JPH07336811A - 二次電池用保護装置 - Google Patents

二次電池用保護装置

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JPH07336811A JP6130041A JP13004194A JPH07336811A JP H07336811 A JPH07336811 A JP H07336811A JP 6130041 A JP6130041 A JP 6130041A JP 13004194 A JP13004194 A JP 13004194A JP H07336811 A JPH07336811 A JP H07336811A
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Satoru Kaneko
金子　　悟
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Abstract

(57)【要約】 【目的】二次電池間で電力を授受することにより、負荷
変動の大きな電力機器における二次電池間の蓄電容量の
不均衡を解消し、二次電池が過充電や過放電状態に陥ら
ない二次電池保護装置を提供する。 【構成】二次電池101と111は、二次電池用保護装置100
に接続されている。即ち、二次電池101は、二次電池間
電力授受手段102内の互いに電力を授受するための電力
授受コイル105，115と磁気的結合手段106を介し他の二
次電池111と結ばれている。そして、蓄電状態検出手段1
21と蓄電状態判定手段122とで、二次電池101が過充電状
態であると判断されれば、電力変換手段103と制御手段1
24が作動し二次電池101の電力が他の二次電池111へ放電
される。また、過放電状態であると判断されれば、通信
手段123と電力授受監視手段125が作動し二次電池101
に、他の二次電池111からの電力が充電される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、二次電池の保護装置に
係り、特に、負荷変動の大きい電力機器に用いられ、過
充電や過放電に対し弱い二次電池を保護するに好適であ
る。
【０００２】
【従来の技術】負荷変動の大きい電力機器の代表的なも
のとして電気自動車がある。そして、該電気自動車に用
いられた二次電池の保護に関する従来技術としては、二
次電池の全蓄電容量を検出し、運転席パネルに表示する
方法があり、いわゆる残存容量をチェックする方法があ
る。しかしこの方法では二次電池を１つ１つチェックす
ることができないため、充電時に二次電池間の充電量に
不均衡が生じると言う問題があった。そのため近年にな
って、個々の電池の充電状態を木目細かくチェックし保
護する技術が発表されつつある。
【０００３】この例として、特開平5-219608号公報に開
示されているものがある。これによれば、充電時に二次
電池間の不均衡充電を回避する技術が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のよう
に、二次電池の残存容量を個々にチェックする手段は開
示されているが、リアルタイムに個々の二次電池の蓄電
状態を検出し制御する手段がないので、二次電池に過大
な負担を強いる結果となっている。従って、一般に負荷
変動の大きい電力機器に複数個の二次電池を用いた場
合、どこかの二次電池が、過放電状態あるいは過充電状
態になり易いものとなっている。
【０００５】これは、二次電池の放電または充電が周囲
温度の如き外的要因と電池内部の抵抗変化の如き内的要
因に左右され、それぞれの蓄電状態が異なるからであ
る。特に、回生制動時における過充電の防止は無視でき
ない課題である。
【０００６】そして、現在の鉛二次電池やＮｉ−Ｃｄ二
次電池などでは問題になっていないが、過放電や過充電
状態に於ける発火、爆発などの虞れがある金属リチウム
二次電池などの新型電池に対しては、安全性を十分に考
慮する必要がある。
【０００７】従って、本発明の第１の目的は、個々の二
次電池の蓄電状態に極端な不均衡が生じないように、充
電時のみならず放電時も制御し二次電池を保護する二次
電池用保護装置を提供することにある。
【０００８】そして、第２の目的は、二次電池が過放電
状態あるいは過充電状態の兆候を示したとき、二次電池
からの放電または二次電池への充電を回避し二次電池を
保護する二次電池用保護装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的は、二次
電池を保護する二次電池用保護装置であって、二次電池
の蓄電状態を検出する蓄電状態検出手段と、検出された
該蓄電状態から二次電池の過充電状態を判定する過充電
判定手段と、該判定に基づいて二次電池の電力授受を制
御する電力授受制御手段とを備えること、あるいは、二
次電池の蓄電状態を検出する蓄電状態検出手段と、検出
された該蓄電状態から二次電池の過放電状態を判定する
過放電判定手段と、該判定に基づいて二次電池の電力授
受を制御する電力授受制御手段とを備えることによって
達成される。
【００１０】また、二次電池の蓄電状態を検出する蓄電
状態検出手段と、検出された該蓄電状態から二次電池が
過充電状態か過放電状態かを判定する蓄電状態判定手段
と、該判定に基づいて二次電池の電力授受を制御する電
力授受制御手段とを備えることによっても達成される。
【００１１】そして、第２の目的を達成する二次電池用
保護装置は、負荷に接続されている二次電池の蓄電状態
を検出する蓄電状態検出手段と、検出された該蓄電状態
を判定し切替信号を出力する切替判定手段と、二次電池
と並列に接続され二次電池の電力授受を回避する回避手
段と、切替信号に基づいて負荷と二次電池との接続から
負荷と回避手段との接続へ切り替える切替手段とを備え
るものである。
【００１２】
【作用】このような構成において、二次電池間で電力の
授受を行うことにより、二次電池の余剰電力が蓄電容量
の少ない他の二次電池に送電され、あるいは、蓄電容量
の不足している二次電池に他の二次電池より電力が受電
されて、二次電池間において蓄電容量の不均衡がなくな
り、結果として過充電や過放電の発生が回避される。
【００１３】一方、蓄電状態検出手段と切替判定手段と
により二次電池が過充電や過放電などの危険領域に入っ
たことが判断され、切替手段と回避手段とにより二次電
池からの放電回避または二次電池への充電回避が行われ
るので、二次電池の過充電や過放電が防止される。
【００１４】
【実施例】以下本発明による実施例について図面を参照
し説明する。図１は、本発明の二次電池用保護装置の一
実施例を示す図である。図において、二次電池用保護装
置100が、対象とする二次電池101，111に取り付けられ
る。ここで判り易くするため、二次電池２個の場合が図
示されている。
【００１５】また、図示されていない負荷は、二次電池
101，111と直列に接続されている。尚、負荷は、１つ１
つ二次電池101，111と並列に接続されても可である。
【００１６】二次電池用保護装置100は、二次電池間電
力授受手段102と、蓄電状態検出手段121，131と、蓄電
状態判定手段122，132と、通信手段123，133と、電力授
受監視手段125とから構成される。尚、通信手段123，13
3と電力授受監視手段125は省略しても可である。
【００１７】二次電池間電力授受手段102は、電力変換
手段103，113と、制御手段124，134と、電力授受コイル
105，115と、磁気的結合手段106と、電流センサ109とか
ら構成される。尚、磁気的結合手段106は、例えば鉄芯
によって実現される。
【００１８】電力変換手段103は、ダイオード107、スイ
ッチング素子108などから構成される。この構成は、産
業用電動機駆動用に用いられる電力変換手段と同じ構成
であり、詳細な説明は省略する。
【００１９】二次電池間電力授受手段102は、二次電池1
01の直流電力を、制御手段124と電力変換手段103とで交
流電力に変換し、電力授受コイル105から放電する機能
と、電力授受コイル105から受入した交流電流を、電力
変換手段103で直流電力に変換し、二次電池101に充電す
る機能を有している。
【００２０】そして、二次電池の電力授受を制御する電
力授受制御手段としての二次電池間電力授受手段102
は、蓄電状態検出手段と蓄電状態判定手段とから得られ
た判定に基づき、次のように動作する。尚、二次電池間
電力授受手段102は、前述の負荷以外に設けられ二次電
池と並列に接続された回避手段でもあり、二次電池の過
充電と過放電とを回避する手段である。
【００２１】まず、二次電池101が過充電状態で、二次
電池111は通常の蓄電状態である場合の動作について説
明する。
【００２２】二次電池101に接続された蓄電状態検出手
段121と蓄電状態判定手段122とで、二次電池101は、電
力が余剰である過充電状態と判定される。尚、過充電状
態のみを判定する場合であれば、蓄電状態判定手段122
は過充電判定手段である。
【００２３】そして、二次電池間電力授受手段102内の
制御手段124は、電力変換手段103を作動させる。蓄電状
態判定手段122と制御手段124とは一体でも可である。
【００２４】尚、二次電池101の電極間の電圧を測定す
る蓄電状態検出手段121と、検出された電極電圧から蓄
電状態を判定する蓄電状態判定手段122とを用いて、過
充電状態か過放電状態かを判定する方法は一般に良く知
られているので、詳細な説明は省略する。
【００２５】電力変換手段103の作動により二次電池101
の余剰電力は、交流に変換され、電力授受コイル105に
流れ、交番磁界となる。発生した交番磁界は、磁気的結
合手段106を介して電力授受コイル115に伝えられる。そ
して、電力授受コイル115に交流電流が流れる。電力授
受コイル115に発生した交流電流は、ダイオード117の働
きにより直流電流に整流され、二次電池111に充電され
る。
【００２６】このように、電力に余剰があった二次電池
101は、電力を放電することによって、過充電状態を回
避することになる。この場合、二次電池間電力授受手段
102は、二次電池101に取っては、放電保護手段でもあ
る。
【００２７】この時、二次電池間電力授受手段102の二
次電池111側に取り付けられている制御手段134およびス
イッチング素子118は、全く作動する必要がなく、勝手
に二次電池111は充電される。
【００２８】一方、二次電池111が蓄電不足の過放電状
態で、二次電池101が通常蓄電状態の場合も、上記と全
く同様にして二次電池101から二次電池111へ電力を送電
することができる。尚、この場合、過放電状態のみを判
定する場合であれば、蓄電状態判定手段122は過放電判
定手段である。
【００２９】従って、電力に不足があった二次電池111
は、電力を受電することによって、過放電状態を回避す
ることになる。この場合、二次電池間電力授受手段102
は、二次電池111に取っては、充電保護手段でもある。
【００３０】しかし、前者の過充電状態の場合と後者の
過放電状態の場合に違いが設けられている。それは、後
者の場合に、蓄電不足の二次電池111側の通信手段133
が、電力授受監視手段125に向け、電力を送出するよう
要求する点である。
【００３１】この電力授受要求方式について述べる。こ
の方式は蓄電状態検出手段121，131と、蓄電状態判定手
段122，132と、通信手段123，133と、制御手段124，134
と、電力変換手段103，113とから構成される。なお、こ
こで制御手段124，134は、電力変換手段103，113に指令
信号を送信する手段であり、産業用電動機を駆動する電
力変換手段の制御手段と同じものである。
【００３２】通信手段123，133は、蓄電状態判定手段12
2，132からの要求信号に従って、電力送出要求信号を送
信する手段である。例えば、デジタルのローレベル信号
を電力送出要求信号として設定できる。この信号は保護
装置に自由に設定できる信号である。
【００３３】そして、電力授受監視手段125は、電力送
出要求信号を監視する手段である。どこかの通信手段か
ら発信された電力送出要求信号を一つでも受信すると、
全ての通信手段に電力送出要求信号を返信する手段であ
る。
【００３４】ところで、蓄電状態判定手段122は、蓄電
状態検出手段121にて検出された電圧と予め設定した電
圧値と比較することにより、二次電池の蓄電状態が、過
充電状態、通常蓄電状態、低電圧状態、過放電状態のい
ずれであるかを判定する手段である。同時に、電力送出
要求信号の要求信号を発信する手段でもある。
【００３５】さらに、蓄電状態判定手段122は、二次電
池の蓄電状態の判定と電力授受監視手段からの要求信号
の有無から、電力変換手段への指令信号を決定する手段
でもある。そして、例えば、該指令信号により、次のよ
うな制御が為される。
【００３６】・もし過充電状態ならば、余剰電力を放電
する。 ・もし通常蓄電状態で、且つ電力送出要求信号を受信し
たならば、送電する。 ・もし低電圧状態ならば、何も実行しない。 ・もし過放電状態ならば、電力送出要求信号を発信し、
受電する。
【００３７】以上のような動作が行われ、二次電池用保
護装置100は、過充電や過放電から二次電池を保護す
る。
【００３８】尚、上記の方式は、デジタル回路やマイク
ロコンピュータ回路などによっても容易に実現可能であ
ることは言うまでもない。
【００３９】次に、図示されている電流センサ109につ
いて説明する。電流センサ109は、電力授受コイル105，
115に流れる電流を検出するものである。電流センサ109
の機能は、二次電池の蓄電状態に応じて電力の授受を調
節するための監視役である。例えば、二次電池101の蓄
電容量が低下すると、二次電池101の電極電圧が低下す
る。通常一定電力で制御されているので、電圧が低下す
れば、電力授受コイル105に流れる電流は多くなる。そ
の結果、二次電池101の放電はますます加速される。従
って、電力授受コイル105に流れる電流を電流センサ109
で検出し、二次電池101の蓄電容量が少ないのに過大な
電流が流れると言う危険な状態と見做せるような場合
は、制御手段124にて電力の授受を制限するものであ
る。
【００４０】この制限方式には、産業用交流電動機駆動
用ＰＷＭ方式などで公知のものがそのまま利用できる。
従って、電池の蓄電状態に応じて電力授受を調節するの
で、蓄電容量の少なくなった電池に電力授受の負担を掛
けることないと言う利点がある。
【００４１】以上、二次電池が２個の場合で説明した
が、二次電池が多数個の場合、電力授受する電力変換手
段は、全て同じタイミングでスイッチングする必要があ
る。
【００４２】何故ならば、スイッチングに用いる変調波
が異なり、たまたま変調波の位相が180°ずれている
と、磁気的結合手段106において打ち消し合い、交流電
力の授受が行われない場合があるからである。
【００４３】従って、例えば、電力授受監視手段125が
位相基準発生手段を兼用しているものとする。そして、
この位相基準発生手段は、常時各制御手段に上記変調波
の位相の基準とすることのできる位相基準信号を発信す
る。各制御手段は、該位相基準信号に基づき各制御手段
自身の変調波の位相を、該位相基準信号に同期させるの
で、全ての制御手段の変調波は同期することになる。こ
れにより、全ての電力変換手段は、同じタイミングでス
イッチングするので、二次電池が多数個の場合でも、何
等支障なく電力授受が行える。これ以外の構成と動作
は、二次電池２個の場合と全く同様である。
【００４４】また、一般に、通常動作範囲内では二次電
池は、放電量が多いほど内部抵抗が小さくなり、電気を
受け入れ易いという性質がある。従って、蓄電容量に余
力のある二次電池から送出された電力は、蓄電不足の二
次電池に優先的に配分されるので、送出された電力を蓄
電不足の二次電池に配分するに当たり、特別な手段は必
要でない。
【００４５】また、二次電池間電力授受手段の複数の電
力授受コイルは、磁気的結合手段によって絶縁されてい
るので、放電量の違いによるインピーダンスの不整合の
悪影響を与えることがない。従って、二次電池が多数個
接続されていても、前記した電力授受方法による過充電
や過放電の防止が可能である。
【００４６】以上述べたように、本方式は電力授受のた
めの制御が非常に簡単であり、蓄電状態が不均衡になり
易い負荷変動の大きな電力機器に容易に適用可能であ
る。
【００４７】一方、本方式に用いる電力変換手段のスイ
ッチング周波数であるが、これは、磁気的結合手段106
に磁気的飽和を起こさない範囲で出来るだけ高い方が望
ましい。同じ電力を送る場合、磁気的飽和がない分、コ
イルが小さくできるからである。
【００４８】実測データによると、50Hzから10kHzに周
波数を変えると、コイルの重量は約５分の１にできる。
材質によってこの特性は異なるので一概にはいえない
が、スイッチング周波数は商用電力周波数より高く、数
10kHzのオーダーまでの領域が望ましい。しかし、電気
自動車のような産業用に用いられるスイッチング素子に
おいて、10kHz以上で変換効率が良くなるように設計さ
れている、また、スイッチング動作の上限は 50kHzであ
ることを考慮すれば、10kHz〜50kHzの範囲が最適である
と言える。
【００４９】これまでは、１つの二次電池に対し１つの
二次電池間電力授受手段を備えた場合について説明した
が、複数の二次電池に１つの二次電池間電力授受手段を
備えても良い。例えば、複数個の二次電池を直列接続し
た二次電池群を形成する。これに対し１つの二次電池間
電力授受手段を備えることも可能である。
【００５０】上記の二次電池群に対して、前述の二次電
池間電力授受手段を取り付ける構成とした場合は、電池
が直列群になっているので電圧が高くとれる。従って、
二次電池群を一塊として見たとき、電極電圧に対するス
イッチング素子108の電圧ドロップの相対的割合が小さ
くなる。結果、電力変換手段103の効率が上昇する。ま
た、二次電池間電力授受手段の総個数が少なくなるた
め、保護装置が安価となる。尚、二次電池の個別管理
は、１つ１つの二次電池は勿論であるが、１群１群の二
次電池群に対し蓄電状態をチェックすることも含むもの
である。
【００５１】特に、直列接続時の安全性の確保された二
次電池に用いられれば、この方式は非常に効果的であ
る。例えば即断性ヒューズを電極に備えたリチウムイオ
ン製二次電池などが好例として挙げられる。
【００５２】以上述べた構成は、各二次電池のどれもが
平均的に充電または放電されるようにするものである。
従って、電気自動車への充電量が二次電池全体の充電量
を上回らない限り、過充電される二次電池は出現せず、
また、総放電量が二次電池全体の容量を上回らない限
り、過放電される二次電池も出現しない。
【００５３】図２は、本発明による他の実施例の二次電
池保護装置で、磁気的結合手段に充電保護手段と放電保
護手段と負荷手段が接続された構成を示す図である。二
次電池101，111と、二次電池保護装置100と、充電用の
交流電源131および充電用コイル132と、放電用の放電抵
抗負荷137および放電用コイル138と、負荷である電動機
136，負荷用コイル133，整流器134および電動機用イン
バータ135と、から構成されている。
【００５４】二次電池保護装置100内のコントロールユ
ニット104は、蓄電状態検出手段１２１、蓄電状態判定
手段１２２および制御手段124から構成されている。説
明上、図１に示した通信手段123、電力授受監視手段125
は省略してある。
【００５５】磁気的結合手段106に巻設された放電用コ
イル138は、放電抵抗負荷137に接続されている。そし
て、二次電池間電力授受機能を有する二次電池保護装置
100は、放電用コイル138と放電抵抗負荷137とで放電
し、二次電池101を保護する。即ち、二次電池101が蓄電
状態検出手段121および蓄電状態判定手段122により過充
電状態と判定されれば、余剰電力が、電力授受コイル10
5から磁気的結合手段106を介し放電用コイル138へ送電
され放電抵抗負荷137で消費されて、二次電池101の過充
電状態が回避される。従って、放電保護手段は、電力変
換手段103と、電力授受コイル105と、制御手段124と、
磁気的結合手段106と、放電用コイル138と、放電抵抗負
荷137とから構成される。
【００５６】また、磁気的結合手段106に巻設された充
電用コイル132は、外部電源である交流電源131に接続さ
れている。そして、二次電池間電力授受機能を有する二
次電池保護装置100は、交流電源131と充電用コイル132
とで充電し、二次電池101を保護する。即ち、二次電池1
01が蓄電状態検出手段121および蓄電状態判定手段122に
より過放電状態と判定されれば、交流電源131の電力
は、充電用コイル132から磁気的結合手段106を介し電力
授受コイル105に送電され、二次電池101に充電される。
他方の二次電池111も過放電状態であれば、それに充電
される。また両方の二次電池が過充電状態であれば、コ
ントロールユニット104または114は、充電しないように
制御することもできる。
【００５７】この場合、充電保護手段は、電力変換手段
103と電力授受コイル105と制御手段124と磁気的結合手
段106と充電用コイル132と交流電源131とから構成され
る。
【００５８】この実施例の場合も二次電池保護装置100
自身は、二次電池間電力授受手段であるが、充電保護手
段と放電保護手段とを別に備えている。これは、全ての
二次電池が過充電状態または過放電状態のとき二次電池
間のみで電力授受が行えない場合があるので、二次電池
保護装置100の外部に、別構成からなる充電保護手段ま
たは放電保護手段を設け、その場合に備える実施例であ
る。
【００５９】また図では、負荷用コイル133が、磁気的
結合手段106に取り付けられている。負荷用コイル133
は、磁気的結合手段106を介し二次電池側から交流電力
を受電する。受電された交流電力は整流器134にて直流
電力に変換され、該直流電力は電動機用インバータ135
により任意の周波数の交流電力に変換され、電動機136
に送られる。尚、この図のように二次電池が１つ１つ並
列に接続されている場合は、必要に応じて負荷用コイル
133の巻数比を変え、電圧を昇圧することができる。
【００６０】通常の電気自動車では、二次電池は直列あ
るいは並列に接続され、電力は磁気的結合手段を介する
ことなく電動機に送られる。しかし本実施例では１つ１
つの二次電池が電気的に独立し絶縁されている。従っ
て、過充電や過放電が防止できるばかりでなく、以下の
ような従来より優れた利点が生じる。
【００６１】例えば、Ｎａ−Ｓ電池は故障すると絶縁物
となり電気が流れなくなる。この電池が直列であれば、
１個のＮａ−Ｓ電池の故障により電池全体が、使用不能
になる。ところが、上記構成であれば二次電池が互いに
独立しているので、全体の容量は多少減少するも致命的
な故障は起こらない。即ち、電気自動車を非常に信頼性
の高いものとすることが可能である。
【００６２】図３は、過放電を防止する二次電池保護装
置の一実施例を示す図である。
【００６３】二次電池101の正極は、切替手段143を介し
二次電池パッケージ145の正側端子146に接続される。切
替手段143は、切替判定手段142に接続される。また、二
次電池101の電力授受を回避する回避手段としてのバイ
パス手段144は、切替手段143を介し二次電池101の過放
電を回避する働きをするように二次電池101と並列に接
続される。そして、正側端子146と負側端子147間におい
て、二次電池101側かバイパス手段144側かいずれかの導
通が、切替手段143により選択される。さらに負荷が、
正側端子146と負側端子147とに接続される。
【００６４】上記の構成において、切替判定手段142
は、負荷に接続されている二次電池101の電圧を検出
し、該電圧がある一定レベル以下であれば、過放電状態
と判断し、切替手段143に切替信号を出力する。そし
て、切替手段143は、該切替信号に基づいて、負荷と二
次電池101との接続から負荷とバイパス手段144との接続
へ切り替える。即ち、二次電池101側からバイパス手段1
44側へ導通を切り替える。従ってそれ以降の二次電池10
1からの放電は回避される。この場合バイパス手段144
は、ダイオード負荷148から成り、単に電気を導通する
働きをする。
【００６５】図３の場合、蓄電状態検出手段および過放
電判定手段は、切替判定手段142に一体となっている。
従って、切替判定手段142は蓄電状態検出手段を含んだ
ものとなっている。そして、電力授受制御手段としての
充電回避保護手段の一実施例は、切替手段143とバイパ
ス手段144とから構成されるものである。
【００６６】図のような切替判定手段142と切替手段143
は、外部電源を必要としない動作回路として容易に実現
可能である。例えば、ノートパソコンやコードレスホン
などの充電器として広く用いられている回路であり、詳
細説明は省略する。
【００６７】図では半導体素子を用いた回路が示されて
いるが、機械式リレーを用いた回路でも可能である。特
に半導体素子の電圧ドロップ分による損失を小さくした
い場合は、リレー回路が有効である。また、電圧ドロッ
プ分の少ないゲルマニウム半導体を用いることも可能で
ある。
【００６８】図４は、過充電を防止する二次電池保護装
置の一実施例を示す図である。この構成の図３との相違
点は、切替手段143が機械式リレーである点と、二次電
池101と並列に接続され二次電池101の電力授受を回避す
る回避手段としてのバイパス手段144が、ダイオード負
荷148ではなく抵抗負荷149である点である。
【００６９】上記の構成において、切替判定手段142
は、負荷に接続されている二次電池101の電圧を検出
し、該電圧がある一定レベル以上であれば、過充電状態
と判断し、切替手段143に切替信号を出力する。切替手
段143は、該切替信号に基づいて、負荷と二次電池101と
の接続から負荷とバイパス手段144との接続へ切り替え
る。そして、電気が抵抗負荷149側に流れ、そこで消費
される。従って、それ以降の充電は回避される。即ち、
二次電池101に蓄電容量以上の電力が入力された場合、
抵抗負荷149が余剰電力を熱として放出し、過充電が回
避される。図４の場合も、切替判定手段142は、蓄電状
態検出手段と過放電判定手段とが一体となっている手段
であり、蓄電状態検出手段を含んだものでもある。そし
て、電力授受制御手段としての放電回避保護手段の一実
施例は、切替手段143とバイパス手段144とから構成され
るものである。
【００７０】一方、図４に示した構成の場合、抵抗負荷
149にて余剰電力が熱として放出されるので、回生制動
時、安定した回生制動力が、確保されると言う効果が得
られる。従って、安全運転に結び付く電気自動車には好
適である。
【００７１】一般に回生制動力を確保するため、回生さ
れた電力を抵抗で放熱させるという技術は公知である。
しかし、従来技術では二次電池は個別管理でないため、
回生した電力を無駄にする場合がある。即ち、全体管理
であるので電池全体として過充電であると判断された場
合、どこかの二次電池に蓄電余力があったとしても、電
力が受け入れられず回生された電力が熱として捨てられ
る場合である。
【００７２】しかし本発明のような個別管理であれば、
蓄電容量に余力のある二次電池に回生された電力が貯え
られるので、熱として捨てる電力は、最小限で済むこと
になる。そのため従来問題となっていた過大な熱の発生
を抑止する効果も得られる。
【００７３】さらに、図３では過放電を、図４では過充
電を防止する構成について記述したが、これら２つの構
成を同時に設けることも可能である。
【００７４】図５は、過充電と過放電を防止する二次電
池保護装置の一実施例を示す図である。図５の、図３お
よび図４との違いは、切替手段143が２つに分かれてい
る点である。
【００７５】第１切替手段143aは、抵抗負荷149から成
る過充電を回避する手段を、第２切替手段143bは、ダイ
オード負荷148から成る過放電を回避する手段を、選択
し切り替える手段である。
【００７６】尚、図３、図４、図５の実施例のバイパス
手段144は、二次電池101と並列に接続され二次電池101
の電力授受を回避する回避手段である。そして、過充電
を回避する回避手段は抵抗負荷149から成り、過放電を
回避する回避手段はダイオード負荷148から成ってい
る。また、ダイオード負荷148と抵抗負荷149とを一体に
したトランジスタから構成し、ゲート回路を制御する方
法でも可である。この場合過充電を回避する手段と過放
電を回避する手段は、１つの回避手段から成る。
【００７７】更に、図３、図４、図５では１個の二次電
池にバイパス手段を１つ設ける構成としたが、数個の二
次電池に１個のバイパス手段を設ける構成としても差し
支えない。
【００７８】図６は、過充電と過放電を防止する二次電
池保護装置の他の実施例を示す図である。これは、二次
電池101とツェナーダイオード151より構成されている。
ツェナーダイオード151のカソードは二次電池101の正極
に、アノードは負極に接続されている。図６においても
図４や図５と同様に、負荷は二次電池の正側端子146と
負側端子147とに接続される。
【００７９】ツェナーダイオード151は、過大な逆方向
電圧が印加されたとき、ツェナー降伏により逆方向電圧
を一定にする働きがある。即ち、ツェナーダイオード15
1のツェナー降伏電圧を適当に選ぶことにより、二次電
池101の電極電圧を過充電状態の電圧レベル以下に保つ
ように定電圧素子として働かせることができる。これに
より、ツェナーダイオード151は過充電時の保護装置と
なる。
【００８０】また、過放電状態に入り電極極性逆転現象
が起きた場合、ツェナーダイオード151は、恰も図３に
おけるバイパス手段144のダイオード負荷148のような動
作を行うので、過放電時の保護装置にもなる。従って、
定電圧素子であるツェナーダイオード151は、蓄電状態
検出手段と切替判定手段と切替手段と回避手段とを兼用
する手段である。
【００８１】更に、二次電池の電力授受を制御する電力
授受制御手段は、図５の場合は第１切替手段143aと第２
切替手段143bとバイパス手段144とから成り、図６の場
合はツェナーダイオード151自体が電力授受制御手段で
もある。
【００８２】尚、図１から図６まで示した実施例をいろ
いろ組み合わせ、より信頼性の高い保護装置とすること
も可能である。
【００８３】
【発明の効果】本発明によれば、二次電池の電力が特に
余剰電力が他の二次電池に送電されるので、二次電池間
の蓄電容量の不均衡がなくなる。そのため、過充電や過
放電の発生が起こり難い電力機器を提供することができ
る。
【００８４】また、二次電池が過充電や過放電の危険な
状態になる前に判断し、それ以上の充電や放電を回避す
るので、過充電あるいは過放電に伴う発火、爆発などを
未然に防止でき、安心して二次電池が利用できる電力機
器を提供する。これにより、過充電や過放電に対する安
全性が隘路とされている金属リチウム電池等の利用が可
能となり、特に、Ｎａ−Ｓ電池では致命的な故障に繋が
らず、高性能で信頼性の高い電気自動車が実現される。
【００８５】一方、二次電池は個別管理であるために、
回生電力を無駄に熱として捨てることがなく、どこかの
蓄電余力のある二次電池に該回生電力が貯えられるの
で、過大な熱の発生を抑止する効果があり、抵抗器が小
型で廉価となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による二次電池保護装置の一実施例を示
す図である。
【図２】本発明による他の実施例の二次電池保護装置
で、磁気的結合手段に充電保護手段と放電保護手段と負
荷手段が接続された構成を示す図である。
【図３】過放電を防止する二次電池保護装置の一実施例
を示す図である。
【図４】過充電を防止する二次電池保護装置の一実施例
を示す図である。
【図５】過充電と過放電を防止する二次電池保護装置の
一実施例を示す図である。
【図６】過充電と過放電を防止する二次電池保護装置の
他の実施例を示す図である。
【符号の説明】
100…二次電池用保護装置、101，111…二次電池、102…
二次電池間電力授受手段、103，113…電力変換手段、10
5，115…電力授受コイル、106…磁気的結合手段、107，
117…ダイオード、108，118…スイッチング素子、109…
電流センサ、121，131…蓄電状態検出手段、122，132蓄
電状態判定手段、123，133…通信手段、124，134…制御
手段、125…電力授受監視手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高本 祐介 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 金子 悟 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 田島 文男 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】二次電池を保護する二次電池用保護装置で
    あって、前記二次電池の蓄電状態を検出する蓄電状態検
    出手段と、検出された該蓄電状態から前記二次電池の過
    充電状態を判定する過充電判定手段と、該判定に基づい
    て前記二次電池の電力授受を制御する電力授受制御手段
    とを備えたことを特徴とする二次電池用保護装置。
  2. 【請求項２】請求項１において、前記電力授受制御手段
    は、前記二次電池の電力を放電し二次電池を保護する放
    電保護手段または前記二次電池への充電を回避し二次電
    池を保護する充電回避保護手段のうち少なくとも１つで
    あることを特徴とする二次電池用保護装置。
  3. 【請求項３】二次電池を保護する二次電池用保護装置で
    あって、前記二次電池の蓄電状態を検出する蓄電状態検
    出手段と、検出された該蓄電状態から前記二次電池の過
    放電状態を判定する過放電判定手段と、該判定に基づい
    て前記二次電池の電力授受を制御する電力授受制御手段
    とを備えたことを特徴とする二次電池用保護装置。
  4. 【請求項４】請求項３において、前記電力授受制御手段
    は、前記二次電池からの放電を回避し二次電池を保護す
    る放電回避保護手段または前記二次電池に電力を充電し
    二次電池を保護する充電保護手段のうち少なくとも１つ
    であることを特徴とする二次電池用保護装置。
  5. 【請求項５】二次電池を保護する二次電池用保護装置で
    あって、前記二次電池の蓄電状態を検出する蓄電状態検
    出手段と、検出された該蓄電状態から前記二次電池が過
    充電状態か過放電状態かを判定する蓄電状態判定手段
    と、該判定に基づいて前記二次電池の電力授受を制御す
    る電力授受制御手段とを備えたことを特徴とする二次電
    池用保護装置。
  6. 【請求項６】請求項５において、前記電力授受制御手段
    は、前記二次電池の電力を放電し二次電池を保護する放
    電保護手段または前記二次電池に電力を充電し二次電池
    を保護する充電保護手段のうちの少なくとも１つである
    ことを特徴とする二次電池用保護装置。
  7. 【請求項７】請求項５において、前記電力授受制御手段
    は、前記二次電池間で互いに電力を授受する二次電池間
    電力授受手段であることを特徴とする二次電池用保護装
    置。
  8. 【請求項８】請求項７において、前記二次電池間電力授
    受手段は、交流電力を授受する複数の電力授受コイル
    と、該電力授受コイルおよび前記二次電池と接続され前
    記交流電力あるいは前記二次電池の直流電力を変換する
    電力変換手段と、該電力変換手段を制御する制御手段
    と、前記複数の電力授受コイルを互いに磁気的に結合す
    る磁気的結合手段とから構成されていることを特徴とす
    る二次電池用保護装置。
  9. 【請求項９】請求項８において、前記二次電池間電力授
    受手段は、位相基準信号を発生する位相基準発生手段を
    有し、該位相基準信号と同期し前記制御手段が前記電力
    変換手段を制御することを特徴とする二次電池用保護装
    置。
  10. 【請求項１０】二次電池を保護する二次電池用保護装置
    であって、負荷に接続されている前記二次電池の蓄電状
    態を検出する蓄電状態検出手段と、検出された該蓄電状
    態を判定し切替信号を出力する切替判定手段と、前記二
    次電池と並列に接続され前記二次電池の電力授受を回避
    する回避手段と、前記切替信号に基づいて前記負荷と前
    記二次電池との接続から前記負荷と前記回避手段との接
    続へ切り替える切替手段と、を備えたことを特徴とする
    二次電池用保護装置。
  11. 【請求項１１】請求項１０において、前記回避手段は、
    抵抗負荷からなるバイパス手段であることを特徴とする
    二次電池用保護装置。
  12. 【請求項１２】請求項１０において、前記回避手段は、
    ダイオード負荷からなるバイパス手段であることを特徴
    とする二次電池用保護装置。
  13. 【請求項１３】請求項１０において、前記蓄電状態検出
    手段と切替判定手段と切替手段と回避手段とを兼用する
    手段として、定電圧素子を設けたことを特徴とする二次
    電池用保護装置。
  14. 【請求項１４】二次電池が過充電状態または／および過
    放電状態に陥ることを回避する、請求項１または請求項
    ３または請求項５または請求項１０記載の二次電池用保
    護装置を備えたことを特徴とする二次電池。
  15. 【請求項１５】負荷に電力を供給する二次電池の蓄電状
    態を個別に検出し、検出した該蓄電状態から当該二次電
    池の過充電状態または／および過放電状態を判定し、前
    記負荷以外に設けられ前記二次電池と並列に接続された
    回避手段を介し、該判定に基づいて前記二次電池の電力
    授受を制御し、前記二次電池の前記過充電状態または／
    および過放電状態を回避することを特徴とする二次電池
    の保護方法。
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