JP3421534B2 - 過充電防止回路、過放電防止回路及び充放電制御回路 - Google Patents

過充電防止回路、過放電防止回路及び充放電制御回路

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JP3421534B2 JP11924697A JP11924697A JP3421534B2 JP 3421534 B2 JP3421534 B2 JP 3421534B2 JP 11924697 A JP11924697 A JP 11924697A JP 11924697 A JP11924697 A JP 11924697A JP 3421534 B2 JP3421534 B2 JP 3421534B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、直列接続された複
数個の電池の過充電または過放電を防止する過充電防止
回路、過放電防止回路及び充放電制御回路に関する。
【0002】
【従来の技術】直列接続された複数個の被充電電池の充
放電を行う場合、個々の電池間における特性のばらつき
により、電池の過充電または過放電が生じてしまうとい
う問題がある。即ち、直列接続された複数個の電池の中
に、他の電池より小容量の電池が含まれていた場合、小
容量の電池が満充電に達しても電池全体としては未だ満
充電に達していないと、充電は継続される。その結果、
小容量の電池が過充電に至る。同様に、小容量の電池が
放電停止状態になったとしても、電池全体として放電可
能状態であると、その後も放電が継続され、小容量の電
池は過放電状態となる。
【0003】そこで、直列接続された複数個の全ての被
充電電池の過充電または過放電を防止して、全て同じ充
電状態または放電状態とするための回路が、特開平7−
163060号公報に開示されている。
【0004】同公報に記載された回路は、直列接続され
た複数個の電池にばらつきが存在しても、いずれの電池
も過充電または過放電されないように、各電池毎に過充
電防止回路と過放電防止回路とを備えている。過充電防
止回路は、電池に直列接続されたダイオードと、充電電
流をバイパスするスイッチング素子と、このスイッチン
グ素子をオンオフ制御する電圧検出器とからなってい
る。一方、過放電防止回路は、電池に直列接続されたス
イッチング素子と、放電電流をバイパスするダイオード
と、前記スイッチング素子をオンオフ制御する電圧検出
器とからなっている。
【0005】斯る回路においては、電池の充電時、小容
量の電池が満充電状態まで充電されると、当該電池の過
充電防止回路が働き、この電池の充電電流をバイパスし
て電池の過充電を防止する。その他の電池はその後も充
電され、全ての電池が過充電されることなく満充電され
る。
【0006】一方、電池の放電時においては、小容量の
電池が放電停止状態まで放電されると、当該電池の過放
電防止回路が作動し、この電池をバイパスして放電を行
うことによって過放電を防止する。その他の電池はその
後も放電され、全ての電池が過放電されることなくほぼ
均一に放電される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、前述の
公報に開示されている回路は、全ての電池の過充電また
は過放電を防止することができる。しかしながら、各電
池毎に過充電防止回路及び過放電防止回路を備えている
ため、回路部品点数が多く、回路構成が非常に複雑とな
る。
【0008】更に、過充電防止回路を構成するダイオー
ドは電池と直列に接続されているため、斯るダイオード
によるエネルギーロスが発生する。特に、直列接続され
た電池の個数が多くなるに従って、斯るエネルギーロス
も増大する。また、電池と直列に接続され、過放電防止
回路を構成するスイッチング素子としては、放電電流の
容量に見合った定格のものを用いなければならない。
【0009】そこで、本発明の目的は、簡単な回路構成
により、直列接続された複数個の電池の過充電及び過放
電を防止することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明において、直列接
続された複数個の電池の過充電を防止する過充電防止回
路は、前記電池の各々の充電状態を逐次検出する検出回
路と、前記電池のうちの1つに接続される少なくとも1
つの過充電防止用放電回路と、前記検出回路の検出結果
に基づいて最も高い充電状態にある電池に前記放電回路
を選択的に接続する接続回路とを備えたことを特徴とし
ている。
【0011】また、直列接続された複数個の電池の過放
電を防止する過放電防止回路は、前記電池の各々の放電
状態を逐次検出する検出回路と、前記電池のうちの1つ
に接続される少なくとも1つの過放電防止用電源回路
と、前記検出回路の検出結果に基づいて最も深い放電状
態にある電池に前記電源回路を選択的に接続する接続回
路とを備えたことを特徴としている。
【0012】更に、直列接続された複数個の電池の過充
電及び過放電を防止する充放電制御回路は、前記電池の
各々の充電状態及び放電状態を逐次検出する検出回路
と、前記電池のうちの1つに接続される少なくとも1つ
の過充電防止用放電回路と、前記電池のうちの1つに接
続される少なくとも1つの過放電防止用電源回路と、前
記電池の充電時に前記検出回路の検出結果に基づいて最
も高い充電状態にある電池に前記放電回路を選択的に接
続すると共に、前記電池の放電時に前記検出回路の検出
結果に基づいて最も深い放電状態にある電池に前記電源
回路を選択的に接続する接続回路とを備えたことを特徴
としている。
【0013】
【発明の実施の形態】図1は本発明の一実施例を示すブ
ロック回路図である。B1〜Bnは直列接続された複数
個の被充電電池であり、ニッケルカドミウム電池、ニッ
ケル水素電池、リチウムイオン電池等からなる。1はこ
れら電池B1〜Bnを充電するための充電回路であり、
電池B1〜Bnの種類に応じて周知の定電流充電回路や
定電圧充電回路から構成される。2は充電回路1と電池
B1〜Bnとの間に介挿された充電スイッチ、3は電池
B1〜Bnにより駆動される負荷、4は負荷3と電池B
1〜Bnとの間に介挿された放電スイッチである。
【0014】5は電池B1〜Bnの各々の充放電状態を
検出する検出回路であり、電池B1〜Bnの各々の電池
電圧を逐次検出する電圧検出回路51と、検出された電
池電圧のアナログ値をデジタル値に変換するA/D変換
回路52と、A/D変換回路52から出力される電池電
圧を記憶する記憶回路53と、A/D変換回路52から
出力される電池電圧及び記憶回路53に記憶されている
電池電圧に基づいて電池B1〜Bnの各々の充放電状態
を監視し、制御信号を出力する制御回路54とから構成
されている。
【0015】制御回路54はマイクロコンピュータから
構成されている。電池B1〜Bnの充電時においては、
電圧検出回路51にて逐次検出される電池電圧及び記憶
回路53に記憶されている過去の電池電圧を基に、電池
B1〜Bnの各々の充電状態を逐次監視している。そし
て、電池B1〜Bnのいずれかが特定以上の充電状態を
示すようになると、その中で最も高い充電状態を示す電
池がどれであるかを示す制御信号を出力する。
【0016】一方、電池B1〜Bnの放電時にあって
は、いずれかの放電状態がある特定の状態(例えば、特
定の電池電圧)以下となると、その中で最も深い放電状
態(即ち、最も電池電圧が低い状態)である電池がどれ
であるかを示す制御信号を出力する。
【0017】なお、前述の特定の充電状態または放電状
態は、電池B1〜Bnの充電電流または放電電流の大き
さにより適宜に設定される。例えば、電池B1〜Bnの
放電時、特定の放電状態は、放電電流の大きさに略比例
するように設定される。
【0018】6は電池B1〜Bnの充電時において、そ
のうちの1つに並列接続される過充電防止用放電回路で
あり、適宜の抵抗値を有する抵抗器や電池B1〜Bnと
同種の電池等からなる。7は電池B1〜Bnの放電時に
おいて、そのうちの1つに並列接続される過放電防止用
電源回路であり、電池B1〜Bnと同種の電池、または
当該電池と適宜の昇圧回路との組み合わせあるいは適宜
の外部電源回路等からなる。8は電池B1〜Bnの充電
時及び放電時に対応して、放電回路6または電源回路7
を切り換える切換スイッチである。
【0019】9は電池B1〜Bnの充電時に検出回路5
の検出結果に基づいて最も高い充電状態にある電池に放
電回路6を選択的に接続すると共に、電池B1〜Bnの
放電時に検出回路5の検出結果に基づいて最も深い放電
状態にある電池に電源回路7を選択的に接続する接続回
路である。接続回路9は、制御回路54からの制御信号
に応答するスイッチ切換回路91と、リレースイッチや
半導体スイッチからなる選択スイッチSW1〜SWnと
から構成される。
【0020】以下、本実施例の回路動作に関して、まず
電池B1〜Bnの充電時について説明する。充電を開始
するに当たって、選択スイッチSW1〜SWnは全てオ
フ状態とされ、切換スイッチ8は過充電防止用放電回路
6側に接続されている。
【0021】電池B1〜Bnの充電は、充電スイッチ2
をオン状態とすることにより開始される。充電が開始さ
れると、電圧検出回路51は逐次、電池B1〜Bnの各
々の電池電圧を周期的に検出し、A/D変換回路52に
出力する。制御回路54は、A/D変換回路52から出
力される電池電圧及び記憶回路53に記憶されている電
池電圧に基づいて電池B1〜Bnの各々の充電状態を監
視する。
【0022】全ての電池B1〜Bnが同じ特性を備えて
いる場合、電池B1〜Bnの充電状態は全く同じ状態で
推移するため、何ら問題ない。しかし、そうでない場
合、電池B1〜Bnの中で最も小容量の電池が最も早く
満充電状態へと近づく。そこで、制御回路54は、電池
B1〜Bnのいずれかの電池(仮に、電池B1とする)
が特定の充電状態を超え、最も高い充電状態にあるとす
ると、制御信号を出力する。
【0023】スイッチ切換回路91は斯る制御信号に応
答し、電池B1に放電回路6を並列接続するべく、選択
スイッチSW1をオン状態とする。従って、電池B1の
充電レートは他の電池B2〜Bnより緩和され、過充電
状態となることが防止される。
【0024】その後、電池B1より高い充電状態となっ
た電池(例えば、電池B2)が現れると、スイッチ切換
回路91は放電回路6の接続を電池B1から電池B2に
切り換える。以後、最も高い充電状態を示す電池に順次
放電回路6を接続することにより、全ての電池B1〜B
nの充電状態は均一化される。
【0025】次に、電池B1〜Bnの放電時の動作につ
いて説明する。放電を開始するに当たっては、選択スイ
ッチSW1〜SWnは全てオフ状態とされ、また切換ス
イッチ8は、過放電防止用電源回路7側に接続されてい
る。電池B1〜Bnの放電は、放電スイッチ4をオン状
態とすることにより開始される。電圧検出回路51は逐
次、電池B1〜Bnの電池電圧を周期的に検出し、A/
D変換回路52に出力する。制御回路54は、A/D変
換回路52から出力される電池電圧及び記憶回路53に
記憶されている電池電圧に基づいて電池B1〜Bnの各
々の放電状態を監視する。
【0026】制御回路54は、電池B1〜Bnのいずれ
かの電池(仮に、電池B1とする)が特定の放電状態を
下回り、最も深い放電状態にあるとすると、制御信号を
出力する。スイッチ切換回路91は斯る制御信号に応答
し、電池B1に電源回路7を並列接続するべく、選択ス
イッチSW1をオン状態とする。従って、電池B1の放
電レートは他の電池B2〜Bnより緩和され、過放電状
態となることが防止される。
【0027】その後、電池B1より深い充電状態となっ
た電池(例えば、電池B2)が現れると、スイッチ切換
回路91は電源回路7の接続を電池B1から電池B2に
切り換える。以後、最も深い充電状態を示す電池に順次
電源回路7を接続することにより、全ての電池B1〜B
nは、過放電状態となることなく、放電状態が均一化さ
れる。
【0028】なお、本実施例においては、放電回路6、
電源回路7及び切換スイッチ8の組み合わせを一組のみ
備える構成であるが、直列接続される電池の個数が非常
に多い場合には、放電回路6、電源回路7及び切換スイ
ッチ8の組み合わせを2組または3組と備えるようにし
ても良い。但し、回路構成を簡略化するという観点から
すると、できるだけ少ない方が良い。
【0029】
【発明の効果】本発明においては、直列接続された複数
個の電池の中で、前記電池の充電時に最も高い充電状態
にある電池に放電回路を選択的に接続し、または前記電
池の放電時に最も深い放電状態にある電池に電源回路を
選択的に接続する接続回路を備えているので、複雑な回
路構成を要することなく、全ての電池の過充電または過
放電を防止して、均一に電池の充電または放電を行うこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すブロック回路図であ
る。
【符号の説明】
B1〜Bn 電池 5 検出回路 6 放電回路 7 電源回路 9 接続回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H02J 7/02 H02J 7/02 H (56)参考文献 特開 平7−163060(JP,A) 特開 平4−347543(JP,A) 特開 平4−183230(JP,A) 特開 昭58−29336(JP,A) 特開 平9−285028(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02J 7/00 - 7/10 H01M 10/44 H02H 7/18

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直列接続された複数個の電池の過充電を
    防止する過充電防止回路であって、前記電池の各々の充
    電状態を逐次検出する検出回路と、前記電池の数より少
    なく設けられ、前記電池のうちの1つに接続される過
    電防止用放電回路と、前記検出回路の検出結果に基づい
    て最も高い充電状態にある電池に前記放電回路を選択的
    に接続する接続回路とを備えたことを特徴とする過充電
    防止回路。
  2. 【請求項2】 直列接続された複数個の電池の過放電を
    防止する過放電防止回路であって、前記電池の各々の放
    電状態を逐次検出する検出回路と、前記電池の数より少
    なく設けられ、前記電池のうちの1つに接続される過
    電防止用電源回路と、前記検出回路の検出結果に基づい
    て最も深い放電状態にある電池に前記電源回路を選択的
    に接続する接続回路とを備えたことを特徴とする過放電
    防止回路。
  3. 【請求項3】 直列接続された複数個の電池の過充電及
    び過放電を防止する充放電制御回路であって、前記電池
    の各々の充電状態及び放電状態を逐次検出する検出回路
    と、前記電池の数より少なく設けられ、前記電池のうち
    の1つに接続される過充電防止用放電回路と、前記電池
    の数より少なく設けられ、前記電池のうちの1つに接続
    される過放電防止用電源回路と、前記電池の充電時に前
    記検出回路の検出結果に基づいて最も深い放電状態にあ
    る電池に前記電源回路を選択的に接続すると共に、前記
    電池の放電時に前記検出回路の検出結果に基づいて最も
    深い放電状態にある電池に前記電源回路を選択的に接続
    する接続回路とを備えたことを特徴とする充放電制御回
    路。
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