JP2006318843A - リチウムイオン二次電池の充放電回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 互いに並列に接続された複数の電池回路列を備え、これらの各電池回路列が、それぞれ互いに直列に接続された複数のリチウムイオン二次電池を含むリチウムイオン二次電池の充放電回路において、各リチウムイオン二次電池を、過充電をさけながら効率よく充電する。
【解決手段】 各電池回路列の各リチウムイオン二次電池にそれぞれバイパススイッチを接続し、リチウムイオン二次電池のそれぞれが充電完了電圧に達したときに、対応するバイパススイッチにより充電電流をバイパスするように構成するとともに、各電池回路列のそれぞれに、それに含まれる各リチウムイオン二次電池と直列に電流制限回路と列制御スイッチを接続し、それぞれの電池回路列に含まれるすべてのリチウムイオン二次電池が充電完了電圧に達したときに、その電池回路列の前記列制御スイッチをオフとする。
【選択図】図１

Description

この発明は、互いに並列に接続された複数の電池回路列を備え、これらの各電池回路列が、それぞれ互いに直列に接続された複数のリチウムイオン二次電池を含むリチウムイオン二次電池の充放電回路に関するものである。

一般に携帯電話機およびコードレス電話機などの移動無線通信器をはじめ、ビデオカメラ、ノート型パソコンなどの電子機器では、体積エネルギー密度が高いリチウムイオン二次電池が多く使われる。このリチウムイオン二次電池は、通常、単電池を複数個、直列接続した電池回路列とされ、電子機器の電源として使用されるが、より大きな電流容量が要求される場合には、複数の電池回路列を互いに並列接続する。

特開２００３−２１７６７５号公報には、複数のリチウムイオン二次電池を互いに直列に接続した１つの電池回路列について、各リチウムイオン二次電池と並列にバイパス回路を構成した充放電回路が開示されている。この各バイパス回路は、それぞれＩＧＢＴＱ１、Ｑ２、Ｑ３、・・・、Ｑｎを有し、これらのＩＧＢＴは、対応するリチウムイオン二次電池の充電が完了し、その端子電圧が充電完了電圧に達したときにオンとなり、対応するリチウムイオン二次電池に対する充電電流をバイパスし、充電の完了したリチウムイオン二次電池の過充電を防止しながら、各リチウムイオン二次電池をバランスよく充電できる。

特開２００３−２１７６７５号公報

しかし、複数の電池回路列を互いに並列接続する場合には、充電の完了したリチウムイオン二次電池がバイパスされるため、充電の完了したリチウムイオン二次電池の数が多い電池回路列の充電電流が増大し、これが、充電の完了したリチウムイオン二次電池の数が少ない他の電池回路列におけるリチウムイオン二次電池の充電を遅らせる結果となるので、すべての電池回路列におけるすべてのリチウムイオン二次電池を効率的に充電できない不都合が生じる。

この発明は、互いに並列に接続された複数の電池回路列を備え、各電池回路列の各リチウムイオン二次電池をバランスよく、しかも効率的に充電できる改良されたリチウムイオン二次電池の充放電回路を提案するものである。

この発明によるリチウムイオン二次電池の充放電回路は、互いに並列に接続された複数の電池回路列を備え、これらの各電池回路列が、それぞれ互いに直列に接続された複数のリチウムイオン二次電池を含むリチウムイオン二次電池の充放電回路であって、前記各電池回路列の各リチウムイオン二次電池にそれぞれバイパススイッチを接続し、前記リチウムイオン二次電池のそれぞれが充電完了電圧に達したときに、対応する前記バイパススイッチにより充電電流をバイパスするように構成するとともに、前記各電池回路列のそれぞれに、それに含まれる前記各リチウムイオン二次電池と直列に電流制限回路と列制御スイッチを接続し、それぞれの前記電池回路列に含まれるすべての前記リチウムイオン二次電池が充電完了電圧に達したときに、その電池回路列の前記列制御スイッチをオフとすることを特徴とする。

この発明によるリチウムイオン二次電池の充放電回路では、各電池回路列の各リチウムイオン二次電池にそれぞれバイパススイッチを接続し、リチウムイオン二次電池のそれぞれが充電完了電圧に達したときに、対応する前記バイパススイッチにより充電電流をバイパスするように構成するので、各電池回路列において、各リチウムイオン二次電池の過充電を防止しながらバランスよく充電することができ、併せて各電池回路列のそれぞれに、それに含まれる各リチウムイオン二次電池と直列に電流制限回路と列制御スイッチを接続し、それぞれの電池回路列に含まれるすべてのリチウムイオン二次電池が充電完了電圧に達したときに、その電池回路列の前記列制御スイッチをオフとするので、各リチウムイオン二次電池が順次充電完了する場合にも、各電池回路列の充電電流をバランスさせ、効率的にすべての電池回路列におけるすべてリチウムイオン二次電池を効率良く充電できる。

以下この発明のいくつかの実施の形態について、図面を参照して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明によるリチウムイオン二次電池の充放電回路の実施の形態１を示す電気回路図である。

実施の形態１のリチウムイオン二次電池の充放電回路は、図１に示すように、ｎ個の電池回路列１００、２００、・・・、ｎ００と、充電器２と、制御部３と、直流負荷４と、ｎ×ｎ個の電圧検出器５を有する。充電器２は正極Ｐと負極Ｎを有し、その正極Ｐは、正側接続電路線１０１Ｐを介して直流負荷４の一端に接続され、この正側接続電路線１０１Ｐには、正側充放電電路線１０２Ｐが接続される。また充電器２の負極Ｎは、負側接続電路線１０１Ｎを介して直流負荷４の他端に接続され、この負側接続電路線１０１Ｎには、負側充放電電路線１０２Ｎが接続される。電池回路列１００、２００、・・・、ｎ００は、正側充放電電路線１０２Ｐと負側充放電電路線１０２Ｎとの間に、互いに並列に接続される。

実施の形態１は、ｎ×ｎ個のリチウムイオン二次電池１ａ、１ｂ、・・・、１ｎ、２ａ、２ｂ、・・・、２ｎ、・・・、ｎａ、ｎｂ、・・・、ｎｎを含む。これらのリチウムイオン二次電池は、充電器２により、それぞれ４．１ボルトの充電完了電圧まで充電された後、直流負荷４への給電のために放電する。

各リチウムイオン二次電池１ａ、１ｂ、・・・、１ｎ、２ａ、２ｂ、・・・、２ｎ、・・・、ｎａ、ｎｂ、・・・、ｎｎをそれぞれ単電池と称する。電池回路列１００は、ｎ個の単電池１ａ、１ｂ、・・・、１ｎを含み、これらの各単電池１ａ、１ｂ、・・・、１ｎは、それぞれの正極が正側充放電電路線１０２Ｐに向くような同じ極性で、互いに直列に接続される。電池回路列２００は、ｎ個の単電池２ａ、２ｂ、・・・、２ｎを含み、これらの各単電池２ａ、２ｂ、・・・、２ｎも、それぞれの正極が正側充放電電路線１０２Ｐに向くような同じ極性で、互いに直列に接続される。電池回路列ｎ００は、ｎ個の単電池ｎａ、ｎｂ、・・・、ｎｎを含み、これらの各単電池ｎａ、ｎｂ、・・・、ｎｎも、それぞれの正極が正側充放電電路線１０２Ｐに向くような同じ極性で、互いに直列に接続される。

充電器２は、各電池回路列１００、２００、・・・、ｎ００のそれぞれに定電流値Ｉの充電電流を供給し、この充電電流により、各単電池１ａ、１ｂ、・・・、１ｎ、２ａ、２ｂ、・・・、２ｎ、・・・、ｎａ、ｎｂ、・・・、ｎｎを定電流充電する。充電器２は、各単電池の充電時には、正側充放電電路線１０２Ｐ、負側充放電電路線１０２Ｎに、ｎ×Ｉの定電流を供給する。

電池回路列１００は、１つの列制御回路１０Ｃと、ｎ個の電池制御回路１１Ｃ、１２Ｃ、・・・、１ｎＣを含む。同様に、電池回路列２００は、１つの列制御回路２０Ｃと、ｎ個の電池制御回路２１Ｃ、２２Ｃ、・・・、２ｎＣを含み、電池回路列ｎ００は、１つの列制御回路ｎ０Ｃと、ｎ個の電池制御回路ｎ１Ｃ、ｎ２Ｃ、・・・、ｎｎＣを含む。

列制御回路１０Ｃ、２０Ｃ、・・・、ｎ０Ｃの数は、電池回路列１００、２００、・・・、ｎ００と同数であり、それぞれ電池回路列１００、２００、・・・、ｎ００の最も正側充放電電路線１０２Ｐに近い位置に接続される。これらの列制御回路１００、２００、・・・、ｎ０Ｃは互いに同様に構成される。列制御回路１０Ｃは、列制御スイッチＡ１０と放電ダイオードＢ１０と電流制限回路６を含む。列制御スイッチＡ１０は、電流制限回路６に直結され、この電流制限回路６および各単電池１ａ、１ｂ、・・・、１ｎと直列に接続される。列制御回路２０Ｃは、列制御スイッチＡ２０と放電ダイオードＢ２０と電流制限回路６を含み、列制御スイッチＡ２０は、電流制限回路６に直結され、この電流制限回路６および各単電池２ａ、２ｂ、・・・、２ｎと直列に接続される。列制御回路ｎ０Ｃは、列制御スイッチＡｎ０と放電ダイオードＢｎ０と電流制限回路６を含み、列制御スイッチＡｎ０は、電流制限回路６に直結され、この電流制限回路６および各単電池ｎａ、ｎｂ、・・・、ｎｎと直列に接続される。

列制御スイッチＡ１０、Ａ２０、・・・、Ａｎ０は、例えばｐ−ｎ−ｐタイプのＩＧＢＴで構成され、それぞれのコレクタ端子が正側充放電電路線１０２Ｐに向く極性で配置される。放電ダイオードＢ１０、Ｂ２０、・・・、Ｂｎ０はこれと逆の極性で、カソードが正側充電電路線１０２Ｐに向く極性で配置される。

電流制限回路６は、電池回路列１００、２００、・・・、ｎ００のそれぞれを流れる充電電流を定電流値Ｉに制限する。この電流制限回路６は、例えば電池回路列１００、２００、・・・、ｎ００の充電電流を検出し、それが定電流値Ｉから上昇しようとするときに、それを定電流値Ｉに制限する検出形の電流制限回路で構成されるが、各電池回路列１００、２００、・・・、ｎ００に定電流値Ｉを供給する定電流源形の電流制限回路で構成することもできる。

電池制御回路１１Ｃは、列制御回路１０Ｃと単電池１ａとの間に配置され、単電池１ａを制御する。電池制御回路１２Ｃは、単電池１ａ、１ｂの間に配置され、単電池１ｂを制御する。電池制御回路１ｎＣは、単電池１ｎ−１、１ｎの間に配置され、単電池１ｎを制御する。同様に、電池制御回路２１Ｃは、列制御回路２０Ｃと単電池２ａとの間に配置され、単電池２ａを制御する。電池制御回路２２Ｃは、単電池２ａ、２ｂの間に配置され、単電池２ｂを制御する。電池制御回路２ｎＣは、単電池２ｎ−１、２ｎの間に配置され、単電池２ｎを制御する。同様に、電池制御回路ｎ１Ｃは、列制御回路ｎ０Ｃと単電池ｎａとの間に配置され、単電池ｎａを制御する。電池制御回路ｎ２Ｃは、単電池ｎａ、ｎｂの間に配置され、単電池ｎｂを制御する。電池制御回路ｎｎＣは、単電池ｎｎ−１、ｎｎの間に配置され、単電池ｎｎを制御する。

電池制御回路１１Ｃ、１２Ｃ、・・・、１ｎＣ、２１Ｃ、２２Ｃ、・・・、２ｎＣ、・・・、ｎ１Ｃ、ｎ２Ｃ、・・・ｎｎＣの数は、単電池１ａ、１ｂ、・・・、１ｎ、２ａ、２ｂ、・・・、２ｎ、・・・、ｎａ、ｎｂ、・・・、ｎｎと同数であり、互いに同様に構成される。電池制御回路１１Ｃは、充電制御スイッチＡ１１と放電ダイオードＢ１１とバイパススイッチＣ１１を含み、電池制御回路１２Ｃは、充電制御スイッチＡ１２と放電ダイオードＢ１２とバイパススイッチＣ１２を含み、電池制御回路１ｎＣは、充電制御スイッチＡ１ｎと放電ダイオードＢ１ｎとバイパススイッチＣ１ｎを含む。電池制御回路２１Ｃは、充電制御スイッチＡ２１と放電ダイオードＢ２１とバイパススイッチＣ２１を含み、電池制御回路２２Ｃは、充電制御スイッチＡ２２と放電ダイオードＢ２２とバイパススイッチＣ２２を含み、電池制御回路２ｎＣは、充電制御スイッチＡ２ｎと放電ダイオードＢ２ｎとバイパススイッチＣ２ｎを含む。同様に、電池制御回路ｎ１Ｃは、充電制御スイッチＡｎ１と放電ダイオードＢｎ１とバイパススイッチＣｎ１を含み、電池制御回路ｎ２Ｃは、充電制御スイッチＡｎ２と放電ダイオードＢｎ２とバイパススイッチＣｎ２を含み、電池制御回路ｎｎＣは、充電制御スイッチＡｎｎと放電ダイオードＢｎｎとバイパススイッチＣｎｎを含む。

充電制御スイッチＡ１１、Ａ１２、・・・、Ａ１ｎ、Ａ２１、Ａ２２、・・・、Ａ２ｎ、・・・、Ａｎ１、Ａｎ２、・・・、Ａｎｎは、例えばｐ−ｎ−ｐタイプのＩＧＢＴにより構成され、それぞれコレクタ端子が正側充放電電路線１０２Ｐに向く同じ極性で、各電池回路列１００、２００、・・・、ｎ００に、それらの各電池回路列に含まれる各単電池と直列に接続される。放電ダイオードＢ１１、Ｂ１２、・・・、Ｂ１ｎ、Ｂ２１、Ｂ２２、・・・、・・・、Ｂ２ｎ、Ｂｎ１、Ｂｎ２、・・・、Ｂｎｎは、各充電制御スイッチＡ１１、Ａ１２、・・・、Ａ１ｎ、Ａ２１、Ａ２２、・・・、Ａ２ｎ、・・・、Ａｎ１、Ａｎ２、・・・、Ａｎｎのそれぞれと逆の極性で、それぞれのカソード端子が正側充放電電路線１０２Ｐに向く同じ極性で並列に接続される。

バイパススイッチＣ１１、Ｃ１２、・・・、Ｃ１ｎ、Ｃ２１、・・・、Ｃ２２、・・・、Ｃ２ｎ、・・・、Ｃｎ１、Ｃｎ２、・・・、Ｃｎｎは、例えばｐ−ｎ−ｐタイプのＩＧＢＴにより構成され、それぞれ対応する単電池１ａ、１ｂ、・・・、１ｎ、２ａ、２ｂ、・・・、２ｎ、・・・、ｎａ、ｎｂ、・・・、ｎｎと、充電制御スイッチＡ１１、Ａ１２、・・・、Ａ１ｎ、Ａ２１、Ａ２２、・・・、Ａ２ｎ、・・・、Ａｎ１、Ａｎ２、・・・、Ａｎｎとの直列回路に並列に接続される。このバイパススイッチＣ１１、Ｃ１２、・・・、Ｃ１ｎ、Ｃ２１、Ｃ２２、・・・、Ｃ２ｎ、・・・、Ｃｎ１、Ｃｎ２、Ｃｎｎは、対応する充電制御スイッチＡ１１、Ａ１２、・・・、Ａ１ｎ、Ａ２１、Ａ２２、・・・、Ａ２ｎ、・・・、Ａｎ１、Ａｎ２、Ａｎｎと同じ極性で、それぞれのコレクタ端子が、対応する充電制御スイッチＡ１１、Ａ１２、・・・、Ａ１ｎ、Ａ２１、Ａ２２、・・・、Ａ２ｎ、・・・、Ａｎ１、Ａｎ２、・・・、Ａｎｎのコレクタ端子に接続される。

各電圧検出器５は、単電池１ａ、１ｂ、・・・、１ｎ、２ａ、２ｂ、・・・、２ｎ、・・・、ｎａ、ｎｂ、・・・、ｎｎのそれぞれの端子電圧を検出するように接続され、それぞれ対応する単電池１ａ、１ｂ、・・・、１ｎ、２ａ、２ｂ、・・・、２ｎ、・・・、ｎａ、ｎｂ、・・・、ｎｎが充電完了電圧に達したときに、充電完了検出信号Ｓ１を制御部３に供給する。

制御部３は、各電圧検出器５からの充電完了検出信号Ｓ１を受けたときに、それぞれの電圧検出器５に対応する電池制御回路１１Ｃ、１２Ｃ、・・・、１ｎＣ、２１Ｃ、２２Ｃ、・・・、２ｎＣ、・・・、ｎ１Ｃ、ｎ２Ｃ、・・・ｎｎＣに、充電停止信号Ｓ２を供給する。この充電停止信号Ｓ２は、それぞれの電圧検出器５に対応するバイパススイッチＣ１１、Ｃ１２、・・・、Ｃ１ｎ、Ｃ２１、Ｃ２２、・・・、Ｃ２ｎ、・・・、Ｃｎｉ、Ｃｎ２、・・・、Ｃｎｎをオフからオンに制御するとともに、それぞれの電圧検出器５に対応する充電制御スイッチＡ１１、Ａ１２、・・・、Ａ１ｎ、Ａ２１、Ａ２２、・・・、Ａ２ｎ、・・・、Ａｎ１、Ａｎ２、・・・、Ａｎｎをオンからオフに制御する。

制御部３は、また各電池回路列１００、２００、・・・、ｎ００のそれぞれにおいて、すべての単電池１ａ、１ｂ、・・・、１ｎ、２ａ、２ｂ、・・・、２ｎ、・・・、またはｎａ、ｎｂ、・・、ｎｎが充電完了電圧に達したときに、列制御信号Ｓ３を発生し、この列制御信号Ｓ３をそれぞれ対応する列制御回路１００、２００、・・・、ｎ００に供給する。この列制御信号Ｓ３は、対応する列制御スイッチＡ１０、Ａ２０、・・・、Ａｎ０をオンからオフに制御する。

次に図２を参照して実施の形態１の動作について説明する。図２は、実施の形態１の充電動作説明用図表である。図２において、最上段には横方向に、列制御スイッチＡ１０、Ａ２０、・・・、Ａｎ０、充電制御スイッチＡ１１、Ａ１２、・・・Ａ１ｎ、・・・、Ａｎ１、Ａｎ２、・・・ＡｎｎおよびバイパススイッチＣ１１、Ｃ１２、・・・、Ｃ１ｎ、・・・、Ｃｎ１、Ｃｎ２、・・・、Ｃｎｎが配置される。

図２の最左欄には縦方向にモードＳＳ、１Ａ、１Ｂ、１Ｎ、・・・、ＮＡ、ＮＢ、ＮＮが配置される。モードＳＳは充電初期を、モード１ＡはモードＳＳにおいて単電池１ａが充電完了電圧に達した状態を、モード１Ｂはモード１Ａにおいて、さらに単電池１ｂが充電完了状態に達した状態を、またモード１Ｎは単電池１ａ、１ｂ、・・・、１（ｎ−１）が充電完了電圧に達した状態において、単電池１ｎが充電完了電圧に達した状態をそれぞれ示す。このモード１Ｎは電池回路列１００のすべての単電池１ａ、１ｂ、・・・、１ｎが充電完了状態に達した状態を意味する。

モードＮＡは電池回路列１００、２００、・・・、（ｎ−１）００におけるすべての単電池１ａ、１ｂ、・・・、１ｎ、２ａ、２ｂ、・・・、２ｎ、・・・、（ｎ−１）ａ、（ｎ−１）ｂ、・・・、（ｎ−１）ｎが充電完了電圧に達した状態において、単電池ｎａが充電完了電圧に達した状態を、モードＮＢはモードＮＡにおいて単電池ｎｂが充電完了電圧に達した状態を、またモードＮＮは、電池回路列１００、２００、・・・、（ｎ−１）００におけるすべての単電池１ａ、１ｂ、・・・、１ｎ、２ａ、２ｂ、・・・、２ｎ、・・・、（ｎ−１）ａ、（ｎ−１）ｂ、・・・、（ｎ−１）ｎと、電池回路列ｎ００における単電池ｎａ、ｎｂ、・・・、ｎ（ｎ−１）が充電完了電圧に達した状態において、単電池ｎｎが充電完了電圧に達した状態を示す。このモードＮＮはすべての電池回路列１００、２００、・・・、ｎ００におけるすべての単電池１ａ、１ｂ、・・・、１ｎ、２ａ、２ｂ、・・・、２ｎ、・・・、ｎａ、ｎｂ、・・・、ｎｎが充電完了状態に達した状態を意味する。

まず、モードＳＳでは、すべての列制御スイッチＡ１０、Ａ２０、・・・、Ａｎ０と、すべての充電制御スイッチＡ１１、Ａ１２、・・・、Ａ１ｎ、Ａ２１、Ａ２２、・・・、Ａ２ｎ、・・・、Ａｎ１、Ａｎ２、・・・、Ａｎｎがオン状態にあり、すべてのバイパススイッチＣ１１、Ｃ１２・・・、Ｃ１ｎ、Ｃ２１、Ｃ２２、・・・、Ｃ２ｎ、・・・、Ｃｎ１、Ｃｎ２、・・・、Ｃｎｎがオフ状態にある。この状態では、充電器２から、正側接続電路線１０１Ｐ、正側充放電電路線１０２Ｐ、負側接続電路線１０１Ｎ、負側充放電電路線１０２Ｎを介して、すべての単電池１ａ、１ｂ、・・・、１ｎ、２ａ、２ｂ、・・・、２ｎ、・・・、ｎａ、ｎｂ、・・・、ｎｎに定電流値Ｉの充電電流が供給され、これらのすべての単電池の充電が行なわれる。

モードＳＳでは、各電池回路列１００、２００、・・・、ｎ００のそれぞれに、充電器２から定電流値Ｉの充電電流が供給され、すべての単電池１ａ、１ｂ、・・・、１ｎ、２ａ、２ｂ、・・・、２ｎ、・・・、ｎａ、ｎｂ、・・・、ｎｎがこの充電電流により定電流充電される。

モードＳＳにおいて、最初に単電池１ａが充電完了電圧４．１ボルトに達したものとし、この状態をモード１Ａとする。このモード１Ａでは、単電池１ａが充電完了電圧に達したことにより、この単電池１ａに接続された電圧検出器５が充電完了検出信号Ｓ１を発生する。この単電池１ａに対応する充電完了検出信号Ｓ１により、制御部３が電池制御回路１１Ｃに対して充電停止信号Ｓ２を供給し、そのバイパススイッチＣ１１をオフからオンに変え、充電制御スイッチＡ１１をオンからオフに変える。

このモード１Ａでは、電池回路列１００において、単電池１ａと充電制御スイッチＡ１１がバイパススイッチＣ１１により短絡され、定電流値Ｉの充電電流は単電池１ａをバイパスし、他の単電池１ｂ、・・・、１ｎに供給され、これらの単電池の充電が続く。バイパススイッチＣ１１により単電池１ａと充電制御スイッチＡ１１とが短絡されるが、電池回路列１００を流れる定電流値Ｉは、列制御回路１０Ｃの電流制限回路６により上昇を抑えられ、所定の定電流値Ｉが維持される。

モード１Ａにおいて、次に単電池１ｂが充電完了電圧４．１ボルトに達したものとし、この状態をモード１Ｂとする。このモード１Ｂでは、単電池１ｂが充電完了電圧に達したことにより、この単電池１ｂに接続された電圧検出器５が充電完了検出信号Ｓ１を発生する。この単電池１ｂに対応する充電完了検出信号Ｓ１により、制御部３が電池制御回路１２Ｃに対して充電停止信号Ｓ２を供給し、そのバイパススイッチＣ１２をオフからオンに変え、充電制御スイッチＡ１２をオンからオフに変える。

モード１Ｂでは、電池回路列１００において、単電池１ａ、１ｂと充電制御スイッチＡ１１、Ａ１２がバイパススイッチＣ１１、Ｃ１２により短絡され、定電流値Ｉの充電電流は単電池１ａ、１ｂをバイパスし、他の単電池１ｃ、・・・、１ｎに供給され、これらの単電池の充電が続く。バイパススイッチＣ１２により単電池１ｂと充電制御スイッチＡ１２とが短絡されても、電池回路列１００を流れる定電流値Ｉは、列制御回路１０Ｃの電流制限回路６により上昇を抑えられ、モード１Ｎに達するまでは、定電流値Ｉが維持され、この定電流値Ｉにより充電が完了していない単電池が定電流充電される。

電池回路列１００における単電池１ａ、１ｂ、・・・、１（ｎー１）がすべて充電完了電圧４．１ボルトに達し、それらに対応するバイパススイッチＣ１１、Ｃ１２、・・・、Ｃ１（ｎ−１）がオンとなり、またそれらに対応する充電制御スイッチＡ１１、Ａ１２、・・・、Ａ１（ｎ−１）がオフとなった状態において、単電池１ｎが充電完了電圧４．１ボルトに達するものとし、この状態をモード１Ｎとする。このモード１Ｎでは、電池回路列１００の全体の端子電圧がｎ×４．１ボルトに達する。このモード１Ｎでは、単電池１ｎが充電完了電圧に達したことにより、この単電池１ｎに接続された電圧検出器５が充電完了検出信号Ｓ１を発生する。この単電池１ｎに対応する充電完了検出信号Ｓ１により、制御部３が電池制御回路１ｎＣに対して充電停止信号Ｓ２を供給し、そのバイパススイッチＣ１ｎをオフからオンに変え、充電制御スイッチＡ１ｎをオンからオフに変える。併せて、モード１Ｎでは、電池回路列１００のすべての単電池１ａ、１ｂ、・・・、１ｎが充電完了電圧に達したことにより、制御部３は、電池制御回路１ｎＣに対する充電停止信号Ａ２を発生した直後に、列制御回路１０Ｃに対する列制御信号Ｓ３を発生し、この列制御信号Ｓ３により、列制御スイッチＡ１０がオンからオフに変えられる。この列制御スイッチＡ１０のオフにより、電池回路列１００のすべてのバイパススイッチＣ１１、Ｃ１２、・・・、Ｃ１ｎがオンからオフに変えられる。

列制御スイッチＡ１０がオフとなることにより、電池回路列１００に対する定電流値Ｉの充電電流は、列制御スイッチＡ１０により遮断されるので、電池回路列１００のすべてのバイパススイッチＣ１１、Ｃ１２、・・・、Ｃ１ｎがオンとなることにより、残りの電池回路列２００、・・・、ｎ００に対する定電流値Ｉの充電電流が低下する不都合も解消する。また、この電池回路列１００に対する充電電流Ｉの遮断に伴なう、他の電池回路列２００、３００、・・・、ｎ００に対する定電流値Ｉの上昇は、これらの各電池回路列２００、３００、・・・、ｎ００における列制御回路２０Ｃ、３０Ｃ、・・・、ｎ０Ｃの電流制限回路６により抑えられ、所定の定電流値Ｉが維持される。

モード１Ｎにおいて、電池回路列２００における単電池２ａ、２ｂ、・・・、２ｎが順次充電完了電圧４．１ボルトに達した場合にも、前記と同様に動作する。

電池回路列１００、２００、・・・、（ｎ−１）００におけるすべての単電池１ａ、１ｂ、・・・、１ｎ、２ａ、２ｂ、・・・、２ｎ、・・・、（ｎー１）ａ、（ｎ−１）ｂ、・・・、（ｎ−１）ｎが充電完了電圧４．１ボルトに達した状態において、電池回路列ｎ００における単電池ｎａが充電完了電圧４．１ボルトに達するものとし、この状態をモードＮＡとする。このモードＮＡでは、単電池ｎａが充電完了電圧に達したことにより、この単電池ｎａに接続された電圧検出器５が充電完了検出信号Ｓ１を発生する。この単電池ｎａに対応する充電完了検出信号Ｓ１により、制御部３が電池制御回路ｎ１Ｃに対して充電停止信号Ｓ２を供給し、そのバイパススイッチＣｎ１をオフからオンに変え、充電制御スイッチＡｎ１をオンからオフに変える。

このモードＮＡでは、電池回路列ｎ００において、単電池ｎａと充電制御スイッチＡｎ１がバイパススイッチＣｎ１により短絡され、定電流値Ｉの充電電流は単電池ｎａをバイパスし、他の単電池ｎｂ、・・・、ｎｎに供給され、これらの単電池の充電が続く。バイパススイッチＣｎ１により単電池ｎａと充電制御スイッチＡｎ１とが短絡されるが、電池回路列ｎ００を流れる定電流値Ｉは、列制御回路ｎ０Ｃの電流制限回路６により上昇を抑えられ、定電流値Ｉが維持される。

モードＮＡにおいて、次に単電池ｎｂが充電完了電圧４．１ボルトに達したものとし、この状態をモードＮＢとする。このモードＮＢでは、単電池ｎｂが充電完了電圧に達したことにより、この単電池ｎｂに接続された電圧検出器５が充電完了検出信号Ｓ１を発生する。この単電池ｎｂに対応する充電完了検出信号Ｓ１により、制御部３が電池制御回路ｎ２Ｃに対して充電停止信号Ｓ２を供給し、そのバイパススイッチＣｎ２をオフからオンに変え、充電制御スイッチＡｎ２をオンからオフに変える。

モードＮＢでは、電池回路列ｎ００において、単電池ｎａ、ｎｂと充電制御スイッチＡｎ１、Ａｎ２がバイパススイッチＣｎ１、Ｃｎ２により短絡され、定電流値Ｉの充電電流は単電池ｎａ、ｎｂをバイパスし、他の単電池ｎｃ、・・・、ｎｎに供給され、これらの単電池の充電が続く。バイパススイッチＣｎ２により単電池ｎｂと充電制御スイッチＡｎ２とが短絡されても、電池回路列ｎ００を流れる定電流値Ｉは、列制御回路ｎ０Ｃの電流制限回路６により上昇を抑えられ、モードＮＮに達するまでは、定電流値Ｉが維持され、この定電流値Ｉにより充電が完了していない単電池が定電流充電される。

電池回路列ｎ００における単電池ｎａ、ｎｂ、・・・、ｎ（ｎー１）がすべて充電完了電圧４．１ボルトに達し、それらに対応するバイパススイッチＣｎ１、Ｃｎ２、・・・、Ｃｎ（ｎ−１）がオンとなり、またそれらに対応する充電制御スイッチＡｎ１、Ａｎ２、・・・、Ａｎ（ｎ−１）がオフとなった状態において、単電池ｎｎが充電完了電圧４．１ボルトに達するものとし、この状態をモードＮＮとする。このモードＮＮでは、電池回路列ｎ００の全体の端子電圧もｎ×４．１ボルトに達する。このモードＮＮでは、単電池ｎｎが充電完了電圧に達したことにより、この単電池ｎｎに接続された電圧検出器５が充電完了検出信号Ｓ１を発生する。この単電池ｎｎに対応する充電完了検出信号Ｓ１により、制御部３が電池制御回路ｎｎＣに対して充電停止信号Ｓ２を供給し、そのバイパススイッチＣｎｎをオフからオンに変え、充電制御スイッチＡｎｎをオンからオフに変える。併せて、モードＮＮでは、電池回路列ｎ００のすべての単電池１ａ、１ｂ、・・・、１ｎが充電完了電圧に達したことにより、制御部３は、電池制御回路ｎｎＣに対する充電停止信号Ａ２を発生した直後に、列制御回路ｎ０Ｃに対する列制御信号Ｓ３を発生し、この列制御信号Ｓ３により、列制御スイッチＡｎ０がオンからオフに変えられる。この列制御スイッチＡｎ０のオフにより、電池回路列ｎ００のすべてのバイパススイッチＣｎ１、Ｃｎ２、・・・、Ｃｎｎがオンからオフに変えられる。

列制御スイッチＡｎ０がオフとなることにより、電池回路列ｎ００に対する定電流値Ｉの充電電流は、列制御スイッチＡｎ０により遮断され、各電池回路列１００、２００、・・・、ｎ００に対する充電電流はすべて遮断され、すべての単電池に対する充電が完了する。

すべての単電池１ａ、１ｂ、・・・、１ｎ、２ａ、２ｂ、・・・、２ｎ、ｎａ、ｎｂ、・・・、ｎｎが充電完了電圧４．１ボルトに達した後、これらの単電池は、充電器２により浮遊充電されながら、直流負荷４への給電に使用される。各単電池から直流負荷４への放電は、すべてのダイオードＢ１０、Ｂ１１、Ｂ１２、・・・、Ｂ１ｎ、Ｂ２０、Ｂ２１、Ｂ２２、・・・、Ｂ２ｎ、・・・、Ｂｎ０、Ｂｎ１、Ｂｎ２、・・・、Ｂｎｎを通じて行なわれる。この放電により電圧の低下した単電池は、ダイオードＢ１０、Ｂ１１、Ｂ１２、・・・、Ｂ１ｎ、Ｂ２０、Ｂ２１、Ｂ２２、・・・、Ｂ２ｎ、・・・、Ｂｎ０、Ｂｎ１、Ｂｎ２、・・・、Ｂｎｎを通じて充電される。

以上のように実施の形態１では、それぞれの単電池１ａ、１ｂ、・・・、１ｎ、２ａ、２ｂ、・・・、２ｎ、・・・、ｎａ、ｎｂ、・・・、ｎｎが充電完了電圧に達したときに、対応するバイパススイッチＣ１１、Ｃ１２、・・・、Ｃ１ｎ、Ｃ２１、Ｃ２２、・・・、Ｃ２ｎ、・・・、Ｃｎ１、Ｃｎ２、・・・、Ｃｎｎによりバイパスされるので、早く充電完了電圧に達した単電池が過充電となる不都合を解消できる。

併せて、各電池回路列１００、２００、・・・、ｎ００にそれぞれ列制御スイッチＡ１０、Ａ２０、・・・、Ａｎ０と電流制限回路６を設けたので、それぞれの単電池が対応するバイパススイッチによりバイパスされた場合に、同じ電池回路列の充電が完了していない他の単電池への充電電流が増大する不都合も改善することができ、またそれぞれの電池回路列のすべての単電池の充電が完了した場合に、充電が完了していない単電池を含む電池回路列の充電電流が減少する不都合も改善し、各単電池を効率良く充電できる。

この発明によるリチウムイオン二次電池の充放電回路は、携帯電話機、コードレス電話機などの移動無線通信器、ビデオカメラ、ノートパソコンなどに応用される。

図１は、この発明によるリチウムイオン二次電池の充放電回路の実施の形態１を示す電気回路図。 図２は、実施の形態１の充電動作説明用図表。

符号の説明

１００、２００、・・・、ｎ００：電池回路列、
１ａ、１ｂ、１ｎ、２ａ、２ｂ、２ｎ、ｎａ、ｎｂ、ｎｎ：リチウムイオン二次電池、
２：充電器、３：制御部、４：直流負荷、５：電圧検出器、６：電流制限回路、
１０Ｃ、２０Ｃ、・・・、ｎ０Ｃ：列制御回路、
Ａ１０、Ａ２０、Ａｎ０：列制御スイッチ、
１１Ｃ、１２Ｃ、１ｎＣ、２１Ｃ、２２Ｃ、２ｎＣ、ｎ１Ｃ、ｎ２Ｃ、ｎｎＣ：電池制御回路、
Ａ１１、Ａ１２、Ａ１ｎ、Ａ２１、Ａ２２、Ａ２ｎ、Ａｎ１、Ａｎ２、Ａｎｎ：充電制御スイッチ、
Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１ｎ、Ｃ２１、Ｃ２２、Ｃ２ｎ、Ｃｎ１、Ｃｎ２、Ｃｎｎ：バイパススイッチ。

Claims (5)

1. 互いに並列に接続された複数の電池回路列を備え、これらの各電池回路列が、それぞれ互いに直列に接続された複数のリチウムイオン二次電池を含むリチウムイオン二次電池の充放電回路であって、前記各電池回路列の各リチウムイオン二次電池にそれぞれバイパススイッチを接続し、前記リチウムイオン二次電池のそれぞれが充電完了電圧に達したときに、対応する前記バイパススイッチにより充電電流をバイパスするように構成するとともに、前記各電池回路列のそれぞれに、それに含まれる前記各リチウムイオン二次電池と直列に電流制限回路と列制御スイッチを接続し、それぞれの前記電池回路列に含まれるすべての前記リチウムイオン二次電池が充電完了電圧に達したときに、その電池回路列の前記列制御スイッチをオフとすることを特徴とするリチウムイオン二次電池の充放電回路。
2. 請求項１記載のリチウムイオン二次電池の充放電回路であって、前記各電池回路列における前記電流制限回路と列制御スイッチに対して、それらと並列に放電ダイオードが接続されたことを特徴とするリチウムイオン二次電池の充放電回路。
3. 請求項１記載のリチウムイオン二次電池の充放電回路であって、前記各リチウムイオン二次電池のそれぞれに、その充電電圧を検出する電圧検出器が設けられ、またこれらの各電圧検出器が制御部に接続され、この制御部により前記各バイパススイッチと前記各列制御スイッチが制御されることを特徴とするリチウムイオン二次電池の充放電回路。
4. 請求項３記載のリチウムイオン二次電池の充放電回路であって、前記各リチウムイオン二次電池のそれぞれに前記制御部により制御される充電制御スイッチが直列に接続され、前記各バイパススイッチが、対応する各リチウムイオン二次電池と前記充電制御スイッチに対して、それらと並列に接続されたことを特徴とするリチウムイオン二次電池の充放電回路。
5. 請求項４記載のリチウムイオン二次電池の充放電回路であって、前記各前記各充電制御スイッチにも、それと並列に放電ダイオードが接続されたことを特徴とするリチウムイオン二次電池の充放電回路。

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