JP2007166715A - Battery pack and charging method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、比較的大容量の電池パック及び電池パックの充電方法に関する。 The present invention relates to a battery pack having a relatively large capacity and a method for charging the battery pack.
一般に、比較的大容量の電池パックを得るのに、複数の2次電池が直列接続された直列接続電池ブロックを複数個並列接続する構成が取られている。この複数の2次電池が直列接続された直列接続電池ブロックを複数個並列接続する場合、この複数個の直列接続電池ブロック間に電位差があるときには、電位の高い直列接続電池ブロックから電位の低い直列接続電池ブロックに突入電流が流れ込む。 Generally, in order to obtain a battery pack having a relatively large capacity, a configuration is adopted in which a plurality of series-connected battery blocks in which a plurality of secondary batteries are connected in series are connected in parallel. When a plurality of series-connected battery blocks in which a plurality of secondary batteries are connected in series are connected in parallel, and there is a potential difference between the plurality of series-connected battery blocks, the series connection battery block having a high potential is connected in series with a low potential. Inrush current flows into the connected battery block.
この突入電流が流れ込んだときは、この電流は直列接続電池ブロックの内部インピーダンスに制限されるのみで、電位の低い直列接続電池ブロックは、この突入電流によりダメージを与えられる。 When this inrush current flows, this current is limited only to the internal impedance of the series connection battery block, and the series connection battery block having a low potential is damaged by this inrush current.
そこで、従来の電池パックは図4に示す如き構成を取っていた。図4において、1、2及び3は夫々複数個例えば4個の2次電池が直列接続された直列接続電池ブロックを示し、この直列接続電池ブロック1、2及び3の夫々の正極端子を逆流防止用のダイオード4a、5a及び6aの夫々のカソードに接続し、この逆流防止用のダイオード4a、5a及び6aの夫々のアノードを充電時に正の直流電圧が供給される充電正極端子7に接続する。
Therefore, the conventional battery pack has a configuration as shown in FIG. In FIG. 4, 1, 2, and 3 indicate a series connection battery block in which a plurality of, for example, 4 secondary batteries are connected in series, and the positive terminal of each of the series
また、この直列接続電池ブロック1、2及び3の夫々の正極端子を逆流防止用のダイオード4b、5b及び6bの夫々のアノードに接続し、この逆流防止用のダイオード4b、5b及び6bの夫々のカソードを放電時に正の直流電圧を放電する放電正極端子8に接続する。
Further, the positive terminals of the series-connected
この直列接続電池ブロック1、2及び3の夫々の負極端子を充電時及び放電時に負極端子となる充放電負極端子9に夫々接続する。
The negative terminal of each of the series-connected
この図4の従来例においては、充電時は、充電正極端子7よりの充電電流によりダイオード4a、5a及び6aを介して直列接続電池ブロック1、2及び3が充電され、放電時は、直列接続電池ブロック1、2及び3からの夫々の放電電流は、ダイオード4b、5b及び6bを介し、放電正極端子8を介して負荷に放電される。
In the conventional example of FIG. 4, when connected, the series
この図4例では、直列接続電池ブロック1、2及び3間に電位差があっても、逆流防止用のダイオード4a、5a、6a及び4b、5b、6bがあるので、直列接続電池ブロック1、2及び3間に電流が流れることがなく、突入電流が流れることがなく、各直列接続電池ブロック1、2、3にダメージを与えることがない。
In the example of FIG. 4, even if there is a potential difference between the series-connected
また、特許文献1には、直並列に接続された複数個の2次電池に対して、個々に電池電圧を検出する手段と、2次電池の直列回路によって構成される並列回路毎の充電電流を検知する手段を設け、これら検出された電池電圧あるいは充電電圧に基づいて、個々の電池毎に充電電流を制御する手段と並列回路毎に充電出力を制御する手段を設けており、定電流定電圧充電したときは、2次電池毎の電池電圧の変化を検出し、2次電池毎の充電電流を制御し、並列回路毎の充電電流の変化を検出し、並列回路毎の充電出力を制御するようにしたものが開示されている。 Further, Patent Document 1 discloses a charging current for each parallel circuit configured by means for individually detecting a battery voltage and a series circuit of secondary batteries for a plurality of secondary batteries connected in series and parallel. And a means for controlling the charging current for each battery and a means for controlling the charging output for each parallel circuit based on the detected battery voltage or charging voltage. When voltage charging is performed, changes in battery voltage for each secondary battery are detected, charging current for each secondary battery is controlled, changes in charging current for each parallel circuit are detected, and charging output for each parallel circuit is controlled What has been made to be disclosed is disclosed.
この特許文献1に開示されたものは、過充電、過放電を防止するようにしたもので、複数個の直列接続電池ブロック間に電位差があり、この電位の低い直列接続電池ブロックへの突入電流を阻止するようにしたものではない。
然しながら、図4従来例においては、放電時の放電電流により逆流防止用のダイオード4b、5b及び6bにおいて、電力損失を生じる。即ち、逆流防止用のダイオード4b、5b及び6bの放電電流をIとし、このダイオード4b、5b及び6bのスレッシュホールド電圧をVfとしたとき、I×Vfの電力損失が発生する。
However, in the conventional example shown in FIG. 4, power loss occurs in the
この電力損失は、このダイオード4b、5b及び6bのスレッシュホールド電圧Vfが例えば0.6Vと比較的大きく、放電電流Iが大きくなれば成る程大きくなり、大容量の電池パックでは無視できない程大きくなる不都合があった。
This power loss increases as the threshold voltage Vf of the
また、直列接続電池ブロック1、2及び3はダイオード4a、5a、6a及び4b、5b、6bで分離されているため接続時の容量バランスのバラツキは改善されることがなく、この直列接続電池ブロック1、2及び3の容量バランスが崩れた状態で充放電が行われることは、放電時に過放電防止回路があるときには、容量の低い直列接続電池ブロックに放電時間が左右されることにのり、放電時間が短くなる等の不都合があった。
Further, since the series
本発明は、斯かる点に鑑み、放電時の電力損失を改善すると共に複数個の直列接続電池ブロック間の電位差による突入電流によりダメージを受けないようにし、更に放電時間を延長できるようにすることを目的とする。 In view of the above, the present invention improves power loss during discharging, prevents damage from inrush current due to a potential difference between a plurality of series-connected battery blocks, and further extends the discharge time. With the goal.
本発明電池パックは、複数の2次電池が直列接続された第1の直列接続電池ブロックの正極端子を第1の電界効果トランジスタのドレイン端子に接続し、この第1の電界効果トランジスタのソース端子を第2の電界効果トランジスタのソース端子に接続し、この第2の電界効果トランジスタのドレイン端子を充放電正極端子に接続し、この第1の直列接続電池ブロックの負極端子を充放電負極端子に接続し、複数の2次電池が直列接続された第2の直列接続電池ブロックの正極端子を第3の電界効果トランジスタのドレイン端子に接続し、この第3の電界効果トランジスタのソース端子を第4の電界効果トランジスタのソース端子に接続し、この第4の電界効果トランジスタのドレイン端子をこの充放電正極端子に接続し、この第2の直列接続電池ブロックの負極端子をこの充放電負極端子に接続し、この第1及び第2の直列接続電池ブロックの電圧を読み取ると共にこの第1、第2、第3及び第4の電界効果トランジスタを制御する制御マイクロコンピュータを設けたものである。 The battery pack of the present invention connects the positive terminal of a first series-connected battery block in which a plurality of secondary batteries are connected in series to the drain terminal of the first field effect transistor, and the source terminal of the first field effect transistor Is connected to the source terminal of the second field effect transistor, the drain terminal of the second field effect transistor is connected to the charge / discharge positive terminal, and the negative terminal of the first series-connected battery block is connected to the charge / discharge negative terminal. The positive terminal of the second series-connected battery block in which a plurality of secondary batteries are connected in series is connected to the drain terminal of the third field effect transistor, and the source terminal of the third field effect transistor is connected to the fourth terminal. And the drain terminal of the fourth field effect transistor is connected to the charge / discharge positive terminal, and the second series connection is connected to the source terminal of the field effect transistor. The negative terminal of the battery block is connected to the charge / discharge negative terminal, the voltages of the first and second series-connected battery blocks are read, and the first, second, third and fourth field effect transistors are controlled. A control microcomputer is provided.
また、本発明電池パックの充電方法は、複数の2次電池が直列接続された第1の直列接続電池ブロックの正極端子を第1の電界効果トランジスタのドレイン端子に接続し、この第1の電界効果トランジスタのソース端子を第2の電界効果トランジスタのソース端子に接続し、この第2の電界効果トランジスタのドレイン端子を充放電正極端子に接続し、この第1の直列接続電池ブロックの負極端子を充放電負極端子に接続し、複数の2次電池が直列接続された第2の直列接続電池ブロックの正極端子を第3の電界効果トランジスタのドレイン端子に接続し、この第3の電界効果トランジスタのソース端子を第4の電界効果トランジスタのソース端子に接続し、この第4の電界効果トランジスタのドレイン端子をこの充放電正極端子に接続し、この第2の直列接続電池ブロックの負極端子をこの充放電負極端子に接続し、この第1及び第2の直列接続電池ブロックの電圧を読み取ると共にこの第1、第2、第3及び第4の電界効果トランジスタを制御する制御マイクロコンピュータを設けた電池パックの充電方法であって、この第1及び第2の直列接続電池ブロックの電圧を比較し、電圧の低い方を先に充電し、電圧が等しくなったときに同時に充電するようにしたものである。 In the battery pack charging method of the present invention, the positive terminal of the first series-connected battery block in which a plurality of secondary batteries are connected in series is connected to the drain terminal of the first field effect transistor, and the first electric field is supplied. The source terminal of the effect transistor is connected to the source terminal of the second field effect transistor, the drain terminal of the second field effect transistor is connected to the charge / discharge positive terminal, and the negative terminal of the first series-connected battery block is connected Connected to the charge / discharge negative electrode terminal, the positive terminal of the second series-connected battery block in which a plurality of secondary batteries are connected in series is connected to the drain terminal of the third field effect transistor. Connecting the source terminal to the source terminal of the fourth field effect transistor, connecting the drain terminal of the fourth field effect transistor to the charge / discharge positive electrode terminal; The negative terminal of the second series-connected battery block is connected to the charge / discharge negative terminal, the voltages of the first and second series-connected battery blocks are read, and the first, second, third and fourth A battery pack charging method provided with a control microcomputer for controlling a field effect transistor, comparing the voltages of the first and second series-connected battery blocks, charging the lower one first, When they are equal, they are charged at the same time.
本発明によれば、放電時は、第1、第2、第3及び第4の電界効果トランジスタをオンとして行うので、この第1、第2、第3及び第4の電界効果トランジスタはオン時の電圧降下が極めて小さく、この第1、第2、第3及び第4の電界効果トランジスタによる電力損失は極めて小さいと共に充電時は、第1及び第2の直列接続電池ブロックの電圧を比較し、電圧の低い方を先に充電し、電圧が等しくなったときに同時に充電するようにしたので、この第1及び第2の直列接続電池ブロックが互いに並列に接続されるときはこの第1及び第2の直列接続電池ブロック間の電位差は0Vであり、この第1及び第2の直列接続電池ブロック間には電流は流れず突入電流によりダメージを受けない安全性の高い大容量の電池パックを得ることができる。 According to the present invention, when discharging, the first, second, third and fourth field effect transistors are turned on, so that the first, second, third and fourth field effect transistors are turned on. The voltage drop of the first, second, third, and fourth field effect transistors is extremely small, and the power loss due to the first, second, third, and fourth field effect transistors is extremely small. Since the one with the lower voltage is charged first and charged at the same time when the voltages become equal, when the first and second series-connected battery blocks are connected in parallel to each other, the first and second The potential difference between the two series-connected battery blocks is 0 V, and no current flows between the first and second series-connected battery blocks, and a high-safety large-capacity battery pack that is not damaged by the inrush current is obtained. be able to.
また、本発明によれば、充電時に各直列接続電池ブロック間の電位差をなくすことができるので、各直列接続電池ブロック間の容量バランスを改善でき放電時間の延長を図ることができる。 In addition, according to the present invention, since the potential difference between the series-connected battery blocks can be eliminated during charging, the capacity balance between the series-connected battery blocks can be improved, and the discharge time can be extended.
以下、図1、図2及び図3を参照して本発明電池パック及び電池パックの充電方法を実施するための最良の形態の例につき説明する。図1、図2、図3につき説明するに、図1において、図4に対応する部分には同一符号を付して示す。 Hereinafter, an example of the best mode for carrying out the battery pack and the battery pack charging method of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, and 3. 1, 2, and 3, portions corresponding to those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals in FIG. 1.
図1例において、1、2及び3は夫々複数個例えば4個の2次電池が直列接続された直列接続電池ブロックを示し、この直列接続電池ブロック1、2及び3の夫々の正極端子を放電制御用のpチャンネルの電界効果トランジスタ10a、11a及び12aの夫々のドレイン端子に接続する。
In the example of FIG. 1, 1, 2, and 3 indicate a series connection battery block in which a plurality of, for example, four secondary batteries are connected in series, and the positive terminal of each of the series
この電界効果トランジスタ10a、11a及び12aの夫々のソース端子を夫々充電制御用のpチャンネルの電界効果トランジスタ10b、11b及び12bの夫々のソース端子に接続し、この電界効果トランジスタ10b、11b及び12bの夫々のドレイン端子を充電時及び放電時に正極端子となる充放電正極端子13に夫々接続する。
The source terminals of the
また、この電界効果トランジスタ10a、10b、11a、11b、12a及び12bの夫々のゲート端子を後述の如く制御する制御マイクロコンピュータ14の夫々の制御端子に夫々接続する。
Further, the gate terminals of the
この直列接続電池ブロック1、2及び3の夫々の負極端子を充電時及び放電時に負極端子となる充放電負極端子9に夫々接続する。また、この直列接続電池ブロック1、2及び3の夫々の正極端子及び負極端子を制御マイクロコンピュータ14の夫々の電圧を読み取る読み取り端子に接続し、この制御マイクロコンピュータ14で、この夫々の直列接続電池ブロック1、2及び3の電圧を読み取る如くする。
The negative terminal of each of the series-connected
本例においては、図1に示す如く、各直列接続電池ブロック1、2及び3を接続した時点では、制御マイクロコンピュータ14は電界効果トランジスタ10a、10b、11a、11b、12a及び12bを全てオフ状態とし、充電も放電も不可能な状態とする。
In this example, as shown in FIG. 1, the control microcomputer 14 turns off all the
充電時においては、充放電正極端子13及び充放電負極端子9間に充電電圧が供給され、このとき制御マイクロコンピュータ14は夫々の直列接続電池ブロック1、2及び3の夫々の電圧を読み取る。この場合直列接続電池ブロック1、2及び3の夫々の電圧をV1、V2及びV3としたとき、充電開始時に、この電圧が、図3に示す如く例えばV1<V2<V3であつたとする。
At the time of charging, a charging voltage is supplied between the charging / discharging
このときは、制御マイクロコンピュータ14は、図2A及び図2Bに示す如く、電界効果トランジスタ10a及び10bを周期的にオン、オフし、この周期的なオン時に、この直列接続電池ブロック1を充電し、この周期的なオフ時に、この直列接続電池ブロック1の開放電圧V1を読み取り、この開放電圧V1と直列接続電池ブロック2の電圧V2とを比較する。
At this time, as shown in FIGS. 2A and 2B, the control microcomputer 14 periodically turns on and off the
この開放電圧V1と直列接続電池ブロック2の電圧V2とがV1<V2のときは上述を繰り返し、この開放電圧V1と直列接続電池ブロック2の電圧V2とが等しく,V1=V2となったときに、図2C及び図2Dに示す如く、電界効果トランジスタ11a及び11bも電界効果トランジスタ10a及び10bと同様に周期的にオン、オフし、この周期的なオン時に、この直列接続電池ブロック1及び2を図3の充電カーブに示す如く同時に充電し、この周期的なオフ時に、この直列接続電池ブロック1及び2の開放電圧V1=V2を読み取り、この開放電圧V1=V2と直列接続電池ブロック3の電圧V3とを比較する。
When the open circuit voltage V1 and the voltage V2 of the series
この開放電圧V1=V2と直列接続電池ブロック3の電圧V3とがV1=V2<V3のときは上述を繰り返し、この開放電圧V1=V2と直列接続電池ブロック3の電圧V3とが等しく,V1=V2=V3となったときは、図2A、B、C、D、E及びFに示す如く、電界効果トランジスタ10a、10b、11a、11b、12a及び12bを全てオンとし、直列接続電池ブロック1、2及び3を図3の充電カーブに示す如く同時に充電終了まで充電する。図2E及びFは電界効果トランジスタ12a及び12bのオン、オフを示す。
When the open voltage V1 = V2 and the voltage V3 of the series-connected
また、放電時は、制御マイクロコンピュータ14は、電界効果トランジスタ10a、10b、11a、11b、12a及び12bを全てオン状態とし、直列接続電池ブロック1、2及び3よりの直流電圧を充放電正極端子13及び充放電負極端子9を介して負荷に供給する。この場合、直列接続電池ブロック1、2及び3の電圧は等しいので、直列接続電池ブロック1、2及び3間に突入電流はながれない。
At the time of discharging, the control microcomputer 14 turns on all the
本例によれば、放電時は、電界効果トランジスタ10a、10b、11a、11b、12a及び12bを全てオン状態として行うので、この電界効果トランジスタ10a、10b、11a、11b、12a及び12bはオン時の電圧降下が極めて小さく、この電界効果トランジスタ10a、10b、11a、11b、12a及び12bによる電力損失は極めて小さいと共に充電時は、直列接続電池ブロック1,2及び3の電圧を比較し、電圧の低い直列接続電池ブロックから順番に充電し、直列接続電池ブロック1,2及び3の電圧が等しくV1=V2、またV1=V2=V3となったときに同時に充電するようにしたので、この直列接続電池ブロック1、2及び3が互いに並列に接続されるときはこの直列接続電池ブロック1、2、3間の電位差は0Vであり、この直列接続電池ブロック1、2、3間には電流は流れず突入電流によりダメージを受けない安全性の高い大容量の電池パックを得ることができる。
According to this example, since the
また、本例によれば、充電時に各直列接続電池ブロック1、2、3間の電位差をなくすことができるので、各直列接続電池ブロック1、2、3間の容量バランスを改善でき放電時間の延長を図ることができる。 In addition, according to this example, since the potential difference between the series-connected battery blocks 1, 2, and 3 can be eliminated during charging, the capacity balance between the series-connected battery blocks 1, 2, and 3 can be improved, and the discharge time can be reduced. Can be extended.
尚、上述例では、直列接続電池ブロックを3個並列に接続した例につき述べたが、この並列接続する直列接続電池ブロックの個数を必要に応じ2個又は4個以上としても良いことは勿論である。このときは、上述同様にして構成できることは、容易に理解できよう。 In the above example, an example in which three series-connected battery blocks are connected in parallel has been described. However, the number of series-connected battery blocks to be connected in parallel may be two or four or more as needed. is there. At this time, it can be easily understood that it can be configured in the same manner as described above.
また、本発明は上述例に限ることなく、本発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成が採り得ることは勿論である。 Further, the present invention is not limited to the above-described example, and various other configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.
1、2、3…直列接続電池ブロック、9…充放電負極端子、10a、10b、11a、11b、12a、12b…電界効果トランジスタ、13…充放電正極端子、14…制御マイクロコンピュータ 1, 2, 3... Series connection battery block, 9... Charge / discharge negative electrode terminal, 10 a, 10 b, 11 a, 11 b, 12 a, 12 b ... field effect transistor, 13 ... charge / discharge positive electrode terminal, 14.
Claims (3)
前記第1及び第2の直列接続電池ブロックの電圧を比較し、電圧の低い方を先に充電し、電圧が等しくなったときに同時に充電するようにしたことを特徴とする電池パックの充電方法。 A positive terminal of a first series-connected battery block in which a plurality of secondary batteries are connected in series is connected to a drain terminal of the first field effect transistor, and a source terminal of the first field effect transistor is connected to a second field effect. Connecting to the source terminal of the transistor, connecting the drain terminal of the second field effect transistor to the charge / discharge positive electrode terminal, connecting the negative electrode terminal of the first series-connected battery block to the charge / discharge negative electrode terminal; The positive terminal of the second series-connected battery block in which the secondary batteries are connected in series is connected to the drain terminal of the third field effect transistor, and the source terminal of the third field effect transistor is the source of the fourth field effect transistor. A drain terminal of the fourth field-effect transistor is connected to the charge / discharge positive terminal, and a negative terminal of the second series-connected battery block is connected to the front terminal. A battery provided with a control microcomputer that is connected to a charge / discharge negative electrode terminal, reads the voltages of the first and second series-connected battery blocks, and controls the first, second, third, and fourth field effect transistors A charging method for the pack,
The battery pack charging method, wherein the voltages of the first and second series-connected battery blocks are compared, the one with the lower voltage is charged first, and charged simultaneously when the voltages are equal. .
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