JPH117341A

JPH117341A - 電源装置

Info

Publication number: JPH117341A
Application number: JP9161248A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Matsubayashi; 俊明松林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-06-18
Filing date: 1997-06-18
Publication date: 1999-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】電池を使用した電源装置において、昇圧回路を
用いることなく、負荷に対して効率的な電源供給を行
う。【解決手段】スイッチ２ａ〜２ｃを用いて電池セル１
ａ，１ｂの接続構成を直列接続あるいは並列接続に切り
替え可能な構成とする。例えば放電初期時など、電池セ
ル電圧が負荷３の駆動電圧より十分に高い場合には、ス
イッチ２ａ：オン、スイッチ２ｂ：オフ、スイッチ２
ｃ：オンの状態にし、並列接続にして無駄な電力消費を
抑える。一方、電池セルが消耗するなどして、電池セル
電圧が負荷３の駆動電圧より低くなった場合、あるい
は、負荷３が一時的に高い電圧を必要とする場合には、
スイッチ２ａ：オフ、スイッチ２ｂ：オン、スイッチ２
ｃ：オフの状態にして直列接続に切り替える。これによ
り、昇圧回路を必要とせずに、負荷３に必要な電力を供
給することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば携帯電子機
器等に用いられる電源装置であって、特に電池を使用し
た電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば携帯電子機器などの電源には、電
池が広く用いられている。電池は、その構造すなわち陰
極陽極電解質材料等によって起電力が決まっており、さ
らにほとんどの電池セルは放電に伴い電圧が低下する。

【０００３】例えばマンガン電池であれば、放電開始時
には１．５Ｖ以上の電圧があるが、放電終止時には０．
８Ｖあるいはそれ以下の電圧になる。また、コークス系
リチウムイオン電池では、満充電時に４．２Ｖ程度の電
圧があるが、放電終止時には２．７Ｖ程度になる。

【０００４】このように、電池は放電電圧が大きく低下
することから、従来の電源装置では、電池セルを複数個
用意して、それらを直列接続で使用したり、あるいは、
昇圧回路を設けるなどして、機器動作に必要な電圧を得
るようにしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従
来、電池を使用した電源装置では、機器動作に必要な電
圧を得るために、複数個の電池セルを直列接続で使用し
たり、あるいは、昇圧回路を設けるなどしていた。

【０００６】しかしながら、複数個の電池セルを直列接
続で使用すると、放電初期時に必要以上の電圧があるた
め、電力を無駄に消費してしまうなど、電源効率が悪い
といった問題がある。この場合、複数個の電池セルを並
列接続で使用すれば、急速な電力消費を防ぐことができ
るが、例えば一時的にランプを明るくしたり、静止状態
にあるモータを起動するときなど、ある特定の時間だけ
一時的に高い電圧が必要な場合に対応することができな
くなる。

【０００７】また、複数個の電池セルを並列接続し、そ
こに昇圧回路を利用すれば、昇圧回路により一時的に高
い電圧を得ることができる。しかし、特に小消費電力型
の負荷の場合には、昇圧回路を用いると電源効率が悪く
なり、さらに、昇圧回路それ自体に自己消費があるた
め、電池寿命が短くなるなどの問題がある。

【０００８】本発明は上記のような点に鑑みなされたも
ので、電池を使用した電源装置において、昇圧回路を用
いることなく、負荷に対して効率的な電源供給を行うこ
とのできる電源装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の電池セ
ルを有し、これらの電池セルの電圧を負荷に供給する電
源装置であって、上記各電池セルを直列あるいは並列に
接続する接続手段と、この接続手段による上記各電池セ
ルの接続構成を切り替える切替え手段とを具備して構成
される。

【００１０】このような構成によれば、上記各電池セル
の接続構成を直列接続あるいは並列接続に切り替えるこ
とができる。したがって、例えば放電初期時など、電池
セル電圧が負荷の駆動電圧より十分に高い場合には並列
接続として、無駄な電力消費を抑えることができる。一
方、電池セルが消耗するなどして、電池セル電圧が負荷
の駆動電圧より低くなった場合、あるいは、負荷が一時
的に高い電圧を必要とする場合には、各電池セルの接続
構成を直列接続に切り替える。これにより、昇圧回路を
必要とせずに、負荷に必要な電圧を供給することができ
る。

【００１１】また、上記各電池セルが少なくとも４個以
上ある場合には、これらの電池セルを直列あるいは並列
あるいは直並列に接続するようにし、必要に応じて、上
記各電池セルの接続構成をさらに多段階に切り替えるこ
とも可能である。

【００１２】また、上記各電池セルの状態あるいは上記
負荷の状態を検出する構成とし、その検出結果に基づい
て上記各電池セルの接続構成を自動的に切り替えること
も可能である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。（第１の実施形態）図１は本発明の第１の実施形態に係
る電源装置の構成を示す図である。第１の実施形態で
は、２つの電池セル１ａおよび電池セル１ｂを有する。
この電池セル１ａおよび電池セル１ｂは例えばマンガン
電池からなり、スイッチ２ａ，２ｂ，２ｃを介して直列
あるいは並列に接続されるようになっている。

【００１４】このスイッチ２ａ，２ｂ，２ｃは、負荷３
に対して直列に接続されている。負荷３は、電池セル１
ａおよび電池セル１ｂの電圧を受けて動作する電子機器
である。この負荷３とスイッチ２ａとの接点に電池セル
１ａの陽極が接続され、スイッチ２ｂとスイッチ２ｃと
の接点に電池セル１ａの陰極が接続されている。また、
負荷３とスイッチ２ｃとの接点に電池セル１ｂの陰極が
接続され、スイッチ２ａとスイッチ２ｂとの接点に電池
セル１ｂの陽極が接続されている。

【００１５】このようにして、２つの電池セル１ａおよ
び電池セル１ｂと３つのスイッチ２ａ，２ｂ，２ｃを構
成することにより、スイッチ２ａ，２ｂ，２ｃのオン／
オフ状態に応じて、電池セル１ａと電池セル１ｂが直列
あるいは並列に接続されることになる。

【００１６】ここで、第１の実施形態において、上記３
つのスイッチ２ａ，２ｂ，２ｃは、図２に示すように動
作する３回路連動型の機械式スイッチからなり、この３
つのスイッチ２ａ，２ｂ，２ｃのうちのどれか１つを操
作すれば、他の２つのスイッチが連動して動くようにな
っている。この３つのスイッチ２ａ，２ｂ，２ｃのオン
／オフの組み合わせにより、電池セル１ａおよび電池セ
ル１ｂを以下のように直列接続あるいは並列接続に切り
替えることができる。

【００１７】例えばスイッチ２ａを操作用スイッチとし
た場合に、このスイッチ２ａをオフすると、スイッチ２
ｂがオン、スイッチ２ｃがオフとなる。この状態のと
き、つまり、図２に示すように「スイッチ２ａ：オフ、
スイッチ２ｂ：オン、スイッチ２ｃ：オフ」のとき、電
池セル１ａおよび電池セル１ｂは直列接続となる。ま
た、スイッチ２ａをオンすると、スイッチ２ｂがオフ、
スイッチ２ｃがオンとなる。この状態のとき、つまり、
図２に示すように「スイッチ２ａ：オン、スイッチ２
ｂ：オフ、スイッチ２ｃ：オン」のとき、電池セル１ａ
および電池セル１ｂは並列接続となる。

【００１８】次に、上記のようにして構成される電源装
置の動作を説明する。ここでは、電池セル１ａおよび電
池セル１ｂをマンガン電池とし、負荷３をランプ（例え
ば定格１．８Ｖ）とする。

【００１９】マンガン電池は、放電開始直後に１．５Ｖ
前後の電圧がある。したがって、初めは、スイッチ２ａ
をオン（スイッチ２ｂ：オフ、スイッチ２ｃ：オン）に
して、電池セル１ａおよび電池セル１ｂの接続構成を並
列接続にしておいても、負荷３に必要な電圧を供給で
き、ランプは明るく点灯する。

【００２０】しかし、電池セル電圧は放電とともに低下
し、例えば１Ｖになると、ランプは暗くなる。このと
き、スイッチ２ａをオフ（スイッチ２ｂ：オン、スイッ
チ２ｃ：オフ）にして電池セル１ａおよび電池セル１ｂ
の接続構成を直列接続に切り替えれば、負荷３に必要な
電圧を供給でき、ランプを再び明るく点灯させることが
できる。

【００２１】このように、電池セル電圧が十分にあると
きには、電池セル１ａおよび電池セル１ｂの接続構成を
並列接続にしておくことにより、無駄な電力消費を防い
で、負荷３に電圧を供給できる。

【００２２】また、電池セル電圧が低下したときや、負
荷３が一時的に高い電圧を必要とするときには、電池セ
ル１ａおよび電池セル１ｂの接続構成を直列接続に切り
替えることにより、負荷３に必要な電圧を供給すること
ができる。

【００２３】このように２段階で電池セルの接続構成を
切替えることにより、昇圧回路を必要とせずに、負荷３
に応じた電圧を効率的に供給できるものであり、その結
果、電池セル１ａ，１ｂの寿命を延ばすことができる。

【００２４】（第２の実施形態）次に、本発明の第２の
実施形態を説明する。上記第１の実施形態では、２つの
電池セルを用いて、その接続構成を直列あるいは並列に
切り替えるようにしたが、ここでは４つの電池セルを用
いて、その接続構成を直列あるいは直並列に切り替える
ようにしている。

【００２５】なお、直並列接続は並直列接続を含み、こ
こでは直列接続された電池セルの組みを並列に接続した
状態あるいは並列接続された電池セルの組みを直列に接
続した状態を指すものとする。

【００２６】図３は本発明の第２の実施形態に係る電源
装置の構成を示す図である。第２の実施形態では、４つ
の電池セル１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを有する。このう
ち、電池セル１ａと電池セル１ｃは２つ１組みで直列接
続電池として使用され、同様に電池セル１ｂと電池セル
１ｄは２つ１組みで直列接続電池として使用される。こ
れらの電池セル１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは例えばマンガ
ン電池からなり、スイッチ２ａ，２ｂ，２ｃを介して直
列（４直列）あるいは直並列（２直列２並列）に接続さ
れるようになっている。

【００２７】このスイッチ２ａ，２ｂ，２ｃは、負荷３
に対して直列に接続されている。負荷３は、電池セル１
ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの電圧を受けて動作する電子機器
である。この負荷３とスイッチ２ａとの接点に電池セル
１ａの陽極が接続され、スイッチ２ｂとスイッチ２ｃと
の接点に電池セル１ｃの陰極が接続されている。また、
負荷３とスイッチ２ｃとの接点に電池セル１ｄの陰極が
接続され、スイッチ２ａとスイッチ２ｂとの接点に電池
セル１ｂの陽極が接続されている。

【００２８】このようにして、４つの電池セル１ａ，１
ｂ，１ｃ，１ｄと３つのスイッチ２ａ，２ｂ，２ｃを接
続することにより、スイッチ２ａ，２ｂ，２ｃのオン／
オフ状態に応じて、電池セル１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが
直列あるいは直並列に接続されることになる。

【００２９】ここで、第２の実施形態において、上記３
つのスイッチ２ａ，２ｂ，２ｃは、図４に示すように動
作する３回路連動型の機械式スイッチからなり、この３
つのスイッチ２ａ，２ｂ，２ｃのうちのどれか１つを操
作すれば、他の２つのスイッチが連動して動くようにな
っている。この３つのスイッチ２ａ，２ｂ，２ｃのオン
／オフの組み合わせにより、電池セル１ａ，１ｂ，１
ｃ，１ｄを以下のように直列接続あるいは直並列接続に
切り替えることができる。

【００３０】例えばスイッチ２ａを操作用スイッチとし
た場合に、このスイッチ２ａをオフすると、スイッチ２
ｂがオン、スイッチ２ｃがオフとなる。この状態のと
き、つまり、図４に示すように「スイッチ２ａ：オフ、
スイッチ２ｂ：オン、スイッチ２ｃ：オフ」のとき、電
池セル１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは直列接続となる。ま
た、スイッチ２ａをオンすると、スイッチ２ｂがオフ、
スイッチ２ｃがオンとなる。この状態のとき、つまり、
図４に示すように「スイッチ２ａ：オン、スイッチ２
ｂ：オフ、スイッチ２ｃ：オン」のとき、電池セル１
ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは直並列接続となる。

【００３１】このようにして構成される電源装置の動作
としては、上記第１の実施形態と同様である。すなわ
ち、放電開始直後には電池セル電圧が十分にあるため、
スイッチ２ａをオン（スイッチ２ｂ：オフ、スイッチ２
ｃ：オン）にして電池セル１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの接
続構成を直並列接続にしておくことにより、無駄な電力
消費を防いで、負荷３に電圧を供給する。

【００３２】また、電池セル電圧が低下したときや、負
荷３が一時的に高い電圧を必要とするときには、スイッ
チ２ａをオフ（スイッチ２ｂ：オン、スイッチ２ｃ：オ
フ）にして電池セル１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの接続構成
を直列接続に切り替えることにより、負荷３に必要な電
圧を供給することができる。

【００３３】このように２段階で電池セルの接続構成を
切替えることにより、負荷３に応じた電圧を効率的に供
給できるものであり、その結果、電池セル１ａ，１ｂ，
１ｃ，１ｄの寿命を延ばすことができる。

【００３４】（第３の実施形態）次に、本発明の第３の
実施形態を説明する。上記第１の実施形態では、２つの
電池セルを用いて、その接続構成を直列あるいは並列に
切り替えるようにしたが、ここでは４つの電池セルを用
いて、その接続構成を直並列あるいは並列に切り替える
ようにしている。

【００３５】なお、直並列接続は並直列接続を含み、こ
こでは直列接続された電池セルの組みを並列に接続した
状態あるいは並列接続された電池セルの組みを直列に接
続した状態を指すものとする。

【００３６】図５は本発明の第３の実施形態に係る電源
装置の構成を示す図である。第３の実施形態では、４つ
の電池セル１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを有する。このう
ち、電池セル１ａと電池セル１ｃは２つ１組みで並列接
続電池として使用され、同様に電池セル１ｂと電池セル
１ｄは２つ１組みで並列接続電池として使用される。こ
れらの電池セル１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは例えばマンガ
ン電池からなり、スイッチ２ａ，２ｂ，２ｃを介して直
並列（２並列２直列）あるいは並列（４並列）に接続さ
れるようになっている。

【００３７】このスイッチ２ａ，２ｂ，２ｃは、負荷３
に対して直列に接続されている。負荷３は、電池セル１
ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの電圧を受けて動作する電子機器
である。この負荷３とスイッチ２ａとの接点に電池セル
１ａと電池セル１ｃの陽極が接続され、スイッチ２ｂと
スイッチ２ｃとの接点に電池セル１ａと電池セル１ｃの
陰極が接続されている。また、負荷３とスイッチ２ｃと
の接点に電池セル１ｂと電池セル１ｄの陰極が接続さ
れ、スイッチ２ａとスイッチ２ｂとの接点に電池セル１
ｂと電池セル１ｄの陽極が接続されている。

【００３８】このようにして、４つの電池セル１ａ，１
ｂ，１ｃ，１ｄと３つのスイッチ２ａ，２ｂ，２ｃを接
続することにより、スイッチ２ａ，２ｂ，２ｃのオン／
オフ状態に応じて、電池セル１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが
直並列あるいは並列に接続されることになる。

【００３９】ここで、第３の実施形態において、上記３
つのスイッチ２ａ，２ｂ，２ｃは、図６に示すように動
作する３回路連動型の機械式スイッチからなり、この３
つのスイッチ２ａ，２ｂ，２ｃのうちのどれか１つを操
作すれば、他の２つのスイッチが連動して動くようにな
っている。この３つのスイッチ２ａ，２ｂ，２ｃのオン
／オフの組み合わせにより、電池セル１ａ，１ｂ，１
ｃ，１ｄを以下のように直並列接続あるいは並列接続に
切り替えることができる。

【００４０】例えばスイッチ２ａを操作用スイッチとし
た場合に、これをオフすると、スイッチ２ｂがオン、ス
イッチ２ｃがオフとなる。この状態のとき、つまり、図
６に示すように「スイッチ２ａ：オフ、スイッチ２ｂ：
オン、スイッチ２ｃ：オフ」のとき、電池セル１ａ，１
ｂ，１ｃ，１ｄは直並列接続となる。また、スイッチ２
ａをオンすると、スイッチ２ｂがオフ、スイッチ２ｃが
オンとなる。この状態のとき、つまり、図６に示すよう
に「スイッチ２ａ：オン、スイッチ２ｂ：オフ、スイッ
チ２ｃ：オン」のとき、電池セル１ａ，１ｂ，１ｃ，１
ｄは並列接続となる。

【００４１】このようにして構成される電源装置の動作
としては、上記第１の実施形態と同様である。すなわ
ち、放電開始直後には電池セル電圧が十分にあるため、
スイッチ２ａをオン（スイッチ２ｂ：オフ、スイッチ２
ｃ：オン）にして電池セル１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの接
続構成を並列接続にしておくことにより、無駄な電力消
費を防いで、負荷３に電圧を供給する。

【００４２】また、電池セル電圧が低下したときや、負
荷３が一時的に高い電圧を必要とするときには、スイッ
チ２ａをオフ（スイッチ２ｂ：オン、スイッチ２ｃ：オ
フ）にして電池セル１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの接続構成
を直並列接続に切り替えることにより、負荷３に必要な
電圧を供給することができる。

【００４３】このように２段階で電池セルの接続構成を
切替えることにより、昇圧回路を必要とせずに、負荷３
に応じた電圧を効率的に供給できるものであり、その結
果、電池セル１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの寿命を延ばすこ
とができる。

【００４４】（第４の実施形態）次に、本発明の第４の
実施形態を説明する。上記第１の実施形態では、２つの
電池セルを用いて、その接続構成を直列あるいは並列に
切り替えるようにしたが、ここでは４つの電池セルを用
いて、その接続構成を直列あるいは並列あるいは直並列
に切り替えるようにしている。

【００４５】なお、直並列接続は並直列接続を含み、こ
こでは直列接続された電池セルの組みを並列に接続した
状態あるいは並列接続された電池セルの組みを直列に接
続した状態を指すものとする。

【００４６】図７は本発明の第４の実施形態に係る電源
装置の構成を示す図である。第４の実施形態では、４つ
の電池セル１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを有する。このう
ち、電池セル１ａと電池セル１ｃは２つ１組みで上記第
１の実施形態のような切り替え機能を持つ組み電池とし
て使用され、同様に電池セル１ｂと電池セル１ｄは２つ
１組みで上記第１の実施形態のような切り替え機能を持
つ組み電池として使用される。これらの電池セル１ａ，
１ｂ，１ｃ，１ｄは例えばマンガン電池からなり、スイ
ッチ２ａ，２ｂ，２ｃと、スイッチ２ｄ，２ｅ，２ｆ
と、スイッチ２ｇ，２ｈ，２ｉの３組みのスイッチ群を
介して直列（４直列）あるいは並列（４並列）あるいは
直並列（２直列２並列）に接続されるようになってい
る。

【００４７】これらのスイッチのうち、スイッチ２ｇ，
２ｈ，２ｉは、負荷３に対して直列に接続されている。
負荷３は、電池セル１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの電圧を受
けて動作する電子機器である。この負荷３とスイッチ２
ｇとの接点に電池セル１ａと電池セル１ｃの組み電池回
路１１の陽極が接続され、スイッチ２ｈとスイッチ２ｉ
との接点に同組み電池回路１１の陰極が接続されてい
る。また、負荷３とスイッチ２ｉとの接点に電池セル１
ｂと電池セル１ｄの組み電池回路１２の陰極が接続さ
れ、スイッチ２ｇとスイッチ２ｈとの接点に同組み電池
回路１２の陽極が接続されている。

【００４８】組み電池回路１１は、２つの電池セル１ａ
および電池セル１ｃと、スイッチ２ａ，２ｂ，２ｃから
なる。スイッチ２ａ，２ｂ，２ｃは直列に接続されてお
り、このうち、スイッチ２ａは負荷３とスイッチ２ｇと
の接点に接続され、スイッチ２ｃはスイッチ２ｈとスイ
ッチ２ｉとの接点に接続されている。そして、スイッチ
２ｇとスイッチ２ａとの接点に電池セル１ａの陽極が接
続され、スイッチ２ｂとスイッチ２ｃとの接点に電池セ
ル１ａの陰極が接続されている。また、スイッチ２ｈと
スイッチ２ｃとの接点に電池セル１ｃの陰極が接続さ
れ、スイッチ２ａとスイッチ２ｂとの接点に電池セル１
ｃの陽極が接続されている。

【００４９】組み電池回路１２は、２つの電池セル１ｂ
および電池セル１ｄと、スイッチ２ｄ，２ｅ，２ｆから
なる。スイッチ２ｄ，２ｅ，２ｆは直列に接続されてお
り、このうち、スイッチ２ｄはスイッチ２ｇとスイッチ
２ｈとの接点に接続され、スイッチ２ｆは負荷３とスイ
ッチ２ｉとの接点に接続されている。そして、スイッチ
２ｈとスイッチ２ｄとの接点に電池セル１ｂの陽極が接
続され、スイッチ２ｅとスイッチ２ｆとの接点に電池セ
ル１ｂの陰極が接続されている。また、スイッチ２ｉと
スイッチ２ｆとの接点に電池セル１ｄの陰極が接続さ
れ、スイッチ２ｄとスイッチ２ｅとの接点に電池セル１
ｄの陽極が接続されている。

【００５０】ここで、第４の実施形態において、上記ス
イッチ２ａ〜２ｃと、スイッチ２ｄ〜２ｆと、スイッチ
２ｇ〜２ｉは、図８に示すように動作する３回路連動型
の機械式スイッチからなり、それぞれにどれか１つを操
作すれば、他の２つのスイッチが連動して動くようにな
っている。このスイッチ２ａ〜２ｃと、スイッチ２ｄ〜
２ｆと、スイッチ２ｇ〜２ｉのそれぞれのオン／オフの
組み合わせにより、電池セル１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを
以下のように直列接続あるいは並列接続あるいは直並列
接続に切り替えることができる。

【００５１】例えばスイッチ２ａ、スイッチ２ｄ、スイ
ッチ２ｇを操作用スイッチとした場合において、これら
を全てオフすると、スイッチ状態は図８の１列目のよう
になり、電池セル１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは直列接続と
なる。また、スイッチ２ａ、スイッチ２ｄ、スイッチ２
ｇを全てオンすると、スイッチ状態は図８の２列目のよ
うになり、電池セル１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは並列接続
となる。また、スイッチ２ａをオフ、スイッチ２ｄをオ
フ、スイッチ２ｇをオンすると、スイッチ状態は図８の
３列目のようになり、電池セル１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ
は直並列接続となる。

【００５２】このようにして構成される電源装置の動作
としては、放電開始直後には電池セル電圧が十分にある
ため、スイッチ２ａをオン（スイッチ２ｂ：オフ、スイ
ッチ２ｃ：オン）、スイッチ２ｄをオン（スイッチ２
ｅ：オフ、スイッチ２ｆ：オン）、スイッチ２ｇをオン
（スイッチ２ｈ：オフ、スイッチ２ｉ：オン）にして、
電池セル１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの接続構成を並列接続
にしておくことにより、無駄な電力消費を防いで、負荷
３に電圧を供給する。

【００５３】また、電池セル電圧が低下したときや、負
荷３が一時的に高い電圧を必要とするときには、スイッ
チ２ａをオフ（スイッチ２ｂ：オン、スイッチ２ｃ：オ
フ）、スイッチ２ｄをオフ（スイッチ２ｅ：オン、スイ
ッチ２ｆ：オフ）、スイッチ２ｇをオン（スイッチ２
ｈ：オフ、スイッチ２ｉ：オン）にして、電池セル１
ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの接続構成を直並列接続にする
か、あるいは、スイッチ２ａをオフ（スイッチ２ｂ：オ
ン、スイッチ２ｃ：オフ）、スイッチ２ｄをオフ（スイ
ッチ２ｅ：オン、スイッチ２ｆ：オフ）、スイッチ２ｇ
をオフ（スイッチ２ｈ：オン、スイッチ２ｉ：オフ）に
して、電池セル１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの接続構成を直
列接続に切り替えることにより、負荷３に必要な電圧を
供給することができる。

【００５４】このように３段階で電池セルの接続構成を
切り替えることにより、昇圧回路を必要とせずに、負荷
３に応じた電圧を効率的に供給できるものであり、その
結果、電池セル１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの寿命を延ばす
ことができる。また、本実施形態では、接続の切替えス
イッチに３回路連動型のものを利用したが、９回路連動
型で定位置３箇所の切替えスイッチを図８の組替えで使
用し、１つのスイッチの操作で同様な機能を実現しても
良い。

【００５５】なお、上記第１乃至第４の実施形態では、
電池セルが２つあるいは４つの場合での接続構成につい
て説明したが、さらに複数の電池セルを用いた場合でも
同様に構成することができるものである。

【００５６】（第５の実施形態）次に、本発明の第５の
実施形態を説明する。上記第１乃至第４の実施形態で
は、機械式スイッチを用いて、複数の電池セルの接続構
成を手動的に切り替えるようにしたが、ここでは電子式
スイッチを用いることにより、上記接続構成の切り替え
を自動的に行うようにしている。

【００５７】図９は第５の実施形態に係る電源装置の構
成を示す図である。図９の例では、２つの電池セル１
ａ，１ｂを用いた場合の構成（図１に対応する構成）を
示している。ここで、スイッチ２ａ，２ｂ，２ｃは電子
式スイッチであり、切替え制御回路４によって、そのオ
ン／オフ動作が制御されるようになっている。

【００５８】切替え制御回路４は、電池セル１ａ，１ｂ
の電圧を監視しており、放電開始時にそのセル電圧が負
荷３の最低駆動電圧に比べて十分高い場合に、電池セル
１ａ，１ｂの接続構成が図２で説明したような並列接続
となるようにスイッチ２ａ，２ｂ，２ｃを制御する。電
池セル１ａ，１ｂの放電が進み、そのセル電圧が負荷３
の最低駆動電圧に近付くと、切替え制御回路４は、電池
セル１ａ，１ｂの接続構成が図２で説明したような直列
接続となるようにスイッチ２ａ，２ｂ，２ｃを制御す
る。

【００５９】次に、上述した電源装置を実現するための
具体的な構成について説明する。図１０は第５の実施形
態に係る電源装置を実現するための具体的な構成を示す
図である。図１０の例では、４つの電池セル１ａ，１
ｂ，１ｃ，１ｄを用いた場合の構成（図３に対応する構
成）を示している。この電池セル１ａ〜１ｄはスイッチ
２ａ，２ｂ，２ｃを介して直列（４直列）あるいは直並
列（２直列２並列）に接続されるようになっている。

【００６０】このスイッチ２ａ，２ｂ，２ｃは、負荷３
に対して直列に接続されている。負荷３は、電池セル１
ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの電圧を受けて動作する電子機器
である。この負荷３とスイッチ２ａとの接点に電池セル
１ａの陽極が接続され、スイッチ２ｂとスイッチ２ｃと
の接点に電池セル１ｃの陰極が接続されている。また、
負荷３とスイッチ２ｃとの接点に電池セル１ｄの陰極が
接続され、スイッチ２ａとスイッチ２ｂとの接点に電池
セル１ｂの陽極が接続されている。

【００６１】このようにして、４つの電池セル１ａ，１
ｂ，１ｃ，１ｄと３つのスイッチ２ａ，２ｂ，２ｃを構
成することにより、スイッチ２ａ，２ｂ，２ｃのオン／
オフ状態に応じて、電池セル１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが
直列あるいは直並列に接続されることになる。

【００６２】ここで、第５の実施形態において、上記ス
イッチ２ａ，２ｂ，２ｃはＭＯＳトランジスタスイッチ
からなる。このうち、スイッチ２ａとスイッチ２ｂはｐ
チャネル形、スイッチ２ｃはｎチャネル形であり、それ
ぞれ切替え制御回路４の各出力信号Ａ，Ｂ，Ｃによっ
て、そのオン／オフ動作が制御されるようになってい
る。

【００６３】図１１に切替え制御回路４の構成を示す。
切替え制御回路４は、定電流回路２１、定電圧ダイオー
ド２２、ヒステリシス付きコンパレータ２３、インバー
タ回路２４、バッファ回路２５を有し、定電流回路２１
と定電圧ダイオード２２で作成される基準電圧と切替え
制御回路４のＶＩＮ端子に入力される電池セルの電圧と
をヒステリシス付きコンパレータ２３で比較する構成に
なっている。コンパレータ２３の出力信号はインバータ
回路２４を介し、切替え制御回路４の信号Ａとしてスイ
ッチ２ａに与えられる。この信号Ａが「Ｌ」レベルのと
き、スイッチ２ａがオンする。

【００６４】また、上記コンパレータ２３の出力信号は
バッファ回路２５を介し、切替え制御回路４の信号Ｂと
してスイッチ２ｂに与えられると共に、信号Ｃとしてス
イッチ２ｃに与えられる。この信号Ｂが「Ｌ」レベルの
とき、スイッチ２ｂがオンし、信号Ｃが「Ｌ」レベルの
とき、スイッチ２ｃがオフする。

【００６５】次に、上記のようにして構成される電源装
置の動作を説明する。ここでは、電池セル１ａおよび電
池セル１ｂをマンガン電池あるいはアルカリマンガン電
池とし、負荷３を動作電圧２．０Ｖ以上６．０Ｖ以下の
ワンチップマイコンを含む回路とする。

【００６６】放電初期時には、電池セル１ａ，１ｃと電
池セル１ｂ，１ｄのそれぞれ組み電池の電圧は約３Ｖで
あり、これが切替え制御回路４のＶＩＮ端子に入力され
ている。図１１に示すように、このＶＩＮ端子に入力さ
れた電圧は、ヒステリシス付きコンパレータ２３にて
２．２Ｖの基準電圧と比較される。この場合、入力電圧
（電池セル電圧）の方が基準電圧より高いため、コンパ
レータ２３の出力は「Ｈ」レベルとなる。したがって、
切替え制御回路４からはインバータ回路２４を介して
「Ｌ」レベルの信号Ａがスイッチ２ａに出力される。ま
た、バッファ回路２５を介して「Ｈ」レベルの信号Ｂが
スイッチ２ｂに出力されると共に、「Ｈ」レベルの信号
Ｃがスイッチ２ｃに出力される。

【００６７】これらの信号Ａ，Ｂ，Ｃにより、スイッチ
２ａがオン、スイッチ２ｂがオフ、スイッチ２ｃがオン
する。よって、４つの電池セル１ａ〜１ｄは直並列接続
となり、３Ｖ程度の低い電圧で負荷３を駆動することに
なる。

【００６８】次に、電池セル１ａ〜１ｄが消耗し、ＶＩ
Ｎ入力電圧（電池セル電圧）が上記２．２Ｖの基準電圧
より低くなる場合を説明する。図１１に示すコンパレー
タ２３は出力を安定化させるためのヒステリシス付きで
あり、ここでは２．１Ｖがスレッショルド電圧である。
このスレッショルド電圧をＶＩＮ入力電圧（電池セル電
圧）が下回ると、コンパレータ２３は「Ｌ」レベルの信
号を出力する。したがって、切替え制御回路４からはイ
ンバータ回路２４を介して「Ｈ」レベルの信号Ａがスイ
ッチ２ａに出力される。また、バッファ回路２５を介し
て「Ｌ」レベルの信号Ｂがスイッチ２ｂに出力されると
共に、「Ｌ」レベルの信号Ｃがスイッチ２ｃに出力され
る。

【００６９】これらの信号Ａ，Ｂ，Ｃにより、スイッチ
２ａがオフ、スイッチ２ｂがオン、スイッチ２ｃがオフ
する。よって、４つの電池セル１ａ〜１ｄは直列接続と
なり、負荷３に加わる電圧は４Ｖ以上になる。これによ
り、電池セル電圧が低下しても、負荷３を十分駆動し続
けることができる。

【００７０】このように、電池セル１ａ〜１ｄの電圧を
検出し、その電圧レベルに応じてスイッチ２ａ，２ｂ，
２ｃのオン／オフ動作を制御し、２段階で電池セルの接
続構成を切り替えることにより、昇圧回路を必要とせず
に、負荷３に応じた電圧を効率的に供給できるものであ
り、その結果、電池セル１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの寿命
を延ばすことができる。

【００７１】なお、上記第５の実施形態では特に説明し
ていないが、電圧を平滑化するためのコンデンサや、信
号のオーバシュートを防止するための抵抗を付加するな
どの改良は、状況に応じて行うことが望ましい。

【００７２】また、負荷３が一時的に高い電圧を必要と
するような応用では、切替え制御回路４が負荷３の状態
（例えば負荷３からの電圧要求信号）を監視して、電池
セル１ａ，１ｂの接続構成を直並列接続から直列接続に
切り替えるようにすれば良い。

【００７３】また、上記第５の実施形態では、電池セル
の電圧を検出して各電池セルの接続構成を自動的に切り
替えるようにしたが、例えば電池セルの電圧と電流の各
値をマイコンに入力し、演算により電池セルの残量を検
出することにより、電池セルの残量に基づいて各電池セ
ルの接続構成を切り替えるようにしても良い。

【００７４】また、ここで説明した自動切り替えの手法
は、上記第１乃至第４の実施形態の全てに適用可能であ
り、また、その他の接続構成に対しても同様に適用可能
である。

【００７５】ところで、上記第１乃至第５の実施形態で
は、全ての接続切替えスイッチを手動または制御回路に
より制御しているが、ダイオード等を利用して一部のス
ィッチを無制御にすることも可能である。この場合、シ
ョットキーバリアダイオードなどの損失すなわち順方向
電圧効果の少ない素子を使用する。

【００７６】このときの構成を第６の実施形態として図
１２に示す。図１２において、図１０と異なる点は、ス
イッチ２ａの代わりにダイオード５ａが用いられ、スイ
ッチ２ｃの代わりにダイオード５ｂが用いられている点
である。

【００７７】このような構成において、電池セル電圧が
高い場合には、信号Ｂは「Ｈ」レベルであり、スイッチ
２ｂは遮断されるため、ダイオード５ａ，５ｂは順電圧
となって導通し、並列接続状態になっている。一方、電
池セル電圧が降下すると、信号Ｂは「Ｌ」レベルとな
り、ダイオード５ａ，５ｂは逆電圧となって遮断され
る。したがって、直列接続状態に切り替わる。

【００７８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、複数の電
池セルを有し、これらの電池セルの電圧を負荷に供給す
る電源装置において、各電池セルの接続構成を直列接続
あるいは並列接続に切り替え可能としたため、電池セル
の状態あるいは負荷の状態に応じて、各電池セルの接続
構成を切り替えることができる。これにより、昇圧回路
を用いることなく、負荷に対して効率的な電源供給を行
うことができるものである。その結果、電池セルの寿命
を延ばすことができるなどの効果がある。

【００７９】また、上記各電池セルが少なくとも４個以
上ある場合には、これらの電池セルを直列あるいは並列
あるいは直並列に接続するようにしたため、必要に応じ
て、上記各電池セルの接続構成をさらに多段階に切り替
えることができる。

【００８０】また、上記各電池セルの状態あるいは上記
負荷の状態を検出することにより、その検出結果に基づ
いて上記各電池セルの接続構成を自動的に切り替えるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る電源装置の構成
を示す図。

【図２】上記第１の実施形態におけるスイッチ状態と電
池セルの接続構成との関係を示す図。

【図３】本発明の第２の実施形態に係る電源装置の構成
を示す図。

【図４】上記第２の実施形態におけるスイッチ状態と電
池セルの接続構成との関係を示す図。

【図５】本発明の第３の実施形態に係る電源装置の構成
を示す図。

【図６】上記第３の実施形態におけるスイッチ状態と電
池セルの接続構成との関係を示す図。

【図７】本発明の第４の実施形態に係る電源装置の構成
を示す図。

【図８】上記第４の実施形態におけるスイッチ状態と電
池セルの接続構成との関係を示す図。

【図９】本発明の第５の実施形態に係る電源装置の構成
を示す図。

【図１０】上記第５の実施形態における電源装置を実現
するための具体的な構成を示す図。

【図１１】上記第５の実施形態における切替え制御回路
の構成を示す図。

【図１２】本発明の第６の実施形態における電源装置を
実現するための具体的な構成を示す図。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ…電池セル１ｃ，１ｄ…電池セル２ａ〜２ｃ…スイッチ２ｄ〜２ｉ…スイッチ３…負荷４…切替え制御回路５ａ，５ｂ…ダイオード１１…組み電池回路１２…組み電池回路２１…定電流回路２２…定電圧ダイオード２３…コンパレータ２４…インバータ回路２５…バッファ回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の電池セルを有し、これらの電池セ
ルの電圧を負荷に供給する電源装置であって、上記各電池セルを直列あるいは並列に接続する接続手段
と、この接続手段による上記各電池セルの接続構成を切り替
える切替え手段とを具備したことを特徴とする電源装
置。
【請求項２】上記接続手段は、上記各電池セルが少な
くとも４個以上ある場合に、これらの電池セルを直列あ
るいは並列あるいは直並列に接続し、上記切替え手段は、この接続手段による上記各電池セル
の接続構成を切り替えることを特徴とする請求項１記載
の電源装置。
【請求項３】上記各電池セルの状態あるいは上記負荷
の状態を検出する検出手段をさらに具備し、上記切替え手段は、この検出手段の検出結果に基づいて
上記各電池セルの接続構成を切り替えることを特徴とす
る請求項１記載の電源装置。