JP3713470B2

JP3713470B2 - 二次電池の充放電制御装置

Info

Publication number: JP3713470B2
Application number: JP2002100396A
Authority: JP
Inventors: 正二羽田
Original assignee: 株式会社エヌ・ティ・ティ・データ・イー・エックス・テクノ
Priority date: 2002-04-02
Filing date: 2002-04-02
Publication date: 2005-11-09
Anticipated expiration: 2022-04-02
Also published as: JP2003299256A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉛蓄電池等の二次電池の充放電制御方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉛蓄電池等の二次電池は、製造工程において、満充電するまでに周期的に充放電を行う必要が有り、また、完成品としての二次電池のサイクル寿命試験として充放電が行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
鉛蓄電池等の二次電池をサイクル用途として試験する場合に、二次電池は充電と放電を繰り返すことになるが、その際に二次電池が有する総容量の充電電力が必要になると共に、放電時も総電力量が消失してしまう。
この問題を解決するために放電時は電池から系統側に電力を回生するという方法があるが、この方法による場合には系統連係機能や最大の電力容量を有するインバータ等が必要であると共に、インバータ等の変換効率による電力損失が発生すると共に、また、系統側への逆潮流に対する対策を講じる必要が有るという問題が有った。
【０００４】
さらに、インバータ装置そのものが高価であり、設備がコスト高になるという問題が有った。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、電力回生用のインバータを必要とせず、かつ電力損失が発生しないと共に、充電器のみで二次電池の充放電制御を行うことができる二次電池の充放電制御方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、同規格の同数の二組の二次電池群と、相互に逆極性となるように直列接続された前記二組の二次電池群の両端に接続され、該二組の二次電池群の一方の二次電池群に対して低電圧充電を行う低電圧充電器と、前記二組の二次電池群のうちの何れか一方の二次電池群の両端間に接続され、該低電圧充電器によって低電圧充電されている二次電池群を充電する際の充電効率に起因する充電不足を補うための充電を行う高電圧充電器と、前記高電圧充電器から流れる電流を制限する電流制限抵抗と、前記二組の二次電池群が直列接続された直列回路の両端間に並列に接続され、該二組の二次電池群の各二次電池群を前記低電圧充電器により交互に低電圧充電するように切り替えられる一対のスイッチと、を備え、前記高電圧充電器は、前記一対のスイッチが接続されているときに前記低電圧充電器にて低電圧充電されている二次電池群とは異なる二次電池群を低電流充電することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態に係る二次電池の充放電制御装置は、同規格の複数の二次電池を同数の２つの電池群に分割し、該分割された二組の電池群を相互に逆極性となるように直列接続し、前記二組の電池群の各々に交互に低電圧充電を行うことを特徴とする二次電池の充放電制御方法を実施するための装置である。
【００１０】
本発明の第１の実施形態に係る二次電池の充放電制御装置の基本的構成を図１に示す。本実施形態に係る二次電池の充放電制御装置は、同規格の複数の二次電池を同数の２つの電池群１−１、１−２に分割し、該分割された二組の電池群１−１、１−２を相互に逆極性となるように直列接続し、前記二組の電池群１−１、１−２の各々に交互に低電圧充電を行うように、放電側の電池群（例えば、電池群１−１）に出力電圧が加算されるような極性で接続される低電圧充電器２と、電流制限用の抵抗４を介して放電側の電池群（例えば、電池群１−１）を高電圧充電するように、該放電側の電池群の両端間に接続される高電圧充電器３とを有している。
【００１１】
上記構成において、「二組の電池群１−１、１−２を相互に逆極性となるように直列接続した」とは図２に示すように接続することを意味するものとし、このように二組の電池群１−１、１−２が直列接続された直列回路の両端間の電位差Ｖは、既述したように電池群１−１、１−２はそれぞれ、同規格の電池が同数だけ直列接続されているので、略、０Ｖである。
【００１２】
図１において、電池群１−１の電池出力に低電圧充電器２の出力電圧が加算されるように二組の電池群１−１、１−２に低電圧充電器２が接続されると、電池群１−１における正電極側の電位に低電圧充電器２出力電圧が加算され、この合計電圧が電池群１−２の正電極側の電位より高くなるので、電池群１−１及び低電圧充電器２より電池群１−２に充電が行われる。このとき放電側の電池群１−１の電池電圧は低電圧充電器２の出力電圧で降下する。高電圧充電器３は抵抗４、低電圧充電器２を介して電池群１−２に高電圧低電流充電される。
【００１３】
また、高電圧充電器３より電池群１−１に高電圧低電流で放電量がやや減少する。図１では、充電側の電池群が電池群１−２、放電側の電池群が電池群１−１である場合について説明したが、上記動作は、充電側の電池群が電池群１−１、放電側の電池群が電池群１−２となるように切り換えられた場合にも同様である。
次に、本発明の第１の実施形態に係る二次電池の充放電制御装置の具体的構成を図３に示す。同図において、まず、同規格の複数の二次電池を同数の２つの電池群１０−１、１０−２に分割し、該分割された二組の電池群電池群１０−１、１０−２を相互に逆極性となるように直列接続し、前記二組の電池群１０−１、１０−２が直列接続された直列回路の両端間の電位差が零となるようにした状態で各電池群１０−１、１０−２を充放電制御の対象とする。
【００１４】
本発明の第１の実施形態に係る二次電池の充放電制御装置は、上述したように二組の電池群１０−１、１０−２が直列接続されたその両端間の電位差が零となるようにした状態で二組の電池群１０−１、１０−２が直列接続されたその両端間に並列に接続される一対のスイッチ１２、１４と、二組の電池群１０−１、１０−２が直列接続されたその両端間にスイッチ１２、１４を介して接続され二組の電池群１０−１、１０−２の各々を低電圧充電する低電圧充電器１６と、抵抗２２、スイッチ１２を介して、低電圧充電器１６により低電圧充電が行われる電池群の両端間に接続され二組の電池群１０−１、１０−２に高電圧低電流充電を行う高電圧充電器１８と、制御回路２０とを有している。
【００１５】
制御回路２０は、電池群１０−１、１０−２の各々を低電圧充電器１６により交互に所定周期で低電圧充電するように、すなわち一対のスイッチ１２、１４を図１に示した状態から同時にかつ交互に切り換えるように切換制御する。
抵抗２２は、電池群１０−１、１０−２間における充放電時に生じる電圧変動を吸収することと、高電圧充電器１８による充電時に微小電流を電池群１０−１、または電池群１０−２に流すための電流制限用として設けられている。
【００１６】
また、低電圧充電器１６、１８の入力端はそれぞれ、入力端子１００、１０１を介して商用電源に接続されている。
なお、低電圧充電器１６は本発明の第１の充電器に、高電圧充電器１８は本発明の第２の充電器に、それぞれ相当する。
【００１７】
上記構成において、低電圧充電器１６の出力は、二組の電池群１０−１、１０−２の電池電圧が相殺されるように接続されているために、通常時は「０Ｖ」である。低電圧充電器１６が動作すると、例えば、図１に示す状態では、スイッチ１２は接点１２ａ側に、スイッチ１４は接点１４ｂ側に切り換えられているので、電池群１０−２の電池電圧に加算されるように低電圧充電器１６の出力電圧が印加され、電池群１０−２側の電圧が高くなる。
【００１８】
ここで、二組の電池群１０−１、１０−２に流れる電流は互いに逆向きであるために、電池群１０−２から電池群１０−１に充電が行われ、電池群１０−２は放電を行うこととなる。すなわち、低電圧充電器１６により電池群１０−２に印加される電圧は電池群１０−２から電池群１０−１に充電を開始させるためのトリガー信号として機能する。この放電は、電池群１０−２の電力容量が電池群１０−１に移動することにより行われるので、基本的に電力損失は生じない。
【００１９】
次に、制御回路２０が、スイッチ１２、１４を図１に示した状態から接点１２ｂ、接点１４ａ側にそれぞれ、切り換えると、電池群１０−１の電池電圧に加算されるように低電圧充電器１６の出力電圧が印加され、電池群１０−１側の電圧が高くなる。この結果、電池群１０−２に充電が行われ、電池群１０−１は放電を行うこととなる。
【００２０】
このように制御回路２０によりスイッチ１２、１４を所定周期で切換制御することにより電池群１０−１、１０−２を交互に充放電させることができる。
低電圧充電器１６により各電池群１０−１、１０−２に供給される充電電圧は、各電池群が充電される時の電圧上昇分（＋ΔＶ）と放電される時の電圧降下分（−ΔＶ）のみになるため、非常に小さな電圧でよい。したがって、充電時の電力量が非常に少なくて済む。
【００２１】
また、上記各電池群１０−１、または１０−２に低電圧充電器１６より充電する際には同時に電池群１０−１、１０−２の両者に高電圧充電器１８により充電が行われるが、この場合に二組の電池群全体に対して充電を行うので、高電圧充電となる。但し、高電圧充電器１８は、各電池群の充電効率に起因する充電不足を補うために充電を行うだけであるので、微小電力を出力する機能を有するだけでよい。すなわち、高電圧低電流充電を行う機能を有するだけでよい。
【００２２】
本発明の第２の実施形態に係る二次電池の充放電制御装置の基本的構成を図４に示す。本実施形態に係る二次電池の充放電制御装置が、第１の実施形態に係る二次電池の充放電制御装置と構成上、異なるのは、高電圧充電器３を電流制限用の抵抗４を介して充電側の電池群（図４の例では電池群１−２）に並列に接続されるように構成した点であり、他の構成は同様であるので、重複する説明は省略する。
【００２３】
図４において、電池群１−１の電池出力に低電圧充電器２の出力電圧が加算されるように二組の電池群１−１、１−２に低電圧充電器２が接続されると、電池群１−１における正電極側の電位に低電圧充電器２出力電圧が加算され、この合計電圧が電池群１−２の正電極側の電位より高くなるので、電池群１−１及び低電圧充電器２より電池群１−２に充電が行われると共に、高電圧充電器３より抵抗４を介して電池群１−２に高電圧充電される。
図４では、充電側の電池群が電池群１−２、放電側の電池群が電池群１−１である場合について説明したが、上記動作は、充電側の電池群が電池群１−１、放電側の電池群が電池群１−２となるように切り換えられた場合にも同様である。
【００２４】
本発明の第２の実施形態に係る二次電池の充放電制御装置の具体的構成を図５に示す。本実施形態に係る二次電池の充放電制御装置の具体的構成が図３に示した第２の実施形態に係る二次電池の充放電制御装置と異なるのは高電圧充電器１８の正極性の出力端子が抵抗２２を介して低電圧充電器１６の正極性の出力端子に接続されている点だけであり、他の構成は図３に示した第２の実施形態に係る二次電池の充放電制御装置と同様であり、動作は図４に示した基本構成の動作と同一であるので、重複する説明は省略する。
【００２５】
本発明の第１、第２の実施形態に係る二次電池の充放電制御装置によれば、充電される一方の電池群は、他方の電池群が充電されている電力容量を移動させる方式で放電しながら他方の電池群により充電され、この動作を繰り返すことにより各電池群が充放電を繰り返することができ、電力回生用のインバータを用いることなく、かつ電力損失が発生しないと共に、小容量の充電器のみで二次電池の充放電制御を行うことができる。
また、本発明の第１、第２の実施形態に係る二次電池の充放電制御装置によれば、高電圧充電器は、放電側の二次電池の及び低電圧充電器の充電機能に対する補助的な充電器として機能するので、放電側の二次電池の放電量を低減できるという効果が得られる。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、同規格の複数の二次電池を同数の２つの電池群に分割し、該分割された二組の電池群を相互に逆極性となるように直列接続し、前記二組の電池群の各々に交互に低電圧充電を行うようにしたので、充電される一方の電池群は、他方の電池群が充電されている電力容量を移動させる方式で放電しながら他方の電池群により充電され、この動作を繰り返すことにより各電池群が充放電を繰り返することができ、電力回生用のインバータを用いることなく、かつ電力損失が発生しないと共に、小容量の充電器のみで二次電池の充放電制御を行うことができる。
【００２７】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の二次電池の充放電制御方法において、さらに、前記二組の電池群の各電池群の両端間に高電圧低電流充電を行うようにしたので、電池の充電効率に起因する電力損失を補うことができ、電池の過放電を防止することにより安定した充放電制御を行うことができる。
【００２８】
請求項３に記載の発明によれば、同規格の複数の二次電池を同数の２つの電池群に分割し、該分割された二組の電池群を相互に逆極性となるように直列接続し、前記二組の電池群が直列接続された直列回路の両端間に並列に接続される一対のスイッチと、前記直列回路の両端間に前記一対のスイッチを介して接続され前記二組の電池群の各電池群を低電圧充電する第１の充電器と、前記二組の電池群の各電池群を前記第１の充電器により交互に低電圧充電するように前記一対のスイッチを切換制御する制御回路とを有するので、電力回生用のインバータを用いることなく、かつ電力損失が発生しないと共に、小容量の充電器のみで二次電池の充放電制御を行うことができる。
【００２９】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の二次電池の充放電制御装置において、さらに、前記一対のスイッチのうち一方のスイッチを介して、前記第１の充電器により低電圧充電が行われる際に前記二組の電池群のうち低電圧充電が行われる電池群とは異なる他の電池群の両端間に接続され前記二組の電池群に高電圧低電流充電を行う第２の充電器を有するので、電池の充電効率に起因する充電不足を補うことができ、電池の過放電を防止することにより安定した充放電制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る二次電池の充放電制御装置の基本的構成を示すブロック図。
【図２】図１における二組の電池群の接続状態を示す説明図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る二次電池の充放電制御装置の具体的構成を示すブロック図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る二次電池の充放電制御装置の基本的構成を示すブロック図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る二次電池の充放電制御装置の具体的構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１−１…放電側の電池群
１−２…充電側の電池群
２、１６…低電圧充電器
３、１８…高電圧充電器
４、２２…電流制限用の抵抗
１０−１…第１の電池群
１０−２…第２の電池群
１２、１４…スイッチ
２０…制御回路

Claims

同規格の同数の二組の二次電池群と、
相互に逆極性となるように直列接続された前記二組の二次電池群の両端に接続され、該二組の二次電池群の一方の二次電池群に対して低電圧充電を行う低電圧充電器と、
前記二組の二次電池群のうちの何れか一方の二次電池群の両端間に接続され、該低電圧充電器によって低電圧充電されている二次電池群を充電する際の充電効率に起因する充電不足を補うための充電を行う高電圧充電器と、
前記高電圧充電器から流れる電流を制限する電流制限抵抗と、
前記二組の二次電池群が直列接続された直列回路の両端間に並列に接続され、該二組の二次電池群の各二次電池群を前記低電圧充電器により交互に低電圧充電するように切り替えられる一対のスイッチと、
を備え、
前記高電圧充電器は、前記一対のスイッチが接続されているときに前記低電圧充電器にて低電圧充電されている二次電池群とは異なる二次電池群を低電流充電することを特徴とする二次電池の充放電制御装置。