JP2023084627A - 二次電池セル電圧均等化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池モジュール内にて複数個直列接続された二次電池セルの電圧の均等化において、充電期間中二次電池セル最大定格電圧を超える問題を解決する二次電池セル電圧均等化装置を提供する。【解決手段】充電用電源を用意しその出力をスイッチドキャパシタ回路と保護回路を用い複数個直列接続された二次電池セルへ給電し電圧を均等化し充電、放電する回路でああて、充電用電源に並列接続されたスイッチドキャパシタを経由し個々全ての二次電池セルへ充電電流を給電し二次電池モジュール全体を充電する。【選択図】図２

Description

二次電池モジュールを構成する直列接続された二次電池セル電圧を均等化する均等化回路に関する発明。

蓄電デバイスは二次蓄電池とキャパシタに大別される、二次蓄電池は大容量、キャパシタは二次電池と比較すると小容量であるが、急速充電可能で充放電サイクル寿命も長い。二次電池モジュールとキャパシタモジュール内個々二次電池セルとキャパシタの端子電圧は充放電を安全かつ効率的に行うため均等化されていなければならず、二次電池モジュールとキャパシタモジュール内各々二次電池セルやキャパシタセルに電圧均等化装置が装着される。なお電圧不均等の原因は蓄電デバイス製造時の容量ばらつきの他、充放電サイクルに伴う容量減少ばらつき、内部抵抗ばらつきと変化、自己放電量ばらつき、接続端子や配線抵抗、周囲温度変化と温度不均一など蓄電デバイス劣化に伴う多項に及ぶ物理量不一致による。

蓄電デバイスを内蔵する機器では二次電池モジュールとキャパシタモジュールを同時に内蔵し使用する機器が多い。二次電池モジュールとキャパシタモジュールを同一あるいは同様の電子回路で電圧均等化を行う回路が望ましい。

蓄電デバイスは二次電池モジュールやキャパシタモジュールを複数直列接続し使用に供する事例がある、この場合各モジュール内セル電圧均等化だけでなくモジュール間電圧均等化をしなければならない。本電子回路はモジュール内セルセル電圧均等化処理とモジュール間電圧均等化処理を行う回路でもある。

ＣＮ１０３１３８３１４Ａ

Ｃａｐａｃｉｔｏｒ Ｂａｓｅｄ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｂａｌａｎｃｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｍｏｈａｍｅｄ Ｄａｏｗｄ，Ｎｏｓｈｉｎ Ｏｍａｒ，Ｐｅｔｅｒ Ｖａｎ Ｄｅｎ Ｂｏｓｓｃｈｅ，Ｊｏｅｒｉ Ｖａｎ Ｍｉｅｒｌｏ Ｗｏｒｌｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｊｏｕｒｎａｌ Ｖｏｌ．５－ＩＳＳＮ ２０３２－６６５３ Ｐａｇｅ０３８５－０３９３

二次電池を複数個直列接続構成した二次電池モジュールを充電する場合通常最上位の正極と最下位の負極へ充電用電源を接続し電流を給電し充電する。その場合二次電池セル間に電圧不正列を防止するために電圧均等化装置を接続する。

前記構成において充電用電源から供給される電流が電圧均等化装置により再分配可能な電流量を上回る場合、二次電池セルは最大定格電圧を超える。これは該当二次電池セル損傷、容量減少と寿命低下の原因となる。

上記は特許文献１、非特許文献１中どちらの電子回路おいても発生する現象である、この充電期間中二次電池セル最大定格電圧を超える問題を本特許において解決する。

二次電池モジュール充電用定電流定電圧電源を設ける、出力電圧は二次電池セル１つ分の満充電電圧である。

この充電用電源に並列接続されたスイッチドキャパシタを経由し個々全ての二次電池セルへ充電電流を給電し二次電池モジュール全体を充電する。

充電時セル電圧均等化動作につき述べる。図４、図６，図８中ＳＷ１を充電電源へ接続し、図５、図７、図９中ＳＷ１を閉じ充電電源を充電定電圧定電流回路へ接続する。

スイッチドキャパシタは個々全ての二次電池セル電圧と充電電源が発生する電圧との電圧差を小さくするよう自動自律的に動作するから、十分な時間が経過したのち全二次電池セルの電圧は充電電源が発生する電圧と同一となりセル充電とセル電圧均等化は完了する。

放電時セル電圧均等化につき述べる。放電用回路から充電用電源へ給電し充電時同様動作し二次電池セル電圧均等化を行いつつ放電する。これにより放電時も充電時同様全二次電池セル電圧は等しくなる。

二次電池モジュールの放電用回路と充電用回路が共通の場合。共通回路から直接二次電池モジュールへ給電されないよう電流方向を検知し二次電池モジュールへ直接流入する充電電流を検知した場合、切断動作するスイッチを充放電共通回路へ挿入する。このスイッチ上流部から充電電源入力へ接続し給電する。
二次電池モジュール放電用回路と充電用回路が別回路の場合、充電用回路を充電電源へ接続する

複数の二次電池モジュールを直列接続し使用する場合は二次電池モジュール相互の電圧を整列しなければならない、この回路を図６と図７へ示す。

二次電池モジュール直列接続回路において充電時セル均等化実行時に図６中ＡとＡ’、図７中ＢとＢ’を結合している場合、定電圧定電流直流電源１と２は同時に動作させても、あるいはどちらか一方のみ動作させてもよい。図６中ＡとＡ’、図７中ＢとＢ’を結合していない場合、定電圧定電流直流電源１と２は動作していなければならない。

二次電池モジュール直列接続回路において放電時セル均等化実行の場合図６中ＡとＡ’、図７中ＢとＢ’結合されなくてはならない。定電圧定電流直流電源１と２は同時に動作させても、あるいはどちらか一方のみ動作させてもよい。

複数の二次電池モジュールを並列接続し使用する場合、すべての二次電池モジュール出力部へ電流出力の場合のみ導通するスイッチを設ける。

前記の場合二次電池モジュール相互の電圧を整列の必要はない、しかし並列動作するモジュール相互の寿命すなわち素子劣化をできる限り均一にそろえる装置要求がある場合、各モジュール電流負担を均等にするためにモジュール間セル均等化を実施する。阻止劣化を考慮しない場合モジュール間セル均等化を実施しなくともよい。

充電時モジュール間セル均等化実行の場合図８中ＡとＡ’、図９中ＢとＢ’を結合してもしなくともよい。図８中ＡとＡ’、図９中ＢとＢ’が結合されている場合、定電圧定電流直流電源１と２は同時に動作させても、あるいはどちらか一方のみ動作させてもよい。結合しない場合定電圧電流減１と２は両方動作させる。

放電時モジュール間セル均等化実行の場合図８中ＡとＡ’、図９中ＢとＢ’を結合する場合は定電圧定電流直流電源１と２は同時に動作させても、あるいはどちらか一方のみ動作させてもよい。結合しない場合定電圧電流減１と２は両方動作させる。

請求項５記載の二次電池からスイッチドキャパシタへ通過する方向の電流方向制御スイッチを構成へ加え電圧均等化を行う場合、充電用電源を経由した電流へ加え電圧の高い二次電池セルから電圧の低い二次電池セルへスイッチドキャパシタを経由し流れる電流が加わり電圧の低いセル電圧は請求項５の追加回路のない場合より早く高電圧となり、高電圧のセルはより早く低電圧となるから電圧均等化に必要な時間が短縮できる回路である。

請求項６記載の過電圧検出制限回路は充電回路不調やパーツ不具合、断線、ショートあるいは混触により二次電池セルへ高電圧がかかる事象を防止する動作と各電池それぞれ充電電圧を変更したい場合この電圧制限回路により個々の電池に充電電圧制限動作ができる。この場合充電電源発生電電圧は最も高い二次電池セル充電電圧となる。個々の二次電池セル充電電圧変更の必要なくかつ回路あるいはシステムの単一故障による電池セル損傷を防止する回路の必要ない場合この過電圧検出制限回路を実装せず入力と出力をショートすれば所望の均等化処理は実施できる。

前記過電圧検出制限回路を充電用定電圧定電流回路の直後かつスイッチドキャパシタの直前へ一つだけ設置してもよい。他の過電圧検出制限回路を削除した場合電圧制限回路は充電電源回路の安全装置としてのみ機能する。

請求項１記載の電流圧制限回路につき記す。制限電流値は二次電池セル許容充電電流値以下の電流値に設定しなければならない。多数直列接続された二次電池セル全てに高い充電電流で充電できるよう十分大きな電流を充電電源が発生している状態下で、１本あるいは少数セルの電圧が低い場合スイッチドキャパシタの性質により、それら電圧の低いセルにのみ充電電流が集中し二次電池セルの許容充電電流値を超える場合がある。これを防止する電流制限回路であるから必須である、ただしいかなる状況においても充電電流が二次電池充電許容電流を超えない場合のみ本回路は省略できる。前記にある充電回路不具合、パーツ不具合、断線、ショートあるいは混触により充電電流が過大になることも防止する保安回路を兼ねる。

請求項１記載の電圧制限回路と電流制限回路はどちらが前にあってもよい、同一回路で電流制限と電圧制限動作する回路であってもよい。

充電用定電圧定電流電源は動作信号入力を持つ場合ソフトウエア制御、ハードウエア制御あるいはその両方による制御にて適宜動作、停止を行う。動作信号入力を持たない回路であってもよい。

スイッチドキャパシタ回路は動作信号入力を持つ場合ソフトウエア制御、ハードウエア制御あるいはその両方による制御にて適宜動作、停止を行う。動作信号入力を持たない回路であってもよい。

図５、図７、図９中ＳＷ１は単純スイッチでなく充電電源から放電回路へむけ電流が流れる場合閉じるスイッチ回路でもよい。

二次電池モジュールを構成する単一セル毎の回路の図 二次電池モジュール内１つの定電圧定電流直流電源をチャージポンプ回路にて共有し４直列接続された二次電池セルにより構成される電池モジュールの図 チャージポンプ回路を位相数２で構成した回路の図 充電回路と放電回路が分離されている回路の図 充電回路と放電回路が同一回路の図 二次電池モジュール２つが直列接続されており、かつ充電回路と放電回路が分離されている回路の図 二次電池モジュール２つが直列接続されており、かつ充電回路と放電回路が同一回路の図 二次電池モジュール２つが並列接続されており、かつ充電回路と放電回路が分離されている回路の図 二次電池モジュール２つが並列接続されており、かつ充電回路と放電回路が同一回路の図

使用二次電池モジュールが１つかつ充電回路と放電回路が分離されている回路、回路図４の場合を記載する。

二次電池モジュール充電用定電流定電圧電源を設ける、出力電圧は二次電池セル１つ分の満充電電圧である。

この充電用電源に並列接続されたスイッチドキャパシタを経由し個々全ての二次電池セルへ充電電流を給電し二次電池モジュール全体を充電する。

充電時セル電圧均等化動作につき述べる。二次電池モジュール放電用回路と充電用回路が別回路であるから、ＳＷ１により充電時充電用回路を充電電源へ接続する。

スイッチドキャパシタは個々全ての二次電池セル電圧と充電電源が発生する電圧との電圧差を小さくするよう自動自律的に動作するから、十分な時間が経過したのち全二次電池セルの電圧は充電電源が発生する電圧と同一となりセル充電とセル電圧均等化は完了する。

放電時セル電圧均等化につき述べる。ＳＷ１により放電用回路を充電用電源へ接続し給電する。

充電時同様動作し二次電池セル電圧均等化を行いつつ放電する。これにより放電時も充電時同様全二次電池セル電圧は等しくなる。

請求項５記載の二次電池からスイッチドキャパシタへ通過する方向の電流方向制御スイッチを構成へ加え電圧均等化を行う場合、充電用電源を経由した電流へ加え電圧の高い二次電池セルから電圧の低い二次電池セルへスイッチドキャパシタを経由し流れる電流が加わり電圧の低いセル電圧は請求項５の追加回路のない場合より早く高電圧となり、高電圧のセルはより早く低電圧となるから電圧均等化に必要な時間が短縮できる回路である。

請求項６記載の過電圧検出制限回路は充電回路不調やパーツ不具合、断線、ショートあるいは混触により二次電池セルへ高電圧がかかる事象を防止する動作と各電池それぞれ充電電圧を変更したい場合この電圧制限回路により個々の電池に充電電圧制限動作ができる。この場合充電電源発生電圧は最も高い二次電池セル充電電圧となる。個々の二次電池セル充電電圧変更の必要なくかつ回路あるいはシステムの単一故障による電池セル損傷を防止する回路の必要ない場合この過電圧検出制限回路を実装せず入力と出力をショートすれば所望の均等化処理は実施できる。

前記過電圧検出制限回路を充電用定電圧定電流回路の直後かつスイッチドキャパシタの直前へ一つだけ設置してもよい。他の過電圧検出制限回路を削除した場合電圧制限回路は充電電源回路の安全装置としてのみ機能する。

請求項１記載の電流圧制限回路につき記す。制限電流値は二次電池セル許容充電電流値以下の電流値に設定しなければならない。多数直列接続された二次電池セル全てに高い充電電流で充電できるよう十分大きな電流を充電電源が発生している状態下で、１本あるいは少数セルの電圧が低い場合スイッチドキャパシタの性質により、それら電圧の低いセルにのみ充電電流が集中し二次電池セルの許容充電電流値を超える場合がある。これを防止する電流制限回路であるから必須である、ただしいかなる状況においても充電電流が二次電池充電許容電流を超えない場合のみ本回路は省略できる。前記にある充電回路不具合、パーツ不具合、断線、ショートあるいは混触により充電電流が過大になることも防止する保安回路を兼ねる。

請求項１記載の電圧制限回路と電流制限回路はどちらが前にあってもよい、同一回路で電流制限と電圧制限動作する回路であってもよい。

充電用定電圧定電流電源は動作信号入力を持つ場合ソフトウエア制御、ハードウエア制御あるいはその両方による制御にて適宜動作、停止を行う。動作信号入力を持たない回路であってもよい。

スイッチドキャパシタ回路は動作信号入力を持つ場合ソフトウエア制御、ハードウエア制御あるいはその両方による制御にて適宜動作、停止を行う。動作信号入力を持たない回路であってもよい。

使用二次電池モジュールが１つかつ充電回路と放電回路が同一回路、回路図５の場合を記載する。

二次電池モジュール充電用定電流定電圧電源を設ける、出力電圧は二次電池セル１つ分の満充電電圧である。

この充電用電源に並列接続されたスイッチドキャパシタを経由し個々全ての二次電池セルへ充電電流を給電し二次電池モジュール全体を充電する。

充電時セル電圧均等化動作につき述べる。ＳＷ１を閉じ充電電源から充電用電源へ給電する。スイッチドキャパシタは個々全ての二次電池セル電圧と充電電源が発生する電圧との電圧差を小さくするよう自動自律的に動作するから、十分な時間が経過したのち全二次電池セルの電圧は充電電源が発生する電圧と同一となりセル充電とセル電圧均等化は完了する。

放電時セル電圧均等化につき述べる。ＳＷ１を開き充電電源を切り離し放電用回路から充電用電源へ給電し充電時同様動作し二次電池セル電圧均等化を行いつつ放電する。これにより放電時も充電時同様全二次電池セル電圧は等しくなる。

二次電池モジュールの放電用回路と充電用回路が共通の場合であるから。共通回路から直接二次電池モジュールへ給電されないよう電流方向を検知し二次電池モジュールへ直接流入する充電電流を検知した場合、切断動作するスイッチを充放電共通回路へ挿入する。このスイッチ上流部から充電電源入力へ接続し給電する。

請求項５記載の二次電池からスイッチドキャパシタへ通過する方向の電流方向制御スイッチを構成へ加え電圧均等化を行う場合、充電用電源を経由した電流へ加え電圧の高い二次電池セルから電圧の低い二次電池セルへスイッチドキャパシタを経由し流れる電流が加わり電圧の低いセル電圧は請求項５の追加回路のない場合より早く高電圧となり、高電圧のセルはより早く低電圧となるから電圧均等化に必要な時間が短縮できる回路である。

請求項６記載の過電圧検出制限回路は充電回路不調やパーツ不具合、断線、ショートあるいは混触により二次電池セルへ高電圧がかかる事象を防止する動作と各電池それぞれ充電電圧を変更したい場合この電圧制限回路により個々の電池に充電電圧制限動作ができる。この場合充電電源発生電圧は最も高い二次電池セル充電電圧となる。個々の二次電池セル充電電圧変更の必要なくかつ回路あるいはシステムの単一故障による電池セル損傷を防止する回路の必要ない場合この過電圧検出制限回路を実装せず入力と出力をショートすれば所望の均等化処理は実施できる。

前記過電圧検出制限回路を充電用定電圧定電流回路の直後かつスイッチドキャパシタの直前へ一つだけ設置してもよい。他の過電圧検出制限回路を削除した場合電圧制限回路は充電電源回路の安全装置としてのみ機能する。

請求項１記載の電流圧制限回路につき記す。制限電流値は二次電池セル許容充電電流値以下の電流値に設定しなければならない。多数直列接続された二次電池セル全てに高い充電電流で充電できるよう十分大きな電流を充電電源が発生している状態下で、１本あるいは少数セルの電圧が低い場合スイッチドキャパシタの性質により、それら電圧の低いセルにのみ充電電流が集中し二次電池セルの許容充電電流値を超える場合がある。これを防止する電流制限回路であるから必須である、ただしいかなる状況においても充電電流が二次電池充電許容電流を超えない場合のみ本回路は省略できる。前記にある充電回路不具合、パーツ不具合、断線、ショートあるいは混触により充電電流が過大になることも防止する保安回路を兼ねる。

請求項１記載の電圧制限回路と電流制限回路はどちらが前にあってもよい、同一回路で電流制限と電圧制限動作する回路であってもよい。

充電用定電圧定電流電源は動作信号入力を持つ場合ソフトウエア制御、ハードウエア制御あるいはその両方による制御にて適宜動作、停止を行う。動作信号入力を持たない回路であってもよい。

スイッチドキャパシタ回路は動作信号入力を持つ場合ソフトウエア制御、ハードウエア制御あるいはその両方による制御にて適宜動作、停止を行う。動作信号入力を持たない回路であってもよい。

使用二次電池モジュールが２つ直列接続されかつ充電回路と放電回路が分離されている回路、回路図６の場合を記載する。

二次電池モジュール充電用定電流定電圧電源を設ける、出力電圧は二次電池セル１つ分の満充電電圧である。

この充電用電源に並列接続されたスイッチドキャパシタを経由し個々全ての二次電池セルへ充電電流を給電し二次電池モジュール全体を充電する。

充電時セル電圧均等化動作につき述べる。二次電池モジュール放電用回路と充電用回路が別回路であるから、ＳＷ１を充電電源へ接続し充電用電源回路へ接続する。

スイッチドキャパシタは個々全ての二次電池セル電圧と充電電源が発生する電圧との電圧差を小さくするよう自動自律的に動作するから、十分な時間が経過したのち全二次電池セルの電圧は充電電源が発生する電圧と同一となりセル充電とセル電圧均等化は完了する。

放電時セル電圧均等化につき述べる。ＳＷ１を放電用回路へ接続し充電用電源へ給電する。

充電時同様動作し二次電池セル電圧均等化を行いつつ放電する。これにより放電時も充電時同様全二次電池セル電圧は等しくなる。

二次電池モジュール直列接続回路において充電時セル均等化実行時に図６中ＡとＡ’を結合している場合、定電圧定電流直流電源１と２は同時に動作させても、あるいはどちらか一方のみ動作させてもよい。図６中ＡとＡ’を結合していない場合、定電圧定電流直流電源１と２は動作していなければならない。

二次電池モジュール直列接続回路において放電時セル均等化実行の場合図６中ＡとＡ’は結合しなければならない。定電圧定電流直流電源１と２は同時に動作させても、あるいはどちらか一方のみ動作させてもよい。

請求項５記載の二次電池からスイッチドキャパシタへ通過する方向の電流方向制御スイッチを構成へ加え電圧均等化を行う場合、充電用電源を経由した電流へ加え電圧の高い二次電池セルから電圧の低い二次電池セルへスイッチドキャパシタを経由し流れる電流が加わり電圧の低いセル電圧は請求項５の追加回路のない場合より早く高電圧となり、高電圧のセルはより早く低電圧となるから電圧均等化に必要な時間が短縮できる回路である。

請求項６記載の過電圧検出制限回路は充電回路不調やパーツ不具合、断線、ショートあるいは混触により二次電池セルへ高電圧がかかる事象を防止する動作と各電池それぞれ充電電圧を変更したい場合この電圧制限回路により個々の電池に充電電圧制限動作ができる。この場合充電電源発生電圧は最も高い二次電池セル充電電圧となる。個々の二次電池セル充電電圧変更の必要なくかつ回路あるいはシステムの単一故障による電池セル損傷を防止する回路の必要ない場合この過電圧検出制限回路を実装せず入力と出力をショートすれば所望の均等化処理は実施できる。

前記過電圧検出制限回路を充電用定電圧定電流回路の直後かつスイッチドキャパシタの直前へ一つだけ設置してもよい。他の過電圧検出制限回路を削除した場合電圧制限回路は充電電源回路の安全装置としてのみ機能する。

請求項１記載の電流圧制限回路につき記す。制限電流値は二次電池セル許容充電電流値以下の電流値に設定しなければならない。多数直列接続された二次電池セル全てに高い充電電流で充電できるよう十分大きな電流を充電電源が発生している状態下で、１本あるいは少数セルの電圧が低い場合スイッチドキャパシタの性質により、それら電圧の低いセルにのみ充電電流が集中し二次電池セルの許容充電電流値を超える場合がある。これを防止する電流制限回路であるから必須である、ただしいかなる状況においても充電電流が二次電池充電許容電流を超えない場合のみ本回路は省略できる。前記にある充電回路不具合、パーツ不具合、断線、ショートあるいは混触により充電電流が過大になることも防止する保安回路を兼ねる。

請求項１記載の電圧制限回路と電流制限回路はどちらが前にあってもよい、同一回路で電流制限と電圧制限動作する回路であってもよい。

充電用定電圧定電流電源は動作信号入力を持つ場合ソフトウエア制御、ハードウエア制御あるいはその両方による制御にて適宜動作、停止を行う。動作信号入力を持たない回路であってもよい。

スイッチドキャパシタ回路は動作信号入力を持つ場合ソフトウエア制御、ハードウエア制御あるいはその両方による制御にて適宜動作、停止を行う。動作信号入力を持たない回路であってもよい。

使用二次電池モジュールが２つ直列接続されかつ充電回路と放電回路が同じ回路、回路図７の場合を記載する。

二次電池モジュール充電用定電流定電圧電源を設ける、出力電圧は二次電池セル１つ分の満充電電圧である。

この充電用電源に並列接続されたスイッチドキャパシタを経由し個々全ての二次電池セルへ充電電流を給電し二次電池モジュール全体を充電する。

充電時セル電圧均等化動作につき述べる。ＳＷ１を閉じ充電電源から充電用電源回路へ給電する。

スイッチドキャパシタは個々全ての二次電池セル電圧と充電電源が発生する電圧との電圧差を小さくするよう自動自律的に動作するから、十分な時間が経過したのち全二次電池セルの電圧は充電電源が発生する電圧と同一となりセル充電とセル電圧均等化は完了する。

放電時セル電圧均等化につき述べる。ＳＷ１を開き放電用回路から充電用電源へ給電し充電時同様動作し二次電池セル電圧均等化を行いつつ放電する。これにより放電時も充電時同様全二次電池セル電圧は等しくなる。

二次電池モジュールの放電用回路と充電用回路が共通であるから、共通回路から直接二次電池モジュールへ給電されないよう電流方向を検知し二次電池モジュールへ直接流入する充電電流を検知した場合、切断動作するスイッチを充放電共通回路へ挿入する。このスイッチ上流部から充電電源入力へ接続し給電する。

複数の二次電池モジュールを直列接続し使用する場合は二次電池モジュール相互の電圧を整列しなければならない。

二次電池モジュール直列接続回路において充電時セル均等化実行時に図７中ＢとＢ’を結合している場合、定電圧定電流直流電源１と２は同時に動作させても、あるいはどちらか一方のみ動作させてもよい。図７中ＢとＢ’を結合していない場合、定電圧定電流直流電源１と２は動作していなければならない。

二次電池モジュール直列接続回路において放電時セル均等化実行の場合、図７中ＢとＢ’を結合しなければならない。定電圧定電流直流電源１と２は同時に動作させても、あるいはどちらか一方のみ動作させてもよい。

請求項５記載の二次電池からスイッチドキャパシタへ通過する方向の電流方向制御スイッチを構成へ加え電圧均等化を行う場合、充電用電源を経由した電流へ加え電圧の高い二次電池セルから電圧の低い二次電池セルへスイッチドキャパシタを経由し流れる電流が加わり電圧の低いセル電圧は請求項５の追加回路のない場合より早く高電圧となり、高電圧のセルはより早く低電圧となるから電圧均等化に必要な時間が短縮できる回路である。

請求項６記載の過電圧検出制限回路は充電回路不調やパーツ不具合、断線、ショートあるいは混触により二次電池セルへ高電圧がかかる事象を防止する動作と各電池それぞれ充電電圧を変更したい場合この電圧制限回路により個々の電池に充電電圧制限動作ができる。この場合充電電源発生電圧は最も高い二次電池セル充電電圧となる。個々の二次電池セル充電電圧変更の必要なくかつ回路あるいはシステムの単一故障による電池セル損傷を防止する回路の必要ない場合この過電圧検出制限回路を実装せず入力と出力をショートすれば所望の均等化処理は実施できる。

前記過電圧検出制限回路を充電用定電圧定電流回路の直後かつスイッチドキャパシタの直前へ一つだけ設置してもよい。他の過電圧検出制限回路を削除した場合電圧制限回路は充電電源回路の安全装置としてのみ機能する。

請求項１記載の電流圧制限回路につき記す。制限電流値は二次電池セル許容充電電流値以下の電流値に設定しなければならない。多数直列接続された二次電池セル全てに高い充電電流で充電できるよう十分大きな電流を充電電源が発生している状態下で、１本あるいは少数セルの電圧が低い場合スイッチドキャパシタの性質により、それら電圧の低いセルにのみ充電電流が集中し二次電池セルの許容充電電流値を超える場合がある。これを防止する電流制限回路であるから必須である、ただしいかなる状況においても充電電流が二次電池充電許容電流を超えない場合のみ本回路は省略できる。前記にある充電回路不具合、パーツ不具合、断線、ショートあるいは混触により充電電流が過大になることも防止する保安回路を兼ねる。

請求項１記載の電圧制限回路と電流制限回路はどちらが前にあってもよい、同一回路で電流制限と電圧制限動作する回路であってもよい。

充電用定電圧定電流電源は動作信号入力を持つ場合ソフトウエア制御、ハードウエア制御あるいはその両方による制御にて適宜動作、停止を行う。動作信号入力を持たない回路であってもよい。

スイッチドキャパシタ回路は動作信号入力を持つ場合ソフトウエア制御、ハードウエア制御あるいはその両方による制御にて適宜動作、停止を行う。動作信号入力を持たない回路であってもよい。

使用二次電池モジュールが２つ並列接続されかつ充電回路と放電回路が分離されている回路、回路図８の場合を記載する。

二次電池モジュール充電用定電流定電圧電源を設ける、出力電圧は二次電池セル１つ分の満充電電圧である。

この充電用電源に並列接続されたスイッチドキャパシタを経由し個々全ての二次電池セルへ充電電流を給電し二次電池モジュール全体を充電する。

充電時セル電圧均等化動作につき述べる。二次電池モジュール放電用回路と充電用回路が別回路であるから、ＳＷ１を充電電源へ接続し充電時充電用回路へ給電する。

スイッチドキャパシタは個々全ての二次電池セル電圧と充電電源が発生する電圧との電圧差を小さくするよう自動自律的に動作するから、十分な時間が経過したのち全二次電池セルの電圧は充電電源が発生する電圧と同一となりセル充電とセル電圧均等化は完了する。

放電時セル電圧均等化につき述べる。ＳＷ１を放電用回路へ接続し充電用電源へ給電する。

充電時同様動作し二次電池セル電圧均等化を行いつつ放電する。これにより放電時も充電時同様全二次電池セル電圧は等しくなる。

複数の二次電池モジュールを並列接続し使用する場合、すべての二次電池モジュール出力部へ電流出力の場合のみ導通するスイッチを設ける。

前記の場合二次電池モジュール相互の電圧を整列の必要はない、しかし並列動作するモジュール相互の寿命すなわち素子劣化をできる限り均一にそろえる装置要求がある場合、各モジュール電流負担を均等にするためにモジュール間セル均等化を実施する。阻止劣化を考慮しない場合モジュール間セル均等化を実施しなくともよい。

前記の場合二次電池モジュール相互の電圧を整列の必要はない、しかし並列動作するモジュール相互の寿命すなわち素子劣化をできる限り均一にそろえる装置要求がある場合、各モジュール電流負担を均等にするためにモジュール間セル均等化を実施する。阻止劣化を考慮しない場合モジュール間セル均等化を実施しなくともよい。

充放電時モジュール間セル均等化実行しかつ図８中ＡとＡ’を結合している場合、定電圧定電流直流電源１と２は同時に動作させても、あるいはどちらか一方のみ動作させてもよい。図８中ＡとＡ’を結合しない場合定電圧電流減１と２は両方動作させる。

請求項５記載の二次電池からスイッチドキャパシタへ通過する方向の電流方向制御スイッチを構成へ加え電圧均等化を行う場合、充電用電源を経由した電流へ加え電圧の高い二次電池セルから電圧の低い二次電池セルへスイッチドキャパシタを経由し流れる電流が加わり電圧の低いセル電圧は請求項５の追加回路のない場合より早く高電圧となり、高電圧のセルはより早く低電圧となるから電圧均等化に必要な時間が短縮できる回路である。

請求項６記載の過電圧検出制限回路は充電回路不調やパーツ不具合、断線、ショートあるいは混触により二次電池セルへ高電圧がかかる事象を防止する動作と各電池それぞれ充電電圧を変更したい場合この電圧制限回路により個々の電池に充電電圧制限動作ができる。この場合充電電源発生電圧は最も高い二次電池セル充電電圧となる。個々の二次電池セル充電電圧変更の必要なくかつ回路あるいはシステムの単一故障による電池セル損傷を防止する回路の必要ない場合この過電圧検出制限回路を実装せず入力と出力をショートすれば所望の均等化処理は実施できる。

前記過電圧検出制限回路を充電用定電圧定電流回路の直後かつスイッチドキャパシタの直前へ一つだけ設置してもよい。他の過電圧検出制限回路を削除した場合電圧制限回路は充電電源回路の安全装置としてのみ機能する。

請求項１記載の電流圧制限回路につき記す。制限電流値は二次電池セル許容充電電流値以下の電流値に設定しなければならない。多数直列接続された二次電池セル全てに高い充電電流で充電できるよう十分大きな電流を充電電源が発生している状態下で、１本あるいは少数セルの電圧が低い場合スイッチドキャパシタの性質により、それら電圧の低いセルにのみ充電電流が集中し二次電池セルの許容充電電流値を超える場合がある。これを防止する電流制限回路であるから必須である、ただしいかなる状況においても充電電流が二次電池充電許容電流を超えない場合のみ本回路は省略できる。前記にある充電回路不具合、パーツ不具合、断線、ショートあるいは混触により充電電流が過大になることも防止する保安回路を兼ねる。

請求項１記載の電圧制限回路と電流制限回路はどちらが前にあってもよい、同一回路で電流制限と電圧制限動作する回路であってもよい。

充電用定電圧定電流電源は動作信号入力を持つ場合ソフトウエア制御、ハードウエア制御あるいはその両方による制御にて適宜動作、停止を行う。動作信号入力を持たない回路であってもよい。

スイッチドキャパシタ回路は動作信号入力を持つ場合ソフトウエア制御、ハードウエア制御あるいはその両方による制御にて適宜動作、停止を行う。動作信号入力を持たない回路であってもよい。

使用二次電池モジュールが２つ並列接続されかつ充電回路と放電回路が同じ回路、回路図９の場合を記載する。

二次電池モジュール充電用定電流定電圧電源を設ける、出力電圧は二次電池セル１つ分の満充電電圧である。

この充電用電源に並列接続されたスイッチドキャパシタを経由し個々全ての二次電池セルへ充電電流を給電し二次電池モジュール全体を充電する。

充電時セル電圧均等化動作につき述べる。ＳＷ１を閉じ充電用電源回路へ充電電源から給電する。

スイッチドキャパシタは個々全ての二次電池セル電圧と充電電源が発生する電圧との電圧差を小さくするよう自動自律的に動作するから、十分な時間が経過したのち全二次電池セルの電圧は充電電源が発生する電圧と同一となりセル充電とセル電圧均等化は完了する。

放電時セル電圧均等化につき述べる。放電用回路から充電用電源へ給電し充電時同様動作し二次電池セル電圧均等化を行いつつ放電する。これにより放電時も充電時同様全二次電池セル電圧は等しくなる。

二次電池モジュールの放電用回路と充電用回路が共通の場合。共通回路から直接二次電池モジュールへ給電されないよう電流方向を検知し二次電池モジュールへ直接流入する充電電流を検知した場合、切断動作するスイッチを充放電共通回路へ挿入する。このスイッチ上流部から充電電源入力へ接続し給電する。

複数の二次電池モジュールを並列接続し使用する場合、すべての二次電池モジュール出力部へ電流出力の場合のみ導通するスイッチを設ける。

前記の場合二次電池モジュール相互の電圧を整列の必要はない、しかし並列動作するモジュール相互の寿命すなわち素子劣化をできる限り均一にそろえる装置要求がある場合、各モジュール電流負担を均等にするためにモジュール間セル均等化を実施する。阻止劣化を考慮しない場合モジュール間セル均等化を実施しなくともよい。

充放電時モジュール間セル均等化実行しかつ図９中ＢとＢ’を結合している場合、定電圧定電流直流電源１と２は同時に動作させても、あるいはどちらか一方のみ動作させてもよい。図９中ＢとＢ’を結合しない場合定電圧電流減１と２は両方動作させる。

請求項５記載の二次電池からスイッチドキャパシタへ通過する方向の電流方向制御スイッチを構成へ加え電圧均等化を行う場合、充電用電源を経由した電流へ加え電圧の高い二次電池セルから電圧の低い二次電池セルへスイッチドキャパシタを経由し流れる電流が加わり電圧の低いセル電圧は請求項５の追加回路のない場合より早く高電圧となり、高電圧のセルはより早く低電圧となるから電圧均等化に必要な時間が短縮できる回路である。

請求項６記載の過電圧検出制限回路は充電回路不調やパーツ不具合、断線、ショートあるいは混触により二次電池セルへ高電圧がかかる事象を防止する動作と各電池それぞれ充電電圧を変更したい場合この電圧制限回路により個々の電池に充電電圧制限動作ができる。この場合充電電源発生電圧は最も高い二次電池セル充電電圧となる。個々の二次電池セル充電電圧変更の必要なくかつ回路あるいはシステムの単一故障による電池セル損傷を防止する回路の必要ない場合この過電圧検出制限回路を実装せず入力と出力をショートすれば所望の均等化処理は実施できる。

前記過電圧検出制限回路を充電用定電圧定電流回路の直後かつスイッチドキャパシタの直前へ一つだけ設置してもよい。他の過電圧検出制限回路を削除した場合電圧制限回路は充電電源回路の安全装置としてのみ機能する。

請求項１記載の電流圧制限回路につき記す。制限電流値は二次電池セル許容充電電流値以下の電流値に設定しなければならない。多数直列接続された二次電池セル全てに高い充電電流で充電できるよう十分大きな電流を充電電源が発生している状態下で、１本あるいは少数セルの電圧が低い場合スイッチドキャパシタの性質により、それら電圧の低いセルにのみ充電電流が集中し二次電池セルの許容充電電流値を超える場合がある。これを防止する電流制限回路であるから必須である、ただしいかなる状況においても充電電流が二次電池充電許容電流を超えない場合のみ本回路は省略できる。前記にある充電回路不具合、パーツ不具合、断線、ショートあるいは混触により充電電流が過大になることも防止する保安回路を兼ねる。

請求項１記載の電圧制限回路と電流制限回路はどちらが前にあってもよい、同一回路で電流制限と電圧制限動作する回路であってもよい。

充電用定電圧定電流電源は動作信号入力を持つ場合ソフトウエア制御、ハードウエア制御あるいはその両方による制御にて適宜動作、停止を行う。動作信号入力を持たない回路であってもよい。

スイッチドキャパシタ回路は動作信号入力を持つ場合ソフトウエア制御、ハードウエア制御あるいはその両方による制御にて適宜動作、停止を行う。動作信号入力を持たない回路であってもよい。

使用二次電池モジュールが３つ以上直列接続されかつ充電回路と放電回路が分離されている回路の場合を記載する。
２個直列接続されたモジュールを１モジュールと考えそれへ１モジュール追加と考えることにより２個直列接続されたモジュール同様の回路とできる。

使用二次電池モジュールが３つ以上直列接続されかつ充電回路と放電回路が同一回路の場合を記載する。
２個直列接続されたモジュールを１モジュールと考えそれへ１モジュール追加と考えることにより２個直列接続されたモジュール同様の回路とできる。

使用二次電池モジュールが３つ以上並列接続されかつ充電回路と放電回路が分離されている回路の場合を記載する。
２個並列接続されたモジュールを１モジュールと考えそれへ１モジュール並列追加と考えることにより２個並列接続されたモジュール同様の回路とできる。

使用二次電池モジュールが３つ以上並列接続されかつ充電回路と放電回路が同一回路の場合を記載する。
２個並列接続されたモジュールを１モジュールと考えそれへ１モジュール並列追加と考えることにより２個並列接続されたモジュール同様の回路とできる。

使用二次電池モジュールが２つ以上任意個数直列接続され、それが２つ以上任意個数並列接続されている回路の場合を記載する
２個以上直列接続されたモジュールを１モジュールと考えられ、それが２個以上並列接続されていると考えられるから２つ以上のモジュールが並列接続された回路と同様の回路とみなし回路構成できる。

これまでに記載の二次電池セル充電用定電圧定電流電源すべては一般的に非絶縁電源を使用する一方絶縁電源を使用してもよい。非絶縁電源の場合出力負端子と入力負端子は同一電位である。絶縁電源を使用し複数電源正極が結合してりる場合出力正極を接続した電源の出力負極も対応する電源へ接続する。

Claims (7)

1. 少なくとも２個の二次電池セルからなる蓄電池が直列に接続された組電池と、前記二次電池セルごとに並列に接続されたスイッチドキャパシタとそれに直列接続された電流通過方向スイッチとそれに続く充電電流制限回路と充電過電圧検出制限回路により構成される均等化回路と、前述スイッチドキャパシタへ接続される充電電源装置を含む二次電池セル電圧等化装置。
2. 前記均等化装置は前記スイッチドキャパシタとそれに続く充電電流制限回路と充電過電圧検出制限回路により動作し、直列接続された複数組電池内部にて直列接続された複数の二次電池セル全ての電圧を自立自動的に均等化する請求項１に記載の二次電池セル電圧均等化装置。
3. 前記スイッチドキャパシタは単相回路でも、回路位相をｎ相に分離したｎ相回路のどちらの構成でもよく、接続されている二次電池セルごとに回路位相数は同一構成でも異なる構成でもよい請求項１又は２に記載の二次電池セル電圧均等化装置。
4. 前記組電池を構成する任意二次電池セルまたは全二次電池セルをキャパシタへ変更した構成の請求項１，２又は３に記載の二次電池セル電圧均等化装置。
5. 前記充電電流制限回路と充電過電圧検出制限回路をバイパスするための二次電池からスイッチドキャパシタへ通過する方向の電流方向制御スイッチを構成へ追加した請求項１ないし４に記載の二次電池セル電圧均等化装置。
6. 前記充電過電圧検出制限回路を取り除き構成する請求項１ないし５に記載の二次電池セル電圧均等化装置。
7. 少なくとも２個以上の二次電池モジュールを直列接続する場合、各々二次電池モジュール内充電用電源のすべての正出力を相互接続し負出力を相互接続する構成へ変更した請求項１ないし６に記載の二次電池セル電圧均等化装置。

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