JPH07322516A - 電池の充電制御装置及び方法 - Google Patents
電池の充電制御装置及び方法Info
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- JPH07322516A JPH07322516A JP6110708A JP11070894A JPH07322516A JP H07322516 A JPH07322516 A JP H07322516A JP 6110708 A JP6110708 A JP 6110708A JP 11070894 A JP11070894 A JP 11070894A JP H07322516 A JPH07322516 A JP H07322516A
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- batteries
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 直列接続された電池に対して発熱を抑えて急
速充電を行う。 【構成】 ２つのスイッチ手段ＳＷ１、ＳＷ２の直列回
路を複数の電池Ｃ１、Ｃ２の直列回路に並列に接続する
と共に、スイッチ手段ＳＷ１、ＳＷ２の直列接続中点と
電池Ｃ１、Ｃ２の直列接続中点との間にインダクティブ
素子Ｌ１を接続する。各スイッチ手段ＳＷ１、ＳＷ２
は、各電池の端子電圧と直列回路の全電圧の分電圧とを
比較して各電池の端子電圧が均等になるようにスイッチ
ング制御し、また、設定電圧とを比較して各電池の端子
電圧を設定電圧以下になるようにスイッチング制御す
る。したがって、各電池の端子電圧を高い効率でしかも
僅かな損失で均等にすることができ、発熱を抑え大電流
の急速充電の充電効率を上げることができる。
速充電を行う。 【構成】 ２つのスイッチ手段ＳＷ１、ＳＷ２の直列回
路を複数の電池Ｃ１、Ｃ２の直列回路に並列に接続する
と共に、スイッチ手段ＳＷ１、ＳＷ２の直列接続中点と
電池Ｃ１、Ｃ２の直列接続中点との間にインダクティブ
素子Ｌ１を接続する。各スイッチ手段ＳＷ１、ＳＷ２
は、各電池の端子電圧と直列回路の全電圧の分電圧とを
比較して各電池の端子電圧が均等になるようにスイッチ
ング制御し、また、設定電圧とを比較して各電池の端子
電圧を設定電圧以下になるようにスイッチング制御す
る。したがって、各電池の端子電圧を高い効率でしかも
僅かな損失で均等にすることができ、発熱を抑え大電流
の急速充電の充電効率を上げることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、直列に接続した複数の
電池を充電用電源に接続して各電池に均等に充電を行う
ための充電制御に関し、特に、電気二重層コンデンサを
含む二次電池の各単位セル毎の充電を均一化する電池の
充電制御装置及び方法に関する。
電池を充電用電源に接続して各電池に均等に充電を行う
ための充電制御に関し、特に、電気二重層コンデンサを
含む二次電池の各単位セル毎の充電を均一化する電池の
充電制御装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、電気二重層コンデンサを電力用の
電池として利用することが可能となってきている。しか
し、コンデンサでは、電池の単位セルに相当する単位コ
ンデンサの耐電圧が数ボルトと低いため、実用上従来の
電池のセルと同様に複数個を直列に接続したり、それら
からなる組電池を直列に接続することにより所望の使用
電圧を得ている。しかし、電気二重層コンデンサを電池
として使用したときの電圧は、従来の電池と異なり充電
されたエネルギーにより大幅に変化する特性を持ってい
る。電池電圧とエネルギーとの関係は、コンデンサ電圧
をＥ〔Ｖ〕、コンデンサ容量をＣ〔Ｆ〕、充電されたエ
ネルギーをＷ〔Ｊ〕とすると、Ｗ＝０．５ＣＥ2 で示さ
れる。つまり、この電気二重層コンデンサによる新電池
では、過充電されると、コンデンサ端子電圧の上昇とな
って表れて容易に耐電圧を越えてしまい、ついには電池
が劣化にいたる恐れがあるという特性を持っている。特
に、実用に際しては、複数個の電池を直列に接続して使
用することがほとんどであるため、当然のこととして直
列に接続されたままで充電されることになる。ところが
各々のコンデンサの漏洩電流が異なり自己放電による影
響でコンデンサ端子電圧がバラツキを持っているため、
同一の電流で充電されると、あるものはすぐに満充電と
なるにもかかわらず、あるものは全く不十分な充電しか
行われないという現象が発生する。
電池として利用することが可能となってきている。しか
し、コンデンサでは、電池の単位セルに相当する単位コ
ンデンサの耐電圧が数ボルトと低いため、実用上従来の
電池のセルと同様に複数個を直列に接続したり、それら
からなる組電池を直列に接続することにより所望の使用
電圧を得ている。しかし、電気二重層コンデンサを電池
として使用したときの電圧は、従来の電池と異なり充電
されたエネルギーにより大幅に変化する特性を持ってい
る。電池電圧とエネルギーとの関係は、コンデンサ電圧
をＥ〔Ｖ〕、コンデンサ容量をＣ〔Ｆ〕、充電されたエ
ネルギーをＷ〔Ｊ〕とすると、Ｗ＝０．５ＣＥ2 で示さ
れる。つまり、この電気二重層コンデンサによる新電池
では、過充電されると、コンデンサ端子電圧の上昇とな
って表れて容易に耐電圧を越えてしまい、ついには電池
が劣化にいたる恐れがあるという特性を持っている。特
に、実用に際しては、複数個の電池を直列に接続して使
用することがほとんどであるため、当然のこととして直
列に接続されたままで充電されることになる。ところが
各々のコンデンサの漏洩電流が異なり自己放電による影
響でコンデンサ端子電圧がバラツキを持っているため、
同一の電流で充電されると、あるものはすぐに満充電と
なるにもかかわらず、あるものは全く不十分な充電しか
行われないという現象が発生する。
【０００３】図７は直列接続されたコンデンサの端子電
圧のバラツキをなくす回路の従来例を示す図である。直
列接続されたコンデンサＣ１、Ｃ２の端子電圧のバラツ
キをなくすため従来からある手段としては、図７（ａ）
に示すように単位コンデンサ各々に漏洩電流以上を流す
抵抗Ｒ１、Ｒ２を並列に接続し、或いは図７（ｂ）に示
すようにツェナーダイオードＣＲ４、ＣＲ５を並列に接
続することによって、過充電防止を行っている。また、
図７（ｃ）に示すように単位コンデンサ各々にシャント
・レギュレータＭＣ１、ＭＣ２を取り付けて過充電を防
止するなどの対策も採用されている。
圧のバラツキをなくす回路の従来例を示す図である。直
列接続されたコンデンサＣ１、Ｃ２の端子電圧のバラツ
キをなくすため従来からある手段としては、図７（ａ）
に示すように単位コンデンサ各々に漏洩電流以上を流す
抵抗Ｒ１、Ｒ２を並列に接続し、或いは図７（ｂ）に示
すようにツェナーダイオードＣＲ４、ＣＲ５を並列に接
続することによって、過充電防止を行っている。また、
図７（ｃ）に示すように単位コンデンサ各々にシャント
・レギュレータＭＣ１、ＭＣ２を取り付けて過充電を防
止するなどの対策も採用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電気二
重層コンデンサを電池として使用する場合、コンデンサ
端子電圧のバラツキをなくすための上記従来の対策には
以下に述べるような問題点がある。直列接続されたコン
デンサの漏洩電流のバラツキによりコンデンサ端子電圧
がアンバランスになるのを防ぐ回路として、例えば図７
（ａ）に示すように抵抗Ｒ１、Ｒ２を並列に接続した回
路では、確かにコンデンサＣ１、Ｃ２の持つ最大の漏洩
電流値以上の電流が流れるように抵抗Ｒ１（＝Ｒ２）の
値を選定すれば、コンデンサＣ１、Ｃ２の端子電圧が抵
抗Ｒ１で均等に分割される。しかし、これらのコンデン
サＣ１、Ｃ２の目的が従来の電解コンデンサを直列接続
して構成される「平滑回路」として使用するものではな
く、エネルギーを蓄積する「電池」として使用するもの
である場合には、蓄積エネルギーを抵抗Ｒ１で熱として
自己消費してしまうため、非常に具合の悪いものになっ
てしまう。すなわち、図７（ａ）に示したような対策で
は、すべての新しい電池から常に最大の漏れ電流を流し
続けるように動作するため、電池としての用途目的に反
することになる。
重層コンデンサを電池として使用する場合、コンデンサ
端子電圧のバラツキをなくすための上記従来の対策には
以下に述べるような問題点がある。直列接続されたコン
デンサの漏洩電流のバラツキによりコンデンサ端子電圧
がアンバランスになるのを防ぐ回路として、例えば図７
（ａ）に示すように抵抗Ｒ１、Ｒ２を並列に接続した回
路では、確かにコンデンサＣ１、Ｃ２の持つ最大の漏洩
電流値以上の電流が流れるように抵抗Ｒ１（＝Ｒ２）の
値を選定すれば、コンデンサＣ１、Ｃ２の端子電圧が抵
抗Ｒ１で均等に分割される。しかし、これらのコンデン
サＣ１、Ｃ２の目的が従来の電解コンデンサを直列接続
して構成される「平滑回路」として使用するものではな
く、エネルギーを蓄積する「電池」として使用するもの
である場合には、蓄積エネルギーを抵抗Ｒ１で熱として
自己消費してしまうため、非常に具合の悪いものになっ
てしまう。すなわち、図７（ａ）に示したような対策で
は、すべての新しい電池から常に最大の漏れ電流を流し
続けるように動作するため、電池としての用途目的に反
することになる。
【０００５】図７（ｂ）に示すように電池に並列にツェ
ナーダイオードを接続した回路では、万一、過充電され
ても電池にはツェナー電圧以上は印加されない設計にな
っており、また、図７（ｃ）に示すように誤差増幅器を
備えたシャント・レギュレータを採用した回路では、同
様に過充電された場合に充電電流をバイパスするように
なっているため、電池の端子電圧を一定値に抑える効果
があるが、いずれの回路もバイパスされた電流は熱とし
て消費される。そのため、発生する熱の処理が大きな問
題になる。特に、発生した熱の大小にかかわらず放熱処
理が困難な用途であるとか、あるいは蓄積される電力量
が大きく放熱のために特別の装置が必要になるような例
えば電力貯蔵や、電気自動車などの用途では、その設計
上熱が大きな問題になる。さらに決定的にこのシャント
・レギュレータ方式の欠点をクローズアップさせたの
が、急速充電の要請であった。
ナーダイオードを接続した回路では、万一、過充電され
ても電池にはツェナー電圧以上は印加されない設計にな
っており、また、図７（ｃ）に示すように誤差増幅器を
備えたシャント・レギュレータを採用した回路では、同
様に過充電された場合に充電電流をバイパスするように
なっているため、電池の端子電圧を一定値に抑える効果
があるが、いずれの回路もバイパスされた電流は熱とし
て消費される。そのため、発生する熱の処理が大きな問
題になる。特に、発生した熱の大小にかかわらず放熱処
理が困難な用途であるとか、あるいは蓄積される電力量
が大きく放熱のために特別の装置が必要になるような例
えば電力貯蔵や、電気自動車などの用途では、その設計
上熱が大きな問題になる。さらに決定的にこのシャント
・レギュレータ方式の欠点をクローズアップさせたの
が、急速充電の要請であった。
【０００６】電気二重層コンデンサによる電池は、従来
の鉛蓄電池を中心とした化学反応を動作原理とする電池
と異なり物理的なコンデンサであるため、原理的に急速
充電に適している。つまり、充電は大電流で行われるこ
とがその特長を生かした使用方法になる。しかし、その
場合に各電池電圧のバラツキが大きいと、先に満充電に
達した電池のシャント・レギュレータでの発熱は非常に
大きくなり過ぎてしまう。そのため、直列に接続された
電池の一つが満充電された時点で急速充電を停止しなけ
ればならず、急速充電の目的である短時間の充電ができ
なくなってしまい、何らかの対策が必要になっていた。
の鉛蓄電池を中心とした化学反応を動作原理とする電池
と異なり物理的なコンデンサであるため、原理的に急速
充電に適している。つまり、充電は大電流で行われるこ
とがその特長を生かした使用方法になる。しかし、その
場合に各電池電圧のバラツキが大きいと、先に満充電に
達した電池のシャント・レギュレータでの発熱は非常に
大きくなり過ぎてしまう。そのため、直列に接続された
電池の一つが満充電された時点で急速充電を停止しなけ
ればならず、急速充電の目的である短時間の充電ができ
なくなってしまい、何らかの対策が必要になっていた。
【０００７】本発明は、上記の課題を解決するものであ
って、直列接続されたコンデンサに対して発熱を抑えて
急速充電を行うことが可能な電池の充電制御装置及び方
法を提供することを目的とするものである。
って、直列接続されたコンデンサに対して発熱を抑えて
急速充電を行うことが可能な電池の充電制御装置及び方
法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】そのために本発明は、直
列に接続した複数の電池を充電用電源に接続して各電池
に均等に充電を行うための電池の充電制御装置であっ
て、複数の電池の直列回路に並列に接続される２つのス
イッチ手段の直列回路と、スイッチ手段の直列接続中点
と電池の直列接続中点との間に接続されるインダクティ
ブ素子とを備えたことを特徴とするものであり、さら
に、上記電池は、電気二重層コンデンサであり、上記２
つのスイッチ手段にそれぞれ整流手段を並列に接続し、
特性を異なる複数の電池を用い、直列接続の順序に一定
の規則性を持たせたことを特徴とするものである。
列に接続した複数の電池を充電用電源に接続して各電池
に均等に充電を行うための電池の充電制御装置であっ
て、複数の電池の直列回路に並列に接続される２つのス
イッチ手段の直列回路と、スイッチ手段の直列接続中点
と電池の直列接続中点との間に接続されるインダクティ
ブ素子とを備えたことを特徴とするものであり、さら
に、上記電池は、電気二重層コンデンサであり、上記２
つのスイッチ手段にそれぞれ整流手段を並列に接続し、
特性を異なる複数の電池を用い、直列接続の順序に一定
の規則性を持たせたことを特徴とするものである。
【０００９】また、充電制御方法は、各電池の端子電圧
と直列回路の全電圧の分電圧とを比較して各電池の端子
電圧が均等になるように各スイッチ手段をスイッチング
制御することを特徴とし、各電池の端子電圧と設定電圧
とを比較して各電池の端子電圧を設定電圧以下になるよ
うに各スイッチ手段をスイッチング制御することを特徴
とするものである。
と直列回路の全電圧の分電圧とを比較して各電池の端子
電圧が均等になるように各スイッチ手段をスイッチング
制御することを特徴とし、各電池の端子電圧と設定電圧
とを比較して各電池の端子電圧を設定電圧以下になるよ
うに各スイッチ手段をスイッチング制御することを特徴
とするものである。
【００１０】
【作用】本発明に係る電池の充電制御方法及び装置で
は、複数の電池の直列回路に並列に接続される２つのス
イッチ手段の直列回路と、スイッチ手段の直列接続中点
と電池の直列接続中点との間に接続されるインダクティ
ブ素子とを備えたので、各電池が同電位になるように電
圧の高い電池から低い電池へスイッチ手段のスイッチン
グ制御によって電流を移送することができる。また、各
電池の端子電圧と直列回路の全電圧の分電圧とを比較し
て各電池の端子電圧が均等になるように各スイッチ手段
をスイッチング制御するので、大電流で行われる急速充
電などの前の初期における電池の端子電圧のバラツキを
なくし、各電池の端子電圧を均等にすることができる。
さらには、各電池の端子電圧と設定電圧とを比較して各
電池の端子電圧を設定電圧以下になるように各スイッチ
手段をスイッチング制御するので、各々の電池電圧が設
定値以上に充電されないように満充電された電池から未
充電の電池へ電荷を効率よく移動させることができる。
は、複数の電池の直列回路に並列に接続される２つのス
イッチ手段の直列回路と、スイッチ手段の直列接続中点
と電池の直列接続中点との間に接続されるインダクティ
ブ素子とを備えたので、各電池が同電位になるように電
圧の高い電池から低い電池へスイッチ手段のスイッチン
グ制御によって電流を移送することができる。また、各
電池の端子電圧と直列回路の全電圧の分電圧とを比較し
て各電池の端子電圧が均等になるように各スイッチ手段
をスイッチング制御するので、大電流で行われる急速充
電などの前の初期における電池の端子電圧のバラツキを
なくし、各電池の端子電圧を均等にすることができる。
さらには、各電池の端子電圧と設定電圧とを比較して各
電池の端子電圧を設定電圧以下になるように各スイッチ
手段をスイッチング制御するので、各々の電池電圧が設
定値以上に充電されないように満充電された電池から未
充電の電池へ電荷を効率よく移動させることができる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。図１は本発明に係る電池の充電制御装置及び方
法の１実施例を説明するための図、図２は本発明に係る
電池の充電制御装置及び方法の他の実施例を説明するた
めの図であり、Ｃ１、Ｃ２は電池、Ｌ１はインダクティ
ブ素子、ＳＷ１、ＳＷ２はスイッチ装置、Ｔ１、Ｔ２は
充電用電源端子、ＣＲ３、ＣＲ４は整流素子を示す。
明する。図１は本発明に係る電池の充電制御装置及び方
法の１実施例を説明するための図、図２は本発明に係る
電池の充電制御装置及び方法の他の実施例を説明するた
めの図であり、Ｃ１、Ｃ２は電池、Ｌ１はインダクティ
ブ素子、ＳＷ１、ＳＷ２はスイッチ装置、Ｔ１、Ｔ２は
充電用電源端子、ＣＲ３、ＣＲ４は整流素子を示す。
【００１２】図１において、電池Ｃ１、Ｃ２は、例えば
電気二重層コンデンサを用いたものであり、直列接続し
てその両端を充電用電源端子Ｔ１、Ｔ２に接続すると共
に、その直列回路と並列にスイッチ装置ＳＷ１、ＳＷ２
の直列回路を接続する。そして、電池Ｃ１、Ｃ２の直列
接続中点とスイッチ装置ＳＷ１、ＳＷ２の直列接続中点
との間にインダクティブ素子Ｌ１を接続し、一方のスイ
ッチ装置ＳＷ１（ＳＷ２）によりスイッチング制御を行
うとき他方のスイッチ装置ＳＷ２（ＳＷ１）は同期整流
器として動作することによって、一方の電池の電荷、充
電電流を他方の電池へ移送する昇圧、昇降圧コンバータ
を構成するものである。
電気二重層コンデンサを用いたものであり、直列接続し
てその両端を充電用電源端子Ｔ１、Ｔ２に接続すると共
に、その直列回路と並列にスイッチ装置ＳＷ１、ＳＷ２
の直列回路を接続する。そして、電池Ｃ１、Ｃ２の直列
接続中点とスイッチ装置ＳＷ１、ＳＷ２の直列接続中点
との間にインダクティブ素子Ｌ１を接続し、一方のスイ
ッチ装置ＳＷ１（ＳＷ２）によりスイッチング制御を行
うとき他方のスイッチ装置ＳＷ２（ＳＷ１）は同期整流
器として動作することによって、一方の電池の電荷、充
電電流を他方の電池へ移送する昇圧、昇降圧コンバータ
を構成するものである。
【００１３】次に、動作を説明する。上記構成の回路に
おいて、いま、仮に電池Ｃ１の端子電圧が電池Ｃ２に比
較して高電位であるとすると、この電池Ｃ１の電荷は、
スイッチ装置ＳＷ１、インダクティブ素子Ｌ１と、同期
整流器として働くスイッチ装置ＳＷ２から構成される昇
圧コンバータにより、他方の電池Ｃ２の充電に振り向け
られる。そして、電池Ｃ１、Ｃ２が同電位になると昇圧
コンバータは停止する。また逆に電池Ｃ２の端子電圧の
方が高電位にあると、この電池Ｃ２の電荷は、スイッチ
装置ＳＷ２、インダクティブ素子Ｌ１と、同期整流器と
して働くスイッチ装置ＳＷ１から構成される昇降圧コン
バータにより、他方の電池Ｃ１の充電に振り向けられ、
やはり、電池Ｃ１、Ｃ２が同電位になると停止する。
おいて、いま、仮に電池Ｃ１の端子電圧が電池Ｃ２に比
較して高電位であるとすると、この電池Ｃ１の電荷は、
スイッチ装置ＳＷ１、インダクティブ素子Ｌ１と、同期
整流器として働くスイッチ装置ＳＷ２から構成される昇
圧コンバータにより、他方の電池Ｃ２の充電に振り向け
られる。そして、電池Ｃ１、Ｃ２が同電位になると昇圧
コンバータは停止する。また逆に電池Ｃ２の端子電圧の
方が高電位にあると、この電池Ｃ２の電荷は、スイッチ
装置ＳＷ２、インダクティブ素子Ｌ１と、同期整流器と
して働くスイッチ装置ＳＷ１から構成される昇降圧コン
バータにより、他方の電池Ｃ１の充電に振り向けられ、
やはり、電池Ｃ１、Ｃ２が同電位になると停止する。
【００１４】本発明の電池の充電制御装置及び方法は、
このようにして電池の端子電圧を均等にするものであ
り、急速充電の準備のプロセスとして非常に有効であ
る。それは、大電流により急速充電を行う場合、充電前
の各電池電圧を均等にし、全ての電池が同一電位から充
電を開始させると、短時間で高い充電率が得られるから
である。このように直列接続された電池Ｃ１、Ｃ２の各
電圧を平順化する制御は、充電の前など、必要な時だけ
動作させればよく、しかも、電池Ｃ１、Ｃ２の電荷の移
動は、スイッチ装置で電流をスイッチング制御すること
により行うので、通常の電池のエネルギー消費は極僅か
ですみ高効率で行うことができる。
このようにして電池の端子電圧を均等にするものであ
り、急速充電の準備のプロセスとして非常に有効であ
る。それは、大電流により急速充電を行う場合、充電前
の各電池電圧を均等にし、全ての電池が同一電位から充
電を開始させると、短時間で高い充電率が得られるから
である。このように直列接続された電池Ｃ１、Ｃ２の各
電圧を平順化する制御は、充電の前など、必要な時だけ
動作させればよく、しかも、電池Ｃ１、Ｃ２の電荷の移
動は、スイッチ装置で電流をスイッチング制御すること
により行うので、通常の電池のエネルギー消費は極僅か
ですみ高効率で行うことができる。
【００１５】また、上記構成の本発明によれば、通常充
電時の機能として、自分自身の電池電圧を設定電圧値以
下に制御すること、つまり過充電保護も可能であり、し
かも従来のシャント・レギュレータのように充電のエネ
ルギーを熱として損失しないようにすることも可能であ
る。次に、充電時や、負荷からの電力回生時に電池を過
充電から保護する動作を説明する。
電時の機能として、自分自身の電池電圧を設定電圧値以
下に制御すること、つまり過充電保護も可能であり、し
かも従来のシャント・レギュレータのように充電のエネ
ルギーを熱として損失しないようにすることも可能であ
る。次に、充電時や、負荷からの電力回生時に電池を過
充電から保護する動作を説明する。
【００１６】充電中に、電池Ｃ１の端子電圧が設定値に
達したとすると、余分な充電電流は、スイッチ装置ＳＷ
１をスイッチング動作させることによりインダクティブ
素子Ｌ１に流して磁束の形で蓄え、次にスイッチ装置Ｓ
Ｗ２を同期整流器としてスイッチング動作させることに
より、インダクティブ素子Ｌ１から他方の電池Ｃ２へ新
たな充電電流として移動させることができる。つまり、
同期整流器付の昇圧コンバータで余分な充電電流を移動
することができる。また、電池Ｃ２の方が先に設定電圧
に達した場合には、スイッチ装置ＳＷ２をスイッチング
制御することにより、インダクティブ素子Ｌ１と同期整
流器として制御されるスイッチ装置ＳＷ１から構成され
る昇降圧コンバータで電池Ｃ２に流れ込む余分な充電電
流を電池Ｃ１へ移送する。そのために発熱が少なく充電
時間が短い、充電効率の良い充電制御が可能となる。
達したとすると、余分な充電電流は、スイッチ装置ＳＷ
１をスイッチング動作させることによりインダクティブ
素子Ｌ１に流して磁束の形で蓄え、次にスイッチ装置Ｓ
Ｗ２を同期整流器としてスイッチング動作させることに
より、インダクティブ素子Ｌ１から他方の電池Ｃ２へ新
たな充電電流として移動させることができる。つまり、
同期整流器付の昇圧コンバータで余分な充電電流を移動
することができる。また、電池Ｃ２の方が先に設定電圧
に達した場合には、スイッチ装置ＳＷ２をスイッチング
制御することにより、インダクティブ素子Ｌ１と同期整
流器として制御されるスイッチ装置ＳＷ１から構成され
る昇降圧コンバータで電池Ｃ２に流れ込む余分な充電電
流を電池Ｃ１へ移送する。そのために発熱が少なく充電
時間が短い、充電効率の良い充電制御が可能となる。
【００１７】なお、図２に示すようにスイッチ装置ＳＷ
１、ＳＷ２の各々に並列に例えばダイオードを用いた整
流素子ＣＲ３、ＣＲ４を接続すると、同期整流の制御を
簡略化し、あるいは省略して制御を簡素化することがで
きる。また、予め直列に接続された各電池の容量に違い
を持たせるとか、各電池の負荷を意図的に不平衡に設計
しておくことにより、各電池の電圧配分に一定の規則性
を持たせ、また満充電の順位をコントロールして、一方
向のみの電流移動でもよいように構成することもでき
る。この場合には、制御を簡素にできるだけでなく、ス
イッチ装置ＳＷ１、ＳＷ２のいずれか一方を同期整流と
同方向のダイオードに置き換えて回路を簡略にすること
もできる。
１、ＳＷ２の各々に並列に例えばダイオードを用いた整
流素子ＣＲ３、ＣＲ４を接続すると、同期整流の制御を
簡略化し、あるいは省略して制御を簡素化することがで
きる。また、予め直列に接続された各電池の容量に違い
を持たせるとか、各電池の負荷を意図的に不平衡に設計
しておくことにより、各電池の電圧配分に一定の規則性
を持たせ、また満充電の順位をコントロールして、一方
向のみの電流移動でもよいように構成することもでき
る。この場合には、制御を簡素にできるだけでなく、ス
イッチ装置ＳＷ１、ＳＷ２のいずれか一方を同期整流と
同方向のダイオードに置き換えて回路を簡略にすること
もできる。
【００１８】図３は各電池にアンバランスに蓄積された
電荷を均等にする場合のＰＷＭスイッチング制御方法の
１実施例を説明するための図であり、誤差増幅器ＭＣ
３、ＭＣ４により各電池Ｃ１、Ｃ２の端子電圧と全電圧
を抵抗Ｒ１、Ｒ２により分圧した電圧とを比較し、その
誤差をパルス幅変調（ＰＷＭ）した出力によりスイッチ
装置ＳＷ１、ＳＷ２を制御するものである。ここで、電
池Ｃ１＝Ｃ２の場合、抵抗Ｒ１＝Ｒ２となる。したがっ
て、電池Ｃ１の端子電圧が高く、電池Ｃ２の端子電圧が
低い場合には、高い電位から低い電位へ電荷を移動する
制御を行うように構成される。すなわち、このとき、誤
差増幅器ＭＣ３は、パルス幅変調出力によりスイッチ装
置ＳＷ１をドライブして電池Ｃ１から電池Ｃ２へ電荷を
移動して電圧を平衡させる。逆に電池Ｃ２の端子電圧が
高く、電池Ｃ１の端子電圧が低い場合には、誤差増幅器
ＭＣ４がパルス幅変調出力によりスイッチ装置ＳＷ２を
ドライブして電池Ｃ２から電池Ｃ１へ電荷を移動して各
電池の電圧を平衡させる。
電荷を均等にする場合のＰＷＭスイッチング制御方法の
１実施例を説明するための図であり、誤差増幅器ＭＣ
３、ＭＣ４により各電池Ｃ１、Ｃ２の端子電圧と全電圧
を抵抗Ｒ１、Ｒ２により分圧した電圧とを比較し、その
誤差をパルス幅変調（ＰＷＭ）した出力によりスイッチ
装置ＳＷ１、ＳＷ２を制御するものである。ここで、電
池Ｃ１＝Ｃ２の場合、抵抗Ｒ１＝Ｒ２となる。したがっ
て、電池Ｃ１の端子電圧が高く、電池Ｃ２の端子電圧が
低い場合には、高い電位から低い電位へ電荷を移動する
制御を行うように構成される。すなわち、このとき、誤
差増幅器ＭＣ３は、パルス幅変調出力によりスイッチ装
置ＳＷ１をドライブして電池Ｃ１から電池Ｃ２へ電荷を
移動して電圧を平衡させる。逆に電池Ｃ２の端子電圧が
高く、電池Ｃ１の端子電圧が低い場合には、誤差増幅器
ＭＣ４がパルス幅変調出力によりスイッチ装置ＳＷ２を
ドライブして電池Ｃ２から電池Ｃ１へ電荷を移動して各
電池の電圧を平衡させる。
【００１９】図４は各電池への過充電を防止して余剰の
充電電流を未充電の電池へ振り向ける機能を持つ本発明
の他の実施応用例を示す図であり、Ｅ１，Ｅ２は各電池
Ｃ１、Ｃ２に許容される電池電圧を設定する基準電圧で
ある。誤差増幅器ＭＣ３、ＭＣ４は、抵抗Ｒ１〜Ｒ４で
検出される各電池Ｃ１、Ｃ２の端子電圧と基準電圧Ｅ
１，Ｅ２とを比較し、その誤差をパルス幅変調（ＰＷ
Ｍ）した出力によりスイッチ装置ＳＷ１、ＳＷ２を制御
するものである。したがって、充電電流Ｉ〔Ａ〕で充電
され、電池Ｃ１の端子電圧が設定された電圧値である基
準電圧Ｅ１を越えると、誤差増幅器ＭＣ３は、パルス幅
変調出力によりスイッチ装置ＳＷ１をスイッチング制御
して電池Ｃ１に充電される電流を整流素子ＣＲ１を通し
て電池Ｃ２へ移送する。そのため、電池Ｃ２は、図示し
ない充電電源からの電流と電池Ｃ１からの電流の和であ
る、ほぼ２Ｉ〔Ａ〕の電流で充電され、急速に電池Ｃ２
の充電を完了させることが可能になる。なお、充電の完
了は、直列接続された電池Ｃ１、Ｃ２の合計電圧で検出
する従来の方法でもよいし、各電池Ｃ１，Ｃ２からの各
満充電信号でもよい。
充電電流を未充電の電池へ振り向ける機能を持つ本発明
の他の実施応用例を示す図であり、Ｅ１，Ｅ２は各電池
Ｃ１、Ｃ２に許容される電池電圧を設定する基準電圧で
ある。誤差増幅器ＭＣ３、ＭＣ４は、抵抗Ｒ１〜Ｒ４で
検出される各電池Ｃ１、Ｃ２の端子電圧と基準電圧Ｅ
１，Ｅ２とを比較し、その誤差をパルス幅変調（ＰＷ
Ｍ）した出力によりスイッチ装置ＳＷ１、ＳＷ２を制御
するものである。したがって、充電電流Ｉ〔Ａ〕で充電
され、電池Ｃ１の端子電圧が設定された電圧値である基
準電圧Ｅ１を越えると、誤差増幅器ＭＣ３は、パルス幅
変調出力によりスイッチ装置ＳＷ１をスイッチング制御
して電池Ｃ１に充電される電流を整流素子ＣＲ１を通し
て電池Ｃ２へ移送する。そのため、電池Ｃ２は、図示し
ない充電電源からの電流と電池Ｃ１からの電流の和であ
る、ほぼ２Ｉ〔Ａ〕の電流で充電され、急速に電池Ｃ２
の充電を完了させることが可能になる。なお、充電の完
了は、直列接続された電池Ｃ１、Ｃ２の合計電圧で検出
する従来の方法でもよいし、各電池Ｃ１，Ｃ２からの各
満充電信号でもよい。
【００２０】図５及び図６は４個の同一容量の電池Ｃ
１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を直列接続した場合の本発明の他
の実施例を示す図である。４個の電池Ｃ１、Ｃ２、Ｃ
３、Ｃ４の直列回路に対して、順次２個ずつ電池Ｃ１と
Ｃ２、Ｃ２とＣ３、Ｃ３とＣ４により構成される直列回
路に着目し、それららに図１の構成を適用する例を示し
たのが図５である。また、電池Ｃ１、Ｃ２のブロックと
電池Ｃ３、Ｃ４のブロックとするブロックによる直列回
路、さらにその中の直列回路の構成に着目し、それらの
直列回路に対して図１の構成を適用する例を示したのが
図６である。すなわち、複数の電池（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ
３、Ｃ４）の直列回路に対して並列に接続する２つのス
イッチ手段の直列回路として、電池Ｃ１とＣ２との直列
回路に対応するスイッチ手段ＳＷ１１とＳＷ１２との直
列回路や、電池Ｃ３とＣ４との直列回路に対応するスイ
ッチ手段ＳＷ２１とＳＷ２２との直列回路、さらに、複
数個の電池を組み合わせた電池Ｃ１とＣ２による組電池
と電池Ｃ３とＣ４による組電池との直列回路に対応する
スイッチ手段ＳＷ１とＳＷ２との直列回路があり、各々
の直列接続中点間にインダクティブ素子Ｌ１、Ｌ１１、
Ｌ２１を接続している。このようにすることにより本発
明は、２個以上の電池の直列回路に対して、その中から
任意の単位で直列回路を抽出してスイッチ手段の直列回
路とインダクティブ素子により、昇圧、昇降圧コンバー
タを構成せしめ、各電池の電圧が均等になり、また、設
定電圧値以下で急速充電できるように制御することがで
きる。
１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を直列接続した場合の本発明の他
の実施例を示す図である。４個の電池Ｃ１、Ｃ２、Ｃ
３、Ｃ４の直列回路に対して、順次２個ずつ電池Ｃ１と
Ｃ２、Ｃ２とＣ３、Ｃ３とＣ４により構成される直列回
路に着目し、それららに図１の構成を適用する例を示し
たのが図５である。また、電池Ｃ１、Ｃ２のブロックと
電池Ｃ３、Ｃ４のブロックとするブロックによる直列回
路、さらにその中の直列回路の構成に着目し、それらの
直列回路に対して図１の構成を適用する例を示したのが
図６である。すなわち、複数の電池（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ
３、Ｃ４）の直列回路に対して並列に接続する２つのス
イッチ手段の直列回路として、電池Ｃ１とＣ２との直列
回路に対応するスイッチ手段ＳＷ１１とＳＷ１２との直
列回路や、電池Ｃ３とＣ４との直列回路に対応するスイ
ッチ手段ＳＷ２１とＳＷ２２との直列回路、さらに、複
数個の電池を組み合わせた電池Ｃ１とＣ２による組電池
と電池Ｃ３とＣ４による組電池との直列回路に対応する
スイッチ手段ＳＷ１とＳＷ２との直列回路があり、各々
の直列接続中点間にインダクティブ素子Ｌ１、Ｌ１１、
Ｌ２１を接続している。このようにすることにより本発
明は、２個以上の電池の直列回路に対して、その中から
任意の単位で直列回路を抽出してスイッチ手段の直列回
路とインダクティブ素子により、昇圧、昇降圧コンバー
タを構成せしめ、各電池の電圧が均等になり、また、設
定電圧値以下で急速充電できるように制御することがで
きる。
【００２１】なお、本発明は、上記の実施例に限定され
るものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記
の実施例では、複数の電池を直列に接続した構成で説明
したが、直並列に接続した複数の電池に対しても同様に
適用してもよい。また、電池Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４
は、単位電池として説明したが、それらを組み合わせた
組電池でもよく、また複数個の電池の組み合わせについ
ても、直並列に組み合わせた種々の構成を含むものであ
ってもよいことはいうまでもない。
るものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記
の実施例では、複数の電池を直列に接続した構成で説明
したが、直並列に接続した複数の電池に対しても同様に
適用してもよい。また、電池Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４
は、単位電池として説明したが、それらを組み合わせた
組電池でもよく、また複数個の電池の組み合わせについ
ても、直並列に組み合わせた種々の構成を含むものであ
ってもよいことはいうまでもない。
【００２２】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、２つのスイッチ手段の直列回路を複数の電池
の直列回路に並列に接続すると共に、スイッチ手段の直
列接続中点と電池の直列接続中点との間にインダクティ
ブ素子を接続するので、直列接続された各電池の端子電
圧を高い効率で、しかも僅かな損失で均等にすることが
でき、大電流の急速充電の充電効率を上げることが可能
になる。さらに、通常の充電時には、満充電になった電
池への充電電流を他の未充電電池へスイッチング制御に
よって低損失で移送することができるので、発熱の少な
い効率の良い充電が可能になる。特に、電気二重層コン
デンサによる二次電池は、単位セルを直列に接続した組
セルから構成されるが、充電する際に、ある単位セルは
すでに満充電状態にもかかわらず、他の単位セルはまだ
十分に充電されていないなど、不均等な充電現象が発生
する。本発明は、このような電気二重層コンデンサによ
る電池の充電時における各々の単位セル電池の充電状態
に差異の発生がなく、部分的な過充電現象のない制御装
置及び方法を提供することができる。
によれば、２つのスイッチ手段の直列回路を複数の電池
の直列回路に並列に接続すると共に、スイッチ手段の直
列接続中点と電池の直列接続中点との間にインダクティ
ブ素子を接続するので、直列接続された各電池の端子電
圧を高い効率で、しかも僅かな損失で均等にすることが
でき、大電流の急速充電の充電効率を上げることが可能
になる。さらに、通常の充電時には、満充電になった電
池への充電電流を他の未充電電池へスイッチング制御に
よって低損失で移送することができるので、発熱の少な
い効率の良い充電が可能になる。特に、電気二重層コン
デンサによる二次電池は、単位セルを直列に接続した組
セルから構成されるが、充電する際に、ある単位セルは
すでに満充電状態にもかかわらず、他の単位セルはまだ
十分に充電されていないなど、不均等な充電現象が発生
する。本発明は、このような電気二重層コンデンサによ
る電池の充電時における各々の単位セル電池の充電状態
に差異の発生がなく、部分的な過充電現象のない制御装
置及び方法を提供することができる。
【図１】 本発明に係る電池の充電制御装置及び方法の
１実施例を説明するための図である。
１実施例を説明するための図である。
【図２】 本発明に係る電池の充電制御装置及び方法の
他の実施例を説明するための図である。
他の実施例を説明するための図である。
【図３】 各電池にアンバランスに蓄積された電荷を均
等にする場合のＰＷＭスイッチング制御方法の１実施例
を説明するための図である。
等にする場合のＰＷＭスイッチング制御方法の１実施例
を説明するための図である。
【図４】 各電池への過充電を防止して余剰の充電電流
を未充電の電池へ振り向ける機能を持つ本発明の他の実
施応用例を示す図である。
を未充電の電池へ振り向ける機能を持つ本発明の他の実
施応用例を示す図である。
【図５】 ４個の同一容量の電池Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ
４を直列接続した場合の本発明の他の実施例を示す図で
ある。
４を直列接続した場合の本発明の他の実施例を示す図で
ある。
【図６】 ４個の同一容量の電池Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ
４を直列接続した場合の本発明の他の実施例を示す図で
ある。
４を直列接続した場合の本発明の他の実施例を示す図で
ある。
【図７】 直列接続されたコンデンサの端子電圧のバラ
ツキをなくす回路の従来例を示す図である。
ツキをなくす回路の従来例を示す図である。
Ｃ１、Ｃ２…電池、Ｌ１…インダクティブ素子、ＳＷ
１、ＳＷ２…スイッチ装置、ＣＲ１、ＣＲ２…整流素
子、Ｔ１、Ｔ２…充電用電源端子
１、ＳＷ２…スイッチ装置、ＣＲ１、ＣＲ２…整流素
子、Ｔ１、Ｔ２…充電用電源端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山岸 政章 神奈川県横浜市神奈川区台町２−５株式会 社パワーシステム内 (72)発明者 清水 雅彦 神奈川県横浜市神奈川区台町２−５株式会 社パワーシステム内 (72)発明者 岡村 廸夫 神奈川県横浜市南区南太田町３丁目303番 の24
Claims (6)
- 【請求項１】 直列に接続した複数の電池を充電用電源
に接続して各電池に均等に充電を行うための電池の充電
制御装置であって、複数の電池の直列回路に並列に接続
される２つのスイッチ手段の直列回路と、スイッチ手段
の直列接続中点と電池の直列接続中点との間に接続され
るインダクティブ素子とを備えたことを特徴とする電池
の充電制御装置。 - 【請求項２】 上記電池は、電気二重層コンデンサであ
ることを特徴とする請求項１記載の電池の充電制御装
置。 - 【請求項３】 上記２つのスイッチ手段にそれぞれ整流
手段を並列に接続したことを特徴とする請求項１記載の
電池の充電制御装置。 - 【請求項４】 特性を異なる複数の電池を用い、直列接
続の順序に一定の規則性を持たせたことを特徴とする請
求項１記載の電池の充電制御装置。 - 【請求項５】 直列に接続した複数の電池を充電用電源
に接続して各電池に均等に充電を行うための電池の充電
制御方法であって、２つのスイッチ手段の直列回路を複
数の電池の直列回路に並列に接続すると共に、スイッチ
手段の直列接続中点と電池の直列接続中点との間にイン
ダクティブ素子を接続し、各電池の端子電圧と前記直列
回路の全電圧の分電圧とを比較して各電池の端子電圧が
均等になるように各スイッチ手段をスイッチング制御す
ることを特徴とする電池の充電制御方法。 - 【請求項６】 直列に接続した複数の電池を充電用電源
に接続して各電池に均等に充電を行うための電池の充電
制御方法であって、２つのスイッチ手段の直列回路を複
数の電池の直列回路に並列に接続すると共に、スイッチ
手段の直列接続中点と電池の直列接続中点との間にイン
ダクティブ素子を接続し、各電池の端子電圧を設定電圧
と比較して各電池の端子電圧を設定電圧以下になるよう
に各スイッチ手段をスイッチング制御することを特徴と
する電池の充電制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11070894A JP3328656B2 (ja) | 1994-05-25 | 1994-05-25 | 電池の充電制御装置及び方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11070894A JP3328656B2 (ja) | 1994-05-25 | 1994-05-25 | 電池の充電制御装置及び方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07322516A true JPH07322516A (ja) | 1995-12-08 |
| JP3328656B2 JP3328656B2 (ja) | 2002-09-30 |
Family
ID=14542454
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11070894A Expired - Fee Related JP3328656B2 (ja) | 1994-05-25 | 1994-05-25 | 電池の充電制御装置及び方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3328656B2 (ja) |
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-
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- 1994-05-25 JP JP11070894A patent/JP3328656B2/ja not_active Expired - Fee Related
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