JP5794982B2 - Power supply device and charging circuit - Google Patents
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Description
本発明は、充放電可能な二次電池を充電する充電回路を備える電源装置及び充電回路に関する。 The present invention relates to a power supply device and a charging circuit including a charging circuit that charges a chargeable / dischargeable secondary battery.
例えば、電動モータを用いて走行する電気自動車や、エンジンと電動モータとを併用して走行するハイブリッド電気自動車においては、ニッケル−水素電池やリチウムイオン電池、鉛蓄電池といった二次電池を単位セルとしてこれらを複数個直列接続した組電池が、電動モータの電源として用いられている。このような組電池では、充放電を繰り返すうちに、各単位セルの充電状態(State of Charge:SOC;残容量などとも呼ばれる。)に基づく端子電圧にばらつきが生じ、これを放置したまま充電を行うと、一部の単位セルが過充電状態となることがある。また単位セルの劣化は加速度的に進む上、劣化するとたとえ一部の単位セルのみであっても、組電池全体が使用不可能となってしまう。 For example, in an electric vehicle that runs using an electric motor or a hybrid electric vehicle that runs using an engine and an electric motor together, secondary batteries such as nickel-hydrogen batteries, lithium-ion batteries, and lead-acid batteries are used as unit cells. A battery pack in which a plurality of batteries are connected in series is used as a power source for the electric motor. In such an assembled battery, the terminal voltage based on the state of charge (SOC; also referred to as remaining capacity) of each unit cell varies as charging and discharging are repeated, and charging is performed with this being left as it is. If done, some unit cells may be overcharged. Further, the deterioration of the unit cell proceeds at an accelerated rate, and if it deteriorates, even if only a part of the unit cells is used, the entire assembled battery becomes unusable.
このような問題に対し、充電済みの組電池を構成する複数の単位セル間での充電状態のばらつきを調整する方法として、特許文献1に示すような組電池の充電状態調整装置が提案されている。この充電状態調整装置90は、図26に示すように、二次電池からなる単位セル91を複数個直列に接続して構成され、負荷や充電器が両端に接続された閉回路状態において充放電を行う組電池の充電状態を調整する。またこの充電状態調整装置90は、負荷や充電器とは絶縁して設けられた均等充電用コンデンサ92と、組電池の開回路状態において各単位セル91を均等充電用コンデンサ92にサイクリックに接続するサイクリック接続手段93とを備える。これにより、複数個直列に接続されて組電池を構成する単位セル91の相互間に充電状態のばらつきが生じても、セル電圧の高い単位セル91から均等充電用コンデンサ92を介してセル電圧の低い単位セル91に電荷を移動させることで、電圧差を低減することができる。
For such a problem, an assembled battery charge state adjusting device as shown in
しかしながら、図26の充電状態調整装置90は、あくまでも充電済みの単位セル91のばらつきを調整するのみであり、一旦単位セル91を充電した上で、充電状態調整装置90を用いてばらつきを抑制する構成であるため、充電の工程と調整の工程とが個別に必要となり、時間がかかる上、これら充電と調整とを行う回路も個別に必要となるため、回路構成が複雑化するという問題もある。
However, the charge
またこの充電状態調整装置90では、サイクリックに単位セル91を順次切り替えながら充電状態を調整することしかできないため、組電池の全体の充電を終えるまでに時間がかかり効率が悪くなるという欠点もある。特に近年の組電池は、大容量化の要求に伴い多数の単位セル91を使用することも多くなっており、このようなサイクリック式の切り替え充電では使用する二次電池数に比例して充電時間が長くなる上、単位セル91の切り替え動作も煩雑となり、実用的でない。さらに図26の回路例ではスイッチング素子にフォトMOSトランジスタを使用するため、駆動回路が複雑化して回路コストが高くなるという問題もあった。特に各単位セル91の均等充電制御を行うには、単位セル91を個別に充電できる充電経路を構成する必要があるところ、このような回路の構築にトランジスタを用いると、回路構成が複雑化するという問題が生じる。
In addition, since the charge state adjusting
加えて、この回路では均等充電用コンデンサ92を介して一旦電荷を蓄積した上で、端子電圧の低い単位セル91に蓄積電荷を移動させる方式であるため、大容量の均等充電用コンデンサ92が必須となる上、この均等充電用コンデンサ92が、充電開始前の時点で、各単位セル91の満充電状態における開回路端子電圧に極めて近く、かつこれを上回ることのない端子電圧となるように、予めオルタネータ等で充電されている必要があり、そのような充電の前準備が必須となり、構成が一層複雑化するという問題もある。
In addition, in this circuit, the charge is temporarily accumulated through the
本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものである。本発明の主な目的は、より安価に、二次電池の過充電を防止して最適な充電が可能な電源装置及び充電回路を提供することにある。 The present invention has been made in view of such conventional problems. A main object of the present invention is to provide a power supply device and a charging circuit capable of optimal charging by preventing overcharging of a secondary battery at a lower cost.
上記目的を達成するために、本発明の第1の側面に係る電源装置によれば、各々正極と負極を備え、相互に直列接続された複数の二次電池体10と、前記二次電池体10を充電するための電力を供給する供給出力端子OTと供給入力端子ITを備える定電流源発生回路20と、前記定電流源発生回路20で各二次電池体10に対して、個別に異なる充電電流を供給可能な選択スイッチ切替回路30と、を備える電源装置であって、前記選択スイッチ切替回路30が、各二次電池体10と各々に接続され、該二次電池体10を充電する充電経路を個別に構成可能な選択スイッチ31と、前記複数の選択スイッチ31のON/OFFを制御する制御回路40と、を有し、前記制御回路40が、前記選択スイッチ31のON/OFFを制御することにより、任意の二次電池体10に対する充電経路を構成すると共に、他の二次電池に対する充電経路を解除するものであり、前記定電流源発生回路20は、前記供給出力端子OT及び供給入力端子ITの間に接続されたリアクトルLと、前記リアクトルLと直列に接続され、前記制御回路40でON/OFFを制御される充電用スイッチ22と、で構成されたチョッパ回路を備えており、前記チョッパ回路を外部電源EPと接続して、前記二次電池体10を充電するよう構成しており、電源装置は前記リアクトルLの両端電圧を検出する電圧検出手段26を備えており、前記制御回路40が、任意の二次電池体10を、該二次電池体10と前記リアクトルLとを繋ぐ正極側充電経路PC及び負極側充電経路NCに配置された各選択スイッチ31をそれぞれONに切り替えると共に、他の選択スイッチ31をOFFに切り替えることで、該二次電池体10のみを前記リアクトルLと接続させ、これにより該二次電池体10の電池電圧を前記電圧検出手段26で検出可能に構成できる。これにより、一の電圧検出手段で任意の二次電池体の電池電圧を検出できる。すなわち、各二次電池体の電池電圧を、一の電圧検出手段のみで検出できるので、各二次電池体毎に電圧センサを個別に設ける必要性を無くし、回路を大幅に簡素化できる利点が得られる。
In order to achieve the above object , according to the power supply device of the first aspect of the present invention, a plurality of
また、第2の側面に係る電源装置によれば、前記制御回路40が、時分割で各二次電池体10の電池電圧を測定できる。これにより、一の電圧検出手段ですべての二次電池体の電池電圧を順次検出できる。
Also, according to the power supply device according to the second aspect, the
さらに、第3の側面に係る電源装置によれば、前記制御回路40が、任意の複数の二次電池体10を同時に充電するよう前記選択スイッチ31をON/OFF制御可能に構成できる。これにより二次電池体を複数同時に充電制御することができ、効率よく充電を進めることができる。
Furthermore , according to the power supply device which concerns on a 3rd side surface, the said
さらにまた、第4の側面に係る電源装置によれば、前記選択スイッチ31が、自己消弧能力のない素子とすることができる。これにより、チョッパ回路のOFF期間を利用して選択スイッチの消弧が可能となり、消弧のための特別な付加回路などを不要とできる。
Furthermore, according to the power supply device according to the fourth aspect, the
さらにまた、第5の側面に係る電源装置によれば、前記選択スイッチ31をサイリスタ32で構成できる。これにより、信頼性、特に逆耐圧特性にも優れたサイリスタを用いて、直列接続された二次電池体を、二次電池体毎に充電回路を設けることなく、個別に充電できる利点が得られる。
Furthermore, according to the power supply device according to the fifth aspect, the
さらにまた、第6の側面に係る電源装置によれば、前記二次電池体10を、複数の電池セルを直列又は並列に接続して構成できる。これにより、複数の電池セルで構成された二次電池体が直列接続された均等に充電することが可能となる。
Furthermore, according to the power supply device according to the sixth aspect, the
さらにまた、第7の側面に係る充電回路によれば、各々正極と負極を備え、相互に直列接続された複数の二次電池体10を充電可能な充電回路であって、二次電池体10を充電するための電力を供給する供給出力端子OTと供給入力端子ITを備える定電流源発生回路20と、前記定電流源発生回路20で各二次電池体10を充電するため、各二次電池体10の正極と前記供給出力端子OTとを各々接続可能な複数の正極側充電経路PCと、各二次電池体10の負極と前記供給入力端子ITとを各々接続可能な複数の負極側充電経路NCと、前記正極側充電経路PC及び負極側充電経路NCに各々設けられた複数のサイリスタ32と、前記複数のサイリスタ32のON制御を個別に制御可能な制御回路40と、を備えており、前記定電流源発生回路20は、前記供給出力端子OT及び供給入力端子ITの間に接続されたリアクトルLと、前記リアクトルLと直列に接続され、前記制御回路40でON/OFFを制御される充電用スイッチ22と、で構成されたチョッパ回路を備えており、前記チョッパ回路を外部電源EPと接続して、前記二次電池体10を充電するよう構成しており、充電回路はさらに、前記リアクトルLの両端電圧を検出する電圧検出手段26を備えており、前記制御回路40が、任意の二次電池体10を、該二次電池体10と前記リアクトルLとを繋ぐ正極側充電経路PC及び負極側充電経路NCに配置された各選択スイッチ31をそれぞれONに切り替えると共に、他の選択スイッチ31をOFFに切り替えることで、該二次電池体10のみを前記リアクトルLと接続させ、これにより該二次電池体10の電池電圧を前記電圧検出手段26で検出可能に構成できる。これにより、一の定電流源発生回路を利用して任意の二次電池体に対して充電が可能となり、二次電池体の残容量に応じて充電量を調整できるので、直列接続された二次電池体全体で充電する方式に比べ、二次電池体間の充電量のばらつきを低減し、過充電を回避して長期に渡って安全性高く二次電池体を利用できる利点が得られる。
Furthermore, according to the charging circuit according to the seventh aspect, the charging circuit is capable of charging a plurality of
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置及び充電回路を例示するものであって、本発明は電源装置及び充電回路を以下のものに特定しない。なお、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施の形態、実施例において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiment described below exemplifies a power supply device and a charging circuit for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not specify the power supply device and the charging circuit as follows. In addition, the member shown by the claim is not what specifies the member of embodiment. In particular, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the constituent members described in the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention only to the description unless otherwise specified. It is just an example. Note that the size, positional relationship, and the like of the members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation. Furthermore, in the following description, the same name and symbol indicate the same or the same members, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. Furthermore, each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are constituted by the same member and the plurality of elements are shared by one member, and conversely, the function of one member is constituted by a plurality of members. It can also be realized by sharing. In addition, the contents described in some embodiments and examples may be used in other examples and embodiments.
図1〜図10に、一実施の形態に係る電源装置100を示す。これらの図において、図1は電源装置100のブロック図、図2は図1の電源装置100の一例を示す回路図、図3は図2の電源装置100で二次電池体10Aを充電する様子を示す回路図、図4は二次電池体10Bを充電する様子を示す回路図、図5は二次電池体10Cを充電する様子を示す回路図、図6は二次電池体10Dを充電する様子を示す回路図、図7は二次電池体10A、10Bを充電する様子を示す回路図、図8は二次電池体10A、10Cを充電する様子を示す回路図、図9は二次電池体10A〜10Dを充電する様子を示す回路図、図10は実施例1に係る電源装置100を示す回路図、図11は図10の電源装置100の回路例を示す回路図を、それぞれ示している。電源装置100は、図1に示すように、10A〜10Nの複数個の二次電池体10と、外部電源EPと接続され二次電池体10を充電するための電力を供給する定電流源発生回路20と、定電流源発生回路20と二次電池体10との間に接続され、各二次電池体10に対して個別に異なる充電電流を供給可能な選択スイッチ切替回路30とを備える。この電源装置は、負荷LDに接続されてこれを駆動する。また外部電源EPは、電源装置に充電のための電力を供給する電力源であり、例えばハイブリッド車の急速充電ステーションに本発明を適用する場合は、急速充電ステーションに備えられるハイブリッド車駆動用電池を充電するための充電用バッテリが該当する。また、商用電源を整流したものや商用電源そのものを外部電源EPとして利用することもできる。以下の例では、外部電源EPとして直流電圧源を使用している。
(二次電池体10)1 to 10 show a
(Secondary battery body 10)
各二次電池体10は、正極と負極を備えており、複数の二次電池体10を直列接続している。各二次電池体10は、一個の電池セルで構成する他、複数の電池セルを直列又は並列に接続して構成することも可能である。電池セルには、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、鉛蓄電池などの充電可能な二次電池が利用できる。特にリチウムイオン二次電池は、ニッケル水素電池に比べ体積当たりの電気容量が大きく、小型化、高出力化に優れるため好ましい。なお図2〜図11の例では、説明を容易にするため二次電池体10を10A〜10Dの4個接続する構成を示しているが、二次電池体の接続数はこれに限定されるものでなく、5個以上あるいは3個以下などとできることはいうまでもない。
(定電流源発生回路20)Each
(Constant current source generation circuit 20)
図1の定電流源発生回路20は、供給出力端子OTと供給入力端子ITを備え、選択スイッチ切替回路30でもって各二次電池体10を充電する。このため定電流源発生回路20は、外部電源EPの電圧を、二次電池体10の充電に適した電流又は電圧に変換する変換回路を備える。ここでは定電流を発生させている。例えばリチウムイオン二次電池を充電する場合は、二次電池体10の電圧が第一電圧よりも低い状態では定電流充電を行い、第一電圧を超えると定電圧充電に切り替え、第一電圧よりも高い第二電圧に達するまで定電圧充電を行い、第二電圧に達すると満充電と判定して充電を終了する。なお充電制御方法は一例であって、使用する二次電池体の種類などに応じて、他の既知の充電方法が適宜利用できる。またこのような充電制御は、後述する充電用スイッチ22をON/OFF制御することで行われる。
(選択スイッチ切替回路30)The constant current
(Selection switch switching circuit 30)
選択スイッチ切替回路30は、各二次電池体10と各々に接続され、該二次電池体10を充電する充電経路を個別に構成可能な選択スイッチ31と、複数の選択スイッチ31のON/OFFを制御する制御回路40とを有する。具体的には、図2の回路例に示すように、定電流源発生回路20と各二次電池体10とを個別に接続する充電経路を、複数の選択スイッチ31のON/OFFによって構成する。より具体的には、選択スイッチ切替回路30は、各二次電池体10の正極と供給出力端子OTとを各々接続した複数の正極側充電経路PCと、各二次電池体10の負極と供給入力端子ITとを各々接続した複数の負極側充電経路NCと、正極側充電経路PC及び負極側充電経路NCに各々設けられた複数の選択スイッチ31と、複数の選択スイッチ31のON/OFFを制御する制御回路40とで構成される。このように、一の定電流源発生回路20を利用しつつ、選択スイッチ31によって複数の二次電池体10を個別に接続して、充電することができる。特に各二次電池を個別に定電流源発生回路20と接続することで、該二次電池体10の残容量に応じて充電量を調整できるので、直列接続された二次電池体全体で充電する方式に比べ、二次電池体間の充電量のばらつきを低減し、過充電を回避して長期に渡って安全性高く二次電池体を利用できる利点が得られる。なお、二次電池体を一個ずつ充電する構成に限られず、複数の二次電池を同時に充電することも可能であることはいうまでもない。
(選択スイッチ31)The selection
(Selection switch 31)
選択スイッチ31には、半導体スイッチング素子が利用でき、例えばサイリスタやGTOサイリスタ、IGBT、バイポーラトランジスタ、FETなどが挙げられる。好適にはサイリスタを利用する。ただ、自己消弧機能を持つ自己消弧素子、例えばGTOサイリスタやIGBTなども利用できる。自己消弧機能により選択スイッチ31のON/OFF制御を容易に行うことができるからである。なお図2〜図10の例においては、選択スイッチ31を模式的に示しており、例えば選択スイッチが双方向に通電可能な場合は、逆方向への通電を阻止するダイオード等の整流素子を充電経路中に適宜付加できることはいうまでもない。整流素子は充電経路に対して直列に挿入され、また充電経路中であれば任意の位置に設けることができる。また選択スイッチとして、サイリスタのような整流特性を有する半導体素子を利用する場合は、このような整流素子を不要とできる。
(サイリスタ32)As the
(Thyristor 32)
ここで図10の電源装置100において、選択スイッチ31にサイリスタ32を用いた回路例を、図11に示す。図11において、サイリスタ32A〜32Hはそれぞれ選択スイッチ31A〜31Hに対応している。各サイリスタ32をONさせるには制御回路40からON信号をサイリスタ32のゲート端子に入力する。一方、サイリスタ32をOFFさせるには、後述する充電用スイッチ22をOFFしてチョッパ回路の出力を停止し、サイリスタ32に通電する電流量をゼロにする。このような消弧動作によってサイリスタ32をOFFし、二次電池体10への充電を停止できる。またサイリスタ32は逆耐圧特性に優れており、ON駆動も容易で駆動回路を簡素化できる利点も得られる。
Here, FIG. 11 shows a circuit example in which the
また選択スイッチ31にIGBTを使用する場合は、自己消弧機能によりON/OFFの切り替え制御を制御回路40からの信号で容易に行える。すなわち上述したサイリスタのような、一旦電流を停止する消弧動作を不要にできる。反面、サイリスタなどに比べ逆耐圧特性で劣るため、保護用の逆阻止ダイオードを直列に接続することが好ましい。
(制御回路40)When an IGBT is used for the
(Control circuit 40)
制御回路40は、図2に示すように各選択スイッチ31のON/OFFを制御する。この制御回路は、ASICなどにより構成される。この例では、選択スイッチ31の切り替えによって任意の二次電池体10に対する充電経路を構成すると同時に、他の二次電池に対する充電経路を解除する。例えば図3の例では、選択スイッチ31A、31CのみをONとし、他の選択スイッチ31をOFFとすることで、二次電池体10Aのみを定電流源発生回路20に接続し、他の二次電池体10は定電流源発生回路20から切り離すことで、二次電池体10Aの特性に応じた充電が可能となる。そして二次電池体10Aの充電が終了すると、次に図4に示すように選択スイッチ31A、31CをOFFとし、選択スイッチ31B及び31EをONに切り替えることで、二次電池体10Bのみを定電流源発生回路20に接続し、他の二次電池体10は定電流源発生回路20から切り離すことで、二次電池体10Bの特性に応じた充電が可能となる。同様に、二次電池体10Bの充電が終了すると、図5に示すように選択スイッチ31B及び31EをOFFに切り替えると共に、選択スイッチ31D及び31GをONに切り替えて、二次電池体10Cの充電を開始する。さらに二次電池体10Cの充電が終了すると、図6に示すように選択スイッチ31D及び31GをOFFに切り替えると共に、選択スイッチ31F及び31HをONに切り替えて、二次電池体10Dの充電を開始する。このようにして、順次選択スイッチ31のON/OFFを切り替えることで、すべての二次電池体10を充電することができる。
The
このように、一の定電流源発生回路20を利用しつつ、選択スイッチ切替回路30によって任意の二次電池体に対して適切な充電が可能となる。しかもこの方法では、充電される二次電池体のみが定電流源発生装置と接続されるので、充電対象の二次電池体を並列接続する場合と比較して、充電対象の各二次電池体の電気特性等に応じた適切な充電を個別に行える利点が得られる。特に各二次電池の残容量が異なる場合は、同時に同じ電流で充電すると、残容量の多い特定の二次電池体が速く充電される結果、すべての二次電池体の充電が終了するまで充電を継続すると、先に満充電となった二次電池体が過充電され、劣化が進むおそれがある。逆に、残容量の少ない二次電池体に合わせて充電を終了すると、今度は満充電されない二次電池体が発生することとなって、利用可能な電気容量が少なくなるという問題も生じる。かといって、各二次電池体毎に専用の充電回路を個別に設けることとなれば、回路構成が複雑となる上コストも嵩む。そこで本発明では、一の定電流源発生回路を使用しつつ、選択スイッチ切替回路によって各二次電池体との個別接続を可能とすることで、個別の充電回路を設けることなく、共通の定電流源発生回路でもって個別充電を可能としている。
As described above, an appropriate secondary battery body can be appropriately charged by the selection
またこの方法であれば、特に負性特性を有するニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池の充電に好適となる。すなわち、ニッケル水素電池等は満充電になると電圧が低下する特性を有することから、ニッケル水素電池等を並列接続した状態で充電しようとすると、徐々に各ニッケル水素電池等の電圧が上昇すると共に、先に満充電に達したニッケル水素電池等の電圧が一旦低下することから、この電池に電流が多く供給されることとなって、却って電圧の低下を招き、適切な充電電力の供給が困難になるという問題があった。これに対して上述の本実施の形態に係る方法によれば、二次電池体毎の個別の充電が可能となることから、このような一律充電による問題を解消できるという優れた利点が得られる。 This method is particularly suitable for charging a nickel-metal hydride battery or a nickel cadmium battery having negative characteristics. That is, since the nickel hydride battery has a characteristic that the voltage decreases when it is fully charged, when trying to charge the nickel hydride battery in a state of being connected in parallel, the voltage of each nickel hydride battery gradually increases, Since the voltage of a nickel metal hydride battery or the like that has reached full charge first decreases, a large amount of current is supplied to the battery, which causes a decrease in voltage and makes it difficult to supply appropriate charging power. There was a problem of becoming. On the other hand, according to the method according to the above-described embodiment, since individual charging for each secondary battery body is possible, an excellent advantage that such a problem due to uniform charging can be solved is obtained. .
またこの充電装置は、二次電池体を個別に外部電源と接続して充電する他、複数の二次電池体を同時に外部電源と接続して充電することもできる。例えば図7に示す例では、二次電池体10A、10Bを同時に充電するため、選択スイッチ31A、EをONし、他の選択スイッチ31をOFFしている。これによって、隣接する二次電池体10を同時に充電できる。
In addition to charging the secondary battery bodies individually connected to the external power source, the charging device can also connect a plurality of secondary battery bodies to the external power source and charge them simultaneously. For example, in the example shown in FIG. 7, in order to charge the
また、隣接する二次電池体同士に限られず、離れた二次電池体を同時に充電することもできる。例えば図8に示す例では、選択スイッチ31A、31C、31D、31GをONして、他の選択スイッチ31をOFFにすることで、二次電池体10A、10Cを同時に充電することができる。さらに図9に示すように、選択スイッチ31A、31HをONして、他の選択スイッチ31をOFFにすることで、二次電池体10A、10B、10C、10Dをすべて同時に充電することもできる。このように複数の二次電池体を同時に充電することで、効率よく二次電池体の充電を進めることができる。なおこの回路例では、外部電源側から供給される電力は一定であるため、充電に要する時間の短縮化には理論上繋がらない。
(均等化回生動作)Moreover, it is not restricted to adjacent secondary battery bodies, The secondary battery body which was distant can also be charged simultaneously. For example, in the example shown in FIG. 8, the
(Equalization regeneration operation)
以上の充電動作では、個別の二次電池体をそれぞれ適切な条件で充電することによって、結果的に得られる二次電池体間の電気容量のばらつきを低減させる均等化充電が実現できる。一方で、複数の二次電池体を同時に充電する際に、二次電池体間の電気容量のばらつきをより直接的に抑制することもできる。すなわち、電気容量の異なる複数の二次電池体を定電流源発生回路に接続した状態では、電池電圧の高い二次電池体に流れ込む電流量が低減し、電池電圧の低い二次電池体に流れ込む電流量がその分増えるため、結果的に電池電圧の低い二次電池体に多く充電されることとなって、電気容量の差が小さくなる方向に左右する。 In the charging operation described above, equalizing charging that reduces variation in electric capacity between the secondary battery bodies obtained as a result can be realized by charging individual secondary battery bodies under appropriate conditions. On the other hand, when charging a plurality of secondary battery bodies at the same time, it is possible to more directly suppress variation in electric capacity between the secondary battery bodies. That is, in a state where a plurality of secondary battery bodies having different electric capacities are connected to the constant current source generating circuit, the amount of current flowing into the secondary battery body having a high battery voltage is reduced and flows into the secondary battery body having a low battery voltage. Since the amount of current increases by that amount, as a result, the secondary battery body having a low battery voltage is charged a lot, which affects the direction in which the difference in electric capacity is reduced.
また、充電用の電力を供給する電源側が回生動作可能な場合は、電気容量の大きい二次電池体を放電して、定電流源発生回路側に回生し、結果的にこの放電エネルギーを他の二次電池体の充電に振り向けることもでき、これによってさらに電気容量の差を低減できる。このような回生動作を、本明細書では均等化回生とも呼ぶ。例えば、ハイブリッド車やプラグインハイブリッド車のような回生動作を行う電源を用いる場合には、このような回生動作によって二次電池体間の均等化を図ることができるため、特に有利となる。なお回生動作は、二次電池体を単独で定電流源発生回路に接続している場合、及び複数の二次電池体を定電流源発生回路に接続している場合のいずれでも実現できることはいうまでもない。 In addition, when the power supply side that supplies the charging power is capable of regenerative operation, the secondary battery body having a large electric capacity is discharged and regenerated to the constant current source generation circuit side. It can also be directed to charge the secondary battery body, which can further reduce the difference in electric capacity. Such regeneration operation is also referred to as equalization regeneration in this specification. For example, when a power source that performs a regenerative operation such as a hybrid vehicle or a plug-in hybrid vehicle is used, it is particularly advantageous because the regenerative operation can equalize the secondary battery bodies. The regenerative operation can be realized both when the secondary battery body is connected to the constant current source generating circuit alone and when the plurality of secondary battery bodies are connected to the constant current source generating circuit. Not too long.
このようにして、二次電池体間の電気容量のばらつきを充電の段階で抑制することで、すべての二次電池体を可能な限りの電気容量まで適切に充電でき、さらに一部の二次電池体が過充電される事態を回避し、二次電池体を保護して安定的に長期にわたって高い信頼性で利用できる。またこの構成によれば、充電と容量ばらつき調整とを同じ回路で実現できるので、回路構成の簡素化と共に処理の簡素化を図ることができる。
(チョッパ回路)In this way, by suppressing the variation in the electric capacity between the secondary battery bodies at the charging stage, all the secondary battery bodies can be appropriately charged up to the electric capacity as much as possible, and some secondary batteries are further charged. A situation where the battery body is overcharged can be avoided, and the secondary battery body can be protected and stably used over a long period of time with high reliability. Further, according to this configuration, since charging and capacity variation adjustment can be realized by the same circuit, it is possible to simplify the circuit configuration and the processing.
(Chopper circuit)
さらに充電回路の詳細な回路例を、実施例1として図10に示す。この図に示す定電流源発生回路20は、リアクトルLと、このリアクトルLと直列に接続された充電用スイッチ22とで構成されたチョッパ回路を備えている。充電用スイッチ22は、外部電源EPとリアクトルLに対して直列に接続されており、充電用スイッチ22のONによって、外部電源EP、リアクトルL、充電用スイッチ22を接続した閉回路を構成する。また充電用スイッチ22には半導体スイッチング素子が使用される。後述する図11に示す具体例では、半導体スイッチング素子としてIGBTを使用している。IGBTはリアクトルLが二次電池体10に対して電力を供給できる向きに(図10において右向き)電力エネルギーを蓄積できるよう、リアクトルLの電流を制御することができる。
Further, a detailed circuit example of the charging circuit is shown in FIG. The constant current
またリアクトルLは、供給出力端子OT及び供給入力端子ITの間に接続されており、直列接続された充電用スイッチ22のON/OFFによって、外部電源EPから供給される電力のチョッピング動作を実現する。すなわち、充電用スイッチ22をONさせると、外部電源EPからの電力がリアクトルLにのみ供給され、この状態で充電用スイッチ22をONからOFFに切り替えると、リアクトルLに蓄えられた電力エネルギーが放出され、充電経路を介して二次電池体10側に流れ込み、充電が行われる。このような充電用スイッチ22のON/OFF動作を繰り返すことで、断続的な充電電流が二次電池体10に供給され、パルス充電が実現される。充電用スイッチ22のON/OFFは、制御回路40によって行われる。
The reactor L is connected between the supply output terminal OT and the supply input terminal IT, and realizes a chopping operation of power supplied from the external power supply EP by turning on / off the charging
この例では定電流源発生回路20は、昇圧チョッパ回路で構成されている。昇圧チョッパ回路は、昇圧チョッピング動作により低い電圧の外部電源EPを用いて二次電池体10を高い電圧に充電できる。ただ、この構成に限られず、例えば昇降圧チョッパ回路を利用することもできる。定電流源発生回路20を昇圧チョッパとして機能させる場合は、外部電源EP(例えば20V)よりも負荷、すなわち充電対象として選択された二次電池体10の電池電圧(例えば24V)が高いことが条件となる。図10の例では、定電流源発生回路20は昇降圧チョッパとして機能するため、このような電圧値の制限が無く、より柔軟に利用できる。また図10の回路例において、選択スイッチ31にサイリスタ32を使用した回路例を、図11に示す。この構成によれば、定電流源発生回路20として利用する昇圧チョッパのOFF期間を利用して、選択スイッチ31として利用するサイリスタをOFFできるので、自己消弧能力のないサイリスタの消弧を、特別な転流回路無しで実現することができ、極めて好適にサイリスタを利用した充電制御が実現できる。
In this example, the constant current
なお図2、図10等の例では、一の制御回路40で、定電流源発生回路20の制御と、選択スイッチ切替回路30の制御を行っている。ただ、この構成に限られるものでなく、例えば定電流源発生回路20の制御を行う定電流源発生回路用制御回路と、選択スイッチ切替回路30の制御を行う選択スイッチ回路用制御回路を、個別に設けることも可能であることはいうまでもない。
(実施例2 均等化充電及び均等化回生)In the examples of FIGS. 2 and 10, the
(Example 2 equalization charge and equalization regeneration)
また、図10などでは主に均等化充電を行う回路例を示したが、上述の通り回生動作によって均等化をより進めた均等化回生も実現できる。このような均等化充電及び均等化回生を実現可能な電源装置の回路例を、実施例2として図12の回路図に示す。なお以下の例でも、説明を簡素化するため二次電池体10を3つ(10A〜10C)のみ図示して、他の二次電池体の図示を省略しているが、二次電池体の接続数が任意に設定できることは上述の通りである。またこの図に示す電源装置200は、外部電源EPとして、回生動作可能な電源(例えば急速充電ステーションに設置されたリチウムイオン電池)を接続している。
(回生用スイッチ24)Moreover, although the circuit example which mainly performs equalization charge was shown in FIG. 10 etc., equalization regeneration which advanced equalization more by regenerative operation as mentioned above is also realizable. A circuit example of a power supply device capable of realizing such equalization charging and equalization regeneration is shown in the circuit diagram of FIG. In the following example, only three secondary battery bodies 10 (10A to 10C) are shown for simplicity of explanation, and the other secondary battery bodies are not shown. As described above, the number of connections can be arbitrarily set. Moreover, the
(Regeneration switch 24)
図12の定電流源発生回路20は、図10の充電用スイッチ22に加え、回生用スイッチ24をリアクトルLに接続している。回生用スイッチ24も充電用スイッチ22と同様、IGBTなどの半導体スイッチング素子が利用できる。回生用スイッチ24は充電用スイッチ22と逆向きに、二次電池体10側から放電される方向に(図12において左向き)電流がリアクトルLを流れるよう、回生用スイッチ24の通電方向を規定する。このため、回生用スイッチ24に整流機能を持たせるか、あるいは回生用スイッチ24と直列に、ダイオードなどの整流素子を回生用の放電経路に接続する。図12の回路例において、選択スイッチ31としてサイリスタ32を、充電用スイッチ22及び回生用スイッチ24としてIGBTを使用した回路例を、図13に示す。このように充電用スイッチ22及び回生用スイッチ24に整流素子を用いる場合、整流素子は不要とできる。また、各IGBTのエミッタ−コレクタ間に、それぞれ逆並列にダイオードを接続する。これらのダイオードは、リアクトルLに蓄積したエネルギーを二次電池体10へ充電、あるいは外部電源EPへ回生するための経路として、逆耐圧特性に劣るIGBTを保護する働きがある。この図に示す電源装置200の充電動作において、外部電源EPの外部電源電圧EEPと二次電池体10の電池電圧E10との関係は、二次電池体10と定電流源発生回路20とが個別接続される場合、EEP<E10となる。一方、回生動作においては、二次電池体10の直列接続数をn個とし、各二次電池体の電圧ばらつきを無視すると、EEP>E10*nとなる。このように、充電動作時は、各電池電圧より低い外部電源電圧で充電可能であり、さらに回生動作により外部に電力を取り出す際においても、外部電源電圧は直列接続された電池電圧体の総電圧以上に高いことが必要となるため、逆にいえば低い電池電圧でも回生動作を行うことが可能となり、二次電池体を用いた効果的な充放電が実現される。
(実施例3)The constant current
(Example 3)
また回生用スイッチ24は、図12の接続例に示すように、リアクトルLの両端にそれぞれ接続する構成に限られず、例えば実施例3に係る図14に示すように、リアクトルLの一端で分岐させるように接続することも可能であることはいうまでもない。また図14の電源装置300の回路例において、選択スイッチ31にサイリスタ32を、充電用スイッチ22及び回生用スイッチ24にIGBTを使用した回路例を、図15に示す。
Further, the
また図示しないが、これらの図に示す回生用スイッチ24も制御回路40に接続されており、制御回路40によってON/OFFを制御される。図12や図14に示す電源装置200、300では、二次電池体10に対して充電用スイッチ22を介して充電を行う際は、回生用スイッチ24はOFFとなるよう制御回路40によって設定される。一方、二次電池体10の余剰電力を外部電源EP側に放電する回生動作時には、逆に放電用スイッチがOFFに切り替えられ、回生用スイッチ24がONとなるように、制御回路40によって切り替えられる。これにより、二次電池体を放電させて電気容量を低減できると共に、放電エネルギーを外部電源に供給して再利用することができ、効率よくエネルギーを利用できる利点が得られる。特に電気自動車やハイブリッド自動車のような、高いエネルギー効率が求められる用途には、極めて有効となる。
(実施例4)Although not shown, the
Example 4
逆に回生動作を行わない場合は、実施例4として図16に示すような回路構成を採用できる。この例に示す電源装置400は、図10の充電用スイッチ22に加え、リアクトルLの一端(図において右側)と供給出力端子OTとの間に、充電用ダイオード23を設けている。充電用ダイオード23は二次電池体10側から外部電源EP側に電流が流れ込むことを阻止するため、この回路では回生動作は禁止され、均等化充電のみが行われることとなる。図16の回路例において、選択スイッチ31にサイリスタ32を、充電用スイッチ22にIGBTを使用した例を、図17に示す。
(実施例5)Conversely, when the regenerative operation is not performed, a circuit configuration as shown in FIG. The
(Example 5)
また図16の回路例に限られず、実施例5として、例えば図18のような構成を採用することもできる。図18に示す電源装置500の例では、リアクトルLの端部に接続する充電用ダイオード23を、充電用スイッチ22と同じ側でなく、別の端部に接続している。この構成でも、同様に充電用ダイオード23が二次電池体10側から外部電源EP側への電流の流入を禁止できる。図18の回路例において、選択スイッチ31にサイリスタ32を、充電用スイッチ22にIGBTを使用した例を図19に示す。
(実施例6)Further, the configuration is not limited to the circuit example of FIG. 16 and, for example, a configuration as shown in FIG. In the example of the
(Example 6)
さらに一方で、均等化回生動作のみを行うための回路例を、実施例6として図20に示す。この回路例に示す電源装置600では、充電用スイッチを設けず、代わりに回生用スイッチ24と、回生用ダイオード25をリアクトルLの一端に接続している。図20の回路例において、選択スイッチ31にサイリスタ32を、回生用スイッチ24にIGBTを使用した回路例を、図21に示す。
(実施例7)On the other hand, FIG. 20 shows a circuit example for performing only the equalizing regenerative operation as a sixth embodiment. In the
(Example 7)
また実施例7として、図22に他の電源装置700の回路例を示す。実施例7では、この図22に示すように回生用スイッチ24の接続位置を、リアクトルLの端部に対して回生用ダイオード25と同じ側でなく、別の端部側に接続している。この構成でも、回生用スイッチ24が二次電池体10側から外部電源EP側への回生動作を許容しつつ、回生用ダイオード25が充電動作を禁止する。また図22の回路例において、選択スイッチ31にサイリスタ32を、回生用スイッチ24にIGBTを使用した回路例を、図23に示す。
(電圧検出手段26)As Example 7, FIG. 22 shows a circuit example of another
(Voltage detection means 26)
さらにリアクトルLの両端には、リアクトル両端電圧を検出するための電圧検出手段26を備えている。この電圧検出手段26は、例えば差動アンプや抵抗器などにより構成できる。電圧検出手段26は、定電流源発生回路20を選択スイッチ切替回路30によって任意の二次電池体10と接続した状態で、リアクトル両端電圧を検出することで、二次電池体10の電圧を検出することができる。例えば、図10の回路例においては、制御回路40の制御により選択スイッチ31A及び選択スイッチ31CのみをONとし、他の選択スイッチ31をOFFとしている。この状態で二次電池体10Aを充電すると、リアクトル両端電圧に現れる電圧が二次電池体10の電池電圧と等しくなるため、電圧検出手段26によって二次電池体10の電池電圧を検出できる。また、制御回路40によって充電経路を切り替えれば、各二次電池体10の電池電圧を順次検出できる。このようにして、電圧検出手段26は制御回路40によって各二次電池体10をスキャンして、すなわち時分割で、すべての二次電池体10の電池電圧を測定できる。すなわち、一の電圧検出手段26でもって、複数の二次電池体10の電池電圧を検出でき、しかも二次電池体10の切り替えは、上述した充電用の選択スイッチ31を利用できるため、追加の部品点数が殆ど不要となり、すべての二次電池体10の電池電圧を検出するための回路構成を極めて簡素化できる利点が得られる。
Furthermore,
なお、各二次電池体10の電池電圧の検出は、好ましくは充電の開始前に行う。特に二次電池体10の電池電圧に基づいてSOCを演算することができるので、予め各二次電池体10の残容量を把握した上で、適切な充電電流に調整できる。また、充電中に、適切なタイミング、例えば一定周期で二次電池体10の電池電圧を電圧検出手段26で検出しながら、充電の様子をモニタすることもできる。
The detection of the battery voltage of each
以上のようにして二次電池体10の電池電圧は、充電開始前や、充電中の一定周期など、所定のタイミングで電池電圧が検出される。そして二次電池体10の電池電圧が一定電圧に達したとき、制御回路40は選択スイッチ31をOFFとし、この二次電池に対する充電を終了する。
(タイミングチャート)As described above, the battery voltage of the
(Timing chart)
次に、実施例1に係る電源装置の動作を示すタイミングチャートを図24〜図25に示す。ここでは、充電用スイッチ22がONのときとOFFのときのサイリスタ32A〜32Nの各選択回路と電流経路を示している。また電源装置は、一例として電圧検出手段26にサンプルホールド回路SHを接続している。これらの図において、図24(a)〜図24(c)は二次電池体10Aに充電を行う様子を示しており、図24(a)は各部の波形を示すタイミングチャートを、図24(b)は充電用スイッチ22がONのときの電流経路を、図24(c)は充電用スイッチ22がOFFのときの電流経路を、それぞれ示している。図24(a)において、インダクタンスLの電圧波形exの矩形波の欄にて(b)で示すように、充電用スイッチ22がONのとき、インダクタンスLへの電流ILが増加し、サイリスタ32Aには電流I32Aが流れなくなりOFFとなる。一方、図24(a)のexの欄にて(c)で示すように充電用スイッチ22がOFFのとき、サイリスタ32Aはゲート信号によりONされて電流I32Aが流れ、インダクタンスLへの電流ILが減少する。なお図24(b)〜図24(c)において、サイリスタ32のON状態を黒塗りで、OFF状態を白抜きで、それぞれ示している。充電用スイッチ22がONする度にサイリスタ32AはOFFできる。サイリスタ32Aの電流I32Aは図24(a)に示すようなパルス波形となる。またインダクタンスLの両端の電圧exは、図24(a)に示すように外部電源EPの電圧EPと二次電池体10Aの電圧E10Aが交互に印加される矩形波状となる。さらに電圧検出手段26に対するサンプルホールド動作により、二次電池体10Aの電圧E10Aを検出することができる。Next, timing charts showing the operation of the power supply device according to the first embodiment are shown in FIGS. Here, the selection circuits and current paths of the
また図25(a)〜図25(e)は二次電池体10A〜10Nに充電を行う様子を示している。この図において図25(a)は各部の波形を示すタイミングチャートを、図25(b)は充電用スイッチ22がONのとき、図25(c)は充電用スイッチ22がOFFで二次電池体10Aが選択されているとき、図25(d)は充電用スイッチ22がOFFで二次電池体10Bが選択されているとき、図25(e)は充電用スイッチ22がOFFで二次電池体10Nが選択されているときの電流経路を、それぞれ示している。
Moreover, Fig.25 (a)-FIG.25 (e) have shown a mode that the
図25(a)においては、二次電池体10Aに対する充電を行う期間を(b)/(c)で示しており、上述した図24の動作が行われる。この期間では、まず図25(b)に示すように充電用スイッチ22がONのとき、インダクタンスLへの電流ILが増加し、サイリスタ32A〜32Nには電流は流れなくなりOFFとなる。また図25(c)に示すように充電用スイッチ22がOFFであって二次電池体10Aが選択されているとき、サイリスタ32Aはゲート信号によりONされて電流I32Aが流れ、インダクタンスLへの電流ILが減少する。この間においては、これら図25(b)と図25(c)の動作が繰り返されるため、インダクタンスLの両端の電圧exは、外部電源EPの電圧EPと二次電池体10Aの電圧E10Aが交互に印加される矩形波となる。In FIG. 25A, the period for charging the
さらに二次電池体10Bに対する充電を行う期間を、図25(a)において(b)/(d)で示す。この(b)/(d)期間においては、上述した(b)/(c)期間と同様、図25(b)に示すように充電用スイッチ22がONのときは、インダクタンスLへの電流ILが増加して、サイリスタ32A〜32Nには電流は流れなくなりOFFとなる。そして図25(d)において、充電用スイッチ22がOFFであって、二次電池体10Bが選択されているとき、サイリスタ32Bはゲート信号によりONされて電流I32Bが流れ、インダクタンスLへの電流ILが減少する。この(b)/(d)期間においてインダクタンスLの両端の電圧exは、外部電源EPの電圧EPと二次電池体10Bの電圧E10Bが交互に印加される矩形波となる。Furthermore, the period during which the
さらにまた二次電池体10Nに対する充電を行う期間を、図25(a)において(b)/(e)で示す。この(b)/(e)期間においても、上述した(b)/(c)期間や(b)/(d)期間と同様、図25(b)に示すように充電用スイッチ22がONのときは、インダクタンスLへの電流ILが増加して、サイリスタ32A〜32Nには電流は流れなくなりOFFとなる。そして図25(e)において、充電用スイッチ22がOFFであって、二次電池体10Nが選択されているとき、サイリスタ32Nはゲート信号によりONされて電流I32Nが流れ、インダクタンスLへの電流ILは減少する。この(b)/(e)期間におけるインダクタンスLの両端の電圧exは、外部電源EPの電圧EPと電圧E10Nが交互に印加される。Furthermore, the period during which the
また、図25の例においてもサンプルホールド回路SHのサンプルホールド動作により、サンプルホールド回路SHの出力eBには、選択された各二次電池体の電圧E10A〜E10Nが検出できる。なお、電圧検出手段はサンプルホールド回路に限定されず、他の構成も適宜利用できる。Also in the example of FIG. 25, the voltage E 10A to E 10N of each selected secondary battery body can be detected from the output e B of the sample and hold circuit SH by the sample and hold operation of the sample and hold circuit SH. The voltage detection means is not limited to the sample and hold circuit, and other configurations can be used as appropriate.
以上説明したように、本発明によれば、極めて簡単な回路構成で、各二次電池体の均等化充電制御ができるため、高い電圧を必要とする電気自動車や、無停電電源などの直流電圧源を構成する上で、システム構成が極めて簡単化できるとともに、過充放電を起こさないため二次電池体の長寿命化や安全性を高めることができるとともに低コスト化を達成することができる。 As described above, according to the present invention, since it is possible to perform equalization charging control of each secondary battery body with a very simple circuit configuration, a DC voltage such as an electric vehicle that requires a high voltage or an uninterruptible power supply is used. In configuring the power source, the system configuration can be greatly simplified, and since overcharge / discharge does not occur, the life and safety of the secondary battery body can be increased, and the cost can be reduced.
本発明に係る電源装置及び充電回路は、ハイブリッド車やプラグインハイブリッド車、電気自動車などの駆動用電源に好適に利用できる。また車両用電源に限らず、アシスト自転車や電動工具、無停電電源(UPS)、工場の駆動用電源などに利用される大容量の蓄電池バンク等、その他の電源装置にも利用できる。 The power supply device and the charging circuit according to the present invention can be suitably used for a power source for driving a hybrid vehicle, a plug-in hybrid vehicle, an electric vehicle, or the like. Further, the power supply is not limited to a vehicle power supply, and can be used for other power supply devices such as an assist bicycle, a power tool, an uninterruptible power supply (UPS), and a large-capacity storage battery bank used for a power supply for driving a factory.
100、200、300、400、500、600、700…電源装置
10、10A、10B、10C、10D、10N…二次電池体
20…定電流源発生回路
22…充電用スイッチ
23…充電用ダイオード
24…回生用スイッチ
25…回生用ダイオード
26…電圧検出手段
30…選択スイッチ切替回路
31、31A〜31H…選択スイッチ
32、32A〜32H…サイリスタ
40…制御回路
90…充電状態調整装置
91…単位セル
92…均等充電用コンデンサ
93…サイクリック接続手段
EP…外部電源
OT…供給出力端子
IT…供給入力端子
LD…負荷
PC…正極側充電経路
NC…負極側充電経路
L…リアクトル100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 ...
Claims (7)
前記二次電池体(10)を充電するための電力を供給する供給出力端子(OT)と供給入力端子(IT)を備える定電流源発生回路(20)と、
前記定電流源発生回路(20)で各二次電池体(10)に対して、個別に異なる充電電流を供給可能な選択スイッチ切替回路(30)と、
を備える電源装置であって、
前記選択スイッチ切替回路(30)が、各二次電池体(10)と各々に接続され、該二次電池体(10)を充電する充電経路を個別に構成可能な選択スイッチ(31)と、
前記複数の選択スイッチ(31)のON/OFFを制御する制御回路(40)と、
を有し、
前記制御回路(40)が、前記選択スイッチ(31)のON/OFFを制御することにより、任意の二次電池体(10)に対する充電経路を構成すると共に、他の二次電池に対する充電経路を解除するものであり、
前記定電流源発生回路(20)は、
前記供給出力端子(OT)及び供給入力端子(IT)の間に接続されたリアクトル(L)と、
前記リアクトル(L)と直列に接続され、前記制御回路(40)でON/OFFを制御される充電用スイッチ(22)と、
で構成されたチョッパ回路を備えており、
前記チョッパ回路を外部電源(EP)と接続して、前記二次電池体(10)を充電するよう構成しており、
電源装置はさらに、前記リアクトル(L)の両端電圧を検出する電圧検出手段(26)を備えており、
前記制御回路(40)が、任意の二次電池体(10)を、該二次電池体(10)と前記リアクトル(L)とを繋ぐ正極側充電経路(PC)及び負極側充電経路(NC)に配置された各選択スイッチ(31)をそれぞれONに切り替えると共に、他の選択スイッチ(31)をOFFに切り替えることで、該二次電池体(10)のみを前記リアクトル(L)と接続させ、これにより該二次電池体(10)の電池電圧を前記電圧検出手段(26)で検出可能に構成してなることを特徴とする電源装置。 A plurality of secondary battery bodies (10) each provided with a positive electrode and a negative electrode and connected in series with each other;
A constant current source generating circuit (20) comprising a supply output terminal (OT) and a supply input terminal (IT) for supplying power for charging the secondary battery body (10);
A selection switch switching circuit (30) capable of supplying different charging currents individually to each secondary battery body (10) in the constant current source generation circuit (20),
A power supply device comprising:
The selection switch switching circuit (30) is connected to each secondary battery body (10), and a selection switch (31) capable of individually configuring a charging path for charging the secondary battery body (10),
A control circuit (40) for controlling ON / OFF of the plurality of selection switches (31);
Have
The control circuit (40) controls the ON / OFF of the selection switch (31), thereby forming a charging path for an arbitrary secondary battery body (10) and a charging path for other secondary batteries. Is to cancel,
The constant current source generation circuit (20)
A reactor (L) connected between the supply output terminal (OT) and the supply input terminal (IT);
A charging switch (22) connected in series with the reactor (L) and controlled ON / OFF by the control circuit (40);
It has a chopper circuit composed of
The chopper circuit is connected to an external power source (EP) and is configured to charge the secondary battery body (10),
The power supply device further includes voltage detection means (26) for detecting a voltage across the reactor (L),
The control circuit (40) includes an arbitrary secondary battery body (10), a positive side charging path (PC) and a negative side charging path (NC) connecting the secondary battery body (10) and the reactor (L). ) And the other selection switch (31) are turned OFF, so that only the secondary battery body (10) is connected to the reactor (L). Thus, the power supply apparatus is configured so that the battery voltage of the secondary battery body (10) can be detected by the voltage detection means (26).
前記制御回路(40)が、時分割で各二次電池体(10)の電池電圧を測定してなることを特徴とする電源装置。 The power supply device according to claim 1,
The power supply device, wherein the control circuit (40) measures the battery voltage of each secondary battery body (10) in a time division manner.
前記制御回路(40)が、任意の複数の二次電池体(10)を同時に充電するよう前記選択スイッチ(31)をON/OFF制御可能に構成してなることを特徴とする電源装置。 The power supply device according to claim 1 or 2 ,
The power supply apparatus, wherein the control circuit (40) is configured to be capable of ON / OFF control of the selection switch (31) so as to charge any plurality of secondary battery bodies (10) simultaneously.
前記選択スイッチ(31)が、自己消弧能力のない素子であることを特徴とする電源装置。 The power supply device according to any one of claims 1 to 3 ,
The power supply apparatus, wherein the selection switch (31) is an element having no self-extinguishing capability.
前記選択スイッチ(31)がサイリスタ(32)であることを特徴とする電源装置。 The power supply device according to any one of claims 1 to 4 ,
The power supply apparatus, wherein the selection switch (31) is a thyristor (32).
前記二次電池体(10)が、複数の電池セルを直列又は並列に接続して構成されてなることを特徴とする電源装置。 The power supply device according to any one of claims 1 to 5 ,
The power supply device, wherein the secondary battery body (10) is configured by connecting a plurality of battery cells in series or in parallel.
二次電池体(10)を充電するための電力を供給する供給出力端子(OT)と供給入力端子(IT)を備える定電流源発生回路(20)と、
前記定電流源発生回路(20)で各二次電池体(10)を充電するため、
各二次電池体(10)の正極と前記供給出力端子(OT)とを各々接続可能な複数の正極側充電経路(PC)と、
各二次電池体(10)の負極と前記供給入力端子(IT)とを各々接続可能な複数の負極側充電経路(NC)と、
前記正極側充電経路(PC)及び負極側充電経路(NC)に各々設けられた複数のサイリスタ(32)と、
前記複数のサイリスタ(32)のON制御を個別に制御可能な制御回路(40)と、
を備えており、
前記定電流源発生回路(20)は、
前記供給出力端子(OT)及び供給入力端子(IT)の間に接続されたリアクトル(L)と、
前記リアクトル(L)と直列に接続され、前記制御回路(40)でON/OFFを制御される充電用スイッチ(22)と、
で構成されたチョッパ回路を備えており、
前記チョッパ回路を外部電源(EP)と接続して、前記二次電池体(10)を充電するよう構成しており、
充電回路はさらに、前記リアクトル(L)の両端電圧を検出する電圧検出手段(26)を備えており、
前記制御回路(40)が、任意の二次電池体(10)を、該二次電池体(10)と前記リアクトル(L)とを繋ぐ正極側充電経路(PC)及び負極側充電経路(NC)に配置された各選択スイッチ(31)をそれぞれONに切り替えると共に、他の選択スイッチ(31)をOFFに切り替えることで、該二次電池体(10)のみを前記リアクトル(L)と接続させ、これにより該二次電池体(10)の電池電圧を前記電圧検出手段(26)で検出可能に構成してなることを特徴とする充電回路。 A charging circuit comprising a plurality of secondary battery bodies (10) each provided with a positive electrode and a negative electrode and connected in series with each other,
A constant current source generating circuit (20) having a supply output terminal (OT) and a supply input terminal (IT) for supplying power for charging the secondary battery body (10);
In order to charge each secondary battery body (10) in the constant current source generation circuit (20),
A plurality of positive-side charging paths (PC) each capable of connecting the positive electrode of each secondary battery body (10) and the supply output terminal (OT), and
A plurality of negative-side charging paths (NC) each capable of connecting the negative electrode of each secondary battery body (10) and the supply input terminal (IT);
A plurality of thyristors (32) provided respectively in the positive electrode side charging path (PC) and the negative electrode side charging path (NC);
A control circuit (40) capable of individually controlling the ON control of the plurality of thyristors (32);
With
The constant current source generation circuit (20)
A reactor (L) connected between the supply output terminal (OT) and the supply input terminal (IT);
A charging switch (22) connected in series with the reactor (L) and controlled ON / OFF by the control circuit (40);
It has a chopper circuit composed of
The chopper circuit is connected to an external power source (EP) and is configured to charge the secondary battery body (10),
The charging circuit further comprises voltage detection means (26) for detecting the voltage across the reactor (L),
The control circuit (40) includes an arbitrary secondary battery body (10), a positive side charging path (PC) and a negative side charging path (NC) connecting the secondary battery body (10) and the reactor (L). ) And the other selection switch (31) are turned OFF, so that only the secondary battery body (10) is connected to the reactor (L). Thus , the charging circuit is configured so that the battery voltage of the secondary battery body (10) can be detected by the voltage detecting means (26) .
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07147734A (en) * | 1993-11-25 | 1995-06-06 | Fuji Elelctrochem Co Ltd | Series battery charger |
| JP2000324710A (en) * | 1999-05-17 | 2000-11-24 | Okamura Kenkyusho:Kk | Series / parallel switching type capacitor power storage device |
| JP2009148149A (en) * | 2007-11-20 | 2009-07-02 | Nissin Electric Co Ltd | Method of controlling step-up/down chopper circuit |
| JP2009296820A (en) * | 2008-06-06 | 2009-12-17 | Toyota Motor Corp | Charge controller and charge controlling method for secondary battery, and electric vehicle |
Family Cites Families (3)
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| JP2005160251A (en) * | 2003-11-27 | 2005-06-16 | Ntt Power & Building Facilities Inc | Power supply system |
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Patent Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| JPH07147734A (en) * | 1993-11-25 | 1995-06-06 | Fuji Elelctrochem Co Ltd | Series battery charger |
| JP2000324710A (en) * | 1999-05-17 | 2000-11-24 | Okamura Kenkyusho:Kk | Series / parallel switching type capacitor power storage device |
| JP2009148149A (en) * | 2007-11-20 | 2009-07-02 | Nissin Electric Co Ltd | Method of controlling step-up/down chopper circuit |
| JP2009296820A (en) * | 2008-06-06 | 2009-12-17 | Toyota Motor Corp | Charge controller and charge controlling method for secondary battery, and electric vehicle |
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