JP4440717B2 - DC voltage supply device - Google Patents

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  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Description

本発明は、電池を直列に接続し、所望の直流電圧を供給する直流電圧供給装置に関する。   The present invention relates to a DC voltage supply apparatus that connects batteries in series and supplies a desired DC voltage.

従来より、通信機器等の負荷装置に電力を供給する電力供給システムのバックアップ用としてシール鉛蓄電池が主に使用されている。このシール鉛蓄電池が通信機器のために広く使用されてきたのは、安価であることに加えて、一定電圧に維持することで容量保存に必要な維持充電や停電後の回復充電を行えるというシステム構成上のメリットがあったからである。   Conventionally, sealed lead-acid batteries have been mainly used for backup of power supply systems that supply power to load devices such as communication devices. This sealed lead-acid battery has been widely used for communication equipment, in addition to being inexpensive, it can be maintained at a constant voltage so that it can perform maintenance charging necessary for capacity storage and recovery charging after a power failure This is because there was a merit in configuration.

一方で、近年は、電源システムの小型化やバックアップ時間の短縮化といった要求があるが、従来から用いられているシール鉛蓄電池では、電流放電時の電流値に制限があるために電池の小型化には限界があった。また、シール鉛蓄電池を小型化するためには、高エネルギー密度であるとともに、大電流放電にも耐えうる二次電池の適用が有効であるが、この点において、リチウムイオン電池は、上記の条件を備えるとともに、シール鉛蓄電池のように定電圧充電にも適するという特性をもっている。   On the other hand, in recent years, there is a demand for downsizing the power supply system and shortening the backup time. However, in the conventional sealed lead-acid battery, the current value during current discharge is limited, so the size of the battery is reduced. There were limits. Moreover, in order to reduce the size of the sealed lead-acid battery, it is effective to apply a secondary battery that has a high energy density and can withstand a large current discharge. And has the characteristic of being suitable for constant voltage charging like a sealed lead-acid battery.

そこで、リチウムイオン電池を用いて、小型で、高容量の直流電圧供給装置の実現が図られている。ところが、この直流電圧供給装置に用いられるリチウムイオン電池は、それぞれ電位が異なるために、個々のリチウムイオン電池に対して、電圧の安定化を図るバイパス回路の電位もそれぞれに異なることになる。   In view of this, a compact and high-capacity DC voltage supply device has been realized using a lithium ion battery. However, since the lithium ion batteries used in the DC voltage supply device have different potentials, the potentials of the bypass circuits for stabilizing the voltage are different from each other.

また、バイパス回路は、各リチウムイオン電池の満充電電圧を基準電圧として動作を行うため、リチウムイオン電池の満充電電圧が固定であれば、それぞれのバイパス回路において、基準電圧を生成することは可能であるが、リチウムイオン電池の満充電電圧を変動させたい場合には、それぞれのバイパス回路に対して、絶縁された基準電圧を生成しなければならない。   In addition, since the bypass circuit operates using the full charge voltage of each lithium ion battery as a reference voltage, if the full charge voltage of the lithium ion battery is fixed, the reference voltage can be generated in each bypass circuit. However, if it is desired to vary the full charge voltage of the lithium ion battery, an isolated reference voltage must be generated for each bypass circuit.

さらに、直列に接続されたリチウムイオン電池の電圧値を安定化させる直流電圧安定回路が備えられたシステムにおいては、直列に接続されたリチウムイオン電池の満充電時のセル電圧が直流電圧安定回路の出力電圧と同じになる。そのため、各リチウムイオン電池の充電電圧にバラツキが生じないように、各リチウムイオン電池のセル電圧は、直流電圧安定回路の出力電圧をリチウムイオン電池の数(セル数)で除した電圧値に制御する必要がある。同様に、各々のバイパス回路には、直流安定化回路の出力電圧をセル数で除した電圧値に相当する基準電圧を供給する必要がある。   Furthermore, in a system equipped with a DC voltage stabilization circuit that stabilizes the voltage value of the lithium ion batteries connected in series, the cell voltage at the time of full charge of the lithium ion batteries connected in series is the DC voltage stabilization circuit. Same as output voltage. Therefore, the cell voltage of each lithium ion battery is controlled to a voltage value obtained by dividing the output voltage of the DC voltage stabilizing circuit by the number of lithium ion batteries (number of cells) so that the charging voltage of each lithium ion battery does not vary. There is a need to. Similarly, each bypass circuit needs to be supplied with a reference voltage corresponding to a voltage value obtained by dividing the output voltage of the DC stabilizing circuit by the number of cells.

こうした問題点に対応して、図4に示すような技術が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。この技術は、各リチウムイオン電池3a、3b、3cのセル電圧を検出するアイソレーションアンプ等からなる電圧検出器2a、2b、2cと、各リチウムイオン電池3a、3b、3cに流れる充電電流値を検出するホール素子等で構成された電流検出器16a、16b、16cとを備え、検出したそれぞれのセル電圧と充電電流値をマイクロプロセッサに取り込み、各リチウムイオン電池3a、3b、3cで必要とされる適切なバイパス電流を演算する。   In response to these problems, a technique as shown in FIG. 4 has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In this technology, voltage detectors 2a, 2b, and 2c including isolation amplifiers that detect cell voltages of the lithium ion batteries 3a, 3b, and 3c, and charging current values flowing through the lithium ion batteries 3a, 3b, and 3c are calculated. It includes current detectors 16a, 16b, 16c composed of hall elements to detect, etc., and each detected cell voltage and charging current value is taken into a microprocessor and required for each lithium ion battery 3a, 3b, 3c. Calculate the appropriate bypass current.

マイクロプロセッサにおける演算結果は、各リチウムイオン電池3a、3b、3cのセル電圧が異なることから、フォトカプラ等を介して、ドライブ回路に供給される。これによって、各リチウムイオン電池3a、3b、3cの充電電流をコントロールすることにより、各リチウムイオン電池3a、3b、3cのセル電圧を制御している。
特開平9−182307号公報
The calculation results in the microprocessor are supplied to the drive circuit via a photocoupler or the like because the cell voltages of the lithium ion batteries 3a, 3b, and 3c are different. Thereby, the cell voltage of each lithium ion battery 3a, 3b, 3c is controlled by controlling the charging current of each lithium ion battery 3a, 3b, 3c.
JP-A-9-182307

しかし、上述の技術においては、各リチウムイオン電池のセル電圧を適切に制御することは可能であるものの、リチウムイオン電池のセル電圧や充電電流を個々に検出し、これをマイクロプロセッサにおいて演算制御するため、回路構成が複雑になる。また、こうした制御に対応した新たなソフトウエアも必要となるといった問題がある。   However, in the above-described technology, although the cell voltage of each lithium ion battery can be appropriately controlled, the cell voltage and charging current of the lithium ion battery are individually detected and arithmetically controlled by the microprocessor. This complicates the circuit configuration. In addition, there is a problem that new software corresponding to such control is required.

そこで、本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、ソフトウエアによらない簡易な回路構成により、各リチウムイオン電池のセル電圧を適切に制御できる直流電圧供給装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a DC voltage supply device that can appropriately control the cell voltage of each lithium ion battery with a simple circuit configuration that does not depend on software. With the goal.

請求項1に係る発明は、直列接続されたn個(nは2以上の整数)の電池の直列電圧を外部に供給する直流電圧供給装置であって、該直列接続された個々の電池に対して設けられ、該電池のセル電圧が基準電圧以上の場合に充電電流をバイパスするバイパス回路と、該直列接続されたn個(nは2以上の整数)の電池に充電電流を供給するとともに、該直列接続された電池の直列電圧を所定の電圧値に安定化する電圧安定化手段と、前記電圧安定化手段の安定化された出力電圧をn−1:1に分圧する、少なくとも1つの可変抵抗器を含む複数の直列接続された抵抗器が前記電圧安定化手段の出力端に並列に接続され、前記電圧安定化手段の出力電圧の1/nの電圧を前記バイパス回路が共用する1つの基準電圧として生成する基準電圧生成部と、前記複数の抵抗器のうち、前記電圧安定化手段の出力電圧の1/nの前記基準電圧を生成する抵抗器の両端間の電圧を検出し、セル電圧と比較するための基準電圧として前記バイパス回路に供給するアイソレーションアンプからなる電圧検出手段と、前記電池の充電電流供給路に設けられ、前記電池に流れる電流値が所定の閾値を超えた場合に前記電池への電流供給量を一定に制御する電流制限手段と、を備え、前記バイパス回路が電池のセル電圧と前記電圧検出手段により供給された基準電圧との差分を検出する差分電圧検出手段と、該差分電圧検出手段の検出値に基づいて前記電池の充電電流をバイパスするバイパス手段と、を有することを特徴とする直流電圧供給装置を提案している。 The invention according to claim 1 is a direct-current voltage supply device for supplying a series voltage of n (n is an integer of 2 or more) batteries connected in series to the outside, and for each of the batteries connected in series A bypass circuit that bypasses a charging current when the cell voltage of the battery is equal to or higher than a reference voltage, and supplies a charging current to the n batteries (n is an integer of 2 or more) connected in series, Voltage stabilizing means for stabilizing the series voltage of the batteries connected in series to a predetermined voltage value, and at least one variable for dividing the stabilized output voltage of the voltage stabilizing means to n-1: 1. A plurality of series-connected resistors including resistors are connected in parallel to the output terminal of the voltage stabilizing means, and the bypass circuit shares a voltage 1 / n of the output voltage of the voltage stabilizing means . Reference voltage generation to generate as a reference voltage When, among the plurality of resistors, detecting voltage across resistor for generating the reference voltage of 1 / n of the output voltage of said voltage stabilizing means, as the reference voltage to be compared with the cell voltage A voltage detection means comprising an isolation amplifier for supplying to the bypass circuit and a charging current supply path of the battery, and when the current value flowing through the battery exceeds a predetermined threshold, the current supply amount to the battery is A current limiting means for controlling the constant voltage, and a differential voltage detecting means for detecting a difference between a battery cell voltage and a reference voltage supplied by the voltage detecting means, and a detection of the differential voltage detecting means. And a bypass means for bypassing the charging current of the battery based on the value.

この発明によれば、バイパス回路の作動により、各電池のセル電圧と基準電圧生成部において生成された基準電圧との差分電圧が検出され、電池のセル電圧が基準電圧以上の場合に、充電電流をバイパスすることにより、基準電圧による一定電圧を維持し、過電圧状態を回避する。   According to the present invention, the differential voltage between the cell voltage of each battery and the reference voltage generated in the reference voltage generation unit is detected by the operation of the bypass circuit, and when the battery cell voltage is equal to or higher than the reference voltage, the charging current By maintaining the constant voltage by the reference voltage, an overvoltage state is avoided.

請求項2に係る発明は、請求項1に記載された直流電圧供給装置について、前記電池の充電電流供給路における前記電流制限手段に直列に接続され、該充電電流供給路を開閉する切換手段と、各電池のセル電圧を所定の電圧値と比較し、該セル電圧が該電圧値よりも高い電池があるときに、該切換手段を開に制御する過電圧制御手段を備えたことを特徴とする直流電圧供給装置を提案している。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the DC voltage supply device according to the first aspect, wherein the DC voltage supply device is connected in series to the current limiting means in the charging current supply path of the battery, and switching means for opening and closing the charging current supply path . And an overvoltage control means for comparing the cell voltage of each battery with a predetermined voltage value and controlling the switching means to open when there is a battery having the cell voltage higher than the voltage value. A DC voltage supply device is proposed.

この発明によれば、過電圧制御手段の作動により、バイパス回路が作動しているにも関わらず、何らかの要因によって直列接続された電池に、そのセル電圧が所定の電圧値よりも高いものがあるときに、切換手段を作動させて充電電流供給路を開放する。これにより、何らかの要因によって、故障した電池が存在する場合に、故障した電池を検出するとともに、この電池への充電電流の供給を簡易な構成で防止することができる。   According to the present invention, when the bypass voltage is operated due to the operation of the overvoltage control means, there is a battery whose cell voltage is higher than the predetermined voltage value among the batteries connected in series for some reason. Then, the switching means is operated to open the charging current supply path. As a result, when there is a failed battery due to some factor, it is possible to detect the failed battery and prevent the charging current from being supplied to the battery with a simple configuration.

請求項3に係る発明は、請求項2に記載された直流電圧供給装置について、各電池のセル電圧を所定の電圧値と比較し、該セル電圧が該電圧値よりも低いときに、該切換手段を開に制御する過放電制御手段を備えたことを特徴とする直流電圧供給装置を提案している。   The invention according to claim 3 is the DC voltage supply device according to claim 2, wherein the cell voltage of each battery is compared with a predetermined voltage value, and the switching is performed when the cell voltage is lower than the voltage value. A DC voltage supply device is provided, characterized in that it is provided with overdischarge control means for controlling the means to open.

この発明によれば、過放電制御手段の作動により、何らかの要因によって電池のセル電圧が所定の電圧値よりも低い電池があるときに、切換手段を作動させて充電電流供給路を開放する。これにより、何らかの要因によって、故障した電池が存在する場合に、故障した電池を検出するとともに、この電池を含むすべての電池への充電電流の供給を簡易な構成で防止することができる。   According to the present invention, when there is a battery in which the cell voltage of the battery is lower than the predetermined voltage value due to some factor due to the operation of the overdischarge control means, the switching means is operated to open the charging current supply path. As a result, when there is a failed battery due to some factor, it is possible to detect the failed battery and to prevent the charging current from being supplied to all the batteries including the battery with a simple configuration.

本発明によれば、ソフトウェアは使用せず、直流電圧安定回路の出力電圧の1/nに相当する電圧を基準電圧にすることにより、リチウムイオン電池のセル電圧を適切に制御できるという効果がある。この基準電圧は、インピーダンス分圧により容易に生成することができ、直流電圧安定回路の出力電圧に連動している為、リチウムイオン電池の充電電圧を可変したい場合は、直列接続された各リチウムイオン電池の基準電圧を操作することなく、直流電圧安定回路の出力電圧のみを変えることにより、容易に実現できる。 According to the present invention, there is an effect that the cell voltage of the lithium ion battery can be appropriately controlled by using the voltage corresponding to 1 / n of the output voltage of the DC voltage stabilizing circuit as the reference voltage without using software. . This reference voltage can be easily generated by impedance voltage division and is linked to the output voltage of the DC voltage stabilization circuit. Therefore, if you want to change the charging voltage of the lithium ion battery, each lithium ion connected in series This can be easily realized by changing only the output voltage of the DC voltage stabilizing circuit without manipulating the reference voltage of the battery.

以下、本発明の実施例に係る直流電圧供給装置について図1から図3を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, a DC voltage supply apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

本発明に係る直流電圧供給装置は、図1に示すように、基準電圧生成部1を構成する抵抗器1a、1b、1cと、電圧検出器2a、2b、2cと、リチウムイオン電池3a、3b、3cと、バイパス回路4と、バイパス回路4内に設けられた差動増幅器5と、スイッチ6と、電流制限回路7と、直流電圧安定回路20とから構成されている。   As shown in FIG. 1, the DC voltage supply apparatus according to the present invention includes resistors 1a, 1b, and 1c, voltage detectors 2a, 2b, and 2c, and lithium ion batteries 3a and 3b that constitute a reference voltage generator 1. 3c, a bypass circuit 4, a differential amplifier 5 provided in the bypass circuit 4, a switch 6, a current limiting circuit 7, and a DC voltage stabilizing circuit 20.

基準電圧生成部1は、直流電圧安定回路20と並列に抵抗器1a、1b、1cを直列に配置して、これらの分圧値、すなわち、抵抗器1aの両端電圧を基準電圧として生成する。なお、抵抗器1aの抵抗値と抵抗器1bおよび抵抗器1cの合成抵抗値の比は、直列接続されるリチウムイオン電池3a、3b、3cのセル数に対応した値になっている。   The reference voltage generation unit 1 arranges resistors 1a, 1b, and 1c in series with the DC voltage stabilizing circuit 20, and generates a divided value thereof, that is, a voltage across the resistor 1a as a reference voltage. The ratio of the resistance value of the resistor 1a to the combined resistance value of the resistors 1b and 1c is a value corresponding to the number of cells of the lithium ion batteries 3a, 3b, and 3c connected in series.

また、抵抗器1a、1b、1cのうち、少なくとも1つを可変抵抗器とすることにより、抵抗器個体のバラツキや温度、湿度等の環境条件において生ずるバラツキを吸収し、最適な基準電圧を生成することもできる。   In addition, by using at least one of the resistors 1a, 1b, and 1c as a variable resistor, it absorbs variations caused by environmental conditions such as individual variations, temperature, and humidity, and generates an optimum reference voltage. You can also

電圧検出器2a、2b、2cは、バイパス回路4内にある差動増幅器5に前述の基準電圧生成部1において生成される基準電圧を供給する。なお、各リチウムイオン電池3a、3b、3cのセル電圧は、個々に異なる電位を有することから、電圧検出器2a、2b、2cには、アイソレーションアンプ等が用いられている。   The voltage detectors 2a, 2b, and 2c supply the reference voltage generated in the above-described reference voltage generation unit 1 to the differential amplifier 5 in the bypass circuit 4. Since the cell voltages of the lithium ion batteries 3a, 3b, and 3c have different potentials, isolation amplifiers or the like are used for the voltage detectors 2a, 2b, and 2c.

リチウムイオン電池は、電圧が高い、エネルギー密度が高い、メモリー効果がない、サイクル寿命が長い、急速放電が可能である、保存特性が良い、高出力が取り出せる、といった利点を有し、ノートパソコンや携帯電話機はもとより、電気自動車の電力供給源としても用いられている。   Lithium-ion batteries have the advantages of high voltage, high energy density, no memory effect, long cycle life, rapid discharge, good storage characteristics, and high output. It is used not only for mobile phones but also as a power supply source for electric vehicles.

バイパス回路4は、各リチウムイオン電池3a、3b、3cに並列に設けられ、各リチウムイオン電池3a、3b、3cのセル電圧を検出するとともに、これを基準電圧生成部1から供給された基準電圧と比較して、その差分値に基づいて、ドライブ回路がFET等を不飽和領域で操作して充電電流をバイパスする。   The bypass circuit 4 is provided in parallel to each of the lithium ion batteries 3a, 3b, and 3c, detects the cell voltage of each of the lithium ion batteries 3a, 3b, and 3c, and supplies the reference voltage supplied from the reference voltage generation unit 1 And the drive circuit operates the FET or the like in the unsaturated region and bypasses the charging current based on the difference value.

具体的には、検出した電圧値が基準電圧よりも高いときには、ドライブ回路を起動して充電電流をバイパスするとともに、検出した電圧値が基準電圧よりも低いときには、ドライブ回路を起動せずに、各電池は、直流電圧安定回路20から供給される充電電流による充電を促す。   Specifically, when the detected voltage value is higher than the reference voltage, the drive circuit is activated to bypass the charging current, and when the detected voltage value is lower than the reference voltage, the drive circuit is not activated, Each battery prompts charging with a charging current supplied from the DC voltage stabilizing circuit 20.

スイッチ6は、少なくとも1つのリチウムイオン電池3a、3b、3cが過電圧状態あるいは過放電状態を検出した場合に、開状態となって、直列に接続されたリチウムイオン電池3a、3b、3cを充電電流供給路から切り離す切換手段である。   The switch 6 is opened when at least one lithium ion battery 3a, 3b, 3c detects an overvoltage state or an overdischarge state, and charges the lithium ion batteries 3a, 3b, 3c connected in series. Switching means for separating from the supply path.

具体的には、本発明に係る直流電圧供給装置は、図2に示すような異常検出部を備えており、異常検出部は、過電圧検出部8と、過放電検出部9と、フォトカプラ10とから構成されている。異常検出部は、過電圧検出部8あるいは過放電検出部9において、少なくとも1つのリチウムイオン電池3a、3b、3cが過電圧状態あるいは過放電状態であると検出されたときに、その情報をフォトカプラ10を介して光信号として伝達し、スイッチ6の開閉を制御する。なお、検出信号の伝達に光信号を用いるのは、各リチウムイオン電池3a、3b、3cにおけるセル電圧の電位が異なるためである。   Specifically, the DC voltage supply apparatus according to the present invention includes an abnormality detection unit as shown in FIG. 2, and the abnormality detection unit includes an overvoltage detection unit 8, an overdischarge detection unit 9, and a photocoupler 10. It consists of and. When the overvoltage detection unit 8 or the overdischarge detection unit 9 detects that the at least one lithium ion battery 3a, 3b, 3c is in an overvoltage state or an overdischarge state, the abnormality detection unit receives the information from the photocoupler 10. Is transmitted as an optical signal, and the opening and closing of the switch 6 is controlled. The reason why the optical signal is used for transmitting the detection signal is that the potential of the cell voltage in each of the lithium ion batteries 3a, 3b, 3c is different.

ここで、過電圧検出部8あるいは過放電検出部9は、図3に示すように、抵抗器11a、11b、11cと、定電圧ダイオード12と、コンパレータ13とから構成されており、各リチウムイオン電池3a、3b、3cのセル電圧の分圧値と抵抗器11cおよび定電圧ダイオード12とから生成される所定の電圧値とを比較して、セル電圧の分圧値がこの所定の電圧値を上回ったときには、過電圧状態であると判断する。   Here, as shown in FIG. 3, the overvoltage detection unit 8 or the overdischarge detection unit 9 includes resistors 11a, 11b, and 11c, a constant voltage diode 12, and a comparator 13, and each lithium ion battery. The divided voltage values of the cell voltages 3a, 3b, and 3c are compared with a predetermined voltage value generated from the resistor 11c and the constant voltage diode 12, and the divided voltage value of the cell voltage exceeds the predetermined voltage value. If it is, it is determined that an overvoltage state is present.

一方で、抵抗器11a、11bで得られるセル電圧の分圧値がこの所定の電圧値を回ったときには、過放電状態であると判断して、これに対応する信号をフォトカプラ10に供給する。フォトカプラ10は、図3に示すように、LED14とフォトトランジスタ15a、15bとから構成され、光信号を電気信号に変換するとともに、この電気信号により例えばリレーを駆動してスイッチ6を開閉制御する。 On the other hand, when the resistor 11a, divided value of the cell voltage obtained at 11b falls below the predetermined voltage value, it is determined that the over-discharge state, supplies a signal corresponding thereto to the photocoupler 10 To do. As shown in FIG. 3, the photocoupler 10 includes an LED 14 and phototransistors 15a and 15b. The photocoupler 10 converts an optical signal into an electrical signal, and drives the relay, for example, to control the opening and closing of the switch 6 using the electrical signal. .

なお、過電圧であるとして動作する電圧値としては、例えば4.5V等が挙げられ、過放電であるとして動作する電圧値としては、例えば3.0V等が挙げられる。また、基準電圧値としては、例えば、4.0V等が挙げられる。これらの電圧値は、使用するリチウムイオン電池の種類によって変化するため、使用するリチウムイオン電池に対応した適切な値を設定すればよい。なお、スイッチ6が動作した場合の復帰動作については、例えば、過電圧の場合は手動復帰、過放電の場合は自動復帰となる。   The voltage value that operates as an overvoltage is, for example, 4.5 V, and the voltage value that operates as an overdischarge is, for example, 3.0 V. Moreover, as a reference voltage value, 4.0V etc. are mentioned, for example. Since these voltage values vary depending on the type of lithium ion battery to be used, an appropriate value corresponding to the lithium ion battery to be used may be set. The return operation when the switch 6 is operated is, for example, manual return in the case of overvoltage, and automatic return in the case of overdischarge.

過電圧検出部8あるいは過放電検出部9は、各リチウムイオン電池3a、3b、3cのセル電圧を監視することができるため、充電時にセル電圧がリチウムイオン電池3a、3b、3cの安全範囲を越えた場合にはこれを検出して、スイッチ6を開とすることにより、リチウムイオン電池3a、3b、3cの安全性を確保することが可能となる。   Since the overvoltage detector 8 or the overdischarge detector 9 can monitor the cell voltage of each lithium ion battery 3a, 3b, 3c, the cell voltage exceeds the safe range of the lithium ion batteries 3a, 3b, 3c during charging. In such a case, by detecting this and opening the switch 6, it is possible to ensure the safety of the lithium ion batteries 3a, 3b, 3c.

電流制限回路7は、直列に接続されたリチウムイオン電池3a、3b、3cに流れる充電電流をモニタし、この電流値が所定の閾値を超えた場合には、電池への電流の供給を一定量に制限する。直流電圧安定回路20は、DCを出力するAC−DCコンバータまたはDC−DCコンバータを電力源とし、負荷装置に対する出力電圧の安定化を図るとともに、直列に接続されたリチウムイオン電池3a、3b、3cに対し、充電電流を供給する。   The current limiting circuit 7 monitors the charging current flowing through the lithium ion batteries 3a, 3b, and 3c connected in series, and when the current value exceeds a predetermined threshold value, the current is supplied to the battery by a certain amount. Limit to. The DC voltage stabilizing circuit 20 uses an AC-DC converter or a DC-DC converter that outputs DC as a power source, stabilizes the output voltage to the load device, and connects the lithium ion batteries 3a, 3b, 3c connected in series. In contrast, a charging current is supplied.

次に、本発明の直流電圧供給装置における各リチウムイオン電池3a、3b、3cのセル電圧の制御方法について説明する。
本発明の直流電圧供給装置においては、直列接続されるリチウムイオン電池3a、3b、3cの数および満充電電圧あるいは、すべてのリチウムイオン電池3a、3b、3cを充電するために必要な電流容量を定めることにより、直流電圧安定回路20の仕様が決定される。例えば、リチウムイオン電池3a、3b、3cの数を3、満充電電圧を4.0Vに設定すると、直流電圧安定回路20の出力電圧は、12Vと決定される。
Next, a method for controlling the cell voltage of each lithium ion battery 3a, 3b, 3c in the DC voltage supply apparatus of the present invention will be described.
In the DC voltage supply apparatus of the present invention, the number of lithium ion batteries 3a, 3b, 3c connected in series and the full charge voltage, or the current capacity necessary for charging all the lithium ion batteries 3a, 3b, 3c are set. As a result, the specification of the DC voltage stabilizing circuit 20 is determined. For example, when the number of lithium ion batteries 3a, 3b, and 3c is set to 3 and the full charge voltage is set to 4.0V, the output voltage of the DC voltage stabilizing circuit 20 is determined to be 12V.

一方、この場合、リチウムイオン電池3a、3b、3cの数は3であるため、図1における基準電圧生成部1を構成する抵抗1a、1b、1cの抵抗値の比は、1:1:1となり、基準電圧=満充電電圧となる。なお、このとき、基準電圧生成部1を構成する抵抗を2個にしてその抵抗値の比を1:2としてもよい。さらに、高精度な抵抗や温度特性等に優れた抵抗器を用いずに高精度な制御を行う場合には、これらの抵抗のうち、ひとつを可変抵抗器で構成し、分圧値をモニタしながら、定数の調整を行うこともできる。   On the other hand, in this case, since the number of lithium ion batteries 3a, 3b, and 3c is 3, the ratio of the resistance values of the resistors 1a, 1b, and 1c constituting the reference voltage generating unit 1 in FIG. Thus, reference voltage = full charge voltage. At this time, the resistance constituting the reference voltage generation unit 1 may be two, and the ratio of the resistance values may be 1: 2. Furthermore, when high-precision control is performed without using high-precision resistors and resistors with excellent temperature characteristics, one of these resistors is configured with a variable resistor, and the divided voltage value is monitored. However, the constant can be adjusted.

本例の場合、基準電圧である4.0Vの電圧は、電圧検出器2a、2b、2cを介してバイパス回路4内の差動増幅器5に入力される。一方、差動増幅器5には、各リチウムイオン電池3a、3b、3cのセル電圧も入力され、両者の差分値が検出される。   In the case of this example, the reference voltage of 4.0 V is input to the differential amplifier 5 in the bypass circuit 4 via the voltage detectors 2a, 2b, and 2c. On the other hand, the cell voltage of each lithium ion battery 3a, 3b, 3c is also input to the differential amplifier 5, and the difference value between the two is detected.

検出値は、ドライブ回路に供給され、各リチウムイオン電池3a、3b、3cのセル電圧が基準電圧よりも高いときには、ドライブ回路がトランジスタを不飽和領域で動作させて充電電流をバイパスし、各リチウムイオン電池3a、3b、3cのセル電圧が基準電圧よりも低いときには、トランジスタをOFFさせたまま、各リチウムイオン電池3a、3b、3cの充電を促す。したがって、各リチウムイオン電池3a、3b、3cのセル電圧を最適に制御することができる。   The detection value is supplied to the drive circuit, and when the cell voltage of each lithium ion battery 3a, 3b, 3c is higher than the reference voltage, the drive circuit operates the transistor in the unsaturated region to bypass the charging current, When the cell voltage of the ion batteries 3a, 3b, and 3c is lower than the reference voltage, charging of the lithium ion batteries 3a, 3b, and 3c is prompted with the transistor turned off. Therefore, the cell voltage of each lithium ion battery 3a, 3b, 3c can be optimally controlled.

以上、本実施例によれば、各リチウムイオン電池3a、3b、3cのセル電圧を制御するための基準電圧を抵抗分圧により生成するため、簡易な回路構成で、的確な制御が可能となる。
また、過電圧検出部8あるいは過放電検出部9が、各リチウムイオン電池3a、3b、3cのセル電圧を個別に監視し、充電時における各リチウムイオン電池3a、3b、3cのセル電圧が所定の範囲を越えた場合に、異常を検出して、スイッチ6を開とするため、各リチウムイオン電池3a、3b、3cの安全性を確保することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the reference voltage for controlling the cell voltage of each of the lithium ion batteries 3a, 3b, and 3c is generated by resistance voltage division, so that accurate control can be performed with a simple circuit configuration. .
Further, the overvoltage detection unit 8 or the overdischarge detection unit 9 individually monitors the cell voltage of each lithium ion battery 3a, 3b, 3c, and the cell voltage of each lithium ion battery 3a, 3b, 3c during charging is predetermined. When the range is exceeded, an abnormality is detected and the switch 6 is opened, so that the safety of each of the lithium ion batteries 3a, 3b, 3c can be ensured.

以上、図面を参照して本発明の実施例について詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本実施例においては、基準電圧を抵抗器から構成される分圧回路で生成する例を示したが、これに限らず、分圧値を生成できる素子であればよい。また、本実施例における基準電圧の生成方法は、充電器に対しても用いることができる。   The embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to these embodiments, and includes design changes and the like without departing from the scope of the present invention. . For example, in the present embodiment, an example in which the reference voltage is generated by the voltage dividing circuit including the resistor has been described. However, the present invention is not limited thereto, and any element that can generate a divided voltage may be used. In addition, the reference voltage generation method in this embodiment can also be used for a charger.

本発明の構成図である。It is a block diagram of the present invention. 本発明の異常検出部の構成図である。It is a block diagram of the abnormality detection part of this invention. 本発明の過電圧検出部および過放電検出部の構成図である。It is a block diagram of the overvoltage detection part and overdischarge detection part of this invention. 従来技術の構成図である。It is a block diagram of a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・基準電圧生成部、1a、1b、1c、11a、11b、11c・・・抵抗器、2a、2b、2c・・・電圧検出器、3a、3b、3c・・・リチウムイオン電池、4・・・バイパス回路、5・・・差動増幅器、6・・・スイッチ、7・・・電流制限回路、8・・・過電圧検出部、9・・・過放電検出部、10・・・フォトカプラ、12・・・定電圧ダイオード、13・・・コンパレータ、14・・・LED、15a、15b・・・フォトトランジスタ、16a、16b、16c・・・電流検出器、20・・・直流電圧安定回路

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Reference voltage production | generation part, 1a, 1b, 1c, 11a, 11b, 11c ... Resistor, 2a, 2b, 2c ... Voltage detector, 3a, 3b, 3c ... Lithium ion battery, DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 ... Bypass circuit, 5 ... Differential amplifier, 6 ... Switch, 7 ... Current limiting circuit, 8 ... Overvoltage detection part, 9 ... Overdischarge detection part, 10 ... Photocoupler, 12 ... Constant voltage diode, 13 ... Comparator, 14 ... LED, 15a, 15b ... Phototransistor, 16a, 16b, 16c ... Current detector, 20 ... DC voltage Ballast circuit

Claims (3)

直列接続されたn個(nは2以上の整数)の電池の直列電圧を外部に供給する直流電圧供給装置であって、
該直列接続された個々の電池に対して設けられ、該電池のセル電圧が基準電圧以上の場合に充電電流をバイパスするバイパス回路と、
該直列接続されたn個(nは2以上の整数)の電池に充電電流を供給するとともに、該直列接続された電池の直列電圧を所定の電圧値に安定化する電圧安定化手段と、
前記電圧安定化手段の安定化された出力電圧をn−1:1に分圧する、少なくとも1つの可変抵抗器を含む複数の直列接続された抵抗器が前記電圧安定化手段の出力端に並列に接続され、前記電圧安定化手段の出力電圧の1/nの電圧を前記バイパス回路が共用する1つの基準電圧として生成する基準電圧生成部と、
前記複数の抵抗器のうち、前記電圧安定化手段の出力電圧の1/nの前記基準電圧を生成する抵抗器の両端間の電圧を検出し、セル電圧と比較するための基準電圧として前記バイパス回路に供給するアイソレーションアンプからなる電圧検出手段と、
前記電池の充電電流供給路に設けられ、前記電池に流れる電流値が所定の閾値を超えた場合に前記電池への電流供給量を一定に制御する電流制限手段と、
を備え、
前記バイパス回路が電池のセル電圧と前記電圧検出手段により供給された基準電圧との差分を検出する差分電圧検出手段と、
該差分電圧検出手段の検出値に基づいて前記電池の充電電流をバイパスするバイパス手段と、
を有することを特徴とする直流電圧供給装置。
A DC voltage supply device for supplying a series voltage of n batteries (n is an integer of 2 or more) connected in series to the outside,
A bypass circuit that is provided for each battery connected in series and bypasses a charging current when the cell voltage of the battery is equal to or higher than a reference voltage;
A voltage stabilizing means for supplying a charging current to the n (n is an integer of 2 or more) batteries connected in series, and stabilizing a series voltage of the batteries connected in series to a predetermined voltage value;
A plurality of series-connected resistors including at least one variable resistor, which divides the stabilized output voltage of the voltage stabilizing unit by n−1: 1, are in parallel with the output terminal of the voltage stabilizing unit. A reference voltage generator that is connected and generates a voltage of 1 / n of the output voltage of the voltage stabilizing means as one reference voltage shared by the bypass circuit ;
Among the plurality of resistors, the bypass detecting a voltage across the resistor for generating the reference voltage of 1 / n of the output voltage of said voltage stabilizing means, as the reference voltage to be compared with the cell voltage Voltage detection means comprising an isolation amplifier for supplying to the circuit;
A current limiting means provided in a charging current supply path of the battery, and configured to control a current supply amount to the battery to be constant when a current value flowing through the battery exceeds a predetermined threshold;
With
Differential voltage detection means for the bypass circuit to detect a difference between a battery cell voltage and a reference voltage supplied by the voltage detection means;
Bypass means for bypassing the charging current of the battery based on the detection value of the differential voltage detection means;
A direct-current voltage supply device comprising:
前記電池の充電電流供給路における前記電流制限手段に直列に接続され、該充電電流供給路を開閉する切換手段と、
各電池のセル電圧を所定の電圧値と比較し、該セル電圧が該電圧値よりも高い電池があるときに、該切換手段を開に制御する過電圧制御手段を備えたことを特徴とする請求項1に記載された直流電圧供給装置。
Switching means connected in series to the current limiting means in the charging current supply path of the battery, and opening and closing the charging current supply path;
An overvoltage control means is provided for comparing the cell voltage of each battery with a predetermined voltage value and controlling the switching means to open when there is a battery whose cell voltage is higher than the voltage value. Item 4. The DC voltage supply device according to Item 1.
各電池のセル電圧を所定の電圧値と比較し、該セル電圧が該電圧値よりも低いときに、該切換手段を開に制御する過放電制御手段を備えたことを特徴とする請求項2に記載された直流電圧供給装置。   3. An overdischarge control means for comparing the cell voltage of each battery with a predetermined voltage value and controlling the switching means to open when the cell voltage is lower than the voltage value. DC voltage supply device described in 1.
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