JP4782072B2 - 電源装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1の実施形態に係る電源装置の構成の一例を示す回路図である。図1に示す電源装置10は、電池4A,4Bと、端子5と、切替スイッチ6(切替部)と、センサ9A,9Bと、制御部11とを備えている。端子5は、直列接続された電池4A,4Bの出力電力を外部へ出力するための接続端子である。端子5は、正極端子51と、負極端子52とを備えている。切替スイッチ6は、制御部11からの制御信号に応じて後述するブリッジ回路(閉回路)を形成するための切替スイッチであり、例えばトランジスタ等のスイッチング素子を用いて構成されている。
但し、0.9≦α≦1.1 ・・・(1)
Ra=β×Rb
但し、0.9≦β≦1.1 ・・・(2)
これにより、内部短絡部3に流れる電流を減少させて、内部短絡部3での発熱を抑制することができる結果、電源装置10の安全性を向上することができる。電源装置10は、電池4A,4Bとして、高エネルギーを有する非水電解質リチウム二次電池などの高電圧、高出力電池を用いた場合に、より効果的である。また、電池の内部短絡部での発熱を抑制することができる結果、内部短絡を生じた電池において、過度の発熱やガス発生による急激な内部圧力の上昇が生じることが抑制されるので、電源装置を構成する電池で内部短絡が発生しても、電池の安全弁などの作動に至るおそれが低減される結果、安全性、信頼性に優れた電源装置を提供することができる。
次に、本発明の第2の実施形態に係る電源装置について説明する。図4は、本発明の第2の実施形態に係る電源装置10aの構成の一例を示す回路図である。図4に示す電源装置10aは、図1に示す電源装置10とは、下記の点で異なる。すなわち、図4に示す電源装置10aは、3並列2直列に電池6個が接続されている。具体的には、電源装置10aは、スイッチ7Aと電池4Aとの直列回路と、スイッチ7Bと電池4Bとの直列回路と、スイッチ7Cと電池4Cとの直列回路とが並列に接続され、スイッチ7Dと電池4Dとの直列回路と、スイッチ7Eと電池4Eとの直列回路と、スイッチ7Fと電池4Fとの直列回路とが並列に接続されて構成されている。
Rv=Ri−Ri/n
=Ri×(n−1)/n ・・・(3)
ここで、電池4C,4D,4E,4F、可変抵抗8、及び切替スイッチ6を接続する配線抵抗や、切替スイッチ6のオン抵抗等、意図しない閉回路の回路抵抗をRcとすると、式(3)は、より精度の高い下記の式(4)となる。
Rv =Ri−Ri/n−Rc
=(Ri×(n−1)/n)−Rc ・・・(4)
図4に示す電源装置10aは、n=3となる。
従って、式(4)を満たすように、可変抵抗8の抵抗値Rvを設定することにより、回路抵抗Rcの影響を低減することができるので、内部短絡部3の両端に印加される電位差を実質的に0Vとし、内部短絡部3に流れる電流を限りなく0に近づけて、内部短絡部3で発生するジュール発熱を抑制し、電源装置10aにおける安全性を向上することができる。
次に、本発明の第3の実施形態に係る電源装置について説明する。図7は、本発明の第3の実施形態に係る電源装置10bの構成の一例を示す回路図である。図7に示す電源装置10bは、図4に示す電源装置10aとは、下記の点で異なる。すなわち、図7に示す電源装置10bは、並列に接続されたn個の電池が、2直列に接続されている。図7に示す電源装置10bは、図4に示す電源装置10aにおける電池4A〜4C及びスイッチ7A〜7Cの代わりに、n個の電池41−1〜41−nと、n個のスイッチ71−1〜71−nとがそれぞれ直列接続され、この各直列回路が並列接続された電池ブロック410を備えている。また、図4に示す電源装置10aにおける電池4D〜4F及びスイッチ7D〜7Fの代わりに、n個の電池42−1〜42−nと、n個のスイッチ72−1〜72−nとがそれぞれ直列接続され、この各直列回路が並列接続された電池ブロック420を備えている。以下、電池とスイッチについては、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。
次に、本発明の第4の実施形態に係る電源装置について説明する。図9、図10は、本発明の第4の実施形態に係る電源装置10cの構成の一例を示す回路図である。図9は、電源装置10cにおける制御部11cを除く部分の構成の一例を示し、図10は、電源装置10cにおける制御部11cの構成の一例を示している。図9、図10に示す電源装置10cは、図7に示す電源装置10bとは、下記の点で異なる。すなわち、図9に示す電源装置10cは、並列に接続されたn個の電池が、4直列に接続されている。また、図10に示す制御部11cは、短絡電池検出部111と、切替制御部112cと、抵抗値設定処理部113cとを備えている。
Rva+Rvb=Ri−Ri/n
=Ri×(n−1)/n ・・・(6)
ここで、各電池、可変抵抗81,82、及び切替スイッチ61,62を接続する配線抵抗や、切替スイッチ61,62のオン抵抗等、閉回路における意図しない回路抵抗をRcとすると、式(6)は、より精度の高い下記の式(7)となる。
Rva+Rvb=Ri−Ri/n−Rc
=(Ri×(n−1)/n)−Rc ・・・(7)
そして、抵抗値設定処理部113cによって、例えば予めROMに記憶されている抵抗値Ri、回路抵抗Rc、及び電池ブロックにおける電池の並列数nに基づいて、例えば式(7)を満たすように可変抵抗81,82の抵抗値Rva,Rvbが設定される。これにより、回路抵抗Rcの影響を低減して内部短絡部3に流れる電流を限りなく0に近づけて、内部短絡部3で発生するジュール発熱を抑制し、電源装置10cにおける安全性を向上することができる。
ここで、各電池、可変抵抗81、及び切替スイッチ62を接続する配線抵抗や、切替スイッチ62のオン抵抗等、閉回路における意図しない回路抵抗をRcとすると、式(8)は、より精度の高い下記の式(9)となる。
そして、抵抗値設定処理部113cによって、例えば予めROMに記憶されている抵抗値Ri、回路抵抗Rc、及び電池ブロックにおける電池の並列数nに基づいて、例えば式(9)を満たすように可変抵抗81の抵抗値Rvaが設定される。これにより、回路抵抗Rcの影響を低減して内部短絡部3に流れる電流を限りなく0に近づけて、内部短絡部3で発生するジュール発熱を抑制し、電源装置10cにおける安全性を向上することができる。
これにより、電源装置10cを構成する複数の電池のうちいずれの電池が内部短絡を生じても、その電池を特定することによって、内部短絡が発生した電池の内部短絡部に流れる電流を減少させ、内部短絡部でのジュール発熱を抑制することができ、電池の急激な温度上昇、内圧上昇を抑制できる結果、電源装置10cの安全性を向上させることができる。
2A,2B,2C 内部抵抗
3 内部短絡部
4A,4B,4C,4D,4E,4F 電池
5 端子
6,61,62 切替スイッチ
7,7A,7B,7C,7D,7E,7F スイッチ
71−1〜71−n、72−1〜72−n、73−1〜73−n、74−1〜74−n スイッチ
8,81,82 可変抵抗
9A,9B センサ
10,10a,10b,10c 電源装置
11,11a,11b,11c 制御部
41,42,43,44 電池
41−1〜41−n、42−1〜42−n、43−1〜43−n、44−1〜44−n 電池
51 正極端子
52 負極端子
111 短絡電池検出部
112,112a,112c 切替制御部
113,113c 抵抗値設定処理部
410,420,430,440 電池ブロック
Claims (6)
- 複数の電池と、
前記複数の電池間の接続を切り替える切替部と、
前記複数の電池のうちいずれかが内部短絡を生じた場合、当該内部短絡の生じた電池を検出する短絡電池検出部と、
前記短絡電池検出部によって前記内部短絡の生じた電池が検出された場合、当該内部短絡の生じた電池と他の電池のうち少なくとも一つとが直列接続された閉回路を構成するように、前記切替部によって、前記複数の電池間の接続を切り替えさせる切替制御部と
を備えることを特徴とする電源装置。 - 前記複数の電池のうち少なくとも一部は並列接続されており、
前記切替制御部は、
前記短絡電池検出部によって前記並列接続された電池で内部短絡が生じたことが検出された場合、さらに、前記切替部によって、当該並列接続された電池のうち前記内部短絡の生じた電池を除く残余の電池と前記内部短絡の生じた電池との接続を、切り離させること
を特徴とする請求項1記載の電源装置。 - 前記複数の電池は、n個(nは整数)の電池が並列接続された電池ブロックが、複数直列接続されており、
前記複数の電池における内部抵抗値をそれぞれRiとすると、実質的にRi×(n−1)/nと等しい抵抗値を生じる抵抗部をさらに備え、
前記切替制御部は、前記短絡電池検出部によって前記並列接続された電池で内部短絡が生じたことが検出された場合、当該内部短絡の生じた電池を含む電池ブロックと他の電池ブロックのうち一つと前記抵抗部とが直列接続された閉回路を構成するように、前記切替部によって、前記複数の電池及び前記抵抗部の間の接続を切り替えさせること
を特徴とする請求項2記載の電源装置。 - 前記抵抗部は、前記抵抗値が可変にされており、
前記抵抗部の抵抗値を設定する抵抗値設定処理部をさらに備え、
前記抵抗値設定処理部は、
前記抵抗部の抵抗値を、実質的にRi×(n−1)/nと等しくなるように設定すること
を特徴とする請求項3記載の電源装置。 - 前記複数の電池の端子電圧をそれぞれ検出する電圧検出部と、
抵抗値が可変の抵抗部と、
前記抵抗部の抵抗値を設定する抵抗値設定処理部とをさらに備え、
前記切替制御部は、
前記短絡電池検出部によって前記内部短絡の生じた電池が検出された場合、前記切替部によって、前記閉回路に前記可変抵抗が含まれるように前記複数の電池及び前記可変抵抗の間の接続を切り替えさせ、
前記抵抗値設定処理部は、
前記短絡電池検出部によって前記内部短絡の生じた電池が検出された場合、前記電圧検出部によって前記内部短絡の生じた電池から検出される端子間電圧が低下するように、前記抵抗部の抵抗値を設定すること
を特徴とする請求項1又は2記載の電源装置。 - 前記切替制御部は、
前記閉回路を構成する際に、当該内部短絡の生じた電池を除く複数の電池の並列回路と、前記内部短絡の生じた電池とが直列接続される閉回路を構成するように、前記切替部によって、前記複数の電池間の接続を切り替えさせること
を特徴とする請求項5記載の電源装置。
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