JP5106084B2 - 組電池の蓄積電力量均等化装置 - Google Patents
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Description
本発明は、組電池を充電する蓄積電力量均等化装置に関する。
近年、複数の単電池を直列に接続した組電池が様々な分野で用いられている。このような組電池は、寿命の観点から、単電池それぞれの電圧のばらつきが問題となる。また、それぞれの単電池に対して、過充電しないように、適切な処理を施すことが重要視されている。
従来の装置は、組電池とは別に予備２次電池を設け、組電池を構成する各単電池の端子間電圧を検知して、端子間電圧が低い単電池にのみ予備２次電池を端子間電圧が所定の水準になるまで電流制限手段を介して選択並列接続して、端子間電圧の低い単電池に予備２次電池により充電することで蓄積電力量均等化することを特徴としている。(例えば特許文献１参照)。
特開２０００―２３３８１号公報
しかしながら、特許文献１に記載された装置は、組電池とは別に予備２次電池を用いて、組電池を構成する各単電池の端子間電圧を調整するため、この予備２次電池の端子間電圧や温度状態を監視して安全に運用する必要があり、回路は複雑化する問題があった。
そこで、本発明の目的は、組電池を構成する各単電池を効率よく充電することである。
上記課題を解決するために、組電池を構成する各単電池を充電するため、電流制限抵抗とツェナーダイオードを並列に接続してから検出線を引き出した電圧検出線を備え、電圧検出線から各単電池の端子間電圧を検出するとともに、蓄積電力量の少ない単電池はこの電圧検出線から充電する。
本発明の実施形態に係る蓄積電力量均等化装置は、単電池を複数個直列接続した組電池を用いた蓄電装置において、各単電池の端子間に電流制限手段とツェナーダイオードを並列に接続してから検出線を引き出した電圧検出線を備え、各単電池の端子間電圧を電圧検出線から検出するとともに、蓄積電力量の少ない単電池は電圧検出線から充電する。
また、本発明の実施形態に係る蓄積電力量均等化装置は、単電池を複数個直列接続した組電池を用いた蓄電装置において、各単電池の端子間に電流制限手段とダイオードを並列に接続してから検出線を引き出した電圧検出線と、各単電池の端子間からダイオードとロータリースイッチを介して接続される充電線を備え、各単電池の端子間電圧を電圧検出線から検出するとともに、蓄積電力量の少ない単電池は電圧検出線と充電線から充電する。
本発明の実施形態に係る蓄積電力量均等化装置は、電圧検出線を介した短絡事故時に対して短絡電流を制限して各単電池を過電流から保護するとともに、外部電源等を用いて電圧検出線から容量の少ない単電池を短時間で充電することができる。また、組電池の各単電池間にて蓄積電力量のばらつきが生じたときに蓄積電力量の少ない電池を簡単に充電して蓄積電力量を均等化することができる。
本発明の第１の実施例について図１を用いて説明する。図１において、蓄積電力量均等化装置は、単電池１、組電池２、電流制限手段３、ツェナーダイオード４、電圧検出線５、電圧検出端子６、正電極７、負電極８を有する。
破線で囲まれた部分は、単電池１を複数個（ここでは４個）直列に接続してなる組電池２である。電圧検出線５は、各単電池２の端子間電圧を検出することを目的に、単電池１の端子間と、単電池１と正電極７の間もしくは単電池１と負電力８の間に接続される。電圧検出線５の出力側は電圧検出端子６と接続され、簡単に外部装置へ電圧情報を出力できる構造となっている。
電圧検出端子６の外部に接続される電圧検出装置の故障、外部装置への接続ミスや電圧計測時のプローブ接触といった人為的ミスにより、電圧検出端子６の外部は電圧検出線５を介して単電池１を短絡させる可能性がある。したがって、電流制限手段３を電圧検出線４の単電池１側に接続することで、電圧検出線５を介した単電池１の短絡で単電池１および電圧検出線５に過大な電流が流れることを防ぐことができる。
しかし、この電圧検出線５を用いて蓄積電力量の少ない電池１を充電しようとすると、電流制限手段３が短絡電流を制限したのと同様に充電電流も制限してしまい微小な充電電流しか単電池１に流すことができない。
そこで、電流制限手段３と並列にツェナーダイオード４を接続して電圧検出線５を介して単電池１を充電する。ツェナーダイオード４の動作電圧レベルを単電池１の満充電レベルより大きい電圧値とすれば、電圧検出線1を介する単電池1の短絡を防止しつつ、単電池1とツェナーダイオード４の和以上の電圧を外部から印加することで単電池１を電圧検出線５から充電できる。
単電池１を充電する場合を例にして、具体的に説明する。具体的には、充電対象の単電池１の正電極７側に接続された電圧検出線５が接続されている電圧検出端子６に外部機器である充電器のプラス電極を接続し、また、負電極８側に接続された電圧検出線５が接続されている電圧検出端子６に外部機器である充電器のマイナス電極を接続する。
充電器のプラス電極とマイナス電極の電圧検出端子６または負電極８への接続の切換は、それぞれの単電池１の端子間電圧に応じて、外部機器によって電気的または機械的に切換タイミングおよび充電器で充電する電圧も制御されている。
外部機器としての充電器が充電電圧を単電池１に印加したとき、正電極７側のツェナーダイオード４は順バイアスにて電流を導通するので並列に接続する電流制限手段３で電流制限を受けることなく充電電流を流し、負電極８側のツェナーダイオード４は逆バイアスとなり、並列に接続された電流制限手段３により充電電流は制限を受ける。
ここで、負電極８側のツェナーダイオード４に動作電圧レベル以上の電圧が生じるとツェナーダイオード４は導通状態に変化して充電電流が流れるようになる。ツェナーダイオード４の動作電圧レベルを単電池１の満充電レベルより大きい電圧値としているため、単電池１が満充電状態で電圧検出線５を介して短絡しても、逆バイアス状態となるツェナーダイオード４は導通せず、電流制限手段３が働くので短絡電流は制限される。
これにより、蓄積電力量の少ない単電池１について、電圧検出線５を介して外部機器としての充電器で充電することができ、それぞれの単電池１について簡単に蓄積電力量の均等化を図ることができる。
ここで、図１に示すような並列に接続されたツェナーダイオード４と電流制限手段３との組み合わせた回路のうち、回路Iと回路IVを取り除いて、回路IIと回路IIIを残した場合であっても同様の効果が得られる。
本発明の第２の実施例について図２を用いて説明する。図２において、蓄積電力量均等化装置は、図１に示す第１の実施例の蓄積電力量均等化装置について、電流制限手段３と並列に接続されたツェナーダイオード４をダイオード９に置き換え、さらに、単電池１と単電池１の端子間からダイオード１０を順方向に接続し、さらに、充電線１１、ロータリースイッチ１２、充電端子１３を有している。その他は、図１と同じである。
ダイオード９は図１のツェナーダイオード４から変更して接続する。電流は、電圧検出端子６から組電池２へ流れる。
ロータリースイッチ１２の入力側は充電線１１とダイオード１０を介して単電池１の端子間に接続する。ロータリースイッチ１２の出力側は充電端子１３と接続し、この充電端子１３は間違って正電極７や負電極８、また電圧検出端子６と短絡させることの無いよう十分な間隔を持って配置する。
単電池１の充電は、充電対象単電池１の正電極７側に接続された電圧検出線５が接続されている電圧検出端子６に外部機器である充電器のプラス電極を接続し、充電器のマイナス電極は充電端子１３に接続して、充電器のマイナス端子と充電対象単電池１の負極端子がつながるようロータリースイッチ１２を切替える。
この状態で充電器から充電することで、電圧検出線５および充電線１１には順バイアスのダイオードしかなく、蓄電電力量の小さな充電対象単電池を大きな電流で充電することが可能となる。
正電極７もしくは負電極８に接した単電池１は正電極７もしくは負電極８を充電線として使用する。電圧検出線５や電圧検出端子６で短絡した場合は、電流制限手段３で短絡電流は制限される。また充電線１１やロータリースイッチ１２で短絡した場合は、ダイオード９が逆バイアスとなるので短絡電流は流れない。ロータリースイッチ１２の入力端子は単電池１の電極に接続されないオープン端子を用意し、充電しない場合はロータリースイッチ１２をオープン端子に接続しておくと、充電端子１３は短絡状態にならず安全性が向上する。
上記説明したように、蓄積電力量の少ない単電池１を電圧検出線５から充電することができ、簡単に蓄積電力量の均等化を図ることができる。
なお、本願発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
１…単電池、２…組電池、３…電流制限手段、４…ツェナーダイオード、５…電圧検出線、６…電圧検出端子、７…正電極、８…負電極、９…ダイオード、１０…ダイオード、１１…充電線、１２…ロータリースイッチ、１３…充電端子。
Claims (2)
- 単電池を複数個直列接続した組電池を用いた蓄電装置において、
各単電池の端子間に電流制限手段とツェナーダイオードを並列に接続してから検出線を引き出した電圧検出線を備え、
各単電池の端子間電圧を電圧検出線から検出するとともに、蓄積電力量の少ない単電池は電圧検出線から充電することを特徴とする組電池の蓄積電力量均等化装置。 - 単電池を複数個直列接続した組電池を用いた蓄電装置において、
各単電池の端子間に電流制限手段とダイオードを並列に接続してから検出線を引き出した電圧検出線と、各単電池の端子間からダイオードとロータリースイッチを介して接続される充電線を備え、
各単電池の端子間電圧を電圧検出線から検出するとともに、蓄積電力量の少ない単電池は電圧検出線と充電線から充電することを特徴とする組電池の蓄積電力量均等化装置。
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