JP4633615B2 - 組電池および組電池の充電方法 - Google Patents
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Description
このリチウムイオン二次電池は高エネルギー密度であり、パソコン、携帯電話等の主要電源として機器のコンパクト化に貢献している。このような高エネルギー密度の特徴が着目され、近年、自動車用、据え置き用のバックアップ電源としての用途への適用が検討されている。このような用途では、多数の電池が直列に接続された組電池状態で使用されるが、リチウムイオン電池では、放電及び充電過程における各セルの状態監視による保護が必要である。
この例では、一定数のセルを直列接続した組電池毎にマネジメント装置が設置され、さらにその様な組電池が管理装置によって管理される構造である。そして、充電器は複数のセルが接続された組電池全体の出力に対して接続されるようになっている(非特許文献1参照)。
同図1に示すように、目的とする出力電圧を得るために必要となる個数の単セル1が直列に接続され、組電池2が構成されている。そして、組電池2には、各セル電圧を監視するためのセル電圧測定用配線5と、組電池2内の各セルを個別に充電するための充電用配線9が取り付けられている。さらに、組電池2が放電し任意のセル電圧が放電停止電圧まで低下した際、セル1の過放電を防止するために負荷と組電池間を切り離して放電を終了させるための放電用配線開放スイッチ3と、前述したような状況を検出した際、放電用配線開放スイッチ3に開放信号を送るスイッチ開放信号送出用配線4と、組電池2内の個々のセル1を充電する際に充電器を接続するためのコネクタ7と、組電池2内の任意のセル1の電圧が規定の電圧まで上昇した際これを検出して当該セル1に接続されている充電器を停止するための信号を送出する、充電器停止信号送出用配線8と、過放電、過充電から各セルを防止するために各セルの電圧の監視を行い、必要に応じて放電用配線の開放信号や充電器の停止信号の送出を行う電池監視制御部6によって構成されている。
また、比較器D1の駆動電源は、該セル1から得ている。セル電圧が基準電圧E1よりも高いと比較器D1の出力である制御信号22は電圧有り(信号H)を出力する。
一方、セル1が過放電になり、セル電圧が基準電圧よりも低くなると比較器D1の出力である制御信号22は電圧無し(信号L)となる。そして、放電用配線開放スイッチ3は、制御信号22の電圧無し(信号L)を受けると動作してスイッチ3を開放し、制御信号22(電圧有り:信号H)を受けた時には動作せずスイッチ3が閉じた状態を保つ。
なお、万一、過放電が進み、セル電圧が比較器D1の動作電圧以下になると、比較器D1は動作が停止し、比較器D1の出力である制御信号22は電圧無し(信号L)となる。従って、このような状態ではスイッチ3は開放して組電池の放電を停止させる。このように、セル電圧が基準電圧以上の時のみ、放電用配線開放スイッチ3の制御信号22は電圧有り(信号H)となり、放電回路の配線が確保される。ここで、放電用配線開放スイッチ3にはMOSFETなどの半導体スイッチを用いることもできる。
セル電圧を比較器D1の−入力端子に、過充電の基準電圧E2を比較器D1の+入力端子に接続する。これにより、セル電圧が過充電の基準電圧E2を超えるまでは比較器D1の出力は信号Hに、基準電圧E1を超えると信号Lになる。よって、過充電検出回路からの制御信号22が信号Lになったら充電回路の充電を停止するように制御する。
図7は、本願の組電池2を充電し、負荷50に接続した状態を示す説明図である。なお、組電池2の放電線の開放スイッチ3は組電池内、あるいは負荷側に有っても良い。
そこで、組電池2が負荷50に接続されていた場合、負荷50から取り外し、又は、負荷50と組電池2の電気的な接続状態を解除する。続いて組電池2の充電を行う。
充電器42は、セル温度の測定を行い、温度が上昇した場合、充電の停止等の措置も行いうる(充電器からのセル温度検出センサは図に不示)。これらの用途は、負荷への装着・使用、取り外し・充電という使用方法であり、組電池2の使用形態は充放電サイクル使用である。充電器としては、図9に示すように出力が複数となった一台の充電器42であっても良い。
図8、図9においては、組電池2の放電用配線開放スイッチ3は組電池2内に配置した例を示しているが、組電池2外部の負荷側に設けても良い。
図10に示す上記実施例1は、整流器70の出力に電池投入スイッチ73を介して組電池2の出力端が接続された例である。通常、AC負荷72には整流器70の出力から電力が供給されている。
一方、組電池2は専用の充電器42によって常時充電が行われ、完全充電状態で維持される。この充電状態にある組電池2の出力部の配線と整流器70の出力部の配線は電池投入スイッチ73によって隔離されているが、整流器の故障等、蓄電池放電が必要になった際、電池投入スイッチ73が閉じ、組電池からAC負荷72に対する放電が行われる。この放電中に組電池2内の任意のセル1において電圧が放電を停止する値まで低下したら、電池保護の観点から放電用配線開放スイッチ3が開放されて組電池2からの放電が停止し、セルの保護が行われる。
なお、停電や整流器の故障が終了した場合、電池投入スイッチ73、および、放電用配線開放スイッチ3が閉じ、組電池2の充電は各セル1に対応した充電器42によって行われる。セル電圧が規定値を越えるような場合には、そのような電圧を示したセル1に接続されている充電器が停止される。
本実施例2においては、通常、組電池2は各セル1の充電器42によって維持充電が行われており、整流器70の故障等、蓄電池放電が必要になると、直流/交流変換器71によって組電池2の直流出力が交流に変換された後、AC負荷72に対する放電が行われる。
停電や整流器42の故障が終了した場合、直流/交流変換器71は、内蔵するスイッチを開放することで組電池2を負荷から切り離し、それと共に組電池2からの電力の変換動作も終了させる。
組電池2の充電は、実施例1と同様に各セルに対応した充電器によって行われ、充電中の各セルの保護は図10の例と同様に行われる。
2 組電池
3 放電用配線開放スイッチ
4 スイッチ開放信号送出用配線
5 セル電圧測定用配線
6 電池監視制御部
7 充電器とのコネクタ
8 充電器停止信号送出用配線
9 充電用配線
10 放電用配線
21 過放電検出回路
22 制御信号
40 過充電検出回路
42 充電器
50 負荷
70 整流器71 DC/AC変換器
72 AC負荷
73 電池投入スイッチ
Claims (4)
- 各単セルを個別に充電する充電器との接続用配線を有する複数個の単セルが直列に接続された組電池であって、
前記組電池から負荷に放電する放電用配線と、
前記放電用配線内に設置され、該配線を開放あるいは閉止するスイッチと、
前記組電池内の各単セルの電圧をモニタし、前記組電池が負荷に放電している状態では、任意の単セルの電圧が放電終止電圧まで低下したら前記スイッチを開放させる制御信号を送出し、前記組電池が各単セルに前記接続用配線により個別に接続された充電器によって充電されている状態では、任意の単セルの電圧が充電電圧を超え指定された電圧に到達したら当該単セルに接続されている充電器を停止させる制御信号を送出し、全ての単セルの電圧が各単セルに前記接続用配線により個別に接続された充電器の充電電圧に到達したら前記スイッチを閉止させる制御信号を送出する電池監視制御部と
を有し、
前記組電池が一体となった構造を有し、負荷および各単セルの充電器に取り付け・取り外し可能で電気的に接続できることを特徴とする組電池。 - 前記組電池を構成する単セルが、充電式のリチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項1に記載の組電池。
- 組電池から負荷に放電する放電用配線と、
放電用配線内に設置され、該配線を開放あるいは閉止するスイッチと、
組電池内の各単セルの電圧をモニタし、該単セルの電圧に応じて前記スイッチの開閉を指示する制御信号を送出する電池監視制御部と、
各単セルを個別に充電する充電器との接続用配線と、を有し、一体となった構造を有し、負荷および各単セルの充電器に取り付け・取り外し可能で電気的に接続できる組電池の充電方法であって、
電池監視制御部は、全ての単セルの電圧を監視し、
組電池が負荷に放電している状態では、任意の単セルの電圧が放電終止電圧まで低下したら前記スイッチを開放し、
組電池が各単セルに前記接続用配線により個別に接続された充電器によって充電されている状態では、任意の単セルの電圧が充電電圧を超え指定された電圧に到達したら当該単セルに接続されている充電器を停止させる制御信号を送出し、全ての単セルの電圧が各単セルに前記接続用配線により個別に接続された充電器の充電電圧に到達したら前記スイッチを閉止させることを特徴とする組電池の充電方法。 - 前記組電池を構成する単セルが、充電式のリチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項3に記載の組電池の充電方法。
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