JPH02266834A - セルバイパス回路 - Google Patents
セルバイパス回路Info
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- JPH02266834A JPH02266834A JP1314484A JP31448489A JPH02266834A JP H02266834 A JPH02266834 A JP H02266834A JP 1314484 A JP1314484 A JP 1314484A JP 31448489 A JP31448489 A JP 31448489A JP H02266834 A JPH02266834 A JP H02266834A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
-
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
- H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
- H01M50/583—Devices or arrangements for the interruption of current in response to current, e.g. fuses
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
- H02H7/18—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for batteries; for accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
- H01M2200/10—Temperature sensitive devices
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は電気バッテリ装置に関する。特に、本発明は電
気バッテリの故障を保護するための装置に関する。
気バッテリの故障を保護するための装置に関する。
本発明は、特定の応用について説明される実施例に関し
てここで開示されているが、本発明がそれに限定されな
いことは理解されなければならない。当業者は、ここで
提供される技術を検討することによって、本発明の技術
的範囲内にあり著しい有用性がある付加的な修正、応用
、および実施例が可能であることを認めるであろう。
てここで開示されているが、本発明がそれに限定されな
いことは理解されなければならない。当業者は、ここで
提供される技術を検討することによって、本発明の技術
的範囲内にあり著しい有用性がある付加的な修正、応用
、および実施例が可能であることを認めるであろう。
［従来の技術］
バッテリは、各種の電力供給における代替電力源を提供
する。従来の技術で知られているように、バッテリのセ
ルの故障は一般に、バッテリが結合されている装置にお
いて“開回路”を生じる。残念ながら多数の適用におい
て、そのような開回路の故障は著しく不利な結果となる
。例えば人工衛星の適用において、バッテリのセルの故
障は、宇宙船のプロセッサに供給される電力を遮断する
であろう。したがって、任意の揮発性のメモリの内容は
破壊される恐れがあり、電力が回復した場合に装置は事
実上処理されるタスクに関して不適当であろう。さらに
悪いことに装置は、宇宙船の宇宙飛行計画を危険に陥れ
る状態、すなわち誤ったブースタ発射を起こす恐れがあ
る。
する。従来の技術で知られているように、バッテリのセ
ルの故障は一般に、バッテリが結合されている装置にお
いて“開回路”を生じる。残念ながら多数の適用におい
て、そのような開回路の故障は著しく不利な結果となる
。例えば人工衛星の適用において、バッテリのセルの故
障は、宇宙船のプロセッサに供給される電力を遮断する
であろう。したがって、任意の揮発性のメモリの内容は
破壊される恐れがあり、電力が回復した場合に装置は事
実上処理されるタスクに関して不適当であろう。さらに
悪いことに装置は、宇宙船の宇宙飛行計画を危険に陥れ
る状態、すなわち誤ったブースタ発射を起こす恐れがあ
る。
この可能性を避けるための人工衛星プロセッサの設計は
高価であり、通常能の性能を犠牲にしなければならない
。したがってより一般の方法は、セルの故障の検出およ
びバイパスするための何等かの手段を提供することであ
る。２つの技術が従来よく知られている。１つは、各セ
ルに並列に結合されるダイオードの回路網を必要とする
。この配置においてセルが作動する間は、ダイオードは
逆バイアスされ、電気的に開放され、周囲の回路に影響
しない。セルが故障するとき、ダイオードは、健全なセ
ルによって供給された電流によって順方向バイアスされ
、故障セルをバイパスする。
高価であり、通常能の性能を犠牲にしなければならない
。したがってより一般の方法は、セルの故障の検出およ
びバイパスするための何等かの手段を提供することであ
る。２つの技術が従来よく知られている。１つは、各セ
ルに並列に結合されるダイオードの回路網を必要とする
。この配置においてセルが作動する間は、ダイオードは
逆バイアスされ、電気的に開放され、周囲の回路に影響
しない。セルが故障するとき、ダイオードは、健全なセ
ルによって供給された電流によって順方向バイアスされ
、故障セルをバイパスする。
この方法は有効であり安価であるけれども、ダイオード
の固有抵抗は、その他のセルからエネルギを使い、熱の
形でそれを浪費する。電力流出は、この故障モードを保
護するために装置上の付加されたソーラーパネルまたは
バッテリセルを必要とする。熱の形でのエネルギの放散
は、バッテリまたは装置のその他の感度のよい素子の動
作に不利な影響を及ぼす恐れがある。ダイオードのヒー
トシンクのよく使用される技術は、人工衛星の製造費用
および重量を増加させ、一方電力流出問題を解決するも
のではない。
の固有抵抗は、その他のセルからエネルギを使い、熱の
形でそれを浪費する。電力流出は、この故障モードを保
護するために装置上の付加されたソーラーパネルまたは
バッテリセルを必要とする。熱の形でのエネルギの放散
は、バッテリまたは装置のその他の感度のよい素子の動
作に不利な影響を及ぼす恐れがある。ダイオードのヒー
トシンクのよく使用される技術は、人工衛星の製造費用
および重量を増加させ、一方電力流出問題を解決するも
のではない。
別の通常の技術は、遮断するような故障を検出するため
に各セルの電力レベルの監視を必要とする。電圧レベル
は、地上の制御器または技術者によって遠隔測定される
。技術者は、開回路事故に先立って故障セルをバイパス
するために、人工衛星まで命令を発信することによって
、遮断事故のデータに応じる。バイパスが事実上抵抗の
ない短絡回路によって生じているので、この技術によっ
て電力は浪費されない。残念なことにこの装置の有効な
動作は、十分な時間的方法において必要な命令を与える
人間の存在を必要とする。偶然的な技術者の存在におけ
る人工衛星の動作を成功したとして断言することは、完
全に満足できるものではなく、これは多少割り引いてみ
なければならない。
に各セルの電力レベルの監視を必要とする。電圧レベル
は、地上の制御器または技術者によって遠隔測定される
。技術者は、開回路事故に先立って故障セルをバイパス
するために、人工衛星まで命令を発信することによって
、遮断事故のデータに応じる。バイパスが事実上抵抗の
ない短絡回路によって生じているので、この技術によっ
て電力は浪費されない。残念なことにこの装置の有効な
動作は、十分な時間的方法において必要な命令を与える
人間の存在を必要とする。偶然的な技術者の存在におけ
る人工衛星の動作を成功したとして断言することは、完
全に満足できるものではなく、これは多少割り引いてみ
なければならない。
したがって、装置から電力を流出することまたはその他
の装置の動作に悪影響を及ぼすことなしに、セルの故障
に対して自動的に保護する安価なセルバイパス装置が必
要とされる。
の装置の動作に悪影響を及ぼすことなしに、セルの故障
に対して自動的に保護する安価なセルバイパス装置が必
要とされる。
［課題解決のための手段］
従来の技術において必要なものは、本発明のセルバイパ
ス回路によってアドレスされる。本発明は、バッテリの
セルに並列に電気接続されるダイオードを具備する。熱
スイッチはダイオードに熱的に接触によって取り付けら
れている。継電器のコンタクトは、ダイオードの付勢が
放散し熱スイッチを付勢する熱エネルギを生じるように
、セルに並列に接続されている。熱スイッチの付勢が、
そのコンタクトを介して欠陥のあるセルを順番に短絡を
する継電器の付勢を生じる。
ス回路によってアドレスされる。本発明は、バッテリの
セルに並列に電気接続されるダイオードを具備する。熱
スイッチはダイオードに熱的に接触によって取り付けら
れている。継電器のコンタクトは、ダイオードの付勢が
放散し熱スイッチを付勢する熱エネルギを生じるように
、セルに並列に接続されている。熱スイッチの付勢が、
そのコンタクトを介して欠陥のあるセルを順番に短絡を
する継電器の付勢を生じる。
［実施例］
本発明のセルバイパス回路は、第１図の好ましい実施例
および第２図の別の実施例に関してここで開示される。
および第２図の別の実施例に関してここで開示される。
第１図は、典型的なバッテリ回路内の本発明のセルバイ
パス回路を示す。バッテリ回路ＩＯは、セル１４．１Ｂ
、 １８．２０を有するバッテリ１２を具備する。説明
するために、１つのセルつまり４番目のセル２０は欠陥
のあるセルとして選ばれ、それ故その他のセル１４．１
６．１８から分離されて示されている。バッテリは、抵
抗ＲＬによって表されたある負荷を通して動作する。第
１のセル１４の負の端子は、負荷の他端とも共通する宇
宙船の構造に接続される。本発明のセルバイパス回路３
０の説明される構成は、バッテリＩ２の第４のセル２０
の両端に結合された状態で示される。
パス回路を示す。バッテリ回路ＩＯは、セル１４．１Ｂ
、 １８．２０を有するバッテリ１２を具備する。説明
するために、１つのセルつまり４番目のセル２０は欠陥
のあるセルとして選ばれ、それ故その他のセル１４．１
６．１８から分離されて示されている。バッテリは、抵
抗ＲＬによって表されたある負荷を通して動作する。第
１のセル１４の負の端子は、負荷の他端とも共通する宇
宙船の構造に接続される。本発明のセルバイパス回路３
０の説明される構成は、バッテリＩ２の第４のセル２０
の両端に結合された状態で示される。
セルバイパス回路３０は、セル２０に並列に接続される
ダイオード３２を具備する。ダイオードの陽極が、セル
２０の陽極に接続されていることは注意すべきである。
ダイオード３２を具備する。ダイオードの陽極が、セル
２０の陽極に接続されていることは注意すべきである。
したがって、ダイオード３２を通してセル２０から電流
は流れない。熱スイッチ３４は、それらの間の熱伝導を
容易にするようにダイオード３２に物理的に非常に接近
して設けられる。好ましい実施例において、熱スイッチ
３４はダイオード３２に熱的に結合される。熱スイッチ
３４は、継電器３８のコイル３Ｂに接続される。継電器
３８の常開コンタクト４０は、ヒユーズ４２を介してダ
イオード、３２と並列に接続される。バイパス回路３０
が健全なバッテリセルと並列に誤って動作しないように
、ヒユーズ４２が設けられている。すなわち、典型的な
宇宙船の応用において、単一の健全なセルの出力電流は
公称宇宙船電流より実質的に高くなることがあり得る。
は流れない。熱スイッチ３４は、それらの間の熱伝導を
容易にするようにダイオード３２に物理的に非常に接近
して設けられる。好ましい実施例において、熱スイッチ
３４はダイオード３２に熱的に結合される。熱スイッチ
３４は、継電器３８のコイル３Ｂに接続される。継電器
３８の常開コンタクト４０は、ヒユーズ４２を介してダ
イオード、３２と並列に接続される。バイパス回路３０
が健全なバッテリセルと並列に誤って動作しないように
、ヒユーズ４２が設けられている。すなわち、典型的な
宇宙船の応用において、単一の健全なセルの出力電流は
公称宇宙船電流より実質的に高くなることがあり得る。
したがって好ましい実施例において、ヒユーズは公称宇
宙船電流定格よりも４乃至５倍高い定格を有し、および
単一のセルの短絡回路の定格よりも２乃至３倍低い定格
を有するように選択される。
宙船電流定格よりも４乃至５倍高い定格を有し、および
単一のセルの短絡回路の定格よりも２乃至３倍低い定格
を有するように選択される。
熱スイッチ３４と継電器のコイル３Ｂとの間は、バス電
圧Ｖａである。好ましい実施例においてセルバイパス回
路３０はモールドされた立方体の中に設けられ、接続用
リード線によってバッテリ１２上にボルトで締められる
。
圧Ｖａである。好ましい実施例においてセルバイパス回
路３０はモールドされた立方体の中に設けられ、接続用
リード線によってバッテリ１２上にボルトで締められる
。
動作において、第４のセル２０が健全であるかぎり、バ
ッテリからの負荷電流ＩＬは負荷ＲＬに流れ、ダイオー
ド３２は逆バイアスされ開放状態にされる。第４のセル
２０が故障したとき、それは、開路状態になり、それを
通して流れる電流を阻止する。欠陥のあるセル２０の両
端の電圧降下がダイオード３２のターン・オン電圧を越
えるとき、ダイオード３２はオンされおよび導電が始ま
る。負荷電流１Ｌは、ダイオード３２を通して流れ、そ
の内部抵抗のためにダイオード３２は熱エネルギを放散
し始める。ダイオード３２からの熱放散は、熱スイッチ
３４によって受けられる。ダイオードの熱放散が熱スイ
ッチ３４のしきい値を越えるとき、熱スイッチ３４はオ
ンに切り替わり、電流ＩＢは継電器３８のコイル３６を
流れる。これは継電器３８の常開コンタクト４０を閉じ
るように継電器３８を付勢する。コンタクト４０が電気
的にダイオードおよびセル２０に並列に接続されている
ので、継電器３６の付勢はセル２０を短絡する。したが
って負荷電流ＩＬは欠陥のあるセル２０をバイパスする
。欠陥のあるセル２０が継電器を介してバイパスされる
ことによって、ダイオード３２は冷却され、熱スイッチ
３４は開かれ、継電器３８のコイル３Ｂの励磁を消去す
る。磁気的ラッチ型の継電器３８は、２つの可能な状態
つまり命令された動作に依存する開または閉状態のいず
れか一方において、半永久的に残る。開命令コイルは、
製造および開状態に継電器３８を初期化するように試験
する接地の期間、使用されるのでバイパス回路３０内に
示されていない。機械的および電気的に動作するラッチ
を具備するその他のラッチ型継電器の設計は可能である
。
ッテリからの負荷電流ＩＬは負荷ＲＬに流れ、ダイオー
ド３２は逆バイアスされ開放状態にされる。第４のセル
２０が故障したとき、それは、開路状態になり、それを
通して流れる電流を阻止する。欠陥のあるセル２０の両
端の電圧降下がダイオード３２のターン・オン電圧を越
えるとき、ダイオード３２はオンされおよび導電が始ま
る。負荷電流１Ｌは、ダイオード３２を通して流れ、そ
の内部抵抗のためにダイオード３２は熱エネルギを放散
し始める。ダイオード３２からの熱放散は、熱スイッチ
３４によって受けられる。ダイオードの熱放散が熱スイ
ッチ３４のしきい値を越えるとき、熱スイッチ３４はオ
ンに切り替わり、電流ＩＢは継電器３８のコイル３６を
流れる。これは継電器３８の常開コンタクト４０を閉じ
るように継電器３８を付勢する。コンタクト４０が電気
的にダイオードおよびセル２０に並列に接続されている
ので、継電器３６の付勢はセル２０を短絡する。したが
って負荷電流ＩＬは欠陥のあるセル２０をバイパスする
。欠陥のあるセル２０が継電器を介してバイパスされる
ことによって、ダイオード３２は冷却され、熱スイッチ
３４は開かれ、継電器３８のコイル３Ｂの励磁を消去す
る。磁気的ラッチ型の継電器３８は、２つの可能な状態
つまり命令された動作に依存する開または閉状態のいず
れか一方において、半永久的に残る。開命令コイルは、
製造および開状態に継電器３８を初期化するように試験
する接地の期間、使用されるのでバイパス回路３０内に
示されていない。機械的および電気的に動作するラッチ
を具備するその他のラッチ型継電器の設計は可能である
。
本発明は、ここで特に１つの応用について説明された実
施例に関して開示されているが、本発明がそれに限定さ
れないことは理解される。当業者は、本発明の技術的範
囲内で付加的な修正、応用、および実施例が可能である
ことを認めるであろう。
施例に関して開示されているが、本発明がそれに限定さ
れないことは理解される。当業者は、本発明の技術的範
囲内で付加的な修正、応用、および実施例が可能である
ことを認めるであろう。
例えば、多数の感知および切替える装置は、本発明の技
術的範囲を逸脱することなく使用される。
術的範囲を逸脱することなく使用される。
第１図のダイオード３２が、発光ダイオード３２°によ
って置換されており、および第１図の熱スイッチ３４が
感光素子３４゛によって置換されている別の実施例が第
２図に例示されている。この実施例の動作は、電流を感
知するフォトダイオード３２“によって発光された光が
ダイオード３２の熱放散の機能を行い、光の感知が継電
器３８を付勢するための熱の感知の代りに使用されるの
を除いて、本質的には第１図と同じである。ホール効実
装置がダイオード３２の代りに感知のために使用される
ことができ、およびシリコン制御整流器（ＳＣＲ）また
は電界効果トランジスタ（ＰＥＴ）が熱スイッチ３４の
代りにスイッチング用に使用されることができることが
理解できよう。
って置換されており、および第１図の熱スイッチ３４が
感光素子３４゛によって置換されている別の実施例が第
２図に例示されている。この実施例の動作は、電流を感
知するフォトダイオード３２“によって発光された光が
ダイオード３２の熱放散の機能を行い、光の感知が継電
器３８を付勢するための熱の感知の代りに使用されるの
を除いて、本質的には第１図と同じである。ホール効実
装置がダイオード３２の代りに感知のために使用される
ことができ、およびシリコン制御整流器（ＳＣＲ）また
は電界効果トランジスタ（ＰＥＴ）が熱スイッチ３４の
代りにスイッチング用に使用されることができることが
理解できよう。
特許請求の範囲は、任意のおよび全てのそのような修正
、応用、および実施例をカバーするものである。
、応用、および実施例をカバーするものである。
第１図は、本発明のセルバイパス回路の好ましい実施例
の概要図である。 第２図は、本発明のセルバイパス回路の別の実施例の概
要図である。 １０・・・バッテリ回路、１２．１４．１６．１８．２
０・・・セル、３０・・・セルバイパス回路、３２・・
・ダイオード、３４・・・熱スイッチ、３６・・・コイ
ル、３８・・・継電器、４０・・・コンタクト、４２・
・・ヒユーズ。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦
の概要図である。 第２図は、本発明のセルバイパス回路の別の実施例の概
要図である。 １０・・・バッテリ回路、１２．１４．１６．１８．２
０・・・セル、３０・・・セルバイパス回路、３２・・
・ダイオード、３４・・・熱スイッチ、３６・・・コイ
ル、３８・・・継電器、４０・・・コンタクト、４２・
・・ヒユーズ。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦
Claims (5)
- （１）セルに並列に接続されたダイオードと、前記ダイ
オードに熱的に接触し取付けられる熱スイッチと、 コイルとコンタクトを有する継電器とを具備し、このコ
イルが前記熱スイッチの付勢によって付勢されるように
前記熱スイッチに接続され、前記コンタクトが前記セル
に並列に接続され、 前記ダイオードの付勢が前記熱スイッチを付勢するよう
に放散する熱エネルギを生じ、前記熱スイッチの付勢が
前記継電器の付勢を生じて、それによって前記コンタク
トを介して前記セルを短絡するセルバイパス回路。 - （２）前記コンタクトの１端子と前記セルの１端子の間
に、ヒューズを具備する請求項１記載のセルバイパス回
路。 - （３）前記セルに並列に接続されたフォトダイオードと
、 前記フォトダイオードによる発光を検出するための感光
手段と、 コイルとコンタクトを有する継電器とを具備し、前記コ
イルが前記感光手段の付勢によって付勢されるように前
記感光手段に接続され、前記コンタクトが前記セルに並
列に接続され、 前記ダイオードの付勢が前記感光手段を付勢するように
放散する光エネルギを生じ、前記感光手段の付勢が前記
継電器の付勢を生じて、それによって前記コンタクトを
介して前記セルを短絡するセルバイパス回路。 - （４）前記コンタクトの１端子と前記セルの１端子の間
に、ヒューズを具備する請求項３記載のセルバイパス回
路。 - （５）セルを介して流れる電流を監視し、 セルを通して流れる電流が予め決定されたしきい値より
下に下がるとき、ダイオード手段を付勢し、 その付勢によって前記ダイオード手段からエネルギを放
射し、 前記ダイオード手段からの放射を検知し、 前記ダイオード手段から検知された放射に基づいて継電
器を付勢し、 前記継電器の付勢に基づいて欠陥のあるセルを短絡する
段階を含むバッテリの欠陥のあるセルをバイパスする方
法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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