JP2001218377A - 二次電池の充放電用電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】補助電池が不要で構造が簡単、かつメンテナ
ンスフリーの、二次電池の充放電用電源装置を提供す
る。 【解決手段】外部供給に基づく直流電源と放電用負荷と
を備え、二次電池である試験電池を複数充放電させる二
次電池の充放電用電源装置に、二次電池からの放電を管
理する放電管理手段と、二次電池への充電を管理する充
電管理手段と、放電管理手段と充電管理手段を接続しあ
る二次電池からの放電電力を他の二次電池への充電電力
として供給する接続手段とを具備させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二次電池の充放電
に使用される二次電池の充放電用電源装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、移動体通信や携帯機器等が急速に
普及し、また電気自動車の開発が進められるなど、二次
電池の需要が急増している。二次電池は、通常、出荷前
に充放電等の特性試験が行われる。従来、二次電池の特
性試験では、充電には外部供給に基づく交流電源を直流
に変換した直流電源が、放電には負荷抵抗又は電子負荷
が使用されている。しかし、この方式では、充電によっ
て蓄積された電気エネルギが放電時には放電用負荷によ
り熱に変換されて消散してしまい、非常にエネルギの無
駄が多く、発熱も多いという不都合がある。

【０００３】そこで、電池の放電エネルギを回生してＡ
Ｃ電源にフィードバックさせることにより、電池の蓄電
エネルギを有効に利用することが試みられてきた。

【０００４】しかし、この方法では、電池の放電電流で
ある直流をインバータ等によって交流に変換しているた
め、正常な正弦波を得るために高度な制御回路を必要と
し、設備等が高価となる問題があった。そこで、多くの
場合制御回路を簡略化して行われたが、簡略化すると歪
みの大きな波形になったり、高電圧ノイズが発生したり
して、周囲の機器に悪影響を及ぼすことが少なくなかっ
た。

【０００５】こうした不都合を解消するため、特開平１
１−２８９６７６で開示されたように、二次電池からな
る補助電池を備え、試験電池の放電電力で補助電池を充
電し、この補助電池の放電電力を試験電池の充電に用い
るようにしたものが発明されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この発
明には、二次電池からなる補助電池を必要とする、補助
電池の容量を所定範囲に保つための複雑な制御回路も必
要とするので構造が複雑になる、補助電池の交換や制御
回路の保全等のメンテナンスが必要になるといった不都
合がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記不都合を
解決し、補助電池不要で構造が簡単、かつメンテナンス
フリーの充放電用電源装置を提供することを目的とす
る。この目的を実現するために、本発明の構成を、外部
供給に基づく直流電源と放電用負荷とを備え、二次電池
である試験電池を複数充放電させる二次電池の充放電用
電源装置であって、二次電池からの放電を管理する放電
管理手段と、二次電池への充電を管理する充電管理手段
と、放電管理手段と充電管理手段を接続しある二次電池
からの放電電力を他の二次電池へ充電電力として供給す
る接続手段とを具備するものとした。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、実施例に
もとづき図面を参照して説明する。図１は、第１の実施
例を示す、充放電用電源装置のブロック図である。

【０００９】二次電池１ａを放電管理手段である放電電
源（昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ）２に、二次電池１ｂ
を充電管理手段である充電電源（降圧型ＤＣ／ＤＣコン
バータ）３に接続させている。さらに放電電源２を、放
電電流Ｉｄを処理する放電用負荷である定電圧負荷５に
接続手段である接続回路６を介して接続させるととも
に、充電電源３を、外部から供給される交流電圧を直流
に変換して試験電池１ｂに供給する直流電源４に接続回
路６を介して接続させている。接続回路６は、放電電源
２からの電流を通過させるダイオード７、充電電源３へ
流れる電流を通過させるダイオード８、直流電源４から
の電流を通過させるダイオード９及び、定電圧負荷５と
充電電源３を結ぶ接続線１０を有している。この接続回
路６によって、直流電源４から出力される供給電流Ｉｓ
は、ダイオード９、接続線１０及びダイオード８を通過
して充電電源３に流入し、充電電流Ｉｃとなって試験電
池１ｂの充電に使用されるようになっている。また、試
験電池１ａから放電される放電電流Ｉｄは、放電電源２
により昇圧された後、ダイオード７を通過し、接続線１
０に流入するようになっている。

【００１０】試験電池１ａから放電された電流は、接続
線１０に流入すると、ダイオード８を通過し、充電電源
３により降圧され充電電流Ｉｃとなって試験電池１ｂの
充電に使用されるようになっている。

【００１１】なお、放電電流Ｉｄ×リサイクル効率
〔（放電電流Ｉｄ−放電電流Ｉｄが途中で発熱等によっ
て消失した量）÷放電電流Ｉｄ×１００（％）〕が充電
電流Ｉｃより大きいときは、充電電流Ｉｃを越える電流
は定電圧負荷５に流れ、負荷電流Ｉｒとなる。

【００１２】図２は、定電圧負荷５の回路図である。

【００１３】定電圧負荷５の回路は、入力電圧Ｖｉｎが
抵抗器１１と１２で分圧された電圧と、＋Ｖを抵抗器１
３と可変抵抗器１４で分圧された電圧とが常に等しくな
るように、オペアンプ１５が抵抗器１６を介してトラン
ジスタ１７を制御するようになっている。このような定
電圧負荷５において、可変抵抗器１４に加わる電圧を所
定値に設定し、入力電圧Ｖｉｎが直流電源４から供給さ
れる電圧よりも高くなるように設定してある。従って、
直流電源４から出力された供給電流Ｉｓが定電圧負荷装
置５に流入することはない。

【００１４】次に、本実施例の作用を説明する。試験電
池１ａは充電されており、試験電池１ｂは未充電であ
る。このとき、試験電池１ａからの放電電流Ｉｄは、放
電電源２で昇圧され、ダイオード７を通過して、接続線
１０に流入する。試験電池１ｂは未充電であり、一方、
定電圧負荷５へは所定電圧を超えないと電流が流れない
ように設定されているので、放電電流Ｉｄはダイオード
８を通過して充電電源３へ流入する。そして、ここで降
圧されて、試験電池１ｂに充電電流Ｉｃとして供給され
る。

【００１５】試験電池１ｂの充電が済むと、充電電流Ｉ
ｃが不要になるので、試験電池１ａからの放電電流Ｉｄ
は充電電源３側へは流れなくなる。このときには、放電
電流Ｉｄは定電圧負荷５へ流入し、トランジスタ１７に
おいて熱エネルギに変換される。

【００１６】放電電流Ｉｄ×リサイクル効率が充電電流
Ｉｃよりも少ない場合は、放電電流Ｉｄと直流電源４か
らの供給電流Ｉｓを合せた電流が、試験電池１ｂに供給
される。放電電流Ｉｄがなくなった場合は、供給電流Ｉ
ｓのみの供給となる。こうした場合においては、試験電
池１ｂが充電されると、充電電流Ｉｃが不要になるので
供給電流Ｉｓは試験電池１ｂに流れなくなる。また、定
電圧負荷５の設定電圧よりもダイオード９によって一定
化される直流電源４の供給電圧の方が低いため、定電圧
負荷５へも流れない。また、放電電源２へも、ダイオー
ド７によって妨げられているため供給電流Ｉｓが流れる
ことはない。従って、直流電源４からの出力は自動的に
ストップし、定電圧負荷５へ電流が流れるというムダは
生じない。

【００１７】図３は、この実施例にかかる充放電用電源
装置で充放電実験を行ったときの、供給電流Ｉｓと負荷
電流Ｉｒの関係を示す図である。この図は、放電電源２
で試験電池１ａを放電電流Ｉｄ＝５Ａで放電したとき
に、充電電源３で試験電池１ｂを充電電流Ｉｃが０．５
〜５Ａまで充電された場合の供給電流Ｉｓと負荷電流Ｉ
ｒとの関係を示している。この図から、放電電流Ｉｄ＝
５Ａで充電電流Ｉｃ＝１．５Ａのときに、供給電流Ｉ
ｓ、負荷電流Ｉｒがともに０になる。すなわち、新たな
電力の供給も流出もなく、装置内で電力がリサイクルさ
れているということである。この実施例において、試験
電池１ａ、１ｂの電圧はともに３．８Ｖであるから、放
電電力５Ａ×３．８Ｖ＝１９Ｗのうち１．５Ａ×３．８
Ｖ＝５．７Ｗはリサイクル（再利用）できたので、リサ
イクル効率は３０．０％である。リサイクル効率は、放
電電源２，充電電源３、接続回路６の改良によって、よ
り高めることが可能である。

【００１８】図４は、第２の実施例を示すブロック図で
ある。この実施例においては、充電電源２台（３−１、
３−２）、放電電源４台（２−１〜２−４）を並列に並
べ、接続回路６を介して放電電源２−１〜２−４と充電
電源３−１、３−２を接続するとともに、直流電源４と
定電圧負荷５にもそれぞれ接続している。そして、放電
電源２−１〜２−４にセットされた試験電池１ａ−１〜
１ａ−４から放電される放電電流Ｉｄ−１〜Ｉｄ−４の
合計が、接続回路６を介して、充電電源３−１、３−２
にセットされた試験電池１ｂ−１、１ｂ−２に充電され
る。直流電源４、定電圧負荷５の作用は第１の実施例と
同じである。

【００１９】図５は、第２の実施例にかかる充放電用電
源装置で実験を行ったときの、供給電流Ｉｓと負荷電流
Ｉｒの関係を示す図である。これは、充電電源３−１〜
３−２で試験電池１ｂ−１〜１ｂ−２を充電電流Ｉｃ−
１〜Ｉｄ−２をいずれも２Ａで充電したときに、放電電
源２−１〜２−４で試験電池１ａ−１〜１ａ−４の放電
電流Ｉｄ−１〜Ｉｄ−４を共に０〜４Ａまで放電した場
合の供給電流Ｉｓと負荷電流Ｉｒとの関係を示してい
る。この図から、充電電流Ｉｃ＝２Ａで放電電流Ｉｄ＝
３Ａのときに、供給電流Ｉｓ、負荷電流Ｉｒがともに０
になることがわかる。この実施例においては、試験電池
１ａ−１〜１ａ−４及び１ｂ−１と１ｂ−２の電圧はい
ずれも３．８Ｖであるから、放電電力３Ａ×３．８Ｖ×
４台＝４５．６Ｗのうち２Ａ×３．８Ｖ×２台＝１５．
２Ｗはリサイクル（再利用）できたので、リサイクル効
率は３３．３％である。

【００２０】図６は第３の実施例である。この実施例が
示しているのは、多数の試験電池を充放電する充放電用
電源装置であり、ｍ台の充電電源３−１〜３−ｍとｎ台
の放電電源２−１〜２−ｎを並列に並べ、ｍ個の未充電
の試験電池１ｂ−1〜１ｂ−ｍと、ｎ個の充電された試
験電池１ａ−１〜１ａ−ｎをそれぞれセットしている。
そして、充電電源３−１〜３−ｍと放電電源２−１〜２
−ｎは、接続回路６を介して接続されるとともに、直流
電源４と定電圧負荷５にも接続されている。このような
ものにおいては、放電電流Ｉｄ−１〜Ｉｄ−ｎの合計×
リサイクル効率が充電電流Ｉｃ−１〜Ｉｃ−mの合計と
同じである場合は、放電電流はすべて充電電流として使
用される。この場合には、直流電源４からの電力供給は
ない。また、放電電流Ｉｄ−１〜Ｉｄ−ｎの合計×リサ
イクル効率が充電電流Ｉｃ−１〜Ｉｃ−mの合計より少
ない場合は、放電電流Ｉｃ−１〜Ｉｃ−ｍに供給電流Ｉ
ｓを加えたものが充電電流として使用される。また、試
験電池１ｂ−１〜１ｂ−ｍの充電が済んだ場合は、放電
電流Ｉｄ−１〜Ｉｄ−ｎは定電圧負荷５に流入し、熱エ
ネルギに変換される。

【００２１】本発明は、前記実施例に限られるものでは
ない。例えば、試験電池と放電管理手段あるいは充電管
理手段との接続は固定的なものではなく、切替スイッチ
等を使用することによって、充電のときは試験電池と充
電管理手段を、放電のときは試験電池と放電管理手段を
接続させるようにしたものも本発明に含まれる。また、
接続手段も実施例に示したものに限られず、ある二次電
池から放電される電力を他の二次電池への充電電力とし
て供給できるものであればよい。また、放電用負荷も、
実施例に示した定電圧負荷に限られない。さらに、放電
管理手段も昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータに限られず、充
電管理手段も降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータに限られな
い。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明は、試験用
の二次電池同士で充放電を行わせることができるので補
助電池が不要であり、補助電池使用に必要とされる複雑
な制御回路もまた不要である。そのため、構造が簡単
で、かつメンテナンスフリーである。二次電池の特性試
験においては、電池を１本ずつ試験するのではなく、複
数本の電池の試験を同時に行うのが一般的であるため、
本発明は実用化の可能性が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例を示すブロック図である。

【図２】定電圧負荷の回路図である。

【図３】第１の実施例における、供給電流と負荷電流の
関係を示す実験データである。

【図４】第２の実施例を示すブロック図である。

【図５】第２の実施例における、供給電流と負荷電流の
関係を示す実験データである。

【図６】第３の実施例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 試験電池 ２ 放電電源 ３ 充電電源 ４ 直流電源 ５ 定電圧負荷 ６ 接続手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外部供給に基づく直流電源と放電用負荷と
   を備え、二次電池である試験電池を複数充放電させる二
   次電池の充放電用電源装置であって、二次電池からの放
   電を管理する放電管理手段と、二次電池への充電を管理
   する充電管理手段と、放電管理手段と充電管理手段を接
   続しある二次電池からの放電電力を他の二次電池へ充電
   電力として供給する接続手段とを具備することを特徴と
   する二次電池の充放電用電源装置。
2. 【請求項２】放電管理手段を昇圧型、充電管理手段を降
   圧型のものとしたことを特徴とする、請求項１記載の二
   次電池の充放電用電源装置。
3. 【請求項３】放電管理手段を昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバー
   タに、充電管理手段を降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータにし
   たことを特徴とする、請求項１記載の二次電池の充放電
   用電源装置。
4. 【請求項４】放電用負荷を定電圧負荷としたことを特徴
   とする、請求項１記載の二次電池の充放電用電源装置。