JP2009142069A - 組電池の温度調整装置、組電池の温度調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外部電源を必要とせず、装置全体としてエネルギーの利用効率の高い二次電池の温度調整装置を提供する。
【解決手段】単数、或いは複数の単位二次電池よりなる電池群を一対、直列的に接続してなる組電池の温度調整装置であって、各電池群に対して１対１の対応関係で設けられ、直列に接続された一対のＮＰＮトランジスタと、前記電池群同士の中間接続点と前記ＮＰＮトランジスタの中間接続点を相互に接続するライン上に設けられるインダクタと、前記ＮＰＮトランジスタに対して並列的に設けられ、カソードを前記電池群の正極に接続し、アノードを前記電池群の負極に接続された逆方向ダイオードと、前記組電池を構成する単位二次電池の温度を検出するサーミスタと、単位二次電池の温度情報に基づいて前記ＮＰＮトランジスタを開閉制御して各電池群を選択的に充放電させることにより、前記組電池の電池温度を一定温度以上に調整するＣＰＵを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、組電池の温度調整装置及び、組電池の温度調整方法に関する。

一般に、電池の内部抵抗は電池性能に影響を及ぼす。二次電池は低温状態になると、イオン伝達性及び電極活物質の反応が低下する現象が起こり、電池の内部抵抗が大きくなることが知られている。そのため、使用環境の相違に拘わらず、二次電池の電池温度を適正温度に維持する試みがなされている。この種の技術の一例として下記特許文献１には、サーミスタ２、放電回路３、充電回路４、外部電源５、処理部６、切替回路７を備えた充放電システムが開示されている。

係るシステムによれば、二次電池１の電池温度が低温と判定されることを条件に、以下のパルス充放電を行って、二次電池にジュール熱を生じさせることにより、二次電池を昇温させている。上記文献において、パルス充放電とは、外部電源５から二次電池１に充電電流を流して二次電池を充電させる充電動作と、二次電池１の充電電荷を放電回路３を通じて放電させる放電動作と、を短い間隔で間欠的に繰り返すものである。
特開２００６−９２９０１公報

上記のものは、二次電池の電池温度を上昇させるべくパルス充放電を行っているが、その際の、充電エネルギーは外部電源５より得ている。そのため、装置が大掛かりとなる。また放電は放電回路（放電抵抗）にて行っており、装置としてのエネルギーロスが多い。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、外部電源を必要とせず、また装置全体としてエネルギーの利用効率の高い二次電池の温度調整装置を提供することを目的とする。

本発明は、
（１）単数、或いは複数の単位二次電池よりなる電池群を一対、直列的に接続してなる組電池の各電池群に対して１対１の対応関係で設けられ、互いに直列的に接続された一対のスイッチング素子と、
（２）前記電池群同士の中間接続点と前記スイッチング素子同士の中間接続点を相互に接続するライン上に設けられるインダクタと、
（３）前記各スイッチング素子に対して並列的に設けられ、かつカソードを前記電池群の正極に接続し、アノードを前記電池群の負極に接続された一対の逆方向ダイオードと、
（４）前記スイッチング素子を開閉制御する制御手段と、を備えてなる温度調整装置を用いて、以下（ａ）〜（ｄ）の各ステップを少なくとも含む加温動作を実行させ、前記組電池を加温させるところに特徴を有する。
（ａ）前記制御手段により、一方のスイッチング素子をオン状態、他方のスイッチング素子をオフ状態に制御して、オンした一方側のスイッチング素子に対応する電池群より放電電流を流し、インダクタに磁気エネルギーを蓄積させるステップ。
（ｂ）オン状態にあった上記一方側のスイッチング素子をオフ状態に切り替えて、（ａ）のステップにてインダクタに蓄積した磁気エネルギーを、逆方向ダイオードを通じて放出させ他方側の電池群を充電させるステップ。
（ｃ）前記制御手段により、一方のスイッチング素子をオフ状態、他方のスイッチング素子をオン状態に制御して、（ｂ）のステップにて充電された電池群より放電電流を流し、インダクタに磁気エネルギーを蓄積させるステップ。
（ｄ）オン状態にあった他方側のスイッチング素子をオフ状態に切り替えて、（ｃ）のステップにてインダクタに蓄積した磁気エネルギーを、逆方向ダイオードを通じて放出させ（ａ）のステップにて放電した一方側の電池群を充電させるステップ。

この発明の実施態様として以下の構成とすることが好ましい。
前記組電池を構成する単位二次電池の電池温度が第一設定温度以下となることを条件に前記加温動作を開始させ、前記単位二次電池の電池温度が第一設定温度より高い第二設定温度以上となることを条件に、前記加温動作を停止させる。このようにすれば、単位二次電池の電池温度が第一設定温度を下回ると、加温動作が人手によらず自動的に開始され、使い勝手がよい。また、電池の温度が第二設定温度を上回ると加温動作は自動的に停止されるから、必要な加温動作を行いつつも、組電池の電池エネルギーのロスを必要最小限に抑えることが可能となる。

本発明は、単数、或いは複数の単位二次電池よりなる電池群を一対、直列的に接続してなる組電池の温度調整装置であって、
（１）単数、或いは複数の単位二次電池よりなる電池群を一対、直列的に接続してなる組電池の温度調整装置であって、
（２）各電池群に対して１対１の対応関係で設けられ、互いに直列的に接続された一対のスイッチング素子と、
（３）前記電池群同士の中間接続点と前記スイッチング素子同士の中間接続点を相互に接続するライン上に設けられるインダクタと、
（４）前記各スイッチング素子に対して並列的に設けられ、かつカソードを前記電池群の正極に接続し、アノードを前記電池群の負極に接続された一対の逆方向ダイオードと、
（５）前記スイッチング素子を開閉制御して各電池群を選択的に充放電させることにより前記組電池の電池温度を一定温度以上に調整する加温動作を実行する制御手段と、を備えてなるところに特徴を有する。

この発明の実施態様として以下の構成とすることが好ましい。
前記組電池を構成する単位二次電池の電池温度を検出する温度センサを備えてなると共に、前記制御手段は前記温度センサの出力に基づいて前記単位二次電池の電池温度を検出し、検出した電池温度が第一設定温度以下となることを条件に前記加温動作を開始させ、検出した電池温度が第一設定温度より高い第二設定温度以上となることを条件に、前記加温動作を停止させる。このようにすれば、単位二次電池の電池温度が第一設定温度を下回ると、加温動作が人手によらず自動的に開始され、使い勝手がよい。また、電池の温度が第二設定温度を上回ると加温動作は自動的に停止されるから、必要な加温動作を行いつつも、組電池の電池エネルギーのロスを必要最小限に抑えることが可能となる。

前記組電池の負極と前記スイッチング素子を接続するラインを第一並列ラインと定義し、前記組電池の正極と前記スイッチング素子を接続するラインを第二並列ラインと定義し、前記電池群同士の中間接続点と前記スイッチング素子同士の中間接続点を相互に接続する前記ラインを中間並列ラインと定義すると共に、前記第二並列ラインが、前記組電池より電力の供給を受ける負荷への出力ラインとなるものにおいて、前記中間並列ライン上において、前記インダクタと直列的、かつ前記インダクタよりも前記組電池に近い位置に設置される第一スイッチと、前記第二並列ライン上において、前記スイッチング素子から見て前記組電池に近い側に位置に設置される第二スイッチと、前記第二並列ライン上において、前記スイッチング素子から見て前記負荷に近い側に設置される第三スイッチと、前記第一スイッチと前記インダクタとの接続点と前記組電池の正極とを相互に接続する接続ライン上に設けられる第四スイッチとを備え、かつ、前記第一スイッチと前記第二スイッチをいずれもオン状態に制御し、前記第三スイッチと前記第四スイッチをいずれもオフ状態に制御する第一の制御パターンと、前記第一スイッチと前記第二スイッチをいずれもオフ状態に制御し、前記第三スイッチと前記第四スイッチをいずれもオン状態に制御する第二の制御パターンと、とに前記各スイッチの開閉状態を切り替え制御可能とする。このようにしておけば、温度調整装置を電圧変換器として使用することが可能となり、使い勝手がよく、また組電池を電源として作動する電気機器に設けられるＤＣ−ＤＣコンバータを廃止できるので、電気機器の回路構成を簡単に出来るというメリットがある。

前記組電池の負極と前記スイッチング素子を接続するラインを第一並列ラインと定義し、前記組電池の正極と前記スイッチング素子を接続するラインを第二並列ラインと定義し、前記電池群同士の中間接続点と前記スイッチング素子同士の中間接続点を相互に接続する前記ラインを中間並列ラインと定義すると共に、前記第二並列ラインが、前記組電池を充電させる充電用電源の充電電流供給ラインとなるものにおいて、前記中間並列ライン上において、前記インダクタと直列的、かつ前記インダクタよりも前記組電池に近い位置に設置される第一スイッチと、前記第二並列ライン上において、前記スイッチング素子から見て前記組電池に近い側に位置に設置される第二スイッチと、前記第二並列ライン上において、前記スイッチング素子から見て前記充電用電源に近い側に設置される第三スイッチと、前記第一スイッチと前記インダクタとの接続点と前記組電池の正極とを相互に接続する接続ライン上に設けられる第四スイッチとを備え、かつ、前記第一スイッチと前記第二スイッチをいずれもオン状態に制御し、前記第三スイッチと前記第四スイッチをいずれもオフ状態に制御する第一の制御パターンと、前記第一スイッチと前記第二スイッチをいずれもオフ状態に制御し、前記第三スイッチと前記第四スイッチをいずれもオン状態に制御する第二の制御パターンと、に前記各スイッチの開閉状態を切り替え制御可能とする。このようにしておけば、温度調整装置を電圧変換器として使用することが可能となり、充電用電源を用いて組電池を充電することが可能となる。

本発明によれば、組電池の電池温度を上昇させる加温動作を外部電源を使用することなく実現出来る。また、組電池の加温は電池群を構成する単位二次電池を放電させることにより行われるが、その放電電流をインダクタに磁気エネルギーとして一旦蓄えさせ、これを他方側の電池群に放出し、当該他方側の電池群を充電させている。そのため、放電電流を放電回路（放電抵抗）により消費させる従前の装置（特許文献１に開示の装置）に比べてエネルギーの利用効率を高くでき、必要な加温動作を極少ない電力にて実行できる。

＜実施形態１＞
本実施形態は、単位二次電池（例えば、リチウムイオン電池）Ｅ１１、Ｅ１２、Ｅ２１、Ｅ２２を４個直列的に接続した組電池Ｅの温度調整装置Ｕを例示するものである。本温度調整装置Ｕは、図１に示すように充放電回路３０と、サーミスタ４０と、ＣＰＵ５０とから構成されている。尚、以下の説明において、下二段の単位二次電池Ｅ１１、Ｅ１２を第一電池群Ｅ１と呼び、上二段の単位二次電池Ｅ２１、Ｅ２２を第二電池群Ｅ２と呼ぶものとする。

充放電回路３０は、各電池群Ｅ１、Ｅ２に対応して設けられ直列的に接続された２つのスイッチ回路３１、３２と、インダクタＬとから構成されている。図１に示すように、スイッチ回路３１はスイッチング素子としてＮＰＮトランジスタＴｒ１を備え、スイッチ回路３２はスイッチング素子としてＮＰＮトランジスタＴｒ２を備えている。

ＮＰＮトランジスタＴｒ１は、エミッタＥが第一並列ラインＭ１を通じて組電池Ｅの負極に接続され、ＮＰＮトランジスタＴｒ２は、コレクタＣが第二並列ラインＭ２を通じて組電池Ｅの正極に接続されている。

そして、ＮＰＮトランジスタＴｒ１のコレクタＣとＮＰＮトランジスタＴｒ２のエミッタＥとが相互に接続されており、更に係るＮＰＮトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２同士の中間接続点Ｐ１と電池群Ｅ１、Ｅ２同士の中間接続点Ｐ２が、インダクタＬを設けた中間並列ラインＭｏにより相互に接続されている。

また、ＮＰＮトランジスタＴｒ１には逆方向ダイオードＤ１が並列的に接続され、ＮＰＮトランジスタＴｒ２には逆方向ダイオードＤ２が並列的に接続されている。逆方向ダイオードＤ１、Ｄ２は電池群Ｅ１、Ｅ２の正極にカソードＫを接続し、電池群Ｅ１、Ｅ２の負極にアノードＡを接続している。

係る逆方向ダイオードＤ１、Ｄ２は各電池群Ｅ１、Ｅ２の正極側から各スイッチ回路３１、３２を経由して負極側に向かう順方向電流の通過を阻止し、負極側から各スイッチ回路３１、３２を経て正極側に向かう逆方向電流を通す機能を担っている。

また、ＮＰＮトランジスタＴｒ１のベースＢとＣＰＵ５０との間、及びＮＰＮトランジスタＴｒ２のベースＢとＣＰＵ５０との間には、それぞれ信号ラインＣ１、信号ラインＣ２が個別に設けられている。

このような回路構成とすることで、ＣＰＵ５０は各信号ラインＣ１、Ｃ２を通じて各ＮＰＮトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２に制御信号ＳＲ１、ＳＲ２を個別に与えることが可能となり、両ＮＰＮトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２を選択的にスイッチングできる。

また、ＣＰＵ５０には温度情報の入力を受け付けるための入力ポートＰＩとＧＮＤポートが設けられている。そして、サーミスタ４０の一方側の端子がＣＰＵ５０の入力ポートＰＩに接続され、サーミスタ４０の他方側の端子がＣＰＵ５０のＧＮＤポートに接続されており、サーミスタ４０の両端電圧ＶｓがＣＰＵ５０に取り込まれる構成となっている。

上記サーミスタ４０は組電池Ｅの電池温度Ｔｅを検出するべく、組電池Ｅの設置箇所近傍に設置されると共に、図２に示すように電源Ｖｃｃに対して直列抵抗Ｒを介して接続されている。

そして、組電池Ｅの電池温度Ｔｅに変化が生じると、サーミスタ４０の抵抗値が変化する結果、サーミスタ４０と直列抵抗Ｒによる抵抗比（分圧比）に変化が生じ、サーミスタ４０の両端電圧Ｖｓの電圧レベルが変化する。以上のことから、組電池Ｅの電池温度ＴｅをＣＰＵ５０にて監視できる構成となっている。

また、図１に示す符号６０はメモリである。本メモリ６０には、後述する加温動作を開始させる開始条件となる第一設定温度Ｔ１（例えば、−５度）のデータと、加温動作を停止させる停止条件となる第二設定温度Ｔ２（例えば、０度）のデータが予め記憶されている。

上記の如く構成された温度調整装置Ｕは、例えば、上記組電池Ｅを電源とする携帯機器（不図示）の充電器（不図示）に内蔵されている。そして、携帯機器が充電器にセットされると、組電池Ｅを構成する各電池群Ｅ１、Ｅ２が上記並列ラインＭｏ、Ｍ１、Ｍ２によって温度調整装置Ｕに電気的に接続され、以下に説明する加温制御がＣＰＵ５０による開始される構成となっている。

加温制御が開始されると、ＣＰＵ５０は、まず、入力ポートＰＩに定期的にアクセスしてサーミスタ４０の両端電圧Ｖｓを読み取る処理を行い、読み取った両端電圧Ｖｓを電池温度Ｔｅに換算する処理を行う。

そして、ＣＰＵ５０は得られた組電池Ｅの電池温度Ｔｅを、メモリ６０に記憶された第一設定温度Ｔ１と比較し、組電池Ｅの電池温度Ｔｅが第一設定温度Ｔ１より高い状態にあるか、監視する。組電池Ｅの電池温度Ｔｅが第一設定温度Ｔ１を上回っていれば、ＣＰＵ５０は上記監視状態を続ける。

そして、組電池Ｅの電池温度Ｔｅが第一設定温度Ｔ１を下回ると、ＣＰＵ５０は、両ＮＰＮトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２をデューティ比２５％、スイッチング周波数約２５ＫＨＺで交互にスイッチングしつつ、以下（ａ）〜（ｄ）の４ステップよりなる加温動作を実行する。

（ａ）第一ステップ
第一ステップが開始されると、ＣＰＵ５０は電池群Ｅ２に対応するＮＰＮトランジスタＴｒ２をオフ（非導通）状態に制御すると共に、電池群Ｅ１に対応するＮＰＮトランジスタＴｒ１には制御信号ＳＲ１を与えて、オン（導通）状態にさせる。

これにより、図３の（ａ）に示すように、電池群Ｅ１、インダクタＬ、ＮＰＮトランジスタＴｒ１により第一閉回路が構成され、電池群Ｅ１より放電電流Ｉ１が流れ出す。流れ出した放電電流Ｉ１は第一閉回路内を流れる。

この放電電流Ｉ１により、電池群Ｅ１を構成する各単位電池Ｅ１１、Ｅ１２では、内部抵抗によりジュール熱が生じる。また、インダクタＬには、流れた放電電流Ｉ１により磁気エネルギーが蓄えられる。

（ｂ）第二ステップ
第一ステップに続く、第二ステップでは、ＣＰＵ５０により電池群Ｅ１に対応するＮＰＮトランジスタＴｒ１、電池群Ｅ２に対応するＮＰＮトランジスタＴｒ２の双方がオフ状態に制御される。

これにより、第一閉回路が開放状態となる結果、インダクタＬに対する電流の供給が途絶える。すると、インダクタＬは図３の（ｂ）に示す極性で逆起電力を生じさせ、第一ステップにて蓄えた磁気エネルギーを放出電流Ｉ２として放出する。インダクタＬからの放出電流Ｉ２は、逆方向ダイオードＤ１側へと流れ電池群Ｅ２を充電させる。

この放出電流Ｉ２により、電池群Ｅ２を構成する各単位電池Ｅ２１、Ｅ２２では、内部抵抗によりジュール熱が生じる。

（ｃ）第三ステップ
第二ステップに続く第三ステップでは、ＣＰＵ５０は上記第一ステップとは反対に、電池群Ｅ１に対応するＮＰＮトランジスタＴｒ１をオフ状態に制御すると共に、電池群Ｅ２に対応するＮＰＮトランジスタＴｒ２には制御信号ＳＲ２を与えて、オン状態にさせる。

これにより、図３の（ｃ）に示すように、電池群Ｅ２、ＮＰＮトランジスタＴｒ２、インダクタＬにより第二閉回路が構成され、電池群Ｅ２より放電電流Ｉ３が流れ出す。流れ出した放電電流Ｉ３は第二閉回路内を流れる。

この放電電流Ｉ３により、電池群Ｅ２を構成する各単位電池Ｅ２１、Ｅ２２では、内部抵抗によりジュール熱が生じる。また、インダクタＬには、流れた放電電流Ｉ３により磁気エネルギーが蓄えられる。

（ｄ）第四ステップ
第三ステップに続く第四ステップでは、第二ステップと同じく、ＣＰＵ５０により電池群Ｅ１に対応するＮＰＮトランジスタＴｒ１、電池群Ｅ２に対応するＮＰＮトランジスタＴｒ２の双方がオフ状態に制御される。

これにより、第二閉回路が開放状態となる結果、インダクタＬに対する電流の供給が途絶える。すると、インダクタＬは図３の（ｄ）に示す極性で逆起電力を生じさせ、第三ステップにて蓄えた磁気エネルギーを放出電流Ｉ４として放出する。放出電流Ｉ４はインダクタＬ、電池群Ｅ１、逆方向ダイオードＤ１の順に流れ、第一ステップで放電した電池群Ｅ１を充電させる。

この放出電流Ｉ４により、電池群Ｅ１を構成する各単位電池Ｅ１１、Ｅ１２では、内部抵抗によりジュール熱が生じる。

ＣＰＵ５０は、両ＮＰＮトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２をデューティ比２５％、スイッチング周波数約２５ＫＨＺで交互にスイッチングしつつ、上記（ａ）〜（ｄ）からなる４ステップを繰り返し行う。

これにより、両電池群Ｅ１、Ｅ２に対して充電電流、放出電流が繰り返し流される。すると、組電池Ｅは内部抵抗により生ずるジュール熱により加温され、電池温度Ｔｅが上昇してゆく。

そして、ＣＰＵ５０は上記加温動作を行う間も、入力ポートＰＩに定期的にアクセスしてサーミスタ４０の両端電圧Ｖｓを読み取る処理を行い、読み取った両端電圧Ｖｓを電池温度Ｔｅに換算する処理を行う。

そして、加温動作中、ＣＰＵ５０は、得られた組電池Ｅの電池温度Ｔｅをメモリ６０に記憶された第二設定温度Ｔ２と比較し、組電池Ｅの電池温度Ｔｅが第二設定温度Ｔ２を上回ることを条件に、上記加温動作を停止させる。

その後、ＣＰＵ５０は、組電池Ｅの電池温度Ｔｅを監視する状態に戻り、組電池Ｅの電池温度Ｔｅが第一設定温度Ｔ１を下回る状態になると、上記加温動作を、再び実行させる。

以上により、組電池Ｅの電池温度Ｔｅを第一設定温度Ｔ１以上の適正温度に保つことができる。従って、組電池Ｅの内部抵抗が適正な抵抗値に常に保たれることとなり、組電池Ｅは携帯機器を動作させるのに必要な電力を、携帯機器に対して、使用開始直後から安定的に供給可能となる。

尚、図３においては、図を簡略化するべく電池群Ｅ１、Ｅ２をそれぞれ１個の二次電池にて置き換え、更にサーミスタ４０、ＣＰＵ５０を省略してあるが、回路構成は図１に示すものと同じである。

次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態の温度調整装置Ｕによれば、電池温度Ｔｅを上昇させる加温動作を外部電源を使用することなく実現出来る。よって、装置が大掛かりとならず、回路を構成する電子部品の構成点数も少なくて済む。

しかも、本温度調整装置Ｕによれば、電池群Ｅ１、Ｅ２から放電した放電電流Ｉ１、Ｉ３をインダクタＬに磁気エネルギーとして蓄え、他方側の電池群Ｅ１、Ｅ２に還流させ、充電させている。このようにしてやれば、放電電流を放電回路（放電抵抗）により消費させる従前の装置（特許文献１に開示の装置）に比べてエネルギーの利用効率が高く、必要な加温動作を極少ない電力にて実行できる。

また、本実施形態のものは、充放電により組電池Ｅの電池温度Ｔｅを上昇させ、しかもそのエネルギー源は組電池Ｅそのものより得ているから、単位電池Ｅ１１〜Ｅ２２に対する過放電が懸念される。この点、本実施形態のものは、両ＮＰＮトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２を共に、スイッチング周波数約２５ＫＨＺでスイッチング制御（開閉制御）している。

このような制御であれば、各ＮＰＮトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の通電時間ｔが短くなるから、電池群Ｅ１、Ｅ２より流れ出る瞬間的な放電電流のピーク値をある程度大きく設定したとしても、放電される電気量を小さく抑えることが出来る。例えば、放電電流のピーク値を５０Ａ程度に設定した場合であっても、１回の放電により放電される電気量（図４中の面積Ｓ）は数十ｎAh程度になる。以上のことから、各単位電池Ｅ１１〜Ｅ２２が過放電、や過充電を意識しなくてよくなるので設計が容易となる。

また、本実施形態によれば、組電池Ｅの電池温度が第一設定温度を下回ると、加温動作が人手によらず自動的に開始され、使い勝手がよい。また、組電池Ｅの電池温度が第二設定温度を上回ると加温動作は自動的に停止されるから、必要な加温動作を行いつつも、組電池Ｅの電池エネルギーのロスを必要最小限に抑えることが可能となる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図５ないし図７によって説明する。
実施形態２は実施形態１にて説明した温度調整装置Ｕの回路構成に対してＳＷ１〜ＳＷ４の４つのスイッチを追加して、温度調整装置Ｕを、電圧変換器として使用出来るようにしたものである。

具体的に説明すると、実施形態２の温度調整装置Ｕは、両ＮＰＮトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２との中間接続点Ｐ１と電池群Ｅ１、Ｅ２の中間接続点Ｐ２を接続する中間並列ラインＭｏ上において、インダクタＬと直列的、かつインダクタＬよりも組電池Ｅ側に近い位置に第一スイッチＳＷ１を設けている。

また、組電池Ｅの正極とＮＰＮトランジスタＴｒ２のコレクタＣとを接続する第二並列ラインＭ２は負荷（携帯機器）ＲＬに対する出力ラインとなっている。そして、同出力ラインＭ２には、ＮＰＮトランジスタＴｒ２から見て組電池Ｅに近い側に第二スイッチＳＷ２が設けられ、また、ＮＰＮトランジスタＴｒ２から見て負荷ＲＬに近い側に第三スイッチＳＷ３が設けられている。

そして、第一スイッチＳＷ１とインダクタＬとの接続点Ｐ３と、組電池Ｅの正極とを相互に接続する接続ラインＭ３上に第四スイッチＳＷ４が設けられている。

上記の如く配置された４つの各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、ＣＰＵ（図５上は省略してあるが、実施形態１と同種のもの）５０によって、以下に説明する第一、第二の二種の制御パターンで開閉制御される構成となっている。

まず、第一の制御パターンでは、第一スイッチＳＷ１と第二スイッチＳＷ２の両スイッチはオン状態に制御され、第三スイッチＳＷ３と第四スイッチＳＷ４の両スイッチはオフ状態に制御される。この場合、回路の結線状態は図５に示す（ａ）となるから、本温度調整装置Ｕを実施形態１の場合と同様に組電池Ｅを加温する目的で使用することが出来る。

次に第二の制御パターンでは、第一の制御パターンとは反対に、第一スイッチＳＷ１と第二スイッチＳＷ２の両スイッチはオフ状態に制御され、第三スイッチＳＷ３と第四スイッチＳＷ４の両スイッチはオン状態に制御される。この場合、回路の結線状態は図５に示す（ｂ）となり、温度調整装置Ｕを電圧変換器（いわゆる昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ）として使用できる。

図６を参照して電圧変換器として使用する場合の回路動作を簡単に説明する。
図６の（ａ）に示すように、ＣＰＵ５０によりＮＰＮトランジスタＴｒ１をオン状態に制御すると、図６の（ａ）において一点鎖線で示す経路で、組電池Ｅから電流Ｉａが流れ、インダクタＬの作用により、この電流Ｉａは増加してゆく。このとき、インダクタＬにエネルギーが蓄えられる。

次に、ＣＰＵ５０により、ＮＰＮトランジスタＴｒ１をオン状態からオフ状態に切り替えると、図６の（ｂ）のように、インダクタＬ、ダイオードＤ２を通り負荷ＲＬへ電流Ｉｂが流れる。このとき、電流Ｉｂは減少してゆく。

すると、インダクタＬは電流の減少を打ち消すべく、図６の（ｂ）に示す極性で逆起電力を生じさせる。これにより、温度調整装置Ｕの出力電圧Ｖｏは組電池Ｅの電池電圧ＶＥよりもインダクタＬの逆起電力の大きさ分だけ昇圧される。

この動作を繰り返すことにより出力電圧Ｖｏに、組電池Ｅの電池電圧ＶＥより高い電圧を出力することが出来る。尚、負荷ＲＬと並列にコンデンサ等のフィルタ回路を設けて出力電圧Ｖｏを平滑化し使用することが一般的である。

また、上記動作をするとき、ＮＰＮトランジスタＴｒ２は常時オフ状態でなければならない。ただし、スイッチング素子の種類によってはダイオードＤ２に電流が流れる時のみオンさせる同期整流の動作を取ることも可能である。

このように本実施形態の温度調整装置Ｕであれば、組電池Ｅを加温する本来的な使用は無論のこと、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の簡単な切り替えで、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータとして使用することも可能となる。従って、携帯機器側に設けられる昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータを温度調整装置Ｕ側に取り込むことが可能となり、温度調整装置Ｕを含む携帯機器全体の回路構成を簡素化することが可能となる。

また、図７にて示すように、負荷ＲＬに替えて二次電池を接続してやれば昇圧型充電器（組電池Ｅが出力ラインＭ２に接続された二次電池を充電する）として使用することが出来る。

また負荷ＲＬに替えて充電用電源を接続してやれば、充電用電源から組電池Ｅにライン（本発明の「充電電流供給ライン」）Ｍ２を通じて充電電流の供給が可能となり、温度調整装置Ｕを降圧型充電器として使用することも可能である。尚、降圧型として使用する場合には、ＮＰＮトランジスタＴｒ１を常時オフ状態としておき、ＮＰＮトランジスタＴｒ２を選択的に開閉してやればよい。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）実施形態１では、電池群Ｅ１、Ｅ２を構成する単位二次電池の個数を同数（２個）としたが、図８に示すように両電池群Ｅ１、Ｅ２にて単位二次電池の個数を異ならせてもよく、また図９に示すように両電池群Ｅ１、Ｅ２とも単位二次電池の個数を単数にしてもよい。

（２）実施形態１では、本発明のスイッチング素子の一例としてＮＰＮ型のトランジスタを例示したが、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）による代用も可能である。

（３）実施形態１では、本発明の温度センサの一例としてサーミスタを例示したが、熱電対による代用も可能である。

（４）実施形態１、実施形態２では、本発明に係る温度調整装置Ｕを充電器側に設けた例を挙げたが、温度調整装置Ｕの設置場所は、充電器側に限定されるものではなく、携帯機器に内蔵することも可能である。このようにしておけば、外部電源不要のメリット、すなわち組電池Ｅそのものを電源とした上で、過充電／過放電を生じさせることなく組電池Ｅの加温動作を実行できる。

（５）実施形態１では、本発明に係る温度調整装置Ｕとして、組電池Ｅの電池温度に基づいて加温動作が自動的に実行される構成のものを例示したが、実施形態にて説明した加温動作がなんらかの形で実行されるものであれば本発明の適用範囲に含まれ、例えば、人の判断により加温動作を実行させる構成とすることも可能である。このような場合、図１０にて示すように、開始スイッチ１００を設け、人手によるスイッチ操作によりＣＰＵ５０に加温動作を開始させる構成としてやればよい。また、加温動作の停止は人手による停止操作によるものの他、タイマ１１０により加温動作時間を計時して一定時間加温動作が行われたら自動停止させる構成とすることが可能である。

実施形態１に適用された温度調整装置Ｕの回路構成を示す図 サーミスタの結線を示す図 温度調整装置Ｕの加温動作を示す図 両ＮＰＮトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の開閉タイミングを示すタイミングチャート図 実施形態２に適用された温度調整装置Ｕの回路構成を示す図 電圧変換原理を示す図 組電池の出力ラインに負荷に替えて二次電池／充電用の電源を接続した回路図 電池群の構成パターンを変えた使用例を示す図 同じく、電池群の構成パターンを変えた使用例を示す図 温度センサを廃止した場合の、温度調整装置の構成を示すブロック図

符号の説明

３０…充放電回路
３１…スイッチ回路
３２…スイッチ回路
４０…サーミスタ（本発明の「温度センサ」に相当）
５０…ＣＰＵ（本発明の「制御手段」に相当）
６０…メモリ
Ｄ１…逆方向ダイオード
Ｄ２…逆方向ダイオード
Ｅ…組電池
Ｅ１…第一電池群
Ｅ２…第二電池群
ＰＩ…入力ポート（本発明の「入力部」に相当）
Ｌ…インダクタ
Ｕ…温度調整装置
Ｔｒ１…ＮＰＮトランジスタ（本発明の「スイッチング素子」に相当）
Ｔｒ２…ＮＰＮトランジスタ（本発明の「スイッチング素子」に相当）

Claims (6)

1. 単数、或いは複数の単位二次電池よりなる電池群を一対、直列的に接続してなる組電池の各電池群に対して１対１の対応関係で設けられ、互いに直列的に接続された一対のスイッチング素子と、
   前記電池群同士の中間接続点と前記スイッチング素子同士の中間接続点を相互に接続するライン上に設けられるインダクタと、
   前記各スイッチング素子に対して並列的に設けられ、かつカソードを前記電池群の正極に接続し、アノードを前記電池群の負極に接続された一対の逆方向ダイオードと、
   前記スイッチング素子を開閉制御する制御手段と、を備えてなる温度調整装置を用いて、以下（ａ）〜（ｄ）の各ステップを少なくとも含む加温動作を実行させ、前記組電池を加温させることを特徴とする温度調整方法。
   （ａ）前記制御手段により、一方のスイッチング素子をオン状態、他方のスイッチング素子をオフ状態に制御して、オンした一方側のスイッチング素子に対応する電池群より放電電流を流し、インダクタに磁気エネルギーを蓄積させるステップ。
   （ｂ）オン状態にあった上記一方側のスイッチング素子をオフ状態に切り替えて、（ａ）のステップにてインダクタに蓄積した磁気エネルギーを、逆方向ダイオードを通じて放出させ他方側の電池群を充電させるステップ。
   （ｃ）前記制御手段により、一方のスイッチング素子をオフ状態、他方のスイッチング素子をオン状態に制御して、（ｂ）のステップにて充電された電池群より放電電流を流し、インダクタに磁気エネルギーを蓄積させるステップ。
   （ｄ）オン状態にあった他方側のスイッチング素子をオフ状態に切り替えて、（ｃ）のステップにてインダクタに蓄積した磁気エネルギーを、逆方向ダイオードを通じて放出させ（ａ）のステップにて放電した一方側の電池群を充電させるステップ。
2. 前記組電池を構成する単位二次電池の電池温度が第一設定温度以下となることを条件に前記加温動作を開始させ、
   前記単位二次電池の電池温度が第一設定温度より高い第二設定温度以上となることを条件に、前記加温動作を停止させることを特徴とする請求項１に記載の温度調整方法。
3. 単数、或いは複数の単位二次電池よりなる電池群を一対、直列的に接続してなる組電池の温度調整装置であって、
   各電池群に対して１対１の対応関係で設けられ、互いに直列的に接続された一対のスイッチング素子と、
   前記電池群同士の中間接続点と前記スイッチング素子同士の中間接続点を相互に接続するライン上に設けられるインダクタと、
   前記各スイッチング素子に対して並列的に設けられ、かつカソードを前記電池群の正極に接続し、アノードを前記電池群の負極に接続された一対の逆方向ダイオードと、
   前記スイッチング素子を開閉制御して各電池群を選択的に充放電させることにより前記組電池の電池温度を一定温度以上に調整する加温動作を実行する制御手段と、を備えてなることを特徴とする組電池の温度調整装置。
4. 前記組電池を構成する単位二次電池の電池温度を検出する温度センサを備えてなると共に、
   前記制御手段は前記温度センサの出力に基づいて前記単位二次電池の電池温度を検出し、
   検出した電池温度が第一設定温度以下となることを条件に前記加温動作を開始させ、
   検出した電池温度が第一設定温度より高い第二設定温度以上となることを条件に、前記加温動作を停止させることを特徴とする請求項３に記載の組電池の温度調整装置。
5. 前記組電池の負極と前記スイッチング素子を接続するラインを第一並列ラインと定義し、前記組電池の正極と前記スイッチング素子を接続するラインを第二並列ラインと定義し、前記電池群同士の中間接続点と前記スイッチング素子同士の中間接続点を相互に接続する前記ラインを中間並列ラインと定義すると共に、
   前記第二並列ラインが、前記組電池より電力の供給を受ける負荷への出力ラインとなるものにおいて、
   前記中間並列ライン上において、前記インダクタと直列的、かつ前記インダクタよりも前記組電池に近い位置に設置される第一スイッチと、
   前記第二並列ライン上において、前記スイッチング素子から見て前記組電池に近い側に位置に設置される第二スイッチと、
   前記第二並列ライン上において、前記スイッチング素子から見て前記負荷に近い側に設置される第三スイッチと、
   前記第一スイッチと前記インダクタとの接続点と前記組電池の正極とを相互に接続する接続ライン上に設けられる第四スイッチとを備え、かつ、
   前記第一スイッチと前記第二スイッチをいずれもオン状態に制御し、前記第三スイッチと前記第四スイッチをいずれもオフ状態に制御する第一の制御パターンと、
   前記第一スイッチと前記第二スイッチをいずれもオフ状態に制御し、前記第三スイッチと前記第四スイッチをいずれもオン状態に制御する第二の制御パターンと、に前記各スイッチの開閉状態を切り替え制御可能としたことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の組電池の温度調整装置。
6. 前記組電池の負極と前記スイッチング素子を接続するラインを第一並列ラインと定義し、前記組電池の正極と前記スイッチング素子を接続するラインを第二並列ラインと定義し、前記電池群同士の中間接続点と前記スイッチング素子同士の中間接続点を相互に接続する前記ラインを中間並列ラインと定義すると共に、
   前記第二並列ラインが、前記組電池を充電させる充電用電源の充電電流供給ラインとなるものにおいて、
   前記中間並列ライン上において、前記インダクタと直列的、かつ前記インダクタよりも前記組電池に近い位置に設置される第一スイッチと、
   前記第二並列ライン上において、前記スイッチング素子から見て前記組電池に近い側に位置に設置される第二スイッチと、
   前記第二並列ライン上において、前記スイッチング素子から見て前記充電用電源に近い側に設置される第三スイッチと、
   前記第一スイッチと前記インダクタとの接続点と前記組電池の正極とを相互に接続する接続ライン上に設けられる第四スイッチとを備え、かつ、
   前記第一スイッチと前記第二スイッチをいずれもオン状態に制御し、前記第三スイッチと前記第四スイッチをいずれもオフ状態に制御する第一の制御パターンと、
   前記第一スイッチと前記第二スイッチをいずれもオフ状態に制御し、前記第三スイッチと前記第四スイッチをいずれもオン状態に制御する第二の制御パターンと、に前記各スイッチの開閉状態を切り替え制御可能としたことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の組電池の温度調整装置。

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