JP3672551B2 - バッテリの放電制御回路、充電制御回路および充放電制御回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、バッテリの放電回路、充電回路および充放電制御回路に関するものであり、特に、バッテリの効果的な使用状態を確保し、バッテリの使用コストを低減させるバッテリの放電回路、充電回路および充放電制御回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
所望のバッテリ容量を確保する場合、小容量のバッテリを多数直列に接続して使用することが多々ある。このように多数直列接続のバッテリを使用するような場合では、それぞれのバッテリが、充電や放電が多数繰り返された状態で使用されることから、それぞれのバッテリ間で充電容量のバラツキが生じていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このバッテリ間の充電容量のバラツキは、バッテリ全体の容量劣化を引き起こしやすいという問題点があった。一方、この容量劣化を起こした小数の不良バッテリを特定するためには、個々のバッテリの内部抵抗などを測定する必要があり、時間の伴う作業を強いられていた。特に、無停電電源装置（ＵＰＳ）などに用いられる場合には、迅速な交換を余儀なくされるので、良好なバッテリが存在しているにもかかわらずバッテリ全体の交換を行うことが多々あり、経済性に欠けるという欠点があった。
【０００４】
また、充電容量のバラツキをなくすために、バッテリを定期的（例えば、１週間ぐらい）に均等充電（低電流で長時間充電）をすることもよく行われており、すべてのバッテリに対して一律に充電を行っていた。
【０００５】
しかしながら、この均等充電ではすべてのバッテリに対して一律に充電を行うので、無駄な電力消費が起こるとともに、良好なバッテリまでもが過充電になり寿命劣化を促進するという問題点があった。
【０００６】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、多数直列接続されたバッテリにおいて、バッテリ個々の劣化状態のモニタを可能にするとともに、バッテリ間の寿命劣化を均一化させ、長時間使用を可能にするバッテリの充放電制御回路を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかるバッテリの放電制御回路にあっては、複数のバッテリを直列に接続させた多数接続バッテリの放電を制御するバッテリの放電制御回路において、１次巻線および該１次巻線に磁気結合された２次巻線を有する変成器と該２次巻線に接続された短絡手段とを具備し、前記複数のバッテリの個々の端子電圧に等しい電圧をそれぞれ検出するバッテリ電圧検出回路と、前記複数のバッテリの個々の端子電圧をそれぞれ保持するバッテリ端子電圧保持回路と、前記複数のバッテリの個々の端子電圧の平均値を保持するバッテリ平均端子電圧保持回路と、前記バッテリ端子電圧保持回路の出力と前記バッテリ平均端子電圧保持回路の出力とを比較する比較器と、前記比較器の出力に基づき前記複数のバッテリの個々のバッテリが放電する電流の一部をそれぞれ分流させる分流回路と、を備え、前記バッテリ電圧検出回路は、所定のパルス電圧が前記変成器の１次巻線に印加された後、該印加が開放されるときに該１次巻線に生ずる電圧によって該２次巻線に発生する電圧を利用して前記短絡手段を短絡させ、該短絡手段の短絡によって該変成器の２次巻線に印加される電圧を前記複数のバッテリの個々の端子電圧としてそれぞれ検出することを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、１次巻線および該１次巻線に磁気結合された２次巻線を有する変成器と２次巻線に接続された短絡手段とをバッテリごとにそれぞれ具備するバッテリ電圧検出回路は、所定のパルス電圧が前記変成器の１次巻線に印加された後、該印加が開放されるときに１次巻線に生ずる電圧によって２次巻線に発生する電圧を利用して短絡手段を短絡させ、短絡手段の短絡によって変成器の２次巻線に印加される電圧を複数のバッテリの個々の端子電圧としてそれぞれ検出し、バッテリ端子電圧保持回路は複数のバッテリの個々の端子電圧をそれぞれ保持し、バッテリ平均端子電圧保持回路は複数のバッテリの個々の端子電圧の平均値を保持し、比較器はバッテリ端子電圧保持回路の出力とバッテリ平均端子電圧保持回路の出力を比較し、分流回路は比較器の出力に基づき複数のバッテリの個々のバッテリが放電する電流の一部をそれぞれ分流させる。
【０００９】
つぎの発明にかかる放電制御回路にあっては、前記分流回路は、該分流回路の導通／非導通を切り換えるスイッチング素子を備え、前記スイッチング素子は、前記比較器の出力信号を用いて、前記分流回路を導通状態にすることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、分流回路の導通／非導通を切り換えるために分流回路に備えられたスイッチング素子が、比較器の出力信号を用いて、この分流回路を導通状態にする。
【００１１】
つぎの発明にかかる放電制御回路にあっては、前記比較器は、前記バッテリ端子電圧保持回路の電圧が前記バッテリ平均端子電圧保持回路の電圧よりも大きいときに、出力信号を出力することを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、比較器は、バッテリ端子電圧保持回路の電圧がバッテリ平均端子電圧保持回路の電圧よりも大きいときに出力信号を出力する。
【００１３】
つぎの発明にかかる放電制御回路にあっては、前記短絡手段が整流素子であることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、短絡手段は整流素子によるものとした。
【００１５】
つぎの発明にかかる充電制御回路にあっては、複数のバッテリを直列に接続させた多数接続バッテリの充電を制御するバッテリの充電制御回路において、１次巻線および該１次巻線に磁気結合された２次巻線を有する変成器と該２次巻線に接続された短絡手段とを具備し、前記複数のバッテリの個々の端子電圧に等しい電圧をそれぞれ検出するバッテリ電圧検出回路と、前記複数のバッテリの個々の端子電圧をそれぞれ保持するバッテリ端子電圧保持回路と、前記複数のバッテリの個々の端子電圧の平均値を保持するバッテリ平均端子電圧保持回路と、前記バッテリ端子電圧保持回路の出力と前記バッテリ平均端子電圧保持回路の出力とを比較する比較器と、前記比較器の出力に基づき前記複数のバッテリの個々のバッテリを充電する電流の一部をそれぞれ分流させる分流回路と、を備え、前記バッテリ電圧検出回路は、所定のパルス電圧が前記変成器の１次巻線に印加された後、該印加が開放されるときに該１次巻線に生ずる電圧によって該２次巻線に発生する電圧を利用して前記短絡手段を短絡させ、該短絡手段の短絡によって該変成器の２次巻線に印加される電圧を前記複数のバッテリの個々の端子電圧としてそれぞれ検出することを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、１次巻線および該１次巻線に磁気結合された２次巻線を有する変成器と２次巻線に接続された短絡手段とをバッテリごとにそれぞれ具備するバッテリ電圧検出回路は、所定のパルス電圧が前記変成器の１次巻線に印加された後、該印加が開放されるときに１次巻線に生ずる電圧によって２次巻線に発生する電圧を利用して短絡手段を短絡させ、短絡手段の短絡によって変成器の２次巻線に印加される電圧を複数のバッテリの個々の端子電圧としてそれぞれ検出し、バッテリ端子電圧保持回路は複数のバッテリの個々の端子電圧をそれぞれ保持し、バッテリ平均端子電圧保持回路は複数のバッテリの個々の端子電圧の平均値を保持し、比較器はバッテリ端子電圧保持回路の出力とバッテリ平均端子電圧保持回路の出力を比較し、分流回路は比較器の出力に基づき複数のバッテリの個々のバッテリを充電する電流の一部をそれぞれ分流させる。
【００１７】
つぎの発明にかかる充電制御回路にあっては、前記分流回路は、該分流回路の導通／非導通を切り換えるスイッチング素子を備え、前記スイッチング素子は、前記比較器の出力信号を用いて、前記分流回路を導通状態にすることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、分流回路の導通／非導通を切り換えるために分流回路に備えられたスイッチング素子が、比較器の出力信号を用いて、この分流回路を導通状態にする。
【００１９】
つぎの発明にかかる充電制御回路にあっては、前記比較器は、前記バッテリ端子電圧保持回路の電圧が前記バッテリ平均端子電圧保持回路の電圧よりも大きいときに、出力信号を出力することを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、比較器は、バッテリ端子電圧保持回路の電圧がバッテリ平均端子電圧保持回路の電圧よりも大きいときに出力信号を出力する。
【００２１】
つぎの発明にかかる充電制御回路にあっては、前記短絡手段が整流素子であることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、短絡手段は整流素子によるものとした。
【００２３】
つぎの発明にかかる充放電制御回路にあっては、複数のバッテリを直列に接続させた多数接続バッテリの放電および充電を制御するバッテリの充放電制御回路において、１次巻線および該１次巻線に磁気結合された２次巻線を有する変成器と該２次巻線に接続された短絡手段とを具備し、前記複数のバッテリの個々の端子電圧に等しい電圧をそれぞれ検出するバッテリ電圧検出回路と、前記複数のバッテリの個々の端子電圧をそれぞれ保持するバッテリ端子電圧保持回路と、前記複数のバッテリの個々の端子電圧の平均値を保持するバッテリ平均端子電圧保持回路と、前記バッテリ端子電圧保持回路の出力と前記バッテリ平均端子電圧保持回路の出力とを比較する比較器と、前記比較器の出力に基づき前記複数のバッテリの個々のバッテリが放電する電流の一部をそれぞれ分流させ、かつ、前記複数のバッテリの個々のバッテリを充電する電流の一部をそれぞれ分流させる分流回路と、を備え、前記バッテリ電圧検出回路は、所定のパルス電圧が前記変成器の１次巻線に印加された後、該印加が開放されるときに該１次巻線に生ずる電圧によって該２次巻線に発生する電圧を利用して前記短絡手段を短絡させ、該短絡手段の短絡によって該変成器の２次巻線に印加される電圧を前記複数のバッテリの個々の端子電圧としてそれぞれ検出することを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、１次巻線および該１次巻線に磁気結合された２次巻線を有する変成器と２次巻線に接続された短絡手段とをバッテリごとにそれぞれ具備するバッテリ電圧検出回路は、所定のパルス電圧が前記変成器の１次巻線に印加された後、該印加が開放されるときに１次巻線に生ずる電圧によって２次巻線に発生する電圧を利用して短絡手段を短絡させ、短絡手段の短絡によって変成器の２次巻線に印加される電圧を複数のバッテリの個々の端子電圧としてそれぞれ検出し、バッテリ端子電圧保持回路は複数のバッテリの個々の端子電圧をそれぞれ保持し、バッテリ平均端子電圧保持回路は複数のバッテリの個々の端子電圧の平均値を保持し、比較器はバッテリ端子電圧保持回路の出力とバッテリ平均端子電圧保持回路の出力を比較し、分流回路は比較器の出力に基づき複数のバッテリの個々のバッテリが放電する電流の一部をそれぞれ分流させ、かつ、複数のバッテリの個々のバッテリを充電する電流の一部をそれぞれ分流させる。
【００２５】
つぎの発明にかかる充放電制御回路にあっては、前記分流回路は、該分流回路の導通／非導通を切り換えるスイッチング素子を備え、前記スイッチング素子は、前記比較器の出力信号を用いて、前記分流回路を導通状態にすることを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、分流回路の導通／非導通を切り換えるために分流回路に備えられたスイッチング素子が、比較器の出力信号を用いて、この分流回路を導通状態にする。
【００２７】
つぎの発明にかかる充放電制御回路にあっては、前記比較器は、前記バッテリ端子電圧保持回路の電圧が前記バッテリ平均端子電圧保持回路の電圧よりも大きいときに、出力信号を出力することを特徴とする。
【００２８】
この発明によれば、比較器は、バッテリ端子電圧保持回路の電圧がバッテリ平均端子電圧保持回路の電圧よりも大きいときに出力信号を出力する。
【００２９】
つぎの発明にかかる充放電制御回路にあっては、前記短絡手段が整流素子であることを特徴とする。
【００３０】
この発明によれば、短絡手段は整流素子によるものとした。
【００３１】
つぎの発明にかかる充放電制御回路にあっては、前記比較器の出力信号を検出する目視手段をさらに備えることを特徴とする。
【００３２】
この発明によれば、目視手段は、比較器の出力信号を検出することによって、バッテリの端子電圧の低下または上昇を視認することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかるバッテリの放電制御回路、充電制御回路および充放電制御回路の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００３４】
図１は、この発明にかかるバッテリの充放電制御回路の使用例を示すブロック図である。同図において、複数直列接続されたバッテリ１２は、スイッチ１３が開の状態で、スイッチ１４が閉の状態のときに、負荷１１に対して電力を供給する。一方、このバッテリ１２は、スイッチ１３が閉の状態で、スイッチ１４が開の状態のときに、直流電源１０によって充電される。充放電制御回路２０は、この複数直列接続されたバッテリ１２を構成する個々のバッテリの電圧をモニタして、個々のバッテリ電圧のバラツキがなくなるように、すなわち個々のバッテリ電圧が等しくなるように制御を行う。
【００３５】
図２は、図１に示した充放電制御回路２０の具体的な構成例を示す回路図である。同図に示すように、この充放電制御回路２０は、トランジスタ、ダイオード、抵抗、コンデンサ、変成器などを組み合わせた回路をｎ段並列に並べて構成されている。充放電制御回路２０の各段の回路は、ｎ個の直列接続された個々のバッテリに対して接続されており、それぞれの回路に接続されているバッテリの充放電を制御するように動作する。なお、これらの個々のバッテリは、当初、同容量で同一電圧のもので構成されているが、充放電の繰り返しによって、バッテリ間でバッテリ電圧のバラツキが生ずることを想定している。また、このバラツキが生じたときのバッテリ端子電圧を、それぞれＥ１、・・・、Ｅｎとして同図に示している。
【００３６】
ここで、図２に示す充放電制御回路２０の構成について説明する。まず、バッテリ１２−１に接続されている最上段の回路において、変成器Ｔ１は、一次巻線とこの一次巻線に誘導結合された二次巻線とを備えている。変成器Ｔ１の一次巻線の一端は、抵抗Ｒ２−１の一端とダイオードＤ２−１のアノード端子の一端が接続されている端子に接続されており、他端は、この充放電制御回路２０に共通に用いられる電池Ｅｘの正極側に接続されている。変成器Ｔ１の二次巻線の一端は、ダイオードＤ１−１のアノード端子に接続されており、他端はバッテリ１２−１の負極側に接続されている。
【００３７】
なお、変成器Ｔ１の一次巻線と二次巻線とは、一次巻線に流れる電流の変化に伴って電圧が発生するとき、一次巻線の一端に発生する電圧と二次巻線の一端に発生する電圧とが同極性の電圧となるように結合されている。
【００３８】
変成器Ｔ１の二次巻線側では、ダイオードＤ１−１が変成器Ｔ１の二次巻線の一端と抵抗Ｒ１−１の一端との間に挿入され、抵抗Ｒ１−１の一端とダイオードＤ１−１のカソード端子とがバッテリ１２−１の正極側に接続されている。抵抗Ｒ１−１の他端は、トランジスタＴｒ１−１のコレクタ端子に接続され、このトランジスタＴｒ１−１のエミッタ端子は、バッテリ１２−１の負極側に接続されている。
【００３９】
変成器Ｔ１の一次巻線側では、ダイオードＤ２−１のカソード端子と抵抗Ｒ３−１の一端およびコンデンサＣ１−１の一端が接続されており、このダイオードＤ２−１を介して変成器Ｔ１の一次巻線の一端とそれぞれ接続されている。また、抵抗Ｒ３−１の他端およびコンデンサＣ１−１の他端は、変成器Ｔ１の他端と接続されている。
【００４０】
コンデンサＣ１−１の一端には抵抗Ｒ４−１の一端が接続され、この抵抗Ｒ４−１の他端は比較器２１−１の負極側の入力端子と接続されている。一方、この比較器２１−１の正極側の入力端子にはダイオードＤ２−１のカソード端子、抵抗Ｒ３−１の一端およびコンデンサＣ１−１の一端が接続されている。
【００４１】
比較器２１−１の出力端子には抵抗Ｒ５−１と視認用の発光ダイオードＬＥＤ１−１と起動用の発光ダイオードＬＥＤ２−１の直列回路が接続されている。すなわち、抵抗Ｒ５−１の一端が比較器２１−１の出力端子に接続され、抵抗Ｒ５−１の他端が発光ダイオードＬＥＤ１−１の一端に接続されている。発光ダイオードＬＥＤ２−１の一端は発光ダイオードＬＥＤ１−１の他端に接続され、発光ダイオードＬＥＤ２−１の他端は変成器Ｔ１の一次巻線側の他端および電池Ｅｘの正極側に接続されている。また、発光ダイオードＬＥＤ２−１の出力は図示しないフォトカプラでトランジスタＴｒ１−１のベースに結合されている。
【００４２】
このように、バッテリ１２−１には、上述した構成の回路が接続されている。また、図２に示すように、バッテリ１２−１に接続した回路と同一素子で構成した回路がバッテリ１２−ｎに対しても接続されている。同図には示していないが、バッテリ１２−２〜１２−（ｎ−１）についても、この回路と同一素子で構成した回路がバッテリ１２−２〜１２−ｎのそれぞれに接続される。
【００４３】
これまでは、バッテリ１２−１〜１２−ｎにそれぞれ接続された部分の回路構成に関して説明してきたが、つぎに、これらの回路に共通な部分の構成について説明する。
【００４４】
図２において、抵抗Ｒ２−１〜Ｒ２−ｎのそれぞれの他端にはダイオードＤ３−１〜Ｄ３−ｎのそれぞれのアノード端子が接続され、これらのダイオードＤ３−１〜Ｄ３−ｎのそれぞれのカソード端子にはトランジスタＴｒｘのコレクタ端子が接続されている。一方、トランジスタＴｒｘのエミッタ端子は、電池Ｅｘの負極側に接続されている。また、コンデンサＣｘの他端は電池Ｅｘの正極側に接続され、コンデンサＣｘの一端は比較器２１−１〜２１−ｎの負極側の入力端子のすべてと接続されている。
【００４５】
つぎに、図２に示す充放電制御回路２０の動作について説明する。図３は、スイッチングパルスが印加されたときの回路動作を説明するための回路図である。図３に示した太線の部分が、回路に流れる電流を示している。同図において、スイッチングパルスがトランジスタＴｒｘのベースに印加されるとトランジスタＴｒｘが導通状態になるので、電池Ｅｘからの電流が、変成器Ｔ１の一次巻線、抵抗Ｒ２−１、ダイオードＤ３−１、Ｔｒｘを通じて流れる。また、他のバッテリに接続された各段の回路においても、この電流と同様な電流が流れる。例えば、バッテリ１２−ｎに接続された回路では、同図に示すように、変成器Ｔｎの一次巻線、抵抗Ｒ２−ｎ、ダイオードＤ３−ｎ、Ｔｒｘを通じた電流が流れる。
【００４６】
これらの各段の回路においては、変成器、抵抗、コンデンサ、ダイオードなどの回路素子のそれぞれは、それぞれに対応する箇所において同一の抵抗値および容量値並びに同一の特性のものを用いた対称形の回路なので、各段に流れる電流は基本的に同一の電流が流れると考えてよい。なお、これ以降、冗長な説明を避けるため、各段の回路で異なる動作をしない限りにおいて、バッテリ１２−１に接続された回路のみの説明を行うものとし、他の各段の回路の動作は同一の動作を行うものとしてその説明を省略する。
【００４７】
図３において、スイッチングパルスがトランジスタＴｒｘのベースに印加されるとき、スイッチングパルスの立ち上がり時に変成器Ｔ１の一次巻線の両端に一時的に電圧が誘起される。この誘起電圧の極性は変成器Ｔ１の下側（黒丸印の反対側）が正となる向きの電圧であり、この誘起電圧は他の回路素子（抵抗Ｒ２−１、ダイオードＤ３−１以外の素子）には影響を与えない。また、このとき、変成器Ｔ１の二次巻線の両端にも同一の極性（変成器Ｔ１の下側が正）の電圧が誘起される。この誘起電圧も、ダイオードＤ１−１を導通させる向きとは逆の電圧であり、変成器Ｔ１の二次巻線側の回路には影響を与えない。
【００４８】
図４は、スイッチングパルスがオンからオフになるときの回路動作を説明するための回路図である。図４において、トランジスタＴｒｘのベースに印加されたスイッチングパルスがオンからオフに移るとき、トランジスタＴｒｘが非導通状態に変わるので、電池Ｅｘから、変成器Ｔ１の一次巻線、抵抗Ｒ２−１、ダイオードＤ３−１、Ｔｒｘを通じて流れていた電流が流れなくなる。このとき、変成器Ｔ１の一次巻線には、上記の誘起電圧とは逆向きの電圧が誘起される。この誘起電圧の向きは、今まで流れていた電流の流れを維持させようとする向きであり、同図に示すように、変成器Ｔ１の一次巻線の上側（黒丸印側）が正となる向きの電圧が誘起される。
【００４９】
この変成器Ｔ１の一次巻線に誘起される電圧の大きさは、バッテリ１２−１の端子電圧に比例した電圧である。なぜなら、変成器Ｔ１の一次巻線に図４に示す向きの電圧が誘起されるとき、変成器Ｔ１の二次巻線にも同一極性の電圧が誘起される。この誘起された電圧は、ダイオードＤ１−１を導通させる向きの電圧であり、また、ダイオードＤ１−１の順方向の抵抗値は極めて小さいので、変成器Ｔ１の二次巻線の両端の電圧は瞬間的にバッテリ１２−１の端子電圧に調整される。このとき、変成器Ｔ１の一次巻線の両端の電圧は、変成器Ｔ１の一次巻線と二次巻線の巻数比に応じた電圧が誘起される。もし、この巻数比が１：１であれば、変成器Ｔ１の一次巻線の両端の電圧はバッテリ１２−１の電圧に等しくなる。後述する内容から明らかとなるが、変成器Ｔ１の一次巻線と二次巻線の巻数比は任意に設定することができる。ただし、変成器Ｔ１〜Ｔｎの巻数比は同一に設定する必要がある。なお、これ以降の説明は、変成器Ｔ１〜Ｔｎの巻数比が１対１に設定されているものとして説明をする。
【００５０】
図４において、この変成器Ｔ１の一次巻線に誘起された電圧によって、ダイオードＤ２−１を通じてコンデンサＣ１−１を充電する向きの電流が流れる。このとき、コンデンサＣ１−１の両端の電圧はバッテリの端子電圧Ｅ１の値に充電される。
【００５１】
一方、ダイオードＤ２−１、抵抗Ｒ４−１を通じてコンデンサＣｘを充電する向きの電流も流れる。また、このコンデンサＣｘには、バッテリ１２−２〜１２−ｎに接続された回路を構成するそれぞれの変成器Ｔ２〜Ｔｎに誘起された電圧に基づき、同様な向きの電流が流れる。これらの変成器Ｔ２〜Ｔｎは変成器Ｔ１と同じ巻数比（ここでは１対１の巻数比）に設定されているので、変成器Ｔ２〜Ｔｎの両端に誘起される電圧は、それぞれバッテリ１２−２〜１２−ｎのそれぞれの端子電圧Ｅ２〜Ｅｎとなる。図４に示すように、コンデンサＣｘには、誘起されたこれらの端子電圧Ｅ１〜Ｅｎが並列に印加されることになるので、コンデンサＣｘの両端の電圧は、バッテリの端子電圧Ｅ１〜Ｅｎの平均電圧Ｅａ、［Ｅａ＝（Ｅ１＋Ｅ２＋・・・＋Ｅｎ）／ｎ］の値に充電されることになる。
【００５２】
図５は、バッテリ１２−１の端子電圧Ｅ１が低下した場合の回路動作を説明するための回路図である。いま、過放電あるいは寿命劣化による内部抵抗の上昇などにより、バッテリ１２−１の端子電圧Ｅ１だけが低下してＥ１’（Ｅ１’＜Ｅ２、Ｅ１’＜Ｅ３、・・・、Ｅ１’＜Ｅｎ、Ｅ２≒Ｅ３≒・・・≒Ｅｎ）となった状態を考える。このとき、変成器Ｔ１の二次巻線からダイオードＤ１−１を通じて電流が流れ、変成器Ｔ１の二次巻線の端子電圧はＥ１’に低下する。この電圧低下に連動して、変成器Ｔ１の一次巻線の端子電圧もＥ１’に低下し、コンデンサＣ１−１に充電された電圧も抵抗Ｒ３−１を通じて放電される。
【００５３】
しかし、変成器Ｔ１の一次巻線の一端とコンデンサＣ１−１の一端とがダイオードＤ２−１を通じて接続されているので、コンデンサＣ１−１の端子電圧がＥ１’になったときに、この放電は停止する。このような回路動作によって、比較器２１−１の正極側入力の端子電圧はＥ１’となり、負極側入力の端子電圧はＥａ’［Ｅａ’＝（Ｅ１’＋Ｅ２＋・・・＋Ｅｎ）／ｎ］となる。同時に、比較器２１−１以外の正極側入力の端子電圧は変化せず、負極側入力の端子電圧はすべてＥａ’となる。
【００５４】
このとき、比較器２１−１の正極側入力の端子電圧と負極側入力の端子電圧との差Ｅ１’−Ｅａ’は、Ｅ１’−Ｅａ’＝−（１／ｎ）×［（Ｅ２−Ｅ１’）＋（Ｅ３−Ｅ１’）＋・・・＋（Ｅｎ−Ｅ１’）］であり、Ｅ１’＜Ｅ２、Ｅ１’＜Ｅ３、・・・、Ｅ１’＜Ｅｎの関係があるので、比較器２１−１からの電流は流れず、トランジスタＴｒ１−１はオフの状態となる。
【００５５】
一方、比較器２１−ｎの正極側入力の端子電圧は変化せず、負極側入力の端子電圧はＥａ’となる。このとき、正極側入力の端子電圧と負極側入力の端子電圧との差Ｅｎ−Ｅａ’は、Ｅｎ−Ｅａ’＝（１／ｎ）×［（Ｅｎ−Ｅ１’）＋（Ｅｎ−Ｅ２）＋・・・＋（Ｅｎ−（Ｅｎ−１））］≒（１／ｎ）×（Ｅｎ−Ｅ１’）であり、Ｅ１’＜Ｅｎの関係があるので、比較器２１−ｎからの電流が流れ、図示しないフォトカプラを通じてトランジスタＴｒ１−ｎがオンの状態になる。このトランジスタＴｒ１−ｎがオンのとき、抵抗Ｒ１−ｎとトランジスタＴｒ１−ｎとが、バッテリの端子電圧の一部を放電させる分流回路を構成する。
【００５６】
図６は、図５に示す状態時において、バッテリ１２が直流電源１０によって充電されるときの回路動作を説明するための回路図である。同図おいて、スイッチ１３が閉じられ、一方、スイッチ１４は開放されていて、直流電源１０によってバッテリ１２が充電される状態にある。また、同図には、充放電制御回路２０の一部の回路構成とともに、図５に示す状態、すなわち、バッテリ１２−１の端子電圧Ｅ１が低下してＥ１’（Ｅ１＞Ｅ１’）になり、その結果、トランジスタＴｒ１−１以外のトランジスタＴｒ１−２〜Ｔｒ１−ｎがオンの状態（図６ではトランジスタＴｒ１−ｎのみを図示）を示している。
【００５７】
図６に示す状態では、バッテリ１２−１を充電する電流の方が、バッテリ１２−ｎを充電する電流よりも大きくなる。なぜなら、バッテリ１２−１を充電する電流の一部は、バッテリ１２−ｎの分流回路に一部が流れ込むからである。その結果、バッテリ１２−１は他のバッテリに比べて充電量が多くなるので、バッテリ１２−１の端子電圧Ｅ１は他のバッテリ端子電圧と比べて回復が速くなる。
【００５８】
このような状態、すなわち、バッテリ１２−１を充電する電流の方がバッテリ１２−１以外のバッテリを充電する電流よりも大きい状態が続くと、逆に、バッテリ１２−１の端子電圧が他のバッテリの端子電圧よりも大きい状態となる。この状態時に、スイッチングパルスがトランジスタＴｒｘのベースに印加されると、図５および図６の状態とは逆の状態、すなわち、トランジスタＴｒ１−１がオンの状態であり、トランジスタＴｒ１−２〜Ｔｒ１−ｎがオフの状態となる。この状態では、バッテリ１２−１が抵抗Ｒ１−１およびトランジスタＴｒ１−１で構成される分流回路を通じて放電するので、結局、すべてのバッテリの端子電圧は適正電圧に設定されて定常状態に落ち着くことになる。
【００５９】
このように、バッテリ１２−１〜１２−ｎに接続された充放電制御回路２０によって、それぞれのバッテリの端子電圧Ｅ１〜Ｅｎが等しくなるような充電制御または放電制御が行われる。
【００６０】
なお、この分流回路上にある抵抗Ｒ１−１〜Ｒ−ｎの大きさは、バッテリの内部抵抗よりも大きい所定の大きさの抵抗を選択する必要がある。なぜなら、バッテリの内部抵抗と同等あるいは小さな抵抗では、分流回路に流れる電流が大きくなって、効率のよいバッテリの充電制御または放電制御が実施できないからである。
【００６１】
図７は、バッテリ１２−１の端子電圧Ｅ１が上昇した状態において、スイッチングパルスがトランジスタＴｒｘのべ−スに印加されたときの回路動作を説明するための回路図である。いま、バッテリ１２−１の端子電圧Ｅ１だけが上昇してＥ１’（Ｅ１’＞Ｅ２、Ｅ１’＞Ｅ３、・・・、Ｅ１’＞Ｅｎ、Ｅ２≒Ｅ３≒・・・≒Ｅｎ）となった状態を考える。このとき、スイッチングパルスがトランジスタＴｒｘのべ−スに印加されると、上述した回路動作によって、変成器Ｔ１の二次巻線には端子電圧Ｅ１”に等しい電圧が誘起され、変成器Ｔ１の一次巻線の端子電圧もＥ１”に設定される。
【００６２】
また、上述したように、変成器Ｔ１の一次巻線の一端とコンデンサＣ１−１の一端とがダイオードＤ２−１を通じて接続されているので、コンデンサＣ１−１の端子電圧、すなわち比較器２１−１の正極側入力の端子電圧がＥ１”に設定され、また、コンデンサＣｘの端子電圧、すなわち比較器２１−１の負極側入力の端子電圧がＥａ”（Ｅａ”＝（Ｅ１”＋Ｅ２＋・・・＋Ｅｎ）／ｎ）に設定される。
【００６３】
このとき、比較器の負極側入力の端子電圧よりも、比較器の正極側入力の端子電圧の方が高い状態にあるのは、比較器２１−１のみであり、この比較器２１−１からの電流が出力され、トランジスタＴｒ１−１のみがオンの状態となる。
【００６４】
図８は、図６に示す状態時において、バッテリ１２から負荷１１に電力を供給するときの回路動作を説明するための回路図である。同図おいて、スイッチ１３は開放され、一方、スイッチ１４は閉じられていて、バッテリ１２から負荷１１に電力が供給される状態にある。また、同図には、充放電制御回路２０の一部の回路構成とともに、図７に示す状態、すなわち、バッテリ１２−１の端子電圧が上昇した状態にあり、その結果、トランジスタＴｒ１−１がオンの状態で、トランジスタＴｒ１−１以外のトランジスタＴｒ１−２〜Ｔｒ１−ｎがオフの状態（図８ではトランジスタＴｒ１−ｎのみを図示）を示している。
【００６５】
図８において、バッテリ１２−１が負荷に供給する電流の方が、他のバッテリ１２−２〜１２−ｎが負荷に供給する電流よりも大きくなる。なぜなら、バッテリ１２−１が供給する電流は、負荷に供給する電流と抵抗Ｒ１−１およびトランジスタＴｒ１−１で構成される分流回路に流す電流との両者の和となるからである。その結果、バッテリ１２−１は他のバッテリに比べて放電量が多くなるので、バッテリ１２−１の端子電圧は他のバッテリ端子電圧と比べて低下が速くなる。
【００６６】
バッテリ１２−１が負荷に供給する電流の方が、バッテリ１２−１以外のバッテリが負荷に供給する電流よりも大きい状態が続くと、逆に、バッテリ１２−１の端子電圧が他のバッテリの端子電圧よりも小さい状態となる。この状態時に、スイッチングパルスがトランジスタＴｒｘのベースに印加されると、図７および図８の状態とは逆の状態、すなわち、トランジスタＴｒ１−１がオフの状態であり、トランジスタＴｒ１−２〜Ｔｒ１−ｎがオンの状態となる。この状態では、バッテリ１２−１から抵抗Ｒ１−１およびトランジスタＴｒ１−１で構成される分流回路を通じた放電が停止し、逆に、バッテリ１２−１以外のバッテリから、それぞれの分流回路を通じた電流が流れるので、結局、すべてのバッテリの端子電圧は適正電圧に設定され、定常状態に落ち着くことになる。
【００６７】
なお、この分流回路上にある抵抗Ｒ１−ｎの大きさは、負荷抵抗の内部抵抗よりも大きい所定の大きさの抵抗を選択する必要がある。なぜなら、負荷抵抗の内部抵抗と同等あるいは小さな抵抗では、分流回路に流れる電流が大きくなって、負荷への電力供給を効率よく実施できないからである。
【００６８】
このように、バッテリ１２−１〜１２−ｎに接続された充放電制御回路２０によって、それぞれのバッテリの端子電圧が等しくなるような充放電制御が行われる。なお、この充放電制御回路２０は、スイッチングパルスの入力制御によって充電のみの制御あるいは放電のみの制御も行うことができ、充電制御回路および放電制御回路としても用いることができる。
【００６９】
上述してきたように、電池Ｅｘと、トランジスタＴｒｘと、変成器Ｔ１〜Ｔｎのそれぞれと、抵抗Ｒ２−１〜Ｒ２−ｎのそれぞれと、ダイオードＤ１−１〜Ｄ１−ｎのそれぞれとが、個々のバッテリの端子電圧に等しい電圧を検出し、この検出した電圧を発生させるバッテリ電圧検出回路を構成する。なお、このトランジスタＴｒｘに変えて単なるスイッチを用いるものであってもよい。また、電池Ｅｘの電圧のオンまたはオフを切り換えるように動作するものであれば、他の構成であっても構わない。さらに、抵抗Ｒ２−１〜Ｒ２−ｎは電流制限抵抗であり、トランジスタＴｒｘ、変成器Ｔ１〜Ｔｎ、ダイオードＤ１−１〜Ｄ１−ｎの特性に応じた適正なものを選択すればよい。
【００７０】
また、抵抗Ｒ１−１〜Ｒ１−ｎのそれぞれと、トランジスタＴｒ１−１〜Ｔｒ１−ｎのそれぞれと、発光ダイオードＬＥＤ２−１〜ＬＥＤ２−ｎとが、個々のバッテリの端子電圧の一部を放電させる分流回路を構成する。なお、発光ダイオードＬＥＤ２−１〜ＬＥＤ２−ｎを用いずに比較器の出力を検出してトランジスタＴｒ１−１〜Ｔｒ１−ｎをオンさせることができればどんな構成でもよい。また、トランジスタＴｒ１−１〜Ｔｒ１−ｎに変えて、単なるスイッチを用いてもよい。
【００７１】
さらに、電池Ｅｘと、変成器Ｔ１〜Ｔｎのそれぞれと、ダイオードＤ２−１〜Ｄ２−ｎのそれぞれと、コンデンサＣ１−１〜Ｃ１−ｎのそれぞれとが、個々のバッテリの端子電圧を保持するバッテリ端子電圧保持回路を構成する。なお、このダイオードＤ２−１は、コンデンサＣ１−１〜Ｃ１−ｎのそれぞれから変成器Ｔ１〜Ｔｎのそれぞれへの電流を阻止するものであれば他のどのような素子を用いてもよい。
【００７２】
また、電池Ｅｘと、変成器Ｔ１〜Ｔｎのそれぞれと、ダイオードＤ２−１〜Ｄ２−ｎのそれぞれと、抵抗Ｒ４−１〜Ｒ４−ｎのそれぞれと、コンデンサＣｘとが、個々のバッテリ端子電圧の平均値を保持するバッテリ平均端子電圧保持回路を構成する。なお、このダイオードＤ２−１も、コンデンサＣｘから変成器Ｔ１〜Ｔｎのそれぞれへの電流を阻止するものであれば他のどのような素子を用いてもよい。なお、抵抗Ｒ４−１〜Ｒ４−ｎはコンデンサＣｘとコンデンサＣ１−１〜Ｃ１−ｎとの間の急激な電流の流れを防止するものであり、コンデンサＣｘとコンデンサＣ１−１〜Ｃ１−ｎの容量に応じた適正なものを選択すればよい。
【００７３】
そして、発光ダイオードＬＥＤ１−１〜ＬＥＤ１−ｎのそれぞれは、バッテリ端子電圧の低下または上昇を判断するための目視手段である。この発光ダイオードＬＥＤ１−１〜ＬＥＤ１−ｎに変えて、電流計などの他の手段を用いてもよい。
【００７４】
また、抵抗Ｒ５−１〜Ｒ５−ｎは電流制限抵抗であり、変成器Ｔ１〜Ｔｎ、ダイオードＤ２−１〜Ｄ２−ｎ、比較器２１−１〜２１−ｎ、発光ダイオードＬＥＤ１−１〜ＬＥＤ１−ｎおよび発光ダイオードＬＥＤ２−１〜ＬＥＤ２−ｎの特性に応じた適正なものを選択すればよい。
【００７５】
そして、抵抗Ｒ３−１〜Ｒ３−ｎは、バッテリ１２−１〜１２−ｎの端子電圧の変動に追随させるために、コンデンサＣ１−１〜Ｃ１−ｎに充電された電荷の一部を分流させるための分流抵抗であり、コンデンサＣ１−１〜Ｃ１−ｎの容量に応じた適正なものを選択すればよい。
【００７６】
なお、この実施の形態にかかる充放電制御回路２０は、図１に示すような電源システム、すなわち、バッテリ１２から電力を供給するとともに、バッテリ１２の電圧が低下したときに直流電源１０がバッテリ１２を充電するように動作する電源システムに適用する例について示したが、この使用形態に限定されるものではない。例えば、通常時には、直流電源１０から負荷１１に対して電力を供給し、直流電源１０の停止時には、バッテリ１２から負荷１１に電力を供給する方式に適用することもできる。また、通常時には、直流電源１０とバッテリ１２の両者から電力を供給し、直流電源１０の停止時には、バッテリ１２のみから電力を供給する方式などにも適用することができる。
【００７７】
以上説明したように、この実施の形態によれば、バッテリ電圧検出回路は複数のバッテリの個々の端子電圧に等しい電圧をそれぞれ検出し、バッテリ端子電圧保持回路は複数のバッテリの個々の端子電圧をそれぞれ保持し、バッテリ平均端子電圧保持回路は複数のバッテリの個々の端子電圧の平均値を保持し、比較器はバッテリ端子電圧保持回路の出力とバッテリ平均端子電圧保持回路の出力を比較し、分流回路は比較器の出力に基づいて、複数のバッテリの個々のバッテリが放電する電流の一部をそれぞれ分流させ、かつ、複数のバッテリの個々のバッテリを充電する電流の一部をそれぞれ分流させるようにしているので、複数接続されたバッテリであっても、バラツキの発生を防止することができ、弱いバッテリの急速な劣化を防止することができ、バッテリ全体としての寿命を大幅に延ばすことができるという効果を奏する。また、均等充電が不要となるので、良好なバッテリを傷めることがなく、バッテリ全体としての寿命を大幅に延ばすことができるという効果を奏する。さらに、定期的なバッテリ容量の確認試験が不要、あるいは確認試験の期間を大幅に延長させることができるので、バッテリの保守費用を大幅に削減できるという効果を奏する。
【００７８】
また、この実施の形態によれば、分流回路の導通／非導通を切り換えるために分流回路に備えられたスイッチング素子が、比較器の出力信号を用いて、この分流回路を導通状態にするようにしているので、複数接続されたバッテリであっても、バラツキの発生を防止することができ、弱いバッテリの急速な劣化を防止することができ、バッテリ全体としての寿命を大幅に延ばすことができるという効果を奏する。また、均等充電が不要となるので、良好なバッテリを傷めることがなく、バッテリ全体としての寿命を大幅に延ばすことができるという効果を奏する。さらに、定期的なバッテリ容量の確認試験が不要、あるいは確認試験の期間を大幅に延長させることができるので、バッテリの保守費用を大幅に削減できるという効果を奏する。
【００７９】
また、この実施の形態によれば、比較器は、バッテリ端子電圧保持回路の電圧がバッテリ平均端子電圧保持回路の電圧よりも大きいときに出力信号を出力するようにしているので、複数接続されたバッテリであっても、バラツキの発生を防止することができ、弱いバッテリの急速な劣化を防止することができ、バッテリ全体としての寿命を大幅に延ばすことができるという効果を奏する。また、均等充電が不要となるので、良好なバッテリを傷めることがなく、バッテリ全体としての寿命を大幅に延ばすことができるという効果を奏する。さらに、定期的なバッテリ容量の確認試験が不要、あるいは確認試験の期間を大幅に延長させることができるので、バッテリの保守費用を大幅に削減できるという効果を奏する。
【００８０】
また、この実施の形態によれば、バッテリ電圧検出回路に備えられた変成器は、パルス信号が入力されたときに、自身に生ずる電圧変化を利用して複数のバッテリの個々の端子電圧に等しい電圧を検出するようにしているので、複数接続されたバッテリであっても、バラツキの発生を防止することができ、弱いバッテリの急速な劣化を防止することができ、バッテリ全体としての寿命を大幅に延ばすことができるという効果を奏する。また、均等充電が不要となるので、良好なバッテリを傷めることがなく、バッテリ全体としての寿命を大幅に延ばすことができるという効果を奏する。さらに、定期的なバッテリ容量の確認試験が不要、あるいは確認試験の期間を大幅に延長させることができるので、バッテリの保守費用を大幅に削減できるという効果を奏する。
【００８１】
また、この実施の形態によれば、目視手段は、比較器の出力信号を検出することによって、バッテリの端子電圧の低下または上昇を視認するようにしているので、バッテリ不良が発生した場合であっても、該当バッテリを目視で視認できるので、バッテリの交換が容易、かつ、迅速に交換することができる。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、複数のバッテリの個々の端子電圧に等しい電圧をそれぞれ検出し、複数のバッテリの個々の端子電圧をそれぞれ保持し、複数のバッテリの個々の端子電圧の平均値を保持し、バッテリ端子電圧保持回路の出力とバッテリ平均端子電圧保持回路の出力の比較出力に基づいて、個々のバッテリが放電する電流の一部をそれぞれ分流させ、個々のバッテリを充電する電流の一部をそれぞれ分流させるようにしているので、バッテリ間のバラツキの発生を防止するとともに、弱いバッテリの急速な劣化を防止し、バッテリ全体としての寿命を大幅に延ばすことができるという効果を奏する。また、均等充電が不要となるので、良好なバッテリを傷めることがなく、バッテリ全体としての寿命を大幅に延ばすことができるという効果を奏する。さらに、定期的なバッテリ容量の確認試験が不要、あるいは確認試験の期間を大幅に延長させることができるので、バッテリの保守費用を大幅に削減できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかるバッテリの充放電制御回路の使用例を示すブロック図である。
【図２】図１に示した充放電制御回路の具体的な構成例を示す回路図である。
【図３】スイッチングパルスが印加されたときの回路動作を説明するための回路図である。
【図４】スイッチングパルスがオンからオフになるときの回路動作を説明するための回路図である。
【図５】バッテリの端子電圧が低下した場合の回路動作を説明するための回路図である。
【図６】図５に示す状態時において、バッテリが直流電源によって充電されるときの回路動作を説明するための回路図である。
【図７】バッテリの端子電圧が上昇した状態において、スイッチングパルスがトランジスタのべ−スに印加されたときの回路動作を説明するための回路図である。
【図８】図６に示す状態時において、バッテリから負荷に電力を供給するときの回路動作を説明するための回路図である。
【符号の説明】
１０ 直流電源
１１ 負荷
１２，１２−１，１２−ｎ バッテリ
１３，１４ スイッチ
２０ 充放電制御回路
２１−１，２１−ｎ 比較器
Ｃ１−１，Ｃ１−ｎ、Ｃｘ コンデンサ
Ｄ１−１，Ｄ１−ｎ，Ｄ２−１，Ｄ２−ｎ，Ｄ３−１，Ｄ３−ｎ ダイオード
Ｅ１，Ｅ２，Ｅｎ バッテリ端子電圧
Ｅａ 平均電圧
Ｅｘ 電池
ＬＥＤ１−１，ＬＥＤ１−ｎ，ＬＥＤ２−１，ＬＥＤ１−ｎ 発光ダイオード
Ｒ１−１，Ｒ１−ｎ，Ｒ２−１，Ｒ２−ｎ，Ｒ３−１，Ｒ３−ｎ，Ｒ４−１，Ｒ４−ｎ，Ｒ５−１，Ｒ５−ｎ 抵抗
Ｔ１，Ｔ２，Ｔｎ 変成器
Ｔｒ１−１，Ｔｒ１−ｎ，Ｔｒｘ トランジスタ
【発明の属する技術分野】
この発明は、バッテリの放電回路、充電回路および充放電制御回路に関するものであり、特に、バッテリの効果的な使用状態を確保し、バッテリの使用コストを低減させるバッテリの放電回路、充電回路および充放電制御回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
所望のバッテリ容量を確保する場合、小容量のバッテリを多数直列に接続して使用することが多々ある。このように多数直列接続のバッテリを使用するような場合では、それぞれのバッテリが、充電や放電が多数繰り返された状態で使用されることから、それぞれのバッテリ間で充電容量のバラツキが生じていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このバッテリ間の充電容量のバラツキは、バッテリ全体の容量劣化を引き起こしやすいという問題点があった。一方、この容量劣化を起こした小数の不良バッテリを特定するためには、個々のバッテリの内部抵抗などを測定する必要があり、時間の伴う作業を強いられていた。特に、無停電電源装置（ＵＰＳ）などに用いられる場合には、迅速な交換を余儀なくされるので、良好なバッテリが存在しているにもかかわらずバッテリ全体の交換を行うことが多々あり、経済性に欠けるという欠点があった。
【０００４】
また、充電容量のバラツキをなくすために、バッテリを定期的（例えば、１週間ぐらい）に均等充電（低電流で長時間充電）をすることもよく行われており、すべてのバッテリに対して一律に充電を行っていた。
【０００５】
しかしながら、この均等充電ではすべてのバッテリに対して一律に充電を行うので、無駄な電力消費が起こるとともに、良好なバッテリまでもが過充電になり寿命劣化を促進するという問題点があった。
【０００６】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、多数直列接続されたバッテリにおいて、バッテリ個々の劣化状態のモニタを可能にするとともに、バッテリ間の寿命劣化を均一化させ、長時間使用を可能にするバッテリの充放電制御回路を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかるバッテリの放電制御回路にあっては、複数のバッテリを直列に接続させた多数接続バッテリの放電を制御するバッテリの放電制御回路において、１次巻線および該１次巻線に磁気結合された２次巻線を有する変成器と該２次巻線に接続された短絡手段とを具備し、前記複数のバッテリの個々の端子電圧に等しい電圧をそれぞれ検出するバッテリ電圧検出回路と、前記複数のバッテリの個々の端子電圧をそれぞれ保持するバッテリ端子電圧保持回路と、前記複数のバッテリの個々の端子電圧の平均値を保持するバッテリ平均端子電圧保持回路と、前記バッテリ端子電圧保持回路の出力と前記バッテリ平均端子電圧保持回路の出力とを比較する比較器と、前記比較器の出力に基づき前記複数のバッテリの個々のバッテリが放電する電流の一部をそれぞれ分流させる分流回路と、を備え、前記バッテリ電圧検出回路は、所定のパルス電圧が前記変成器の１次巻線に印加された後、該印加が開放されるときに該１次巻線に生ずる電圧によって該２次巻線に発生する電圧を利用して前記短絡手段を短絡させ、該短絡手段の短絡によって該変成器の２次巻線に印加される電圧を前記複数のバッテリの個々の端子電圧としてそれぞれ検出することを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、１次巻線および該１次巻線に磁気結合された２次巻線を有する変成器と２次巻線に接続された短絡手段とをバッテリごとにそれぞれ具備するバッテリ電圧検出回路は、所定のパルス電圧が前記変成器の１次巻線に印加された後、該印加が開放されるときに１次巻線に生ずる電圧によって２次巻線に発生する電圧を利用して短絡手段を短絡させ、短絡手段の短絡によって変成器の２次巻線に印加される電圧を複数のバッテリの個々の端子電圧としてそれぞれ検出し、バッテリ端子電圧保持回路は複数のバッテリの個々の端子電圧をそれぞれ保持し、バッテリ平均端子電圧保持回路は複数のバッテリの個々の端子電圧の平均値を保持し、比較器はバッテリ端子電圧保持回路の出力とバッテリ平均端子電圧保持回路の出力を比較し、分流回路は比較器の出力に基づき複数のバッテリの個々のバッテリが放電する電流の一部をそれぞれ分流させる。
【０００９】
つぎの発明にかかる放電制御回路にあっては、前記分流回路は、該分流回路の導通／非導通を切り換えるスイッチング素子を備え、前記スイッチング素子は、前記比較器の出力信号を用いて、前記分流回路を導通状態にすることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、分流回路の導通／非導通を切り換えるために分流回路に備えられたスイッチング素子が、比較器の出力信号を用いて、この分流回路を導通状態にする。
【００１１】
つぎの発明にかかる放電制御回路にあっては、前記比較器は、前記バッテリ端子電圧保持回路の電圧が前記バッテリ平均端子電圧保持回路の電圧よりも大きいときに、出力信号を出力することを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、比較器は、バッテリ端子電圧保持回路の電圧がバッテリ平均端子電圧保持回路の電圧よりも大きいときに出力信号を出力する。
【００１３】
つぎの発明にかかる放電制御回路にあっては、前記短絡手段が整流素子であることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、短絡手段は整流素子によるものとした。
【００１５】
つぎの発明にかかる充電制御回路にあっては、複数のバッテリを直列に接続させた多数接続バッテリの充電を制御するバッテリの充電制御回路において、１次巻線および該１次巻線に磁気結合された２次巻線を有する変成器と該２次巻線に接続された短絡手段とを具備し、前記複数のバッテリの個々の端子電圧に等しい電圧をそれぞれ検出するバッテリ電圧検出回路と、前記複数のバッテリの個々の端子電圧をそれぞれ保持するバッテリ端子電圧保持回路と、前記複数のバッテリの個々の端子電圧の平均値を保持するバッテリ平均端子電圧保持回路と、前記バッテリ端子電圧保持回路の出力と前記バッテリ平均端子電圧保持回路の出力とを比較する比較器と、前記比較器の出力に基づき前記複数のバッテリの個々のバッテリを充電する電流の一部をそれぞれ分流させる分流回路と、を備え、前記バッテリ電圧検出回路は、所定のパルス電圧が前記変成器の１次巻線に印加された後、該印加が開放されるときに該１次巻線に生ずる電圧によって該２次巻線に発生する電圧を利用して前記短絡手段を短絡させ、該短絡手段の短絡によって該変成器の２次巻線に印加される電圧を前記複数のバッテリの個々の端子電圧としてそれぞれ検出することを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、１次巻線および該１次巻線に磁気結合された２次巻線を有する変成器と２次巻線に接続された短絡手段とをバッテリごとにそれぞれ具備するバッテリ電圧検出回路は、所定のパルス電圧が前記変成器の１次巻線に印加された後、該印加が開放されるときに１次巻線に生ずる電圧によって２次巻線に発生する電圧を利用して短絡手段を短絡させ、短絡手段の短絡によって変成器の２次巻線に印加される電圧を複数のバッテリの個々の端子電圧としてそれぞれ検出し、バッテリ端子電圧保持回路は複数のバッテリの個々の端子電圧をそれぞれ保持し、バッテリ平均端子電圧保持回路は複数のバッテリの個々の端子電圧の平均値を保持し、比較器はバッテリ端子電圧保持回路の出力とバッテリ平均端子電圧保持回路の出力を比較し、分流回路は比較器の出力に基づき複数のバッテリの個々のバッテリを充電する電流の一部をそれぞれ分流させる。
【００１７】
つぎの発明にかかる充電制御回路にあっては、前記分流回路は、該分流回路の導通／非導通を切り換えるスイッチング素子を備え、前記スイッチング素子は、前記比較器の出力信号を用いて、前記分流回路を導通状態にすることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、分流回路の導通／非導通を切り換えるために分流回路に備えられたスイッチング素子が、比較器の出力信号を用いて、この分流回路を導通状態にする。
【００１９】
つぎの発明にかかる充電制御回路にあっては、前記比較器は、前記バッテリ端子電圧保持回路の電圧が前記バッテリ平均端子電圧保持回路の電圧よりも大きいときに、出力信号を出力することを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、比較器は、バッテリ端子電圧保持回路の電圧がバッテリ平均端子電圧保持回路の電圧よりも大きいときに出力信号を出力する。
【００２１】
つぎの発明にかかる充電制御回路にあっては、前記短絡手段が整流素子であることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、短絡手段は整流素子によるものとした。
【００２３】
つぎの発明にかかる充放電制御回路にあっては、複数のバッテリを直列に接続させた多数接続バッテリの放電および充電を制御するバッテリの充放電制御回路において、１次巻線および該１次巻線に磁気結合された２次巻線を有する変成器と該２次巻線に接続された短絡手段とを具備し、前記複数のバッテリの個々の端子電圧に等しい電圧をそれぞれ検出するバッテリ電圧検出回路と、前記複数のバッテリの個々の端子電圧をそれぞれ保持するバッテリ端子電圧保持回路と、前記複数のバッテリの個々の端子電圧の平均値を保持するバッテリ平均端子電圧保持回路と、前記バッテリ端子電圧保持回路の出力と前記バッテリ平均端子電圧保持回路の出力とを比較する比較器と、前記比較器の出力に基づき前記複数のバッテリの個々のバッテリが放電する電流の一部をそれぞれ分流させ、かつ、前記複数のバッテリの個々のバッテリを充電する電流の一部をそれぞれ分流させる分流回路と、を備え、前記バッテリ電圧検出回路は、所定のパルス電圧が前記変成器の１次巻線に印加された後、該印加が開放されるときに該１次巻線に生ずる電圧によって該２次巻線に発生する電圧を利用して前記短絡手段を短絡させ、該短絡手段の短絡によって該変成器の２次巻線に印加される電圧を前記複数のバッテリの個々の端子電圧としてそれぞれ検出することを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、１次巻線および該１次巻線に磁気結合された２次巻線を有する変成器と２次巻線に接続された短絡手段とをバッテリごとにそれぞれ具備するバッテリ電圧検出回路は、所定のパルス電圧が前記変成器の１次巻線に印加された後、該印加が開放されるときに１次巻線に生ずる電圧によって２次巻線に発生する電圧を利用して短絡手段を短絡させ、短絡手段の短絡によって変成器の２次巻線に印加される電圧を複数のバッテリの個々の端子電圧としてそれぞれ検出し、バッテリ端子電圧保持回路は複数のバッテリの個々の端子電圧をそれぞれ保持し、バッテリ平均端子電圧保持回路は複数のバッテリの個々の端子電圧の平均値を保持し、比較器はバッテリ端子電圧保持回路の出力とバッテリ平均端子電圧保持回路の出力を比較し、分流回路は比較器の出力に基づき複数のバッテリの個々のバッテリが放電する電流の一部をそれぞれ分流させ、かつ、複数のバッテリの個々のバッテリを充電する電流の一部をそれぞれ分流させる。
【００２５】
つぎの発明にかかる充放電制御回路にあっては、前記分流回路は、該分流回路の導通／非導通を切り換えるスイッチング素子を備え、前記スイッチング素子は、前記比較器の出力信号を用いて、前記分流回路を導通状態にすることを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、分流回路の導通／非導通を切り換えるために分流回路に備えられたスイッチング素子が、比較器の出力信号を用いて、この分流回路を導通状態にする。
【００２７】
つぎの発明にかかる充放電制御回路にあっては、前記比較器は、前記バッテリ端子電圧保持回路の電圧が前記バッテリ平均端子電圧保持回路の電圧よりも大きいときに、出力信号を出力することを特徴とする。
【００２８】
この発明によれば、比較器は、バッテリ端子電圧保持回路の電圧がバッテリ平均端子電圧保持回路の電圧よりも大きいときに出力信号を出力する。
【００２９】
つぎの発明にかかる充放電制御回路にあっては、前記短絡手段が整流素子であることを特徴とする。
【００３０】
この発明によれば、短絡手段は整流素子によるものとした。
【００３１】
つぎの発明にかかる充放電制御回路にあっては、前記比較器の出力信号を検出する目視手段をさらに備えることを特徴とする。
【００３２】
この発明によれば、目視手段は、比較器の出力信号を検出することによって、バッテリの端子電圧の低下または上昇を視認することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかるバッテリの放電制御回路、充電制御回路および充放電制御回路の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００３４】
図１は、この発明にかかるバッテリの充放電制御回路の使用例を示すブロック図である。同図において、複数直列接続されたバッテリ１２は、スイッチ１３が開の状態で、スイッチ１４が閉の状態のときに、負荷１１に対して電力を供給する。一方、このバッテリ１２は、スイッチ１３が閉の状態で、スイッチ１４が開の状態のときに、直流電源１０によって充電される。充放電制御回路２０は、この複数直列接続されたバッテリ１２を構成する個々のバッテリの電圧をモニタして、個々のバッテリ電圧のバラツキがなくなるように、すなわち個々のバッテリ電圧が等しくなるように制御を行う。
【００３５】
図２は、図１に示した充放電制御回路２０の具体的な構成例を示す回路図である。同図に示すように、この充放電制御回路２０は、トランジスタ、ダイオード、抵抗、コンデンサ、変成器などを組み合わせた回路をｎ段並列に並べて構成されている。充放電制御回路２０の各段の回路は、ｎ個の直列接続された個々のバッテリに対して接続されており、それぞれの回路に接続されているバッテリの充放電を制御するように動作する。なお、これらの個々のバッテリは、当初、同容量で同一電圧のもので構成されているが、充放電の繰り返しによって、バッテリ間でバッテリ電圧のバラツキが生ずることを想定している。また、このバラツキが生じたときのバッテリ端子電圧を、それぞれＥ１、・・・、Ｅｎとして同図に示している。
【００３６】
ここで、図２に示す充放電制御回路２０の構成について説明する。まず、バッテリ１２−１に接続されている最上段の回路において、変成器Ｔ１は、一次巻線とこの一次巻線に誘導結合された二次巻線とを備えている。変成器Ｔ１の一次巻線の一端は、抵抗Ｒ２−１の一端とダイオードＤ２−１のアノード端子の一端が接続されている端子に接続されており、他端は、この充放電制御回路２０に共通に用いられる電池Ｅｘの正極側に接続されている。変成器Ｔ１の二次巻線の一端は、ダイオードＤ１−１のアノード端子に接続されており、他端はバッテリ１２−１の負極側に接続されている。
【００３７】
なお、変成器Ｔ１の一次巻線と二次巻線とは、一次巻線に流れる電流の変化に伴って電圧が発生するとき、一次巻線の一端に発生する電圧と二次巻線の一端に発生する電圧とが同極性の電圧となるように結合されている。
【００３８】
変成器Ｔ１の二次巻線側では、ダイオードＤ１−１が変成器Ｔ１の二次巻線の一端と抵抗Ｒ１−１の一端との間に挿入され、抵抗Ｒ１−１の一端とダイオードＤ１−１のカソード端子とがバッテリ１２−１の正極側に接続されている。抵抗Ｒ１−１の他端は、トランジスタＴｒ１−１のコレクタ端子に接続され、このトランジスタＴｒ１−１のエミッタ端子は、バッテリ１２−１の負極側に接続されている。
【００３９】
変成器Ｔ１の一次巻線側では、ダイオードＤ２−１のカソード端子と抵抗Ｒ３−１の一端およびコンデンサＣ１−１の一端が接続されており、このダイオードＤ２−１を介して変成器Ｔ１の一次巻線の一端とそれぞれ接続されている。また、抵抗Ｒ３−１の他端およびコンデンサＣ１−１の他端は、変成器Ｔ１の他端と接続されている。
【００４０】
コンデンサＣ１−１の一端には抵抗Ｒ４−１の一端が接続され、この抵抗Ｒ４−１の他端は比較器２１−１の負極側の入力端子と接続されている。一方、この比較器２１−１の正極側の入力端子にはダイオードＤ２−１のカソード端子、抵抗Ｒ３−１の一端およびコンデンサＣ１−１の一端が接続されている。
【００４１】
比較器２１−１の出力端子には抵抗Ｒ５−１と視認用の発光ダイオードＬＥＤ１−１と起動用の発光ダイオードＬＥＤ２−１の直列回路が接続されている。すなわち、抵抗Ｒ５−１の一端が比較器２１−１の出力端子に接続され、抵抗Ｒ５−１の他端が発光ダイオードＬＥＤ１−１の一端に接続されている。発光ダイオードＬＥＤ２−１の一端は発光ダイオードＬＥＤ１−１の他端に接続され、発光ダイオードＬＥＤ２−１の他端は変成器Ｔ１の一次巻線側の他端および電池Ｅｘの正極側に接続されている。また、発光ダイオードＬＥＤ２−１の出力は図示しないフォトカプラでトランジスタＴｒ１−１のベースに結合されている。
【００４２】
このように、バッテリ１２−１には、上述した構成の回路が接続されている。また、図２に示すように、バッテリ１２−１に接続した回路と同一素子で構成した回路がバッテリ１２−ｎに対しても接続されている。同図には示していないが、バッテリ１２−２〜１２−（ｎ−１）についても、この回路と同一素子で構成した回路がバッテリ１２−２〜１２−ｎのそれぞれに接続される。
【００４３】
これまでは、バッテリ１２−１〜１２−ｎにそれぞれ接続された部分の回路構成に関して説明してきたが、つぎに、これらの回路に共通な部分の構成について説明する。
【００４４】
図２において、抵抗Ｒ２−１〜Ｒ２−ｎのそれぞれの他端にはダイオードＤ３−１〜Ｄ３−ｎのそれぞれのアノード端子が接続され、これらのダイオードＤ３−１〜Ｄ３−ｎのそれぞれのカソード端子にはトランジスタＴｒｘのコレクタ端子が接続されている。一方、トランジスタＴｒｘのエミッタ端子は、電池Ｅｘの負極側に接続されている。また、コンデンサＣｘの他端は電池Ｅｘの正極側に接続され、コンデンサＣｘの一端は比較器２１−１〜２１−ｎの負極側の入力端子のすべてと接続されている。
【００４５】
つぎに、図２に示す充放電制御回路２０の動作について説明する。図３は、スイッチングパルスが印加されたときの回路動作を説明するための回路図である。図３に示した太線の部分が、回路に流れる電流を示している。同図において、スイッチングパルスがトランジスタＴｒｘのベースに印加されるとトランジスタＴｒｘが導通状態になるので、電池Ｅｘからの電流が、変成器Ｔ１の一次巻線、抵抗Ｒ２−１、ダイオードＤ３−１、Ｔｒｘを通じて流れる。また、他のバッテリに接続された各段の回路においても、この電流と同様な電流が流れる。例えば、バッテリ１２−ｎに接続された回路では、同図に示すように、変成器Ｔｎの一次巻線、抵抗Ｒ２−ｎ、ダイオードＤ３−ｎ、Ｔｒｘを通じた電流が流れる。
【００４６】
これらの各段の回路においては、変成器、抵抗、コンデンサ、ダイオードなどの回路素子のそれぞれは、それぞれに対応する箇所において同一の抵抗値および容量値並びに同一の特性のものを用いた対称形の回路なので、各段に流れる電流は基本的に同一の電流が流れると考えてよい。なお、これ以降、冗長な説明を避けるため、各段の回路で異なる動作をしない限りにおいて、バッテリ１２−１に接続された回路のみの説明を行うものとし、他の各段の回路の動作は同一の動作を行うものとしてその説明を省略する。
【００４７】
図３において、スイッチングパルスがトランジスタＴｒｘのベースに印加されるとき、スイッチングパルスの立ち上がり時に変成器Ｔ１の一次巻線の両端に一時的に電圧が誘起される。この誘起電圧の極性は変成器Ｔ１の下側（黒丸印の反対側）が正となる向きの電圧であり、この誘起電圧は他の回路素子（抵抗Ｒ２−１、ダイオードＤ３−１以外の素子）には影響を与えない。また、このとき、変成器Ｔ１の二次巻線の両端にも同一の極性（変成器Ｔ１の下側が正）の電圧が誘起される。この誘起電圧も、ダイオードＤ１−１を導通させる向きとは逆の電圧であり、変成器Ｔ１の二次巻線側の回路には影響を与えない。
【００４８】
図４は、スイッチングパルスがオンからオフになるときの回路動作を説明するための回路図である。図４において、トランジスタＴｒｘのベースに印加されたスイッチングパルスがオンからオフに移るとき、トランジスタＴｒｘが非導通状態に変わるので、電池Ｅｘから、変成器Ｔ１の一次巻線、抵抗Ｒ２−１、ダイオードＤ３−１、Ｔｒｘを通じて流れていた電流が流れなくなる。このとき、変成器Ｔ１の一次巻線には、上記の誘起電圧とは逆向きの電圧が誘起される。この誘起電圧の向きは、今まで流れていた電流の流れを維持させようとする向きであり、同図に示すように、変成器Ｔ１の一次巻線の上側（黒丸印側）が正となる向きの電圧が誘起される。
【００４９】
この変成器Ｔ１の一次巻線に誘起される電圧の大きさは、バッテリ１２−１の端子電圧に比例した電圧である。なぜなら、変成器Ｔ１の一次巻線に図４に示す向きの電圧が誘起されるとき、変成器Ｔ１の二次巻線にも同一極性の電圧が誘起される。この誘起された電圧は、ダイオードＤ１−１を導通させる向きの電圧であり、また、ダイオードＤ１−１の順方向の抵抗値は極めて小さいので、変成器Ｔ１の二次巻線の両端の電圧は瞬間的にバッテリ１２−１の端子電圧に調整される。このとき、変成器Ｔ１の一次巻線の両端の電圧は、変成器Ｔ１の一次巻線と二次巻線の巻数比に応じた電圧が誘起される。もし、この巻数比が１：１であれば、変成器Ｔ１の一次巻線の両端の電圧はバッテリ１２−１の電圧に等しくなる。後述する内容から明らかとなるが、変成器Ｔ１の一次巻線と二次巻線の巻数比は任意に設定することができる。ただし、変成器Ｔ１〜Ｔｎの巻数比は同一に設定する必要がある。なお、これ以降の説明は、変成器Ｔ１〜Ｔｎの巻数比が１対１に設定されているものとして説明をする。
【００５０】
図４において、この変成器Ｔ１の一次巻線に誘起された電圧によって、ダイオードＤ２−１を通じてコンデンサＣ１−１を充電する向きの電流が流れる。このとき、コンデンサＣ１−１の両端の電圧はバッテリの端子電圧Ｅ１の値に充電される。
【００５１】
一方、ダイオードＤ２−１、抵抗Ｒ４−１を通じてコンデンサＣｘを充電する向きの電流も流れる。また、このコンデンサＣｘには、バッテリ１２−２〜１２−ｎに接続された回路を構成するそれぞれの変成器Ｔ２〜Ｔｎに誘起された電圧に基づき、同様な向きの電流が流れる。これらの変成器Ｔ２〜Ｔｎは変成器Ｔ１と同じ巻数比（ここでは１対１の巻数比）に設定されているので、変成器Ｔ２〜Ｔｎの両端に誘起される電圧は、それぞれバッテリ１２−２〜１２−ｎのそれぞれの端子電圧Ｅ２〜Ｅｎとなる。図４に示すように、コンデンサＣｘには、誘起されたこれらの端子電圧Ｅ１〜Ｅｎが並列に印加されることになるので、コンデンサＣｘの両端の電圧は、バッテリの端子電圧Ｅ１〜Ｅｎの平均電圧Ｅａ、［Ｅａ＝（Ｅ１＋Ｅ２＋・・・＋Ｅｎ）／ｎ］の値に充電されることになる。
【００５２】
図５は、バッテリ１２−１の端子電圧Ｅ１が低下した場合の回路動作を説明するための回路図である。いま、過放電あるいは寿命劣化による内部抵抗の上昇などにより、バッテリ１２−１の端子電圧Ｅ１だけが低下してＥ１’（Ｅ１’＜Ｅ２、Ｅ１’＜Ｅ３、・・・、Ｅ１’＜Ｅｎ、Ｅ２≒Ｅ３≒・・・≒Ｅｎ）となった状態を考える。このとき、変成器Ｔ１の二次巻線からダイオードＤ１−１を通じて電流が流れ、変成器Ｔ１の二次巻線の端子電圧はＥ１’に低下する。この電圧低下に連動して、変成器Ｔ１の一次巻線の端子電圧もＥ１’に低下し、コンデンサＣ１−１に充電された電圧も抵抗Ｒ３−１を通じて放電される。
【００５３】
しかし、変成器Ｔ１の一次巻線の一端とコンデンサＣ１−１の一端とがダイオードＤ２−１を通じて接続されているので、コンデンサＣ１−１の端子電圧がＥ１’になったときに、この放電は停止する。このような回路動作によって、比較器２１−１の正極側入力の端子電圧はＥ１’となり、負極側入力の端子電圧はＥａ’［Ｅａ’＝（Ｅ１’＋Ｅ２＋・・・＋Ｅｎ）／ｎ］となる。同時に、比較器２１−１以外の正極側入力の端子電圧は変化せず、負極側入力の端子電圧はすべてＥａ’となる。
【００５４】
このとき、比較器２１−１の正極側入力の端子電圧と負極側入力の端子電圧との差Ｅ１’−Ｅａ’は、Ｅ１’−Ｅａ’＝−（１／ｎ）×［（Ｅ２−Ｅ１’）＋（Ｅ３−Ｅ１’）＋・・・＋（Ｅｎ−Ｅ１’）］であり、Ｅ１’＜Ｅ２、Ｅ１’＜Ｅ３、・・・、Ｅ１’＜Ｅｎの関係があるので、比較器２１−１からの電流は流れず、トランジスタＴｒ１−１はオフの状態となる。
【００５５】
一方、比較器２１−ｎの正極側入力の端子電圧は変化せず、負極側入力の端子電圧はＥａ’となる。このとき、正極側入力の端子電圧と負極側入力の端子電圧との差Ｅｎ−Ｅａ’は、Ｅｎ−Ｅａ’＝（１／ｎ）×［（Ｅｎ−Ｅ１’）＋（Ｅｎ−Ｅ２）＋・・・＋（Ｅｎ−（Ｅｎ−１））］≒（１／ｎ）×（Ｅｎ−Ｅ１’）であり、Ｅ１’＜Ｅｎの関係があるので、比較器２１−ｎからの電流が流れ、図示しないフォトカプラを通じてトランジスタＴｒ１−ｎがオンの状態になる。このトランジスタＴｒ１−ｎがオンのとき、抵抗Ｒ１−ｎとトランジスタＴｒ１−ｎとが、バッテリの端子電圧の一部を放電させる分流回路を構成する。
【００５６】
図６は、図５に示す状態時において、バッテリ１２が直流電源１０によって充電されるときの回路動作を説明するための回路図である。同図おいて、スイッチ１３が閉じられ、一方、スイッチ１４は開放されていて、直流電源１０によってバッテリ１２が充電される状態にある。また、同図には、充放電制御回路２０の一部の回路構成とともに、図５に示す状態、すなわち、バッテリ１２−１の端子電圧Ｅ１が低下してＥ１’（Ｅ１＞Ｅ１’）になり、その結果、トランジスタＴｒ１−１以外のトランジスタＴｒ１−２〜Ｔｒ１−ｎがオンの状態（図６ではトランジスタＴｒ１−ｎのみを図示）を示している。
【００５７】
図６に示す状態では、バッテリ１２−１を充電する電流の方が、バッテリ１２−ｎを充電する電流よりも大きくなる。なぜなら、バッテリ１２−１を充電する電流の一部は、バッテリ１２−ｎの分流回路に一部が流れ込むからである。その結果、バッテリ１２−１は他のバッテリに比べて充電量が多くなるので、バッテリ１２−１の端子電圧Ｅ１は他のバッテリ端子電圧と比べて回復が速くなる。
【００５８】
このような状態、すなわち、バッテリ１２−１を充電する電流の方がバッテリ１２−１以外のバッテリを充電する電流よりも大きい状態が続くと、逆に、バッテリ１２−１の端子電圧が他のバッテリの端子電圧よりも大きい状態となる。この状態時に、スイッチングパルスがトランジスタＴｒｘのベースに印加されると、図５および図６の状態とは逆の状態、すなわち、トランジスタＴｒ１−１がオンの状態であり、トランジスタＴｒ１−２〜Ｔｒ１−ｎがオフの状態となる。この状態では、バッテリ１２−１が抵抗Ｒ１−１およびトランジスタＴｒ１−１で構成される分流回路を通じて放電するので、結局、すべてのバッテリの端子電圧は適正電圧に設定されて定常状態に落ち着くことになる。
【００５９】
このように、バッテリ１２−１〜１２−ｎに接続された充放電制御回路２０によって、それぞれのバッテリの端子電圧Ｅ１〜Ｅｎが等しくなるような充電制御または放電制御が行われる。
【００６０】
なお、この分流回路上にある抵抗Ｒ１−１〜Ｒ−ｎの大きさは、バッテリの内部抵抗よりも大きい所定の大きさの抵抗を選択する必要がある。なぜなら、バッテリの内部抵抗と同等あるいは小さな抵抗では、分流回路に流れる電流が大きくなって、効率のよいバッテリの充電制御または放電制御が実施できないからである。
【００６１】
図７は、バッテリ１２−１の端子電圧Ｅ１が上昇した状態において、スイッチングパルスがトランジスタＴｒｘのべ−スに印加されたときの回路動作を説明するための回路図である。いま、バッテリ１２−１の端子電圧Ｅ１だけが上昇してＥ１’（Ｅ１’＞Ｅ２、Ｅ１’＞Ｅ３、・・・、Ｅ１’＞Ｅｎ、Ｅ２≒Ｅ３≒・・・≒Ｅｎ）となった状態を考える。このとき、スイッチングパルスがトランジスタＴｒｘのべ−スに印加されると、上述した回路動作によって、変成器Ｔ１の二次巻線には端子電圧Ｅ１”に等しい電圧が誘起され、変成器Ｔ１の一次巻線の端子電圧もＥ１”に設定される。
【００６２】
また、上述したように、変成器Ｔ１の一次巻線の一端とコンデンサＣ１−１の一端とがダイオードＤ２−１を通じて接続されているので、コンデンサＣ１−１の端子電圧、すなわち比較器２１−１の正極側入力の端子電圧がＥ１”に設定され、また、コンデンサＣｘの端子電圧、すなわち比較器２１−１の負極側入力の端子電圧がＥａ”（Ｅａ”＝（Ｅ１”＋Ｅ２＋・・・＋Ｅｎ）／ｎ）に設定される。
【００６３】
このとき、比較器の負極側入力の端子電圧よりも、比較器の正極側入力の端子電圧の方が高い状態にあるのは、比較器２１−１のみであり、この比較器２１−１からの電流が出力され、トランジスタＴｒ１−１のみがオンの状態となる。
【００６４】
図８は、図６に示す状態時において、バッテリ１２から負荷１１に電力を供給するときの回路動作を説明するための回路図である。同図おいて、スイッチ１３は開放され、一方、スイッチ１４は閉じられていて、バッテリ１２から負荷１１に電力が供給される状態にある。また、同図には、充放電制御回路２０の一部の回路構成とともに、図７に示す状態、すなわち、バッテリ１２−１の端子電圧が上昇した状態にあり、その結果、トランジスタＴｒ１−１がオンの状態で、トランジスタＴｒ１−１以外のトランジスタＴｒ１−２〜Ｔｒ１−ｎがオフの状態（図８ではトランジスタＴｒ１−ｎのみを図示）を示している。
【００６５】
図８において、バッテリ１２−１が負荷に供給する電流の方が、他のバッテリ１２−２〜１２−ｎが負荷に供給する電流よりも大きくなる。なぜなら、バッテリ１２−１が供給する電流は、負荷に供給する電流と抵抗Ｒ１−１およびトランジスタＴｒ１−１で構成される分流回路に流す電流との両者の和となるからである。その結果、バッテリ１２−１は他のバッテリに比べて放電量が多くなるので、バッテリ１２−１の端子電圧は他のバッテリ端子電圧と比べて低下が速くなる。
【００６６】
バッテリ１２−１が負荷に供給する電流の方が、バッテリ１２−１以外のバッテリが負荷に供給する電流よりも大きい状態が続くと、逆に、バッテリ１２−１の端子電圧が他のバッテリの端子電圧よりも小さい状態となる。この状態時に、スイッチングパルスがトランジスタＴｒｘのベースに印加されると、図７および図８の状態とは逆の状態、すなわち、トランジスタＴｒ１−１がオフの状態であり、トランジスタＴｒ１−２〜Ｔｒ１−ｎがオンの状態となる。この状態では、バッテリ１２−１から抵抗Ｒ１−１およびトランジスタＴｒ１−１で構成される分流回路を通じた放電が停止し、逆に、バッテリ１２−１以外のバッテリから、それぞれの分流回路を通じた電流が流れるので、結局、すべてのバッテリの端子電圧は適正電圧に設定され、定常状態に落ち着くことになる。
【００６７】
なお、この分流回路上にある抵抗Ｒ１−ｎの大きさは、負荷抵抗の内部抵抗よりも大きい所定の大きさの抵抗を選択する必要がある。なぜなら、負荷抵抗の内部抵抗と同等あるいは小さな抵抗では、分流回路に流れる電流が大きくなって、負荷への電力供給を効率よく実施できないからである。
【００６８】
このように、バッテリ１２−１〜１２−ｎに接続された充放電制御回路２０によって、それぞれのバッテリの端子電圧が等しくなるような充放電制御が行われる。なお、この充放電制御回路２０は、スイッチングパルスの入力制御によって充電のみの制御あるいは放電のみの制御も行うことができ、充電制御回路および放電制御回路としても用いることができる。
【００６９】
上述してきたように、電池Ｅｘと、トランジスタＴｒｘと、変成器Ｔ１〜Ｔｎのそれぞれと、抵抗Ｒ２−１〜Ｒ２−ｎのそれぞれと、ダイオードＤ１−１〜Ｄ１−ｎのそれぞれとが、個々のバッテリの端子電圧に等しい電圧を検出し、この検出した電圧を発生させるバッテリ電圧検出回路を構成する。なお、このトランジスタＴｒｘに変えて単なるスイッチを用いるものであってもよい。また、電池Ｅｘの電圧のオンまたはオフを切り換えるように動作するものであれば、他の構成であっても構わない。さらに、抵抗Ｒ２−１〜Ｒ２−ｎは電流制限抵抗であり、トランジスタＴｒｘ、変成器Ｔ１〜Ｔｎ、ダイオードＤ１−１〜Ｄ１−ｎの特性に応じた適正なものを選択すればよい。
【００７０】
また、抵抗Ｒ１−１〜Ｒ１−ｎのそれぞれと、トランジスタＴｒ１−１〜Ｔｒ１−ｎのそれぞれと、発光ダイオードＬＥＤ２−１〜ＬＥＤ２−ｎとが、個々のバッテリの端子電圧の一部を放電させる分流回路を構成する。なお、発光ダイオードＬＥＤ２−１〜ＬＥＤ２−ｎを用いずに比較器の出力を検出してトランジスタＴｒ１−１〜Ｔｒ１−ｎをオンさせることができればどんな構成でもよい。また、トランジスタＴｒ１−１〜Ｔｒ１−ｎに変えて、単なるスイッチを用いてもよい。
【００７１】
さらに、電池Ｅｘと、変成器Ｔ１〜Ｔｎのそれぞれと、ダイオードＤ２−１〜Ｄ２−ｎのそれぞれと、コンデンサＣ１−１〜Ｃ１−ｎのそれぞれとが、個々のバッテリの端子電圧を保持するバッテリ端子電圧保持回路を構成する。なお、このダイオードＤ２−１は、コンデンサＣ１−１〜Ｃ１−ｎのそれぞれから変成器Ｔ１〜Ｔｎのそれぞれへの電流を阻止するものであれば他のどのような素子を用いてもよい。
【００７２】
また、電池Ｅｘと、変成器Ｔ１〜Ｔｎのそれぞれと、ダイオードＤ２−１〜Ｄ２−ｎのそれぞれと、抵抗Ｒ４−１〜Ｒ４−ｎのそれぞれと、コンデンサＣｘとが、個々のバッテリ端子電圧の平均値を保持するバッテリ平均端子電圧保持回路を構成する。なお、このダイオードＤ２−１も、コンデンサＣｘから変成器Ｔ１〜Ｔｎのそれぞれへの電流を阻止するものであれば他のどのような素子を用いてもよい。なお、抵抗Ｒ４−１〜Ｒ４−ｎはコンデンサＣｘとコンデンサＣ１−１〜Ｃ１−ｎとの間の急激な電流の流れを防止するものであり、コンデンサＣｘとコンデンサＣ１−１〜Ｃ１−ｎの容量に応じた適正なものを選択すればよい。
【００７３】
そして、発光ダイオードＬＥＤ１−１〜ＬＥＤ１−ｎのそれぞれは、バッテリ端子電圧の低下または上昇を判断するための目視手段である。この発光ダイオードＬＥＤ１−１〜ＬＥＤ１−ｎに変えて、電流計などの他の手段を用いてもよい。
【００７４】
また、抵抗Ｒ５−１〜Ｒ５−ｎは電流制限抵抗であり、変成器Ｔ１〜Ｔｎ、ダイオードＤ２−１〜Ｄ２−ｎ、比較器２１−１〜２１−ｎ、発光ダイオードＬＥＤ１−１〜ＬＥＤ１−ｎおよび発光ダイオードＬＥＤ２−１〜ＬＥＤ２−ｎの特性に応じた適正なものを選択すればよい。
【００７５】
そして、抵抗Ｒ３−１〜Ｒ３−ｎは、バッテリ１２−１〜１２−ｎの端子電圧の変動に追随させるために、コンデンサＣ１−１〜Ｃ１−ｎに充電された電荷の一部を分流させるための分流抵抗であり、コンデンサＣ１−１〜Ｃ１−ｎの容量に応じた適正なものを選択すればよい。
【００７６】
なお、この実施の形態にかかる充放電制御回路２０は、図１に示すような電源システム、すなわち、バッテリ１２から電力を供給するとともに、バッテリ１２の電圧が低下したときに直流電源１０がバッテリ１２を充電するように動作する電源システムに適用する例について示したが、この使用形態に限定されるものではない。例えば、通常時には、直流電源１０から負荷１１に対して電力を供給し、直流電源１０の停止時には、バッテリ１２から負荷１１に電力を供給する方式に適用することもできる。また、通常時には、直流電源１０とバッテリ１２の両者から電力を供給し、直流電源１０の停止時には、バッテリ１２のみから電力を供給する方式などにも適用することができる。
【００７７】
以上説明したように、この実施の形態によれば、バッテリ電圧検出回路は複数のバッテリの個々の端子電圧に等しい電圧をそれぞれ検出し、バッテリ端子電圧保持回路は複数のバッテリの個々の端子電圧をそれぞれ保持し、バッテリ平均端子電圧保持回路は複数のバッテリの個々の端子電圧の平均値を保持し、比較器はバッテリ端子電圧保持回路の出力とバッテリ平均端子電圧保持回路の出力を比較し、分流回路は比較器の出力に基づいて、複数のバッテリの個々のバッテリが放電する電流の一部をそれぞれ分流させ、かつ、複数のバッテリの個々のバッテリを充電する電流の一部をそれぞれ分流させるようにしているので、複数接続されたバッテリであっても、バラツキの発生を防止することができ、弱いバッテリの急速な劣化を防止することができ、バッテリ全体としての寿命を大幅に延ばすことができるという効果を奏する。また、均等充電が不要となるので、良好なバッテリを傷めることがなく、バッテリ全体としての寿命を大幅に延ばすことができるという効果を奏する。さらに、定期的なバッテリ容量の確認試験が不要、あるいは確認試験の期間を大幅に延長させることができるので、バッテリの保守費用を大幅に削減できるという効果を奏する。
【００７８】
また、この実施の形態によれば、分流回路の導通／非導通を切り換えるために分流回路に備えられたスイッチング素子が、比較器の出力信号を用いて、この分流回路を導通状態にするようにしているので、複数接続されたバッテリであっても、バラツキの発生を防止することができ、弱いバッテリの急速な劣化を防止することができ、バッテリ全体としての寿命を大幅に延ばすことができるという効果を奏する。また、均等充電が不要となるので、良好なバッテリを傷めることがなく、バッテリ全体としての寿命を大幅に延ばすことができるという効果を奏する。さらに、定期的なバッテリ容量の確認試験が不要、あるいは確認試験の期間を大幅に延長させることができるので、バッテリの保守費用を大幅に削減できるという効果を奏する。
【００７９】
また、この実施の形態によれば、比較器は、バッテリ端子電圧保持回路の電圧がバッテリ平均端子電圧保持回路の電圧よりも大きいときに出力信号を出力するようにしているので、複数接続されたバッテリであっても、バラツキの発生を防止することができ、弱いバッテリの急速な劣化を防止することができ、バッテリ全体としての寿命を大幅に延ばすことができるという効果を奏する。また、均等充電が不要となるので、良好なバッテリを傷めることがなく、バッテリ全体としての寿命を大幅に延ばすことができるという効果を奏する。さらに、定期的なバッテリ容量の確認試験が不要、あるいは確認試験の期間を大幅に延長させることができるので、バッテリの保守費用を大幅に削減できるという効果を奏する。
【００８０】
また、この実施の形態によれば、バッテリ電圧検出回路に備えられた変成器は、パルス信号が入力されたときに、自身に生ずる電圧変化を利用して複数のバッテリの個々の端子電圧に等しい電圧を検出するようにしているので、複数接続されたバッテリであっても、バラツキの発生を防止することができ、弱いバッテリの急速な劣化を防止することができ、バッテリ全体としての寿命を大幅に延ばすことができるという効果を奏する。また、均等充電が不要となるので、良好なバッテリを傷めることがなく、バッテリ全体としての寿命を大幅に延ばすことができるという効果を奏する。さらに、定期的なバッテリ容量の確認試験が不要、あるいは確認試験の期間を大幅に延長させることができるので、バッテリの保守費用を大幅に削減できるという効果を奏する。
【００８１】
また、この実施の形態によれば、目視手段は、比較器の出力信号を検出することによって、バッテリの端子電圧の低下または上昇を視認するようにしているので、バッテリ不良が発生した場合であっても、該当バッテリを目視で視認できるので、バッテリの交換が容易、かつ、迅速に交換することができる。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、複数のバッテリの個々の端子電圧に等しい電圧をそれぞれ検出し、複数のバッテリの個々の端子電圧をそれぞれ保持し、複数のバッテリの個々の端子電圧の平均値を保持し、バッテリ端子電圧保持回路の出力とバッテリ平均端子電圧保持回路の出力の比較出力に基づいて、個々のバッテリが放電する電流の一部をそれぞれ分流させ、個々のバッテリを充電する電流の一部をそれぞれ分流させるようにしているので、バッテリ間のバラツキの発生を防止するとともに、弱いバッテリの急速な劣化を防止し、バッテリ全体としての寿命を大幅に延ばすことができるという効果を奏する。また、均等充電が不要となるので、良好なバッテリを傷めることがなく、バッテリ全体としての寿命を大幅に延ばすことができるという効果を奏する。さらに、定期的なバッテリ容量の確認試験が不要、あるいは確認試験の期間を大幅に延長させることができるので、バッテリの保守費用を大幅に削減できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかるバッテリの充放電制御回路の使用例を示すブロック図である。
【図２】図１に示した充放電制御回路の具体的な構成例を示す回路図である。
【図３】スイッチングパルスが印加されたときの回路動作を説明するための回路図である。
【図４】スイッチングパルスがオンからオフになるときの回路動作を説明するための回路図である。
【図５】バッテリの端子電圧が低下した場合の回路動作を説明するための回路図である。
【図６】図５に示す状態時において、バッテリが直流電源によって充電されるときの回路動作を説明するための回路図である。
【図７】バッテリの端子電圧が上昇した状態において、スイッチングパルスがトランジスタのべ−スに印加されたときの回路動作を説明するための回路図である。
【図８】図６に示す状態時において、バッテリから負荷に電力を供給するときの回路動作を説明するための回路図である。
【符号の説明】
１０ 直流電源
１１ 負荷
１２，１２−１，１２−ｎ バッテリ
１３，１４ スイッチ
２０ 充放電制御回路
２１−１，２１−ｎ 比較器
Ｃ１−１，Ｃ１−ｎ、Ｃｘ コンデンサ
Ｄ１−１，Ｄ１−ｎ，Ｄ２−１，Ｄ２−ｎ，Ｄ３−１，Ｄ３−ｎ ダイオード
Ｅ１，Ｅ２，Ｅｎ バッテリ端子電圧
Ｅａ 平均電圧
Ｅｘ 電池
ＬＥＤ１−１，ＬＥＤ１−ｎ，ＬＥＤ２−１，ＬＥＤ１−ｎ 発光ダイオード
Ｒ１−１，Ｒ１−ｎ，Ｒ２−１，Ｒ２−ｎ，Ｒ３−１，Ｒ３−ｎ，Ｒ４−１，Ｒ４−ｎ，Ｒ５−１，Ｒ５−ｎ 抵抗
Ｔ１，Ｔ２，Ｔｎ 変成器
Ｔｒ１−１，Ｔｒ１−ｎ，Ｔｒｘ トランジスタ
Claims (13)
- 複数のバッテリを直列に接続させた多数接続バッテリの放電を制御するバッテリの放電制御回路において、
１次巻線および該１次巻線に磁気結合された２次巻線を有する変成器と該２次巻線に接続された短絡手段とを具備し、前記複数のバッテリの個々の端子電圧に等しい電圧をそれぞれ検出するバッテリ電圧検出回路と、
前記複数のバッテリの個々の端子電圧をそれぞれ保持するバッテリ端子電圧保持回路と、
前記複数のバッテリの個々の端子電圧の平均値を保持するバッテリ平均端子電圧保持回路と、
前記バッテリ端子電圧保持回路の出力と前記バッテリ平均端子電圧保持回路の出力とを比較する比較器と、
前記比較器の出力に基づき前記複数のバッテリの個々のバッテリが放電する電流の一部をそれぞれ分流させる分流回路と、
を備え、
前記バッテリ電圧検出回路は、
所定のパルス電圧が前記変成器の１次巻線に印加された後、該印加が開放されるときに該１次巻線に生ずる電圧によって該２次巻線に発生する電圧を利用して前記短絡手段を短絡させ、該短絡手段の短絡によって該変成器の２次巻線に印加される電圧を前記複数のバッテリの個々の端子電圧としてそれぞれ検出することを特徴とするバッテリの放電制御回路。 - 前記分流回路は、該分流回路の導通／非導通を切り換えるスイッチング素子を備え、
前記スイッチング素子は、前記比較器の出力信号を用いて、前記分流回路を導通状態にすることを特徴とする請求項１に記載のバッテリの放電制御回路。 - 前記比較器は、前記バッテリ端子電圧保持回路の電圧が前記バッテリ平均端子電圧保持回路の電圧よりも大きいときに、出力信号を出力することを特徴とする請求項２に記載のバッテリの放電制御回路。
- 前記短絡手段が整流素子であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のバッテリの放電制御回路。
- 複数のバッテリを直列に接続させた多数接続バッテリの充電を制御するバッテリの充電制御回路において、
１次巻線および該１次巻線に磁気結合された２次巻線を有する変成器と該２次巻線に接続された短絡手段とを具備し、前記複数のバッテリの個々の端子電圧に等しい電圧をそれぞれ検出するバッテリ電圧検出回路と、
前記複数のバッテリの個々の端子電圧をそれぞれ保持するバッテリ端子電圧保持回路と、
前記複数のバッテリの個々の端子電圧の平均値を保持するバッテリ平均端子電圧保持回路と、
前記バッテリ端子電圧保持回路の電圧と前記バッテリ平均端子電圧保持回路の電圧とを比較する比較器と、
前記比較器の出力に基づき前記複数のバッテリの個々のバッテリを充電する電流の一部をそれぞれ分流させる分流回路と、
を備え、
前記バッテリ電圧検出回路は、
所定のパルス電圧が前記変成器の１次巻線に印加された後、該印加が開放されるときに該１次巻線に生ずる電圧によって該２次巻線に発生する電圧を利用して前記短絡手段を短絡させ、該短絡手段の短絡によって該変成器の２次巻線に印加される電圧を前記複数のバッテリの個々の端子電圧としてそれぞれ検出することを特徴とするバッテリの充電制御回路。 - 前記分流回路は、該分流回路の導通／非導通を切り換えるスイッチング素子を備え、
前記スイッチング素子は、前記比較器の出力信号を用いて、前記分流回路を導通状態にすることを特徴とする請求項５に記載のバッテリの充電制御回路。 - 前記比較器は、前記バッテリ端子電圧保持回路の電圧が前記バッテリ平均端子電圧保持回路の電圧よりも大きいときに、出力信号を出力することを特徴とする請求項６に記載のバッテリの充電制御回路。
- 前記短絡手段が整流素子であることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一つに記載のバッテリの充電制御回路。
- 複数のバッテリを直列に接続させた多数接続バッテリの放電および充電を制御するバッテリの充放電制御回路において、
１次巻線および該１次巻線に磁気結合された２次巻線を有する変成器と該２次巻線に接続された短絡手段とを具備し、前記複数のバッテリの個々の端子電圧に等しい電圧をそれぞれ検出するバッテリ電圧検出回路と、
前記複数のバッテリの個々の端子電圧をそれぞれ保持するバッテリ端子電圧保持回路と、
前記複数のバッテリの個々の端子電圧の平均値を保持するバッテリ平均端子電圧保持回路と、
前記バッテリ端子電圧保持回路の出力と前記バッテリ平均端子電圧保持回路の出力とを比較する比較器と、
前記比較器の出力に基づいて、前記複数のバッテリの個々のバッテリが放電する電流の一部をそれぞれ分流させ、かつ、前記複数のバッテリの個々のバッテリを充電する電流の一部をそれぞれ分流させる分流回路と、
を備え、
前記バッテリ電圧検出回路は、
所定のパルス電圧が前記変成器の１次巻線に印加された後、該印加が開放されるときに該１次巻線に生ずる電圧によって該２次巻線に発生する電圧を利用して前記短絡手段を短絡させ、該短絡手段の短絡によって該変成器の２次巻線に印加される電圧を前記複数のバッテリの個々の端子電圧としてそれぞれ検出することを特徴とするバッテリの充放電制御回路。 - 前記分流回路は、該分流回路の導通／非導通を切り換えるスイッチング素子を備え、
前記スイッチング素子は、前記比較器の出力信号を用いて、前記分流回路を導通状態にすることを特徴とする請求項９に記載のバッテリの充放電制御回路。 - 前記比較器は、前記バッテリ端子電圧保持回路の電圧が前記バッテリ平均端子電圧保持回路の電圧よりも大きいときに、出力信号を出力することを特徴とする請求項１０に記載のバッテリの充放電制御回路。
- 前記短絡手段が整流素子であることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一つに記載のバッテリの充放電制御回路。
- 前記比較器の出力信号を検出する目視手段をさらに備えることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか一つに記載のバッテリの充放電制御回路。
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