JP2015136209A

JP2015136209A - 蓄電電圧比較検出回路、蓄電電圧調整回路、及び電池パック

Info

Publication number: JP2015136209A
Application number: JP2014005870A
Authority: JP
Inventors: 周史山本; Shuji Yamamoto; 晃中村; Akira Nakamura
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2014-01-16
Filing date: 2014-01-16
Publication date: 2015-07-27

Abstract

【課題】
部品点数削減することで回路を簡素化する蓄電電圧比較検出回路が提供される。
【解決手段】
直列に接続された複数の蓄電手段ＢＡＴ１〜ＢＡＴｎと接続される蓄電電圧比較検出回路１３０であって、
前記複数の蓄電手段の正極と負極の間に並列に接続される複数の検知抵抗Ｒｄ２〜Ｒｄｎと、
前記複数の検知抵抗と直列に接続可能に、前記複数の蓄電手段に対応する複数のトランジスタＱ１〜Ｑｎと、
一端が前記トランジスタと直列に接続され他端が接地端子と直列に接続される、前記蓄電手段と同数の複数の基準抵抗Ｒｒ１〜Ｒｒｎと、
前記トランジスタと前記基準抵抗の間の複数の接続点から入力される電圧における最小電圧又は最大電圧を出力する比較器２０と、
を有する、蓄電電圧比較検出回路、を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、充放電可能な複数の蓄電手段の電圧を比較、検出する蓄電電圧比較検出回路、蓄電電圧調整回路、及び電池パックに関する。

従来、複数の二次電池（セル）を直列接続した組電池の蓄電電圧を検出する際、隣同士のそれぞれのセルの電圧差を、電池と同じ数配置された個々の比較器で検出していた。

例えば、特許文献１では、隣同士の二次電池の電圧差を測る際、二次電池と同じ数の比較器を配置して比較結果によりどの電位差が一番小さいかそれぞれ計算していた。（例えば、特許文献１参照）。

しかし、上記構成だと、複数の二次電池それぞれの電位差を隣の二次電池と比較、加算して求めるため、キャパシタと比較器が二次電池と同じ個数必要になり、回路が複雑化し、回路規模が大きくなってしまった。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、上記課題を解決するように、一つの案では、部品点数を削減することで回路を簡素化する蓄電電圧比較検出回路の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、一つの案では、
直列に接続された複数の蓄電手段と接続される蓄電電圧比較検出回路は、
前記複数の蓄電手段の正極と負極の間に並列に接続される複数の検知抵抗と、
前記複数の検知抵抗と直列に接続可能に、前記複数の蓄電手段に対応する複数のトランジスタと、
一端が前記トランジスタと直列に接続され他端が接地端子と接続される、前記蓄電手段と同数の複数の基準抵抗と、
前記トランジスタと前記基準抵抗の間の複数の接続点から入力される電圧における最小電圧又は最大電圧を出力する比較器と、を有する。

一態様によれば、部品点数を削減することで回路を簡素化する、蓄電電圧比較検出回路の提供を目的とする。

本発明の実施形態に係る蓄電電圧比較検出回路の回路図である。図１の蓄電電圧比較検出回路が搭載されたフライバックコンバータ型蓄電電圧調整回路の図である。図１の蓄電電圧比較検出回路が搭載されたフォーワードコンバータ型蓄電電圧調整回路の図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。

〔実施形態〕
図１は本発明による第１実施形態に係る、蓄電電圧比較検出回路１３０を示す構成図である。蓄電電圧比較検出回路１３０は、直列に接続された充電可能な複数の二次電池（蓄電手段）ＢＡＴ１〜ＢＡＴｎを含む組電池２００と接続しており、組電池２００内の二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴｎでの最小電圧、または最大電圧の二次電池ＢＡＴｘを検出する。図１に示されるように、蓄電電圧比較検出回路１３０は、電圧検知回路１０と、比較器２０を有する。

電圧検知回路１０は、Ｎ個の基準抵抗Ｒｒ１〜Ｒｒｎ、Ｎ−１個の検知抵抗Ｒｄ２〜Ｒｄｎ、Ｎ個のバイポーラトランジスタＱ１〜Ｑｎを有する。Ｎ個の基準抵抗（折り返し比較抵抗）Ｒｒ１〜Ｒｒｎは基準となる接地端子ＧＮＤと接続されている。Ｎ−１個の検知抵抗Ｒｄ１〜Ｒｄｎは複数の二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴｎの正極と負極の間に並列に接続されている。Ｎ個のバイポーラトランジスタＱ１〜Ｑｎは検知と電圧のレベルシフトを行うため、複数の検知抵抗Ｒｄ２〜Ｒｄｎと直列に接続可能に、複数の二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴｎに対応しており、下記のように接続している。

より詳しくは、接地端子ＧＮＤに最も近い位置にある二次電池ＢＡＴ１に対応するトランジスタＱ１は、エミッタ（一の端子）が二次電池ＢＡＴ１の正極と直接接続され、ベース（二の端子）がコレクタ（三の端子）と接続され、コレクタが接続点Ｊ１と接続されている。また、トランジスタＱ１以外のトランジスタＱ２〜Ｑｎは、エミッタ（一の端子）が直列に接続された検知抵抗Ｒｄ２〜Ｒｄｎを介して二次電池ＢＡＴ２〜ＢＡＴｎの正極と接続され、ベース（二の端子）が二次電池ＢＡＴ２〜ＢＡＴｎの負極に接続され、コレクタ（三の端子）が接続点Ｊ２〜Ｊｎと接続されている。

なお、検知抵抗Ｒｄ、トランジスタＱ、折り返し比較抵抗となる基準抵抗Ｒｒは基本的には同数である。ただし、接地基準（０Ｖ）で折り返した場合、接地端子ＧＮＤに最も近い位置にある二次電池ＢＡＴ１の電圧検出は回路上検出抵抗Ｒｄ１と比較抵抗Ｒｎ１は同一になるため、図１のように、検出抵抗Ｒｄ１は設置しなくても構わない。

電圧検知回路１０は、二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴｎのそれぞれの正極と負極の間の蓄電電圧（電池電圧）を、検出抵抗Ｒｄ１〜Ｒｄｎと、バイポーラトランジスタＱ１〜Ｑｎと、一端が接地端子ＧＮＤと接続された基準抵抗Ｒｒ１〜Ｒｒｎとにより検知する。

より詳しくは、この電池電圧回路１０において、まず各々の電池電圧Ｖ_ＢＡＴ１、Ｖ_ＢＡＴ２、・・・・Ｖ_{ＢＡＴｎ−１}、Ｖ_ＢＡＴｎを検知抵抗Ｒｄ１〜Ｒｄｎで検出し電流変換する。

トランジスタＱ１〜Ｑｎの電流増幅率ｈｆｅが十分高いとした場合、「エミッタ電流ＩＥ＝コレクタ電流ＩＣ」となる。よって、夫々のトランジスタＱ１〜Ｑｎのベースーエミッタ電圧Ｖ_ＢＥ１〜Ｖ_ＢＥｎ、検知抵抗Ｒｄ１〜Ｒｄｎの抵抗値Ｒ_ｄ１〜Ｒ_ｄｎを用いて、電池電流Ｉ_ＢＡＴ１〜Ｉ_ＢＡＴｎの値は下記のように表せる。

Ｉ_ＢＡＴ１＝（Ｖ_ＢＡＴ１−Ｖ_ＢＥ１）／Ｒ_ｄ１
Ｉ_ＢＡＴ２＝（Ｖ_ＢＡＴ２−Ｖ_ＢＥ２）／Ｒ_ｄ２
：
：
Ｉ_{ＢＡＴｎ−１}＝（Ｖ_{ＢＡＴｎ−１}−Ｖ_{ＢＥｎ−１}）／Ｒ_ｄｎ−１
Ｉ_ＢＡＴｎ＝（Ｖ_ＢＡＴｎ−Ｖ_ＢＥｎ）／Ｒ_ｄｎ
ここでＰＮＰ型バイポーラトランジスタＱ１〜Ｑｎのトランジスタ特性が揃っているとすると、ベースーエミッタ電圧Ｖ_ＢＥは、
Ｖ_ＢＥ＝Ｖ_ＢＥ１＝Ｖ_ＢＥ２＝・・・・・Ｖ_{ＢＥｎ−１}＝Ｖ_ＢＥｎである。

また、対応する検出抵抗Ｒｄと比較抵抗Ｒｒの抵抗値を同一（Ｒ_ｄ１＝Ｒ_ｒ１、Ｒ_ｄ２＝Ｒ_ｒ２・・・・・Ｒ_ｄｎ-１＝Ｒ_ｒｎ-１、Ｒ_ｄｎ＝Ｒ_ｒｎ）とした場合、回路の接続点Ｊ１〜Ｊｎの電圧Ｖ_Ｊ１〜Ｖ_Ｊｎはそれぞれ下記のように表せる。

Ｖ_Ｊ１＝Ｖ_ＢＡＴ１−Ｖ_ＢＥ
Ｖ_Ｊ２＝Ｖ_ＢＡＴ２−Ｖ_ＢＥ
：
：
Ｖ_Ｊｎ−１＝Ｖ_{ＢＡＴｎ−１}−Ｖ_ＢＥ
Ｖ_Ｊｎ＝Ｖ_ＢＡＴｎ−Ｖ_ＢＥ
このように、接続点Ｊ１〜Ｊｎの電圧値Ｖ_Ｊ１〜Ｖ_Ｊｎは、各電池電圧Ｖ_ＢＡＴ１〜Ｖ_ＢＡＴｎからトランジスタＱ１〜Ｑｎのベースーエミッタ電圧Ｖ_ＢＥ分引いた値をＧＮＤ基準に折り返した形になる。前述の通り、トランジスタ特性によりベースーエミッタ電圧Ｖ_ＢＥは同一なので、接続点Ｖ_Ｊ１〜Ｖ_Ｊｎの電圧を比較することにより、電池電圧Ｖ_ＢＡＴ１〜Ｖ_ＢＡＴｎの大小を検出することができる。

なお、上記前提条件「エミッタ電流ＩＥ＝コレクタ電流ＩＣ」でなく「エミッタ電流ＩＥ＝コレクタ電流ＩＣ＋ベース電流ＩＢ」の場合、電池電圧の計算式が多少複雑になる。しかし、ベース電流ＩＢが流れ込む接続点Ｊ１の電圧Ｖ_Ｊ１のみＲ_ｒ１×ＩＢ１分（ｈｆe＝１００なら１％）電圧が高くなるので、Ｖ_Ｊ１のみ補正をかけることで計算できる。もしくは、電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴの場合、ゲートーソース間電圧Ｖ_ＧＳのバラツキが大きい点もあるが、バイポーラトランジスタでなくＭＯＳＦＥＴを使用することにより補正が必要なくなる。上記の構造とトランジスタの種類は用途によって、適宜選択できる。

比較器２０は、バイポーラトランジスタＱ１〜Ｑｎと基準抵抗Ｒｒ１〜Ｒｒｎの間のＮ個の接続点Ｊ１〜Ｊｎから、前述のグランドを基準とした電圧が入力されている。比較器２０は、入力された電圧を比較し、値が最も小さい二次電池の電圧（最小電圧）を出力する。または比較器２０は、入力された電圧のうち、値が最も大きい二次電池の電圧（最大電圧）を出力する。

以上のように、本実施形態では、各電池電圧を比較する場合は、二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴｎの電池電圧を、グランドレベル（０Ｖ）を基準とした電圧へレベル変換する。そして、グランドを基準とした電圧は、接続点Ｊ１〜Ｊｎを介して比較器２０に入力され、電圧の値の大小関係が比較される。

よって本実施形態では、二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴｎの数に応じた複数の比較器を配置するのではなく、比較器２０の１つのみが利用される。このため本実施形態によれば、比較器を複数設置する場合と比べて構成を簡素化できる。

なお、本発明に用いる比較器２０として、ヒステリシスコンパレータが好ましい。比較器２０がヒステリシスコンパレータだと、蓄電電圧比較検出回路１３０は、いずれか一個の二次電池の電池電圧を最小電圧又は最大電圧だとして検出する。

ここで、ヒステリシスコンパレータでは、マイナス（―）からプラス（＋）になるときの閾値と、プラス（＋）からマイナス（ー）になるときの比較の閾値が異なるように設定されているため、比較結果のノイズの影響を受けづらい。また、比較の閾値が異なるので、例えば、ヒステリシスコンパレータが最小電圧を検知して、後述する蓄電状態調整回路等によりその最小電圧を増加させていき、最小から二番目の電圧と同じ値まで増えた場合、ヒステリシスコンパレータ完全に逆転した後で最小から二番目だった電圧を検知する。

具体的には、蓄電状態調整回路等により、電圧値が最小だった二次電池の電池電圧が二番目に小さかった二次電池の電池電圧に追いつき同じ値になった場合、ヒステリシスコンパレータは、電圧が追いついた方よりも当初最小だった方を優先して検知する。

蓄電状態調整回路等により、電圧値が最小だった二次電池の電池電圧が二番目に小さかった二次電池の電池電圧をヒステリシスの閾値分よりも大きくなったら、ヒステリシスコンパレータは二番目に小さかった電池電圧を有する二次電池を検知する。

反対に、ヒステリシスコンパレータが、最大電圧を検知して、蓄電状態調整回路等によりその最大電圧を有する二次電池の電池電圧を減少させていき、電圧値が最大だった二次電池の電池電圧が二番目に大きかった二次電池の電池電圧に追いつき、同じ値にさせた場合、ヒステリシスコンパレータは電圧が追いついた方よりも当初最大だった方を優先して検知する。

蓄電状態調整において、電圧値が最大だった二次電池の電池電圧が二番目に大きかった二次電池の電池電圧をヒステリシスの閾値分よりも小さくなったら、ヒステリシスコンパレータは二番目に大きかった電池電圧を有する二次電池を検知する。

しかし、本実施形態では、それぞれの電池電圧を検知する際、電圧検知回路１０で抵抗２つとバイポーラトランジスタのみで検知できるため、例えばＡＤコンバータとキャパシタを使用して電流を検知して電圧を測定するよりも、構成が簡素化できる。

なお、バイポーラトランジスタＱ１〜Ｑｎは、電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）に置き換えることもできる。バイポーラトランジスタの方が閾値ＶＴのばらつきがないため、より好ましい。

このような構成により、電池間の電位差を二次電池と同じ数のコンパレーターで比較・検知する必要がないため、回路が簡素化でき、部品点数を削減し、消費電流を低減ができる。

（搭載例１）
次に、図１の蓄電電圧比較検出回路１３０が搭載された、蓄電電圧調整回路を有する、電池パックを示す。図２において、本実施形態の電池パック１は、トランス３００、Ｐ＋端子、Ｐ−端子、蓄電状態調整回路（セルバランス回路）１００、組電池２００を有する。

本実施形態の蓄電状態調整回路１００は、組電池２００に含まれる複数の二次電池の電池電圧の均一化を図り、各二次電池における、電気の蓄積状態（すなわち蓄電状態）を調整する。

蓄電状態調整回路１００は、一次側駆動部１１０、二次側分配放出部１２０、前述の蓄電電圧比較検出回路１３０を有する。

一次側駆動部１１０は、制御回路（制御部）１１１、駆動スイッチ素子ＳＷ、及び抵抗Ｒｓを有し、一次側であるエネルギー蓄積元となる。本実施形態の駆動スイッチ素子ＳＷは、例えばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄ−ＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体スイッチ素子等である。

二次側分配放出部１２０は、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３を有し、蓄電電圧比較検出回路１３０から入力された信号に基づいてスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３を切り替えることで、二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３のいずれか一つに電力を放電、再配分する。

蓄電電圧比較検出回路１３０は、図１と同様に電圧検知回路１０と、比較器２０を有する。

なお、図２及び後述の図３の電圧検知回路１０において、検知抵抗Ｒｄ１〜Ｒｄ３は蓄電手段（二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３）と同数含まれている。しかし、図１で示すように、接地端子ＧＮＤに最も近い位置にある二次電池ＢＡＴ１に対応する基準抵抗Ｒｒ１で電池電圧の検知を兼ねて行い、検知抵抗Ｒｄ１を設置しないように構成してもよい。

電池パック１において、蓄電状態調整回路１００に接続された組電池２００は、複数（ｎ個）の充放電可能な二次電池（電池セル、蓄電池、蓄電手段とも言う）ＢＡＴ１〜ＢＡＴｎ（本実施例では三つの二次電池ＢＡＴ１、ＢＡＴ２、ＢＡＴ３）を含む。

本実施形態のトランス３００はフライバックトランスであり、トランス３００において、一次側コイルＬｐは一次側のインダクタ、二次側コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３は二次側のインダクタである。

蓄電状態調整回路１００は、フライバックコンバータ回路を構成している。より詳しくは、一次側駆動部１１０は、組電池２００の正極からエネルギー供給を受け、制御回路１１１が駆動スイッチ素子ＳＷを制御し、駆動スイッチ素子ＳＷがオンしている時に抵抗Ｒｓで設定された電力を一次側コイルＬ_Ｐに蓄積する。

一次側コイルＬ_Ｐは組電池２００の正極に接続されているため、充電時は充電器及び組電池２００全体から電力の供給を受ける。この電力は駆動スイッチＳＷがオフしている際、二次側コイルＬ１〜Ｌｎに再分配され、二次側コイルＬ１〜Ｌ３が分配された充電器および電池電圧からなる電力を電池電圧の小さい二次電池に供給する。

また、一次側コイルＬ_Ｐは負荷接続時、組電池２００全体から電力供給を受ける。この電力は、駆動スイッチＳＷがオフしている際、二次側コイルＬ１〜Ｌ３に再分配され、二次側コイルＬ１〜Ｌ３が分配された電池電圧からなる電力を、電池電圧の小さい二次電池に供給する。

二次側分配放出部１２０は、放電・再分配部であり、駆動スイッチ素子ＳＷがオフの時に、一次側コイルＬ_Ｐに蓄積された電力を、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３を通して対応する二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３に放電供給する。

本実施形態のトランス３００は、駆動スイッチ素子ＳＷのオン期間中に一次側コイルＬｐに電力を蓄える。そして本実施形態のトランス３００は、駆動スイッチ素子ＳＷがオフに切り替わると、一次側コイルＬｐの逆起電力を利用して、蓄えられていた電力を一気に二次側コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３に出力する。

本実施形態では、蓄電状態調整回路１００とトランス３００を含む装置を蓄電状態調整装置と呼ぶ。電池パックのＰ＋端子は充電器又は負荷の正極と接続され、Ｐ−端子は充電器又は負荷の負極と接続されている。

組電池２００において、二次電池ＢＡＴ１、ＢＡＴ２、及びＢＡＴ３は、直列に接続されており、二次電池ＢＡＴ３の正極は、Ｐ＋端子と接続され、二次電池ＢＡＴ１の負極がＰ−端子と接続されている。

組電池２００の二次電池ＢＡＴ３の正極は、一次側コイルＬｐの一端と接続されており、一次側コイルＬｐの他端は駆動スイッチ素子ＳＷの一端と接続されている。駆動スイッチ素子ＳＷの他端は、抵抗Ｒｓを介して二次電池ＢＡＴ１の負極と接続されている。

二次側コイルＬ１の一端は、二次電池ＢＡＴ１の負極と接続されており、二次側のコイルＬ１の他端はスイッチＳ１を介して二次電池ＢＡＴ１の正極と接続されている。スイッチＳ１は、一端が二次側コイルＬ１の他端と接続され、他端が二次電池ＢＡＴ１の正極と接続されている。スイッチＳ１には蓄電電圧比較検出回路１３０から信号が送られている。

二次側コイルＬ２の一端は、二次電池ＢＡＴ１の正極と二次電池ＢＡＴ２の負極に接続されており、二次側コイルＬ２の他端はスイッチＳ２を介して二次電池ＢＡＴ２の正極と接続されている。スイッチＳ２は、一端が二次側コイルＬ２の他端と接続され、他端が二次電池ＢＡＴ２の正極と接続されている。スイッチＳ２には蓄電電圧比較検出回路１３０から信号が送られている。

二次側コイルＬ３の一端は、二次電池ＢＡＴ２の正極と二次電池ＢＡＴ３の負極に接続されており、二次側コイルＬ３の他端はスイッチＳ３を介して二次電池ＢＡＴ３の正極とＰ＋端子にと接続されている。スイッチＳ３は、一端が二次側コイルＬ３の他端と接続され、他端が二次電池ＢＡＴ３の正極と接続されている。スイッチＳ３には蓄電電圧比較検出回路１３０から信号が送られている。

本実施形態の制御回路１１１は、駆動スイッチ素子ＳＷのオン／オフを制御するスイッチ素子制御信号を生成し、出力する。具体的には、スイッチ素子制御信号は、例えば駆動スイッチ素子ＳＷを所定のタイミングでオンさせるパルス信号等である。

蓄電電圧比較検出回路１３０は二次電池ＢＡＴ１、ＢＡＴ２、ＢＡＴ３のうち、最も小さい電池電圧を有する二次電池を検出し、検出した最小電池電圧を有する二次電池へ電流を供給できるように、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３を制御する。

図２で示したように、蓄電電圧比較検出回路１３０の比較器２０はヒステリシスコンパレータであることが望ましい。本搭載例の蓄電電圧比較検出回路１３０で比較器２０がヒステリシスコンパレータだと、いずれか一つの二次電池のみに対して電池電圧の均一化、即ち電池電圧の調整が行われる。

即ち、比較器２０がヒステリシスコンパレータであると、最小電圧または最大電圧を一つのみを順次検出でき、接続先の二次電池のうち、一つの二次電池のみに所定電流を流して複数の二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴｎの電池電圧を均一化させる。

以下の説明では、図２の組電池２００において二次電池ＢＡＴ１の電池電圧Ｖ_ＢＡＴ１＞二次電池ＢＡＴ２の電池電圧Ｖ_ＢＡＴ２＞二次電池ＢＡＴ３の電池電圧Ｖ_ＢＡＴ３である場合を例として説明する。

この際、ヒステリシスコンパレータを用いると、最小電圧を持つ二次電池ＢＡＴ３を検出して蓄電状態調整回路１００が電池電圧の調整を行っている際、その二次電池ＢＡＴ３の電圧が上昇し、別の二次電池ＢＡＴ２に追いついて同じ電圧になった場合は（Ｖ_ＢＡＴ３＝Ｖ_ＢＡＴ２）、ヒステリシスコンパレータは先に電池電圧の調整を行っていた二次電池Ｖ_ＢＡＴ３を優先的に電池電圧の調整を続ける。

そして、二次電池ＢＡＴ２の電池電圧Ｖ_ＢＡＴ２が当初最小だった二次電池ＢＡＴ３の電池電圧Ｖ_ＢＡＴ３より高くなったら、電池電圧の調整により電力を供給する電池を二次電池ＢＡＴ２へ変更して、電池電圧の調整を行う。そのため、電池電圧の調整動作中は常に１個の二次電池のみに対して、順次電池電圧調整動作が行われる。

そのため、同時に二つ以上の二次電池の二次電池の均等化を行う場合よりも、１次側コイルに貯まった電圧を分配することなく、１個の二次電池に順番に供給できるので、より早く効率的に電池電圧調整を行うことができる。

また、本搭載例において、二次電池の最小電圧を検出するために、電池間の電位差を二次電池と同じ数のコンパレーターで比較・検知する必要がないため、回路が簡素化でき、部品点数を削減し、消費電流を低減ができる。

（搭載例２）
搭載例１では、図２に示すように、本発明の蓄電電圧比較検出回路１３０は、フライバックコンバータ型蓄電電圧調整回路１００に搭載されたが、図３に示すように、フォーワードコンバータ型蓄電電圧調整回路１００Ａに搭載されてもよい。本変形例の電池パック１Ａでは、フォーワード方式のトランスを採用している。

図３に、第１実施形態の蓄電状態調整回路１００Ａの二次側分配放出部１２０Ａに、フォワードコンバータータイプを採用した例を示す。本変形例２のトランス３００Ａは一次側コイルＬｐ'の巻き線方向が、図２のトランス３００の一次側コイルＬｐとは逆である。

本回路において、駆動スイッチ素子ＳＷをＯＮにすると、一次側コイルＬｐには逆起電力と二次側コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３には誘電起電力が発生してスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３を通して、二次電池ＢＡＴ１、ＢＡＴ２、ＢＡＴ３のいずれかに電流が流れる。このときチョークコイルＬ４、Ｌ５、Ｌ６にエネルギーが蓄えられる。

駆動スイッチ素子ＳＷをＯＦＦにすると、電流変化を妨げるようにチョークコイルＬ４、Ｌ５、Ｌ６に起電力が生まれ、蓄えられたエネルギーが放出されて、電流経路を確保するスイッチ素子Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６を通して、電流が流れて還流される。

なお、この駆動スイッチＳＷがＯＮすると同じ時間の比率で二次側にエネルギーが伝達され、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、チョークコイルＬ４、Ｌ５、Ｌ６によって整流され安定化された直流を得る事ができる。このように、整流直後にチョークコイルが設置されるチョーク入力方式にできる為、より広い用途に適用することができる。

以上のことから、蓄電状態調整回路１００では、搭載する機器の電流量、電圧量に応じて、所望のタイプのトランスの方式と回路を選択すると好ましい。

スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６には蓄電電圧比較検出回路１３０から信号が送られている。蓄電電圧比較検出回路１３０は二次電池ＢＡＴ１、ＢＡＴ２、ＢＡＴ３のうち最も小さい電圧の二次電池を検出し、検出した１の最小電池電圧の二次電池へ電流を供給できるように、スイッチＳ１とＳ４、スイッチＳ５とＳ６、スイッチＳ３とＳ６を制御する。

なお、この例でも比較器２０はヒステリシスコンパレータが好ましい。１次側コイルに貯まった電圧を分配することなく、一番電池電圧が最小の二次電池に順番に供給できるので、より早く効率的に電池電圧を調整することができる。

１、１Ａ電池パック
１０電圧検知回路
２０比較器
１３０蓄電電圧比較検出回路
２００組電池
ＢＡＴ１、ＢＡＴ２、ＢＡＴ３、ＢＡＴｎ−１、ＢＡＴｎ二次電池（蓄電手段）
Ｒｄ１、Ｒｄ２、Ｒｄ３、Ｒｄｎ−１、Ｒｄｎ検知抵抗
Ｒｒ１、Ｒｄ２、Ｒｄ３、Ｒｄｎ−１、Ｒｒｎ基準抵抗
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑｎ−１、Ｑｎバイポーラトランジスタ（トランジスタの１例）
Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３、Ｊｎ−１、Ｊｎ接続点
１００、１００Ａ蓄電電圧調整回路
１１０、１１０Ａ一次側駆動部
１１１、１１１Ａ制御回路（制御部）
１２０、１２０Ａ二次側分配放出部
３００、３００Ａトランス
ＬＰＬＰ'一次側トランス
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ１'、Ｌ２'、Ｌ３' 二次側トランス
Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６チョークコイル
ＳＷ駆動スイッチ素子
Ｒｓ抵抗
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６スイッチ素子

特開２００９−２５４００８号公報

Claims

直列に接続された複数の蓄電手段と接続される蓄電電圧比較検出回路であって、
前記複数の蓄電手段の正極と負極の間に並列に接続される複数の検知抵抗と、
前記複数の検知抵抗と直列に接続可能に、前記複数の蓄電手段に対応する複数のトランジスタと、
一端が前記トランジスタと直列に接続され他端が接地端子と接続される、前記蓄電手段と同数の複数の基準抵抗と、
前記トランジスタと前記基準抵抗の間の複数の接続点から入力される電圧における最小電圧又は最大電圧を出力する比較器と、
を有する、蓄電電圧比較検出回路。
前記複数の基準抵抗のうち１つの基準抵抗は、前記接地端子に最も近い位置にある蓄電手段の正極と負極の間に並列に接続されており、
前記複数の検知抵抗の数は、前記複数の蓄電手段の数よりも一つ少ない、請求項１に記載の蓄電電圧比較検出回路。
前記複数のトランジスタのうち、前記接地端子に最も近い位置にある蓄電手段に対応する１つのトランジスタは、一の端子が前記蓄電手段の正極と直接接続され、二の端子が三の端子と接続され、三の端子が前記接続点と接続されており、
前記複数のトランジスタのうち、前記１つのトランジスタ以外のトランジスタは、一の端子が前記直列に接続された検知抵抗を介して前記蓄電手段の正極と接続され、二の端子が前記蓄電手段の負極に接続され、三の端子が前記接続点と接続されている、
請求項２に記載の蓄電電圧比較検出回路。
前記複数の検知抵抗の数は、前記蓄電手段の数と同数であり、
前記複数のトランジスタは、前記複数の検知抵抗と夫々直列に接続している、請求項１に記載の蓄電電圧比較検出回路。
前記比較器は、ヒステリシスコンパレータである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電電圧比較検出回路。
直列に接続された充放電可能なＮ個の蓄電手段と、前記Ｎ個の蓄電手段と直列に接続された一次側コイルと、前記Ｎ個の蓄電手段のそれぞれに並列に接続されたＮ個の二次側コイルと、に接続される蓄電状態調整回路であって、
前記Ｎ個の蓄電手段と前記Ｎ個の二次側コイルとの間にそれぞれ接続されるＮ個のスイッチ素子と、
前記Ｎ個の二次側コイルに対して電流の供給するタイミングを制御する制御部と、
前記制御部によりオン／オフのタイミングが制御される駆動スイッチ素子と、
前記Ｎ個のスイッチ素子と前記Ｎ個の蓄電手段との間に接続される蓄電電圧比較検出回路と、を有し、
前記蓄電電圧比較検出回路は、
前記Ｎ個の蓄電手段の正極と負極の間に並列に接続される複数の検知抵抗と、
前記複数の検知抵抗と直列に接続可能に、前記Ｎ個の蓄電手段に対応する、Ｎ個のトランジスタと、
一端が前記トランジスタと直列に接続され他端が接地端子と接続されるＮ個の基準抵抗と、
前記トランジスタと前記基準抵抗の間のＮ個の接続点から入力される電圧における最小電圧又は最大電圧を出力する比較器と、
を有する、蓄電状態調整回路。
直列に接続された充放電可能なＮ個の蓄電手段と、
前記Ｎ個の蓄電手段と直列に接続された一次側コイルと、
前記Ｎ個の蓄電手段のそれぞれに並列に接続されたＮ個の二次側コイルからなるトランスと、
前記トランスと接続される蓄電状態調整回路と、を有する電池パックであって、
前記蓄電状態調整回路は、
前記Ｎ個の蓄電手段と前記Ｎ個の二次側コイルとの間にそれぞれ接続されるＮ個のスイッチ素子と、
前記Ｎ個の二次側コイルに対して電流の供給するタイミングを制御する制御部と、
前記制御部によりオン／オフのタイミングが制御される駆動スイッチ素子と、
前記Ｎ個のスイッチ素子と前記Ｎ個の蓄電手段との間に接続される蓄電電圧比較検出回路と、を有し、
前記蓄電電圧比較検出回路は、
前記Ｎ個の蓄電手段の正極と負極の間に並列に接続される複数の検知抵抗と、
前記複数の検知抵抗と直列に接続可能に、前記Ｎ個の蓄電手段に対応するＮ個のトランジスタと、
一端が前記トランジスタと直列に接続され他端が接地端子と接続されるＮ個の基準抵抗と、
前記トランジスタと前記基準抵抗の間のＮ個の接続点から入力される電圧における最小電圧又は最大電圧を出力する比較器と、
を有する、電池パック。