(57)【要約】【課題】二次電池体を直列接続して構成される二次蓄電池において、所望の二次電池体の充電、充電状態監視が可能な電源装置に係り、選択スイッチ数の低減、配線負荷の低減、及び論理構造の簡単化を図る。【解決手段】複数の二次電池体を直列接続して構成される二次蓄電池１０と、定電流発生回路１２と、充電経路を形成するための選択スイッチ切替回路１１と、を備え、選択スイッチ切替回路１１は、マトリックス型スイッチ部１４と、列選択信号発生回路１５と、行選択信号発生回路１６と、から構成される。マトリックス型スイッチ部１４は、列選択マルチプレクサ部１７と、行選択マルチプレクサ部１８からなり、列選択信号ＸＳ及び上位行、下位行選択信号ＹＳＨ、ＹＳＬによって選択された正電極端子、負電極端子が、それぞれ定電流発生回路１２の供給出力端子ＢＶＨ、供給入力端子ＢＶＬに電気的に接続される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正電極端子及び負電極端子を備える二次電池体を複数個直列接続して構成される二次蓄電池と、供給出力端子、供給入力端子から前記二次電池体を充電する定電流発生回路と、前記供給出力端子、供給入力端子と前記二次電池体との間に個別に充電経路を形成する選択スイッチ切替回路と、を備え、
前記二次電池体の電極端子位置を特定するアドレスは、二次電池体群に分割された二次電池列を指定する列アドレスと、前記二次電池列における二次電池体の電極端子位置を指定する行アドレスから構成されてなり、
前記選択スイッチ切替回路は、列スイッチと行スイッチの二次元選択スイッチで構成されるマトリックス型スイッチ部と、列選択信号発生回路と、行選択信号発生回路と、から構成され、
前記列選択信号発生回路は、充電の対象とする前記正電極および／または負電極端子の位置を指定する列アドレス信号から列スイッチ選択信号を発生してなり、
前記行選択信号発生回路は、充電の対象とする前記正電極端子および負電極端子の位置を指定するそれぞれ上位行アドレス信号、下位行アドレス信号から、上位行及び下位行スイッチ選択信号を発生してなり、
前記マトリックス型スイッチ部は、
前記各二次電池列の電極端子を入力とし、前記列スイッチ選択信号を選択制御信号とする、前記列スイッチ群からなる、複数の列マルチプレクサで構成される列選択マルチプレクサ部と、
前記列選択マルチプレクサ部の出力線を入力とし、前記上位行及び下位行スイッチ選択信号により選択される、前記上位行及び下位行スイッチの信号端子をそれぞれ出力端子とする行選択マルチプレクサ部からなり、
前記行選択マルチプレクサ部の前記出力端子が、それぞれ前記供給出力端子、供給入力端子に接続されてなることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
正電極端子及び負電極端子を備える二次電池体を複数個直列接続して構成される二次蓄電池と、供給出力端子、供給入力端子から前記二次電池体を充電する定電流発生回路と、前記供給出力端子、供給入力端子と前記二次電池体との間に個別に充電経路を形成するための選択スイッチ切替回路と、を備え、
前記二次電池体の電極端子位置を特定するアドレスは、二次電池体群に分割された二次電池列を指定する列アドレスと、前記二次電池列における二次電池体の電極端子位置を指定する行アドレスから構成されてなり、
前記選択スイッチ切替回路は、列スイッチと行スイッチの２次元選択スイッチで構成されるマトリックス型スイッチ部と、列選択信号発生回路と、行選択信号発生回路と、から構成され、
前記列選択信号発生回路は、充電の対象とする前記二次電池体の正電極端子、負電極端子位置を指定するそれぞれ上位、下位アドレス信号をデコードする、上位アドレスデコーダ、下位アドレスデコーダと、
前記上位アドレスデコーダ、下位アドレスデコーダの各出力の論理和をとることにより列スイッチ選択信号を生成するオア論理ゲート回路からなり、
前記行選択信号発生回路は、充電の対象とする前記二次電池体の正電極端子、負電極端子位置を指定する上位行、下位行アドレス信号をデコードしてそれぞれ上位行、下位行スイッチ選択信号を生成する上位行アドレスデコーダ、下位行アドレスデコーダからなり、
前記マトリックス型スイッチ部は、
前記各二次電池列の等しい行アドレス値を有する電極端子を入力とし、前記列スイッチ選択信号を選択制御信号とする、複数の、列スイッチ群からなる列マルチプレクサから構成される、列選択マルチプレクサ部と、
前記列選択マルチプレクサ部の出力線を入力とし、前記上位行、下位行スイッチ選択信号を選択制御信号とする、それぞれ上位行マルチプレクサ、下位行マルチプレクサから構成される行選択マルチプレクサ部からなり、
前記上位行及び下位行マルチプレクサの出力端子が、それぞれ前記供給出力端子、供給入力端子に接続されてなることを特徴とする電源装置。
【請求項３】
前記マトリックス型スイッチ部は、
前記二次電池列の等しい列アドレス値を有する電極端子を入力とし、前記列スイッチ選択信号を選択制御信号とする、複数の、列スイッチ群からなるマルチプレクサから構成される、列選択マルチプレクサ部と、
前記列選択マルチプレクサ部の出力線を入力とし、前記上位行及び下位行スイッチ選択信号を選択制御信号とする、それぞれ上位行、下位行マルチプレクサからなる行選択マルチプレクサ部からなり、
前記上位行及び下位行マルチプレクサの出力端子が、それぞれ前記供給出力端子、供給入力端子に接続されてなることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記列選択信号発生回路は、充電の対象とする前記二次電池体の正電極端子、負電極端子位置を指定する列アドレス信号をデコードして列スイッチ選択信号を生成するアドレスデコーダからなり、
前記行選択信号発生回路は、充電の対象とする前記二次電池体の正電極端子および負電極端子の位置を指定する上位行、下位行アドレス信号をデコードしてそれぞれ上位行、下位行スイッチ選択信号を出力する上位行アドレスデコーダ、下位行アドレスデコーダからなり、
前記マトリックス型スイッチ部は、
二次電池列の各電極端子を入力とし、前記列スイッチ選択信号を選択制御信号とする、複数の、前記列スイッチ群からなる列マルチプレクサから構成される、列選択マルチプレクサ部と、
前記列選択マルチプレクサ部の出力線を入力とし、前記上位行及び下位行スイッチ選択信号をそれぞれ選択制御信号とする、上位行、下位行マルチプレクサからなる行選択マルチプレクサ部からなり、
前記上位行及び下位行マルチプレクサの出力端子が、それぞれ前記供給出力端子、供給入力端子に接続されてなることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項５】
前記二次蓄電池および前記列選択マルチプレクサ部は、前記二次電池体と、一端が正電極端子または負電極端子に接続された列スイッチからなる、二次電池体ユニットを、直列接続して二次電池体ユニット列を構成し、前記二次電池体ユニット列を行方向に併設してなることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電源装置。
【請求項６】
前記二次蓄電池および前記列選択マルチプレクサ部は、前記二次電池体と、一端が正電極端子または負電極端子に接続された列スイッチからなる、二次電池体ユニットを、直列接続して二次電池体ユニット列を構成してなり、
隣接する前記二次電池体ユニット列は、互いに列方向に略反対称的に配置して、並設され、前記行選択信号発生回路は、前記上位行アドレス信号、下位行アドレス信号の補数生成回路を備え、奇数列アドレスの二次電池列選択時には、前記補数生成回路の出力を前記上位行ドレス信号、下位行アドレス信号とすることにより、隣接二次電池列間で行アドレス配列順を逆転させることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電源装置。
【請求項７】
前記行選択信号発生回路は、下位行アドレス設定レジスタと、下位行アドレス値に対する上位行アドレス値の増分値を指定する、増分行アドレス設定レジスタと、前記両レジスタの格納値を加算する加算器とを備え、
前記加算器の出力を、上位行アドレス信号とすることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の電源装置。
【請求項８】
正電極端子及び負電極端子を備える二次電池体を複数個直列接続して構成される二次蓄電池と、供給出力端子、供給入力端子から前記二次電池体を充電する定電流発生回路と、前記供給出力端子、供給入力端子と前記二次電池体との間に個別に充電経路を形成するための選択スイッチ切替回路と、を備え、
前記二次電池体の電極端子位置を特定するアドレスは、二次電池体群に分割された二次電池列を指定する列アドレスと、前記二次電池列における二次電池体の電極端子位置を指定する行アドレスから構成されてなり、
前記選択スイッチ切替回路は、列スイッチと行スイッチの２次元選択スイッチで構成されるマトリックス型スイッチ部と、列選択信号発生回路と、行選択信号発生回路と、から構成され、
前記行選択信号発生回路は、充電の対象とする前記行アドレス信号から行スイッチ選択信号を発生してなり、
前記列選択信号発生回路は、充電の対象とする正電極端子、負電極端子の位置を指定する上位列アドレス信号、下位列アドレス信号から、それぞれ上位列及び下位列スイッチ選択信号を発生してなり、
前記マトリックス型スイッチ部は、
前記二次電池列の前記電極端子を入力とし、前記行スイッチ選択信号を選択制御信号とする、複数の、行スイッチ群からなる行マルチプレクサで構成される、行選択マルチプレクサ部と、
前記行選択マルチプレクサ部の出力線を入力とし、前記上位列及び下位列スイッチ選択信号を選択制御信号として、選択される上位列及び下位列スイッチの信号を出力する出力端子を有する列選択マルチプレクサ部からなり、
前記列選択マルチプレクサ部の前記出力端子が、それぞれ前記供給出力端子、供給入力端子に接続されてなることを特徴とする電源装置。
【請求項９】
前記列選択信号発生回路は、前記上位列アドレス信号と前記下位列アドレス信号を入力としてそれぞれ前記上位列、下位列スイッチ選択信号を生成する上位列アドレスデコーダと下位列アドレスデコーダからなり、
列選択マルチプレクサ部は、前記行選択マルチプレクサ部の出力線を入力とし、前記上位列及び下位列スイッチ選択信号を選択制御信号とする、それぞれ上位列、下位列マルチプレクサからなり、
前記上位列及び下位列マルチプレクサの出力端子が、それぞれ前記供給出力端子、供給入力端子に接続されてなることを特徴とする請求項８記載の電源装置。
【請求項１０】
前記マトリックス型スイッチ部の前記列スイッチ、行スイッチは、サイリスタ、ＧＴＯサイリスタ、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタのいずれかで構成したことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の電源装置。
【請求項１１】
前記マトリックス型スイッチ部の前記列スイッチおよび／または行スイッチは、双方向スイッチであることを特徴とする請求項１０に記載の電源装置。
【請求項１２】
前記定電流発生回路は、降圧チョッパ回路、昇圧チョッパ回路、または可逆チョッパ回路からなることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の電源装置。
【請求項１３】
前記定電流発生回路は、少なくとも外部電源と、インダクタンス及びチョッパスイッチからなる閉回路と、前記チョッパスイッチの両端に直列接続されたダイオード及び容量とを具備し、前記インダクタンスと前記チョッパスイッチの接続点にダイオードのアノードが接続され、ダイオードのカソードとチョッパスイッチの他端に前記容量が接続されてなり、容量の正電極端子及び負電極端子がそれぞれ前記供給出力端子及び前記供給入力端子に接続されてなることを特徴とする請求項１２記載の電源装置。
【請求項１４】
前記定電流発生回路は、少なくとも外部電源、各々ダイオードが並列に逆接続された２個のスイッチからなる閉回路、及び前記スイッチの接続点に直列接続されるインダクタンスと抵抗からなる負荷を備え、
前記負荷の出力端子が前記供給出力端子に、前記外部電源の負極端子と前記スイッチの接続点が前記供給入力端子に接続されてなることを特徴とする請求項１２記載の電源装置。
【請求項１５】
前記スイッチがＩＧＢＴ素子からなることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の電源装置。
【請求項１６】
前記供給出力端子及び前記供給入力端子に電源電圧監視用の電圧増幅器の入出力端子を接続したことを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単位セルや組み電池を直列に接続して構成される二次電池の充電回路及び電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド電気自動車用蓄電池、無停電電源装置、及び再生可能エネルギー支援用蓄電池等においては、鉛蓄電池、ニッケル水素電池やリチウム電池等の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み電池が用いられている。このような組み電池では、充放電を繰り返すうちに充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ、残容量）に基づき端子電圧にばらつきが生じ、これを放置したまま充放電を行なうと、一部の単位セルが過充電状態、または過放電になり、単位セルの劣化を招き電池電体の故障を引き起こすことがある。また、定格容量まで単位セルを十分に充電できずに、電池能力を使い切ることが困難になる問題がある。
【０００３】
このような問題点に対し、特許文献１では、充電済みの組み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充電状態調整装置が提案されている。予め、満状態単位セル電圧に充電されたキャパシタを、サイクリックに各単位セルに接続するようにして、各単位セル間の電圧ばらつきを暫時軽減させるものである。
【０００４】
一方、特許文献２には、図２０に示すように、定電流源発生回路２０、選択スイッチ切替回路３０を設け、選択スイッチ３１Ａ―３１Ｈをオン、オフ制御することにより任意の二次電池体１０Ａ―１０Ｄに対し充電経路を形成するとともに、定電流発生回路の供給出力端子ＯＴ及び供給入力端子ＩＴとの間に接続されたリアクトルＬと、充電用スイッチ２２からなるチョッパ回路を有する電源回路装置が提案されている。この場合、選択スイッチは、サイリスタやＧＴＯサイリスタ、ＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチング素子が使用される。
【０００５】
しかしながら、以上に述べた従来の充電回路装置は、次に示すような問題点がある。特許文献1の場合充電の工程と調整の工程が個別に必要、複数回のサイクリック工数が必要なため充電時間がかかり、またダイナミック型回路であるため回路構成が複雑化する。また、大きな容量素子を必要とし、また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コストが増大し、切替回路も複雑化する課題もある。
【０００６】
特許文献２においては、二次電池がＮｔ個の二次電池体の直列接続回路からなる場合ほぼ２Ｎｔ個の選択スイッチを必要とし、回路規模が大きくなる問題点がある。例えば、Ｎｔ＝６４の場合１２８個の選択スイッチを必要とする。また、選択スイッチの制御回路が複雑になるとともに、定電流源発生回路の供給出力端子ＯＴ及び供給入力端子ＩＴにそれぞれ多数の選択スイッチが接続されるため、信号配線やファンアウト数、ファンイン数が多くなり、寄生容量も大きくなる。そのため、スイッチング損失やサージ電圧の影響が無視できなくなるとともに、充電時間の増大を招く問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１７０４８号公報
【特許文献２】特願２０１０−１０９７１１号公報（国際公開公報  ＷＯ２０１１／１４２３６９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、任意の単位セル、組み電池またはこれらの直列接続体の間の均等充電を可能にする二次蓄電池に係り、このような従来の構成が有していた問題を解決しようとするものであり、選択スイッチの個数を削減し、制御回路構成を単純化することにより回路規模の低減を実現し、また選択スイッチ信号線の寄生容量を低減することによりスイッチング損失、サージ電圧の抑制、充電時間の低減化を図ることを目的とする。
【０００９】
第２の目的は、単位セル、組み電池またはこれらの直列接続体毎の端子電圧の監視、充放電制御、回生動作が容易な電源装置または充電回路を提供することである。以後、特に断らない限り、前記の単位セル、組み電池、またはこれらを直列接続した単位ユニットを二次電池体と呼ぶ。ここで、組み電池とは、単位セルを複数個直列接続して数十Ｖの電圧を得るものを指すが、本発明は何もこれらにとらわれることなく、ユニット型二次電池などの二次電池を直列接続した二次蓄電池をも適用対象とすることができる。
【００１０】
本発明は、二次電池体を直列接続した二次電池において、所望の二次電池体の正電極及び負電極を選択する選択スイッチを、列及び行の２次元アドレッシングを可能にするマトリックス型スイッチアレイで構成したことを最も主要な特徴とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の第1の手段による電源装置は、正電極端子及び負電極端子を備える二次電池体を複数個直列接続して構成される二次蓄電池と、供給出力端子、供給入力端子から前記二次電池体を充電する定電流発生回路と、前記供給出力端子、供給入力端子と前記二次電池体との間に個別に充電経路を形成するための選択スイッチ切替回路と、を備え、前記二次電池体の電極端子位置を特定するアドレスは、二次電池体群に分割された二次電池列を指定する列アドレスと、前記二次電池列における二次電池体の電極端子位置を指定する行アドレスから構成されてなる。
【００１２】
具体的には、選択スイッチ切替回路は、列スイッチと行スイッチの二次元選択スイッチで構成されるマトリックス型スイッチ部と、列選択信号発生回路と、行選択信号発生回路と、から構成される。列選択信号発生回路は、充電の対象とする正電極および負電極端子の位置を指定する列アドレス信号から列スイッチ選択信号を発生してなり、行選択信号発生回路は、充電の対象とする正電極端子および負電極端子の位置を指定するそれぞれ上位行アドレス信号、下位行アドレス信号から、上位行及び下位行スイッチ選択信号を発生する。
【００１３】
さらに、前記マトリックス型スイッチ部は、各二次電池列の電極端子を入力とし、列スイッチ選択信号を選択制御信号とする、列スイッチ群からなる、複数の列マルチプレクサで構成される列選択マルチプレクサ部と、列選択マルチプレクサ部の出力線を入力とし、上位行及び下位行スイッチ選択信号により選択される、上位行及び下位行スイッチの信号端子を出力端子とする行選択マルチプレクサ部からなり、前記出力端子が、それぞれ前記供給出力端子、供給入力端子に接続されてなることを特徴とする。
【００１４】
このようにすることにより、列スイッチ選択信号及び上位行、下位行スイッチ選択信号によって選択された正電極端子及び負電極端子が、それぞれ供給出力端子、供給入力端子に電気的に接続される。列スイッチ、行スイッチのオン・オフ制御によって、少ないスイッチ数で、任意の電極端子間を充電することができる。
【００１５】
本発明の請求項２による第２の手段は、前記電源装置において、列選択信号発生回路は、充電の対象とする二次電池体の正電極端子、負電極端子位置を指定するそれぞれ上位、下位アドレス信号をデコードする、上位アドレスデコーダ、下位アドレスデコーダと、上位アドレスデコーダ、下位アドレスデコーダの各出力の論理和をとることにより列スイッチ選択信号を生成するオア論理ゲート回路からなり、行選択信号発生回路は、充電の対象とする二次電池体の正電極端子、負電極端子位置を指定する上位行、下位行アドレス信号をデコードしてそれぞれ上位行、下位行スイッチ選択信号を生成する上位行アドレスデコーダ、下位行アドレスデコーダからなる。
【００１６】
また、マトリックス型スイッチ部は、各二次電池列の等しい行アドレス値を有する電極端子を入力とし、列スイッチ選択信号を選択制御信号とする、複数の、列スイッチ群からなる列マルチプレクサから構成される、列選択マルチプレクサ部と、列選択マルチプレクサ部の出力線を入力とし、上位行、下位行スイッチ選択信号を選択制御信号とする、それぞれ上位行マルチプレクサ、下位行マルチプレクサからなる行選択マルチプレクサ部から構成される。
【００１７】
さらに、上位行及び下位行マルチプレクサの出力端子が、それぞれ供給出力端子、供給入力端子に接続されてなることを特徴とする。列選択信号発生回路の構成により、上位アドレス信号、下位アドレスに相当するそれぞれ正電極端子、負電極端子に接続された２個の列スイッチのみがオンになる。このため、同一行アドレスの電極端子間を除いて、任意の電極端子間が充電対象として設定可能になる（後述）。
【００１８】
本発明の請求項３による第３の手段は、第２の手段に記載の電源装置において、マトリックス型スイッチ部は、各二次電池列の等しい列アドレス値を有する電極端子を入力とし、列スイッチ選択信号を選択制御信号とする、複数の列マルチプレクサで構成される、列選択マルチプレクサ部と、列選択マルチプレクサ部の出力線を入力とし、それぞれ上位行、下位行スイッチ選択信号を選択制御信号とする、上位行マルチプレクサ、下位行マルチプレクサから構成される行選択マルチプレクサ部からなる。
そして、上位行及び下位行マルチプレクサの出力端子が、それぞれ供給出力端子、供給入力端子に接続されてなることを特徴とする。この場合、各二次電池列において、各一つの電極端子信号が選択出力されるので、異なる二次電池列における所望の正電極端子と負電極端子間に充電経路が形成される。
【００１９】
本発明の請求項４による第４の手段は、第1の手段に記載の電源装置において、列選択信号発生回路は、充電の対象とする二次電池体の正電極端子、負電極端子位置を指定する列アドレス信号をデコードして列スイッチ選択信号を生成するアドレスデコーダからなり、行選択信号発生回路は、充電の対象とする二次電池体の正電極端子および負電極端子の位置を指定する上位行、下位行アドレス信号をデコードしてそれぞれ上位行、下位行スイッチ選択信号を出力する上位行アドレスデコーダ、下位行アドレスデコーダからなる。
【００２０】
また、マトリックス型スイッチ部は、二次電池列の各電極端子を入力とし、列スイッチ選択信号を選択制御信号とする、複数の、列スイッチ群からなる列マルチプレクサで構成される、列選択マルチプレクサ部と、列選択マルチプレクサ部の出力線を入力とし、上位および下位行スイッチ選択信号をそれぞれ選択制御信号とする、上位行マルチプレクサ、下位行マルチプレクサから構成される行選択マルチプレクサ部からなる。そして、上位行及び下位行マルチプレクサの出力端子が、それぞれ供給出力端子、供給入力端子に接続されてなることを特徴とする。
【００２１】
本手段においては、列マルチプレクサは、1本の列スイッチ選択信号で制御され、列マルチプレクサ部内の列スイッチは同時にオン、オフされる。したがって、各二次電池列内において所望の電極端子間に充電経路が形成される。列スイッチ選択信号線数が少なく、また列スイッチ選択信号線、行信号線及びスイッチ素子をメモリ状に規則的に配置・配線することが容易で、回路を小型にでき、拡張性に優れる利点がある。
【００２２】
発明の請求項８による第５の手段は、前記第１の手段に記載の電源装置において、第１の基本構成(図１)と異なるところは、行と列スイッチの役割を逆転し、各二次電池列の電極端子を所望の行スイッチを介して列信号線に接続し、列信号線のデータを列選択マルチプレクサ部により入出力制御することである。行選択信号発生回路は、充電の対象とする正電極端子、負電極端子の位置を指定する行アドレス信号から行スイッチ選択信号を発生してなり、列選択信号発生回路は、充電の対象とする正電極端子、負電極端子の位置を指定する上位列アドレス信号、下位列アドレス信号から、それぞれ上位列及び下位列スイッチ選択信号を発生してなる。
【００２３】
また、マトリックス型スイッチ部は、二次電池列の電極端子を入力とし、行スイッチ選択信号を選択制御信号とする、複数の、行スイッチ群からなる行マルチプレクサで構成される行選択マルチプレクサ部と、行選択マルチプレクサ部の出力線を入力とし、上位列、下位列スイッチ選択信号を選択制御信号として、選択された上位列及び下位列スイッチ信号端子を出力端子とする、列選択マルチプレクサ部からなる。そして、列選択マルチプレクサ部の前記出力端子が、それぞれ前記供給出力端子、供給入力端子に接続されてなることを特徴とする。
【００２４】
行スイッチ選択信号及び上位列、下位列スイッチ選択信号によって選択された正電極端子及び負電極端子が、それぞれ供給出力端子、供給入力端子に電気的に接続される。この場合、等しい行アドレス値をもつ行スイッチがオンとなり、異なる二次電池列間で等しい行アドレス値をもつ電極端子間に充電経路が形成される。
【発明の効果】
【００２５】
これらの構成により、より少ないスイッチ数で、所望の電極端子間の充放電が可能になる。例えば、二次電池が２Ｎ個の二次電池体からなるとすれば、Ｎが大きくなるにつれ、スイッチ数は従来例の５０％近くまで削減していき、小型化、コスト低減が図られる（後述）。また、電池やその制御配線がメモリ状に規則的にレイアウトできるので、回路構成の単純化、コンパクト化が得られ、故障の発見も容易になる利点がある。さらに、配線容量やファイン・ファンアウト数の低減が図られる。上記効果は、消費電力やスイッチング損失の低減、およびサージ電圧の抑制に有用である。
【００２６】
選択スイッチは、通常ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＭＯＳトランジスタ、またはバイポーラトランジスタなどで構成されるが、何も半導体スイッチに限ることなく、電磁リレーなども適用できる。なお、二次電池の一括充電も可能であることは以下に説明する実施例から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による電源装置を示す第1の基本構成である。
【図２】電極端子を指定するアドレスビットフォーマットである。
【図３】実施例１を示す電源装置のブロック図である。
【図４】実施例1を示す電源装置の回路図である。
【図５】実施例１の動作を説明するタイムチャートである。
【図６】実施例２を示す電源装置のブロック図である。
【図７】実施例２を示す電源装置の回路図である。
【図８】実施例３を示す電源装置のブロック図である。
【図９】実施例３を示す電源装置の回路図である。
【図１０】実施例４を示す電源装置の回路図である。
【図１１】実施例５を示す電源装置の回路図である。
【図１２】実施例６を示す行選択信号発生回路の回路図である。
【図１３】本発明による電源装置を示す第２の基本構成である。
【図１４】実施例７を示す電源装置の回路図である。
【図１５】選択スイッチの例を示す回路図である。
【図１６】実施例８を示す、選択スイッチとしてＩＧＢＴを使用した電源装置の回路図である。
【図１７】実施例９を示す、選択スイッチとしてサイリスタを使用した電源装置の回路図である。
【図１８】定電流発生回路の実施例１を示す回路図である。
【図１９】定電流発生回路の実施例２を示す回路図である。
【図２０】従来の電源装置の例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について図１−１９を使って説明する。
本発明による電源装置の第1の基本構成を図１に示す。電源装置９は、複数の二次電池体１０Ａ―１０Ｄを直列接続してなる二次蓄電池１０、供給出力端子ＢＶＨ、供給入力端子ＢＶＬを通して二次電池体を充電する定電流発生回路１２、及び二次電池１０との間で任意の充電用経路を形成する選択スイッチ切替回路１１（一点鎖線部分）からなる。さらに充電電圧監視用増幅回路１３を設けてもよい。ここで、二次電池体とは、単位セル、組み電池、またはこれらを直列接続した単位電池ユニットを指すものとする。選択スイッチ切替回路１１は、行スイッチ及び列スイッチで構成されるマトリックス型スイッチ部１４（破線部分）、列選択信号発生回路１５、および行選択信号発生回路１６からなる。そして、マトリックス型スイッチ部１４は、列選択マルチプレクサ部１７と行選択マルチプレクサ部１８から構成される。二次電池体数は、説明の便宜上４個を表示してあるが、これ以上の個数、例えば数十から数百で構成されてよいことは勿論である。
【００２９】
二次蓄電池１０の各二次電池体は、複数個の二次電池体にグループ分けされた二次電池列に分割され、二次電池体の電極端子位置は、二次電池列を示す列アドレスと、二次電池列内の電極端子位置を示す行アドレスからなる二次元アドレスで表される。図２は、２ｍ×２ｎ個の二次電池体からなる二次蓄電池において、電極端子位置を指定するアドレスフォーマットとビット名称を示す。図２(a)は正電極端子アドレス（上位アドレス）、図２（ｂ）は負電極端子アドレス（下位アドレス）を示す。ここで、充電対象となる1個、または直列接続された複数個の二次電池体において、供給出力端子から電力が供給される正電極端子のアドレスを上位アドレス、供給入力端子から電力が供給される負電極端子のアドレスを下位アドレスと呼ぶことにする。
【００３０】
全体アドレスビット数Ｎは、列アドレスビット数ｍと行アドレスビット数ｎの和、ｍ＋ｎで表され、この場合最大２ｍ×２ｎ個の二次電池体のアドレッシングが可能である。上位アドレスは、ｍビットの上位列アドレスＸＡＨ（ｍ−１）―ＸＡＨ０と、ｎビットの上位行アドレスＹＡＨ（ｎ−１）―ＹＡＨ０からなり、下位アドレスは、ｍビットの下位列アドレスＸＡＬ（ｍ−１）―ＸＡＬ０と、ｎビットの下位行アドレスＹＡＬ（ｎ−１）―ＹＡＬ０からなる。
【００３１】
なお、説明の便宜上、例えば信号名ＸＡＨ４−ＸＡＨ０を単にＸＡＨ４−０またはＸＡＨと表記することがある。また、実施形態によっては、上位列アドレスＸＡＨと下位列アドレスＸＡＬが同一、または上位行アドレスＹＡＨと下位行アドレスＹＡＬが同一の場合がある。これらの場合、特に断らない限り、列アドレスはＸＡ、行アドレスはＹＡと表記することがある。
【００３２】
図1において、二次蓄電池１０が２Ｎ個の二次電池体からなる、電源装置９の動作について説明する。列選択信号発生回路１５は、ｍ本の列アドレス信号ＸＡをデコードして２ｍ本の列スイッチ選択信号ＸＳを発生し、列選択マルチプレクサ部１７は、列スイッチ選択信号ＸＳにより２ｍ個の二次電池列（図示せず）から２ｎ本の行信号線ＹＤを選択出力し、行選択マルチプレクサ部１８に供給する。一方、行選択信号発生回路１６は、ｎ本の上位行アドレス信号ＹＡＨと、ｎ本の下位行アドレス信号ＹＡＬをデコードしてそれぞれ２ｎ本の上位行スイッチ選択信号ＹＳＨ、下位行スイッチ選択信号ＹＳＬを生成する。行選択マルチプレクサ部１８は、上位行スイッチ選択信号ＹＳＨ、下位行スイッチ選択信号ＹＳＬにより、行信号線ＹＤのうちから、充電対象とする上位行、下位行信号線を選択してそれぞれ供給出力端子ＢＶＨ、供給入力端子ＢＶＬに接続することにより、充電経路を形成する。所望の電極端子間の二次電池体は、前述したのと逆の経路をたどって充電され、電圧の読出しは前述した経路に沿って行なわれる。なお、二次電池体数が２のべき乗に合致しなくても本発明の有効性を損なうものではない。
【００３３】
本基本構成によれば、２ｍ列×２ｎ行構成のマトリックス型スイッチ部では、必要なスイッチ数は基本的に列選択マルチプレクサ部のスイッチ数２ｍ×２ｎと、行選択マルチプレクサ部スイッチ数２ｎ×２の和、（２ｍ＋２）×２ｎで表され、従来技術例によるスイッチ数、例えば２ｍ＋ｎ＋１に比べて減数化、コスト低減を図ることができる。特に、二次電池体数が大きくなるにつれこの効果は大きくなり、６４個以上の場合５６％以下に減数できることが分かる（表３）。
【実施例１】
【００３４】
図３、図４は、本発明の第１の基本構成に基づく、第１の実施例を示すブロック図及びその回路図を示したものである。図４においては、図面を簡略化するため定電流発生回路及び電圧監視用増幅器は省略してある。以後、実施例を説明する図では、説明の便宜上、特に断らない限り二次蓄電池１０は１６個（２Ｎ＝２４個、ｍ＝ｎ＝２）の二次電池体が直列接続されてなり、各々４個の二次電池体からなる４個の二次電池列１０Ａ―１０Ｄからなるものとするが、これ以上の数の二次電池体で構成することができ、ｍ、ｎも適宜選択可能であることは言うまでもない。なお、以後前出のものと同一もしくは同等物については特に断らない限り同じ符合で表記することとし、前出と重複した構成、機能については説明を省略する。
【００３５】
図３において、列選択信号発生回路１５は、上位アドレスデコーダ１５Ｈ（（Ｎ＋１）×２N+1＝５×３２デコーダ）、下位アドレスデコーダ１５Ｌ（Ｎ×２N＝４×１６デコーダ）、２入力オア論理ゲート回路１９、及びドライバ回路２０からなる。行選択信号発生回路１６（点線部分）は、上位行アドレスデコーダ１６Ｈ（(ｎ＋１)×２（ｎ＋１）＝３×８デコーダ）、下位行アドレスデコーダ１６Ｌ（ｎ×２ｎ＝２×４デコーダ）、ドライバ回路２1、２２から構成される。ここで、ａ本の選択制御線によって２ａ（＝Ａ）入力から１出力を選択するマルチプレクサをＡ×１マルチプレクサと表記することにする。列選択マルチプレクサ部１７（破線部分）は、二次電池列１０Ａ−１０Ｄの各４本の電極端子が入力端子に接続されたセレクタ１７Ａ−１７Ｄから構成され、セレクタ１７Ａ−１７Ｄの出力４（＝２ｎ）本は各々ワイアードオア接続されて行信号線ＹＤ３−０に接続される。セレクタ１７Ｄの出力（行信号線）だけが５本となっているのは、最上位電極端子ＢＰの信号を出力する行信号線ＹＤ４を特別に追加しているためである。行選択マルチプレクサ部１８は、行信号線ＹＤ３−０を入力とする、上位行マルチプレクサ１８Ｈ及び下位行マルチプレクサ１８Ｌから構成される。ただし、上位行マルチプレクサ１８Ｈは、上記理由により行信号線ＹＤ４も入力端子に接続される。    
【００３６】
次に、動作について説明する。上位アドレスデコーダ１５Ｈは、５ビット上位アドレス信号（ＸＡＨ２―０、ＹＡＨ１、ＹＡＨ０）をデコードし、下位アドレスデコーダ１５Ｌは、４ビット下位アドレス信号（ＸＡＬ１、ＸＡＬ０、ＹＡＬ１、ＹＡＬ０）をデコードし、各デコード出力のオア論理出力により列スイッチ選択信号ＸＳ１５-ＸＳ０を生成する。上位アドレス信号が５ビットなのは、上位アドレスデコーダの２４デコード出力すなわち列スイッチ選択信号ＸＳ１６を生成し、列スイッチと行スイッチをオン、オフ制御するためである。一方、上位行アドレスデコーダ１６Ｈは、３ビット上位行アドレス信号（ＸＡＨ２、ＹＡＨ１、ＹＡＨ０）をデコードし、下位行アドレスデコーダ１６Ｌは、２ビット下位行アドレス信号（ＹＡＬ１、ＹＡＬ０）をデコードし、それぞれ上位行スイッチ選択信号ＹＳＨ４−０（ＹＳＨ４は図示せず）、下位行スイッチ選択信号ＹＳＬ３−０を出力する。
【００３７】
列スイッチ選択信号ＸＳ１６-ＸＳ０のうち、いずれか２本がアクティブ・レベルとなり、上位アドレス、下位アドレスに相当する２個の列スイッチがオンとなることにより、選択された電極端子が行信号線ＹＤに電気的に接続される。ただし、設定されるアドレスは、上位アドレス値（ＸＡＨ２-０、ＹＡＨ１、ＹＡＨ０）＞下位アドレス値（ＸＡＬ１、ＸＡＬ０、ＹＡＬ１、ＹＡＬ０）の大小関係を維持する必要がある。また、各二次電池列の所定の信号線（セレクタ出力）がワイアードオア接続されているので、信号線上でデータが競合するのを防止するため、上位、下位アドレス値の差が４（＝２ｎ）の設定は禁止される。これによる二次電池体選択上の制約は、本発明の有効性を損なうものではない。表１にアドレスの設定条件を示す。
【００３８】
【表１】
2014207722.tif 000003
【００３９】
第1の実施例を示す回路図４において具体的に説明する。セレクタ１７Ａは列スイッチＳＷ３−０、セレクタ１７Ｂは列スイッチＳＷ７−４、セレクタ１７Ｃは列スイッチＳＷ１１−８、セレクタＤは列スイッチＳＷ１６−１２から構成される。また、上位行マルチプレクサ１８Ｈは、行信号線ＹＤ４-０を入力とする５×１マルチプレクサを構成し、下位行マルチプレクサ１８Ｌは、行信号線ＹＤ３-０を入力とする４×１マルチプレクサを構成する。２０、２１、及び２２はスイッチを駆動するドライバ回路であり、レベルシフト回路や絶縁用フォトカプラを内蔵したドライバＩＣが使用される。
【００４０】
上位アドレス信号を５ビットとすることにより、列スイッチ選択信号ＸＳ１６を生成し、この信号によって列スイッチＳＷ１６と行スイッチＳＷＨ４をオンにし、最上位電極の端子ＢＰの選択経路を確保する。なお、上位行アドレス信号を、行アドレス（ＹＡＨ１、ＹＡＨ０）に全体アドレスのＭＳＢビットＸＡＨ２を加えた３ビット構成とするのは、行スイッチＳＷＨ４がオンするとき他の上位行スイッチＳＷＨ３−ＳＷＨ０をオフにするためである。なお、上位行スイッチＳＷＨ４の行スイッチ選択信号として、ＸＳ１６の代わりに上位行アドレスデコーダ１６Ｈの２２デコード出力である、行スイッチ選択信号ＹＳＨ４（図示せず）を使用してもよい。表２に電極端子番号に対する列アドレス・行アドレスの関係と、設定できるアドレスの範囲を示す。
【００４１】
【表２】
2014207722.tif 000004
【００４２】
例えば、上位アドレス信号（ＸＡＨ２―０、ＹＡＨ１、ＹＡＨ０）＝（０１１１１）、下位アドレス信号（ＸＡＬ１、ＸＡＬ０、ＹＡＬ１、ＹＡＬ０）＝（１１０１）と設定した場合、列スイッチ選択信号ＸＳ１５=“１”、ＸＳ１３=“１”となるため、列スイッチＳＷ１３、ＳＷ１５がオンとなり、行スイッチ選択信号ＹＳＨ３=“１”、ＹＳＬ１=“１”となるため、上位行スイッチＳＷＨ３、下位行スイッチＳＷＬ１がオンとなり、破線で示される充電経路が構成され、二次電池体ＢＣ１４とＢＣ１５が充電される。一括充電（二次蓄電池端子ＢＰ、ＢＮ間の充電）する場合は、上位、下位アドレスを（ＸＡＨ２―０、ＹＡＨ１、ＹＡＨ０）＝（１００００）、（ＸＡＬ１、ＸＡＬ０、ＹＡＬ１、ＹＡＬ０）＝（００００）と設定すればよい。なお、以後、実施例を示す回路図においても、同じ充電経路の例を破線で示すが、説明は割愛する。
【００４３】
図５に各二次電池体を逐次充電する場合の動作タイムチャートの例を示す。各アドレスは、上位アドレス＝下位アドレス＋１の関係を維持しながら一定周期Ｔで順次カウントアップしていく。列スイッチ選択信号は、上位及び下位アドレスデコーダの論理和出力となるため、最上位ビット選択信号ＸＳ16を除いて、そのパルス幅は周期Ｔの２倍となる。この場合、パルス幅の中央部でハザードが出ないように、上位アドレス信号は下位アドレス信号よりも遅らせることが望ましい。スイッチング損失やサージ電圧、消費電力を抑制するためのパワーエレクトロニクス回路で採られる通常の技術が適用できる。なお、上位アドレス信号は“１６”まで一巡してから“１”に、下位アドレス信号は“１５”まで一巡してから“０”に戻るようにする。二次電池体の逐次充電一巡後のダミーサイクルＤＭＹまたは初期設定サイクル（図示せず）においては、上位アドレス値＞下位アドレス値に設定する、あるいはアドレスデコーダをディスエーブルにして全スイッチ選択信号を非アクティブ・レベルにする必要がある。本タームチャートでは、各二次電池体を逐次充電する場合を示したが、任意の個数の二次電池体を単位とした逐次充電や、電圧(電流)測定期間と充電期間を交互に繰り返す充電等、任意のシーケンスが可能である。
【００４４】
低消費電力化などのためにイネーブル機能付きアドレスデコーダを使うことが望ましい。すなわち、休止状態や前記ダミーサイクルにおいて、アドレスデコーダをディスイネーブルにして、出力を非アクティブ状態にすることが、動作の安定性や低消費電力化のために有効である（図示せず）。また、スイッチの同時オンによる電源の短絡を防止するため、またスイッチング時の信号の整定時間を確保するため各サイクル間にダミー時間を設けるとよい。なお、充電電極間隔が予め決まっている用途に対しても、本発明は、その基本構成を保持したまま、列選択信号発生回路および行選択信号発生回路を組合わせ回路や記憶回路等で構成することにより適用できることは明らかである。
【００４５】
スイッチ数の従来との比較表を表３に示す。二次電池体の個数が多いほど小型化の効果は大きめになり、６４個以上の場合５２〜６３％程度に削減できることが分かる。また（ｍ、ｎ）によっても変わり、ｍが大きいほど（二次電池列の数が多くなるほど）小型化の傾向が認められる。
【００４６】
【表３】
2014207722.tif 000005
【実施例２】
【００４７】
図６に第２の実施例を示す電源装置の詳細ブロック図を、図７にその回路図を示す。全体構成は第１の実施例と同じである。異なるところは、列選択マルチプレクサ部１７（破線部分）を構成する、セレクタ１７Ａ−１７Ｄがそれぞれ４×１マルチプレクサを構成し、４本のマルチプレクサの出力線（行信号線）ＹＤ３−０が上位行マルチプレクサ１８Ｈ、下位行マルチプレクサ１８Ｌの入力に接続されることである。なお、前述と同様に、最上位電極端子ＢＰの充電経路を確保するため、セレクタ１７Ｄ（列マルチプレクサ）は端子ＢＰを追加入力とし、行信号線ＹＤ４を追加出力端子とする、５×２マルチプレクサとなっている。図７において、行スイッチＳＷＨ４の行スイッチ選択信号は、上位行アドレスデコーダ１６Ｈの（１００）デコード出力信号ＹＳＨ４を使用している。
【００４８】
この実施例では、同一二次電池列内の電極端子間の充電経路は形成できないが、異なる二次電池列間の任意の電極端子間の充電経路を形成できる。二次電池列間の相対的ばらつき、変動をモニターしながら充電するのに向いている。
【実施例３】
【００４９】
第３の実施例を示す電源装置の詳細ブロック図を図８に、その回路図を図９に示す。列選択マルチプレクサ部１７（破線部）は、セレクタ１７Ａ−１７Ｄの各データ線が各々ワイアードオア接続されて構成され、行選択マルチプレクサ部１８は、前記ワイアードオア接続された行信号線ＹＤを入力とする、上位行選択マルチプレクサ１８Ｈ及び下位行選択マルチプレクサ１８Ｌから構成される。以下、前出の実施例と異なるところを重点的に説明する。
【００５０】
列選択信号発生回路１５は、実施例１、２と異なり２ビットの列アドレス信号ＸＡ１、ＸＡ０から列スイッチ選択信号ＸＳ３−ＸＳ０を生成する列アドレスデコーダ１５Ｄ（２×４デコーダ）とドライバ回路２０からなる。行選択信号発生回路１６（点線部）は、前出の実施例と同様に、上位行アドレスデコーダ１６Ｈ（３×８デコーダ）、下位行アドレスデコーダ１６Ｌ（２×４デコーダ）、ドライバ回路２1、２２から構成され、上位行スイッチ選択信号ＹＳＨ、下位行スイッチ選択信号ＹＳＬを出力する。列選択マルチプレクサ部１７において、各セレクタ１７Ａ−１７Ｄは、それぞれ二次電池列の５本の電極端子がデータ端子に、他方のデータ端子に行信号線ＹＤ０−４が接続され、列スイッチ選択信号ＸＳ０−ＸＳ３が各選択制御端子に入力される。行選択マルチプレクサ部１８は、行信号線ＹＤを入力とし、行スイッチ選択信号ＹＳＨ、ＹＳＬを選択制御信号とする、それぞれ上位行マルチプレクサ１８Ｈと下位行マルチプレクサ１８Ｌからなる。上位行及び下位行マルチプレクサ１８Ｈ、１８Ｌの出力端子は、それぞれ供給出力端子ＢＶＨ、供給入力端子ＢＶＬへ接続される。所望の電極端子間の二次電池体は、前述したのと逆の経路をたどって充電され、電圧の読出しは前述した順に沿って行なわれる。
【００５１】
図９の回路図において、ＳＷ４Ｄ、ＳＷ８Ｄ、ＳＷ１２Ｄ、ＳＷ１６は、二次電池列内の直列接続された４個の二次電池体から最上位電極端子の信号を取り出すための追加的なスイッチである。隣接する二次電池列の接続点には、最上位電極および最下位電極選択用の２個の列スイッチが接続される。ＳＷ４ＤとＳＷ４、ＳＷ８ＤとＳＷ８、ＳＷ１２とＳＷ１２がこれに該当する。各セレクタ１７Ａ−１７Ｄの最下位電極端子出力（列スイッチＳＷ０、ＳＷ４、ＳＷ８、ＳＷ１２の出力）は行信号線ＹＤ０に、最上位電極端子出力（列スイッチＳＷ４Ｄ、ＳＷ８Ｄ、ＳＷ１２Ｄ、ＳＷ１６の出力）は行信号線ＹＤ４に、接続される。
【００５２】
本実施例では、上位行マルチプレクサ１８Ｈの二次電池列の最下位行選択スイッチＳＷＨ０（図示せず）、及び下位行マルチプレクサ１８Ｌの二次電池列の最上位行選択スイッチＳＷＬ４（図示せず）は冗長であるので、行選択マルチプレクサ部は８個の行スイッチで構成される。そのため、上位行アドレスデコーダ入力は、（ＹＡＨ２−０）の３ビットとし、上位行スイッチ選択信号としてＹＳＨ４（１００デコード出力）−ＹＳＨ１（００１デコード出力）を使用する。
【００５３】
表４に各電極端子番号に対する設定列アドレス、行アドレスの関係を示す真理値表を掲げる。ただし、これは実際の設定アドレスの組み合わせを表したものではないことに注意する。以後に示される真理値表についても同様である。表中で網掛けしたところが各二次電池列の最上位電極端子の設定アドレスに相当する。このように、同一の二次電池列の最上位電極位置を選択する場合、列アドレスは変化させないよう２ビット列アドレスを制御する。（列選択信号発生回路１５には図示せず）。例えば、端子番号４の場合、列アドレス（ＸＡ１、ＸＡ０）は、通常では（０１）にインクリメントされるが、この場合、前の状態（００）を保持し、上位行アドレスＹＡＨ２−０のみ（１００）にインクリメントする。
【００５４】
【表４】
2014207722.tif 000006
【００５５】
本実施例では、二次電池列内における所望の電極端子間の充電が可能になり、二次電池列を順次スキャンしながら二次電池全体の充電を行なうことができる。異なる種類の二次電池を直列接続した二次蓄電池用電源装置としても有用である。また、制御信号線、特に列スイッチ選択信号線数が少なく、またアドレッシング回路が簡単で、コンパクトに形成できる効果がある。
【実施例４】
【００５６】
図１０は、実施例３の電源装置回路において、二次電池体、列スイッチ、および行スイッチをマトリックス状に配置、実装した、第４の実施例を示す回路図である。３４（１点鎖線部）は、二次蓄電池１０と列選択マルチプレクサ部１７を１体化したブロックである。二次電池体ユニット３３（破線部）は、二次電池体と、一端が正電極端子（または負電極端子）に接続された列スイッチから構成される。この二次電池体ユニットを直列接続して二次電池体ユニット列を構成し、前記二次電池体ユニット列を行方向に併設する。そして、隣接する各二次電池体ユニット列は、折り返し配線パターンによって直列に結線される。この場合、メモリ状に二次電池が構成、実装され、回路構成の単純化と小型化が得られる効果がある。
【実施例５】
【００５７】
実施例５を図１１に示す。本実施例では、実施例４と違い、隣接する二次電池体ユニット列は、互いに列方向に略反対称的に配置して並設される。すなわち、二次電池体列が交互に上下反転して並設され、隣接する各二次電池列間は短い配線パターンによって結線される。行選択信号発生回路１６は、上位行ドレス信号ＹＡＨ、下位行アドレス信号ＹＡＬの２の補数生成回路（図示せず）を備え、上位行アドレスデコーダ１６Ｈ、下位行アドレスデコーダ１６Ｌは、奇数二次電池列選択信号ＯＤ／ＥＶＮにより、奇数列アドレスの二次電池列選択時には、２の補数生成回路（図示せず）の補数出力を上位行及び下位行アドレス信号とすることにより、隣接二次電池列間で行アドレス配列順序を逆転させることを特徴とする。奇数二次電池列選択信号ＯＤ／ＥＶＮは、列アドレスの最下位ビットＸＡ０を使用すればよい。
【００５８】
表５に電極端子番号に対する設定列アドレス・行アドレスの関係を示す。奇数アドレス列では表中の補数行アドレスが採用される。なお、二次電池列における最上位電極端子の設定アドレスは、前述したように列アドレスは変更せず、行アドレスのみ変更する。本実施例では、二次電池列を接続する配線パターン長が短くでき、二次電池列間配線抵抗値の低減、小型化が可能となる。
【００５９】
【表５】
2014207722.tif 000007
【実施例６】
【００６０】
第６の実施例を示す行信号発生回路を図１２に掲げる。行選択信号発生回路１６は、上位行アドレスデコーダ１６Ｈ、下位行アドレスデコーダ１６Ｌ、加算器４２、増分アドレス設定レジスタ４１、及び下位行アドレス設定レジスタ４０、及びドライバ回路２１、２２からなる。
下位行アドレス設定レジスタ４０には下位行アドレスＹＡＬが設定され、増分アドレス設定レジスタ４１には充電対象となる負電極端子アドレスに対する正電極端子アドレスの増分値ＹＡＤすなわち、二次電池体の数が設定され、加算器４２は両アドレス値の加算値を上位行アドレスＹＡＨとして出力する。この行選択信号発生回路１６は、前述の実施例に、その機能、効果を逸脱することなく適宜変更を加えることにより適用可能である。
【実施例７】
【００６１】
図１３は、本発明による電源装置の第２の基本構成を示したものである。前述した第１の基本構成(図１)と異なるところは、行と列スイッチの役割を逆転し、各二次電池列の電極端子を所望の行スイッチを介して列信号線に接続し、列信号線を列選択マルチプレクサ部の入力端に接続して入出力制御することである。
電源装置５０において、選択スイッチ切替回路１１（一点鎖線部）は、行スイッチと列スイッチで構成される、マトリックス型スイッチ部１４（破線部）、列選択信号発生回路３５、行選択信号発生回路３６から構成される。行選択信号発生回路３６は、ｎ本の行アドレス信号ＹＡをデコードして２ｎ本の行スイッチ選択信号ＹＳを発生する、デコーダ回路である。一方、列選択信号発生回路３５は、正電極端子位置を示すｍ本の上位列アドレス信号ＸＡＨ、負電極端子位置を示すｍ本の下位列アドレス信号ＸＡＬをデコードして、それぞれ２ｍ本の上位列スイッチ選択信号ＸＳＨ、下位列スイッチ選択信号ＸＳＬを生成する。
【００６２】
マトリックス型スイッチ部１４は、行選択マルチプレクサ部５１と、列選択マルチプレクサ部５２から構成される。行選択マルチプレクサ部５１は、行スイッチ選択信号ＹＳを選択制御信号とし、各二次電池列の２ｎ本の電極端子を入力とする２ｍ個の２ｎ×１マルチプレクサで構成され、２ｍ本の出力線、すなわち列信号線ＸＤを列選択マルチプレクサ部５２の入力に接続する。列選択マルチプレクサ部５２は、列信号線ＸＤを入力する入力端子、上位列スイッチ選択信号ＸＳＨ、下位列スイッチ選択信号ＸＳＬを入力する選択制御信号端子、及び上位列、下位列信号を伝送する出力端子を有する。前記出力端子がそれぞれ供給出力端子ＢＶＨ、供給入力端子ＢＶＬに接続されることにより充放電経路を形成する。
【００６３】
第２の基本構成に基づく第７の実施例を示す回路図を図１４に掲げる。列選択信号発生回路は、上位行アドレスデコーダ３５Ｈと下位行アドレスデコーダ３５Ｌからなり、それぞれ上位列、下位列スイッチ選択信号ＸＳＨ、ＸＳＬを生成する。列選択マルチプレクサ部５２において、上位列マルチプレクサ５２Ｈ、下位列マルチプレクサ５２Ｌは、列信号線ＸＤ３−０線を入力とし、それぞれ出力を供給出力端子ＢＶＨ、供給入力端子ＢＶＬに接続する。二次蓄電池１０と行選択マルチプレクサ部を含むブロック５１（１点鎖線部）において、一つの行マルチプレクサは、例えば、それぞれ二次電池体ＢＣ１−ＢＣ４の電極端子を入力とする、行スイッチＳＷ０―ＳＷ３、ＳＷ４Ｄで構成される。行スイッチ選択信号線ＹＳ４によって駆動される行スイッチのＳＷ４Ｄ、ＳＷ８Ｄ、ＳＷ１２Ｄ、ＳＷ１６は、各二次電池列の最上位電極端子の充電経路を確保するために設けてある。本実施例では、異なる二次電池列間で同一行の電極端子間の（２ｎ個の電池体列単位で）充電経路を構成する。このように、本発明の第２の基本構成は、第１の基本構成において、行と列の制御・データ入出力関係を入れ替えたものであり、本発明の趣旨に沿って、前述した基本構成1に対する実施例に相当する実施例が可能である。また、充電電圧、読出し電圧の演算処理を行なうことにより、個々の二次電池体の充電状態を設定、監視することができる。
【００６４】
今まで述べてきた実施例において、列スイッチや行スイッチには、電磁リレーなどの他、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、ＭＯＳＦＥＴなどがあげられる。特に、自己消弧素子であるＧＴＯサイリスタ、ＩＧＢＴはオン、オフのスイッチ制御が容易である利点がある。本発明の基本構成１では、列スイッチ（行スイッチ）は双方向性スイッチである必要があるが、行スイッチ（列スイッチ）は、通常上位行選択スイッチ（上位列選択スイッチ）と下位行選択スイッチ（下位列選択スイッチ）で電流の流れる方向が決まっているので単方向スイッチでもよい。ここで、括弧内は本発明の基本構成２の場合を示す。単方向性スイッチとしては、前記半導体スイッチング素子単体が使用できる。
基本構成１の場合、行スイッチ(基本構成２の場合は列スイッチ)も双方向性スイッチを使用すれば、後述するように、充電用の電力を供給する電源側が回生動作可能な場合、電気容量の大きい二次電池体を放電して定電流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る。
【００６５】
双方向性スイッチの例を図１５に示す。通常、ＩＧＢＴ素子やＭＯＳＦＥＴは逆耐圧特性をもたないため、逆方向への通電を阻止するダイオードが直列接続される。逆耐圧特性を有する逆阻止形ＩＧＢＴの場合ダイオードは不要であるため、ダイオードの導通損失が少ない利点を有する。図１５(a)はサイリスタＣＲ１、ＣＲ２を逆並列接続した回路、図１５(b)は逆耐圧特性をもたないＩＧＢＴ素子ＩＧ１、ＩＧ２にそれぞれ保護用ダイオードＤ１、Ｄ２を直列接続した回路を逆並列接続した回路（破線で示した配線を施してもよい）、同図（ｃ）は逆耐圧特性を有するＩＧＢＴ素子ＩＧ３、ＩＧ４を逆並列接続した回路、同図（ｄ）はＮＭＯＳＦＥＴのＮＭ１とＮＭ２を直列接続した回路、同図(e)はＰＭＯＳのＰＭ１、ＰＭ２を直列接続した回路である。ここで、ＸＳＰ、ＸＳＤはゲート制御信号端子、ＢＴ、ＤＴはスイッチの電極端子を示す。この他に、同図（ｂ）のＩＧＢＴによる双方向スイッチと同様に、直列接続されたＭＯＳＦＥＴと保護用ダイオードを逆並列接続した回路やＣＭＯＳ構成のＭＯＳＦＥＴが使用できる。耐圧の点から使用する電圧領域を考慮して選択する必要がある。
【実施例８】
【００６６】
図１６は、図１５（ｃ）に示すＩＧＢＴ回路スイッチを、第４の実施例（図１０）に適用した第８の実施例を示したものである。列選択スイッチの制御信号ＸＳＰ、ＸＳＤ（信号線を点線で示す）は、列アドレスデコーダ１５Ｄによって生成され、上位行、下位行選択スイッチの制御信号ＹＳＨ、ＹＳＬ（信号線を点線で示す）は、それぞれ、上位行アドレスデコーダ１６Ｈ、下位行アドレスデコーダ１６Ｌによって生成される。この場合、列スイッチの他に行スイッチも双方スイッチで構成されているため、充電回路１２側の外部電源(図示せず)と二次蓄電池１０の間で、電力の回生動作が可能である。なお、充電制御のみである場合は、行スイッチＳＷＨ４−１、ＳＷＬ３−０は単方向性スイッチでよい。定電流発生回路の出力供給端子ＢＶＨ、及び入力供給端子ＢＶＬに電池電圧監視用増幅器１３を接続し、充電電圧をモニターしながら充電または放電を行なう。
【実施例９】
【００６７】
第９の実施例を示す図１７は、第４の実施例（図１０）に、図１５（ａ）に掲げるサイリスタ回路スイッチを適用したものである。
定電流発生回路１２は、周知技術の降圧チョッパ回路や昇圧チョッパ回路で構成される。図１８は昇圧チョッパ回路の例を示したもので、外部電源Ｅｄ、インダクタンスＬ１、及びＩＧＢＴ（ＩＧ５）からなる閉回路、ＩＧＢＴ（ＩＧ５）のコレクタ、エミッタ間に直列接続されたダイオードＤ３及び容量Ｃ１を備え、ダイオードＤ３のカソード端子と容量Ｃ１との接続点が供給出力端子ＢＶＨ、容量Ｃ１の他端子が供給入力端子ＢＶＬとなる。
【００６８】
スイッチＩＧ５がオンするとＥｄ−Ｌ１−ＩＧ５の閉回路に電流が流れ、インダクタンスＬ１にエネルギーが蓄えられる。次に電流値が一定に達したところでスイッチをオフにすると、蓄えられたエネルギーはダイオードＤ３を通してＣ１、負荷（図示せず）からなる負荷回路へ移りＣ１を充電する。これを繰り返し、ゲートＧＥ１の駆動信号のオン・デューティを変化させることにより昇圧作用を生じる。
【００６９】
以上説明した例は、電圧、電流ともに一方向の非可逆形であるが、電圧、電流の通電方向が変わっても対応できるよう拡張された可逆チョッパを使えば、力行(充電)モードのほかに回生モード（二次電池から外部電源Ｅｄへの電力返還）が可能になる。図１９に電流可逆チョッパ回路の例を示す。この電流可逆チョッパ回路は、外部電源Ｅｄ、各々ダイオードＤ４、Ｄ５が並列に逆接続された２個のＩＧＢＴ（ＩＧ６、ＩＧ７）からなる閉回路、及び２個のＩＧＢＴの接続点に直列接続されるインダクタンスＬ２と抵抗Ｒ１からなる負荷を備え、負荷の出力端子を供給出力端子ＢＶＨ、ＩＧＢＴ（ＩＧ７）のエミッタ電極端子を供給入力端子ＢＶＬとする。
【００７０】
本定電流発生回路では、スイッチＩＧ６とダイオードＤ５で降圧チョッパ回路が構成され、外部電源から負荷(二次電池)に電力が供給される充電(力行)モードになる。また、スイッチＩＧ７とダイオードＤ４で昇圧チョッパ回路が構成され、負荷（二次電池）の起電力が外部電源Ｅｄに返還される回生モードになる。このように、電源電流と負荷電流の両者を即時に逆転でき、スムーズに電力の移行ができる。例えば、降圧チョッパ動作、すなわち充電モード時はゲートＧＥ２の駆動信号のオン・デューティによって充電電圧を制御する。負帰還回路を追加してオン・デューティを変化させることにより定電流・低電圧充電制御を行うことは自明である。この他、定電流発生回路として、パワートランジスタを外付けした、電圧レギュレータＩＣやＤＣ−ＤＣコンバータ制御ＩＣなどを使うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明によれば、複数の二次電池体を直列に接続して構成される二次電池の充電回路及び電源装置において、少ないスイッチ数で任意の二次電池体の充電、放電制御が可能となり、均等充電や過電圧・過電流充電防止、過放電防止などを実現できる。そのため、回路規模の低減、コスト削減を達成できる。また、半導体メモリと同じような、二次電池体・スイッチの二次元配列、回路制御が可能となり、回路構成の簡易化、コンパクト化が図られる。同時に、行サイズ、列サイズを変更することにより、配線・駆動ゲート負荷を最小にすることにより、高速化が得られる。さらに、二次電池体の電圧・電流をモニターし、個々の二次電池体の充電状態のばらつきや分布、及びインピーダンスを測定することにより、電池動作の評価・不良解析をきめ細かく実施することができる。なお、本発明は、単位セルまたは単位モジュールを直列接続した太陽電池などの蓄電素子において、任意の電極端子間の電圧読み出し、分圧電圧取り出しが可能な電源回路としても利用できることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７２】
９、５０     電源装置
１０         二次蓄電池
１０Ａ−１０Ｄ     二次電池列
ＢＣ１−ＢＣ１６    二次電池体
ＢＰ    二次蓄電池正電極端子（最上位電極端子）
ＢＮ    二次蓄電池負電極端子
１１    選択スイッチ切替回路
１２    定電流発生回路
１３    電圧監視用増幅器
１４    マトリックス型スイッチ部
１５、３５    列選択信号発生回路
１５Ｈ    上位アドレスデコーダ（上位列アドレスデコーダ）
１５Ｌ       下位アドレスデコーダ（下位列アドレスデコーダ）
１５Ｄ       列アドレスデコーダ
３５Ｈ       上位列アドレスデコーダ
３５Ｌ       下位列アドレスデコーダ
１６、３６    行選択信号発生回路
１６Ｈ       上位行アドレスデコーダ
１６Ｌ       下位行アドレスデコーダ
１７、５２    列選択マルチプレクサ部
５２Ｈ       上位列マルチプレクサ
５２Ｌ        下位列マルチプレクサ
１７Ａ−１７Ｄ    セレクタ
１８、５１    行選択マルチプレクサ部
１８Ｈ       上位行マルチプレクサ
１８Ｌ        下位行マルチプレクサ
１９    ２入力オア論理ゲート回路
２０、２１、２２    ドライバ回路
ＳＷ０−ＳＷ１６、ＳＷ４Ｄ、ＳＷ８Ｄ、ＳＷ１２Ｄ      列スイッチ（行スイッチ）
ＳＷＨ０−ＳＷＨ４    上位行スイッチ
ＳＷＬ０−ＳＷＬ３     下位行スイッチ
４０    下位行アドレス設定レジスタ
４１    増分アドレス設定レジスタ
４２    加算器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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