JP2002125325A - 蓄電装置 - Google Patents
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- battery module
- charging
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
- Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡単な構成により電圧の低い蓄電池モジュー
ルを重点的に充電し、各蓄電池モジュールの電圧が一定
になった後は各々の蓄電池モジュールを同等に充電する
蓄電装置を提供すること。また、各々の蓄電池モジュー
ルが満充電に達する条件に個体差のある場合に、満充電
に達した蓄電池モジュールが過充電になることを避ける
ための蓄電池を提供すること。 【解決手段】 １以上の蓄電池セルを直列接続してなる
蓄電池モジュールを複数個接続し、該蓄電池モジュール
を充・放電する蓄電装置において、前記蓄電池モジュー
ルそれぞれに対してフライバックトランスと、ダイオー
ドを設け、前記フライバックトランスの二次巻線が前記
ダイオードを介して前記蓄電池モジュールの正極と負極
に接続され、前記フライバックトランスの各々の一次巻
き線はスイッチ素子と直流電源を直列接続した回路の両
端部に並列に接続されていることを特徴とする。
ルを重点的に充電し、各蓄電池モジュールの電圧が一定
になった後は各々の蓄電池モジュールを同等に充電する
蓄電装置を提供すること。また、各々の蓄電池モジュー
ルが満充電に達する条件に個体差のある場合に、満充電
に達した蓄電池モジュールが過充電になることを避ける
ための蓄電池を提供すること。 【解決手段】 １以上の蓄電池セルを直列接続してなる
蓄電池モジュールを複数個接続し、該蓄電池モジュール
を充・放電する蓄電装置において、前記蓄電池モジュー
ルそれぞれに対してフライバックトランスと、ダイオー
ドを設け、前記フライバックトランスの二次巻線が前記
ダイオードを介して前記蓄電池モジュールの正極と負極
に接続され、前記フライバックトランスの各々の一次巻
き線はスイッチ素子と直流電源を直列接続した回路の両
端部に並列に接続されていることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、蓄電池モジュールを直
列接続した組電池を個別に充電する蓄電装置に係り、そ
れぞれの蓄電池モジュールにフライバックトランスとダ
イオードを備えた構成により、それぞれの蓄電池モジュ
ールの充電電圧のばらつきを一定値に制限する蓄電装置
に関する。
列接続した組電池を個別に充電する蓄電装置に係り、そ
れぞれの蓄電池モジュールにフライバックトランスとダ
イオードを備えた構成により、それぞれの蓄電池モジュ
ールの充電電圧のばらつきを一定値に制限する蓄電装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】高電圧が必要な電気自動車や通信用電源
装置のエネルギー源として、複数の蓄電池モジュールを
直列接続した組電池が使用される。複数の蓄電池モジュ
ールを直列に接続して充・放電する場合、電池特性のば
らつきにより、個々の蓄電池モジュールの電圧が不規則
に分布し、また、特定の 電池モジュールの過充電や過
放電が起きる。したがって、蓄電池モジュールを組電池
として使用する場合には、特性のばらつきの少ない蓄電
池モジュールを組み合わせて使用する必要がある。実際
的には、各蓄電池モジュールの配置によって放熱が悪く
なり温度が上昇し、蓄電池モジュール特性に影響を与え
たり、長期間使用の蓄電池モジュールの劣化の度合いが
一様でないため、蓄電池モジュール特性を揃えることは
困難である。したがって、それぞれの蓄電池モジュール
電圧のばらつきを減少するために、均等充電（組電池の
個々の蓄電池モジュールに生じた充電状態のばらつきを
なくするために行う充電）が必要になる。
装置のエネルギー源として、複数の蓄電池モジュールを
直列接続した組電池が使用される。複数の蓄電池モジュ
ールを直列に接続して充・放電する場合、電池特性のば
らつきにより、個々の蓄電池モジュールの電圧が不規則
に分布し、また、特定の 電池モジュールの過充電や過
放電が起きる。したがって、蓄電池モジュールを組電池
として使用する場合には、特性のばらつきの少ない蓄電
池モジュールを組み合わせて使用する必要がある。実際
的には、各蓄電池モジュールの配置によって放熱が悪く
なり温度が上昇し、蓄電池モジュール特性に影響を与え
たり、長期間使用の蓄電池モジュールの劣化の度合いが
一様でないため、蓄電池モジュール特性を揃えることは
困難である。したがって、それぞれの蓄電池モジュール
電圧のばらつきを減少するために、均等充電（組電池の
個々の蓄電池モジュールに生じた充電状態のばらつきを
なくするために行う充電）が必要になる。
【０００３】蓄電池モジュールを均等充電するための代
表的な蓄電装置として、それぞれの蓄電池モジュール
と同数の二次巻線を有する多巻き線トランス（一次巻線
と複数の二次巻線を同じコアに巻いたトランス）から、
ダイオードを介して個々の蓄電池モジュールに二次巻線
を接続する構造や、蓄電池モジュールのそれぞれに対
してｄｃ／ｄｃコンバータを接続する構造が提案されて
いる。
表的な蓄電装置として、それぞれの蓄電池モジュール
と同数の二次巻線を有する多巻き線トランス（一次巻線
と複数の二次巻線を同じコアに巻いたトランス）から、
ダイオードを介して個々の蓄電池モジュールに二次巻線
を接続する構造や、蓄電池モジュールのそれぞれに対
してｄｃ／ｄｃコンバータを接続する構造が提案されて
いる。
【０００４】の構成は、[”Balanced Charge of Seri
es Connected Battery Cells”,INTELEC'98,pp.311-31
5]に示されるように、多巻き線トランス（一つの磁気コ
アに一個の一次巻線と複数の二次巻線を同時に巻いたト
ランス）を備え、この多巻き線トランスから二次巻線を
引き出して、個々の蓄電池モジュールの正極と負極にダ
イオードを介して接続し、個々の蓄電池モジュールを充
電する。
es Connected Battery Cells”,INTELEC'98,pp.311-31
5]に示されるように、多巻き線トランス（一つの磁気コ
アに一個の一次巻線と複数の二次巻線を同時に巻いたト
ランス）を備え、この多巻き線トランスから二次巻線を
引き出して、個々の蓄電池モジュールの正極と負極にダ
イオードを介して接続し、個々の蓄電池モジュールを充
電する。
【０００５】また、の構成は、[”Dynamic Equalizat
ion Techniques for Series Battery Stacks”,INTELE
C'96,pp.514-521]に示されるように、組電池それぞれに
対してフライバック型ｄｃ／ｄｃコンバータまたはフォ
ワード型ｄｃ／ｄｃコンバータを接続し、各々のｄｃ／
ｄｃコンバータで個々の蓄電池モジュールを充電あるい
は放電する。さらに、本文献には、充電および放電を一
台のｄｃ／ｄｃコンバータ（bi-directional isolated
flyback dc-dc convertersと呼称）により行う構成も示
されている。
ion Techniques for Series Battery Stacks”,INTELE
C'96,pp.514-521]に示されるように、組電池それぞれに
対してフライバック型ｄｃ／ｄｃコンバータまたはフォ
ワード型ｄｃ／ｄｃコンバータを接続し、各々のｄｃ／
ｄｃコンバータで個々の蓄電池モジュールを充電あるい
は放電する。さらに、本文献には、充電および放電を一
台のｄｃ／ｄｃコンバータ（bi-directional isolated
flyback dc-dc convertersと呼称）により行う構成も示
されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術を多数の
蓄電池モジュールから構成された組電池に応用するため
には、トランスの配線が複雑になる、充電装置の部品点
数が増加する等の問題点があった。
蓄電池モジュールから構成された組電池に応用するため
には、トランスの配線が複雑になる、充電装置の部品点
数が増加する等の問題点があった。
【０００７】すなわち、の構成によれば、二次巻線を
一つの磁気コアに集中して巻き回す必要があるので、個
々の蓄電池モジュールに接続する二次巻き線の配線が長
くなり、もつれ易いという問題があった。また、フライ
バックトランスでは、一次巻線から供給される電流エネ
ルギーを一個の磁気コアに一旦蓄積し、その後に複数の
蓄電池モジュールに分配するので、蓄電池モジュールを
大きな電流で充電する場合には、磁気コアが大型化し、
設置スペースが限られるという問題があった。さらに、
蓄電池モジュールと磁気コアが離れている場合には、二
次巻き線の配線長が増大するので、抵抗成分による電圧
降下や損失が増大するという問題があった。
一つの磁気コアに集中して巻き回す必要があるので、個
々の蓄電池モジュールに接続する二次巻き線の配線が長
くなり、もつれ易いという問題があった。また、フライ
バックトランスでは、一次巻線から供給される電流エネ
ルギーを一個の磁気コアに一旦蓄積し、その後に複数の
蓄電池モジュールに分配するので、蓄電池モジュールを
大きな電流で充電する場合には、磁気コアが大型化し、
設置スペースが限られるという問題があった。さらに、
蓄電池モジュールと磁気コアが離れている場合には、二
次巻き線の配線長が増大するので、抵抗成分による電圧
降下や損失が増大するという問題があった。
【０００８】の構成は、蓄電池モジュール数に対応し
てｄｃ／ｄｃコンバータを接続するため、ｄｃ／ｄｃコ
ンバータの構成部品数（主な構成部品は、トランスの一
次巻き線と二次巻き線間を絶縁するフライバックまたは
フォワードトランス、蓄電池モジュール電圧を検出する
ホトカップラ、検出電圧と基準電圧を比較して差分電圧
を増幅する誤差増幅器、誤差増幅器の出力によりｄｃ／
ｄｃコンバータのスイッチ素子のオンオフ比を調整する
発信器、及びスイッチ素子）が増加するという問題があ
った。
てｄｃ／ｄｃコンバータを接続するため、ｄｃ／ｄｃコ
ンバータの構成部品数（主な構成部品は、トランスの一
次巻き線と二次巻き線間を絶縁するフライバックまたは
フォワードトランス、蓄電池モジュール電圧を検出する
ホトカップラ、検出電圧と基準電圧を比較して差分電圧
を増幅する誤差増幅器、誤差増幅器の出力によりｄｃ／
ｄｃコンバータのスイッチ素子のオンオフ比を調整する
発信器、及びスイッチ素子）が増加するという問題があ
った。
【０００９】本発明は、上記状況に鑑みて、簡単な構成
により電圧の低い蓄電池モジュールを重点的に充電し、
各蓄電池モジュールの電圧が一定になった後は各々の蓄
電池モジュールを同等に充電する蓄電装置を提供するこ
とを目的とする。また、各々の蓄電池モジュールが満充
電に達する条件に個体差のある場合に、満充電に達した
蓄電池モジュールが過充電になることを避けるための蓄
電装置を提供することを目的とする。
により電圧の低い蓄電池モジュールを重点的に充電し、
各蓄電池モジュールの電圧が一定になった後は各々の蓄
電池モジュールを同等に充電する蓄電装置を提供するこ
とを目的とする。また、各々の蓄電池モジュールが満充
電に達する条件に個体差のある場合に、満充電に達した
蓄電池モジュールが過充電になることを避けるための蓄
電装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【問題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明の蓄電装置は、１以上の蓄電池セルを直列接
続してなる蓄電池モジュールを複数個接続し、該蓄電池
モジュールを充・放電する蓄電装置において、前記蓄電
池モジュールそれぞれに対してフライバックトランス
と、ダイオードを設け、前記フライバックトランスの二
次巻線が前記ダイオードを介して前記蓄電池モジュール
の正極と負極に接続され、前記フライバックトランスの
各々の一次巻き線はスイッチ素子と直流電源を直列接続
した回路の両端部に並列に接続されていることを特徴と
する。
め、本発明の蓄電装置は、１以上の蓄電池セルを直列接
続してなる蓄電池モジュールを複数個接続し、該蓄電池
モジュールを充・放電する蓄電装置において、前記蓄電
池モジュールそれぞれに対してフライバックトランス
と、ダイオードを設け、前記フライバックトランスの二
次巻線が前記ダイオードを介して前記蓄電池モジュール
の正極と負極に接続され、前記フライバックトランスの
各々の一次巻き線はスイッチ素子と直流電源を直列接続
した回路の両端部に並列に接続されていることを特徴と
する。
【００１１】
【作用】本発明は、従来の発明とは、複数の蓄電池モジ
ュールに一対一に対応したフライバックトランスを使用
し、前記フライバックトランスの一次巻き線側は一個の
スイッチ素子で共通にオンオフする点で異なる。
ュールに一対一に対応したフライバックトランスを使用
し、前記フライバックトランスの一次巻き線側は一個の
スイッチ素子で共通にオンオフする点で異なる。
【００１２】すなわち、本発明では、蓄電池モジュール
それぞれにフライバックトランスが設置されるため、蓄
電池モジュールに接続された二次巻線は短小化できるの
で、電圧降下や抵抗による電力損失を考慮する必要が無
い。また、蓄電池モジュールの充電用構造の大部分は、
蓄電池モジュール直近に置かれるため、二次巻線の引き
回しは必要でなくなり、蓄電池モジュールの陽極と陰極
には二次巻線を予め接続しておくことも可能となるた
め、誤配線の問題も避けられる。さらに、フライバック
トランスの励磁電流の調整を、一個のスイッチ素子で行
うことが可能となり、また、満充電に達した蓄電池モジ
ュールが過度に充電されないようにフライバックトラン
スの二次巻き線側のパワーＭＯＳ ＦＥＴで制限するこ
とが可能になる。蓄電池モジュールが満充電に達するま
で、パワーＭＯＳ ＦＥＴを前記スイッチ素子と同期さ
せてオンオフさせることは、いわゆる同期整流方式であ
るから、蓄電装置の損失低減にもなる。
それぞれにフライバックトランスが設置されるため、蓄
電池モジュールに接続された二次巻線は短小化できるの
で、電圧降下や抵抗による電力損失を考慮する必要が無
い。また、蓄電池モジュールの充電用構造の大部分は、
蓄電池モジュール直近に置かれるため、二次巻線の引き
回しは必要でなくなり、蓄電池モジュールの陽極と陰極
には二次巻線を予め接続しておくことも可能となるた
め、誤配線の問題も避けられる。さらに、フライバック
トランスの励磁電流の調整を、一個のスイッチ素子で行
うことが可能となり、また、満充電に達した蓄電池モジ
ュールが過度に充電されないようにフライバックトラン
スの二次巻き線側のパワーＭＯＳ ＦＥＴで制限するこ
とが可能になる。蓄電池モジュールが満充電に達するま
で、パワーＭＯＳ ＦＥＴを前記スイッチ素子と同期さ
せてオンオフさせることは、いわゆる同期整流方式であ
るから、蓄電装置の損失低減にもなる。
【００１３】請求項２に係る発明では、上記蓄電装置に
おいて、前記ダイオードはパワーＭＯＳ ＦＥＴであ
り、該パワーＭＯＳ ＦＥＴは整流素子制御回路に接続
され、該整流素子制御回路は各々の蓄電池モジュールに
備えた充電状態検出回路の信号を受信する満充電検出回
路に接続されている。該パワーＭＯＳ ＦＥＴは、各蓄
電池モジュールが満充電状態になる以前には整流素子制
御回路で共通にオンオフされ、満充電検出後には該パワ
ーＭＯＳ ＦＥＴを遮断する。
おいて、前記ダイオードはパワーＭＯＳ ＦＥＴであ
り、該パワーＭＯＳ ＦＥＴは整流素子制御回路に接続
され、該整流素子制御回路は各々の蓄電池モジュールに
備えた充電状態検出回路の信号を受信する満充電検出回
路に接続されている。該パワーＭＯＳ ＦＥＴは、各蓄
電池モジュールが満充電状態になる以前には整流素子制
御回路で共通にオンオフされ、満充電検出後には該パワ
ーＭＯＳ ＦＥＴを遮断する。
【００１４】請求項１ないし２に係る発明は、満充電以
前の蓄電池モジュールを重点的に充電し、各蓄電池モジ
ュールの充電電圧のばらつきをなくすることを目的とす
るが、満充電に達しない蓄電池モジュールがあまりにも
急速に充電される可能性がある。これを避けるために、
請求項３に係る発明では、満充電に達した蓄電池モジュ
ールが増加した場合、満充電検出回路の信号により前記
スイッチ素子のオンオフ比を調整する機能を有する。例
えば、満充電に達した蓄電池モジュール数が増加した場
合に、前記スイッチ素子のオン時間を短くすれば、フラ
イバックトランスの励磁電流が減少し、スイッチ素子の
オフ期間に蓄電池モジュール側に供給される充電電流を
減少することが可能になる。
前の蓄電池モジュールを重点的に充電し、各蓄電池モジ
ュールの充電電圧のばらつきをなくすることを目的とす
るが、満充電に達しない蓄電池モジュールがあまりにも
急速に充電される可能性がある。これを避けるために、
請求項３に係る発明では、満充電に達した蓄電池モジュ
ールが増加した場合、満充電検出回路の信号により前記
スイッチ素子のオンオフ比を調整する機能を有する。例
えば、満充電に達した蓄電池モジュール数が増加した場
合に、前記スイッチ素子のオン時間を短くすれば、フラ
イバックトランスの励磁電流が減少し、スイッチ素子の
オフ期間に蓄電池モジュール側に供給される充電電流を
減少することが可能になる。
【００１５】
【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。
説明する。
【００１６】（実施例１）図１に本願発明の蓄電池モジ
ュール３にダイオード２とフライバックトランス１を接
続して構成した第一の実施例を示す。本図では、三組の
蓄電池モジュールを直列接続した例を示しており、この
蓄電池モジュールを充電するための外部回路として、ス
イッチ素子４、駆動回路５、直流電源６を使用する。な
お、本図に置いて蓄電池モジュールと並列にコンデンサ
２０を接続しているのは、フライバックトランス１の脈
動する電流を吸収させるためであり、このコンデンサ２
０は必ずしも必要では無い。
ュール３にダイオード２とフライバックトランス１を接
続して構成した第一の実施例を示す。本図では、三組の
蓄電池モジュールを直列接続した例を示しており、この
蓄電池モジュールを充電するための外部回路として、ス
イッチ素子４、駆動回路５、直流電源６を使用する。な
お、本図に置いて蓄電池モジュールと並列にコンデンサ
２０を接続しているのは、フライバックトランス１の脈
動する電流を吸収させるためであり、このコンデンサ２
０は必ずしも必要では無い。
【００１７】各フライバックトランス１の二次巻き線
は、蓄電池モジュール３に対応して設けており、一次巻
き線は順送りに直流電源１とスイッチ素子４の間に並列
に接続する。
は、蓄電池モジュール３に対応して設けており、一次巻
き線は順送りに直流電源１とスイッチ素子４の間に並列
に接続する。
【００１８】フライバックトランス１とダイオード２
は、図示の極性で個々の蓄電池モジュール３に対応して
設ける。すなわち、本回路はスイッチ素子４の導通時に
フライバックトランス１に励磁電流を蓄積し、スイッチ
素子４の非導通時に二次巻線側に均等充電電流を流すよ
うに動作する。各フライバックトランス１の一次巻き線
は、順送りに接続するので、各一次巻き線の両端から、
直流電源６とスイッチ素子４に対して接続線を引き回す
必要は無く、上下のフライバックトランス１の一次巻き
線を順々に繋ぐのみで十分である。
は、図示の極性で個々の蓄電池モジュール３に対応して
設ける。すなわち、本回路はスイッチ素子４の導通時に
フライバックトランス１に励磁電流を蓄積し、スイッチ
素子４の非導通時に二次巻線側に均等充電電流を流すよ
うに動作する。各フライバックトランス１の一次巻き線
は、順送りに接続するので、各一次巻き線の両端から、
直流電源６とスイッチ素子４に対して接続線を引き回す
必要は無く、上下のフライバックトランス１の一次巻き
線を順々に繋ぐのみで十分である。
【００１９】なお、フライバックトランス１の特性は、
後に述べるように必ずしも揃っている必要は無いので、
フライバックトランス１を大量生産しても良い。
後に述べるように必ずしも揃っている必要は無いので、
フライバックトランス１を大量生産しても良い。
【００２０】図２にフライバックトランス１の励磁イン
ダクタンスを二次巻き線側に移した等価回路を示す。本
等価回路では、回路の動作が最小限説明できるように、
二組の蓄電池モジュール３を充電する場合を示してい
る。なお、図２による動作説明は、各蓄電池モジュール
の電圧が等しい場合の基本的なものである。
ダクタンスを二次巻き線側に移した等価回路を示す。本
等価回路では、回路の動作が最小限説明できるように、
二組の蓄電池モジュール３を充電する場合を示してい
る。なお、図２による動作説明は、各蓄電池モジュール
の電圧が等しい場合の基本的なものである。
【００２１】図２（ａ）に示すように、スイッチ素子が
オンになり、フライバックトランス１ａ，１ｂに励磁電
流７が流れる場合を動作の開始点とする。この時、励磁
インダクタンスには直流電源電圧が印加されるので、励
磁電流７はスイッチ素子のオン時間とともに直線的に増
加する。また、ダイオード２ａ，２ｂにより、蓄電池モ
ジュール３ａ，３ｂからの電流は阻止される。この状態
は、スイッチ素子がオフになるまで続くので、フライバ
ックトランス１ａ，１ｂの磁気コアは励磁電流により飽
和しないように設計する必要がある。
オンになり、フライバックトランス１ａ，１ｂに励磁電
流７が流れる場合を動作の開始点とする。この時、励磁
インダクタンスには直流電源電圧が印加されるので、励
磁電流７はスイッチ素子のオン時間とともに直線的に増
加する。また、ダイオード２ａ，２ｂにより、蓄電池モ
ジュール３ａ，３ｂからの電流は阻止される。この状態
は、スイッチ素子がオフになるまで続くので、フライバ
ックトランス１ａ，１ｂの磁気コアは励磁電流により飽
和しないように設計する必要がある。
【００２２】スイッチ素子がオフになった場合の励磁電
流７の流れを図２（ｂ）に示す。励磁電流７は、ダイオ
ード２ａ，２ｂを通して蓄電池モジュール３ａ，３ｂに
続流として流れ、蓄電池モジュール３ａ，３ｂを充電す
る。この状態は励磁電流が零になるまで続き、励磁電流
が零になるとスイッチ素子がオンになるまで静止状態と
なる。
流７の流れを図２（ｂ）に示す。励磁電流７は、ダイオ
ード２ａ，２ｂを通して蓄電池モジュール３ａ，３ｂに
続流として流れ、蓄電池モジュール３ａ，３ｂを充電す
る。この状態は励磁電流が零になるまで続き、励磁電流
が零になるとスイッチ素子がオンになるまで静止状態と
なる。
【００２３】次に、蓄電池モジュール３ａ，３ｂの電圧
が異なる場合の本回路の動作説明図を図３に示す。
が異なる場合の本回路の動作説明図を図３に示す。
【００２４】図３において、上側の蓄電池モジュール３
ａの電圧は、下側の蓄電池モジュール３ｂの電圧より若
干低いものと仮定する。スイッチ素子のオン時に蓄積さ
れた励磁電流は、スイッチ素子がオフになると、図２と
同様に蓄電池モジュール３ａ，３ｂの充電を開始する。
しかし、下側のフライバックトランス１ｂの励磁電流
（点線で示す）は、電圧の低い蓄電池モジュール３ａ側
に回り込み、上側のフライバックトランス１ａの励磁電
流とともに上側の蓄電池モジュール３ａを充電するの
で、電圧が低い上側の蓄電池モジュール３ａの充電が促
進される。やがては、図２に示すように蓄電池モジュー
ル３ａと３ｂは同じ電圧まで充電され、図２（ｂ）のよ
うな経路で蓄電池モジュール３ａと３ｂの充電が行われ
る。この不足充電を補う励磁電流の経路の切り替わり
は、主に蓄電池モジュール３ａの電圧によるので、フラ
イバックトランス１ａとフライバックトランス１ｂとの
特性が不揃いであっても同様の効果を得ることができ
る。
ａの電圧は、下側の蓄電池モジュール３ｂの電圧より若
干低いものと仮定する。スイッチ素子のオン時に蓄積さ
れた励磁電流は、スイッチ素子がオフになると、図２と
同様に蓄電池モジュール３ａ，３ｂの充電を開始する。
しかし、下側のフライバックトランス１ｂの励磁電流
（点線で示す）は、電圧の低い蓄電池モジュール３ａ側
に回り込み、上側のフライバックトランス１ａの励磁電
流とともに上側の蓄電池モジュール３ａを充電するの
で、電圧が低い上側の蓄電池モジュール３ａの充電が促
進される。やがては、図２に示すように蓄電池モジュー
ル３ａと３ｂは同じ電圧まで充電され、図２（ｂ）のよ
うな経路で蓄電池モジュール３ａと３ｂの充電が行われ
る。この不足充電を補う励磁電流の経路の切り替わり
は、主に蓄電池モジュール３ａの電圧によるので、フラ
イバックトランス１ａとフライバックトランス１ｂとの
特性が不揃いであっても同様の効果を得ることができ
る。
【００２５】図２の構成の実施例の効果を図４に示す。
図４は、直流電源電圧２４Ｖ、フライバックトランスの
励磁インダクタンス（二次巻き線側換算値：約６０μ
Ｈ）、スイッチ素子のオン時間：約２μｓ、スイッチ素
子のオフ時間：約３μｓで、蓄電池モジュールを模擬す
るものとして２００μＦの電解コンデンサを使用した例
である。実線が若干電圧の低い蓄電池モジュール、破線
が電圧の高い蓄電池モジュールに相当する。波形が滑ら
かでないのは、蓄電池モジュールの充電電流が不連続な
ためであるが、蓄電池モジュールの電圧が時間の経過と
ともに均一になるという本願発明の効果が示されてい
る。
図４は、直流電源電圧２４Ｖ、フライバックトランスの
励磁インダクタンス（二次巻き線側換算値：約６０μ
Ｈ）、スイッチ素子のオン時間：約２μｓ、スイッチ素
子のオフ時間：約３μｓで、蓄電池モジュールを模擬す
るものとして２００μＦの電解コンデンサを使用した例
である。実線が若干電圧の低い蓄電池モジュール、破線
が電圧の高い蓄電池モジュールに相当する。波形が滑ら
かでないのは、蓄電池モジュールの充電電流が不連続な
ためであるが、蓄電池モジュールの電圧が時間の経過と
ともに均一になるという本願発明の効果が示されてい
る。
【００２６】（実施例２、３）次に本願発明の第二及び
第三実施例について説明する。本願発明の第一実施例の
回路により、電圧の異なる蓄電池モジュールの電圧を均
等化できることを示したが、必ずしも蓄電池モジュール
が均等になった場合が、最適な充電状態でない場合があ
る。例えば、ある蓄電池モジュールは、他の蓄電池モジ
ュールより低い電圧で満充電に達する場合などが想定さ
れ、満充電に達した蓄電池モジュールをさらに充電する
と過充電になり、寿命に影響する。このような場合を想
定した第二及び第三実施例を図５により説明する。
第三実施例について説明する。本願発明の第一実施例の
回路により、電圧の異なる蓄電池モジュールの電圧を均
等化できることを示したが、必ずしも蓄電池モジュール
が均等になった場合が、最適な充電状態でない場合があ
る。例えば、ある蓄電池モジュールは、他の蓄電池モジ
ュールより低い電圧で満充電に達する場合などが想定さ
れ、満充電に達した蓄電池モジュールをさらに充電する
と過充電になり、寿命に影響する。このような場合を想
定した第二及び第三実施例を図５により説明する。
【００２７】図１と図５の違いは、ダイオード２の代わ
りにパワーＭＯＳ ＦＥＴ （整流素子）１３を使用
し、各蓄電池モジュールに充電状態検出回路９、充電状
態検出回路の信号を受信する満充電検出回路１１、整流
素子制御回路１２を付加した点である。また、整流素子
制御回路は、駆動回路５を制御して、スイッチ素子のオ
ンオフ比を調整する機能を有する。以下、それぞれの効
果について説明する。
りにパワーＭＯＳ ＦＥＴ （整流素子）１３を使用
し、各蓄電池モジュールに充電状態検出回路９、充電状
態検出回路の信号を受信する満充電検出回路１１、整流
素子制御回路１２を付加した点である。また、整流素子
制御回路は、駆動回路５を制御して、スイッチ素子のオ
ンオフ比を調整する機能を有する。以下、それぞれの効
果について説明する。
【００２８】通常、整流素子制御回路１２は、スイッチ
素子４のオン信号がオフ信号に変わると、整流素子１３
にオン信号を送出する。また、スイッチ素子４のオフ信
号がオン信号に変わると整流素子１３にオフ信号を送出
する。つまり、スイッチ素子４と整流素子１３は、逆位
相の信号で動作する。
素子４のオン信号がオフ信号に変わると、整流素子１３
にオン信号を送出する。また、スイッチ素子４のオフ信
号がオン信号に変わると整流素子１３にオフ信号を送出
する。つまり、スイッチ素子４と整流素子１３は、逆位
相の信号で動作する。
【００２９】充電状態検出回路９は、蓄電池モジュール
３の温度あるいは充電電圧を測定した結果を電気信号に
変換して、満充電検出回路１１に送出する。
３の温度あるいは充電電圧を測定した結果を電気信号に
変換して、満充電検出回路１１に送出する。
【００３０】満充電検出回路１１は、充電状態検出回路
からの信号を受信し、各蓄電池モジュールが満充電状態
にあるかどうかを判断する。ここでは満充電状態にある
かどうかの判断は、ニッケル・水素電池などの急速充電
制御方式で行う。急速充電制御方式は、−△Ｖ方式と電
池の温度上昇を利用する方式に大別され、−△Ｖ方式は
充電終期に電池の電圧がピークに達してから低下する現
象を利用したものであり、温度上昇を利用する方式は、
充電開始時からの温度上昇値（△Ｔ）あるいは温度上昇
速度（ｄＴ／ｄｔ）を検出するものである。整流素子制
御回路１２は、いずれかの蓄電池モジュールが満充電に
達したことを検出すると、その蓄電池モジュールに接続
される整流素子１３のオンオフ信号を遮断する。遮断さ
れる以前の整流素子１３の導通時には、パワーＭＯＳ
ＦＥＴの内蔵ダイオード１６とオン抵抗を通して分流し
ていた充電電流（オン抵抗に流れる電流による電圧降下
≒内蔵ダイオードの電圧降下に達するまでは、オン抵抗
を経由し、それ以上の電流で内蔵ダイオードも使用）
は、遮断後には内蔵ダイオード１６以外を流れることが
できないので、電圧降下が増加する。このため、実質的
に蓄電池モジュールと直列に大きな電圧が接続された状
態と等価になり、この蓄電池モジュールの充電電流が減
少し、過充電を防止することが可能になる。
からの信号を受信し、各蓄電池モジュールが満充電状態
にあるかどうかを判断する。ここでは満充電状態にある
かどうかの判断は、ニッケル・水素電池などの急速充電
制御方式で行う。急速充電制御方式は、−△Ｖ方式と電
池の温度上昇を利用する方式に大別され、−△Ｖ方式は
充電終期に電池の電圧がピークに達してから低下する現
象を利用したものであり、温度上昇を利用する方式は、
充電開始時からの温度上昇値（△Ｔ）あるいは温度上昇
速度（ｄＴ／ｄｔ）を検出するものである。整流素子制
御回路１２は、いずれかの蓄電池モジュールが満充電に
達したことを検出すると、その蓄電池モジュールに接続
される整流素子１３のオンオフ信号を遮断する。遮断さ
れる以前の整流素子１３の導通時には、パワーＭＯＳ
ＦＥＴの内蔵ダイオード１６とオン抵抗を通して分流し
ていた充電電流（オン抵抗に流れる電流による電圧降下
≒内蔵ダイオードの電圧降下に達するまでは、オン抵抗
を経由し、それ以上の電流で内蔵ダイオードも使用）
は、遮断後には内蔵ダイオード１６以外を流れることが
できないので、電圧降下が増加する。このため、実質的
に蓄電池モジュールと直列に大きな電圧が接続された状
態と等価になり、この蓄電池モジュールの充電電流が減
少し、過充電を防止することが可能になる。
【００３１】図６は、図４と同じ回路定数の蓄電装置に
図５の発明を適用した例であり、実線で示す電池モジュ
ールが満充電に達した後の二組の蓄電池モジュールの充
電電圧の変化を示している。パワーＭＯＳ ＦＥＴの信
号を遮断した実線の電圧上昇値は、明らかに遮断してい
ない破線の電圧上昇率よりも低く押さえられ、過充電が
防止されていることが分かる。
図５の発明を適用した例であり、実線で示す電池モジュ
ールが満充電に達した後の二組の蓄電池モジュールの充
電電圧の変化を示している。パワーＭＯＳ ＦＥＴの信
号を遮断した実線の電圧上昇値は、明らかに遮断してい
ない破線の電圧上昇率よりも低く押さえられ、過充電が
防止されていることが分かる。
【００３２】なお、さらに電圧上昇率を減少して過充電
を防止するためには、スイッチ素子のオンオフ比を整流
素子制御回路の信号１２で減少させ、フライバックトラ
ンス９の励磁電流を減少させると効果的である。
を防止するためには、スイッチ素子のオンオフ比を整流
素子制御回路の信号１２で減少させ、フライバックトラ
ンス９の励磁電流を減少させると効果的である。
【００３３】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば次の効
果が達成される。
果が達成される。
【００３４】１以上の蓄電池セルを直列接続してなる
蓄電池モジュールを複数個接続し、該蓄電池モジュール
を充・放電する蓄電装置において、直流電源とスイッチ
素子の直列回路の両端部に接続された一以上の、フライ
バックトランスの励磁電流が、充電電圧の低い蓄電池モ
ジュールを重点的に充電するように分流するため、各蓄
電池の充電電圧を速やかに均等化することが可能であ
る。
蓄電池モジュールを複数個接続し、該蓄電池モジュール
を充・放電する蓄電装置において、直流電源とスイッチ
素子の直列回路の両端部に接続された一以上の、フライ
バックトランスの励磁電流が、充電電圧の低い蓄電池モ
ジュールを重点的に充電するように分流するため、各蓄
電池の充電電圧を速やかに均等化することが可能であ
る。
【００３５】また、蓄電池モジュールの充電用構造の大
部分は、蓄電池モジュール直近に置かれるため、二次巻
線の引き回しは必要でなくなり、蓄電池モジュールの正
極と負極には二次巻線を予め接続しておくことも可能と
なるので、誤配線の問題も避けられる。
部分は、蓄電池モジュール直近に置かれるため、二次巻
線の引き回しは必要でなくなり、蓄電池モジュールの正
極と負極には二次巻線を予め接続しておくことも可能と
なるので、誤配線の問題も避けられる。
【００３６】蓄電池モジュールの満充電電圧にばらつ
きが予想される場合には、フライバックトランスの二次
側に接続したパワーＭＯＳ ＦＥＴのオン抵抗と内蔵ダ
イオードの特性を利用して、先に満充電に達した蓄電池
モジュールがそれ以上過充電されることを防止できる。
きが予想される場合には、フライバックトランスの二次
側に接続したパワーＭＯＳ ＦＥＴのオン抵抗と内蔵ダ
イオードの特性を利用して、先に満充電に達した蓄電池
モジュールがそれ以上過充電されることを防止できる。
【図１】本願発明の第一実施例の回路図である。
【図２】第一実施例の基本説明図である。
【図３】本願発明の詳細説明図である。
【図４】第一実施例の効果を示す実験結果である。
【図５】第二および第三実施例の回路図である。
【図６】第二実施例の効果を示す実験結果である。
１，１ａ，１ｂ：フライバックトランス、 ２，２ａ，２ｂ：ダイオード、 ３，３ａ，３ｂ：蓄電池モジュール、 ４：スイッチ素子、 ５：駆動回路、 ６：直流電源、 ７、励磁電流、 ８、分流する励磁電流、 ９：充電状態検出回路、 １０：共通制御部、 １１：満充電検出回路、 １２：整流素子制御回路、 １３：パワーＭＯＳ ＦＥＴ （内蔵ダイオード１６を
含む）、 １４：整流素子のオンオフ信号、 １５：スイッチ素子のオンオフ比調整信号、 １６：内蔵ダイオード、 ２０：コンデンサ。
含む）、 １４：整流素子のオンオフ信号、 １５：スイッチ素子のオンオフ比調整信号、 １６：内蔵ダイオード、 ２０：コンデンサ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5G003 AA01 BA03 CA17 CB01 CC02 CC08 DA12 FA06 GA01 GB03 5G065 EA02 HA16 MA10 NA05 NA09 5H030 AA04 AS08 AS11 BB01 FF00 FF41 5H730 AS17 BB43 BB57 BB85 BB88 DD04 EE02 EE07 EE13 EE19 EE59 FG01
Claims (3)
- 【請求項１】 １以上の蓄電池セルを直列接続してなる
蓄電池モジュールを複数個接続し、該蓄電池モジュール
を充・放電する蓄電装置において、前記蓄電池モジュー
ルそれぞれに対してフライバックトランスと、ダイオー
ドを設け、前記フライバックトランスの二次巻線が前記
ダイオードを介して前記蓄電池モジュールの正極と負極
に接続され、前記フライバックトランスの各々の一次巻
き線はスイッチ素子と直流電源を直列接続した回路の両
端部に並列に接続されていることを特徴とする蓄電装
置。 - 【請求項２】 前記ダイオードはパワーＭＯＳ ＦＥＴ
であり、該パワーＭＯＳ ＦＥＴは整流素子制御回路に
接続され、該整流素子制御回路は各々の蓄電池モジュー
ルに備えた充電状態検出回路の信号を受信する満充電検
出回路に接続されていることを特徴とする請求項１記載
の蓄電装置。 - 【請求項３】 前記整流素子制御回路は、満充電検出回
路の信号により前記スイッチ素子のオンオフ比を調整す
る機能を有することを特徴とする請求項２記載の蓄電装
置。
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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- 2000-10-17 JP JP2000316389A patent/JP3573274B2/ja not_active Expired - Fee Related
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