JPH07169509A - 充放電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 二次電池の特性測定等の為の充電，放電を行
う充放電装置に関し、直列接続した二次電池に対する充
放電を効率良く行わせる。 【構成】 複数の二次電池Ｂ１〜Ｂｎをスイッチ回路３
−１〜３−ｎを介して直列接続し、直流電源部１から充
電電流を供給し、又電子負荷部２により放電を行わせる
充放電装置に於いて、スイッチ回路３−１〜３−ｎは、
二次電池Ｂ１〜Ｂｎに直列に接続した充電用半導体スイ
ッチＱ１及び放電用半導体スイッチＱ２と、二次電池Ｂ
１〜Ｂｎに並列に接続し、充電完了によりオンとするバ
イパス用半導体スイッチＱ３及び放電完了によりオンと
するバイパス用半導体スイッチＱ４と、ダイオードＤ５
〜Ｄ８とにより構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、二次電池を直列に接続
して、二次電池の充電又は放電を制御する充放電装置に
関する。各種の構成の二次電池が実用化されており、こ
のような二次電池の開発研究や製品の信頼性確認の為等
に於いて、二次電池の充電特性，放電特性，充放電の繰
り返し特性等の測定が行われている。その場合に、複数
の二次電池を直列に接続して、同時に特性測定を行うこ
とが考えられ、その場合の充放電制御を効率良く行う構
成が要望されている。

【０００２】

【従来の技術】図２は従来例の説明図であり、充放電装
置１３は、直流電流を供給できる直流電源部１１と、定
電流特性を有する電子負荷部１２とから構成され、同一
種類の複数の二次電池Ｂ１〜Ｂｎを直列に接続し、充放
電装置１３の直流電源部１１から実線矢印方向に充電
し、又電子負荷部１２により点線矢印方向に放電させる
ものである。

【０００３】複数の二次電池Ｂ１〜Ｂｎが全く同一の特
性の場合には、同一の充電電流によって充電された時
に、同時に充電完了状態となり、又同一の放電電流によ
り放電された時に、同時に所定の放電完了状態となる。
しかし、直列に接続した各二次電池Ｂ１〜Ｂｎには、そ
れぞれ製造誤差等による特性の相違によって、充電完了
時点にばらつきがあり、又放電完了状態となる時点にも
ばらつきがある。

【０００４】例えば、最初に充電完了となった二次電池
は、他の二次電池が充電完了でないことにより充電を継
続すると、過充電状態となって二次電池の機能が劣化す
る。同様に、最初に所定の放電完了状態となった二次電
池は、他の二次電池が放電完了状態でないことにより放
電を継続すると、過放電状態となって二次電池として機
能しなくなる場合が生じる。

【０００５】そこで、図３に示すように、スイッチ１４
−１〜１４−ｎを設け、各スイッチ１４−１〜１４−ｎ
を図示状態に切替えると、各二次電池Ｂ１〜Ｂｎは充放
電装置１３に対して直列に接続され、充電時は、直流電
源部１１から実線矢印方向に電流が供給されて充電が行
われる。又放電時は、電子負荷部１２により点線矢印方
向に電流が流れて放電が行われる。

【０００６】そして、充電時に、最初に充電完了となっ
た二次電池が例えばＢ２であるとすると、スイッチ１４
−２を切替えて、その二次電池Ｂ２をバイパスし、他の
二次電池Ｂ１，Ｂ３〜Ｂｎに対する充電を継続する。従
って、充電特性のばらつきに対して、各二次電池Ｂ１〜
Ｂｎを充電完了状態となるように充電することができ
る。同様に、最初に放電完了となった二次電池に対して
も、その二次電池対応のスイッチによってバイパスし、
他の二次電池の放電を継続する。

【０００７】図４は先に提案された充放電装置の説明図
であり、直流電源部１１は、商用交流電圧を整流平滑回
路によって整流して平滑化した構成を有するものであ
り、又電子負荷部１２は、定電流特性を有するものであ
り、例えば、トランジスタ１９と演算増幅器２０と抵抗
２１，２２と基準電源２３とから構成される。この電子
負荷部１２の図示の構成の場合、トランジスタ１９を介
して流れる電流を抵抗２２により検出し、この抵抗２２
による検出電流値と基準電源２３によって設定した基準
値とを、演算増幅器２０により比較してトランジスタ１
９を制御する。従って、トランジスタ１９を介して流れ
る電流は、基準電源２３による基準値に従った値に制限
され、定電流特性の負荷特性を実現できる。

【０００８】そして、二次電池Ｂに充電する場合は、ト
ランジスタ１５をオンとする。それによって、直流電源
部１１からトランジスタ１５，電子負荷部１２のトラン
ジスタ１９，抵抗２２，ダイオード１８を介して、二次
電池Ｂに充電電流が供給され、電子負荷部１２の定電流
特性によって充電電流は一定に維持される。又放電時
は、トランジスタ１６をオンとする。それによって、ダ
イオード１７，電子負荷部１２のトランジスタ１９，抵
抗２２，トランジスタ１６の経路で放電し、電子負荷部
１２の定電流特性によって一定電流による放電が行われ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする問題点】複数の二次電池Ｂ１
〜Ｂｎを直列接続して充電又は放電を行わせる場合、図
３に示すように、切り離しとバイパスとを行うスイッチ
１４−１〜１４−ｎを設けることになる。二次電池Ｂ１
〜Ｂｎを直列接続することにより、充放電装置１３は、
例えば、５００Ｖ，４００Ａ程度の出力特性を必要とす
ることになり、スイッチ１４−１〜１４−ｎも耐圧が１
０００Ｖ程度で、５００Ａ程度の直流電流を遮断及び切
替える必要がある。しかし、このような比較的大電流の
直流を遮断及び切替える為の電磁スイッチ等は、直流ア
ーク消去等の特殊な構成とする必要があるから、大型化
する問題がある。本発明は、小型化を図り且つ操作性を
向上することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の充放電装置は、
図１を参照して説明すると、複数の二次電池Ｂ１〜Ｂｎ
を直列に接続して充電する為の直流電源部１と、放電を
行う為の定電流特性を有する電子負荷部２とを備えた充
放電装置に於いて、二次電池Ｂ１〜Ｂｎにそれぞれ直列
に接続した充電用半導体スイッチＱ１及び放電用半導体
スイッチＱ２と、二次電池Ｂ１〜Ｂｎにそれぞれ並列に
接続した充電時のバイパス用半導体スイッチＱ３及び放
電時のバイパス用半導体スイッチＱ４とからなるスイッ
チ回路３−１〜３−ｎを設けた。

【００１１】又複数の二次電池Ｂ１〜Ｂｎのそれぞれの
端子電圧を検出して充電状態又は放電状態を判定する電
圧検出処理部４と、この電圧検出処理部４に於ける処理
結果に基づいてスイッチ回路３−１〜３−ｎを制御する
切替制御部５とを設けることができる。

【００１２】

【作用】直列に接続した二次電池Ｂ１〜Ｂｎ対応のスイ
ッチ回路３−１〜３−ｎは、半導体スイッチＱ１をオン
とし、他の半導体スイッチＱ２〜Ｑ４をオフとすると、
二次電池Ｂ１〜Ｂｎは、直流電源部１から充電される構
成となる。この充電時に、充電完了状態の二次電池を識
別すると、その二次電池対応のスイッチ回路の半導体ス
イッチＱ１をオフとし、半導体スイッチＱ３をオンとす
る。即ち、充電完了の二次電池に供給される充電電流を
遮断し、且つその二次電池をバイパスして、他の二次電
池に対する充電電流が流れるようにする。又各スイッチ
回路３−１〜３−ｎの半導体スイッチＱ２のみをオンと
すると、二次電池Ｂ１〜Ｂｎは電子負荷部２を介して放
電される状態となる。そして、放電完了の二次電池対応
のスイッチ回路の半導体スイッチＱ２をオフとし、半導
体スイッチＱ４をオンとすると、放電完了の二次電池は
切り離され、且つその二次電池をバイパスして他の二次
電池の放電電流が流れる構成となる。

【００１３】又電圧検出処理部４は、充電時及び放電時
の各二次電池Ｂ１〜Ｂｎの端子電圧を検出し、充電完了
状態であるか或いは放電完了状態であるかを、二次電池
の種類等を基に判定し、その判定結果に応じて、例え
ば、充電完了状態の二次電池対応のスイッチ回路の半導
体スイッチＱ１をオフとし、半導体スイッチＱ３をオン
とするように、切替制御部５から制御する。放電時に於
いても、端子電圧を基に放電完了状態であるか否かを、
電圧検出処理部４に於いて判定し、放電完了状態の二次
電池対応のスイッチ回路の半導体スイッチＱ２をオフと
し、半導体スイッチＱ４をオンとするように、切替制御
部５から制御する。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の実施例の説明図であり、直流
電源部１と電子負荷部２とは、図４に示す先に提案され
た構成とすることができる。４は電圧検出処理部、５は
切替制御部、６−１〜６−ｎは電圧検出線、７−１〜７
−ｎは切替制御信号線、Ｑ１は充電用半導体スイッチ、
Ｑ２は放電用半導体スイッチ、Ｑ３は充電時のバイパス
用半導体スイッチ、Ｑ４は放電時のバイパス用半導体ス
イッチである。

【００１５】又スイッチ回路３−１〜３−ｎは、ＩＧＢ
Ｔ（絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ），ＦＥＴ
（電界効果トランジスタ），ＳＩＴ（静電誘導トランジ
スタ），バイポーラ・トランジスタ等の半導体スイッチ
Ｑ１〜Ｑ４と、外付け或いは内蔵されたダイオードＤ１
〜Ｄ４と、逆流防止用のダイオードＤ５〜Ｄ８とを含む
構成とすることができる。

【００１６】又電圧検出処理部４は、各二次電池Ｂ１〜
Ｂｎの端子電圧を、電圧検出線６−１〜６−ｎを介して
検出するものである。又二次電池Ｂ１〜Ｂｎの種類等に
よって定まる充電完了電圧及び放電完了電圧が設定され
る。又切替制御部５は、切替制御信号線７−１〜７−ｎ
を介してスイッチ回路３−１〜３−ｎを制御するもので
ある。又電圧検出処理部４と切替制御部５との判断処理
や制御処理の機能は、マイクロプロセッサ等によって実
現することができる。

【００１７】二次電池Ｂ１〜Ｂｎに対する充電開始時
は、直流電源部１から供給する充電電流が設定される。
例えば、図４に於いて、トランジスタ１５をオンとし、
且つ基準電源２３によって電子負荷部１２に流れる電流
を設定して、直流電源部１１から供給する充電電流を設
定することができる。又切替制御部５から切替制御信号
線７−１〜７−ｎを介してスイッチ回路３−１〜３−ｎ
に、半導体スイッチＱ１をオンとする制御信号が加えら
れる。それによって、各二次電池Ｂ１〜Ｂｎは、スイッ
チ回路３−１〜３−ｎの半導体スイッチＱ１とダイオー
ドＤ５とを介して直列に接続され、直流電源部１から所
定の充電電流が二次電池Ｂ１〜Ｂｎに供給される。

【００１８】充電開始後に、二次電池Ｂ１〜Ｂｎの端子
電圧を電圧検出処理部４に於いて監視し、予め設定した
充電完了電圧となると、切替制御部５を制御し、切替制
御部５から切替制御信号線を介して充電完了状態の二次
電池対応のスイッチ回路の半導体スイッチＱ３をオンと
し、それによって、充電完了状態の二次電池をバイパス
して他の二次電池の充電電流を流し、又半導体スイッチ
Ｑ１をオフとして、充電完了状態の二次電池を切り離
す。この場合、半導体スイッチＱ１，Ｑ３が同時にオン
状態となる期間が存在しても、ダイオードＤ５により充
電完了状態の二次電池の放電は阻止される。そして、総
ての二次電池Ｂ１〜Ｂｎが充電完了状態となると、スイ
ッチ回路３−１〜３−ｎの半導体スイッチＱ１〜Ｑ４は
総てオフ状態に制御される。従って、直列接続された二
次電池Ｂ１〜Ｂｎの充電特性にばらつきがあっても、そ
れぞれ充電完了状態とすることができ、過充電状態とな
ることを回避できる。

【００１９】又放電を行う場合は、電子負荷部２に放電
電流値が設定される。例えば、図４に於いて、トランジ
スタ１６をオンとし、且つ基準電源２３によって放電電
流値を設定することができる。又切替制御部５から切替
制御信号線７−１〜７−ｎを介してスイッチ回路３−１
〜３−ｎの半導体スイッチＱ２がオンとなるように制御
される。それによって、直列接続された二次電池Ｂ１〜
Ｂｎは電子負荷部２を介して放電される。

【００２０】放電開始後に、二次電池Ｂ１〜Ｂｎの端子
電圧を電圧検出処理部４に於いて監視し、予め設定した
放電完了電圧となると、切替制御部５を制御し、この切
替制御部５から切替制御信号線を介して放電完了状態の
二次電池対応のスイッチ回路の半導体スイッチＱ４をオ
ンとし、又半導体スイッチＱ２をオフとする。それによ
って、放電完了状態の二次電池をバイパスして他の二次
電池の放電電流を継続して流し、且つ放電完了状態の二
次電池を切り離す。そして、総ての二次電池Ｂ１〜Ｂｎ
が放電完了状態となると、スイッチ回路３−１〜３−ｎ
の半導体スイッチＱ１〜Ｑ４は総てオフ状態に制御され
る。従って、直列接続された二次電池Ｂ１〜Ｂｎの放電
特性にばらつきがあっても、それぞれ充電完了状態とす
ることができ、過放電状態として使用不可能或いは極端
に特性劣化状態とすることを回避できる。

【００２１】半導体スイッチＱ１〜Ｑ４を、例えば、Ｉ
ＧＢＴにより構成した場合、ダイオードＤ１〜Ｄ４が寄
生ダイオードとして内蔵された構成となり、又耐圧１２
００Ｖ、電流５００Ａで、オン電圧（Ｖ_CE(sat) ）２．
７Ｖ程度の特性のＩＧＢＴが既に市販されているから、
充放電電流が２００Ａ程度であれば、スイッチ回路３−
１〜３−ｎは、４個の半導体スイッチＱ１〜Ｑ４と、４
個のダイオードＤ５〜Ｄ８とにより構成することができ
る。その場合、充電電流や放電電流による発熱は放熱フ
ィン等によって容易に放熱することができる。従って、
小型化が可能となり、且つ切替制御が容易となる。又半
導体スイッチＱ１〜Ｑ４とダイオードＤ５〜Ｄ８は、１
素子当たりの許容損失及び最大電流を考慮して、並列接
続することにより、更に大きな充放電電流を切替えるこ
とも可能である。

【００２２】又ＦＥＴ等により構成した場合、高耐圧の
構成のＦＥＴを最大電流値に対応して並列接続すること
により、半導体スイッチＱ１〜Ｑ４をそれぞれ構成する
ことができる。又ＳＩＴ（静電誘導トランジスタ）によ
って構成することも可能である。又二次電池Ｂ１〜Ｂｎ
の充電開始又は放電開始前に、電圧検出処理部４に於い
て二次電池Ｂ１〜Ｂｎの接続状態を検出することによ
り、直列接続数を任意に選定可能とし、且つ二次電池が
接続された個所のスイッチ回路と、二次電池が接続され
ていない個所のスイッチ回路とを識別して、切替制御部
５からスイッチ回路の半導体スイッチＱ１〜Ｑ４を制御
する構成とすることも可能である。従って、二次電池を
接続するだけで、充電特性や放電特性を自動的に測定開
始することも可能となる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、複数の
二次電池Ｂ１〜Ｂｎを直列に接続して充電又は放電を行
い、且つ充電完了状態又は放電完了状態に於いてバイパ
スする為のスイッチ回路３−１〜３−ｎを、ＩＧＢＴ等
の半導体スイッチＱ１〜Ｑ４により構成したことによ
り、小型化を図ることができる。又切替制御や遮断制御
も容易となり、多数の二次電池を一括して充電特性や放
電特性を測定することができる利点がある。

【００２４】又電圧検出処理部４により各二次電池Ｂ１
〜Ｂｎの電圧を検出処理し、充電完了電圧であるか否か
を判定し、又放電完了電圧であるか否かを判定して、切
替制御部５を制御し、この切替制御部５からスイッチ回
路３−１〜３−ｎの半導体スイッチＱ１〜Ｑ４を制御す
るもので、スイッチ回路３−１〜３−ｎを半導体スイッ
チＱ１〜４により構成したことにより、充電中状態、充
電完了状態、放電中状態、放電完了状態に対応して、切
替制御部５から容易に制御することができる利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の説明図である。

【図２】従来例の説明図である。

【図３】従来例の説明図である。

【図４】先に提案された充放電装置の説明図である。

【符号の説明】

１ 直流電源部 ２ 電子負荷部 ３−１〜３−ｎ スイッチ回路 ４ 電圧検出処理部 ５ 切替制御部 ６−１〜６−ｎ 電圧検出線 ７−１〜７−ｎ 切替制御信号線 Ｑ１ 充電用半導体スイッチ Ｑ２ 放電用半導体スイッチ Ｑ３ 充電時のバイパス用半導体スイッチ Ｑ４ 放電時のバイパス用半導体スイッチ Ｂ１〜Ｂｎ 二次電池

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の二次電池（Ｂ１〜Ｂｎ）を直列に
   接続して充電する為の直流電源部（１）と、放電を行う
   為の定電流特性を有する電子負荷部（２）とを備えた充
   放電装置に於いて、 前記二次電池（Ｂ１〜Ｂｎ）にそれぞれ直列に接続した
   充電用半導体スイッチ（Ｑ１）及び放電用半導体スイッ
   チ（Ｑ２）と、前記二次電池（Ｂ１〜Ｂｎ）にそれれぞ
   れ並列に接続した充電時のバイパス用半導体スイッチ
   （Ｑ３）及び放電時のバイパス用半導体スイッチ（Ｑ
   ４）とからなるスイッチ回路（３−１〜３−ｎ）を設け
   たことを特徴とする充放電装置。
2. 【請求項２】 複数の前記二次電池（Ｂ１〜Ｂｎ）のそ
   れぞれの端子電圧を検出して充電状態又は放電状態を判
   定する電圧検出処理部（４）と、該電圧検出処理部
   （４）に於ける処理結果に基づいて前記スイッチ回路
   （３−１〜３−ｎ）を制御する切替制御部（５）とを設
   けたことを特徴とする請求項１記載の充放電装置。