CN102859835A - 电源装置 - Google Patents

Abstract

一种电源装置，降低部件成本，利用与一个电池组连接的充电器对各个电池块进行充电，并且防止电池单元的过充电。电源装置将多个电池组(10)并联连接。各个电池组(10)具有：具有多个电池单元(1)的电池块(2)；检测各电池单元(1)的充电停止状态的检测电路(3)；与电池块2连接的放电端子(5)；通过开关元件(4)与电池块(2)连接的充电端子(6)；以及通信电路(7)。各个电池组(10)互相连接通信电路(7)，而互相不连接充电端子(6)，且并联连接放电端子(5)。电源装置在任一个检测电路(3)检测到充电停止状态时，通过通信电路(7)，将充电停止信号传送到连接充电器(20)的电池组(10A)的检测电路(3)，该检测电路(3)将开关元件(4)控制为断开来停止充电。

Description

电源装置

技术领域

本发明涉及将多个电池组并联连接来增大输出电流的大容量电源装置。

背景技术

将多个电池组并联连接来增大输出电流和容量的电源装置正在被开发(参照专利文献1)。

在专利文献1的公报所记载的电源装置将多个电池组并联连接来增大输出容量。并联连接的电池组如图1所示将多个电池单元91串联连接来作为电池块92。电池块92为了防止过充电和过放电，通过控制充放电的充放电用FET(场效应晶体管)94与输出端子95连接。充放电用FET94将控制充电电流的FET和控制放电电流的FET串联连接。各个FET由检测电池块92的状态的控制电路93控制。控制电路93在被充电的电池块92充满电的情况下，将控制充电电流的FET转换为断开来防止过充电。另外，正在放电的电池块92被完全放电的情况下，将控制放电电流的FET转换为断开，来防止过放电。

图1的电路结构的电池组90将输出端子95相互并联连接，从而能够增大作为电源装置的输出容量。将图1的电路结构的电池组90并联连接的电源装置将特定的电池组作为主电池组，将其他的电池组作为从电池组，将从电池组的信息传送到主电池组，通过将各个电池组并联连接的状态来防止电池单元的过充电或过放电。该电源装置的某个电池组的电池块被过充电或者过放电时，将设置在各个电池组的充放电用FET转换为断开来防止电池块的过充电或者过放电。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-294298号公报

发明内容

发明要解决的课题

将图1的电路结构的电池组90并联连接的电源装置将输出端子95并联连接，并且将输出端子95与负载连接来对电池块92进行放电，另外，在输出端子95连接充电器来对电池块92进行充电。即，输出端子95被并用为电池块92的充电端子和放电端子。该结构的电源装置在放电电流变大时，需要在充放电用FET94使用耐大电流的高价的FET，部件成本变高。尤其将多个电池组并联连接来增大输出电流的电源装置因为存在能够以大电流对负载进行放电的特征，所以例如能够适用于像电动摩托等放电电流的峰值极大的用途。但能够用于大电流的负载的电池组因为需要加大充放电用FET的载流容量，所以部件成本增大。

以如下的电路能够消除该弊端，该电路为如图2所示将充电端子76和放电端子75分开设置，在充电端子76通过FET等的开关元件74与电池块72连接，将放电端子75直接与电池块72连接。该电池组70因为未设置控制放电电流的大电流的FET，所以具有能够降低部件成本并能够以大的电流稳定地放电的特征。

图2的电路结构的电池组70与放电端子75并联连接并能够增大输出电流。另外，该电源装置将连接充电器20的主电池组70A的充电端子76与充电器20连接，能够对所有的电池组70的电池块72充电。但是，该电源装置成为以下电路结构，该结构为未与充电器20连接的从电池组70B的电池块72将内置的开关元件74旁路，通过主电池组70A的开关元件74与充电器20连接。以该状态充电的从电池组70B的电池块72即使构成电池块72的任一个的电池单元71成为过充电的状态，也无法将主电池组70A的开关元件74转换到断开状态。是因为从电池组70B无法利用检测电池块72的过充电的检测电路73控制内置于主电池组70A的开关元件74。因此，产生无法使从电池组70B的电池块72以正常的状态充电的弊端。

能够以如下的电路结构消除该弊端，该电路结构为如图3所示，在电池块72和放电端子75之间连接二极管87，在各个电池组80的充电端子76连接充电器20来进行充电。该二极管87对未连接充电器20的从电池组80B的电池块72截断来自与主电池组80A连接的充电器20的充电电流的流动。但是，该电源装置为了对所有的电池组80进行充电需要在各个电池组80的充电端子76连接充电器20，因此存在对电池组80的充电需要功夫的缺点。

进而，该电源装置因为在电池组设置有大电流的二极管，所以存在部件成本变高、且二极管的电压下降所致的电力损失也变大的弊端。进而，因为大的电流流过而使二极管发热，需要设置散热面积大的散热器，所以存在进一步使部件成本变高的缺点。

本发明是以进一步解决该缺点为目的而被开发的。本发明的重要目的是省略连接到放电端子的大电流的二极管来降低部件成本，同时在一个电池组的充电端子连接充电器，能够对各个电池块进行充电，并且提供防止构成各个电池块的电池单元的过充电且能够对电池组进行充电的电源装置。

进而，另外，本发明的其他的重要目的是提供一种电源装置，通过以内置于特定电池组的开关元件防止构成所有的电池块的电池单元的过充电并进行充电，从而即使某个电池组的开关元件故障，也能够对所有的电池块进行正常充电。

用于解决课题的手段以及发明效果

本发明的电源装置，具有互相并联连接而向负载供电的多个电池组10，各个电池组10具有：将多个电池单元1串联连接而构成的电池块2；检测各个电池单元1的充电停止状态而输出充电停止信号的检测电路3；由该检测电路3控制导通断开的开关元件4；不通过二极管而与电池块2连接的放电端子5；通过开关元件4而与电池块2连接的充电端子6；以及，将由检测电路3所检测的充电停止信号传送到其他的电池组10的检测电路3的通信电路7。各个电池组10互相连接通信电路7而不互相连接充电端子6，且并联连接放电端子5。电源装置使连接到特定的电池组10A的充电端子6的充电器20的充电电流通过连接充电器20的电池组10A的开关元件4，并通过并联连接的放电端子5向另外的电池组10B的电池块2供给，来对所有的电池块2进行充电。进而，电源装置在任一检测电路3检测到电池单元1的充电停止状态的状态下，该检测电路3输出充电停止信号，被输出的充电停止信号通过通信电路7被传送到连接充电器20的电池组10A的检测电路3，该检测电路3将开关元件4控制为断开从而停止充电。

以上的电源装置，不需要使用载流容量大的大电流二极管和对该二极管进行冷却的散热面积大的散热器，能降低部件成本。同时，在一个电池组的充电端子接续充电器而对所有的电池组的电池块充电，并且，可防止对构成各个电池块的电池单元的过充电，并可对所有的电池组充电。这是因为：利用连接充电器的电池组的开关元件，控制所有的电池块的充电，并且检测构成各个电池组的电池块的电池单元的充电停止状态，向与充电器连接的电池组的检测电路传送，并利用该检测电路，在某个电池块的电池单元成为充电停止状态时，将开关元件转换为断开，并停止对所有的电池组的电池块的充电。

进而，以上的电源装置使用内置于连接充电器的电池组的开关元件，使所有的电池块不过充电而正常地充电，所以具有即使某个电池组的开关元件出现故障，也能够对所有的电池块正常地充电的特点。是因为在开关元件故障的电池组不连接充电器、在正常工作的开关元件的电池组连接充电器，能对所有的电池组进行充电。

本发明的电源装置使构成电池单元1的电池为锂离子电池，检测电路3检测电池单元1的电压来检测充电停止状态。

以上的电源装置使构成电池单元的电池为锂离子电池，因此检测电池单元的电压而能正确地检测充电停止状态。因此，具有防止所有的电池单元的过充电同时可对各个电池组充电的特点。

本发明的电源装置的电池单元1可将多个单电池并联连接。

以上的电源装置将多个单电池并联连接作为电池单元，进而，将该电池单元串联连接作为电池块，因此电池块可放电的最大电流变大，并且电池块的电压变高，能够增大电池组的输出。

本发明的电源装置能够使互相并联连接的电池组10的总容量为1KVA～100KVA。

以上的电源装置，因为可将总容量极大地设置为1KVA～100KVA，所以可适用于电动摩托车或电动车辆等的需要大输出的用途。

本发明的电源装置能够使开关元件4为场效应晶体管。

以上的电源装置使开关元件为场效应晶体管，因此导通状态的电阻变小，可有效地对电池块充电。

附图说明

图1是以往的电源装置的框图。

图2是以往的其他的电源装置的框图。

图3是以往的其他的电源装置的框图。

图4是本发明的一个实施例涉及的电源装置的框图。

具体实施方式

以下基于附图对本发明的实施方式进行说明。但是，以下示出的实施方式是例示用于将本发明的技术思想具体化的电源装置，本发明未将电源装置特别指定为以下电源装置。另外，并未将权利要求书中所示的部件特别指定为实施方式的部件。特别是实施方式记载的结构部件的尺寸、材质、形状、以及相对配置等只要没有特别特定的记载，其主旨不是将本发明的范围仅限定于此，仅是说明例。另外，各附图示出的部件的大小和位置关系等为了使说明明确而存在夸张。进而在以下的说明中，相同的名称、符号表示同一或同质的部件，并适宜省略详细说明。进一步，构成本发明的各要素也可以设置为以同一部件构成多个要素从而用一个部件兼做多个要素，相反也能够以多个部件分担一个部件的功能来实现。另外，一部分的实施例、实施方式中所说明的内容是在其他的实施例、实施方式等能够利用的。

图4示出本发明的实施例涉及的电源装置。在该图示出的电源装置具有相互并联连接而向负载提供电力的多个电池组10。图4的电源装置是将三组的电池组10并联连接。电源装置将连接的电池组10的个数设置较多，能够增大可输出的最大电流，另外，载流容量也能够增大。本发明的电源装置例如适合电动摩托、混合动力汽车、插电式混合动力汽车、电动汽车、不间断电源等的大功率电源。作为这些的电源而被使用的电源装置调整连接的电池组的个数，而将总容量设为1KVA～100KVA。但是，本发明的电源装置不特别指定总容量，调整电池组自身的容量或者并联连接的电池组的个数，可比以上的总容量小或者大。

各个电池组10具有：将多个电池单元1串联连接的电池块2；检测各个电池单元1的充电停止状态而输出充电停止信号的检测电路3；由该检测电路3对开关进行控制的开关元件4；不通过二极管与各个电池块2连接的放电端子5；通过开关元件4与电池块2连接的充电端子6；以及向其他的电池组10的检测电路3传送由检测电路3检测到的充电停止信号的通信电路7。

电池块2将由锂离子电池组成的电池单元1串联连接。但是，在电池块中，代替锂离子电池，能够使用镍氢电池和镍镉电池等的可充电的所有的电池。在增大输出电流的电池块2中，将多个单电池并联连接作为电池单元1，并将该电池单元1串联连接。电池块2的输出电流因为由电池单元1的载流容量所确定，所以将多个单电池并联连接可增大输出电流。同时，电池块2通过串联连接的电池单元1的个数能够调整输出电压，增多电池单元1能够提高输出电压。

检测电路3检测构成电池块2的电池单元1的过充电并输出充电停止信号，通过该充电停止信号控制开关元件4。检测电路3检测各个电池单元1的电压来检测过充电。是因为电池单元1被过充电时，电压变得高于最高电压。该检测电路3存储判断电池单元1过充电的最高电压。将检测的电池单元1的电压与最高电压比较，在电池单元1的电压超过最高电压时判断为充电停止状态，输出充电停止信号。检测电路3也可以检测各个电池单元1的温度来输出充电停止信号。检测电路3利用充电的充电停止信号将开关元件4转换为断开。将开关元件4作为场效应晶体管(FET)的电池组10将检测电路3输出的充电停止信号输入到场效应晶体管的栅极，使开关元件4从导通转换为断开，停止电池块2的充电。进而，检测电路3通过通信电路7将检测到的充电停止信号也传送到其他的电池组10的检测电路3。图示的电池组10具有与通信电路7连接的通信端子8，通过该通信端子8，连接各个电池组10的检测电路3。

并且，检测电路3也根据从其他的电池组10的通信电路7输入的充电停止信号，将开关元件4从导通转换为断开。在多个电池组10被并联连接从而对各个电池块2一起充电的状态下，存在未连接充电器的电池组10B的检测电路3输出充电停止信号的情况。该充电停止信号通过通信电路7被输入到连接充电器20的电池组10A的检测电路3。检测到由另外的电池组10B输入的充电停止信号的检测电路3根据该信号也将开关元件4从导通转换为断开，停止对所有的电池块2的充电。由此，电池组10不仅根据检测电路3所检测的自己的充电停止信号，也根据从并联连接的其他的电池组10输入的充电停止信号将开关元件4从导通转换为断开。

开关元件4是截断充电电流的场效应晶体管。场效应晶体管的开关元件4利用从检测电路3输入到栅极的信号，来控制导通断开。对于开关元件4，也可以代替场效应晶体管，而使用晶体管和继电器等的开关元件。晶体管的开关元件利用基极的输入信号控制导通断开，继电器的开关元件控制励磁线圈的通电来转换导通断开。因此，对于晶体管的开关元件，将充电停止信号输入到基极，使晶体管从导通转换为断开，对于继电器的开关元件，通过充电停止信号停止励磁线圈的通电，从而从导通转换为断开。开关元件4在对电池块2进行充电的状态下保持导通状态。场效应晶体管的开关元件4控制栅极电压来保持导通状态，晶体管的开关元件控制基极电流来保持导通状态，在继电器中对励磁线圈通电来保持导通状况。

放电端子5不经由二极管和开关元件4而直接与电池块2连接。但是，在放电端子为了防止电池块的过电流，将在过电流时截断电流的元件、例如将熔断器或电流断路器直接与电池块串联连接，能够防止电池块2的过电流。

充电端子6通过开关元件4与电池块2连接。图中的电池组10将正极侧的充电端子6通过开关元件4与电池块2的正极侧连接。开关元件也可连接到充电端子和电池块的负极侧。

通信电路7是如下的双向通信电路：将检测电路3输出的充电停止信号传送到相互并联连接的另外的电池组10的检测电路3，另外，将从另外的电池组10的检测电路3所输出的充电停止信号输入到检测电路3。

图4的电源装置使连接到特定的电池组10A的充电端子6的充电器20的充电电流通过连接充电器20的电池组10A的开关元件4，并通过并联连接的放电端子5向另外的电池组10B的电池块2供给，来对所有的电池块2进行充电。由此，该电源装置在一个电池组10的充电端子6连接充电器20对所有的电池组10的电池块2进行充电。

在对所有的电池组10进行充电的状态下，在任一个检测电路3检测到电池单元1的充电停止状态时，利用充电停止信号使开关元件4从导通转换为断开，而停止对所有的电池块2的充电。连接充电器20的电池组10A的检测电路3输出充电停止信号时，利用该信号将该电池组10A的开关元件4转换为断开。未连接充电器20的电池组10B的检测电路3检测到充电停止信号时，通过通信电路7将该充电停止信号传送到连接充电器20的电池组10A的检测电路3。被传送了充电停止信号的检测电路3将开关元件4控制为断开来停止对所有的电池块2的充电。

符号说明

1...电池单元

2...电池块

3...检测电路

4...开关元件

5...放电端子

6...充电端子

7...通信电路

8...通信端子

10...电池组

10A...电池组

10B...电池组

20...充电器

70...电池组

70A...主电池组

70B...从电池组

71...电池单元

72...电池块

73...检测电路

74...开关元件

75...放电端子

76...充电端子

80...电池组

80A...主电池组

80B...从电池组

87...二极管

90...电池组

91...电池单元

92...电池块

93...控制电路

94...充放电用FET

95...输出端子

Claims (5)

1.一种电源装置，其特征在于，

具有互相并联连接来向负载供电的多个电池组(10)，

各个电池组(10)具有：

电池块(2)，将多个电池单元(1)串联连接而构成；

检测电路(3)，检测各个电池单元(1)的充电停止状态从而输出充电停止信号；

开关元件(4)，由该检测电路(3)控制导通断开；

放电端子(5)，不通过二极管而与所述电池块(2)连接；

充电端子(6)，通过所述开关元件(4)而与所述电池块(2)连接；以及，

通信电路(7)，将由所述检测电路(3)所检测的充电停止信号传送到其他的电池组(10)的检测电路(3)，

各个电池组(10)互相连接通信电路(7)而不互相连接所述充电端子(6)，且并联连接所述放电端子(5)，

连接到特定的电池组(10A)的充电端子(6)的充电器(20)的充电电流通过连接充电器(20)的电池组(10A)的开关元件(4)，并通过并联连接的放电端子(5)向另外的电池组(10B)的电池块(2)供给，来对所有的电池块2进行充电，

在任一检测电路(3)检测到电池单元(1)的充电停止状态的状态下，该检测电路(3)输出充电停止信号，被输出的充电停止信号通过通信电路(7)被传送到连接充电器(20)的电池组(10A)的检测电路(3)，该检测电路(3)将所述开关元件(4)控制为断开来停止充电。

2.如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，

构成所述电池单元(1)的电池是锂离子电池，所述检测电路(3)检测电池单元(1)的电压来检测充电停止状态。

3.如权利要求1或2所述的电源装置，其特征在于，

所述电池单元(1)为多个单电池并联连接而成。

4.如权利要求1至3任一项所述的电源装置，其特征在于，

互相并联连接的电池组(10)的总容量为1KVA～100KVA。

5.如权利要求1至4任一项所述的电源装置，其特征在于，

所述开关元件(4)为场效应晶体管。

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