(57)【要約】【課題】部品コストを低減しながら、ひとつの電池パックに接続する充電器で各々の電池ブロックを充電し、しかも電池セルの過充電を防止する。【解決手段】電源装置は、複数の電池パック１０を並列に接続している。各々の電池パック１０は、複数の電池セル１を備える電池ブロック２と、各電池セル１の充電停止状態を検出する検出回路３と、電池ブロック２に接続してなる放電端子５と、電池ブロック２にスイッチング素子４を介して接続してなる充電端子６と、通信回路７とを備えている。各々の電池パック１０は、互いに通信回路７を接続して、充電端子６を互いに接続することなく、放電端子５を並列に接続している。電源装置は、いずれかの検出回路３が充電停止状態を検出すると、通信回路７を介して、充電器２０を接続してなる電池パック１０Ａの検出回路３に充電停止信号を伝送し、この検出回路３がスイッチング素子４をＯＦＦに制御して充電を停止する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに並列に接続されて負荷に電力を供給する複数の電池パック(10)を備える電源装置であって、
各々の電池パック(10)は、
複数の電池セル(1)を直列に接続してなる電池ブロック(2)と、
各々の電池セル(1)の充電停止状態を検出して充電停止信号を出力する検出回路(3)と、
この検出回路(3)でオンオフに制御されるスイッチング素子(4)と、
前記電池ブロック(2)にダイオードを介することなく接続してなる放電端子(5)と、
前記電池ブロック(2)に前記スイッチング素子(4)を介して接続してなる充電端子(6)と、
前記検出回路(3)で検出される充電停止信号を他の電池パック(10)の検出回路(3)に伝送する通信回路(7)とを備えており、
各々の電池パック(10)は、互いに通信回路(7)を接続して、前記充電端子(6)を互いに接続することなく、前記放電端子(5)を並列に接続しており、
特定の電池パック(10A)の充電端子(6)に接続される充電器(20)の充電電流が、充電器(20)を接続している電池パック(10A)のスイッチング素子(4)を通過して、並列に接続してなる放電端子(5)を介して別の電池パック(10B)の電池ブロック(2)に供給されて、全ての電池ブロック(2)が充電され、
いずれかの検出回路(3)が電池セル(1)の充電停止状態を検出する状態で、この検出回路(3)が充電停止信号を出力し、出力される充電停止信号が通信回路(7)を介して充電器(20)を接続してなる電池パック(10A)の検出回路(3)に伝送され、この検出回路(3)が前記スイッチング素子(4)をＯＦＦに制御して充電を停止するようにしてなる電源装置。
【請求項２】
前記電池セル(1)を構成する電池がリチウムイオン電池で、前記検出回路(3)が電池セル(1)の電圧を検出して充電停止状態を検出する請求項１に記載される電源装置。
【請求項３】
前記電池セル(1)が複数の素電池を並列に接続してなる請求項１または２に記載される電源装置。
【請求項４】
互いに並列に接続してなる電池パック(10)のトータル容量が１ＫＶＡ〜１００ＫＶＡである請求項１ないし３のいずれかに記載される電源装置。
【請求項５】
前記スイッチング素子(4)がＦＥＴである請求項１ないし４のいずれかに記載される電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池パックを並列に接続して出力電流を大きくしてなる大容量の電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の電池パックを並列に接続して出力電流と容量を大きくする電源装置は開発されている。（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１の公報に記載される電源装置は、複数の電池パックを並列に接続して出力容量を大きくしている。並列接続される電池パックは、図１に示すように、複数の電池セル９１を直列に接続して電池ブロック９２としている。電池ブロック９２は、過充電や過放電を防止するために、充放電を制御する充放電用ＦＥＴ９４を介して出力端子９５に接続している。充放電用ＦＥＴ９４は、充電電流をコントロールするＦＥＴと、放電電流をコントロールするＦＥＴを直列に接続している。各々のＦＥＴは、電池ブロック９２の状態を検出する制御回路９３で制御している。制御回路９３は、充電されている電池ブロック９２が満充電になると、充電電流をコントロールするＦＥＴをＯＦＦに切り換えて過充電を防止する。また、放電している電池ブロック９２が完全に放電されると、放電電流を制御するＦＥＴをＯＦＦに切り換えて、過放電を防止する。
【０００４】
図１の回路構成の電池パック９０は、出力端子９５を互いに並列に接続して、電源装置としての出力容量を大きくできる。図１の回路構成の電池パック９０を並列に接続している電源装置は、特定の電池パックをマスタ電池パックとし、他の電池パックをスレーブ電池パックとして、スレーブ電池パックの情報をマスタ電池パックに伝送して、各々の電池パックを並列に接続する状態で、電池セルの過充電や過放電を防止する。この電源装置は、いずれかの電池パックの電池ブロックが過充電され、あるいは過放電される状態になると、各々の電池パックに設けている充放電用ＦＥＴをＯＦＦに切り換えて、電池ブロックの過充電や過放電を防止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２９４２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１の回路構成の電池パック９０を並列に接続している電源装置は、出力端子９５を並列に接続して、出力端子９５を負荷に接続して電池ブロック９２を放電し、また、出力端子９５に充電器を接続して電池ブロック９２を充電する。すなわち、出力端子９５は電池ブロック９２の充電端子と、放電端子に併用される。この構造の電源装置は、放電電流が大きくなると、充放電用ＦＥＴ９４に大電流に耐える高価なＦＥＴを使用する必要があって、部品コストが高くなる。とくに、複数の電池パックを並列に接続して出力電流を大きくしている電源装置は、負荷に大きな電流で放電できることが特徴であるから、たとえば、電動バイク等のように、放電電流のピーク値が極めて大きい用途に最適である。ただ、大電流の負荷に使用できる電池パックは、充放電用ＦＥＴの電流容量を大きくする必要があって、部品コストが高くなる。
【０００７】
この弊害は、図２に示すように、充電端子７６と放電端子７５とを別々に設けて、充電端子７６にはＦＥＴなどのスイッチング素子７４を介して電池ブロック７２を接続し、放電端子７５を直接に電池ブロック７２に接続する回路構成で解消できる。この電池パック７０は、放電電流を制御する大電流のＦＥＴを設けないので、部品コストを低減しながら、大きな電流で安定して放電できる特徴がある。
【０００８】
図２の回路構成の電池パック７０は、放電端子７５を並列に接続して出力電流を大きくできる。また、この電源装置は、充電器２０を接続するマスタ電池パック７０Ａの充電端子７６に充電器２０を接続して、全ての電池パック７０の電池ブロック７２を充電できる。しかしながら、この電源装置は、充電器２０の接続されないスレーブ電池パック７０Ｂの電池ブロック７２が、内蔵するスイッチング素子７４をバイパスして、マスタ電池パック７０Ａのスイッチング素子７４を介して充電器２０に接続される回路構成となる。この状態で充電されるスレーブ電池パック７０Ｂの電池ブロック７２は、電池ブロック７２を構成するいずれかの電池セル７１が過充電される状態になっても、マスタ電池パック７０Ａのスイッチング素子７４をＯＦＦに切り換えできない。スレーブ電池パック７０Ｂが、電池ブロック７２の過充電を検出する検出回路７３で、マスタ電池パック７０Ａに内蔵されるスイッチング素子７４を制御できないからである。このため、スレーブ電池パック７０Ｂの電池ブロック７２を正常な状態で充電できなくなる弊害が発生する。
【０００９】
この弊害は、図３に示すように、電池ブロック７２と放電端子７５との間にダイオード８７を接続し、各々の電池パック８０の充電端子７６に充電器２０を接続して充電する回路構成で解消できる。このダイオード８７は、充電器２０の接続されないスレーブ電池パック８０Ｂの電池ブロック７２に、マスタ電池パック８０Ａに接続している充電器２０から充電電流が流れるのを遮断する。しかしながら、この電源装置は、全ての電池パック８０を充電するために、各々の電池パック８０の充電端子７６に充電器２０を接続する必要があるので、電池パック８０の充電に手間かかる欠点がある。
【００１０】
さらに、この電源装置は、電池パックに大電流のダイオードを設けるので、部品コストが高くなると共に、ダイオードの電圧降下による電力損失も大きくなる弊害がある。さらに、大きな電流が流れて発熱するダイオードを放熱するために、放熱面積の大きい放熱器を設ける必要があって、さらに部品コストが高くなる欠点もある。
【００１１】
本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、放電端子に接続する大電流のダイオードを省略して部品コストを低減しながら、ひとつの電池パックの充電端子に充電器を接続して、各々の電池ブロックを充電でき、しかも、各々の電池ブロックを構成する電池セルの過充電を防止しながら電池パックを充電できる電源装置を提供することにある。
【００１２】
さらにまた、本発明の他の大切な目的は、特定の電池パックに内蔵するスイッチング素子で全ての電池ブロックを構成する電池セルの過充電を防止しながら充電することで、いずれかの電池パックのスイッチング素子が故障しても、全ての電池ブロックを正常に充電できる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及び発明の効果】
【００１３】
本発明の電源装置は、互いに並列に接続されて負荷に電力を供給する複数の電池パック１０を備えている。各々の電池パック１０は、複数の電池セル１を直列に接続してなる電池ブロック２と、各々の電池セル１の充電停止状態を検出して充電停止信号を出力する検出回路３と、この検出回路３でオンオフに制御されるスイッチング素子４と、電池ブロック２にダイオードを介することなく接続してなる放電端子５と、電池ブロック２にスイッチング素子４を介して接続してなる充電端子６と、検出回路３で検出される充電停止信号を他の電池パック１０の検出回路３に伝送する通信回路７とを備えている。各々の電池パック１０は、互いに通信回路７を接続して、充電端子６を互いに接続することなく、放電端子５を並列に接続している。電源装置は、特定の電池パック１０Ａの充電端子６に接続される充電器２０の充電電流が、充電器２０を接続している電池パック１０Ａのスイッチング素子４を通過して、並列に接続してなる放電端子５を介して別の電池パック１０Ｂの電池ブロック２に供給されて、全ての電池ブロック２が充電される。さらに、電源装置は、いずれかの検出回路３が電池セル１の充電停止状態を検出する状態で、この検出回路３が充電停止信号を出力し、出力される充電停止信号が通信回路７を介して充電器２０を接続してなる電池パック１０Ａの検出回路３に伝送され、この検出回路３がスイッチング素子４をＯＦＦに制御して充電を停止する。
【００１４】
以上の電源装置は、電流容量の大きな大電流ダイオードやこれを冷却する放熱面積の大きな放熱器を使用する必要がなく、部品コストを低減できる。また、ひとつの電池パックの充電端子に充電器を接続して、全ての電池パックの電池ブロックを充電しながら、しかも、各々の電池ブロックを構成する電池セルの過充電を防止しながら、全ての電池パックを充電できる。それは、充電器を接続している電池パックのスイッチング素子で、全ての電池ブロックの充電を制御すると共に、各々の電池パックの電池ブロックを構成する電池セルの充電停止状態を検出して、充電器を接続している電池パックの検出回路に伝送し、この検出回路でもって、いずれかの電池ブロックの電池セルが充電停止状態になると、スイッチング素子をＯＦＦに切り換えて、全ての電池パックの電池ブロックの充電を停止するからである。
【００１５】
さらに、以上の電源装置は、充電器を接続している電池パックに内蔵するスイッチング素子を使用して、全ての電池ブロックを正常に過充電することなく充電するので、いずれかの電池パックのスイッチング素子が故障しても、全ての電池ブロックを正常に充電できる特徴がある。スイッチング素子の故障した電池パックに充電器を接続することなく、正常に動作するスイッチング素子の電池パックに充電器を接続して、全ての電池パックを充電できるからである。
【００１６】
本発明の電源装置は、電池セル１を構成する電池をリチウムイオン電池として、検出回路３が電池セル１の電圧を検出して充電停止状態を検出することができる。
以上の電源装置は、電池セルを構成する電池をリチウムイオン電池とするので、電池セルの電圧を検出して、充電停止状態を正確に検出できる。したがって、全ての電池セルの過充電を防止しながら、各々の電池パックを充電できる特徴がある。
【００１７】
本発明の電源装置は、電池セル１が、複数の素電池を並列に接続することができる。
以上の電源装置は、複数の素電池を並列に接続して電池セルとし、さらに、この電池セルを直列に接続して電池ブロックとするので、電池ブロックが放電できる最大電流を大きく、かつ電池ブロックの電圧を高くして、電池パックの出力を大きくできる。
【００１８】
本発明の電源装置は、互いに並列に接続してなる電池パック１０のトータル容量を１ＫＶＡ〜１００ＫＶＡとすることができる。
以上の電源装置は、トータル容量を１ＫＶＡ〜１００ＫＶＡと極めて大きくするので、電動バイクや電動車両などの大出力が要求される用途に最適に使用できる。
【００１９】
本発明の電源装置は、スイッチング素子４をＦＥＴとすることができる。
以上の電源装置は、スイッチング素子をＦＥＴとするので、ＯＮ状態の電気抵抗を小さくして、電池ブロックを効率よく充電できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来の電源装置のブロック図である。
【図２】従来の他の電源装置のブロック図である。
【図３】従来の他の電源装置のブロック図である。
【図４】本発明の一実施例にかかる電源装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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を例示するものであって、本発明は電源装置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、一部の実施例、実施形態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。
【００２２】
図４は、本発明の実施例に係る電源装置を示す。この図に示す電源装置は、互いに並列に接続されて負荷に電力を供給する複数の電池パック１０を備える。図４の電源装置は、３組の電池パック１０を並列に接続している。電源装置は、接続する電池パック１０の個数を多くして、出力できる最大電流を大きく、また、電流容量も大きくできる。本発明の電源装置は、たとえば電動バイク、ハイブリッドカー、プラグインハイブリッドカー、電気自動車、無停電電源などのように大電力な電源に最適である。これ等の電源として使用される電源装置は、接続する電池パックの個数を調整して、トータル容量を１ＫＶＡ〜１００ＫＶＡとする。ただし、本願発明の電源装置は、トータル容量を特定するものではなく、電池パック自体の容量、あるいは並列に接続する電池パックの個数を調整して、以上のトータル容量よりも小さく、あるいは大きくすることもできる。
【００２３】
各々の電池パック１０は、複数の電池セル１を直列に接続している電池ブロック２と、各々の電池セル１の充電停止状態を検出して充電停止信号を出力する検出回路３と、この検出回路３でオンオフに制御されるスイッチング素子４と、各々の電池ブロック２にダイオードを介することなく接続している放電端子５と、電池ブロック２にスイッチング素子４を介して接続している充電端子６と、検出回路３で検出される充電停止信号を他の電池パック１０の検出回路３に伝送する通信回路７とを備えている。
【００２４】
電池ブロック２は、リチウムイオン電池からなる電池セル１を直列に接続している。ただし、電池ブロックには、リチウムイオン電池に代わって、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池などの充電できる全ての電池を使用できる。出力電流を大きくする電池ブロック２は、複数の素電池を並列に接続して電池セル１とし、この電池セル１を直列に接続している。電池ブロック２の出力電流は、電池セル１の電流容量で特定されるので、多数の素電池を並列に接続して出力電流を大きくできる。また、電池ブロック２は、直列に接続する電池セル１の個数で出力電圧を調整でき、電池セル１を多くして出力電圧を高くできる。
【００２５】
検出回路３は、電池ブロック２を構成する電池セル１の過充電を検出して充電停止信号を出力し、この充電停止信号でスイッチング素子４を制御する。検出回路３は、各々の電池セル１の電圧を検出して過充電を検出する。電池セル１が過充電されると電圧が最高電圧よりも高くなるからである。この検出回路３は、電池セル１の過充電を判定する最高電圧を記憶している。検出する電池セル１の電圧を最高電圧に比較し、電池セル１の電圧が最高電圧を超えると充電停止状態と判定して、充電停止信号を出力する。検出回路３は、各々の電池セル１の温度を検出して、充電停止信号を出力することもできる。検出回路３は、充電する充電停止信号でスイッチング素子４をＯＦＦに切り換える。スイッチング素子４をＦＥＴとする電池パック１０は、検出回路３から出力される充電停止信号をＦＥＴのゲートに入力して、スイッチング素子４をＯＮからＯＦＦに切り換えて電池ブロック２の充電を停止する。さらに、検出回路３は、通信回路７を介して、検出する充電停止信号を他の電池パック１０の検出回路３にも伝送する。図に示す電池パック１０は、通信回路７に接続してなる通信端子８を備えており、この通信端子８を介して、各々の電池パック１０の検出回路３を接続している。
【００２６】
さらに、検出回路３は、他の電池パック１０の通信回路７から入力される充電停止信号によっても、スイッチング素子４をＯＮからＯＦＦに切り換える。複数の電池パック１０が並列に接続されて、各々の電池ブロック２を一緒に充電する状態にあっては、充電器の接続されない電池パック１０Ｂの検出回路３が充電停止信号を出力することがある。この充電停止信号は、通信回路７を介して充電器２０を接続している電池パック１０Ａの検出回路３に入力される。別の電池パック１０Ｂから入力される充電停止信号を検出する検出回路３は、この信号によってもスイッチング素子４をＯＮからＯＦＦに切り換えて、全ての電池ブロック２の充電を停止する。したがって、電池パック１０は、検出回路３が検出する自己の充電停止信号のみでなく、並列に接続している他の電池パック１０から入力される充電停止信号によってもスイッチング素子４をＯＮからＯＦＦに切り換える。
【００２７】
スイッチング素子４は、充電電流を遮断するＦＥＴである。ＦＥＴのスイッチング素子４は、検出回路３からゲートに入力される信号で、オンオフに制御される。スイッチング素子４には、ＦＥＴに代わって、トランジスタやリレーなどのスイッチング素子も使用できる。トランジスタのスイッチング素子は、ベースの入力信号でオンオフに制御され、リレーのスイッチング素子は、励磁コイルの通電を制御してオンオフに切り換えられる。したがって、トランジスタのスイッチング素子は、充電停止信号をベースに入力して、トランジスタをＯＮからＯＦＦに切り換え、リレーのスイッチング素子は、充電停止信号で励磁コイルの通電を停止して、ＯＮからＯＦＦに切り換えられる。スイッチング素子４は、電池ブロック２を充電する状態ではＯＮ状態に保持される。ＦＥＴのスイッチング素子４は、ゲート電圧を制御してＯＮ状態に、トランジスタのスイッチング素子はベース電流を制御してＯＮ状態に、リレーは励磁コイルに通電してＯＮ状態に保持される。
【００２８】
放電端子５は、ダイオードやスイッチング素子４を介することなく、直接に電池ブロック２に接続している。ただし、放電端子には、電池ブロックの過電流を防止するために、過電流で電流を遮断する素子、たとえばヒューズやブレーカを電池ブロックと直列に接続して、電池ブロック２の過電流を防止できる。
【００２９】
充電端子６は、スイッチング素子４を介して電池ブロック２に接続される。図の電池パック１０は、プラス側の充電端子６を、スイッチング素子４を介して電池ブロック２のプラス側に接続している。スイッチング素子は、充電端子と電池ブロックのマイナス側に接続することもできる。
【００３０】
通信回路７は、検出回路３から出力される充電停止信号を、互いに並列に接続している別の電池パック１０の検出回路３に伝送し、また、別の電池パック１０の検出回路３から出力される充電停止信号を検出回路３に入力する双方向の通信回路７である。
【００３１】
図４の電源装置は、特定の電池パック１０Ａの充電端子６に接続される充電器２０の充電電流を、充電器２０を接続している電池パック１０Ａのスイッチング素子４に通過させて、並列に接続している放電端子５を介して別の電池パック１０Ｂの電池ブロック２に供給して、全ての電池ブロック２を充電する。したがって、この電源装置は、ひとつの電池パック１０の充電端子６に充電器２０を接続して、全ての電池パック１０の電池ブロック２を充電する。
【００３２】
全ての電池パック１０を充電している状態で、いずれかの検出回路３が電池セル１の充電停止状態を検出すると、充電停止信号でスイッチング素子４がＯＮからＯＦＦに切り換えられて、全ての電池ブロック２の充電は停止される。充電器２０を接続している電池パック１０Ａの検出回路３が充電停止信号を出力すると、この信号でもって、この電池パック１０Ａのスイッチング素子４がＯＦＦに切り換えられる。充電器２０を接続してしない電池パック１０Ｂの検出回路３が充電停止信号を検出すると、この充電停止信号は通信回路７を介して、充電器２０を接続している電池パック１０Ａの検出回路３に伝送される。充電停止信号が伝送された検出回路３は、スイッチング素子４をＯＦＦに制御して、全ての電池ブロック２の充電を停止する。
【符号の説明】
【００３３】
１…電池セル
２…電池ブロック
３…検出回路
４…スイッチング素子
５…放電端子
６…充電端子
７…通信回路
８…通信端子
１０…電池パック                  １０Ａ…電池パック
１０Ｂ…電池パック
２０…充電器
７０…電池パック                  ７０Ａ…マスタ電池パック
７０Ｂ…スレーブ電池パック
７１…電池セル
７２…電池ブロック
７３…検出回路
７４…スイッチング素子
７５…放電端子
７６…充電端子
８０…電池パック                  ８０Ａ…マスタ電池パック
８０Ｂ…スレーブ電池パック
８７…ダイオード
９０…電池パック
９１…電池セル
９２…電池ブロック
９３…検出回路
９４…充放電用ＦＥＴ
９５…出力端子
【図１】
2011250519.tif 000003
【図２】
2011250519.tif 000004
【図３】
2011250519.tif 000005
【図４】
2011250519.tif 000006