JP4130186B2 - パック電池 - Google Patents

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Description

本発明は、電池の電圧を検出する電圧検出回路を備えるパック電池に関し、とくに、複数の電池の電圧を複数の電圧検出回路で検出するパック電池に関する。
複数の電池を内蔵するパック電池は、各々の電池の電圧を検出して充放電をコントロールして、電池の劣化を少なくできる。いずれかの電池が完全に放電されて電圧が最低電圧まで低下するとパック電池の放電を停止し、あるいは、いずれかの電池が満充電されて電圧が最高電圧まで上昇するとパック電池の充電を停止して、全ての電池の過放電と過充電を防止できるからである。パック電池は、全ての電池電圧を、１回路の電圧検出回路で、あるいは複数の電圧検出回路で検出する。１回路の電圧検出回路で全ての電池電圧を検出するパック電池は、電圧検出回路で多数の電池の電圧を検出するので、電圧検出回路が複雑になるばかりでなく、専用の電圧検出回路を設計して使用する必要がある。複数の電圧検出回路で電池電圧を検出するパック電池は、特定チャンネルの電圧を検出するように設計している規格品の電圧検出回路を使用して、全ての電池電圧を検出できる。
複数の電圧検出回路で複数の電池の電圧を検出するパック電池は開発されている。このパック電池のブロック図を図１に示す。このパック電池は、電圧検出回路３２が電池３１にアンバランスに放電電流を流す欠点がある。それは、図において、最も上段の電圧検出回路３２は、出力端子からアースに矢印Ａで示すように全ての電池３１に等しい放電電流を流すが、最も下段と中断の電圧検出回路３２は矢印ＢとＣで示すように、一部の電池３１に放電電流を流すからである。電圧検出回路３２の出力に流れる電流は小さい電流であるが、つねに連続して流れるので、電池３１をアンバランスに放電させる原因となる。
この弊害を防止するために、電池と並列に電流をバランスさせるバランス抵抗を接続しているパック電池が開発されている（特許文献１参照）。
特開平１１−２３３１５４号公報
この公報に記載されるパック電池は、図２の回路図に示すように、特定の電池３１と並列に消費電流調整抵抗３３を接続している。消費電流調整抵抗３３は、図１の矢印Ｂ、Ｃで流れる電流をバランスさせるように接続している。図１の回路において、消費電流調整抵抗は、矢印Ｃと同じ電流値の電流を電池Ｖ1〜Ｖ3に流すように接続し、さらに、矢印Ｂと同じ電流値の電流を電池Ｖ4〜Ｖ6に流すように接続する。消費電流調整抵抗３３は、電圧検出回路３２が電池３１に流すアンバランスな電流をバランスさせる。
しかしながら、このパック電池は、電圧検出回路の出力電流が変動すると、電池に流れる電極がアンバランスになる。電圧検出回路で電池電圧を設定電圧に比較し、電極電圧が設定電圧よりも高いか低いかで、出力電圧を”Ｈｉｇｈ”と”Ｌｏｗ”に切り換え、電圧検出回路から出力される”Ｈｉｇｈ”と”Ｌｏｗ”の信号で出力スイッチをオンオフに切り換えるパック電池は、常に全ての電池をバランスよく放電できない。たとえば、電圧検出回路の出力が”Ｈｉｇｈ”の状態で電池の電流をバランスするように消費電流調整抵抗を調整すると、出力が”Ｌｏｗ”に切り換えられる状態でバランスできなくなるからである。
本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、複数の電池を複数の電圧検出回路で検出しながら、全ての電池をつねにバランスして放電して電池がアンバランスに放電されるのを防止できるパック電池を提供することにある。
本発明のパック電池は、直列に接続している複数の電池１と、各々の電池１の電圧を検出する複数組の電圧検出回路２と、各々の電圧検出回路２の出力電圧でオンオフに制御される出力スイッチ３とを備える。パック電池は、電池電圧で”Ｈｉｇｈ”と”Ｌｏｗ”を切り換えて出力する複数の電圧検出回路２を互いに直列に接続すると共に、各々の電圧検出回路２の出力端子２ａを出力抵抗６を介してアースに接続して、電圧検出回路２の出力端子２ａの電圧が”Ｈｉｇｈ”の状態で、出力抵抗６でもって電圧検出回路２を接続している電池１を放電する。さらに、パック電池は、各々の電圧検出回路２の出力抵抗６で放電される放電電池と直列に接続している非放電電池と並列に、バランス抵抗８とスイッチング素子９を直列に接続している放電回路７を接続している。パック電池は、電圧検出回路２の出力電圧が”Ｈｉｇｈ”の状態で、電圧検出回路２に接続している放電電池を放電させる状態で、非放電電池と並列に接続している放電回路７のスイッチング素子９をオンにして、バランス抵抗８で非放電電池を放電し、電圧検出回路２の出力電圧が”Ｌｏｗ”の状態で、電圧検出回路２に接続している放電電池を放電させない状態で、非放電電池と並列に接続している放電回路７のスイッチング素子９をオフにして、バランス抵抗８で非放電電池を非放電状態として、全ての電池１の放電電流をバランスさせる。
本発明の請求項２のパック電池は、各々の電圧検出回路２の出力側に、スイッチング素子の直列回路からなるアンド回路１３を接続している。電圧検出回路２は、電圧を検出している全ての電池１の電圧が放電可能電圧であると”Ｈｉｇｈ”をアンド回路１３に出力して、いずれかの電池１の電圧が放電可能電圧よりも低くなると”Ｌｏｗ”をアンド回路１３に出力する。アンド回路１３は、全ての電圧検出回路２から入力される信号が”Ｈｉｇｈ”の状態で出力スイッチ３をオンとしてパック電池を放電できる状態とし、いずれかの電圧検出回路２から入力される信号が”Ｌｏｗ”の状態で出力スイッチ３をオフにして放電電流を遮断する状態とする。さらに、パック電池は、放電回路７のスイッチング素子９を電圧検出回路２の出力信号でオンオフに切り換えるようにしており、電圧検出回路２が”Ｈｉｇｈ”の状態でスイッチング素子９をオンにして、電圧検出回路２が放電電池を放電させる状態で、バランス抵抗８で非放電電池を放電する。
本発明の請求項３のパック電池は、各々の電圧検出回路２の出力側に、スイッチング素子の並列回路からなるＯＲ回路１５を接続している。電圧検出回路２は、電圧を検出している全ての電池１の電圧が充電可能電圧であると”Ｌｏｗ”をＯＲ回路１５に出力して、いずれかの電池１の電圧が充電可能電圧よりも高くなると”Ｈｉｇｈ”をＯＲ回路１５に出力する。ＯＲ回路１５は、全ての電圧検出回路２から入力される信号が”Ｌｏｗ”の状態で出力スイッチ３をオンとしてパック電池を充電できる状態とし、いずれかの電圧検出回路２から入力される信号が”Ｈｉｇｈ”の状態で出力スイッチ３をオフにして充電電流を遮断する状態とする。さらに、パック電池は、放電回路７のスイッチング素子９を電圧検出回路２の出力信号でオンオフに切り換えるようにしており、電圧検出回路２が”Ｈｉｇｈ”の状態でスイッチング素子９をオンにして、電圧検出回路２が放電電池を放電させる状態で、バランス抵抗８で非放電電池を放電する。
本発明のパック電池は、複数の電池の電圧を複数組の電圧検出回路で検出しながら、それぞれの検出信号を伝達した場合に、電池がアンバランスな容量となるのを防止し、全ての電池をバランスよく放電して、電池のアンバランスな放電を防止できる特長がある。それは、本発明のパック電池が、電圧検出回路の出力が”Ｈｉｇｈ”となって、出力抵抗が放電電流を放電させる充電では、放電回路が非放電電池を放電させるようにスイッチング素子をオンにして、バランス抵抗で放電させるからである。とくに、本発明のパック電池は、電圧検出回路が”Ｌｏｗ”を出力して出力抵抗で電池を放電させないときには、放電回路が電池を放電させないように制御するので、つねに全ての電池をバランスよく放電できる特徴がある。全ての電池をバランスよく放電させる本発明のパック電池は、特定の電池が早く劣化して、寿命が短くなる弊害を解消して、寿命を長くできる。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのパック電池を例示するものであって、本発明はパック電池を以下のものに特定しない。
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
図３と図４の回路図に示すパック電池は、直列に接続している複数の電池１と、各々の電池１の電圧を検出する複数組の電圧検出回路２と、各々の電圧検出回路２の出力電圧でオンオフに制御される出力スイッチ３とを備える。図３は、過放電を防止しながら電池１を放電する過放電防止回路４を備えるパック電池を示し、図４は、過充電を防止しながら電池１を充電する過充電防止回路５を備えるパック電池を示す。図３に示す過放電防止回路４と、図４に示す過充電防止回路５の両方を備えるパック電池は、電池１の過放電と過充電を防止しながら充放電できる。
このような回路は、例えば、電子機器のバックアップ電源として使用され、電池の残容量が少なくなると充電されると共に、商用電力が停電時に電池より電力を電子機器に供給する。
図３と図４のパック電池は、９個の電池１と３組の電圧検出回路２を備えるが、本発明は、電池と電圧検出回路の個数を特定しない。電池は、８個よりも少なく、あるいは１０個よりも多く、また電圧検出回路は、２組又は４組以上とすることもできる。
図３と図４のパック電池は、複数組の電圧検出回路２を直列に接続している。図のパック電池は、全ての電池１を第１、第２、第３の３グループに分割している。分割されたグループの電池電圧を検出するために、第１、第２、第３からなる３組の電圧検出回路２を備える。第１の電圧検出回路２Ａは第１グループ３個の電池電圧を検出し、第２の電圧検出回路２Ｂは第２グループ３個の電池電圧を、第３の電圧検出回路２Ｃは第３グループ３個の電池電圧を検出する。
第１〜第３の電圧検出回路２には、第１〜第３の３グループに分割された電池１から回路を動作させる電源電圧を供給する。すなわち、第１の電圧検出回路２Ａは第１グループの電池１から、第２の電圧検出回路２Ｂは第２グループの電池１から、第３の電圧検出回路２Ｃは第３グループの電池１から電源電圧を供給する。このパック電池は、各々の電圧検出回路２に、分割された各グループの電池１から電源電圧を供給する。したがって、多数の電池１を直列に接続して出力電圧を高くしているパック電池において、電圧の最大定格の低い電圧検出回路２で、各々の電池電圧を検出できる。
なお、図３、図４では、電池１の最小電位（図面においては最下部のライン）をアース側としているが、電池１の最大電位（図面においては最上部のライン）をアース側とすることもできる。
電圧検出回路２は、検出する電池電圧を設定電圧に比較し、電池電圧が設定電圧よりも高いか低いかで、出力を”Ｈｉｇｈ”と”Ｌｏｗ”に切り換える。図３の電圧検出回路２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、放電している電池１の過放電を防止するための回路である。この電圧検出回路２は、設定電圧を電池１の最低電圧、いいかえると完全に放電された電池電圧に設定している。この電圧検出回路２は、検出する全ての電池１の電圧が、最低電圧である設定電圧よりも高いときに”Ｈｉｇｈ”を出力する（図３では、この”Ｈｉｇｈ”のときが充放電できる通常時である）。いずれかの電池電圧が最低電圧である設定電圧よりも低くなると出力を”Ｈｉｇｈ”から”Ｌｏｗ”に切り換える。すなわち、放電していずれかの電池１の電圧が最低電圧まで低下して、さらに放電すると過放電される状態になると、電圧検出回路２は出力を”Ｈｉｇｈ”から”Ｌｏｗ”に切り換える。電圧検出回路２の出力が”Ｌｏｗ”のときは、電圧検出回路２がハイインピーダンスとなり電流が流れず、出力側に電圧が発生せず”Ｌｏｗ”出力となっている。電圧検出回路２Ａ、２Ｂ、２Ｃの出力が”Ｈｉｇｈ”のときは、対応するグループの電池１の電流、消費電力が”Ｌｏｗ”時に比べて大きくなる。
図３においては、電圧検出回路２の出力が”Ｌｏｗ”のときは、対応するグループの電池１の電流、消費電力を抑えることができる。
図４の電圧検出回路２も電池電圧が設定電圧より高いか低いかで、出力を”Ｈｉｇｈ”と”Ｌｏｗ”に切り換える。この電圧検出回路２は、充電しているパック電池の過充電を防止する回路である。この図の電圧検出回路２は、設定電圧を電池１の最高電圧、いいかえると満充電された電池電圧に設定している。この電圧検出回路２は、検出する全ての電池１の電圧が、満充電された電圧である最高電圧である設定電圧よりも低いときに”Ｌｏｗ”を出力する（図４では、この”Ｌｏｗ”のときが充放電できる通常時である）。いずれかの電池電圧が最高電圧である設定電圧よりも高くなると出力を”Ｌｏｗ”から”Ｈｉｇｈ”に切り換える。すなわち、充電していずれかの電池１の電圧が最高電圧まで高くなって、さらに充電すると過充電される状態になると、電圧検出回路２は出力を”Ｌｏｗ”から”Ｈｉｇｈ”に切り換える。電圧検出回路２の出力が”Ｌｏｗ”のときは、電圧検出回路２がハイインピーダンスとなり電流が流れず、出力側に電圧が発生せず”Ｌｏｗ”出力となっている。電圧検出回路２Ａ、２Ｂ、２Ｃの出力が”Ｈｉｇｈ”のときは、対応するグループの電池１の電流、消費電力が”Ｌｏｗ”時に比べて大きくなる。
電圧検出回路２は、出力端子２ａに出力抵抗６を接続し、この出力抵抗６を介して出力をパック電池のアースに接続している。電圧検出回路２は、出力端子２ａの電圧を”Ｈｉｇｈ”とする状態では、出力抵抗６でもって電圧検出回路２を接続している電池１を放電する。図のパック電池において、出力を”Ｈｉｇｈ”とする第１の電圧検出回路２Ａは、第１グループの電池１を放電し、出力を”Ｈｉｇｈ”とする第２の電圧検出回路２Ｂは、第１グループと第２グループの電池１を放電する。さらに、出力を”Ｈｉｇｈ”とする第３の電圧検出回路２Ｃは、第１と第２と第３グループの電池１、すなわち全ての電池１を放電させる。第３の電圧検出回路２Ｃは全ての電池１を放電させるので、電池１をバランスよく放電させる。第２の電圧検出回路２Ｂと第３の電圧検出回路２Ｃの出力抵抗６は、全ての電池１をバランスして放電させず、電池１をアンバランスに放電させる。
電圧検出回路２の出力抵抗６で放電される放電電池と直列に接続している非放電電池と並列に、バランス抵抗８とスイッチング素子９を直列に接続している放電回路７を接続している。図のパック電池は、第１の電圧検出回路２Ａで放電される放電電池を第１グループの電池１とするので、第１の電圧検出回路２Ａの非放電電池は、第２グループと第３グループの電池１である。したがって、第１の電圧検出回路２Ａが電池１を放電させるのをバランスさせるために、非放電電池である第２グループと第３グループの電池１と並列に第１の放電回路７Ａを接続している。さらに、第２の電圧検出回路２Ｂで放電される放電電池を第１グループと第２グループの電池１とするので、第２の電圧検出回路２Ｂの非放電電池は、第３グループの電池１である。したがって、第２の電圧検出回路２Ｂが電池１を放電させるのをバランスさせるために、非放電電池である第３グループの電池１と並列に第２の放電回路７Ｂを接続している。第３の電圧検出回路２Ｃの出力抵抗６は全ての電池１を放電させるので、電池１の放電をバランスさせる放電回路を必要としない。したがって、図のパック電池は、第１の放電回路７Ａと第２の放電回路７Ｂを備え、第１の放電回路７Ａを第２と第３グループの電池１と並列に、第２の放電回路７Ｂを第３グループの電池１と並列に接続している。
放電回路７は、電圧検出回路２の出力抵抗６が電池１をアンバランスに放電させるのをバランスさせるために設けた回路である。複数組の電圧検出回路２は、ひとつの電圧検出回路２が全ての電池１をバランスよく放電させる。したがって、パック電池は、電圧検出回路２の数よりもひとつ少ない放電回路７を設けて、各々の電圧検出回路２が電池１をアンバランスに放電させるのを解消することができる。
放電回路７は、互いに直列に接続しているバランス抵抗８とスイッチング素子９を備える。バランス抵抗８は、電圧検出回路２の出力抵抗６が電池１を放電させるのと同じ電流で電池１を放電させるように電気抵抗を設定している。放電回路７は、つねに電池１を放電させるのではない。スイッチング素子９をオンに切り換える状態で特定の電池１を放電し、スイッチング素子９をオフに切り換える状態では電池１を放電させない。電圧検出回路２の出力電圧が”Ｈｉｇｈ”の状態で、電圧検出回路２の出力抵抗６が放電電池を放電させる状態で、非放電電池と並列に接続している放電回路７のスイッチング素子９をオンにして、バランス抵抗８で非放電電池を放電する。
電圧検出回路２の出力電圧が”Ｌｏｗ”の状態では、電圧検出回路２に接続している放電電池を放電させないので、この状態では、非放電電池と並列に接続している放電回路７のスイッチング素子９をオフにして、バランス抵抗８で非放電電池を放電させない状態として、全ての電池１の放電電流をバランスさせる。
放電回路７は、入力回路１０を介して電圧検出回路２の出力側に接続される。第１の放電回路７Ａは第１の入力回路１０Ａを介して第１の電圧検出回路２Ａの出力側に接続している。第２の放電回路７Ｂは第２の入力回路１０Ｂを介して第２の電圧検出回路２Ｂの出力側に接続している。入力回路１０は入力ＦＥＴ１１を備え、この入力ＦＥＴ１１はドレインを入力抵抗１２を介してスイッチング素子９であるＦＥＴのゲートに接続している。電圧検出回路２の出力が”Ｈｉｇｈ”になると、入力ＦＥＴ１１はオンに切り換えられる。オンの入力ＦＥＴ１１はスイッチング素子９をオンに切り換えて、バランス抵抗８で電池１を放電させる。
以上のパック電池は、第１の電圧検出回路２Ａの出力が”Ｈｉｇｈ”になって、第１グループの電池１を放電させる状態になると、第１の放電回路７Ａが非放電電池である第２と第３グループの電池１を放電させる。それは、第１の電圧検出回路２Ａの出力である”Ｈｉｇｈ”が、第１の入力回路１０Ａの入力ＦＥＴ１１をオンに切り換え、この入力ＦＥＴ１１が第１の放電回路７Ａのスイッチング素子９をオンに切り換えるからである。この状態で、第１の電圧検出回路２Ａは第１グループの電池１を放電させ、第１の放電回路７Ａは第２グループと第３グループの電池１を放電させる。放電回路７のバランス抵抗８は、第１電圧検出回路２の出力抵抗６が電池１を放電させるのと同じ電流で電池１を放電させる。したがって、第１の電圧検出回路２Ａが放電電池を放電するとき、放電回路７のバランス抵抗８が非放電電池を同じ電流で放電させて、全ての電池１をバランスよく放電させる。
同じように、第２の電圧検出回路２Ｂの出力が”Ｈｉｇｈ”になって、第１グループと第２グループの放電電池を放電させる状態になると、第２の放電回路７Ｂが非放電電池である第３グループの電池１を放電させる。それは、第２の電圧検出回路２Ｂの出力である”Ｈｉｇｈ”が、第２の入力回路１０Ｂの入力ＦＥＴ１１をオンに切り換え、この入力ＦＥＴ１１が第２の放電回路７Ｂのスイッチング素子９をオンに切り換えるからである。放電回路７のバランス抵抗８は、第２電圧検出回路２の出力抵抗６が電池１を放電させるのと同じ電流で電池１を放電させる。したがって、第２の電圧検出回路２Ｂが放電電池を放電するとき、放電回路７のバランス抵抗８が非放電電池を同じ電流で放電させて、全ての電池１をバランスよく放電させる。
なお、第１の電圧検出回路２Ａ及び第２の電圧検出回路２Ｂの出力が”Ｈｉｇｈ”になっているときは、上記において別々に説明した放電を同時にすることになる。
図３のパック電池は、全ての電池１の過放電を防止しながら放電するために、以下の回路構成としている。各々の電圧検出回路２の出力側に、スイッチング素子である３個のＦＥＴの直列回路からなるアンド回路１３を接続している。アンド回路１３の３個のＦＥＴは、ソースをドレインに接続して互いに直列に接続している。各々のＦＥＴのゲートには、第１、第２、第３の電圧検出回路２の出力を接続している。第１の電圧検出回路２Ａの出力は、ダイオード１４を介してアンド回路１３のひとつのＦＥＴのゲートに接続している。第２と第３の電圧検出回路２Ｃの出力は、ダイオード１４の出力を抵抗で分圧して各々のＦＥＴのゲートに入力している。アンド回路１３は、全てのＦＥＴに”Ｈｉｇｈ”が入力される状態で”Ｌｏｗ”を出力する。全てのＦＥＴに”Ｈｉｇｈ”が入力される状態は、第１、第２、第３の電圧検出回路２が検出する電池電圧が最低電圧よりも高い状態であって、全ての電池１を放電できる状態である。したがって、パック電池は、アンド回路１３が”Ｌｏｗ”を出力する状態では放電用の出力スイッチ３Ａをオンにして放電できる状態とする。いずれかの電池１の電圧が最低電圧よりも低くなると、アンド回路１３のいずれかのＦＥＴに”Ｌｏｗ”が入力されて、アンド回路１３は”Ｈｉｇｈ”を出力する。したがって、この状態では放電用の出力スイッチ３Ａをオフにして放電できない状態とする。出力スイッチ３Ａには、たとえば、放電用の放電制御ＦＥＴが使用できる。
以上のパック電池は、全ての電圧検出回路２からアンド回路１３に入力される信号が”Ｈｉｇｈ”の状態で、アンド回路１３は放電用の出力スイッチ３Ａをオンに切り換えてパック電池を放電できる状態とする。いずれかの電圧検出回路２からアンド回路１３に入力される信号が”Ｌｏｗ”となると、アンド回路１３は放電用の出力スイッチ３Ａをオフに切り換えて放電電流を遮断して、パック電池を放電できない状態とする。
電圧検出回路２が”Ｈｉｇｈ”を出力するときは、全ての電池１をバランスして放電させるように、放電回路７が電圧検出回路２の出力抵抗６で放電されない非放電電池を放電させる。第１の電圧検出回路２Ａの出力が”Ｈｉｇｈ”の状態では、第１放電回路７Ａのスイッチング素子９をオンとし、第２の電圧検出回路２Ｂの出力が”Ｈｉｇｈ”の状態では、第２放電回路７Ｂのスイッチング素子９をオンにして、電圧検出回路２が放電電池を放電させる状態では、バランス抵抗８でもって非放電電池を放電して、全ての電池１をバランスして放電させる。
図４のパック電池は、全ての電池１の過充電を防止しながら放電するために、以下の回路構成としている。このパック電池は、各々の電圧検出回路２の出力側に、スイッチング素子である３個のＦＥＴの並列回路からなるＯＲ回路１５を接続している。ＯＲ回路１５の３個のＦＥＴは、全てのドレインを接続し、また全てのソースも接続して並列に接続している。各々のＦＥＴのゲートには、第１、第２、第３の電圧検出回路２の出力を接続している。第１の電圧検出回路２Ａの出力は、ダイオード１４を介してＯＲ回路１５のひつとのＦＥＴのゲートに接続している。第２と第３の電圧検出回路２Ｃの出力は、ダイオード１４の出力を抵抗で分圧して各々のＦＥＴのゲートに入力している。ＯＲ回路１５は、全てのＦＥＴに”Ｌｏｗ”が入力される状態で”Ｈｉｇｈ”を出力する。”Ｌｏｗ”が入力されるＦＥＴがオフになるからである。全てのＦＥＴに”Ｌｏｗ”が入力される状態は、第１、第２、第３の電圧検出回路２が検出する電池電圧が最高電圧よりも低い状態であって、全ての電池１を充電できる状態である。したがって、このパック電池は、ＯＲ回路１５が”Ｈｉｇｈ”を出力する状態では充電用の出力スイッチ３Ｂをオンにして充電できる状態とする。いずれかの電池１の電圧が最高電圧よりも高くなると、ＯＲ回路１５のいずれかのＦＥＴに”Ｈｉｇｈ”が入力されて、ＯＲ回路１５は”Ｌｏｗ”を出力する。したがって、この状態では充電用の出力スイッチ３Ｂをオフにして充電できない状態とする。出力スイッチ３Ｂには、たとえば、充電用の充電制御ＦＥＴが使用できる。
以上のパック電池は、全ての電圧検出回路２からＯＲ回路１５に入力される信号が”Ｌｏｗ”の状態で、ＯＲ回路１５は充電用の出力スイッチ３Ｂの充電制御ＦＥＴ３ｂをオンに切り換えてパック電池を充電できる状態とする。いずれかの電圧検出回路２からＯＲ回路１５に入力される信号が”Ｈｉｇｈ”となると、ＯＲ回路１５は充電用の出力スイッチ３Ｂの充電制御ＦＥＴ３ｂをオフに切り換えて充電電流を遮断して、パック電池を充電できない状態とする。
さらに、このパック電池は、全ての電圧検出回路２が”Ｌｏｗ”を出力するときは、全ての電池１が放電回路７で放電されない。パック電池は、電圧検出回路２Ｃを除いて、いずれかの電圧検出回路２が”Ｈｉｇｈ”を出力するとき、電池１を放電回路７でバランスして放電させる状態となる。第１の電圧検出回路２Ａの出力が”Ｈｉｇｈ”の状態では、第１の放電回路７Ａのスイッチング素子９をオンとし、第２の電圧検出回路２Ｂの出力が”Ｈｉｇｈ”の状態では、第２の放電回路７Ｂのスイッチング素子９をオンにして、バランス抵抗８でもって非放電電池を放電して、全ての電池１をバランスして放電させる。
第１の電圧検出回路２Ａの出力が”Ｌｏｗ”の状態では、第１の放電回路７Ａはスイッチング素子９をオフにして、バランス抵抗８で電池１を放電させない。また、第２の電圧検出回路２Ｂの出力が”Ｌｏｗ”の状態においても、第２放電回路７はスイッチング素子９をオフにしてバランス抵抗８で電池１を放電させない。電圧検出回路２の状態が”Ｌｏｗ”の状態では、電圧検出回路２の出力抵抗６が電池１を放電させないからである。
パック電池は出力側に、放電用の出力スイッチ３Ａと充電用の出力スイッチ３Ｂを直列に接続している。放電用の出力スイッチ３Ａは、いずれかの電池１が過放電になるまで放電されるとオンからオフに切り換えられて放電電流を遮断する。充電用の出力スイッチ３Ｂは、いずれかの電池１が満充電されまで充電されると、オンからオフに切り換えられて充電電流を遮断する。放電用の出力スイッチ３Ａと充電用の出力スイッチ３Ｂが正常に動作するとき、電池１の過放電と過充電を防止できる。しかしながら、放電用の出力スイッチ３Ａと充電用の出力スイッチ３Ｂが故障して電流を遮断できなくなると、電池１が過放電されたり、あるいは過充電されることになる。
図５と図６のパック電池は、放電用の出力スイッチ３Ａや充電用の出力スイッチ３Ｂの故障を検出する回路を備え、放電用の出力スイッチ３Ａや充電用の出力スイッチ３Ｂが故障して電流を遮断できなくなると、保護素子１６で電流を遮断する。保護素子１６は熱で溶断されるヒューズ１７と、このヒューズ１７を加熱して溶断する加熱抵抗１８とを備える。加熱抵抗１８は制御回路１９で制御されて、放電用の出力スイッチ３Ａや充電用の出力スイッチ３Ｂが故障して過大な電流が流れるときにヒューズ１７を溶断する。図のパック電池は、放電用の出力スイッチ３Ａを放電制御ＦＥＴ３ａとし、充電用の出力スイッチ３Ｂを充電制御ＦＥ３ｂとしている。
制御回路１９は、電流検出回路２０から入力される電流信号と、放電制御ＦＥＴ３ａや充電制御ＦＥＴ３ｂのソースに対するゲート電圧を検出するゲート電圧検出回路２１から入力される電圧信号で、加熱抵抗１８の通電をコントロールする。図５のパック電池は、電流検出抵抗２２の両端の電圧を検出してパック電池に流れる電流を検出する。図６のパック電池は、放電制御ＦＥＴ３ａと充電制御ＦＥＴ３ｂの電圧降下を検出してパック電池に流れる電流を検出する。パック電池に流れる電流は、放電制御ＦＥＴ３ａと充電制御ＦＥＴ３ｂ等の出力ＦＥＴのドレインに流れる電流となる。
制御回路１９は、出力ＦＥＴの電流と、出力ＦＥＴのゲート電圧から、出力ＦＥＴの故障を判定して、ヒューズ１７を溶断する。制御回路１９は、出力ＦＥＴにドレイン電流が流れており、かつゲート電圧がしきい値電圧よりも大きいとき、出力ＦＥＴは正常であると判定する。また、出力ＦＥＴのドレイン電流が流れず、かつゲート電圧がほぼ０Ｖであるときも、出力ＦＥＴは正常と判定する。しかしながら、ドレイン電流が流れているにもかかわらず、ゲート電圧がほぼ０Ｖであると、出力ＦＥＴが故障と判定して、加熱抵抗１８に電流を流してヒューズ１７を溶断する。また、ゲート電圧がしきい値電圧よりも高くて、ドレイン電流が流れない状態も出力ＦＥＴの故障と判定してヒューズ１７を溶断する。
図のパック電池は、放電制御ＦＥＴ３ａと充電制御ＦＥＴ３ｂのＦＥＴを直列に接続しているので、制御回路１９は、放電制御ＦＥＴ３ａと充電制御ＦＥＴ３ｂのゲート電圧を検出し、さらに、両方のＦＥＴのドレイン電流を検出して、いずれのＦＥＴが故障したかを判定できる。いずれかのＦＥＴが故障すると、制御回路１９は加熱抵抗１８に通電してヒューズ１７を溶断してパック電池を充放電できない状態にする。
本発明のパック電池は、図７に示す無停電電源に使用できる。無停電電源は、停電してメイン電源２３から電力が供給されなくなると、パック電池Ａから負荷のバックアップユニット２４や装置２５に電力を供給する。このようなパック電池Ａは、図３、図４に示すパック電池を利用できる。この無停電電源は、ローサイド側、すなわちパック電池とアースとの間にＮチャンネルのＦＥＴ２６を接続している。ＮチャンネルのＦＥＴ２６は、オンでパック電池から負荷に電力を供給し、オフでは放電電流を遮断して、負荷に電力を供給しない状態とする。ＮチャンネルのＦＥＴ２６は、コントローラ２７でオンオフに制御される。コントローラ２７は、パック電池が完全に放電されると、ＮチャンネルのＦＥＴ２６をオフにして放電を停止させる。ＮチャンネルのＦＥＴ２６は寄生ダイオード２８を有するので、オンオフの両方でパック電池を充電できる。ただ、ＮチャンネルのＦＥＴ２６をオフの状態で充電すると、寄生ダイオード２８を通じて充電電流が流れてＦＥＴの発熱が大きくなる。この弊害は、寄生ダイオードと同じ方向に順方向の電圧降下が小さい外付けダイオードを接続して解消できる。以上の無停電電源は、安価に製作できる。それはローサイド側にＮチャンネルのＦＥＴ２６を接続して、回路構成を簡単にできるからである。
本発明のパック電池は、電圧検出回路２のアンバランスな電池１の放電を解消するために放電回路７を設けている。図８は放電回路を設けることなく、電池１のアンバランスな放電を解消するパック電池を示す。ただし、このパック電池は本発明の実施例にかかるものではなく、参考例として示している。このパック電池は、電圧検出回路２の出力にフォトカップラやフォトＭＯＳリレー等の光絶縁素子２９を接続して、電圧検出回路２の出力信号を伝達する。光絶縁素子２９はアース側に接続することなく、アースから絶縁して信号を伝達できるので、電池１をアンバランスに放電させないようにできる。
従来のパック電池の一例を示す回路図である。 従来のパック電池の他の一例を示す回路図である。 本発明の一実施例にかかるパック電池の過放電防止回路を示す回路図である。 本発明の一実施例にかかるパック電池の過充電防止回路を示す回路図である。 保護素子を備えるパック電池の一例を示す回路図である。 保護素子を備えるパック電池の他の一例を示す回路図である。 本発明の一実施例にかかるパック電池を無停電電源に使用する一例を示すブロック図である。 アンバランスな放電を解消するパック電池の参考例を示す回路図である。
符号の説明
１…電池
２…電圧検出回路 ２Ａ…第１の電圧検出回路
２Ｂ…第２の電圧検出回路
２Ｃ…第３の電圧検出回路
２ａ…出力端子
３…出力スイッチ ３Ａ…放電用の出力スイッチ
３ａ…放電制御ＦＥＴ
３Ｂ…充電用の出力スイッチ
３ｂ…充電制御ＦＥＴ
４…過放電防止回路
５…過充電防止回路
６…出力抵抗
７…放電回路 ７Ａ…第１の放電回路
７Ｂ…第２の放電回路
８…バランス抵抗
９…スイッチング素子
１０…入力回路 １０Ａ…第１の入力回路
１０Ｂ…第２の入力回路
１１…入力ＦＥＴ
１２…入力抵抗
１３…アンド回路
１４…ダイオード
１５…ＯＲ回路
１６…保護素子
１７…ヒューズ
１８…加熱抵抗
１９…制御回路
２０…電流検出回路
２１…ゲート電圧検出回路
２２…電流検出抵抗
２３…メイン電源
２４…バックアップユニット
２５…装置
２６…ＮチャンネルのＦＥＴ
２７…コントローラ
２８…寄生ダイオード
２９…光絶縁素子
３１…電池
３２…電圧検出回路
３３…消費電流調整抵抗

Claims (3)

  1. 直列に接続している複数の電池(1)と、各々の電池(1)の電圧を検出する複数組の電圧検出回路(2)と、各々の電圧検出回路(2)の出力電圧でオンオフに制御される出力スイッチ(3)とを備え、
    電池電圧で”Ｈｉｇｈ”と”Ｌｏｗ”を切り換えて出力する複数の電圧検出回路(2)を互いに直列に接続すると共に、各々の電圧検出回路(2)の出力端子(2a)を出力抵抗(6)を介してアースに接続して、電圧検出回路(2)の出力端子(2a)の電圧が”Ｈｉｇｈ”の状態で、出力抵抗(6)でもって電圧検出回路(2)を接続している電池(1)を放電するパック電池であって、
    各々の電圧検出回路(2)の出力抵抗(6)で放電される放電電池と直列に接続している非放電電池と並列に、バランス抵抗(8)とスイッチング素子(9)を直列に接続している放電回路(7)を接続しており、
    電圧検出回路(2)の出力電圧が”Ｈｉｇｈ”の状態で、電圧検出回路(2)に接続している放電電池を放電させる状態で、非放電電池と並列に接続している放電回路(7)のスイッチング素子(9)をオンにして、バランス抵抗(8)で非放電電池を放電し、
    電圧検出回路(2)の出力電圧が”Ｌｏｗ”の状態で、電圧検出回路(2)に接続している放電電池を放電させない状態で、非放電電池と並列に接続している放電回路(7)のスイッチング素子(9)をオフにして、バランス抵抗(8)で非放電電池を非放電状態として、全ての電池(1)の放電電流をバランスさせるようにしてなるパック電池。
  2. 各々の電圧検出回路(2)の出力側に、スイッチング素子の直列回路からなるアンド回路(13)を接続しており、電圧検出回路(2)は電圧を検出している全ての電池(1)の電圧が放電可能電圧であると”Ｈｉｇｈ”をアンド回路(13)に出力して、いずれかの電池(1)の電圧が放電可能電圧よりも低くなると”Ｌｏｗ”をアンド回路(13)に出力し、
    アンド回路(13)は全ての電圧検出回路(2)から入力される信号が”Ｈｉｇｈ”の状態で出力スイッチ(3)をオンとしてパック電池を放電できる状態とし、いずれかの電圧検出回路(2)から入力される信号が”Ｌｏｗ”の状態で出力スイッチ(3)をオフにして放電電流を遮断する状態とし、
    放電回路(7)のスイッチング素子(9)を電圧検出回路(2)の出力信号でオンオフに切り換えるようにしており、電圧検出回路(2)が”Ｈｉｇｈ”の状態でスイッチング素子(9)をオンにして、電圧検出回路(2)が放電電池を放電させる状態で、バランス抵抗(8)で非放電電池を放電するようにしている請求項１に記載されるパック電池。
  3. 各々の電圧検出回路(2)の出力側に、スイッチング素子の並列回路からなるＯＲ回路(15)を接続しており、電圧検出回路(2)は電圧を検出している全ての電池(1)の電圧が充電可能電圧であると”Ｌｏｗ”をＯＲ回路(15)に出力して、いずれかの電池(1)の電圧が充電可能電圧よりも高くなると”Ｈｉｇｈ”をＯＲ回路(15)に出力し、
    ＯＲ回路(15)は全ての電圧検出回路(2)から入力される信号が”Ｌｏｗ”の状態で出力スイッチ(3)をオンとしてパック電池を充電できる状態とし、いずれかの電圧検出回路(2)から入力される信号が”Ｈｉｇｈ”の状態で出力スイッチ(3)をオフにして充電電流を遮断する状態とし、
    放電回路(7)のスイッチング素子(9)を電圧検出回路(2)の出力信号でオンオフに切り換えるようにしており、電圧検出回路(2)が”Ｈｉｇｈ”の状態でスイッチング素子(9)をオンにして、電圧検出回路(2)が放電電池を放電させる状態で、バランス抵抗(8)で非放電電池を放電するようにしている請求項１に記載されるパック電池。
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