(57)【要約】 【課題】  低損失で、比較回路やマイコン、ＩＣ等の高価な部品を必要とせず、安価でかつ少ない部品により実現可能な逆流防止回路を備えた二次電池電源装置を提供すること。【解決手段】  ２つの二次電池１ａ、１ｂが並列に接続されて構成された二次電池群１と逆流防止回路４とを備え、逆流防止回路４は充電器２と二次電池群１との間に挿入され、二次電池１ａ、１ｂのそれぞれの充電用の正極端子６ａ、６ｂと充電器２の正極端子への接続端子８ａとの間に挿入されたＰＮＰトランジスタ４１ａ、４１ｂを有している。充電電流が定格電流値を越えないように、ＰＮＰトランジスタ４１ａ、４１ｂのベースと二次電池群１の負極端子７ａ、７ｂとの間に挿入されたベース電流制限抵抗４３の抵抗値によりＰＮＰトランジスタ４１ａ、４１ｂのベース電流を制限している。【選択図】  図１
2010200580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの二次電池からなる二次電池構成体が複数個並列に接続されて構成された二次電池群と逆流防止回路とを備える二次電池電源装置であって、
前記逆流防止回路は前記二次電池群を充電するための充電器と前記二次電池群との間に挿入され、前記二次電池構成体の正極端子と前記充電器の正極端子との間に挿入されたＰＮＰトランジスタを有することを特徴とする二次電池電源装置。
【請求項２】
前記逆流防止回路は前記ＰＮＰトランジスタのベース電流を制限することにより、前記二次電池構成体に供給される充電電流が前記二次電池および前記二次電池構成体の定格電流値を越えないように制御することを特徴とする請求項１に記載の二次電池電源装置。
【請求項３】
前記逆流防止回路は前記ＰＮＰトランジスタのベースと前記二次電池群の負極端子との間に挿入された抵抗の抵抗値により前記ＰＮＰトランジスタのベース電流を制限することを特徴とする請求項２に記載の二次電池電源装置。
【請求項４】
前記逆流防止回路は、前記ＰＮＰトランジスタ以外には能動回路部品を有さないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の二次電池電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数個の二次電池、もしくは二次電池ブロック、もしくは二次電池パックを並列に接続して構成される二次電池電源装置に関し、とくに充電時に逆流により充電電流が定格電流値を超えないように制御する機能を有する二次電池電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の二次電池や二次電池パックを直列に接続して１つの充電器で同時に充電する場合、充電器に接続した際に二次電池や二次電池パック間で充電率に差があると、最も充電率が高かった二次電池や二次電池パックが最初に満充電となり、さらに充電が進むと、最初に満充電となった二次電池や二次電池パックは過充電に陥る恐れがある。そのため、直列充電が可能であるのは、二次電池や二次電池パックの定格容量が等しく、かつ充電開始時の残量がそろっている場合である。また過充電を防止するためには、各二次電池や二次電池パックの電圧を監視し制御する高度な保護回路を設ける必要がある。
【０００３】
また、複数の二次電池パックを直列充電する場合、一つの二次電池パックを外すと、電流経路が遮断されるため、残りの二次電池パックへの充電電流も遮断されてしまう。それを防ぐためには、二次電池パックの有無を検出する検出回路と、二次電池パックが挿入されていない端子間を接続する高度なスイッチング回路が必要となる。
【０００４】
一方、複数の二次電池パックを並列に接続して充電する場合、充電器に接続した際に二次電池パック間で充電率や定格容量が異なっていたとしても、充電器の設定電圧、すなわち二次電池パックの定格充電電圧以上にまで充電されることはなくなる上、充電途中で二次電池パックの一つを取り外したとしても、他の二次電池パックへの充電が停止することは無いため、充電回路の構成を単純化することが可能である。
【０００５】
しかしながら、充電率が異なる二次電池は電圧が異なるので、それらの電圧が異なる二次電池を並列接続すると、電圧が均等になろうとするため、電圧が高い二次電池から低い二次電池へと充電電流が流れることになる。例えば、リチウムイオン二次電池の電圧は一般的に、１セル当りおよそ３．０Ｖ〜４．２Ｖの範囲で使用されるので、満充電状態にある電圧４．２Ｖの二次電池と、放電状態にある電圧３．０Ｖの電池を並列に接続した場合、各々の内部抵抗が５０ｍΩであった場合、（４．２Ｖ−３．０Ｖ）／（０．０５Ω×２個）＝１２Ａもの電流が、電圧の高い二次電池から低い二次電池へと流れることになる。その値が、二次電池の定格を超えている場合、双方の二次電池に悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００６】
そのため、複数の二次電池を並列接続し充電する際には、逆流保護素子としてダイオードを用いた逆流防止回路を充電器と二次電池の間に挿入する手段が一般的に知られている。図３は従来の逆流防止回路を用いた二次電池電源装置の一例を示す回路図であり、並列に接続された二次電池１ａ, １ｂのそれぞれの充電用の正極端子６ａ, ６ｂと充電器２への接続端子８ａとの間にダイオード３１ａ, ３１ｂが接続され、逆流を防止している。なお、二次電池１ａ, １ｂの放電用の正極端子は図示されていないが別に設けられている。
【０００７】
しかしながら、ダイオードに順方向の電流を流すには、Ｖｆ＝０．６Ｖの順方向電圧が必要となり、ダイオードでの電力損失が発生する。そのため、大きな電流を流すと、それに応じた熱が発生し、二次電池を劣化させることも懸念される。
【０００８】
それを防止するため、特許文献１では二次電池を並列接続して使用する装置において、逆流防止用のダイオードと並列に電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）によるスイッチ素子を設置し、逆バイアス電圧を検出する比較回路を使って逆流を検知し、逆流が無い場合に、前記スイッチ素子をＯＮさせることでダイオードに発生する損失を低減する手段が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−１４００６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載された手段では逆流保護素子であるダイオードの他に、逆バイアス検出回路という高価な部品が使用されており、また実装部品も大幅に増えるため、回路基板が大型化してしまうと言う課題がある。また、ダイオードやＦＥＴは電流を直接的に制限することができないため、複数の二次電池を並列に同時に充電している途中で、二次電池をいくつか外した場合、残された二次電池に電流が集中し、充電器の出力電流の設定によっては、二次電池の定格を超える電流値で二次電池が充電されてしまう可能性があった。
【００１１】
そこで本発明の課題は、従来のダイオードを用いた逆流防止回路より低損失で、比較回路やマイコン、ＩＣ等の高価な部品を必要とせず、安価でかつ少ない部品により実現可能な逆流防止回路を備えた二次電池電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明の二次電池電源装置は、少なくとも１つの二次電池からなる二次電池構成体が複数個並列に接続されて構成された二次電池群と逆流防止回路とを備える二次電池電源装置であって、前記逆流防止回路は前記二次電池群を充電するための充電器と前記二次電池群との間に挿入され、前記二次電池構成体の正極端子と前記充電器の正極端子との間に挿入されたＰＮＰトランジスタを有することを特徴とする。
【００１３】
ここで、前記逆流防止回路は前記ＰＮＰトランジスタのベース電流を制限することにより、前記二次電池構成体に供給される充電電流が前記二次電池および前記二次電池構成体の定格電流値を越えないように制御してもよく、例えば、前記ＰＮＰトランジスタのベースと前記二次電池群の負極端子との間に挿入された抵抗の抵抗値により前記ＰＮＰトランジスタのベース電流を制限してもよい。
【００１４】
また、前記逆流防止回路は、前記ＰＮＰトランジスタ以外には比較回路やマイコン、ＩＣ等の能動回路部品を有さないことが望ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の二次電池電源装置において、逆流防止回路は、二次電池の電圧が充電器の電圧より低い場合に充電器側への逆流電流が流れることを防止するとともに、二次電池間で電圧差があった場合、電圧が高い二次電池から低い二次電池へ充電電流が流れる逆流を防止することができる。なお、充電する際に、本発明で用いるトランジスタによる電圧降下は、従来の逆流防止回路で用いられているダイオードの順方向電圧より低いため、逆流防止回路で発生する損失及び発熱を低減することができる。
【００１６】
また、本発明に用いる逆流防止回路においては、トランジスタの電流増幅作用により、二次電池へ供給される充電電流を制御する事ができるため、充電の途中でいくつかの電池が取り外されてしまったとしても、充電器に接続された残りの二次電池に定格値以上の大電流で充電されることを防止することができる。
【００１７】
また、本発明に用いる逆流防止回路は、特許文献１の逆流防止回路のように比較回路が不要となるため、逆流防止回路の小型化やコストダウンを容易に行うことができる。
【００１８】
以上のように、本発明により、従来のダイオードを用いた逆流防止回路より低損失で、比較回路やマイコン、ＩＣ等の高価な部品を必要とせず、安価でかつ少ない部品により実現可能な逆流防止回路を備えた二次電池電源装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による二次電池電源装置の第一の実施の形態を示す回路図。
【図２】本発明による二次電池電源装置の第二の実施の形態を示す回路図。
【図３】従来の逆流防止回路を用いた二次電池電源装置の一例を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は、本発明による二次電池電源装置の第一の実施の形態を示す回路図である。図１において、２つの二次電池１ａ、１ｂが並列に接続されて構成された二次電池群１と逆流防止回路４とを備え、逆流防止回路４は二次電池群１を充電するための充電器２と二次電池群１との間に挿入され、二次電池１ａ、１ｂのそれぞれの充電用の正極端子６ａ、６ｂと充電器２の正極端子に接続される端子である接続端子８ａとの間に挿入されたＰＮＰトランジスタ４１ａ、４１ｂをそれぞれ有している。なお、二次電池１ａ, １ｂの放電用の正極端子は図示されていないが別に設けられている。
【００２２】
また、本実施の形態の二次電池電源装置においては、逆流防止回路４はＰＮＰトランジスタ４１ａ、４１ｂのそれぞれのベース電流を制限することにより、二次電池１ａ、１ｂに供給される充電電流がそれらの定格電流値を越えないように制御しており、具体的には、ＰＮＰトランジスタ４１ａ、４１ｂのベースと二次電池群１の負極端子７ａ、７ｂとの間に挿入されたベース電流制限抵抗４３の抵抗値によりＰＮＰトランジスタ４１ａ、４１ｂのベース電流を制限している。
【００２３】
次に、本実施の形態の詳細な動作を説明する。図１において、逆流防止回路４は、逆流防止用素子としてＰＮＰトランジスタ４１ａ, ４１ｂを充電経路に接続している。二次電池１ａ, １ｂのそれぞれ正極端子６ａ，６ｂ と負極端子7ａ, ７ｂが逆流防止回路４に接続されていても、充電器２が接続されていなければ、ＰＮＰトランジスタ４１ａ, ４１ｂのエミッタ−ベース間に電流は供給されないため、逆流防止回路４のＰＮＰトランジスタ４１ａ, ４１ｂはＯＦＦ状態であり、もし二次電池１ａ，１ｂ間で電圧差があったとしても、二次電池１ａ，１ｂ間で充放電が行われることは防止できる。
【００２４】
二次電池１ａ，１ｂを接続した状態で、充電器２を逆流防止回路４に接続すると、分圧抵抗４２により、ＰＮＰトランジスタのエミッタとベース間に電位差が発生し、エミッタからベースに電流が供給されるため、ＰＮＰトランジスタ４１ａ, ４１ｂのエミッタ−コレクタ間で接続端子８ａからそれぞれ正極端子６ａ，６ｂの方向へ電流が流せるようになる。ただし、ＰＮＰトランジスタの特性により、コレクタからエミッタ、すなわち二次電池の正極端子６ａ，６ｂから充電器の正極端子の方向へは電流が流せない。そのため、ふたつの二次電池１ａ，１ｂ間に電圧差があったとしても、電圧が高い二次電池から低い二次電池へ充電電流が流れる逆流や二次電池から充電器へ流れる逆流を防止できる。
【００２５】
二次電池１ａの電圧をＥ１ａ、二次電池１ｂの電圧をＥ１ｂとする。２個の二次電池を逆流防止回路４に接続し、充電器２を接続すると、Ｅ１ａ＞Ｅ１ｂの時、充電は電圧の低い方の二次電池１ｂのみに行われる。その後、充電が進むにつれて二次電池１ｂの電圧が上昇しＥ１ａ＝Ｅ１ｂとなったとき、両方の二次電池に充電されることになる。すなわち、この回路を使って充電することで、複数の電池パックの電圧がそろえられるという特性がある。
【００２６】
二次電池に供給される電流値は、ベース電流制限抵抗４３で制限することができる。ベース電流制限抵抗４３の値により、ＰＮＰトランジスタ４１ａ, ４１ｂのエミッタからベースに供給される電流値Ｉｂが決まるため、エミッタからコレクタの方向に流れる電流値、すなわち二次電池に充電される電流値は、Ｉｂとトランジスタの直流電流増幅率ｈＦＥとの積が最大値となる。そのため、例え充電中に片方の二次電池を外したとしても、充電器に接続された残りの二次電池に定格値以上の電流が流れることを防ぐことができる。
【００２７】
次に、本実施の形態で用いる逆流防止回路４と図３に示した従来の逆流防止回路３で発生する電力損失の比較を行う。
【００２８】
想定条件として、充電電流をIｃｈｇ＝３Ａとすると、従来のダイオードを用いた場合、ダイオードの順方向電圧Ｖｆ＝０．６Ｖであるので、１つのダイオードの電力損失は、
Ｐｄ１＝３Ａ×０．６Ｖ＝１．８Ｗ
となる。
【００２９】
一方、本実施の形態のようにＰＮＰトランジスタを用いた場合、エミッタ−コレクタ間での消費電圧はＶＥＣ＝０．１Ｖであるので、エミッタ−コレクタ間での電力損失は、
Ｐ１＝３Ａ×０．１Ｖ＝０．３Ｗ
となる。また、パワートランジスタであるＰＮＰトランジスタの増幅率をｈＦＥ＝３０とすると、３Ａ通電に必要なベース電流はＩｂ＝３Ａ／ｈＦＥ＝０．１Ａとなり、エミッタ、ベース間のＰＮ接合ダイオードの順方向電圧はＶＥＢ＝０．６であるので、ベース電流による損失は、
Ｐ２＝０．１Ａ×０．６Ｖ＝０．０６Ｗ
となる。よって、１つのＰＮＰトランジスタ全体の電力損失は、
Ｐｄ２＝Ｐ１＋Ｐ２＝０．３６Ｗ
となり、上記のダイオードを用いたときの電力損失Ｐｄ１の５分の１に低減することができる。
【００３０】
図２は本発明による二次電池電源装置の第二の実施の形態を示す回路図である。図２において、Ｎ個の二次電池１ａ１〜１ａＮが並列に接続されて構成された二次電池群１１と逆流防止回路５とを備え、逆流防止回路５は二次電池群１１を充電するための充電器１２と二次電池群１１との間に挿入され、二次電池１ａ１〜１ａＮのそれぞれの充電用の正極端子６ａ１〜６ａＮと充電器１２の正極端子に接続される端子である接続端子１８ａとの間に挿入されたＮ個のＰＮＰトランジスタ４１ａ１〜４１ａＮをそれぞれ有している。
【００３１】
また、本実施の形態の二次電池電源装置においても、ＰＮＰトランジスタ４１ａ１〜４１ａＮのベースと二次電池群１１の負極端子７ａ１〜７ａＮとの間に挿入されたベース電流制限抵抗４３の抵抗値によりＰＮＰトランジスタ４１ａ１〜４１ａＮのベース電流を制限している。
【００３２】
ここで、Ｎは３以上の整数であり、必要とする電池容量などに応じて選択することができる。本実施の形態の二次電池電源装置の動作も第一の実施の形態と同様であり、いずれかの二次電池間に電圧差があったとしても、電圧が高い二次電池から低い二次電池へ充電電流が流れる逆流や二次電池から充電器へ流れる逆流を防止できる。
【００３３】
以上のように、本発明により、従来よりも低損失の逆流防止回路を備えた二次電池電源装置が得られ、さらに、逆流防止回路を上記のようにＰＮＰトランジスタ以外には能動回路部品を有さない回路とすることにより、より安価で、かつ、より少ない部品により実現可能となる。
【００３４】
なお、上記の実施の形態では、二次電池構成体がそれぞれ１つの二次電池から構成され、それが並列に接続されて二次電池群が構成されているが、複数の二次電池が接続されて構成された二次電池ブロックを二次電池構成体とし、それが並列に接続されて二次電池群が構成されていてもよく、また、二次電池パックを１つの単位としてそれが並列に接続されて二次電池群が構成されていてもよい。また、ＰＮＰトランジスタは、各二次電池構成体に対して１個ずつ用いるのみでなく、多段接続のＰＮＰトランジスタにより逆流防止回路を構成してもよい。また、電流制限抵抗を定電流回路機能を有する部品に置き換えることも可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１、１１    二次電池群
１ａ、１ｂ、１ａ１〜１ａＮ    二次電池
２、１２    充電器
３、４、５    逆流防止回路    
６ａ、６ｂ、６ａ１〜６ａＮ    正極端子
７ａ、７ｂ、７ａ１〜７ａＮ    負極端子
８ａ、８ｂ、１８ａ、１８ｂ    接続端子
３１ａ、３１ｂ    ダイオード
４１ａ、４１ｂ、４１ａ１〜４１ａＮ    ＰＮＰトランジスタ
４２    分圧抵抗
４３    ベース電流制限抵抗
【図１】
2010200580.tif 000003
【図２】
2010200580.tif 000004
【図３】
2010200580.tif 000005