JPH11275771A - 電源供給回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】直列接続した複数の直流電源のうちのいずれか
に極性の転極が起こった場合にも直流電源を有効に利用
することができる電源供給回路を提供する。 【解決手段】直列接続した２つ直流電源１，２、即ち、
直流電源群３における最低電位電極３ｂに電流通過阻止
用ダイオードＤ１を設けるとともに、電流経路Ｌ１の途
中に電流迂回用ダイオードＤ２を設け、さらに、直流電
源群３における最高電位電極３ａに電流通過阻止用ダイ
オードＤ３を設けるとともに、電流経路Ｌ２の途中に電
流迂回用ダイオードＤ４を設けた。よって、直流電源１
または２の極性が転極した場合には、極性が転極してい
る直流電源の電流がダイオードＤ１またはＤ３で阻止さ
れ、ダイオードＤ２またはＤ４を介して負荷４へ電流が
供給される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、複数の直流電源
を直列接続した直流電源群から、負荷へ電流を供給する
電源回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】複数の直流電源を直列接続した直流電源
群から負荷へ電流を供給する場合には、図１０に示すよ
うに複数の直流電源を直列接続した直流電源群２０の最
高電位電極２０ａと最低電位電極２０ｂとの間に負荷２
１を接続する回路構成が一般的である。

【０００３】図１０の回路構成では、直流電源群２０の
総合電圧は各々の直流電源の電圧の総和となる。説明を
簡単にするために、図１１に２つの直流電源２２，２３
を直列接続した回路構成を示す。動作例として、直列電
源２２の電圧をＥ１、直列電源２３の電圧をＥ２とし、
負荷２４へ５ボルト以上の電圧を印加するために必要な
電圧範囲を図１２に示す。電圧範囲は図１２のハッチン
グを付した領域であり、Ｅ１とＥ２の和が５ボルト以上
の領域である。従って、仮にいずれかの直流電源の電圧
が０ボルトまで低下した場合には、残りの直流電源の電
圧が５ボルトであれば負荷２４への電流の供給が可能で
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、複数の直流
電源を直列接続した直流電源群２０の中の、ある直流電
源の電圧が０ボルト以下に低下して転極（反転）した場
合には、直流電源群２０の総合電圧は、次の式（１）で
表される。つまり、直流電源（電池）の極性が反転した
場合には反転した電池電圧分だけ負荷に供給される電源
電圧が低下してしまう。これにより、負荷に対しては転
極していない直流電源との和が５ボルト以上であること
が必要であるため、転極していない直流電源を有効に利
用することはできなくなる。

【０００５】 総合電圧＝（転極していない直流電源の総和電圧） −（転極している直流電源の総和電圧の絶対値） ・・・（１） より詳しくは、複数の直流電源を直列接続した直流電源
群２０の、少なくとも１つの直流電源の極性が転極する
現象は、二次電池（バッテリ）を複数直列接続した組電
池で発生することがある。バッテリによる組電池で充放
電を繰り返すと、バッテリ性能のばらつき、メモリ効果
などの原因により、個々のバッテリの電圧が均一ではな
くなってくる。例えば、あるバッテリの電位が極端に低
下した場合には、他のバッテリは十分な充電状態である
ために正常に放電することが可能であるが、電位が極端
に低下したバッテリは蓄積した電荷を全て放出した後に
は逆極性に充電されて転極する。

【０００６】ある直流電源の極性が転極すると、前述の
ように総合電圧が低下するために、その他の直流電源の
性能を有効に利用することができなくなるといった問題
が発生する。

【０００７】そこで、この発明の目的は、直列接続した
複数の直流電源のうちのいずれかに極性の転極が起こっ
た場合にも直流電源を有効に利用することができる電源
供給回路を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の電源供
給回路は、複数の直流電源を直列接続した電源供給回路
であって、直列接続した前記複数の直流電源における最
高電位電極と最低電位電極のうちの少なくともいずれか
一方に電流通過阻止用ダイオードを設けるとともに、こ
の電流通過阻止用ダイオード及び当該ダイオードに接続
される前記直流電源の１つ又は複数を迂回する電流経路
途中に電流迂回用ダイオードを設けたことを特徴として
いる。

【０００９】よって、電流通過阻止用ダイオードに接続
される直流電源の１つ又は複数の極性が転極した場合に
は、極性が転極している直流電源の電流が電流通過阻止
用ダイオードで阻止されるとともに、電流通過阻止用ダ
イオード及び当該ダイオードに接続される直流電源の１
つ又は複数を迂回する電流経路を通して、極性が転極し
ていない直流電源のみから電流迂回用ダイオードを介し
て負荷へ電流が供給される。その結果、極性が転極した
直流電源の影響を受けることなく、直流電源の有効利用
が図られる。

【００１０】このようにして、極性が転極した直流電源
の電流をダイオードによって阻止し、残りの直流電源か
ら負荷へ電流を供給させ、直列接続した複数の直流電源
のうちのいずれかに極性の転極（反転）が起こった場合
にも直流電源を有効に利用することができることとな
る。

【００１１】ここで、請求項２に記載のように、直列接
続した前記複数の直流電源における最低電位電極に電流
通過阻止用ダイオードを設けるとともに、この電流通過
阻止用ダイオード及び当該ダイオードに接続される直流
電源の１つ又は複数を迂回する電流経路途中に電流迂回
用ダイオードを設け、さらに、直列接続した前記複数の
直流電源における最高電位電極に電流通過阻止用ダイオ
ードを設けるとともに、この電流通過阻止用ダイオード
及び当該ダイオードに接続される直流電源の１つ又は複
数を迂回する電流経路途中に電流迂回用ダイオードを設
けると、実用上好ましいものとなる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明を具体化した実施
の形態を図面に従って説明する。本実施形態において
は、電気自動車のバッテリを複数直列接続して組電池と
し、この組電池からＥＣＵ（電子制御ユニット）へ電流
を供給する給電システムに適用している。

【００１３】図１には、本実施形態の電源供給回路にお
ける回路構成を示す。図１において、２つの直流電源
１，２が直列接続され、直流電源群３を構成している。
この直流電源群３から負荷４へ電流を供給することがで
きるようになっている。直流電源１，２として、本例で
は二次電池である鉛蓄電池（バッテリ）を用いている。
また、直流電源群３の一端が最高電位電極３ａとなると
ともに他端が最低電位電極３ｂとなっている。

【００１４】直流電源群３の最低電位電極３ｂには（詳
しくは電極３ｂと負荷４との間には）、電流通過阻止用
ダイオードＤ１が配置され、ダイオードＤ１のカソード
が最低電位電極３ｂ側を向き、ダイオードＤ１のアノー
ドが負荷４側を向いている。この電流通過阻止用ダイオ
ードＤ１及びこのダイオードＤ１に接続される直流電源
２を迂回する電流経路Ｌ１が形成され、その途中に電流
迂回用ダイオードＤ２が設けられている。ダイオードＤ
２のカソードが電源１，２間のα点（直流電源群３の中
間電位電極）を向き、ダイオードＤ２のアノードが負荷
４側を向いている。このように、電流経路Ｌ１を用いた
第１の直流バイパス回路が形成されている。

【００１５】一方、直流電源群３の最高電位電極３ａに
は（詳しくは電極３ａと負荷４との間には）、電流通過
阻止用ダイオードＤ３が配置され、ダイオードＤ３のカ
ソードが負荷４側を向き、ダイオードＤ３のアノードが
最高電位電極３ａ側を向いている。この電流通過阻止用
ダイオードＤ３及びこのダイオードＤ３に接続される直
流電源１を迂回する電流経路Ｌ２が形成され、その途中
に電流迂回用ダイオードＤ４が設けられている。ダイオ
ードＤ４のアノードが電源１，２間のα点を向き、ダイ
オードＤ４のカソードが負荷４側を向いている。このよ
うに、電流経路Ｌ２を用いた第２の直流バイパス回路が
形成されている。

【００１６】負荷４はダイオードＤ３，Ｄ４のカソード
とダイオードＤ１，Ｄ２のアノードとの間に接続されて
いる。そして、負荷４は５ボルト以上の電圧の供給を受
けて作動するようになっている。

【００１７】ここで、直流電源１の電圧（両端電圧）を
「Ｅ１」とするとともに、直流電源２の電圧（両端電
圧）を「Ｅ２」とする。次に、このように構成した電源
供給回路の作用を説明する。

【００１８】まず、直流電源１，２に転極が発生せず正
常に作動している場合について述べる。この場合には、
負荷４は直流電源１，２から電流の供給を受けることが
できる。つまり、電流通過阻止用ダイオードＤ１，Ｄ３
は直流電源１，２によって順電圧が印加されるため導通
する。よって、電流は、直流電源１の正電極（３ａ）か
ら、電流通過阻止用ダイオードＤ３→負荷４→電流通過
阻止用ダイオードＤ１→直流電源２の負電極（３ｂ）と
いう経路で流れる。

【００１９】これを、図４を用いて説明する。なお、図
４では便宜上、各ダイオードＤ１〜Ｄ４の電圧降下は０
ボルトとみなしている。図４において、横軸に直流電源
１の電圧Ｅ１をとり、縦軸に直流電源２の電圧Ｅ２をと
っている。直流電源１，２に転極が発生せず正常に作動
している場合には、直流電源１の電圧Ｅ１と直流電源２
の電圧Ｅ２の和（＝Ｅ１＋Ｅ２）が５ボルト以上の領域
を使用することができる。つまり、図４での網目ハッチ
ングにて示した領域が負荷４へ５ボルト以上の電圧を印
加するために必要な電圧範囲である。従って、仮にいず
れかの直流電源１，２の電圧が０ボルトまで低下した場
合には、残りの直流電源の電圧が５ボルトであれば負荷
４への電流の供給が可能である。

【００２０】これに対し、直流電源１または２が０ボル
ト以下に低下して転極した場合の動作を説明する。つま
り、直流電源（バッテリ）１，２に対し充放電を繰り返
すと、バッテリ性能のばらつき、メモリ効果などの原因
により、個々のバッテリの電圧が均一ではなくなり、あ
るバッテリの電位が極端に低下した場合に他のバッテリ
は十分な充電状態であるために正常に放電することが可
能であるが、電位が極端に低下したバッテリは蓄積した
電荷を全て放出した後には逆極性に充電されて転極に至
る。

【００２１】図２は、直流電源２が転極した状態を説明
する図である。直流電源２が転極しているため、電流通
過阻止用ダイオードＤ１には逆電圧が印加される。その
ため直流電源２からの電流が阻止される。また、電流通
過阻止用ダイオードＤ３は直流電源１によって順電圧が
印加されるため導通する。従って、電流は、直流電源１
の正電極（３ａ）から、電流通過阻止用ダイオードＤ３
→負荷４→電流迂回用ダイオードＤ２→直流電源１の負
電極（α点）という経路で流れる。

【００２２】これを図４を用いて説明する。図４におい
て、Ｅ１が５ボルト以上の領域Ｚ１にて負荷４へ５ボル
ト以上の電圧を印加することができる。これにより、直
流電源１の性能を最大限利用することができる。

【００２３】また、直流電源１が０ボルト以下に低下し
て転極した場合の動作を説明する。図３は、直流電源１
が転極した状態を説明する図である。直流電源１が転極
しているため、電流通過阻止用ダイオードＤ３には逆電
圧が印加される。そのため直流電源１からの電流が阻止
される。また、電流通過阻止用ダイオードＤ１は直流電
源２によって順電圧が印加されるため導通する。従っ
て、電流は、直流電源２の正電極（α点）から、電流迂
回用ダイオードＤ４→負荷４→電流通過阻止用ダイオー
ドＤ１→直流電源２の負電極（３ｂ）という経路で流れ
る。

【００２４】これを図４を用いて説明する。図４におい
て、Ｅ２が５ボルト以上の領域Ｚ２にて負荷４へ５ボル
ト以上の電圧を印加することができる。これにより、直
流電源２の性能を最大限利用することができる。

【００２５】このように、ダイオードＤ４と並列位置に
接続されている直流電源１、あるいはダイオードＤ２と
並列位置に接続された直流電源２のいずれかの直流電源
の極性が転極した場合に、極性が転極している直流電源
の電流がダイオードＤ１あるいはＤ３で阻止され、極性
が転極していない直流電源のみからダイオードＤ２ある
いはＤ４を介して負荷４へ電流が供給される。よって、
極性が転極した直流電源の影響を受けることなく、直流
電源を有効利用することができる。つまり、図４の電圧
範囲Ｚ１，Ｚ２を利用し、仮にいずれかの直流電源の電
圧が０ボルト以下まで低下しても、残りの直流電源が５
ボルトであれば負荷４への電流の供給が可能であり、直
流電源の性能の最大限の有効利用を図ることができる。

【００２６】また、直流電源１，２の接続を誤って反転
させてしまった場合にも、ダイオードＤ１，Ｄ３が電流
を阻止するため、逆接保護回路の作用を併せ持つことが
でき、簡便な回路構成で実用的な電源供給回路を実現す
ることができる。

【００２７】このように本実施形態は、下記の特徴を有
する。 （イ）図２に示すように、直列接続した２つ直流電源
１，２、即ち、直流電源群３における最低電位電極３ｂ
に電流通過阻止用ダイオードＤ１を設けるとともに、こ
の電流通過阻止用ダイオードＤ１及び当該ダイオードＤ
１に接続される直流電源２を迂回する電流経路Ｌ１の途
中に電流迂回用ダイオードＤ２を設けた。よって、電流
通過阻止用ダイオードＤ１に接続される直流電源２の極
性が転極した場合には、極性が転極している直流電源２
の電流が電流通過阻止用ダイオードＤ１で阻止されると
ともに、電流通過阻止用ダイオードＤ１及び直流電源２
を迂回する電流経路Ｌ１を通して、極性が転極していな
い直流電源１のみから電流迂回用ダイオードＤ２を介し
て負荷４へ電流が供給される。その結果、極性が転極し
た直流電源２の影響を受けることなく、直流電源１の有
効利用が図られる。

【００２８】このように、極性が転極した直流電源２の
電流をダイオードＤ１によって阻止し、残りの直流電源
１から負荷４へ電流を供給させ、直流電源２に極性の転
極（反転）が起こった場合にも直流電源１を有効に利用
することができることとなる。 （ロ）図３に示すように、直列接続した２つ直流電源
１，２、即ち、直流電源群３における最高電位電極３ａ
に電流通過阻止用ダイオードＤ３を設けるとともに、こ
の電流通過阻止用ダイオードＤ３及び当該ダイオードＤ
３に接続される直流電源１を迂回する電流経路Ｌ２の途
中に電流迂回用ダイオードＤ４を設けた。よって、電流
通過阻止用ダイオードＤ３に接続される直流電源１の極
性が転極した場合には、極性が転極している直流電源１
の電流が電流通過阻止用ダイオードＤ３で阻止されると
ともに、電流通過阻止用ダイオードＤ３及び直流電源１
を迂回する電流経路Ｌ２を通して、極性が転極していな
い直流電源２のみから電流迂回用ダイオードＤ４を介し
て負荷４へ電流が供給される。その結果、極性が転極し
た直流電源１の影響を受けることなく、直流電源２の有
効利用が図られる。

【００２９】このように、極性が転極した直流電源１の
電流をダイオードＤ３によって阻止し、残りの直流電源
２から負荷４へ電流を供給させ、直流電源１に極性の転
極（反転）が起こった場合にも直流電源２を有効に利用
することができることとなる。 （ハ）図１のように、直列接続した２つ直流電源１，
２、即ち、直流電源群３における最低電位電極３ｂに電
流通過阻止用ダイオードＤ１を設けるとともに、電流経
路Ｌ１の途中に電流迂回用ダイオードＤ２を設け、さら
に、直流電源群３における最高電位電極３ａに電流通過
阻止用ダイオードＤ３を設けるとともに、電流経路Ｌ２
の途中に電流迂回用ダイオードＤ４を設けたので、図４
に示すように領域Ｚ１とＺ２を含めた領域を電圧範囲と
して直流電源１と２を有効に利用することができ、実用
上好ましいものとなる。

【００３０】これまで説明してきたものの他にも、下記
のように実施してもよい。図５に示すように、直列接続
した２つ直流電源１，２、即ち、直流電源群３における
最低電位電極３ｂに電流通過阻止用ダイオードＤ１を設
けるとともに、この電流通過阻止用ダイオードＤ１及び
当該ダイオードＤ１に接続される直流電源２を迂回する
電流経路Ｌ１の途中に電流迂回用ダイオードＤ２を設け
てもよい。この場合には、電流通過阻止用ダイオードＤ
１に接続される直流電源２の極性が転極した場合におい
ては、図６において領域Ｚ１を用いて負荷４に５ボルト
以上の電圧が印加される。

【００３１】あるいは、図７に示すように、直列接続し
た２つ直流電源１，２、即ち、直流電源群３における最
高電位電極３ａに電流通過阻止用ダイオードＤ３を設け
るとともに、この電流通過阻止用ダイオードＤ３及び当
該ダイオードＤ３に接続される直流電源１を迂回する電
流経路Ｌ２の途中に電流迂回用ダイオードＤ４を設けて
もよい。この場合には、電流通過阻止用ダイオードＤ３
に接続される直流電源１の極性が転極した場合において
は、図８において領域Ｚ２を用いて負荷４に５ボルト以
上の電圧が印加される。

【００３２】また、図１は、２つの直流電源１，２を直
列接続した回路構成であるが、３つ以上の直流電源を直
列接続した回路構成としてもよい。例えば、図９に示す
ように、６つの直流電源を直列接続した直流電源群１２
に適用してもよい。図９では、６つの直流電源を３つず
つに２分割し（ブロック化し）、各々のブロック化した
直流電源１０と１１を図１における直流電源１，２とみ
なした回路構成となっている。図９では、各々の直流電
源１０，１１の極性が転極した場合に、前述の通り残り
の直流電源から負荷４へ電流を供給することができる。

【００３３】ここで、図９では直流電源群１２を３つず
つの直流電源に２分割して直流電源１０と直流電源１１
としているが、直流電源を大きく２分割することにより
本発明の効果が得られるため、例えば、直流電源群１２
を、２つの直流電源と４つの直流電源、あるいは、１つ
の直流電源と５つの直流電源などの任意の数で２分割し
てもよい。つまり、図９の直流電源群１２の任意の中間
電位電極（図１での電源１，２間のα点相当）から直流
電源（群）を迂回する電流経路Ｌ１，Ｌ２を形成しても
よい。

【００３４】このように、電流通過阻止用ダイオード
（Ｄ１またはＤ３）は、直流電源群１２の最高電位電極
１２ａと最低電位電極１２ｂのうちの少なくともいずれ
か一方に設け、電流経路（Ｌ１またはＬ２）は電流通過
阻止用ダイオード（Ｄ１またはＤ３）及び当該ダイオー
ドに接続される直流電源の１つ又は複数を迂回するよう
に形成し、電流迂回用ダイオード（Ｄ２またはＤ４）は
この電流経路（Ｌ１またはＬ２）の途中に設ければよ
い。

【００３５】また、直流電源は二次電池（鉛蓄電池）を
想定したが、直流電源の種類はマンガン電池、アルカリ
電池等を問わず使用できる。さらに、本発明は電気自動
車の給電システムに限ることなく、他のシステムに適用
できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施の形態における電源供給回路の構成図。

【図２】 動作を説明するための図。

【図３】 動作を説明するための図。

【図４】 動作範囲を説明するための図。

【図５】 別例の電源供給回路の回路構成図。

【図６】 動作範囲を説明するための図。

【図７】 別例の電源供給回路の回路構成図。

【図８】 動作範囲を説明するための図。

【図９】 別例の電源供給回路の回路構成図。

【図１０】 従来の一般的な電源供給回路の構成図。

【図１１】 従来の一般的な電源供給回路の構成図。

【図１２】 従来の一般的な動作範囲を説明するための
図。

【符号の説明】

１…直流電源、２…直流電源、３…直流電源群、３ａ…
最高電位電極、３ｂ…最低電位電極、４…負荷、Ｄ１…
電流通過阻止用ダイオード、Ｄ２…電流迂回用ダイオー
ド、Ｄ３…電流通過阻止用ダイオード、Ｄ４…電流迂回
用ダイオード、Ｌ１…電流経路、Ｌ２…電流経路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の直流電源を直列接続した電源供給
   回路であって、 直列接続した前記複数の直流電源における最高電位電極
   と最低電位電極のうちの少なくともいずれか一方に電流
   通過阻止用ダイオードを設けるとともに、この電流通過
   阻止用ダイオード及び当該ダイオードに接続される前記
   直流電源の１つ又は複数を迂回する電流経路途中に電流
   迂回用ダイオードを設けたことを特徴とする電源供給回
   路。
2. 【請求項２】 複数の直流電源を直列接続した電源供給
   回路であって、 直列接続した前記複数の直流電源における最低電位電極
   に電流通過阻止用ダイオードを設けるとともに、この電
   流通過阻止用ダイオード及び当該ダイオードに接続され
   る前記直流電源の１つ又は複数を迂回する電流経路途中
   に電流迂回用ダイオードを設け、さらに、直列接続した
   前記複数の直流電源における最高電位電極に電流通過阻
   止用ダイオードを設けるとともに、この電流通過阻止用
   ダイオード及び当該ダイオードに接続される前記直流電
   源の１つ又は複数を迂回する電流経路途中に電流迂回用
   ダイオードを設けたことを特徴とする電源供給回路。