記載の2次電池直列接続装置。 - 直列接続された第1および第2の2次電池のうち片側がアース電位に接続された上記第2の2次電池と上記第2のコンデンサとを並列接続する第3の接続手段をさらに有し、
上記制御手段は、
上記第3の接続手段による接続のON/OFFをさらに制御し、
上記第2のコンデンサと並列接続された上記第2の2次電池により充電された上記第2のコンデンサからも電圧が取り出されるように、上記第3の接続手段をONとするように制御する請求項1に記載の2次電池直列接続装置。 - 上記第2のコンデンサから上記取り出された電圧を検出し、上記第2のコンデンサに対する充電に対応する上記2次電池の出力電圧を求める電圧検出手段をさらに有する請求項1に記載の2次電池直列接続装置。
- 上記直列接続された上記第1および第2の2次電池のうち上記第2のコンデンサに充電を行った上記2次電池よりも出力電圧の低い2次電池に対し、上記第2のコンデンサから上記取り出された電圧を用いて充電が行われるようにした請求項1に記載の2次電池直列接続装置。
- 上記直列接続された上記第1および第2の2次電池それぞれの出力電圧が略等しくなるように、上記第2のコンデンサから取り出された電圧を用いて上記充電が行われるようにした請求項6に記載の2次電池直列接続装置。
- 直列接続された第1および第2の2次電池のうち、片側がアース電位に接続されない上記第1の2次電池と第1のコンデンサとを第1の接続手段で並列接続する第1の接続のステップと、
上記第1のコンデンサと片側がアース電位に接続された第2のコンデンサとを第2の接続手段で並列接続する第2の接続のステップと、
上記第1および第2の接続手段による接続のON/OFFを制御手段により制御する制御のステップと、
上記制御手段に電源を供給する回路電源供給のステップと
を有し、
上記制御のステップは、
上記第1の2次電池と上記第1のコンデンサとが上記並列接続され上記第1のコンデンサが上記第1の2次電池により充電されるように、上記第1の接続手段をONとするように制御し、
上記第1のコンデンサが充電された場合に、上記第1のコンデンサと上記第2のコンデンサとが上記並列接続され上記第1のコンデンサに充電された電荷が上記第2のコンデンサに移動し、上記第2のコンデンサから電圧が取り出されるように、上記第1の接続手段をOFFとするとともに上記第2の接続手段をONとするように制御し、
上記回路電源供給のステップは、
上記第2のコンデンサから上記取り出された電圧を電源電圧として用いる直列接続された2次電池の制御方法。
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