JP7347048B2 - 接続回路及び二次電池システム - Google Patents

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Description

本発明は、複数の二次電池を直列接続または並列接続させる接続回路及びその接続回路を含む二次電池システムに関する。
図２は、既存の接続回路を示す図である。
図２に示す接続回路は、正極側入出力部Ｔｐと、負極側入出力部Ｔｎと、第１出力部スイッチＳＷ１１～ＳＷ１５と、第２出力部スイッチＳＷ２１～ＳＷ２５と、直列接続用スイッチＳＷｓ１～ＳＷｓ５とを備える。なお、第１出力部スイッチＳＷ１１～ＳＷ１５、第２出力部スイッチＳＷ２１～ＳＷ２５、及び直列接続用スイッチＳＷｓ１～ＳＷｓ５は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などの半導体スイッチにより構成される。
第１出力部スイッチＳＷ１１～ＳＷ１５は、二次電池Ｂ１～Ｂ５のそれぞれの正極端子と正極側入出力部Ｔｐとの間に接続される。
第２出力部スイッチＳＷ２１～ＳＷ２５は、二次電池Ｂ１～Ｂ５のそれぞれの負極端子と負極側入出力部Ｔｎとの間に接続される。
直列接続用スイッチＳＷｓ１は二次電池Ｂ１の負極端子と二次電池Ｂ２の正極端子との間に接続され、直列接続用スイッチＳＷｓ２は二次電池Ｂ２の負極端子と二次電池Ｂ３の正極端子との間に接続され、直列接続用スイッチＳＷｓ３は二次電池Ｂ３の負極端子と二次電池Ｂ４の正極端子との間に接続され、直列接続用スイッチＳＷｓ４は二次電池Ｂ４の負極端子と二次電池Ｂ５の正極端子との間に接続され、直列接続用スイッチＳＷｓ５は二次電池Ｂ５の負極端子と二次電池Ｂ１の正極端子との間に接続される。
二次電池Ｂ１～Ｂ５を互いに直列接続させる場合、第１出力部スイッチＳＷ１１、第２出力部スイッチＳＷ２５、及び直列接続用スイッチＳＷｓ１～ＳＷｓ４を導通させるとともに、第１出力部スイッチＳＷ１２～ＳＷ１５、第２出力部スイッチＳＷ２１～ＳＷ２４、及び直列接続用スイッチＳＷｓ５を遮断させる。
また、二次電池Ｂ１～Ｂ５を互いに並列接続させる場合、第１出力部スイッチＳＷ１１～ＳＷ１５及び第２出力部スイッチＳＷ２１～ＳＷ２５を導通させるとともに、直列接続用スイッチＳＷｓ１～ＳＷｓ５を遮断させる。
また、二次電池Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５と、二次電池Ｂ２、Ｂ４とが交互に並んでいる場合で、かつ、二次電池Ｂ１、Ｂ５のみを互いに直列接続させる場合、第１出力部スイッチＳＷ１５、第２出力部スイッチＳＷ２１、及び直列接続用スイッチＳＷｓ５を導通させるとともに、第１出力部スイッチＳＷ１１～ＳＷ１４、第２出力部スイッチＳＷ２２～ＳＷ２５、及び直列接続用スイッチＳＷｓ１～ＳＷｓ４を遮断させる。
関連する技術として、特許文献１がある。
特開２０１９－５４６７７号公報
ところで、二次電池の充電時において、各々の二次電池の状態に応じて直列接続と並列接続とを変更したい場合がある。しかしながら、図２に示す接続回路では、充電を行う二次電池Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５と、充電を行わない二次電池Ｂ２、Ｂ４とが交互に並んでいる場合、隣接する二次電池Ｂ１、Ｂ５を直列接続用スイッチＳＷｓ５を用いて互いに直列接続させることができるが、二次電池Ｂ１や二次電池Ｂ５と離れている二次電池Ｂ３を直列接続用スイッチＳＷｓ１～ＳＷｓ４を用いて二次電池Ｂ１や二次電池Ｂ５に直列接続させることができない。この場合、二次電池Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５のうちの二次電池Ｂ３のみを充電することができないという懸念がある。なお、二次電池Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５のうちの二次電池Ｂ１、Ｂ５のみを充電した後、二次電池Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５が互いに並列接続されると、二次電池Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５のそれぞれの容量（電圧）の違いにより二次電池Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５の間に比較的大きな還流電流が流れるおそれがある。
本発明の一側面に係る目的は、複数の二次電池を直列接続または並列接続させる接続回路及びその接続回路を含む二次電池システムにおいて、すべての二次電池を直列接続させるとともに、直列接続と並列接続とを切り替え可能とすることである。
本発明に係る一つの形態である二次電池システムは、複数の二次電池を互いに直列接続または並列接続させる接続回路であって、複数の二次電池の正極端子にそれぞれの一方端子が接続される複数の第１出力部スイッチと、複数の二次電池の負極端子にそれぞれの一方端子が接続される複数の第２出力部スイッチと、隣り合う二次電池のうちの一方の二次電池の負極端子と他方の二次電池の正極端子との間にそれぞれ接続される複数の直列接続用スイッチと、複数の第１出力部スイッチの他方端子に接続される正極側放電出力部と、複数の第２出力部スイッチの他方端子に接続される負極側放電出力部と、一方端に設けられている二次電池の正極端子と第１出力部スイッチの一方端子との間に接続される正極側充電入力部と、他方端に設けられている二次電池の負極端子と第２出力部スイッチとの間に接続される負極側充電入力部と、複数の二次電池を互いに直列接続させる場合、複数の直列接続用スイッチを導通させるとともに複数の第１出力部スイッチ及び複数の第２出力部スイッチを遮断させ、複数の二次電池を互いに並列接続させる場合、複数の第１出力部スイッチ及び複数の第２出力部スイッチを導通させるとともに複数の直列接続用スイッチを遮断させる制御部とを備える。
これにより、制御部は、第１、第３、及び第５の二次電池と第２及び第４の二次電池とが交互に設けられている場合で、かつ、第１、第３、及び第５の二次電池を互いに直列接続させる場合、第２及び第３の二次電池の正極端子に接続される第１出力部スイッチ、第３及び第４の二次電池の負極端子に接続される第２出力部スイッチ、並びに第１及び第２の二次電池の間に接続される直列接続用スイッチ及び第４及び第５の二次電池の間に接続される直列接続用スイッチを導通させるとともに、第１、第４、及び第５の二次電池の正極端子に接続される第１出力部スイッチ、第１、第２、及び第５の二次電池の負極端子に接続される第２出力部スイッチ、並びに第２及び第３の二次電池の間に接続される直列接続用スイッチ及び第３及び第４の二次電池の間に接続される直列接続用スイッチを遮断させるように構成することができる。
または、制御部は、第１、第３、及び第５の二次電池と第２及び第４の二次電池とが交互に設けられている場合で、かつ、第１、第３、及び第５の二次電池を互いに直列接続させる場合、第４及び第５の二次電池の正極端子に接続される第１出力部スイッチ、第１及び第２の二次電池の負極端子に接続される第２出力部スイッチ、並びに第２及び第３の二次電池の間に接続される直列接続用スイッチ及び第３及び第４の二次電池の間に接続される直列接続用スイッチを導通させるとともに、第１乃至第３の二次電池の正極端子に接続される第１出力部スイッチ、第３乃至第５の二次電池の負極端子に接続される第２出力部スイッチ、並びに第１及び第２の二次電池の間に接続される直列接続用スイッチ及び第４及び第５の二次電池の間に接続される直列接続用スイッチを遮断させるように構成することができる。
このように構成する場合、すべての第１、第３、及び第５の二次電池を互いに直列接続させることができるとともに、直列接続と並列接続とを切り替え可能とする。
また、第１出力部スイッチ、及び第２出力部スイッチは、第１のダイオードが並列接続される第１の半導体スイッチと、第１のダイオードと順方向電流が流れる向きが反対である第２のダイオードが並列接続される第２の半導体スイッチとが互いに直列接続されて構成されてもよい。
これにより、第１出力部スイッチ、及び第２出力部スイッチが遮断しているときに、第１出力部スイッチ、第２出力部スイッチ、及び直列接続用スイッチに電流が流れることを防止することができる。
また、制御部は、複数の二次電池を充電させる場合、複数の二次電池を互いに直列接続させ、複数の二次電池を放電させる場合、複数の二次電池を互いに並列接続させるように構成してもよい。
これにより、複数の二次電池を充電させる場合、複数の二次電池に流れる電流を低減することができるため、充電器と二次電池をつなぐ充電ケーブルを小型化することができ、ユーザによる充電操作性を向上させることができる。また、複数の二次電池を放電させる場合、二次電池全体の容量を増加させることができる。
また、本発明に係る一つの形態である二次電池システムの接続回路は、複数の二次電池と、複数の二次電池を互いに直列接続または並列接続させる接続回路であって、複数の二次電池の正極端子にそれぞれの一方端子が接続される複数の第１出力部スイッチと、複数の二次電池の負極端子にそれぞれの一方端子が接続される複数の第２出力部スイッチと、隣り合う二次電池のうちの一方の二次電池の負極端子と他方の二次電池の正極端子との間にそれぞれ接続される複数の直列接続用スイッチと、複数の第１出力部スイッチのそれぞれの他方端子に接続される正極側放電出力部と、複数の第２出力部スイッチのそれぞれの他方端子に接続される負極側放電出力部と、一方端に設けられている二次電池の正極端子と第１出力部スイッチの一方端子との間に接続される正極側充電入力部と、他方端に設けられている二次電池の負極端子と第２出力部スイッチとの間に接続される負極側充電入力部と、を備え、複数の二次電池を互いに直列接続させる場合、複数の直列接続用スイッチが導通されるとともに複数の第１出力部スイッチ及び複数の第２出力部スイッチが遮断され、複数の二次電池を互いに並列接続させる場合、複数の第１出力部スイッチ及び複数の第２出力部スイッチが導通されるとともに複数の直列接続用スイッチが遮断される。
これにより、すべての二次電池を互いに直列接続させることができるとともに、直列接続と並列接続とを切り替え可能とする。
本発明によれば、複数の二次電池を直列接続または並列接続させる接続回路及びその接続回路を含む二次電池システムにおいて、すべての二次電池を互いに直列接続させるとともに、直列接続と並列接続とを切り替え可能とすることができる。
実施形態の二次電池システムの一例を示す図である。 既存の接続回路を示す図である。
以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図１は、実施形態の二次電池システムの一例を示す図である。
図１に示す二次電池システムは、二次電池Ｂ１～Ｂ５と、正極側充電入力部Ｔｉｐと、負極側充電入力部Ｔｉｎと、正極側放電出力部Ｔｏｐと、負極側放電出力部Ｔｏｎと、第１出力部スイッチＳ１１～Ｓ１５と、第２出力部スイッチＳ２１～Ｓ２５と、直列接続用スイッチＳｓ１～Ｓｓ４と、制御部１とを備える。なお、図１に示す二次電池システムは、フォークリフトや電気自動車などの車両に搭載されるものとする。また、二次電池Ｂ１～Ｂ５を特に区別しない場合、単に、二次電池Ｂとする。また、第１出力部スイッチＳ１１～Ｓ１５を特に区別しない場合、単に、第１出力部スイッチＳ１とする。また、第２出力部スイッチＳ２１～Ｓ２５を特に区別しない場合、単に、第２出力部スイッチＳ２とする。また、直列接続用スイッチＳｓ１～Ｓｓ４を特に区別しない場合、単に、直列接続用スイッチＳｓとする。また、二次電池Ｂ、第１出力部スイッチＳ１、及び第２出力部スイッチＳ２のそれぞれの数は５つに限定されない。また、直列接続用スイッチＳｓの数は４つに限定されない。
二次電池Ｂ１～Ｂ５は、それぞれ、リチウムイオン電池またはニッケル水素電池などの１つ以上の充放電可能な電池により構成される。
第１出力部スイッチＳ１１～Ｓ１５は、それぞれ、第１のダイオードが並列接続される第１の半導体スイッチ（ＭＯＳＦＥＴなど）と、第１のダイオードと順方向電流が流れる向きが反対である第２のダイオードが並列接続される第２の半導体スイッチ（ＭＯＳＦＥＴなど）とが互いに直列接続されて構成される。例えば、第１の半導体スイッチのドレイン端子が第１のダイオードのカソード端子に接続され、第１の半導体スイッチのソース端子が第１のダイオードのアノード端子、第２の半導体スイッチのソース端子、及び第２のダイオードのアノード端子に接続され、第２の半導体スイッチのドレイン端子が第２のダイオードのカソード端子に接続される。また、第１出力部スイッチＳ１１～Ｓ１５のそれぞれの一方端子（第１の半導体スイッチのドレイン端子）は、二次電池Ｂ１～Ｂ５の正極端子に接続され、第１出力部スイッチＳ１１～Ｓ１５のそれぞれの他方端子（第２の半導体スイッチのドレイン端子）は、正極側放電出力部Ｔｏｐに接続される。すなわち、第１出力部スイッチＳ１１の一方端子は二次電池Ｂ１の正極端子に接続され、第１出力部スイッチＳ１１の他方端子は正極側放電出力部Ｔｏｐに接続される。また、第１出力部スイッチＳ１２の一方端子は二次電池Ｂ２の正極端子に接続され、第１出力部スイッチＳ１２の他方端子は正極側放電出力部Ｔｏｐに接続される。また、第１出力部スイッチＳ１３の一方端子は二次電池Ｂ３の正極端子に接続され、第１出力部スイッチＳ１３の他方端子は正極側放電出力部Ｔｏｐに接続される。また、第１出力部スイッチＳ１４の一方端子は二次電池Ｂ４の正極端子に接続され、第１出力部スイッチＳ１４の他方端子は正極側放電出力部Ｔｏｐに接続される。また、第１出力部スイッチＳ１５の一方端子は二次電池Ｂ５の正極端子に接続され、第１出力部スイッチＳ１５の他方端子は正極側放電出力部Ｔｏｐに接続される。なお、第２出力部スイッチＳ２１～Ｓ２５は、例えば制御部１からの信号により電気的に導通と遮断を切り替え可能なメカニカルリレーであってもよい。
第２出力部スイッチＳ２１～Ｓ２５は、それぞれ、第１出力部スイッチＳ１１～Ｓ１５と同様に、第１のダイオードが並列接続される第１の半導体スイッチ（ＭＯＳＦＥＴなど）と、第１のダイオードと順方向電流が流れる向きが反対である第２のダイオードが並列接続される第２の半導体スイッチ（ＭＯＳＦＥＴなど）とが互いに直列接続されて構成される。また、第２出力部スイッチＳ２１～Ｓ２５のそれぞれの一方端子（第１の半導体スイッチのドレイン端子）は、二次電池Ｂ１～Ｂ５の負極端子に接続され、第２出力部スイッチＳ１１～Ｓ１５のそれぞれの他方端子（第２の半導体スイッチのドレイン端子）は、負極側放電出力部Ｔｏｎに接続される。すなわち、第２出力部スイッチＳ２１の一方端子は二次電池Ｂ１の負極端子に接続され、第２出力部スイッチＳ２１の他方端子は負極側放電出力部Ｔｏｎに接続される。また、第２出力部スイッチＳ２２の一方端子は二次電池Ｂ２の負極端子に接続され、第２出力部スイッチＳ２２の他方端子は負極側放電出力部Ｔｏｎに接続される。また、第２出力部スイッチＳ２３の一方端子は二次電池Ｂ３の負極端子に接続され、第２出力部スイッチＳ２３の他方端子は負極側放電出力部Ｔｏｎに接続される。また、第２出力部スイッチＳ２４の一方端子は二次電池Ｂ４の負極端子に接続され、第２出力部スイッチＳ２４の他方端子は負極側放電出力部Ｔｏｎに接続される。また、第２出力部スイッチＳ２５の一方端子は二次電池Ｂ５の負極端子に接続され、第２出力部スイッチＳ２５の他方端子は負極側放電出力部Ｔｏｎに接続される。なお、第１出力部スイッチＳ１１～Ｓ１５は、例えば制御部１からの信号により電気的に導通と遮断を切り替え可能なメカニカルリレーであってもよい。
直列接続用スイッチＳｓ１～Ｓｓ５は、それぞれ、半導体スイッチ（ＭＯＳＦＥＴなど）により構成される。直列接続用スイッチＳｓ１～Ｓｓ５は、隣り合う二次電池Ｂのうちの一方の二次電池Ｂの負極端子と他方の二次電池Ｂの正極端子との間に接続される。すなわち、直列接続用スイッチＳｓ１は隣り合う二次電池Ｂ１、Ｂ２のうちの二次電池Ｂ１の負極端子と二次電池Ｂ２の正極端子との間に接続される。また、直列接続用スイッチＳｓ２は隣り合う二次電池Ｂ２、Ｂ３のうちの二次電池Ｂ２の負極端子と二次電池Ｂ３の正極端子との間に接続される。また、直列接続用スイッチＳｓ３は隣り合う二次電池Ｂ３、Ｂ４のうちの二次電池Ｂ３の負極端子と二次電池Ｂ４の正極端子との間に接続される。また、直列接続用スイッチＳｓ４は隣り合う二次電池Ｂ４、Ｂ５のうちの二次電池Ｂ４の負極端子と二次電池Ｂ５の正極端子との間に接続される。なお、直列接続用スイッチＳｓ１～Ｓｓ５は隣り合う二次電池Ｂのうちの一方の二次電池Ｂの負極端子から他方の二次電池Ｂの正極端子方向への電流を許容するダイオードや、例えば制御部１からの信号により導通と遮断を切り替え可能なメカニカルリレーであってもよい。すなわち、二次電池Ｂの直列接続時において隣り合う二次電池Ｂのうちの一方の二次電池Ｂの負極端子から他方の二次電池Ｂの正極端子方向への電流を流せる一方で、並列接続時において隣り合う二次電池Ｂのうちの他方の二次電池Ｂの正極端子から一方の二次電池Ｂの負極端子方向への電流が流れない構成であればよい。
正極側充電入力部Ｔｉｐは、二次電池Ｂ１（第１の二次電池）、二次電池Ｂ２（第２の二次電池）、二次電池Ｂ３（第３の二次電池）、二次電池Ｂ４（第４の二次電池）、二次電池Ｂ５（第５の二次電池）の順に設けられている二次電池Ｂ１～Ｂ５のうちの一方端に設けられている二次電池Ｂ１の正極端子とその二次電池Ｂ１に対応する第１出力部スイッチＳ１１の一方端子との間に接続される。
負極側充電入力部Ｔｉｎは、二次電池Ｂ１～Ｂ５のうちの他方端に設けられている二次電池Ｂ５の負極端子とその二次電池Ｂ５に対応する第２出力部スイッチ２５との間に接続される。
制御部１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）またはプログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device））などにより構成され、二次電池Ｂ１～Ｂ５の充電または放電に応じて、第１出力部スイッチＳ１１～Ｓ１５、第２出力部スイッチＳ２１～Ｓ２５、及び直列接続用スイッチＳｓ１～Ｓｓ４の動作を制御する。
すなわち、制御部１は、二次電池Ｂ１～Ｂ５を充電させる際、二次電池Ｂ１～Ｂ５を直列接続させる。制御部１は、二次電池Ｂ１～Ｂ５を直列接続させる場合、直列接続用スイッチＳｓ１～Ｓｓ４を導通させるとともに、第１出力部スイッチＳ１１～Ｓ１５及び第２出力部スイッチＳ２１～Ｓ２５を遮断させる。すると、正極側充電入力部Ｔｉｐから二次電池Ｂ１、直列接続用スイッチＳｓ１、二次電池Ｂ２、直列接続用スイッチＳｓ２、二次電池Ｂ３、直列接続用スイッチＳｓ３、二次電池Ｂ４、直列接続用スイッチＳｓ４、及び二次電池Ｂ５を介して負極側充電入力部Ｔｉｎに電流が流れる。これにより、外部充電器から正極側充電入力部Ｔｉｐ及び負極側充電入力部Ｔｉｎを介して二次電池Ｂ１～Ｂ５に電流を流すことができるため、二次電池Ｂ１～Ｂ５を充電させることができる。このように、二次電池Ｂ１～Ｂ５を充電させる際、二次電池Ｂ１～Ｂ５を直列接続することにより、二次電池Ｂ１～Ｂ５全体にかかる電圧を比較的高くすることができるため、二次電池Ｂ１～Ｂ５に流れる電流を低減することができる。そのため、外部充電器と正極側充電入力部Ｔｉｐ及び負極側充電入力部Ｔｉｎとを互いにつなぐ充電ケーブルを小型化することができるため、充電作業性を向上させることができる。
また、制御部１は、二次電池Ｂ１～Ｂ５を放電させる際、二次電池Ｂ１～Ｂ５を並列接続させる。制御部１は、二次電池Ｂ１～Ｂ５を並列接続させる場合、第１出力部スイッチＳ１１～Ｓ１５及び第２出力部スイッチＳ２１～Ｓ２５を導通させるとともに、直列接続用スイッチＳｓ１～Ｓｓ４を遮断させる。すると、負極側放電出力部Ｔｏｎから第２出力部スイッチＳ２１、二次電池Ｂ１、及び第１出力部スイッチＳ１１を介して正極側放電出力部Ｔｏｐに電流が流れる。また、負極側放電出力部Ｔｏｎから第２出力部スイッチＳ２２、二次電池Ｂ２、及び第１出力部スイッチＳ１２を介して正極側放電出力部Ｔｏｐに電流が流れる。また、負極側放電出力部Ｔｏｎから第２出力部スイッチＳ２３、二次電池Ｂ３、及び第１出力部スイッチＳ１３を介して正極側放電出力部Ｔｏｐに電流が流れる。また、負極側放電出力部Ｔｏｎから第２出力部スイッチＳ２４、二次電池Ｂ４、及び第１出力部スイッチＳ１４を介して正極側放電出力部Ｔｏｐに電流が流れる。また、負極側放電出力部Ｔｏｎから第２出力部スイッチＳ２５、二次電池Ｂ５、及び第１出力部スイッチＳ１５を介して正極側放電出力部Ｔｏｐに電流が流れる。これにより、二次電池Ｂ１～Ｂ５から正極側放電出力部Ｔｏｐ及び負極側放電出力部Ｔｏｎを介して負荷に電流を流すことができるため、二次電池Ｂ１～Ｂ５を放電させることができる。このように、二次電池Ｂ１～Ｂ５を放電させる際、二次電池Ｂ１～Ｂ５を並列接続することにより、二次電池Ｂ全体の容量を増加させることができる。
また、制御部１は、二次電池Ｂが故障しているか否かを判断する。例えば、制御部１は、二次電池Ｂの電圧が過電圧閾値以上である場合、または、二次電池Ｂの温度が過温度閾値以上である場合、または、二次電池Ｂの充電率（二次電池Ｂの満充電容量に対する現在の充電容量の割合など）が過充電閾値以上である場合、または、二次電池Ｂの劣化度（二次電池Ｂの満充電容量や内部抵抗など）が劣化閾値以上である場合、その二次電池Ｂが故障していると判断する。
また、制御部１は、二次電池Ｂ２が故障している場合で、かつ、故障していない二次電池Ｂ１、Ｂ３～Ｂ５のみを互いに直列接続させる場合、第１出力部スイッチＳ１２、Ｓ１３及び直列接続用スイッチＳｓ１、Ｓｓ３、Ｓｓ４を導通させるとともに、第１出力部スイッチＳ１１、Ｓ１４、Ｓ１５、第２出力部スイッチＳ２１～Ｓ２５、及び直列接続用スイッチＳｓ２を遮断させる。すると、正極側充電入力部Ｔｉｐから二次電池Ｂ１、直列接続用スイッチＳｓ１、第１出力部スイッチＳ１２、第１出力部スイッチＳ１３、二次電池Ｂ３、直列接続用スイッチＳｓ３、二次電池Ｂ４、直列接続用スイッチＳｓ４、及び二次電池Ｂ５を介して負極側充電入力部Ｔｉｎに電流が流れる。これにより、故障していないすべての二次電池Ｂ１、Ｂ３～Ｂ５を充電させることができる。
また、制御部１は、二次電池Ｂ２が故障している場合で、かつ、故障していない二次電池Ｂ１、Ｂ３～Ｂ５のみを互いに並列接続させる場合、第１出力部スイッチＳ１１、Ｓ１３～Ｓ１５及び第２出力部スイッチＳ２１、Ｓ２３～Ｓ２５を導通させるとともに、第１出力部スイッチＳ１２、第２出力部スイッチＳ２２、及び直列接続用スイッチＳｓ１～Ｓｓ４を遮断させる。すると、負極側放電出力部Ｔｏｎから第２出力部スイッチＳ２１、二次電池Ｂ１、及び第１出力部スイッチＳ１１を介して正極側放電出力部Ｔｏｐに電流が流れる。また、負極側放電出力部Ｔｏｎから第２出力部スイッチＳ２３、二次電池Ｂ３、及び第１出力部スイッチＳ１３を介して正極側放電出力部Ｔｏｐに電流が流れる。また、負極側放電出力部Ｔｏｎから第２出力部スイッチＳ２４、二次電池Ｂ４、及び第１出力部スイッチＳ１４を介して正極側放電出力部Ｔｏｐに電流が流れる。また、負極側放電出力部Ｔｏｎから第２出力部スイッチＳ２５、二次電池Ｂ５、及び第１出力部スイッチＳ１５を介して正極側放電出力部Ｔｏｐに電流が流れる。これにより、故障していないすべての二次電池Ｂ１、Ｂ３～Ｂ５を放電させることができる。
また、制御部１は、二次電池Ｂ２、Ｂ３が故障している場合で、かつ、故障していない二次電池Ｂ１、Ｂ４、Ｂ５のみを互いに直列接続させる場合、第１出力部スイッチＳ１２、Ｓ１４及び直列接続用スイッチＳｓ１、Ｓｓ４を導通させるとともに、第１出力部スイッチＳ１１、Ｓ１３、Ｓ１５、第２出力部スイッチＳ２１～Ｓ２５、及び直列接続用スイッチＳｓ２、Ｓｓ３を遮断させる。すると、正極側充電入力部Ｔｉｐから二次電池Ｂ１、直列接続用スイッチＳｓ１、第１出力部スイッチＳ１２、第１出力部スイッチＳ１４、二次電池Ｂ４、直列接続用スイッチＳｓ４、及び二次電池Ｂ５を介して負極側充電入力部Ｔｉｎに電流が流れる。これにより、故障していないすべての二次電池Ｂ１、Ｂ４、Ｂ５を充電させることができる。
または、制御部１は、二次電池Ｂ２、Ｂ３が故障している場合で、かつ、故障していない二次電池Ｂ１、Ｂ４、Ｂ５のみを互いに直列接続させる場合、第２出力部スイッチＳ２１、Ｓ２３及び直列接続用スイッチＳｓ３、Ｓｓ４を導通させるとともに、第１出力部スイッチＳ１１～Ｓ１５、第２出力部スイッチＳ２２、Ｓ２４、Ｓ２５、及び直列接続用スイッチＳｓ１、Ｓｓ２を遮断させる。すると、正極側充電入力部Ｔｉｐから二次電池Ｂ１、第２出力部スイッチＳ２１、第２出力部スイッチＳ２３、直列接続用スイッチＳｓ３、二次電池Ｂ４、直列接続用スイッチＳｓ４、及び二次電池Ｂ５を介して負極側充電入力部Ｔｉｎに電流が流れる。これにより、故障していないすべての二次電池Ｂ１、Ｂ４、Ｂ５を充電させることができる。
また、制御部１は、二次電池Ｂ２、Ｂ４が故障している場合で、かつ、故障していない二次電池Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５のみを互いに直列接続させる場合、すなわち、故障していない二次電池Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５と、故障している二次電池Ｂ２、Ｂ４とが交互に設けられている場合で、かつ、二次電池Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５のみを互いに直列接続させる場合、第１出力部スイッチＳ１２、Ｓ１３、第２出力部スイッチＳ２３、Ｓ２４、及び直列接続用スイッチＳｓ１、Ｓｓ４を導通させるとともに、第１出力部スイッチＳ１１、Ｓ１４、Ｓ１５、第２出力部スイッチＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２５、及び直列接続用スイッチＳｓ２、Ｓｓ３を遮断させる。すると、正極側充電入力部Ｔｉｐから二次電池Ｂ１、直列接続用スイッチＳｓ１、第１出力部スイッチＳ１２、第１出力部スイッチＳ１３、二次電池Ｂ３、第２出力部スイッチＳ２３、第２出力部スイッチＳ２４、直列接続用スイッチＳｓ４、及び二次電池Ｂ５を介して負極側充電入力部Ｔｉｎに電流が流れる。これにより、故障していないすべての二次電池Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５を充電させることができる。
または、制御部１は、二次電池Ｂ２、Ｂ４が故障している場合で、かつ、故障していない二次電池Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５のみを互いに直列接続させる場合、第１出力部スイッチＳ１４、Ｓ１５、第２出力部スイッチＳ２１、Ｓ２２、及び直列接続用スイッチＳｓ２、Ｓｓ３を導通させるとともに、第１出力部スイッチＳ１１～Ｓ１３、第２出力部スイッチＳ２３～Ｓ２５、及び直列接続用スイッチＳｓ１、Ｓｓ４を遮断させる。すると、正極側充電入力部Ｔｉｐから二次電池Ｂ１、第２出力部スイッチＳ２１、第２出力部スイッチＳ２２、直列接続用スイッチＳｓ２、二次電池Ｂ３、直列接続用スイッチＳｓ３、第１出力部スイッチＳ１４、第１出力部スイッチＳ１５、及び二次電池Ｂ５を介して負極側充電入力部Ｔｉｎに電流が流れる。これにより、故障していないすべての二次電池Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５を充電させることができる。
なお、実施形態の接続回路は、例えば、正極側充電入力部Ｔｉｐと、負極側充電入力部Ｔｉｎと、正極側放電出力部Ｔｏｐと、負極側放電出力部Ｔｏｎと、複数の第１出力部スイッチＳ１と、複数の第２出力部スイッチＳ２と、複数の直列接続用スイッチＳｓとを備えて構成されるものとする。
実施形態の接続回路において、図２に示す既存の接続回路と異なる点は、正極側入出力部Ｔｐを正極側充電入力部Ｔｉｐ及び正極側放電出力部Ｔｏｐに分け、正極側充電入力部Ｔｉｐを第１出力部スイッチＳ１１～Ｓ１５のそれぞれの他方端子ではなく二次電池Ｂ１の正極端子と第１出力部スイッチＳ１１の一方端子との間に接続している点と、負極側入出力部Ｔｎを負極側充電入力部Ｔｉｎ及び負極側放電出力部Ｔｏｎに分け、負極側充電入力部Ｔｉｎを第２出力部スイッチＳ２１～Ｓ２５のそれぞれの他方端子ではなく二次電池Ｂ５の負極端子と第２出力部スイッチＳ２５の一方端子との間に接続している点である。
これにより、故障していない二次電池Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５と、故障している二次電池Ｂ２、Ｂ４とが交互に設けられている場合であっても、第１出力部スイッチＳ１及び第２出力部スイッチＳ２を用いて二次電池Ｂ２、Ｂ４を迂回するように二次電池Ｂ２、Ｂ４の正極端子側及び負極端子側にそれぞれ直列接続用の電流経路をつくることができるため、二次電池Ｂ２、Ｂ４の間に設けられている二次電池Ｂ３を二次電池Ｂ１、Ｂ５に直列接続させることができる。そのため、故障していないすべての二次電池Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５を直列接続させることができるとともに、直列接続と並列接続とを切り替え可能とする。従って、二次電池Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５を充電した後、二次電池Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５を放電させるために二次電池Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５を互いに並列接続させても、二次電池Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５の間に比較的大きな還流電流が流れることを抑えることができる。
また、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
１ 制御部
Ｔｉｐ 正極側充電入力部
Ｔｉｎ 負極側充電入力部
Ｔｏｐ 正極側放電出力部
Ｔｏｎ 負極側放電出力部
Ｔｐ 正極側入出力部
Ｔｎ 負極側入出力部
Ｓ１１～Ｓ１５、ＳＷ１１～ＳＷ１５ 第１出力部スイッチ
Ｓ２１～Ｓ２５、ＳＷ２１～ＳＷ２５ 第２出力部スイッチ
Ｓｓ１～Ｓｓ４、ＳＷｓ１～ＳＷｓ５ 直列接続用スイッチ

Claims (8)

  1. 複数の二次電池を互いに直列接続または並列接続させる二次電池システムであって、
    前記複数の二次電池の正極端子にそれぞれの一方端子が接続される複数の第１出力部スイッチと、
    前記複数の二次電池の負極端子にそれぞれの一方端子が接続される複数の第２出力部スイッチと、
    隣り合う前記二次電池のうちの一方の二次電池の負極端子と他方の二次電池の正極端子との間にそれぞれ接続される複数の直列接続用スイッチと、
    前記複数の第１出力部スイッチの他方端子に接続される正極側放電出力部と、
    前記複数の第２出力部スイッチの他方端子に接続される負極側放電出力部と、
    一方端に設けられている前記二次電池の正極端子と前記第１出力部スイッチの一方端子との間に接続される正極側充電入力部と、
    他方端に設けられている前記二次電池の負極端子と前記第２出力部スイッチとの間に接続される負極側充電入力部と、
    前記複数の二次電池を互いに直列接続させる場合、前記複数の直列接続用スイッチを導通させるとともに前記複数の第１出力部スイッチ及び前記複数の第２出力部スイッチを遮断させ、前記複数の二次電池を互いに並列接続させる場合、前記複数の第１出力部スイッチ及び前記複数の第２出力部スイッチを導通させるとともに前記複数の直列接続用スイッチを遮断させる制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、第１、第３、及び第５の二次電池と第２及び第４の二次電池とが交互に設けられている場合で、かつ、前記第１、第３、及び第５の二次電池を互いに直列接続させる場合、前記第２及び第３の二次電池の正極端子に接続される前記第１出力部スイッチ、前記第３及び第４の二次電池の負極端子に接続される前記第２出力部スイッチ、並びに前記第１及び第２の二次電池の間に接続される前記直列接続用スイッチ及び前記第４及び第５の二次電池の間に接続される前記直列接続用スイッチを導通させるとともに、前記第１、第４、及び第５の二次電池の正極端子に接続される前記第１出力部スイッチ、前記第１、第２、及び第５の二次電池の負極端子に接続される前記第２出力部スイッチ、並びに前記第２及び第３の二次電池の間に接続される前記直列接続用スイッチ及び前記第３及び第４の二次電池の間に接続される前記直列接続用スイッチを遮断させる
    ことを特徴とする二次電池システム。
  2. 複数の二次電池を互いに直列接続または並列接続させる二次電池システムであって、
    前記複数の二次電池の正極端子にそれぞれの一方端子が接続される複数の第１出力部スイッチと、
    前記複数の二次電池の負極端子にそれぞれの一方端子が接続される複数の第２出力部スイッチと、
    隣り合う前記二次電池のうちの一方の二次電池の負極端子と他方の二次電池の正極端子との間にそれぞれ接続される複数の直列接続用スイッチと、
    前記複数の第１出力部スイッチの他方端子に接続される正極側放電出力部と、
    前記複数の第２出力部スイッチの他方端子に接続される負極側放電出力部と、
    一方端に設けられている前記二次電池の正極端子と前記第１出力部スイッチの一方端子との間に接続される正極側充電入力部と、
    他方端に設けられている前記二次電池の負極端子と前記第２出力部スイッチとの間に接続される負極側充電入力部と、
    前記複数の二次電池を互いに直列接続させる場合、前記複数の直列接続用スイッチを導通させるとともに前記複数の第１出力部スイッチ及び前記複数の第２出力部スイッチを遮断させ、前記複数の二次電池を互いに並列接続させる場合、前記複数の第１出力部スイッチ及び前記複数の第２出力部スイッチを導通させるとともに前記複数の直列接続用スイッチを遮断させる制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、第１、第３、及び第５の二次電池と第２及び第４の二次電池とが交互に設けられている場合で、かつ、前記第１、第３、及び第５の二次電池を互いに直列接続させる場合、前記第４及び第５の二次電池の正極端子に接続される前記第１出力部スイッチ、前記第１及び第２の二次電池の負極端子に接続される前記第２出力部スイッチ、並びに前記第２及び第３の二次電池の間に接続される前記直列接続用スイッチ及び前記第３及び第４の二次電池の間に接続される前記直列接続用スイッチを導通させるとともに、前記第１乃至第３の二次電池の正極端子に接続される前記第１出力部スイッチ、前記第３乃至第５の二次電池の負極端子に接続される前記第２出力部スイッチ、並びに前記第１及び第２の二次電池の間に接続される前記直列接続用スイッチ及び前記第４及び第５の二次電池の間に接続される前記直列接続用スイッチを遮断させる
    ことを特徴とする二次電池システム。
  3. 請求項１または請求項２に記載の二次電池システムであって、
    前記第１出力部スイッチ、及び前記第２出力部スイッチは、第１のダイオードが並列接続される第１の半導体スイッチと、前記第１のダイオードと順方向電流が流れる向きが反対である第２のダイオードが並列接続される第２の半導体スイッチとが互いに直列接続されて構成される
    ことを特徴とする二次電池システム。
  4. 請求項１～３の何れか１項に記載の二次電池システムであって、
    前記制御部は、前記複数の二次電池を充電させる場合、前記複数の二次電池を互いに直列接続させ、前記複数の二次電池を放電させる場合、前記複数の二次電池を互いに並列接続させる
    ことを特徴とする二次電池システム。
  5. 複数の二次電池と、
    前記複数の二次電池の正極端子にそれぞれの一方端子が接続される複数の第１出力部スイッチと、
    前記複数の二次電池の負極端子にそれぞれの一方端子が接続される複数の第２出力部スイッチと、
    隣り合う前記二次電池のうちの一方の二次電池の負極端子と他方の二次電池の正極端子との間にそれぞれ接続される複数の直列接続用スイッチと、
    前記複数の第１出力部スイッチの他方端子に接続される正極側放電出力部と、
    前記複数の第２出力部スイッチの他方端子に接続される負極側放電出力部と、
    一方端に設けられている前記二次電池の正極端子と前記第１出力部スイッチの一方端子との間に接続される正極側充電入力部と、
    他方端に設けられている前記二次電池の負極端子と前記第２出力部スイッチとの間に接続される負極側充電入力部と、を備え、
    前記複数の二次電池を互いに直列接続させる場合、前記複数の直列接続用スイッチが導通されるとともに前記複数の第１出力部スイッチ及び前記複数の第２出力部スイッチが遮断され、前記複数の二次電池を互いに並列接続させる場合、前記複数の第１出力部スイッチ及び前記複数の第２出力部スイッチが導通されるとともに前記複数の直列接続用スイッチが遮断され、
    第１、第３、及び第５の二次電池と第２及び第４の二次電池とが交互に設けられている場合で、かつ、前記第１、第３、及び第５の二次電池を互いに直列接続させる場合、前記第２及び第３の二次電池の正極端子に接続される前記第１出力部スイッチ、前記第３及び第４の二次電池の負極端子に接続される前記第２出力部スイッチ、並びに前記第１及び第２の二次電池の間に接続される前記直列接続用スイッチ及び前記第４及び第５の二次電池の間に接続される前記直列接続用スイッチが導通されるとともに、前記第１、第４、及び第５の二次電池の正極端子に接続される前記第１出力部スイッチ、前記第１、第２、及び第５の二次電池の負極端子に接続される前記第２出力部スイッチ、並びに前記第２及び第３の二次電池の間に接続される前記直列接続用スイッチ及び前記第３及び第４の二次電池の間に接続される前記直列接続用スイッチが遮断される
    ことを特徴とする二次電池システムの接続回路。
  6. 複数の二次電池と、
    前記複数の二次電池の正極端子にそれぞれの一方端子が接続される複数の第１出力部スイッチと、
    前記複数の二次電池の負極端子にそれぞれの一方端子が接続される複数の第２出力部スイッチと、
    隣り合う前記二次電池のうちの一方の二次電池の負極端子と他方の二次電池の正極端子との間にそれぞれ接続される複数の直列接続用スイッチと、
    前記複数の第１出力部スイッチの他方端子に接続される正極側放電出力部と、
    前記複数の第２出力部スイッチの他方端子に接続される負極側放電出力部と、
    一方端に設けられている前記二次電池の正極端子と前記第１出力部スイッチの一方端子との間に接続される正極側充電入力部と、
    他方端に設けられている前記二次電池の負極端子と前記第２出力部スイッチとの間に接続される負極側充電入力部と、を備え、
    前記複数の二次電池を互いに直列接続させる場合、前記複数の直列接続用スイッチが導通されるとともに前記複数の第１出力部スイッチ及び前記複数の第２出力部スイッチが遮断され、前記複数の二次電池を互いに並列接続させる場合、前記複数の第１出力部スイッチ及び前記複数の第２出力部スイッチが導通されるとともに前記複数の直列接続用スイッチが遮断され、
    第１、第３、及び第５の二次電池と第２及び第４の二次電池とが交互に設けられている場合で、かつ、前記第１、第３、及び第５の二次電池を互いに直列接続させる場合、前記第４及び第５の二次電池の正極端子に接続される前記第１出力部スイッチ、前記第１及び第２の二次電池の負極端子に接続される前記第２出力部スイッチ、並びに前記第２及び第３の二次電池の間に接続される前記直列接続用スイッチ及び前記第３及び第４の二次電池の間に接続される前記直列接続用スイッチが導通されるとともに、前記第１乃至第３の二次電池の正極端子に接続される前記第１出力部スイッチ、前記第３乃至第５の二次電池の負極端子に接続される前記第２出力部スイッチ、並びに前記第１及び第２の二次電池の間に接続される前記直列接続用スイッチ及び前記第４及び第５の二次電池の間に接続される前記直列接続用スイッチが遮断される
    ことを特徴とする二次電池システムの接続回路。
  7. 請求項１または請求項２に記載の二次電池システムであって、
    前記制御部は、前記複数の二次電池の充電時に前記複数の二次電池を互いに直列接続させる場合、前記複数の直列接続用スイッチを導通させるとともに前記複数の第１出力部スイッチ及び前記複数の第２出力部スイッチを遮断させ、前記複数の二次電池の放電時に前記複数の二次電池を互いに並列接続させる場合、前記複数の第１出力部スイッチ及び前記複数の第２出力部スイッチを導通させるとともに前記複数の直列接続用スイッチを遮断させる
    ことを特徴とする二次電池システム。
  8. 請求項５または請求項６に記載の二次電池システムの接続回路であって、
    前記複数の二次電池の充電時に前記複数の二次電池を互いに直列接続させる場合、前記複数の直列接続用スイッチが導通されるとともに前記複数の第１出力部スイッチ及び前記複数の第２出力部スイッチが遮断され、前記複数の二次電池の放電時に前記複数の二次電池を互いに並列接続させる場合、前記複数の第１出力部スイッチ及び前記複数の第２出力部スイッチが導通されるとともに前記複数の直列接続用スイッチが遮断される
    ことを特徴とする二次電池システムの接続回路。
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