(57)【要約】【課題】急速充電を安全で、かつ、安価に実現することが可能な並列直列併用急速充電システムを提供すること。【解決手段】充電池１０は、放電時には直列によって接続され、かつ、充電時には並列によって接続された複数のセル１００を備えることによって、複数のセル１００の接続方式を放電時と充電時に直列と並列に切り替える構成を有している。【選択図】図１
2016129480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電時には直列によって接続され、かつ、充電時には並列によって接続された複数のセルを備えることを特徴とする充電池。
【請求項２】
複数のセルが並列に接続された複数のセルユニットを備え、
前記複数のセルユニットが、
放電時には直列に接続される直列回路を構成し、かつ、充電時には並列に接続される並列回路を構成することを特徴とする充電池。
【請求項３】
充電時に外部電源に接続される一対の入力ポートと、
放電時に外部機器に接続される一対の出力ポートと、
前記入力ポートに対して並列に接続され、かつ、前記出力ポートに対して直列に接続された複数のセルと、
を備えることを特徴とする充電池。
【請求項４】
充電時に外部電源に接続される一対の入力ポートと、
放電時に外部機器に接続される一対の出力ポートと、
複数のセルが並列に接続された複数のセルユニットと、
を備え、
各セルユニットが、
前記入力ポートに対して並列に接続され、かつ、前記出力ポートに対して直列に接続されることを特徴とする充電池。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の充電池において、
前記入力ポートと各セルとの間の配線上に、前記放電時に当該入力ポートへの電流の流れを阻止する電子素子を更に備える、充電池。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか１項に記載の充電池において、
前記各セル間の配線上に、前記充電時に他のセルへの電流の流れを阻止する電子素子を更に備える、充電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電池、特に急速充電の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来、リチウムイオン電池パックなど充電・放電を繰り返し行える充電池が知られている。特に、充電池には、セルが複数直列接続された充電池セルユニットを複数直列接続した構成を有するものが知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２７２４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の特許文献１に記載の充電池セルユニットを含めて従来の充電池においては、充電時間が電流量で定まるため、急速充電を行う場合には、セルに印可する電圧（以下、「印可電圧」という。）を高くする必要があるが、当該印可電圧を高くすると、発熱の危険などの安全性が損なわれ、かつ、電池の劣化が生ずるため、高電圧に基づく充電時間の短縮には限界がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、急速充電を安全で、かつ、安価に実現することが可能な並列直列併用急速充電システムを提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するため、本発明は、放電時には直列によって接続され、かつ、充電時には並列によって接続された複数のセルを備える構成を有している。
【０００７】
また、本発明は、複数のセルが並列に接続された複数のセルユニットを備え、前記複数のセルユニットが、放電時には直列に接続される直列回路を形成し、かつ、充電時には並列に接続される並列回路を形成する構成を有している。
【０００８】
この構成により、本発明は、複数のセルの接続方式を放電時と充電時とにおいて、直列と並列とに切り替えることができるので、セルの数を多くした場合において急速充電を行う場合であっても、各セルに印可するための印可電圧を高電圧にすることなく、かつ、放電時のセル全体としては、長時間で高電圧の出力を維持することができる。
【０００９】
したがって、本発明は、セル数が多くなったとしても、低電圧によって短時間での充電を行うことができるので、従来のセルを用いることも可能になり、それによって安価に実現することができるとともに、充電時の放熱や高電圧や当該放熱に基づく電池の劣化を抑制すること、及び、その結果、長時間で高電圧の出力を安全に実現することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、セル数が多くなったとしても、低電圧によって短時間での充電を行うことができるので、従来のセルを用いることによって安価に実現することができるとともに、充電時の放熱や高電圧や当該放熱に基づく電池の劣化を抑制すること、及び、その結果、長時間で高電圧の出力を安全に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る充電池の第１実施形態における内部回路の概略構成を示す回路図である。
【図２】従来の充電池の回路図である。
【図３】本発明に係る充電池の第２実施形態における内部回路の概略構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、４つのセルから構成される充電池に対して本発明に係る充電池を適用した場合の実施形態である。また、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００１３】
［１］第１実施形態
まず、図１及び図２を用いて本発明に係る充電池の第１実施形態について説明する。なお、図１は、本実施形態の充電池における内部回路の概略構成を示す回路図であり、図２は、従来の充電池の回路図である。
【００１４】
本実施形態の充電池１０は、図１に示すように、放電時には直列によって接続され、かつ、充電時には並列によって接続された複数のセル１００を備える構成を有している。
【００１５】
一般的には、充電池の充電時間は、印可される電流量で定まるため、短時間で充電を行う急速充電を実現するためには、各セルに印可する電圧を高電圧にする必要がある。
【００１６】
しかしながら、このような場合に、充電池内のセルに高電圧を印可すると、発熱の危険性が増大し、かつ、充電池自体（すなわち、セル）の劣化が著しく進むので、高電圧を印可することによる充電時間の短縮には限界がある。
【００１７】
また、長時間で高電圧の出力を有する充電池においては、例えば、図２に示すように、いくつかのセルを直列することによって高電圧で長時間の出力を実現することになるが、充電時も同様の回路に電圧が印可されるため、充電時間が長くなってしまう。
【００１８】
そこで、本実施形態の充電池１０は、上述のように、放電時には直列によって接続され、かつ、充電時には並列によって接続された複数のセル１００を備えることによって、複数のセル１００の接続方式を放電時と充電時とにおいて、直列と並列とに切り替えることができるようになっている。
【００１９】
このため、本実施形態の充電池１０は、急速充電を行う場合であっても、セル数に応じて各セルに印可するための印可電圧を高電圧にすることなく、放電時のセル全体として、例えば、長時間で高電圧の出力を維持することができるようになっている。
【００２０】
したがって、本実施形態の充電池１０は、セル１００の数が多くなったとしても、低電圧によって短時間での充電を行うことができるので、従来のセルを用いることが可能になり、それによって安価に実現すること、充電時の放熱や高電圧や当該放熱に基づく電池の劣化を抑制すること、当該抑制によって長寿命化を実現すること、及び、その結果、長時間で高電圧の出力を安全に実現することができるようになっている。
【００２１】
特に、従来の充電池と比較すると、同一の電圧で充電した場合であって、図１に示すように充電池１０が４つのセル１００によって構成されている場合には、理論上（損失がないものとすると）、当該従来の充電池の１／４の時間（すなわち、４倍の速さ）で充電が完了することになる。
【００２２】
具体的には、本実施形態の充電池１０は、充電時に外部電源（図示しない）に接続される一対の入力ポート２０と、放電時に外部機器（図示しない）に接続される一対の出力ポート３０と、入力ポート２０に対して並列に接続され、かつ、出力ポート３０に対して直列に接続された複数のセル１００と、を備える構成を有している。
【００２３】
また、充電池１０は、入力ポート２０と各セル１００との間の配線４０上に、放電時に当該入力ポート２０への電流の流れ（すなわち、放電時の並列接続に伴う逆流）を阻止する電子素子１１０を更に備える構成を有している。
【００２４】
さらに、充電池１０は、各セル１００間の配線４０上に、充電時に他のセル１００への電流の流れ（充電時の直列接続に伴う逆流）を阻止する電子素子１２０を更に備える構成を有している。
【００２５】
各電子素子１１０は、それぞれ、ダイオードによって構成されている。ただし、ＦＥＴなどのトランジスタ又は物理的なスイッチによって構成されてもよい。
【００２６】
また、電子素子１２０は、ＦＥＴなどのトランジスタ又は物理的なスイッチなど各セル１００間における接続を完全に分離するスイッチング素子によって構成されている。
【００２７】
以上、本実施形態の充電池１０は、セル数が多くなったとしても、低電圧によって短時間での充電を行うことができるので、従来のセルを用いることが可能になり、それによって安価に実現すること、充電時の放熱や高電圧や当該放熱に基づく電池の劣化を抑制すること、及び、その結果、長時間で高電圧の出力を安全に実現することができる。
【００２８】
なお、本実施形態においては、セルの数は、４つであるが、複数のセルであればよく、充電池の出力として必要な電圧を満足するだけの数を用いればよい。
【００２９】
また、本実施形態においては、外部電源によって実現される印可電圧が一定の方式（以下、「定電流定電圧充電方式」という。）を用いて説明しているが、パルス充電方式など他の急速充電方式によって実現することも可能である。
【００３０】
［２］第２実施形態
次に、図３を用いて本実施形態における充電池について説明する。なお、図３は、本実施形態の充電池における内部回路の概略構成を示す回路図である。
【００３１】
本実施形態は、第１実施形態におけるセルを複数並列させてセルユニットを形成させ、かつ、当該セルユニットを放電時に複数直列に接続する点に特徴がある。
【００３２】
また、当該特徴点を除くその他の構成及び部材は第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と同一の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３３】
通常、セルを複数に分割すれば、低い電圧によっても短い充電時間（例えば、数十秒程度）によって充電が理論上可能となる。しかしながら、単にセルの数を増加させただけでは、放電時には直列回路を構成するため、多数のセルを用いる場合には放電時の電圧が非常に高くなる。
【００３４】
そこで、本実施形態においては、本実施形態の充電池１１は、充電時には並列に接続されるセル１００によって並列回路を構成させ、複数のセルを用いる場合であっても、放電時の電圧を低下させることができるようになっている。
【００３５】
具体的には、本実施形態の充電池１１は、図３に示すように、複数のセル２００が並列に接続された複数のセルユニット５０を備え、複数のセルユニット５０が、放電時には直列に接続される直列回路を構成し、かつ、充電時には並列に接続される並列回路を構成するようになっている。
【００３６】
すなわち、充電池１１は、充電時に外部電源に接続される一対の入力ポート２０と、放電時に外部機器に接続される一対の出力ポート３０と、複数のセル２００が並列に接続された複数のセルユニット５０と、を備え、各セルユニット５０が、入力ポート２０に対して並列に接続され、かつ、出力ポート３０に対して直列に接続される構成を有している。
【００３７】
例えば、図３に示すように、電圧が一定で、かつ、第１実施形態におけるセルの１／３の充電容量（及び体積）を３倍の個数（すなわち、３個）によって構成されたセルユニット５０を用いた場合（すなわち、本実施形態の１のセルユニット５０で第１実施形態のセルの１つを構成した場合）には、第１実施形態と同等の放電能力を担保しつつ、放電時の電圧を第１実施形態の放電時の電圧と比べて低くすること、及び、充電時間を第１実施形態の充電時間より短くすることができるようになっている。
【００３８】
すなわち、本実施形態の充電池１１においては、
（１）１のセルユニット５０によって第１実施形態と同等のセルにおける能力を担保し、
（２）充電時には全てのセル２００が並列に接続されることによってさらに短時間における急速充電を可能とし、
（３）１のセルユニット５０内における各セル２００が並列に接続されていることによってセル数増加による放電時の電圧を低くする
ことが可能となる。
【００３９】
なお、本実施形態においては、第１実施形態における充電時間は１／３に軽減されることになる。
【００４０】
以上、本実施形態の充電池１１は、セル数が多くなったとしても、低電圧によって短時間での充電を行うことができるので、従来のセルを用いることによって安価に実現することができるとともに、充電時の放熱や高電圧や当該放熱に基づく電池の劣化を抑制すること、及び、その結果、長時間で高電圧の出力を安全に実現することができる。
【００４１】
なお、本実施形態においては、セルユニット５０の数は、４個で、各セルユニット５０を構成するセル２００は３個であるが、複数のセルユニット及び複数のセルであればよく、充電池の出力として必要な電圧を満足するだけのユニット数及びセル数を用いればよい。
【００４２】
また、本実施形態においては、外部電源によって実現される印可電圧が一定の定電流定電圧充電方式を用いて説明しているが、パルス充電方式など他の急速充電方式によって実現することも可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  …  充電池
２０  …  入力ポート
３０  …  出力ポート
４０  …  配線
５０  …  セルユニット
１００、２００  …  セル
１１０  …  電子素子（ダイオード）
１２０  …  電子素子（スイッチング素子）
【図１】
2016129480.tif 000003
【図２】
2016129480.tif 000004
【図３】
2016129480.tif 000005