JP2002281686A

JP2002281686A - 蓄電電源の充電装置及び充電方法

Info

Publication number: JP2002281686A
Application number: JP2001252472A
Authority: JP
Inventors: Hachiro Shimayama; 島山八郎
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2001-01-12
Filing date: 2001-08-23
Publication date: 2002-09-27

Abstract

(57)【要約】【課題】キャパシタセルの特性及び充電初期電圧に大き
なばらつきがあっても、熱損失の発生の抑制、充電時間
及びばらつき解消時間の短縮、蓄電電源の小型化を可能
にする。【解決手段】直列接続した複数個の蓄電池セルＣ１〜Ｃ
ｎを充電する充電手段１と、直列接続した複数個の蓄電
池セルの各直列接続点を充電手段の正極側及び負極側に
接続する切り換え手段２と、直列接続した複数個の蓄電
池セルの各端子電圧が所定の電圧に達したか否かを検出
する電圧検出手段３と、電圧検出手段の検出信号に基づ
き所定の電圧に達しない蓄電池セルを選択的に充電手段
に接続するように切り換え手段を切り換え制御する制御
手段５とを備え、端子電圧が所定の電圧に達しない蓄電
池セルＣ１〜Ｃｎに対し順次所定の電圧に達するまで充
電を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数個の蓄電池セ
ルを直列に接続して充電を行なう蓄電電源の充電装置及
び充電方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】キャパシタ（電気二重層キャパシタ）、
二次電池を電力貯蔵用（電力平準化電源、太陽光発電、
無停電電源など）の蓄電装置に利用する場合には、電気
回路が要求する電圧に応じた耐圧を必要とするため、蓄
電池セル（キャパシタセル、二次電池セル）を直列接続
する必要がある。

【０００３】図１５は蓄電装置としてキャパシタセルを
直列接続した従来の構成例を示す図、図１６は低電圧で
の平準化方式の例を示す図である。例えば図１５に示す
ように直列接続したキャパシタセルＣ１〜Ｃｎを用いた
蓄電装置では、最大端子電圧を制限し充電電流をバイパ
スする電圧制限電流バイパス回路（並列モニタ）６が用
いられている。この電圧制限電流バイパス回路６は、特
性のバラツキや充電初期電圧に差があった場合にも、キ
ャパシタセルＣ１〜Ｃｎの利用率を高め且つ寿命を長く
するためのものである。

【０００４】このような蓄電装置において、例えば電圧
制限電流バイパス回路６を小電力化するために、電圧制
限電流バイパス回路６の少なくとも１つがオンになった
とき、定電圧定電流回路（充電装置）１の充電電流を漸
次減少させるもの（特開平１０−１７４２８３号公報参
照）、電圧制限電流バイパス回路６の設定制限電圧を制
御して、図１５に示すようにキャパシタセルＣ１〜Ｃｎ
の満充電電圧（定格電圧）より低い電圧でキャパシタセ
ルＣ１〜Ｃｎのバラツキを平準化するもの（特開平１０
−１７４２８５号公報参照）、充電又は放電が可能な２
象限動作電源とキャパシタセルＣ１〜Ｃｎとの間に切り
換え回路を設け、２象限動作電源の充電又は放電により
キャパシタセルＣ１〜Ｃｎのバラツキを解消するもの
（特開平１１−３３２１１８号公報参照）などが提案さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、キャパシタセ
ルの最大端子電圧を制限する電圧制限電流バイパス回路
は、制限動作開始電圧Ｖ1mになると、Ｖ1m×Ｉpm＝Ｐpm〔Ｗ〕（ＩpmはＶ1mとなった電圧制限電流バイパス回路の電流
で、充電電流ＩchからＶ1mとなったキャパシタセルに流
れる電流を差し引いた電流）なる熱損失を発生する。こ
の熱損失は、制限動作開始電圧となった電圧制限電流バ
イパス回路のみに発生するもので、充電中だけ発生する
ものである。このため、電圧制限電流バイパス回路のバ
イパス用素子には、放熱器などを取り付ける必要があ
り、電圧制限電流バイパス回路が大型化する。電圧制限
電流バイパス回路の熱損失及び熱損失電力は、キャパシ
タセルの特性及び充電初期電圧に大きな差がなければ小
さいが、差が大きいと、キャパシタ回路の利用率を高め
るために各キャパシタセルの端子電圧を最大定格電圧ま
で充電する場合には大きくなる。

【０００６】また、制限動作開始電圧Ｖ1mになった電圧
制限電流バイパス回路の数により、充電電流Ｉchを減少
させ熱損失を減少させる方法もあるが、熱損失電力量は
同じであり、充電時間が長くなってしまう。さらに、図
１６に示すようにキャパシタセルの満充電電圧（定格電
圧）より低い電圧でキャパシタセルのバラツキを平準化
する方法は、熱損失を減少させる効果はあるが、バラツ
キを平準化する電圧で上記と同様の熱損失Ｅｉが発生す
る。各キャパシタセルのバラツキ解消をキャパシタセル
毎に充電又は放電により行なう方法は、バラツキ解消時
間が長くなること、２象限動作電源の出力電圧が低いた
め効率が悪くなる。

【０００７】上記のように、従来の蓄電装置では、並列
モニタのような蓄電池セルの利用率を高める手段を講じ
たとしても、熱損失の発生を抑制して蓄電電源を小型化
し、さらには、充電時間及びバラツキ解消時間を長くし
ないようにすることはできなかった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するものであって、キャパシタセルの特性及び充電初
期電圧に大きなバラツキがあっても、熱損失の発生の抑
制、充電時間及びバラツキ解消時間の短縮、蓄電電源の
小型化を可能にするものである。

【０００９】そのために本発明は、複数個の蓄電池セル
を直列に接続して充電を行なう蓄電電源の充電装置であ
って、直列接続した前記複数個の蓄電池セルを充電する
充電手段と、直列接続した前記複数個の蓄電池セルの各
直列接続点を前記充電手段の正極側及び負極側に接続す
る切り換え手段と、直列接続した前記複数個の蓄電池セ
ルの各端子電圧が所定の電圧に達したか否かを検出する
電圧検出手段と、前記電圧検出手段の検出信号に基づき
所定の電圧に達しない蓄電池セルを選択的に前記充電手
段に接続するように前記切り換え手段を切り換え制御す
る制御手段とを備えたことを特徴とし、複数個の蓄電池
セルを直列に接続して充電を行なう蓄電電源の充電装置
であって、直列接続した前記複数個の蓄電池セルを充電
して端子電圧が所定の電圧に達したか否かを検出し、前
記端子電圧が所定の電圧に達した蓄電池セルが検出され
たことを条件に、前記端子電圧が所定の電圧に達しない
蓄電池セルに接続を切り換えて残りの蓄電池セルが所定
の電圧に達するまで充電を行なうことを特徴とするもの
である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る蓄電電源の
充電装置の実施の形態を示す図、図２は本発明に係る蓄
電電源の充電装置の動作を説明するための図である。図
中、１は定電圧定電流回路、２は切換回路、３は電圧検
出回路、４は蓄電池回路、５は制御回路、Ｃ１〜Ｃｎは
蓄電池セル、Ｓ１Ｈ〜ＳｎＨ、Ｓ１Ｌ〜ＳｎＬは切り換
えスイッチを示す。

【００１１】図１において、蓄電池回路４は、電気回路
（負荷）に必要な電圧レベルとするために、蓄電池セル
Ｃ１〜Ｃｎを必要な数（ｎ）まで直列接続して電気エネ
ルギーを蓄積する回路である。また、必要な電気エネル
ギーを得るため、直列接続したブロックを更に並列接続
してもよい。電圧検出回路３は、例えばコンパレータな
どの比較手段により各蓄電池セルＣ１〜Ｃｎの端子電圧
が所定の電圧に達したことを検出するものである。切換
回路２は、蓄電池回路４の中で、所定の電圧に達した蓄
電池セルＣ１〜Ｃｎのグループを直列接続から切り離
し、所定の電圧に達していない蓄電池セルＣ１〜Ｃｎの
グループの正極側及び負極側を選択的に切り換え接続す
るための回路であり、ＭＯＳＦＥＴなどの半導体素子や
リレースイッチからなる切り換えスイッチＳ１Ｈ〜Ｓｎ
Ｈ、Ｓ１Ｌ〜ＳｎＬである。定電圧定電流回路１は、蓄
電池回路４の蓄電池セルに定格電圧、定格電流以下で充
電する回路である。制御回路５は、電圧検出回路３によ
る各蓄電池セルＣ１〜Ｃｎの端子電圧の検出信号に基づ
き、定電圧定電流回路１の設定電圧、設定電流を制御す
ると共に、切換回路２を構成する切り換えスイッチＳ１
Ｈ〜ＳｎＨ、Ｓ１Ｌ〜ＳｎＬのオン／オフを選択的に制
御するものである。

【００１２】次に、動作を説明する。本発明に係る蓄電
電源の充電装置では、まず図２に示すように切換回路２
の切り換えスイッチＳｎＨとＳ１Ｌをオンにし、蓄電池
回路４の各蓄電池セルＣ１〜Ｃｎの全てを直列に接続し
て充電を開始する（ステップＳ１１）。次に、電圧検出
回路３により蓄電池セルＣ１〜Ｃｎのうち所定の電圧に
達する蓄電池セルを検出し（ステップＳ１２）、所定の
電圧に達した蓄電池セルを検出すると、所定の電圧に達
していない蓄電池セルがあるか否かを判定する（ステッ
プＳ１３）。

【００１３】そして、所定の電圧に達していない蓄電池
セルがあれば、その蓄電池セルを選択して（ステップＳ
１４）、正極側及び負極側に定電圧定電流回路１を接続
する切換回路２の切り換えスイッチを選択的にオンにし
（ステップＳ１５）、選択された１乃至複数の蓄電池セ
ルの充電を実行し（ステップＳ１６）、ステップＳ１２
の処理に戻る。

【００１４】例えば蓄電池セルＣ１が所定の電圧に達し
たときには、切り換えスイッチＳ１Ｌをオフにし、切り
換えスイッチＳ２ＬとＳｎＨをオンにして、蓄電池セル
Ｃ１を切り離し、残りの蓄電池セルＣ２（図示せず）〜
Ｃｎまでを直列に接続する。また、蓄電池セルＣｉが所
定の電圧に達したときには、切り換えスイッチＳ１Ｌを
オフにし、切り換えスイッチＳｉ＋１ＬとＳｎＨをオン
にして、蓄電池セルＣ１〜Ｃｉを切り離し、残りの蓄電
池セルＣｉ＋１（図示せず）〜Ｃｎまでを直列に接続す
る。あるいは切り換えスイッチＳｎＨをオフにし、切り
換えスイッチＳｉ−１ＨとＳ１Ｌをオンにして、蓄電池
セルＣｉ（図示せず）〜Ｃｎを切り離し、残りの蓄電池
セルＣ１〜Ｃｉ−１（図示せず）までを直列に接続す
る。同様に蓄電池セルＣ１とＣｎが所定の電圧に達した
ときには、切り換えスイッチＳ１Ｌ、ＳｎＨをオフに
し、切り換えスイッチＳ２ＬとＳｎ−１Ｈをオンにし
て、蓄電池セルＣ１とＣｎを切り離し、残りの蓄電池セ
ルＣ２（図示せず）〜Ｃｎ−１（図示せず）までを直列
に接続する。

【００１５】上記の充電処理を繰り返し実行し、ステッ
プＳ１３の判定処理で、所定の電圧に達していない蓄電
池セルがない場合、つまり、各蓄電池セルＣ１〜Ｃｎの
全てが所定の電圧に達した場合には、充電を停止し、あ
るいは、切換回路２の切り換えスイッチＳｎＨとＳ１Ｌ
をオンにして定電圧に維持するように緩和充電を行なう
（ステップＳ１７）。負荷回路に放電することにより、
電圧が低下した場合には、同様の処理を実行する。

【００１６】図３は本発明に係る蓄電電源の充電装置と
して５個の蓄電池セルに適用した具体的な充電例を説明
するための図、図４は切換回路の制御に用いる制御テー
ブルの例を示す図、図５は各蓄電池セルの充電カーブを
示す図、図６は切り換えスイッチの動作タイミングを示
す図であり、Ｃ１〜Ｃ５は蓄電池セル、Ｓ１Ｈ〜Ｓ５
Ｈ、Ｓ１Ｌ〜Ｓ５Ｌは切り換えスイッチを示す。

【００１７】図３に示すように５個の蓄電池セルＣ１〜
Ｃ５に対し切り換えスイッチＳ１Ｈ〜Ｓ５Ｈ、Ｓ１Ｌ〜
Ｓ５Ｌで接続切り換えを行なう蓄電電源の充電装置にお
いて、切り換えスイッチＳ５ＨとＳ１Ｌをオンにして充
電を開始した後、どの蓄電池セルが所定の電圧に達した
かにより切り換えスイッチＳ１Ｈ〜Ｓ５Ｈ、Ｓ１Ｌ〜Ｓ
５Ｌをどのように制御するかを制御テーブルで設定する
と図４に示すようになる。図４に示す制御テーブルで
は、連続個数の多い方を優先し、同じ個数ではセル番号
の小さい方を優先する設定になっている。すなわち、蓄
電池セルＣ３が所定の電圧に達した場合には、蓄電池セ
ルＣ１とＣ２、蓄電池セルＣ２〜Ｃ４が所定の電圧に達
した場合には、蓄電池セルＣ１を優先して次の充電を行
ない、蓄電池セルＣ２、Ｃ５が所定の電圧に達した場合
には、蓄電池セルＣ１ではなく蓄電池セルＣ３とＣ４を
優先して次の充電を行なうようになっている。

【００１８】例えば切り換えスイッチＳ５ＨとＳ１Ｌを
オンにして充電を開始し、各蓄電池セルＣ１〜Ｃ５の端
子電圧が図５に示すような特性で上昇した場合、まず蓄
電池セルＣ１が所定の電圧に達すると、図４に示す制御
テーブルに従い、図６に示すように切り換えスイッチＳ
１Ｌがオフし、切り換えスイッチＳ２Ｌがオンする。そ
の後、蓄電池セルＣ２〜Ｃ４が所定の電圧に達すると、
図６に示すように切り換えスイッチＳ２Ｌがオフし、切
り換えスイッチＳ５Ｌがオンする。そして、蓄電池セル
Ｃ５を充電している間に、蓄電池セルＣ１〜Ｃ４の端子
電圧が例えば自然放電により低下してくると、切り換え
スイッチＳ５Ｌがオフし、再度切り換えスイッチＳ１Ｌ
がオンする。

【００１９】このように図２のステップＳ１２〜Ｓ１６
の充電処理を繰り返し実行することにより、所定の電圧
に達した蓄電池セルが所定の電圧に達しない蓄電池セル
の間に飛び飛びに存在することになる。そこで、所定の
電圧に達しない蓄電池セルをどのような順番で充電する
かは、適宜設定すればよい。例えば蓄電池セルＣ１の方
から、あるいは蓄電池セルＣｎの方から順に充電しても
よいし、所定の電圧に達しない蓄電池セルが連続する数
を調べ、その数の多い直列回路を優先するように切換回
路２の切り換えスイッチＳ１Ｈ〜ＳｎＨとＳ１Ｌ〜Ｓｎ
Ｌを制御してもよい。その場合、上記のように制御テー
ブルを予め設定して持っていてもよいが、論理処理によ
り判断して切り換え制御を行なうようにしてもよい。い
ずれにしても、所定の電圧に達していない蓄電池セルＣ
ｉ〜Ｃｊを選択的に直列接続して充電する場合には、切
り換えスイッチＳｉＨとＳｊＬをオンにする。

【００２０】図７及び図８は本発明に係る蓄電電源の充
電装置の他の実施の形態を示す図であり、６は電圧制限
電流バイパス回路、７は定電圧定電流回路、８は蓄電池
ブロックを示す。図７に示す実施の形態は、従来の電圧
制限電流バイパス回路６を用いた蓄電電源に本発明に係
る充電装置を組み合わせた構成であり、電圧制限電流バ
イパス回路６の制限電圧を決める電圧検出器と電圧検出
回路３の電圧検出器とを共用する構成にしてもよい。定
電圧定電流回路７は、電圧制限電流バイパス回路６の中
の１組が動作するまで前もって設定された電流値（蓄電
池セルの定格電圧、定格電流及び定電圧定電流回路１の
設定電流を考慮した値）で充電するものである。電圧制
限電流バイパス回路の中の１組以上が動作した場合、定
電圧定電流回路７の電流は、蓄電池セルの端子電圧を低
下させない程度の緩和電流値に変化させる。また、定電
圧定電流回路１及び７の入力が共通で余裕電力がある場
合には、定電圧定電流回路１の電流を蓄電池セルの定格
電流まで（定電圧定電流回路７の減少した電力分）増加
させるようにしてもよい。

【００２１】図８に示す実施の形態は、直並列接続した
蓄電池セルをさらに多数段にした構成であり、直列接続
したブロックを更に必要な数まで直列接続している。な
お、定電圧定電流回路１は、直列接続したブロックの各
々に設けてもよいし、切り換えスイッチで切り換えるよ
うに構成して１組又は複数組としてもよい。

【００２２】図９は、本発明に係る蓄電電源の充電装置
の他の実施の形態を示す図であり、蓄電池セルとしてキ
ャパシタセルを用い、図１の基本回路に改良を加えたも
のである。図中、１は、予め設定された電圧値および電
流値以下で蓄電池回路４を充電する電源である。電圧値
および電流値の設定は、制御回路５で制御される。尚、
この回路は、太陽電池などの変動出力電源に接続される
場合には、最大電流と最大電圧とを制限しながら、太陽
電池の最大出力電力で定電力充電する回路となる。

【００２３】また、２は、正極側スイッチＳ１Ｈ〜Ｓｎ
Ｈおよび負極側スイッチＳ１Ｌ〜ＳｎＬから成る切換回
路である。スイッチは、半導体のトランジスターやリレ
ースイッチなどで構成され、正極側、負極側とも、１つ
のスイッチのみがオンになるように、制御回路５で制御
される。

【００２４】また、３１、３２、・・・、３ｎは、蓄電池
セルＣＣ１、ＣＣ２、・・・、ＣＣｎの各端子電圧を検出
する電圧検出回路である。蓄電池セルＣＣ１、ＣＣ２、
・・・、ＣＣｎの各端子電圧は、分割抵抗Ｒ１１とＲ２
１、Ｒ１２とＲ２２、・・・、Ｒ１ｎとＲ２ｎを用いて検
出し、平滑コンデンサーＣＳ１、ＣＳ２、・・・、ＣＳｎ
で平滑した上で、基準電圧Ｖｒ１、Ｖｒ２、・・・、Ｖｒ
ｎと比較される。この比較は、ヒステリシス付きのコン
パレーター６１、６２、・・・、６ｎで行なわれ、蓄電池
セルＣＣ１、ＣＣ２、・・・、ＣＣｎのうち、検出した端
子電圧が所定の基準電圧Ｖｒ１、Ｖｒ２、・・・、Ｖｒｎ
に達したものから順番に、コンパレータ６１、６２、・・
・、６ｎの出力が、ＨからＬになる。このコンパレータ
ーの出力は、電位絶縁回路ＰＣ１、ＰＣ２、・・・、ＰＣ
ｎで電気的に電位を絶縁した上で、制御回路５に送られ
る。電位絶縁回路ＰＣ１、ＰＣ２、・・・、ＰＣｎには、
例えば、フォトカプラーなどが用いられる。尚、ダイオ
ードＤ１、Ｄ２、・・・、Ｄｎは、蓄電池セルＣＣ１、Ｃ
Ｃ２、・・・、ＣＣｎの端子電圧が低下したときに、応答
を速くするための素子である。

【００２５】この実施例と図１の実施例との違いは、蓄
電池セルＣＣ１、ＣＣ２、・・・、ＣＣｎの各端子電圧を
検出するために設けられた分割抵抗Ｒ１１とＲ２１、Ｒ
１２とＲ２２、・・・、Ｒ１ｎとＲ２ｎと、平滑コンデン
サーＣＳ１、ＣＳ２、・・・、ＣＳｎと、ダイオードＤ
１、Ｄ２、・・・、Ｄｎを設けた点にある。比較のため、
平滑コンデンサーＣＳ１、ＣＳ２、・・・、ＣＳｎと、ダ
イオードＤ１、Ｄ２、・・・、Ｄｎとが存在しない場合の
蓄電電源の充電装置を図１０に、また、そのときの蓄電
池セルＣＣ１の端子電圧Ｖ_ＣＣ１、分割抵抗Ｒ２１の電
圧Ｖ_Ｒ２１、および充電電流Ｉ_Ｃを図１１の（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ示す。

【００２６】例えば、蓄電池セルＣＣ１の端子電圧が、
予め設定された平準化電圧の上限値ＶａＨに達すると、
蓄電池セルＣＣ１への充電電流が流れないように、切換
回路２のスイッチＳ１Ｌがオフとなり、充電電流は、端
子電圧がＶａＨに達していない他の蓄電池セルが充電さ
れるように、切換スイッチ２が制御される。

【００２７】そして、端子電圧がＶａＨに達していない
他の蓄電池セルが充電されている間、蓄電池セルＣＣ１
の端子電圧は、等価直列抵抗Ｒｓ１（蓄電池セルＣＣ１
の内部に存在する等価直列抵抗成分）による電圧降下
（充電電流Ｉ_Ｃ×Ｒｓ１）や、蓄電池セルＣＣ１自身の
漏洩電流や、蓄電池セルＣＣ１の主静電容量部から内部
等価直列抵抗の大きい分布静電容量部への還流による充
電などによって、徐々に低下する。

【００２８】この端子電圧の低下過程は、緩和充電がな
いので、主に充電電流の大小によって影響され、図１１
のようになる。図１１は、充電電流を１０倍変えたＩ_Ｃ
１とＩ_Ｃ２の例である。充電電流が大きいＩ_Ｃ１のとき
は、蓄電池セルＣＣ１の端子電圧が平準化電圧の下限値
ＶａＬ（コンパレーター６１のヒステリシスから決めた
電圧値）以下になると、コンパレーター６１の出力がＬ
からＨに復帰し、再び蓄電池セルＣＣ１が充電されるよ
うに、切換回路２のスイッチが制御され、図１１（ｃ）
のＴ１〜Ｔ７のように、充電モードと充電停止モードと
が頻繁に切り換わる。充電電流が小さいＩ_Ｃ２のとき
は、図１１（ａ）に示すように、充電停止後の電圧低下
は小さいので、図１１（ｃ）に示すように、充電モード
と充電停止モードとが頻繁に切り換わることはない。

【００２９】従って、充電電流を抑えて充電時間を長く
すると、スイッチの頻繁な切り換わりを抑えることが可
能であるが、それでは充電に時間がかかり過ぎることに
なる。一方、図９のように、蓄電池セルＣＣ１、ＣＣ
２、・・・、ＣＣｎの各端子電圧を検出するために設けら
れた分割抵抗Ｒ１１とＲ２１、Ｒ１２とＲ２２、・・・、
Ｒ１ｎとＲ２ｎと並列に、平滑コンデンサーＣＳ１、Ｃ
Ｓ２、・・・、ＣＳｎと、ダイオードＤ１、Ｄ２、・・・、Ｄ
ｎを設けると、図１１の例で見られたようなスイッチの
頻繁な切り換わりを抑えることができる。

【００３０】図１２は、図９の実施例における蓄電池セ
ルＣＣ１の端子電圧Ｖ_ＣＣ１、分割抵抗Ｒ２１の電圧Ｖ
_Ｒ２１、および充電電流Ｉ_Ｃを示したものである。定電
圧定電流充電回路１から充電電流Ｉ_Ｃ１で蓄電池セルＣ
Ｃ１を充電すると、蓄電池セルＣＣ１の端子電圧は、図
１２（ａ）に示すように、従来と同様に増加していく
が、分割抵抗Ｒ２１の電圧Ｖ_Ｒ２１は、図１２（ｂ）に
示すように、ＣＲ平滑回路により平滑化される。このた
め、従来は、蓄電池セルＣＣ１の端子電圧がＶａＨ以上
になると、コンパレーター６１の出力がただちにＨから
Ｌへ変化していたが、図９の実施例では、蓄電池セルＣ
Ｃ１の端子電圧がＶａＨを超えても、コンパレーター６
１の出力は、ただちにＨからＬへ変化することはない。

【００３１】このときのＣＲ平滑回路の時定数ｔ（ｓ）
は、蓄電池セルＣＣ１の公称静電容量をＣｃ（Ｆ）、蓄
電池セルＣＣ１の公称等価直列抵抗をＲｓ（Ω）、平滑
コンデンサーＣＳ１の公称静電容量をＣｓ（Ｆ）、蓄電
池セルＣＣ１の端子電圧検出用分割抵抗の平滑コンデン
サー接続点から見た等価抵抗をＲｄ（Ω）とすると、ｔ＞Ｃｃ × Ｒｓｔ＝Ｃｓ × Ｒｄで表わされ、およそｔ＝２×Ｃｃ×Ｒｓの例である。

【００３２】コンパレーター６１の出力がＬとなるの
は、ＶａＨを超えた電圧であるため、蓄電池セルＣＣ１
は、過剰に充電される。この過剰電圧部分は、充電電流
の大きさにほぼ比例し、過剰時間は充電電流の大きさに
ほぼ反比例するので、充電電流の大きさが変動した場合
でも、ほぼ等量の電気量が充電される。この結果、図１
２のＩｃ１の例のように、充電電流が比較的大きい場合
でも、コンパレーター６１の出力がＬとＨとの間で頻繁
に切り換わることはなくなる。

【００３３】尚、ＶａＨを蓄電池セルの制限電圧とした
場合、図９の実施例では、蓄電池セルの端子電圧は、Ｖ
ａＨを上回ることになるが、その大部分は、等価直列抵
抗による電圧降下であるため、蓄電池セル自身の制限電
圧を超えていないこと、また、蓄電池セルの端子電圧が
ＶａＨを上回る時間はごく短時間であること、などの理
由から、蓄電池セルの特性や寿命に悪影響を及ぼす恐れ
はない。

【００３４】図１３は、本発明に係る蓄電電源の充電装
置の他の実施の形態を示す図であり、図９の基本回路に
対して、太陽電池などの変動出力電源１０に接続され、
最大電流と最大電圧とを制限しながら、変動出力電源１
０の最大出力電力で定電力充電するためのもう１台の定
電圧定電流充電回路９を加えたものである。

【００３５】この実施例では、太陽電池などの変動出力
電源１０の出力電力が最大になるように第２の定電圧定
電流充電電源９を動作させ、蓄電池セルＣＣ１〜ＣＣｎ
を充電する。図１４は、蓄電池セルとしてキャパシタセ
ルを用いて、蓄電池回路４を充電したときのデータの一
例を示したものである。図中、（ａ）は、太陽電池への
入力日射強度の時間変化、（ｂ）は、蓄電池回路４の充
放電電流の時間変化、（ｃ）は、蓄電池セルＣＣ１〜Ｃ
Ｃｎの端子電圧の時間変化を示している。

【００３６】この例では、蓄電池回路４の端子電圧が所
定の値（端子電圧平準化設定電圧）に達した時点（時
間：Ｔ１）で、第１の定電圧定電流充電回路１を作動さ
せて、各蓄電池セルＣＣ１〜ＣＣｎの端子電圧のばらつ
きの是正を開始する。そして、時間Ｔ１から時間Ｔ２に
かけて、切換回路２の切り換えスイッチＳ１Ｈ〜ＳｎＨ
およびＳ１Ｌ〜ＳｎＬの切り換えにより、蓄電池回路４
の全蓄電池セルＣＣ１〜ＣＣｎの端子電圧のばらつきの
是正を行なう。各蓄電池セル間の端子電圧のばらつきの
是正が終了したら、第１の定電圧定電流回路１の動作を
停止し、第２の定電圧定電流充電回路９のみを作動させ
て、各蓄電池セルＣＣ１〜ＣＣｎの端子電圧が満充電電
圧（定格電圧）になるまで充電を行ない、ばらつきの小
さな満充電状態を得る。

【００３７】尚、この例では、その後、各蓄電池セルＣ
Ｃ１〜ＣＣｎの端子電圧のばらつきを更に是正するため
に、時間Ｔ３から時間Ｔ４にかけて、切換回路２の切り
換えスイッチＳ１Ｈ〜ＳｎＨおよびＳ１Ｌ〜ＳｎＬの切
り換えにより、蓄電池回路４の全蓄電池セルＣＣ１〜Ｃ
Ｃｎの端子電圧のばらつきの是正を再び行なっており、
各蓄電池セル間の端子電圧のばらつきがより小さな状態
になるように、各蓄電池セルの平準化電圧を制御してい
る。

【００３８】また、この例では、２台の定電圧定電流充
電回路１および９で、蓄電池セルの充電を行なわせてい
るが、第１の定電圧定電流充電回路１の設定電圧である
蓄電池セルの端子電圧平準化設定電圧と、第２の定電圧
定電流充電回路９の設定電圧である満充電電圧（制限電
圧または定格電圧）とは、必ずしも同じ電圧に設定する
必要はない。

【００３９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、複数個の蓄電池セルを直列に接続して充電を
行なう蓄電電源の充電装置として、直列接続した前記複
数個の蓄電池セルを充電する充電手段と、直列接続した
前記複数個の蓄電池セルの各直列接続点を前記充電手段
の正極側及び負極側に接続する切り換え手段と、直列接
続した前記複数個の蓄電池セルの各端子電圧が所定の電
圧に達したか否かを検出する電圧検出手段と、前記電圧
検出手段の検出信号に基づき所定の電圧に達しない蓄電
池セルを選択的に前記充電手段に接続するように前記切
り換え手段を切り換え制御する制御手段とを備え、ま
た、複数個の蓄電池セルを直列に接続して充電を行なう
蓄電電源の充電装置として、直列接続した前記複数個の
蓄電池セルを充電して端子電圧が所定の電圧に達したか
否かを検出し、前記端子電圧が所定の電圧に達した蓄電
池セルが検出されたことを条件に、前記端子電圧が所定
の電圧に達しない蓄電池セルに接続を切り換えて残りの
蓄電池セルが所定の電圧に達するまで充電を行なうの
で、蓄電池セルの特性のばらつきや充電初期電圧に差が
あった場合でも、蓄電池セルの利用率を高め且つ寿命を
長くすることができる。

【００４０】さらに、所定の電圧に達していない蓄電池
セルのグループ毎に充電するので、熱損失は、基本的に
正極側及び負極側の切り換えスイッチの電圧降下による
損失のみであり、並列モニタなどの蓄電池セルの利用率
を高める手段を講じても熱損失の発生を抑制することが
でき、大きな放熱器を必要としないので、省エネルギー
効果があり、また、蓄電電源を小型化できる。また、所
定の電圧に達していない蓄電池セルのグループを選択す
るので、充電時間及びばらつき解消時間は大幅に長くな
らない。しかも、蓄電池セルや蓄電池ブロック（蓄電池
セルを直列接続したブロック）の交換に際しても、蓄電
池セルの端子電圧を自動的に均等化できるので、上記と
同様の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る蓄電電源の充電装置の実施の形態
を示す図である。

【図２】本発明に係る蓄電電源の充電装置の動作を説明
するための図である。

【図３】本発明に係る蓄電電源の充電装置として５個の
蓄電池セルに適用した具体的な充電例を説明するための
図である。

【図４】切換回路の制御に用いる制御テーブルの例を示
す図である。

【図５】各蓄電池セルの充電カーブを示す図である。

【図６】切り換えスイッチの動作タイミングを示す図で
ある。

【図７】本発明に係る蓄電電源の充電装置の他の実施の
形態を示す図である。

【図８】本発明に係る蓄電電源の充電装置の他の実施の
形態を示す図である。

【図９】本発明に係る蓄電電源の充電装置の他の実施の
形態を示す図である。

【図１０】図１で示した本発明に係る蓄電電源の充電装
置の一変形例を示す図である。

【図１１】図１０の例における蓄電池セルの充電カーブ
を示す図である。

【図１２】図９の例における蓄電池セルの充電カーブを
示す図である。

【図１３】本発明に係る蓄電電源の充電装置の他の実施
の形態を示す図である。

【図１４】図１３の例における蓄電池セルの充電カーブ
を示す図である。

【図１５】蓄電装置としてキャパシタセルを直列接続し
た従来の構成例を示す図である。

【図１６】定電圧での平準化方式の例を示す図である。

【符号の説明】

１・・・定電圧定電流回路、２・・・切換回路、３、３１〜３
ｎ・・・電圧検出回路、４・・・蓄電池回路、５・・・制御回
路、６・・・電圧制限電流バイパス回路、ＰＣ１〜ＰＣｎ・
・・電位絶縁回路、６１〜６ｎ・・・コンパレータ、７・・・定
電圧定電流回路、８・・・蓄電池ブロック、９・・・定電圧定
電流回路、１０・・・太陽電池、Ｃ１〜Ｃｎ、ＣＣ１〜Ｃ
Ｃｎ・・・蓄電池セル、ＲＳ１〜ＲＳｎ・・・等価直列抵抗、
Ｓ１Ｈ〜ＳｎＨ、Ｓ１Ｌ〜ＳｎＬ・・・切り換えスイッ
チ、ＣＳ１〜ＣＳｎ・・・平滑コンデンサ、Ｄ１〜Ｄｎ・・・
ダイオード、Ｖｒ１〜Ｖｒｎ・・・基準電圧、Ｒ１１〜Ｒ
１ｎ、Ｒ２１〜Ｒ２ｎ・・・分割抵抗。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数個の蓄電池セルを直列に接続して充電
を行なう蓄電電源の充電装置であって、直列接続した前
記複数個の蓄電池セルを充電する充電手段と、直列接続
した前記複数個の蓄電池セルの各直列接続点を前記充電
手段の正極側及び負極側に接続する切り換え手段と、直
列接続した前記複数個の蓄電池セルの各端子電圧が所定
の電圧に達したか否かを検出する電圧検出手段と、前記
電圧検出手段の検出信号に基づき所定の電圧に達しない
蓄電池セルを選択的に前記充電手段に接続するように前
記切り換え手段を切り換え制御する制御手段とを備えた
ことを特徴とする蓄電電源の充電装置。
【請求項２】複数個の蓄電池セルを直列に接続して充電
を行なう蓄電電源の充電装置であって、直列接続した前
記複数個の蓄電池セルを充電して端子電圧が所定の電圧
に達したか否かを検出し、前記端子電圧が所定の電圧に
達した蓄電池セルが検出されたことを条件に、前記端子
電圧が所定の電圧に達しない蓄電池セルに接続を切り換
えて残りの蓄電池セルが所定の電圧に達するまで充電を
行なうことを特徴とする蓄電電源の充電方法。