JPH07322512A - 組電池及びそれを用いた電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 組電池を構成する個々の単セル電池の特性の
違いによる充放電を最適なものとする組電池を提供す
る。 【構成】 組電池内の単セル電池１１〜１６からは、そ
れぞれの電極１７〜２７が互いに接続することなく外部
に露出させておく。そして、１つの組電池として使用す
る際には、例えば、個々の電極を所定の組み合わせで接
続する。例えば、電極Ｘ，Ｙを接続する場合を［Ｘ，
Ｙ］で表わした場合、［１８、１９］、［２０、２１］
［２４、２５］［２６、２７］、［１７、２３］、［２
２、２８］とし、［１７、２３］をプラス電極、［２
２、２８］をマイナス電極とすることで３直列２並列の
組電池として使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は複数の単セル電池で構成
される組電池及びそれを使用する電子機器に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】かねてより、小形電子装置などを駆動す
るのに電池が利用されてきた。単セルの電池は、その電
池の種類によって固有の（公称）出力電圧を持ってい
る。例えは、ニッケル−カドミウム電池においてはセル
当たり１．２ボルト程度、リチウムイオン電池において
はセル当たり３．６ボルト程度である。

【０００３】そこで、より大きな電圧を発生したいとき
は単セル電池を直列に接続して使用することが広く行わ
れている。また、単セルでは電池の容量が不足している
場合は単セル電池を並列に接続し、容量を増加させて使
用することもまた広く行われている。よって、電子装置
等の駆動電源として電池を使用する場合、複数の単セル
電池を直並列に接続して、組電池を形成し、あたかも１
個の電池のように使用している例が多い。

【０００４】図１０は、従来の組電池１００の構成を示
す一例である。図では、例として３直列２並列の組電池
の例を挙げた。図示の組電池１００において、１０１〜
１０６はそれぞれの単セル電池、１０７は正電極、１０
８は負電極である。

【０００５】従来これらの組電池を充放電（電力の取り
込み、取り出し）するときは、組電池全体での正極１０
７と負極１０８を用いることにより一つのユニットとし
て行われている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように一つのユニットとして組電池を使用する際に
は、組電池を構成する個々の単セル電池に不具合が起き
た場合、その影響が組電池全体に波及するという欠点が
あった。

【０００７】例えば、組電池を充電中に単セル電池の１
つに異常（短絡、解放）が起きると、その影響で、他の
単セル電池が過電力（過電圧もしくは過電流）充電の状
態に陥る。これは、電池の破裂、液漏れ、引火の原因と
なり大変に危険である。

【０００８】また、単セル電池は、放電するにつれてそ
の電圧が低下するという性質を持つ。すなわち、放電開
始の際の電圧（放電開始電圧）に対し放電が終了する電
圧（放電終止電圧）は低くなっている。この単セル電池
を組電池として使用する際は、全体の放電終止電圧は、 （単セルの放電終止電圧）×（組電内部で直列接続とな
っている単セルの数） となる。

【０００９】しかしながら、現実にはそれぞれの単セル
電池の放電終止電圧は、図１１に示すようにばらつきが
ある。これは、各単セル電池間の性能バラツキに起因す
るもので、同じ放電電流をもって放電をしても、電池容
量の目減りの速度がセルによって異なるために起こる現
象である。よって、組電池内の単セル電池で、放電終止
電圧に達したものと、そうでないまま放電を終了してし
まったものが混在するという事態がしばしば生ずる。

【００１０】このような状態で充放電サイクルを繰り返
すと、バッテリの種類によってはメモリ効果という現象
を引き起こしてしまうことがある。この現象は、浅い充
放電サイクル（完全に充放電をしない充放電サイクル
を）繰り返すと、満充電状態まで充電できなくなった
り、放電可能な容量が低下したりするものであり、組電
池ユニットを組み込んだ装置に、無用のトラブルを引き
起こすおそれがある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は係る問題点に鑑
みなされたものであり、個々の単セル電池の特性の違い
による充放電を最適なものとする組電池を提供しようと
するものである。

【００１２】この課題を解決するため、本発明における
組電池は以下の構造を備える。すなわち、複数の単セル
電池で構成される組電池であって、１個の組電池として
使用する場合には個々の単セル電池の電極を所定の組み
合わせで接続し、充電する際には個々の単セル電池の電
極が互いに非接続状態となるべく、個々の単セル電池の
電極を外部に露出させてなる。

【００１３】また、他の発明は、上記組電池の充電を適
切に行うことを可能ならしめる電子機器を提供しようと
するものである。

【００１４】この課題を解決するため、本発明の電子機
器は、例えば次のような構成を備える。すなわち、組電
池の外部に露出した個々の単セル電池の電極に対して、
それぞれ充電電圧を印加する充電電圧印加手段と、個々
の単セル電池の容量を検出する検出手段と、前記充電電
圧印加手段、前記検出手段を統括し、十分な充電が完了
した単セル電池に対しては、前記充電電圧印加手段によ
る充電電圧の印加を停止する制御手段とを備える。

【００１５】

【作用】かかる本発明の組電池の構造によれば、１つの
組電池として使用する際には、個々の単セル電池から取
り出した電極を所定の組み合わせで接続する。そして、
充電する場合には、個々の単セル電池単位に充電を行
う。

【００１６】

【実施例】以下、添付図面に従って本発明に係る実施例
を詳細に説明する。

【００１７】図１は、第１実施例による組電池の構成を
示す図である。なお、本第１実施例においては単セル電
池が３直列２並列の場合を示した。もちろん、他の個数
の組み合わせで組電池を構成しても構わない。

【００１８】さて、組電池ユニット１０（外観上は１つ
の電池として見える）には、単セル電池１１〜１６が搭
載されている。本実施例では、このユニットに電極１７
〜２８が 単セル電池１１〜１６の正負それぞれより取
り出されている。この図１の状態においては各単セル電
池は、相互に接続されることなく一つ一つ独立の状態に
あり、電気回路上解放された状態にある。

【００１９】図２は、図１の組電池をいわゆる組電池と
しての機能で使用する際の図を示す。なお、図面上、同
一構成には同符番を付している。組電池としての機能で
使用する際は接続手段（例えば導線等）２９〜３４なら
びに正極２５、負極３６、等を組電池ユニット１０に付
して使用するものである。

【００２０】尚、図２における接続手段２９〜３４を接
続する構造としては、組電池の側面に各電極に対応する
導電性の孔を設け、その孔に導線（もしくは、導線を内
蔵した「コ」字状のチップを差し込むことが考えられる
が、これでは作業が面倒である（充電時には、各導線を
取り除く必要がある）。そこで、この組電池を収納する
別個のケースを用意し、このケースの内側に組電池の側
面にある該当する電極どうしを接続する導電性パターン
を形成させておく。これによれば、一度の作業で全ての
電極の接続が完了する。また、異なる導電パターンをケ
ースの内側に設けることで、場合によっては２直列３並
列や、６直列の仕様等、様々な仕様にも変更されるので
都合が良い。換言すれば、同一組電池であっても、ケー
スを交換することで、様々な仕様の電子機器に対応する
ことが可能になる。

【００２１】図３は、図１の組電池を個別の単セル電池
個々として扱う際の図である。

【００２２】電極１７〜２８より接続手段（例えば導線
等）３７〜４８を取り出して扱うことが可能である。

【００２３】この組電池ユニット１０を、負荷装置に対
して電力供給をする際は図２の形態で放電させ、組電池
を充電する際は図３の形態で３７、３８〜４７、４８の
導線対を利用して各単セル電池ごとに充電具合を管理し
ながら充電させて本組電池を使用する。充電させる場合
には、専用の充電装置に装着することになるが、この組
電池のケースをはずさないと装着できないようにしてお
けば何の問題もおきない。

【００２４】このような構成、方法をとることにより、
組電池を充電する上で、単セル電池の一つに異常（短
絡、解放）が起きても、他の単セル電池が過電力（過電
圧または過電流）印荷の状態になることはない。すなわ
ち、個々の単セル電池の不具合の全体への波及を防ぐこ
とが可能となる。

【００２５】尚、ケースへの装填、取り出しで電極どう
しの接続・非接続を行うことのみに限定されるものでは
なく、実施例における組電池を装着する電気機器側で、
これらの電極の接続、非接続を行なうようにしても良
い。

【００２６】図４にこの放電をシステム化した例の構成
を示す。

【００２７】５０は充放電システム、５１は制御手段
（例えばＭＰＵ）、５２〜５７は、個々の単セル電池を
充電するための充電手段（例えば、充電器）、５８〜６
３は個々の単セル電池の容量などを検出するための検出
手段（例えば、検出器）である。また、６４は、制御手
段と充電手段とを結ぶバスライン等であり、６５は、制
御手段と検出手段とを結ぶバスライン等である。このよ
うなシステム内に図１等に示した組電池１０が組み込ま
れている。

【００２８】まず、制御手段５１は、各々の充電手段５
２〜５７に対して、付属している各単セル電池１１〜１
６をそれぞれ充電するようにバランスライン等６４を用
いて命令する。すると、命令を受信した充電手段５２〜
５７は、単セル電池１１〜１６の充電をそれぞれ開始す
る。１１〜１６のうちの一つの単セル電池が満充電状態
に達すると５８〜６３のうちのその単セル電池に対応す
る検出手段がバスライン等６５を用いて制御手段５１に
その情報を送信する。これを受けて、制御手段５１は、
バスライン等６４を通して満充電状態になった単セル電
池に対応する充電手段の充電作業を終了させる。システ
ム中のすべての単セル電池１１〜１６の充電が終了され
た時点で、制御手段５１は、充電システムの動作を完了
させる。このように、組電池ユニット１０は、個々の単
セル電池１１〜１６に分けられた状態で個別に充電され
ることになる。

【００２９】仮に、充電中に単セル電池に短絡等の異常
が起きた場合、システムは次のように働く。

【００３０】まず、検出器５８〜６３は、それぞれの該
当する単セル電池が異常状態になったかどうかを検出す
る。次に、その検出器は、バスライン等６５を介して制
御手段５１にその情報を送信する。制御手段５１は、こ
の情報を受信した場合には、バスライン等６４を通して
異常単セル電池に対応する充電手段の充電処理を中断さ
せる。尚、このとき、外部にその旨（異常がある点と、
どの単セル電池が異常なのか等）を報知するようにして
も良い。

【００３１】こうして、充電された組電池ユニットは、
負荷に電力を供給する際は図２の形状で使用される。す
なわち放電時にのみ単セル電池どうしを接続して使用す
る。この電力供給形態を図５に示す。

【００３２】６６は電力を供給すべき負荷（電子機器本
体）、６７〜６８は組電池ユニットと負荷を接続する接
続手段である。

【００３３】組電池ユニットは、負荷装置に組み込まれ
ると（放電時）、組電池ユニット１０の単セル電池同士
が接続手段により結線され、組電池ユニット１０から負
荷６６へ電力供給が可能なように、組電池ユニット１０
全体の正極と負極が形成される。こうして組電池ユニッ
ト全体の正負極を通じて負荷に電力が供給される。

【００３４】以上のような手順で組電池の充放電を行
う。これにより、組電池として高い容量や電圧を供給可
能であるという組電池のメリットは保ちながら、かつ、
充電時に組電池１０の内部で単セル電池に異常が起きて
ても過電力印荷状態（過電圧もしくは過電流印荷状態）
が起こる恐れはない。また、放電時のみ組電池を図２、
図５の形態にすることにより、保管時の単セル電池の容
量のバラツキによる組電池内の通電をも防ぐことがで
き、組電池の安全な保管が可能である。

【００３５】よって、実施例によれば、組電池中の一つ
の単セル電池の異常が全体に波及するのを防ぐことを可
能にする。また、先に説明したように、単セル電池の接
続の仕方を変化させることによって、組電池の容量と、
供給電圧をある程度自由に選べる、という利点も併せて
得られる。例えば、図１における組電池を、４直列と２
直列の２通りの電源供給源としても使用できよう。

【００３６】尚、パーソナルコンピュータ等、室内で使
用時には、ＡＣ／ＤＣ変換器を介して動作しながら、内
蔵の充電可能なバッテリを充電するものもある。かかる
装置に適応する場合、その装置自身が、バッテリで動作
する場合には、３直列２並列等で動作すると共に、充電
時には個々の単セル電池を上記のようにして充電させる
機構を設けても構わない。つまり、使用目的の電子機器
自身に、上記の如く、充電時の電極の接続、非接続とを
切り換える手段を設けても構わない。

【００３７】＜第２の実施例の説明＞図６に第２の実施
例における構成を示す。

【００３８】図示において、６６は組電池全体の負荷
（コンピュータ等の電子機器）、６７及び６８は組電池
ユニットと負荷を接続する接続手段、７１〜７６は単セ
ル電池一本一本に対応する別の負荷、８０は組電池全体
の容量・電圧等の検知手段、８１〜８６は単セル電圧一
本一本に対応する容量・電圧等の検知手段である。ま
た、９１〜９６はスイッチ等のような回路切換手段であ
る。

【００３９】以下、本実施例の動作を、図７のフローチ
ャートを用いて説明する。尚、負荷６６は不図示のＡＣ
／ＤＣ変換器を介して駆動電力の供給を受けている。

【００４０】組電池は、組電池全体の負荷６６に対し電
力の供給（放電）を行う（ステップＳ７１）。この時、
回路切換手段９１〜９６は、全て「ア」側に接続されて
いる。なお、岐路切換手段９１〜９６は、負荷６６、つ
まり、実施例における組電池で動作する電気機器内の不
図示のＣＰＵによって制御される。

【００４１】まず、この組電池における放電終了電圧の
概略値ＶＧは、 ＶＧ＝ｎ×（単セル電池の放電終止電圧） （ｎ：組電
池内部で直列接続になっている単セル電池の本数） そこで、本実施例においては、仮の放電終了電圧として
ＶＧよりやや高めの値ＶＨを設定する（ＶＨは、単セル
電池の種類やその個数によって変化する）。

【００４２】検知手段８０によって、組電池全体の端子
電圧値がＶＨに達したことが検出されたならば（ステッ
プＳ７２）、負荷に対する組電池の放電を停止する。こ
れを受け、回路切換手段９２〜９６は、「ア」側から
「イ」側へ切り替えられる（ステップＳ７３）。

【００４３】これにより、一本一本の単セル電池は今度
は別の負荷に接続され、閉回路を形成される。この別の
負荷は、組電池によって０．２Ｃ〜０．３Ｃ程度の大き
さの電流が流れるように回路定数等が設定されている。
こうして、単セル電池一本一本を、この電流で改めて放
電し直す（フローチャートＳ７４）。個々の単セル電池
が、単セル電池固有の放電終止電圧に達すると、８１〜
８６の検出手段がこれを検知し（ステップＳ７５）、こ
の結果、別負荷に対する再放電が終わる（ステップＳ７
６）。

【００４４】こうして、組電池ユニット中の全ての単セ
ル電池が再放電を終わったことが確認されたならば（ス
テップＳ７７）、システムの放電を終わる（ステップＳ
７８）。

【００４５】このような構成、方法をとることにより、
単セル電池一本一本をバラツキなく完全に放電終止電圧
まで放電することができ、組電池全体が完全に放電され
ない状態が起こることを防ぐことが可能である。従っ
て、組電池に対するメモリ効果の問題は回避される。

【００４６】本発明は、電子機器側で実現すると非常に
効果的であるが、手動にて行っても構わない。

【００４７】＜第３の実施例の説明＞次に、単セル電池
の放電終止電圧と組電池内の本数から推測される放電終
了電圧概略値ＶＧよりも、実際の組電池全体の放電終了
電圧を下げる構成についての説明をする。例えば、その
値をＶＧＮ（ＶＧＮ＜ＶＧ）とする。

【００４８】但し、この電圧は、単セル電池のバラツキ
値ΔＶに対して低すぎない値とする。つまり、 ＶＧＮ≧ＶＧ−ΔＶ×ｎ （ｎ：組電池内部での直列接
続されている電池の本数） である。このＶＧＮまで放電させることにより、たと
え、構成する各単セル電池にバラツキがあったとして
も、全ての単セル電池は、完全に放電された状態とな
る。よって、本方法もメモリ効果を回避に有効である。
ただし、本実施例を実施すると一部の単セル電池は、過
放電状態（放電終止電圧を下回ってしまう状態）とな
る。故に、本方法は過放電に強い電池に適している。

【００４９】＜第４の実施例の説明＞図８に、本発明の
第４実施例の構成を示す。また、図９は、本実施例のフ
ローチャートである。

【００５０】放電中における、組電池中の各単セル電池
の電圧間のバラツキは、放電電流値が大きいほど大きく
なるという性質を有する。換言すれば、電池から微小電
流を流せば、このバラツキは小さくなるといえる。この
ような性質を背景とし、第４の実施例を説明する。

【００５１】図８において、１は図３または図１０に示
されるような組電池ユニット等であり、その正極に当た
るのは符号２であり、同様に負極は符号３である。ま
た、４は組電池の電力供給先を負荷もしくは別の接続手
段に切り換える切換手段、６６はシステム等の負荷、５
はそれ以外の別の接続手段である。

【００５２】以下図９のフローチャートをも参照して、
本発明の動作を述べる。

【００５３】まず、４の切換手段によって、電力供給先
をシステム等の負荷６６側に設定する。そして、通常の
放電を行う（ステップＳ９１）。ここで、放電を終了す
るに当たり、予め、単セル電池の放電終止電圧などによ
り予想される放電終了電圧概略値ＶＧに比べて、放電を
終了させる電圧をやや高めＶＨに設定しておく。この設
定された電圧ＶＨに達したら（ステップＳ９２）、切換
手段５を切り換えることにより（ステップＳ９３）、負
荷に対する放電を中止し、別の接続手段へ接続する。

【００５４】次に、この別の接続手段に対して微小電流
（０．０２Ｃ〜０．０３Ｃ）で放電を行う（ステップＳ
９４）。そして。組電池の全体電圧が予想される放電終
了電圧概略値ＶＧに達した時点で（ステップＳ９５）放
電を中止させる（ステップＳ９６）。

【００５５】本第４の実施例を採用すれば、放電電流値
が小さければ、各単セル間の電圧のバラツキが小さくな
る。よって、放電終止電圧時に、各単セル電池が均等
に、しかも完全に放電された状態に非常に近くなる。

【００５６】よって、本実施例はメモリ効果を防止する
手段として有効である。

【００５７】

【発明の効果】以上説明した様に本発明によれば、個々
の単セル電池の特性の違いによる充放電を最適にさせる
ことが可能になる。

【００５８】また、その組電池を用いた本発明が提案す
る電子機器においては、組電池の充電を適切に行うこと
が可能になる。

【００５９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成を示す図である。

【図２】本発明の第１実施例の構成の応用例である。

【図３】本発明の第１実施例の構成の応用例である。

【図４】本発明の第１実施例をシステム化した例であ
る。

【図５】本発明の第１実施例の電力形態の一例を示した
図である。

【図６】本発明の第２実施例の構成を示す図である。

【図７】本発明の第２実施例の動作を表わすフローチャ
ートである。

【図８】本発明の第４実施例の構成を示す図である。

【図９】本発明の第４実施例の動作を表わすフローチャ
ートである。

【図１０】従来の技術の一例を示す図である。

【図１１】単セル電池の放電時間とその終止電圧の特性
曲線を示す図である。

【符号の説明】

１０ 実施例における組電池ユニット １１〜１６ 実施例における組電池ユニットを構成
する単セル電池 １７〜２８ 単セル電池より取り出された電極 ２９〜３４ 組電池として使用する際の接続手段 ５０ 本発明における充放電システム ５１ 制御手段（ＭＰＵ等） ５２〜５７ 個々の単セル電池を充電するための充
電手段 ５８〜６３ 個々の単セル電池の容量等を検出する
ための検出手段 ６４ 制御手段と充電手段とを結ぶバスライ
ン等 ６５ 制御手段と検出手段とを結ぶバスライ
ン等 ６６ 組電池が電力ユニットと負荷を接続す
る接続手段 ６７〜６８ 組電池ユニットと負荷を接続する接続
手段 ７１〜７６ 単セル電池一本一本に対応する別の負
荷 ８０ 組電池全体の容量・電圧等の検知手段 ８１〜８６ 単セル電池一本一本に対応する容量・
電圧等の検知手段 ９１〜９６ 回路切換手段 １ 組電池 ４ 回路切換手段 ５ 別の接続手段

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の単セル電池で構成される組電池で
   あって、 １個の組電池として使用する場合には個々の単セル電池
   の電極を所定の組み合わせで接続し、充電する際には個
   々の単セル電池の電極が互いに非接続状態となるべく、
   個々の単セル電池の電極を外部に露出させてなることを
   特徴とする組電池。
2. 【請求項２】 請求項第１項に記載の組電池を用いる電
   気機器であって、 組電池の外部に露出した個々の単セル電池の電極に対し
   て、それぞれ充電電圧を印加する充電電圧印加手段と、 個々の単セル電池の容量を検出する検出手段と、 前記充電電圧印加手段、前記検出手段を統括し、十分な
   充電が完了した単セル電池に対しては、前記充電電圧印
   加手段による充電電圧の印加を停止する制御手段とを備
   えることを特徴とする電子機器。
3. 【請求項３】 更には、前記組電池を駆動源として使用
   する、もしくは放電させる電力消費モードと、前記充電
   電圧印加手段、検出手段を制御して充電させるモードと
   を切り換える切換手段を備え、 当該切換手段は、電力消費モードにある場合は前記組電
   池から露出した各電極を所定の組み合わせで接続し、充
   電モードにある場合には単セル電池からの電極を前記充
   電電圧印加手段に接続することを特徴とする請求項第２
   項に記載の電子機器。
4. 【請求項４】 更には、前記組電池を駆動源として使用
   する、もしくは放電させる電力消費モード時に、前記組
   電池全体の電力供給能力が所定以下になった場合、前記
   単セルの電極どうしの接続を中止し、個々の単セル電池
   毎に、所定の負荷に接続させて、規定電圧まで放電させ
   る手段を備えることを特徴とする請求項第２項に記載の
   電子機器。
5. 【請求項５】 組電池全体の放電終止電圧を下げて放電
   させることを特徴とする請求項第１項に記載の組電池を
   使用する電子機器。
6. 【請求項６】 組電池全体の放電が所定状態になった場
   合、更に微小電流で放電させる手段を備えることを特徴
   とする請求項第１項に記載の組電池を使用する電子機
   器。