JPH1050352A - セルバランス回路 - Google Patents
セルバランス回路Info
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- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
- H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
- H02J7/0016—Circuits for equalisation of charge between batteries using shunting, discharge or bypass circuits
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Abstract
する場合に、各電池の電圧差が大きくならないようにバ
ランスさせるセルバランス回路を提供すること。 【解決手段】 充電可能な複数の電池の電圧をそれぞ
れ、GND基準に変換する電圧変換回路と、変換された
複数の変換電圧のうちの最低の電圧値を出力する出力回
路とを備え、各電池には、対応する電池の放電ループを
構成する回路と、前記最低の電圧値と対応する電池の前
記変換電圧とを比較して前記変換電圧が前記最低の電圧
値に対して設定値以上になると前記放電ループをオンと
する回路とを設けた。
Description
ル)を複数個直列に接続して使用する場合に、各電池の
電圧差が大きくならないようにバランスさせるセルバラ
ンス回路に関し、特にリチウムイオン電池に適したセル
バランス回路に関する。
く、このような電池を複数個直列接続した場合には電池
間に電圧差が発生する可能性がある。通常、リチウムイ
オン電池は、複数個直列接続して電池パックとして使用
するようにされている。この場合、電池パック内には保
護回路が内蔵されるのが普通であり、充電時には個々の
電池電圧が規定電圧(過充電保護電圧)以上では充電で
きないようにしている。この保護回路はまた、放電に関
しても規定電圧(過放電保護電圧)以下では放電出来な
いようにしている。
差があった場合には充電は電池電圧の一番高い方で制限
され、電池電圧の低い方の電池に対しては十分な充電が
行えない。これは、規定の充電量が充電出来ないことを
意味する。一方、放電時には電池電圧の一番低い電池で
放電量が制限されるので、電池電圧の高い方の電池は十
分放電しないことになる。従って、充電量、放電量共
に、電池間の電圧差がないものに比べ大きく減少してし
まう。この対策として、電池パックを組む場合には電池
電圧差が小さいもの同士を組み合わせ、電圧差が無いよ
うにしている。しかし、充放電を繰り返し行っていると
電池の劣化の状態は個々に違うため、繰り返し使用して
いる間に電池間に電圧差が生じてしまう場合がある。
さくする(電池間の電圧差のバランスを取る)回路を考
えた場合には、電圧差を測定しその差の分だけ充電もし
くは放電量を調整すれば良い。しかしながら、電圧差を
測定する回路の測定精度は非常に高くなければならず、
実現するためには、非常にコストが高くなってしまい、
実際に電圧差が生じる可能性と比較すると現実的ではな
い。
トや充電回路ヘの影響もあり、放電量を調整する回路よ
りも複雑になる。
を補正する回路(セルバランス回路)は使用されていな
いが、一部に過充電保護機能を利用した保護回路が使用
されている。この保護回路は図3に示すように、直列接
続された複数の電池31〜33毎に設けられた電圧監視
回路41〜43を含み、この電圧監視回路内の過充電検
出回路の出力を利用し、過充電を検出した電池のみ放電
ルートを形成し、強制的に放電させることにより電池電
圧を下げ、他の電池との電圧差を小さくしようとするも
のである。
護回路は、他の電池電圧とは無関係に動作するため各電
池の電圧差のバランスを取るとは言い難い。これは、電
池間の電圧差が大きい場合にはバランスがとれるのであ
るが、電圧差が小さい場合にも動作し有効な回路ではな
い。また、過充電検出回路は動作を安定させるためにヒ
ステリシスをもっており、電池間の電圧差が小さい場合
にはすべての電池の放電ルートが形成されることにな
る。
電を検出すると出力制御回路50に信号をおくり、出力
制御回路50からすべての電圧監視回路41〜43に対
してヒステリシスを持たせる信号が入力される。つま
り、過充電を検出しなかった電圧監視回路の検出値は過
充電解除電圧に変更される。この過充電解除電圧値は過
充電検出電圧からヒステリシス電圧を引いた値であり、
ヒステリシス電圧が大きく、電池電圧差が小さいとすべ
ての電圧監視回路41〜43は電池電圧が過充電解除電
圧以上となり放電ルートが形成されることになる。
1、R62による分圧回路とオペアンプ63との組合わ
せ回路を用いて、電池61、62間の電圧差により充放
電の電流量を調整すればよいが、抵抗比の相対精度とオ
ペアンプ63のオフセットが電圧差の測定誤差となる。
この精度を高くするにはコストが高くなり、回路規模も
大きい。
充電可能な電池を複数個直列に接続して使用する場合
に、各電池の電圧差が大きくならないようにバランスさ
せるセルバランス回路を提供することにある。
ス回路は、充電可能な電池を複数個直列に接続して使用
する電池回路において、各電池の電圧をそれぞれGND
基準に変換する電圧変換回路と、変換された複数の変換
電圧のうちの最低の電圧値を出力する出力回路とを備
え、各電池には更に、対応する電池の放電ループを構成
する回路と、前記最低の電圧値と対応する電池の前記変
換電圧とを比較して前記変換電圧が前記最低の電圧値に
対して設定値以上になると前記放電ループをオンとする
回路とを設けたことを特徴とする。
ランス動作の動作ポイントを電池電圧差が設定値以上の
場合とすることにより、回路構成を簡単にしたものであ
る。特に、回路のオフセット電圧等の電圧差測定の誤差
要因は回路の動作点を電圧差が大きくなった点にするこ
とで無視できるようにし、これにより回路規模を小さく
する事ができる。
好ましい実施の形態について説明する。図1を参照し
て、電圧変換回路20は、直列に接続されたリチウムイ
オン電池(以下、電池と略称する)11、12、13の
電圧VH 、VM 、VL をGND(グランド)基準に変換
してそれぞれ変換電圧VH ´、VM ´、VL を出力す
る。MIN出力回路30は、それらの出力のうち一番低
い電圧値を出力する。電圧変換回路20はバッファアン
プと減算アンプとにより構成することで実現でき、この
出力である変換電圧VH ´、VM ´、VL を出力電圧V
MIN と比較することにより過充電の保護動作を行ってい
る。
ソコン等に出力させる等の目的で使用されるものであ
り、パソコン本体では出力電圧VMIN により、電池の容
量を推定し電池の容量表示等に利用する。また、過放電
の保護動作が行われる電圧程度まで電池電圧が低下した
場合に放電が停止される前にメモリー保護を行う等のバ
ックアップモード動作への移行判断に使用される。
回路と以下に説明する図2の回路との組合わせにより、
出力電圧VMIN とGND基準に変換された各電池の変換
電圧VH ´、VM ´、VL との差(VH ´−VMIN )、
(VM ´−VMIN )、(VL−VMIN )が設定値以上の
場合にその電池の放電ループを形成する回路である。
れ、トランジスタQ9と抵抗R1とによる放電回路に接
続されるが、ここでは図1の電池12に接続される場合
について説明する。本回路は、トランジスタQ1、Q2
と、それらのエミッタに接続された2つの抵抗Rとを含
む比較回路と、トランジスタQ3、Q4によるカレント
ミラー回路とこれに接続されたトランジスタQ7、Q8
とを含んで、上記比較回路の比較結果に応じて上記放電
回路を形成する回路とを有する。
N出力回路30の出力電圧VMIN が供給され、トランジ
スタQ2のベースには該当する電池12の変換電圧VM
´が供給される。そして、出力電圧VMIN とGND基準
に変換された変換電圧VM ´との差(VM ´−VMIN )
が設定値以上の場合にトランジスタQ7、Q8がオンと
なり、電池12の放電回路が形成される。その結果、上
記比較回路における差電圧が上記設定値よりも低くなる
まで電池12の電圧VM が低下し、電池間に生じていた
電圧差が解消される。なお、上記設定値は、抵抗Rの値
またはトランジスタQ1、Q2のエミッタ面積比を変え
ることで任意に設定できる。
の場合について説明したが、本発明はこれに限らず充電
可能な電池全般に適用できることは言うまでもない。
電可能な電池を複数個直列に接続して使用する場合に、
各電池の電圧差が大きくならないようにバランスさせる
ことができるので、各電池に規定されている充電量、放
電量の能力を十分に発揮することができる。
図である。
ルバランス回路を構成する回路を示した図である。
チウムイオン電池 20 電圧変換回路 30 MIN出力回路
Claims (2)
- 【請求項1】 充電可能な電池を複数個直列に接続して
使用する電池回路において、各電池の電圧をそれぞれG
ND基準に変換する電圧変換回路と、変換された複数の
変換電圧のうちの最低の電圧値を出力する出力回路とを
備え、各電池には更に、対応する電池の放電ループを構
成する回路と、前記最低の電圧値と対応する電池の前記
変換電圧とを比較して前記変換電圧が前記最低の電圧値
に対して設定値以上になると前記放電ループをオンとす
る回路とを設けたことを特徴とするセルバランス回路。 - 【請求項2】 前記電池はリチウムイオン電池であるこ
とを特徴とする請求項1記載のセルバランス回路。
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