(57)【要約】【課題】バッテリセルと過電圧保護回路の間を遮断するＦＥＴスイッチを使用可能にし、スタンバイ状態の時に消費する電力を減少させ、バッテリ装置の電力を補充するための充電を削減し、回路構成および運用条件を簡単にする。【解決手段】バッテリセル１１，１２の電圧を検出するセル電圧検出回路３、バッテリセルの充電電流をバイパスさせるシャント素子４、セル電圧が過電圧レベルに達した時にシャント素子４を駆動させるシャント素子駆動回路５、バッテリセルとシャント素子とを遮断させるＦＥＴスイッチ６１，６２、セル電圧が所定のスタンバイ電圧に達した時にＦＥＴスイッチにセル電圧を用いて上昇させたドライブ電圧を供給して動作させスタンバイ状態にし、バッテリセルの放電時にセル電圧が所定のスタンバイ電圧以下となった時にＦＥＴスイッチを遮断させて非作動状態にするＦＥＴスイッチ駆動回路７１，７２を備えた。【選択図】図１
2005192281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個直列接続された各バッテリセルの電圧を検出するセル電圧検出回路と、
前記各バッテリセルの充電電流をバイパスするシャント素子と、
前記バッテリセルの充電電圧が所定の過電圧レベルに達したときに前記シャント素子を駆動制御するシャント素子駆動回路と、
前記バッテリセルと前記シャント素子とを遮断するためのＦＥＴスイッチと、
前記セル電圧検出回路による検出電圧が所定のスタンバイ電圧に達したときに前記ＦＥＴスイッチに前記バッテリセルの電圧を用いて上昇させたドライブ電圧を供給してＦＥＴスイッチを動作させてスタンバイ状態にすると共に、前記バッテリセルの放電時に前記セル電圧検出回路による検出電圧が所定のスタンバイ電圧以下となったときに前記ＦＥＴスイッチを遮断させて非作動状態にするＦＥＴスイッチ駆動回路と
を備えたバッテリ装置の過電圧保護回路。
【請求項２】
請求項１記載のバッテリ装置の過電圧保護回路において、
前記ＦＥＴスイッチ駆動回路は、２個直列に接続されたバッテリセルの電圧を電源として用い、バッテリセルの２直列分の電圧供給に応じたドライブ電圧を前記ＦＥＴスイッチに与える
ことを特徴とするバッテリ装置の過電圧保護回路。
【請求項３】
請求項１記載のバッテリ装置の過電圧保護回路において、
前記ＦＥＴスイッチ駆動回路は、３個直列に接続されたバッテリセルの電圧を電源として用い、バッテリセルの２直列分の電圧供給に応じたドライブ電圧を前記ＦＥＴスイッチに与える
ことを特徴とするバッテリ装置の過電圧保護回路。
【請求項４】
請求項１記載のバッテリ装置の過電圧保護回路において、
前記ＦＥＴスイッチ駆動回路は、単一のバッテリセルの電圧を電源とし、電源電圧の倍電圧に応じたドライブ電圧を前記ＦＥＴスイッチに与える倍電圧整流回路を有する
ことを特徴とするバッテリ装置の過電圧保護回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、人工衛星を代表とする宇宙機に搭載されたリチウムイオン電池を利用した電力システム用バッテリ装置の過電圧保護回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的な電力システム用バッテリ装置の過電圧保護回路は、複数直列接続されたバッテリセルに並列接続され、バッテリセルの電圧を検出するセル電圧検出回路と、バッテリセルの充電電流をバイパスするシャント素子と、シャント素子の動作を制御するシャント素子駆動回路と、バッテリセルとシャント素子とを遮断するためのＰ−ＣＨＡＮＮＥＬ＿ＦＥＴスイッチ（以下、Ｐ−ＦＥＴと呼ぶ）と、Ｐ−ＦＥＴの動作を制御するＰ−ＦＥＴ駆動回路とから構成されている。
【０００３】
このような構成においては、バッテリセルの充電時にバッテリセル電圧が規定した過電圧レベルに達すると、バッテリセルと並列接続された過電圧保護回路が動作し、バッテリ電圧を所望の電位に保つようにバッテリセルに流れ込むセル充電電流を過電圧保護回路にバイパスさせる機能を備え、過電圧保護回路を滑らかに動作させるため非動作時においてもスタンバイ電流を常時流す回路構成となっていることが原因で発生する損失を減少させるため、非動作時はバッテリセルと過電圧保護回路とを遮断するようにＰ−ＦＥＴが動作する。
【０００４】
バッテリ装置の過電圧保護回路は上述したように動作するが、人工衛星を代表とする宇宙機に搭載された場合に宇宙空間で使用可能なＦＥＴスイッチは特殊性があり限定されているため、バッテリセル電圧以下のドライブ電圧で充分に動作可能なＦＥＴスイッチがなく、宇宙機に搭載することが困難な回路構成となっていた。
【０００５】
これまで宇宙空間で使用可能なＦＥＴスイッチのドライブ電圧が１個のバッテリセル電圧より高いことから、バッテリセルと過電圧保護回路との間をＦＥＴスイッチを使用して遮断することが困難であったため、過電圧保護回路をバッテリ充電時における過電圧保護動作状態またはスタンバイ状態の時に動作させたいところを常時スタンバイ電力を消費して動作する構成となっていた。このことから消費した電力を補充するための充電（以下、トリクル充電と呼ぶ）を運用条件に盛り込んで検討する必要があり、複雑で細かい回路構成および運用条件が必要であった。
【０００６】
また、バッテリは過電圧保護回路による電力消費のため放電され、長期放置しているとバッテリ電圧が低下する。このときバッテリの種類（例えばリチウムイオンバッテリ等）によっては、バッテリ電圧が規定電圧の最小値以下となり破損するため、バッテリ電圧を規定電圧範囲内に管理し、維持することが必要であった。
【０００７】
その他、複数直列接続されたリチウムイオンバッテリセルを一括充電する回路構成において、シャント回路部に生じる熱の発生を抑える回路が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１８６１９１号公報
【特許文献２】特開２００２−１８６１９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明は上記課題を解決するためになされたもので、これまで宇宙空間における使用が困難であったバッテリセルと過電圧保護回路の間を遮断するＦＥＴスイッチを使用可能にし、バッテリ充電時における過電圧保護動作状態またはスタンバイ状態以外はバッテリセルと過電圧保護回路の間を遮断して、過電圧保護回路において消費していたスタンバイ電力を減少させることができる、より簡単な回路構成および運用条件を備えたバッテリ装置の過電圧保護回路を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係るバッテリ装置の過電圧保護回路は、複数個直列接続された各バッテリセルの電圧を検出するセル電圧検出回路と、前記各バッテリセルの充電電流をバイパスするシャント素子と、前記バッテリセルの充電電圧が所定の過電圧レベルに達したときに前記シャント素子を駆動制御するシャント素子駆動回路と、前記バッテリセルと前記シャント素子とを遮断するためのＦＥＴスイッチと、前記セル電圧検出回路による検出電圧が所定のスタンバイ電圧に達したときに前記ＦＥＴスイッチに前記バッテリセルの電圧を用いて上昇させたドライブ電圧を供給してＦＥＴスイッチを動作させてスタンバイ状態にすると共に、前記バッテリセルの放電時に前記セル電圧検出回路による検出電圧が所定のスタンバイ電圧以下となったときに前記ＦＥＴスイッチを遮断させて非作動状態にするＦＥＴスイッチ駆動回路とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、バッテリセルの電圧を用いて上昇させたドライブ電圧をＦＥＴスイッチに供給することでバッテリセルと過電圧保護回路の間を遮断するＦＥＴスイッチを使用可能にすることができ、バッテリ充電時に所定のスタンバイ電圧に達した時にＦＥＴスイッチを動作させて過電圧保護回路をスタンバイ状態にして、放電時に所定のスタンバイ電圧を下回った時にＦＥＴスイッチを遮断させて過電圧保護回路を非動作状態にすることで、スタンバイ状態の時に消費する電力を減少させ、バッテリ装置の電力を補充するための充電を削減し、回路構成および運用条件を簡単にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
以下にこの発明の実施の形態１を詳細に説明する。以下に説明する実施の形態１は、この発明を実施するに適した、宇宙機に搭載されたリチウムイオン電池を利用した電力システム用バッテリ装置の過電圧保護回路であるが、これらに限定されるものではない。
【００１３】
図１は、この発明の実施の形態１に係るバッテリ装置の過電圧保護回路を示す回路図であって、ＦＥＴスイッチ駆動回路の電源として、２個直列に接続されたバッテリセルの電圧を利用した過電圧保護回路を示している。このバッテリ装置の過電圧保護回路は、２個直列接続されたバッテリセル１１および１２と、バッテリセル１１および１２を１ブロックとして接続された過電圧保護回路２１とから構成されている。過電圧保護回路２１は、バッテリセル電圧を監視検出しているセル電圧検出回路３と、バッテリセル充電電流をバイパスするシャント素子４と、シャント素子４の動作を制御するシャント素子駆動回路５と、バッテリセル１１および１２とシャント素子４とを遮断するためのＰ−ＦＥＴ６１およびＮ−ＣＨＡＮＮＥＬ＿ＦＥＴスイッチ６２（以下、Ｎ−ＦＥＴ６２と呼ぶ）と、Ｐ−ＦＥＴ６１の動作を制御するＰ−ＦＥＴ駆動回路７１と、Ｎ−ＦＥＴ６２の動作を制御するＮ−ＦＥＴ駆動回路７２とから構成されている。
【００１４】
この過電圧保護回路２１は、セル電圧検出回路３がバッテリセル１１の電圧を検出し、検出電圧が規定したスタンバイ電圧に達した時にＰ−ＦＥＴ駆動回路７１に動作信号を送り、動作信号を受けたＰ−ＦＥＴ駆動回路７１がバッテリセル１１とバッテリセル１２の２直列分の電圧供給によりＰ−ＦＥＴ６１にドライブ電圧を送信してＰ−ＦＥＴ６１を動作させることで、スタンバイ状態となる。
【００１５】
また、この過電圧保護回路２１は、同様にして、セル電圧検出回路３がバッテリセル１２の電圧を検出し、検出電圧が規定したスタンバイ電圧に達した時にＮ−ＦＥＴ駆動回路７２に動作信号を送り、動作信号を受けたＮ−ＦＥＴ駆動回路７２がバッテリセル１１とバッテリセル１２の２直列分の電圧供給によりＮ−ＦＥＴ６２にドライブ電圧を送信してＮ−ＦＥＴ６２を動作させることで、スタンバイ状態となる。
【００１６】
ここで、バッテリセル１１の過電圧保護回路遮断用として用いるＦＥＴスイッチをＰ−ＣＨＡＮＮＥＬ＿ＦＥＴ６１、バッテリセル１２の過電圧保護回路遮断用として用いるＦＥＴスイッチをＮ−ＣＨＡＮＮＥＬ＿ＦＥＴ６２で構成した理由は、ＦＥＴドライブ電圧をバッテリセル２直列分の電圧から供給するが、バッテリセル１１とバッテリセル１２の過電圧保護は独立して制御する必要があること、このバッテリセル１１とバッテリセル１２の１ブロックで閉回路を構成する必要があることによる。なお、リチウムイオン電池の特性上、４．０Ｖ程度が通常動作最大値と考えられ、バッテリセル２直列分の電圧がＰ−ＦＥＴ駆動回路７１およびＮ−ＦＥＴ駆動回路７２に供給される場合、回路内部の電圧降下等を考慮すると６〜７Ｖ程度のドライブ電圧が確保できることとなる。
【００１７】
過電圧保護回路２１のスタンバイ状態からバッテリセルを更に充電して、バッテリセル１１またはバッテリセル１２の電圧が上昇して規定した過電圧レベルに達した場合には、セル電圧検出回路３がこれを検出してシャント素子駆動回路５に動作信号を送信し、動作信号を受けたシャント素子駆動回路５がシャント素子４に動作信号を送信してシャント素子４を動作させることで、バッテリセル１１またはバッテリセル１２の充電電流をバイパスする。
【００１８】
過電圧保護回路２１のスタンバイ状態でバッテリ充電が終了してバッテリ放電に移行後、バッテリセル１１または１２の電圧が下降して規定したスタンバイ電圧以下となった場合には、セル電圧検出回路３がこれを検出してＰ−ＦＥＴ駆動回路７１またはＮ−ＦＥＴ駆動回路７２に停止信号を送信し、停止信号を受けたＰ−ＦＥＴ６１またはＮ−ＦＥＴ６２が遮断することで、再び充電動作によりバッテリセル１１または１２の電圧が規定のスタンバイ電圧となるまで、過電圧保護回路２１はバッテリセルと切り離され、過電圧保護回路２１で電力が消費されることがなくなる。
【００１９】
従って、実施の形態１によれば、ＦＥＴスイッチの駆動回路として、２個直列に接続されたバッテリセル１１，１２の電圧を電源として用い、バッテリセルの２直列分の電圧供給に応じたドライブ電圧をＰ−ＦＥＴ６１またはＮ−ＦＥＴ６２に与えるＰ−ＦＥＴ駆動回路７１またはＮ−ＦＥＴ駆動回路７２を備えたので、これまで宇宙空間における使用が困難であったバッテリセルと過電圧保護回路の間を遮断するＦＥＴスイッチが使用可能となり、バッテリ充電時における過電圧保護動作状態またはスタンバイ状態以外はバッテリセルと過電圧保護回路の間を遮断して、過電圧保護回路において消費していたスタンバイ電力を減少できることから、消費した電力を補充するためのトリクル充電を運用条件に盛り込んで検討する必要がなくなり、より簡単な回路構成および運用条件を備えた電力システム用バッテリ装置を提供できる。
また、バッテリはバッテリセルと過電圧保護回路の間を遮断できることから、過電圧保護回路による電力消費のための放電がなくなり、長期放置してもバッテリ電圧が低下せず、常時バッテリ電圧を規定電圧範囲内に保つように管理し、維持する作業を行う必要がなくなり、より簡単な管理を実現できる電力システム用バッテリ装置を提供できる。
【００２０】
実施の形態２．
以下にこの発明の実施の形態２を詳細に説明する。以下に説明する実施の形態２は、この発明を実施するに適した、宇宙機に搭載されたリチウムイオン電池を利用した電力システム用バッテリ装置の過電圧保護回路であるが、これらに限定されるものではない。
【００２１】
図２は、この発明の実施の形態２に係るバッテリ装置の過電圧保護回路を示す回路図であって、ＦＥＴスイッチ駆動回路の電源として、３個直列に接続されたバッテリセルの電圧を利用した過電圧保護回路を示している。図２に示すバッテリ装置の過電圧保護回路は、バッテリセルの直列接続個数が奇数個の場合に、図１に示すバッテリ装置の過電圧保護回路と併用して使用され、３個直列接続されたバッテリセル１１、１２および１３と、バッテリセル１１、１２および１３を１ブロックとして接続された過電圧保護回路２２とから構成されている。過電圧保護回路２２は、バッテリセル電圧を監視検出しているセル電圧検出回路３と、バッテリセル充電電流をバイパスするシャント素子４と、シャント素子４の動作を制御するシャント素子駆動回路５と、バッテリセル１１、１２およびバッテリセル１３とシャント素子４とを遮断するためのＰ−ＦＥＴ６１およびＮ−ＦＥＴ６２と、Ｐ−ＦＥＴ６１の動作を制御するＰ−ＦＥＴ駆動回路７１と、Ｎ−ＦＥＴ６２の動作を制御するＮ−ＦＥＴ駆動回路７２とから構成されている。
【００２２】
この過電圧保護回路２２は、セル電圧検出回路３がバッテリセル１１の電圧を検出し、検出電圧が規定したスタンバイ電圧に達した時にＰ−ＦＥＴ駆動回路７１に動作信号を送り、動作信号を受けたＰ−ＦＥＴ駆動回路７１がバッテリセル１１と１２の２直列分の電圧供給によりＰ−ＦＥＴ６１にドライブ電圧を送信してＰ−ＦＥＴ６１を動作させることで、スタンバイ状態となる。
【００２３】
また、この過電圧保護回路２２は、同様にして、セル電圧検出回路３がバッテリセル１２の電圧を検出し、検出電圧が規定したスタンバイ電圧に達した時にＰ−ＦＥＴ駆動回路７１に動作信号を送り、動作信号を受けたＰ−ＦＥＴ駆動回路７１がバッテリセル１２と１３の２直列分の電圧供給によりＰ−ＦＥＴ６１にドライブ電圧を送信してＰ−ＦＥＴ６１を動作させることで、スタンバイ状態となる。
【００２４】
さらに、この過電圧保護回路２２は、セル電圧検出回路３がバッテリセル１３の電圧を検出し、検出電圧が規定したスタンバイ電圧に達した時にＮ−ＦＥＴ駆動回路７２に動作信号を送り、動作信号を受けたＮ−ＦＥＴ駆動回路７２がバッテリセル１２と１３の２直列分の電圧供給によりＮ−ＦＥＴ６２ドライブ電圧を送信してＮ−ＦＥＴ６２を動作させることで、スタンバイ状態となる。
【００２５】
ここで、バッテリセル１１および１２の過電圧保護回路遮断用として用いるＦＥＴスイッチをＰ−ＣＨＡＮＮＥＬ＿ＦＥＴ６１、バッテリセル１３の過電圧保護回路遮断用として用いるＦＥＴスイッチをＮ−ＣＨＡＮＮＥＬ＿ＦＥＴ６２で構成した理由は、ＦＥＴドライブ電圧をバッテリセル２直列分の電圧から供給するが、バッテリセル１１、１２および１３の過電圧保護は独立して制御する必要があること、このバッテリセル１１、１２および１３の１ブロックで閉回路を構成する必要があることによる。なお、リチウムイオン電池の特性上、４．０Ｖ程度が通常動作最大値と考えられ、バッテリセル２直列分の電圧がＰ−ＦＥＴ駆動回路７１およびＮ−ＦＥＴ駆動回路７２に供給される場合、回路内部の電圧降下等を考慮すると６〜７Ｖ程度のドライブ電圧が確保できることとなる。
【００２６】
過電圧保護回路のスタンバイ状態からバッテリセルを更に充電して、バッテリセル１１または１２または１３の電圧が上昇して規定した過電圧レベルに達した場合には、セル電圧検出回路３がシャント素子駆動回路５に動作信号を送信し、動作信号を受けたシャント素子駆動回路５がシャント素子４に動作信号を送信してシャント素子４を動作させることで、バッテリセル１１または１２または１３の充電電流をバイパスする。
【００２７】
過電圧保護回路のスタンバイ状態でバッテリ充電が終了してバッテリ放電に移行後、バッテリセル１１または１２または１３の電圧が下降して規定したスタンバイ電圧以下となった場合には、セル電圧検出回路３がこれを検出してＰ−ＦＥＴ駆動回路７１またはＮ−ＦＥＴ駆動回路７２に停止信号を送信し、停止信号を受けたＰ−ＦＥＴ６１またはＮ−ＦＥＴ６２が遮断することで、再び充電動作によりバッテリセル１１または１２または１３の電圧が規定のスタンバイ電圧となるまで、過電圧保護回路２２は、はバッテリセルと切り離され、過電圧保護回路２２で電力が消費されることがなくなる。
【００２８】
従って、実施の形態２によれば、ＦＥＴスイッチの駆動回路として、３個直列に接続されたバッテリセル１１，１２，１３の電圧を電源として用い、バッテリセルの２直列分の電圧供給に応じたドライブ電圧をＰ−ＦＥＴ６１またはＮ−ＦＥＴ６２に与えるＰ−ＦＥＴ駆動回路７１またはＮ−ＦＥＴ駆動回路７２を備えたので、これまで宇宙空間における使用が困難であったバッテリセルと過電圧保護回路の間を遮断するＦＥＴスイッチが使用可能となり、バッテリ充電時における過電圧保護動作状態またはスタンバイ状態以外はバッテリセルと過電圧保護回路の間を遮断して、過電圧保護回路において消費していたスタンバイ電力を減少できることから、消費した電力を補充するためのトリクル充電を運用条件に盛り込んで検討する必要がなくなり、より簡単な回路構成および運用条件を備えた電力システム用バッテリ装置を提供できる。
また、バッテリはバッテリセルと過電圧保護回路の間を遮断できることから、過電圧保護回路による電力消費のための放電がなくなり、長期放置してもバッテリ電圧が低下せず、常時バッテリ電圧を規定電圧範囲内に保つように管理し、維持する作業を行う必要がなくなり、より簡単な管理を実現できる電力システム用バッテリ装置を提供できる。
【００２９】
実施の形態３．
以下にこの発明の実施の形態３を詳細に説明する。以下に説明する実施の形態２は、この発明を実施するに適した、宇宙機に搭載されたリチウムイオン電池を利用した電力システム用バッテリ装置の過電圧保護回路であるが、これらに限定されるものではない。
【００３０】
図３は、この発明の実施の形態３に係るバッテリ装置の過電圧保護回路を示す回路図であって、ＦＥＴスイッチ駆動回路に倍電圧整流回路を付加した過電圧保護回路を示している。このバッテリ装置の過電圧保護回路は、バッテリセル１と、バッテリセル１に接続された過電圧保護回路２１とから構成されている。過電圧保護回路２１は、バッテリセル電圧を監視検出しているセル電圧検出回路３と、バッテリセル充電電流をバイパスするシャント素子４と、シャント素子４の動作を制御するシャント素子駆動回路５と、バッテリセル１とシャント素子４とを遮断するためのＰ−ＦＥＴ６と、Ｐ−ＦＥＴ６の動作を制御する倍電圧整流回路８および発振回路９とから構成されている。
【００３１】
倍電圧整流回路８は、ベースが共通接続されたプッシュプルトランジスタ８１および８２と、１段目整流回路８３と、２段目整流回路８４と、Ｐ−ＦＥＴ駆動信号用トランジスタ８５と、Ｐ−ＦＥＴ６のゲート−ソース間電圧制限抵抗８６とから構成されている。１段目整流回路８３は、チャージ用コンデンサ８３１、８３２、整流用ダイオード８３３、８３４から構成されている。２段目整流回路８４は、チャージ用コンデンサ８４１、８４２、整流用ダイオード８４３、８４４から構成されている。
【００３２】
この過電圧保護回路２１は、バッテリセル１の電圧が規定した過電圧保護回路のスタンバイ電圧に達した時にセル電圧検出回路３が発振回路９に動作信号を送り、動作信号を受けた発振回路９が設定された発振周波数の信号を倍電圧整流回路８に送信する。倍電圧整流回路８が受信した信号はプッシュプルトランジスタ８１およびプッシュプルトランジスタ８２を動作させ、１段目整流回路８３および２段目整流回路８４を通してＰ−ＦＥＴ駆動信号用トランジスタ８５のエミッタに負電圧を発生させてトランジスタ８５を動作させ、制限抵抗８６を通してＰ−ＦＥＴ６に充分なドライブ電圧を供給することにより、Ｐ−ＦＥＴ６が動作して過電圧保護回路がスタンバイ状態となる。
【００３３】
ここで、この実施の形態２では、倍電圧整流回路８の整流回路を２段構成としている。これは、倍電圧整流回路８の電源をバッテリセル電圧から供給しているが、リチウムイオン電池の特性上、４．０Ｖ程度が通常動作最大値と考えられ、整流回路を２段構成とすることで、回路内部の電圧降下等を考慮すると７．０Ｖ程度のＰ−ＦＥＴ６ドライブ電圧が確保できるためである。なお、倍電圧整流回路８の整流回路は、２段構成に限定されるものではなく、多段構成を採用できる。
【００３４】
過電圧保護回路２１のスタンバイ状態から更にバッテリセル１を充電してバッテリセル１の電圧が上昇して規定した過電圧レベルに達した場合には、セル電圧検出回路３がシャント素子駆動回路５に動作信号を送信して、動作信号を受けたシャント素子駆動回路５がシャント素子４に動作信号を送信しシャント素子４を動作させてバッテリセル１の充電電流をバイパスする。
【００３５】
過電圧保護回路２１のスタンバイ状態でバッテリ充電が終了してバッテリ放電に移行後、バッテリセル１の電圧が下降して規定したスタンバイ電圧以下となった場合には、セル電圧検出回路３が停止信号を送信して、倍電圧整流回路８を通して停止信号を受けたＰ−ＦＥＴ６が遮断することで、再び充電動作によりバッテリセル１の電圧が規定のスタンバイ電圧となるまで、過電圧保護回路２１はバッテリセルと切り離され、過電圧保護回路２１で電力が消費されることがなくなる。
【００３６】
次に、倍電圧整流回路８の動作原理を説明するが、ここで、トランジスタ、ダイオードは電圧降下のない理想素子として説明する。発振回路９により送信された信号がＨＩＧＨレベルの時にプッシュプルトランジスタ８１が動作し、プッシュプルトランジスタ８２が非動作となることで、コンデンサ８３１とダイオード８３３を通して電流が流れることによりコンデンサ８３１に電荷が溜まる。
【００３７】
発振回路９により送信された信号がＬＯＷレベルの時は、プッシュプルトランジスタ８１が非動作となり、プッシュプルトランジスタ８２が動作することで、溜まっていたコンデンサ８３１の電荷をトランジスタ８２、コンデンサ８３２、ダイオード８３４を通して放電することによりコンデンサ８３２に電荷が溜まる。この場合、電荷はバッテリセル１の負端子側に正電荷が溜まる。
【００３８】
コンデンサ８３１とコンデンサ８３２が同じ静電容量であれば、発振回路９の送信信号がＨＩＧＨレベル時のコンデンサ８３１電圧の半分の電圧がコンデンサ８３２電圧となる。コンデンサ８３２の電荷はほとんど放電されないため電圧は維持され、これが繰り返されて、最終的にはバッテリセル電圧（以下、Ｖ１と呼ぶ）の逆電圧−Ｖ１に収束する。
【００３９】
この電圧−Ｖ１をＰ−ＦＥＴ駆動信号用トランジスタ８５のエミッタ−ベース間に印加することで、Ｐ−ＦＥＴ６のゲート−ソース間ドライブ電圧はバッテリセル電圧＋電圧Ｖ１となる。この時にドライブ電圧が不足している場合は整流回路の段数を増やして行くが、実施の形態３では２段としている。
【００４０】
２段目整流回路８４の動作としては、発振回路９の送信信号がＨＩＧＨレベル時にコンデンサ８３１とコンデンサ８４１の接続点電位が０Ｖにあることと、コンデンサ８３２の電圧とコンデンサ８４１の電圧がダイオード８４３を通して等しくなるため、コンデンサ８４１の電圧は−Ｖ１となる。
【００４１】
発振回路９の送信信号がＬＯＷレベル時にコンデンサ８３１およびコンデンサ８４１の電荷をトランジスタ８２、コンデンサ８４２、ダイオード８４４を通して放電するが、コンデンサ８３１とトランジスタ８２の接続点の電位が０Ｖであるため、コンデンサ８４１電圧は−２Ｖ１となる。
【００４２】
コンデンサ８４１とコンデンサ８４２はダイオード８４４を通して接続されており、同電圧と考えられる。この電圧−２Ｖ１をＰ−ＦＥＴ駆動信号用トランジスタ８５のエミッタ−ベース間に印加することで、Ｐ−ＦＥＴ６のゲート−ソース間ドライブ電圧はバッテリセル電圧＋電圧２Ｖ１となる。
【００４３】
ここで、Ｐ−ＦＥＴ６のゲート−ソース間ドライブ電圧としては１段整流回路で充分であるように思えるが、トランジスタ、ダイオードを電圧降下０Ｖの理想素子として考察しており、実際の素子は電圧降下があるため２段整流回路にすることで、ようやく７．０Ｖ程度のＰ−ＦＥＴ６ゲート−ソース間ドライブ電圧を発生することができる。特に、バッテリ充電時に所望の電圧に達した時にＦＥＴスイッチを動作させて過電圧保護回路をスタンバイ状態にして、放電時に所望の電圧を下回った時にＦＥＴスイッチを遮断させて過電圧保護回路を非動作状態にすることで、過電圧保護回路非動作時における保護回路自身の消費電力を減少させるものである。
【００４４】
従って、実施の形態３によれば、ＦＥＴスイッチ駆動回路として、単一のバッテリセル１の電圧を電源とし、電源電圧の倍電圧に応じたドライブ電圧をＰ−ＦＥＴ６のゲート−ソース間に与える倍電圧整流回路８を備えたので、これまで宇宙空間における使用が困難であったバッテリセルと過電圧保護回路の間を遮断するＦＥＴスイッチが使用可能となり、バッテリ充電時における過電圧保護動作状態またはスタンバイ状態以外はバッテリセルと過電圧保護回路の間を遮断して、過電圧保護回路において消費していたスタンバイ電力を減少できることから、消費した電力を補充するためのトリクル充電を運用条件に盛り込んで検討する必要がなくなり、より簡単な回路構成および運用条件を備えた電力システム用バッテリ装置を提供できる。
また、バッテリはバッテリセルと過電圧保護回路の間を遮断できることから、過電圧保護回路による電力消費のための放電がなくなり、長期放置してもバッテリ電圧が低下せず、常時バッテリ電圧を規定電圧範囲内に保つように管理し、維持する作業を行う必要がなくなり、より簡単な管理を実現できる電力システム用バッテリ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】この発明の実施の形態１に係るバッテリ装置の過電圧保護回路を示す回路図であって、２個直列に接続されたバッテリセルの電圧を利用した過電圧保護回路を示す回路図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係るバッテリ装置の過電圧保護回路を示す回路図であって、３個直列に接続されたバッテリセルの電圧を利用した過電圧保護回路を示す回路図である。
【図３】この発明の実施の形態３に係るバッテリ装置の過電圧保護回路を示す回路図である。
【符号の説明】
【００４６】
１、１１、１２、１３  バッテリセル、２１、２２  過電圧保護回路、３  セル電圧検出回路、４  シャント素子、５  シャント素子駆動回路、６１  Ｐ−ＣＨＡＮＮＥＬ＿ＦＥＴスイッチ（Ｐ−ＦＥＴ）、６２  Ｎ−ＣＨＡＮＮＥＬ＿ＦＥＴスイッチ（Ｎ−ＦＥＴ）、７１  Ｐ−ＦＥＴ駆動回路、７２  Ｎ−ＦＥＴ駆動回路、８  倍電圧整流回路。
【図１】
2005192281.tif 000003
【図２】
2005192281.tif 000004
【図３】
2005192281.tif 000005