JP5007493B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数個の充放電可能な２次電池を直列に接続した直列接続電池ブロックを複数個並列接続するようにした比較的大容量の電源装置に関する。

従来、比較的大容量の電源装置として、複数個の充放電可能な２次電池を直列に接続した直列接続電池ブロックを複数個並列接続したものが提案されている。斯かる、電源装置の複数個の充放電可能な２次電池を直列に接続した直列接続電池ブロックを複数個並列接続する際、電位差の高い直列接続電池ブロックから、電位差の低い直列接続電池ブロックに突入電流が流れ込む。

この突入電流はこの直列接続電池ブロックの内部インピーダンスに制限されるのみで、この電位差の低い直列接続電池ブロックへダメージを与える恐れがある。

そこで、従来図２に示す如く、この複数個の直列接続電池ブロックを並列接続するのにダイオードを介して行っていた。この図２につき説明するに図２において、１，２及び３は夫々複数個例えば４個の充放電可能な２次電池例えばリチウムイオン２次電池を直列に接続した直列接続電池ブロックを示す。

この直列接続電池ブロック１の正極をダイオード１ａのカソードに接続すると共にダイオード１ｂのアノードに接続し、直列接続電池ブロック２の正極をダイオード２ａのカソードに接続すると共にダイオード２ｂのアノードに接続し、直列接続電池ブロック３の正極をダイオード３ａのカソードに接続すると共にダイオード３ｂのアノードに接続する。

この、ダイオード１ａ，２ａ及び３ａの夫々のカソードを電源装置の充電正端子４に夫々接続する。即ち、ダイオード１ａ，２ａ及び３ａの夫々のカソードを充電正端子４に並列接続したときは、このダイオード１ａ，２ａ及び３ａが逆流防止用ダイオードとなり、並列接続時に突入電流が流れることがなく、各直列接続電池ブロック１，２及び３にダメージを与えることがない。

また、ダイオード１ｂ，２ｂ及び３ｂの夫々のアノードを電源装置の放電正端子５に夫々接続する。即ち、ダイオード１ｂ，２ｂ及び３ｂの夫々のアノードを放電正端子５に並列接続したときは、このダイオード１ｂ，２ｂ及び３ｂが逆流防止用ダイオードとなり、並列接続時に突入電流が流れることがなく、各直列接続電池ブロック１，２及び３にダメージを与えることがない。

また、直列接続電池ブロック１，２及び３の夫々の負極を電源装置の負端子６に接続する。

斯かる、図２に示す如き従来の電源装置においては、充電時はダイオード１ａ，２ａ及び３ａを介して直列接続電池ブロック１，２及び３に充電電流が流れ充電され、また、放電時は、直列接続電池ブロック１，２及び３は、ダイオード１ｂ，２ｂ及び３ｂを介して負荷へ接続され、放電される。

また、図２の従来例において、電位差のある直列接続電池ブロック１，２及び３を並列接続したときにはダイオード１ａ，２ａ，３ａ及び１ｂ，２ｂ，３ｂがあるため直列接続電池ブロック１，２及び３間に電流が流れることがなく、その為、電位差がある直列接続電池ブロック１，２及び３を並列接続しても突入電流が流れることはなく、各直列接続電池ブロック１，２及び３にダメージを与えることがない。

特許文献１には、複数個の２次電池が直列に接続された２次電池の直列回路を複数個並列に接続されてなる２次電池の充電装置が記載されている。この特許文献１には、各直列接続された２次電池が並列に接続された際の突入電流を防止することについての記載はない。
特開平１０−３０４５８６号公報

然しながら、この従来の電源装置より負荷に放電電流を流すとき、ダイオード１ｂ，２ｂ及び３ｂの夫々に、ダイオード１ｂ，２ｂ及び３ｂの夫々を流れる電流をＩとし、このダイオード１ｂ，２ｂ及び３ｂの夫々のスレッシュホールド電圧をＶｆとしたとき、Ｉ×Ｖｆの電力損失が発生する。

このダイオード１ｂ，２ｂ及び３ｂによる電力損失は、この電源装置よりの電流が大きくなればなるほど無視できないほど大きくなる不都合があった。

また、各直列接続電池ブロック１，２及び３はダイオード１ａ，２ａ，３ａ及び１ｂ，２ｂ，３ｂにより分離されているため、並列接続時の容量バランスのバラツキは、その後、改善されることがない。この各直列接続電池ブロック１，２及び３の容量バランスが崩れた状態で充放電が行われることは、放電時、過放電防止回路がある場合には、容量の小さい直列接続電池ブロックに放電時間が左右されるため放電時間が短くなる等の不都合があった。

本発明は、斯かる点に鑑み、複数個の直列接続電池ブロックを並列接続したときにも突入電流によるダメージをうけないようにすると共に電力損失を改善し、各直列接続電池ブロックの容量アンバランスを軽減するようにし、放電時間の向上を図るようにすることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、複数の充放電可能な２次電池を直列接続した直列接続電池ブロックを複数個並列接続した電源装置において、直列接続電池ブロックそれぞれと直列に接続され、直列接続電池ブロックの各々に電位差の高い直列接続電池ブロックから電位差の低い直列接続電池ブロックへ一定の電流を流す複数の定電流制御回路を備え、複数の定電流制御回路はそれぞれ、直列接続電池ブロックの負極にドレインが接続された電流制御素子としての電界効果トランジスタと、一端が電界効果トランジスタのソースに接続され、他端が当該電源装置の負端子に接続された電流検出用の抵抗器と、抵抗器に流れる電流を検出し、検出した電流に応じて電界効果トランジスタのゲートに印可する電圧を制御することにより、抵抗器に流れる電流を、直列接続電池ブロックにダメージを与えない範囲で一定にする制御回路とを備えるものである。
上記構成により、電位差の高い直列接続電池ブロックから電位差の低い直列接続電池ブロックへ一定の電流を流すことができる。そのため、各直列接続電池ブロック間の電位差を徐々に等しくすることができ、最終的には、各直列接続電池ブロック間での電流が流れなくなる状態、すなわち各直列接続電池ブロックの電位差を等しくすることができる。
言い換えれば、各直列接続電池ブロック間には一定の電流以上流れないようにすることができるので、電位差の低い直列接続電池ブロックが、電位差の高い直列接続電池ブロックから供給される電流によってダメージを受けなくすることができる。
なお、上記構成は、単数の充放電可能な２次電池を複数個並列接続した電源装置に対しても適用可能である。

本発明によれば、各々の直列接続電池ブロックに定電流制御回路を設けたので、電位差のある直列接続電池ブロックが並列接続されたときに電位差の高い直列接続電池ブロックから電位差の低い直列接続電池ブロックへ突入電流が流れ込もうとするが、各直列接続電池ブロックにおいては、定電流制御回路により一定の電流以上流れないため、電位差の低い直列接続電池ブロックがダメージを受けることがない。

本発明においては、この定電流制御回路は、電位差の高い直列接続電池ブロックから電位差の低い直列接続電池ブロックへ一定の電流を流すので、各直列接続電池ブロックの電位差は徐々に軽減されていき、最終的には、この各直列接続電池ブロック間の電流は流れなくなり、各直列接続電池ブロック間の電位差はなくなる。

このことは、本発明によれば、各直列接続電池ブロックの容量バランスを改善することを意味し、各直列接続電池ブロックの容量バランスを改善することにより、放電時間延長及び安全性の向上を図ることができる。

また、本発明において、放電時にこの定電流制御回路を構成する電流制御素子としての例えば電界効果トランジスタをオン状態とすることにより、放電時の電力損失を改善できる。

以下、図１を参照して、本発明電源装置を実施するための最良の形態の例につき説明に供する。図１おいて、図２に対応する部分には同一符号を付して示す。

図１において、１，２及び３は夫々複数個例えば４個の充放電可能な２次電池例えばリチウムイオン２次電池を直列に接続した直列接続電池ブロックを示す。

本例においては、これ等３つの直列接続電池ブロック１，２及び３を並列接続するようにしたもので、これ等直列接続電池ブロック１，２及び３の夫々の正極を夫々電源装置の正端子７に接続する。

本例においては、これ等３つの直列接続電池ブロック１，２及び３の夫々の負極を夫々定電流制御回路１１，１２及び１３を構成する電流制御素子としてのｎ形の電界効果トランジスタ１１ａ，１２ａ及び１３ａの夫々のドレインに接続し、この電界効果トランジスタ１１ａ，１２ａ及び１３ａの夫々のソースを電流検出用の抵抗器１１ｂ，１２ｂ及び１３ｂを介して電源装置の負端子６に接続する。この定電流制御回路１１，１２及び１３の制御回路１１ｃ，１２ｃ及び１３ｃは夫々抵抗器１１ｂ，１２ｂ及び１３ｂを流れる電流を検出し、この電流に応じて電界効果トランジスタ１１ａ，１２ａ及び１３ａのゲートに供給する電圧を制御し、この抵抗器１１ｂ，１２ｂ及び１３ｂに流れる電流を所定の一定値になる如く制御する。

また、本例においては正端子７及び負端子６間に負荷を接続し、この負荷に電流を供給するときには、制御回路１１ｃ，１２ｃ及び１３ｃにより、電界効果トランジスタ１１ａ，１２ａ及び１３ａをオン状態とする如くする。

本例によれば、各々の直列接続電池ブロック１，２及び３に定電流制御回路１１，１２及び１３を設けたので、電位差のある直列接続電池ブロックが並列接続されたときに電位差の高い直列接続電池ブロック例えば直列接続電池ブロック１から電位差の低い直列接続電池ブロック例えば直列接続電池ブロック２へ突入電流が流れ込もうとするが、各直列接続電池ブロック１，２及び３においては、定電流制御回路１１，１２及び１３により一定の電流以上流れないため、電位差の低い直列接続電池ブロック例えば直列接続電池ブロック２がダメージを受けることがない。

本例においては、この定電流制御回路１１，１２及び１３は、電位差の高い直列接続電池ブロック例えば直列接続電池ブロック１から電位差の低い直列接続電池ブロック例えば直列接続電池ブロック２へ一定の電流を流すので、各直列接続電池ブロック１，２，３の電位差は徐々に軽減されていき、最終的には、この各直列接続電池ブロック１，２，３間の電流は流れなくなり、各直列接続電池ブロック１，２，３間の電位差はなくなる。

このことは、本例によれば、各直列接続電池ブロック１，２，３の容量バランスを改善することを意味し、各直列接続電池ブロック１，２，３の容量バランスを改善することにより、放電時間延長及び安全性の向上を図ることができる。

また、本例において、放電時にこの定電流制御回路１１，１２及び１３を構成する電流制御素子としての例えば電界効果トランジスタ１１ａ，１２ａ及び１３ａをオン状態とすることにより、放電時の電力損失を改善できる。

尚、上述例では、直列接続電池ブロック１，２，３の直列接続する２次電池の数を４個としたが、この数は必要に応じ何個であっても良い。また、並列接続する直列接続電池ブロックの数も必要に応じ何個であっても良い。

また、本発明は上述例に限ることなく、本発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成が採り得ることは勿論である。

本発明電源装置を実施するための最良の形態の例を示す構成図である。 従来の電源装置の例を示す構成図である。

符号の説明

１，２，３…直列接続電池ブロック、６…負端子、７…正端子、１１，１２，１３…定電流制御回路、１１ａ，１２ａ，１３ａ…電界効果トランジスタ、１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ…抵抗器、１１ｃ，１２ｃ，１３ｃ…制御回路

Claims (4)

1. 複数の充放電可能な２次電池を直列接続した直列接続電池ブロックを複数個並列接続した電源装置において、
   前記直列接続電池ブロックそれぞれと直列に接続され、前記直列接続電池ブロックの各々に電位差の高い直列接続電池ブロックから電位差の低い直列接続電池ブロックへ一定の電流を流す複数の定電流制御回路を備え、
   前記複数の定電流制御回路はそれぞれ、
   前記直列接続電池ブロックの負極にドレインが接続された電流制御素子としての電界効果トランジスタと、
   一端が前記電界効果トランジスタのソースに接続され、他端が当該電源装置の負端子に接続された電流検出用の抵抗器と、
   前記抵抗器に流れる電流を検出し、検出した電流に応じて前記電界効果トランジスタのゲートに印可する電圧を制御することにより、前記抵抗器に流れる電流を、前記直列接続電池ブロックにダメージを与えない範囲で一定にする制御回路と、を備える
   電源装置。
2. 請求項１記載の電源装置において、
   前記２次電池は、リチウムイオン二次電池である
   電源装置。
3. 請求項１又は２記載の電源装置において、
   前記制御回路は、放電時に前記電界効果トランジスタをオン状態にする
   電源装置。
4. 単数の充放電可能な２次電池を複数個並列接続した電源装置において、
   前記２次電池それぞれと直列に接続され、前記２次電池の各々に電位差の高い直列接続電池ブロックから電位差の低い２次電池へ一定の電流を流す複数の定電流制御回路を備え、
   前記複数の定電流制御回路はそれぞれ、
   前記２次電池の負極にドレインが接続された電流制御素子としての電界効果トランジスタと、
   一端が前記電界効果トランジスタのソースに接続され、他端が当該電源装置の負端子に接続された電流検出用の抵抗器と、
   前記抵抗器に流れる電流を検出し、検出した電流に応じて前記電界効果トランジスタのゲートに印可する電圧を制御することにより、前記抵抗器に流れる電流を、前記２次電池にダメージを与えない範囲で一定にする制御回路と、を備える
   電源装置。