JP2010045963A - 電池回路、及び電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】複数の二次電池における各端子電圧のバラツキ低減を、簡素な回路を用いて行うことができる電池回路、及び電池パックを提供する。
【解決手段】複数の二次電池２ａ，２ｂ，２ｃと、二次電池２ａ，２ｂ，２ｃとそれぞれ並列に、かつ二次電池２ａ，２ｂ，２ｃの端子電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃに対して逆方向になるように接続された定電圧ダイオード３ａ，３ｂ，３ｃとを備え、定電圧ダイオード３ａ，３ｂ，３ｃのツェナー電圧が互いに等しくなるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の二次電池を用いた電池回路、及び電池パックに関する。

複数の素電池が組み合わされた組電池を充電する場合、各素電池における充電の進行の程度及び劣化の程度が異なって、電池電圧や内部抵抗などの電池特性が各素電池間でばらついてしまう場合が少なくない。

このような素電池間の電圧のばらつきを修正するために、各素電池の電圧を均等化する装置が考えられている（例えば、特許文献１参照。）。各素電池の電圧を均等化するための回路構成としては種々のものが考えられるが、特許文献１に記載されているように、直列接続された抵抗とスイッチとの対を各素電池と並列に接続する回路構成をとるものがよく知られている。

素電池と並列に接続する抵抗及びスイッチの対の使用形態としては、特許文献１に記載のように、各素電池間のばらつきが大きくなったときに、電圧の高い素電池について、スイッチを閉じて、抵抗及びスイッチの対を通して充電電流をバイパスさせると共にその素電池を放電させる、という手法が考えられている。

又、各素電池の電圧をより高精度に均等化する手法としては、各素電池の電圧や電流等の測定情報からマイクロプロセッサが各素電池の充電状態を常時監視して、各スイッチの開閉を細かく制御することで、各素電池の電圧のばらつきが大きくならないようにする技術も考えられている。

特開平１０−０５０３５２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、素電池ごとに電圧計測回路が必要となるため回路規模が増大し、また、各素電池を均等化させるための放電制御が複雑になるという不都合があった。

本発明の目的は、複数の二次電池における各端子電圧のバラツキ低減を、簡素な回路を用いて行うことができる電池回路、及び電池パックを提供することである。

本発明に係る電池回路は、複数の二次電池と、前記各二次電池とそれぞれ並列に、かつ各二次電池の端子電圧に対して逆方向になるように接続された定電圧ダイオードとを備え、前記各定電圧ダイオードのツェナー電圧が互いに等しい。

この構成によれば、各二次電池に充電電流が供給されて、各二次電池の端子電圧がそれぞれ並列接続された定電圧ダイオードのツェナー電圧を超えると、当該定電圧ダイオードがオンしてその二次電池の充電電流をバイパスする。その結果、当該二次電池がそれ以上充電されなくなって、端子電圧がツェナー電圧に維持される。そうすると、最終的にはすべての二次電池の端子電圧が、各二次電池と並列接続された定電圧ダイオードのツェナー電圧に等しくなる。ここで、各定電圧ダイオードのツェナー電圧は互いに等しいので、すべての二次電池の端子電圧が、略等しくなる結果、複数の二次電池における各端子電圧のバラツキを低減することができる。この場合、背景技術のように、各二次電池にそれぞれ電圧計測回路を設ける必要がないので、回路を簡素化することが容易である。

また、前記ツェナー電圧は、前記二次電池の満充電電圧であることが好ましい。

この構成によれば、各二次電池が充電されると、最終的に各二次電池の端子電圧は、略満充電電圧まで充電された状態で互いに略等しくなり、それ以上充電されなくなる。その結果、各二次電池を略満充電状態にしつつ、各端子電圧のバラツキを低減することができる。

また、前記各定電圧ダイオードを並列接続された各二次電池から切り離すためのスイッチング素子をさらに備えることが好ましい。

二次電池の端子電圧には、二次電池の起電力と、二次電池の内部抵抗に充電電流が流れて生じる電圧降下とが含まれる。そのため、二次電池の端子電圧が満充電電圧に達しても、二次電池はまだ満充電になっていない場合がある。この構成によれば、このような場合にスイッチング素子によって、定電圧ダイオードを二次電池から切り離してさらに二次電池を充電して満充電にすることが可能となる。

また、前記複数の二次電池から構成される組電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部によって検出された端子電圧が、前記複数の二次電池が全て満充電電圧になったときに前記組電池の端子電圧として得られる電圧として予め設定された基準電圧を超えたとき、前記スイッチング素子をオフさせる制御部とをさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、複数の二次電池が全て満充電電圧になって、すなわち各二次電池の端子電圧が略等しくなったとき、スイッチング素子がオフされて定電圧ダイオードが二次電池から切り離されるので、各二次電池の端子電圧が満充電電圧に達していながらまだ満充電になっていない場合であっても、さらに満充電になるまで各二次電池を充電することが可能となる。

また、前記各二次電池には、前記定電圧ダイオードと抵抗との直列回路が、それぞれ並列に接続されていることが好ましい。

この構成によれば、定電圧ダイオードがオンした場合であっても、定電圧ダイオードに流れる電流が抵抗によって制限されるので、定電圧ダイオードに過電流が流れて劣化するおそれが低減される。

また、前記各定電圧ダイオードの定格電流値以下の電流値に予め設定された定電流で、前記各二次電池の充電電流を供給する定電流回路をさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、定電流回路から供給される充電電流は、各定電圧ダイオードの定格電流値以下であるので、定電圧ダイオードがオンしても、定電圧ダイオードに流れる電流は定格電流値以下となる。その結果、定電圧ダイオードに過電流が流れて定電圧ダイオードが劣化するおそれが低減される。

また、本発明に係る電池パックは、上述の電池回路と、前記複数の二次電池から構成される組電池と接続された接続端子とを備える。

この構成によれば、電池パックが備える複数の二次電池における各端子電圧のバラツキ低減を、簡素な回路を用いて行うことができる。

前記ツェナー電圧は、前記二次電池のＳＯＣ（State Of Charge）が略６０％になったときの端子電圧に相当する電圧であることが好ましい。

この構成によれば、例えばＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）のように充電や放電が不規則かつ頻繁に切り替わり行われる機器において、最終的に各二次電池の端子電圧は、所望のＳＯＣである６０％まで充電された状態で互いに略等しくなり、それ以上充電されなくなる。その結果、各二次電池のＳＯＣの上限を、所望のＳＯＣにしつつ、各端子電圧のバラツキを低減することができる。ＨＥＶのように不規則かつ頻繁に充電や放電が行われる機器においては、ＳＯＣを４０％以上６０％以下に制御するのが好ましく、ＳＯＣの上限を６０％以下にできる構成は、このような機器に用いると、ＳＯＣの上限の制御を別途行う必要がなく、ＳＯＣの制御を簡素化することが容易である。

また、前記二次電池は、ＳＯＣが変化した場合における、単位ＳＯＣあたりの端子電圧の変化量である電圧勾配が、ＳＯＣが１０％〜９０％の範囲における平均値よりも、ＳＯＣが略６０％であるときを含むＳＯＣの一部の範囲において、大きくなることが好ましい。

この構成によれば、ツェナー電圧のばらつきがあっても、端子電圧がツェナー電圧を含むＳＯＣの範囲で、前記電圧勾配が大きいため二次電池のＳＯＣばらつきを低減しやすくなる。

また、前記二次電池は、正極材料にＬｉＭｎ_２Ｏ_４を含むリチウムイオン二次電池であることが好ましい。

正極材料にＬｉＭｎ_２Ｏ_４を含むリチウムイオン二次電池は、電圧勾配が、ＳＯＣが１０％〜９０％の範囲における平均値よりも、ＳＯＣが略６０％であるときを含むＳＯＣの一部の範囲において、大きいから、前記二次電池として好適である。

このような構成の電池回路及び電池パックは、各二次電池に充電電流が供給されて、各二次電池の端子電圧がそれぞれ並列接続された定電圧ダイオードのツェナー電圧を超えると、当該定電圧ダイオードがオンしてその二次電池の充電電流をバイパスする。その結果、当該二次電池がそれ以上充電されなくなって、端子電圧がツェナー電圧に維持される。そうすると、最終的にはすべての二次電池の端子電圧が、各二次電池と並列接続された定電圧ダイオードのツェナー電圧に等しくなる。ここで、各定電圧ダイオードのツェナー電圧は互いに等しいので、すべての二次電池の端子電圧が、略等しくなる結果、複数の二次電池における各端子電圧のバラツキを低減することができる。この場合、背景技術のように、各二次電池にそれぞれ電圧計測回路を設ける必要がないので、回路を簡素化することが容易である。

本発明の一実施形態に係る電池回路を備えた電池パックの構成の一例を示す回路図である。 初期ＳＯＣが異なる二次電池を充電した際の、二次電池の端子電圧の上昇を表すグラフである。 本発明の一実施形態に係る電池回路を備えた電池パックの他の一例を示す回路図である。 本発明の一実施形態に係る電池回路を備えた電池パックの他の一例を示す回路図である。 本発明の一実施形態に係る電池回路を備えた電池パックの他の一例を示す回路図である。 ＳＯＣに対する電圧勾配が大きいときに、定電圧ダイオードのツェナー電圧のばらつきに対して、二次電池におけるＳＯＣの上限値のばらつきが小さくなることを説明するためのグラフである。 正極材料にＬｉＭｎ_２Ｏ_４を含むリチウムイオン二次電池の、ＳＯＣと端子電圧との関係を示すグラフである。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図１は、本発明の一実施形態に係る電池回路を備えた電池パックの構成の一例を示す回路図である。図１に示す電池パック１は、二次電池２ａ，２ｂ，２ｃ、定電圧ダイオード３ａ，３ｂ，３ｃ、スイッチング素子４ａ，４ｂ，４ｃ、コンパレータＣＰ、基準電圧源１５、及び接続端子１１，１２を備えて構成されている。

この場合、電池パック１における接続端子１１，１２以外の部分によって、電池回路１０が構成されている。なお、電池回路１０は、電池パックに内蔵される例に限らない。例えば、電池回路１０は、携帯型パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、携帯電話機、電気自動車、ハイブリットカー等、種々の電池駆動機器や、発電装置の負荷を二次電池によって平準化する電源システム等に用いられてもよい。

また、電池回路１０は、例えば二次電池を充電する発電装置等の充電装置に内蔵されていてもよい。また、電池回路１０は、接続端子１１，１２を含んで構成されていてもよい。また、充電装置は、太陽光発電装置、風力発電装置、電動車輌における電力回生装置等であってもよく、特に限定されない。

二次電池２ａ，２ｂ，２ｃは、直列に接続されて、組電池２１を構成している。ここで二次電池２ａ，２ｂ，２ｃは、例えばＮｉ−ＭＨ（ニッケル水素）電池やＬｉ−ｉｏｎ（リチウムイオン）電池等、ニ次電池の素電池である。そして、組電池２１の両端が、接続端子１１，１２に接続されている。

なお、二次電池２ａ，２ｂ，２ｃは、必ずしも素電池に限らない。二次電池２ａ，２ｂ，２ｃのそれぞれが、複数の素電池が組み合わされた組電池として構成されていてもよい。

そして、接続端子１１，１２には、電池パック１の外部に設けられた充電装置５が接続されている。なお、充電装置５（充電回路）と電池回路１０とが別体にされている例に限らない。例えば、組電池２１を充電する充電回路を含んで電池回路１０が構成されていてもよい。また、接続端子１１，１２は、電池パック１と充電装置５、あるいは電池パック１と図略の負荷装置とを電気的に接続するものであればよく、例えば電極やコネクタ、端子台等で構成されていてもよい。あるいは、例えば電池回路１０が電池駆動機器や充電装置に内蔵されている場合等、充電回路や負荷回路と一体に構成されている場合、電池回路１０は、ランドやパッド等の配線パターンで構成された接続端子１１，１２を含んで構成されていてもよい。

定電圧ダイオード３ａ，３ｂ，３ｃは、ツェナー電圧以上の電圧が逆方向に印加されると、逆方向に電流を流す。定電圧ダイオード３ａ，３ｂ，３ｃのツェナー電圧としては、二次電池２ａ，２ｂ，２ｃの満充電電圧が設定されている。例えば二次電池２ａ，２ｂ，２ｃがリチウムイオン二次電池の場合、ツェナー電圧は４．２Ｖに設定されている。

スイッチング素子４ａ，４ｂ，４ｃは、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor）等、制御信号に応じて開閉可能なスイッチング素子を用いることができる。スイッチング素子４ａ，４ｂ，４ｃは、コンパレータＣＰの出力信号に応じて、オン、オフされるようになっている。

定電圧ダイオード３ａとスイッチング素子４ａとの直列回路は、二次電池２ａと並列に接続され、定電圧ダイオード３ｂとスイッチング素子４ｂとの直列回路は、二次電池２ｂと並列に接続され、定電圧ダイオード３ｃとスイッチング素子４ｃとの直列回路は、二次電池２ｃと並列に接続されている。

なお、スイッチング素子４ａ，４ｂ，４ｃを備えず、定電圧ダイオード３ａと二次電池２ａとが並列に接続され、定電圧ダイオード３ｂと二次電池２ｂとが並列に接続され、定電圧ダイオード３ｃと二次電池２ｃとが並列に接続される構成としてもよい。

基準電圧源１５は、二次電池２ａ，２ｂ，２ｃが全て満充電電圧になったときに組電池２１の端子電圧として得られる電圧である基準電圧Ｖｒｅｆを生成する定電圧回路である。二次電池２ａ，２ｂ，２ｃの満充電電圧を、例えば４．２Ｖとすると、組電池２１の端子電圧、すなわち接続端子１１，１２間の電圧は、４．２Ｖに直列セル数を乗じた値となるから、１２．６Ｖとなる。従って、基準電圧Ｖｒｅｆは、１２．６Ｖに設定されている。

コンパレータＣＰは、組電池２１の端子電圧と、基準電圧源１５から出力される基準電圧Ｖｒｅｆとを比較する。そして、組電池２１の端子電圧が、基準電圧源１５から出力される基準電圧Ｖｒｅｆに満たないとき、コンパレータＣＰは、スイッチング素子４ａ，４ｂ，４ｃをオンさせる。一方、組電池２１の端子電圧が、基準電圧源１５から出力される基準電圧Ｖｒｅｆ以上になったとき、すなわち二次電池２ａ，２ｂ，２ｃの端子電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃがすべて満充電電圧（４．２Ｖ）になって、端子電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃのバラツキが解消したとき、コンパレータＣＰは、スイッチング素子４ａ，４ｂ，４ｃをオフさせて、定電圧ダイオード３ａ，３ｂ，３ｃを二次電池２ａ，２ｂ，２ｃから切り離す。

この場合、コンパレータＣＰが、請求項における電圧検出部、及び制御部の一例に相当している。なお、コンパレータＣＰ及び基準電圧源１５の代わりに、例えばアナログデジタルコンバータによって構成された電圧検出部と、アナログデジタルコンバータから出力された組電池２１の端子電圧の電圧値を基準電圧Ｖｒｅｆと比較し、当該電圧値が基準電圧Ｖｒｅｆ以上になったとき、スイッチング素子４ａ，４ｂ，４ｃをオフさせるマイクロコンピュータとを備えるようにしてもよい。

なお、コンパレータＣＰ、基準電圧源１５、及びスイッチング素子４ａ，４ｂ，４ｃを備えない構成としてもよい。

充電装置５は、例えば、接続端子１１，１２を介して組電池２１へ、予め設定された一定の電流を供給することで、定電流充電を行うようにされている。また、充電装置５による定電流充電の電流値Ｉｃｃは、定電圧ダイオード３ａ，３ｂ，３ｃにおける逆方向電流の定格電流値以下に設定されている。

次に、上述のように構成された電池パック１の動作について、説明する。二次電池２ａ，２ｂ，２ｃに充電されている電荷量は、個体の特性ばらつきや、長期間の運用により、ばらつくことがある。そこで、電池パック１において、二次電池２ａ，２ｂ，２ｃに充電されている電荷量のばらつきを低減する方法を以下に記載する。

図２は、二次電池２ａ、２ｂ、２ｃを充電した際の、二次電池２ａ、２ｂ、２ｃの端子電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃの上昇を表すグラフである。以下、各二次電池に充電されている電荷量を、ＳＯＣ（State Of Charge）で表記する。ここで、二次電池２ａ、２ｂ、２ｃの初期（タイミングＴ１）におけるＳＯＣが、８０％、７０％、６０％であるとする。

この電池パック１に対して、充電装置５から、電流値Ｉｃｃの定電流を供給して定電流充電を実行する。そうすると、充電に伴い二次電池２ａ、２ｂ、２ｃのＳＯＣがそれぞれ増大し、端子電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃが徐々に上昇する。そして、初期ＳＯＣが最も大きい二次電池２ａのＳＯＣが、最初に１００％に到達し、端子電圧Ｖａが満充電電圧である４．２Ｖとなる（タイミングＴ２）。

タイミングＴ２において、二次電池２ａ、２ｂ、２ｃのＳＯＣは、例えば、１００％、９０％、８０％となる。

さらに充電を継続すると、端子電圧Ｖａが定電圧ダイオード３ａのツェナー電圧を超えて、定電圧ダイオード３ａがオンする。そうすると、充電装置５から供給された充電電流は、定電圧ダイオード３ａを流れて二次電池２ａをバイパスするので、二次電池２ａはこれ以上充電されることなくＳＯＣが１００％のまま維持される。

このとき、端子電圧Ｖｂ，Ｖｃはまだ定電圧ダイオード３ｂ，３ｃのツェナー電圧に達していないから、定電圧ダイオード３ｂ，３ｃはオンしていない。従って、二次電池２ｂ、２ｃはさらに充電されてＳＯＣがそれぞれ増大し、端子電圧Ｖｂ，Ｖｃが徐々に上昇する。

そして、二次電池２ａの次に初期ＳＯＣが大きい二次電池２ｂのＳＯＣが、１００％に到達し、端子電圧Ｖｂが満充電電圧である４．２Ｖとなる（タイミングＴ３）。タイミングＴ３において、二次電池２ａ、２ｂ、２ｃのＳＯＣは、例えば、１００％、１００％、９０％となる。

さらに充電を継続すると、二次電池２ａ，２ｂ，２ｃのＳＯＣが、すべて１００％に揃う結果、二次電池２ａ，２ｂ，２ｃにおける端子電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃのバラツキが低減される（タイミングＴ４）。

以上のように、図１に記載の電池回路１０を用いた電池パック１によれば、特許文献１に記載の技術のように素電池毎に電圧計測回路を設ける必要がなく、特許文献１に記載の技術よりも簡素な回路を用いて複数の二次電池における各端子電圧のバラツキを低減することができる。また、定電圧ダイオード３ａ，３ｂ，３ｃが自律的に適宜オンすることにより、自動的に各端子電圧のバラツキが低減されるので、バラツキ低減のための放電制御を行う必要がない。

また、充電装置５から供給される定電流充電の電流値Ｉｃｃは、定電圧ダイオード３ａ，３ｂ，３ｃにおける逆方向電流の定格電流値以下に設定されているので、定電圧ダイオード３ａ，３ｂ，３ｃがオンしても、定電圧ダイオード３ａ，３ｂ，３ｃの定格電流を超える電流が流れることがないので、定電圧ダイオード３ａ，３ｂ，３ｃの劣化や損傷が防止される。

さらに、電池パック１は、二次電池２ａ，２ｂ，２ｃの内部抵抗が大きい場合に、充電時に充電電流による内部抵抗で生じる電圧降下分の充電を行えるように、スイッチング素子４ａ、４ｂ、４ｃを備えている。例えば、二次電池２ａ，２ｂ，２ｃの内部抵抗を０．２Ωとし、５００ｍＡの充電電流で充電した場合、０．１Ｖの電圧降下が発生する。そうすると、充電中は二次電池２ａ，２ｂ，２ｃの端子電圧が満充電電圧である４．２Ｖに達しているにも関わらず、充電を停止させると、電圧降下分の電圧が下がって、４．１Ｖになる。すなわち、まだ満充電になっていない。

ここで、端子電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃがすべて満充電電圧に達したタイミングＴ４において、組電池２１の端子電圧は基準電圧Ｖｒｅｆに等しくなるから、コンパレータＣＰによって、スイッチング素子４ａ，４ｂ，４ｃがオフされる。そうすると、二次電池２ａ，２ｂ，２ｃのＳＯＣを揃えた状態で、さらに充電電流が二次電池２ａ，２ｂ，２ｃの内部抵抗を流れることで生じていた電圧降下分に相当する充電を行って、二次電池２ａ，２ｂ，２ｃの開放電圧（ＯＣＶ）が満充電電圧（４．２Ｖ）になるまで、すなわち真の満充電になるまで充電することが可能となる。

なお、図１においては、二次電池が３個直列の場合について記載したが、直列の個数については３個に限らない。また、二次電池が直列に接続された例について説明したが、各二次電池の接続方法には限定されず、例えば各二次電池が並列接続されていてもよく、直列と並列とが組み合わされて接続されていてもよい。

例えば図３に示すように、図１に示す電池回路１０からコンパレータＣＰと基準電圧源１５とを除いた電池回路１０’を複数並列接続することで、電池回路１０ａを構成し、これを含む電池パック１ａを構成してもよい。この場合、コンパレータＣＰ及び基準電圧源１５は、電池パック１ａに一組備えればよい。

また、例えば図４に示すように、二次電池２ａ，２ｂ，２ｃを、それぞれ複数の素電池Ｅを組み合わせることにより、例えば並列接続することにより、構成してもよい。

また、図５に示す電池回路１０ｂを備えた電池パック１ｂのように、定電圧ダイオード３ａと制限抵抗６ａとスイッチング素子４ａとの直列回路が二次電池２ａと並列に接続され、定電圧ダイオード３ｂと制限抵抗６ｂとスイッチング素子４ｂとの直列回路が二次電池２ｂと並列に接続され、定電圧ダイオード３ｃと制限抵抗６ｃとスイッチング素子４ｃとの直列回路が二次電池２ｃと並列に接続される構成としてもよい。

この構成によれば、定電圧ダイオード３ａ，３ｂ，３ｃがオンした場合であっても、制限抵抗６ａ，６ｂ，６ｃによって定電圧ダイオード３ａ，３ｂ，３ｃに流れる電流が制限されるので、例えば充電装置５の代わりに定電圧充電用の充電装置７を用いることができる。このように、制限抵抗６ａ，６ｂ，６ｃを備えることで、充電方式の自由度を増大させることができる。

以上、定電圧ダイオード３ａ，３ｂ，３ｃのツェナー電圧としては、二次電池２ａ，２ｂ，２ｃの満充電電圧が設定されている例で説明したが、上述の定電圧ダイオード３ａ，３ｂ，３ｃのツェナー電圧として二次電池２ａ，２ｂ，２ｃのＳＯＣが略６０％になったときの端子電圧に相当する電圧を設定するようにしてもよい。

これにより、二次電池２ａ，２ｂ，２ｃのＳＯＣの上限値は、定電圧ダイオード３ａ，３ｂ，３ｃによって、６０％以下に制限される。図６はＳＯＣに対する電圧勾配が大きいときに、定電圧ダイオード３ａ，３ｂ，３ｃのツェナー電圧のばらつきＶＺＤに対して、二次電池２ａ，２ｂ，２ｃにおけるＳＯＣの上限値のばらつきが小さくなることを表すグラフである。

図６では、ＳＯＣに対する電圧勾配が大きい二次電池をＡ、小さい二次電池をＢとする。またツェナー電圧は両二次電池Ａ、ＢのＳＯＣが等しくなる電圧であるＶＺＡ、ＶＺＢにそれぞれ設定し、その電圧ばらつきをともにＶＺＤとする。図６からわかるように、ＳＯＣＢ１−ＳＯＣＢ２＞ＳＯＣＡ１−ＳＯＣＡ２となる。この式の左辺は二次電池ＢのＳＯＣ上限の制御ばらつきを表し、右辺は二次電池ＡのＳＯＣ上限の制御ばらつきを表す。すなわち、ＳＯＣに対する電圧勾配が大きい二次電池の方がツェナー電圧のばらつきに対するＳＯＣ上限の制御ばらつきが小さくなることがわかる。

図７は、正極材料にＬｉＭｎ_２Ｏ_４を含むリチウムイオン二次電池の、ＳＯＣと端子電圧との関係を示すグラフである。横軸はＳＯＣ、縦軸は電池電圧を表している。このグラフから、二次電池２ａ，２ｂ，２ｃとして正極材料にＬｉＭｎ_２Ｏ_４を含むリチウムイオン電池は、ＳＯＣが５０％以上６０％以下の範囲で、ＳＯＣが変化した場合における、単位ＳＯＣあたりの端子電圧の変化量である電圧勾配、すなわちグラフの傾きが大きいため、定電圧ダイオード３ａ，３ｂ，３ｃのツェナー電圧電池のばらつきに対して、ＳＯＣ上限の制御ばらつきを抑制することができることがわかる。

ＨＥＶのように充電や放電が不規則かつ頻繁に切り替わり行われる機器においては、ＳＯＣを、５０％を含む４０％以上６０％以下に制御するのが好ましいが、例えば正極材料にＬｉＭｎ_２Ｏ_４を含むリチウムイオン二次電池のように、電圧勾配が極端に大きくなるＳＯＣが、１０％未満の範囲と９０％を超える範囲とを除いた、１０％〜９０％の範囲における平均値よりも、ＳＯＣが略６０％であるときを含むＳＯＣの一部の範囲において、電圧勾配が大きくなる二次電池を、二次電池２ａ，２ｂ，２ｃとして用いることで、ＳＯＣを６０％以下の範囲に制限する制御ばらつきを低減することができる。

本発明に係る電池回路、及び電池パックは、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、携帯電話機等の電子機器、電気自動車やハイブリッドカー等の車両、太陽電池や発電装置と二次電池とを組み合わされた電源システム等の電池搭載装置、システムにおいて、好適に利用することができる。

１，１ａ，１ｂ 電池パック
２ａ，２ｂ，２ｃ 二次電池
３ａ，３ｂ，３ｃ 定電圧ダイオード
４ａ，４ｂ，４ｃ スイッチング素子
５，７ 充電装置
６ａ，６ｂ，６ｃ 制限抵抗
１０，１０ａ，１０ｂ 電池回路
１１，１２ 接続端子
１５ 基準電圧源
２１ 組電池
ＣＰ コンパレータ
Ｅ 素電池

Claims (10)

1. 複数の二次電池と、
   前記各二次電池とそれぞれ並列に、かつ各二次電池の端子電圧に対して逆方向になるように接続された定電圧ダイオードとを備え、
   前記各定電圧ダイオードのツェナー電圧が互いに等しいこと
   を特徴とする電池回路。
2. 前記ツェナー電圧は、
   前記二次電池の満充電電圧であること
   を特徴とする請求項１記載の電池回路。
3. 前記各定電圧ダイオードを並列接続された各二次電池から切り離すためのスイッチング素子をさらに備えること
   を特徴とする請求項２記載の電池回路。
4. 前記複数の二次電池から構成される組電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、
   前記電圧検出部によって検出された端子電圧が、前記複数の二次電池が全て満充電電圧になったときに前記組電池の端子電圧として得られる電圧として予め設定された基準電圧以上になったとき、前記スイッチング素子をオフさせる制御部とをさらに備えること
   を特徴とする請求項３記載の電池回路。
5. 前記各二次電池には、
   前記定電圧ダイオードと抵抗との直列回路が、それぞれ並列に接続されていること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池回路。
6. 前記各定電圧ダイオードの定格電流値以下の電流値に予め設定された定電流で、前記各二次電池の充電電流を供給する定電流回路をさらに備えること
   を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電池回路。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の電池回路と、
   前記複数の二次電池から構成される組電池と接続された接続端子と
   を備えることを特徴とする電池パック。
8. 前記ツェナー電圧は、
   前記二次電池のＳＯＣが略６０％になったときの端子電圧に相当する電圧であること
   を特徴とする請求項１記載の電池回路。
9. 前記二次電池は、
   ＳＯＣが変化した場合における、単位ＳＯＣあたりの端子電圧の変化量である電圧勾配が、ＳＯＣが１０％〜９０％の範囲における平均値よりも、ＳＯＣが略６０％であるときを含むＳＯＣの一部の範囲において、大きくなること
   を特徴とする請求項８記載の電池回路。
10. 前記二次電池は、
    正極材料にＬｉＭｎ_２Ｏ_４を含むリチウムイオン二次電池であること
    を特徴とする請求項９記載の電池回路。

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