CN101308921B - 电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电源装置，具有：多个电池；切换部，切换上述多个电池间的连接；短路电池检测部，在上述多个电池中的任意一个发生内部短路的情况下，检测出发生该内部短路的电池；切换控制部，在由上述短路电池检测部检测出发生上述内部短路的电池的情况下，通过上述切换部切换上述多个电池间的连接，以构成串联连接发生该内部短路的电池和其他电池中的至少一个的闭合电路。

Description

电源装置

技术领域

本发明涉及具有多个电池的电源装置。

背景技术

以往，作为供应移动电话、数码摄像机、笔记本电脑等便携式电子设备的驱动用电力的电源装置，使用由多个电池构成的所谓电池组件。另外，在用作工厂或医院等的备份电源装置、汽车用动力电源等的大型电源装置中，也使用多个电池。作为这样的电源装置用电池，广泛使用锂离子二次电池。

锂离子二次电池具有轻便且起动电力大、高能量密度的特征，因此作为移动电话、数码照相机、摄像机、笔记本电脑等各种便携式电子设备和移动通信设备的驱动用电源，其需求扩大。另外，作为大型电源系统的开发也不断推进，作为备份电源装置、汽车用动力电源，其需求也在剧增。

锂离子二次电池包括：正极板，由含锂复合氧化物构成；负极，包括金属锂、锂合金或吸收、放出锂离子的负极活性物质；电解质。当前，在市场上销售的锂离子二次电池的大半，作为正极活性物质使用含锂钴复合氧化物Li_xCoO₂(x为表示活性物中的锂含量的数值，随着电池的充放电而变化)，作为负极活性物使用石墨材料。

在电池、特别是上述结构的锂离子二次电池中，当在电池的制造等过程中混入金属的情况下，混入金属显示出导电性时，有可能由于该混入物在正极和负极之间发生内部短路。另外，由于反复的充放电、振动、温度变化等，也有可能发生内部短路。特别是，在锂二次电池等中，因为使用有机电解质，所以在发生内部短路时，由于急剧的发热，导致急剧的气体产生和温度上升等，从而存在设置于封口板上的安全阀工作而无法使用的情况。

为解决上述课题，提出有在发生内部短路的电池中设置由阻抗、电容器构成的旁路(bypass)电路，将电池内部的能量作为电流向外部导出，通过阻抗损耗等吸收能量的方法(例如，参照日本专利公开公报特开2002-8631号)。

而伴随近年来的电池的高输出、高容量化，需要增大来自内部短路的电池的能量放出量、以及吸收量。但是，在上述方法中，为了增大来自电池的能量放出量、吸收量，需要减小能量吸收装置的阻抗值来增大短路电池的内部能量放出量，但减小能量吸收装置的阻抗有限度。因此，伴随电池的高容量化、高输出化，内部能量来不及放出，流过内部短路部的电流引起的焦耳热增大，发生电池的温度急剧上升和电池的内部压力急剧上升的情况，从而存在安全性降低的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种可提高电池发生内部短路时的安全性的电源装置。

本发明所涉及的电源装置具有：多个电池；切换部，切换上述多个电池间的连接；短路电池检测部，在上述多个电池中的任意一个发生内部短路的情况下，检测出发生该内部短路的电池；切换控制部，在由上述短路电池检测部检测出发生上述内部短路的电池的情况下，通过上述切换部切换上述多个电池间的连接，使发生该内部短路的电池和其他电池中的至少一个构成串联连接的闭合电路。

根据上述结构的电源装置，如多个电池中的任意对象发生内部短路，则通过短路电池检测部检测出发生该内部短路的电池。然后，通过切换控制部切换切换部，连接多个电池间，构成串联连接发生该内部短路的电池和其他电池中的至少一个的闭合电路。由此，向发生内部短路的电池的两端、即发生内部短路的部分的两端，施加极性相反的电压以抵消，其结果，施加于内部短路部的电压降低。由此，流过内部短路部的电流降低，内部短路部中的发热减少，其结果，可提高电池发生内部短路时的安全性。

附图说明

图1是表示本发明第1实施例所涉及的电源装置的结构的一个例子的电路图。

图2是用于说明图1所示的电源装置的动作的说明图。

图3是表示在图2所示的电源装置中，通过切换开关被切换而形成的闭合电路的电路图。

图4是表示本发明第2实施例所涉及的电源装置的结构的一个例子的电路图。

图5是用于说明图4所示的电源装置的动作的说明图。

图6是表示在图2所示的电源装置中，通过切换开关被切换而形成的闭合电路的电路图。

图7是表示本发明第3实施例所涉及的电源装置的结构的一个例子的电路图。

图8是用于说明图7所示的电源装置的动作的说明图。

图9表示本发明第4实施例所涉及的电源装置的电路结构的一个例子的电路图。

图10表示本发明第4实施例所涉及的电源装置的控制部的结构的一个例子的方框图。

图11是用于说明图9、10所示的电源装置的动作的说明图。

图12是用于说明图9、10所示的电源装置的动作的说明图。

具体实施方式

以下，基于附图说明本发明所涉及的实施例。另外，各图中标注相同符号的结构表示相同的结构，并省略其说明。另外，对于本发明，只要是基于本说明书中记载的基本特征即可，并不局限于以下记载的内容。

(第1实施例)

图1是表示本发明第1实施例所涉及的电源装置的结构的一个例子的电路图。图1所示的电源装置10包括电池4A、4B、端子5、切换开关6(切换部)、传感器9A、9B、以及控制部11。端子5是用于向外部输出串联连接的电池4A、4B的输出电力的连接端子。端子5具有正极端子51和负极端子52。切换开关6是用于根据来自控制部11的控制信号形成后述的桥接电路(闭合电路)的切换开关，例如使用晶体管等开关元件构成。

而且，正极端子51与电池4A的正极连接，电池4A的负极与电池4B的正极连接，电池4B的负极与切换开关6连接。切换开关6根据来自控制部11的控制信号，通常时将电池4B的负极连接于负极端子52，在电池4A、4B中发生内部短路的情况下，将电池4B的负极与电池4A的正极连接，从而形成串联连接电池4A、4B的闭合电路。

电池4A相当于将发电元件1A和内阻2A串联连接的结构。同样地，电池4B相当于将发电元件1B和内阻2B串联连接的结构。电池4A和电池4B是容量、结构、以及电位实质上相同的电池。而且，发电元件1A和发电元件1B的特性也视为实质上相同，并且，内阻2A和内阻2B的阻抗值也视为实质上相同。实质上相同是指，包括在同一范围内由制造偏差或误差、以及后述的布线阻抗或开关的导通阻抗等非故意的因素所产生的变动范围。

传感器9A、9B是检测作为用于检测电池4A、4B中的内部短路的线索的物理量，并向控制部11输出表示该物理量的信号的传感器。具体而言，例如可单独或组合使用检测电池4A、4B的各端子电压的电压计、检测流过电池4A、4B的电流的电流计、检测电池4A、4B的温度的温度传感器等各种传感器，构成传感器9A、9B。作为温度传感器，也可以使用热电偶或红外线传感器等。另外，关于电流(电流的变化)的检测，可使用例如霍耳元件那样的以磁的形式检测电流的传感器，也可以例如使用分流阻抗(shunt resistor)等将电流值作为电压值进行来测定。

控制部11例如包括：CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)，执行指定的运算处理；ROM(Read Only Memory，只读存储器)，存储有指定的控制程序；RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)，临时存储数据；以及其外围电路等，通过执行存储在ROM中的控制程序，作为短路电池检测部111、以及切换控制部112而发挥作用。

短路电池检测部111根据由传感器9A、9B分别从电池4A、4B检测出的电压、电流、温度等信息，在电池4A、4B中的任一个发生内部短路的情况下，确定该发生内部短路的电池。具体而言，如电池4A、4B中发生内部短路，则出现电池4A、4B的端子电压或输出电流降低、温度上升等现象。

在此，短路电池检测部111也可以是，当由传感器9A、9B检测出的电池4A、4B的端子电压在指定的时间内超出预先设定的电压下降，或者当由传感器9A、9B检测出的电池4A、4B的温度超过预先设定的温度上升时，检测出内部短路，并确定发生该内部短路的电池。

另外，在发生内部短路的电池中，电流输出降低。由此，在发生内部短路的电池与多个电池并联连接的情况下，来自并联连接的其他电池的电流流入发生内部短路的电池，与发生内部短路的电池连接的电路中流过的电流的方向会逆转。短路电池检测部111也可以通过检测上述的电流变化，确定发生内部短路的电池。

切换控制部112在由短路电池检测部111检测出发生内部短路的电池的情况下，切换切换开关6，使电池4B的负极与电池4A的正极连接，以构成该发生内部短路的电池和其他电池被串联连接的闭合电路。

以下，对采用上述结构的电源装置10的动作进行说明。图2是用于说明图1所示的电源装置10的动作的说明图。在图2中，省略传感器9A、9B以及控制部11的记载。而且，在图2所示的电池4A中发生内部短路，形成内部短路部3。

于是，基于由传感器9A从电池4A检测出的电压、电流、温度等，由短路电池检测部111检测出电池4A中发生了内部短路。然后，由切换控制部112切换切换开关6，使电池4B的负极连接于电池4A的正极，以此形成电池4A和电池4B被串联连接的闭合电路。

图3是等效地表示通过切换切换开关6使电池4B的负极连接于电池4A的正极而形成的闭合电路的电路图。在图3所示的闭合电路中，发电元件1A、内阻2A、发电元件1B以及内阻2B被串联连接。而且，发电元件1A和内阻2B之间的连接点P1与内阻2A和发电元件1B之间的连接断P2通过内部短路部3连接，形成所谓的桥接电路。

在图3所示的桥接电路中，由发电元件1A和内阻2A的串联电路施加于连接点P1、P2的电压，与由发电元件1B和内阻2B的串联电路施加于连接点P1、P2的电压，由于电压的极性相反，所以相互抵消，其结果，施加于连接点P1、P2之间、即内部短路部3的电压降低，流过内部短路部3的电流减少。

在此，将发电元件1A的电动势电压(electromotive force of the power)设为Va、将发电元件1B的电动势电压设为Vb、将内阻2A的阻抗值设为Ra、将内阻2B的阻抗值设为Rb时，Va、Vb、Ra以及Rb满足以下的式(1)、式(2)中所示的关系。

Va＝α×Vb

其中，0.9≤α≤1.1……(1)

Ra＝β×Rb

其中，0.9≤β≤1.1……(2)

由此，减少流过内部短路部3的电流，可抑制内部短路部3中的发热，其结果，可提高电源装置10的安全性。电源装置10中，作为电池4A、4B，采用具有高能量的非水电解质锂二次电池等高电压、高输出电池的情况下，更为有效。另外，可抑制电池的内部短路部中的发热，其结果，在发生内部短路的电池中，可抑制由于过度的发热和气体产生而引起的内部压力急剧上升的情况。其结果，即使构成电源装置的电池中发生了内部短路，导致电池的安全阀等工作的可能性降低，所以可提供安全性、可靠性优良的电源装置。

如上所述，构成电源装置、例如电源装置10的多个电池4A、4B优选为电容、电压、内阻的值的差异收敛于上述值的10％以内。特别是，如电源装置10那样，内部短路的电池4A和其他电池4B被串联连接的情况下，优选内部短路电池和其他电池的电容、电压、内阻的差异极小。即使构成电源装置的电池的电容、电压、内阻的值的差异超过其值的10％的情况下，例如通过使用可变阻抗等，构成例如在电池4A、4B、以及切换开关6再加上可变阻抗的闭合电路，通过可变阻抗调节闭合电路的阻抗，从而可减少流过内部短路部的电流。

另外，如上述的背景技术，从发生内部短路的电池导出能量并吸收的情况下，在具有多个电池的电源装置中，必须针对各电池配备能量吸收装置，电源装置的结构变得非常复杂。而在图1所示的电源装置10中，通过切换开关6切换电池的连接，以构成发生内部短路的电池和其他电池被串联连接的闭合电路，从而可减少流过内部短路部3的电流，提高电源装置10的安全性，所以与背景技术所涉及的电源装置相比，易于简化电路。另外，无需另行设置用于放出发生短路的电池的能量的能量吸收装置，所以也不会如同能量吸收装置背景技术所涉及的电源装置那样，出现伴随着电池的高容量化，必须降低能量吸收装置中的损失阻抗的阻抗值的问题。

(第2实施例)

下面，就本发明第2实施例所涉及的电源装置进行说明。图4是表示本发明第2实施例所涉及的电源装置10a的结构的一个例子的电路图。图4所示的电源装置10a与图1所示的电源装置10在下述方面不同。即，图4所示的电源装置10a将6个电池先分别并联三个后再将其串联。具体而言，在电源装置10a中，开关7A与电池4A的串联电路、开关7B与电池4B的串联电路、开关7C与电池4C的串联电路并联连接，开关7D与电池4D的串联电流、开关7E与电池4F的串联电路、开关7F与电池4F的串联电路并联连接。

开关7A～7F例如采用晶体管等开关元件，相当于切换部的一个例子。而且，正极端子51与开关7A、7B、7C的连接点P3连接。电池4A、4B、4C的连接点P4经由可变阻抗8(阻抗部)与开关7D、7E、7F的连接点P5连接。由此，并联连接有3个电池4A、4B、4C的电池组和并联连接有3个电池4D、4E、4F的电池组串联连接。另外，电池4D、4E、4F的连接点P6与切换开关6连接。

另外，在电池4A～4F上分别连接有与传感器9A相同的图略的传感器，由各传感器检测出成为用于检测各电池的内部短路的线索的物理量，并输出到控制部11a。

控制部11a中的切换控制部112a在由短路电池检测部111检测出发生内部短路的电池的情况下，利用切换开关6将连接点P6与连接点P3相连，以构成含有该发生内部短路的电池的电池组、其他电池组、可变阻抗8被串联连接的闭合电路。另外，切换控制部112a断开含有发生内部短路的电池的电池组的其他电池串联连接的开关7。阻抗值设定处理部113调节可变阻抗8的阻抗值，以减少流过内部短路部的电流。

其他结构与图1所示的电源装置10相同，因此省略其说明，以下对图4所示的电源装置10a的动作进行说明。图5是用于说明图4所示的电源装置10a的动作的说明图。图5中，在电池4C中发生内部短路，形成内部短路部3。

于是，基于由图略的传感器从电池4C检测出的电压、电流、温度等，由短路电池检测部111检测出电池4C中发生了内部短路。而且，根据来自切换控制部112a的控制信号，断开与含有电池4C的电池组的其他电池4A、4B串联连接的开关7A、7B。由此，电池4A、4B与电池4C分离，电池4A、4B的输出电流不会流过内部短路部3，内部短路部3的发热降低，安全性提高。

另外，根据来自切换控制部112a的控制信号，切换切换开关6，使连接点P6与连接点P3连接。于是，形成串联连接电池4D、4E、4F的并联电路、电池4C、和可变阻抗8的闭合电路。

以上示出了发生内部短路的电池4C与并联连接的多个电池4D、4E、4F串联连接的例子，但与发生内部短路的电池4C串联连接的电池也可以是一个。

图6是表示通过切换切换开关6使连接点P6与连接点P3连接从而形成的闭合电路的电路图。在图6所示的桥接电路中，由发电元件1C和内阻2C的串联电路施加于连接点P1、P2的电压、与由电池4D、4E、4F的并联电路施加于连接点P1、P2的电压，由于电压的极性相反，所以相互抵消，其结果，施加于连接点P1、P2之间、即内部短路部3的电压降低，流过内部短路部3的电流减少。

在图6所示的桥接电路中，在电池4C、4D、4E、4F的内阻2C、2D、2E、2F的阻抗值均为Ri而相等的情况下，如将可变阻抗8的阻抗值设为Rv、将各电池组的并联数量设为n，在满足下述式(3)中所示的关系的情况下，施加于电池4C的内部短路部3的两端的电位差实质上变为0V，从而可减少流过内部短路部3的电流，抑制内部短路部3产生的焦耳热，提高电源装置10a的安全性。

Rv+Ri/n＝Ri

Rv＝Ri-Ri/n＝Ri×(n-1)/n……(3)

在此，如将连接电池4C、4D、4E、4F、可变阻抗8、以及切换开关6的布线阻抗、切换开关6的导通阻抗等、非故意的闭合电路的电路阻抗设为Rc，则式(3)变为精度更高的下述的式(4)。

Rv+Ri/n+Rc＝Ri

Rv＝Ri-Ri/n-Rc

  ＝(Ri×(n-1)/n)-Rc……(4)

图4所示的电源装置10a中，n＝3。

Rv＝2×Ri/3-Rc……(5)

因此，通过设定可变阻抗8的阻抗值Rv以满足式(4)，可降低电路阻抗Rc的影响，所以施加于内部短路部3的两端的电位差实质上为0V，可使流过内部短路部3的电流无限接近于0，抑制在内部短路部3中发生的焦耳热，提高电源装置10a的安全性。

在此，由阻抗值设定处理部113，例如根据预先存储在ROM中的阻抗值Ri、电路阻抗Rc、以及电池组中的电池的并联数量n，设定可变阻抗8的阻抗值Rv，以满足例如式(4)(式(5))。由此，可使流过内部短路部3的电流无限接近于0，抑制在内部短路部3中发生的焦耳热，提高电源装置10a的安全性。

在该情况下，假设，与发生内部短路的电池4C串联连接的电池为1个、即n＝1的情况下，在式(4)中，Rv＝-Rc，难以设定可变阻抗8的阻抗值Rv以满足式(4)。但是，在电源装置10a中，发生内部短路的电池4C与多个电池4D、4E、4F并联连接形成的电池组串联连接，从而在式(4)中阻抗值Rv成为正值，其结果，能够设定可变阻抗8的阻抗值Rv以满足式(4)、即使流过内部短路部3的电流无限接近于0。

另外，当短路电池检测部111在电池4A～4F中均未检测出内部短路时，由阻抗值设定处理部113使可变阻抗8的阻抗值Rv无限接近于0Ω，实质上设定为0Ω，从而可降低正常情况下可变阻抗8中的功耗。

另外，代替可变阻抗8，也可以配备满足式(3)、更优选满足式(4)的阻抗值为Rv的固定阻抗。另外，也可以不配备阻抗值设定处理部113，而例如在电源装置10a的制造或保养等时，设定可变阻抗8的阻抗值Rv，以使其满足式(3)、更满足式(4)。另外，可变阻抗8不局限于连续变化阻抗值的结构，例如也可以由满足式(3)、更满足式(4)的阻抗值为Rv的固定阻抗和使该固定阻抗短路的开关构成可变阻抗8，阻抗值设定处理部113通过接通、断开该开关，设定可变阻抗8的阻抗值Rv。

(第3实施方式)

下面，就本发明第3实施例所涉及的电源装置进行说明。图7是表示本发明第3实施例所涉及的电源装置10b的结构的一个例子的电路图。图7所示的电源装置10b与图4所示的电源装置10a在下述方面不同。即，图7所示的电源装置10b中，两组并联连接n个电池的电池组被串联连接。图7所示的电源装置10b，替代图4所示的电源装置10a中的电池4A～4C以及开关7A～7C，具有n个电池41-1～41-n和n个开关71-1～71-n(开关元件)分别串联连接，且此各串联电路并联连接而形成的电池组410。另外，替代图4所示的电源装置10a中的电池4D～4F以及开关7D～7F，具有n个电池42-1～42-n和n个开关72-1～72-n(开关元件)分别串联连接，且此各串联电路并联连接而形成的电池组420。以下，就电池和开关，在总称时，使用省略副编号的标记符号表示，在指个别结构的情况下，使用带有副编号的标记符号来表示。

在该情况下，电池的并联数量n优选1≤n≤100的范围。另外，配合电源装置10b的电流输出，根据电池41-1～41-n以及电池42-1～42-n的输出特性来确定n为宜。在图7中，省略了控制部11a的图示，但与图4所示的电源装置10a同样地，由控制部11a控制切换开关6以及开关71-1～71-n、72-1～72-n的动作。

图8是用于说明图7所示的电源装置10b的动作的说明图。在图8中，在电池41-n中发生内部短路，形成内部短路部3。于是，与图4所示的电源装置10a同样地，基于由图略的传感器从电池41-n检测出的电压、电流、温度等，由短路电池检测部111检测出在电池41-n中发生了内部短路。然后，根据来自切换控制部112a的控制信号，断开与包含电池41-n的电池组的其他电池41-1～41-(n-1)串联连接的开关71-1～71-(n-1)。由此，电池41-1～41-(n-1)与电池41-n分离，电池41-1～41-(n-1)的输出电流不会流过内部短路部3，内部短路部3的发热减少，安全性提高。

另外，根据来自切换控制部112a的控制信号，切换切换开关6，使电池42-1～42-n的连接点P6与开关71-1～71-n的连接点P3相连。于是，形成电池42-1～42-n的并联电路、电池41-n、和可变阻抗8串联连接的闭合电路。

而且，由阻抗值设定处理部113，例如根据预先存储在ROM中的阻抗值Ri、电路阻抗Rc、以及电池组中的电池的并联数量n，设定可变阻抗8的阻抗值Rv以例如满足式(4)。由此，可使流过内部短路部3的电流无限接近于0，抑制在内部短路部3中发生的焦耳热，提高电源装置10b的安全性。

(第4实施方式)

下面，就本发明第4实施例所涉及的电源装置进行说明。图9、图10是表示本发明第4实施例所涉及的电源装置10c的结构的一个例子的电路图。图9表示将电源装置10c中的除了控制部11c的部分的结构的一个例子，图10表示电源装置10c中的控制部11c的结构的一个例子。图9、图10所示的电源装置10c与图7所示的电源装置10b在下述方面不同。即，图9所示的电源装置10c中，串联连接4组并联连接n个电池构成的电池组。另外，图10所示的控制部11c具有短路电池检测部111、切换控制部112c、阻抗值设定处理部113c。

而且，图9所示的电源装置10c包括电池组410、420、430、440(第1、第2、第3以及第4电池组)、切换开关61(第1切换开关)、切换开关62(第2切换开关)、可变阻抗81(第1阻抗部)、和可变阻抗82(第2阻抗部)。

在电池组430中，n个电池43-1～43-n和n个开关73-1～73-n(开关元件)分别串联连接，且此各串联电路并联连接。另外，在电池组440中，n个电池44-1～44-n和n个开关74-1～74-n(开关元件)分别串联连接，且此各串联电路并联连接。

而且，正极端子51经由切换开关61与电池组410中的开关71-1～71-n的连接点P3连接。电池组410中的电池41-1～41-n的连接点P4与电池组420中的开关72-1～72-n的连接点P5连接。电池组420中的电池42-1～42-n的连接点P6经由可变阻抗81与电池组430中的开关73-1～73-n的连接点P7连接。电池组430中的电池43-1～43-n的连接点P8经由切换开关62与电池组440中的开关74-1～74-n的连接点P9连接。另外，电池组440中的电池44-1～44-n的连接点P10经由切换开关61与负极端子52连接。而且，连接点P7经由可变阻抗82与切换开关61连接。

可变阻抗81、82分别采用与可变阻抗8相同的结构。另外，切换开关62根据来自切换控制部112c的控制信号，将连接点P8连接于连接点P4和连接点P5的连接点、以及连接点P9中的任意一方。切换开关61根据来自切换控制部112c的控制信号，将连接点P3连接于正极端子51与可变阻抗82中的任意一方，并且将连接点P10连接于负极端子52与可变阻抗82中的任意一方。

另外，图10所示的切换控制部112c控制切换开关61、62的切换、以及开关71、72、73、74的接通、断开。而且，图10所示的阻抗值设定处理部113c设定可变阻抗81、82的阻抗值。

接下来，就图9、图10所示的电源装置10c的动作进行说明。图11、图12是用于说明图10所示的电源装置10c的动作的说明图。在图11中，电池41-n中发生内部短路，形成内部短路部3。于是，与图4所示的电源装置10a同样地，基于由图略的传感器从电池41-n检测出的电压、电流、温度等，由短路电池检测部111检测出电池41-n中发生了内部短路。

于是，根据来自切换控制部112c的控制信号，断开与包含电池41-n的电池组的其他电池41-1～41-(n-1)串联连接的开关71-1～71-(n-1)。由此，电池41-1～41-(n-1)和电池41-n分离，电池41-1～41-(n-1)的输出电流不会流过内部短路部3，内部短路部3的发热减少，安全性提高。

另外，根据来自切换控制部112c的控制信号，切换开关61被切换，使连接点P3与可变阻抗82连接。于是，形成串联连接电池组410、电池组420、可变阻抗81、82的闭合电路。

在如上形成的闭合电路中，电池41-1～41-n、以及电池42-1～42-n中的内阻的阻抗值均为Ri而相等的情况下，如将可变阻抗81的阻抗值设为Rva、将可变阻抗82的阻抗值设为Rvb，在满足下述的式(6)所示关系的情况下，施加于内部短路部3的两端的电位差实质上变为0V，可减少流过内部短路部3的电流。

Rva+Rvb+Ri/n＝Ri

Rva+Rvb＝Ri-Ri/n

       ＝Ri×(n-1)/n……(6)

在此，如将连接各电池、可变阻抗81、82、以及切换开关61、62的布线阻抗、切换开关61、62的导通阻抗等闭合电路中的非故意设置的阻抗设为Rc，则式(6)成为精度更高的下述式(7)。

Rva+Rvb+Ri/n+Rc＝Ri

Rva+Rvb＝Ri-Ri/n-Rc

＝(Ri×(n-1)/n)-Rc……(7)

而且，由阻抗值设定处理部113c，例如根据预先存储在ROM中的阻抗值Ri、电路阻抗Rc、以及电池组中的电池的并联数量n，设定可变阻抗81、82的阻抗值Rva、Rvb以例如满足式(7)。由此，可降低电路阻抗Rc的影响，使流过内部短路部3的电流无限接近于0，抑制在内部短路部3中产生的焦耳热，提高电源装置10c的安全性。

在图12中，电池42-n中发生内部短路，形成内部短路部3。于是，与图4所示的电源装置10a同样地，基于由图略的传感器从电池42-n检测出的电压、电流、温度等，由短路电池检测部111检测出电池42-n中发生了内部短路。于是，根据来自切换控制部112c的控制信号，断开与包含电池42-n的电池组420的其他电池42-1～42-(n-1)串联连接的开关72-1～72-(n-1)。由此，电池42-1～42-(n-1)和电池42-n分离，电池42-1～42-(n-1)的输出电流不会流过内部短路部3，内部短路部3的发热减少，安全性提高。

另外，根据来自切换控制部112c的控制信号，切换开关62被切换，使连接点P8与连接点P4和连接点P5的连接点连接。于是，形成串联连接电池组420、电池组430、可变阻抗81的闭合电路。

在如上形成的闭合电路中，电池42-1～42-n以及电池43-1～43-n的内阻的阻抗值均为Ri而相等的情况下，如将可变阻抗81的阻抗值设为Rva，在满足下述式(8)所示关系的情况下，施加于内部短路部3的两端的电位差实质上变为0V，从而可减少流过内部短路部3的电流。

Rva＝Ri×(n-1)/n……(8)

在此，如将连接各电池、可变阻抗81、以及切换开关62的布线阻抗、切换开关62的导通阻抗等、闭合电路中的非故意电路阻抗设为Rc，则式(8)成为精度更高的下述的式(9)。

Rva＝(Ri×(n-1)/n)-Rc……(9)

而且，由阻抗值设定处理部113，例如根据预先存储在ROM中的阻抗值Ri、电路阻抗Rc、以及电池组中的电池的并联数量n，设定可变阻抗81的阻抗值Rv以例如满足式(9)。由此，可降低电路阻抗Rc的影响，使流过内部短路部3的电流无限接近于0，抑制在内部短路部3中产生的焦耳热，提高电源装置10c的安全性。

同样地，电池组430包含的电池43-1～43-n中的任意一个发生内部短路的情况下，由短路电池检测部111确定发生内部短路的电池，由切换控制部112c断开与电池组430包含的电池中的、除了该发生内部短路的电池之外的其他电池串联连接的开关73。

然后，根据来自切换控制部112c的控制信号，切换开关62被切换，使连接点P8与连接点P4和连接点P5的连接点相连。于是，形成串联连接电池组420、电池组430、可变阻抗81的闭合电路。

另外，在如上形成的闭合电路中，与电池组420中发生内部短路的情况同样地，由阻抗值设定处理部113，例如根据预先存储在ROM中的阻抗值Ri、电路阻抗Rc、以及电池组中的电池的并联数量n，设定可变阻抗81的阻抗值Rva以例如满足式(9)。由此，可使流过内部短路部的电流无限接近于0，抑制在内部短路部中发生的焦耳热，提高电源装置10c的安全性。

另外，在电池组440包含的电池44-1～44-n中的任意一个发生内部短路的情况下，由短路电池检测部111确定发生内部短路的电池，由切换控制部112c断开与电池组440包含的电池中的、除了该发生内部短路的电池之外的其他电池串联连接的开关74。

然后，根据来自切换控制部112c的控制信号，通过切换开关62连接连接点P8和连接点P9，并通过切换开关61连接连接点P10和可变阻抗82。于是，形成串联连接电池组440、电池组430、可变阻抗82的闭合电路。

另外，在这样形成的闭合电路中，由阻抗值设定处理部113c，例如根据预先存储在ROM中的阻抗值Ri、电路阻抗Rc、以及电池组中的电池的并联数量n，设定可变阻抗82的阻抗值Rvb以例如满足下述的式(10)。

Rvb＝(Ri×(n-1)/n)-Rc……(10)

由此，即使构成电源装置10c的多个电池中的任意电池发生内部短路，通过确定该电池，减少流过发生内部短路的电池的内部短路部的电流，可抑制内部短路部中的焦耳热，可抑制电池的急剧的温度上升、内压上升，其结果，可提高电源装置10c的安全性。

另外，电池4A～4F、电池41～44不局限于锂二次电池，还可以适用于使用铅蓄电池、镍氢电池等多种电池的电源装置。

另外，阻抗值设定处理部113、113c并不局限于基于式(4)～式(10)设定可变阻抗8、81、82的阻抗值的例子。例如，通过将分别安装于电池4A～4F、电池41～44中的传感器构成为例如A/D转换器等的电压检测部，从而检测各电池的端子电压。而且，阻抗值设定处理部113、113c也可以在由短路电池检测部111检测出发生内部短路的电池的情况下，设定可变阻抗8、81、82的阻抗值，以使由传感器检测出的发生内部短路的电池的端子间电压降低，而实质上变为0V为宜。

此时，由于发生内部短路的电池的端子间电压、即内部短路部的两端电压降低，所以流过内部短路部的电流降低，可降低内部短路部中产生的焦耳热，其结果，可提高电源装置10a、10b、10c的安全性。另外，即使电池的内阻值Ri伴随电池的循环劣化和经年劣化等而变化的情况下，也可以降低流过内部短路部的电流、使其接近于零，所以不论电池的特性如何变化，均可提高电源装置10a、10b、10c的安全性。

另外，如上所述，在电源装置10a、10b、10c中，由短路电池检测部111检测出发生内部短路的电池的情况下，构成除了发生内部短路的电池以外的多个电池的并联电路与发生内部短路的电池串联连接的闭合电路。由此，在式(4)、(7)、(9)、(10)中，可使Rv、Rva+Rvb、Rva、Rvb成为正值，其结果，可由阻抗值设定处理部113、113c设定可变阻抗8、81、82的阻抗值，以使发生内部短路的电池的端子间电压降低，而实质上变为0V为宜。其结果，可降低布线阻抗、切换开关的导通阻抗等非故意电路阻抗Rc的影响，使流过内部短路部的电流无限接近于零，所以不论电池的特性如何变化，均可提高电源装置10a、10b、10c的安全性。

本发明所涉及的电源装置具有：多个电池；切换部，切换上述多个电池间的连接；短路电池检测部，在上述多个电池中的任意一个发生内部短路的情况下，检测出发生该内部短路的电池；切换控制部，在由上述短路电池检测部检测出发生上述内部短路的电池的情况下，利用上述切换部切换上述多个电池间的连接，使发生该内部短路的电池和其他电池中的至少一个构成串联连接的闭合电路。

根据该结构，当多个电池中的任意一个发生内部短路时，通过短路电池检测部该发生内部短路的电池被检测出。然后，通过切换控制部切换切换部，连接多个电池之间，以构成串联连接该发生内部短路的电池与其他电池中的至少一个的闭合电路。由此，发生内部短路的电池的两端、即发生内部短路的部分的两端，被施加极性相反的电压并抵消，其结果，施加于内部短路部的电压降低。由此，流过内部短路部的电流降低，内部短路部中的发热减少，其结果，可提高电池发生内部短路时的安全性。

另外，上述结构的电源装置，优选上述多个电池中的至少一部分为并联连接，上述切换控制部在由上述短路电池检测部检测出上述并联连接的电池中发生了内部短路的情况下，进一步利用上述切换部，断开该并联连接的电池中除发生了上述内部短路的电池以外的剩余电池与上述发生内部短路的电池的连接。

根据该结构，在由短路电池检测部检测出并联连接的电池中发生内部短路的情况下，利用切换部断开并联连接的电池中的、除了发生内部短路的电池以外的剩余电池与发生内部短路的电池的连接。由此，不会从并联连接的电池中未发生内部短路的电池向发生内部短路的电池供电，流过内部短路部的电流降低，内部短路部中的发热减少，其结果，可提高电池发生内部短路时的安全性。

另外，上述多个电池，是将并联连接n个(n为整数)电池的多个电池组多个串联连接而成，上述电源装置还具有阻抗部，当将上述多个电池中的内阻值分别设为Ri时，生成实质上等于Ri×(n-1)/n的阻抗值，上述切换控制部在由上述短路电池检测部检测出上述并联连接的电池中发生了内部短路的情况下，通过上述切换部切换上述多个电池以及上述阻抗部之间的连接，使包括发生该内部短路的电池的电池组、其他电池组中的一个、和上述阻抗部构成串联连接的闭合电路。

根据该结构，在由短路电池检测部检测出并联连接n个电池的电池组中发生内部短路的情况下，构成串联连接含有该发生内部短路的电池的电池组、其他电池组中的一个、生成实质上等于Ri×(n-1)/n的阻抗值的阻抗部的闭合电路。由此，利用各电池的内阻和阻抗部的阻抗来平衡内部短路部周围的阻抗，其结果，进一步降低流过内部短路部的电流。

另外，优选上述阻抗部的上述阻抗值可变，上述电源装置还包括设定上述阻抗部的阻抗值的阻抗值设定处理部，上述阻抗值设定处理部设定上述阻抗部的阻抗值，使其实质上等于Ri×(n-1)/n。

根据该结构，利用阻抗值设定处理部设定阻抗部的阻抗值实质上等于Ri×(n-1)/n，所以可利用各电池的内阻和阻抗部的阻抗，平衡内部短路部周围的阻抗，从而可进一步降低流过内部短路部的电流。

另外，上述的电源装置优选还包括用于向外部输出上述多个电池的输出电力的连接端子，其中，上述切换部包括切换串联连接上述多个电池组的串联电路与上述连接端子之间的连接的切换开关，该电池组为2个，它们中间夹着上述阻抗部而串联连接，上述切换控制部在上述短路电池检测部未检测出上述发生内部短路的电池时，通过上述切换开关，使上述2个电池组以及阻抗部的串联电路的两端与上述连接端子相连，在由上述短路电池检测部检测出上述发生内部短路的电池时，通过上述切换开关，使上述2个电池组以及阻抗部的串联电路的一端与该串联电路的另一端相连，从而构成上述闭合电路。

根据该结构，当多个电池中的任意一个发生内部短路时，连接多个电池间，以构成串联连接包括该发生内部短路的电池的电池组、其他电池组、和上述阻抗部的闭合电路。由此，如上所述，流过内部短路部的电流降低，内部短路部中的发热减少，其结果，可提高电池发生内部短路时的安全性。

另外，优选还包括用于向外部输出上述多个电池的输出电力的连接端子，作为上述多个电池组，具有第1、第2、第3、以及第4电池组，上述阻抗部包括第1以及第2阻抗部，上述第1电池组、上述第2电池组、上述第1阻抗部、上述第3阻抗块、以及上述第4阻抗块按照该顺序串联连接构成主串联电路，上述第2阻抗部的一端与上述第1阻抗部和上述第3电池组的连接点连接，上述切换部包括：第1切换开关，切换上述主串联电路、上述第2阻抗部的另一端、上述连接端子之间的连接；第2切换开关，切换上述多个电池组间的连接，在上述短路电池检测部未检测出上述发生内部短路的电池时，上述切换控制部通过上述第1切换开关，使上述主串联电路的两端与上述连接端子连接，在由上述短路电池检测部在上述第1电池组中检测出上述发生内部短路的电池时，上述切换控制部通过上述第1切换开关，使上述第1电池组中的与上述第2电池组的连接点的相反侧的端子与上述第2阻抗部的另一端连接，上述阻抗值设定处理部将上述第1以及第2阻抗部的阻抗值的合计设定成实质上等于Ri×(n-1)/n，在由上述短路电池检测部在上述第2电池组以及上述第3电池组的任意一个中检测出上述发生内部短路的电池时，上述切换控制部通过上述第2切换开关，使上述第1电池组和上述第2电池组的连接点、与上述第3电池组和上述第4电池组的连接点连接，上述阻抗值设定处理部将上述第1阻抗部的阻抗值设定成实质上等于Ri×(n-1)/n，在由上述短路电池检测部在上述第4电池组中检测出上述发生内部短路的电池时，上述切换控制部通过上述第1切换开关，使上述第4电池组中的与上述第3电池组的连接点的相反侧的端子与上述第2阻抗部的另一端连接，上述阻抗值设定处理部将上述第2阻抗部的阻抗值设定成实质上等于Ri×(n-1)/n。

根据该结构，当多个电池中的任意一个发生内部短路时，连接多个电池间，以构成串联连接包括该发生内部短路的电池的电池组、其他电池组中的一个、和上述第1以及第2阻抗部中的至少一个的闭合电路。由此，如上所述，流过内部短路部的电流降低，内部短路部中的发热减少，其结果，可提高电池发生内部短路时的安全性。

另外，优选上述切换部还包括与上述各电池分别串联连接的多个开关元件，上述各电池组为并联连接n个上述电池与上述开关元件的串联电路的电池组，上述切换控制部进一步在由上述短路电池检测部检测出上述发生内部短路的电池时，断开与包含该发生内部短路的电池的电池组中的、该发生内部短路的电池以外的电池串联连接的开关元件，从而切断该发生内部短路的电池与该其他电池的连接。

根据该结构，当多个电池中的任意一个发生内部短路时，在包括该发生内部短路的电池的电池组中，发生内部短路的电池和其他电池的连接被断开。由此，不会从并联连接的电池中未发生内部短路的电池向发生内部短路的电池供电，流过内部短路部的电流降低，内部短路部中的发热减少，其结果，可提高电池发生内部短路时的安全性。

另外，也可以还包括：电压检测部，分别检测上述多个电池的端子电压；阻抗值可变的阻抗部；阻抗值设定处理部，设定上述阻抗部的阻抗值，其中，上述切换控制部在由上述短路电池检测部检测出上述发生内部短路的电池的情况下，通过上述切换部切换上述多个电池以及上述可变阻抗之间的连接，以使上述可变阻抗包含于上述闭合电路，上述阻抗值设定处理部在由上述短路电池检测部检测出上述发生内部短路的电池的情况下，设定上述阻抗部的阻抗值，以降低由上述电压检测部检测出的上述发生内部短路的电池的端子间电压。

根据该结构，在由短路电池检测部检测出发生内部短路的电池的情况下，利用切换部，构成串联连接该发生内部短路的电池、其他电池中的至少一个、和可变阻抗的闭合电路。并且，利用阻抗值设定处理部设定阻抗部的阻抗值，以使发生内部短路的电池的端子间电压、即施加于内部短路部的电压降低，所以不论电池如何劣化或因温度环境等内阻如何变化，流过内部短路部的电流降低，内部短路部中的发热减少，其结果，可提高电池发生内部短路时的安全性。

另外，优选上述切换控制部在构成上述闭合电路时，通过上述切换部切换上述多个电池间的连接，以构成串联连接除了该发生内部短路的电池以外的多个电池的并联电路与上述发生内部短路的电池的闭合电路。

根据该结构，在由短路电池检测部检测出发生内部短路的电池的情况下，通过切换部，构成串联连接该发生内部短路的电池、除了该发生内部短路的电池以外的多个电池的并联电路、可变阻抗的闭合电路。在该情况下，与发生内部短路的电池的内阻相比，多个电池的并联电路的内阻的合成值较小，因此通过增大可变阻抗的阻抗值以取得闭合电路中的阻抗平衡，可降低流过内部短路部的电流。由此，通过在该闭合电路中的电池的内阻以及可变阻抗以外的阻抗、例如布线阻抗或在切换部产生的阻抗加上可变阻抗的阻抗值，得到闭合电路中的阻抗平衡的余地增大，因此易于得到闭合电路中的阻抗平衡，减少流过内部短路部的电流。

本发明所涉及的电源装置可适合作为向移动电话、数码摄像机、笔记本电脑等便携式电子设备的驱动用电力的小型电源装置、作为上述电源装置的一个例子的电池组件、工厂或医院等的备份用大型电源装置、搭载于混合动力汽车、电动汽车、电动叉车等车辆而作为驱动用电源使用的电源装置而被使用。

Claims (10)

1.一种电源装置，其特征在于包括：

多个电池；

切换部，切换上述多个电池间的连接；

短路电池检测部，在上述多个电池中的任意一个发生内部短路的情况下，检测出发生该内部短路的电池；

切换控制部，在由上述短路电池检测部检测出发生上述内部短路的电池的情况下，通过上述切换部切换上述多个电池间的连接，使发生该内部短路的电池和其他电池中的至少一个构成串联连接的闭合电路。

2.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于：

上述多个电池中的至少一部分为并联连接，

上述切换控制部，在由上述短路电池检测部检测出上述并联连接的电池中发生了内部短路的情况下，进一步通过上述切换部，断开该并联连接的电池中除发生了上述内部短路的电池以外的剩余电池与发生了上述内部短路的电池的连接。

3.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于还包括：

电压检测部，分别检测上述多个电池的端子电压；

阻抗部，其阻抗值可变；

阻抗值设定处理部，设定上述阻抗部的阻抗值，其中，

上述切换控制部，当由上述短路电池检测部检测出发生了上述内部短路的电池时，通过上述切换部，切换上述多个电池与上述可变阻抗之间的连接，以使上述可变阻抗包含于上述闭合电路之中，

上述阻抗值设定处理部，当由上述短路电池检测部检测出发生了上述内部短路的电池时，设定上述阻抗部的阻抗值，使由上述电压检测部检测出的发生了上述内部短路的电池的端子间电压降低。

4.根据权利要求3所述的电源装置，其特征在于：

上述切换控制部，在构成上述闭合电路时，通过上述切换部切换上述多个电池间的连接，让发生了该内部短路的电池以外的多个电池的并联电路与发生了上述内部短路的电池构成串联连接的闭合电路。

5.一种电源装置，其特征在于包括：

多个电池组，其中每个电池组并联连接多个电池；

切换部，切换上述多个电池组间的连接；

短路电池检测部，在上述多个电池中的某个电池发生内部短路的情况下，检测出发生该内部短路的电池；以及

阻抗部，产生上述多个电池中的内阻值，其中，

上述多个电池组串联连接，

上述电源装置还包括切换控制部，在由上述短路电池检测部检测出上述并联连接的电池中发生了内部短路的情况下，通过上述切换部切换上述多个电池组以及上述阻抗部之间的连接，使包括发生该内部短路的电池的电池组、其他电池组中的之一以及上述阻抗部构成串联连接的闭合电路。

6.根据权利要求5所述的电源装置，其特征在于还包括，设定阻抗部的阻抗值的阻抗值设定处理部，其中，

上述阻抗部，其阻抗值为可变，

上述阻抗值设定处理部，当将上述多个电池中的内阻值分别设为Ri、将上述多个电池的个数设为n个时，设定上述阻抗部的阻抗值，使其实质上等于Ri×(n-1)/n。

7.根据权利要求6所述的电源装置，其特征在于还包括：

连接端子，用于向外部输出上述多个电池的输出电力，其中，

上述切换部包括切换串联连接上述多个电池组的串联电路与上述连接端子之间的连接的切换开关，

该多个电池组为2个，它们中间夹着上述阻抗部而被串联连接，

上述切换控制部，

在上述短路电池检测部未检测出发生了上述内部短路的电池时，通过上述切换开关，使上述2个电池组以及阻抗部的串联电路的两端与上述连接端子连接；

在由上述短路电池检测部检测出发生了上述内部短路的电池时，通过上述切换开关，使上述2个电池组以及阻抗部的串联电路的一端与该串联电路的另一端连接，从而构成上述闭合电路。

8.根据权利要求7所述的电源装置，其特征在于还包括：

多个开关元件，与上述多个电池组中的各电池组的各电池分别串联连接，其中

上述多个电池组中的各电池组为，上述电池与上述开关元件的n个串联电路并联连接的电池组，

上述切换控制部，当由上述短路电池检测部检测出发生上述内部短路的电池时，让与包含发生该内部短路的电池的电池组中除发生该内部短路的电池以外的该电池组中的其他电池串联连接的开关元件断开，从而切断发生该内部短路的电池与其他电池的连接。

9.根据权利要求6所述的电源装置，其特征在于还包括：连接端子，用于向外部输出上述多个电池的输出电力，其中，

作为上述多个电池组，具有第1、第2、第3、以及第4电池组，

上述阻抗部，具有第1以及第2阻抗部，

上述第1电池组、上述第2电池组、上述第1阻抗部、上述第3电池组、以及上述第4电池组依次被串联连接构成主串联电路，

上述第2阻抗部的一端与上述第1阻抗部和上述第3电池组的连接点连接，

上述切换部，具备切换上述主串联电路、上述第2阻抗部的另一端、上述连接端子之间的连接的第1切换开关；以及设置于上述第3电池组与上述第4电池组之间，将上述第3电池组连接于上述第1电池组与第2电池组的连接点和上述第4电池组中的其中之一的第2切换开关，其中，

在上述短路电池检测部未检测出发生上述内部短路的电池时，上述切换控制部，通过上述第1切换开关，使上述主串联电路的两端与上述连接端子连接；

在由上述短路电池检测部在上述第1电池组中检测出发生了上述内部短路的电池时，上述切换控制部，通过上述第1切换开关，使上述第1电池组中的与上述第2电池组的连接点的相反侧的端子与上述第2阻抗部的另一端连接，上述阻抗值设定处理部将上述第1以及第2阻抗部的阻抗值的合计设定成实质上等于Ri×(n-1)/n；

在由上述短路电池检测部在上述第2电池组以及上述第3电池组的任意一个中检测出发生上述内部短路的电池时，上述切换控制部，通过上述第2切换开关，使上述第1电池组和上述第2电池组的连接点与上述第3电池组连接，上述阻抗值设定处理部，将上述第1阻抗部的阻抗值设定成实质上等于Ri×(n-1)/n；

在由上述短路电池检测部在上述第4电池组中检测出发生上述内部短路的电池时，上述切换控制部，通过上述第1切换开关，使上述第4电池组中的与上述第3电池组的连接点的相反侧的端子与上述第2阻抗部的另一端连接，上述阻抗值设定处理部将上述第2阻抗部的阻抗值设定成实质上等于Ri×(n-1)/n。

10.根据权利要求9所述的电源装置，其特征在于还包括：

多个开关元件，与上述各电池分别串联连接，

上述各电池组为，上述电池与上述开关元件的n个串联电路并联连接的电池组，

上述切换控制部，在由上述短路电池检测部检测出发生上述内部短路的电池时，让与包含发生该内部短路的电池的电池组中除发生该内部短路的电池以外的电池串联连接的开关元件断开，从而切断发生该内部短路的电池与其他电池的连接。

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